Giáo trình công nghệ lên men thực phẩm

MỤC LỤC Mục lục Lời nói đầu Danh mục chữ ký hiệu viết tắt Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ LÊN MEN THƢ̣C PHẨM GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÊN MEN CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM 2.1 Quá trình lên men rƣợu 2.2 Quá trình lên men lactic 10 2.3 Quá trình lên men propionic 14 2.4 Quá trình lên men acetic 14 2.5 Quá trình lên men butyric 15 CÁC LOẠI THỰC PHẨM LÊN MEN 16 LỢI ÍCH CỦA THỰC PHẨM LÊN MEN 16 4.1 Tăng thời gian bảo quản, sử dụng thực phẩm 16 4.2 Tạo đa dạng thực phẩm 16 4.3 Cải thiện cảm quan thực phẩm 17 4.4 Tăng khả tiêu hóa hấp thu 17 4.5 Tăng sức đề kháng 17 4.6 Tạo chất dinh dƣỡng 17 4.7 Loại trừ vi khuẩn độc tố 18 CÂU HỎI ÔN TẬP 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 Chƣơng CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LÊN MEN TỪ NGŨ CỐC 19 KHÁI QUÁT CHUNG 19 1.1 Sơ lƣợc ngũ cốc 19 1.2 Một số ngũ cốc phổ biến 20 1.3 Cấu tạo thành phần hạt ngũ cốc 22 1.4 Các chất dinh dƣỡng, kháng dinh dƣỡng độc tố ngũ cốc 25 1.5 Ngũ cốc lên men 27 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MẬT TINH BỘT 29 2.1 Nguyên liệu sản xuất mật tinh bột 30 2.2 Sản phẩm thủy phân tinh bột 34 2.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất mật tinh bột 35 2.4 Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất mật tinh bột 37 2.5 Cơng nghệ sản xuất sirơ có chứa maltose, sirơ giàu fructose 41 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH MỲ 45 3.1 Nguyên liệu sản xuất bánh mỳ 45 3.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất bánh mỳ 53 3.3 Thuyết minh quy trình cơng nghệ sản xuất bánh mỳ 57 3.4 Các lỗi sản phẩm phƣơng pháp đánh giá tiêu cảm quan bánh mỳ 66 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƢỚC CHẤM 69 4.1 Cơ sở sinh học sản xuất nƣớc chấm 70 4.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất nƣớc chấm 71 4.3 Thuyết minh quy trình 72 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TƢƠNG 77 5.1 Cơ sở sinh học sản xuất tƣơng 77 5.2 Nguyên liệu sản xuất tƣơng 78 5.3 Kỹ thuật sản xuất tƣơng thủ công 79 5.4 Kỹ thuật sản xuất tƣơng công nghiệp 82 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHAO 87 6.1 Vi sinh vật sản xuất chao 88 6.2 Kỹ thuật sản xuất chao truyền thống 88 6.3 Kỹ thuật sản xuất chao theo phƣơng pháp đại 90 6.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng chao 96 6.5 Một số tƣợng hƣ hỏng chao 98 CÂU HỎI ÔN TẬP 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỰC PHẨM LÊN MEN TỪ RAU QUẢ 100 KHÁI QUÁT CHUNG 100 1.1 Nguyên liệu rau 100 1.2 Sản phẩm rau muối chua 103 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH MUỐI CHUA 104 2.1 Bản chất trình muối chua rau 104 2.2 Vi sinh vật muối chua rau 105 2.3 Các hình thức muối chua rau 107 2.4 Cơ chế trình muối chua rau 107 CÔNG NGHỆ MUỐI CHUA MỘT SỐ RAU QUẢ 110 3.1 Công nghệ muối chua bắp cải 110 3.2 Công nghệ muối chua dƣa chuột 113 3.3 Công nghệ muối chua cải bẹ 115 3.4 Công nghệ sản xuất kim chi 116 CÂU HỎI ÔN TẬP 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỰC PHẨM LÊN MEN TỪ THỊT CÁ 123 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƢỚC MẮM 123 1.1 Nguyên liệu sản xuất nƣớc mắm 123 1.2 Bản chất trình sản xuất nƣớc mắm 125 1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình sản xuất nƣớc mắm 126 1.4 Công nghệ sản xuất nƣớc mắm phƣơng pháp cổ truyền 128 1.5 Công nghệ sản xuất nƣớc mắm phƣơng pháp vi sinh vật 136 1.6 Kiểm tra bảo quản chƣợp, nƣớc mắm 137 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NEM CHUA 143 2.1 Nguyên liệu sản xuất nem chua 143 2.