bài tiểu luận tìm hiểu quy trình sản xuất bia đen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN THỰC PHẨM ĐỀ TÀI 1 DARK BEER GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Sang 60902231 Ngô Ngọc Hùng 60901066 Phạm Thanh Quang 60902113 Lê Sỷ Phước Huy 60901007 Mục lục Mục lục 2 Mục lục hình 4 Mục lục bảng 5 Phần I: Nguyên liệu sản xuất bia đen 6 I.1 Malt đen, Malt vàng 6 I.1.1 Hạt đại mạch 6 I.1.2 Cấu tạo hạt đại mạch 7 I.1.3 Thành phần và tính chất hạt đại mạch 7 I.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá malt 13 I.1.5 Quy trình sản xuất malt 13 I.2 Hoa Houblon 17 I.2.1 Thành phần và tính chất 17 I.2.2 Đánh giá hoa Houblon .20 I.3 Nước 21 I.4 Nấm men 22 I.4.1 Thành phần hóa học của nấm men .23 I.4.2 Cấu tạo tế bào nấm men .23 I.4.3 Các chất dinh dưỡng cho nấm men .23 I.4.4 Các enzyme trong nấm men .25 I.4.5 Các đặc tính mong muốn 25 I.5 Các nguyên liệu phụ khác .26 Phần II: Quy trình công nghệ sản xuất bia đen 27 I.1 Tách tạp chât 29 I.2 Nghiền 30 I.3 Nấu dịch nha 32 I.4 Lọc dịch nha và rửa bã malt 41 I.5 Đun sôi dịch nha với hoa Houblon 43 I.6 Tách bã Houblon 45 I.7 Làm lạnh dịch nha 45 I.8 Cung cấp oxy và cấy giống nấm men 47 I.9 Lên men chính 48 I.10 Lên men phụ 61 I.11 Lọc bia 63 I.12 Làm lạnh bia 64 I.13 Bão hòa CO2 64 I.14 Rót 67 I.15 Thanh trùng 68 I.16 Dán nhãn 70 Phần III: Đánh giá chất lượng bia thành phẩm 72 Tài liệu kham khảo 74 Mục lục hình Hình 1.1 Malt đen và malt vàng 6 Hình 1.2 Đại mạch 2 hàng và 6 hàng 6 Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch 7 Hình 1.4 Búp hoa Houblon 17 Hình 1.5 Công thức α-acid 18 Hình 1.6 Công thức β-acid 19 Hình 1.7 Công thức tổng quát nhóm flavonoid .20 Hình 2.1 Máy quạt sàng 29 Hình 2.2 Máy tách kim loại .29 Hình 2.3 Máy nghiền phun ẩm 31 Hình 2.4 Giản đồ đun sôi 3 lần 37 Hình 2.5 Nồi nấu dịch nha .38 Hình 2.6 Thùng lọc hiện đại 41 Hình 2.7a Thiết bị đun hoa gia nhiệt bên trong .45 Hình 2.7b Bộ phận cấp nhiệt bên trong 45 Hình 2.8 Thiết bị Whirlpool 46 Hình 2.9 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng .47 Hình 2.10 Chu trình đường phân .49 Hình 2.11 Sơ đồ hình thành và khử vinal dixeton, diaxety 55 Hình 2.12 Thiết bị lên men 60 Hình 2.13 Máy lọc đĩa .65 Hình 2.14 Nguyên tắc làm việc máy lọc đĩa 65 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bão hòa CO2 66 Hình 2.16 Cấu tạo máy chiết chai 68 Hình 2.17 Các giai đoạn chiết chai 69 Hình 2.18 Thiết bị thanh trùng tunel .70 Hình 2.19 Nguyên tắc làm việc của máy dán nhãn 70 Mục lục bảng Bảng 1.1 Thành phần hóa học hạt đại mạch 8 Bảng 1.2 Sự khác nhau các quy trình sản xuất malt 14 Bảng 1.3 Đặc điểm về chỉ số hóa học của malt đen và malt vàng 15 Bảng 1.4 Thành phần hóa học hoa Houblon 18 Bảng 1.5 Thành phần α-acid 19 Bảng 1.6 Thành phần β-acid 19 Bảng 1.7 Thành phần các khoáng cần cho nấm men 24 Bảng 1.8 Các enzyme và các cơ chất chuyển hóa 25 Bảng 2.1 Ảnh hưởng của mức độ nghiền 31 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đường hóa 39 Bảng 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pH tối ưu của enzyme 40 Bảng 2.4 Sự phụ thuộc giữa pH môi trường với thời gian và hiệu suất đường hóa 40 Phần I Nguyên liệu sản xuất bia đen Bốn loại nguyên liệu chính cần dùng cho quá trình sản xuất bia đen là: malt đen, malt vàng, hoa houblon, nước, nấm men và một số nguyên liệu phụ khác Chất lượng của chúng quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm I.1 Malt đen, malt vàng: Hình 1.1 Malt đen và malt vàng Malt đen là nguyên liệu chính trong sản xuất bia đen Màu của bia được quyết định bởi màu của malt, malt vàng sản xuất bia vàng, malt đen kết hợp với malt vàng dùng để sản xuất bia đen Malt đen có hàm lượng lớn melanoit, là hợp chất màu nâu, vàng nhạt đến cánh dán Malt đen được sản xuất từ hạt đại mạch I.1.1 Hạt đại mạch: Đại mạch là loại ngũ cốc mà có các bông đại mạch đặc trưng bởi các hạt dài Nó được phân thành 2 loại: đại mạch hai hàng (Hordeum distichum) và đại mạch sáu hàng (Hordeum hexadistichum) Hình 1.2 Đại mạch 2 hàng (trái) và đại mạch 6 hàng (phải) Trong sản xuất bia, người ta chỉ sử dụng chủ yếu đại mạch hai hàng Hạt đại mạch hai hàng to, đầy đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng Do đó hạt đại mạch này có hàm lượng có ích tương đối lớn, đồng thời lượng vỏ ít nên chứa không nhiều các hợp chất polyphenol và hợp chất đắng Các hạt rất đồng đều và có hàm lượng chất hòa tan tương đối cao I.1.2.Cấu tạo hạt đại mạch: I.1.2.1 Cấu trúc bên ngoài: trong quá trình phát triển, vỏ quả bị kéo dài trong bông lúa, bông lúa bị tách rời khi đập lúa Tính chất