công nghệ sản xuất malt và bia giới thiệu chi tiết về malt và quy trình sản xuất bia

Công nghệ SX Malt và BiaChương I : Mở đầu I.1 Định nghĩa bia I.2 Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất bia I.3 Giới thiệu tình hình sản xuất và tiêu thụ bia Phần I : Nguyên liệu chinh Ch

Tr−êng Đ¹I häc b¸ch khoa hµ néi

Công nghệ SX Malt và Bia

Chương I : Mở đầu

I.1 Định nghĩa bia

I.2 Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất bia

I.3 Giới thiệu tình hình sản xuất và tiêu thụ bia

Phần I : Nguyên liệu chinh

Chương II : Đại mạch

1.1 Cỏc loại đại mạch

1.2 Cấu trỳc hạt đại mạch

1.3.Thành phần hoỏ học

1.4 Đỏnh giỏ chất lượng đại mạch

Chương III : nguyên liệu thay thế malt đại mạch

III.1 Nguyên liệu thay thế dạng hạt

C«ng nghÖ SX Malt vµ Bia

Ch−¬ng IV : Hoa houblon

IV.1 Giíi thiÖu c©y hoa houblon

IV.2 Thµnh phÇn ho¸ häc hoa houblon

IV.3 ChÕ phÈm hoa houblon

Ch−¬ng V : N−íc

V.1 Vai trß cña n−íc trong s¶n xuÊt bia

V.2 Thµnh phÇn ho¸ häc cña n−íc ngÇm

PhÇn 2 : C«ng nghÖ SX Malt

Chương VI: Phân loại, làm sạch và bảo quản đại mạch

và ngâm đại mạch

Chương VII: Ngâm và Nảy mầm đại mạch

Chương VIII: SÊy malt tươi và đánh giá chất lượng

malt

Phần 3 : Công nghệ SX Bia

Chương IX : Chuẩn bị dịch đường

IX.1 Nghiền malt và nguyên liệu thay thế malt

IX.2 Nấu-đường hoá malt và nguyên liệu thay thế

IX.3 Lọc dịch đường

Chương X : nấu hoa, làm trong và làm lạnh dịch đường

X.1 Nấu dịch đường với hoa houblon

X.2 Làm trong và làm lạnh dịch đường

Chương XI : Lên men chính và lên men phụ

XI.1 Lý thuyết về quá trình lên men

XI.2 Vấn đề men giống trong sản xuất bia

PhÇn 3 : C«ng nghÖ SX Bia

Ch−¬ng XII : Hoµn thiÖn s¶n phÈm

XII.1 Lµm trong bia

XII.2 B·o hoµ CO2

XII.3 ChiÕt bia

XII.4 Thanh trïng bia

XII.5 §¸nh gi¸ chÊt l−îng bia

Tµi liÖu tham kh¶o

1 Hoµng §×nh Hoµ, 1998 C«ng nghÖ s¶n xuÊt malt vµ

bia, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt

2 Nguyễn Thị Hiền (chủ biên), 2008 Khoa học- C«ng

nghÖ Malt vµ Bia, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt

3 Wolfgang Kunze, 1996, Technology Brewing and

Malting, VLB Berlin.

4 J De Clerck, 1980 Cours de Brasserie, Editeur E.De

Clerck, Belgique

Định nghĩa Bia

Pháp : “Bia là một loại đồ uống thu được bằng cách lên men rượu dịch chiết các chất từ đại mạch nẩy mầm, có bổ sung không quá 30% nguyên liệu thay thế khác và hoa houblon”

Việt nam :

“Bia là đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên

Đức: “Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men

và không qua chưng cất, và chỉ sử dụng hạt đại mạch nẩy mầm, hoa houblon, nấm men và nước”

Bản khắc trên đá

Có từ 3 000 năm trước Công nguyên

Lịch sử ngành bia

Xưởng bia khắc trên đá

Lịch sử ngành bia

$ Đã tìm thấy các dấu vết SX bia tại Đan mạch

$ Các nước Châu Âu cũng biết đến sp bia từ đó

1500 trước CN

$ Sản xuất Bia được khôi phục và phát triển :

