NGHIÊN cứu sản XUẤT BIA có độ cồn THẤP

Bia không cồn được sản xuất dựa trên một số phương pháp cơ bản hoặc là sự kết hợp của các phương pháp đó, về cơ bản có thể chia thành 4 nhóm như sau: • Phương pháp hạn chế sự tạo thành đ

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BIA CÓ ĐỘ CỒN THẤP ( DƯỚI 0,5%)

A Phần mở đầu

1 Lí do chọn đề tài

Bia là một loại thức uống có giá trị dinh dưỡng cao Bia được xem là thức uống bổ dưỡng vì có nhiều chất đường, đạm, béo và men Ngoài ra, trong bia có 90% là nước, tiếp đó là mạch nha (hay còn gọi là malt) và từ 16% đến 19% là phân

tử dễ hòa tan Men bia là thành phần chính để sản xuất ra bia

Nhiều nghiên cứu khoa học gần đây đã xác nhận bia có nhiều ích lợi với sức khỏe tinh thần nếu sử dụng bia ở mức độ hợp lý:

+ Những vitamin B6 được tìm thấy trong bia giúp ngăn ngừa sự phát triển của các homocysteine - một acid amin có liên quan đến bệnh tim Thực tế, có quá nhiều homocysteine trong cơ thể sẽ khiến bạn dễ bị bệnh về mạch máu và tim mạch

+ Uống bia làm tăng mức độ lipoprotein lên cao, đồng thời chúng cũng tăng cholesterol tốt, làm giảm nồng độ insulin trong cơ thể Điều này rất tốt để tránh bị tiểu đường vì nó làm giảm cơ hội phát triển bệnh

+ Giảm mất ngủ, chống ung thư, giảm cholesterol,

Bia đã trở thành một loại thức uống phổ biến trong cuộc sống Đặc biệt là trong các dịp lễ tết, họp mặt bạn bè, gia đình ở Việt Nam

Nhưng trong bia có độ cồn khá cao nên không phải ai cũng có thể sử dụng được sản phẩm này Cồn làm ảnh hưởng đến sức khỏe và thần kinh Nên các công việc cần sự tập trung như lái xe, vận động viên, không thể sử dụng rượu bia được Đặc biệt là đối tượng phụ nữ vì độ cồn trong bia dễ làm ảnh hưởng đến họ

Tại Việt Nam, trong thời gian qua, những quy định về an toàn khi điều khiển phương tiện giao thông đang ngày một gắt gao thì rõ ràng, một thị trường cho sản phẩm bia không cồn có lợi cho sức khỏe là hoàn toàn khả thi và việc này sẽ giúp

Bia không cồn hay có độ cồn thấp là loại bia chứa hàm lượng cồn rất nhỏ, tùy theo tiêu chuẩn từng nước mà hàm lượng cồn có trong loại bia này khác nhau Thời gian qua, bia không cồn đã được nhập khẩu vào Việt Nam, bán với giá khá đắt, nhưng chưa được người tiêu dùng Việt Nam ưa thích vì hương vị không phù hợp

Ngày nay do nhu cầu của con người ngày càng tăng Thì nghiên cứu sản xuất loại bia không cồn có giá thành và hương vị phù hợp với thị trường việt Nam sẽ góp phần làm phong phú thêm thị trường đồ uống Việt Nam, phục vụ cho nhiều đối tượng hơn Góp phần khai thác tối đa giá trị dinh dưỡng của loại đồ uống này

2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu.

2.1 Mục đích

Sản xuất ra loại bia có độ cồn thấp ( dưới 0,5%) có giá thành và hương vị phù hợp với thị trường Việt Nam, phục vụ được cho nhiều đối tượng

2.2 Mục tiêu:

+ Giữ lại được các chất dinh dưỡng của bia

+ Giảm độ cồn của bia xuống dưới 0,5%

+ Giữ được hương vị truyền thống của bia

+ Sử dụng thấp chi phí nhất có thể để gia thành phù hợp

+ Sản xuất ra sản phẩm mẫu mã đẹp, đạt chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm

3 Đối tượng nghiên cứu.

Bia có độ cồn thấp

4 Ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học.

