BÁO CÁO QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA

MỤC LỤC I. Giới thiệu chung 4 1. Lịch sử phát triển 4 2. Các hãng sản xuất bia lớn trên thế giới (2003) 5 3. Một số hãng bia có mặt ở Việt Nam 6 II. Nguyên liệu sản xuất bia 6 1. Nước 6 2. Malt và thế liệu 6 a. Malt 6 b. Thế liệu 9 4. Men bia 17 a. Đặc điểm hình thái và cấu tạo 17 b. Chỉ tiêu lựa chọn giống men bia 17 c. Quy trình sản xuất giống men bia 17 III. Quy trình sản xuất bia 18 1. Nghiền malt và thế liệu 18 2. Quá trình đường hóa 20 3. Quá trình lọc 25 4. Quá trình đun sôi dịch nha với hoa houblon. 26 5. Quá trình lắng trong 27 6. Quá trình làm lạnh và bão hòa 02 27 7. Quá trình lên men bia 28 a. Lên men chính 28 b. Quá trình lên men phụ 29 8. Quá trình làm trong bia 29 9. Bão hòa C02 31 10. Chiết chai, chiết lon 32 a. Chiết chai 32 b. Chiết lon 36

Đại Học Mở TP Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Sinh Học

Công nghệ chế biến thực phẩm

ĐỀ TÀI QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA

Giảng viên: Nhóm thực hiện:

Như Xuân Thiện Chân Nguyễn Bá Quỳnh: 0953010573

Mai Hoàng Phương: 0953010531

Hồ Đại Hải: 0953012165

Nguyễn Đình Huy: 0953012265

Trương Anh Phi: 0953012511

MỤC LỤC

I Giới thiệu chung 4

1 Lịch sử phát triển 4

2 Các hãng sản xuất bia lớn trên thế giới (2003) 5

3 Một số hãng bia có mặt ở Việt Nam 6

II Nguyên liệu sản xuất bia 6

1 Nước 6

2 Malt và thế liệu 6

a Malt 6

b Thế liệu 9

4 Men bia 17

a Đặc điểm hình thái và cấu tạo 17

b Chỉ tiêu lựa chọn giống men bia 17

c Quy trình sản xuất giống men bia 17

III Quy trình sản xuất bia 18

1 Nghiền malt và thế liệu 18

2 Quá trình đường hóa 20

3 Quá trình lọc 25

4 Quá trình đun sôi dịch nha với hoa houblon 26

5 Quá trình lắng trong 27

6 Quá trình làm lạnh và bão hòa 02 27

7 Quá trình lên men bia 28

a Lên men chính 28

b Quá trình lên men phụ 29

8 Quá trình làm trong bia 29

9 Bão hòa C02 31

10 Chiết chai, chiết lon 32

a Chiết chai 32

b Chiết lon 36

I Giới thiệu chung

1 Lịch sử phát triển

Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia).Giống như phần lớn các chất chứa đường khác có thể bị lên men một cách tự nhiên, rất có thể là các đồ uống tương tự như bia đã được phát minh một cách độc lập giữa các nền văn minh trên toàn thế giới Việc kiểm định hóa học các bình gốm cổ phát hiện ra rằng bia (tương tự như rượu vang) đã được sản xuất khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran và là một trong số các công nghệ sinh học đã biết, trong đó các quy trình sinh học của sự lên men được áp dụng

Tại Lưỡng Hà, chứng cứ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000 năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút bằng sậy từ thùngcông cộng Bia cũng được đề cập tới trong Thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria để tỏ lòng tôn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, nó chứa công thức làm bia cổ nhất còn sót lại và miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thông quabánh mì Bia đã trở thành thiết yếu đối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt là ở Ai Cập và Lưỡng Hà

Bia đã từng là quan trọng đối với người La Mã trong thời kỳ đầu, nhưng trong thời kỳ Cộng hòa La Mã thì rượu vang đã thay thế bia như là một đồ uống chứa cồn được ưa chuộng hơn Bia trở thành đồ uống được coi là thích hợp cho những người man rợ; Tacitus đã viết một cách đầy chê bai về bia được các giống người Đức sản xuất trong thời đại của ông.Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm chí từ thế kỷ

5 TCN, như Hellanicos đã viết trong vở các opêra Tên gọi cho bia của họ là brutos hay brytos

Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại

có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởngkiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoabia."

Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình Vào thế kỷ 14

và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để tiêu thụ

Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là ale, còn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia Bia có chứa hoa bia được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428 Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp — Công ty bia rượu London đã đi

xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất — mà chỉ có liquor (nước), mạch

nha, và men bia" Tuy nhiên, vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng

độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia

Sản xuất bia thế kỷ 16:

Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đến nay.[8] Gebot quy định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857 Luật của người Bavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thống nhất năm 1871 thành Đế chế Đức dưới thời Otto von Bismarck, và kể từ đó đã được cập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu Cho đến nay, Gebot vẫn được coi là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc

dù điều này có thể gây tranh cãi

Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi là ale Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được lưu trũ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đó nó đã được sản xuất nhiều hơn ale

Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đã trở thành

sự thật Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout)

Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur

đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh vật không mong muốn

Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giớingày nay, bao gồm cả Guinness

Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu làcác tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia

đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cái gọi là bia không cồn

2. Các hãng sản xuất bia lớn trên thế giới (2003)

- Anheuser busch (USA)

- Coors (USA)

- Tsingtao (China)

- Scottish & Newcastle (Great Britain)

3 Một số hãng bia có mặt ở Việt Nam

2 Malt và thế liệu

a Malt

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại

mạch, thóc, ngô v.v sau khi cho nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ ẩm nhất định với điều kiện bắt buộc

Malt là một loại bán thành phẩm và giàu chất dinh dưỡng: 16 – 18% chất thấp phân

chủ yếu là amylaza vàproteaza.Trong số các loại mạch nha thì mạch nha

từ lúa đại mạch (Hordeum vulgare) được sử dụng rộng rãi nhất do nó chứa nhiều amylaza, là một loại enzym tiêu hóa giúp cho việc phá vỡ tinh bột để chuyển nó thành đường Tuy nhiên, phụ thuộc vào loại cây trồng trong từng khu vực mà các loại ngũ cốc được/không được mạch nha hóa khác cũng có thể sử dụng, bao gồm lúa mì, lúa gạo, yến mạch (Avena sativa) và lúa mạch đen (Secale cereale), cũng như ít phổ biến hơn là ngô và lúa miến (cao lương, Sorghum

chinensis).

Mạch nha được tạo ra từ hạt ngũ cốc bằng cách ngâm chúng vào trong nước, cho phép chúng nảy mầm và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy Hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa tạo ra các enzym để chúng chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đường có thể lên men.Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng để tạo ra các màu mạch nha khác nhau từ cùng một loại ngũ cốc Các loại mạch nha sẫm màu hơn sẽ sản xuất ra bia sẫm màu hơn Ngày nay, trong phần lớn các trường hợp, hai hoặc nhiều loại mạch nha được phối hợp

để sản xuất bia

Vai trò

Malt cung cấp toàn bộ lượng glucid (chủ yếu dưới dạng tinh bột) để chuyển hóa thành đường, và từ đường chuyển hóa thành cồn và các chất khác Để giảm giá thành, người ta có thể sử dụng ngũ cốc làm thế liệu, và lượng tối đa là 50% chứ không thể thay thế hoàn toàn malt.

Malt chứa đầy đủ enzym amilaza để thủy phân tinh bột Nếu sử dụng thế liệu nhiều thì lượng enzym này cung cấp không đầy đủ và ta buộc phải bổ sung enzym từ bên ngoài vào, chủ yếu là enzym từ vi sinh vật

Malt cung cấp khá đủ lượng protein và có chứa hệ enzym proteaza để thủy phân chúng Trong giai đoạn ươm mầm, hệ enzym này được hoạt hóa mạnh mẽ Khi chuyển sang giai đoạn nấu, chúng thủy phân protein tạo thành các phức chất có khả năng giữ CO2 tốt, tạo vị bia đặc trưng

Các loại enzym trong malt Hệ thống enzyme này gồm có: alpha-amylase, beta-amylase và amilophosphatase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ.

 Hệ thống enzym thủy phân tinh bột

Với enzyme alpha-amylase cơ chất của nó là tinh bột và destrin, từ đó tạo ra sản phẩm là maltose và các destrin mạch ngắn Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.8, topt = 72 –

76 0C

Với enzyme beta-amylase, nó có trong hạt đại mạch ở dạng liên kết cũng như dạng tự do, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần Với sự tham gia của enzyme này, tinh bột đại mạch sẽ bị phân cắt thành đường maltose Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.5 – 5.8, topt = 62 – 650C

 Hệ thống enzyme protease:

Trong hạt đại mạch, toàn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên kết, hầu như không hoạt động Nhưng khi chuyển qua giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính chung của hệ enzyme protease tăng nhanh

Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein nguyên thủy để tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit, với

pHopt = 5.1, topt = 50 – 550CPeptidase: nó sẽ phân cắt các peptit có sẵn trong hạt đại mạch và những peptit trong malt

do proteinase phân giải để tạo thành các acid amin trong hạt malt, với

pHopt = 7.3 – 7.9, topt = 40 – 450C

Amidase: chúng sẽ tấn công các muối amit để hình thành NH3 và acid amin, góp phần làm thay đổi tính chất và hàm lượng của protein trong hạt malt, các enzyme amidase có

pHopt = 7.3 – 8.0, topt = 45 – 500C

 Hệ thống enzyme esterase (phosphatase):