của vỏ được đánh giá qua phần nhăn trên vỏ (lemna), nó đảm bảo độ chắc của vỏ Ở mặt dưới gọi là vỏ bụng (palea) Phần nhăn phía dưới là vùng tạo rễ, đây là đặc điểm nhận dạng I.1.2.2 Cấu trúc bên trong: Cấu trúc bên trong hạt đại mạch gồm 3 phần chính: phôi, nội nhũ và vỏ trấu Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch Phôi là phần sống trong hạt Trọng lượng phôi chiếm khoảng 2,5 – 5% trọng lượng hạt Phần nội nhũ có các tế bào tinh bột Trong quá trình nảy mầm các tế bào nội nhũ cung cấp năng lượng cho phôi phát triển Vỏ trấu rất mỏng và nhẹ I.1.3.Thành phần và tính chất của hạt đại mạch Hàm lượng ẩm trung bình của đại mạch thường là 14-15% Hàm lượng ẩm có thể biến thiên từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo đến trên 20% trong điều kiện ẩm ướt Đại mạch có độ ẩm cao cần được sấy khô để bảo quản được lâu và không làm mất khả năng nảy mầm Để bảo quản lâu, đại mạch phải có độ ẩm dưới 15% Hàm lượng trung bình của các thành phần tính theo khối lượng chất khô như sau: Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt đại mạch Cacbohydrat tổng số 70,0 – 85,0 % Protein Các chất vô cơ Chất béo Các chất khác 10,5 – 11,5 % 2,0 – 4,0 % 1,5 – 2,0 % 1,0 – 2,0 % I.1.3.1 Các hợp chất cacbohydrat: Các hợp chất quan trọng là: tinh bột, các loại đường, xenluloza, hemixenluloza và các chất keo Tinh bột Tinh bột (C6H10O5)n là cấu tử quan trọng nhất, hình thành 50 – 63 % thành phần của đại mạch Kích thước các hạt tinh bột hoặc lớn ( 20-30 µm ) hoặc nhỏ (1 – 6 µm) mà không có kích thước trung bình Thành phần hạt tinh bột gồm 2 chất sau: Amyloza: chiếm 20 – 25 %, tan trong nước nóng, không bị hồ hóa Amylopectin: chiếm tới 75 – 80 %, không tan trong nước, hồ hóa ở nhiệt độ cao Xenluloza: Có 5 – 6 % xenluloza tập trung ở vỏ trấu và là tập hợp chất tạo cấu trúc Là các chuỗi glucose 1,4 mạch dài không phân nhánh Xenluloza không ảnh hưởng đến chất lượng bia Hemixenluloza: Hemixenluloza là thành phần chủ yếu của thành tế bào nội nhũ Bao gồm β-glucan và pentozan kết hợp nên khung bền vững cho thành tế bào nội nhũ Hai thành phần này có ảnh hưởng khác nhau đến quá trình sản xuất bia và chất lượng sản phẩm β-glucan có khả năng tạo gel gây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình lọc dich và lọc bia Tác động của pentozan đến quá trình sản xuất và chất lượng bia không quan trọng β-glucan: 80 – 90 % Pentozan: 10 – 20% Đường: Hàm lượng đường trong đại mạch rất nhỏ, 1,8 – 2% Các đường này là các sản phẩm trao đổi chất được sử dụng khi hạt nảy mầm Do sau khi thu hoạch, hạt đại mạch ở trạng thái nghỉ, chỉ có một lượng nhỏ các sản phẩm trao đổi chất, trong đó chủ yếu là đường saccaroza và một ít đường glucoza, fructoza I.1.3.2.Các hợp chất chứa nitơ: Hàm lượng nitơ của đại mạch tính theo protein, biến đổi trong khoảng 8 – 16% Lượng chất chiết trong malt giảm đi 0,7 – 1% khi hàm lượng protein trong malt tăng lên Hàm lượng protein trong malt cho phép tối đa là 11,5 % tổng chất khô Mặc dù lượng protein trong bia tương đối nhỏ nhưng có tác động rất lớn đến chất lượng bia Các hợp chất chưa nitơ được chia làm hai nhóm chính: protein và các sản phẩm thủy phân Protein: Là hợp chất chưa nitơ có phân tử lượng cao và rất cao, khối lượng phân tử tới 20000 – 300000, không tan trong nước, kết tủa khi đun sôi Vì dịch đường được đun sôi trong quá trình nấu nên không phải toàn bộ lượng protein có trong bia thành phẩm Đại mạch chứa các protein sau: • Glutelin: chiếm 30%, chỉ tan trong dung dịch kiềm loãng Hầu hết glutelin phân bố trong lớp alơron Nó không bị thủy phân và thải ra ngoài theo bã hạt • Prolamin: chiếm 37%, tan trong cồn 80o và một phần còn sót lại trong bã • Globulin (edestin): chiếm 15%, tan trong dung dịch muối loãng và trong dịch hèm Edestin gồm 4 cấu tử (α, β, θ, γ) trong đó β-globulin (có chứa lưu huỳnh) không kết tủa hoàn 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 bởi chúng bị phân hủy một phần do enzym tạo nên các sản phẩm protein Sản phẩm protein thủy phân: Sản phẩm protein thủy phân có đặc điểm nổi bật là hòa tan trong nước và kết tủa khi đun sôi Hầu hết các sản phẩm protein thủy phân có trong bia thành phẩm Sản phẩm protein thủy phân chiếm tỷ lệ nhỏ nhất trong các hợp chất chưa nitơ của đại mạch (~8%) Tỷ lệ này tăng trong quá trình sản xuất malt và bia Chúng được phân loại như sau: Loại có phân tử lượng cao gồm các proteoza, các sản phẩm phức được gọi tên tùy thuộc protein gốc (albumin, globuloza) và các pepton phức hợp Sản phẩm protein thủy phân cao phân tử làm tăng độ bền bọt của bia, tuy nhiên gây đục bia Sản phẩm protein thủy phân có phân tử lượng thấp, gồm các khối protein nhỏ nhất, các acid amin và peptit tạo thành do phản ứng polyme hóa Sản phẩm thủy phân có phân tử lượng thấp hơn là nguồn dinh dưỡng chính cho nấm men bia I.1.3.3.Chất béo: Đại mạch chứa khoảng 2% chất béo, nằm chủ yếu ở lớp alơron và mầm Chất béo hầu hết là trigluxerit Chất béo không tan trong nước và hầu như không biến đổi trong hạt, bị thải ra ngoài theo bã hạt Chất béo ảnh hưởng xấu đến bọt bia I.1.3.4.