Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bia hương hoa quả

Ngoài hương liệu thì thành phần chất tạo vị là các loại đường bổ sung và axít citric cũng cần được nghiên cứu lựa chọn sao cho phù hợp, mục tiêu là sản phẩm được người tiêu dùng ưa thích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Viết Công

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM

BIA HƯƠNG HOA QUẢ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1 TS Phạm Anh Tuấn

2 PGS TS Hồ Phú Hà

Hà Nội - 2017

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN 12

1.1 Bia phối trộn hương hoa quả 12

1.1.1 Cơ sở thực tiễn 12

1.1.2 Thị trường bia mix trong và ngoài nước 13

1.1.3 Đặc điểm của bia phối trộn đang có trên thị trường 16

1.1.4 Cơ sở lý luận hình thành ý tưởng tạo sản phẩm 17

1.1.5 Công nghệ sản xuất bia phối trộn 18

1.2 Quá trình sản xuất bia nền 21

1.2.1 Quá trình nấu bia 21

1.2.2 Lên men bia 22

1.3 Lọc bia và sự ổn định của bia 23

1.3.1 Cơ sở của quá trình lọc bia 23

1.3.2 Pha bia và bổ sung thành phần nguyên liệu 23

1.3.3 Ổn định keo của bia 24

1.3.4 Chất ổn định trong sản xuất bia 26

1.4 Chiết bia và thanh trùng bia 29

1.4.1 Chiết bia 29

1.4.2 Thanh trùng 30

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Nguyên vật liệu 32

2.2 Phương pháp công nghệ 32

2.3 Các phương pháp phân tích 35

2.3.1 Phương pháp phân tích hóa lý 35

2.3.2 Phương pháp phân tích vi sinh vật 35

2.3.3 Phương pháp cảm quan 35

2.4 Bố trí thí nghiệm 40

2.4.1 Thí nghiệm xác định công thức phối trộn 40

2.4.2 Các thí nghiệm nhằm ổn định chất lượng bia 42

2.5 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu 44

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Nghiên cứu xác định công thức phối trộn 45

3.1.1 Sưu tập mẫu, phân tích đánh giá các mẫu bia tương tự trên thị trường 45

3.1.2 Đặc tính của sản phẩm cần phát triển 49

3.1.3 Sản xuất bia nền và xác định tỷ lệ phối trộn nguyên liệu phù hợp 50

3.2 Hoàn thiện quy trình công nghệ để ổn định chất lượng bia 55

3.2.1 Nghiên cứu sử dụng Silicagel nâng cao thời gian bảo quản bia 55

3.2.2 Ảnh hưởng của polyvinyl polypyrrolidone (PVPP) đến chất lượng bia 58

3.2.3 Nghiên cứu bổ sung chất chống oxy hóa natri metabisunfite 60

3.2.4 Nghiên cứu lựa chọn chế độ thanh trùng phù hợp 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu nêu trong Luận văn là trung thực, có nguồn gốc

rõ ràng Những kết luận khoa học của Luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

EBC European brewery convention Hiệp hội bia châu Âu

Habeco Hanoi Beer Alcohol and

Beverage corporation

Tổng Công ty cổ phần Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội

PVPP Polyvinyl polypyrrolidone Polyvinyl polypyrrolidone QDA Quantitative Descriptive Analysis Phép thử mô tả

Bảng 2.4: Cơ cấu nguyên liệu thí nghiệm bổ sung vị sản phẩm 42 Bảng 2.5: Nguyên liệu thí nghiệm xác định tỷ lệ bổ sung hương 42

Bảng 3.1: Bảng kết quả phân tích hóa lý một số loại bia hương hoa

Bảng 3.3: Một số chỉ tiêu hóa lý của bia sau lên men 51 Bảng 3.4: Một số chỉ tiêu hóa lý của bia sau phối trộn tạo vị 53 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của silicagel đến các chỉ tiêu hóa lý của bia 56 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của PVPP đến các chỉ tiêu hóa lý của bia 59 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của độ thanh trùng đến chất lượng vi sinh của

Hình 1.6: Thị phần của các dòng bia hương hoa quả tại thị trường

Hình 1.7: Một số sản phẩm bia hương hoa quả của Beck’s 17 Hình 1.8: Một số sản phẩm bia hương hoa quả của V+ 17

Hình 1.15: Cơ chế hấp thụ của PVPP lên polyphenol 27 Hình 3.1: Tổng hợp đặc tính của các sản phẩm trên thị trường 47

Hình 3.4: Tỷ lệ chủng loại bia phối trộn hương hoa quả 54 Hình 3.5: Ảnh hưởng của silicagel đến thời gian bảo quản của bia 57 Hình 3.6: Ảnh hưởng của silicagel đến độ bền bọt của bia 58

Hình 3.7: Ảnh hưởng của PVPP đến thời gian bảo quản của bia 59

Hình 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng chất chống oxy hóa đến chất

Hình 3.9: Ảnh hưởng của độ thanh trùng đến giá trị cảm quan của bia 64

Ở Việt Nam chưa có nhà sản xuất bia nào nghiên cứu và cho ra đời sản phẩm bia phối trộn hương hoa quả, trên thị trường chỉ xuất hiện các sản phẩm được nhập khẩu từ Châu Âu, sản phẩm chỉ được một nhóm nhỏ người tiêu dùng ở thành thị

biết đến Chính vì vậy mà tôi chọn đề tài "nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bia hương hoa quả"

2 Mục tiêu của đề tài

Tìm được công thức phối trộn phù hợp để sản xuất bia phối trộn hương hoa quả

và hoàn thiện quy trình công nghệ để ổn định chất lượng bia

3 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Trong quá trình thực hiện luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu cơ bản như phương pháp công nghệ, phương pháp phân tích hóa lý và vi sinh, các

phương pháp phân tích cảm quan, tổng hợp và so sánh Trong quá trình nghiên cứu, các phương pháp này được sử dụng một cách linh hoạt, hoặc kết hợp hoặc riêng lẻ

để giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả nhất

4 Tính mới và giải pháp của đề tài

Bia mix hương hoa quả là sản phẩm có bia nền là loại bia lager thông thường, quá trình lọc có pha trộn với nước khử khí, chất tạo vị, hương hoa quả đển có sản phẩm có tính chất mong muốn Như vậy việc lựa chọn mùi hương được người tiêu dùng Việt Nam ưa thích, tỷ lệ phối trộn hương liệu là vấn đề cần được nghiên cứu Ngoài hương liệu thì thành phần chất tạo vị là các loại đường bổ sung và axít citric cũng cần được nghiên cứu lựa chọn sao cho phù hợp, mục tiêu là sản phẩm được người tiêu dùng ưa thích

Do bia được sản xuất từ malt, gạo, houblon nên trong bia phối trộn hương hoa quả chứa một lượng đáng kể protein và polyphenol, đây là hai yếu tố hình thành nên đục bia trong thời gian bảo quản, do bia có sự pha loãng từ bia lager nên các thành phần này thay đổi, do đó nghiên cứu loại bỏ chúng ở mức hợp lý để bia có thể bảo quản đến 6 tháng là vấn đề cần được nghiên cứu

Trong sản xuất bia vấn đề nhiễm oxy vào sản phẩm là vấn đề được các nhà sản xuất bia hết sức quan tâm, do trong bia có nhiều thành phần rất dễ bị oxy hóa dẫn đến bia có hương vị lỗi sau một thời gian bảo quản, để nâng cao thời gian bảo quản của bia, khoa học đã chứng minh ưu điểm của SO2 trong việc chống lại quá trình oxy hóa, làm cho bia tươi mới trong thời gian dài Trong sản xuất bia phối trộn hương hoa quả sẽ có sự phối trộn nhiều thành phần vào trong bia, do đó ngoài việc

sử dụng các nguyên vật liệu có chất lượng vi sinh tốt thì khâu sản xuất cũng cần đảm bảo sạch, để sản phẩm có chất lượng thì cần nghiên cứu tìm ra độ thanh trùng hợp lý, bởi vì độ thanh trùng thấp dù bia có giá trị cảm quan cao nhưng chất lượng

về vi sinh lại không đảm bảo, độ thanh trùng cao dù chất lượng vi sinh tốt nhưng hương vị của bia đi xuống rõ rệt

5 Nội dung của đề tài

Ngoài phần mở đầu, đề tài gồm có các nội dung chính như sau:

Chương I – Tổng quan của đề tài

Chương II – Các phương pháp nghiên cứu

Chương III – Kết quả và thảo luận

Do kiến thức thực tế về chuyên ngành và phương pháp nghiên cứu khoa học còn có những hạn chế nhất định, chắc chắn đề tài không tránh khỏi có nhiều sai sót Tác giả luận văn rất mong nhận được sự đánh giá, góp ý của các thầy cô và tất cả những ai quan tâm đến vấn đề đặt ra trong đề tài này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm đã truyền đạt kiến thức và sự nhiệt thuyết đến

em trong suốt quá trình theo học tại trường, đặc biệt em xin dành lời cám ơn chân thành nhất đến PGS.TS Hồ Phú Hà và TS Phạm Anh Tuấn về sự giúp đỡ nhiệt tình

và những ý kiến đóng góp quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Trên thị trường bia hiện nay ngoài dòng bia mix hương hoa quả, còn có dòng bia hoa quả, là dòng bia phối trộn dịch đường với dịch quả sau đó lên men bằng nấm men bia Khác với các dòng bia truyền thống, những sản phẩm bia này có hương vị mới lạ, hấp dẫn Các sản phẩm bia hoa quả có lịch sử hình thành rất lâu đời đi liền với quy trình làm bia truyền thống ở một số quốc gia châu Âu, dòng bia này mang đến cho người sử dụng cảm giác mới mẻ và đặc biệt được giới nữ đón nhận một cách tích cực Các sản phẩm bia quả đặc trưng bởi hương vị của loại quả

cụ thể, độ cồn thấp và độ đắng của bia quả thường thấp hơn so với các loại bia thông dụng Các loại quả được dùng để chế biến cho dòng sản phẩm này cũng rất đa dạng Dịch quả bổ sung là những loại dịch quả có màu sắc và mùi, vị đặc trưng như chanh, dâu tây, táo, dứa… Bỉ là quốc gia có truyền thống nấu bia quả lâu đời nhất với dòng bia Lambic nổi tiếng, bia được lên men từ 70% dịch malt và 30% dịch quả, quá trình lên men Lambic diễn ra ở trong thùng gỗ sồi trong thời gian dài có thể lên đến một năm, một trong những nhãn hiệu bia của dòng này là Kriek dùng nước ép quả anh đào để bổ sung vào dịch lên men Lambic [26]

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu sản xuất thử nghiệm bia phối trộn hương hoa quả, đây là loại bia chiếm tỷ trọng lớn nhất hiện nay trong các dòng bia hương hoa quả, hầu hết các nhà sản xuất bia trên thế giới như AB Inbev, Heiniken, Carlsberg… đều sản xuất dòng bia này Công nghệ sản xuất dòng bia này

là sự phối trộn giữa bia lager và các chất tạo vị cũng như chất tạo hương, do đó việc sản xuất dòng sản phẩn này hoàn toàn phù hợp với các nhà máy bia đặc biệt là các nhà mày bia ở Việt Nam