Là sản phẩm được ưa chuộng trên thế giới

Thích hợp cho nhiều đối tượng sử dụng

Cung cấp dinh dưỡng cho con người

Là loại thực phẩm mới đã và đang được nghiên cứu trên thị trường Việt Nam

5 Phạm vi nghiên cứu.

Trong phòng thí nghiệm khoa “ Công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học” Thời gian: Từ 5 đến 6 tháng

6 Phương pháp nghiên cứu.

6.1 Phương pháp quan sát.

Đối tượng:

+ Những nghiên cứu trước đó

+ Thị hiếu của người tiêu dùng

Phương pháp quan sát :

+ Quan sát trực tiếp

+ Ghi chép lại kết quả quan sát

6.2 Phương pháp điều tra phỏng vấn.

Đối tượng:

+ Giảng viên

+ Thị hiếu của người tiêu dùng

Phương pháp điều tra:

+ Phỏng vấn trực tiếp

+ Lập bản điều tra

6.3 Phương pháp thực nghiệm.

Phương pháp hạn chế sự tạo thành đường có khả năng lên men trong quá trình đường hóa

Phương pháp hạn chế sự tạo thành cồn trong quá trình lên men

Phương pháp tác động vào sản phẩm sau quá trình lên men

Các phương pháp khác

6.4 Phương pháp phân tích rút kinh nghiệm.

B Phần nội dung

Chương 1 : Cơ sở lí thuyết của đề tài.

Quá trình sản xuất bia không cồn bắt đầu giống bia truyền thống Thực tế nó là

sự lặp lại của toàn bộ các bước, từ việc nghiền đại mạch, nấu bia, cho thêm hoa bia (hoa houblon) và thậm chí cả lên men Nhưng trong khi bia có cồn sẽ được đóng chai ngay khi quá trình trên kết thúc, thì bia không cồn sẽ phải bắt đầu quá trình loại

bỏ cồn

Công nghệ sản xuất bia độ cồn thấp nói chung và bia không cồn nói riêng có những khác biệt so với công nghệ sản xuất các loại bia thông thường

Bia không cồn được sản xuất dựa trên một số phương pháp cơ bản hoặc là sự kết hợp của các phương pháp đó, về cơ bản có thể chia thành 4 nhóm như sau:

• Phương pháp hạn chế sự tạo thành đường có khả năng lên men trong quá trình đường hóa

• Phương pháp hạn chế sự tạo thành cồn trong quá trình lên men

• Phương pháp tác động vào sản phẩm sau quá trình lên men

• Các phương pháp khác

Thuộc tính của sản phẩm:

Thành phần dinh dưỡng và chất lượng: Phần lớn những chất hòa tan của Bia gồm những chất đi vào dịch đường trong quá trình nấu là đường và Protid hoặc những sản phẩm do phân hủy của chúng, và chất hòa tan chủ yếu là:

+ Maltoza, Glucoza, Fructoza, Hydrat cacbon, Dextrin, các protid và sản phẩm phân hủy của nó như: Allumaza, Peptin, Peptid, Acid amin

+ Các chất khoáng có muối Kali, Natri, Phốt pho, Canxi, Mangan

+ Một số hữu cơ có ta min, Vitamin (B1, B2, B5, B8, B12 )

+ Các chất đạm, CO2 ở dạng tự do và liên kết

+ Ngoài ra trong bia còn có các chất hòa tan khác được hình thành trong quá trình lên men như Acid lactic, Glyxerin, , sự tập hợp này đem lại cho bia có giá trị dinh dưỡng lớn và giá trị thực phẩm lớn

Ngoài CO2 còn có chất đắng của hoa Houblon và mùi thơm của hoa đem đến cho bia có một giá trị cảm quan khá tốt Các chất hòa tan trong bia rất dễ dàng và hầu như cơ thể đều sử dụng được (khoảng 95%) Thêm vào đó bia còn chứa chất kích thích làm tăng khả năng tiêu hóa của dạ dày, nó giúp cho sự trao đổi chất trong

cơ thể tốt, kết quả làm tăng hệ số sử dụng thức ăn trong cơ thể

Hương vị, màu sắc, mùi, độ trong, độ bền bọt, chất lượng đóng gói, hình thức của bia khi được rót ra ly

Chương 2: Cơ sở khoa học của đề tài.

