MÔN VI SINH THỰC PHẨM ĐỀ TÀI LÊN MEN SẢN XUẤT BIA

Trong giai đoạn này, nấm men sẽ được sửdụng để thúc đẩy quá trình chuyển hóa nguồn nguyên liệu các hạtngũ cốc ban đầu thành cồn và khí CO2 cacbon dioxit.. Sau đó, nấm men sửdụng đường nà

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

MÔN: VI SINH THỰC PHẨM TÊN ĐỀ TÀI: LÊN MEN SẢN XUẤT BIA

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH 5

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 6

PHẦN 2 NỘI DUNG 7

2.1 CÁC NGUYÊN LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA 7

2.1.1.Malt (Đại Mạch)

7

2.1.2 Men bia 9

2.1.3.Hoa bia (Hoa Houblon) 9

2.1.4 Nước 10

2.1.5 Thế liệu 11

2.1.6 Các chất phụ gia trong công nghệ sản xuất bia 12

2.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA 13

2.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia 13

2.2.2 Mô tả quy trình sản xuất bia 14

2.3 NHỮNG LƯU Ý CẦN THIẾT TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA 18

2.3.1 Nước 18

2.3.2 Steam 18

2.3.3 Nước cấp 18

2.3.4 Hơi nước trong ngâm và đường hoá 18

2.3.5 Hệ thống nhân giống nấm men và sục khí 18

2.3.6 Hệ thống khí nén 18

2.4 PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT, VAI TRÒ CỦA NẤM MEN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA 19

2.4.1 Nấm men lên men nổi (SACCHAROMYCES CEREVISIAE) 19

2.4.2 Nấm men lên men chìm (SACCHAROMYCES CARLSBERGENSIS) 19

2.5 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG GIAI ĐOẠN LÊN

20

PHẦN 3 KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hoá học của malt tính theo phần trăm trọng lượng chất khô

Bảng 2.2: Thành phần hoá học hoa houblon

Bảng 2.3: Các nguyên liệu thay thế

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinhdưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng Quytrình lên men trong sản xuất bia là một phần quan trọng, tạo rahương vị và đặc tính đặc biệt của từng loại bia Lên men là quá trìnhsinh học mà ngũ cốc tinh khiết được biến đổi thành bia thông qua sựhoạt động của men bia Từ việc chọn lựa nguyên liệu đến việc kiểmsoát nhiệt độ và thời gian lên men, mỗi bước trong quy trình đều ảnhhưởng đến kết quả cuối cùng Trong quá trình sản xuất các loại bia,lên men là một giai đoạn quan trọng và có ý nghĩa quyết định đếnchất lượng của sản phẩm Trong giai đoạn này, nấm men sẽ được sửdụng để thúc đẩy quá trình chuyển hóa nguồn nguyên liệu các hạtngũ cốc ban đầu thành cồn và khí CO2 (cacbon dioxit) Từ đó sẽ tạo

ra được mùi vị đặc trưng của bia Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệuban đầu cũng như loại nấm men được sử dụng mà bia sẽ có nhữngmùi vị khác nhau Uống bia với một lượng thích hợp không những cólợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệtmỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội pháttriển nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm chí trởthành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi ngườidân

hệ enzyme amylase thành đường lên men được Sau đó, nấm men sửdụng đường này để tạo thành CO2 và cồn trong bia.

Có rất nhiều loại malt khác nhau được dùng trong sản xuất bia, nhàsản xuất bia có thể phối trộn nhiều loại malt khác nhau để sản xuất

ra loại bia mong muốn

Các loại malt phổ biến bao gồm Pilsner, Munich, Vienna và Pale Ale.Khi chọn malt, bạn nên xem xét đến màu sắc, hương vị và độ đục củabia mà bạn muốn sản xuất Ví dụ, Pilsner malt thường được sử dụng

