Bài tiểu luận tìm hiểu quy trình sản xuất bia đen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN THỰC PHẨM ĐỀ TÀI DARK BEER GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Sang 60902231 Ngô Ngọc Hùng 60901066 Phạm Thanh Quang 60902113 Lê Sỷ Phước Huy 60901007 Mục lục Mục lục Mục lục hình Mục lục bảng Phần I: Nguyên liệu sản xuất bia đen I.1 Malt đen, Malt vàng I.1.1 Hạt đại mạch I.1.2 Cấu tạo hạt đại mạch I.1.3 Thành phần tính chất hạt đại mạch I.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá malt 13 I.1.5 Quy trình sản xuất malt 13 I.2 Hoa Houblon 17 I.2.1 Thành phần tính chất 17 I.2.2 Đánh giá hoa Houblon .20 I.3 Nước 21 I.4 Nấm men 22 I.4.1 Thành phần hóa học nấm men .23 I.4.2 Cấu tạo tế bào nấm men .23 I.4.3 Các chất dinh dưỡng cho nấm men .23 I.4.4 Các enzyme nấm men .25 I.4.5 Các đặc tính mong muốn 25 I.5 Các nguyên liệu phụ khác .26 Phần II: Quy trình cơng nghệ sản xuất bia đen 27 I.1 Tách tạp chât 29 I.2 Nghiền 30 I.3 Nấu dịch nha 32 I.4 Lọc dịch nha rửa bã malt 41 I.5 Đun sôi dịch nha với hoa Houblon 43 I.6 Tách bã Houblon 45 I.7 Làm lạnh dịch nha 45 I.8 Cung cấp oxy cấy giống nấm men 47 I.9 Lên men 48 I.10 Lên men phụ 61 I.11 Lọc bia 63 I.12 Làm lạnh bia 64 I.13 Bão hòa CO2 64 I.14 Rót 67 I.15 Thanh trùng 68 I.16 Dán nhãn 70 Phần III: Đánh giá chất lượng bia thành phẩm 72 Tài liệu kham khảo 74 Mục lục hình Hình 1.1 Malt đen malt vàng Hình 1.2 Đại mạch hàng hàng Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch Hình 1.4 Búp hoa Houblon 17 Hình 1.5 Cơng thức α-acid 18 Hình 1.6 Cơng thức β-acid 19 Hình 1.7 Cơng thức tổng quát nhóm flavonoid .20 Hình 2.1 Máy quạt sàng 29 Hình 2.2 Máy tách kim loại .29 Hình 2.3 Máy nghiền phun ẩm 31 Hình 2.4 Giản đồ đun sôi lần 37 Hình 2.5 Nồi nấu dịch nha .38 Hình 2.6 Thùng lọc đại 41 Hình 2.7a Thiết bị đun hoa gia nhiệt bên .45 Hình 2.7b Bộ phận cấp nhiệt bên 45 Hình 2.8 Thiết bị Whirlpool 46 Hình 2.9 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng .47 Hình 2.10 Chu trình đường phân .49 Hình 2.11 Sơ đồ hình thành khử vinal dixeton, diaxety 55 Hình 2.12 Thiết bị lên men 60 Hình 2.13 Máy lọc đĩa .65 Hình 2.14 Nguyên tắc làm việc máy lọc đĩa 65 Hình 2.15 Sơ đồ ngun lý hệ thống bão hịa CO2 66 Hình 2.16 Cấu tạo máy chiết chai 68 Hình 2.17 Các giai đoạn chiết chai 69 Hình 2.18 Thiết bị trùng tunel .70 Hình 2.19 Nguyên tắc làm việc máy dán nhãn 70 Mục lục bảng Bảng 1.1 Thành phần hóa học hạt đại mạch Bảng 1.2 Sự khác quy trình sản xuất malt 14 Bảng 1.3 Đặc điểm số hóa học malt đen malt vàng 15 Bảng 1.4 Thành phần hóa học hoa Houblon 18 Bảng 1.5 Thành phần α-acid 19 Bảng 1.6 Thành phần β-acid 19 Bảng 1.7 Thành phần khoáng cần cho nấm men 24 Bảng 1.8 Các enzyme chất chuyển hóa 25 Bảng 2.1 Ảnh hưởng mức độ nghiền 31 Bảng 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đường hóa 39 Bảng 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pH tối ưu enzyme 40 Bảng 2.4 Sự phụ thuộc pH môi trường với thời gian hiệu suất đường hóa 40 Phần I Nguyên liệu sản xuất bia đen Bốn loại nguyên liệu cần dùng cho trình sản xuất bia đen là: malt đen, malt vàng, hoa houblon, nước, nấm men số nguyên liệu phụ khác Chất lượng chúng định đến chất lượng bia thành phẩm I.1 Malt đen, malt vàng: Hình 1.1 Malt đen malt vàng Malt đen nguyên liệu sản xuất bia đen Màu bia định màu malt, malt vàng sản xuất bia vàng, malt đen kết hợp với malt vàng dùng để sản xuất bia đen Malt đen có hàm lượng lớn melanoit, hợp chất màu nâu, vàng nhạt đến cánh dán Malt đen sản xuất từ hạt đại mạch I.1.1 Hạt đại mạch: Đại mạch loại ngũ cốc mà có bơng đại mạch đặc trưng hạt dài Nó phân thành loại: đại mạch hai hàng (Hordeum distichum) đại mạch sáu hàng (Hordeum hexadistichum) Hình 1.2 Đại mạch hàng (trái) đại mạch hàng (phải) Trong sản xuất bia, người ta sử dụng chủ yếu đại mạch hai hàng Hạt đại mạch hai hàng to, đầy đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng Do hạt đại mạch có hàm lượng có ích tương đối lớn, đồng thời lượng vỏ nên chứa không nhiều hợp chất polyphenol