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 145 2.3 Thuyết minh quy trình 146 2.4 Một số hƣ hỏng nem chua thƣờng gặp 147 CÂU HỎI ÔN TẬP 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤ T THƢ̣C PHẨM LÊN MEN TƢ̀ SƢ̃A 149 NGUYÊN LIÊU SƢ̃A 149 1.1 Một số tí nh chất vật lý của sƣ̃a 149 1.2 Thành phần hóa học sữa 151 1.3 Quá trình đơng tụ casein 160 VI SINH VẬT 165 2.1 Vi sinh vật sƣ̃a bò .165 2.2 Vi sinh vật lên men sữa .167 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤ T SƢ̃A CHUA YOGHURT 169 3.1 Giới thiệu chung 169 3.2 Phân loại sữa chua yoghurt 169 3.3 Nguyên liệu sản xuất yog hurt 170 3.4 Quy trì nh công nghệ sản xuất sữa chua yoghurt 171 3.5 Đánh giá chất lƣợng yoghurt .181 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤ T SƢ̃A CHUA LÊN MEN KEFIR .182 4.1 Giới thiệu về sƣ̃a chua lên men kefir 182 4.2 Nguyên liệu sản xuất sƣ̃a chua lên m en kefir 183 4.3 Quy trì nh công nghệ sản xuất sƣ̃a chua kefir 184 4.4 Đánh giá chất lƣợng kefir 187 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤ T PHOMAT 188 5.1 Giới thiệu chung về mát .188 5.2 Nguyên liệu sản xuất mát 189 5.3 Công nghệ sản xuất phomat mềm khơng qua giai đoạn ủ chín (phomat tƣơi) 191 5.4 Công nghệ sản xuất phomat mềm bán mềm có qua giai đoạn ủ chín 194 5.5 Công nghệ sản xuất phomat bán cứng, cứng cứng 201 5.6 Công nghệ sản xuất phomat nấu chảy 204 5.7 Các phƣơng pháp hạn chế phát triển vi sinh vật có hại chất lƣợng phomat 208 5.8 Các q trình sinh hóa xảy sản xuất phomat 208 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤ T BƠ .213 6.1 Giới thiệu chung 213 6.2 Nguyên liệu sản xuất bơ 214 6.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất bơ 216 6.4 Đánh giá chất lƣợng bơ 221 CÂU HỎI ÔN TẬP 222 TÀI LIỆU THAM KHẢO 223 Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỨC UỐNG LÊN MEN 224 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 224 1.1 Giới thiệu chung bia 224 1.2 Nguyên liệu sản xuất bia 225 1.3 Nấm men enzyme sử dụng sản xuất bia 237 1.4 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia 242 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL 269 2.1 Tổng quan ethanol 269 2.2 Nguyên liệu sản xuất ethanol 270 2.3 Nấm men dùng sản xuất ethanol 272 2.4 Quy trình cơng nghệ sản xuất ethanol 274 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƢỢU VANG NHO 295 3.1 Giới thiệu chung rƣợu vang nho 295 3.2 Nguyên liệu sản xuất rƣợu vang nho 295 3.3 Nấm men vang 297 3.4 Qui trình cơng nghệ sản xuất rƣợu vang nho 302 CÂU HỎI ÔN TẬP 313 TÀI LIỆU THAM KHẢO 314 Chƣơng CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM LÊN MEN KHÁC 315 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÌ CHÍNH 315 1.1 Các tính chất mì 316 1.2 Ngun liệu sản xuất mì 316 1.3 Sản xuất mì phƣơng pháp thủy phân 317 1.4 Sản xuất mì phƣơng pháp lên men 317 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID ACETIC 326 2.1 Nguyên liệu 326 2.2 Vi sinh vật lên men acid acetic 327 2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men 328 2.4 Các phƣơng pháp lên men 329 2.5 Nâng cao nồng độ độ tinh khiết acid acetic dịch lên men 333 2.6 Một số nguyên nhân làm giảm chất lƣợng lên men acid acetic 333 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THẠCH DỪA 335 3.1 Vi sinh vật sản xuất thạch dừa 335 3.2 Bản chất sinh hóa q trình sản xuất thạch dừa 336 3.3 Nguyên vật liệu sản xuất thạch dừa 337 3.4 Quy trình sản xuất thạch dừa 337 3.