Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đường cho lên men bia cónồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệnguyên liệu thay thế, hiệu quả sử dụng thiế

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Môn: Ứng dụng công nghệ sinh học trong

công nghệ thực phẩm Công nghệ sản xuất bia

GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang

M c l c ục lục ục lục

Phần 1: Tổng quan 3

1 Khái niệm: 3

2 Ngành bia ở Việt Nam 3

3 Lợi ích của bia: 4

Phần 2: Quy trình công nghệ 5

I Nguyên liệu: 5

1.Malt: 5

2 Hoa Houblon: 14

3 Nước: 18

4 Nấm men: 18

II: Quy trình sản xuất bia 21

1 Quá trình sản xuất dịch đường 23

2 Quá trình lọc dịch đường 31

3 Quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon 33

4 Kỹ thuật lắng trong, làm lạnh và bổ sung O2 37

5 Quá trình lên men 40

6 Lọc trong và bão hòa CO2 49

7 Chiết bia 55

8 Thanh trùng: 56

Phần 3:Sản phẩm 60

I Các tiêu chuẩn của sản phẩm 60

1.Yêu cầu về cảm quan: 60

2.Yêu cầu về hóa học: 60

3 Giới hạn hàm lượng kim loại nặng: 60

4 Yêu cầu về vi sinh vật: 61

II Các loại bia trên thị trường 61

1 Bia Heineken: 61

2 Bia Tiger Crytal 62

3.Bia tươi Budweiser Budvar 62

Ph n 1: T ng quan ần 1: Tổng quan ổng quan

1 Khái niệm:

Bia là một loại nước uống có cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường

lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men Nói mộtcách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặctrưng của hoa houblon Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗtrợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứa một lượng vitamin khá phong phú(chủ yếu là vitamin B1, B2, PP,….) Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi

ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng Đối với nước ta bia đã trởthành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở thành ngành côngnghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta

Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia cókhác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũngthay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác

2 Ngành bia ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia SàiGòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm.Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độtăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư… mà ngành công nghiệp bia đã phát triểnvới tốc độ tăng trưởng cao Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đã đạt 129 triệu lít,tăng 20.7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầungười đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng

Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/ năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại tiêntiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh như Đức,Đan Mạch……Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tưchiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất

Ở Việt Nam tuy sản lượng bia tăng nhanh nhưng công nghệ lên men bia nồng độcao chưa được phát triển Phần lớn các nhà máy bia của Việt Nam chỉ lên men dịchđường có nồng độ 10-12oBrix với tỷ lệ gạo làm nguyên liệu thay thế là 30%, nên sản xuấtbia có độ cồn 3-5% Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đường cho lên men bia cónồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệnguyên liệu thay thế, hiệu quả sử dụng thiết bị, tạo ổn định cho bia thành phẩm đem lạihiệu quả kinh tế và góp phần đa dạng hóa sản phẩm

3 Lợi ích của bia:

Bia có giá trị dinh dưỡng cao Trong bia có chứa nhiều vitamin, các chất khoáng,nguyên tố vi lượng Ngoài các chất dinh dưỡng, trong bia còn có CO2, chất đắng từ hoahoublon có tác dụng kích thích tiêu hóa, có tính diệt khuẩn cao; đặc biệt CO2 bão hòatrong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống Nhờ những ưu điểm nhưvậy mà ngày nay bia được sử dụng rộng rãi như một loại nước giải khát ở hầu hết cácnước trên thế giới

3.1 Bia là một loại thức uống tốt cho sức khỏe:

Bia có rất nhiều thành phần dinh dưỡng, trong các loại này có thành phần đường,chất chua hữu cơ, amino acid và nhiều sinh tố nên giá trị dinh dưỡng cao Trong bia lạithường có nồng độ cồn thấp, 5% khí CO2, 0.5% albumin, 17 loại amino acid, nhiều loại

vi lượng khác như Ca, P, Fe…như thế trong 1 lít bia có thể cung cấp 1.785 calories nhiệtnăng tương đương với 4 quả trứng gà hoặc 500 gram sữa bò Điều này chứng tỏ bia rất bổdưỡng có lợi cho sức khỏe con người

3.2 Uống bia vừa phải có thể mạnh khỏe lâu:

Với người già cả thì uống chút bia là một linh đan diệu dược đề khoẻ mạnh Một việndưỡng lão ở Hoa Kỳ đã cho mỗi cụ già uống bia hàng ngày trong khoảng 2 tháng liên tiếpthì thấy số người có thể tự đi lại đột nhiên tăng từ 21% lên đến 74%, mà 75% số ngườinày trước đó phải dùng những liều lượng thuốc an thần mạnh mà vẫn không có tiến triển

3.3 Uống bia hợp lý có lợi cho tim:

Điều tra trong vòng 12 năm trên 38.000 nam giới của Mỹ cho thấy, việc thườngxuyên nhấm nháp bia giúp hạ thấp nguy cơ đau tim Số lần uống quan trọng hơn nhiều sovới lượng bia được nạp vào Ngoài ra, cũng không có sự khác biệt giữa đồ uống nguyênchất và pha loãng

Kết luận này được bác sĩ Kennech Mukamal, Đại học Harvarrd và cộng sự đưa rasau khi tiến hành theo dõi thói quen uống bia của những người tham gia nghiên cứu Cáctác giả rất ngạc nhiên khi nhận thấy rằng, việc uống thường xuyên chứ không phải uốngnhiều đóng vai trò thiết yếu trong tác dụng bảo vệ tim của bia rượu Nguy cơ đau timgiảm 33% ở nhóm dùng bia rượu ít nhất 3 ngày/tuần và chỉ giảm 16% ở nhóm dùng 1-2lần/tuần (so với những người không hề dùng đồ uống có cồn) (theo Boston Globe)ít nhất

3 ngày/tuần

Phần 2: Quy trình công nghệ

I Nguyên liệu:

1.Malt:

Malt là một trong các nguyên liệu chính, thiết yếu để sản xuất bia nói chung và khôngthể thay thế khi sản phẩm là các loại bia truyền thống Thể loại và phẩm chất malt là mộttrong những yếu tố quan trọng tạo ra sự đặc trưng riêng của bia thành phẩm

Mọi thành phẩn của malt đều được sử dụng và có các vai trò quan trọng, thiết yếu trongcác quá trình công nghệ chế tạo thành sản phẩm từ nguyên liệu thô ban đầu với các vaitrò, tác dụng ở các mức độ khác nhau :

- Vỏ malt có ý nghĩa quyết định đến quá trình lọc trong dịch thủy phân

- Các thành phần của phôi, nội nhũ vừa là cơ chất chủ yếu (tinh bột, protein, cácchất hòa tan, khoáng ) vừa là tác nhân xúc tác thiết yếu (các hydrolase) hay lànhững thành phần quan trọng trong môi trường chuyển hóa tạo ra thành phẩm, mộtloại nước uống có những đặc trưng riêng mà không sản phẩm nào có được

Malt là đại mạch nảy mầm, sấy khô và loại bỏ mầm, rễ bằng các biện pháp kỹ thuật thíchhợp nhằm làm tăng chất lượng malt theo yêu cầu của công nghệ sản xuất bia

So với đại mạch, hàm lượng chất khô của malt thấp hơn khoảng 11-12% (tính theo %chất khô) nhưng chất khô hòa tan lại cao hơn (ở đại mạch trung bình là 6.5-7% còn trongmalt tươi vào khoảng 14-15%) Nhất là các chất hữu cơ phân tử thấp hòa tan có giá trịsinh học cao như các chất đường (cao hơn 3-5 lần), các chất chứa nito hòa tan ( tăng trên30% trong đó các acid amin chiếm 9-20% tổng lượng nito…) có tầm quan trọng đặc biệttrong công nghệ sản xuất bia

