6. Tình hình sản xuất bia của các nhà máy bia tại Việt Nam
2.1.Nguyên liệu chính
2.1.1. Malt đại mạch
2.1.1.1. Mục đích sử dụng
Malt đại mạch là hạt đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo (nảy mầm trong môi trường và độ ẩm nhất định). Malt được sử dụng ở dạng chất khô hòa tan thành dịch đường. Malt là nguyên liệu truyền thống, thiết yếu không thể thiếu
được trong công nghệ sản xuất bia. Qua quá trình nảy mầm một lượng lớn các enzym xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch như: enzym amylase, enzym protease. Các enzym này là những nhân tố thực hiện việc chuyển các chất trong thành phần hạt đại mạch thành nguyên liệu (các acid amin tự do, các loại đường, các vitamin…) mà nấm men có thể sử dụng để tạo thành sản phẩm bia.
Hình 2.1. Malt vàng Hình 2.2. Malt đen 2.1.1.2. Phân loại và cấu tạo hạt đại mạch
2.1.1.2.1. Phân loại đại mạch
Đặc tính thực vật
Đại mach giống gieo trồng (Hordeum sativum - jessen) thuộc nhóm thực vật có hạt (Spermophyta), phân nhóm bí tử (Angiospermae), lớp một lá mầm
(Monocotyledonae), họ lúa mỳ (Grainae).
Đại mạch gieo trồng là loại thực vật một năm. Chúng được chia thành hai nhóm: Đại mạch mùa đông (gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè) và đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu hoạch vào mùa thu). Chu kỳ sinh trưởng của đại mạch thông thường là 100 - 120 ngày.
Đại mạch hai hàng
Đại mạch hai hàng được dùng chủ yếu cho công nghiệp sản xuất bia. Dấu hiệu đặc trưng của chúng là hình dáng của hạt rất cân đối.
Loại đại mạch này được trồng nhiều ở Anh, Ailen và Bắc Mỹ.
Đại mạch đa hàng được dùng chủ yếu làm thức ăn cho gia súc và gia cầm. Tuy vậy ở một số nước vẫn dùng một ít loại đại mạch này để làm bia.
Đại mạch đa hàng được chia làm hai nhóm: Đại mạch bốn hàng và đại mạch sáu hàng.
Đại mạch bốn hàng có thể dùng để sản xuất bia, một số chủng nổi tiếng của loại đại mạch này như: N0 1241, N0 133,…
Hình 2.3. Đại mạch
Hình 2.4. Cấu tạo hạt đại mạch
Gồm 3 bộ phân chính: Vỏ hạt, phôi và nội nhủ.
- Vỏ hạt (Hull): Vỏ hạt chia thành ba bộ phận chính: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron. Phần này thường chiếm từ 8 ÷ 15% trọng lượng hạt.
- Phôi: Là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi thường chiếm từ 2,5 ÷ 5% trọng lượng hạt. Trong phôi có từ 37 ÷ 50% chất khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5 ÷ 6% đường saccharose, 7 ÷ 7,5% pentose, 6 ÷ 6,5% chất tro và một số ít thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít.
- Nội nhũ (Endosperm): Chiếm từ 45 ÷ 68% trọng lượng hạt. Phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia. Thành phần chính trong nội nhũ là hạt tinh bột hình tròn, có kích thước rất lớn (từ 20 ÷ 30μ) hoặc rất bé (từ 2 ÷ 10μ). Rất ít những hạt có kích thước trung bình. Nếu hàm lượng protein trong đại mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ.
Tinh bột đại mạch có nhiệt độ hồ hóa là 75 ÷ 800C. Tính chất này cần phải lưu ý khi nấu bia. Tinh bột đã qua hồ hóa thì khi đường hóa sẽ nhanh và thuận lợi hơn.
Những hạt tinh bột, ngoài thành phần là tinh bột, còn chứa một số tạp chất khác như: nitơ 0,5 - 1,5%, tro 0,2 - 0,7%, acid béo 0,6%.