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: Hợp chất phophat là thành phần chính của hợp chất vô cơ, nó đóng vai trò quan trọng bởi vì có cấu trúc của các hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của đại mạch (phitin, acid nucleic, coenzym, protein…) Photphat được giải phóng ra từ các hợp chất này khi diễn ra các phản ứng trong sản xuất malt và bia Silicat đặc biệt nhiều trong vỏ trấu và trong hạt tinh bột Chúng có thể chuyển sang dạng keo và nhận thấy trong cặn bia Một số muối khá quan trọng trong sản xuất bia cung cấp các nguyên tố vi lượng cho nấm men và bia như Zn I.1.3.5.Các hợp chất khác: Trong đại mạch có một số hợp chất khác, tuy với số lượng nhỏ nhưng chúng tác động không nhỏ đến chất lượng bia và quá trình sản xuất Đó là các hợp chất polyphenol, tanin và vitamin Polyphenol và tanin: Chúng nằm ở vỏ trấu và trong lớp alơron của đại mạch Với số lượng lớn chúng tạo vị đắng và khó chịu Hàm lượng của chúng tăng theo độ dày vỏ trấu Các vitamin: Là các nguyên tố dinh dưỡng, được tạo ra do cây trồng chứ không phải do sự trao đổi chất của tế bào Chúng có chức năng riêng quan trọng cho quá trình trao đổi chất của tế bào Đại mạch chứa chủ yếu các vitamin sau: B1 (thiamin): chủ yếu ở phần ngoài của hạt B2 (riboflavin) C (acid ascorbic): số lượng ít E (tocophenol): trong chất béo của mầm Các emzyme: Có bản chất là các protein tan trong nước, được tiết ra bởi các tế bào sống và hoạt động như các chất xúc tác sinh hóa, có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử phức tạp và giữ một vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzyme rất cao Đến giai đoạn chính, hoạt lực của chúng giảm một cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩm 13% thì hầu hết hệ enzyme trong hạt trở thành trạng thái liên kết Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 43-44% thì hệ enzyme được giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự do Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực của enzyme đạt đến mức tối đa, nhờ đó mà đến lúc đường hóa chúng có khả năng thủy phân gần như hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhủ của hạt Các sản phẩm thủy phân được hòa tan vào nước và trở thành chất chiết trong dịch đường Trong hạt đại mạch, chứa 1 lượng enzyme rất phong phú, chúng được sắp xếp vào các nhóm khác nhau Theo khóa phân loại trong hóa sinh học, chúng được phân thành hai nhóm chính: hydrolaza và decmolaza Hydrolaza (nhóm enzyme thủy phân) Phụ thuộc vào cơ chất bị thủy phân, các enzyme xúc tác được chia thành các nhóm: cacbohydraza, proteaza và esteraza Cacbohydraza: Nhóm enzyme này thủy phân gluxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử hơn Trong nhóm này có hai phân nhóm nhỏ: polyaza và hexozidaza Hexozidaza là những enzyme xúc tác thủy phân disaccharid, trisaccharid và một số glucozid khác, còn polyaza là những enzyme thủy phân gluxit cao phân tử Chúng bao gồm: diastaza (amylaza) và sitaza Diastaza Diastaza phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin Đây là nhóm enzyme quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm 2 enzyme: α-amylaza và β-amylaza Enzyme α-amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin Nhờ quá trình phân cắt này, độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kĩ thuật sản xuất bia, quá trình này được gọi là quá trình dịch hóa Trong đại mạch khô, không chứa α-amylaza hoạt tính Chúng chỉ được hoạt hóa tại giai đoạn ngâm và ươm mầm Là enzyme chịu nhiệt nhưng kém chịu chua Nhiệt độ tối ưu của nó là 70oC còn pH là 5,7 Enzyme β-amylaza tác động trực tiếp lên mạch amylaza, mạch nhánh và hai đầu mạch chính của amylopectin Sản phẩm của quá trình phân cắt này là đường maltoza và dextrin Nhiệt độ thích hợp cho enzyme này hoạt động là 63oC còn pH là 4,7 Sitaza: Bao gồm 2 enzyme: sitoclactaza và sitolitaza Enzyme đầu thủy phân hemixelluloza thành các sản phẩm trung gian, còn enzyme sau thủy phân các sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza Nhờ có quá trình phân cắt này, thành tế bào mới bị phá hủy, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực Cũng do thành tế bào bị phá vỡ mà đến lúc sấy thì hạt trở thành xốp Trong kĩ thuật sản xuất malt, hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nhuyễn của bán thành phẩm Proteaza: Các enzyme ở nhóm này thủy phân protein thành các sản phẩm trung gian và sau đó một số trong các hợp chất này tiếp tục bị phân cắt đến sản phẩm cuối cùng là acid amin và amoniac Proteinaza: Nhóm này thủy phân protein thành albumoza và pepton Sau đó chúng tiếp tục bị phân cắt thành các peptid và polupeptid Peptidaza: Peptidaza bao gồm hai enzyme: dipeptidaza và polypeptidaza Chúng tác động lên phân tử các dipeptid và polypeptid để phân cắt chúng thành acid amin Amidaza: Chức năng chính của enzyme này là cắt nhóm amin khỏi acid amin để tạo thành acid hữu cơ và giải phóng NH3 Esteraza: Nhóm enzyme này phân cắt mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ khác nhau, hoặc giữa các hợp chất hữu cơ và vô cơ Nhóm này chia thành 2 nhóm nhỏ: lipaza và phosphataza Lipaza: Chúng phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các acid béo bậc cao Enzyme này được phân bố chủ yếu ở phôi và lớp alơron Amilophosphataza: Enzyme này tham gia hỗ trợ quá trình thủy phân tinh bột Chúng cắt mối liên kết este của acid phosphoric trong phân tử amilopectin Nhờ có quá trình này, tinh bột được hồ hóa một cách dễ dàng Fitaza: Enzyme này phá vỡ mối liên kết este giữa acid phosphoric với inozit, tức là chúng tham gia thủy phân fitin Quá trình này đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, vì H3PO4 được giải phóng sẽ làm tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường Decmolaza (enzyme oxy hóa – khử): Nhóm enzyme decmolaza xúc tác phản ứng oxy hóa – khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit (thực chất là quá trình lên men rượu), nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của tế bào Nhóm enzyme này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hóa và phát triển của phôi giai đoạn ươm mầm I.1.4.Quy trình sản xuất malt đen: Quy trình sản xuất malt đại mạch hai hàng như sau: phân loại hạt, làm ướt, ươm mầm, sấy và tách mầm Mục đích chính của quy trình sản xuất malt là làm hoạt hóa và sinh tổng hợp các emzyme trong hạt đại mạch, thủy phân một phần cơ chất trong hạt và tổng hợp một số hợp chất màu và mùi đặc trưng cho malt Chúng ta cần chú trọng đến quá trình sấy malt vì đây là công đoạn quan trọng quyết định đến việc tạo ra 2 loại malt khác nhau là malt đen và malt vàng Theo GS Hoàng Đình Hòa, Viện Công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội cho hay: Màu vàng, đen hoặc nâu của bia được quyết định bởi loại hạt malt quyết định khi đó hoạt lực nấm men tăng nhanh, áp suất tăng do đó mở van thu hồi CO 2 và duy trì ở áp suất 0,5 bar Trong quá trình lên men phải thường xuyên kiểm tra các thông số kỹ thuật như : nhiệt độ, áp suất, nồng độ đường, độ nhiễm tạp, nồng độ dịch lên men từ đó đưa ra phương pháp xử lý thích hợp Trong quá trình lên men chính thường chỉ cấp lạnh cho khoang trên cùng, mục đích để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khoang, nhờ đó tạo ra sự đối lưu, nấm men sẽ chuyển động từ dưới lên trên, tăng bề mặt tiếp xúc giữa enzym và cơ chất Thời gian lên men 5 – 6 ngày khi đó đường 3- 3,5 o S thì kết thúc quá trình lên men chính, hạ nhiệt độ xuống khoảng 5 o C rồi tiến hành tách sữa men rồi chuyển sang lên men phụ Hình 2.12 thiết bị lên men I.10 Lên men phụ: Sau khi kết thúc quá trình lên men chính, lượng tế bào nấm men còn sót lại khoảng 4-8 triệu tế bào/ml, là khoảng phù hợp để quá trình lên men phụ diễn ra I.10.1: Mục đích:Hoàn thiện Quá trình lên men phụ được tiến hành sau quá trình lên men chính nhằm chuyển hóa lượng đường còn sót lại trong quá trình lên men chính để tạo thành CO 2 và các sản phẩm phụ khác Đồng thời trong giai đoạn này, lượng diaxetyl tạo thành ở giai đoạn lên men chính được chính nấm men khử và chuyển hóa thành axeton, các axit hữu cơ tác dụng với rượu tạo thành các este Do đó, quá trình lên men phụ góp phần ổn định hương vị và độ trong của bia thành phẩm I.10.2 Những biến đổi trong quá trình lên men phụ Những biến đổi trong quá trình lên men phụ cũng giống như biến đổi trong quá trình lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn do nhiệt độ thấp hơn, lượng nấm men cũng ít hơn.Trong đó có những biến đổi rất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm: độ chin của bia non kèm theo sự điều chỉnh của các tính chất cảm quan của bai thành phẩm như: độ trong, độ bền, đặc trưng keo, màu sắc và hương vị bia Diacetyl Một trong các