Malt có số lượng, chất lượng các hydrolase cao hơn nhiều so vơí đại mạch (độ hoạt độngcủa α amylase tăng trên 22 lần, β-amylase tăng trên 3-4 lần, amylophotphatase tăng trên150-200 lần…) đủ khả năng để chuyển hóa các hợp chất cao phân tử hoặc các hợp chấtđơn vị hợp phần theo yêu cầu của công nghệ sản xuất bia Trong đó quan trọng hơn cả làcác amylase, protease, photphtase… cũng qua các quá trình công nghệ sản xuất malt đãloại trừ nhiều tạp chất không có lợi và tích lũy thêm nhiều hợp chất có lợi cho công nghệsản xuất hay góp phần tạo ra hương vị đặc trưng làm tăng chất lượng bia

Về cấu trúc hóa học, malt so với đại mạch đã có nhiều thay đổi đáng kể trong các liên kếthóa học của nhiều thành phần theo hướng phân cách sơ bộ hay làm suy yếu các liên kếtcao phân tử, tạo thuận lợi cho các enzyme xâm nhập, tấn công, phân cắt các liên kết đótrong quá trình thủy phân Điều này, không chỉ góp phần rất lớn vào việc cải thiện và làm

tăng hiệu quả cho quá trình công nghệ mà còn làm tăng chất lượng và hiệu suất thu hồisản phẩm trên một đơn vị nguyên liệu.

1.1 Đại mạch:

1.1.1 Phân loại:

Đại mạch được chia làm 2 nhóm: Đại mạch mùa đông (hạt được gieo vào giữatháng 9) và đại mạch mùa xuân (hạt được gieo vào giữa tháng 3 và tháng 4) Cả hai giốngđược chia thành nhiều giống khác nhau Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên bông đại mạch

mà chia thành 2 loại: 2 hàng và 6 hàng Đại mạch 6 hàng có ba hoa nhỏ có thể thụ phấnđược ở mỗi đốt trên cuống Mỗi hoa sau khi thụ phấn phát triển thành hạt hoặc bông đạimạch Đại mạch 2 hàng chỉ có một hạt phát triển ở mỗi đốt vì các hoa nhỏ mọc bên cạnhkhông sinh sản, từ trên nhìn xuống chỉ có một hạt có thể nhìn thấy ở bên phải và bên trái

1.1.2 Thành phần hóa học:

Hàm lượng ẩm trung bình của đại mạch thường là 14-14,5% Hàm lượng ẩm cóthể biến thiên từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo đến trên 20% trong điều kiện ẩmướt Để bảo quản lâu, đại mạch phải có độ ẩm dưới 15% Hàm lượng trung bình của cácthành phần tính theo khối lượng chất khô như sau:

Thành phần tinh bột gồm hai chất sau:

Amylose: chiếm 20-25%, tan trong nước nóng, không bị hồ hóa

Amylopectin: chiếm 75-80%, không tan trong nước, hồ hóa ở nhiệt độ cao

Amylose và amylopectin được tạo thành từ các gốc glucose Tuy nhiên, chúng có cấutrúc rất khác nhau Amylose gồm gồm 200-300 glucose được nối với nhau nhờ các cầuoxy tại các vị trí có liên kết 1,4 thành một chuỗi xoắn không phân nhánh Amylopectingồm các glucose liên kết với nhau bằng cầu oxy tại vị trí 1,4 là chủ yếu Tuy nhiên, cứ

15-30 glucose lại có liên kết tại vị trí 1,6 do đó có phân tử amylopectin có cấu trúc phânnhánh và có thể chứa tới 6000 gốc glucose.

 Glutelin: chiếm 30%, chỉ tan trong dung dịch kiềm loãng Hầu hết các glutelinphân bố trong lớp aloron Nó không bị thủy phân và thải ra ngoài theo bã hạt

 Prolamin (hordein): chiếm 37% lượng protein của đại mạch, tan trong cồn 80o vàmột phần còn sót lại trong bã hạt

 Globulin (edestin): chiếm 15%, tan trong dung dịch muối loãng và trong dungdịch hèm Edestin gồm 4 cấu tử trong đó –globulin (có chứa S) không kết tủahoàn toàn, kể cả khi kéo dài thời gian sôi, gây đục bia

 Albumin (leucosin): chiếm 11%, tan trong nước Khi đun sôi, kết tủa hoàn toàn.Hàm lượng protein của đại mạch giảm trong quá trình sản xuất malt và bia bởichúng bị phân hủy một phần do enzyme tạo nên các sản phẩm protein thủy phân

Sản phẩm protein thủy phân:

Sản phẩm protein thủy phân có đặc điểm nổi bật là tan trong nước và kết tủa khi đun sôi.Hầu hết sản phẩm protein thủy phân có trong bia thành phẩm Chúng chiếm tỉ lệ nhỏkhoảng 8%

1.1.2.3 Chất béo:

Đại mạch chứa khoảng 2% chất béo, nằm chủ yếu ở lớp aleron và mầm Chất béohầu hết là triglyxerit (glyxerol chuyển thành este khi kết hợp với 3 axit béo) Đây là cácaxit béo mạch dài (axit stearic, axit oleic, axit linoleic)

Các chất béo không tan trong nước và hầu như không biến đổi trong hạt, bị thải rangoài theo bã hạt Chất béo ảnh hưởng xấu đến bọt bia

1.1.2.4 Các hợp chất vô cơ:

Trong đại mạch có khoảng 2-3% là các chất khoáng, trong đó chủ yếu là các chất vô

cơ Các chất vô cơ quan trọng là:

 Photphat (chủ yếu là P2O5): 35%

 Silicat (SiO2): 25%

 Muối Kali (K2O): 20%

1.1.2.5 Các hợp chất khác:

Polyphenol hay tannin:

Chúng nằm ở vỏ trấu và aleron của hạt Với hàm lượng lớn chúng tạo vị đắng chátkhó chịu Hàm lượng chúng tăng theo độ dày vỏ trấu

Các vitamin:

Đại mạch chứa chủ yếu các vitamin sau:

 B1 (thiamin): chủ yếu ở phần ngoài của hạt

 B2 (riboflavin)

 C (axit ascorbic): với số lượng ít

 E (tocopherol): trong chất béo của mầm

Trong quá trình chế biến chúng bị tổn hao nhiều

Enzyme:

- Enzyme thủy phân tinh bột:

 α-Amylase: Tác dụng lên liên kết α-1,4 glycosit ở vị trí bất kì trong phân tửtinh bột Dưới tác dụng của enzyme này làm giảm nhanh độ nhớt của dịch

và khả năng tạo màu của iot Sản phẩm là hỗn hợp các đường vàoligosaccharit bao gồm maltose, glucose, maltotriose

 β-Amylase tác dụng lên các liên kết α-1,4 glucosit gắn từ đầu không khửcủa chuỗi tinh bột

- Enzyme dextrinaza: Tác dụng lên liên kết α -1,4 glucosit của phân tửamylopectin, nhưng không tác dụng lên các liên kết -1,6 glucosit, tạo ra các chuỗi mạchthẳng dextrin Enzyme này được tổng hợp trong quá trình nảy mầm.