2.1.1.2.3. Thành phần hóa học của malt - đại mạch
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của malt - đại mạch
Thành phần Đại mạch Malt Tinh bột 63 ÷ 65 58 ÷ 60 Đường saccharose 1 ÷ 2 3 ÷ 5 Đường khử 0,1 ÷ 0,2 3 ÷ 4 Những đường khác 1 2 Chất dạng gom 1 ÷ 1,5 2 ÷ 4 Hemicellulose 8 ÷ 10 6 ÷ 8 Cellulose 4 ÷ 5 5 Lipid 2 ÷ 3 2 ÷ 3 Protein thô (N * 6,25) 8 ÷ 11 8 ÷ 11
Dạng hòa tan thể muối: albumin, globulin 0,5 2
Hodrein – protein (prolamin) 3 -
Glutein – protein 3 ÷ 4 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Acid amin và peptid 3 ÷ 4 3 ÷ 4
Acid nucleic 0,5 1 ÷ 2 Tro 0,2 ÷ 0,3 0,2 ÷ 0,3 Những chất còn lại 2 5 ÷ 6 2,2 6 ÷ 7
Thành phần hóa học của malt đại mạch phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật trồng và điều kiện bảo quản.
Thành phần hóa học của malt và đại mạch có những tính chất và chức năng sau:
• Nước (thủy phần)
Thủy phần của đại mạch có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hạt ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt. Thủy phần cao quá mức sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, gây cho hạt nhanh hư hỏng.
Lượng nước trong malt ảnh hưởng đến quá trình sản xuất bia, đặc biệt là quá trình nghiền malt.
• Glucid
Glucid được chia thành bốn nhóm: monosaccharide, disaccharide, trisaccharide và polysaccharide.
- Monosaccharide trong đại mạch bao gồm glucose, fructose.
- Trong thành phần của disaccharide thì chủ yếu là saccharose và maltose, còn thành phần chính của trisaccharide là đường rafinose.
- Polysaccharide là hợp phần chiếm nhiều nhất trong thành phần gluxit của hạt đại mạch. Chúng bao gồm: tinh bột, cellulose, hemicellulose, pentosan, amylase và các hợp chất dạng keo (glucid cao phân tử).
Tinh bột:
- Đối với công nghệ sản xuất malt và bia, tinh bột có hai chức năng: Chức năng thứ nhất là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và chức năng thứ hai là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men.
- Tinh bột bao gồm hai polysaccharide hợp thành: amylase và amylopectin. Dưới sự xúc tác của enzym amylase, mạch amylase sẽ bị phân cắt thành destrin và các đường đơn giản maltose, glucose để nấm men sử dụng.
Cellulose:
- Cellulose của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ, có cấu tạo là những polyme đồng dạng với tinh bột. Số gốc glucose trong các polyme này lên đến 2000 ÷ 10000 tạo thành những chuỗi xoắn rất dài, chúng không tan được trong nước, trong quá trình chế biến bia hầu như không thay đổi.
- Cellulose có ý nghĩa lớn trong quá trình lọc dịch đường hóa vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo lớp màng lọc phụ lý tưởng.
Hemicellulose:
Chiếm phần lớn chất khô của vỏ trấu, gồm những hỗn hợp polysaccharide khác nhau. Sự phân giải hemicellulose dưới tác dụng của enzym sitase có ý nghĩa lớn trong quá trình nảy mầm, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập của enzym khác vào bên trong nội nhũ của hạt.
Pentose:
Có trong thành phần của hemicellulose, đặc biệt có nhiều trong vỏ trấu (đến 2%), không tan trong nước. Nếu bị thủy phân sẽ cho ra đường arabinose và klilose.
Các glucid cao phân tử:
Trong đại mạch còn chứa các chất ở dạng gom, những chất này tan trong nước sẽ tạo nên những dung dịch nhớt. Khi chúng bị thủy phân, sẽ cho ra galactose và kcilose, hoặc như pectin, với hàm lượng rất nhỏ trên thành vỏ trấu, hình thành một màng ngăn trung gian. Những hợp chất này, khi đi vào dịch đường hoặc bia, sẽ gây
trở ngại cho quá trình lọc, song chúng cũng làm cho bia có khả năng tạo bọt và có mùi vị được cải thiện hơn.
Các chất đường:
Trong đại mạch có chứa một lượng nhỏ mono -, di - và trisaccharide, trong đó nhiều nhất là đường saccharose, chiếm khoảng 1,8% chất khô của hạt. Hàm lượng glucose và fructose là không đáng kể. Các chất đường có ý nghĩa rất lớn trong quá trình sản xuất malt, đặc biệt là trong giai đoạn đầu tiên.
Chất đắng và chất chát:
Có chứa nhiều trong vỏ trấu của hạt đại mạch. Các chất màu sẽ đi vào thành phần của những lớp bên ngoài màng ngăn giữa vỏ trấu và hạt gạo, tham gia vào quá trình hình thành lớp màng ngăn này, do vậy nó đóng vai trò rất lớn trong quá trình ngâm đại mạch. Một phần của chất chát sẽ liên kết với các chất protid, tạo thành acid textinoic có vị đắng và mùi khó chịu. Chúng không hòa tan trong nước lã nhưng hòa tan tốt trong dung dịch kiềm loãng (0,2 ÷ 0,4%). Qua đó, ta nhận thấy các chất chát, đắng, màu có tác dụng xấu đến thành phần của bia. Vì vậy các biện pháp công nghệ loại bỏ chúng là rất cần thiết.