1.1.2 Thị trường bia mix trong và ngoài nước

Ở Việt Nam chưa có nhà sản xuất bia nào nghiên cứu và cho ra đời sản phẩm bia hương hoa quả, trên thị trường chỉ xuất hiện các sản phẩm được nhập khẩu từ Châu Âu với giá thành rất cao [13] Báo cáo về “Ngành đồ uống có cồn Việt Nam” mới được công bố của công ty cổ phần chứng khoán Ngân hàng Công thương Việt Nam cho thấy, trong khi khủng hoảng kéo theo sự đi xuống của hầu hết các ngành kinh tế, ngành đồ uống có cồn Việt Nam vẫn ghi nhận sự tăng trưởng ngược dòng với tốc độ trung bình 17,61% trong giai đoạn 5 năm 2009 - 2013 Theo hãng nghiên cứu thị trường Eurononitor, riêng năm 2013, Việt Nam đã tiêu thụ khoảng trên 3 tỷ lít bia, tăng gấp 3,5 lần so với 9 năm trước Bình quân mỗi người Việt Nam uống 32 lít bia/năm Theo báo cáo của Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam, trong 5 năm qua, ngành Bia – Rượu – NGK có tốc độ phát triển trên 7%, ước tính sản lượng bia đạt 3,4 tỷ lít, tăng 40,72% so với năm 2010 (2,416 tỷ lít) Nhưng nhìn vào dòng sản phẩm thì chủ yếu là dòng bia lager sáng màu, rất ít những sản phẩm bia khác như bia hương hoa quả để có thể phục vụ nhu cầu uống bia của giới trẻ, phụ nữ và người già

Thị trường bia nước ngoài đặc biệt là ở các nước phát triển như Đức, Pháp, Bỉ, Nhật Bản và Trung Quốc, chủng loại bia rất đa dạng, từ bia không cồn, bia không cồn có phối trộn hương hoa quả, bia hoa quả và bia phối trộn hương hoa quả [13]

Hình 1.2: Mức tăng trưởng của bia mix hương hoa quả tại thị trường Đức

Bia phối trộn hương hoa quả hay bia mix hương hoa quả là sản phẩm phổ biến trên khắp thế giới, là sản phẩm có thông dụng ở Trung Quốc và Nhật Bản những nước có gu tiêu dùng đồ uống giống với Việt Nam Hiện tại ở Việt Nam các sản phẩm có trên thị trường là các sản phẩm nhập ngoại Bia phối trộn hương hoa quả

được hiểu là bia giống như bia thông thường, được pha trộn với nước hương hoa quả đã được carbonate hóa, hàm lượng đường cao hơn bia lager thông thường, hàm lượng cồn thấp hơn so với bia lager thông thường

Hình 1.3: Bản đồ tiêu thụ bia trên thế giới theo số liệu của Euromonitor

Các thương hiệu cũng rất đa dạng, bao gồm các loại hương khác nhau cho sự lựa chọn của khách hàng

Hình 1.4: Một số nhãn hiệu bia mix hương hoa quả

Trên thế giới thị trường bia ở Đức được ghi nhận là có nhiều dòng sản phẩm bia phối trộn hương hoa quả Theo số liệu thống kê của hãng Euromonitor thì tại thị trường Đức, các hãng sản xuất bia phối trộn chia sẻ thị phần sản phẩm năm 2016 như sau:

Hình 1.5: Sản lượng các loại bia phối trộn tại Đức năm 2016 [12]

1.1.3 Đặc điểm của bia phối trộn đang có trên thị trường

Theo thống kê ở thị trường châu Âu các dòng bia mix hương hoa quả rất đa dạng về mùi hương, nhưng chủ yếu vẫn là hương chanh chiếm 41%, sau đó đến hương quả dâu tây chiếm 19%

Hình 1.6: Thị phần của các dòng bia hương hoa quả tại thị trường Đức và châu Âu,

theo số liệu của Euromonitor 2016

Shandy là dòng bia phối trộn giữa bia lager và nước giải khát, hoặc với nước chanh có bão hòa CO2, hoặc nước gừng, hoặc nước táo hay nước cam tỷ lệ phối trộn hoàn toàn phụ thuộc vào vị và hương theo sở thích của người tiêu dùng, thông thường thì tỷ lệ này là 50:50 Một trong những sản phẩm đầu tiên của dòng này là

764,00

467,000

480,00

423,00 390,00 240,00

166,00 Bitburger

Frankfurter Brauhaus

Beck's Karlsberg Veltins Krombacher Oettinger

bia Radler ra đời năm 1922

1.1.4 Cơ sở lý luận hình thành ý tưởng tạo sản phẩm

Đối với sản phẩm bia thì thành phần hương là đặc tính được đánh giá cao nhất trong chuỗi giá trị của sản phẩm, do các loại bia thông thường hương bia được tạo

ra bởi quá trình lên men nên cường độ và độ tinh khiết của hương có nhiều hạn chế,

Các sản phẩm bia mix hương hoa quả

và công nghệ phối trộn của hãng bia Beck’s:

• Beck’s Green Lemon (+alcohol free): Bia không cồn

bổ sung hương chanh

• Beck’s Chilled Orange: bổ sung hương cam

• Beck’s Ice: Chanh + Bạc hà

• Becks Level7: Bổ sung Vitamin + Guarana

• Beck’s Lime: bổ sung hương chanh

Các sản phẩm bia mix hương hoa quả và công nghệ phối trộn của hãng bia Veltins V+:

• V+ Energy: Bổ sung năng lượng

• V+ Lemon: Bổ sung hương chanh

• V+ Apple: Bổ sung hương táo

• V+ Curuba

• V+ Kola: Bổ sung hương Kola

• NEW: V+ Grapefruit: Hương nho

để giải quyết vẫn đề đó thì bia phối trộn là chủng loại bia được làm ra để có thể giải quyết được yếu điểm trên Bia phối trộn hương hoa quả là loại bia có độ cồn thấp, công nghệ sản xuất bia từ khâu nấu đến lên men giống với các loại bia truyền thống

