L ỜI CẢM ƠN
4.1.MỨC ĐỘ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU
4.1.1. Nghiền malt
Thành phần cấu tạo chủ yếu của hạt malt là vỏ và nội nhủ. Hai hợp phần này khác nhau về thành phần, tính chất vật lý, cơ lý, hóa học và cũng khác nhau về chức năng
và vai trò trong công nghệ sản xuất dịch đường.
Vỏ của hạt có cấu tạo chủ yếu từ cellulose, linhin, các hợp chất polyphenol và các chất
khoáng. Ngoài ra còn chứa thêm một ít pentozan, các chất màu và chất đắng.
Cellulose và linhin là những hợp chất không hòa tan trong nước và không hề bị thay đổi cấu trúc dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt. Điều đó có nghĩa là từ chúng, ta
không nhận được các chất hòa tan cho dịch đường. Chỉ có một lượng không đáng kể
pentozan có thể bị thủy phân để tạo thành đường đơn giản, hòa tan. Tất cả các thành phần còn lại của vỏ, ở mức độ ít hay nhiều chúng có thể hòa tan vào trong nước và đi
vào thành phần của dịch đường. Sự có mặt của các chất hòa tan này trong dịch đường
là một dấu hiệu bất lợi vì chúng sẽ làm cho bia có vị đắng và chát khó chịu. Vì vậy,
trong quá trình nghiền càng bảo toàn nguyên vỏ bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu (Hoàng
Đình Hòa, 2002). Ngoài ra, sau khi đường hóa khối cháo phải đi qua khâu lọc để tách
bã khỏi pha lỏng. Khi đó, lớp vỏ trấu còn đóng vai trò như một lớp màng lọc, nếu kích
thước của vỏ trấu quá bé làm cho các mương dẫn dễ bị tắc, cản trở quá trình lọc và khả năng lọc trong sẽ kém hơn.
Nội nhủ của malt chứa chủ yếu là tinh bột, dextrin, đường, protein, các sản phẩm thủy
phân của protein và nhiều hợp chất khác. Các hợp phần này của nội nhủ là nguồn cung
cấp chính chất hòa tan cho dịch đường. Trong quá trình đường hóa chúng phải chịu tác động của nhiều quá trình enzyme để chuyển hóa thành các hợp chất thấp phân tử,
dể hòa tan (Hoàng Đình Hòa, 2002). Vì vậy, nội nhủ của malt cần phải nghiền thật
mịn. Nhưng như vậy, lại có điểm bất lợi đó là phần dịch cháo sẽ nén rất chặt, thể tích
của chúng ít, cản trở việc lọc dịch và đến lúc rửa bã malt sẽ không thể chiết rút hết các
thành phần dinh dưỡng ở trong đó.
Mức độ nghiền malt tốt nhất là phải đảm bảo yêu cầu thu nhận được nhiều chất hòa tan nhất nhưng thể tích bột nghiền và bã malt cũng đạt giá trị cao nhất trong điều kiện
có thể đạt được. Độ mịn của bột nghiền có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch đường. Bột nghiền được Nhà máy kiểm tra thường xuyên bằng cách lấy khoảng 150 ÷ 200 gam mẫu và dùng các rây phân loại tiêu chuẩn để đánh giá
mức độ nghiền.
Bảng 4.1: Thành phần bột khô
Số hiệu rây Độ dày lưới (mm) Độ rộng lỗ rây (mm) Thành phần 1 (16) 0,31 1,270 Vỏ trấu 2 (20) 0,26 1,010 Tấm thô 3 (30) 0,15 0,547 Tấm nhỏ I 4 (85) 0,07 0,253 Tấm nhỏ II 5 (140) 0,04 0,152 Bột Sàng cuối Bột mịn
Nguồn: Nguyễn Thị Hiền và ctv., 2007.
4.1.2. Nghiền gạo
Gạo là nguyên liệu chưa ươm mầm, vì thế chưa có sự tác động của enzyme. Cấu trúc
của hạt còn rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị thủy phân. Để đạt được
mục tiêu cuối cùng là trích ly hoàn toàn các chất hòa tan, biện pháp hữu hiệu nhất là nghiền chúng thật mịn để quá trình thủy phân tinh bột có hiệu quả tốt nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 4.2: Tiêu chuẩn bột khô của Nhà máy
Bột malt Bột gạo
Tiêu chuẩn Kết quả
kiểm tra Tiêu chuẩn
Kết quả kiểm tra
Vỏ trấu và tấm thô ≤ 10% 0,4% ≤ 10% 1,8%
Tấm nhỏ I và tấm nhỏ II ≤ 70% 54,8% ≤ 80% 77,4%
Nguồn: Tài liệu quản lí chất lượng công ty bia Sài Gòn
4.2. QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA
4.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn không chỉ đến tốc độ và hiệu suất của quá trình đường
Nếu tăng nhiệt độ thủy phân tinh bột lên một giới hạn nhất định, tốc độ đường hóa tăng nhanh, nhưng nếu tiếp tục tăng nhiệt độ quá giới hạn thì các enzym bị giảm hoạt
lực hoặc mất hẳn hoạt lực, làm cho quá trình đường hóa chậm lại hoặc ngưng hẳn.