• Các hợp chất chứa nitơ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong đại mạch khoảng 9 ÷ 11% so với lượng chất khô của hạt. Tuy chiếm tỷ lệ thấp nhưng vai trò của chúng đối với công nghệ sản xuất bia thì lại rất quan trọng vì ở chừng mực nào đó, chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Protid:
Là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem lô hạt đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao quá, bia dễ bị đục, rất khó bảo quản. Ngược lại nếu thấp quá, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà. Hàm lượng protid tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 8 ÷ 10%.
Khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia cũng như độ bền keo của chúng (độ bền colloide) phụ thuộc trước hết vào mức độ thủy phân của protid.
Các hợp chất chứa nitơ phi protid:
Tập hợp những sản phẩm phân giải từ protid với các mức độ phân giải khác nhau cho ta những sản phẩm sau:
- Albumoza và pepton: có cấu tạo gần giống protein, song có số gốc acid amin ít hơn, có khả năng tan được trong nước lã, không bị kết tủa trong quá trình chế biến sẽ đi vào thành phần nước đường hóa, làm tốt khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia.
- Peptid: Có số gốc acid amin ít hơn pepton, gồm có di -, tri - và polypeptide, hòa tan dễ dàng trong nước và đi vào thành phần của bia.
- Acid amin: Ở dạng tự do trong hạt đại mạch chín thường chiếm khoảng 0,1% chất khô, thành phần rất phong phú, gồm khoảng 20 acid amin khác nhau. Do tác động của enzym trong thời gian sản xuất malt, hàm lượng acid amin tăng lên ở dịch đường và bia. Đặc biệt chúng có vai trò quan trọng trong việc hình thành menadion ở thời kỳ sấy malt.
• Vitamin:
Đại mạch chứa các loại vitamin B1, B2, B6, C, PP2, tiền vitamin A, E, acid pantotenic, biotin, và nhiều dẫn xuất vitamin khác. Tuy hàm lượng rất ít nhưng hệ vitamin trong đại mạch đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt vì chúng là nhân tố điều hòa sinh trưởng của mầm.
• Chất khoáng:
Các chất khoáng của đại mạch đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia. Đặc biệt có ý nghĩa là nguyên tố phospho, vì nó đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường.
• Chất béo và lipoid:
Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo trong đại mạch là este của glyceryl với acid béo bậc cao. Chất béo và lipoid tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của sản phẩm.
• Fermen (men - enzym):
Trong hạt đại mạch, luôn có hai nhóm enzym chính:
- Nhóm enzym xúc tác cho các quá trình oxy hóa - khử: Các enzym này tham gia vào quá trình oxy hóa - khử khi hạt hô hấp hoặc phân hủy hiếu khí các glucid nghĩa là chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng của các tế bào sống. Ở hạt đại mạch hoạt tính giảm thiểu, ở giai đoạn đầu của việc tạo malt chúng tăng cường hoạt động nhanh, trong quá trình sấy malt chúng hầu như bị phá hủy.
- Nhóm enzym thủy phân: Tùy thuộc vào nguồn cơ chất enzym xúc tác cho quá trình thủy phân, ta có thể tách thành 2 phân nhóm nhỏ:
+ Nhóm enzym thủy phân các hợp chất glucid:
- Diastase (amylase): thủy phân các glucid có mạch polyme tương đối đơn giản (như tinh bột).
- Sitase: Thủy phân các glucid có mạch polyme phức tạp hơn (như hemicellulose). Tác dụng của các enzym này là phá vỡ màng ngăn giữa hạt gạo và vỏ trấu khi hạt gạo bắt đầu nảy mầm, nhờ vậy các enzym khác mới dễ dàng xâm nhập vào bên trong nội nhũ của hạt, làm biến đổi dần những thành phần hóa học của nội nhũ. Đây chính là quá trình chuyển hóa từ hạt đại mạch thành hạt malt.
+ Nhóm enzym thủy phân protid: Trong nhóm này, tiêu biểu có:
- Proteinase: xúc tác để chuyển protid → albumose và pepton, rồi →
polypeptide và peptid (t0: 500C, pH = 5).
- Peptidase: chuyển polypeptide và peptid → acid amin (gồm polypeptidase và dipeptidase) (t0 < 500C, pH = 7,5).