- Enzyme thủy phân thành tế bào: Enzyme β-glucanaza hòa tan có khả năng thủyphân các liên kết peptit liền các chuỗi β-glucan trong thành tế bào β-1,3 glucanaza tácdụng lên các liên kết β-1,3 glucosit trong các chuỗi mạch chỉ chứa liên kết này Ngoài racòn có β-1,4 glucanaza Pectosanaza thủy phân pectosan của thành tế bào

- Enzyme thủy phân protein: Proteinaza (endopeptidaza), cacboxypeptidaza,aminopeptidaza, dipeptidaza

- Các enzyme khác:

 Lipoxygenaza: phân hủy axit linoleic

 Phytaza: tách liên kết este giữa axit phosphoric với inositol, giải phóng axitphosphoric

 Lipazac cắt đôi các lipit

1.2 Công nghệ sản xuất malt

Toàn bộ công nghệ sản xuất malt đại mạch có thể được tóm tắt thành hai giai đoạnchính:

Ngâm và nảy mầm đại mạch: đại mạch sau khi tiếp nhận từ kho, được rửa và phânloại, ngâm và ươm mầm

Hoàn thiện malt đại mạch: malt tươi sau khi nảy mầm sẽ được đem đi sấy, sau đómalt khô được tách rễ và malt thành phẩm được bảo quản

Đại mạch sau khi bảo quản luôn có các hạt bụi, bào tử vi khuẩn, nấm mốc bám vào

vỏ, cần phải loại bỏ tạp chất đó trước khi đưa vào quá trình ngâm, ươm mầm

1.2.1 Quá trình ngâm hạt đại mạch

Đại mạch khô với hàm ẩm 11-16% sau khi đã được bảo quản ít nhất từ 6-8 tuần saukhi thu hoạch là có thể đưa vào sản xuất malt Ngâm hạt đại mạch để tạo điều kiện tăng

độ ẩm của hạt lên 43-45% cho malt đen và chỉ với hàm ẩm cao như vậy mới đảm bảo quá trình nảy mầm sau này diễn ra bình thường

Ngâm đại mạch còn nhằm mục đích là loại bỏ những hạt lép, những hạt không lépnhưng không chắc, các tạp chất… mà trong quá trình làm sạch và phân loại chưa loại bỏhết

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm hạt: ba điều kiện cơ bản xúc tiến quá trìnhnảy mầm của hạt là độ ẩm vừa đủ, nhiệt độ thích hợp và đủ oxy Vận tốc hút nước phụthuộc vào:

 Nhiệt độ nước ngâm: đây là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ hútnước của hạt Trong một giới hạn nhất định, nhiệt độ tăng thì tốc độ hút nước củahạt cũng tăng Để đạt được chất lượng malt thành phẩm cao thì nhiệt độ ngâmthích hợp nhất là 10-120C Nhiệt độ thấp hơn 10oC thì nhiệt độ phát triển của phôi

sẽ bị ức chế còn nhiệt độ cao hơn 15oC sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển.Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, tốc độ hút nước của hạt tăng, dễ xảy ra hiện tượng hạt bịsũng nước, phôi bị ủng và làm hạt mất khả năng nảy mầm

 Chủng loại và kích thước hạt: các hạt nhỏ hút nước nhanh hơn nên phải phân loại

để quá trình ngâm nước đồng bộ

1.2.1.1Các phương pháp ngâm hạt

Có nhiều phương pháp ngâm đại mạch, mỗi phương pháp có thời gian ngâm,phương pháp thông khí và nhiệt độ nước ngâm khác nhau

 Ngâm thường xuyên trong nước

Nguyên tắc của phương pháp này là hạt được ngâm liên tục trong nước và không có

sự thông khí Trong quá trình ngâm có thể thay nước nhiều lần Đây là phương phápngâm cổ điển hiện nay không sử dụng cho công nghiệp Nhược điểm của phương pháp làkhông rửa sạch được hạt đại mạch, viêc cung cấp oxy không đồng đều trong các lớp hạt,không giải thoát tốt khí CO2 và không đảm bảo tốt vệ sinh, vi sinh vật dễ dàng xâm nhập

và gây hỏng hạt

 Ngâm hoán vị nước- không khí

Nguyên tắc: ngâm hạt trong nước một thời gian, sau đó tháo hết nước để hạt “ngâmkhan” trong không khí một thời gian sau đó lại ngâm tiếp hạt trong nước và làm đi làm lạinhư vậy cho đến khi hạt có đủ nước cho quá trình nảy mầm

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

 Ngâm trong nước ấm hoặc nước nóng

Nguyên tắc: hạt được ngâm trong nước nóng ở 45-45oC Đặc biệt khi ngâm trongnước 40-45oC trong 4h và không có nhiều không khí gần như có thể ức chế hoàn toàn sựhình thành rễ Tuy nhiên phương pháp này không phổ biến vì có thể làm hỏng mầm

(nhiệt độ chết của mầm là55oC trong môi trường ẩm) và nó còn làm tăng độ không đồngnhất Ngược lại ngâm trong nước ấm từ 18-22oC hiện nay lại được sử dụng rất phổ biến.Nhiệt độ 25oC có vẻ như là nhiệt độ cao nhất vì đó là nhiệt độ thích hợp cho sự phát triểncủa vi sinh vật do đó tốt hơn là giữ ở nhiệt độ dưới 25oC.

1.2.1.2 Tiến hành quá trình ngâm hạt

Hiện nay các nhà máy sản xuất malt thường tiến hành quá trình ngâm hạt theo cácbước sau: rửa hạt, ngâm hạt, và để khan trong không khí và chuyển thùng

Giai đoạn rửa hạt: đổ nước vào thùng ngâm sau đó cho đại mạch đã được rửa sạchtrước đó vào Nước ngâm đầu nên bỏ đi, do hàm lượng chất hữu cơ cao và có nhiều tạpchất

Giai đoạn hạt hút nước: lượng nước cần thiết để khởi động quá trình nảy mầm củahạt không nhiều Thực tế, đại mạch bắt đầu nảy mầm ở độ ẩm 20% Trong công nghệ sảnxuất malt người ta thường có độ ẩm cao hơn rất nhiều vì cần phải giữ cho nảy mầm trongvòng 4-6 ngày

Giai đoạn để khan trong không khí: trong giai đoạn này không khí sẽ được đẩy hoặchút qua hạt để thải CO2và tái tạo O2 nhằm mục đích kích thích quá trình chuyển hóa củahạt

Tiếp theo giai đoạn này là quá trình chuyển thùng, tức là quá trình chuyển hạt đãđược ngâm sang các ngăn nảy mầm

1.2.2 Quá trình ươm mầm

1.2.2.1 Mục đích

Tạo hay hoạt hoá hệ enzyme amylaza có khả năng đường hóa tinh bột trong nội nhũ.Tấn công và làm thay đổi khả năng thẩm thấu màng tế bào của nội nhũ nhờ enzymesitaza

Làm biến tính hay hòa tan protein của tế bào nội nhũ bởi enzyme proteaza

Làm nội nhũ mềm ra

1.2.2.2 Các điều kiện thiết yếu cho quá trình nảy mầm

Độ ẩm: độ ẩm này có được trong quá trình ngâm hạt, nó phải đủ để đảm bảo chomầm mọc trong 5-6 ngày

Nhiệt độ: mầm bắt đầu phát triển ở 5oC, nhiệt độ thích hợp nhất là 27oC Quá trìnhnảy mầm sẽ ngừng lại ở 38oC và mầm sẽ bị chết ở 55oC Theo kinh nghiệm thì mầm mọc

ở giai đoạn giữa thì chất lượng của malt tốt nhất

Oxy: mầm là cơ thể sống nên cần phải hô hấp, phải hấp thụ O2 và thải CO2 Cuốigiai đoạn nảy mầm thu được sản phẩm là malt tươi