Hệ thống enzyme esterase (phosphatase) gồm có: saccharophosphatase, phytase,

glyxerophosphatase, nucleotidase… tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình ester hoá trong quá trình nảy mầm

Phytase: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng ra rượu inozit và axit phosphoric tự

do Phytase có

pHopt =5.0 – 5.5, topt =40 – 500C

Các enzyme khác như: saccharophosphatase, glyxerophosphatase, nucleotidase sẽ phá các mối liên kết ester tương ứng của các hợp chất hữu cơ có chứa phosphate và giải phóng ra acidphosphoric tự do

b Thế liệu

Theo luật độ thuần khiết của Đức ban hành thì thế liệu (Phụ liệu) được định nghĩa là những nguyên liệu ngòai Malt; Houblon; Nước; Nấm men Thực tế trong văn bản chính thứccủa luật độ tinh khiết bia đức năm 1516 không xem Nấm men là nguyên liệu chính sản xuất bia Còn theo Ủy ban tiêu chuẩn thực phẩm của Anh định nghĩa phụ liệu là bất cứ nguồn Carbon hydrat ngoài Malt đại mạch góp phần vào chất lượng đường của dịch nha Phụ liệu được sử dụng trong 3 lĩnh vực sau:

- Những phụ liệu thô phi Malt dạng rắn sử dụng trong quá trình sản xuất bia (Gạo; ngũ cốc chưa nảy mầm).

- Những phụ liệu dạng lỏng đưa vào tạo nên tính chất đặc trưng (chế phẩm Sirop)

- Những loại Malt ngũ cốc khác Malt đại mạch góp phần vào chất lượng dịch nha (Malt thóc; Malt lúa miến…)

Trong chương này chúng ta tìm hiểu các thế liệu dùng trong sản xuất bia Việc sử dụng thếliệu có thể mang lại những bất lợi (hàm lượng nitrogen hòa tan giảm do protein ít; không hoặc chứa ít enzym) tuy nhiên chúng cũng mang lại lợi ích đáng kể (Giảm giá thành; tăng tính chất hương vị cho sản phẩm bia; cải thiện khả năng giữ bọt)

Trong sản xuất bia Giá trị của bia dựa theo công thức:

Giá trị bia= Khả năng chiết xuất+ Số lượng sản phẩm – Giá thành  Như vậy hiệu xuất chiết xuất càng cao thì giá trị sản phẩm càng lớn

Tại Mỹ lượng phụ liệu sử dụng trung bình khỏang 38%, Bắp là loại phụ liệu được sử dụngnhiều và thông dụng nhất chiếm 46%; Gạo chiếm 31%; các loại đường và Sirop chiếm 22%

Bắp (Ngô)

Bắp đ

Được sử dụng nhiều ở Mỹ và Canada ở dạng

xay của bắp vàng, mục đích loại bỏ lớp vỏ

ngoài và phôi (chứa nhiều dầu) chỉ để lại nội

nhũ Hiệu suất trích ly của Bắp thấp hơn những thế liệu khác nhưng lại chứa nhiều đạm và chất béo hơn Nhiệt độ hồ hóa của thế liệu bắp thấp hơn (62- 74oC) so với gạo (64- 78oC) Bắp nếu sử dụng dạng tấm cho hiệu suất trích ly cao hơn và khả năng lên men được cải thiện kết quả này được kiểm chứng trong quy mô phòng thí nghiệm Các nghiên cứu cũng khảo sát

về khả năng trích ly, hàm lượng amino acid, độ nhớt của dịch nha và cho thấy một số lợi ích của thế liệu Ngô

Trong nghiên cứu của Meilgaard ông thấy rằng chất lượng đường trong dịch nha khi sử dụng thế liệu là bắp và gạo với tỉ lệ 20% (có nghĩa tỉ lệ thế liệu đạt 20% mà không thay đổi chất lượng dịch nha so với sử dụng 100%) mặc dù mức độ đường Succrose và đườngFructosegiảm khi tăng tỉ lệ thế liệu Khi sử dụng tỉ lệ Bắp 30% ta có thành phần chất thơm bay hơi tương ứng với khi dùng 100% Malt Việc dùng thế liệu với tỉ lệ cao là nguyên nhân tăng mức

độ Diacetyl khi kết thúc quá trình lên men chính, tuy nhiên chúng ta có thể khắc phục hiện tượng này trong quá trình lên men phụ

Gạo

Gạo là loại thế liệu được sử dụng đứng hàng thứ 2 sau Bắp tại Mỹ Gạo có giá thành cao hơn bắp khoảng 25% Gạo được sử dụng dưới dạng đã tách trấu, cám và mầm Tuy nhiên trong quá trình loại bỏ các thành phần trên chú ý giảm tỉ lệ hình thành tấm thực tế để giảm giá thành công nghệ chấp nhận tỉ lệ tấm 30% Do gạo chứa ít chất béo hơn bắp vì thế Gạo được sử dụng trong nhiều nhà máy sản xuất bia Gạo dùng trong sản xuất bia sẽ cho hương thơm và vị trung tính, sản phẩm có màu sáng và trong.

