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

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

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

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 dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng Quy trình lên men trong sản xuất bia là một phần quan trọng, tạo ra hương vị và đặc tính đặc biệt của từng loại bia Lên men là quá trình sinh học mà ngũ cốc tinh khiết được biến đổi thành bia thông qua sự hoạt động của men bia Từ việc chọn lựa nguyên liệu đến việc kiểm soát nhiệt độ và thời gian lên men, mỗi bước trong quy trình đều ảnh hưởng 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 đến chất lượng của sản phẩm Trong giai đoạn này, nấm men sẽ được sử dụng để thúc đẩy quá trình chuyển hóa nguồn nguyên liệu các hạt ngũ 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 liệu ban đầu cũng như loại nấm men được sử dụng mà bia sẽ có những mùi vị khác nhau Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm chí trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi người dân.

PHẦN 2 NỘI DUNG

2.1 CÁC NGUYÊN LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA 2.1.1 Malt (Đại Mạch)

Malt là một trong những nguyên liệu chính trong sản xuất bia Nó sản xuất bằng cách cho lúa mì hoặc lúa mạch ngâm nước, ủ ấm và cho nảy mầm Sau đó, malt được sấy khô và xay nhỏ để sử dụng trong quá trình sản xuất bia Malt là nguồn cung cấp các hợp chất cơ bản như đường, protein, chất béo, các loại vitamin cần thiết cho quá trình sản xuất bia Tại công đoạn nấu, tinh bột trong malt bị thủy phân bởi

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

Có rất nhiều loại malt khác nhau được dùng trong sản xuất bia, nhà sản 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 của bia 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.

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 quả hơn, tạo ra hương vị và mùi thơm đặc trưng cho bia Men bia được sản 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 bia lên men dưới Men bia lên men trên được sử dụng trong sản xuất các loại bia nhẹ và men bia lên men dưới được sử dụ trong sản xuất các loại bia đậm đặc hơn.

Việc chọn men bia phù hợp là rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia Cần chọn men bia chất lượng tốt, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm 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 tăng khả năng tạo và giữ bọt làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Trong công nghệ sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn.

Việc sử dụng hoa bia được bắt đầu ở Châu Âu thời trung cổ Vào khoảng thế kỹ thứ 8 sau công nguyên, các thầy tu tại vùng Hallertau thuộc Bavarian đã sử dụng hoa bia nhằm tạo ra vị đắng thanh và kéo dài 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 co chứa một số chất có khả năng kìm hãm và tiêu diệt vi sinh vật Nhưng lúc đó, chưa một ai có khái niệm về vi sinh vật nên mọi người cũng không 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 năng kháng khuẩn của hoa bia không còn ý nghĩa Mà các nhà sản xuất bia hiện nay chủ yếu nhằm vào mục đích tạo ra hương vị đặc trưng và ổn định độ bền bọt.

Khi chọn hoa bia, bạn nên xem xét đến mức độ đắng và hương vị mà bạn 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 thường được sử dụng để sản xuất các loại bia Pale Ale.

Nước là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất, thông thường từ 90-95% khối lượng bia Nước ngoài việc tham gia vào thành phần của bia còn tham gia vào toàn bộ quy trình công nghệ trong quá trình sản xuất Nước là dung môi hòa tan các hợp chất hóa học (như tinh bột, đường, protein, chất béo, …) trong hạt malt, các hợp chất đắng, thơm trong hoa bia Các enzym tham gia vào quá trình thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất đơn giản hơn cho nấm men sử dụng Sau đó, nấm men tiếp tục sống và phát triển trong môi trường nước Khi chọn nước, bạn nên xem xét đến độ cứng, pH và hàm lượng khoáng chất của nước Ví dụ, nước có độ cứng cao có thể ảnh hưởng đến quá trình lên men và làm giảm chất lượng của bia.

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 truyền nhiệt từ lò hơi đến các thiết bị sử dụng nhiệt, hỗn hợp nước-Glycol dùng 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 đại mạch, hoa bia và nấm men Sau đó, bia phát triển ra toàn thế giới thì tùy thuộc vào đặc trưng nông nghiệp ở mỗi quốc gia mà bia có thêm thế liệu như gạo, lúa mì, bo bo, yến mạch và cả đường tinh luyện Thế liệu được xem là nguyên liệu phụ để thay thế 1 phần malt đại mạch nhằm giảm chi phí sản xuất và hỗ trợ tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp của quốc gia đó Thế liệu sản xuất bia rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào đặc điểm nông nghiệp của từng quốc gia Các nước vùng Đông Nam Á chủ yếu sử dụng thế liệu là gạo, trong khi đó các quốc gia Châu Phi lại sử dụng bo bo, lúa miến, …Thế liệu giúp giảm giá thành sản xuất bia, giúp người nông dân địa phương tiêu thụ được

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:

- Nhóm phụ giai trực tiếp:

Gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất có mặt trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ với hàm lượng cho phép.

