Đề tài ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu vang
Trang 1Trong thời buổi công nghiệp hóa - hiện đại hóa như hiện nay, cùng với sự phát triển của Công nghệ thông tin, Công nghệ vật liệu mới, .Công nghệ sinh học đang góp phần không nhỏ trong sự phát triển mọi mặt của xã hội Với vai trò là một khoa học mũi nhọn trong các khoa học sự sống, Công nghệ sinh học bao
gồm ( Sinh học phân tử, Hóa sinh học, Vi sinh vật học, Di truyền học) nhằm tạo ra các công nghệ khai thác Ở quy mô công nghiệp, các hoạt động sống của vi sinh vật, thực vật và động vật Tuy vậy, Ở nước ta hiện nay việc tiếp cận nó chủ yếu mới dừng ở mức độ lý thuyết và Ở quy mô phòng thí nghiệm Việc ứng dụng Công nghệ sinh học vào các quá trình sản xuất Ở quy mô công nghiệp còn nhiều
hạn chế và chưa được phổ biến Do đó việc trang bị cho sinh viên đang học tập nghiên cứu nghành Công nghệ sinh học những kiến thức và kỹ năng cần thiết
trong vấn đề thực nghiệm sản xuất là hết sức cần thiết
Bia - một loại nước uống phổ biến trên thế giới Đó là loại nước uống với
nồng độ cồn nhẹ, khoảng 5° nhưng rất giàu dinh dưỡng vì chứa nhiều acid amin
và các thành phần dinh dưỡng khác Hiện nay ngành công nghệ thực phẩm sản xuất đồ uống đang phát triển mạnh, đặc biệt là sản xuất bia Với sự đa dạng về sản xuất đã tạo ra nhiều sản phẩm bia khác nhau như: bia hơi, bia chai, bia đen, bia vàng Với những loại thương hiệu như: Heineken, Carlsberg, Halida, Huda, Bia Sài Gòn, Bia Hà Nội, Hàng năm theo thống kê thị trường tiêu thụ, bia của nước ta chiếm một phần lớn trong ngành kinh tế hàng hóa và dịch vụ
Ngày nay hầu như tất cả các nước trên thế giới đều sản xuất và tiêu thụ
bia với số lượng rất lớn (hơn 1,5 tỷ lít bia/ năm), bên cạnh việc thay đổi mẫu mã hình dáng sản phẩm nhằm thu hút người tiêu dùng thì việc nâng cao chất lượng
đặc biệt phải đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là rất quan trọng
Với những kiến thức đã học cùng với quá trình học tập tại trường, trong thời gian thực tập sản xuất cuối khóa học giành cho sinh viên, về bản thân tôi chuyến đi thực tập này đã giúp tôi mở mang thêm sự hiểu biết của mình qua đó có điều kiện vận dụng kiến thức đã học, từ đó tìm ra những thiếu sót và bổ sung cho hoàn thiện hơn ĐỂ hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất bia, nhằm ứng vào thực
Trang 2day nền kinh tế tinh nha phát triển, đó là ly do chúng tôi thực hiện bài báo cáo xê- mỉ-na: “ứng dụng công nghệ vi sinh rong sản xuất rượu vang, bia”
2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA HƠI
2.1 Quy trình sản xuất bia
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là Malt đại mạch, nước, hoa houblon và nấm men Nhiều loại nguyên liệu thay thế Malt trong quá trình sản xuất là gạo, đường và các loại dẫn xuất từ ngũ cốc
Các nguyên liệu phụ khác được sử dụng trong quá trình lọc và hoàn thiện
sản phẩm như bột trợ lọc, các chất ổn định Nhiều loại hóa chất được sử dụng
trong các quá trình sản xuất như các chất tẩy rửa, các loại dầu nhờn, chất hoạt động bề mặt tỷ lệ các thành phần nguyên liệu phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ được sản xuất
Gạo và Malt trước khi đưa vào nấu cần được nghiền nhưng đối với Malt không nghiền nhỏ mà chỉ làm giập vỏ còn với gạo cần nghiền càng nhỏ càng tốt Sau đó chuyển gạo và malt đã nghiền vào nồi nấu cháo( thiết bị hồ hóa), nổi nấu