chất có hương vị khó chịu trong bia non diacetyl ( sản phẩm phụ của quá trình lên men ở giai đoạn cuối) sẽ dần biến mất do trong quá trình này, nấm men sử dụng diaxetyl làm cơ chất và chuyển hóa chất này thành axeton và 2,3-butadiol trong điều kiện kị khí Quá trình phân hủy diaxetyl phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng lạnh thì càng chậm Trong suốt quá trình tàn trữ, diacetyl giảm dần đến nhỏ hơn mức giới hạn để không còn nhận biết được bằng vị giác nữa( hàm lượng diacetyl quy định là < 0.2mg/l) Acetaldehyt: Trong quá trình lên men phụ hàm lượng acetaldehyt tiếp tục bị giảm xuống do hoạt động trao đổi chất của nấm men Sự bão hòa CO2 trong bia: Sự bão hòa CO2 trong bia phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thời gian lên men phụ Trong giai đoạn này, quá trình lên men etanol vẫn tiếp tục diễn ra kèm theo sự giải phóng CO 2 vào dịch lên men Tuy nhiên chỉ có một phần CO 2 tạo ra được hấp thụ trong bia tồn tại ở dạng hòa tan hoặc liên kết với các thành phần khác trong dịch lên men Các axit béo dễ bay hơi: Sự tổng hợp các axit béo mạch ngắn (C4-C10) sẽ bị ức chế trong giai đoạn đầu của quá trình lên men phụ Sau đó, nấm men sẽ kết nối các axit béo mạch ngắn thành triglyceride dự trữ trong tế bào Tuy nhiên nếu quá trình lên men phụ kéo dài thì hàm lượng axit béo trong dịch lên men sẽ tăng do quá trình thủy phân triglyceride Sự có mặt của các axit này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm Sự kết lắng làm trong bia: Một trong những quá trình quan trọng nhất ở thời kỳ lên men phụ là quá trình kết lắng cặn, tức là quá trình làm trong bia Bia non sau khi lên men chính xong, chuyển vào khu vực lên men phụ còn chứa một lượng đáng kể tế bào nấm men và rất nhiều hạt cặn mịn khác Ở đầu giai đoạn lên men phụ, các hạt cặn này vẫn còn ở trạng thái động( quá trình lên men vẫn diễn ra, nhiệt độ trong các vùng thiết bị không đồng nhất) Khi quá trình lên men phụ tắt dần và nhiệt độ trong và ngoài thiết bị cân bằng thì các hạt phân tán kích thước bé bắt đầu kết lắng và bia sẽ trong thêm Do ở nhiệt độ thấp,lại tạo nên một lượng etanol đáng kể cho nên lúc này sẽ được kết lắng Cũng trong điều kiện này, sự kết lắng các hợp chất protein-polyphenol sẽ tăng thêm Do đó quá trình lên men phụ càng kéo dài tốc độ làm trong bia càng nhanh I.10.3 Tiến hành lên men phụ Bia non (sau lên men chính) được hạ xuống 5 – 70C trong vòng 48h sau đó giảm tiếp về 1 – 20C (hoặc đưa nhiệt độ bia non về ngay 1 – 20C tùy theo yêu cầu chất lượng của từng loại bia) Trong quá trình làm lạnh, tế bào nấm men lắng xuống đáy thùng lên men và được lấy ra để xử lý Bia non có mùi của nấm men, lượng CO 2 ít (trung bình 0.2 – 0.35% trọng lượng, chỉ bằng ½ trọng lượng CO2 trong bia thành phẩm) qua lên men phụ nó tăng lên đáng kể (phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất lên men) Thời gian lên men phụ, tàng trữ 3 – 6 tuần (nhanh nhất 6 – 8 ngày là lâu nhất là 9 tháng cho các bia đặc biệt) Áp lực trong thùng lên men phụ được giữ ≤ 1.5 at.Việc di chuyển bia non thường được dùng theo phương pháp tự chảy kết hợp với khí nén (CO2 hay không khí) đôi khi dùng bơm.Thông thường bia non 1 thùng có thể chia làm 2 – 3 thùng lên men phụ để làm điều sản phẩm I.10.4: Thiết bị Quá trình lên men phụ thực hiện trong các tank lên men chính và được đặt trong hầm lạnh có nhiệt độ 0-20C Trong tank lên men không cần đặt hệ thống lạnh nhưng có đặc ống dẫn CO 2 , đồng hồ đo áp lực, van an toàn, đường ống nhập liệu và tháo liệu I.11 Lọc bia: Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm -Tạo độ trong lóng lánh cho bia -Loại bỏ đáng kể số lượng vi sinh vật bao gồm nấm men vẫn còn tồn tại sau quá trình tàng trữ có khả năng làm đục bia -Loại bỏ các phức chất protein, các hạt dạng keo polyphenol, polysaccarit và protein ít tan, những chất này làm bia rất nhanh đục, nhờ vậy làm bia ổn định hơn Nguyên tắc lọc bia: -Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong bia 1 cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết Trong bia còn hiện diện nấm men, hạt phân tán cơ học, dạng hạt keo, phức chất protein-polyphenol, nhựa đắng và nhiều loại hạt khác tạo màu đục của bia Nếu chúng ta không loại những cấu tử này thì bia sẽ kém bền, chính vì vậy việc lọc trong bia sẽ tăng thời gian bảo quản trong quá trình lưu thông trên thị trường -Nguyên tắc lọc trong bia dựa trên 2 quá trình: +Cơ chế sàn: giữ lại tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước của vật liệu lọc mộ cách cơ học như cơ cấu sàng, trong đó lớp vật liệu lọc đóng vai trò như một mặt