1.2.2.3 Biến đổi hóa sinh trong giai đoạn ươm mầm

Sự nuôi dưỡng phôi: để phôi tăng trưởng cần phải cung cấp chất dinh dưỡng Cácchất dinh dưỡng này tích tụ trong nội nhũ ở trạng thái không hòa tan ngưng tụ hình thànhcác chất nguyên sinh trong tế bào nội nhũ, tinh bột có trong các túi bột và xiết chặt thànhmạng lưới được bao bọc bởi xenlulose Khi mầm phát triển nhất thiết phải hòa tan chất

dự trữ, tấn công màng tế bào để chúng có khả năng thẩm thấu tốt hơn và cho các chấtdinh dưỡng hòa tan, đi qua để đến phôi và được phôi sử dụng Phôi phát triển nhưng ởtrong vỏ và sẽ nhô ra nếu như thời gian ươm mầm quá dài Mầm phát triển tạo nên lỗhỏng trong nội nhũ

Sự sinh trưởng của tế bào trong phôi tạo nên các chuyển hóa rất phức tạp: các acidamin tổng hợp thành nhiều protein phức tạp tạo nên nguyên sinh chất

Maltose bị đồng phân hóa thành saccharose định vị ở trong phôi Saccharose bị phânchia thành glucose và fructose

Tác dụng của sitaza: Sitaza là nhóm enzyme thủy phân thành hemicellulose- cấu tửchủ yếu của thành tế bào thành các hợp chất trung gian Sau đó là thành đường đơnpentose, hexose và các sản phẩm khác Sitaza hoạt động trước các enzyme khác và nó bắtđầu hoạt động ở phần gần nội nhũ Trong phần ươm mầm người ta thấy đầu tiên là sự hóalỏng của tế bào Sitaza không hòa tan màng tế bào mà làm thay đổi một cách sâu sắc khảnăng thấm qua của màng tế bào

Hoạt động của protease: Protease được tiết ra từ phôi và hoạt động ngay khi bắt đầuươm mầm Protease tấn công trước tiên là vào các phần hordenin của tế bào nội nhũ.Protease liên tục phân hủy các protein thành pepton, abumo sau đó thành chuỗi polipeptid

và cuối cùng là acid amin Các acid amin tan trong dịch thấm vào hạt và là nguồn cungcấp nito chủ yếu cho mầm

Tác dụng của amylase: Nguồn gốc của enzyme này được xét qua hai mặt: được hoạthóa do protease và amylase chiết ra từ các tế bào gần phôi Trong giai đoạn ươm mầm,

khả năng dịch hóa tăng dần nhưng chậm hơn khả năng đường hóa Các amylase tấn công

và ăn mòn bề mặt hạt tinh bột

1.2.2.4 Kỹ thuật ươm mầm

Đặc điểm kỹ thuật nảy mầm

 Trong sản xuất malt cần lưu ý đặc điểm của malt vàng là màu vàng sáng, có vịngọt nhẹ và hương thơm dịu Vị đắng dịu và hương thơm ngát nhưng rất nhẹnhàng của bia sản xuất từ malt vàng là do hoa houblon quyết định Còn malt đen

có màu sẫm, hương và vị ngọt đậm, bia có độ nhớt cao, hương và vị đặc trưng domalt chứ không phải hoa houbon

 Do đó khi sản xuất malt vàng điều cần thiết là tạo ra điều kiện để tích lũy đượchoạt lực enzyme thật cao, đặc biệt là amylase, còn acid amin và đạm hòa tan thì ởmức độ vừa phải Để đáp ứng yêu cầu này, trước hết phải chọn đại mạch có hàmlượng protein thấp nhưng khả năng nảy mầm cao Đại mạch sau khi ngâm có độ

ẩm không quá 42-46% Quá trình ươm mầm diễn ra ở 13-18oC trong 6-8 ngàyđêm và có chế độ thông gió tốt

 Đối với malt đen, trong thời gian ươm mầm phải tạo được điều kiện sao cho tíchlũy nhiều acid amin và đường Đại mạch sau khi ngâm phải đạt độ ẩm cao hơn45% (để tăng cường hoạt độ nhóm enzyme amylase) Nhiệt độ nảy mầm trongnhững ngày đầu ở 15-18oC còn ở giai đoạn sau có thể tăng lên 22oC

Nhiệt độ nảy mầm: đối với malt vàng, nhiệt độ thích hợp nhất là 14-16oC, nhiệt độtối đa ở giai đoạn cuối quá trình nảy mầm là 18oC Nảy mầm trong sản xuất malt đen diễn

ra ở thời gian và nhiệt độ cao hơn để tạo ra nhiều melanoit hơn tạo cho malt đen màu nâusẫm, vị ngọt đậm và hương thơm đặc trưng

Thời gian nảy mầm: phụ thuộc vào nhiệt độ nảy mầm và giống đại mạch

Acid amin đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình sấy Chúng tạo nênmelanoidin khi tác dụng với đường khử Với malt munich, loại malt cần tạo thành nhiềumelanoidin, người ta tạo ra các acid amin bằng cách kéo dài thời gian sấy, với malt vàngngười ta tránh việc tạo ra các acid amin này bằng cách làm khô nhanh.

Trong malt vàng, hàm lượng của các chất hầu như không thay đổi, tính tan chỉ giảmmột chút trong giai đoạn tăng nhiệt nhanh

Tóm lại sự hòa tan hợp chất nito trong pha ẩm càng cao khi ta càng để ẩm Sự đông

tụ trong giai đoạn tăng nhiệt nhanh càng nhiều khi ta đưa lên nhiệt độ càng cao và giữcàng lâu Sự biến mất của acid amin trong giai đoạn tăng nhiệt nhanh do sự hình thànhmelanoidin càng mạnh khi ta đun nóng ở nhiệt độ càng cao và càng lâu

Sự tăng quá trình tạo màu và hình thành melanoidin

Một trong những chuyển hóa quan trọng trong quá trình sấy là sự tạo ra melanoidin

Đó là sự liên kết của đường và acid amin diễn ra ở nhiệt độ cao Melanoidin là hợp chấtmàu đỏ nâu và có mùi đặc trưng Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào acid amin và đườngtham gia phản ứng: đường khử tham gia phản ứng tốt nhất, còn đối với các acid amin thìglycin và alanin cho thời gian phản ứng nhanh nhất, tạo ra màu đậm nhất nhưng valintham gia phản ứng sẽ cho màu đậm hơn

2 Hoa Houblon:

2.1 Giới thiệu:

Hoa houblon được con người biết đến và đưa vào sử dụng khoảng 3000 năm TCN,

là nguyên liệu cơ bản Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng,tăng khả năng tạo bọt

Houblon có tên danh pháp khoa học Hummulus lupulus, tên tiếng Pháp Houblon, tiếngAnh Hops là thực vật dạng dây leo, sống lâu năm (30 – 40 năm) đơn tính thuộc họ Gaimèo (Cannabinaceae), có chiều cao trung bình từ 10 – 15 m Đặc biệt trong một số cây có

cả hoa đực và hoa cái vì thế khi trồng cần phải chăm sóc kĩ và thu hoạch bằng tay Trongsản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn để tạo vị đắng Hoa houlon thường mọcthành giò, mỗi giò hoa gồm, trục, cánh và nhị hoa.

