Bài giảng công nghệ sản xuất malt và bia TS nguyễn kính

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALT VÀ BIA TS NGUYỄN KÍNH PHẦN I: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG 1: ĐẠI MẠCH Đặc tính thực vật đại mạch  Đại mạch giống gieo trồng thuộc nhóm thực vật có hạt phân nhóm bí tử lớp mầm họ lúa mì  Đại mạch thực vật năm chia nhóm mùa đông mùa xuân  Chu kỳ sinh trưởng đại mạch 100 – 120 ngày  Đại mạch chia làm loại: hàng đa hàng Cấu tạo hạt đại mạch  Gồm phận chính: vỏ, nội nhũ phôi  Bên vỏ trấu hình thành từ đài hoa, lớp vỏ trấu vỏ quả, lớp vỏ vỏ hạt gồm lớp tế bào, lớp dày, lớp trong suốt, vỏ hạt có vai trò màng bán thấm cho nước vào mà không cho Lớp vỏ vỏ hạt liên kết chặt chẽ với với vỏ trấu Vỏ trấu chiếm – 8% trọng lượng chất khô hạt, đại mạch đa hàng đến 11%, trọng lượng vỏ chiếm 10,5 – 13%, đại mạch mùa xuân thấp 0,5 – 1% Cấu tạo hạt đại mạch  Nội nhũ phần lớn có giá trị hạt, tiếp giáp với vỏ hạt lớp alơron, lớp giàu protêin, chất béo, đường, xenluloza, pentozan, vitamin chất tro, lớp nội nhũ thật hạt Cấu trúc nội nhũ gồm tế bào lớn chứa đầy hạt tinh bột, protêin, xenluloza, chất béo, đường tro Cấu tạo hạt đại mạch  Phôi phần sống hạt, trọng lượng chiếm 2,5 – 5% trọng lượng hạt Phôi có tầm quan trọng đặc biệt sống sản xuất bia Chế biến hạt đại mạch thành malt dựa phát triển phôi Phôi nằm gồm phôi phôi rễ, phôi thân Tiếp giáp phôi nội nhũ ngù (là màng bán thấm để chuyển chất hòa tan phôi nước từ phôi vào nội nhũ) Phôi chiếm tỷ lệ không đáng kể, thành phần phôi tan vào dịch đường Vai trò to lớn phôi trạm hoạt hóa sản xuất enzym, sở cho trình sản xuất malt Thành phần hóa học đại mạch  Rất phức tạp  Đối với công nghệ sản xuất bia, hợp phần có ý nghĩa là: nước, gluxit, hợp chất chứa nitơ, hợp chất phi nitơ, chất béo lipoid, pherment (enzym) Thành phần hóa học đại mạch  Nước o Ảnh hưởng nhiều đến trình vận chuyển bảo quản hạt, hàm ẩm cao, kích thích trình hô hấp tự bốc nóng làm hao tổn chất khô vi sinh vật phát triển o Tăng hàm ẩm 1% hiệu suất thu hồi chất chiết giảm 0,76% o Hàm ẩm tối đa cho phép đưa vào bảo quản 13% Thành phần hóa học đại mạch  Gluxit o Được chia thành nhóm: mono-, di-, tri- poly saccharid o Monosaccharid: glucoza frutoza (C6H12O6) xiloza (C5H10O5) o Disaccharid: saccharoza maltoza (C12H22O11) o Trisaccharid: đường rafinoza o Polysaccharid: tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentozan, amylan hợp chất dạng keo o Ba cấu tử quan trọng sản xuất bia Thành phần hóa học đại mạch  Gluxit o Tinh bột  Chiếm vị trí số khối lượng ý nghĩa     10 sản xuất bia, 50% chất khô đại mạch tinh bột, có giống đạt tới 70% Tinh bột có chức – thức ăn dự trữ cho phôi, cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men Tinh bột chủ yếu nội nhũ, phôi Hạt tinh bột có cỡ to bé Hạt to đường kính 20 – 30μm, hạt bé từ – 10μm Tỷ trọng 1,5 – 1,6, nhiệt lượng riêng 0,27kcal/kgđộ Dễ dàng kết lắng nước Các phương pháp đường hóa  Các phương pháp nâng cao hiệu suất đường hóa o Hạ pH dịch bột cách axit hóa  Sử dụng chủ yếu