2.1 Phương pháp hạn chế sự tạo thành đường có khả năng lên men trong quá trình đường hóa.

Paul R Witt đề xuất giải pháp tạo ra bia có nồng độ cồn thấp, quá trình đường hóa được thực hiện ở nhiệt độ 78 – 80oC trong thời gian 30-60 phút với sự tham gia của các chế phẩm enzym alpha-amylase và xellulase để giảm độ nhớt của dịch đường Bia sau lọc cần phải được pha loãng với nước đã loại khí và axit hóa để tạo

ra thành phẩm chứa không nhiều hơn 0,5% cồn

Patent US5384135A_2 của Henri J.J Caluwaerts đề xuất quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp, trong đó quá trình đường hóa được thực hiện ở 74-76 °C trong khoảng thời gian từ 35-50 phút nhằm khống chế lượng đường có khả năng lên men đến mức 50% so với hàm lượng chất khô của dịch đường Sau đó cồn tiếp tục được tách ra khỏi bia bằng phương pháp bay hơi dưới áp suất cao bởi CO2 và nhiệt

độ bia nằm trong khoảng 50-65 °C

Phương pháp đường hóa ở nhiệt độ cao 76oC nhằm giảm hàm lượng đường có khả năng lên men cũng được thể hiện trong công trình của Kabzev

Satoshi Sekibata và các đồng tác giả đã ứng dụng α-glucozidase trong quá trình đường hóa nhằm chuyển hóa các đường lên men thành dạng không lên men và bằng cách đó giảm hàm lượng cồn trong bia thành phẩm

2.2 Phương pháp hạn chế sự tạo thành cồn trong quá trình lên men.

2.2.1 Sử dụng chủng nấm men đặc hiệu hoặc chủng nấm men biến đổi gen.

So sánh với các chủng nấm men bình thường, đặc điểm của chủng nấm men đặc hiệu hoặc chủng nấm men biến đổi gen là tự bản thân chúng có những khác biệt trong đặc điểm di truyền so với các chủng nấm men bình thường Điều đó làm nên

sự khác biệt trong khả năng đồng hoá các nguồn dinh dưỡng cacbon từ môi trường dịch đường và kết quả là chúng có khả năng tạo ra hàm lượng cồn thấp trong dịch lên men

Bằng phương pháp đột biến nhân tế bào người ta đã tạo ra các chủng nấm men đột biến như Saccharomyces cerevisiae JS10-3C; S cerevisiae JS164; S cerevisiae E2, S cerevisiae EF2, S cerevisiae W303; S cerevisiae 3Cx9b

2.2.2 Phương pháp lên men ở nhiệt độ thấp.

Khi nấm men tiếp xúc với dịch đường tại -1oC một số aldehid được tạo ra trong quá trình sản xuất malt sẽ bị khử, nồng độ của các axit béo mạch dài bị giảm Trong khi đó nồng độ của vitamin, axit nucleic và một số thành phần vi lượng được giữ gần như là không đổi, bia giữ được mùi thơm đặc trương Phương pháp này cần

bổ sung tỷ lệ nấm men lớn và thời gian lên men kéo dài

Fritz Schur đề xuất quy trình sản xuất đồ uống lên men không cồn bằng cách cho dịch đường có nồng độ chất khô nằm trong khoảng từ 7,0 đến 7,5% trọng lượng tiếp xúc với nấm men ở nhiệt độ thấp, thường là -0,4°C hoặc thấp hơn

Nick J Huige và các đồng tác giả đề xuất quy trình sản xuất bia chứa ít hơn 0,5% cồn theo phương pháp tiếp xúc lạnh, dịch đường với hàm lượng đường ít nhất

là 14% trọng lượng được tiếp xúc với nấm men ở nhiệt độ nằm trong khoảng từ 38°F (3,3 °C) đến 45°F (7,2 °C) trong khoảng thời gian từ 5 đến 10 giờ

Theo cách khác, Cameron R Murray và các đồng tác giả đề xuất quy trình lên men bia bao gồm bước axit hóa dịch đường trước khi lên men có hàm lượng đường nằm trong khoảng từ 12 đến 20 độ Plato bằng axit thực phẩm đến độ pH nằm trong

khoảng từ 4,0 đến 4,6; điều chỉnh bước lên men theo lượng nấm men và nhiệt độ tiếp xúc từ 0 đến 7°C trong khoảng thời gian từ 10 đến 30 giờ, bia thành phẩm được

bổ sung các chất thơm và pha loãng với nước để tạo thành đồ uống không cồn từ malt

Theo Patent GB1309338A (Switzerland), quá trình sản xuất bia có độ cồn thấp sử dụng malt sáng màu, phương pháp lên men thường với nhiệt độ tối ưu ở nhiệt độ