Với những loại enzym khác nhau, ta phải giữ ở một nhiệt độ thích hợp cho chúng hoạt động để có thể tạo ra lượng sản phẩm như mong muốn.
Ở nhiệt độ 60 ÷63oC, thu được nhiều maltoza nhất và độ lên men cuối đạt được cao
nhất. Dịch đường chứa nhiều maltoza sẽ lên men nhanh và nấm men hoạt động tốt hơn, bởi nấm men được giữ lơ lững trong dịch lâu hơn.
Nếu ở 62 ÷ 64oC trong thời gian dài thì đạt được mức độ lên men cuối cao hơn. Nhưng nếu vượt quá nhiệt độ này tới 72 ÷ 75oC trong thời gian dài thì thu được dịch
có nhiều dextrin và mức độ lên men cuối thấp hơn.
Như vậy ta có thể dùng nhiệt độ để điều chỉnh quá trình thủy phân. Khống chế tỷ lệ
của các thành phần trong sản phẩm đường hóa. Để thu được nước nha có chất lượng
cao thì nhiệt độ trong quá trình đường hóa phải được giữ đúng quy trình. Nhiệt độ và thời gian đường hóa:
65oC trong 20 ÷25 phút (sản phẩm chủ yếu là maltoza)
72 ÷75oC trong 10 ÷15 phút (sản phẩm chính là dextrin)
Bảng 4.3: Nhiệt độ tối thích của các loại enzyme
Loại Enzyme Nhiệt độ (oC) Sản phẩm chính
α-amylase 70 ÷ 75 Dextrin
ß-amylase 60 ÷ 63 Maltose
protease 48 ÷ 52 Pepit và acid amin
Amilophosphatase 70 Dextrin
(Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002.) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.2. pH dịch cháo
Độ chua tác dụng (pH) của dịch cháo là yếu tố ảnh hưởng khá mạnh đến động lực của
quá trình thủy phân và đường hóa. pH của môi trường mà tại đó enzyme thể hiện hoạt
lực cao nhất của mình gọi là pH tối ưu. Các enzyme khác nhau có pH tối ưu khác nhau
thể hiện ở bảng sau.
Bảng 4.4: pH tối thích cho các loại enzyme
Loại enzyme pH
α-amylase 5,5 ÷ 5,8
protease 4,6 ÷ 5,0
Amilophosphatase 5,5 ÷ 5,7
Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002.
Bình thường độ chua tác dụng của dịch cháo malt là thấp hơn (pH cao hơn) độ chua
tối ưu của các enzyme, nó dao động trong khoảng pH = 6,0 ÷6,5. Độ chua tác dụng
của môi trường thấp sẽ gây ảnh hưởng bất lợi cho tiến trình phản ứng enzyme, dẫn đến cơ chất bị phân cắt không triệt để, hiệu suất thu hồi chất hòa tan thấp, khó lọc bã, dịch đường đục, bia thành phẩm có độ bền keo kém, hương vị không hài hòa, không
đặc trưng. Để khắc phục tình trạng này, ta phải bổ sung acid lactic (350ml) trong quá trình nấu malt để điều chỉnh pH dịch malt về khoảng 5,6. Đây là pH tối ưu cho hoạt động của enzyme α-amylase. Tuy nhiên, điểm pH tối ưu của enzyme amylase phụ
thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố mạnh nhất là nhiệt độ của môi trường. Theo Hoàng Đình Hòa,nếu pH = 5,5 ÷ 5,6 thì vùng nhiệt độ tối ưu là 60 ÷63oC. Vì vậy,
cần phải duy trì khoảng nhiệt độ và pH đó trong một thời gian để enzyme dó thực hiện
quá trình xúc tác thủy phân, có như vậy quá trình phân cắt các hợp chất cao phân tử
mới triệt để, hiệu suất thu hồi chất chiết mới cao.
Trong một khoảng giới hạn xác định nếu giảm pH của môi trường thì hiệu suất đường
hóa sẽ tăng lên, còn thời gian đường hóa sẽ được rút ngắn.