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men thạch dừa .340 3.6 Kiểm tra đánh giá chất lƣợng thạch dừa thành phẩm .342 CÂU HỎI ÔN TẬP 343 TÀI LIỆU THAM KHẢO 344 LỜI NÓI ĐẦU Từ lâu thực phẩm lên men đƣợc sản xuất nhiều nƣớc giới Các sản phẩm đƣợc sản xuất trình độ quy mơ khác Hiện nhiều sản phẩm đƣợc sản xuất với quy mô công nghiệp, sản phẩm nhƣ: bia, rƣợu vang,… trở thành loại thức uống phổ biến mang lại nhiều giá trị dinh dƣỡng cho ngƣời nhƣ hiệu kinh tế Một số sản phẩm trƣớc chủ yếu sản xuất quy mơ gia đình, đƣợc sản xuất với quy mô lớn quy mô công nghiệp Chúng ta biết thực phẩm lên men mang lại nhiều lợi ích cho ngƣời, chẳng hạn nhƣ: tăng thời gian bảo quản đa dạng cho thƣc phẩm, cải thiện giá trị cảm quan thực phẩm, tăng khả tiêu hóa, tăng giá trị dinh dƣỡng cho thực phẩm, … Giáo trình “Công nghệ lên men thực phẩm” đƣợc biên soạn dựa sở kiến thức trình lên men ứng dụng thực phẩm, cơng nghệ sản xuất số nhóm thực phẩm phƣơng pháp lên men Giáo trình đƣợc dùng cho sinh viên học chuyên ngành Công nghệ sinh học thực phẩm, thuộc ngành Công nghệ sinh học trƣờng Cao đẳng Lƣơng thực Thực phẩm Giáo trình tài liệu cho giảng viên tham khảo giảng dạy học phần Đồng thời tài liệu tham khảo cho sinh viên học chuyên ngành khác ngành Công nghệ sinh học, Công nghệ thực phẩm ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực Nội dung giáo trình bao gồm chƣơng, đề cập đến nội dung khái quát chung công nghệ lên men thực phẩm công nghệ sản xuất nhóm thực phẩm lên men chủ yếu: Chương Khái quát lên men thực phẩm Chương Công nghệ sản xuất thực phẩm lên men từ ngũ cốc Chương Công nghệ sản xuất thực phẩm lên men từ rau Chương Công nghệ sản xuất thực phẩm lên men từ thịt, cá Chương Công nghệ sản xuất thực phẩm lên men từ sữa Chương Công nghệ sản xuất thức uống lên men Chương Công nghệ sản xuất số thực phẩm lên men khác Để hồn thiện giáo trình chúng tơi nhận đƣợc hợp tác, giúp đỡ, đóng góp ý kiến Dự án KHCNNN – Bộ NN&PTNT; Ban Giám Hiệu thầy cô giáo Trƣờng Cao đẳng Lƣơng thực Thực phẩm; Giáo sƣ, Phó giáo sƣ, Nhà khoa học, sở sản xuất kinh doanh, cán kỹ thuật, xin gửi lời cảm ơn tất giúp đỡ q báu Trong q trình biên soạn giáo trình, khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp ngƣời học, ngƣời dạy bạn đọc, để tiếp tục hoàn chỉnh cho lần biên soạn sau đƣợc tốt NHÓM TÁC GIẢ DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ADY (Active dry yeast): Men khơ hoạt hóa Ala: Alanine Arg: Arginine Asn: Asparagine Asp: Aspatic acid ATP: Adenosin triphosphat Cys: Cysteine DE: Chỉ số đƣơng lƣợng dextrose EMP: Embden-Meyerhof-Parnas GDL: Glucono delta-lacton Glu: Glutamine Gly: Glycine HADY (High activity dry yeast): Men khô hoạt lực cao His: Histidine IADY (Instant Active Dry Yeast): Men khô hoạt động Ile: Isoleucine Leu: Leucine Lys: Lysine Met: Methionine MSG: Monosodium glutamate Phe: Phenylalanine Pro: Proline Ser: Serine SKL/1ml: Số khuẩn lạc/1ml TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Thr: Threonine Trp: Tryptophan Tyr: Tyrosine Val: Valine VSV: Vi sinh vật Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ LÊN MEN THƢ̣C PHẨM Trong thập niên 1960 1970, công nghệ lên men phát triển thành ngành công nghiệp lớn giới Trong cơng nghệ thực phẩm, q trình lên men đƣợc ứng dụng để sản xuất nhiều loại thực phẩm phổ biến nhƣ: rƣợu, bia, nƣớc giải khát, yoghurt, phomat, mì chính, nƣớc mắm, sản phẩm lên men truyền thống, … Thực phẩm lên men đƣợc sản xuất, làm phong phú, đa dạng sản phẩm mà cịn mang đến cho ngƣời nhiều lợi ích q