công nghệ sản xuất bia

Đại mạch thuộc nhóm thực vật có hạt, thuộc họ lúa mì. Đại mạch có hai loại là đại mạch mùa đông và đại mạch mùa xuân, chu kỳ sinh trưởng của đại mạch là khoảng 100-120 ngày, tất cả các giống đại mạch chia ra làm hai nhóm chính là đại mạch hai hàng và đại mạch nhiều hàng. Trong công nghiệp sản xuất bia nghười ta chủ yếu dùng đại mạch hai hàng vì loại đại mạch này cho chất lượng bia cao, vị bia thơm ngon hơn loại bia được sản xuất từ đại mạch nhiều hàng. 1.1.1 Thành phần hoá học của đại mạch Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu từng vùng, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. Các chỉ số về thành phần hoá học của đại mạch là nhân tố quyết định đến chất lượng bia và để kiểm tra xem đại mạch có đủ yêu cầu về sản xuất bia không ta kiểm tra một số thành phần sau: 1.1.2.a Thành phần nước trong đại mạch Nước của đại mạch có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình tự hô hấp và tự nóng lên của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô. Bên cạnh đó thủy phần cao quá mức sẽ cho phép vi sinh vật phát triển mạnh đặc biệt là các loại sinh vật gây thối rửa hạt.Vì vậy để dễ dàng có các biện pháp bảo quản tốt đại mạch tránh bị vi sinh vật xâm nhập thì ta cần phân loại đại mạch theo hàm ẩm như sau:

Đồ án tốt nghiệp Phần 1: công nghệ sản xuất bia Chơng 1 Nguyên liệu sản xuất bia 1.1 Malt đại mạch, nguyên liệu chính trong sản xuất bia 1.1.1 Đặc tính thực vật Đại mạch thuộc nhóm thực vật có hạt, thuộc họ lúa mì. Đại mạch có hai loại là đại mạch mùa đông và đại mạch mùa xuân, chu kỳ sinh trởng của đại mạch là khoảng 100-120 ngày, tất cả các giống đại mạch chia ra làm hai nhóm chính là đại mạch hai hàng và đại mạch nhiều hàng. Trong công nghiệp sản xuất bia nghời ta chủ yếu dùng đại mạch hai hàng vì loại đại mạch này cho chất lợng bia cao, vị bia thơm ngon hơn loại bia đợc sản xuất từ đại mạch nhiều hàng. 1.1.1 Thành phần hoá học của đại mạch Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu từng vùng, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. Các chỉ số về thành phần hoá học của đại mạch là nhân tố quyết định đến chất lợng bia và để kiểm tra xem đại mạch có đủ yêu cầu về sản xuất bia không ta kiểm tra một số thành phần sau: 1.1.2.a Thành phần nớc trong đại mạch Nớc của đại mạch có ảnh hởng rất lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình tự hô hấp và tự nóng lên của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô. Bên cạnh đó thủy phần cao quá mức sẽ cho phép vi sinh vật phát triển mạnh đặc biệt là các loại sinh vật gây thối rửa hạt.Vì vậy để dễ dàng có các biện pháp bảo quản tốt đại mạch tránh bị vi sinh vật xâm nhập thì ta cần phân loại đại mạch theo hàm ẩm nh sau: Đại mạch khô: hàm ẩm W<14% Đại mạch trung bình: hàm ẩm W=14,5%-15% 1 Đồ án tốt nghiệp Đại mạch ẩm: hàm ẩm W=15,5%-17% Đại mạch ớt: hàm ẩm W>=17% Để tránh hiện tợng thối rửa hạt do hàm ẩm quá cao gây nên trớc khi nhập kho đại mạch cần sấy sơ bộ bằng cách thổi luồng khí nóng với nhiệt độ khoảng 38 0 C - 40 0 C. Cần lu ý không để nhiệt độ lên quá cao vì vậy sẽ hạn chế khả năng nảy mầm của hạt đại mạch. 1.1.2.b Thành phần tinh bột trong đại mạch Tinh bột là thành phần chiếm vị trí số một về khối lợng cũng nh về tầm quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Hơn một nửa lợng chất khô của đại mạch là tinh bột. Trong sản xuất bia tinh bột có hai chức năng là : -Là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi -Là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đờng trớc khi lên men Tinh bột có các kích thớc khác nhau và chia ra làm hai loại, loại hạt có kích thớc to, chúng có đờng kính 20-30 m à , cònloại hạt bé có kích thớc khoảng 2-10 m à . Trọng lợng riêng tinh bột khá cao khoảng 1,5-1,6; nhiệt lợng khoảng 0,27Kcal/kg. 0 C. Vì vậy trong dung dịch chúng lắng xuống rất nhanh. Tính chất này rất quan trọng trong quá trình chế biến dịch đờng. Một đặc điểm khác của tinh bột là khi hòa vào nớc và nâng nhiệt độ lên thì tinh bột sẽ hút nớc và nở ra vì vậy thể tích tinh bột tăng lên rất nhanh đến một thời điểm nhất định hạt tinh bột bị phá vỡ ra và bắt đầu hình thành dung dịch keo, hiện tợng này gọi là hiện tợng hồ hoá tinh bột. Tinh bột sau khi hồ hoá thì sẽ đờng hóa nhanh hơn và triệt để hơn. 1.1.2.c Thành phần Xenlulo trong đại mạch Xenlulo chủ yếu nằm trong vỏ trấu của đại mạch và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử xenlulo bao gồm 2000-10000 gốc đờng đơn glucoza xếp thành mạch dài xoắn lại từng chùm. Do cấu trúc nh vậy nên xenluloza đóng vai trò đặc biệt quan trong quá trình lọc dịch đờng vì lớp vỏ trấu sẽ tạo lớp màng lọc lý tởng. 1.1.2.d Thành phần Polyphenol và chất đắng 2 Đồ án tốt nghiệp Polyphenol và chất đắng tập trung chủ yếu trong lớp vỏ đại mạch. Phần lớn những hợp chất hoà tan trong bia đều là những dẫn xuất của Catechin. Những hợp chất này có những tính chất có lợi cho sản xuất bia vì nó dễ dàng kết hợp với Protit cao phân tử để tạo thành phức chất có khả năng dễ kết lắng làm tăng độ bền của keo sản phẩm. Mặt khác sự hoà tan của Polyphenol vào dung dịch đờng lại là nhân tố không tốt làm xấu đi hơng vị của bia. Để loại bỏ các chất chát Polyphenol thì ta ngâm hạt trong môi trờng kiềm nhẹ. 1.1.2.e Thành phần Vitamin và chất khoáng Đại mạch chứa trong thành phần của nó các loại Vitamin B 1 ,B 2 ,B 6 ,C và các tiền vị Vitamin khác. Tuy hàm lợng Vitamin rất ít nhng hệ Vitamin trong đại mạch đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bia vì Vitamin đóng vai trò là nhân tố điều hoà sinh trởng của mầm. Ngoài ra trong đại mạch còn có rất nhiều các chất khoáng nh P 2 O 5 ,SiO 2 , MgO, CaO, Na 2 O, Fe 2 O 3 chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất bia đặc biệt là nguyên tố Phốt pho đóng vai trò chủ yếu trong hệ hống đệm của dịch đờng. 1.1.2.f Thành phần Enzim Enzim là hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất phức tạp và giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, trong giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của nhóm Enzim rất cao, đến giai đoạn hạt chín hoạt lực của Enzim giảm một cách đáng kể và đến lúc sấy hạt đến hàm ẩm 13% thì hầu hết các hệ Enzim trở thành trạng thái liên kết, đến giai đoạn ngâm hạt thì hạt hút nớc lúc này hệ Enzim đợc giải phóng khỏi trạng thái liên kết và chuyển thành trạng thái tự do, đến giai đoạn ơm mầm thì hoạt lực của Enzim đạt đến mức tối đa nhờ đó mà đến lúc đờng hóa chúng có khả năng thuỷ phần hầu nh toàn bộ các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt thành chất chiết của dịch đờng. Ngoài ra trong đại mạch còn có chứa rất nhiều chất khác có ảnh hởng đến công nghệ sản xuất bia cũng nh chất lợng bia nh các hợp chất của Fitin, các hợp chất không có chứa N 2 và các hợp chất có chứa N 2 . 