Chất lượng của bia dùng thế liệu Gạo có thể cần phải cải thiện một số yếu tố như: Độ trong; Nhiệt độ hồ hóa; Độ nhớt của dịch cháo; Hương thơm của cháo; Hàm lượng chất béo; Hàm lượng protein…Gạo bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển và tồn trữ cũng là một vấn

đề cần quan tâm nhưng với những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong bảo quản điều này không còn là mối quan ngại

Không phải tất cả các loại gạo đều có thể dùng sản xuất bia, do có những lọai gạo có độ nhớt cao khi hồ hóa dẫn đến việc khó khăn khi bơm dịch Theo các nhà nghiên cứu nếu gạo

có thời gian dịch hóa khi đun sôi trong thời gian 15 phút có thể dùng làm thế liệu sản xuất bia Trong quá trình hồ hóa để tạo điều kiện thuận lợi trong giai đoạn đường hóa và dịch hóa gạo người ta thêm vào lượng Malt lót từ 5- 10% với mục đích sử dụng lượng enzym có trong Malt để làm giảm khối lượng mạch tinh bột Vào cuối giai đoạn nấu cháo trong một số trườnghợp nhiệt độ nồi cháo đạt đến 112oC

Theo các nghiên cứu và hiện còn tranh luận về hàm lượng nitơ hòa tan trong dịch nha khi dùng thế liệu gạo còn thấp hơn khi dùng thế liệu Bắp

Lúa mạch

Việc sử dụng lúa mạch chưa nảy mầm trong sản xuất bia như một thế liệu đã có từ lâu Tuy nhiên, do độ ẩm cao của hạt lúa mạch cao (18- 20%) nên gây ra một số khó khăn trong quá trình

Trong quá khứ lúa mạch sử dụng trong sản xuất bia ở dạng đã được hồ hóa sơ bộ ở nhiệt

độ 85oC sau đó được làm khô đến độ ẩm 8- 10% Việc hồ hóa sơ bộ giúp cho khả năng trích

ly β- Glucan và làm gia tăng hàm lượng β- Glucan trong dịch nha Khi quá trình hồ hóa sơ bộbằng hơi nước có thể dẫn đến tăng độ nhớt của dịch nha Tinh bột của lúa mạch dễ dàng bị thủy phân hơn tinh bột bắp và gạo Lúa mạch bỏ vỏ có thể làm tăng khả năng trích ly tuy

nhiên việc này lại ảnh hưởng đến quá trình lọc vì vỏ trấu đóng vai trò trong việc tạo màng lọc Nhược điểm của thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm là làm giảm lượng nitơ hòa tan và màu của dịch nha Khi dùng thế liệu với tỉ lệ thấp có thể làm tăng khả năng ổn định bọt, tuy nhiên khi dùng với tỉ lệ cao có thể làm tăng độ nhớt của dịch nha và khó lọc do lượng β- Glucan nhiều β- Glucan dễ dàng bị phân hủy ở nhiệt độ 65oC với tác dụng của β- Glucanase của Malt.

Tại một số nhà máy bia tại Úc sử dụng thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm lên 50% Tuy nhiên, người ta bổ sung lượng enzym bằng các chế phẩm có chứa β- Amylase, Protease và β- Glucanase chiết xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilis

Khả năng lên men dịch nha từ thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm với tỉ lệ 50% bằng với tỉ lệ100% Malt Tuy nhiên, trong dịch nha dùng thế liệu này chứa ít đường Fructose, Succrose, Glucose, Maltotriose nhưng nhiều đường Maltose hơn so với dịch nha trích ly từ Malt đại mạch Sản phẩm bia có sử dụng thế liệu so với sản phẩm dùng 100% Malt không có sự khác biệt về cảm quan

Lúa Miến (Kê)

Mặc dù được xem là thế liệu rất có tiềm năng trong thời gian 50 năm trước nhưng chỉ trong 20 năm gần đây lúa miến mới được sử dụng rộng rãi Đây là loại ngũ cốc có sản lượng đứng hàng thứ 5 trên thế giới đây là nguồn lương thực chủ yếu của vùng trung Mỹ và Châu Phi

Châu phi đã sử dụng lúa miến để sản xuất bia với nhãn hiệu “Bantu bia” ở Nam Phi,