báu Chƣơng tóm tắt cách khái qt cơng nghệ lên men q trình lên men chủ yếu chế biến thực phẩm, chẳng hạn nhƣ: lên men ethanol, lên men lactic, lên men propionic, lên men acetic, lên men butyric,… Với nội dung đó, giúp cho ngƣời học dễ dàng liên kết kiến thức công nghệ lên men, với kiến thức chuyên ngành công nghệ sản xuất sản phẩm thực phẩm phƣơng pháp lên men (đƣợc trình bày chƣơng sau) GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÊN MEN Thuật ngữ fermentation (lên men) từ tiếng Latinh fervere có nghĩa làm chín, dùng để diễn tả hoạt động nấm men dịch chiết trái hay dịch đƣờng hóa ngũ cốc L.Pasteur gọi lên men sống thiếu khơng khí Tuy nhiên, thuật ngữ lên men đến đƣợc hiểu tất trình biến đổi vi sinh vật (VSV) thực điều kiện yếm khí hay hiếu khí Khái niệm lên men (fermentation) đƣợc hiểu theo nghĩ a khác nhau: - Trong lĩ nh vƣ̣c vi sinh vật học : trƣớc lên men đƣợc hiểu q trình sinh tởng hợp lƣợng (ATP) tế bào sinh vật từ hợp chất hữu điều kiện không có oxy Gần , ngƣời ta cho rằng lên men là quá trì nh sinh tổng hợp lƣợng ở tế bào không có sƣ̣ tham gia của chuỗi hô hấp Trên sở đó , một vài quá trình sinh tổng hợp ATP diễn điều kiện kỵ khí có tham gia chuỗi hơ hấp nhƣ chuỗi hô hấp nitrate, hô hấp sulfate vi khuẩn Pseudomonas, Desulfovibrio… - Trong lĩ nh vƣ̣c công nghệ vi sinh vật (VSV): lên men đƣợc hiểu là quá trì nh chuyển hóa chất của các tế bào VSV kèm theo sƣ̣ phát triển sinh khối và tổng hợ p sản phẩm trao đổi chất Tƣ̀ đó , ta có các khái niệm nhƣ lên men hiếu khí nếu nhƣ q trình ni cấy VSV diễn điều kiện có oxy , lên men kỵ khí nhƣ q trình ni cấy VSV diễn điều kiện khơng có o xy - Lên men đƣợc hiểu chuyển hóa carbohydrate vài hợp chất hữu khác thành hợp chất dƣới tác dụng enzyme vi sinh vật tạo Nhƣ vậy, tác nhân trình lên men tế bào vi sinh vật, enzyme chúng đƣợc chế tạo thành dạng chế phẩm Vi sinh vật sử dụng số đƣờng trao đổi chất, để chuyển hoá glucose đƣờng khác thành sản phẩm trung gian acid pyruvic Trong chu trình chuyển hóa, chu trình Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) đặc biệt chu trình Krebs có vai trị trọng tâm Vì chu trình đáp ứng đƣợc yêu cầu nguồn lƣợng, nguồn carbon nguồn chất hữu yếu tố cần thiết để trì hoạt động sống tế bào Acid pyruvic sản phẩm trung gian quan trọng trình hơ hấp hiếu khí nhƣ yếm khí Sau hai q trình theo hai hƣớng khác nhau: - Trong điều kiện hiếu khí, acid pyruvic tiếp tục bị oxy hóa thành CO2 H2O, O2 đóng vai trị chất nhận H2 cuối - Trong điều kiện kỵ khí, acid pyruvic chất nhận H2 cuối chuyển thành hợp chất hữu cơ, sản phẩm lên men rƣợu, acid hữu CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM 2.1 Quá trình lên men ethanol Lên men ethanol trình phân giải yếm khí đƣờng thành ethanol dƣới tác dụng VSV Cơ chế q trình lên men ethanol đƣợc mơ tả hình 1.1 Hình 1.1 Cơ chế trình lên men ethanol Phƣơng trình phản ứng tổng quát trình lên men ethanol đƣợc trình bày nhƣ sau: C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 = 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O Đƣờng với chất dinh dƣỡng khác môi trƣờng lên men, trƣớc tiên đƣợc hấp thụ bề mặt sau khuếch tán qua màng tế bào vào bên tế bào nấm men, phân hủy đƣờng thành ethanol tế bào nấm men xảy hàng loạt phản ứng với tham gia nhiều loại enzyme khác nhau, bƣớc cuối trình lên men chuyển hóa acid pyruvic thành ethanol CO2 Sự chuyển hóa đƣờng hexose thành ethanol khí CO2 diễn tế bào chất nấm men Đây trình trao đổi lƣợng nấm men điều kiện kỵ khí, ethanol CO2 tạo tế bào đƣợc nấm men “thải” vào môi trƣờng