công nghệ sản xuất bia.

công nghệ sản xuất bia.

A Các nguyên liệu sản xuất bia I NƯỚC Không cần bàn cãi, nước thành phần chủ yếu sản phẩm bia Nước cung cấp cho nhà máy sản xuất bia chứa phần nhỏ khóang chất chất hữu phần chất khí hịa tan Thành phần nước đưa vào sản xuất bia lại bia thành phẩm Chính lẽ cần quan tâm đến loại nguyên liệu chiếm số lượng nhiều nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ tiêu chất lượng sản phẩm Trong sản xuất bia lượng nước dùng để tạo đơn vị thể tích sản phẩm thường 3: 20 hay 1:6 (để tạo lít bia cần lít nước) Ngồi q trình nảy mần cần lượng nước 30- 40 Hl/ Malt Như vậy, trước lắp đặt nhà máy sản xuất bia phải quan tâm đến nguồn nước (số lượng chất lượng) 1.1 Yêu cầu nước dùng sản xuất bia pH tiêu quan trọng, pH = 6,5 – Độ kiềm (TA: total alkaline) đặc trưng cho hàm lượng cacbon nước theo tiêu chuẩn TA  Độ cứng: - 12 0Đ Hàm lượng muối cacbonat 50 mg/l nước Hàm lượng muối Mg2+ ≤ 100 mg/l nước Độ trong: 6,0 % Neph Độ dẫn điện: 52 µs/cm Hàm lượng muối Clorua 75 - 150 mg/l Hàm lượng muối CaSO4 130 - 200 mg/l Hàm lượng Fe2+ ≤ 0,3 mg/l Khí NH3 muối NO3-, NO2-: khơng có Vi sinh vật khơng 100 tế bào /ml Trực khuẩn Ecoli  con/l nước Chuẩn Ecoli: 300 ml (là lượng nước tối thiểu cho phép phát tế bào Ecoli) Bia sản phẩm chứa 90% nước thành phần chiếm tỉ lệ lớn nên thành phần ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (hương thơm, mùi vị, độ trong…) 1.2 Chức nhiệm vụ nước sản xuất bia Nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm bia: Đây lượng nước có bia thành phẩm nước cần phải xử lý theo tiêu chuẩn Tỉ lệ sử dụng 2,7: Nước trình sản xuất: Dùng để vệ sinh đường ống, thiết bị, dụng cụ chứa sản phẩm Chúng cần phải xử lý theo tiêu chuẩn nước uống trùng làm lạnh Tỉ lệ sử dụng 2,1: Nước dùng cho mục đích khác: Nước dùng cho vệ sinh nhà xưởng, phục vụ phịng thí nghiệm, văn phịng… Nước xử lý chỗ Tỉ lệ sử dụng 1:1 Nước dùng cho phục vụ: Bao gồm nước sơi, nước dùng cho lị hơi… Chúng cần làm mềm để tránh đóng cặn thiết bị (giảm khả truyền nhiệt) Tỉ lệ sử dụng 0,2:1 Vậy để có đơn vị thể tích bia cần phải sử dụng lượng nước gấp lần Theo Kunze lượng nước cần quan tâm nhiều nước ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm bia 1,7 thể tích dùng cho trích ly dịch nha; 0,8 thể tích dùng q trình lên men; 0,4 thể tích dùng trình lọc Đây lượng nước cần phải xử lý triệt để Trong tổng số đơn vị thể tích nước cần để tạo đơn vị thể tích bia có 0,92 thể tích có mặt sản phẩm cuối cùng; 0,2 đơn vị thể tích bị q trình bốc hơi; 0,15 đơn vị thể tích thải bỏ nằm giống trình xả đáy thu hồi nấm men Thành phần ion vô nước ảnh hưởng đến sản phẩm lớn Chúng có tác động đến hương thơm chất lượng, sau thành phần ion vơ có nguồn nước dùng