“dolo” ở Burkina Faso, và “billi billi” ở Chad (Sát) Những loại bia này không dùng houblon,

có vị chua nhẹ và thường không qua quá trình lọc vì thế thừơng được sử dụng ở vùng nông thôn Tại Mỹ mãi đến năm 1943 lúa miến mới được sử dụng như một thế liệu vì tình hình khan hiếm nguyên liệu Tuy nhiên, vào thời gian này kỹ thuật nghiền chưa tốt nên dẫn đến những vấn đề về hiệu suất trích ly và vị đắng của sản phẩm Ngày nay với những tiến bộ khoahọc kỹ thuật vấn đề trên đã được giải quyết Có lẽ vì những tác động xấu của lúa miến khi sử dụng lần đầu nên tại Mỹ việc sử dụng nó như một thế liệu rất hiếm trừ khi sử dụng với yếu tố kinh tế

Lúa miến là một loại ngũ cốc có khả năng Strees nước rất cao vì thế nó thường được trồng tại vùng nhiệt đới và vùng Trung Mỹ với sản lượng 2- 3,8 tấn/ Arce khi không được bón phân

và sẽ tăng cao khi được chăm bón tốt.Tổ chức lương nông thế giới (FAO) khuyên nên dùng lúa miến để sản xụất bia

Thành phần tinh bột của lúa miến tương tự như bắp gồm 75% Amylopectin và 25% amylose Kích thước hạt tinh bột lúa mạch 15μm so với 10μm của tinh bột bắp Nhiệt độ hồ m so với 10μm so với 10μm của tinh bột bắp Nhiệt độ hồ m của tinh bột bắp Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột lúa mạch (68- 72oC) cao hơn so với tinh bột bắp (62- 68oC) Trong quá trìnhnấu cháo để quá trình trích ly đạt hiệu quả cao người ta bổ sung 5%lượng Malt lót vào nồi cháo.

Tinh bột bắp

Tinh bột bắp là một thế liệu có giá thành cao nhất trong sản xuất bia Nó được tạo thành bằng công nghệ nghiền ướt Do giá thành cao nên chúng ít được sử dụng trong sản xuất bia Thành phần tinh bột bắp chứa 96% lọt sàng 200 mesh

bắp đây là lựa chọn khả thi của các nhà sản

xuất Nhiệt độ hồ hóa và dịch hóa của tinh bột bắp thấp hơn so với gạo và bắp vì thế khi sử dụng kết hợp chúng ta chú ý tránh bị khét do quá trình lắng đọng (tăng tốc độ khuấy)

Sử dụng tinh bột bắp cho dịch nha có thành phần và tính chất tương tự khi dùng thế liệu gao Hiệu suất thu hồi có thể tăng 1- 2%; không có khó khăn trong quá trình lọc Nhìn chung việc sử dụng thế liệu tinh bột bắp trong sản xuất bia vào quy mô và giá thành

Tinh bột lúa mì

Tinh bột lúa mì ít được sử dụng tại Mỹ trong sản xuất bia vì lý do giá thành cao, chỉ có Canada sử dụng lượng lúa mì trong thời kỳ vào mùa chính vụ Thành phần hóa học của tinh bột lúa mì rất giống với tinh bột bắp Một tính chất quan trọng của tinh bột lúa mì là nhiệt độ

hồ hóa của chúng tương đương với nhiệt độ của Malt nên có thể trộn trực tiếp vào nồi nấu Malt Tuy nhiên, nếu sử dụng thiết bị nấu riêng chúng ta có thể nâng hiệu suất thu hồi lên 10% so với sử dụng chung nồi

Để thu nhận tinh bột lúa mì chúng ta sử dụng công nghệ tương tự đối với bắp Nhiệt độ trong tồn trữ nên dưới 52oC để tránh hiện tượng vón cục Nhiệt độ nấu tinh bột lúa mì không vượt quá 98oC để tránh hiện tượng trào bọt

Do tinh bột lúa mì chứa nhiều β- Glucan nên trong quá trình nấu chúng ta sử dụng lượng Malt lót 10%, duy trì nhiệt độ 48oC trong 30 phút trước khi nâng nhiệt độ lên 66oC để tạo điều kiện thủy phân β Glucan tốt hơn

Bỏng ngũ cốc

Là sản phẩm ngũ cốc được xử lý ở nhiệt độ 260oC sau đó cho tăng kích thước đột ngột bằng phương pháp giảm áp suất đột ngột Loại thế liệu này khi sử dụng không cần có quá trình hồ hóa sơ bộ Quá trình tạo sản phẩm làm biến tính một lượng protein đáng kể nên khi

sử dụng có thể làm giảm lượng protein hòa tan trong dịch nha

Cả lúa mạch và lúa mì đều có thể dùng tạo bỏng ngũ cốc Các phân tích thành phần hóa học cho kết quả tương đương giữa 2 loại nguyên liệu trên Người ta thấy rằng nếu nấu bỏng ngũ cốc trong thiết bị riêng ở nhiệt độ 71- 77oC trước khi hội cháo vào nồi Malt sẽ cho hiệu suất cao hơn khi nấu chung Một vấn đề cần quan tâm trong quá trình vì bỏng ngũ cốc hút nước nhiều hơn những loại phụ liệu khác

Bảng Tỉ lệ đường (%) của Siro được tạo thành bởi các phương pháp so với 100% Malt đại mạch.