- Amidase: Tác dụng deamin hóa các acid amin, tạo thành các acid hữu cơ và nitơ. Đồng thời chúng còn phá vỡ các mối liên kết amid (-CO-NH-) của các muối amid.
+ Nhóm enzym esterase: tham gia làm vỡ các mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ với nhau hoặc giữa hợp chất hữu cơ và vô cơ.
- Lipase: thủy phân các este của glyceryl và một số loại rượu với các acid béo bậc cao.
- Phosphatase: tách acid phosphoric ra khỏi những hợp chất hữu cơ có chứa phospho. Tiêu biểu là aminophosphatase và phytase. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.1.2.4. Các yêu cầu kỹ thuật của malt
Yêu cầu về cảm quan, sinh lý
Cảm quan
- Màu sắc: Malt có màu vàng óng như rơm, malt đen có màu sẫm hơn, vỏ malt phải óng ánh. Kích thước, hình dáng gần giống như hạt đại mạch khô.
- Mùi vị: Có vị đặc trưng của malt, không có mùi vị lạ. Nếu có vị chua hay mốc chứng tỏ malt còn ẩm. Malt vàng có vị ngọt dịu. Malt đen có vị thơm cà phê, ngọt mạnh. Đại mạch tốt phải có mùi thơm của rạ tươi, khi cắn hạt thóc thấy có mùi tinh bột và hơi ngọt.
- Độ sạch: Không lẫn tạp chất, hạt không bị vỡ và không bị bệnh. Lượng tối đa cho phép đối với: hạt vỡ là 0,5%, hạt bệnh là 1% và hạt không nảy mầm là 5%.
Sinh lý: Hạt đại mạch được dùng trong sản xuất bia cần có:
• Dung trọng: là trọng lượng một lít hạt được tính bằng (g/l).
Loại 1: có dung trọng ≥ 680 g/l.
Loại 2: có dung trọng từ 650 ÷ 680 g/l.
Loại 3: có dung trọng từ 630 ÷ 650 g/l.
+ Trọng lượng tuyệt đối: Là trọng lượng của 1000 hạt (không chọn), thường từ 35 ÷ 45 gam.
+ Lực nảy mầm: Là số hạt nẩy mầm (tính ra %) sau ngày thứ ba của quá trình nẩy mầm trong điều kiện thí nghiệm, thường phải từ 80 ÷ 85%.
+ Khả năng nẩy mầm: Là số hạt nẩy mầm (tính ra %) sau ngày thứ năm của quá trình nẩy mầm trong điều kiện thí nghiệm, thường phải đạt từ 90 ÷ 95%.
Đại mạch có chất lượng cao nếu có lực nẩy mầm > 90% và khả năng nẩy mầm > 95%.
Chỉ số hóa học
- Vỏ: không vượt quá 7 ÷ 9% trọng lượng hạt (nếu từ 10 ÷ 12% thì sẽ không thích hợp cho sản xuất bia).
- Hàm lượng ẩm: W = 10 ÷ 15%. Nếu cao hơn sẽ khó bảo quản, nhưng nếu < 10% thì hạt sẽ nhanh chóng mất khả năng nẩy mầm.
- Hàm lượng protid: 8 ÷ 14% chất khô của hạt. Protid càng cao tinh bột càng giảm và do đó chất hòa tan càng thấp. Ngược lại, nếu protid < 8% thì, khi chế biến, bia sẽ ít bọt. Hàm lượng protid cao cũng là nguyên nhân gây khó khăn cho chế biến. Đại mạch có chất lượng cao nếu P = 9 ÷ 11% chất khô.
- Glucid (tinh bột): thường chiếm từ 55 ÷ 62% trọng hạt (hoặc từ 63 ÷ 66% trọng lượng chất khô).
- Thời gian đường hóa: Là thời gian để đường hóa hoàn toàn cháo malt. Malt vàng: 10 ÷ 20 phút ở 700C, malt đen 20 ÷ 30 phút ở 700C. Thời gian đường hóa cũng cho ta biết tình trạng của hệ enzym thủy phân và mức độ nhuyễn của malt.
- Hiệu số của hiệu suất chiết khi nghiền mịn và khi nghiền thô tính bằng % để đánh giá mức độ nhuyễn và mức độ hồ hóa của malt khi ươm mầm. Giá trị này càng bé thì chất lượng malt càng cao.
- Cường độ màu: Là màu của dịch đường được biểu thị bằng số ml dung dịch Iot 0,1 N dùng để nhuộm màu 400 ml nước đến màu vàng. Trong thực tế sản xuất