- các xưởng bia mọc lên như nấm sau mưa,

- Bia = thuốc chữa bệnh (bệnh dịch hạch ở châu Âu)

$ Thời kỳ này, nấu bia phải đóng thuế

$ Tạo hương = bằng cõy , cỏ thảo mộc có vị đắng và hươngthơm

$ Phát hiện Hoa houblon

Î bảo quản bia lâu hơn, tạo hương vị đặc biệt

Î thay thế mọi cỏ thơm khác

Î nhờ tính kháng khuẩn của hoa houblon : lên men nổi vàbia chất lượng tốt hơn

Thế kỷ thứ 8

Thời kỳ Louis Pasteur

Trong CM Pháp D thời kỳ tàn của các xưởng bia nhà thờ

Thời Napoleon D các xưởng bia được khôi phục dần

1880 : bước ngoặt trong ngành sản xuất bia

- Louis Pasteur tìm ra bản chất của qúa trình sản xuất bia và

1876 xuất bản các Nghiên cứu về Bia

- Lên men tự nhiên D tuyển chọn chủng giống (hương vị

ổn định, chất l−ợng tăng,

- Bảo quản bia = đun nóng ở 70oC ( thanh trùng Pasteur)

Chỉ SX bia vào mùa đông do không có phương tiện làm lạnh

Lịch sử ngành bia

Thời đại hiÖn nay

$ §Çu tk 20, SX bia đang ph¸t triÓn m¹nh D gÆp nhiÒu có sốc

Chiến tranh Thế giới I ( thiếu nguyªn liệu, thiếu nh©nlực) Sau chiến tranh ; c¸c xưởng bia được mở lại vµ cơkhÝ ho¸

Chiến tranh thế giới II, thiếu nguyªn liệu trầm trọng =>

sử dông nguyªn liệu thay thế => Chất lượng kÐm, chaibuộc phải t¸i sử dụng

LÞch sö ngµnh bia

Sản xuất và tiêu thụ Bia (2)

Trên thế giới :

S¶n l−îng : >150 tû lit/n¨m

•Năng suất > 10 tỷ lit/năm cã 2-3 n−íc (Đức, Mỹ, TQ)

•Mức tiêu thụ > 100 lit/ng/năm (Đức, Đan mạch, Tiệp)

•Quy mô sx : - Mỹ 5 công ty chiếm 60%,

- Canada 2 cty 94% toµn n−íc

Sản lượng bia thế giới 2001- 2006

Châu Úc/Châu

Đại Dương

4.64.5

4.44.4

4.34.2

Châu phi

10.710.7

10.210.2

10.711.1

Nam Mỹ

20.120.9

21.422.2

21.722.1

Bắc Mỹ

30.028.5

28.526.9

26.526.0

Châu Á/Trung

Đông

33.434.1

34.134.9

35.335.1

Châu Âu

2006 2005

2004 2003

2002 2001

Vùng

L−îng bia tiªu thô tÝnh theo vïng (2004)

Consommation 7

Pays

8/27/2009 Đại học Bách khoa Hà nội 20

Tình hình tiêu thụ bia trên thế giới 2007

51.5 Thuỵ Điển

33 81.6

Mỹ 14

51.8

Mexico

32 83.8

Tây Ban Nha 13

55.5 Na- Uy

31 84.1

Phần Lan 10

58.1

Cyprus

28 89.9

Đan Mạch 9

58.2

Romania

27 93.0

Bỉ 8

58.6

Venezuela

26 93.3

Nam Tư 7

58.9 Nga

25 99.0

Anh 6

59.2 Nam Phi

24 108.3

Áo 5

59.5 Bulgari

23 109.9

Úc 4

59.6

Bồ Đào Nha 22

115.8 Đức

3

59.7 Aixơlen [d]

21 131.1

Cộng hòa Czech 1

Tiêu thụ (L/ng/năm)

Nước

Xếp hạng

Tiêu thụ (L/ng/năm) Nước

Xếp

hạng

Sản xuất và tiêu thụ Bia (3)

Châu Á :

•Tốc độ (của 10 năm) tăng TB 7% > < Châu Âu giảm 4% (Thái lan tăng 26,5, Philipin 22, Malaxia 21, TQ 20%…)

•Quy mô sx : - Nhật 4 công ty chiếm 40,

- TQ 800 NM, 18 NM >150 triệul/năm, chiếm >25%

S¬ l−îc lÞch sö ngµnh bia ViÖt Nam

• MiÒn Nam: n¨m 1875 Ph¸p cho x©y dùng nhµ m¸y bia Sµi Gßn thuéc h·ng BGI.