lên men Trong điều kiện hiếu khí, q trình lên men bị ức chế, hydro tách đƣợc chuyển qua chuỗi hô hấp tới oxy acid pyruvic, sản phẩm trình đƣờng phân tiếp tục bị oxy hóa qua nhiều bƣớc chu trình Krebs, cặp hydro tách đƣợc chuyển tới oxy Quá trình liên hợp với trình tạo ATP Tùy điều kiện mơi trƣờng, lên men rƣợu tiến hành theo kiểu khác Bên cạnh ethanol khí CO2, tế bào nấm men tổng hợp “thải” vào dịch hàng trăm sản phẩm phụ sản phẩm trung gian khác trình lên men Những hợp chất đƣợc tìm thấy dịch lên men với hàm lƣợng nhỏ, chẳng hạn nhƣ: glycerol rƣợu bậc cao, aldehyde, acid hữu ester Tác nhân VSV trình lên men rƣợu là: nấm men, nấm mốc vi khuẩn Trong tác nhân nấm men Saccharomyces cerevisiae - Nấm men: Nấm men tác nhân gây nên trình lên men rƣợu, nhiên khơng phải lồi lên men đƣờng thành rƣợu đƣợc mà có số lồi cá khả Trong sản xuất ngƣời ta thƣờng dùng số loài thuộc họ Saccharomyces cerevisiae Theo đặc tính lên men ngƣời ta chia nấm men thành hai nhóm: nấm men nấm men chìm Nấm men nổi: nấm men có cƣờng lực lên men nhanh mạnh Nhiệt độ thích hợp cho nấm men sinh trƣởng từ 20÷280C, tốc độ lên men lớn, lƣợng đƣờng tiêu thụ nhiều Do sinh nhiều khí CO2 nên tế bào nấm men dƣới theo CO2 lên bề mặt, nấm men hoạt động mạnh lên men phân tử đƣờng bề mặt Ngƣời ta thƣờng sử dụng để sản xuất ethanol bánh mì Tiêu biểu lồi Saccharomyces cerevisiae Nấm men chìm: nấm men có cƣờng lực lên men yếu Nhiệt độ thích hợp cho nấm men sinh trƣởng từ 5÷100C Trong q trình lên men lƣợng khí CO2 tạo nhiệt độ thấp nên đƣợc giữ lại dung dịch lên men Sau lên men chúng tạo thành cặn dƣới đáy thùng Quá trình lên men chậm xảy từ từ Tiêu biểu lồi Saccharomyces ellipsoideus Nấm men chìm thƣờng dùng sản xuất bia, rƣợu vang, champagne - Nấm mốc: Nếu sản xuất ethanol từ tinh bột phải qua bƣớc đƣờng hóa tức giai đoạn chuyển tinh bột thành đƣờng Ngƣời ta thƣờng sử dụng nấm mốc cho giai đoạn này, loài phổ biến Aspergillus oryzae, Aspergillus usamii, Aspergillus awamori, Mucor rouxii - Vi khuẩn: Một số vi khuẩn có khả lên men chuyển hóa đƣờng thành ethanol nhƣ Sasina ventriculi, Zymononas mobylis, ngồi cịn có vi khuẩn lactic dị hình, vi khuẩn đƣờng ruột hay Clostridium có khả lên men đƣờng thành ethanol, butyric Tuy nhiên công nghiệp thực phẩm chủ yếu sử dụng nấm men lên men ethanol Quá trình lên men ethanol đƣợc ứng dụng sản xuất ethanol, sản xuất bia, sản xuất rƣợu vang, sản xuất nƣớc giải khát lên men có cồn 2.2 Quá trình lên men lactic Lên men lactic q trình chuyển hóa yếm khí carbohydrate thành acid lactic nhờ hoạt động sống VSV, điển hình vi khuẩn lactic Có hai kiểu lên men lactic lên men lactic đồng hình lên men lactic dị hình - Lên men lactic đồng hình: trình lên men vi khuẩn lactic đồng hình, có khả phân hủy đƣờng theo đƣờng đơn giản tạo nên acid lactic Lƣợng acid lactic hình thành chiếm 90÷98% sản phẩm Cơ chế q trình lên men lactic đồng hình đƣợc trình bày hình 1.2 Hình 1.2 Cơ chế trình lên men lactic đồng hình 10 hạt Trong số enzyme phức enzyme malt đại mạch, quan trọng là: - Enzyme thủy phân tinh bột (các amylase); - Enzyme thủy phân protein (proteolytic enzymes); - Enzyme giải phóng acid phosphoric (phitase) Quy trình cơng nghệ sản xuất malt đại mạch: đƣợc mơ tả theo sơ đồ hình 6.3 Hạt đại mạch Làm Ngâm hạt Ƣơm mầm Sấy Malt đại mạch Hình 6.3 Sơ đồ trình sản xuất malt đại mạch Thuyết minh quy trình: Hạt đại mạch đƣợc làm để loại bỏ tạp chất nhƣ rác, đất, đá, hạt ngoại lai… Sau đó, hạt đƣợc làm ẩm từ 12÷15% tăng lên 44÷46% cách ngâm nƣớc ngày Mục đích ngâm hạt kích hoạt nẩy