để sản xuất các loại bia lager nhẹ, trong khi Munich malt thường được

sử dụng để sản xuất các loại bia đậm hơn

2.1.2 Men bia

Men bia là một loại men được sử dụng trong quá trình sản xuất bia.Men bia giúp cho quá trình lên men diễn ra nhanh chóng và hiệu quảhơn, tạo ra hương vị và mùi thơm đặc trưng cho bia Men bia đượcsản xuất từ các loại nấm men như Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces carlsbergensis và Saccharomyces uvarum

Các loại men bia phổ biến bao gồm men bia lên men trên và men bialên men dưới Men bia lên men trên được sử dụng trong sản xuất cácloại bia nhẹ và men bia lên men dưới được sử dụ trong sản xuất cácloại bia đậm đặc hơn

Việc chọn men bia phù hợp là rất quan trọng trong quá trình sản xuấtbia Cần chọn men bia chất lượng tốt, đảm bảo an toàn vệ sinh thựcphẩm và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của quá trình sản xuất bia

2.1.3 Hoa bia (Hoa Houblon)

Hoa bia là một nguyên liệu khác được sử dụng trong sản xuất bia

Hoa bia làm bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăngkhả năng tạo và giữ bọt làm tăng độ bền keo và ổn định thành phầnsinh học của sản phẩm Trong công nghệ sản xuất bia chỉ sử dụnghoa cái chưa thụ phấn.

Việc sử dụng hoa bia được bắt đầu ở Châu Âu thời trung cổ Vàokhoảng thế kỹ thứ 8 sau công nguyên, các thầy tu tại vùng Hallertauthuộc Bavarian đã sử dụng hoa bia nhằm tạo ra vị đắng thanh và kéodài thời gian lưu trữ của bia mà không bị chua

Trong thời trung cổ, khi bắt đầu dùng hoa bia vào sản xuất, các nhà

tu nhận thấy bia để được lâu hơn mà không bị chua Trong hoa bia cochứa một số chất có khả năng kìm hãm và tiêu diệt vi sinh vật Nhưnglúc đó, chưa một ai có khái niệm về vi sinh vật nên mọi người cũngkhông giải thích được tại sao việc dùng hoa bia lại có ích lợi như thế.Nhưng ngày nay, do kỹ thuật trình độ khoa học kỹ thuật phát triển,bia đã được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur nên khả năngkháng khuẩn của hoa bia không còn ý nghĩa Mà các nhà sản xuất biahiện nay chủ yếu nhằm vào mục đích tạo ra hương vị đặc trưng và ổnđịnh độ bền bọt

Khi chọn hoa bia, bạn nên xem xét đến mức độ đắng và hương vị màbạn muốn cho bia của mình Ví dụ, Saaz hoa bia thường được sử dụng

để sản xuất các loại bia Pilsner, trong khi Cascade hoa bia thườngđược sử dụng để sản xuất các loại bia Pale Ale

Bên cạnh đó, các quá trình công nghệ khác trong nhà máy bia cũng

sử dụng nước là thành phần chính như: hơi nước bão hòa để truyềnnhiệt từ lò hơi đến các thiết bị sử dụng nhiệt, hỗn hợp nước-Glycoldùng để dẫn lạnh, nước dùng trong hệ thống thanh trùng …

Yêu cầu đối với nước dùng để sản xuất Bia:

-Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

-Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l

-Hàm lượng muối clorua 75 - 150 mg/l

-Hàm lượng muối CaSO4 150 – 200 mg/l

-NH3 và muối NO2 không có

-Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l

-Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

-E.coli, coliform: không có

-Độ cứng: 4-12 độ

-PH: 6.5-7

2.1.5 Thế liệu

Ban đầu bia được sản xuất từ bốn nguyên liệu chính: nước, malt đạimạch, hoa bia và nấm men Sau đó, bia phát triển ra toàn thế giới thìtùy thuộc vào đặc trưng nông nghiệp ở mỗi quốc gia mà bia có thêmthế liệu như gạo, lúa mì, bo bo, yến mạch và cả đường tinh luyện Thếliệu được xem là nguyên liệu phụ để thay thế 1 phần malt đại mạchnhằm giảm chi phí sản xuất và hỗ trợ tiêu thụ sản phẩm nông nghiệpcủa quốc gia đó Thế liệu sản xuất bia rất đa dạng và phong phú, phụthuộc vào đặc điểm nông nghiệp của từng quốc gia Các nước vùngĐông Nam Á chủ yếu sử dụng thế liệu là gạo, trong khi đó các quốcgia Châu Phi lại sử dụng bo bo, lúa miến, …Thế liệu giúp giảm giáthành sản xuất bia, giúp người nông dân địa phương tiêu thụ đượccác sản phẩm bản địa

Tinh bột các ngũ cốc kể trên

Bảng 2.3: Các nguyên liệu thay thế

2.1.6 Các chất phụ gia trong công nghệ sản xuất bia

Trong công nghệ sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu được như malt, houblon, men, người ta còn dùng đến một số nguyên liệu hay hóa chất phụ Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ,

mà những nguyên phụ liệu hoặc các hóa chất này được sử dụng với hàm lượng khác nhau, gọi chung những dạng này là phụ gia và chia thành hai nhóm chính:

 Chất tạo màu cho bia: caramen

- Nhóm phụ gia gián tiếp

Nhóm này gồm tất cả nguyên liệu và hóa chất được sử dụng trongquy trình công nghệ nhưng không được phép có mặt trong sản phẩm

2.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA

2.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

Hoa houclon

Lắng Men giống

Làm lạnh nhanh Nhân giống

Thu hồi men

Lên men chính Thu hồi CO2 Lên men phụ

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

2.2.2 Mô tả quy trình sản xuất bia

a Quá trình nấu

Xử lý nguyên liệu

Malt và Gạo trước khi đưa vào sản xuất bia cần phải làm sạch, loại

bỏ tạp chất, sau khi làm sạch đạt yêu cầu thì đem nguyên liệu đinghiền Có thể nghiền khô hay nghiền ướt tuỳ thuộc vào loại thiết bị

và công nghệ sản xuất Bia Ở đây chúng em xin đi sâu vào phươngpháp nghiền khô

Làm sạch

Quá trình làm sạch trong sản xuất bia là một phần quan trọng đểđảm bảo rằng mọi thiết bị, nguyên liệu và môi trường làm việc đềuđạt đến các tiêu chuẩn vệ sinh cao nhất

Cân

Nguyên liệu sau khi làm sạch được đi qua hệ thống cân tự động đềđịnh lượng cho môi mẻ nâu Trong nhà máy tỷ lệ gạo là 25% và tỷ lệmalt là 75%

Nghiền

Phá vỡ cấu trúc tinh bột của hạt, nghiền hạt thành nhiều mảnh nhỏ

để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, giúp cho sự xâm nhập của nướcvào các thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình hô hóa vàcác quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn

Nguyên tắc chung cho chế độ nghiền :

Đối với gạo: do gạo chưa qua nảy mầm nên cấu trúc tinh bột cònnguyên vẹn Mặt khác hệ thống enzyme amylase và protease cótrong gạo rất nghèo lại không được hoạt hoá nên chúng khó bị thuỷphân Do đó gạo phải được nghiền càng mịn càng tốt, khả năng tiếpxúc giữa cơ chất và enzyme càng cao, hiệu quả thủy phân càng triệt

Thanh trùng Dán nhãn

Thanh trùng

SP bia lon

SP bia chai

để

Đối với malt: ngoài việc quan tâm đến kích thước của bột nghiền thì

độ nguyên của vỏ trấu cũng rất được quan tâm Nếu nghiền thô thì

có lợi cho việc lọc bã malt Lúc này lớp vỏ trấu cũng đóng vai trò làlớp vật liệu lọc rất tốt Nhưng nếu nghiền quá thô thì độ đường hóa

sẽ không hoàn toàn Ngược lại nếu nghiền quá mịn thì vỏ trấu sẽ bịnát, không tạo được độ xốp cao, bề mặt lớp lọc dễ bị bịt kín, khảnăng lọc kém Ngoài ra khi nghiên quá mịn thì trong quá trình nấu

và lọc, các chất trong vỏ trấu sẽ chiêt vào dịch nha (tannin,polyphenol, lignin .) ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia thànhphẩm

