Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm enzyme termamyl 120l (α amylase) đến hiệu suất thuỷ phân tinh bột ở nồi gạo trong công nghệ sản xuất bia

Một trong những thành tựu đáng quan tâm là lĩnh vực ứng dụng chế phẩm enzyme tinh chế có nguồn gốc từ vi sinh vật vào các qui trình công nghệ nhằm tiết kiệm nguồn nguyên liệu sản xuất đa

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẾ PHẨM ENZYME TERMAMYL 120L (α-amylase) ĐẾN HIỆU SUẤT THUỶ PHÂN TINH BỘT Ở NỒI GẠO TRONG CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT BIA

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS Nguyễn Hoài Hương

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hồng Như

MSSV: 107111113 Lớp: 07DSH02

TP Hồ Chí Minh, 2011

2.2.6.2 Đặc tính và cơ chế tác dụng của hệ enzyme amylase trong sản xuất bia……… …… 30

2.2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt r n mαbáợạđ5-0đ5ả9og

2.5.1 Chỉ tiêu về cảm quan 61

2.5.2 Các chỉ tiêu hoá học 61

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 62

3.1 Phương tiện nghiên cứu 62

3.1.1 Thời gian địa điểm 62

3.1.2 Nguyên vật liệu 62

3.1.3 Thiết bị - dụng cụ 62

3.1.4 Hóa chất sử dụng 63

4.4 Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L .88 4.5 Khảo sát thời gian đường hoá 89 4.6 Đánh giá sự khác biệt giữa bia có sử dụng enzyme Termamyl 120L và bia

sử dụng malt lót .91 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 93 5.1 Kết luận 93

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Tài liệu cho thấy bia được sản xuất ở Sumeria từ rất lâu 4

Hình 2.2 Nước dùng trong nấu bia 8

Hình 2.3 Malt 12

Hình 2.4 Đại mạch nhiều hàng (trái), đại mạch 2 hàng (phải) 13

Hình 2.5 Bông và mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng 13

Hình 2.6 Quy trình sản xuất malt đại mạch 16

Hình 2.7 Hoa houblon (hay hoa bia) 17

Hình 2.8 Công thức tổng quát của α - acid đắng 19

Hình 2.9 Công thức tổng quát của β – acid đắng 20

Hình 2.10 Cấu tạo các polyphenol trong houblon: Procyanidin C3 (a), Astragalin (b) .22

Hình 2.11 Các dạng hoa houblon: hoa khô (a), viên nén (b) và dịch chiết (c) 22

Hình 2.12 Hình thái khuẩn lạc nấm men: S cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b) 23

Hình 2.13 Thế liệu (gạo) 28

Hình 2.14 Sơ đồ phân loại của hệ amylase 30

Hình 2.15 Cơ chế tác động của α – amylase lên tinh bột 32

Hình 2.16 Quy trình nấu bia 40

Hình 2.17 Nồi nấu malt 43

Hình 2.18 Nồi nấu dịch lên men (dịch đường + houblon) 44

Hình 2.19 Thiết bị lắng dịch lên men 45

Hình 2.20 Quy trình đóng chai 47

Hình 2.21 Vòi chiết bia vào chai 48

Hình 2.22 Quy trình đóng lon 50

Hình 2.23 Máy kiểm tra mực bia trong lon 51

Hình 2.24 Quy trình đóng keg 51

Hình 2.25 Thanh trùng Keg 52

Hình 2.26 Bia được bảo quản trong kho tránh ánh sáng 53

Hình 2.27 Cơ chế phân cắt tinh bột của enzyme amylase 57

Hình 2.28 Sơ đồ đường hoá hai giai đoạn 59

Hình 2.29 Sơ đồ đường hoá ba giai đoạn 59

Hình 3.1 Nguyên liệu gạo sử dụng cho thí nghiệm 63

Hình 3.2 Thiết bị dùng để phân tích: Brix kế (a), nhớt kế (b) 64

Hình 3.3 Enzyme Termamyl 120L 65

Hình 3.4 Gạo và malt nghiền 67

Hình 3.5 Đun gạo trên bếp có theo dõi nhiệt độ và khuấy 68

Hình 3.6 Dịch đường sau khi lọc 69

Hình 3.7 Xác định độ nhớt của dịch đường 69

Hình 3.8 Cốc nấu gạo (bổ sung enzyme Termamyl) + malt 79

Hình 3.9 Cốc nấu gạo (dùng malt lót) + malt 79

Hình 3.10 Dịch đường lọc của 2 mẫu F0 và F1 79

Hình 3.11 Dịch đường của mẫu F0 và F1 sau khi nấu với hoa 80

Hình 3.12 Dịch đường sau khi lên men 81

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ ezyme Termamyl bổ sung khác nhau đến độ đường tạo ra ở lần lọc bã thứ nhất 85

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến độ đường tạo ra ở lần lọc bã thứ nhất ở tỉ lệ ezyme Termamyl 0.08% .87

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn độ đường (0P) thu được sau lần lọc thứ nhất (nha cốt) ở các thời điểm bổ sung enzyme khác nhau ở tì lệ enzyme Termamyl 0.08% .89

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn DE (mg/ml) thu được sau quá trình nấu gạo ở các thời điểm khác nhau ở tỉ lệ enzyme Termamyl 0.08% 90

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

- Tính cấp thiết của đề tài:

Trong thời đại khoa học công nghệ phát triển như ngày nay, con người luôn nổ lực phấn đấu phát minh ra những điều kì diệu Một trong những thành tựu đáng quan tâm là lĩnh vực ứng dụng chế phẩm enzyme tinh chế có nguồn gốc từ vi sinh vật vào các qui trình công nghệ nhằm tiết kiệm nguồn nguyên liệu sản xuất đang dần khan hiếm, hạ giá thành sản phẩm, cải tiến chất lượng sản phẩm ngon hơn mà giá cả cũng rất phải chăng

Hiện nay, việc sử dụng chất xúc tác có hoạt tính sinh học (enzyme) vào lĩnh vực sản xuất đang rất được quan tâm trên thế giới Đáng chú ý là ứng dụng của nó trong công nghệ sản xuất nước giải khát có cồn Và bia là một trong những sản phẩm được ưa chuộng nhất do nó có sự hấp dẫn đặc biệt bởi mùi vị rất đặc trưng Đó là sự kết hợp hài hòa của malt đại mạch, houblon, nước, nấm men đã được tạo ra từ một qui trình nấu hết sức phức tạp và công phu