3 Hoa Bia (Hublon)

Hoa bia hay hublông (danh pháp khoa học: Humulus lupulus) là thực vật dạng dây leo, sống lâu năm (30-40 năm), có chiều cao trung bình từ 10-15 m Hoa houblon có hoa đực và hoa cái riêng cho từng cây Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn.

Vai trò của hoa bia trong sản xuất bia

Hoa bia chứa một số tính chất rất phù hợp cho bia

Trước đây người ta thường chia Houblon làm 3 loại: Hương (chứa nhiều hương, hàm lượng α-acid 3- 7%); Nhiều mục đích (Hương thơm, hàm lượng α- acid 6- 10%); Hàm lượng α-acid cao (hương thơm tạm chấp nhận, hàm lượng α- acid 9- 16%) Hiện nay trên thị trường Houblon có 2 dạng: Dạng viên và dạng cao

Thành phần hóa học của Houblon

Theo nghiên cứu của Steven năm 1967 thành phần của Houblon như sau:

- Resin chiếm 15%

- Protein chiếm 15%

- Đường đơn chiếm 2%

- Polyphenol chiếm 4%

Nhựa trong quả Houblon bao gồm 2 loại: nhựa mền và nhựa cứng

Nhựa mềm: Trong Houblon tươi chứa một số lượng nhỏ nhựa mà thành phần chủ yếu của

nó là α- acid và β- acid ngoài ra còn chứa một phần nhỏ dedoxy α- acid (là thành phần không đóng vai trò gì trong sản xuất bia chúng sẽ bị nấm men hấp phụ trong quá trình lên men) Nhựa mềm là thành phần có khả năng hòa tan trong dung môi hexane

Nhựa cứng: Chiếm 1 tỉ lệ rất nhỏ trong Houblon tươi nhưng sẽ tăng trong quá trình tồn trữ Nó được cho là thành phần nhựa không hòa tan trong dung môi Hexane

Tổng nhựa của Houblon được xác định bằng tổng của nhựa cứng và nhựa mềm Đây là thanh phần có thể hòa tan trong dung môi Diethylether và Methanol

Phương pháp xác định phần trăm các loại acid được tiến hành bằng cách độ độ hấp thu củadung dịch trích ly acid từ Houblon trong dung môi Toluen sau khi pha loãng trong dung dịch Metanol kiềm được đo tại 3 bước sóng 275nm; 325nm; 355nmn bằng máy quang phổ kế

Polyphenol (Tanin)

Proanthocyanidin

Là thành phần polyphenol hòa tan trong nước tên gọi Catechi và Enpicatechin thành phần được cấu tạo bởi các monomer flavan-3-ols Phân tử Proanthocyanidin có thể chứa đến 20 monomer Đa số Proanthocyanidin sẽ bị loại bỏ trong quá trình lắng vì chúng sẽ kết lắng dướitác dụng của nhiệt, chỉ có những phân tử có khối lượng phân tử nhỏ (dimer; trimer ) tồn tại trong dịch nha góp phần vào việc bảo quản, chống ôxy hóa và cải thiện hiện tượng đục của bia đồng thời do chứa điện tích dương nên chúng có tác động đến sự ổn định của hương vị sản phẩm

Flavonoids

Xanthohumol (XN)

Màu vàng của Lupulin chứa Xanthohumol chiếm hàm lượng 1,5% so với khối lượng khô của Houblon trước đây chúng không được quan tâm lắm vì là nguyên nhân gây nên hiện tượng đục bia nên cần phải được loại bỏ Tuy nhiên, gây đây người ta đang nghiên cứu và thấy rằng nó có khả năng chống ung thư và kháng khuẩn Vì thế trong một số trường hợp sản phẩm bia chứa Xanthohumol được cho rằng có giá trị trong y học

Isoxanthohumol (IX)

Xanthohumol hòa tan kém trong nước, thành phần này nhanh chóng bị kết tủa và chỉ có 1 phần rất nhỏ tồn tại trong bia thành phẩm Vì thế trong quá trình đun sôi chúng chuyển sang một dạng đồng phân gọi là Isoxanthohumol có khả năng hòa tan tốt hơn chất này đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm có khả năng chống ung thư

8-Prenylnaringenin và Desmethylxanthohumol

Một hợp chất khác chứa trong Houblon được quan tâm nhiều là 8-Prenylnaringenin (8- PN) còn được gọi là “Hopein” Hop tươi chứa rất ít thành phần này chúng được hình thành do

sự đồng phân hóa trong quá trình đun sôi của hợp chất Desmethylxanthohumol có trong Houblon với hàm lượng ít hơn XN rất nhiều vì thế sự hình thành 8- PN rất chậm Trước đây các nhà khoa học cho rằng những người phụ nữ làm công việc thu hoạch hoa bằng tay có hiện tượng rối lọan kinh nguyệt là do trong hoa có chứa kích thích tố nữ (estrogen) Ngày nay, thủ phạm gây nên hiện tượng này được xác định là do 8- PN vì chúng có họat tính như một kích thích tố nữ với hoạt độ cao hơn estrogen Chính điều này dẫn đến khả năng chống ung thư các bộ phân như vú, tử cung, tuyến tiền liệt Hàm lượng 8-PN trong bia thành phẩm rất nhỏ <0,1 ppm