malt( đường hóa) Sau khi kết thúc quá trình đường hóa bắt đầu chuyển sang công đoạn lọc dịch đường rồi đun sôi cùng với hoa houplon, lắng trong, làm lạnh và tiến
hành quá trình lên men Sau khi lên men xong dùng bia đấy hết nước trong Ống vào
máy lọc, khi hết nước thì khóa van, lấy bia vào thùng phủ bột rồi bật cánh khuấy va cho 4 kg bột, kiểm tra các van sau đó mở van để cấp bia vào thùng lọc và bật bơm cấp bột Lấy mẫu kiểm tra đỘ trong ta có thể tiến hành mở vào tank bão hòa, đầy thùng thì tắt bơm lọc và đuổi bia vào thùng bia hồi Tiến hành nạp CO; trước tiên xả van nóc thùng bão hòa để áp suất thùng bằng 0 và đóng van nóc lại, buộc đường ống
nạp CO; từ bình CO; vào van nạp CO; của tank bão hòa Mở CO; từ từ vào tank bão
hòa để áp suất của tank lên 2,5 atm, sau đó xả nhẹ van nóc để áp suất về 0, kết thúc nạp để bia ổn định 2h sau đó kiểm tra lượng CO; hòa tan trong bia Cuối cùng đến
Trang 3Nước Gao Malt : | Nghiền Nghiền Hồ hóa _ Đường hóa Ỷ Nấu hoa v Lang trong xe v Men gion: gone Lam lanh | z Nhân giống > Lén men chinh v Lén men phu \ LỌC trong Chai, nước, xút, điện Bão hòa CO, Ỷ | Vv \ Rửa chai _ Chiết chai Chiết keg Vv Thanh tring Dan nhan Vv y Nhap kho
Hinh 2.1: Quy trinh céng nghé san xuất bia HƠI
Trang 42.2.1 Nghién nguyén liéu
* Nghién Malt: tao diéu kién thuan loi cho sự biến đổi lý, sinh hóa trong
quá trình đường hóa, nhằm thu được chất hòa tan cao nhất Malt duoc nghién
nhỏ theo tỷ lệ vỏ chấu: 20 — 25%, tấm: 45 —- 55%, bột: 20 — 30%
* Nghiền gạo: nhằm đưa nguyên liệu ở dạng hạt về dạng bột để dễ dàng thấm nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn chế biến sau này Gạo là nguyên liệu mà tỉnh bột của chúng khi được hồ hóa, chưa được tác động bởi các enzyme Cấu trúc tỉnh bột của chúng rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị thủy phân, do đó gạo phải được nghiền càng nhỏ càng tốt, nhằm tách triệt để được các chất tan trong tỉnh bột
Malt và gạo được đưa đến bộ phận nghiền nguyên liệu thành mảnh nhỏ, sau đó được chuyển đến nồi nấu để tạo điều kiện cho quá trình chuyển hóa nguyên liệu và trích ly tối đa các chất hòa tan trong nguyên liệu Sử dụng các thiết
bị nghiền khô, máy nghiền búa (nghiền gạo), máy nghiền trục (nghiền malt)
2.2.2 Nấu
2.2.2.1 Hồ hóa và đường hóa
Nguyên liệu sau khi say nghiền được chuyển vào thiết bị hồ hóa (nổi nấu
cháo) và đường hóa (nồi nấu malt) bằng cách điều chỉnh hỗn hợp ở các nhiệt độ khác nhau nhờ hệ enzyme thích hợp chuyển hóa các chất không hòa tan (tỉnh bột)
thành các chất hòa tan trong dung dịch (đường glucose, maltose, các acid amin) Sau đó được đưa qua nồi lọc để tách dịch đường và các chất hòa tan ra khỏi bã bia
Hồ hóa: mục đích làm trương nở hoàn toàn nguyên liệu lên mới tối đa Ở 86°C sau thời gian 30 phút tỉnh bột xem như trương nở hoàn toàn, độ nhớt cao, khuấy đảo chậm, dễ bén nồi nếu không có một lượng malt nhỏ cùng nấu Tỉnh bột đã hồ hóa thủy phân dễ dàng hơn tỉnh bột chưa hồ hóa
Đường hóa: là giai đoạn quan trọng nhất quyết định hiệu suất nấu
Nguyên liệu qua qua giai đoạn hồ hóa — đường hóa với mục đích chuyển tỉnh bột