• MiÒn B¾c: n¨m 1890 Bia b¾t ®Çu cã mÆt Hµ Néi

ắ Trong thời gian kháng chiến : không có nhà máy bia lớn nào được xây dựng.

ắ Đến giữa thập kỷ 80 : chỉ có hai nhà máy này sản xuất bia đáp ứng được khoảng 60% nhu cầu trong cả nước

• 2007 : >300 (2 quốc gia, 7 liờn doanh & >300

cơ sở

Sơ lược lịch sử ngành bia Việt Nam

10 990

2005

25 1500

2010

8 624

2000

4,4 330

1994

1,5 100

1990

1,4 87

1986

1,3 60

1980

B×nh qu©n (lÝt/ng−êi)

S¶n l−îng (TriÖu lÝt) N¨m

Sản xuất và tiêu thụ Bia VN

Hướng đi hiện nay của ngành

bia

$Đa dạng hóa sản phẩm

Định hướng phát triển công

nghiệp bia Việt Nam

Mục tiêu cho đến năm 2010:

$ nghành bia - rượu - NGK ẻ nghành kinh tế mạnh, khuyến

khích sử dụng nguyên liệu trong nước, sản phẩm chất lượng cao, có uy tín, thương hiệu

Định hướng phát triển:

• Hiện đại hóa công nghệ.

• Ưu tiên sử dụng thiết bị trong nước.

• Tập trung đầu tư các nhà máy có công suất lớn.

• Quy hoạch và xây dựng các trung tâm nghiên cứu.

Bia = malt đại mạch + hoa houblon + nước + nấm men

LÞch sö ngµnh bia

Sơ đồ CNSX Malt-Bia

PHẦN I : Nguyên liệu chính trong sản xuất bia

§¹i m¹ch

Đại mạch 2 hàng

$ Thuộc họ lúa mỳ (Gramineae), chi Hordeum

$ Đại mạch hai hàng: Hordeum Distichum

Chỉ có hai bông hoa trên gié có khả năng tạo hạtHạt phát triển tốt, tròn đều

Vỏ trấu mỏng hơn

Cỏc loại đại mạch

Îgieo h¹t th¸ng 11, sau 100 ngµy kÕt b«ng

Î thu ho¹ch vµo th¸ng 7

Các loại đại mạch

Đại mạch 6 hàng

Hordeum Hexastichum

= đại mạch mùa đông hay đại mạch vuôngCác đặc tính:

- Trên 1 gié có 6 hoa tạo hạt chắc

- Trên trục có hai loại hạt Các hạt ở giữa có dạng đối xứng, các hạt bên hình thoi, gầy hơn và có dạng xoắn đặc biệt

- Vỏ thường dày hơn

- Giàu enzym hơn

Cỏc loại đại mạch

Các lớp hạt đại mạch

Vỏ trấu

Vỏ quả

Vỏ hạtLớp alơrong

Bảo vệ ề chồiLớp lọc

Màng bỏn thấm

Tiết enzym vàa.gibberelic

Thµnh phÇn hãa häc h¹t

C¸c chÊt

Thµnh phÇn trung b×nh cña c¸c lo¹i ngò cèc (%)

§¹i m¹ch

Lóa m×

Lóa m¹ch

®en

YÕn m¹ch Ng« G¹o

β - Glucan

-Tan trong nước hay kiềm tạo dung dịch có độ nhớt cao

Các hợp chất chứa nitơ

•10-12 %, lớp alơrong và trong nội nhũ, bao quanh hạt tinh bột

• Vai trò : Chất dinh dưỡng cho nấm men, tạo bọt, tăng độ sánh

và tính bền keo cho bia

• Protein chia thành 4 nhóm : (30 axit amin)

a- Albumin (Leucosin), 4%, tan trong nước

b- Globulin (Edestin), 31%, tan trong NaCl 10%

c- Prolamin (Hordein), 36%, tan trong rượu 70 % (60 % là axit glutamic và prolin)

b- Glutelin, 29%, tan trong NaOH

• Albumoza và pepton

• Peptit và polypeptit

Các chất khác

• Lipit : - 2-3 %, alơron (2/3), phôi (1/3)

