Hồ hóa là khả năng trương nở của tinh bột trong nước khi tăng nhiệt độ tạo thành dung dịch keo. Vì vậy, tạo cấu trúc lỏng lẻo để các enzyme amylase dễ dàng tác dụng nhằm giúp cho quá trình đường hóa dễ dàng hơn.
Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo: (61 – 82)o C.
Bổ sung malt lót:
Nhằm bổ sung hệ enzyme amylase trong malt để giúp quá trình thủy phân tinh bột một phần, làm giảm độ nhớt của khối cháo.
Malt lót lần 1 cũng ngăn ngừa hiện tượng cháy khét đáy nồi nhờ lớp vỏ malt.
Xuống gạo: gạo được hoà từ từ vào nước 30oC theo phương tiếp tuyến để ngăn ngừa hiện tượng vón cục khi vào nồi gạo.
- Giai đoạn 72oC lần1:
Nâng lên 72oC: amylose hòa tan mạnh, hoạt động của enzyme tăng lên (chủ yếu là hệ amylase). Làm cho tinh bột của tấm bị thủy phân một phần; còn amylopeptin thì hấp thụ nhiều nước tạo nên sự trương phòng của tinh bột.
Giữ 72o
C, thời gian 15 – 25 phút: là nhiệt độ tối thích cho enzyme α-amylase hoạt động. Enzyme này thủy phân tinh bột thành các maltoza, glucoza,
maltotrioza và các dextrin phân tử thấp.
Giai đoạn này gọi là dịch hóa một phần tinh bột và làm giảm độ nhớt của tinh bột dưới tác dụng của enzyme α-maylase.
- Giai đoạn 83oC chỉ giữ 2 – 6 phút: giai đoạn này enzyme α-amylase hầu như đã bị vô hoạt. Nhằm tăng khả năng hồ hóa tinh bột (dịch hóa) bởi tinh bột gạo hồ hóa ở nhiệt độ (70 – 85)oC, giai đoạn này cũng làm tăng độ nhớt của khối cháo.
- Giai đoạn 72oC lần 2 giữ 15 – 30 phút: Enzyme α-amylase thủy phân tinh bột thành các maltoza, glucoza, maltotrioza và các dextrin phân tử thấp. Đồng thời làm giảm độ nhớt của khối cháo, tiếp tục dịch hóa tinh bột lần 2 và giúp cho quá trình đun sôi dễ dàng hơn.
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 22
- Giai đoạn 100oC giữ 15 -30 phút: Enzyme α-amylase đã bị vô hoạt hoàn toàn khi tăng len 80oC,làm nhừ khối cháo và hồ hóa hoàn toàn tinh bột.
4.1.1.5 Quá trình đƣờng hoá
a. Mục đích của quá trình đƣờng hoá
Quá trình đường hoá là quá trình chuyển tinh bột thành đường làm nguồn thức ăn cho nấm men để tạo ra rượu và CO2. Mục đích là tạo ra được càng nhiều chất chiết và chất lượng dịch đường cao. Phần lớn các chất chiết được tạo ra nhờ các phản ứng enzym thuỷ phân.
b. Hệ enzyme thuỷ phân tinh bột trong quá trình đƣờng hoá
Enzyme amylase là enzyme thuỷ phân tinh bột thành đường. Hệ enzyme amylase gồm nhiều loại như α – amylase, β – amylase và γ – amylase. (Nguyễn Thị Thu Thuỷ, 2006)
α – amylase (EC 3.2.1.1)
Dưới tác dụng của enzyme α–amylase, amylose bị phân giải khá nhanh tạo thành oligosaccharide gồm 6 - 7 gốc glucose, các mạch bị phân cắt dần và bị phân giải chậm đến triosemaltose, maltose. Sản phẩm thuỷ phân gồm 87% maltose, 13% glucose. Còn amylopectin thì bị phân giải khá nhanh nhưng vì α–amylase không cắt được liên kết α–1,6 glycoside nên sản phẩm cuối cùng có khoảng 72% maltose, 19% glucose, dextrin phân tử thấp và isomaltose là 8%.
β–amylase (EC 3.2.1.2)
β–amylase được gọi là enzyme ngoại phân. β–amylase phân giải 100% amylose thành maltose. Phân giải 54 – 58% amylopectin thành maltose. Do mỗi nhánh của amylopectin có từ 20 – 25 phân tử glucose nên sau khi thuỷ phân tạo 10 – 12 phân tử maltose. Khi tới liên kết α–1,4 glucoside gắn với liên kết α–1,6 glucoside, β – amylase sẽ ngưng tác dụng, phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn β–limit dextrin.