Chế phẩm enzyme được bổ sung vào nhiều giai đoạn trong qui trình công nghệ sản xuất bia như giai đoạn đường hóa, giai đoạn lọc bia… nhằm rút ngắn thời gian sản xuất, nâng cao hiệu suất đường hóa, tăng độ bền sinh học cho bia thành phẩm Hòa nhập vào xu thế cải tiến chung đó, em tiến hành nghiên cứu đề tài “ khảo sát hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl 120L đến hiệu suất thủy phân tinh bột ở nồi gạo trong công nghệ sản xuất bia” Đề tài luận văn này tập trung nghiên cứu việc ứng dụng chế phẩm enzyme Termamyl nhằm đẩy nhanh tốc độ thuỷ phân tinh bột ở nồi gạo nhằm hổ trợ quá trình đường hóa góp phần cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất thu hồi từ đó nâng cao chất lượng bia thành phẩm

- Tình hình nghiên cứu: hiện nay việc sử dụng enzyme xúc tác quá trình thuỷ phân tinh bột, hổ trợ quá trình đường hoá được nhiều nhà máy sản xuất bia, rượu áp dụng Với chế phẩm enzyme Termamyl 120L được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy bia, tuy nhiên việc sử dụng nó tuỳ thuộc vào từng nhà máy, cơ sở, quy trình sản xuất

- Mục đích nghiên cứu

Tăng lượng thế liệu sử dụng từ 20% lên 40%

Không sử dụng malt lót

Giúp quá trình dịch đường hoá diễn ra triệt để

- Nhiệm vụ nghiên cứu

Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl đến tốc độ thủy phân tinh bột ở nồi gạo trong quá trình đường hóa được thực hiện thông qua các thí nghiệm sau:

Xác định hoạt tính của enzyme Termamyl 120L

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme Termamyl 120L bổ sung vào nồi gạo

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thủy phân tinh bột của enzyme Termamyl

Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L

Khảo sát thời gian đường hoá

Đánh giá sự khác biệt giữa bia sử dụng 40% thế liệu gạo có bổ sung enzyme Termamyl 120L và bia sử dụng 20% thế liệu gạo không bổ sung enzyme

- Phương pháp nghiên cứu: thu thập kết quả từ các thí nghiệm và phân tích số liệu thu được thông qua các phần mềm thống kê, phân tích LSD

- Các kết quả đạt được của đề tài: từ các nghiên cứu đạt được có thể đưa ra một quy trình dịch đường hoá gạo và malt có sử dụng enzyme Termamyl 120L trong công nghệ sản xuất bia Lager 40% thế liệu gạo

- Kết cấu của ĐA/KLTN: bao gồm 5 chương

Chương 1: Đặt vấn đề

Chương 2: Tổng quan

Chương 3: Vật liệu và phương pháp

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Lịch sử

2.1.1 Giới thiệu về ngành bia

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và

có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon, bổ dưỡng Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi, cải thiện tinh thần

Công nghiệp bia được xếp vào ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nó tác động lên các sản phẩm của nông nghiệp Trong đó nó lại được xếp vào nhóm “công nghiệp lên men” vì biến đổi chính trong sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu

Định nghĩa bia của Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon” Một số nước đặc biệt là ở Đức, định nghĩa hợp pháp

về bia như sau: “ Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men, và không qua chưng cất, và ở đây chỉ sử dụng hạt đại mạch nảy mầm, hoa houblon, nấm men và nước” Do đó ở Đức người ta cấm sử dụng các nguyên liệu khác ngoài bốn thứ kể trên, tuy nhiên đối với một vài loại bia, người ta cho phép sử dụng hạt ngũ cốc chưa nảy mầm, các loại đường và ngay cả các chất hoá học làm dịu vị Còn ở Việt Nam bia được định nghĩa: “Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước”

Iris vì coi sự phát triển một cách ngẫu nhiên về lên men là do có “sự can thiệp của các vị thần thánh”

Nhiều tài liệu lịch sử ( hình 2.1) chỉ ra rằng cách đây hơn 5000 năm (TCN), người Sumerien và Assyrien đã sản xuất được một loại đồ uống lên men từ các loại ngũ cốc Từ 4000 năm TCN, theo những bản thảo và di tích khảo cổ ở bảo tàng Ai Cập học của Bruxelle, những người Ai Cập đã có những loại bia được xếp hạng cao, như là “bia của các nhà quý tộc”, “bia của Ai Cập” Vào khoảng 2000 TCN, dưới thời vua Hammourabi, người Babilon đã viết thành sách các nguyên tắc nấu bia và quá trình nấu bia

(a) (b)

Hình 2.1 Tài liệu cho thấy bia được sản xuất ở Sumeria từ rất lâu

(a) bức vẽ 6000 năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút bằng sậy

(b) Thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca của người Sumeria để tỏ lòng tôn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia

Bia đã từng là quan trọng đối với người La Mã trong thời kỳ đầu, nhưng trong thời kỳ Cộng hoà La Mã thì rượu vang đã thay thế bia như là đồ uống chứa cồn được ưa chuộng hơn Bia trở thành đồ uống được coi là thích hợp cho những người man rợ Tacitus đã viết một cách đầy chê bai về bia được các giống người Đức sản xuất trong thời đại của ông

Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm chí từ thế kỷ 5 TCN,như Hellanicos đã viết trong các vở opera Tên gọi cho bia của

họ là brutos hay brytos

Thời trung cổ, những thầy tu là những người đầu tiên công nghiệp hoá việc sản xuất bia Ở tu viện của St.Gall, Thuỵ Sĩ, người ta vẫn còn giữ được những xưởng bia cổ nhất Cũng ở thời này, người ta đã bắt đầu tạo hương cho bia bằng cách thêm vào dịch hèm những loại thảo mộc có vị đắng và hương thơm Những người đứng đầu (Seigneur) giữ bí mật về hỗn hợp chất tạo hương này và thu được từ đây một nguồn lợi rất lớn Đến thế kỉ thứ 8, người ta đã biết cách sử dụng hoa houblon Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình Vào thế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công với các quán bia và tu viện sản xuất bia hàng loạt để tiêu thụ Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là ale, còn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia Bia có chứa hoa bia được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428 Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp – Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo “không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào

sẽ được sản xuất – mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia” Tuy nhiên vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia

Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đến nay Gebot quy định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch, hoa bia, với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857 Luật của người Bavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thống nhất năm 1871 thành Đế chế Đức dười thời Otto von Bismarck, và kể từ đó

đã được cập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu Cho đến

nay, Gebot vẫn được coi là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này có thể gây tranh cãi

Những nghiên cứu khoa học về sản xuất bia chỉ thực sự được bắt đầu năm 1876, cùng với việc xuất bản các “Nghiên cứu về bia” của Louis Pasteur Trước tiên, ông

