Quy trình sản xuất bia hàng đầu thế giới

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Quy trình sản xuất bia hàng đầu thế giới

Phần I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BIA

Phần II- GIỚI THIỆU VỀ BIA

7000 năm trước cơng nguyên, người dân Babilon đã biết sản xuất bia

từ đại mạch và các hạt ngũ cốc Cơng nghệ sử dụng các nguyên liệu này để nấu bia được truyền dần đến Ai Cập, Ba Tư và một số lận cận, rồi số vùng ở Etiopia vẫn sản xuất bia theo phương pháp của người Babilon cổ xưa Người Hy Lạp đã học được phương pháp sản xuất bia từ đại mạch của người

Ai Cập 4000 năm trước công nguyên Hy lạp đã là một nước có ngành công nghiệp bia hùng mạnh Công nghệ nấu bia đã du nhập qua các nươc phương tây : Ý, Pháp, Đức, Tây Ban Nha…

Cuối thế kỷ XIX nhà bác học người Pháp Lusipasteur sau một thời gian nghiêm cứu , ông đã tìm ra được chính nấm men là vi sinh vật duy nhất mà họat động sống của chúng làm nên quá trình len men bia Một số nhà khoa học Nga và Đức mới chứng minh được cơ chế họat động của nấm men Đó là nấm men đả tạo racác enzym và chính các enzym này đã chuyển hóa thành rượu và CO2

I- Thành Phần Của Bia

Trong bia nước chiếm 80% Bia cĩ độ rượu nhẹ (hàm lượng độ rượu khoảng 3-6%v), cĩ gas ( hàm lượng CO2 khoảng 3-4g/l), cĩ bọt mịn xốp, cĩ hương vị thơm ngon rất đặc trưng

Hương và vị của bia là do các hợp chất chiết từ nguyên, cồn CO2 và các thành phần lên men khác tạo nên

Trong bia cĩ chứa một số chất bổ dưỡng:

Chất đạm: đặc biệt là đạm hồ tan chiếm 8-10% chất tan, bao gồm: protein, peptid, và amino acid

Glucid: glucid tan (70% là dextrin, pentosan- sản phẩm caramel hố)

Vitamin: chủ yếu là vitamin nhĩm B (vitamin B1, vitamin B2, PP)

Lupulin trong bia và hoa houblon cĩ tính an thần, dễ ngủ

ðặc biệt CO2 hồ tan trong bia cĩ tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống bia, giúp tiêu hố nhanh thức ăn và ăn uống ngon miện, giảm mệt mỏi, tăng phần tỉnh táo nếu như người uống sử dụng một liều lượng thích hợp

II – Nguyên Liệu Sản Xuất Bia

Nguyên liệu sản xuất bia gồm:

• Malt

• Hoa bia

• Men bia

• Nước

Ngòai ra còn các chất phụ gia khác

1.Nước

Nước là nguyên liệu cơ bản nhất khơng thể thay thế được trong cơng nghệ sản xuất bia Trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm 80-90%

Thành phần hố học chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới cả quá trình cơng nghệ và chất lượng của bia thành phẩm Với một lượng nước

được sử dụng rộng rãi như vậy thì việc xử lý nước để cĩ thành phần và tính

chất thích hợp với từng mục đích sử dụng trong sản xuất bia là điều hết sức cần thiết

-Yêu cầu kỹ thuật nước dùng trong sản xuất bia

Màu Sắc: trong

Mùi: Khơng mùi, vị lạ, khơng chứa các chất gây mùi khĩ chịu như,

H2S, Cl2, NH3

Nước dùng trong sản xuất phải cĩ độ cứng tạm thời <7mg đương lượng/ Lít

ðộ cứng vĩnh cửu: 0,4-0,7mg đương lượng /lít

ðộ pH: 3,5-7

Hàm lượng muối Ca:<100mg/l

ðộ cứng, mềm: 4-8o ð, độ cứng trung bình 8-12o ð

Hàm lượng muối Mg :<80mg/l

Hàm lượng muối Cl:< 75-150mg/l

Hàm lượng CaSO4 : 150-200mg/l

Các kim loại nặng : khơng cĩ

Vi sinh vật:<100 tế bào/ml

Vi sinh vật gây bệnh : khơng cĩ

Để bảo đảm cho bia đạt được sự ổn định thì cần phải sử lí để đạt được những tiêu chuẩn nhất định