để tạo ra bia nền, sau đó tại quá trình lọc bia sẽ có kỹ thuật pha chế giữa sản phẩm bia nền với các loại hương liệu, nước khử khí vô trùng để tạo ra bia với các đặc tính chất lượng mong muốn [16, 21]

Hình 1.9: Tháp nhu cầu đặc tính sản phẩm

1.1.5 Công nghệ sản xuất bia phối trộn

Bia mix hương hoa quả là loại bia được pha chế từ loại bia lager truyền thống với nước khử khí vô trùng và các loại hương liệu đặc trưng tạo mùi hương hấp dẫn nên bia sẽ có độ cồn thấp từ 2,0 ÷ 3,5 % vol, được bổ sung đường và axít citric để tạo vị đặc trưng, bia có mùi thơm nồng nàn từ những loại quả

Bia nền sử dụng để sản xuất bia phối trộn hương hoa quả được sản xuất như một loại bia lager thông thường, trong sản xuất thông thường các nhà sản xuất bia

sẽ sử dụng một chủng loại bia lager mà họ đang có để làm bia nền Sau quá trình lên men, bia nền sẽ được lọc và phối trộn với các loại nguyên liệu theo yêu cầu công nghệ riêng biệt để hình thành các loại bia hương hoa quả khác nhau [16, 21]

đó phối trộn với bia lager và đem bão hòa CO2 trước khi tiến hành đóng chai hoặc lon

Dung dịch syro được cung cấp từ các thùng chứa từ nhà cung cấp, sau đó được chuyển vào các tank chứa và bảo quản đến khi sử dụng Điều kiện bảo quản syro phải đảm bảo chúng không bị kết lắng và nhiễm tạp vi sinh vật từ khoảng không gian phía trên bề mặt dung dịch trong tank chứa

Nền nước giải khát được cung cấp từ các thùng chứa, tùy theo từng công thức mà

hệ thống có bấy nhiêu nền nước giải khát tương ứng, các loại hương liệu và các thành phần có hàm lượng nhỏ được cung cấp từ các thùng chứa đặc biệt trước khi đưa vào hệ dosing Syro, hương liệu và nền nước giải khát được bơm vào các tank phối trộn sau đó vào các tank chứa syro cuối trước khi pha với bia nền

Các bước tiến hành theo công nghệ phối trộn theo từng mẻ:

Hình 1.10: Hệ thống phối theo mẻ

- Công nghệ sản xuất liên tục: syro đơn giản ban đầu, các loại hương, nền nước giải khát sẽ phối trộn liên tục với bia nền sau đó bão hòa CO2 trước khi chiết chai hoặc lon

Hình 1.11: Hệ thống phối trộn liên tục

BBT

1.2 Quá trình sản xuất bia nền

Sản xuất bia nền cần trải qua giai đoạn nấu bia và giai đoạn lên men bia Mục đích của quá trình nấu là sản xuất ra dịch đường Trong dịch đường có đường lên men được, đường không lên men được, dextrin mạch ngắn, axít amin, các sản phẩm thuỷ phân của protit, polyphenol, các khoáng chất và vitamin; chất đắng, chất thơm chiết xuất từ hoa houblon Quá trình lên men bia là sự chuyển hóa các thành phần đường có trong dịch đường thành cồn và các sản phẩm phụ khác bởi nấm men bia 1.2.1 Quá trình nấu bia

Đầu tiên malt, gạo sẽ được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc của cơ chất với enzym để tăng tốc độ và hiệu suất quá trình chuyển hoá Trong môi trường nước nóng phân tử tinh bột sẽ kết hợp với nhiều phân tử nước Hạt tinh bột tăng nhanh về thể tích, phồng lên và cuối cùng vỡ tung ra gọi là quá trình hồ hóa tinh bột Nhờ thế enzym dễ dàng tiếp xúc với phân tử tinh bột Enzym -amylaza có trong malt (hoặc

do bổ sung thêm) nhanh chóng cắt amyloza và amylopectin của tinh bột thành những chuỗi ngắn hơn Sự thủy phân mạch tinh bột bởi hai enzim α và β amylaza có trong malt đại mạch tiếp tục xảy ra trong quá trình đường hóa [17, 20]

Proteinaza có trong malt ở nhiệt độ tối ưu từ 45 đến 55 oC phân cắt protein thành những sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn gọi là các axít amin, đây là nguồn dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men

Khối dịch sau khi kết thúc đường hoá trong nồi malt chứa nhiều thành phần không hoà tan (vỏ trấu malt, bã gạo, bã malt ) nên cần quá trình lọc trong dịch đường, dịch đường trong được thu nhận

Dịch đường sau khi lọc xong sẽ đưa qua nồi đun hoa Thời gian đun sối kéo dài

từ 1 đến 2 giờ tùy theo điều kiện công nghệ Trong đó sự biến đổi quan trọng là chuyển α- axít thành dạng iso α- axít có độ đắng lớn hơn, là đặc trưng cho vị đắng của bia sau này

Sau quá trình đun hoa, dịch đường được bơm qua nồi lắng xoáy để tách cặn nóng Thời gian lắng xoáy thường kéo dài 30 phút

Sau lắng xoáy dịch nha cần được làm lạnh càng nhanh càng tốt xuống nhiệt độ cấy men (8 - 10 oC), xục khí vô trùng đến 8 ppm rồi bổ sung men cho quá trình lên men, sau đó khối dịch đã tiếp men sẽ được chuyển vào tank lên men

1.2.2 Lên men bia

Trong quá trình sản xuất bia sử dụng chủng nấm men Sacharomyces calrsbergensis hay Sacharomyces cerevisiae, đường trong dịch nha được nấm men

lên men thành rượu Nấm men được dùng không chỉ vì chúng khi lên men tạo ra rượu mà trong quá trình trao đổi chất chúng bài tiết ra các sản phẩm phụ có ảnh hưởng rất lớn tới vị và đặc tính của bia [10]