3 Đồ án tốt nghiệp Trong công nghiệp sản xuất bia, đại mạch dùng để sản xuất Malt phải có tỷ lệ nảy mầm và cờng độ nảy mầm cao (thờng tỷ lệ này chiếm khoảng 90%- 95%). Malt đại mạch là hạt đại mạch đợc nảy mầm trong những điều kiện nhân tạo có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Nhiệm vụ của qúa trình nảy mầm là tích luỹ và làm giàu hệ Enzim trong đại mạch mà không làm tiêu hao nhiều tinh bột. Sau quá trình nảy mầm, trong những điều kiện tiêu chuẩn của công nghệ, hạt đại mạch có nhiều thay đổi về thành phần hoá học. Dới tác dụng của Enzim, Hemilluloza, một số Polisacarit bị thuỷ phân tạo nên Hexoza và Pentoza để xây dựng mô và rễ lá mầm. Các Enzim Amilaza phân huỷ tinh bột (thờng có từ 5%- 10% tinh bột bị thuỷ phân ở giai đoạn này) tạo nên Glucoza, Malttoza, Maltodetim và một lợng lớn sacaroza, phần lớn các loại đờng đợc tạo nên dần dần bị tiêu hao bởi quá trình hô hấp và xây dựng tế bào mới cho mầm.Số đờng còn lại bị giữ trong Malt ở dạng tự do, hàm lợng loại đờng này rất lớn gấp 3-4 lần so với hàm lợng của chúng trong đại mạch. Vì vậy hạt malt có vị ngọt còn hạt đại mạch không có vị ngọt. Đồng thời với hoạt động của các Enzim trên, nhóm Enzim Proteinnaza cũng tăng cờng hoạt động, chúng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt, các chất cao phân tử và các hợp chất thấp phân tử nh Pepton, Peptit, các axít Amin và đ- ợc chuyển đến mầm dới dạng chất hoà tan trong nớc, song song với hiện tợng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt còn có hiện tợng ngợc lại là tổng hợp chất đạm mới. Đến cuối giai đoạn nảy mầm trong hạt đại mạch có khoảng 35%-41% đạm hoà tan, lợng Nitơ Amin sau thời kì nảy mầm có khi lên tới sáu lần so với lúc ban đầu. Nh vậy Malt đại mạch dùng trong sản xuất bia có nhiều u điểm nh đã qua quá trình nảy mầm, nên một phần tinh bột trong đại mạch đã đợc thuỷ phân và cắt ngắn bớt mạch tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu đờng hoá sau này. Đặc biệt là quá trình nảy mầm không chỉ đa các Enzim có sẵn trong hạt đại mạch từ trạng thái tự do, có hoạt tính cao mà tạo nên hàng loạt các Enzim mới . 1.2 Tiểu mạch 4 Đồ án tốt nghiệp Hạt tiểu mạch gần giống hạt đại mạch về thành phần chất, chỉ một điều khác là hạt tiểu mạch không có lớp vỏ trấu. Hạt tiểu mạch chiếm 60%-65% tinh bột; 2,5%-3% Saccaroza; 2,5% Glucoza; 12%-13%Protein;1,5%-2% chất béo ., khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nớc thì protein của chúng dễ dàng tham gia vào quá trình Hydrat hoá tạo thành phức chất keo tụ. Phức chất này rất dai dẻo và có thể chuyển thành dạng sợimột cách dễ dàng. 1.3 Ngô Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay thế Malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục và sử dụng dới dạng bột đã nghiền nhỏ. Nhng có một trở ngại lớn khi đa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm lợng chất béo nhiều,nên làm cản trở quá trình lọc và làm giảm độ bền keo cũng nh tăng khả năng tạo bọt của bia, vì vậy để sử dụng loại cốc này một cách có hiệu quả thì trớc lúc đa vào chế biến dịch đờng, ngô phải qua một giai đoạn tách phôi và vỏ, để làm đợc việc này ta ngâm ngô vào trong nớc ấm 50 0 C có chứa SO 2 ở nồng độ 0,1-0,2%. Thời gian ngâm khoảng 30giờ-50giờ với mục đích làm hạt ngô mềm ra để khi tách phôi hạt ngô đợc nguyên vẹn. Khí SO 2 là tác nhân vừa ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật, vừa có tác dụng làm cho màng Protein bị trơng lên, phân rã ra và khuếch tán vào dung dịch. 1.4 Thóc nguyên lỉệu thay thế chính trong công nghệ sản xuất bia 1.4.1 Đặc trng chung của thóc Cây lúa là cây lơng thực chính của gần nửa dân số thế giới, đặc biệt đợc trồng nhiều ở các nớc vùng Đông Nam á. Sản lợng thóc trên toàn thế giới tập trung chủ yếu ở Châu á . Năm 1991 tổng sản lợng thóc trên toàn thế giới là 521,4 triệu tấn thì sản xuất 478,6 triệu tấn, Châu Phi 12,3 triệu tấn và châu đại dơng 0,8 triệu tấn. Việt nam mấy năm gần đây sản lợng lúa tăng lên đáng kể và sản lợng xuất khẩu ngày càng tăng. Lúa là cây a ẩm và ấm nên trồng nhiều ở châu thổ, các vùng nhiệt đới và ôn đới. 1.4.2 Cấu tạo và tính chất của hạt thóc Cấu tạo của hạt thóc bao gồm vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt,lớp Alơrông,nội nhũ và phôi. Tuỳ thuộc vào giống lúa và điều kiện phát triển của cây lơng thực mà 5 Đồ án tốt nghiệp vỏ trấu của hạt thóc dao động trong khoảng lớn 10%-33% trọng lợng toàn hạt. bình thờng thành phần vỏ trấu chiếm 17%-22%. Vỏ quả của hạt thóc rất mỏng gồm nhiều các tế bào vàng đục và nâu hồng. Nội nhũ của hạt thóc phụ thuộc vào loại giống và điều kiện phát triển mà có màu trắng hoặc màu đục. Độ trắng trong của hạt không phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Hạt thóc có kích thớc nhỏ hơn hạt đại mạch, trọng lợng của hạt thóc khoảng 15-35 g, còn trọng l- ợng hạt đại mạch 30-35 g. Lớp Alơrông của hạt thóc chỉ là một lớp tế bào còn lớp Alơrông của đại mạch có 4 lớp tế bào. 1.4.3 Thành phần hoá học của hạt thóc 1.4.3.a Các chất Gluxit Gluxit ở trong gạo chủ yếu dới dạng tinh bột và chiếm khoảng70%-80% trọng lợng gạo. Tinh bột gạo tẻ chứa 17% Amilaza và 83% amilopectin. Tinh bột gạo có kích thớc nhỏ nhất so với các loại tinh bột của các câykhác.Nhiệt độ hồ hoá tinh bột thay đổi từ 75-85 0 C phụ thuộc vào loại gạo và điều kiện canh tác. 6 Đồ án tốt nghiệp 1.4.3.b Các chất chứa Nitơ Hàm lợng protein trong gạo là 6%-8%. Thành phần protein của gạo chủ yếu là Gluxit, Protein, trong gạo chứa 18 axit Amin mà trong đó có nhiều axit Amin không thay thế. 1.4.3.c Các chất tro, Vitamin và Lipit trong gạo Chất tro chủ yếu tập trung ở vỏ quả và vỏ hạt và chủ yếu là Phốtpho, th- ờng ở dạng liên kết của phitin, Nucleprotein. ở trấu chất tro chủ yếu là Oxit Silic. Ngoài ra,trong thóc có chứa nhiều Vitamin nhóm B, chủ yếu ở phôi và vỏ. So với các loại ngũ cốc khác thì thì chất béo trong thóc rất ít chỉ khoảng 1%- 2%. Những đặc tính của gạo khác với đại mạch có tá dụng đến quá trình nấu bia là tinh bột của gạo bền hơn tinh bột của đại mạch khi bị Amilaza tác dụng. Trong thời gian thuỷ phân 4 giờ ở nhiệt độ 65 0 C dới tác dụng của Amilaza tinh bột gạo thuỷ phân 31,3% còn tinh bột đại mạch thuỷ phân 96,3%. Để thuỷ phân đợc tốt thì tinh bột gạo cần đợc hồ hoá và đờng hoá tốt. Về thành phần hoá học, gạo có hàm lợng tinh bột lớn nên dịch chiết nhiều. Nhng trong gạo hàm lợng hợp chất Nitơri nhiều nên trong nấu bia cần có những biện pháp thích hợp. 1.5 Hoa Hublông Hoa Hublông là nguyên liệu cơ bản, rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Hoa Hublông làm bia có vị đắng dịu, hơng thơm rất đặc trng, làm tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và làm ổn định độ bền sinh học của sản phẩm, do những đặc tính đặc biệt nh vậy nên hoa Hublông luôn giữ vai trò duy nhất về tạo mùi cho bia trong công sản xuất bia. Thành phần hoá học của hoa Hublông phụ thuộc vào chủng loại giống , điều kiện khí hậu, đất gieo trồng, kỹ thuật canh tác Thành phần hoá học của hoa Hublông bao gồm: Nớc : 11%-13%; Protêin: 15%-21%; Xenlulôza: 12%-14%; 7 Đồ án tốt nghiệp Chất khoáng: 5%-8%; Tinh dầu thơm: 0,3%0-1%; Hợp chất khác: 26%-28%; Trong các phành phần chính đợc nêu ra ở trên có trị nhất là chất đắng và tiếp theo là tinh dầu thơm. 8 Đồ án tốt nghiệp chơng 2 quy trình công nghệ sản xuất