để sản xuất số sản phẩm bia tiếng giới Bảng 1: thành phần ion vơ có nguồn nước dùng để sản xuất số sản phẩm bia tiếng giới Ion (mg/l) Burton Munich London Pilsen Ca2+ 286 80 90 Mg2+ 62 19 Na+ 30 24 HCO32- 141 164 123 SO42- 638 58 Cl- 36 18 NO3- 31 3 (Nguồn: ) Do nguồn nước vùng Burton có độ cứng cao nên sản phẩm vùng tiếng loại bia nặng London Munich có nguồn nước kiềm đầy tiếng loại bia sẫm màu, cịn nước vùng Pilsen chứa khóang chất sản phẩm bia cổ điển tiếng 1.3 Tác dụng vai trị ion, khống chất trình sản xuất sản phẩm bia 1.3.1 Nguồn Ion bia Các ion tham gia vào thành phần sản phẩm thường có nguyên liệu (nước; Malt, hoa…) sinh trình cơng nghệ (lên men chính; lên men phụ…) Các ion tăng giảm số lượng trình sản xuất (Nấm men trình phát triển hấp thụ ion PO42-; K+; Zn2+; số Mg2+ Bảng 2: thành phần ion dịch nha 10 độ plato bia thành phẩm Ion (mg/l) Dịch nha 10 độ Plato Bia thành phẩm Na+ 10 12 K+ 380 355 Ca2+ 35 33 Mg2+ 70 65 Zn2+ 0,17 Cu2+ 0,15 0,12 Fe3+ 0,11 0,07 Cl- 125 130 SO42- 15 (Nguồn: ) 1.4 Hiệu ứng trực tiếp Ion kim loại lên bia thành phẩm Tác dụng trực tiếp ion kim loại đến hương vị bia giải thích việc ion kim loại liên kết với điểm tiếp nhận vị giác tạo nên hiệu ứng vị Lưỡi quan tiếp nhận vị sản phẩm, phần chịu trách nhiệm vị: Vị tiếp nhận mặt trước lưỡi; Vị mặn tiếp nhận bên lưỡi; Vị chua tiếp nhận mặt sau vị đắng tiếp nhận cuống lưỡi Việc ion tác động đến điểm tiếp nhận làm tăng giảm cường độ vị 1.4.1 Ion Sodium (Na+) Sodium chịu trách nhiệm điều khiển vị mặm Ở ngưỡng 150- 200 mg/l, vượt qúa ngưỡng có vị giác chát, chua (250mg/l), ngược lại 100 mg/l vị tăng cường đặc biệt có kết hợp ion Cl - Ion canxi có ảnh hưởng sau: Na+ có tác dụng ức chế với q trình nảy mầm có ảnh hưởng xấu đến chất lượng malt Phản ứng natri bicacbonate làm tăng pH theo phản ứng sau 2KH2PO4 + Na2CO3 D K2HPO4 + Na2HPO4 + H2O + CO2 Nước có chứa xút chất kiềm mạnh trung hòa ảnh hưởng đến chất lượng bia Na+ liên kết với Cl- tạo vị ngon so với liên kết với SO42Đối với bia vàng chấp chận nồng độ NaCl 75 – 150 mg/l tạo vị êm 1.4.2 Ion Mg2+ Có tác dụng đến vị đắng chua ngưỡng vượt 70 mg/l tác động phụ thuộc vào cân ion Mg2+ ion Ca2+ Muối chúng với H2CO3 có ảnh hưởng xấu so với muối Ca2+, Mg2+ bị hịa tan phần, mặt khác MgSO4 có vị đắng, gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia Khi bị đun nóng độ acid tăng lên: điều giải thích tượng dịch đường nóng có độ pH thấp nguội phophat bậc bậc magie dể tan muối photphat canxi Hàm lượng magie có malt đủ cho dịch đường: 130 mg/l 12 % P Magie nhóm ngoại nhiều enzyme (Co-facteur) Trong trình lên men, Mg tham dự vào C0- enzyme quan trọng decacboxyl hóa axit pyruvic thành axetaldehytvà CO2 Mg khơng ảnh hưởng tới vị bia với hàm lượng MgSO 