Khi nấm men được tiếp và dịch đường, đó là một môi trường rất phức tạp vì dịch đường là một môi trường gồm các loại đường, amino axít, péptít, đạm, vitamin,

ion, nucleic axít và những thành phần khác

Nấm men chuyển hoá đường bằng cách hô hấp hoặc lên men:

+ Quá trình hô hấp:

C6H12O6 + O2 6H2O + 6 CO2 Nấm men

+ Quá trình lên men:

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 Nấm men

Trong quá trình lên men bia nấm men sử dụng nguồn dinh dưỡng có trong dịch đường để sinh trưởng và tồn tại Đồng thời chúng cũng thải một lượng lớn các hợp chất vào dịch đường lên men và có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm bia Cồn và CO2là hai hợp chất chủ yếu, nhưng những hợp chất quan trọng khác cũng được thải ra môi trường Mặc dù với nồng độ thấp nhưng chúng lại có hương rất mạnh vì vậy có thể ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của bia thành phẩm:

- Các rượu bậc cao

- Các este

- Carbonyls (aldehydes and ketones)

- Các hợp chất sulfur

- Các axít béo và hữu cơ [10, 20]

1.3 Lọc bia và sự ổn định của bia

1.3.1 Cơ sở của quá trình lọc bia

Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt độ cần thiết Bia vẫn còn đục do sự hiện diện của nấm men, của các hạt phân tán cơ học, các hạt dạng keo, phức chất protein - polyphenol, của nhựa đắng và các loại hạt nhỏ li ti khác

Bảng 1.1: Kích thước và hàm lượng của các cấu tử gây đục cho bia

STT Cấu tử Kích thước (m) Hàm lượng

 Tạo ra sản phẩm có độ trong cần thiết

 Tăng độ ổn định của sản phẩm (kéo dài thời gian bảo quản) [20]

1.3.2 Pha bia và bổ sung thành phần nguyên liệu

Trong sản xuất bia phối trộn hương hoa quả, bia nền sau khi kết thúc quá trình lên men sẽ được lọc, pha bia với nước khử khí và bổ sung chất ổn định, chất tạo vị, hương liệu phù hợp Hệ thống hòa trộn bia và bão hòa CO2 được thiết kế để điều khiển chính xác độ cồn cần pha loãng dựa trên độ cồn gốc của bia và định lượng

CO2 dựa trên giá trị cài đặt Điều khiển quá trình pha bia được thực hiện nhờ việc phối hợp điều khiển lưu lượng bằng các lưu lượng kế và điều khiển độ cồn cần pha nhờ thiết bị phân tích xác định liên tục giá trị độ cồn rồi dựa vào đó để điều chỉnh

lượng nước bổ sung vào, đưa ra kết quả tốt nhất trong thời gian lọc pha bia

Hình 1.12: Nguyên lý hệ thống lọc và phối trộn bia

Khi bổ sung các thành phần nguyên liệu vào trong bia sẽ dẫn đến sự thay đổi về tính chất hóa lý và vi sinh của sản phẩm Bia nền được bổ sung syro dẫn đến làm tăng hàm lượng đường có trong bia, hàm lượng đường cao sẽ dẫn đến khả năng tạo phản ứng maillard làm giảm độ hấp dẫn của màu bia, sự oxy hóa đường dẫn đến mùi đường cháy, mùi mật ong là các mùi lỗi của bia trong quá trình bảo quản, đồng thời nguy cơ nhiễm VSV từ syro luôn thường trực Khi bổ sung hương liệu vào sản phẩm, thành phần hương vốn rất nhạy cảm với sự oxy hóa, dó đó nguy cơ oxy hóa tạo mùi phản cảm rất dễ xảy ra Bổ sung axít citric dẫn đến sự giảm pH của bia dẫn đến tăng nguy cơ của sự oxy hóa nên sự bền hương của sản phẩm sẽ giảm, tăng nguy cơ tạo đục cho sản phẩm, nhưng cũng làm giảm phần nào đó sự phát triển của VSV có trong bia Chính vì vậy mà bia mix hương hoa quả cần có sự bổ sung các phụ gia ổn định keo cho bia, bổ sung chất chống oxy hóa để làm ổn định hương cho sản phẩm, cần nghiên cứu chế độ thanh trùng hợp lý để vừa giữ được giá trị cảm quan đồng thời loại bỏ được nguy cơ VSV

1.3.3 Ổn định keo của bia

Cặn lạnh là chất gây đục cho bia trong quá trình bảo quản, chúng là sản phẩm liên kết giữa protein nhạy cảm và polyphenol có khả năng ngưng tụ cao Liên kết

Hệ thống khử khí nước Nước

vào

Gia nhiệt Khử khí Làm lạnh

Hệ thống hòa trộn bia

Bồn chứa nước Bia tới

BBT Bão hòa CO2 Làm lạnh bia Hòa trộn bia

Hương liệu, chất tạo

vị

Bia từ hệ lọc

giữa các chất trong cặn lạnh sẽ bị phá hủy khi nhiệt độ tăng lên

Việc tạo thành cặn trong bia bị thúc đẩy bởi các yếu tố sau:

• Nhiệt độ bảo quản cao: do nhiệt độ cao sẽ tăng tốc độ phản ứng Do đó quá trình thanh trùng cũng làm gia tăng sự tạo thành cặn mịn

• Sự oxy hóa: bia bị oxy hóa sẽ làm tăng tốc độ tạo thành cặn lên 5 lần

• Các ion kim loại nặng

• Quá trình vận chuyển bia

• Ánh sáng: tăng tốc độ oxy hóa [20, 24]