sàng Các hạt huyền phù có thể được giữ ngay trên lớp vật liệu lọc hoặc bị giữ bên trong lớp vật liệu lọc tùy theo kích thước của chúng +Cơ chế hấp phụ: cơ chế này cho phép giữ lại các hạt huyền phù có kích thước nhỏ hơn kích thước của các lỗ trong vật liệu lọc, dựa trên sự hấp phụ của các hạt đó đối với vật liệu lọc Hiệu qủa của quá trình hấp phụ, phụ thuộc trước hết vào bản chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,sau đó là thời điểm trong quá trình lọc -Trong công nghiệp sản xuất bia, những loại vật liệu lọc được sử dụng rộng rãi nhất gồm: +Xơ bông trộn với bột amian rồi ép chặt thành bánh hình tròn Vì độ dày của các bánh khá lớn,cho nên trong thuật ngữ chuyên ngành chúng được gọi là khối lọc +Sợi Xenlluloza dệt và ép thành tấm,khi tiến hành lọc bia phải phủ bột diatomit.Vì độ dày của các tấm này bé hơn nữa chúng lại bền và rất dai,trong thuật ngữ chuyên ngành chúng được gọi là tấm lọc -Trong quá trình lọc có thể xảy ra hiện tượng giảm nồng độ chất hòa tan của bia.Do 1 phần các dạng keo bị loại ra ngoài cho nên độ nhớt của bia sau khi lọc cũng bị giảm và khả năng tạo bọt cũng giảm - Lọc bia luôn dẫn đến sự hao phí về khối lượng và hao phí CO 2 ,mặc dù quá trình đó được thực hiện trong 1 hệ thống hoàn toàn kín.Muốn tránh hao phí về CO 2 thì trước lúc lọc,bia được làm lạnh đến 00C.Giải pháp này có 1 điểm rất hay là tạo trước điều kiện cho bia điều kiện gây đục ở nhiệt độ thấp,có như vậy thì sau này hiện tượng đó mới không bị lặp lại nữa Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng,các cấu tử rắn được loại ra khỏi bia Lọc dĩa: - Thiết bị lọc đĩa có cấu tạo chính bao gồm 1 vỏ hình trụ nằm ngang hoặc thẳng đứng có chứa 1 trục rỗng trên đó gắn rất nhiều đĩa làm nhiệm vụ lọc Các đĩa này được gắn trên 1 trục rỗng có nhiệm vụ dẫn bia trong.Trên bề mặt đĩa có rãnh hoặc đục lỗ,đây chính là các bề mặt phủ bột trợ lọc Có 1 số loại thiết bị lọc đĩa như sau: - Thiết bị lọc đĩa thẳng đứng: Thân hình trụ đặt thẳng đứng,các đĩa được đặt nằm ngang - Thiết bị lọc đĩa ngang: Than hình trụ nằm ngang,đĩa lọc được gắn thẳng đứng - Thiết bị lọc đĩa quay: Trong quá trình lọc,các đĩa lọc quay với vận tốc 350-450 vòng trên phút Các đĩa lọc được chế tạo bằng sắt Crom nickel với kích thước các lỗ trên đó là 50-80 micromét Bề mặt lọc của máy lọc này có thể lên đến 10-200 m2.Hiệu suất của máy này là 5 hl/m2/h với hiệu suất tối đa cóa thể lên đến 1000 hl/h.Chu kỳ lọc của máy là 6-9h Những máy có bề mặt lọc lớn hơn 45 m2 phải có 2 cửa vào để chất trợ lọc được phân bố đồng đều khi tạo màng lọc.Các máy lọc này có thể hoạt động tốt với áp suất tối đa lên đến 6-8 atm *Nguyên tắc của máy lọc đĩa: Bia và bột trợ lọc được bơm vào máy,bột trợ lọc sẽ phủ ở phía bên ngoài của các đĩa,bia trong được lọc qua các lớp bột trợ lọc và đi vào bên trong các đĩa và được gom vào đường dẫn giữa trục để đi ra ngoài theo Khi rửa bột trợ lọc,nước được phun lên bề mặt của đĩa nhờ hệ thống phun nước là các thành trục hình chữ U,được đục lỗ có thể quay xung quanh các đĩa nhờ động cơ gắn phí dưới hoặc phía trên máy lọc Trong quá trình lọc phải theo dõi 2 vị trí: Độ trong của bia ở cốc 8 và chênh lệch áp suất giữa 2 áp kế đầu ra và đoạn cuối của máy.Nếu độ trong không đạt được mức như ban đầu,hoặc chênh lệch áp suất quá lớn chứng tỏ kháng trở trong máy rất cao,khả năng hấp phụ của khối lọc đã giảm nhiều.Khi đó ta phải dừng máy,khối lọc được tháo ra,rửa sạch,thanh trùng và ép bánh để chuẩn bị mẻ lọc sau Hình 2.13 Hình 2.14 - Các vật liệu lọc thường được phủ thêm một lớp bột trợ lọc diatomite hoặc polyvinipyrrolidone (PVPP) để tách các cấu tử thật mịn hoặc polyphenol Trong một số trường hợp, người ta sử dụng kết hợp nhiều thiết bị lọc với nhau để đảm bảo cho bia thành phẩm có độ trong đạt yêu cầu Lọc bia trong điều kiện kín để hạn chế sự nhiễm vi sinh vật và oxi không khí vào bia I.12 Làm lạnh bia: Mục đích công nghệ:chuẩn bị cho quá trình bão hòa CO2 Các biến đổi nguyên liệu:giảm nhiệt độ bia sau lọc từ 5oC đến 0-1oC Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng I.13 Bão hòa CO2: I.13.1 Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Do các công đoạn trong quá trình sản xuất, nên hàm lượng CO2 sỉnh ra ít nhiều sẽ giảm, do đó trước khi đưa vào rót chai cần phải bổ sung CO2 đến mức yêu cầu I.13.2 Các biến đổi : Hàm lượng CO2 trong bia sẽ tăng I.13.3 Thiết bị: Thiết bị và các thông số công nghệ: sử dụng thiết bị bão hòa CO2, áp lực CO2 sử dụng là 0,15- 0,2MPa Hình 2.15 Do các công đoạn làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất thấp nên ít nhiều hàm