7,1 meq, ngược lại hàm lượng Mg(HCO3)2 7,1 meq làm cho bia có vị đắng khó chịu 1.4.3 Ion Ca2+ Được xem có vị trung tính phát bia thành phẩm nhiều mức độ Tuy nhiên làm giảm bớt vị chua hàm lượng Mg 2+ cao Ion canxi có ảnh hưởng sau: Bảo vệ enzyme amylaza khỏi bị ức chế nhiệt độ Kích hoạt protein amylaza trình đảo trộn tăng suất đảo trộn theo phản ứng Protein + Ca2+ D Proteinate caxi + 2H+ Giải phóng cation H+ để chuyển hóa photphat kiềm bậc 3Ca2+ + 2HPO42- D Ca3(PO4)2 + 2H+ Trong thực tế công nghiệp, cần 3,5 meq Ca 2+ để giải phóng ion H+ (trên lý thuyết meq), phản ứng xảy khơng hồn tồn Phản ứng với bicacbonat canxi làm giảm tính axit theo cân sau: 4KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 D Ca3(PO4)2 + 2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2 Phản ứng với CaSO4 làm tăng tính axit theo cân sau: 4K2HPO4 + 3CaSO4 D Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4 K2HPO4 + CaSO4 D CaHPO4 + K2SO4 Hệ photphat phản ứng mạnh so với hệ bicacbonate Các ion Ca2+ nước làm kết tủa diphotphat tan dịch đường dạng hydroxyapatit theo phản ứng sau: CaHPO4+ 2H2O D 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 = 4Ca2+ + 8H2PO4Trong trình lọc dich đường, canxi làm giảm pH, tăng tốc độ lọc ngăn cản trình chiết hợp chất màu, hợp chất silic hợp chất làm tế bào co lại Trong q trình đun sơi dịch đường với hoa houblon, canxi trợ giúp q trình đơng tụ hợp chất protein, làm giảm màu dịch đường khả đồng phân α-axit đắng hoa houblon Trong trình lên men, canxi làm tăng khả lắng nấm men Trong trình tàng trữ, canxi tăng trình làm bia Các chất oxalat malt bị canxi kết tủa thành canxi oxalat Để tránh bị sôi tràn ngồi hay đục oxalat cần có lượng ion canxi lớn 4,5 lần ion oxalat 1.4.4 Ion ClKhi có mặt ion Cl- với hàm lượng từ 200- 400mg/l nhận vị dung dịch Cl- ức chế khả lắng nấm men Nồng độ Cl- >500 mg/l làm kéo dài thời gian nhân giống nấm men gây khó khăn cho q trình làm bia giai đoạn tồn trữ bia Với nồng độ 0,6 mg/l ảnh hưởng tiêu cực đến trình lên men độ bền keo 1.4.11 NH4+ Sự có mặt muối amon chứng tỏ có tạp nhiễm hợp chất hữu Các muối amon bị khử thành nitrat 1.4.12 Bicacbonate Bicacbonate làm tăng pH dịch đường theo phản ứng sau HCO3- + H+ D H2O + CO2 H2PO4- + HCO3- D HPO42- H2O + CO2 Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2 Độ kiềm 100 mg/l làm tăng pH trình khuấy trộn làm giảm suất khuấy trộn 0,2 – 0,3% Nước rửa kiềm chiết hợp chất hắc, hợp chất màu ngun tố khống có hại cho chất lượng bia Có thể chấp nhận độ kiềm 50 mg/l 1.4.13 Khí cacbonic CO2 xuất khuấy trộn 1.4.15 Nitrit Sự có mặt nitrit cho thấy nhiễm tạp nước thải hữu Nitrit độc với nấm men Nitrit phản ứng với polyphenol tạo màu đỏ nhạt bia Nitrit chuyển hóa thành nitrosamin