2.2 Phân loại:

 Houblon cực kì thơm: Saaz, Tettnang, Golding, Strisselspalt

 Houblon thơm và đắng: Perle, Challengr

 Houblon rất đắng: Northrn Brewers, Target, Brewers Gold

2.3 Các chế phẩm hoa houblon:

Trong sản xuất bia người ta sử dụng hoa houblon dưới nhiều dạng khác nhau: Hoacánh, hoa viên và hoa cao su Các nhà máy đã sử dụng hoa viên và hoa cao để sản xuấtbia vì nó dễ bảo quản, chất lượng tốt Không nên sử dụng 100% cao hoa để nấu bia vì nó

sẽ làm cho mùi, vị của bia giảm sút

2.3.1 Hoa cánh (hoa nguyên cánh):

Sấy nhẹ ở 50oC (độ ẩm W ≤ 11%), sau đó ép thành bánh Hoa có nhược điểm là dễ

bị ôxy hóa, khó bảo quản, hiệu suất thấp ( do có khối lượng lớn nhưng lượng lupulin lạinhỏ) nên thường được sử dụng dạng hoa tươi (hoa này ở Việt Nam không có) Trong một

số loại bia, vì muốn tăng vị đắng và mùi thơm, nên hoa tươi được ngâm cùng bia trongquá trình tàng trữ

2.3.2 Hoa viên: chiếm 1 ∕ 3 thị trường và có nhiều dạng:

– Hoa viên loại 90:

+ Từ 100kg hoa thu được 90kg sản phẩm

+ Houblon → sấy khô (<50oC, W=7 – 9%) → Nghiền (bột 1 – 5mm) → ép thành viên(thực hiện ở điều kiện chân không hay khí trơ)

– Hoa viên loại 45 (nồng độ cao):

+ Từ 100kg hoa thu được 45kg sản phẩm có chứa lượng α – acid lớn

+ Houblon → Tách hạt lupulin ở nhiệt độ rất thấp (-20oC) → thêm cánh hoa → nghiền vàrây → ép và đóng gói

– Hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric)

 Chỉ tiêu chế phẩm hoa viên

- Hoa viên đắng loại viên 45:

 Chỉ tiêu cảm quan: màu xanh lá mạ hơi vàng, mùi thơmđặc trưng, vị đắng dịu,hình viên đùn không vỡ vụn

 Chỉ tiêu hóa học: Hàm lượng acid đắng 8%

- Hoa viên thơm loại viên 45:

 Chỉ tiêu cảm quan: màu xanh lá mạ hơi vàng, mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu,hình viên đùn không vỡ vụn.

 Chỉ tiêu hóa học: hàm lượng acid đắng 6%

2.3.3 Cao hoa:

Cao hoa “hữu cơ” là dung môi hữu cơ (hexan, matanol, metylen clorua,tricloetylen, etanol) để trích ly các nhựa đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon, sau đólàm bay hơi dung môi

Cao hoa chiết bằng CO2: Chứa 95 – 99% α – acid đắng, nhiều tinh dầu thơm hơncác loại cao hoa khác

Các chế phẩm cao hoa là Kettle Extract

Cô đặc → sản phẩm với hàm lượng α – acid từ 30 – 50% (có thể cao hơn)

+ Chỉ tiêu chế phẩm cao hoa

 Chỉ tiêu cảm quan: dạng keo màu vàng hổ phách, mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi,

Thành phần có giá trị nhất của hoa houlon được sử dụng trong công nghệ sản xuấtbia là các hạt lupulin ở nhị hoa hình thành vào thời điểm hoa chín Các hạt này nằm dọctrục hoa, xen kẽ các cánh hoa, được đính vào cánh và nhị hoa bằng những cuống mỏng.Tại thời điểm hoa chín, hoa có màu vàng, các hạt lupulin màu vàng óng, rất dẻo.

Hai thành phần đáng chú ý nhất trong hoa houblon nói chung, cụ thể trong lupulin là chấtđắng (acide alpha, bêta, nhựa cứng, nhựa mềm) và tinh dầu thơm (huile essentiel) Chấtđắng có vai trò rất lớn trong công nghệ sản xuất bia, là thành phần có giá trị nhất của hoahoublon

Vai trò của chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làm cho bia

có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia Khi hòa tan vào dịchđường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo rasức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu Với nồng độ thấp các chất đắngcũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất cao

và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm

Nhóm acid đắng có 2 loại :

+ Alpha-acid: gồm humolone (35-70%), cohumolone (20-55%), adhumolone (10-15%),prehomulone (1-10%) và posthumolone (1-5%).Các axit alpha có độ đắng đáng kể nhất,gấp 9 lần axit beta và có khả năng chống khuẩn gấp 3 lần Khả năng hòa tan của alpha –axit trong nước kém, khả năng này tăng khi nhiệt độ cao và trong môi trường kiềm (trongkhi dịch đường nấu bia môi trường axit có pH khoảng 5,2 nên càng khó hòa tan) Khảnăng hòa tan của các axit này tăng rõ rệt khi chúng chuyển sang dạng đồng phân iso.Chính vì lí do đó, ở giai đoạn đun sôi nấu hoa (ebouitillon và houblonnage) người ta cốgắng đun sôi mạnh, một phần nhằm tăng hiệu suất chuyển hóa sang đồng phần iso củaaxit đắng Hơn nữa, ở nhiệt độ cao, các axit đắng bị thủy phân tạo các hợp chất có độđắng đáng kể hơn nhiều so với các hợp chất ban đầu

+ Beta-acid: gồm lupulone (30-55%), colupulone (20-55%), adlupulone (5-10%),prelupulone (1-3%), postlupulone Các axit này có tính chất tương tự axit alpha, nhưng

độ đắng kém hơn, khả năng đồng phân hóa, thủy phân kém hơn Sau khi bị polyme hóa

và oxy hóa một phần các axit này trở thành nhựa mềm, sau đó thành nhựa cứng Nhựamềm có khả năng hòa tan tốt, đắng hơn nên là nguồn chất đắng khá quan trọng Trongkhi đó nhựa cứng ít đóng vai trò trong công nghệ sản xuất bia nên người ta rất hạn chếtạo ra các sản phẩm này trong quá trình chế biến và bảo quản hoa và chế phẩm, có thểbảo quản lạnh, bảo quản trong khí trơ ( CO2 hoặc N2) và bóng tối

Vai trò của tinh dầu thơm: Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester,cetone và các hợp chất chứa lưu huỳnh Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm từ 0,17 –0,65% trọng lượng hoa, trong đó khoảng 3/4 là các cấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và1/4 là các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O) Tinh dầu hoa ở điều

kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hoá, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo

ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi Các hợp chất trong tinh dầu có thểtồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8), hoặc dưới dạngaldehyd, ceton, rượu,… Khi hòa tan vào dịch đường, tinh dầu tồn tại trong bia và tạo racho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu

Vai trò của tannin: Với hàm lượng trung bình khoảng 4% trọng lượng hoa, tannin

có 1 vai trò nhất định trong quá trình công nghệ, từ đó có ảnh hưởng trực tiếp hay giántiếp đến chất lượng bia Trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon, trước hếttannin được tách ra dưới dạng hòa tan Sau đó, do điều kiện nhiệt độ cao và thời gian kéodài, chúng sẽ bị oxy hoá và trùng ngưng ở các mức độ khác nhau, các phân tử trùngngưng sẽ hình thành mối liên kết đẳng điện với các protein trong dịch đường, hình thànhnhững phức tannin – protein, tạo ra dạng kết tủa nóng trong quá trình này Mặt khác, mộtdạng phức tương tự, nhưng trọng lượng phân tử nhỏ hơn, khi hạ nhiệt độ xuống chúng sẽkết tủa lại tạo thành kết tủa nguội trong dịch đường Tóm lại, tannin có ảnh hưởng tốt đếnquá trình công nghệ: giúp dịch đường trong nhanh hơn và kết tủa các thành phần proteinkhông bền, làm tăng độ bền keo của bia, nhưng mặt khác tannin cũng làm kết tủa cácprotein bền làm giảm khả năng tạo bọt của bia