axit lactic, axit sunfuric, axit clohydric axit phosphoric để axit hóa dịch bột, số nước cho phép sử dụng axit lactic  Axit lactic bổ sung vào dịch bột với liều lượng 0,06-0,12% so với khối lượng nguyên liệu Không phụ thuộc axit lactic dùng trạng thái  Ảnh hưởng axit lactic đến trình đường hóa, thành phần tính chất dịch đường bia thể bảng sau 138 Các phương pháp đường hóa Các số Thời gian đường hóa (ph) - Đoạn - Đoạn nhì - Khối Nước rửa bã cuối cùng: - pH - Đạm kết lắng với tanin, mg/l dịch đường 10% - Polyphenol, mg/l dịch đường 10% Dịch đường houblon hóa: - pH - Cường độ màu, ml 0,1NI2/100ml - Đạm kết lắng với tanin, mg/l dịch đường 10% - Polyphenol, mg/l dịch đường 10% -Độ lên men biểu kiến cuối cùng, % Bia thành phẩm: - Nồng độ thực chất hòa tan, % - Hàm lượng cồn, % - Độ bền keo, biểu diễn theo đơn vị điều kiện - Độ đậm đà vị - Độ đắng 139 Mẫu kiểm chứng Mẫu thí nghiệm 32 22 20 16 12 15 6,5 310 702 6,3 180 536 5,7 0,66 165 371 76,8 5,4 0,46 140 313 79,0 5,17 2,14 100 Non Có dư vị 4,92 2,58 180 Non Bình thường Các phương pháp đường hóa  Các phương pháp nâng cao hiệu suất đường hóa o Hạ pH dịch bột cách axit hóa  Khi pH dịch bột giảm xuống cách bổ sung axit lactic trình đường hóa lọc bã tiến triển tốt hơn, chất lượng sản phẩm so với mẫu kiểm chứng  Đường hóa có sử dụng nguyên liệu thay o Bia loại đồ uống có vị nhẹ, đắng dịu với thành phần nhiều tính chất đặc trưng o Để giảm giá thành sản phẩm, người ta đưa loại hạt chưa ươm mầm vào để thay phần malt đại mạch Trước lượng thay thường 10 – 15% thập kỷ gần đây, hỗ trợ đắc lực loại chế phẩm enzym tỷ lệ tăng vọt lên 30%, 40%, 50% Loại tốt để thay gạo đại mạch 140 Các phương pháp đường hóa  Đường hóa có sử dụng nguyên liệu thay o Phải có giải pháp công nghệ thích hợp đảm bảo hiệu suất đường hóa ổn định chất lượng sản phẩm o Trường hợp thay nhiều: Cần làm công việc sau đây:  Malt đại mạch phải nghiền thô, bột nghiền có kích thước to bình thường  Phần nguyên liệu hạt chưa ươm mầm nghiền thật mịn  Dùng nước mềm hạ pH xuống 5,3-5,4 cách axit hóa 141 PHẦN II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA A- SẢN XUẤT DỊCH ĐƯỜNG HOUBLON HÓA Chương 7: LỌC BÃ, NẤU HOA VÀ LÀM LẠNH DỊCH ĐƯỜNG 142 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Thành phần học cháo malt sau đường hóa kết thúc, bao gồm hai hợp phần: pha rắn pha lỏng o Pha rắn gọi bã malt, pha lỏng gọi dịch đường nước nha, nước mu o Mục đích trình lọc bã malt tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục bước tiến trình công nghệ, pha rắn – phế liệu, phải loại bỏ o Các phần tử pha rắn bị giữ lại lưới, pha lỏng qua Khi pha rắn bị giữ lại chúng tạo thành lớp lọc phụ Cấu trúc độ dày lớp lọc phụ đóng vai trò định đến chất lượng tiến trình lọc 143 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Quá trình lọc bã malt tiến hành theo hai bước: bước ép để tách dịch cốt bước thứ hai rửa bã để chiết rút hết tất phần dinh dưỡng bám lại Quá trình chiết rút chất hòa tan giai đoạn rửa bã dựa sở khuếch tán Sự khuếch tán giai đoạn gọi khuếch tán