- Không biến đổi trong qt nẩy mầm

- Không tan trong nước Î theo bã

- Ảnh hưởng độ bọt cña bia

• Polyphenol (anthocyanogen, proanthocyanidin) :

Các enzym thuỷ phân thành tế bào

zSitaza: - Hemixeluloza pentoza +hexoza

- Enzym đột phá

- Độ nhuyễn của malt

- Điều kiện tối −u : To =40oC

• β -1,4 glucanaza (exo-β-glucanaza):

- Tác dụng lên β-1,4

- Không có ở trong đại mạch chín

- Tổng hợp trong quá trình nẩy mầm

- Điều kiện tối −u : To =40oC, pH = 4,5

zβ-1,3 glucanaza : Tác dụng lên các liên kết β-1,3

Các enzym thuỷ phân tinh bột

zα-amylaza: - Enzym dịch hóa

- Vị trí bất kỳ trong phân tử tinh bột

- Giảm nhanh η và màu của iốt

- Tổng hợp trong quá trình nẩy mầm

- Điều kiện tối ưu : To =70-72, pH = 5,6-5,7

•β-amylaza: - Enzym đường hóa

- Trong đại mạch 2 dạng (tự do và liên kết)

- Trong quá trình nẩy mầm : 3-5 lần

- Điều kiện tối ưu : To =60-65, pH = 4,7-4,8

zDextrinaza giới hạn: - Cắt sát mạch nhánh

Amylaza

CÁC ENZYM thủy phân protein

zProteinaza (endopeptidaza): - Phân cắt thành chuỗi peptit,

- Trong đại mạch : Alơrong và phôi

- Trong malt: 3-5 lần

- Điều kiện tối −u : To =50oC, pH = 4,6-5,0

z Cacboxypeptidaza: - Xúc tác tách các axit amin từ các đầu

chuỗi chứa nhóm cacboxyl của các peptit

- Điều kiện tối −u : To =50-60oC, pH = 5,2

zAminopeptidaza: Xúc tác tách các axit amin từ các đầu chuỗi

chứa nitơ của các peptit

CÁC ENZYM KHÁC

• Lipoxygenaza: - Phân huỷ axit linoleic

- Điều kiện tối ưu : To =62oC, pH = 6,6-6,7

- Tạo tính ổn định vị của bia

• Lipaza: - Có trong phôi và lớp alơrong

- Tăng trong qúa trình nẩy mầm, giảm trong qúa trình sấy

- Điều kiện tối ưu : To =35-40oC, pH = 5-6

• Phophataza: - Tách liên kết este của axit phosphoric trong tinh bột

- Tăng độ chua, tăng lực đệm cho dịch đường

- Điều kiện tối ưu : To =70oC, pH = 5,6

• Phytaza: - Tách liên kết este của axit phosphoric với inositol,

- Tăng độ chua, tăng lực đệm cho dịch đường

điều kiện tối −u của các Enzym có trong đại mạch

Nature pH optimal Tempộrature

optimale

Tempộrature

de destruction Oxydases :

Đánh giá chất l−ợng đại mạch

• Cảm quan :

- Mùi: Mùi thơm, rơm tươi Mựi mốcẻbảo quản ướt

- Mầu sắc và độ sáng: vàng nhạt, sáng đồng nhất (xanh, nâu )

- Vỏ: Vỏ gồ ghề, mỏng, vỏ dầy và phẳng chưa chớn.