3 N ước: c:

Trong sản xuất bia, để làm ra 1 KL bia, cần đến 8KL nước cho các công đoạn nấu,lọc, làm lạnh, lò hơi… Chất lượng nguồn nước là yếu tố quan trọng tạo nên chất lượngcủa bia

Nguồn nước sử dụng là nước máy hoặc nước ngầm Trước khi đưa vào sản xuất,nước được trải qua các công đoạn phân tích và xử lý nghiêm ngặt nhằm bảo đảm đáp ứngtất cả các yêu cầu đặt ra

4 N m men: ấm men:

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc

giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường

nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit),vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau đó, hàng loạt các phản ứngsinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này thành nhữngdạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành

Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Các giống men bia cụ thể đượclựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau, nhưng có hai giống chính là

men ale (Saccharomyces cerevisiae) và men lager (Saccharomyces carlsbergensis), với

nhiều giống khác nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất Men bia sẽ chuyển hóa đường

thu được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn, cacbon đioxit (CO2) Trước khi các chức năng củamen bia được hiểu rõ thì mọi quá trình lên men đều sử dụng các loại men bia hoang dã.Mặc dù còn rất ít loại bia, chẳng hạn như bia lambic vẫn dựa trên phương pháp cổ nàynhưng phần lớn các quá trình lên men ngày nay đều sử dụng các loại men bia được nuôicấy và có độ tinh khiết cao Trung bình, hàm lượng cồn trong bia là khoảng 4 – 6% rượutheo thể tích, mặc dù nó có thể thấp tới 2% và cao tới 14% trong một số trường hợp nào

đó Một số nhà sản xuất bia còn đưa ra loại bia chứa tới 20% cồn

 Đặc điểm phân loại nấm men

Nấm men trong công nghệ sản xuất bia thường là chủng giống Sacchromyces, gồm có

nấm men chìm và nấm men nổi Có hai dạng là nấm men có dạng hình oval hoặc hìnhtròn

– Nấm men lên men nổi là Sacchromyces cerevisiae dùng trong sản xuất bia ale Tế bào

nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi các tế bàonấm men hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc hình oval với kích thước từ 7 – 10μm.m

Đặc điềm hình thái: Sacchromyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, lơ

lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt độ lên men từ 10 – 25oC Khi quá trình lên men kếtthúc, tế bào kết chùm, thành chuỗi tạo lớp dày nổi lên bề mặt cùng với bọt bia làm chokhả năng tự trong của bia rất chậm, khả năng lắng yếu nên phải lọc cẩn thận

– Nấm men lên men chìm tên là Sacchromyces carlsbergensis, lên men ở nhiệt độ thấp

dùng trong sản xuất bia lager Hầu hết các tế bào sau khi nảy chồi thường đứng riêng lẻhoặc cặp đôi, hình dạng chủ yếu là hình cầu Thành phần hoá học của tế bào chứa khoảng75% nước, 15 – 45% protein của chất khô, 25 – 35% cacbonhydrat, 4 – 7% chất béo, 8 –9% chất vô cơ

Đặc điểm hình thái: Sacchromyces carlsbergensis sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ

thấp, nhiệt độ lên men từ 0 – 10oC Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị Dễ kết lắng và dễtách lớp Do đó quá trình lọc dễ hơn đồng thời tạo điều kiện sử dụng lại nấm men Nấmmen được sử dụng từ nấm men thuần chủng, men được giữ dưới dạng men khô, sau đónhân giống trung gian rồi đưa vào sử dụng trong sản xuất bia

 Sự khác biệt giữa hai chủng loại men

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loạiđường trisacarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàntoàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccharoza.Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men vàkhả năng hình thành bào tử Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ratrong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậysinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm

Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào tử củanấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.

Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó là nấmmen bụi và nấm men kết bông Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong dịch lên men

và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kếtdính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bônglớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị Còn nấm men nổi không có khả năng này

Nấm men nổi nổi lên trên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính.Trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính, làm chobia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men nổi Như vậyđối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi bia bằngcách hớt bọt, lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men

Ngoài các đặc điểm nêu trên, giữa hai loại nấm men này còn có nhiều đặc điểmsinh hóa khác nhau dựa vào năng lực lên men đường disacarit melibioza của chúng Nấm

men chìm (S carlsbergensis) có chứa các gen MEL Các gen này tạo ra enzyme ngoại

bào là α – galactosidaza (melibiaza) có khả năng chuyển hóa đường melibioza Trong khi

đó nấm men nổi (S cerevisiae) không chứa gen MEL do đó không chuyển hóa được

đường melibioza

Nấm men chìm lên men ở 4 – 12oC, nấm men nổi ở 14 – 25oC

Bảng: So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm

Đặc tính Nấm men nổi S Cerevisiae

Loại bia: Ale

Nấm men chìmS carlsbergensis

Loại bia: Lager

Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn

(glucose, fructose), đường đôi(saccharose, maltose), khó lênmen đường tam (raffinose)

Lên men tốt glucose, maltose,galactose, fructose, saccharose,mannose và cả raffinose

Khả năng lên men Lên men mạnh trên bề mặt môi

trường

Lên men mạnh trong lòng môi trường

Khả năng tạo bông,

Vai trò của nấm men

Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia Nhờ đặc tínhsinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa dịch đường thành rượu (C2H5OH) và

sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia, tạo ra các mùi vị đặc trưng cho sản phẩm,tùy vào loại nấm men mà tạo ra các mùi vị khác nhau.

Các loại nấm men lên men bia thuộc loại yếm khí tùy tiện Khi đó oxy chúng tăng sinhkhối nhờ hô hấp tế bào, khi không có oxy chúng lên men tạo thành ethanol và CO2 theophương trình:

Đường + Nitơ amine tự do + Nấm men + Oxy → Ethanol + CO2 + Nấm men

II: Quy trình s n xu t bia ản xuất bia ất bia

lọc houblon hóa

lắng trong, làm lạnh và

Lên men chính Lên men phụ Lọc trong

chiết chai thanh trùng dán nhãn

1 Quá trình sản xuất dịch đường

1.1 Nghiền malt

1.1.1 Mục đích

Nghiền nhỏ malt để khi đường hóa thu được nhiều chất hòa tan nhất có lợi cho sảnxuất và chất lượng thành phẩm, hạn chế các chất không có lợi tan vào dịch đường và sửdụng tốt nhất các thành phần của malt

1.1.2 Cơ sở lý thuyết

Nghiền là một quá trình chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình thủy phân Nguyên liệudạng hạt càng nhỏ, khả năng ngấm nước càng nhanh và đều, khả năng tiếp cận, xúc tácquá trình thủy phân của enzyme càng thuận lợi và hiệu quả Dựa vào thành phần hóa học,tính chất cơ lý, cấu trúc của hạt …để lựa chọn cơ chế phá vỡ cấu trúc hạt

Nội nhũ malt có tính chất cơ lý thấp là nguồn cung cấp cơ bản nhất cho sự ngấmnước, giải phóng enzyme và xúc tác cho quá trình thủy phân, tạo ra nhiều chất hòa tan Vìvậy mức độ nghiền nhỏ nội nhũ malt phụ thuộc vào chất lượng malt

Vỏ malt là một tác nhân trợ lọc hữu hiệu, nhưng chứa nhiều chất đắng, chất chát khihòa tan sẽ làm giảm chất lượng dịch thủy phân, nên không được nghiền mịn, nát Trongmột số trường hợp phải có chế độ làm ẩm sơ bộ trước khi nghiền để hạn chế hiện tượngtrên

Mức độ nghiền còn ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả của quá trình lọc và rửa

bã Thực tế nếu mức độ nghiền cao, hiệu suất thủy phân tăng nhưng chất lượng dịch thủyphân không cao, năng suất lọc giảm, dễ tắc vải lọc…