4-8°C đến khi đạt độ lên men thực 40-70% dịch chiết, thời gian lên men là 2-5 ngày

2.2.3 Phương pháp tác động vào quá trình lên men khi nồng độ cồn đạt đến mức yêu cầu.

Để sản xuất bia độ cồn thấp theo phương pháp này, dịch lên men có nồng độ chất khô ban đầu 9 – 11% Trong quá trình lên men khi hàm lượng cồn tạo thành đạt 0,5%V thì tiến hành đình chỉ quá trình lên men bằng cách ly tâm tách loại nấm men Sau đó bia được tàng trữ cho lên men phụ ít nhất 10 ngày tại 0-1oC để tránh mùi đậm của các hợp chất sunfua Cuối cùng, bia được đem lọc, bão hòa CO2 và thanh trùng

2.2.4 Ứng dụng kỹ thuật cố định tế bào nấm men.

Kỹ thuật này đã được ứng dụng vào sản xuất tại nhà máy bia Bavaria tại Đức năm 1988, bia không cồn được sản xuất bằng phương pháp cố định tế bào nấm men trong thiết bị phản ứng Dịch đường trước khi lên men được xử lý bằng axit, chảy liên tục qua 5 thiết bị được lắp nối tiếp, tốc độ dòng dịch đường đi qua mỗi thiết bị

là 5-20 hl/giờ Sau 48-60 giờ tạo ra sản phẩm bia có độ cồn 0,1%V

Domeny Zoltan và các cộng sự lên men bằng chủng nấm men biến đổi gen áp dụng công nghệ cố định nấm men Bia có độ cồn thấp được sản xuất từ chủng nấm men đột biến không tổng hợp các enzyme vòng acid citric Các nấm men này được

cố định vào pectate canxi Quá trình lên men được tiến hành ở 5-35°C với nồng độ oxy hòa tan có thể tới 20mg/l

Phương pháp cố định nấm men còn được Heikki Lommi và các đồng tác giả công bố trong patent Patent EP0424794A2; chất mang thích hợp nhất là các siêu sợi diethylaminoethylene cellulose (DEAD-cellulose) được kết hợp với polystyrene

2.3 Phương pháp Tác động vào sản phẩm sau quá trình lên men.

2.3.1 Loại cồn bằng màng lọc

Quá trình phân tách cồn bằng màng phổ biến là phương pháp thẩm thấu ngược Nguyên lý để loại cồn ra khỏi bia bằng thẩm thấu ngược là bia được pha loãng với nước và bơm liên tục hoặc từng mẻ vào môđun phân tách Quá trình này tiếp tục cho đến khi bia thành phẩm đạt được hàm lượng cồn mong muốn Tuy nhiên để loại được bia có hàm lượng cồn < 0,5% thì chu kỳ thẩm thấu ngược kéo dài và giá bia thành phẩm tương đối cao

2.3.2 Loại cồn bằng nhiệt

a Phương pháp chưng cất chân không.

Theo phương pháp này bia được loại cồn bằng cách chưng cất tại nhiệt độ 45oC dưới áp suất thấp Bia được đi qua thiết bị trao đổi nhiệt đến 45oC sau đó được đưa qua thiết bị tách loại hương thơm dưới áp suất thấp Các chất tạo hương có nhiệt độ bay hơi thấp sẽ bị bay hơi trước và được ngưng tụ và giữ lại để phối hương cho sản phẩm cuối cùng Tiếp đó bia được cất loại cồn tại áp suất thấp và nhiệt độ 40oC Cuối cùng, bia được làm lạnh đến nhiệt độ 0-2oC và phối lại hương

b Phương pháp bay hơi chân không

Bia được nâng nhiệt đến nhiệt độ 30oC trong thiết bị trao đổi nhiệt đặc biệt Tiếp theo chúng được nâng nhiệt từ từ tại thiết bị bay hơi thứ nhất Cồn bốc hơi được

đi qua hệ thống giảm áp suất và đi ra ngoài Bia được giữ lại còn nhiều cồn tiếp tục được đốt nóng ở thiết bị bay hơi thứ hai đến nhiệt độ tối đa là 38-40oC, phần hơi cồn còn lại được loại đi Quy trình lặp lại lần thứ ba tại thiết bị bay hơi được giữ ở 33-35oC và tiếp tục cho đến khi đạt hàm lượng cồn mong muốn Trong phương pháp cất loại cồn các chất tạo hương như ester, aldehit, các rượu bậc cao cũng bị mất làm cho sản phẩm bị mất đi hương vị đặc trưng ban đầu Do đó để

hoàn thiện sản phẩm cần bổ sung thêm nước bão hòa CO2 đến khối lượng ban đầu và tiến hành phối hương bia của các hãng như: New Zealand, English Hop Produce theo 1 tỷ lệ thích hợp