từ dạng không hòa tan sang dạng hòa tan, sau đó được đưa vào quá trình đường hóa cùng với malt, ở đây dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt trong điều kiện
nhiệt độ nhất định và môi trường thích hợp, các enzyme hoạt động cắt các chất
Trang 52.2.2.2 Lọc dịch đường
Sau khi kết thúc quá trình đường hóa, toàn bộ khối dịch được chuyển
sang nồi lọc nhằm mục đích tách dịch đường ra khỏi bã
2.2.2.3 Đun sôi với hoa houblon
Dịch đường sau khi nấu với hoa houblon và đun sôi trong 60 - 90 phút Ở đây dịch được đun sôi với hoa houblon nhiệt độ hơn 100° C, các chất dang, tinh
dau thom, polyphenol và các thành phần của hoa houblon được hòa tan vào dịch đường tạo cho bia có vị đắng, mùi thơm đặc trưng của hoa houblon và khả năng giữ bọt cho bia Polyphenol của hoa khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các protein cao phân tử tạo các phức chất dễ kết lắng làm tăng độ trong của dịch đường và ổn định thành phần sinh học của bỉa thành phẩm
Mục đích của quá trình nhằm ổn định thành phần của dịch đường, tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng của hoa houblon, vị đắng, gia tăng nồng độ đường, đỘ axit, cường độ màu đồng thời quá trình đun hoa còn có tác dụng thanh trùng, tiêu diệt các vỉ sinh vật và các hệ enzyme còn lại trong
dịch đường
2.2.2.4 Lắng xoáy
Dịch sau khi nau được đưa qua nồi lắng xoáy để tách cặn hoa trước khi
đưa vào lên men Dịch đường trong được đưa qua thiết bị làm lạnh nhanh, mục đích đưa dịch đường xuống nhiệt độ lên men thích hợp (8 —- 9° C) đồng thời tránh sự xâm nhập của vi sinh vật vào dịch đường dẫn đến bất lợi cho quá trình lên men Dịch đường được bổ sung oxy đến mức độ cần thiết và với lượng men giống thích hợp được đưa vào tank lên men, Ở đây quá trình lên men chính xảy ra, dưới tác dụng của tế bào nấm men bia, dịch đường được chuyển hóa thành rượu, CO; và các sản phẩm phụ khác
Quá trình nấu sử dụng nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt năng và điện năng cho việc vận hành các thiết bỉ, hơi nước phục vụ mục đích gia nhiệt và đun
Trang 6Hình 2.2: Nồi nấu gạo và nồi nấu malt 2.2.3 Lên men
2.2.3.1 Chuẩn bị men giống
Nấm men được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, sau đó được nhân giống
trong các điều kiện thích hợp để đạt được mật độ nấm men cần thiết cho lên men và tiếp men với tỉ lệ 10% so với dịch lên men Men sữa được sử dụng lại qua mỗi đợt lên men, được tiếp men với tỉ lệ 0,5 —- 1% so với dịch lên men Loại nấm
men được sử dụng trong lên men bia gồm hai loại là:
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Hình 2.3: Loại nấm men được sử dung
Saccharomyces cerevisiae được dùng trong quá trình lên men bia nổi còn Saccharomyces carlsbergensis được dùng trong lên men bia chìm
2.2.3.2 Lên men chính
Dịch đường được cấy bổ sung oxy, làm lạnh đến nhiệt độ 10° C và tiếp men giống với tỷ lệ quy định để tiến hành lên men chính với thời gian và nhiệt độ
thích hợp Việc lên men có thể tiến hành trong các tank có bảo ôn được đặt ngoài
trời với hệ thống kiểm soát tự động hóa
Hình 2.4: Tank lên men
Trang 7thường là 5 — 7 ngày Kết thúc lên men chính nấm men lắng xuống đáy các tank lên men và được cấy 1 phần để tái sử dụng cho lên men các tanÌ: tiếp theo hoặc được thải bỏ