1.1.3 Các thiết bị nghiền nguyên liệu

Bia

CO2

nấm

men

5 Cửa tháo liệu

Trong công nghệ sản xuất bia, sử dụng các máy nghiền có từ 2-8 trục nghiền Sốtrục nghiền tăng làm tăng khả năng cho sản phẩm nghiền hợp lý hơn về yêu cầu kỹ thuậtkhi nghiền Phổ biến nhất là máy nghiền 4 trục

Máy nghiền trục có cấu tạo gồm hai cặp trục có cùng đường kính, trên bề mặt cáctrục có xẻ các rãnh để tăng độ ma sát giữa các trục và máy nhằm tăng cường khả năng lôicuốn nguyên liệu vào khe hở giữa hai trục Giữa hai cặp trục có bố trí một sàng phân loại

để tách loại bột nghiền có kích thước lớn chuyển vào cặp trục nghiền thứ hai

Nguyên tắc: hạt được làm nhỏ cơ học theo nguyên lý nén ép và dịch trượt Malt vàophễu tiếp nhận, được lưới loại tạp chất lớn, tạp chất kim loại cũng bị giữ lại bởi các namchâm điện, sau đó được phân phối đều vào đôi trục nghiền để nghiền thô Sản phẩmnghiền thô rơi xuống lưới sàng Do chuyển động của lưới sàng, các mảnh nội nhũ táchkhỏi các mảnh vỏ trấu, phần bột mịn lọt qua lỗ lưới sàng, tập trung theo cửa tháo liệu rangoài, phần không lọt sàng, đi vào đôi trục nghiền mịn để nghiền mịn, làm nhỏ đến yêucầu kỹ thuật Với malt chất lượng kém vỏ trấu được tách riêng bằng sàng, không đi vàođôi trục nghiền mịn mà theo đường số 6 ra ngoài Hỗn hợp sản phẩm nghiền theo cửa 7 rangoài Điều chỉnh khe hở giữa hai trục bằng các ốc có lò xo ở phía sau máy, thường khe

hở của đôi trục nghiền thô là 1.3-1.5mm, của đôi trục nghiền mịn là 0.3-0.6mm

Máy nghiền đĩa

6 Vỏ máy

7 Giá đỡ máy

Máy nghiền đĩa cấu tạo gồm 2 đĩa nghiền, một đĩa được gắn cố định vào vỏ máy cònmột đĩa được gắn vào trục quay do đó khi trục quay thì đĩa sẽ chuyển động quay cùng vớitrục Bề mặt đĩa được khía rãnh để tăng khả năng ma sát

Nguyên tắc: hạt được làm nhỏ cơ học theo nguyên lý chèn ép, chà sát và dịch trượtnhiều lần trong trường nghiền Malt đã loại tạp chất, qua cửa nhập liệu vào khe hở giữahai đĩa, do đĩa quay tạo ra lực cơ học phá vỡ cấu trúc và làm nhỏ hạt Sản phẩm nghiền

di chuyển theo các rãnh của đĩa ra ngoài ở cửa 5 Điều chỉnh khe hở giữa hai đĩa bằng ốc

có lò xo phía sau máy, cùng với lưu lượng hạt vào cửa số 4 để điều chỉnh mức độ nghiềntheo yêu cầu

Máy nghiền búa

1 Trục quay

2 Đĩa treo cánh búa

3 Cửa nạp nguyên liệu

Thiết bị nghiền ướt

Nghiền malt và thế liệu theo nguyên tắc nghiền ướt, cũng có thể thực hiệntrên các máy nghiền trục hay nghiền đĩa, chỉ khác nhau là nguyên liệu hạt đượcngâm trước khi nghiền có bổ sung thêm nước, tức là quá trình nghiền và ngâm bộtđồng thời và phổ biến là máy nghiền một đôi trục

So với nghiền khô, nghiền ướt có nhiều ưu điểm hơn, rút ngắn thời gian vàbảo vệ tốt hơn hoạt tính enzyme với các tác động bất lợi về cơ, lý…đồng thờithuận lợi cho tự động hóa và thực hiện các quy trình tiếp theo.

1.2 Quá trình đường hóa

Là quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất dịch lên men Trongsuốt quá trình đường hóa, bột malt và nước trộn với nhau, các thành phần của malthòa tan vào nước và ta thu được dịch đường

1.2.1 Mục đích

Hầu hết các hợp chất của bột malt không tan trong nước, chỉ có những chấthòa tan mới tham gia vào thành phần bia Do vậy quá trình đường hóa thực hiệnviệc chuyển các chất không tan của bột nghiền thành dạng hòa tan

Tất cả các chất tan vào dung dịch gọi là chất chiết hay dịch hỗn hợp sau khiđường hóa gọi là dịch hèm vì nó bao gồm cả bã malt và các chất không hòa tankhác

Các chất hòa tan: đường, dextrin, acid vô cơ và một số protein

Các chất không hòa tan: tinh bột, cellulose, một số protein cao phân tử vàmột số hợp chất khác

Hàm lượng chất chiết thu được càng cao càng tốt Tuy nhiên không chỉ sốlượng mà chất lượng của chất chiết cũng rất quan trọng, càng ít các hợp chấtkhông mong muốn càng tốt Tóm lại, mục đích của quá trình đường hóa là tạođược càng nhiều chất chiết và chất lượng dịch càng cao càng tốt Phần lớn chấtchiết được tạo ra từ phản ứng enzyme, các enzyme hoạt động mạnh ở nhiệt độthích hợp

1.2.2 Các biến đổi xảy ra trong quá trình đường hóa

Thủy phân tinh bột

Cấu tử quan trọng nhất của bia là rượu được tạo thành trong quá trình lênmen đường Tinh bột được thủy phân thành các loại đường trong đó nhiều làmaltose Ngoài ra còn các sản phẩm trung gian như dextrin – không lên men được

Quá trình thủy phân tinh bột xảy ra theo 3 giai đoạn, trình tự không thể thay đổituy nhiên chúng xen lẫn vào nhau: hồ hóa – dịch hóa – đường hóa.

Hồ hóa

Khi ngâm với nước nóng, một lượng lớn nước ngấm vào các phân tử tinh bộtlàm thể tích hạt tăng lên và hạt bột trương nở, cuối cùng vỡ tung Dịch trở nênnhớt, độ nhớt tùy thuộc vào mức độ hút nước của bột malt và các loại nguyên liệuthay thế malt Trong quá trình này, xảy ra quá trình phân hủy không có tính hóahọc gọi là quá trình hồ hóa Quá trình hồ hóa có vai trò quan trọng trong sản xuấtthực phẩm Sau khi tinh bột đã hồ hóa sẽ không liên kết chặt chẽ với nhau nữa, tạođiều kiện cho các enzyme có trong dịch tấn công trực tiếp vào tinh bột Như vậy,nhờ hồ hóa, tức là sự trương nở và vỡ tung các hạt bột trong nước nóng mà cácphân tử tinh bột được giải phóng tự do vào dung dịch nhớt và dễ dàng bị tấn côngbởi enzyme amylase hơn là các hạt tinh bột không bị hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa cácloại ngũ cốc khác nhau là khác nhau

Dịch hóa

Trong phân tử tinh bột có chuỗi mạch dài tạo nên từ các gốc glucose bị pháhủy nhanh chóng bởi α – amylase hình thành mạch ngắn hơn, điều này làm độnhớt của dịch hồ hóa giảm nhanh β– amylase chỉ có thể phân tách từ từ mạch tinhbột từ đầu không khử, do vậy mà sự thủy phân nhờ enzyme này mất nhiều thờigian