Tạp chất: Không có hạt dại, cát, sỏi, rơm rạ, bông lúa, kim loại, hạt vỡ

hạt mốc hay lạ

Hạt bị vỡ, sứt mẻ: Cần đ−ợc loại bỏ

Đánh giá chất lượng đại mạch

Hình dáng và kích thước hạt:

- Hạt cần to, đều và tròn, phụ thuộc vào giống

- Khụng cú hạt nẩy mầm

Côn trùng:

- khụng cú côn trùng (mọt) trong khối hạt

(hạt bị mọt ăn tạo thành các lỗ và khi ngâm các hạt này nổi lên trên)

- khụng bị mốc (tạo mùi khó chịu trong bia)

Đánh giá chất l−ợng đại mạch

• Đánh giá các chỉ tiêu lí học:

- Dung trọng: 65-75 kg/100 lớt

-Khối lượng 1000 hạt : 35-47 g

- Phõn loại hạt: rõy 2,8, 2,5 và 2,2 mm

$Loại hảo hạng : min 95% (trờn rõy 2,8mm) ;

tạp chất < 2 % (trờn rõy 2,2mm)

$ Loại 1 : min 90% (2,8 mm) ; 2-4 % (2,2mm )

$ Loại TB : min 85% (2,8 mm) ; 3-4 % (2,2mm)

Đánh giá chất l−ợng đại mạch

• Đánh giá các chỉ tiêu lí học:

- Năng lực nảy mầm : >90 % (3 ngày); >95 % (5 ngày)

- Tớnh nhạy cảm đối với nước: Nảy mầm 100 hạt trong 4 và 8 ml H20

nảy mầm

Độ nhạy: Khụng Yếu Trung bỡnh Mạnh Rất mạnh

Đánh giá chỉ tiêu hoá học

• Độ ẩm : 14-15

• Protein :10-12%

• Chất hoà tan (chất chiết) : 77-80%

Sự “nghỉ” của hạt

Hạt vừa thu hoạch không có không có khả năng nẩy mầm

(khả năng tự bảo vệ của hạt để không nảy mầm ngay lập tức sau khi thu hoạch)

 không nên sản xuất malt ngay sau thu hoạch

Chương II : HOA HOUBLON

2.1 Giới thiệu cây houblon

2.2 Thành phần hoá học của hoa houblon

Giới thiệu cây houblon

Vai trß Hoa houblon

zVị đắng dụi

zHương thơm đặc trưng

zTăng khả năng tạo bọt và giữ bọt

Cấu tạo búp hoa houblon

Thành phần hóa học hoa houblon

8/27/2009 Đại học Bỏch khoa Hà nội 58

Cỏc chất đắng trong hoa houblon

Các chất đắng (15-21%)

(tan trong methanol và trong ête)

Các chất nhựa mềm Các chất nhựa cứng

(tan trong hexhan) (90%) 10% (tan trong ête)

α-axít đắng Nhóm các chất β còn lại

(6-9 %)

β-axít đắng Các chất nhựa mềm khác (3-4%) ch−a xác định

(5-6%)

20 - 55 Colupulon

30 - 55 Lupulon

%

β-axit

Tinh dầu thơm

•Hạt lupulin, 200 chất bay hơi, dễ`tan trong rượu

• C¸c hydrocacbua : chiếm 75%

-Sesquitecpen (C15)

Tinh dầu thơm 2

Monotecpen (C10):

Linalol Geranyl pyrophosphat Micxen Tecpinolen

Tinh dầu thơm 3

C¸c hîp chÊt lưu huúnh :

- CH 3 SSSCH 3 , CH 3 SSSSCH 3 , CH 3 SSCH 2 SCH 3 ,

CH3SOCH 2 ,

C¸c dÉn xuÊt oxygen ; c¸c vßng epoxy

Tanin và Polyphenol

- Giá trị CN :- Kết lắng và loại bỏ các hợp chất chứa nitơ -Ổn định và tăng độ bền keo

-Tanin : Antocyanidin, Leucoantocyanidin, c¸c flavon vµ catechin, c¸c axit phenolic vµ polyphenolic

Catechin

Procyanidin C3

Cyanidin

Cỏc chế phẩm hoa houblon

• Hoa cánh : Sấy nhẹ 50 0 C (W ≤ 11%), sau đó ép thành bánh

• Hoa viờn loại 90.

• Hoa viờn loại 45 (nồng độ cao).