đã chỉ ra những “bệnh” của bia là do sự phát triển của vi sinh vật và đã đưa ra những nền tảng đầu tiên của một quy trình sản xuất hợp lý Ông cũng đã phát minh

ra phương pháp thanh trùng mang tên ông, Pasteur, mà cho tới nay người ta vẫn áp dụng

Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày xưa gọi

là ale Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được lưu trữ trong các hầm lạnh một thời gian dài, kể từ đó nó đã được sản xuất nhiều hơn ale

Năm 1953, Morton W.Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là

4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất

ra cái gọi là bia không cồn

Do vậy, nghiên cứu khoa học đã tạo ra những bước phát triển nhanh trong sản xuất bia và tạo nên một ngành công nghiệp lớn mạnh ngày càng phát triển

2004 như sau: Cộng hoà Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc khoảng 110 lít/người/năm

Lượng bia tiêu thụ tăng hầu hết các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tăng lên Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philippin với tốc độ tăng đến 11.2% Châu Á là một trong những khu vực lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới

Trong khi sản xuất bia ở châu Âu có giảm, thì ở châu Á, trước kia nhiều nước có mức tiêu thụ bia trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 6.5%/năm Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26.5%/năm, tiếp đến là Philippin 22.2%/năm Đây là những nước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực

2.1.3.2 Tình hình ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm

Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại, tiên tiến nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất

Truyền thống văn hoá dân tộc và lối sống tác động mức tiêu thụ bia, rượu Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi không cho phép giáo dân uống rượu bia nên mức tiêu thụ bình quân đầu người ở mức thấp Việt Nam không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển Theo một nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ 50 đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị trường các nước Đông Nam Á

2.2 Nguyên liệu sản xuất

2.2.1 Nước

Nước là một nguyên liệu không thể thiếu trong công nghệ sản xuất bia Trong công nghệ sản xuất bia, các yêu cầu về nguồn nước cung cấp cho sản xuất là rất nghiêm ngặt vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bia thành phẩm

Nước sản xuất bia cần phải đạt các tiêu chuẩn cần thiết, do đó nước bơm từ giếng lên phải qua quá trình xử lý nghiêm ngặt Tiêu chuẩn chính cho nước nấu bia là ít nhất phải đạt chất lượng như nước uống

Từ bồn nấu bia nước được cung cấp cho các mục đích sử dụng như sau:

Nước cấp cho nhà nấu bia: nước ngâm malt, nấu malt, nấu gạo,…

Nước cấp cho bồn nước làm lạnh: dùng để làm lạnh dịch nha…

Ngoài ra trong hệ thống xử lý nước còn có bồn thu hồi nước, bồn này có tác dụng thu hồi nước vệ sinh các bể lọc, nước rửa chai… Từ bồn chứa này nước có thể được tái sử dụng để vệ sinh nhà máy hoặc các mục đích vệ sinh khác

Hình 2.2 Nước dùng trong nấu bia

Về cảm quan:

Màu sắc: trong suốt, không màu

Mùi vị: không có mùi vị lạ

Nước dùng trong sản xuất bia phải đạt các chỉ tiêu sau:

Nước dùng trong sản xuất bia phải là nước mềm, có độ cứng tạm thời

<7mg đương lượng/lít

Độ pH 6.5 – 7.0

Độ cứng, mềm: (4 - 8ºĐ), độ cứng trung bình (8 - 12ºĐ)

Các kim loại nặng: không có

Vi sinh vật < 100 tế bào/ml

Vi sinh vật gây bệnh: không có

2.2.1.1 Thành phần hóa học và yêu cầu của nước sản xuất bia

Nước nguyên chất là một hợp chất hóa học với công thức phân tử là H2O Tuy nhiên, nước dùng trong sản xuất thực chất là một dung dịch loãng của các loại muối

ở dạng ion Thông thường, các ion hiện diện trong nước bao gồm:

Sự tồn tại của các muối Canci (Ca2+) và Magie (Mg2+) quyết định độ cứng của nước Trong sản xuất bia, nước phải đạt yêu cầu là có độ cứng từ mềm đến trung bình (0 ÷ 12oH) với hàm lượng các thành phần như bảng 2.1

Bảng 2.1 Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia

Muối carbonate Muối Mg Muối clorua Muối CaSO4

Fe2+

NH3 Các muối có gốc −

≤ 100 cfu/cm3 (Nguồn: Bùi Ái, 2009)

Một trong những chỉ số quan trọng nhất của nước là giá trị pH pH ảnh hưởng lên hoạt tính của các enzyme, khả năng hòa tan chất đắng của houblon, sự phát triển của vi sinh vật, khả năng hòa tan các hợp chất hữu cơ trong malt, dịch wort, bia… cũng như tham gia tạo mùi cuối cùng của sản phẩm Thông thường pH của nước từ 6,5 ÷ 7 Nguyên nhân nước có tính acid yếu đó là do sự có mặt của H2CO3 ở dạng

CO và OH- gây ra độ kiềm của nước

2.2.1.2 Ảnh hưởng của các muối trong nước đến công nghệ và chất lượng bia

Các thành phần muối hiện diện trong nước với hàm lượng rất khác nhau và tác động của chúng đến tiến trình công nghệ cũng như chất lượng sản phẩm cũng không giống nhau Ảnh hưởng do tác động qua lại giữa các cation và anion:

Ion Ca2+: có mặt trong tất cả các loại nước ngầm, tồn tại nhiều nhất ở 2 dạng: Ca(HCO3)2 và CaSO4 Muối bicarbonate gây ảnh hưởng bất lợi vì làm tăng giá trị pH của dịch cháo (mash) khi phản ứng với các muối phosphate của malt: 2KH2PO4 + 2NaHCO3 = K2HPO4 + Na2HPO4 + H2O + 2CO2

Tác động này ảnh hưởng không có lợi cho hoạt động của các enzyme và do đó làm giảm hiệu suất thủy phân trong quá trình tạo dịch đường Trong khi đó, muối sulfate của calci lại có khuynh hướng làm giảm pH và điều này là có lợi cho quá trình đường hóa:

4K2HPO4 + 3CaSO4 = Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4

Ion Mg2+: hàm lượng trong nước tuy ít hơn Ca2+ nhưng lại gây ra tác dụng xấu hơn vì MgCO3 tan được, còn MgSO4 gây ra vị đắng chát khó chịu

Ion Na+: hiện diện trong nước dưới các dạng: Na2CO3, NaHCO3,

Na2SO4, NaCl và gây ra các tác dụng khác nhau:

⇒ NaHCO3 và Na2CO3 làm giảm độ acid của dịch cháo

⇒ Na2SO4 với hàm lượng cao sẽ tạo cho bia có vị đắng

⇒ NaCl nồng độ dưới 200 mg/l lại có tác dụng tốt đến mùi, vị bia

Ion sắt: chủ yếu tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2 Với hàm lượng cao, chúng

có thể phá vỡ sự cân bằng trong tiến trình lên men, gây cho bia mùi vị lạ, xúc tác quá trình oxy hóa trong bia, làm giảm độ bền keo và gây đục cho sản phẩm

sẽ ức chế rất mạnh sự phát triển của nấm men

Acid silic: với hàm lượng lớn có thể cản trở quá trình lên men và gây đục Việc hiểu biết vai trò và tác động của các muối hiện diện trong nước trong quá trình sản xuất bia có một vai trò quan trọng bởi vì chúng ảnh hưởng đến hoạt tính của nước đối với các thành phần của malt và có lẽ là của houblon nữa Với việc phân tích thành phần và hàm lượng các muối trong nước, người ta có thể can thiệp các biện pháp xử lý thích hợp hay bổ sung các khoáng cần thiết để phù hợp hơn cho quá trình công nghệ cũng như chất lượng bia thành phẩm

2.2.2 Malt đại mạch

Malt là sản phẩm được chế biến từ các hạt ngũ cốc được ươm mầm với sự kiểm soát chặt chẽ bởi các yếu tố kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ và mức độ thông gió) Trong công nghệ sản xuất bia, malt đại mạch là thành phần dường như không thể thay thế Quá trình quan trọng nhất để hạt đại mạch trở thành hạt malt là sự nẩy mầm nhằm mục đích hoạt hóa, tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có trong hạt đại mạch Các enzyme này sẽ chuyển hóa các hợp chất cao phân tử có trong nội nhũ hạt thành các hợp chất đơn giản hơn, tham gia vào thành phần chất hòa tan của dịch đường Bên cạnh đó, malt đại mạch còn chứa protein - được sử dụng như là nguồn

dinh dưỡng của nấm men trong quá trình lên men Một yếu tố quan trọng khác, malt đại mạch còn góp phần tạo hương vị và màu sắc cho sản phẩm

Trong sản xuất bia, người ta sử dụng đại mạch đã qua ươm mầm, tách rễ và sấy khô gọi là malt

Malt khi đưa vào sản xuất bia phải đạt các yêu cầu sau:

Chỉ tiêu cơ học và lý học

• Màu hạt malt vàng: vàng sang, óng mượt

• Mùi: thơm đặc trưng

Đây là một loại ngũ cốc (cereal) với nguồn tinh bột rất dồi dào và vỏ trấu của nó vẫn bám chặt vào hạt thậm chí ngay cả khi đập và chế biến thành malt

Hình 2.4 Đại mạch nhiều hàng (trái), đại mạch 2 hàng (phải)

Đại mạch đuợc chia thành hai nhóm: đại mạch hai hàng và đại mạch nhiều hàng thường là sáu hàng (hình 2.4) Đại mạch hai hàng tuy có hàm lượng enzyme và protein thấp hơn đại mạch sáu hàng nhưng đuợc sử dụng nhiều hơn Nguyên nhân là

vì nó có lượng tinh bột – thành phần chính để chuyển hóa thành đường cao hơn đồng thời lớp vỏ trấu mỏng hơn nên tạo cho bia thành phẩm có độ trong và mùi vị tốt hơn do ít các hợp chất polyphenol hơn

Hình 2.5 Bông và mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng

Trong cấu tạo của hạt đại mạch (hình 2.5), nội nhũ là phần lớn nhất và cũng là phần có giá trị nhất, giữ vai trò quyết định chất lượng đại mạch trong sản xuất bia Thành phần chính trong nội nhũ là các hạt tinh bột được cấu tạo từ hai polysaccharide là amylose và amylopectin, một ít protein, cellulose, chất béo, tro và

đường Trong khi đó, phôi có giá trị dinh dưỡng không đáng kể nhưng lại có vai trò rất quan trọng – là “trạm hoạt hóa” và là “nhà máy sản xuất” enzyme trong quá trình nảy mầm của hạt để tạo thành malt

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trung bình malt tính theo % trọng lượng chất khô

Thành phần Phần trăm các chất (%) Tinh bột

Đường Sacaroza Đường khử Những đường khác Chất dạng gom Hemixenlulo Xenlulo Lipit Protein thô Dạng hoà tan thể muối Glutein – protein Axit amin và peptit Axit nucleit Tro Những chất còn lại

Carbohydrate: là thành phần chiếm hàm lượng lớn nhất và đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình sản xuất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Chúng bao gồm cellulose (không tan), hemicellulose (tan được trong nước), tinh bột, các dextrin, đường và các chất gôm (gums)

Protein: là thành phần quan trọng thứ hai (sau tinh bột) của đại mạch, bao gồm glutelin, prolamin, globulin và albumin Hàm lượng protein tốt nhất để sản xuất bia là 8 ÷ 10% Nếu protein cao quá, bia dễ bị đục và khó bảo quản, nếu thấp quá thì quá trình lên men kém triệt để, bia kém bọt và kém đậm đà

Enzyme: được phân thành hai nhóm chính là nhóm enzyme thủy phân (carbohydrase, protease và esterase) và nhóm enzyme oxy hóa khử (dehydrase, catalase và oxydase) Các enzyme này tham gia vào các phản ứng sinh hóa và biến dần hạt đại mạch thành những hạt malt rồi thành chất hòa tan vàodịch đuờng

Ngoài ra còn có các thành phần khác như: Cellulose, hemicellulose, chất chát, chất đắng, khoáng, vitamin,…

2.2.2.2 Sản xuất malt đại mạch

Trong sản xuất bia, người ta sử dụng đại mạch đã qua ươm mầm và sấy khô gọi

là malt Mục tiêu lớn nhất của quá trình ươm mầm và cũng là mục tiêu của quá trình sản xuất malt là hoạt hóa và tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có trong đại mạch Quá trình ươm mầm được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ các điều kiện kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ, mức độ thông gió) Với cùng một giống đại mạch nhưng với các điều kiện kỹ thuật ươm mầm khác nhau sẽ cho ta các loại malt

có chất lượng khác nhau

Malt là một nguyên liệu bắt buộc trong công nghệ sản xuất bia Ngày nay, với những kỹ thuật nấu hiện đại, người ta có thể thay thế đại mạch bằng nguyên liệu là các loại ngũ cốc có nhiều bột, ít chất béo như bắp, gạo, … nhưng không thể thay thế hoàn toàn vì malt không những cung cấp một hệ enzyme phong phú (amylase, protease, exopeptide, phosphataza) cho quá trình thủy phân các hợp chất cao phân

tử thành các chất có phân tử lượng thấp dễ hòa tan mà còn tạo ra màu sắc và mùi vị đặc trưng cho bia

Thành phần chính của malt khô: (% chất khô)