mầm Trong trình ngâm phải thay nƣớc ngâm làm rao để hạt hút khơng khí lúc làm lần ngâm thổi khơng khí vào hạt lúc ngâm nƣớc Sau ngâm tiến hành ƣơm mầm cách tháo hết nƣớc khỏi hạt, làm cho hạt nẩy mầm đến mức độ định điều kiện khơng khí ẩm, mát đảo trộn nhằm ngăn cản rễ đan chặt lẫn Thời gian ƣơm mầm khoảng 4÷5 ngày Trong thời gian nẩy mầm bên hạt diễn q trình sinh hóa, quan trọng tổng hợp enzyme nhờ tạo đƣờng chất hòa tan khác, mầm phát triển dƣới lớp vỏ trấu, rễ phát triển từ phần cuối hạt Khi tổng hợp enzyme phân giải sơ cấu trúc hạt đạt đến mức tối ƣu hạt đƣợc sấy khơ 85÷105 0C giảm độ ẩm giảm xuống 4÷5% nhằm mục đích dừng q trình nẩy mầm, để bảo quản, tạo hƣơng màu cho malt Ở nƣớc trồng đại mạch, sản xuất malt đƣợc thực nhà máy với quy mô lớn thực tế trở thành ngành vệ tinh cho công nghiệp lên men bia Các nhà xuất malt lớn Châu Âu Australia, Canada Thổ Nhĩ Kỳ Khu vực nhập malt nhiều Nam Mỹ, Châu Phi Đông Á c) Các loại malt dùng sản xuất bia Malt dùng làm nguyên liệu công nghiệp sản xuất bia đƣợc chia làm loại: malt vàng malt đen Malt vàng dùng để sản xuất loại bia vàng, malt đen dùng để sản xuất loại bia đen Ngồi cịn sử dụng số loại malt đặc biệt để làm phụ gia 230 - Malt vàng: Đặc điểm bật malt vàng có màu vàng sáng, có vị nhẹ nhàng hƣơng thơm dịu đặc trƣng malt (hình 6.4) Khi sản xuất malt vàng, điều cần thiết phải tạo đƣợc điều kiện để tích lũy đƣợc hoạt lực enzyme thật cao, đặc biệt amylase, hàm lƣợng acid amin mức độ vừa phải hàm lƣợng đạm hòa tan cần đạt mức độ đủ - Malt đen: Đặc điểm bật malt đen có màu sẫm, hƣơng vị đậm (hình 6.5) Để sản xuất malt đen, thời gian ƣơm mầm phải tạo đƣợc điều kiện cho tích lũy đƣợc nhiều đạm amin đƣờng; Trong giai đoạn sấy tiến hành nhệt độ cao Hình 6.5 Malt đen Hình 6.4 Malt vàng - Malt caramen: Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia vàng với hàm lƣợng 2÷5% nhằm tạo cho bia có hƣơng vị đặc trƣng, cịn bia đen 5÷10% nhằm để tăng cƣờng hƣơng, vị màu sản phẩm Malt caramen đƣợc sản xuất từ malt khô hay malt tƣơi sấy nhiệt độ 110÷1700C - Malt cà phê: Malt cà phê có màu cà phê sẫm, có mùi thơm giống mùi cà phê Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia với hàm lƣợng 2÷5% nhằm để tăng cƣờng màu cho bia Malt cà phê đƣợc sản xuất từ malt khơ hay malt tƣơi sấy nhiệt độ 20÷2250C - Malt diastilin: Là loại malt chứa hoạt lực cao nhóm enzyme diastase đƣợc sử dụng bổ sung trƣờng hợp malt nguyên liệu có khả đƣờng hóa sử dụng nhiều nguyên liệu thay - Malt melanoid: Còn gọi melan, loại malt đen có mùi thơm mạnh, chứa nhiều melanoid Nó đƣợc sử dụng sản xuất bia đen với hàm lƣợng 10÷12% nhằm làm cho sản phẩm mang vị đậm, hƣơng vị đặc trƣng cải thiện khả tạo bọt nhƣ giữ bọt cho bia Malt đƣợc chế biến từ đại mạch có hàm lƣợng protein cao - Malt proteolin: Đây loại malt có chứa khoảng 2% acid lactic đƣợc sử dụng sản xuất bia với hàm lƣợng 2,5% nhằm để làm tăng độ chua khối nấu, tạo điều kiện thuận lợi cho trình thủy phân d) Các tiêu chất lượng malt bia - Về cảm quan: Malt có màu vàng tƣơi đen sẫm (tùy theo loại), vỏ óng ánh Có mùi đặc trƣng cho loại malt, khơng có mùi vị lạ nhƣ mùi ủng, chua, mốc Malt vàng có mùi thơm vị nhẹ thóc sấy Các loại malt thẫm màu đậm, mùi thơm loại hạt cháy Không lẫn tạp chất, tỷ lệ hạt gãy, hạt vỡ tối đa 0,5%, hạt bị bệnh tối đa 1%, hạt không nảy mầm tối đa 5% - Tính chất vật lý: Dung trọng: 500÷600g/l; trọng lƣợng khơ tuyệt đối: 28÷38g/1000 hạt (theo trọng lƣợng có độ ẩm); kích thƣớc hạt: chiều rộng > 2,5mm; Chiều dài mầm từ 2/3÷3/4 chiều dài hạt 231 - Chỉ tiêu hóa học: Gồm tiêu nhƣ: thành phần hóa học, độ chiết, thời gian đƣờng hóa… + Thành phần hóa học: malt đại mạch gồm chất tƣơng tự nhƣ thành phần hóa học hạt đại mạch khác malt đại mạch hàm lƣợng đƣờng protein hòa tan nhiều Thành phần hóa học trung bình malt đại mạch đƣợc trình bày bảng 6.1 Bảng 6.1 Thành phần hóa học trung bình malt đại mạch Chỉ tiêu Độ ẩm Hàm lượng Chỉ tiêu W ≤ 4,5% Chất béo Tinh bột 60÷65% Chất khống Cellulose 4÷6% Protein hồ tan Saccarose 3÷5% Protein Đƣờng khử 2÷4% Hàm lượng 2÷3% 2,5÷3% 3% 7÷9% + Độ chiết malt đại mạch khoảng 75÷82%; + Thời gian đƣờng hóa: malt vàng 10÷20 phút 700C, malt đen 20÷30phút/700C; + pH dịch đƣờng malt 5,5÷6,5; + Trong malt phải chứa hệ enzyme thủy phân nhƣ amylase, protease, phitase, cytase… 1.2.2 Hoa houblon Hoa houblon nguyên liệu thứ hai cơng nghệ sản xuất bia Nó đƣợc cịn ngƣời biết đến đƣa vào sử dụng 3000 năm trƣớc công nguyên Hình 6.6 Hoa houblon Houblon loại lâu năm, đơn tính, thân gỗ mảnh, cao khoảng 2÷5m Để dùng cho mục đích sản xuất bia, sử dụng hoa chƣa thụ phấn Nếu hoa thụ phấn giá trị cơng nghệ bị giảm Chính mà ngƣời ta phải tiến hành loại bỏ đực vƣờn houblon Houblon phát triển tốt Trung Âu Bắc Mỹ Houblon trồng Tiệp khắc có chất lƣợng hàng đầu giới Năng suất hoa houblon đến 7000kg hoa tƣơi/ha, trung bình 5000÷6000kg/ha (1000÷1200 kg hoa khơ/ha) a) Vài trị hoa houblon công nghệ sản xuất bia Hoa houblon đƣợc sử dụng sản xuất bia nhằm mục đích: - Truyền mùi thơm vị đắng cho bia; - Tăng khả tạo bọt giữ bọt cho bia; 232 - Tăng khả sát trùng cho bia Do tính quan nhƣ nên hoa houblon nguyên liệu không thay đƣợc cơng nghệ sản xuất bia b) Thành phần hóa học Thành phần hóa học houblon phụ thuộc vào giống điều kiện canh tác Thành phần hóa học houblon bao gồm: chất đắng, polyphenol, protein, cellulose, tinh dầu hoa, chất khống… Thành phần hóa học trung bình houblon đƣợc trình bày bảng 6.2 Bảng 6.2 Thành phần hóa học trung bình hoa houblon Chỉ tiêu Hàm lượng Chỉ tiêu Hàm lượng Nƣớc 11÷ 13% Cellulose Chất đắng 15÷21% Chất khống 5÷8% Polyphenol 2,5÷6% Tinh dầu hoa 0,3÷3% 15÷21,5% Các chất khác 26÷28% Protein 12÷14% Trong chất có giá trị bia chất đắng, tiếp đến tinh dầu hoa polyphenol - Chất đắng: Chất đắng có giá trị tạo vị thay đƣợc cho bia Bên cạnh chất đắng cịn tham gia tạo giữ bọt bia Chất đắng hoa có khả ức chế vi khuẩn Gram dƣơng tốt góp phần tạo sức kháng khuẩn cho sản phẩm Các chất đắng bị biến đổi dƣới tác dụng ánh sáng thành đồng phân, chất thƣờng thể vị bia bảo quản lâu Chất đắng houblon gồm nhiều hợp chất, chia thành hai nhóm chính: nhựa mềm nhựa cứng Nhựa mềm phần chất đắng tan hexane, phần quan trọng sản xuất bia Nhựa mềm gồm αacid đắng -acid đắng đồng phân chúng Nhựa cứng phần chất đắng khơng tan hexane, có ý nghĩa sản xuất bia Khi bảo quản thời gian dài điều kiện khơng đảm bảo phần nhựa mềm hoa giảm phần nhựa cứng tăng lên + Nhóm α-acid đắng đồng phân: Đây thành phần giá trị chất đắng houblon, cung cấp vị đắng cho bia Nhóm α-acid đắng theo thứ tự gồm humulone, cohumulone, adhumulone Chúng có cơng thức phân tử giống nhau, khác nhóm –R (hình 6.7) Hình 6.7 Cấu trúc acid đắng α-acid đắng; -acid đắng R= CH2CH(CH2)2 (humulone lupulone) CH2CH(CH2)2 (cohumulone colupulone) CH(CH3)CH2CH3 (adhumulone adlupulone) Tuy khơng có nhóm carboxyl nhƣng chất tạo nhiều loại muối, đƣợc gọi acid Khả hòa tan α-acid đắng vào nƣớc 233 khoảng 500mg/l, vào dịch đƣờng cịn vào bia hầu nhƣ khơng đáng kể Trong công đoạn đun hoa, α-acid đắng không trực tiếp tan vào dịch mà biến đổi thành đồng phân có khả