γ–amylase (Glucoamylase) (EC 3.2.1.3)
So với β–amylase, γ–amylase bền với acid hơn nhưng lại kém bền dưới tác dụng của rượu ethylic, aceton, không bền với ion kim loại nặng như Cu2+
, Hg2+,…có trong nấm mốc và một vài loại vi khuẩn. γ–amylase thuỷ phân polysaccharide từ đầu không khử tuần tự từng gốc glucose một. Chúng không thuỷ phân được các dextrin vòng. Khi thủy phân tinh bột, cùng với việc tạo thành glucose còn có thể tạo thành olygosaccharid
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 23
Hình 14: Cơ chế tác động của hệ enzyme amylase
Malt và gao được tiến hành đường hoá theo sơ đồ đường hoá (hình 15). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
10 30 50 70 90 110 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Thời gian (s) N hi ệt đ ộ
Nồi gạo Nồi malt
Hình 15: Sơ đồ đƣờng hoá nguyên liệu của nhà máy bia
c. Một số quá trình xảy ra ở nồi nấu malt
- Giai đoạn 50oC:
Hoà trộn bột malt vào nước ở nhiệt độ 50oC. Đây là giai đoạn đạm hoá, protein cao phân tử sẽ được thuỷ phân thành các đoạn peptid ngắn và acid amin. Acid amin là nguồn thức ăn cung cấp đạm cho nấm men phát triển sinh khối, là một cơ chất của phản ứng maillard hình thành màu cho dịch đường. Tỷ lệ peptid, acid
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 24
amin, protein còn có vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho bia thành phẩm. Trong giai đoạn đạm hoá, nồi nấu malt được bổ sung CaCl2, cung cấp ion Ca2+ và ion Cl- cho dịch cháo, giúp tăng khả năng bền nhiệt của hệ enzyme amylase.
- Giai đoạn 65o
C: giữ 15 – 35 phút
Dịch cháo từ nồi gạo được bơm qua nồi malt. Nhiệt độ của nồi malt sau khi hội cháo là 65oC, nhiệt độ thích hợp cho β–amylase hoạt động. Sản phẩm của quá trình thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng của β–amylase là đường maltose. Maltose được nấm men sử dụng trong quá trình lên men. Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình đường hoá cũng như toàn bộ quy trình sản xuất. Nếu giai đoạn này đường hoá không đạt hiệu quả, hàm lượng maltose thấp sẽ ảnh hưởng đến độ lên men và vị của bia. Khi nồi malt đạt 65oC được 10 phút thì đo pH để xác định pH tối ưu cho quá trình đường hóa.
- Giai đoạn 75o
C: giữ 15 – 25 phút
Nồi malt được gia nhiệt đến 75oC. Nhiệt độ 75oC thích hợp cho α–amylase hoạt động. α–amylase tiếp tục thuỷ phân phần tinh bột còn sót thành đường đơn, maltose, và các dextrin mạch ngắn. Giai đoạn 75oC giúp thuỷ phân hoàn toàn tinh bột thành các chất hoà tan trong dịch đường, không còn tinh bột vì tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm. Nồi nấu malt được nâng lên 76o
C nhằm bù mất nhiệt trong quá trình bơm dịch đường qua máy lọc. Trong quá trình lọc vẫn đảm bảo nhiệt độ thích hợp cho α – amylase tiếp tục hoạt động, khi giữ nhiệt 75oC được 10 phút thì tiến hành đo tinh bột sót tránh tuyệt đối còn tinh bột sót lại.
d. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đƣờng hoá
- Chất lượng malt: Nếu hàm lượng acid amin được tạo ra trong quá trình nảy mầm đủ cho nấm men sử dụng, tạo màu cho bia thì không nên giữ giai đoạn 50oC quá lâu. Nếu giữ quá lâu thì lượng protein cao phân tử bị thuỷ phân quá nhiều làm cho bia có vị nhạt nhẽo hay không có hậu vị và độ bền bọt kém.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ là một trong những điều kiện quan trọng để hệ enzyme thuỷ phân hoạt động tốt. Nhiệt độ tối thích cho các hệ enzyme thuỷ phân hoạt động thì sẽ thu được chất hoà tan cao.
- pH: pH cũng có vai trò như nhiệt độ là một trong những điều kiện để enzyme tăng hoạt tính thuỷ phân. Ngoài ra pH còn có vai trò trong quá trình lọc, lên men…
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 25
- Khuấy trộn: Trong quá trình đường hoá, khuấy trộn giữ một vai trò quan trọng. Khi gia nhiệt cần tăng tốc độ khuấy trộn đảm bảo nhiệt độ được đồng đều trong toàn bộ khối cháo. Trong quá trình đường hoá, nếu cánh khuấy quá mạnh sẽ tạo điều kiện cho oxy xâm nhập vào và tạo lực kéo, đồng thời làm biến đổi cấu trúc các hợp chất có trong dịch hèm. Nếu sử dụng cánh khuấy quá ngắn sẽ gây phân tách khối dịch cháo dẫn đến chênh lệch nhiệt độ làm giảm hiệu suất chiết. Cánh khuấy phải được thiết kế phù hợp và vận hành đúng.