Hồ hoá

Trong quá trình sản xuất bia thường liên quan đến việc loại bỏ cácchất rắn và tạp chất từ nước hoặc từ nước nấu bia để đảm bảo rằngnước sử dụng trong quá trình nấu bia là trong và trong suốt

Đường hóa

Đường hóa là một quá trình trộn lẫn ngũ cốc đã nghiền (thường làngũ cốc đã trải qua quá trình malt hóa) và đun nóng hỗn hợp này vàchờ ở các vọng nhiệt độ nhất định để các enzyme trong malt phá vỡtinh bột trong ngũ cốc thành đường mà chủ yếu là maltose

Lọc dịch đường

Lọc là quá trình tách dịch đường ra khỏi bã Để thu kiệt chất hòa tan

từ bã sang dịch đường, quá trình lọc sẽ tiến hành theo hai bước: lọc

để tách dịch đường ra khỏi bã và rửa bã

Lọc được tiên hành trên máy lọc khung bản, nhiệt độ dịch lọc 76°C

vì nhiệt độ này là yêu cầu tối ưu về độ nhớt và tạo điều kiện cho amylase tiếp tục hoạt động, tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiềnmalt, mức độ phân hủy malt, cấu tạo màng lọc Ngoài lớp nguyênliệu lọc, bã malt và đặc biệt vỏ trấu hình thành một lớp trợ lọc rấttốt

Houblon hoá

Quá trình này nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùithơm, vị đắng đặc trưng của hoa Houblon

Trích ly chất đắng tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ

và các thành phần khác của hoa Houblon vào dịch đường tạo mùithơm, vị đắng đặc trưng, giữ bọt cho bia

b Quá trình lên men

Lắng trong

Lắng cặn nhằm để loại bỏ toàn bộ cặn thô và cặn mịn (có chứa cáchợp chất phức tạp) ra khỏi dịch đường nhờ thùng lắng để không

Làm lạnh nhanh

Làm lạnh nhanh để đưa dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quátrình lên men tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men hoạt động đồngthời tăng khả năng hoà tan Oxy vào dịch đường phục vụ cho giaiđoạn đầu tạo sinh khối của nấm men Làm lạnh nhanh còn có tácdụng tránh vi sinh vật nhiễm vào dịch đường lên men

Nhân men giống

Quá trình nhân men giống nhằm chuẩn bị lượng men giống banđầu cần thiết Đồng thời hoạt hóa tính năng của nấm men

Lên men chính

Quá trình lên men chính nhằm chuyển hóa đường trong dịch nhathành ethanol, carbondioxide cùng với các sản phẩm phụ và sảnphẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men

*Quá trình lên men chính qua 4 thời kỳ:

-Thời kỳ đầu: Nấm men bắt đầu làm quen với môi trường mới, nó hấpthụ oxy sinh sản và phát triển Trong tank lên men lúc này xuất hiệncác bóng bọt bám xung quanh thành tank, và trên bề mặt dịch lênmen

-Thời kỳ 2: Quá trình lên men bắt đầu mạnh dần trên bề mặt, dịch lênmen bắt đầu xuất hiện các lớp bọt màu vàng nhạt

-Thời kỳ 3: Đây là thời kỳ nấm men phát triển mạnh nhất và hiệu xuấtcủa quá trình này là lớn nhất Nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng

có trong dịch đường và sinh ra Etharnol và CO2 Hàm lượng chất khôgiảm một cách rõ rệt, hàm lượng cồn, CO2 tăng lên nhanh chóng.-Thời kỳ 4: Trong thời kỳ này, hàm lượng các chất dinh dưỡng cótrong dịch đường còn lại rất ít nên tốc độ lên men giảm dần, quá trìnhlên men chính gần như kết thúc