Bảng 4.5: Sự phụ thuộc giữa pH môi trường với thời gian và hiệu suất đường hóa
pH Thời gian đường hóa
(phút)
Hiệu suất đường hóa (% theo chất khô) 6,4 25 76,89 5,6 15 78,21 5,3 15 78,86 5,1 35 79,41 4,8 40 79,06
Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002.
4.2.3. Nồng độ cơ chất
Nồng độ của cơ chất có ảnh hưởng khá mạnh đến khối lượng và chất lượng của sản
phẩm thủy phân do sự phân cắt của nhóm enzym amylase. Nếu dịch cháo càng loãng,
lượng đường tạo ra theo tỷ lệ các chất càng nhiều, đặc biệt là nhóm đường thấp phân (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tử có khả năng lên men được. Nếu nồng độ bột nghiền trong dịch cháo thấp thì hoạt độ của enzym sẽ mạnh hơn.
Khi đường hóa dịch cháo đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ nhiều hơn dịch cháo
loãng. Nguyên nhâncủa hiện tượng này là ở dịch cháo đặc, độ bền nhiệt của ß-amylase
phù hợp cho ß-amylase vì tốc độ phân cắt tinh bột của chúng nói chung là chậm (Hoàng Đình Hòa, 2002).
4.3. QUÁ TRÌNH LỌC
Tốc độ lọc và độ trong của dịch đường phụ thuộc rất nhiều yếu tố công nghệ, nhưng
quan trọng nhất là các yếu tố sau đây:
4.3.1. Nhiệt độ lọc
Nếu nhiệt độ khối cháo tăng, tốc độ lọc cũng tăng. Điều này liên quan đến độ nhớt động của dịch đường: nhiệt độ tăng thì chúng giảm. Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao,
sẽ xảy ra hiện tượng biến tính và kết tủa protein. Sản phẩm cuối cùng có độ nhớt cao,
chúng sẽ bám lên màng lọc, tạo thành một kết tủa dẻo, cản trở rất nhiều đến tốc độ
lọc. Mặt khác nhiệt độ cao quá sẽ là điều kiện thuận lợi cho việc hồ hóa các hạt tinh
bột chưa hòa tan còn sót lại trong bã nhưng không đường hóa kịp do enzyme α- amylase đã bị vô hoạt sẽ gây đục cho bia sau này.
Nhiệt độ tối thích cho quá trình lọc là 75oC.
4.3.2. pH của dịch đường
Tốc độ lọc dịch đường và độ trong của nó phụ thuộc nhiều vào độ chua tác dụng.
Kolbach và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm về lọc dịch đường ở những pH khác
nhau. Kết quả cho thấy rằng, để lọc một lượng cháo malt ở pH = 6,78 cần thời gian hơn 2 giờ. Cũng lượng cháo malt đó, hạ pH xuống 6,33 thì thời gian cần thiết để lọc
hết là 22 phút, còn nếu hạ pH xuống còn 5,77 thì thời gian chỉ còn 18 phút. Các tác giả
trên cũng chỉ ra rằng nếu tiếp tục hạ pH xuống đến một mức độ nào đó thì tốc độ lọc
bắt đầu giảm, và cuối cùng đi đến kết luận: pH tối ưu cho quá trình lọc bã malt là khoảng 5,5.
4.3.3. Áp lực lọc
Pha rắn của cháo malt, khi kết lắng tạo ra một lớp lọc phụ có tính co thể tích rất mạnh.
Cấu tử quyết định tính chất này của lớp lọc là vỏ trấu của malt, phần này chiếm
khoảng 10% khối lượng của pha rắn. Khi tăng áp suất lọc thì thể tích lớp lưới lọc giảm
với các mức độ khác nhau, điều này dẫn đến kết quả là cấu trúc của lớp lưới lọc bị phá
vỡ, và độ xốp của lớp lưới lọc sẽ giảm do bị nén quá chặt là cho quá trình di chuyển
của nước lọc qua bã khó khăn hơn.
4.3.4. Bề dày lớp bã lọc
Độ dày lớp bã lọc cũng có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi. Nếu lớp bã lọc quá (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dày sẽ giảm hiệu suất thu hồi. Nếu trên một bề mặt lưới độ dày lớp bã lọc khác nhau
4.4. QUÁ TRÌNH ĐUN SÔI DỊCH ĐƯỜNG VỚI HOA HOUBLON4.4.1. Quá trình trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đường 4.4.1. Quá trình trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đường
Các hợp chất đắng là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon. Làm cho bia có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hòa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo
ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Với nồng độ thấp các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn
rất cao và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm. Các hợp chất đắng của hoa houblon có độ hòa tan trong nước rất thấp. Trong dịch đường, khả năng đó của chúng
lại càng thấp hơn. Trong hai cấu tử của acid đắng thì α-acid có độ hòa tan khá hơn và
chính cấu tử này là nguồn chính tạo ra lực đắng cho bia (Hoàng Đình Hòa, 2002). Vì vậy, việc trích ly các hợp chất đắng có ý nghĩa rất quan trọng. Quá trình đó phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố, trong đó quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp nhất là thời gian đun
nấu, lượng protein khả kết và pH của dịch đường.