- Sự oxy hoá trong quá trình đường hoá: Khả năng hoà tan của không khí vào dịch cháo phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch đường. Nếu để không khí hoà tan vào dịch nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu bia, hương bia giảm. Một số nguyên nhân chính để không khí xâm nhập vào dịch cháo:
Dịch cháo chảy vào thiết bị từ trên xuống
Vận tốc cánh khuấy cao
Tạo xoáy khi bơm dịch
4.1.1.6 Lọc dịch đƣờng
Sau khi kết thúc quá trình đường hóa trong nồi malt tồn tại 2 phần. - Pha rắn: gồm các cấu tử không hòa tan gọi là bã hèm.
- Pha lỏng: gồm nước và các chất hòa tan trong mẻ nấu được trích ly từ malt và gạo được gọi là dịch đường hay dịch nha.
Trong quá trình lọc dịch luôn giữ ở nhiệt độ ổn định (75 – 77)oC để đảm bảo enzyme α – amylase vẫn hoạt động tốt nhằm tiếp tục thủy phân lượng tinh bột còn sót lại và làm giảm độ nhớt giúp tăng vận tốc lọc dịch, nếu nhỏ hơn sẽ có tác động ngược lại.
a. Mục đích của quá trình lọc dịch đƣờng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lọc nhằm tách dịch đường với vỏ malt và những phần nội nhũ không tan. Ngoài ra, quá trình lọc còn mong muốn loại theo bã những chất không mong muốn như kim loại nặng, tanin, lipid,…
b. Quá trình thực hiện
Nhà máy sử dụng thiết bị lọc Lauter. Đây là thiết bị lọc hiện đại nhất, hiệu suất thu hồi cao và thu được dịch đường trong.
Quá trình lọc chia thành hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: lọc dịch cốt ra khỏi bã. Bơm nước từ đáy nồi để lót, lượng nước khoảng 6hl với nhiệt độ là 80oC. Dịch đường hoá có nhiệt độ 76oC được bơm qua
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 26
thiết bị lọc, thời gian bơm là 8 – 10 phút. Sau đó chờ lắng khoảng từ 5 – 10 phút ròi bơm tuần hoàn (đến độ đục < 40 EBC bắt đàu chuyển sang lọc). Dịch đường qua lớp vải lọc và theo rãnh trên khung lọc vào đường ống chung đi qua nồi chờ.
Giai đoạn 2: rửa bã, sau khi lọc dịch ra khỏi bã trong bã còn lại một lượng đáng kể các chất chiết. Rửa bã nhằm thu hồi hoàn toàn lượng chất chiết còn trong bã, tăng hiệu suất thu hồi. Nước rửa bã có nhiệt độ 75oC, quá trình rửa bã kết thúc khi oPlato của nước rửa bã cuối ≤ 1,5oP. Bã hèm được sử dụng làm thức ăn gia súc.
c. Tốc độ lọc và độ trong của dịch đƣờng phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm, dẫn đến tốc độ lọc tăng lên. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng quá cao sẽ xãy ra hiện tượng biến tính và kết tủa protein, do đó làm cho độ nhớt cao. Chúng sẽ bám trên màng lọc, tạo thành kết tủa dẻo, cản trở nhiều đến tốc độ lọc.
Mặt khác, nhiệt độ cao thuận lợi cho quá trình hồ hóa tinh bột chưa hòa tan còn sót trong bã. Bột hồ hóa có độ nhớt cao, làm giảm tốc độ lọc.
Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao sẽ làm mất hoạt lực của hệ enzyme amylase. Do đó hệ enzyme amylase sẽ không thủy phân tinh bột sót còn lại.
Trong quá trình lọc dịch thì lượng dịch ở nồi trung gian phải giữ nhiệt độ cao hơn 70oC, tránh sự oxy hóa các chất trong dịch đường như các loại đường khử DE, các axit amin… làm ảnh hưởng đến quá trình lên men, chất lượng sản phầm sau này chủ yếu về mặt cảm quan.
Nước rửa bã có nhiệt độ 76oC, nếu nhiệt độ cao hơn 78oC sẽ làm cho enzyme amylase bị vô hoạt, lượng tinh bột sót đã được hồ hóa nhưng chưa được đường hóa sẽ làm đục dịch đường và sản phẩm bia sau này sẽ khó trong. Đồng thời các chất khác của malt hòa tan vào dịch đã qua đường hóa sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia sau này. Vỏ malt chứa nhiều tanin, polyphenol, chất đắng… Sự oxh các hợp chất này làm tăng độ màu không tốt cho dịch đường lên men. Nhiệt độ càng cao, pH càng tăng và thời gian đun nấu kéo dài thì lượng hòa tan của các chất kể trên càng lớn.