Trong bia luôn tồn tại một lượng nhất định polyphenol, nguồn gốc của chúng đến

từ các nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất bia như malt và hoa houblon Polyphenol

có thể kết hợp với protein để tạo đục cho bia, do vậy các nhà sản xuất bia thường tìm cách loại bỏ chúng ra khỏi thành phần của bia [24] Trong khi đó thì protein chủ yếu được cung cấp từ malt và một số nguyên liệu thay thế như gạo, yến mạch

Ban đầu hai thành phần là polyphenol và protein kết hợp với nhau tạo đục sương, đây là dạng đục không bền vững, chúng có thể tan ra dưới tác động của nhiệt

độ Theo thời gian và quá trình oxy hóa, đục tạm thời sẽ dần liên kết lại với nhau thành dạng liên kết bền vững gọi là đục vĩnh cửu, dạng đục này rất bền vững và đục tồn tại trong bia trong suốt thời gian bảo quản [24]

Hình 1.13: Liên kết hydrogen tạo đục bia của Polyphenol - Protein

1.3.4 Chất ổn định trong sản xuất bia

1.3.4.1 Chất hấp phụ Polyvinyl polypyrrolidone (PVPP)

PVPP là chất bột hữu cơ không hòa tan trong các loại dung môi mà chỉ bị trương lên trong môi trường nước PVPP giúp loại bỏ một cách có chọn lọc các hợp chất chứa polyphenol Sự hấp phụ của polyphenol lên bề mặt PVPP phụ thuộc nhiều vào giá trị pH, mối liên kết hydro giữa chúng sẽ bị phá hủy ở trong môi trường kiềm

ở nhiệt độ cao Đây cũng là cơ sở để thực hiện quá trình tái sinh PVPP, khiến PVPP

có thể được tái sử dụng nhiều lần Nồng độ PVPP lớn nhất sử dụng cho quá trình sản xuất bia là 50 g/hl bia Thiết bị sử dụng để loại bỏ các hợp chất polyphenol nhờ PVPP thường là các máy lọc đĩa hoặc máy lọc nến [20]

Hình 1.14: cấu tạo phân tử của PVPP

Cơ chế hấp thụ của PVPP đối với Polyphenol là sự hình thành liên kết hydro giữa nhóm cacbonyl của PVPP và nguyên tử hydro của nhóm hydroxyl của polyphenol

Hình 1.15: Cơ chế hấp thụ của PVPP lên polyphenol

1.3.4.2 Chất hấp phụ silicagel

Silica gel là chất ổn định quan trọng trong quá trình sản xuất bia Chất hấp phụ này sẽ liên kết với các polypeptid gây đục cho bia và loại bỏ chúng khỏi bia Hơn nữa, chất này có gây ảnh hưởng lên các chất tạo bọt cho bia Silicagel thường được

sử dụng với hàm lượng 10 - 50 g/hl và được định lượng vào bia trước khi lọc

Có 2 loại silica gel:

+ Hydrogel: độ ẩm lớn hơn 50%

+ Xerogel: độ ẩm khoảng 5%

Silica gel là một loại silica (SiO2) xốp, không định hình, chất này được điều chế

từ axít sulphuric và natri silicat Tùy thuộc vào cấu trúc, có thể có loại silica gel kích thước lỗ to nhỏ khác nhau Loại kích thước lỗ quá to thì không thể hấp phụ hết các chất gây đục trong khi loại có kích thước lỗ quá nhỏ dễ gây bịt lỗ, làm giảm khả năng hấp phụ Một tiêu chí quan trọng khác trong việc lựa chọn loại silica gel đó là kích thước hạt gel Những hạt gel có kích thước nhỏ làm cho tốc độ của quá trình hấp phụ nhanh chóng bị giảm trong khi loại có kích thước lớn hơn 40 µm lại gây ít hiệu quả

và cộng sự, 1994) Sự hấp thụ của silicagel lên protein ràng buộc phụ thuộc vào độ

pH Như vậy đối với bia hương hoa quả, việc bổ sung axít citric sẽ làm giảm pH của bia từ 4,2 ÷ 4,3 xuống 3,6 ÷ 3,7 sẽ làm thay đổi tính hấp thụ của silicagel, sự thay đổi này cần có sự nghiên cứu để xác định hàm lượng silicagel phù hợp

1.3.4.3 Chất chống oxy hóa

Oxy ở trạng thái ion có hoạt tính cao hơn khi ở trạng thái cơ bản Oxy là tác nhân chính của hàng chuỗi các phản ứng trong quá trình bảo quản, có phản ứng hình thành hương vị thơm ngon cho bia, nhưng chủ yếu là các phản ứng tạo cho bia

có mùi vị lạ Biện pháp thích hợp nhằm hạn chế việc hình thành các hợp chất trên trong bia thành phẩm là bổ sung chất ôxy hóa

Sau quá trình lọc, hương vị của bia sẽ có thể bị thay đổi do quá trình oxy hóa sẽ làm tăng hàm lượng các hợp chất carbonyl trong bia Khi có mặt oxy, quá trình này diễn ra càng nhanh và để lại cho bia có mùi caramel, làm giảm đáng kể chất lượng của bia Do đó việc bổ sung các chất chống oxy hóa có thể giảm thiểu được quá trình này

Khí SO2 cũng là một trong các chất chống oxy hóa, được hình thành bởi nấm men trong quá trình lên men Tuy nhiên, các loại nấm khác nhau thì lượng SO2 sinh

ra cũng khác nhau, lượng khí SO2 sinh ra không đủ để chống lại quá trình oxy hóa gây giảm chất lượng của bia thành phẩm Chính vì vậy trong quá trình sản xuất, việc bổ sung các chất chống oxy hóa dạng thương phẩm là rất quan trọng [20] Trong sản xuất bia chất chống oxy hóa bổ sung dạng thương phẩm khá đang dạng, như natri metabisunfite, vitamin C tùy theo từng điều kiện công nghệ mà nhà sản xuất bia sẽ lựa chọn chủng loại, hàm lượng chất chống oxy hóa cho sản phẩm của mình để có hiệu quả trong việc chống lại sự oxy hóa bia Trong phạm vi