Tinh dầu dễ bay hơi

Tinh dầu chiếm khỏang 0,4- 2,5ml/100g sản phẩm tinh dầu chưng cất từ Houblon Trong nguyên liệu thô (chưa qua chưng cất) chứa nhiều tinh dầu hơn so với nguyên liệu đã xử lý nhưng hàm lượng Lupulin trong 2 dạng không có khác biệt lắm

Thành phần chủ yếu của tinh dầu Houblon là Terpene Terpene trong tinh dầu Houblon có

3 dạng: monoterpene myrcene; α-humulene; β-caryophyllene Các dạng này thường hoặc chuyển đổi cho nhau và chiếm đến 80% hàm lượng tinh dầu của Houblon Ngoài ra chúng còn chứa các loại Terpene khác như α- ; β-selinene và β-farnesene (Hình ) Trong số các loại tinh dầu theo các nghiên cứu dường như chỉ có Myrcene có tác dụng tích cực đến hương thơm của bia

Các hợp chất lưu hùynh

Được cho là góp phần làm giảm hương thơm của Houblon Chúng được phát hiện trong Houblon với số lượng phụ thuộc vào chế độ chăm sóc; chủng loại và số lượng thuốc chống nấm mốc; thành phần khóang chất của đất…

Sử dụng Houblon

Việc sử dụng Houblon phụ thuộc vào nhiều yếu tố và mục đích sử dụng Dựa vào các yếu

tố trên chúng ta quyết định lựa chọn lọai Houblon nào tối ưu nhất Các yếu tố và mục đích như:

- Mức độ đắng

- Độ thơm

- Bền mùi

- Bền bọt

4 Men bia

Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Có hai giống chính là men ale

(Saccharomyces cerevisiae) và men lager (Saccharomyces uvarum), với nhiều giống khác

nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều

vitamin, axit amin không thay thếm hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế

bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào

Nấm men trong công nghệ sản xuất bia thường

là chủng thuộc giống Sacchromyces

Nấm men dùng lên men bia gồm nấm men chìm và nấm men nổi:

+ Nấm men chìm(lager ): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp

đôi Hình dạng chủ yếu là hình cầu

+ Nấm men nổi( ale ): tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau

tạo thành chuỗi tế bào nấm men Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước

7-10 micromet

b Chỉ tiêu lựa chọn giống men bia

+ Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiện nhiệt độ thấp với dịch đường malt

+ Khả năng kết lắng đối với những lờai lên men chìm

+ Hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong lên men

+ Tính ổn định trong sản xuất

+ Tạo ra hương vị và chất lượng sản phẩm đặc trưng

c Quy trình sản xuất giống men bia

Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm  Nuôi cấy men giống trong nhà máy  Ly tâm men

giống  Nuôi cấy men thương mại  Ly tâm men thương mại  Lọc men  Đóng gói sản

phẩm men tươi hoặc sấy khô để có sản phẩm men khô

III Quy trình sản xuất bia

Malt đại mạch/Thế liệu

Chiết chai/lonThanh trùng

Nhân giống

CO2

Bã maltHoublo

O2 vô trùng

Sinh khối nấm men

CặnCặn

1 Nghiền malt và thế liệu

Nghiền nhằm 2 mục đích: giảm và kiểm soát kích thước hạt Quá trình này phụ thuộc nhiều yếu tố: loại nguyên liệu (Malt, gạo); thiết bị (lọc khung bản; lọc thùng); quy trình công nghệ (tỉ lệ thế liệu; chủng loại thế liệu) Các loại nguyên liệu có chứa vỏ trấu cần sử dụng máy nghiền trục để duy trì kích thước vỏ trấu đóng vai trò như một lớp vật liệu lọc giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn Với nguyên liệu gạo hoặc trong quá trình lọc sử dụng thiết bị lọc thùng cần sử dụng máy nghiền búa nhằm giảm kích thước hạt tạo điều kiện hồ hóa tốt hơn

Nghiền trục (sử dụng nghiền Malt hoặc thiết bị lọc thùng)

Máy nghiền trục tác dụng đồng thời lực ép và lực xé lên nguyên liệu dẫn đến kết quả kích thước vật liệu đạt độ nhỏ nhất định nhưng vẫn duy trì kích thước thích hợp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc Cụ thể nếu nghiền Malt chúng ta sẽ thu được vỏ trấu tách đôi và kích thước nhân đủ nhỏ Vật liệu đưa vào quá trình nên có độ ẩm từ 2,5- 4%