- Những phương pháp làm tăng chất lượng nước

a- Lắng trong và lọc cơ học

Thơng thường cho nước chảy vào các bể chứa lớn và cho chảy ra với vận tốc nhỏ, chậm hoặc lọc qua cát

Nếu nước chứa nhiều chất bẩn hữu cơ ở dạng keo thì dùng những chất kết tủa như Al2(SO3) hay FeCl3

Những hydrat khi kết tủa sẽ kéo theo bẩn lắng xuống

b- Các phương pháp làm mềm nước (dùng trong nấu bia)

 Phương pháp nhiệt ñộ: ðun nóng nước ñể hạ ñộ cứng tạm thời Do ñắt tiền nên phương pháp này không còn thông dụng

 Phương pháp nguội: ðây là phương pháp cũ, song vẫn còn có thể ứng dụng Dựa trên cơ sở chuyển các bicacbonat (Ca và Ma) về các cacbonat tương ứng với dung dịch Ca(OH)2 bão hoà

 Phương pháp vôi-soda: Cùng lúc cho vào nước hỗn hợp Ca(OH)2 và

Na2CO3 vôi sẽ loại bỏ bicacbonat (Ca và Mg); Na2CO3 sẽ loại bỏ các muối gây nên ñộ cứng vĩnh viễn Phương pháp này thường hạ ñộ cứng vĩnh cửu của nước, do ñó không dùng ñể làm mềm nước nấu bia

 Phương pháp trung hoà bằng acid: Trong nấu bia thường dùng acid lactic acid này sẽ chuyển bicacbonat (Ca và Mg) về những lactac tương ứng

 Phương pháp trao ñổi ion:

Phương pháp này có nhiều tiến bộ, ñem lại hiệu quả cao

Dựa trên khả năng trao ñổi ion (cation và anion của một số nhựa tổng hợp ñặc biệt ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ

c-Sát trùng nước rửa nấm men và thiết bị

 Phương pháp lý học: Nước ñược lọc qua các màng siêu lọc, rất hiệu quả song rất ñắt tiền

 Phương pháp hoá- lý: dùng tia quan tuyến chiếu qua nước; phương pháp tác dụng diệt khuẩn mạnh, hiệu suất cao và không gây mùi vị gì cho nước

 Phương pháp hoá học:

-Clo hoá: Cl2 + H2O = 2 HCl + H2

2HCl =2HCl +2O2 Oxy nguyên tử có khả năng diệt khuẩn rất mạnh

- Ozon hoá: với liều lượng từ 1-2g/cm3 diệt hầu hết vi sinh vật có trong nước Dùng dòng ñiện có ñiện thế lớn và tần số cao ñi qua không khí,

O2 sẽ chuyển về O, sau ñó xông vào nước bằng những bơm hơi

2 Malt ñại mạch

2.1 ñại mach

a)phân loại ñại mạch

Theo mục ñích sử dụng:

Trong công nghiệp:Dùng ñại mạch ñể chế biến bia

hoặc các ngành thực phẩm phải dùng malt ñại mạch

Thường dùng giống ñại mạch 2 hàng (gọi là

H.Distichum)

Trong nông nghiệp: dùng ñể chăn nuôi hoặc chế biến các loại thức ăn cho gia súc, gia cầm…Thường dùng giống ñại mạch nhiều hàng (gọi là H.Polystychum) (b)

Nếu trong một bông ñại mạch chỉ có một nhánh ñược thụ phấn sẽ hình thành hai hàng ñại mạch ñối xứng nhau, loại ñại mạch này ta gọi là ñại mạch

2 hàng.(a)

Nếu trong một bông ñại mạch cả ba nhánh ñều ñược thụ phấn thì loại

ñại mạch này ñược gọi là giống sáu hoặc 4 hàng ( vì có một nhánh thụ phấn

nhưng yếu hơn hai nhánh còn lại)

b) Cấu trúc và thành phần hoá học hạt ñại mạch:

Cấu trúc hạt ñại mạch: gồm ba bộ phận chính: vỏ hạt , phôi và nội nhũ

Vỏ hạt từ ngoài vào trong chia làm ba lớp: Vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ arolon Phần này chiến 8-15% trọng lượng hạt

Phôi: là cơ quan sống, hô hấp của hạt, phôi

thường chiếm 2.5-5% trọng lượng hạt Trong phôi có

từ 37-50% chất khô là thành phần nitơ, khoáng 7%

chất béo, 5-6% ñường sacaroza, 7-7.5% pentozan,

6-6.5% chất tro và một số ít thành phần khác Riêng tinh

bột hầu như rất ít

Nội nhũ: chiếm từ 45-48% trọng lượng hạt Phần này của hạt ñại mạch giữ vai trò quyết ñịnh chất lượng của ñại mạch trong sản xuất bia -Thành phần chính của nội nhũ là những hạt tinh bột hình tròn Nếu hàm lượng protein trong hạt càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ -Trong bột ñại mạch có nhiệt ñộ hồ hoá là 75-80oc ( của gạo 75oc, khoai tây

60oc) Tính chất này cần lưu ý khi nấu bia Tinh bột ñã qua hồ hoá thì khi

ñường hoá sẽ nhanh và thuận lợi hơn nhiều

-Những hạt tinh bột ngoài thành phần là tinh bột, còn chứa một số tạp chất khác như nitơ:0.5-1.5%; tro:0.2-0.7%; acid béo: 06%

-Cấu tạo của tinh bột gồm hai dạng polisacrait: amilo và amylopectin

-Tinh bột sẽ chịu tác ñộng xúc tác của hệ enzym amylaza ( gồm α và β ) Hiệu quả xúc tác sẽ tuỳ thuộc vào nhiệt ñộ và pH ðiều này quyết ñịnh kết quả quá trình nấu bia

c)-Thành phần hoá học của ñại mạch:

Tính theo % trọng lượng chất khô

Tinh bột

ðường sacaroza

ðường khử

Những ñường khác

Chất dạng gom

63-65 1-2 0.1-0.2

1 1-1.5

58-60 3-5 3-4

2 2-4

Hemixenlulo

Xenlulo

Lipit

Protein thơ

Dạng hồ tan thể muối: albumin,

globulin

Hordein-protein

Glutein-protein

Acid amin và peptit

Acid mucletit

Tro

Những chất cịn lại

8-10 4-5 2-3 8-11 0.5

3 3-4 3-4 0.5

2 5-6

6-8

5 2-3 8-11

2

-

2 3-4 1-2 0.2-0.3 6-7

2.2Malt đại mạch

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia Quá trình

quan trọng nhất mà qua đĩ hạt đại mạch trở thành Malt là sự nảy mầm ( mục tiêu chủ yếu của quá trình sản xuất malt)

a)Quá trình tạo malt

Đại mạch tưới nước làm ẫm nảy mầm

Đối với bia Heineken 100% lúa mạch, bia Tiger 80% lúa mạch và 20% gạo

Điều kiện nảy mầm của đại mạch : nảy mầm ở nhiệt độ 15 – 20 C, trong quá trình ủ hạt, cầ tiến hành đảo để hạ bớt nhiệt độ Thời gian ủ khỏang 8 – 10 ngày

Giai đoạn cuối cùng của quá trình malt hĩa đại mạch là sấy malt tươi Mục

đích của quá trình sấy malt tươi :

- Tách thật triệt để độ ẩm tự do trong malt

- Bảo tồn được hoạt tính enzym

- Thơng qua các chế độ sấy malt khác nhau ta thu được những loại malt

cĩ yêu cầu khác nhau, để đáp ứng cho việc sản xuất ra các loại bia cĩ chất lượng khác nhau

Quá trình sấy malt được thực hiện nhanh chĩng trong 24 giờ và nhiệt

độ ở giai đoạn cuối khơng quá 85o C

Căn cứ vào các biến động lớn trong tồn bộ quá trình sấy malt, ta cĩ thể chia làm 3 giai đoạn:

Giai đoạn sinh lý: nhiệt độ tăng dần đến 45oC , hàm ẩm hạ về khoảng 30%, hạt nảy chồi và sinh trưởng nhanh, một số các enzym thủy phân cũng bắt đầu hoạt hĩa trở lại

Giai đoạn sinh hĩa: nhiệt đọ tăng dần từ 45-70oC , hàm ẩm cịn 10% Ở giai đoạn này, quá trình sinh lý bắt đầu dừng lại, các enzym thủy phân hoạt

đọng yếu lại

Giai đoạn hĩa học: nhiệt độ tăng dần từ 75- 105oC, hàm ẩm giảm về tối thiểu Các quá trình tác động của enzym bị hấp phụ bởi các chất keo của hạt malt; chúng chuyển dần sang dạng liên kết với các phân tử khác của hạt malt trở về trạng thái “ nghỉ tĩnh” Một số các enzym kém chịu nhiệt sẽ bị biến tính như:(peptidaza, sitaza, ) Các biến đỏi hĩa học chủ yếu xảy ra ở giai

đoạn này là : tạo thành các hợp chất gây màu, mùi thơm và vị đặc trưng cho

malt

b)Thành phần óa học của malt

c)Chỉ tiêu của malt :

• Màu : có mùa vàng ống như rơm

• Mùi : có mùi thơm đặt trưng của malt

• Vị : ngọt

• Trạng thái : malt phải xốp và khô

Sau khi malt đã sấy khô thì phải tiến hành nghiền malt :

Thành phần Tỷ lệ(%) Tinh bột

Pentoza Sacharosa

ðường khử

Chất khống Lipid

Cellulose Protid Enzym và các vitamin

58

8

5

4 2.5 2,5

6

10 cịn lại

Malt máy nghiền malt tước nước nóng trộn

3 Men Bia :

3.1ðặc tính của nấm men:

• Nấm men đĩng vai trị hết sức quan trọng trong cơng nghiệp sản xuất bia Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hĩa dịch đường thành rượu và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia

• Nấm men được sử dụng trong cơng nghệ sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces

Có 2loại nấm men:

• Nấm men nổi: Saccharomyces cereviseae Sinh trưởng và phát triển ở

nhiệt độ cao, nằm lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt độ lên men

10-250C Khi quá trình lên men kết thúc, cc tế bào kết chùm, chuỗi tạo

và khĩ lọc bia

• Nấm men chìm: Saccharomyces carlbergensis

Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ

lên men 0-100C Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị

Dễ kết lắng và dễ tách lớp Do đĩ lọc dễ hơn đồng

thời tạo điều kiện sử dụng lại nấm men

Nấm men được sử dụng từ nấm men thuần chủng, men

được giữ dưới dạng men khơ, sau đĩ nhân giống trung gian rồi đưa vào sử

dụng trung sản xuất bia

3.2.lên men bia:

Không khi’ Men

(yest)

Thời gian ủ men của bia Heineken 30 ngày,lọai men dùng để u là Men

A,Tiger thời gian ủ là 14 ngày

Lên men chính

3-5 ngày lọc men thu hồi con con men lại

Oån định chất lượng bia lên men phụ lên bồn lớn

(bia chính mùi)

4 Hoa Bia

Hoa hoblon là nguyên liệu cơ bản (thứ 2 sau malt đại mạch) của cơng nghệ sản xuất Bia Hoa houblon cĩ tác dụng :làm cho bia cĩ vị đắng , vị thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữu bọt, làm tăng độ bền và

ổn định thành phần sinh học của sản phẩm

4.1.Phân loại:

Theo màu sắc:cĩ 3 loại

• Loại 1: màu vàng đến vàng rơm

• Loại 2:cĩ màu xanh lục

• Loại 3: cĩ màu đến xanh vàng

Theo vị cĩ :

ðắng : tham gia vào sự tạo bọt ,bảo quản sản phẩm lâu gồm acid đắng

và nhựa đắng

Acid đắng

α – cid đắng - humulon

β – cid đắng-lupulon

Nhựa đắng : α nhựa mềm và β nhựa cứ

Trên thị trường hiện nay phổ biến 3 dạng:

-Dạng hoa cánh khơ

-Dạng hoa houblon hạt, viên

-Dạng hoa cao trích ly

4.2- Thành phần của hoa houblon

Hoa houblon cĩ hoa đực và hoa cái riêng biệt cho từng cây Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn Hoa đực khơng sử dụng bởi

vì nĩ rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa

(lupulin), chất đắng cũng rất kém

Thành phần hĩa học trung bình của houblon

Trong các thành phần trên , các chất ñắng , tinh dầu phấn hoa ñóng vai trò quan trọng nhất trong sản xuất Ngoài ra, những thành phần khác như tanin, protein, ñường khử cũng có ý nghĩa nhất ñịnh trong các bước công nghệ

Hoa qua chế biến phải ñảm bảo các tiêu chuần sau:

• ðộ ẩm :12,5%Chất xơ:13,3%

• Các chất chứa nitrogen:17,5%

• Ester:0,4%

• Các chất có vị ñắng( humulone , lupulone )18,3% Tannin :3%

VI CÁC CHẤT PHỤ GIA

Nhóm các chất phụ gia ñược sử dụng ñược sử dụng ñưới dạng nguyên liệu phụ nhằm khắc phục những yêu cầu cần thiết mà trong sản xuất chưa ñạt tới,

ta có các chất phi gia sau:

Nhóm phụ gia gián tiếp: Nhóm này tất cả nguyên liệu và hóa chất ñược

sử dụng trong quá trình công nghệ, song không ñược phép có trong sản phẩm

Ví dụ:

-Các loại bột trợ lọc: Kizelgua, Diatomit, Belogua 200-400-600

-Các loại hóa chất dùng ñể vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng sản xuất như

H2SO4, NaOH, KMnO4 hoặc etanol dùng như là tác nhân lạnh, dung dịch CIP

Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất

ñược phép có mặt trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ

hàm lượng cho phép

Ví dụ:

Hóa chất xử lý ñộ cứng, ñiều chỉnh ñộ kiềm của nước công nghệ (nước nấu bia) như HCl, Na2SO4, KOH, CaCl2

những chất còn lại

40.4

Nhĩm các hĩa chất đưa vào ngăn chặn quá trình oxy hĩa nhũng thành phần trong bia như Cid ascocbic, H2O2, hoặc K2S2O5+

Tác dụng một số loại phụ gia

 Các chế phẩm enzym

 Caramen: tạo màu cho bia

 CaCl2 : tăng độ bền vững (làm bền enzym α – Amylaza ở nhiệt độ cao)

 Acid ascorbic: bảo quản, chống oxi hĩa, ức chế sự biến chất của bia

 Colluplie: chống hĩa protein

 Maturex L: tác dụng rút ngắn thời gian lên men phụ, giảm lượng diacetyl tạo thành trong quá trình lên men chính

 Các hĩa chất vệ sinh cơng nghiệp: Clorin, NaOH dùng để tẩy rửa sát trùng

 Nhĩm các chất thu hồi CO2: than hoạt tính

V – PHẾ LIỆU

1- Mục đích

Trong sản xuất bia, việc dùng thế liệu thay cho malt tuỳ thuộc vào điều kiện chủ quan và khách quan, cĩ thể nhằm:

• Hạ giá thành sản phẩm

• Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm

• Tạo ra chủng loại bia cĩ các mức độ phẩm cấp chất lượng khác nhau

• Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng

2- Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu

• Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid (tinh bột) mà từ đĩ, dưới tác động của enzym trong malt, glucid của thế liệu sẽ chuyển thành các chất hồ tan

Vì vậy các loại ngũ cốc thường chọn làm thế liệu trong sản xuất bia

• Khi sử dụng thế liệu, chất lượng của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp

đến chất lượng bia ( mùi, vị, màu sắc) Vì vậy phải quan tâm đến thành

phần hố học thế liệu

3-Thế liệu được sử dụng

Về khả năng thay thế Malt trong bia gạo là loại ngũ cốc được dùng nhiều hơn cả

Đối với bia Heineken 100% là đại mạch Tiger 80% là đại mạch, 20% là gạo