lượng CO 2 sẽ giảm, do vậy trước khi chiết bia vào chai cần bổ sung hàm lượng CO 2 tới mức yêu cầu CO 2 được bổ sung vào bia nhờ các đường ống dẫn dài kết hợp các đoạn nối mà hòa tan Vào bia Để bảo đảm độ hòa tan tốt cần: - CO2 được phun vào ở dạng các bọt khí có kích thước càng nhỏ càng tốt Ban đầu CO2 còn liên kết với các thành phần của bia một cách lỏng lẻo, cần phải có một thời gian để các liên kết này trở nên bền vững - Chất lượng của CO2 bổ sung phải đảm bảo : không chứa O 2 và vi sinh vật nhiễm tạp.Hệ thống bão hòa CO2 thường dễ vệ sinh Bia sau khi bổ sung CO2 được chứa trong các thùng chịu áp suất trong các thùng chịu áp suất trong thời gian từ 2 đến 3 ngày để CO2 hòa tan hết vào bia Các thùng này được bố trí hệ thống làm lạnh sao cho hạ nhiệ độ của bia xuống 0-2 oC Đây là công đoạn trung gian bảo quản bia trước khi chiết chính vì vậy thùng chứa cần đảm bảo tuyệt đối vệ sinh Thùng chứa phải được vệ sinh toàn bộ và quá trình vệ sinh phải được kiểm tra Bề mặt bên trong thùng phải nhẵn Trước khi đưa bia vào thùng, CO 2 được đưa vào để đẩy O2 ra ngoài, đồng thời tạp áp suất đủ lớn để hạn chế sự giải phóng CO2 ra khỏi bia I.14 Rót bia vào chai và đóng nắp: Mục đích công nghệ:Hoàn thiện Các biến đổi nguyên liệu: Hầu như không có biến đổi dáng kể, một phần CO2 bị tổn thất trong quá trình rót Sự oxy hóa Sự tạp nhiễm vi sinh vật Thiết bị: Phương pháp chiết được dùng là phương pháp có sử dụng áp suất đối kháng cụ thể là phương pháp chiết đẳng áp: áp suất trong bao bì và trong bể chứa của máy chiết cân bằng, nhờ đó bia đi vào bao bì dưới tác động của trọng lực (chênh lệch chiều cao) Máy chiết chai được thiết kế dưới dạng quay tròn với số vòi chiết khoảng 200 vòi Các chai được vận chuyển trên băng tải cách nhau một khoảng cách xác định được điều chỉnh nhờ một bộ phận dẫn chai dạng xoắn vít trước khi vào máy chiết Trong máy chiết, chai được đặt lên các giá đỡ, phía dưới bộ phận chiết bằng bộ phận nạp chai hình sao Khi vào máy chiết, chai sẽ được nâng lên sát với đầu chiết, không khí trong chai được hút ra và CO2 được đưa vào chai nhằm tạo ra áp suất đối kháng Khi có sự cân bằng áp suất, bia tự chảy vào chai cho tới khi đạt chiều cao đã quy định của bia trong chai Chai được hạ xuống và đưa ra khỏi máy chiết Trong quá trình chiết chai, giai đoạn rót bia vào chai chiếm thời gian nhiều nhất trong khoảng tổng thời gian chai qua máy chiết Để nâng cao năng suất làm việc của máy chiết, số vòi chiết sẽ được tăng lên, vì thế kích thước của máy chiết có thể từ 1,4 – 5,0 m Năng suất chiết biến đổi từ 500000 đến 100000 chai một giờ Vói chiết là loại có ống dẫn bia: với loại vòi này bia được dẫn xuống sát đáy chai, nhờ vậy giảm được khả năng hấp thu O2vào bia Tuy nhiên, đường kính của ống dẫn bia phải nhỏ hơn đường kính miệng chai nên năng suất của máy chiết thường không cao Hình 2.16 Hình 2.17 I.15 Thanh trùng: I.15.1 Mục đích: Bảo quản Trong bia thành phẩm luôn luôn chứa các tế bào còn sống bao gồm nấm men thuẩn chuẩn và các vi sinh vật lạ như vi khuẩn axetic, một số nấm sợi, vi khuẩn thuộc nhóm coli và nhiều loại khác không thể phát triển được Nguyên nhân là trong bai thành phẩm không có oxy, lại có hàm lượng etanol đáng kể, các chất đắng và pH tương đối thấp Nấm men, kể cả men giống và men dại, vi khuẩn lactic thuộc nhóm Sarcina và một số khác dễ dàng phát triển trong bia Do đó cần phải xử lí nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật nhằm đảm bảo tính cảm quan và thời gian bảo quản sản phẩm I.15.2 Biến đổi Các vi sinh vật và enzyme trong bia sẽ bị vô hoạt I.15.3 Thiết bị Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng tunnel Vùng thanh trùng có nhiệt độ là 63%, thời gian luu là 20-30 phút Hình 2.18: Thiết bị thanh trùng kiểu tunel I.16 Dán nhãn: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Nhãn có vai trò cung cấp thông tin về sản phẩm và tác động rất lớn tới người tiêu dùng thông qua cách bố trí , màu sắc ,số lượng của nhãn mác… Các biến đổi nguyên liệu: Không có biến đổi đáng kể Thiết bị: Sử dụng máy dán nhãn chai Hình 2.19: Nguyên tắc làm việc của máy dán nhãn chai Nguyên tắc làm việc: Keo dán được phủ lên rulô 1 Khi rulô 1 quay tiếp xúc với các tấm quét keo 2 đặt trên một mâm xoay tròn, nhờ vậy keo được quét lên các tấm 2 Khi các tấm 2 tiếp xúc với các nhãn ở bộ phận cấp nhãn 3( mặt sau của nhãn), nhãn sẽ được gắn vào các tấm này nhờ lực kết dính của keo dán Mặt trước của nhãn được hướng ra ngoài và được phun hạn sử dụng nhờ bộ phận 4 Sau đó nhãn được kẹp lên các tấm của rulô 5 và được dính vào chai khi tiếp xúc với chai