Thu hồi nấm men

Sau khi kết thúc quá trình lên men chính hạ dần nhiệt độ xuống 2°Cnhằm tạo điều kiện nhiệt độ cho quá trình lên men phụ và làm kếtlắng nấm men xuống đáy thùng Sau đó rút toàn bộ khối bia nonchuyển qua bồn lên men phụ Phần men dưới đáy thùng sẽ đượcchuyển qua thiết bị rây men nhằm mục đích tách men sống ra khỏimen chết (men sống thì hòa lẫn vào dịch còn men chết thì vón cụclại)

● Men sau khi thu hồi được mã hóa và trong thời gian 2 giờ phảiđem đi sử dụng ngay, nếu chưa sử dụng ngay thì phải bảo quản

ở 8°C

● Men thu hồi trước khi đem đi lên men chính sẽ được đem đikiểm tra tỷ lệ men sống để xác định tỷ lệ cấy giống trong quátrình lên men chính tiếp theo

Lên men phụ

Quá trình lên men phụ được tiến hành sau khi lên men chính nhằmchuyển hoa phần đường còn sót lại sau quá trình lên men chính đểtạo thành CO2 và các sản phẩm khác Ngoài ra, quá trình lên menphụ còn góp phần ổn định hương vị và độ trong cho bia thành phẩm Những biến đổi trong quá trình lên men phụ: Những biến đổi trongquá trình lên men phụ cũng giống như biến đối trong quá trình lênmen chính Trong đó, có những biến đổi rất quan trọng ảnh hưởngđến những biến đối bia thành phẩm Đó là sự chín của bia non kèmtheo sự điều chỉnh các tính chất cảm quan của bia thành phẩm như:

độ trong, độ bền, đặc trưng keo, màu sắc và hương vị bia

Lọc bia

Lọc bia là quá trình loại bỏ nấm men, cặn, giúp ổn định hương, vị bia

và mang đến cho bia sự trong sáng Tuy nhiên không phải tất cả biađều được lọc Máy lọc bia có nhiều loại khác nhau như lọc đĩa hay lọcnến sử dụng bột trợ lọc là đất tảo cát gọi là Kieselguhr Việc lọc bia cóthể được chia thành 3 cấp độ là lọc thô, lọc mịn và lọc vô trùng, trong

đó bia sau khi lọc thô bia vẫn còn độ đục nhất định (nhưng vẫn tronghơn bia chưa lọc), lọc mịn mang đến một cốc bia trong vắt mà bạn cóthể đọc báo qua chúng và lọc vô trùng khiến hầu hết các loại vikhuẩn được loại bỏ khỏi bia

- Máy lọc tấm: máy lọc này sử dụng môi trường lọc đã được làm sẵn,cho phép các phần tử có kích thước nhỏ hơn lỗ lọc (sẵn có) đi qua.Các tấm này đặt trong khung máy lọc, được tiệt trùng (có thể bằngnước nóng) và sau mẻ lọc bia chúng trở nên bí, có thể được phun rửangược để tái sử dụng hoặc vứt đi và thay thế bằng các tấm mới

- Máy lọc Kieselguhr: sử dụng bột trợ lọc để tạo lớp lọc và khá phứctạp trong vận hành tuy nhiên lượng bia lọc được khá lớn trước khi thảibột, tái sử dụng nến lọc

c Thành phẩm (Chiết chai, chiết lon)

Chiết chai là quá trình rót bia vào chai, keg, lon hoặc các đồ chứakhác có dung tích lớn hơn

Lên men trong chai: một số loại bia có thêm quá trình lên men diễn ratrong chai, có sự bão hòa CO2 diễn ra một cách tự nhiên, đây có thể làquá trình lên men thứ 2 hoặc thứ 3 Loại bia này thường được đóng