• Hoa viờn đó được đồng phõn húa (isomeric).

• Hoa viên : chiếm 1/3 thị trường, và có nhiều dạng:

Cao hoa :

Hoa houblon viên

#Hoa viªn 90 :

3Từ 100 kg hoa thu được 90 kg sản phẩm

3Houblon J sÊy kh« (< 50 o C, W 7-9 %) JnghiÒn (bột 1-5 mm) J Ðp thµnh viªn (thùc hiÖn ë ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng hay khÝ tr¬)

# Hoa viªn 45 (giÇu α-axit) :

3Từ 100 kg hoa thu được 45 kg sản phẩm có chứa lượng α axit lớn

-Chỉ tiêu chế phẩm hoa viên

Hoa viên đắng loại viên 45 :

• Chỉ tiêu cảm quan

- Màu xanh lá mạ hơi vàng

- Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu

- Màu xanh lá mạ hơi vàng

- Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu

- Hình dạng: viên đùn không vỡ vụn

• Chỉ tiêu hoá học

Houblon đã đ−ợc đồng phân

Các alpha axit đ−ợc đồng phân thành iso-alpha axit

Đưa vào Ä nấu hoa hoặc

Ä trong giai đoạn hoàn thiện

Các loại chế phẩm hoa houblon

Hoa vi ên

Cao hoa

- Cao hoa “hữu cơ”

Dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen

clorua, tricloetylen, etanol) để trích ly các nhựa

đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon, sau đó làm bay hơi dung môi

Chỉ tiêu chế phẩm cao hoa

Nguyờn liệu thay thế - gạo

Để đánh giá chất l−ợng của gạo cần phải:

• Kiểm tra bằng mắt:

- Tấm hay bột gạo mầu trắng

- Mùi của tấm hay bột, không ôi khét

• Chỉ tiờu hoá học:

- Độ ẩm: < 13%

- Hiệu suất hoà tan: 80-85%

Nước trong CNSX malt-Bia

1 Thành phần nước

2 Độ cứng của nước

3 Ảnh hưởng các ion trong nước

4 Các phương pháp xử lý nước

Thành phần nước

Nước chiếm 80-90 % trong bia

Cần khảo sát nguồn nước trước khi xây dựng nhà máy bia

Ảnh hưởng của muối Ca và Mg

Phản ứng với các chất có trong malt :

• 2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 → CaHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2

BËc 1 BËc 2 BËc 2

kh«ng tan Tan

• 4KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 → Ca3(PO4)2+2K2HPO4 +6H2O+ 6CO2

BËc 3 BËc 2

• 2KH2PO4 + Mg(HCO3)2 → MgHPO4 + K2HPO4 +2H2O + 2CO2

• 4KH2PO4 + 3Mg(HCO3)2→ Mg3(PO4)2+2K2HPO4+6H2O+ 6CO2

Ảnh hưởng Ca +2 tới chất lượng bia

-Giảm PO 4 -3 trong dịch đường

-Tăng độ hòa tan các chất chứa

nitơ vào dịch đường

-Giảm mầu dịch đường

-Giảm khả năng đồng phân

α-axit đắng

-Giảm tính đệm của dịch đường

Ảnh hưởng Mg+2, Na+và K+

Ưu điểm

Mg +2 : <50 mg/l

- Cofacteur, tốt qt trao đổi chất

-Tạo độ sánh cho bia

Na + <150 mg/l ; K + <10 mg/l ;

- Tạo độ sánh cho bia

- không thay đổi pH

Nhược điểm

- Giảm PO 4 -3 trong dịch đường

- Gây mùi vị khó chụi cho bia

-Tạo vị mặn, mùi khó chụi

Ảnh hưởng Fe, Cu, Mn, Zn, Pb

Fe +2 , Fe +3 <0,2 mg/l

-Xấu tới qt trao đổi chất, nấm

men dễ thoái hoá

- Giảm độ sánh bia, mầu bọt

-Gây mùi kim loại

-Tạo cặn oxy hoá, gây đục bia

-*Cofacteur, tốt qt trao đổi chất

- Gây mùi kim loại

Pb +2 <0,01 mg/l;

- Độc cho nấm men

- Gây đục bia