- Độ nhớt: độ nhớt của dịch đường ngoài nhiệt độ còn phụ thuộc vào nồng độ đường và thành phần riêng của nó.
Nếu dịch đường có chứa nhiều hydrat cacbon dạng polyme như β-glucan hoặc các chất dạng keo thì độ nhớt của nó tăng đáng kể, do đó làm giảm tốc độ lọc. - Độ chua pH của dịch đường:
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 27
Khi pH hạ xuống đến mức nào đó thì tốc độ lọc sẽ giảm và pH tối ưu cho quá trình lọc bã malt là khoảng 5,5.
- Rửa Bã: là giai đoạn thứ hai của quá trình lọc dịch đường.
Trong dịch rửa bã hàm lượng đường malt thấp nhưng hàm lượng protein, polyphenol, chất chát và các chất khoáng lại cao hơn (chủ yếu là SiO2).
Dịch rửa bã thu được càng nhiều thì thành phần của nó càng bị thay đổi và càng về cuối thì chất lượng dịch đường càng giảm.
Nước rửa bã cũng ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng của dịch đường.
4.1.1.7 Quá trình đun sôi dịch đƣờng với houblon
Hình 16: Dịch đƣờng
a. Mục đích của đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon
Hòa tan chất đắng, chất thơm, chất chát tạo mùi vị và màu cho bia. Tiệt trùng dịch wort.
Làm bay hơi bớt nước, giảm pH để đưa dịch đường về nồng độ đường 13oPlato và pH = 5,3 thích hợp cho quá trình lên men.
Ở nhiệt độ cao polyphenol sẽ liên kết với protein tạo phức chất. Khi lắng xuống nó sẽ kéo theo các mảng nhỏ li ti khác làm tăng độ bền sinh học của bia và độ trong của dịch đường.
Polyphenol, chất đắng, chất chứa nitơ trong bia là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính cao, tạo độ bền bọt trong bia. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình thành các hợp chất tạo hương, vị, màu cho dịch nha.
SVTH : Nguyễn Thị Quỳnh Tiên Trang 28
Bay hơi một số chất dễ bay hơi hình thành trong quá trình đường hoá.
b. Tiến hành đun sôi
Sau khi lọc dịch đường (hình 16) được bơm qua nồi chờ trước khi được bơm qua nồi đun sôi. Nồi chờ giúp ổn định dịch đường, đồng thời nồi chờ được gia nhiệt nhẹ, tiết kiệm thời gian. Dịch đường trong nồi chờ được gia nhiệt đến khoảng 90oC. Dịch đường được bơm qua nồi đun sôi thực hiện quá trình đun sôi dịch đường với houblon.
Dịch đường tiếp tục được gia nhiệt, 10 phút trước khi dịch đường bắt đầu sôi bổ sung một lượng caramel nhằm tăng độ màu của dịch đường. Đến khi dịch đường bắt đầu sôi (99,6 – 100oC), bổ sung ZnCl2 và houblon cao vào nồi đun sôi tiến hành đun. Bơm tuần hoàn houblon cao trong 10 – 15 phút để hoà đều lượng houblon cao và ZnCl2 vào dịch đường. Houblon cao được cho vào nồi với thời gian dài nhằm tăng hiệu suất trích ly chất đắng trong houblon cao. Khoảng 10 phút sau cho acid lactic vào, bơm tuần hoàn trong 2 phút. Acid lactic có tác dụng hạ pH dịch đường xuống pH = 5,3 là pH thích hợp cho quá trình lên men. Tiếp tục đun, 20 phút trước khi dừng đun cho houblon viên và caramel vào bình houblon 2 và bơm tuần hoàn 5 phút. Houblon viên có hàm lượng tinh dầu thơm cao, có tác dụng tạo hương cho bia. Quá trình đun sôi được thực hiện trong 70 phút. Nếu thể tích bốc hơi không đạt thì có thể kéo dài thời gian đun, nhưng không được kéo dài quá 10 phút.
c. Sự gia tăng màu
Trong quá trình đun do sản phẩm của phản ứng caramel và phản ứng Maillard làm tăng độ màu của dịch đường. Phản ứng caramel sử dụng đường maltose và glucose. Các hợp chất caramel được hình thành có bản chất keo, vị đắng nhẹ và có màu nâu. Cần khống chế quá trình caramel trong quá trình nấu bia vàng. Phản ứng Maillard là phản ứng giữa đường khử và acid amin tạo thành các sản phẩm melanoidin. Một số sản phẩm của phản ứng Maillard như furfurylaldehyd, hydroxymetylfurfural gây ra một số vị không mong muốn khi đun sôi dịch