(gợi đó là men sữa) Kết thúc quá trình lên men chính, men sữa được thu hồi để tái sử dụng còn bia non được chuyển sang chế độ lên men phụ, ở điều kiện nhiệt độ thấp (0 — 5° C) và áp suất bề mặt 0,5 — 1 bar
Mục đích của quá trình lên men chính là để tạo ra thành phẩm rượu
etylic, CO; và một số sản phẩm có trong bỉa thành phẩm nhằm định hình hương và vị của bia
Sau quá trình lên men chính thì từ dịch đường houblon hóa đã được chuyển thành sản phẩm bia non, do tác động của tế bào nấm men Tuy lượng chất hòa tan trong bia non là thấp hơn so với dịch đường trước khi lên men nhưng trong thành phần bia non là một hỗn hợp chất hòa tan, đảm nhận việc tạo hương vị đặc trưng của bia thành phẩm sau này Ngoài hai sản phẩm chính là rượu etylic
và khí CO;, trong quá trình lên men chính còn tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai Những sản phẩm này có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia
- Lượng glixerin: có trong bia từ 2 — 3g/1 được hình thành khi phân giải
đường C¿H;;O¿, sự có mặt của glixerin trong bia sé lam cho bia có vị mềm hơn, tăng độ đậm đà của sản phẩm va tăng khả năng giữ CO)
- Este: là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men chính Nó được hình thành là kết quả của sự phản ứng giữa axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau Tổng lượng este trong bia dao động vào khoảng 30 — 80mg/1 Este có ý nghĩa rất quan trọng trong việc hình thành hương thơm dịu của bia
- Andehit: là cấu tử được hình thành từ sự thay đổi chất ở nấm men
hoặc có thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu Lượng andehit làm tăng thêm hương cho bia
- Diaxetyl: được tạo thành do quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men, một chất lỏng màu vàng có khả năng kích thích rất mạnh lên hệ thần kinh con người gây đau đầu cho người uống Giai đoạn đầu của lên men chính điaxetyl được tạo nên tương đối nhiều, nhưng quá trình lên men phụ và tàng trữ điaxetyl
Trang 8ảnh hưởng xấu tới chất lượng của bia
- Axit hữu cơ: hàm lượng trung bình của chúng trong bia khoảng 150 — 200 mg chúng được tạo thành do sự trao đổi chất của nấm men, vi khuẩn
lactic Một số axit hữu cơ thường có trong bia như axit axetic, axit photphoric
các axit hữu cơ này rất có giá trị trong việc hình thành chất lượng của bia
- Rượu bậc cao: thông thường hàm lượng rượu bậc cao có trong bia
khoảng 50 — 60mg/1 và khi t6n tai trong bia sé lam cho bia có hương, vị hơi khó chịu Các loại rượu bậc cao đều gây ảnh hưởng xấu tới tính chất cảm giác của bia
2.2.3.2 Lén men phu
Dich sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính được chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương và vị đặc trưng) Quá trình
lên men này diễn ra chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể, bia được lang trong và bão hòa CO¿ Thời gian lên men từ 14 - 21 ngày hoặc hơn tùy từng
loại bia
Hình 2.5: Sản phẩm lên men
phụ
Trong thời gian lên men phụ, nấm men trong bỉa non tiếp tục lên men lượng đường còn lại để tạo thành CO; và các sản phẩm khác Đồng thời trong lúc này lượng diaxetyl tạo thành ở giai đoạn lên men chính được chính nấm men khử và chuyển thành axeton, các chất hữu cơ tác dụng với rượu để tạo thành các esfe,
tức là ở đây xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phẩm và tính chất cảm
quan của sản phẩm Qúa trình lên men phụ là quá trình quan trọng để ổn định