• Tinh bột: 58%

• Độ ẩm: 3.8 – 5%

• Độ trích ly: 78 – 80.5% (chất khô)

• Chỉ số Kolbatch: 36 – 41

• Pentose hòa tan: 1,0%

• Hexose và pentose không tan: 9,0%

Đại mạch Malt

Làm sạch, phân loại Xử lý

Ngâm Ươm mầm Sấy

Hình 2.6 Quy trình sản xuất malt đại mạch

Ngâm đại mạch: nhằm làm tăng độ ẩm và hoạt hóa tiến trình trao đổi chất

ở hạt Kết thúc quá trình này, hạt đã nhú mầm trắng ở phần đầu và trương phình ra, gia tăng thêm 1/3 kích thước ban đầu

Ươm mầm đại mạch: được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm và oxy thích hợp cho đến khi các biến đổi xảy ra đầy đủ Ở giai đoạn này, các enzyme

đã tích cực hoạt động để phân cắt cơ chất (như glucid, protein) thành các phân tử đơn giản để nuôi phôi mầm Bằng cách hạn chế sự hô hấp của phôi (hoặc ngừng hẳn) trong khi các enzyme vẫn tích cực hoạt động, các hạt đại mạch dần dần biến đổi thành malt

Sấy malt: malt tươi được sấy trong lò ở các nhiệt độ khác nhau Mức độ nhiệt trong lò sẽ xác định màu sắc malt và lượng enzyme còn sống để sử dụng cho quá trình tạo dịch cháo Yêu cầu của quá trình này là tách triệt để độ ẩm tự do trong hạt malt đồng thời phải bảo toàn được hoạt tính của các enzyme

2.2.3 Houblon

Houblon là nguyên liệu thiết yếu thứ 2 (sau đại mạch) trong công nghệ sản xuất bia Houblon tạo cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của bia

Hoa houblon (hình 2.7) có tên khoa học là Humulus lupulus, thuộc họ dây leo, được trồng nhiều ở vùng ôn đới Trong sản xuất bia, người ta chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn

Hình 2.7 Hoa houblon (hay hoa bia)

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng, tiêu chuẩn kỹ thuật của hoa Houblon

Chỉ tiêu cảm quan

• Màu vàng óng ánh

• Mùi thơm đặc biệt dễ bay hơi, dễ nhận mùi

Các hợp chất tạo đắng: nhựa houblon

Các hợp chất tạo mùi: tinh dầu houblon

Các tannin: hợp chất polyphenol

Các hợp chất tạo đắng là các acid Chúng tạo ra vị đắng rất đặc trưng và dễ chịu cho bia đồng thời cải thiện sự ổn định của bọt Chúng bao gồm các alpha, beta, gamma và delta acid là các đồng phân của nhau ứng với humulone, lupulone, humulione, hulupone Mỗi nhóm lại có 7 acid giống nhau cơ bản về cấu trúc phân

tử nhưng lại khác nhau về mạch nhánh Thành phần và hàm lượng các acid đắng (bảng 2.3) tùy thuộc vào giống loài và điều kiện thời tiết

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của houblon

Nước Nhựa đắng tổng số Tinh dầu Tanin

10 – 11

15 – 20 0.5 – 1.5

2 – 5

Monosaccarit Pectin Amino axit Protein Lipit và sáp Chất tro Xenluloza, lignin và các chất khác

2

2 0.1

15 -17

3

5 – 8

40 - 50 (Nguồn: GS.TS Nguyễn Thị Hiền, 2008)

2.2.3.1 α - acid đắng

Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Nó tập trung chủ yếu ở các hạt lupulin dưới dạng nhựa hay acid đắng kết tinh Đây là thành phần có vai trò tạo vị đắng dịu, tạo sức căng bề mặt để giữ bọt, làm tăng độ bền sinh học cho bia do có tác dụng kháng khuẩn

Trong các hợp chất của α - acid đắng trên thì humulon là thành phần quý nhất trong hoa houblon vì nó là nguồn cung cấp chính các chất đắng và khả năng kháng sinh Humulon và các đồng phân tạo ra từ 85 - 95% chất đắng trong bia, nó có vị đắng mạnh, độ hoạt động bề mặt lớn

Công thức cấu tạo như hình 2.8:

Hình 2.8 Công thức tổng quát của α - acid đắng

Khả năng hòa tan của α - acid đắng trong nước khoảng 500 mg/l, trong dịch đường thì ít hơn, trong bia thì không đáng kể (10 - 30 mg/l) Độ kiềm càng cao thì

khả năng hòa tan càng nhiều Trong quá trình đun sôi α - acid đắng qua quá trình đồng phân hóa tạo thành các chất có khả năng hòa tan và độ đắng cao hơn nhiều

2.2.3.2 β - acid đắng

Có khả năng gây đắng và độ hoạt động bề mặt yếu hơn so với humulon song lại

có khả năng kháng sinh mạnh hơn

Gồm 4 hợp chất lupulon, colupulon, adlupulon và prelupulon Mạch acyl (hình 2.9) giống như ở α – acid đắng

Hình 2.9 Công thức tổng quát của β – acid đắng

Lupulon là dạng hợp chất dạng tinh thể, màu trắng, nóng chảy ở 92oC β - acid đắng dễ tan trong eter, hexan, rượu methylic Khả năng hòa tan trong nước, trong dịch đường kém hơn rất nhiều so với α - acid đắng Nếu bị oxy hóa, β - acid đắng sẽ chuyển thành hupulon, khả năng hòa tan kém

Nếu phản ứng kéo dài hupulon sẽ chuyển thành nhựa mềm và sau đó là nhựa cứng Nhựa mềm là sản phẩm ở giai đoạn đầu của quá trình oxy hóa và polyme hóa

Ở giai đoạn này thì chất đắng và khả năng kháng sinh chỉ còn một phần Tuy nhiên khả năng hòa tan cao nên lực đắng được tạo ra lớn, tạo giá trị cho hợp phần này Nhựa đắng là sản phẩm cuối của quá trình Ở giai đoạn này thì chúng không thể hòa tan vào dịch đường và bị thải theo cặn lắng, chính vì vậy hợp phần này không

có giá trị trong sản xuất bia

Bảng 2.4 Các đồng phân alpha và beta acid đắng

-COCH2CH(CH3)2 Humulone C21H30O5 Lupulone C26H38O4

-COCH(CH3)2 Cohumulone C20H28O5 Colupulone C25H36O4-COCH(CH3)CH2CH3 Adhumulone C21H28O5 Adlupulone C26H38O4-COCH2CH3 Posthumulone C19H26O5 C24H34O4-COCH2CH2CH(CH3)2 Prehumulone C22H32O5 C27H40O4-CO(CH2)4CH3 Adprehumulone C21H30O5 C27H40O4-