hợp chất đắng Các hạt đồng có hàm lượng chất hòa tan tương đối cao I.1.2.Cấu tạo hạt đại mạch: I.1.2.1 Cấu trúc bên ngồi: q trình phát triển, vỏ bị kéo dài lúa, lúa bị tách rời đập lúa Tính chất vỏ đánh giá qua phần nhăn vỏ (lemna), đảm bảo độ vỏ Ở mặt gọi vỏ bụng (palea) Phần nhăn phía vùng tạo rễ, đặc điểm nhận dạng I.1.2.2 Cấu trúc bên trong: Cấu trúc bên hạt đại mạch gồm phần chính: phơi, nội nhũ vỏ trấu Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch Phơi phần sống hạt Trọng lượng phôi chiếm khoảng 2,5 – 5% trọng lượng hạt Phần nội nhũ có tế bào tinh bột Trong trình nảy mầm tế bào nội nhũ cung cấp lượng cho phôi phát triển Vỏ trấu mỏng nhẹ I.1.3.Thành phần tính chất hạt đại mạch Hàm lượng ẩm trung bình đại mạch thường 14-15% Hàm lượng ẩm biến thiên từ 12% điều kiện thu hoạch khô đến 20% điều kiện ẩm ướt Đại mạch có độ ẩm cao cần sấy khô để bảo quản lâu không làm khả nảy mầm Để bảo quản lâu, đại mạch phải có độ ẩm 15% Hàm lượng trung bình thành phần tính theo khối lượng chất khơ sau: Bảng 1.1 Thành phần hóa học hạt đại mạch Cacbohydrat tổng số 70,0 – 85,0 % Protein Các chất vô Chất béo Các chất khác 10,5 – 11,5 % 2,0 – 4,0 % 1,5 – 2,0 % 1,0 – 2,0 % I.1.3.1 Các hợp chất cacbohydrat: Các hợp chất quan trọng là: tinh bột, loại đường, xenluloza, hemixenluloza chất keo Tinh bột Tinh bột (C6H10O5)n cấu tử quan trọng nhất, hình thành 50 – 63 % thành phần đại mạch Kích thước hạt tinh bột lớn ( 20-30 µm ) nhỏ (1 – µm) mà kích thước trung bình Thành phần hạt tinh bột gồm chất sau: Amyloza: chiếm 20 – 25 %, tan nước nóng, khơng bị hồ hóa Amylopectin: chiếm tới 75 – 80 %, không tan nước, hồ hóa nhiệt độ cao Xenluloza: Có – % xenluloza tập trung vỏ trấu tập hợp chất tạo cấu trúc Là chuỗi glucose 1,4 mạch dài không phân nhánh Xenluloza không ảnh hưởng đến chất lượng bia Hemixenluloza: Hemixenluloza thành phần chủ yếu thành tế bào nội nhũ Bao gồm β-glucan pentozan kết hợp nên khung bền vững cho thành tế bào nội nhũ Hai thành phần có ảnh hưởng khác đến trình sản xuất bia chất lượng sản phẩm β-glucan có khả tạo gel gây ảnh hưởng bất lợi cho trình lọc dich lọc bia Tác động pentozan đến trình sản xuất chất lượng bia không quan trọng β-glucan: 80 – 90 % Pentozan: 10 – 20% Đường: Hàm lượng đường đại mạch nhỏ, 1,8 – 2% Các đường sản phẩm trao đổi chất sử dụng hạt nảy mầm Do sau thu hoạch, hạt đại mạch trạng thái nghỉ, có lượng nhỏ sản phẩm trao đổi chất, chủ yếu đường saccaroza đường glucoza, fructoza I.1.3.2.Các hợp chất chứa nitơ: Hàm lượng nitơ đại mạch tính theo protein, biến đổi khoảng – 16% Lượng chất chiết malt giảm 0,7 – 1% hàm lượng protein malt tăng lên Hàm lượng protein malt cho phép tối đa 11,5 % tổng chất khô Mặc dù lượng protein bia tương đối nhỏ có tác động lớn đến chất lượng bia Các hợp chất chưa nitơ chia làm hai nhóm chính: protein sản phẩm thủy phân Protein: Là hợp chất chưa nitơ có phân tử lượng cao cao, khối lượng phân tử tới 20000 – 300000, không tan nước, kết tủa đun sơi Vì dịch đường đun sơi q trình nấu nên khơng phải tồn lượng protein có bia thành phẩm Đại mạch chứa protein sau: • Glutelin: chiếm 30%, tan dung dịch kiềm loãng Hầu hết glutelin phân bố lớp alơron Nó khơng bị thủy phân thải ngồi theo bã hạt • Prolamin: chiếm 37%, tan cồn 80o phần cịn sót lại bã • Globulin (edestin): chiếm 15%, tan dung dịch muối loãng dịch hèm Edestin gồm cấu tử (α, β, θ, γ) β-globulin (có chứa lưu huỳnh) khơng kết tủa hồn tồn, kể kéo dài thời gian sơi, gây đục bia • Albumin (leucosin): chiếm 11%, tan nước Khi đun sôi, kết tủa hoàn toàn Hàm lượng protein đại mạch giảm trình sản xuất malt bia chúng bị phân hủy phần enzym tạo nên sản phẩm protein Sản phẩm protein thủy phân: Sản phẩm protein thủy phân có đặc điểm bật hịa tan nước kết tủa đun sôi Hầu hết sản phẩm protein thủy phân có bia thành phẩm Sản phẩm protein thủy phân chiếm tỷ lệ nhỏ hợp chất chưa nitơ đại mạch (~8%) Tỷ lệ tăng trình sản xuất malt bia Chúng phân loại sau: Loại có phân tử lượng cao gồm proteoza, sản phẩm phức gọi tên tùy thuộc protein gốc (albumin, globuloza) pepton phức hợp Sản phẩm protein thủy phân cao phân tử làm tăng độ bền bọt bia, nhiên gây đục bia Sản phẩm protein thủy phân có phân tử lượng thấp, gồm khối protein nhỏ nhất, acid amin peptit tạo thành phản ứng polyme hóa Sản phẩm thủy phân có phân tử lượng thấp nguồn dinh dưỡng cho nấm men bia I.1.3.3.Chất béo: Đại mạch chứa khoảng 2% chất béo, nằm chủ yếu lớp alơron mầm Chất béo hầu hết trigluxerit Chất béo không tan nước không biến đổi hạt, bị thải theo bã hạt Chất béo ảnh hưởng xấu đến bọt bia I.1.3.4.Các hợp chất vô Trong đại mạch có khoảng 2-3% chất khống, chủ yếu chất vơ Các chất vô quan trọng là: Hợp chất phophat thành phần hợp chất vơ cơ, đóng vai trị quan trọng có cấu trúc hợp chất hữu quan trọng đại mạch (phitin, acid nucleic, coenzym, protein…) Photphat giải phóng từ hợp chất diễn phản ứng sản xuất malt bia Silicat đặc biệt nhiều vỏ trấu hạt tinh bột Chúng chuyển sang dạng keo nhận thấy cặn bia Một số muối quan trọng sản xuất bia cung cấp nguyên tố vi lượng cho nấm men bia Zn I.1.3.5.Các hợp chất khác: Trong đại mạch có số hợp chất khác, với số lượng nhỏ chúng tác động không nhỏ đến chất lượng bia trình sản xuất Đó hợp chất polyphenol, tanin vitamin Polyphenol tanin: Chúng nằm vỏ trấu lớp alơron đại mạch Với số lượng lớn chúng tạo vị đắng khó chịu Hàm lượng chúng tăng theo độ dày vỏ trấu Các vitamin: Là nguyên tố dinh dưỡng, tạo trồng trao đổi chất tế bào Chúng có chức riêng quan trọng cho q trình trao đổi chất tế bào Đại mạch chứa chủ yếu vitamin sau: B1 (thiamin): chủ yếu phần hạt B2 (riboflavin) C (acid ascorbic): số lượng E (tocophenol): chất béo mầm Các emzyme: Có chất protein tan nước, tiết tế bào sống hoạt động chất xúc tác sinh hóa, có hoạt tính sinh học cao, có cấu tạo phân tử phức tạp giữ vai trò đặc biệt quan trọng cơng nghệ sản xuất bia Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực nhóm enzyme cao Đến giai đoạn chính, hoạt lực chúng giảm cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩm 13% hầu hết hệ enzyme hạt trở thành trạng thái liên kết Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 43-44% hệ enzyme giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực enzyme đạt đến mức tối đa, nhờ mà đến lúc đường hóa chúng có khả thủy phân gần hoàn toàn hợp chất cao phân tử nội nhủ hạt Các sản phẩm thủy phân hòa tan vào nước trở thành chất chiết dịch đường Trong hạt đại mạch, chứa lượng enzyme phong phú, chúng xếp vào nhóm khác Theo khóa phân loại hóa sinh học, chúng phân thành hai nhóm chính: hydrolaza decmolaza Hydrolaza (nhóm enzyme thủy phân) Phụ thuộc vào chất bị thủy phân, enzyme xúc tác chia thành nhóm: cacbohydraza, proteaza esteraza Cacbohydraza: Nhóm enzyme thủy phân gluxit cao phân tử thành sản phẩm thấp phân tử Trong nhóm có hai phân nhóm nhỏ: polyaza hexozidaza Hexozidaza enzyme xúc tác thủy phân disaccharid, trisaccharid số glucozid khác, polyaza enzyme thủy phân gluxit cao phân tử Chúng bao gồm: diastaza (amylaza) sitaza Diastaza Diastaza phân cắt tinh bột thành sản phẩm dạng đường dextrin Đây nhóm enzyme quan trọng công nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm enzyme: α-amylaza β-amylaza Enzyme α-amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza dextrin Nhờ trình phân cắt này, độ nhớt dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kĩ thuật sản xuất bia, trình gọi q trình dịch hóa Trong đại mạch khơ, khơng chứa α-amylaza hoạt tính Chúng hoạt hóa giai đoạn ngâm ươm mầm Là enzyme chịu nhiệt chịu chua Nhiệt độ tối ưu 70oC pH 5,7 Enzyme β-amylaza tác động trực tiếp lên mạch amylaza, mạch nhánh hai đầu mạch amylopectin Sản phẩm q trình phân cắt đường maltoza dextrin Nhiệt độ thích hợp cho enzyme hoạt động 63oC pH 4,7 Sitaza: Bao gồm enzyme: sitoclactaza sitolitaza Enzyme đầu thủy phân hemixelluloza thành sản phẩm trung gian, enzyme sau thủy phân sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối pentoza hexoza Nhờ có q trình phân cắt này, thành tế bào bị phá hủy, tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme khác xâm nhập vào nâng cao hoạt lực Cũng thành tế bào bị phá vỡ mà đến lúc sấy hạt trở thành xốp Trong kĩ thuật sản xuất malt, tượng ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nhuyễn bán thành phẩm Proteaza: Các enzyme nhóm thủy phân protein thành sản phẩm trung gian sau số hợp chất tiếp tục bị phân cắt đến sản phẩm cuối acid amin amoniac Proteinaza: Nhóm thủy phân protein thành albumoza pepton Sau chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptid polupeptid Peptidaza: Peptidaza bao gồm hai enzyme: dipeptidaza polypeptidaza Chúng tác động lên phân tử dipeptid polypeptid để phân cắt chúng thành acid amin Amidaza: Chức enzyme cắt nhóm amin khỏi acid amin để tạo thành acid hữu giải phóng NH3 Esteraza: Nhóm enzyme phân cắt mối liên kết este hợp chất hữu khác nhau, hợp chất hữu vô Nhóm chia thành nhóm nhỏ: lipaza phosphataza Lipaza: Chúng phá vỡ liên kết este rượu đơn đa chức với acid béo bậc cao Enzyme phân bố chủ yếu phôi lớp alơron Amilophosphataza: Enzyme tham gia hỗ trợ trình thủy phân tinh bột Chúng cắt mối liên kết este acid phosphoric phân tử amilopectin Nhờ có trình này, tinh bột hồ hóa cách dễ dàng Fitaza: Enzyme phá vỡ mối liên kết este acid phosphoric với inozit, tức chúng tham gia thủy phân fitin Q trình đóng vai trị quan trọng cơng nghệ sản xuất bia, H3PO4 giải phóng làm tăng độ chua tác dụng tăng cường lực đệm dịch đường Decmolaza (enzyme oxy hóa – khử): Nhóm enzyme decmolaza xúc tác phản ứng oxy hóa – khử q trình hơ hấp phân giải yếm khí gluxit (thực chất trình lên men rượu), nghĩa chúng tham gia trực tiếp vào trình trao đổi chất tế bào Nhóm enzyme đóng vai trị định việc hoạt hóa phát triển phơi giai đoạn ươm mầm I.1.4.Quy trình sản xuất malt đen: Quy trình sản xuất malt đại mạch hai hàng sau: phân loại hạt, làm ướt, ươm mầm, sấy tách mầm Mục đích quy trình sản xuất malt làm hoạt hóa sinh tổng hợp emzyme hạt đại mạch, thủy phân phần chất hạt tổng hợp số hợp chất màu mùi đặc trưng cho malt Chúng ta cần trọng đến q trình sấy malt cơng đoạn quan trọng định đến việc tạo loại malt khác malt đen malt vàng Theo GS Hồng Đình Hịa, Viện Cơng nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội cho hay: Màu vàng, đen nâu bia định loại hạt malt định độ lên men bị chậm lại, hương vị bia khơng đạt mức cần có Lượng oxy hịa tan dung dịch đường nên khống chế 6,7-7mg/l  Cường độ khuấy đảo dịch lên men Cường độ xáo trộn dịch lên men yếu tố mạnh thúc đẩy nhanh trình lên men có khuấy đảo thời gian lên men ngắn sản phẩm bia lại chứa nhiều sản phẩm bậc hai đặc biệt rượu bậc cao diaxetyl Hương vị sản phẩm sai lệch nhiều so với bia tiêu chuẩn  Nồng độ sản phẩm lên men Sản phẩm q trình lên men rượu etylic khí cacbonic Khi hợp chất tích tụ đến nồng độ định dịch lên men hoạt động sống tế bào nấm men bị ức chế Ở nồng độ thấp, 2% hoạt động nấm men xảy bình thường vượt 2% khả nảy chồi nấm men bắt đầu giảm Khi nồng độ rượu etylic tăng lên đến 5% khả nảy chồi nấm men hoàn toàn chấm dứt, trình lên men tiếp diễn Nếu nồng dộ cồn lên đến 12% trình lên men bị đình hồn tồn  Tách, tái sử dụng nấm men: Việc tách nấm men ta thực cửa đáy Tại đáy thiết bị lên men dịch lên men phân thành lớp rõ rệt: - Trên cùng: chủ yếu nấm men yếu, lắng tế bào chết Phần giữa: gồm nấm men khỏe mạnh thu nhận tái sử dụng cho mẻ lên - men khác Đáy: gồm cặn tủa protein, Thiết bị: Thiết bị lên men đặt ngồi trời thể tích sử dụng thiết bị không vượt 85% Nhiệt độ lên men khoảng 4-5oC Quá trình lên men diễn áp suất thường Khi hàm lượng đường lên men xấp xỉ 1% kết thúc lên men Người ta làm lạnh bia non 0-2 oC tách nấm men từ phía đáy thiết bị lên men Trước vào lên men tank lên men tẩy rửa theo quy trình riêng nhằm loại bỏ cặn bẩn vi sinh vật khỏi thiết bị Sau ta mở van cấp lạnh để cấp nhiệt cho tank để đưa nhiệt độ cấy nấm men, tiến hành bơm dịch vào tank Men bơm đồng thời với dịch để tạo đồng Ở giai đoạn đầu lượng CO tế bào nấm men tập trung vào trình sinh trưởng để tăng sinh khối tế bào, đến ngày thứ ba trở mật độ tế bào nấm men cao, hoạt lực nấm men tăng nhanh, áp suất tăng mở van thu hồi CO trì áp suất 0,5 bar Trong trình lên men phải thường xuyên kiểm tra thông số kỹ thuật : nhiệt độ, áp suất, nồng độ đường, độ nhiễm tạp, nồng độ dịch lên men từ đưa phương pháp xử lý thích hợp Trong q trình lên men thường cấp lạnh cho khoang cùng, mục đích để tạo chênh lệch nhiệt độ khoang, nhờ tạo đối lưu, nấm men chuyển động từ lên trên, tăng bề mặt tiếp xúc enzym chất Thời gian lên men – ngày đường 3- 3,5 o S kết thúc trình lên men chính, hạ nhiệt độ xuống khoảng o C tiến hành tách sữa men chuyển sang lên men phụ Hình 2.12 thiết bị lên men I.10 Lên men phụ: Sau kết thúc trình lên men chính, lượng tế bào nấm men cịn sót lại khoảng 4-8 triệu tế bào/ml, khoảng phù hợp để trình lên men phụ diễn I.10.1: Mục đích:Hồn thiện Quá trình lên men phụ tiến hành sau trình lên men nhằm chuyển hóa lượng đường cịn sót lại q trình lên men để tạo thành CO sản phẩm phụ khác Đồng thời giai đoạn này, lượng diaxetyl tạo thành giai đoạn lên men nấm men khử chuyển hóa thành axeton, axit hữu tác dụng với rượu tạo thành este Do đó, trình lên men phụ góp phần ổn định hương vị độ bia thành phẩm I.10.2 Những biến đổi trình lên men phụ Những biến đổi trình lên men phụ giống biến đổi q trình lên men với tốc độ chậm nhiệt độ thấp hơn, lượng nấm men hơn.Trong có biến đổi quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm: độ chin bia non kèm theo điều chỉnh tính chất cảm quan bai thành phẩm như: độ trong, độ bền, đặc trưng keo, màu sắc hương vị bia Diacetyl Một chất có hương vị khó chịu bia non diacetyl ( sản phẩm phụ trình lên men giai đoạn cuối) dần biến trình này, nấm men sử dụng diaxetyl làm chất chuyển hóa chất thành axeton 2,3-butadiol điều kiện kị khí Q trình phân hủy diaxetyl phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ lạnh chậm Trong suốt trình tàn trữ, diacetyl giảm dần đến nhỏ mức giới hạn để khơng cịn nhận biết vị giác nữa( hàm lượng diacetyl quy định < 0.2mg/l) Acetaldehyt: Trong trình lên men phụ hàm lượng acetaldehyt tiếp tục bị giảm xuống hoạt động trao đổi chất nấm men Sự bão hòa CO2 bia: Sự bão hòa CO2 bia phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thời gian lên men phụ Trong giai đoạn này, trình lên men etanol tiếp tục diễn kèm theo giải phóng CO vào dịch lên men Tuy nhiên có phần CO tạo hấp thụ bia tồn dạng hòa tan liên kết với thành phần khác dịch lên men Các axit béo dễ bay hơi: Sự tổng hợp axit béo mạch ngắn (C4-C10) bị ức chế giai đoạn đầu q trình lên men phụ Sau đó, nấm men kết nối axit béo mạch ngắn thành triglyceride dự trữ tế bào Tuy nhiên trình lên men phụ kéo dài hàm lượng axit béo dịch lên men tăng trình thủy phân triglyceride Sự có mặt axit ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm Sự kết lắng làm bia: Một trình quan trọng thời kỳ lên men phụ trình kết lắng cặn, tức trình làm bia Bia non sau lên men xong, chuyển vào khu vực lên men phụ chứa lượng đáng kể tế bào nấm men nhiều hạt cặn mịn khác Ở đầu giai đoạn lên men phụ, hạt cặn trạng thái động( trình lên men diễn ra, nhiệt độ vùng thiết bị không đồng nhất) Khi trình lên men phụ tắt dần nhiệt độ ngồi thiết bị cân hạt phân tán kích thước bé bắt đầu kết lắng bia thêm Do nhiệt độ thấp,lại tạo nên lượng etanol đáng kể lúc kết lắng Cũng điều kiện này, kết lắng hợp chất protein-polyphenol tăng thêm Do trình lên men phụ kéo dài tốc độ làm bia nhanh I.10.3 Tiến hành lên men phụ Bia non (sau lên men chính) hạ xuống – 70C vịng 48h sau giảm tiếp – 20C (hoặc đưa nhiệt độ bia non – 20C tùy theo yêu cầu chất lượng loại bia) Trong trình làm lạnh, tế bào nấm men lắng xuống đáy thùng lên men lấy để xử lý Bia non có mùi nấm men, lượng CO (trung bình 0.2 – 0.35% trọng lượng, ½ trọng lượng CO2 bia thành phẩm) qua lên men phụ tăng lên đáng kể (phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất lên men) Thời gian lên men phụ, tàng trữ – tuần (nhanh – ngày lâu tháng cho bia đặc biệt) Áp lực thùng lên men phụ giữ ≤ 1.5 at.Việc di chuyển bia non thường