tan tốt độ đắng cao hơn, trình gọi đồng phân hóa Sản phẩm đồng phân hóa iso-α-acid đắng, gồm isohumulone, isocohumulone,… Đồng phân hóa định hiệu suất khai thác chất đắng sắc thái vị đắng Q trình đồng phân hóa α-acid đắng đƣợc thể hình 6.8 Hình 6.8 Q trình đồng phân hóa α-acid + Nhóm -acid đắng: Gồm lupulone, colupulone, adlupulone Giống nhƣ với αacid đắng, -acid đắng có cơng thức phân tử giống nhau, khác nhóm -R Các -acid đắng khơng hịa tan Các -acid đắng khơng thay đổi nhiều q trình đun sơi nƣớc nha Chúng tham gia vào độ đắng bia thành phẩm, trừ chúng bị oxy hóa thành hupulone bảo quản Trong trƣờng hợp chúng tham gia tạo vị đắng - Dầu hoa: Dầu hoa chất lỏng suốt màu vàng nhạt, có cƣờng độ hƣơng mạnh Dầu hoa bia với hàm lƣợng nhỏ (thích hợp) cho mùi thơm đặc trƣng dễ chịu Dầu hoa houblon gồm khoảng 200 cấu tử, chủ yếu terpen, rƣợu, ketone, aldehyde, ester acid hữu Có thể chia thành nhóm: + Nhóm hydrocarbon, chiếm khoảng 75%; + Hợp chất chứa oxy, chiếm 25%; + Một lƣợng nhỏ hợp chất chứa lƣu huỳnh Trong số hydrocarbon, myrcene chiếm 60% tổng dầu hoa, dễ bay dễ bị oxy hóa, có mùi mạnh, khó chịu -caryophyllene (khảng15%), -farnesene humulene (0÷40%) cấu tử có mùi thơm dễ chịu - Polyphenol: Polyphenol chiếm khoảng 2÷5% chất khơ, chủ yếu cuống lõi hoa Vai trò quan trọng polyphenol liên kết với protein polypeptid cao phân tử tạo thành kết tủa Các kết tủa đƣợc loại bỏ qua công đoạn lắng, lọc, nhờ làm tăng độ bền hóa lý bia Polyphenol tham gia tạo vị, kháng khuẩn, tạo giữ bọt bia Tuy nhiên bị oxy hóa tác dụng với muối sắt tạo thành phức chất đậm màu làm xấu màu bia, diện với hàm lƣợng lớn, polyphenol tham gia phản ứng ngƣng kết gây đục bia Polyphenol houblon chủ yếu gồm tannin, flavonol, catechin hợp chất anthocyanidin Trong anthocyanidin chiếm đến 80% Polyphenol houblon có khả ngƣng tụ hoạt tính cao malt đại mạch 234 c) Các dạng sử dụng hoa houblon Sử dụng hoa nguyên cánh sản xuất bia có ƣu điểm bảo tồn đƣợc chất lƣợng, nhƣng có nhƣợc điểm khó bảo quản, chiếm nhiều thể tích hiệu sử dụng không cao Để khắc phục nhƣợc điểm trên, kỹ thuật sản xuất bia sử dụng sản phẩm chế xuất từ hoa có nhiều ƣu điểm nhƣ: dễ ổn định độ đắng cho bia, thời gian bảo quản gần nhƣ vô hạn, lực đắng cao so với hoa nguyên, chi phí vận chuyển bảo quản giảm, không cần sử dụng thiết bị tách bã hoa, dễ dàng đƣợc tự động nạp vào nồi đun hoa Ở nƣớc ta hoa houblon đƣợc nhập từ Đức, Tiệp Khắc, Úc Hai dạng sản phẩm hoa phổ biến hoa viên chất chiết xuất từ hoa * Hoa viên: Hoa viên dạng bảo quản tiện lợi, đƣợc sản xuất từ Hình 6.9 Các dạng sử dụng houblon hoa khô Yêu cầu hoa viên: có (A): Hoa houblon nguyên cánh khả tạo kết lắng nhanh đun sôi (B): Hoa houblon dạng bánh với dịch đƣờng, làm dịch đƣờng, (C): Hoa houblon dạng viên hƣơng thơm rõ rệt, có vị đắng dịu Hiện có dạng viên houblon sau: viên dạng 90, viên đƣợc làm giàu, viên đƣợc đồng phân hóa - Viên 90: Từ 100kg hoa khô sản xuất 90 kg viên hoa, chứa tất thành phần quan trọng hoa houblon Cách sản xuất viên hoa 90 nhƣ sau: Hoa tƣơi đƣợc sấy khơng khí nóng 40÷500C đến đạt hàm ẩm 7÷9%, xay nhỏ thành bột với cỡ hạt 1÷5mm, trộn nén thành dạng viên Trong trình tạo viên, khống chế nhiệt độ không vƣợt 500C Sau làm nguội với khơng khí lạnh 10÷20oC, đóng bao với hỗn hợp khí N2-CO2 - Viên 45 (viên giàu lupuline): Từ 100kg hoa khô sản xuất 45kg viên hoa loại 45 Loại sản phẩm chứa hàm lƣợng α acid đắng 6÷18%, lƣợng tạp chất giảm cịn nửa Cách sản xuất viên hoa 45 nhƣ sau: hoa thô khô đƣợc nghiền máy chuyên dụng máy sàng để thu đƣợc bột mịn (