OCH2CH2CH(CH3)CH2CH3 C23H34O5 C28H42O4

(Nguồn: Dennis E Briggs, 2004)

2.2.3.3 Tinh dầu thơm

Tạo mùi thơm đặc trưng nhẹ nhàng và dễ chịu cho sản phẩm Là chất lỏng trong suốt, không màu hoặc màu vàng nhạt Tinh dầu thơm có mùi rất mạnh, tỷ trọng của chúng là 0,88, dễ hòa tan trong rượu ethylic ở nhiệt độ cao Trong nước tỷ lệ hòa tan của chúng là không đáng kể, khoảng 1:20000 Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh

ở nhiệt độ thường

Thành phần hóa học của tinh dầu thơm trong houblon rất phức tạp, nó chiếm khoảng 0,4% thành phần của hoa và gồm 103 hợp chất khác nhau Trong đó phần lớn là terpen, rượu, cetol, aldehyde, ester, acid Nhóm các hợp chất chiếm khối lượng nhiều nhất là các hydrocarbon (75%)

Các hợp chất tạo mùi cho bia gồm hơn 300 hợp chất của tinh dầu houblon như mycrene, caryophyllene, humulene…

2.2.3.4 Các tannin

Các tannin tác động lên vị của bia và ảnh hưởng lên thành phần protein Chúng

là những polyphenol (hình 2.10) có khả năng kết lắng và loại bỏ các hợp chất protein ra khỏi dịch đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo cho bia thành phẩm

Hình 2.11 Các dạng hoa houblon: hoa khô (a), viên nén (b) và dịch chiết (c)

Dạng cao: Hop CO2 extract Người ta dùng dung môi hữu cơ CO2 để trích

ly chất đắng trong hoa houblon ra dung môi, sau đó dùng các biện pháp thích hợp

để tách dung môi sẽ thu được dung dịch cao houblon sệt có màu xanh lá cây đậm Bằng cách trích ly như vậy sẽ tách được riêng chất đắng trong hoa ra ở dạng đậm đặc (hiệu suất trích ly thường >45%), chất lượng chất đắng được bảo toàn tốt hơn, đồng thời việc sử dụng khi nấu với dịch đường sẽ thuận tiện và hiệu quả hơn nhiều Dạng chế phẩm này sẽ giảm được hao phí chất đắng trong quả trình bảo quản, tăng

hệ số sử dụng hữu ích của houblon, giảm lượng bã, chất màu Ưu điểm: đồng phân hóa tạo cặn ít, dễ vận chuyển

Dạng thô: viên nén Hop pillet Người ta có thể nghiền nát hoa khô thành dạng bột, sau đó qua các máy ép viên định hình để thu gọn thể khối chúng lại, gói kín những viên houblon này trong các bọc giấy đặc biệt có nạp thêm khí trơ Ưu điểm: giữ hương thơm, nhược điểm: tạo ra nhiều cặn hơn

2.2.4 Nấm men

Trong sản xuất bia, nấm men được sử dụng có nhiệm vụ chuyển hóa các đường

có thể lên men được (đường đơn, đường đôi… – fermentable sugars) thành rượu,

CO2 và các sản phẩm phụ khác, chính các sản phẩm này quyết định chất lượng bia thành phẩm Bên cạnh đó, các nấm men còn ảnh hưởng lên đặc tính và mùi vị của sản phẩm

Vì vậy, nấm men (hình 2.12) là một nguyên liệu cần thiết, không thể thay thế được trong công nghệ sản xuất bia.Nấm men là vi sinh vật đơn bào, kích thước 6 –

9 µm, sinh sản chủ yếu bằng cách nẩy chồi hoặc phân cắt

(a) (b)

Hình 2.12 Hình thái khuẩn lạc nấm men: S cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b)

Chris Boulton and David Quain, 2001

2.2.4.1 Phân loại nấm men

Có hàng trăm giống và loài nấm men khác nhau Trong quá khứ, người ta chia các giống này thành hai nhóm: nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm Saccharomyces uvarum (thường được gọi là Saccharomyces carlsbergensis)

Sự khác biệt giữa 2 nhóm nấm men này được thể hiện ở bảng 2.5 Ngày nay, người

ta lại sắp hai nhóm này đều là thành viên của Saccharomyces cerevisiae Tuy nhiên,

có lẽ hình thức phân chia cũ vẫn còn phổ biến

Bảng 2.5 Đặc điểm các chủng nấm men dùng cho lên men nổi và lên men chìm

Thời gian lên men ngắn, nhiệt độ lên

men 14 – 250C

Thời gian lên men dài hơn, nhiệt độ lên men 6 – 140C

Khả năng lên men đường đơn, đường

đôi nhưng đường tam raffinose kém

(1/3) do thiếu Enzym melipinase

Có khả năng lên men toàn bộ (100%) đường raffinose

Quá trình lên men xảy ra nhanh trên

bề mặt môi trường.Tế bào men lơ

lửng trong dịch lên men và tập trung

trên bề mặt dịch Kết thúc lên men,

các tế bào kết chùm, chuỗi, tạo thành

lớp dày nổi trên bề mặt cùng với bọt

của bia, bia tự trong chậm

Tế bào kết lắng thành từng chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị Lên men mạnh nhưng đằm, quá trình xảy ra trong lòng môi trường; khi hết nguồn carbon trong môi trường, chúng có xu hướng kết chùm, chuỗi

và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm trong bia nhanh;

Không thuận tiện cho quá trình lọc

và thu hồi nấm men để tái sử dụng

cho kỳ lên men sau

Thuận tiện cho quá trình lọc và thu hồi nấm men để tái sử dụng cho kỳ lên men sau

Người ta còn chia nấm men ra thành nhóm nấm men chìm vừa phải, thuộc nhóm độc lập Saccharomyces uvarum với các đặc điểm nằm giữa hai nhóm trên

2.2.4.2 Yêu cầu dinh dưỡng cho nấm men

Để phát triển một cách mạnh mẽ, đảm bảo cho quá trình lên men tạo rượu, nấm men đòi hỏi một nguồn dinh dưỡng đầy đủ với thành phần carbohydrate có thể lên men được, nguồn cung cấp nitơ, các vitamin và khoáng chất Các thành phần dinh dưỡng này thông thường hiện diện sẵn trong malt đại mạch hoặc được phát triển bởi các enzyme trong suốt quá trình tạo malt và hình thành dịch cháo