dùng theo phương pháp tự chảy kết hợp với khí nén (CO2 hay khơng khí) đơi dùng bơm.Thơng thường bia non thùng chia làm – thùng lên men phụ để làm điều sản phẩm I.10.4: Thiết bị Quá trình lên men phụ thực tank lên men đặt hầm lạnh có nhiệt độ 0-20C Trong tank lên men khơng cần đặt hệ thống lạnh có đặc ống dẫn CO , đồng hồ đo áp lực, van an toàn, đường ống nhập liệu tháo liệu I.11 Lọc bia: Mục đích cơng nghệ: hồn thiện sản phẩm -Tạo độ lóng lánh cho bia -Loại bỏ đáng kể số lượng vi sinh vật bao gồm nấm men cịn tồn sau q trình tàng trữ có khả làm đục bia -Loại bỏ phức chất protein, hạt dạng keo polyphenol, polysaccarit protein tan, chất làm bia nhanh đục, nhờ làm bia ổn định Nguyên tắc lọc bia: -Trong trình lên men phụ tàng trữ, bia làm bia cách tự nhiên chưa đạt đến mức độ cần thiết Trong bia diện nấm men, hạt phân tán học, dạng hạt keo, phức chất protein-polyphenol, nhựa đắng nhiều loại hạt khác tạo màu đục bia Nếu khơng loại cấu tử bia bền, việc lọc bia tăng thời gian bảo quản q trình lưu thơng thị trường -Nguyên tắc lọc bia dựa trình: +Cơ chế sàn: giữ lại tất hạt có kích thước lớn kích thước vật liệu lọc mộ cách học cấu sàng, lớp vật liệu lọc đóng vai trị mặt sàng Các hạt huyền phù giữ lớp vật liệu lọc bị giữ bên lớp vật liệu lọc tùy theo kích thước chúng +Cơ chế hấp phụ: chế cho phép giữ lại hạt huyền phù có kích thước nhỏ kích thước lỗ vật liệu lọc, dựa hấp phụ hạt vật liệu lọc Hiệu qủa trình hấp phụ, phụ thuộc trước hết vào chất hấp phụ chất bị hấp phụ,sau thời điểm q trình lọc -Trong cơng nghiệp sản xuất bia, loại vật liệu lọc sử dụng rộng rãi gồm: +Xơ trộn với bột amian ép chặt thành bánh hình trịn Vì độ dày bánh lớn,cho nên thuật ngữ chuyên ngành chúng gọi khối lọc +Sợi Xenlluloza dệt ép thành tấm,khi tiến hành lọc bia phải phủ bột diatomit.Vì độ dày bé chúng lại bền dai,trong thuật ngữ chuyên ngành chúng gọi lọc -Trong trình lọc xảy tượng giảm nồng độ chất hòa tan bia.Do phần dạng keo bị loại độ nhớt bia sau lọc bị giảm khả tạo bọt giảm - Lọc bia dẫn đến hao phí khối lượng hao phí CO ,mặc dù q trình thực hệ thống hồn tồn kín.Muốn tránh hao phí CO trước lúc lọc,bia làm lạnh đến 00C.Giải pháp có điểm tạo trước điều kiện cho bia điều kiện gây đục nhiệt độ thấp,có sau tượng không bị lặp lại Các biến đổi nguyên liệu: trình phân riêng,các cấu tử rắn loại khỏi bia Lọc dĩa: - Thiết bị lọc đĩa có cấu tạo bao gồm vỏ hình trụ nằm ngang thẳng đứng có chứa trục rỗng gắn nhiều đĩa làm nhiệm vụ lọc Các đĩa gắn trục rỗng có nhiệm vụ dẫn bia trong.Trên bề mặt đĩa có rãnh đục lỗ,đây bề mặt phủ bột trợ lọc Có số loại thiết bị lọc đĩa sau: - Thiết bị lọc đĩa thẳng đứng: Thân hình trụ đặt thẳng đứng,các đĩa đặt nằm ngang - Thiết bị lọc đĩa ngang: Than hình trụ nằm ngang,đĩa lọc gắn thẳng đứng - Thiết bị lọc đĩa quay: Trong trình lọc,các đĩa lọc quay với vận tốc 350-450 vòng phút Các đĩa lọc chế tạo sắt Crom nickel với kích thước lỗ 50-80 micromét Bề mặt lọc máy lọc lên đến 10-200 m2.Hiệu suất máy hl/m2/h với hiệu suất tối đa cóa thể lên đến 1000 hl/h.Chu kỳ lọc máy 6-9h Những máy có bề mặt lọc lớn 45 m2 phải có cửa vào để chất trợ lọc phân bố đồng tạo màng lọc.Các máy lọc hoạt động tốt với áp suất tối đa lên đến 6-8 atm *Nguyên tắc máy lọc đĩa: Bia bột trợ lọc bơm vào máy,bột trợ lọc phủ phía bên ngồi đĩa,bia lọc qua lớp bột trợ lọc vào bên đĩa gom vào đường dẫn trục để theo Khi rửa bột trợ lọc,nước phun lên bề mặt đĩa nhờ hệ thống phun nước thành trục hình chữ U,được đục lỗ quay xung quanh đĩa nhờ động gắn phí phía máy lọc Trong trình lọc phải theo dõi vị trí: Độ bia cốc chênh lệch áp suất áp kế đầu đoạn cuối máy.Nếu độ không đạt mức ban đầu,hoặc chênh lệch áp suất lớn chứng tỏ kháng trở máy cao,khả hấp phụ khối lọc giảm nhiều.Khi ta phải dừng máy,khối lọc tháo ra,rửa sạch,thanh trùng ép bánh để chuẩn bị mẻ lọc sau Hình 2.13 Hình 2.14 - Các vật liệu lọc thường phủ thêm lớp bột trợ lọc diatomite polyvinipyrrolidone (PVPP) để tách cấu tử thật mịn polyphenol Trong số trường hợp, người ta sử dụng kết hợp nhiều thiết