Khi tan trong nước sẽ giải phóng lưu huỳnh đioxit, còn lại natri oxit:

1.4.1.1 Các biến đổi có thể xảy ra trong quá trình chiết chai

Chiết bia chai có nguy cơ gây có thể xảy ra trong quá trình như: sự oxy hóa bia, nhiễm tạp vi sinh vật và tổn thất CO2 trong bia

Trong quá trình chiết, bia tiếp tục tiếp xúc với không khí và hòa tan oxy, nếu tồn tại lượng oxy trong cổ chai, oxy sẽ hòa tan dần vào bia sau chiết

Oxy hóa bia gây nên việc thay đổi tính chất cảm quan của bia do các hợp chất hình thành do oxy hóa ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm mất đi hương vị tinh tế,

dễ chịu vốn có ban đầu của bia

Các hợp chất chứa nitơ sẽ bị polymer hóa do sự oxy hóa và tạo kết tủa keo Chúng cũng tạo liên kết với polyphenol làm giảm độ bền keo của sản phẩm

Oxy hóa bia dẫn đến thay đổi về màu sắc của bia

Nhiễm khuẩn trong quá trình chiết bia là vấn đề rất cần lưu ý, cần đảm bảo chất lượng vi sinh của bia thành phẩm qua việc kiểm soát điều kiện vi sinh của quá trình sản xuất, bao bì cần đảm bảo về vi sinh và đặc biệt bia đi chiết phải được đảm bảo

Để không ảnh hưởng đến chất lượng của bia, tổng hàm lượng khí O2 bao gồm khí

O2 hòa tan trong bia và khí O2 ở cổ chai phải nằm trong khoảng 0,2 - 0,3 mg/l [20] 1.4.2 Thanh trùng

Trong bia thành phẩm luôn chứa một lượng lớn các tế bào sống gồm nấm men

và các vi sinh vật lạ khác Vì vậy xử lý nhiệt là một trong những biện pháp quan trọng để tiêu diệt vi sinh vật Thời gian cần thiết để tiêu diệt vi sinh vật phụ thuộc vào nhiệt độ và từng loại vi sinh vật Đa số nấm men đều bị tiêu diệt ở nhiệt độ 62 -

63C trong vòng 2 phút và cũng tại nhiệt độ này cần kéo dài tới 15 - 20 phút để một

số loại vi khuẩn mới bị tiêu diệt

Thanh trùng bia sẽ dẫn đến những sự thay đổi bất lợi cho hương, vị, màu sắc của sản phẩm do sự tạo thành melanoid và một số các sản phẩm khác Những sự thay đổi này sẽ dễ dàng được nhận ra sau một thời gian bảo quản Thanh trùng bia cũng có thể dẫn đến vẩn đục dạng keo cho sản phẩm Mức độ vẩn đục phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian đun nóng và thành phần protein cao phân tử

Để giảm bớt và loại trừ tác động xấu của quá trình thanh trùng, bia phải được sản xuất theo một chế độ công nghệ đặc biệt nghiêm ngặt:

+ Quá trình đường hóa và thủy phân phải hoàn toàn

+ Quá trình lên men chính, phụ và tàng trữ phải được tiến hành ở nhiệt độ thấp

và kéo dài đủ thời gian cần thiết

+ Tránh để bia thành phẩm tiếp xúc với oxy trong các quá trình lọc, chiết và làm lạnh

+ Bia trước khi thanh trùng cần được ổn định thành phần bằng cách xử lý với các chất hấp phụ đặc hiệu, các chế phẩm enzim proteaza, chất chống oxy hóa

Thanh trùng kiểu tunnel:

Là dạng thanh trùng phổ biến trong sản xuất bia hiện nay, bia sẽ được đi qua các vùng có nhiệt độ tăng dần, nhằm tránh sự thay đổi nhiệt độ đột ngột sẽ làm chai

bị vỡ Sau khi thanh trùng xong, quá trình làm nguội cũng được diễn ra tương tự

Để rút ngắn thời gian trao đổi nhiệt, chai bia đi qua một vùng có nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ thanh trùng Khi bia đã đạt nhiệt độ thanh trùng thì đi qua vùng có nhiệt độ đúng bằng nhiệt độ thanh trùng

Việc kiểm soát chính xác nhiệt độ và thời gian trong quá trình thanh trùng là hết sức quan trọng nhằm đảm bảo tiêu diệt hiệu quả các vi sinh vật

Thời gian thanh trùng phụ thuộc vào nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ thanh trùng, thì thời gian thanh trùng sẽ giảm Thời gian thanh trùng được xác định dựa vào độ thanh trùng

Một đơn vị thanh trùng PU là khoảng thời gian cần thiết tính theo phút tại một nhiệt độ xác định để tiêu diệt vi sinh vật tại 60ºC

Công thức tính thời gian thanh trùng:

Số PU = thời gian (phút) x 1,393 (tC - 60C)

Trong đó: 1,393 (t  C - 60  C)

là hệ số được xác định ở các giá trị nhiệt độ khác nhau [20]

CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên vật liệu

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài, các nguyên vật liệu được sử dụng