Máy nghiền trục có từ 2- 6 cặp trục các cặp trục này quay ngược chiều nhau và có tốc độ quay khác nhau nhằm mục đích tạo ra lực ép và lực xé Khỏang cách giữa 2 trục trên cao từ 1,3- 1,5mm trong khi khỏang cách này của cặp phía dưới là 0,25- 0,4mm Thiết bị này chỉ thích hợp nghiền vật liệu khô và không dùng cho nghiền vật liệu ướt

Nghiền

Lọc

Lên men phụ

Xử lý trong biaBảo hòa CO2, tàng trữNấm men

Chai/lonTạp chất

Bã houblon

Sản phẩmbiachai/lon

Thiết bị nghiền trục

Để giảm bớt tỉ lệ nát của vỏ trấu trong quá trình nghiền khô người ta phát triển kỹ thuật nghiền trong điều kiện hơi nước áp suất thấp Thiết bị sử dụng là máy nghiền trục vít, vật liệuđưa vào thiết bị có trang bị hệ thống cung cấp hơi nước ở phía mắt dưới và một số điểm bơm hơi nước ở mặt trên Trong quá trình di chuyển vật liệu được bơm hơi nước có áp lực 0,5- 1bar (112- 121oC) Thời gian vật liệu đi qua toàn bộ chiều dài thiết bị từ 50- 60 giây trong thời gian này hàm ẩm của vật liệu tăng lên từ 0,5- 1%, lượng ẩm này tập trung chủ yếu vào

vỏ trấu vì vậy hàm ẩm của vỏ trấu tăng lên khoảng 23%

Tuy nhiên, phương pháp này hiện không còn sử dụng vì nhiệt độ cao làm bất hoạt enzym

và được thay thế bởi kỹ thuật nước nóng bằng cách phun nước có nhiệt độ 30- 40oC vào vật liệu thay vì bơm hơi nước trong thiết bị hình

Kỹ thuật nghiền ướt được phát triển trên cơ sở của nghiền khô Vật liệu trước khi nghiền được làm ẩm lên đến 30% trong thời gian từ 15- 30 phút vì thế chúng trở nên mềm dẻo hơn

và vỏ trấu không bị vỡ nát khi đi qua trục nghiền

Thiết bị nghiền ướt

Trong kỹ thuật này khoảng cách giữa 2 trục gần hơn (0,35- 0,45mm) thiết bị nghiền ướt thường có 2 cặp trục Điều thuận lợi của kỹ thuật nghiền ướt là vỏ trấu không bị vỡ nhưng tinh bột nội nhũ thì vỡ vụn tạo điều kiện đường hóa nhanh và thời gian lọc rút ngắn Ngoài ra một kỹ thuật khác phát triển nhưng còn nhiều bất lợi là nghiền ướt kết hợp với đường hóa bằng cách làm ẩm vật liệu bằng nước nóng có nhiệt độ từ 60- 70oC

Nghiền búa

Thích hợp cho quy trình sử dụng máy lọc khung bản, vật liệu đưa vào quá trình nghiền là vật liệu khô Dưới tác dụng của búa quay với tốc độ 1500 vòng/ phút vật liệu được làm giảm kích thước từ 2- 4mm sau đó lọt qua lưới ra ngoài Nhược điểm của thiết bị nghiền búa là rất

ồn, ngoài ra do tốc độ vòng quay lớn nên cần phải có các biện pháp an toàn cho người sử dụng

Cấu tạo máy nghiền búa

2 Quá trình đường hóa

Nấu - đường hoá nguyên liệu

Mục đích của quá trình đường hoá: nhằm chuyển hoá các thành phần chính của Malt và thế liệu thành những chất hoà tan trong nước và loại bỏ những chất không hoà tan ra ngoài Các chất hoà tan có sẵn trong Malt thường là: đường, dextrine, các chất vô cơ và một phần là protein

Các chất không hoà tan trong Malt cần chuyển hoá gồm phần lớn là tinh bột, vỏ trấu, một

số protein có phân tử lượng cao và một số chất hỗn hợp khác, khi nấu xong sẽ được giữ lại trong bã hèm

Trong bột Malt tồn tại 3 loại enzyme rất quan trọng là: protease, a-amylase, b-amylase và một số enzyme khác chiếm số lượng không đáng kể

Việc điều chỉnh nhiệt độ để 3 loại enzyme này phát huy được khả năng xúc tác của chúng

là công việc quan trọng nhất trong quá trình nấu bia

Thực tế nghiên cứu và sản xuất cho thấy nhiệt độ thích hợp cho từng loại enzyme có trong Malt như sau :

Protease hoạt động mạnh ở 47 – 520C

a-amylase hoạt động mạnh ở 70 –750C

b-amylase hoạt động mạnh ở 60 – 650C