 Các hóa chất xử lý độ cứng, điêu chỉnh độ kiêm của nước công nghệ như HC1, Al2(SO4)3.16H20, CaSO4,

 Các hóa chất đưa vào để ngăn chặn quá trình oxy hóa những thành phần trong bia như acid ascorbic, H202,

 Các hóa chất dùng để điều chỉnh pH như: H2SO4, acid lactic, CaCl2

 Chất tạo màu cho bia: caramen - Nhóm phụ gia gián tiếp

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

2.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA2.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

Thu hồi men

Lên men chínhThu hồi CO2Lên men phụ

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

2.2.2 Mô tả quy trình sản xuất biaa 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 đi nghiền 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 phương pháp nghiền khô

Làm sạch

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

Cân

Nguyên liệu sau khi làm sạch được đi qua hệ thống cân tự động đề định lượng cho môi mẻ nâu Trong nhà máy tỷ lệ gạo là 25% và tỷ lệ malt 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 nước vào các thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình hô hóa và các 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 còn nguyên vẹn Mặt khác hệ thống enzyme amylase và protease có trong gạo rất nghèo lại không được hoạt hoá nên chúng khó bị thuỷ phân Do đó gạo phải được nghiền càng mịn càng tốt, khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme càng cao, hiệu quả thủy phân càng triệt

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 là lớp 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 bị nát, không tạo được độ xốp cao, bề mặt lớp lọc dễ bị bịt kín, khả năng 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 thành phẩm.

Hồ hoá

Trong quá trình sản xuất bia thường liên quan đến việc loại bỏ các chất rắn và tạp chất từ nước hoặc từ nước nấu bia để đảm bảo rằng nước 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 là ngũ cốc đã trải qua quá trình malt hóa) và đun nóng hỗn hợp này và chờ ở các vọng nhiệt độ nhất định để các enzyme trong malt phá vỡ tinh 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 a-amylase tiếp tục hoạt động, tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền malt, mức độ phân hủy malt, cấu tạo màng lọc Ngoài lớp nguyên liệu lọc, bã malt và đặc biệt vỏ trấu hình thành một lớp trợ lọc rất tốt.

Houblon hoá

Quá trình này nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, 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 mùi thơm, 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 các hợp 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 quá trình lên men tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men hoạt động đồng thời tăng khả năng hoà tan Oxy vào dịch đường phục vụ cho giai đoạn đầu tạo sinh khối của nấm men Làm lạnh nhanh còn có tác dụng tránh vi sinh vật nhiễm vào dịch đường lên men

Nhân men giống

Quá trình nhân men giống nhằm chuẩn bị lượng men giống ban đầu 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 nha thành ethanol, carbondioxide cùng với các sản phẩm phụ và sản phẩm 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 hấp thụ oxy sinh sản và phát triển Trong tank lên men lúc này xuất hiện các bóng bọt bám xung quanh thành tank, và trên bề mặt dịch lên men

-Thời kỳ 2: Quá trình lên men bắt đầu mạnh dần trên bề mặt, dịch lên men 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 xuất của 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 khô giảm 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 có trong dịch đường còn lại rất ít nên tốc độ lên men giảm dần, quá trình lên 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°C nhằm tạo điều kiện nhiệt độ cho quá trình lên men phụ và làm kết lắng nấm men xuống đáy thùng Sau đó rút toàn bộ khối bia non chuyển qua bồn lên men phụ Phần men dưới đáy thùng sẽ được chuyển qua thiết bị rây men nhằm mục đích tách men sống ra khỏi men chết (men sống thì hòa lẫn vào dịch còn men chết thì vón cục lại).

● Men sau khi thu hồi được mã hóa và trong thời gian 2 giờ phải đem 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 đi kiểm tra tỷ lệ men sống để xác định tỷ lệ cấy giống trong quá trình lên men chính tiếp theo

Lên men phụ

Quá trình lên men phụ được tiến hành sau khi lên men chính nhằm chuyển hoa phần đường còn sót lại sau quá trình lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm khác Ngoài ra, quá trình lên men phụ 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 trong quá trình lên men phụ cũng giống như biến đối trong quá trình lên men chính Trong đó, có những biến đổi rất quan trọng ảnh hưởng đến những biến đối bia thành phẩm Đó là sự chín của bia non kèm theo 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 bia đều được lọc Máy lọc bia có nhiều loại khác nhau như lọc đĩa hay lọc nến sử dụng bột trợ lọc là đất tảo cát gọi là Kieselguhr Việc lọc bia có thể 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 trong hơn bia chưa lọc), lọc mịn mang đến một cốc bia trong vắt mà bạn có thể đọc báo qua chúng và lọc vô trùng khiến hầu hết các loại vi khuẩn 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 bằng nước nóng) và sau mẻ lọc bia chúng trở nên bí, có thể được phun rửa ngược 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 phức tạp trong vận hành tuy nhiên lượng bia lọc được khá lớn trước khi thải bột, 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 chứa khác có dung tích lớn hơn.

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