Carbohydrate: chỉ các phân tử đường với khối lượng phân tử thấp như các mono-, di- và oligosaccharide mới cần thiết cho sự phá triển của nấm men Trong thành phần dịch đường, có 80 ÷ 85% thành phần có thể lên men được như maltose, maltotriose, glucose, sucrose và fructose Phần còn lại, không thể lên men được như các dextrin, beta-glucan, pentosan và các oligosaccharide Thời gian lên men tùy thuộc vào khối lượng phân tử các các đường Đối với sucrose, glucose và fructose, thời gian này là nhanh nhất, thường khoảng 24 ÷ 49 giờ

Nguồn nitơ: bao gồm các acid amin, peptide và muối ammoni Nấm men thích sử dụng các muối ammoni hơn nhưng thành phần này lại hiện diện rất ít trong dịch đường, vì thế các acid amin và peptide là những thành phần quan trọng nhất

Các vitamin: chẳng hạn như biotin, acid panthotenic, thiamin và inositol

là các thành phần thiết yếu cho chức năng và sự phát triển của nấm men Biotin đạt được từ malt trong thời gian tạo dịch cháo Nó liên quan đến việc carboxyl hóa acid pyruvic, tổng hợp nucleic, protein và các acid béo Sự thiếu hụt biotin sẽ làm cho nấm men chết nhanh hơn Acid panthotenic là nhân tố thiết yếu trong quá trình chuyển hóa carbohydrate và lipid, tham gia vào chức năng của màng tế bào Thiếu acid panthotenic sẽ dẫn đến sự tích lũy hydrogen sulfide Thiamin cần cho phản ứng carboxyl hóa oxo-acid Inositol cần thiết cho sự phân chia tế bào Việc thiếu thành phần này sẽ làm giảm sự chuyển hóa carbohydrate

Các khoáng chất: bao gồm phosphate, kali, calci, magne, sulfur và các nguyên tố vết Phosphate liên quan đến sự chuyển hóa năng lượng, tăng tốc độ phát triển của nấm men và là thành phần của nhiều hợp chất hữu cơ trong tế bào nấm men Calci cải thiện đặc tính kết chùm của nấm men và nên hiện diện với nồng độ

lớn hơn 50 mg/l Magne thì cần thiết cho sự phát triển của nấm men và đóng vai trò như một chất hoạt hóa enzyme Nấm men cần sulfur cho quá trình tổng hợp methionine và cysteine – kết hợp thành protein, glutathione, coenzyme A và thiamin Các nguyên tố như kẽm, đồng và mangan cũng được đòi hỏi dưới dạng vết

Hô hấp của nấm men đóng vai trò quan trọng trong việc tạo thành sản phẩm cho quá trình lên men Ở giai đoạn đầu, khi hàm lượng oxy trong môi trường còn đầy

đủ, nấm men hô hấp hiếu khí để phát triển sinh khối, tạo ra nhiều hơn các tế bào nấm men mới để chuẩn bị cho giai đoạn hô hấp yếm khí Ở giai đoạn này, nấm men tạo ra rượu, CO2 và các sản phẩm bậc hai hình thành nên mùi vị đặc trưng cho bia thành phẩm

2.2.4.3 Lựa chọn nấm men

Việc lựa chọn nấm men với các đặc tính cần thiết cho quá trình sản xuất bia là hết sức quan trọng bởi cả hai yếu tố là chất lượng sản phẩm và tính kinh tế Tiêu chuẩn cho sự lựa chọn này khác nhau theo yêu cầu của thiết bị sản xuất bia và loại bia nhưng chúng phải đáp ứng được các yêu cầu tối thiểu sau:

Lên men nhanh;

Khả năng chống chịu cao

Có khả năng kết lắng

Tốc độ lên men như ý ở nhiệt độ mong muốn;

Tạo vị tốt cho thành phẩm

Đặc tính tồn trữ tốt

Ổn định với các biến đổi

Có khả năng chống lại sự thoái hóa

Nấm men được sử dụng trên thị trường dưới hai dạng: nấm men tươi và nấm men khô

2.2.5 Thế liệu

Thế liệu là các hạt ngũ cốc chưa nảy mầm dùng làm nguyên liệu sản xuất bia để thay thế một phần đại mạch như: bắp, gạo, lúa mạch đen, yến mạch, lúa miến và lúa mạch Ngoài ra, người ta còn có thể sử dụng các thế liệu dưới dạng đường như dextrose, đường mía, đường từ củ cải đường, malto dextrin và caramel Các thế liệu được dùng tùy vào từng mục đích khác nhau như: nhằm hạ giá thành, cải thiện một vài tính chất của sản phẩm, tạo ra nhiều chủng loại bia…

Việc sử dụng các thế liệu trong bia làm tăng tính ổn định vật lý , tăng khả năng chịu lạnh và màu sắc bia Tính ổn định vật lý của bia có được từ các nguyên liệu ít protein để ổn định chất keo Gạo và bắp không có hoặc rất ít protein trong khi những nguyên liệu khác như đại mạch lại rất giàu protein Ngoại trừ đại mạch, các thế liệu cũng chứa rất ít các hợp chất polyphenol

Các thế liệu có thể được sử dụng để điều chỉnh khả năng lên men của dịch đường Người ta có thể thêm trực tiếp đường hoặc syrup vào nồi nấu để điều chỉnh khả năng lên men hơn là để thay đổi nhiệt độ và thời gian của dich cháo

Các thế liệu còn được sử dụng để góp phần tạo mùi cho sản phẩm Chẳng hạn gạo có mùi và vị trung tính, còn bắp lại có khuynh hướng làm cho bia có vị nhạt Đường bán tinh luyện tạo cho bia có vị ngọt ngào khoái cảm Thế liệu cũng làm thay đổi tỉ lệ carbohydrate/nitơ nên ảnh hưởng đến việc tạo thành các sản phẩm phụ như các ester và các rượu cao phân tử

Các thế liệu còn góp phần điều chỉnh màu sắc cho bia, chẳng hạn như trong trường hợp của các đường sậm màu Mặt khác, gạo và các loại tinh bột có màu sáng

có tác dụng làm loãng màu sắc của malt để tạo ra các loại bia có màu sáng hơn Một vài thế liệu được sử dụng để cải thiện các đặc tính hóa học, chẳng hạn như đại mạch và lúa mạch tạo ra các glycoprotein để tăng tính ổn định bọt cho bia Các thế liệu ít protein hơn có tính ổn định chất keo bởi vì chúng hòa tan các protein tạo đục

Mục đích cuối cùng của việc sử dụng các thế liệu là việc chúng có thể làm tăng nồng độ bia, giảm chi phí sản xuất và rút ngắn thời gian chế biến

Tuy nhiên, việc bổ sung các thế liệu có thể gây ra các bất lợi Nếu hàm lượng các thế liệu quá cao sẽ gây khó khăn cho việc tạo dịch đường do việc thiếu các hợp chất nitơ làm giảm sự phát triển của nấm men