2.3.3 Tách cồn bằng chất hấp phụ

Didier Anglerot trình bày phương pháp cho bia tiếp xúc với chất hấp phụ thể rắn dùng để tách cồn ra khỏi bia, có cấu tạo từ zeolite kỵ nước, trong đó tỷ lệ các phân tử Si/Al không nhỏ hơn 12

2.4 Các phương pháp khác.

Bia thu được bằng phương pháp chế biến thông thường được tiến hành pha loãng với nước có ga (nước bão hòa CO2) để giảm nồng độ cồn, sau đó bổ sung thêm chất phụ gia, bao gồm các axit, sacharide, chất tạo hương, chất tạo vị, chiết xuất mạch nha

Một số nhà nghiên cứu đã sử dụng ngũ cốc khác dùng làm nguyên liệu thay thế một phần malt đại mạch: Xinda Qian sử dụng đậu tương , Navarro Ceballos Mariano sử dụng ngô , Hertel Marcus sử dụng smoked malt

Chương 3 : Các phương pháp thực hiện.

3.1 Sử dụng enzyme xelllulaza chịu nhiệt cao và nước đã tách khí , tinh bột thủy phân và acid hóa.

Trước tiên malt đại mạch được nấu cùng thời gian với enzyme αamylaza, sau

đó cho thêm enzyme xellulaza chịu nhiệt cao vào nấu thêm một thời gian nữa ở nhiệt độ 78-80℃ Sau khi nấu dịch nha được tách ra khỏi nồi nấu và lên mên bằng nấm men

Sau khi lên men, toàn bộ dịch và malt được bổ sung thêm tinh bột thủy phân

có chỉ số DE thấp, tiến hành lọc và sử lý bằng hoa houblon và malt Cuối cùng dịch bia được pha loãng với nước đã tách khí sao cho nồng độ bằng 0,5% theo thể tích

3.2 Sử dụng khí để đuổi cồn.

Có thể dùng không khí để đuổi cồn mà CO2 trong không khí không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Ngoài không khí có thể dùng CO2 hoặc khí trơ.Xử lí đuổi cồn được thực hiện ở 15-50℃ tốt nhất là trong khoảng 25-35℃ Phương pháp kéo dài ít nhất một phút cho đến khi đạt được độ cồn mong muốn

Sử dụng hơi bão hòa để đuổi cồn Hơi này được dẫn vào để hấp thu cồn từ bia mà không hấp thu nước và các chất tạo giá trị cảm quan

Việc loại bỏ cồn là nguyên nhân chính gây ra sự tổn thất mùi vị trong bia Do

đó cần bổ sung một số chất phụ gia làm nâng chất lượng cảm quan của bia Krausen là một chất nâng cao mùi vị thích hợp Nó là một dịch nha có mức độ lên men nhẹ, mức độ lên men trung bình từ 1-35% Trong phương pháp này krausen được sử dụng với mức độ lên men từ 4-25% Thích hợp nhất là từ 6-8%

3.3 Sử dụng nấm men đột biến ADH- âm.

Giống nấm men không có enzyme alcohol dehydrogenaza được sử dụng là

Saccharomyces cerevisiae ADH âm, ADH 1- không lại giống Trong quá trình

trao đổi chất kị khí của nấm men biến đổi gen được sử dụng Hàm lượng

acetaldehyt được tạo ra tăng lên trong suốt quá trình lên men Acetaldehyt là chất độc cho tế bào và nấm men chỉ chịu đựng được ở một mức nào đó Khi lượng acetaldehyt tích lũy lớn trong tế bào hoặc trong cơ chất lên men thì khả năng lên men của nấm men bị suy yếu

Do đó quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của acetaldehyt Cơ chất của quá trình lên men được bơm vào liên tục hay gián đoạn sao cho acetaldehyt bị loại bỏ theo dòng khí Nếu quá trình nạp khí có cường độ lớn thì acetaldehyt có thể bị loại bỏ bằng cách nạp khí mỗi ngày một lần từ

15-20 phút