bị lọc với để đảm bảo cho bia thành phẩm có độ đạt yêu cầu Lọc bia điều kiện kín để hạn chế nhiễm vi sinh vật oxi khơng khí vào bia I.12 Làm lạnh bia: Mục đích cơng nghệ:chuẩn bị cho q trình bão hòa CO2 Các biến đổi nguyên liệu:giảm nhiệt độ bia sau lọc từ 5oC đến 0-1oC Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng mỏng I.13 Bão hịa CO2: I.13.1 Mục đích cơng nghệ: Hồn thiện Do cơng đoạn q trình sản xuất, nên hàm lượng CO2 sỉnh nhiều giảm, trước đưa vào rót chai cần phải bổ sung CO2 đến mức yêu cầu I.13.2 Các biến đổi : Hàm lượng CO2 bia tăng I.13.3 Thiết bị: Thiết bị thông số công nghệ: sử dụng thiết bị bão hòa CO2, áp lực CO2 sử dụng 0,15- 0,2MPa Hình 2.15 Do cơng đoạn làm việc nhiệt độ cao áp suất thấp nên nhiều hàm lượng CO giảm, trước chiết bia vào chai cần bổ sung hàm lượng CO tới mức yêu cầu CO bổ sung vào bia nhờ đường ống dẫn dài kết hợp đoạn nối mà hòa tan Vào bia Để bảo đảm độ hòa tan tốt cần: - CO2 phun vào dạng bọt khí có kích thước nhỏ tốt Ban đầu CO2 cịn liên kết với thành phần bia cách lỏng lẻo, cần phải có thời gian để liên kết trở nên bền vững - Chất lượng CO2 bổ sung phải đảm bảo : không chứa O vi sinh vật nhiễm tạp.Hệ thống bão hòa CO2 thường dễ vệ sinh Bia sau bổ sung CO2 chứa thùng chịu áp suất thùng chịu áp suất thời gian từ đến ngày để CO2 hòa tan hết vào bia Các thùng bố trí hệ thống làm lạnh cho hạ nhiệ độ bia xuống 0-2 oC Đây công đoạn trung gian bảo quản bia trước chiết thùng chứa cần đảm bảo tuyệt đối vệ sinh Thùng chứa phải vệ sinh tồn q trình vệ sinh phải kiểm tra Bề mặt bên thùng phải nhẵn Trước đưa bia vào thùng, CO đưa vào để đẩy O2 ngoài, đồng thời tạp áp suất đủ lớn để hạn chế giải phóng CO2 khỏi bia I.14 Rót bia vào chai đóng nắp: Mục đích cơng nghệ:Hồn thiện Các biến đổi ngun liệu: Hầu khơng có biến đổi dáng kể, phần CO2 bị tổn thất q trình rót Sự oxy hóa Sự tạp nhiễm vi sinh vật Thiết bị: Phương pháp chiết dùng phương pháp có sử dụng áp suất đối kháng cụ thể phương pháp chiết đẳng áp: áp suất bao bì bể chứa máy chiết cân bằng, nhờ bia vào bao bì tác động trọng lực (chênh lệch chiều cao) Máy chiết chai thiết kế dạng quay tròn với số vòi chiết khoảng 200 vòi Các chai vận chuyển băng tải cách khoảng cách xác định điều chỉnh nhờ phận dẫn chai dạng xoắn vít trước vào máy chiết Trong máy chiết, chai đặt lên giá đỡ, phía phận chiết phận nạp chai hình Khi vào máy chiết, chai nâng lên sát với đầu chiết, khơng khí chai hút CO2 đưa vào chai nhằm tạo áp suất đối kháng Khi có cân áp suất, bia tự chảy vào chai đạt chiều cao quy định bia chai Chai hạ xuống đưa khỏi máy chiết Trong trình chiết chai, giai đoạn rót bia vào chai chiếm thời gian nhiều khoảng tổng thời gian chai qua máy chiết Để nâng cao suất làm việc máy chiết, số vòi chiết tăng lên, kích thước máy chiết từ 1,4 – 5,0 m Năng suất chiết biến đổi từ 500000 đến 100000 chai Vói chiết loại có ống dẫn bia: với loại vòi bia dẫn xuống sát đáy chai, nhờ giảm khả hấp thu O2vào bia Tuy nhiên, đường kính ống dẫn bia phải nhỏ đường kính miệng chai nên suất máy chiết thường khơng cao Hình 2.16 Hình 2.17 I.15 Thanh trùng: I.15.1 Mục đích: Bảo quản Trong bia thành phẩm ln ln chứa tế bào cịn sống bao gồm nấm men thuẩn chuẩn vi sinh vật lạ vi khuẩn axetic, số nấm sợi, vi khuẩn thuộc nhóm coli nhiều loại khác khơng thể phát triển Nguyên nhân bai thành phẩm khơng có oxy, lại có hàm lượng etanol đáng kể, chất đắng pH tương đối thấp Nấm men, kể men giống men dại, vi khuẩn lactic thuộc nhóm Sarcina số khác dễ dàng phát triển bia Do cần phải xử lí nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật nhằm đảm bảo tính cảm quan thời gian bảo quản sản phẩm I.15.2 Biến đổi Các vi sinh vật enzyme bia bị vô hoạt I.15.3 Thiết bị Sử dụng thiết bị trùng dạng tunnel Vùng trùng có nhiệt độ 63%, thời gian luu 20-30 phút Hình 2.18: Thiết bị trùng kiểu tunel I.16 Dán nhãn: Mục đích cơng nghệ: Hồn thiện Nhãn có vai trị cung cấp thơng tin sản phẩm tác động lớn tới người tiêu dùng thông qua cách bố trí , màu sắc ,số lượng nhãn mác… Các biến đổi