đó là, malt đại mạch hai hàng được cung cấp bởi Joe White maltings - Australia, hoa houblon loại hoa viên được cung cấp bởi Hopsteiner – Đức, enzym dịch hóa Termamyl SC của hãng Novo – Đan Mạch, Quá trình lên men sử dụng chủng nấm men trong bộ sưu tập men của Viện kỹ thuật Bia Rượu Nước giải khát, đường syro malto của công ty CP thực phẩm Minh Dương, axít citric loại mono anhydrous citric 1:1 F6000-JBL, hương chanh của hãng hương liệu Döhler - CHLB Đức, silicagel của hãng Stabifix- CHLB Đức, polyvinyl polypyrrolidone (PVPP) của hãng ISP- Mỹ, natri metabisunlfite sử dụng sản phẩm thương mại Viscant của AB Vickers- Anh Quốc

2.2 Phương pháp công nghệ

Sản phẩm được sản xuất thử nghiệm trên quy mô pilot công suất của hệ thống

500 lít/ mẻ, hệ thống máy lọc nến của hãng Krones- CHLB Đức, hệ thống lọc bao gồm hệ thống pha bia và định lượng phụ gia cũng như hương liệu Bia thành phẩm được đóng vào chai thủy tinh màu nâu dung tích 450ml, bia được thanh trùng trên

hệ thống thanh trùng tunnel có thể cài đặt được độ thanh trùng mong muốn Bia sau thanh trùng được đánh giá chất lượng thông qua hội đồng chuyên gia cảm quan, hội đồng cảm quan người tiêu dùng, phân tích hóa lý và vi sinh, thực hiện các phép thử sốc nhiệt để dự đoán thời gian tạo đục

Công nghệ sản xuất bia mix hương hoa quả là sự phối trộn bia nền, thông thường là loại bia lager với hương liệu thiên nhiên, có bổ sung lượng đường và axít citric với lượng hợp lý nhằm tạo vị đặc trưng cho sản phẩm, sản phẩm có hàm lượng cồn thấp từ 2,5 ± 0,2 % vol, độ đắng của sản phẩm 10 ± 1 BU Do sản phẩm được sản xuất ở quy mô pilot, bia nền sẽ được nấu và lên men trên quy mô này, để

có bia nền thì chúng tôi cần sử dụng các loại nguyên vật liệu phù hợp với quy mô

pilot Sau khi quá trình lên men bia nền kết thúc, bia sẽ được lọc và bổ sung các nguyên liệu theo yêu cầu, tiếp đó sản phẩm sẽ được nghiên cứu các giải pháp để ổn định chất lượng trong thời gian 6 tháng

Cơ cấu nguyên liệu chính đề xuất như sau:

Bảng 2.1: Cơ cấu nguyên liệu sản xuất bia hương hoa quả

8 Hương liệu tạo mùi hoa quả

Quy trình công nghệ sản xuất bia phối trộn cũng bao gồm các bước cơ bản giống như các quy trình sản xuất bia thông thường khác

2.2.1 Quy trình nấu bia

Đầu tiên malt và gạo được xay nghiền, tại mồi gạo, gạo được phối trộn với nước nấu bia ở nhiệt độ khoảng 50 – 520

C, bổ sung enzyme Termamyl SC, rồi nâng lên 900C và giữ trong vòng 30 phút Tại nồi malt, malt được phối trộn với nước nấu bia ở nhiệt độ khoảng 50 – 520C, giữ nhiệt trong 30 phút sau đó chuyển cháo từ nồi gạo sang, khi đó khối dịch có nhiệt độ là 62 – 630C, giữ nhiệt trong vòng 30 phút, nâng nhiệt độ lên 730C, giữ nhiệt trong 30 phút rồi chuyển sang nồi lọc dịch hèm, tiếp đó dịch hèm được nấu sôi trong nồi đun hoa với hoa houblon trong thời gian là

60 phút, sau đó dịch chuyển sang nồi lắng xoáy để tách bã hoa và các kết tủa nóng, dịch đường nóng sẽ được làm lạnh nhanh xuống 9 – 9,50 C, được xục khí sạch đến nồng độ oxy hòa tan 6-8 mg/l, tiếp giống men sữa và chuyển vào tank lên men

2.2.2 Quy trình lên men

Sau khi quá trình nấu bia kết thúc, dịch đường được lạnh làm lạnh nhanh về nhiệt

độ 9 ÷ 100

C, bão hòa oxy khoảng 8 ppm sau đó tiếp giống nấm men để chuyển vào tank lên men Quá trình lên men sử dụng chủng nấm men đặc hiệu nằm trong bộ sưu tập men của Viện kỹ thuật Bia Rượu NGK Tỷ lệ tiếp giống nấm men 10 ÷ 15 triệu tế bào/ ml dịch đường Nhiệt độ lên men chính trong dải 10 ÷ 130C, quá trình lên men chính kết thúc khi giá trị đường lên men không giảm sau 24 h, dịch lên men chuyển sang giai đoạn lên men phụ với nhiệt độ từ 2 ÷ 30

C, thời gian lên men phụ và tàng trữ là 2 ÷ 3 tuần Sau khi kết thúc quá trình lên men phụ, bia nền sẽ được lọc và pha bia cũng như bổ sung các nguyên vật liệu cần thiết để ổn định chất lượng và tạo hương vị cho sản phẩm

2.2.3 Lọc bia

Bia sau lên men được chuyển sang quá trình lọc trong, trong quá trình lọc bia nền sẽ được pha với nước khử khí đến hàm lượng cồn 2,5 ± 0,2 % vol, bổ sung chất tạo vị và hương hoa quả, trong quá trình lọc có sử dụng các chất hỗ trợ chế biến như silicagel, PVPP, natri metabisunfite để nâng cao chất lượng của bia cũng như thời gian bảo quản

Sử dụng hệ thống lọc kết hợp lọc KGF và lọc PVPP, có hệ thống pha bia và bão hòa CO2 Trong quá trình lọc có bổ sung syro malto, axít citric và hương liệu

Lọc, hoàn thiện sản phẩm, phân tích chất lượng, thành lập hội đồng cảm quan

để đánh giá về tiêu chí của bia thành phẩm