phân tử Giai đoạn chuyển sang dạng chuyển động rối o Ngoài cấu trúc lớp lọc phụ, tốc độ lọc phụ thuoccj vào nhiều yếu tố khác áp suất, nhiệt độ, độ nhớt dịch, … 144 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Tốc độ lọc tính trực tiếp qua phương trình sau: o Trong  Q_thể tích dịch đường (tính mét khối qua diện tích       145 S màng lọc thời gian t) P_độ lệch áp suất trước sau màng lọc, N/m2 r_đường kính trung bình mương dẫn, m t_thời gian lọc, s Z_số lượng mương dẫn 1m2 màng lọc μ_độ nhớt dịch dường, Pa.s l_độ dài trung bình mương dẫn, m Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Tốc độ lọc độ dịch đường phụ thuộc nhiều yếu tố công nghệ, quan trọng yếu tố sau đây:  Nhiệt độ lọc: Liên quan đến độ nhớt động dịch đường Nhiệt độ tối ưu cho trình lọc bã malt 75oC  Độ nhớt dịch đường: phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ đường, thành phần riêng Sự liên quan nồng độ chất hòa tan độ nhớt tương đối dịch đường nhiệt độ 75 oC thấy rõ bảng sau: Hàm lượng chất hòa tan, % Độ nhớt tương đối (của nước 1) 146 10 15 20 25 1,27 1,44 1,73 2,20 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Tốc độ lọc độ dịch đường phụ thuộc nhiều yếu tố công nghệ, quan trọng yếu tố sau đây:  Nếu dịch đường chứa nhiều hydrat cacbon dạng polyme – glucan dạng keo độ nhớt tăng đáng kể tốc độ lọc thấp  Độ chua tác dụng (pH) dịch đường: Từ nhiều công trình nghiên cứu chứng tỏ tốc độ lọc dịch đường độ phụ thuộc nhiều vào độ chua tác dụng Kolbach cộng tiến hành thí nghiệm kết cho thấy: để lọc hết lượng cháo malt pH=6,78 cần thời gian giờ, pH=6,33 cần thời gian 22 phút, pH=5,5 thời gian 18 phút Nếu tiếp tục hạ pH xuống đến mức tốc độ lọc ban đầu giảm cuối đến kết luận: pH tối ưu cho trình lọc bã malt khoảng 5,5 147 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Rửa bã malt bước thứ hai trình lọc Ở giai đoạn xảy số trình hóa học, tác dụng bất lợi muối nước với thành phần bã malt, hòa tan chất pha rắn vào nước rửa bã nhanh o Sự giảm nồng độ chất hào tan nước rửa bã dẫn đến tăng pH Nếu nước rửa bã chứa nhiều cacbonat bicacbonat gia tăng mạnh o Tất sai lệch dẫn đến thay đổi thành phần hóa học dịch rửa bã, hàm lượng đường maltoza thấp hàm lượng protein, polyphenol, chất chát chất khoáng lại cao 148 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình o Thành phần chất hòa tan dịch cốt ban đầu thường 14- 15% hàm lượng maltoza chiếm tới 60%, protein 4-4,3% chất khoáng 1,4-1,5% Còn dịch rửa bã với nồng độ 2% hàm lượng đường maltoza chiếm 52% protein lại chiếm đến 5,5% chất khoáng 2,5% Trong thành phần chất khoáng chiếm nhiều SiO o Khi rửa bã malt, hòa tan nhiều vào dịch rửa bã chất dễ gây đục cho bia: hợp chất cao phân tử chứa nitơ, hợp chất polyphenol axit silicic, lượng đáng kể SiO2 o Dịch rửa bã thu nhiều thành phần bị thay đổi, thể qua bảng số liệu sau 149 Lọc bã malt  Cơ sở lý thuyết trình Nước rửa bã malt Các số pH Cường độ màu, ml 0,1NI2/100ml Độ đục 0oC, đơn vị điều kiện Tính theo dịch đường 10%, mg/100ml: •Nitơ tổng số •Nitơ khả kết •Nitơ kết lắng