Ở nước ta, thế liệu thường được các nhà máy sử dụng là gạo vì nước ta được coi

là một trong các vựa lúa lớn trên thế giới

Với nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp ổn định, hàm lượng tinh bột trong gạo khá cao, protein ở mức vừa phải, có khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô) thêm nữa là hàm lượng lipid thấp nên không ảnh hưởng xấu đến độ bền bọt Do đó, gạo (hình 2.13) là nguyên liệu khá lý tưởng cho sản xuất

2.2.6 Chế phẩm enzyme sử dụng trong sản xuất bia

Những chế phẩm enzyme từ vi sinh vật được dùng trong công nghiệp bia là:

α-amylase từ vi khuẩn, từ nấm mốc dùng trong quá trình làm loãng bột nấu và đường hóa

Protease để phân hủy prôtein trong nguyên liệu thành các hợp chất tung gian và acid amin

Xitaza để thủy phân các chất gôm và xenluloza trong nguyên liệu để cho dịch lên men sau này dễ lọc, tạo điều kiện hình thành vị bia đầy đủ và tăng độ bền của bọt Sử dụng các chế phẩm của enzyme này cho phép dùng tới 50% thóc đại mạch chưa nảy mầm và có thể dùng malt có chất lượng trung bình cũng có thể cho bia chất lượng cao

Các chế phẩm enzyme chuyển dextrin trung gian thành dextrin cuối có thể lên men để tăng hiệu suất lên men và bia thành phẩm dễ lọc, có độ bền cao hơn

Các chế phẩm enzyme giúp chuyển hóa diaxetyl thành acetoin làm rút ngắn thời gian “chín” bia trong lên men phụ và tàng trữ

2.2.6.1 Chế phẩm enzyme Termamyl 120L

Từ những năm 1960, các nhà sản xuất đã sử dụng α – amylase từ Bacillus amyloliquefaciens để hổ trợ quá trình hồ hoá và dịch hoá tinh bột Đến những năm

1970, các nhà khoa học phát hiện α – amylase từ Bacillus licheniformic có độ bền

nhiệt cao hơn và các nhà sản xuất chuyển sang sử dụng chế phẩm này trong công

nghệ sản xuất Bảng 2.6 giới thiệu chế phẩm α – amylase chịu nhiệt từ Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus licheniformis

Bảng 2.6 Một số tính chất của α – amylase chịu nhiệt

Đề tài tập trung nghiên cứu enzyme Termamyl 120L (α-amylase ) là chế phẩm enzyme của hãng Novo Industry (Đan Mạch) Tính chất của nó như sau:

Là chế phẩm enzyme α-amylase chịu nhiệt, pH = 5.8 – 6.2 ở dạng lỏng,

hoạt tính 120 kilonovo, được sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus licheniformic trong phân tử có ion Ca++ Enzyme này thủy phân tinh bột ở mối α - 1,4 glucozid trong phân tử amylose và amylopectin Nhờ vậy tinh bột nhanh chóng

bị phân giải thành dextrin tan trong nước làm dịch cháo loãng ra nhanh chóng

Dùng trong nấu bia ở khâu dịch hóa các loại bột không phải malt (thế liệu) ở 95 – 1050C, liều lượng enzyme là 0.05 – 0.1% so với lượng bột thế liệu thay thế malt Chế phẩm enzyme này hoạt động ổn định ở nhiệt độ trên nếu trong dịch chế phẩm có một lượng 50 – 70 ppm Ca++.

Dùng enzyme này có thể thay thế phần bột malt lót khi dịch hóa và có thể tăng tỉ lệ thế liệu trong công thức nấu, thời gian nấu ngắn hơn

2.2.6.2 Đặc tính và cơ chế tác dụng của hệ enzyme amylase trong sản xuất bia

Tinh bột bị thuỷ phân trong suốt quá trình nẩy mầm của hạt ngũ cốc nhờ vào hoạt động của các loại enzyme thuỷ phân mà quan trọng nhất trong số đó là enzyme amylase Mặc dù α-amylase đóng vai trò chủ yếu trong sự phân cắt tinh bột nhưng cần có sự phối hợp giữa α-amylase, β-amylase, một loại enzyme cắt nhánh, và α-glucosidase để thuỷ phân hoàn toàn tinh bột Sơ đồ phân loại của hệ enzyme amylase được biểu diễn ở hình 2.14

Trong phân tử α-amylase có ít nhất ion Ca2+ có tác dụng làm bền cấu trúc bậc 2

và bậc 3 trong phân tử enzyme Nó sẽ hoàn toàn mất khả năng thuỷ phân cơ chất nếu bị loại bỏ hết ion Ca2+ Canxi còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính và tác động của enzyme phân giải protein α-amylase bền với nhiệt độ hơn các amylase khác Nhiệt độ tối thích khoảng 72-

75oC, pH = 5.3 – 5.8 trong malt Đặc tính này có liên quan đến hàm lượng Canxi trong phân tử Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các kim loại nặng như Cu2+,

Ag+, Hg2+ Độ bền của α-amylase bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH Tuy nhiên so với các loại amylase khác thì độ bền với nhiệt độ α-amylase cao hơn

α-amylase có khả năng phân cách các liên kết α-1,4-glucoside của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzym nội bào (endoenzym) Nó làm giảm độ nhớt của dịch cháo xuống nhanh chóng nên còn có tên là enzyme dịch hóa điển hình

α-amylase không chỉ có khả năng phân thuỷ hồ tinh bột mà còn có khả năng phân huỷ cả hạt tinh bột nguyên vẹn

Sự thuỷ phân tinh bột của α-amylase trải qua nhiều giai đoạn:

• Trước tiên enzym phân cách một số liên kết trong tinh bột tạo ra một lượng lớn dextrin phân tử thấp, sau đó các dextrin này bị thuỷ phân tiếp tục để tạo ra maltose và glucose

• Amylose bị phân cách thành các oligosaccharide hay còn gọi là polyglucose (6-7 gốc glucose), sau đó dưới tác dụng của α-amylase các oligosaccharide tiếp tục bị phân cách nên chuỗi bị cắt dần và tạo thành maltotetrose, maltotriose, maltose Sau thời gian tác dụng dài, sản phẩm của quá trình thuỷ phân amylase là 13% glucose và 18% maltose

Tác dụng của α-amylase trên amylopectin cũng xảy ra tương tự và sản phẩm được tạo là 72% maltose trên 19% glucose, ngoài ra còn có dextrin phân tử thấp và isomaltose (8%) do α-amylase không thể cắt được liên kết 1,6 glucoside ở mạch nhánh của phân tử amylopectin α-amylase nấm thóc và malt hoạt động tốt nhất ở