bia Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, là sản phẩm của quá trình lên men rợu ở nhiệt độ thấp dịch đờng lấy từ Malt, gạo và các loại hạt giàu tinh bột và protein . nh Ngô, Tiểu mạch. Bia có hàm lợng cồn từ 1,7%- 7% và khoảng 0,3%-0,5% khí CO 2 tính theo trọng lợng, đây là hai sản phẩm th- ờng trực của hai quá trình lên men dịch đờng đã Hublông hoá. Công đoạn sản bia nói chung đi theo những bớc chính sau: Hình 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia Quy trình sản xuất bia Ban đầu Malt đem đi nghiền nhằm tạo những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển các biến đổi lí, sinh hoá trong quá trình đờng hoá, nhằm làm thế nào để thu đợc lợng chất hoà tan lớn nhất. Vì thế thiết lập một diều kiện thích hợp về mối quan hệ giữa nớc và những thành phần của hạt Malt là một điều rất quan trọng và thực hiện đợc quá trình này thì sẽ giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt hơn đồng thời quá trình hình thành chất hoà tan có hiệu quả nhất.Với ý nghĩa nh vậy Malt cần thiết phải nghiền mịn. Mức độ nghiền thích hợp của Malt phụ thuộc vào cấu trúc của nó tức là phụ thuộc vào độ nhuyễn của hạt. Nếu Malt 9 Malt Nấu dịch Malt(Đường hoá) Lọc Nấu dịch Malt với hoa hulông Lọc Lên men và tàng trữ Lọc Chiết chai Thanh trùng Bia chai thành phẩm Hoa hu lông Bia hơi Đồ án tốt nghiệp kém nhuyễn thì chế độ nghiền mịn với nội nhũ là cần thiết để thu nhận đợc hàm lợng chất chiết lớn nhất. Còn nếu Malt có độ nhuyễn tốt thì mức độ nghiền có thể thô hơn. Mức độ nghiền còn phụ thuộc vào thiết bị và phơng pháp lọc bã. Nếu lọc bã bằng phơng pháp dùng máy lọc ép khung bản thì ta có thể nghiền ở mức độ mịn hơn, còn nếu lọc bã bằng thùng lọc đáy bằng thì mức độ nghiền Malt phải thô hơn. Malt sau khi đợc nghiền đợc chuyển đến công đoạn đờng hoá nguyên liệu nghiền. Mục đích của quá trình đờng hoá là nhằm chuyển về dạng hoà tan tất cả những chất có phân tử lợng cao nằm dới dạng không hoà tan của bột Malt, chúng sẽ cùng với chất hoà tan trong tinh bột tạo thành chất chiết của dịch đ- ờng. Trong trong Malt thờng có sẵn 15% chất không hoà tan điều này nói lên rằng phần lớn chất trong Malt ở dạng không hoà tan. Thông thờng hiệu suất chất hoà tan trong dịch đờng là từ 75%- 78% chất khô của Malt, nghĩa là trong quá trình đờng hoá hàm lợng chất hoà tan sẽ tăng từ 60%-63%. Sự phân cắt các chất hữu cơ phức tạp trong Malt là kết quả của sự tác dụng của hệ thống men sẵn có trong Malt. Thực chất của các quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dới xúc tác của Enzim, trong thành phần sản phẩm thuỷ phân chiếm nhiều nhất về khối lợng là là đờng và Dextrim. Vì lý do này mà ta gọi toàn bộ quá trình thuỷ phân ở giai đoạn này là bằng tên gọi đơn giản là quá trình đờng hoá. Cháo Malt sau khi nấu xong đợc đa sang công đoạn lọc dịch đờng. Cháo Malt sau khi đờng hoá xong gồm hai phần: Phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hoà tan của bột và phần loãng là dung dịch nớc chức năng tất cả những chất hoà tan của Malt, ta gọi là dịch đờng. Mục đích của quá trình lọc là nhằm tách phần lỏng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trng của cháo Malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn.Trong quá trình lọc những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. điều này có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc. Quá trình lọc cháo Malt tiến triển theo hai giai đoạn. Giai đoạn tách phần dịch đờng ra khỏi phần đặc, và giai đoạn thu hồi những phần hoà tan còn bám ở 10