bay không bay 1.4.16 Nitrat Trong nước dùng sản xuất bia, nồng độ nitrat không vượt q 39 mg/l Các loại nước khống chất nhạy với nitrat loại nước giàu khống chất Với nồng độ 100 – 150 mg/l q trình lên men nồng độ nitrat giảm dần đạt nồng độ nhỏ cuối trình lên men phụ Các loại nấm men khác khử nitrat thành nitrit làm bia có vị phenol, tạo nitrosamin Người ta không thấy ảnh hưởng cho thêm 200 mg/l nitrat vào dịch đường sản xuất từ nước chứa 45 mg/l nitrat Nitrit tạo thành nhiễm tạp vi khuẩn Gram loại Obesium bacterium Pastures Enterobacter 1.4.17 Silicat Với nồng độ >30 mg/l tạo phức chất với Ca2+ Mg2+ Với nồng độ >40 mg/l, Na2SiO2 tạo thành ảnh hưởng đến trình lên men tăng độ đục bia Nồng độ >100 mg/l, giảm khả lên men gây đục cho bia sau trùng Pasture 1.4.18 Clo tự Nếu nồng độ Clo tự > 0,5 mg/l phản ứng với phenol chất hữu tạo clorophenol mà số số dễ cảm nhận Các thử nghiệm với nồng độ clo tự hay Cl mg/l nước không thấy ảnh hưởng lên thành phần vị bia 1.4.19 Photphat Các Photphat phản ứng với Ca2+ Mg2+ Trong malt có – 13 g photphat /kg Việc dùng nước có nhiều thạch cao hay vơi làm nhều photphat hữu cơ, ngược lại làm so với photphat vô 1.5 Hiệu ứng gián tiếp ion kim loại lên bia thành phẩm Có nhiều hiệu ứng gián tiếp ion kim loại lên sản phẩm bia quan tâm đến tác dụng chúng: 1.5.1 Đáp ứng nhu cầu nấm men Nấm men trình phát triển cần đến số ion kim loại đóng vai trị khóang chất giúp cho vi sinh vật tổng hợp thành phần tế bào giúp tổng hợp enzyme phục vụ cho trình lên men Trung tâm hoạt động enzyme (Zn2+; Mn2+; Cu2+; Co2+) Coenzyme (K+) Các yếu tố màu (Fe3+; Cu2+) Đóng góp vào cấu trúc tế bào nấm men như: K +; Mg2+ có AND ARN; Ca+ có thành tế bào 1.5.2 Tác động enzyme Malt Trong điều kiện pH acid ion Ca2+ làm tăng hoạt độ enzyme thủy phân tinh bột protein Ion Ca2+ giúp Amylase tăng khả bền nhiệt giúp tăng khả trích ly 1.5.3 Tác động hệ keo dung dịch Trong q trình kết bơng giống nấm men chìm, ion Ca2+ đóng vai trị giúp tạo liên kết phân tử protein bề mặt tế bào tạo điều kiện cho nấm men kết lắng dễ dàng Với hàm lượng 50 mg/l ion Ca 2+ tượng sảy nhanh chóng dễ dàng 10 ... lượng, sau thành phần ion vô có nguồn nước dùng để sản xuất số sản phẩm bia tiếng giới Bảng 1: thành phần ion vơ có nguồn nước dùng để sản xuất số sản phẩm bia tiếng giới Ion (mg/l) Burton Munich... ion, khống chất q trình sản xuất sản phẩm bia 1.3.1 Nguồn Ion bia Các ion tham gia vào thành phần sản phẩm thường có nguyên liệu (nước; Malt, hoa…) sinh q trình cơng nghệ (lên men chính; lên... tế bào Ecoli) Bia sản phẩm chứa 90% nước thành phần chiếm tỉ lệ lớn nên thành phần ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (hương thơm, mùi vị, độ trong…) 1.2 Chức nhiệm vụ nước sản xuất bia Nước ảnh