quay trên mâm 6 Chổi 7 sẽ miết các nhãn xung quanh chai Chai tiếp tục chuyển động trên mâm 6 rồi đi ra ngoài Phần III ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BIA THÀNH PHẨM III.1 Chỉ tiêu cảm quan Màu sắc: Màu sắc của bia được tạo thành là do phản ứng maillard Phản ứng này xảy ra giữa các hydratcacbon với các axit amin nhất là trong quá trình sấy malt đại mạch nảy mầm và trong quá trình đường hóa Hạt đại mạch càng được ươn mầm lâu, càng thủy phân nhiều chất dự trữ và càng chứa nhiều đường Trong quá trình sấy, đường bị caramen hóa tạo ra màu sẫm ở vỏ hạt Malt có màu sẫm dùng để tạo ra loại bia hung đỏ hay loại bia nâu, malt màu nhạt hơn sẽ dùng sản xuất bia vàng Sản phẩm dark beer có màu hỗ phách sẫm tới nâu sẫm Mùi, vị: Vị của bia thì đặc trưng cho từng loại bia Đối với loại bia Pilsen, vị chủ yếu là vị đắng của hoa Houblon, với bia Munich là vị thơm của malt và bia Lambic là vị do các axit amin sinh ra nhờ Brettanomyces và một số vi sinh vật dại khác.Chủng nấm men lên men cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với vị của bia.Việc sản xuất bia phải đucợ kiểm soát chặt chẽ đảm bảo cho vị của bia phải thuần khiết, rõ ràng, không trộn với các vị khó chịu khác(vị của rơm, vị của cặn , vị của nấm men hay dư vị chất đắng, chát.) Dark beer thường có vị ngọt và hương đặc trưng của malt socola Độ đắng trung bình, hơi se, đôi khi có hương vị bơ nhưng không phải hương vị chủ đạo Độ trong: yêu cầu chung đối với mọi loại bia là phải trong suốt Bia có thể bị đục do trong quá trình bảo quản có thể xuất hiện “cặn” Người ta nêu ra ba dạng cặn trong bia: • Cặn vi sinh vật do sự phát triển của các vi sinh vật: Cặn do nấm men ,trực khuẩn và bát cầu khuẩn(sarcine) • Cặn keo do sự kết bông của các thể keo: Các phức chất hay các mixen keo tương tác với nhau và dần hình thành các khối có thể quan sát bằng mắt thường, đó chính là cặn Bia thường trong ngay lập tức sau khi lọc cho dù đã làm lạnh ở 0 oC.Sau đó một thời gian khi nhúng chai vào nước đá, người ta thấy bia có một lớp màng: đó là “cặn lạnh” nhưng cặn này lại hòa tan ở nhiệt độ thường.Sau một thời gian bảo quản dài ở nhiệt độ thường cũng xuất hiện cặn( cặn thường), cặn này tạo nên khối kết tủa • Cặn hóa học do sự kết tủa hóa học đơn thuần Đây không phải là cặn keo mà là sự kết tủa của các tinh thể, đặc biệt là oxalat được hình thành từ các tinh thể canxi oxalat Các tinh thể thường được tìm thấy ở đáy thùng Độ bền bọt: Bọt của bia được hình thành do sự giải phóng CO2 trong bia Bia được phân biệt với các loại đồ uống khác bởi tạo được bọt bền hơn Một lớp bọt dầy và rất bền trong cốc làm cho bia trở nên hấp dẫn, hơn nữa, bọt bia sánh lại cũng tạo cảm giác dịu mát Tất cả các yếu tố góp phần làm giàu dạng keo phức của bia dẫn đến độ bền của bọt tốt hơn: Malt không thể quá nhuyễn, sấy malt ở nhiệt độ cao (do tạo ra được nhiều melanoidien tăng cường khả năng tạo bọt), các phương pháp nấu bia trong thời gian dài, quá trình lên men chậm.Dịch đường chứa càng nhiều protein có khả năng keo tụ thì càng tạo độ bền tốt hơn cho bia Chất chiết từ hoa houblon không có tanin hay hoa houblon được ngâm trong nước sôi tách bớt tanin sẽ tạo bọt bền hơn và khi quá trình nấu hoa quá mạnh thì lại làm giảm độ bền của bọt.Quá trình lên men ở nhiệt độ cao cũng làm giảm độ bền bọt do sự hình thành quá nhiều các hợp chất dễ bay hơi Lọc quá kỹ cũng làm giảm độ bền bọt, các xử lý tạo sự ổn định cho bia nhất là việc sử dụng các chất trợ lọc gây nguy hiểm cho bọt Chính vì vậy mà sản phẩm dark beer có độ bền bọt cao hơn bia vàng Đối với sản phẩm bia nói chung, độ bền bọt tối thiểu là 5 phút, chiều cao lớp bọt ít nhất 5cm Độ sánh: Sản phẩm dark beer có độ sánh cao III.2 Chỉ tiêu hóa lý Hàm lượng etanol trong bia phụ thuộc vào dịch chiết ban đầu và hiệu suất lên men theo phản ứng sau: C6H12O6 -> 2C2H5OH +2CO2 Dark beer được sản xuất từ đại mạch chứa nhiều hợp chất nitơ, nảy mầm ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, hàm lượng chất chiết lớn Nồng độ chất chiết ban đầu khoảng 12% nhưng để xuất khẩu người ta phải tăng thêm lên đến 18% Bên cạnh rượu etylic, người ta cũng luôn tìm thấy một ít rượu bậc cao, một ít este và các axit hữu cơ với hàm lượng rất nhỏ Glyxerin là một sản phẩm lên men, được hình thành và tồn tại trong dịch chiết khoảng 0,20,3%.Hàm lượng các chất chứa nitơ chiếm khoảng 8-10% dịch chiết Các chất khoáng chiếm 3-4% dịch chiết nhưng hàm lượng thay đổi theo thành phần nguyên liêu đặc biệt là nước Dark beer có hàm lượng chất đắng ít Hàm lượng CO2 trong bia khoảng 0,35-0,4% Hàm lượng diacetyl