4.4.1.1. Thời gian đun nấu
Lượng chất đắng hòa tan vào dịch đường phụ thuộc vào thời gian đun nấu. Trong ÷
15 phút đầu tiên, 80% lượng chất đắng của dịch đường đã được hòa tan. Thời gian tiếp
theo, quá trình hòa tan vẫn tiếp diễn. Tuy nhiên do một lượng chất đắng đáng kể đã bị
kết tủa, nên xét tương quan giữa lượng chất đắng được hòa tan bổ sung và lượng chất đắng còn hiện diện trong dịch đường thì hệ số tăng trưởng đó là khá lớn. Ngoài ra, với
thời gian đun nấu kéo dài thì mức độ đồng phân hóa cũng diễn ra triệt để hơn, và khả năng hòa tan của các đồng phân này cao hơn và có độ đắng cao hơn nhiều so với các
hợp chất tiền thân. Vì vậy nếu thời gian đun nấu kéo dài thì lượng chất đắng ở trong
bia sẽ tăng lên.
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian đun sôi đến sự hoà tan chất đắng
Thời gian đun sôi (phút) 10 60 128 180
Chất đắng trong dịch đường (mg/l) 122 125,7 127,3 130,5
Nguồn: Nguyễn Thị Hiền và ctv., 2007.
4.4.1.2. Lượng protein khả kết
Lượng protein khả kết trong dịch đường có ảnh hưởng lớn đến khả năng hòa tan chất đắng. Nếu lượng các hợp chất này càng cao thì lượng chất đắng tham gia vào phản ứng càng nhiều. Trong mối tương quan tỷ số giữa các chất hòa tan bổ sung và lượng
chất đắng hiện diện trong dịch đường thì hệ số tăng trưởng lượng chất đắng vẫn là những số khá lớn. Sự tương quan tỷ lệ này có thể được minh họa bằng các số liệu thực
Bảng 4.7: Tương quan giữa lượng protein khả kết và lượng chất đắng trong dịch đường Lượng chất đắng (mg/l)
Lượng protein khả kết (mg/100ml)
Trong dịch đường Trong bia
13,2 116,8 72,40
7,20 142,7 84,10
0,90 159,5 100,5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002.
4.4.1.3. pH của môi trường
Khả năng hòa tan của các hợp chất đắng rất nhạy cảm với pH của môi trường. Trong môi trường kiềm chúng hòa tan tốt hơn so với môi trường acid. Kết quả này thể hiện ở
bảng 4.8.
Bảng 4.8: pH môi trường và độ hòa tan chất đắng pH α-acid đắng hòa tan
(mg/l) pH
ß-acid đắng hòa tan (mg/l) 4,94 65 4,95 8 5,20 65 5,59 8 5,36 120 6,24 16 5,48 164 6,60 36 5,91 480 6,81 43 6,24 740 6,98 48 Nguồn: Hoàng Đình Hòa, 2002.
pH dịch đường môi trường càng cao, quá trình đồng phân càng mạnh nhưng các thành
phần trích ly được có vị không ngon. Chất đắng ở dịch đường có pH thấp, luôn luôn được coi như hài hòa và mùi vị thanh hơn. Trong quá trình đun sôi thì pH giảm dần do
có bổ sung acicd lactic vào dịch đường để điều chỉnh pH về 5,3. Đây là pH thích hợp
cho quá trình lên men bia sau này.
4.4.2. Quá trình trích ly tinh dầu thơm và polyphenol
4.4.2.1. Tinh dầu thơm
Tinh dầu thơm của hoa houblon có tầm quan trọng to lớn trong công nghệ sản xuất bia
vì nó tạo cho bia có hương thơm rất đặc trưng mà không có ở bất kỳ một sản phẩm
thực phẩm nào khác. Việc trích ly các hợp chất mùi có ý nghĩa rất quan trọng. Tuy
nồi đun sôi là bắt buộc, hợp chất mùi mới thoát nhiều ở giai đoạn này và đảm bảo nước nha không bị nhiểm vi sinh.
Yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến sự bay hơi hợp chất mùi là nhiệt độ và thời gian đun