với MgSO4 •Các chất tro •SiO2 Nước axit hóa kiểm hóa Nước cất HCl NaHCO3 Mg(HCO3)2 Ca(HCO3)2 5,92 0,27 84 5,73 0,22 90 6,30 0,39 110 6,24 0,30 104 6,19 0,29 96 91,3 10,68 17,30 162,10 8,40 90,3 10,43 16,90 170,8 6,80 92,0 11,28 19,20 174,70 15,10 92,0 12,74 16,60 168,80 14,40 91,5 11,70 15,90 164,80 14,30 o Nước thạch cao hóa nước có ảnh hưởng tốt đến thành phần tính chất dịch rửa bã malt 150 Lọc bã malt  Kỹ thuật lọc bã malt o Lọc bã malt thùng lọc đáy o Trước lúc tiến hành lọc, thiết bị lọc rửa thật kỹ nước Các mảnh đáy mắt sàng ghép thật khít chặt với Sau ta cho nước nóng chảy vào đường ống dẫn dịch đường để đuổi không khí đồng thời để chứa đầy khoảng hai lớp đáy thùng lọc 151 Nấu dịch đường với hoa houblon  Sau trộn lẫn dịch đường ban đầu với dịch rửa bã, ta hỗn hợp cuối cùng, gọi dịch đường Tùy thuộc vào loại bia cần sản xuất, độ chúng có khác nồng độ chúng thường thấp nồng độ cuối (nồng độ trước lúc lên men) khoảng 1-1,5% Dịch đường có đặc điểm sau: o Vị ngọt, hương thơm nhẹ melanoid o Rất đục chứa nhiều cặn, đặc biệt hạt dạng keo, phần tử nàu dễ bị biến tính kết tủa, tiêu biểu hạt có phân tử lượng cao, chứa nitơ  Để dịch đường với tính chất vừa nêu trở thành hợp chất tiền thân trực tiếp bia, điều cần thiết phải đun sôi với hoa houblon 1,5-2 152 [...]... trình quan trọng nhất trong sản xuất malt và bia Sản phẩm tạo ra quan trọng nhất là melanoid: màu vàng óng, vị ngọt, thơm dịu, quyết định hương và vị của bia, khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia và độ bền keo của chúng phụ thuộc mức độ thủy phân protit 17 Thành phần hóa học của đại mạch  Các hợp chất chứa nitơ o Protit  Protit gồm 2 nhóm: protit đơn giản (gọi là protein) và protit phức tạp (gọi là... 105-110kg malt Ngoài 2 loại đường trên có thể sử dụng thêm đường invertaza (cho bia đen) và xiro tinh bột (10-15%) 25 PHẦN I: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG 3: HOA HOUBLON 26 Đặc tính thực vật  Houblon (Humulus lupulus) là loài thực vật lưu niên đơn tính thuộc họ Gai mèo  Trong công nghệ sản xuất bia chỉ sử dụng loại hoa cái chưa thụ phấn cho nên phải loại bỏ đi cây đực  Khi hoa chín, nhị hoa xuất hiện... trong sản xuất bia, quyết định chất lượng của bia o Các chất này tồn tại ở dạng cao phân tử gọi protit, một phần nhỏ ở dạng thấp phân tử gọi là các hợp chất nitơ phi protit 16 Thành phần hóa học của đại mạch  Các hợp chất chứa nitơ o Protit  Là chỉ số quan trọng thứ hai đối với sản xuất bia, cao quá thì bia bị đục, thấp quá thì lên men không triệt để, kém bọt, lượng protit tốt nhất cho sản xuất bia. .. lupulin màu vàng hình cầu, đường kính 0,15-0,25mm, những hạt này là nguồn gốc chính sinh ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon  Hình dạng, độ lớn của hoa phụ thuộc vào giống, điều kiện canh tác 27 Thu hái, sơ chế và bảo quản  Thu hái khi chúng đạt độ chín kỹ thuật: hàm lượng lupulin cực đại, màu chuyển từ vàng xanh sang màu vàng hoặc vàng xanh có ánh, cánh hoa đóng kín hoàn toàn, dẽo và có tính... màu tím, trong môi trường giàu nước tinh