ngun liệu: Khơng có biến đổi đáng kể Thiết bị: Sử dụng máy dán nhãn chai Hình 2.19: Nguyên tắc làm việc máy dán nhãn chai Nguyên tắc làm việc: Keo dán phủ lên rulô Khi rulô quay tiếp xúc với quét keo đặt mâm xoay tròn, nhờ keo quét lên Khi tiếp xúc với nhãn phận cấp nhãn 3( mặt sau nhãn), nhãn gắn vào nhờ lực kết dính keo dán Mặt trước nhãn hướng phun hạn sử dụng nhờ phận Sau nhãn kẹp lên rulơ dính vào chai tiếp xúc với chai quay mâm Chổi miết nhãn xung quanh chai Chai tiếp tục chuyển động mâm Phần III ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BIA THÀNH PHẨM III.1 Chỉ tiêu cảm quan Màu sắc: Màu sắc bia tạo thành phản ứng maillard Phản ứng xảy hydratcacbon với axit amin trình sấy malt đại mạch nảy mầm q trình đường hóa Hạt đại mạch ươn mầm lâu, thủy phân nhiều chất dự trữ chứa nhiều đường Trong trình sấy, đường bị caramen hóa tạo màu sẫm vỏ hạt Malt có màu sẫm dùng để tạo loại bia đỏ hay loại bia nâu, malt màu nhạt dùng sản xuất bia vàng Sản phẩm dark beer có màu hỗ phách sẫm tới nâu sẫm Mùi, vị: Vị bia đặc trưng cho loại bia Đối với loại bia Pilsen, vị chủ yếu vị đắng hoa Houblon, với bia Munich vị thơm malt bia Lambic vị axit amin sinh nhờ Brettanomyces số vi sinh vật dại khác.Chủng nấm men lên men có ảnh hưởng lớn vị bia.Việc sản xuất bia phải đucợ kiểm soát chặt chẽ đảm bảo cho vị bia phải khiết, rõ ràng, không trộn với vị khó chịu khác(vị rơm, vị cặn , vị nấm men hay dư vị chất đắng, chát.) Dark beer thường có vị hương đặc trưng malt socola Độ đắng trung bình, se, đơi có hương vị bơ khơng phải hương vị chủ đạo Độ trong: yêu cầu chung loại bia phải suốt Bia bị đục q trình bảo quản xuất “cặn” Người ta nêu ba dạng cặn bia: • Cặn vi sinh vật phát triển vi sinh vật: Cặn nấm men ,trực khuẩn bát cầu khuẩn(sarcine) • Cặn keo kết thể keo: Các phức chất hay mixen keo tương tác với dần hình thành khối quan sát mắt thường, cặn Bia thường sau lọc cho dù làm lạnh oC.Sau thời gian nhúng chai vào nước đá, người ta thấy bia có lớp màng: “cặn lạnh” cặn lại hịa tan nhiệt độ thường.Sau thời gian bảo quản dài nhiệt độ thường xuất cặn( cặn thường), cặn tạo nên khối kết tủa • Cặn hóa học kết tủa hóa học đơn Đây cặn keo mà kết tủa tinh thể, đặc biệt oxalat hình thành từ tinh thể canxi oxalat Các tinh thể thường tìm thấy đáy thùng Độ bền bọt: Bọt bia hình thành giải phóng CO2 bia Bia phân biệt với loại đồ uống khác tạo bọt bền Một lớp bọt dầy bền cốc làm cho bia trở nên hấp dẫn, nữa, bọt bia sánh lại tạo cảm giác dịu mát Tất yếu tố góp phần làm giàu dạng keo phức bia dẫn đến độ bền bọt tốt hơn: Malt nhuyễn, sấy malt nhiệt độ cao (do tạo nhiều melanoidien tăng cường khả tạo bọt), phương pháp nấu bia thời gian dài, trình lên men chậm.Dịch đường chứa nhiều protein có khả keo tụ tạo độ bền tốt cho bia Chất chiết từ hoa houblon khơng có tanin hay hoa houblon ngâm nước sôi tách bớt tanin tạo bọt bền trình nấu hoa mạnh lại làm giảm độ bền bọt.Quá trình lên men nhiệt độ cao làm giảm độ bền bọt hình thành nhiều hợp chất dễ bay Lọc kỹ làm giảm độ bền bọt, xử lý tạo ổn định cho bia việc sử dụng chất trợ lọc gây nguy hiểm cho bọt Chính mà sản phẩm dark beer có độ bền bọt cao bia vàng Đối với sản phẩm bia nói chung, độ bền bọt tối thiểu phút, chiều cao lớp bọt 5cm Độ sánh: Sản phẩm dark beer có độ sánh cao III.2 Chỉ tiêu hóa lý Hàm lượng etanol bia phụ thuộc vào dịch chiết ban đầu hiệu suất lên men theo phản ứng sau: C6H12O6 -> 2C2H5OH +2CO2 Dark beer sản xuất từ đại mạch chứa nhiều hợp chất nitơ, nảy mầm nhiệt độ cao thời gian dài, hàm lượng chất chiết lớn Nồng độ chất chiết ban đầu khoảng 12% để xuất người ta phải tăng thêm lên đến 18% Bên cạnh rượu etylic, người ta ln tìm thấy rượu bậc cao, este axit hữu với hàm lượng nhỏ Glyxerin sản phẩm lên men, hình thành tồn dịch chiết khoảng 0,20,3%.Hàm lượng chất chứa nitơ chiếm khoảng 8-10% dịch chiết Các chất khoáng chiếm 3-4% dịch chiết hàm lượng thay đổi theo thành phần nguyên liêu đặc biệt nước Dark beer có hàm lượng chất đắng Hàm lượng CO2 bia khoảng 0,35-0,4% Hàm lượng diacetyl