Trang 9kết bền vững, lâu tan va min
* Sơ đồ lên men:
Dịch nha ở thùng lắng xoáy
Hạ lạnh |
Dich nha lanh Oxy nam men Bồn lên men | Lên men chính \ Lên men phụ Hạ lạnh Vv Y >
Bia chua loc
2.2.4 Lọc bia và bão hòa CO; * Lọc bia Không đạt Thu hồi men ———> tải bỏ Vv + Táisửdụng Đạt yêu cầu
Sau khi lên men bia được lọc để đạt được độ trong theo yéu cau Loc bia
Trang 10* Bão hòa CO;:
Khí CO; trong bia là nhờ quá trình lên men rượu Nếm men chuyển hóa
đường thành rượu etylic và CO; hòa tan trong bia, tuy nhiên do các công đoạn sau lên men (nhất là khâu lọc bia) CO; bị thất thoát khá nhiều Vì vậy phải tiến hành nạp đủ CO; cần thiết cho bia, việc nạp được tiến hành bằng cách sục CO; từ dưới lên nhằm tăng lượng CO; hòa tan trong bia đảm bảo chất lượng của bia
thành phẩm trước khi đóng chai
3 NHU CẤU NGUYÊN LIEU CHO MOT ME NAU CUA CONG TY 3.1 Nhém nguyén liéu chinh
3.1.1 Malt
Malt: la nguyén liéu chinh dé san xuat bia (chiém 70%) + Thành phần hóa học của malt đại mạch:
- Tinh bột: 55 — 65% tổng hàm lượng chất khô
Hình 3.1: Malt bia chưa nghiền
- Protein: 8 - 12% tổng hàm lượng chat khô
- Chất béo: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khơ
- Chất khống: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khô
- Pentozan: 8 - 9% tổng hàm lượng chất khô
Trang 11Hình 3.2: Malt bia đã được nghiền 3.1.2 Gạo Dùng để thay thế một phần lượng malt (chiếm 30%), Hình 3.3: Gạo + Thành phần hóa học của gạo - Tỉnh bột: 70 —- 75% chất khô - Protit: 7 — 8% chất khô - Chất béo: 1 - 1,5% chất khô - Chất khoáng: 1 - 1,2% chất khô - Xenlulose: 0,5 — 0,8% chất khô 3.1.3 Hoa houblon
Là nguyên liệu cơ bản thứ hai sau malt đại mạch, dùng để tạo hương vi cho bia, làm bia có vị đắng, vị thơm, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm
mỌt lượng nước
Trang 12thích hợp với từng mục đích sử dụng trong sản xuất bia là điều hết sức cần thiết 3.1.5 Nấm men
Trong quá trình lên men bỉa, thường sử dụng loại nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis
Hinh 3.6: Nam men
+ Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để san xuat bia:
- Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một đời men giống có thể sử dụng được 6 — 10 chu kỳ lên men
- Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ, pH, thành phần môi trường
- Số lượng men giống ít nhất phải đạt từ 8 — 10.10° tế bào/ 1 cmẺ khi cho
vào để lên men dịch đường
3.2 Nhóm các chất phụ gia
e Bột trợ lọc: Lượng bột trợ lọc (Diatomit) dùng trong lọc bia còn phụ thuộc vào loại nấm men, loại bia, thời gian và nhiệt độ lên men
se NaOH: Dùng vệ sinh thiết bị và rửa chai Mức dùng 5 — 10 kg xút 30%/ 1000 lít bia Mức tiêu thụ xút cao chứng tỏ việc thu hồi xút từ quá trình vệ sinh kém hoặc quá trình rửa chai có vấn đề Nếu nước thải không được trung hòa thì khi mức dùng xút cao dẫn đến Ph của nước thải rất cao
« Axit, H;O;: Mức tiêu thụ phụ thuộc vào hệ thống CIP
e« CO;: Để sử dụng cho quá trình bão hòa và chiết chai / keg Trong quá
trình lên men đường được nếm men chuyển hóa thành etanol và CO; Có thể thu hồi được 3 - 4 kg từ lên men 100 lít dịch đường, phụ thuộc vào nồng độ dịch
Trang 13dung
¢ Enzyme amilaza: tac nhan cho quá trình nấu cháo.Các hóa chất CaCl, CaSO,: được dùng là tác nhân trong quá trình nấu