bột bị thủy phân để tạo thành dextrin, đường kép, maltoza và một ít loại đường khác 12 Thành phần hóa học của đại mạch  Gluxit o Tinh bột  Sự thủy phân tinh bột bởi enzym amylaza đóng vai trò to lớn trong sản xuất malt và bia, là nền tảng cho việc ngâm, ươm mầm, sấy và đường hóa nguyên liệu 13 Thành phần hóa học của đại mạch  Gluxit o Xenluloza  Nằm ở vỏ... gluco xếp thành mạch dài, xoắn, nó dai và khó bị phân cắt, không tan trong nước, không thay đổi thành phần và cấu trúc Trong quá trình sản xuất bia, nó có vai trò quan trọng trong quá trình lọc dịch đường, tạo màng lọc phụ 14 Thành phần hóa học của đại mạch  Gluxit o Hemixenluloza  Là phần chủ yếu của tế bào gồm pentozan, hexozan và axit uronic o Các hợp chất pectin và các dạng chất keo o Saccharid thấp... tan vào trong dịch đường và tồn tại trong bia, một phần bị thải ra ngoài  Proteid thì kém hòa tan, gây ảnh hưởng xấu, cần loại bỏ triệt để chúng ra khỏi dịch đường 18 Thành phần hóa học của đại mạch  Các hợp chất chứa nitơ o Các hợp chất chứa nitơ phi protit  Đó là albumoza, pepton, peptid, polypeptid và axit amin  Albumoza và pepton có vai trò lớn để tạo và giữ bọt, làm tăng thêm vị đậm đà của bia, ... mạch  Các hợp chất không chứa nitơ o Gồm các chất hữu cơ và vô cơ, tiêu biểu là: polyphenon, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng 20 Thành phần hóa học của đại mạch  Chất béo và lipoid  Pherment (enzym) o Là những hợp chất hữu cơ có haotj tính sinh học cao, cấu tạo phức tạp, có vai trò đặc biệt quan trọng trong sản xuất bia Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzym... 21 PHẦN I: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU THAY THẾ ĐẠI MẠCH 22 Gạo  Là loại cốc được dùng nhiều hơn cả với 2 hình thức: trực tiếp với bột malt hoặc dùng thóc ươm mầm  Thóc gồm các bộ phận vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt, lớp alơron, nội nhũ và phôi Phần chất khô tinh bột chiếm đến 75%, protein 8%, chất béo 1-1,5%, xenluloza 0,5-0,8%, chất khoáng 1-1,2%  Khi ươm mầm và đường hóa lưu ý đến... Gluxit o Tinh bột  Tinh bột hút nước và trương nỡ, kích thước có thể tăng 60 – 100 lần  Nhiệt độ tại đó hệ số trương nỡ và độ nhớt tinh bột lớn nhất gọi là điểm hồ hóa, đối với ngô và đại mạch là 80oC, gạo 75oC  Tinh bột gồm amyloza (17-24%) và amylopectin (76-83%)  Chuỗi phân tử amyloza gồm từ 60 – 600 gốc đường glucoza liên kết với nhau qua cầu oxy α1,4 và tạo thành mạch thẳng Amyloza có dạng ... quan trọng thứ hai sản xuất bia, cao bia bị đục, thấp lên men không triệt để, bọt, lượng protit tốt cho sản xuất bia 8-1 0%  Thủy phân protit trình quan trọng sản xuất malt bia Sản phẩm tạo quan... phần phôi tan vào dịch đường Vai trò to lớn phôi trạm hoạt hóa sản xuất enzym, sở cho trình sản xuất malt Thành phần hóa học đại mạch  Rất phức tạp  Đối với công nghệ sản xuất bia, hợp phần... thuộc họ Gai mèo  Trong công nghệ sản xuất bia sử dụng loại hoa chưa thụ phấn phải loại bỏ đực  Khi hoa chín, nhị hoa xuất hạt lupulin màu vàng hình cầu, đường kính 0,1 5-0 ,25mm, hạt nguồn gốc