Đường hóa

α – amylase phân cắt dần dần mạch amylose và amylopectin để tạo nên cácchuỗi mạch ngắn hơn, các dextrin chứa 7 -12 gốc glucose Các chuỗi này lại đượcβ– amylase tiếp tục phân cắt ra chuỗi có 2 gốc maltose từ đầu không khử Do sựkhác nhau về độ dài của các mạch mà ngoài sự tạo thành maltose còn tạo nên cácđường khác nhau như glucose, maltotriose

Trong quá trình phân cắt amylopectin luôn hình thành nên chuỗi chứa 2 -3gốc glucose có mối liên kết 1,6 đó là các dextrinma, cả α – amylase và β– amylaseđều không phân cắt được mối liên kết này Do vậy, các dextrin luôn tồn tại trongdịch đường

Trong malt chứa nhiều enzyme dextrinase giới hạn, enzyme này không giốngα,β amylase, nó có thể phân cắt liên kết 1,6 nhưng do nhiệt độ tối ưu của nó là 55-

60oC và vô hoạt ở 65oC nên enzyme này ảnh hưởng rất nhỏ trong quá trình đườnghóa.

tử lượng lớn, ngược lại đường và các dextrin có phân tử lượng nhỏ hơn không làmmất màu nâu của iod Khi thử thấy dịch đường không làm mất màu iod nữa thìdừng quá trình đường hóa

Thủy phân β – glucan

Thành tế bào nội nhũ của đại mạch chứa một mạng lưới các protein, cellulose

và hemicellulose vững chắc, các chất này liên kết với nhau bằng β – glucan Một

số phân tử β – glucan xoắn vào nhau hoặc liên kết với nhau bằng liên kết hydro

Do có hình dáng không theo quy luật nào cả, có các tua dài nen chúng còn đượcgọi là mixen tua Ở dạng này chúng hòa tan được Một số mixen liên kết với nhautạo thành một mạng lưới và một phần liên kết vững chắc bao bọc protein trongthành nội nhũ Đây là trạng thái hạt đầu tiên trước khi bắt đầu nấu

Trong suốt quá trình hồ hóa, cấu trúc của các hạt tinh bột bị phá vỡ và các sợimixen bao bọc protein cùng với các mối liên kết bị cọ mòn,nới rộng ra nên proteinđược giải phóng dần ra Endo β – glucanase chỉ có thể phân cắt phần β – glucancủa các mixen này Topt = 45-50oC Khi giữ nhiệt độ này trong thời gian dài và sửdụng malt chất lượng tốt với hàm lượng Endo β – glucanase cao thì phần lớn β –glucan bị phân hủy sang dạng hòa tan và do vậy mà khả năng tạo keo giảm Tuynhiên enzyme này rất nhạy với nhiệt nên ngay khi nhiệt độ tăng thì Endo β –glucanase bị vô hoạt β – glucan có phân tử lượng cao có xu hướng tạo gel trongnhiều môi trường và làm tăng độ nhớt của dịch đường và bia gây trở ngại cho quátrình lọc Để khắc phục việc tạo ra nhiều β – glucan phân tử lượng cao thì cần sửdụng malt có chất lượng tốt, có hàm lượng enzyme cao; kéo dài thời gian lắng và

không tạo dòng xoáy để tránh tạo lực hút nếu không liên kết hydro tái tạo lại vànguy cơ tạo gel.

Sự thủy phân protein

Kết thúc quá trình đun sôi dịch đường, tất cả các protein cao phân tử lượngkết tủa, trừ một lượng rất nhỏ Do vậy mà dịch đường chỉ chứa các sản phẩm thủyphân, một số các sản phẩm này vô cùng cần thiết cho sự phát triển của nấm men

và sự lên men nhanh Sự phân hủy protein nhờ protease diễn ra mạnh nhất ở

45-55oC Trong quá trình thủy phân protein bị phân cắt dần để cuối cùng thành cácacid amin

1.2.3 Thiết bị nấu

Khi nấu ta cần dùng 1 đến 2 thiết bị tùy quy trình công nghệ Cần lưu ý kích

cỡ của cánh khuấy, vận tốc quay phải phù hợp với đường kính thiết bị và vận tốcbiên của nó không vượt quá 3.8m/s Hệ thống cấp nhiệt cho thiết bị rất quan trọng,

hệ thống cấp nhiệt kiểu 2 đáy truyền thống không đảm bảo được sử dụng lâu dài

Do bề mặt lớn, dễ tạo chân không nếu quên mở xả khí khi kết thúc quá trình cấp

nhiệt dẫn đến nguy cơ hỏng hóc, làm cho bề mặt đáy cong vênh và không dùngđược nữa Ngày nay truyền nhiệt được thực hiện qua các ống hình bán nguyệt hàn

ở đáy hay thân thiết bị Thay vì dùng đồng có khả năng dẫn nhiệt cao để chế tạothiết bị nấu, người ta thường dùng thép để rẻ hơn Hơi nước có p>2-3 bar đượcđưa vào vùng truyền nhiệt với v=30-50m/s và ngưng tụ lại sau khi truyền nhiệtqua thành thiết bị Nước ngưng tụ được xả ra ngoài qua van xả nước ngưng, dovậy mà áp suất được giữ nguyên trong ống truyền nhiệt trong khi nước ngưngđược tháo ra ở áp suất bình thường

Hòa bột với nước

Đó là quá trình hòa trộn một cách chính xác bột với nước nấu ở một nhiệt độxác định

Lượng nước phối trộn: xác định tỷ lệ giữa bột/nước trước khi tiến hành trộnbột rất quan trọng bởi nó quyết định nồng độ dịch ban đầu

Nhiệt độ phối trộn: liên quan đến nhiệt độ của các enzyme cần kích thíchngay từ đầu

Tiến hành đường hóa

Đường hóa là quá trình tăng nhiệt độ khối dịch hèm đến nhiệt độ thích hợpcho hoạt động của enzyme mà ta mong muốn và giữa nhiệt độ đó trong mộtkhoảng thời gian thích hợp

45oC – 50oC : nhiệt độ cho các enzyme thủy phân protein và β – glucan hoạtđộng

62oC – 65oC : nhiệt độ thủy phân tạo đường maltose

70oC – 75oC : đường hóa

78oC : nhiệt độ kết thúc quá trình đường hóa

Các phương pháp dùng để gia nhiệt khối dịch hèm:

Tăng nhiệt độ bằng cách thêm nước nóng: khi cần tăng nhiệt độ thì cấp mộtlượng nước nóng vào để khối dịch hèm tăng đến nhiệt độ cần thiết Phương pháptăng dần dần nhiệt này tiết kiệm năng lượng

Đường hóa theo quy trình không đun sôi: toàn bộ khối dịch được cấp nhiệtcùng một lúc, với thời gian giữ nhiệt hợp lý, và tăng dần đến nhiệt độ cuối cùng

mà không trích phần dịch nào ra đun sôi riêng biệt

Đường hóa theo quy trình đun sôi một phần: tách một phần dịch hèm ra đểđun sôi, rồi bơm trở lại khối dịch ban đầu để tăng đến nhiệt độ yêu cầu

độ nghiền và độ phân hủy của nguyên liệu, cấu tạo màng, phương pháp và áp suấtlọc cùng nhiều yếu tố khác…hiệu suất, chất -lượng của quá trình và sản phẩm tốtnhất khi thực hiện ở 75-78oC (pH dịch thủy phân khoảng 5.5-6.5) và nước rửa có

độ cứng tổng bằng 4-8

2.3 Thiết bị

Lọc tách bã bằng thùng lọc đáy bằng (lautertun)