Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt Đại Mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn malt Đại Mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp, với thị hiếu của người tiêu dùng bên cạnh Đại Mạch, người ta cịn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, gạo, bọt ngơ, thậm chí cả bột đậu tương đã tách béo.
a. Nước
Đối với bia, nước là một nguyên liệu khơng thể thay thế được. Thành phần hĩa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nĩ tác động trong suốt các quá trình chế biến của cơng nghệ sản xuất bia.
Trên dây chuyền cơng nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha lỗng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm. Ngồi ra, nước cịn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nĩng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất,…
Tiêu chuẩn dùng cho nước nấu bia
Những yêu cầu căn bản để cĩ một loại nước nấu bia tốt như sau:
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 32
Phải trong, khơng màu, khơng mùi và khơng cĩ vị lạ.
Nếu là nước bề mặt thì nên xử lý để loại bớt các chất hữu cơ.
Độ kiềm của nước phải < 50 ppm.
Nếu độ kiềm < 50 ppm, thì pH cĩ thể chấp nhận trong khoảng tư ø4 - 9.
Căn bản nước nấu phải chứa khoảng 50ppm calcium, gần phân nửa số này do bổ sung thêm hay cĩ từ trong malt sẽ mất đi trong quá trình nấu. Vì vậy ta nên bổ sung thêm đúng giá trị thật của nĩ bằng cách cho trực tiếp vào nồi đun sơi. Cần phải đảm bảo các muối đã hịa tan trước khi bổ sung vào.
b. Đại mạch
Đại mạch là nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất bia, muốn được vậy, đại mạch phải trải qua quá trình nẩy mầm nhân tạo sau đĩ dừng lại bằng cách sấy khơ.
Thành phần hĩa học của Đại mạch.
Carbohydrate chung : 70-85%.
Các chất vơ cơ : 10,5-11,5%
Chất béo : 1,5 -2%
Các chất khác : 1-2%
Độ ẩm bình quân thay đổi từ 14 -14,5%, độ ẩm cĩ thể thay đổi từ 12% trong điều kiện thu hoạch khơ ráo và trên 20% trong điều kiện ẩm ướt.
Đại mạch cĩ độ ẩm cao cần phải sấy lại, nếu khơng sẽ khơng bảo quản được lâu dài và khả năng nẩy mầm bị giảm. Đại mạch cĩ độ ẩm <15% sẽ bảo quản được lâu.
Tinh bột
Cĩ cơng thức là (C6H10O5)n, cĩ được chuyển hĩa dễ dàng thành đường glocose dưới tác dụng của acid và thành dextrine và maltose dưới tác dụng của amylase. Tinh bột là một thành phần quan trọng về mặt số lượng trong đại mạch từ 55- 65%. Khi nấu, dưới tác dụng của các men amylase được chuyển hĩa thành thành
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 33
dextrine và đường maltose và sau đĩ sẽ được chuyển hĩa thành cồn và CO2 trong quá trình lên men.
Protêin
Sản phẩm thủy phân của protêin được chia ra làm nhiều nhĩm khác nhau và giữ một vai trị hết sức quan trọng trong sản xuất malt và bia.
Những nhĩm kém phức tạp sẽ là chất dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men, nhưng nếu trong dịch đường cĩ qúa nhiều loại này nấm men khơng sử dụng hết, phần tồn tại trong bia sẽ là dinh dưỡng cho các vi sinh vật làm hỏng bia trong quá trình bảo quản.
Những nhĩm phức tạp là những yếu tố chính để tạo bọt, tạo sự đậm đà cho bia, nhưng nĩ cũng sẽ kết tủa sau một thời gian vì vậy gây đục bia.
Người ta khơng thích dùng đại mạch cĩ hàm lượng protêin cao vì nĩ dễ làm cho bia khơng ổn định, nhưng ngược lại nếu đại mạch cĩ hàm lượng protêin quá thấp bia sẽ khơng ngon và ít bọt. Vì vậy sử dụng đại mạch cĩ hàm lượng đạm từ 9- 11% là thích hợp nhất (tính trên chất khơ).
Các hydrate de cacbone khác
Bên cạnh tinh bột, hydrate de cacbone của đại mạch cịn chứa các chất khác:
Cellulose: chủ yếu nằm trong vỏ trấu của Đại mạch chiếm khoảng 2% của chất khơ.
Hemicellulose: tế bào tạo nên vỏ trấu.
Pentozan: cĩ trong thành phần của Hemicellulose và đặc biệt cĩ nhiều trong vỏ trấu, khoảng 20%.
Pectine: thường cĩ ở trong màng ngăn trung gian của đại mạch.
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 34
Bảng 3.1. Các chỉ số chất lượng của Malt vàng.
Thứ tự Các chỉ số chất lượng Giá trị trung bình
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Khối lượng hectolit, kg
Khối lượng 1000 hạt khơng lựa chọn,g
Độ dài lá mầm, % số hạt cĩ chiều dài 2/3-3/4 hạt Số hạt trắng đục, %
Hàm ẩm, %
Thời gian đường hĩa, phút
Cường độ màu, ml 0,1NI2 / 100ml dịch đường Lượng chất chiết hịa tan, % theo chất khơ. Hiệu số chiết ly (nghiền mịn, nghiền thơ) Hàm lượng đường maltoza, % theo chất chiết Đường: dextrin
pH
Độ chua định phân ml 0,1N NaOH/100g chất khơ Đạm tổng, %N
Đạm tổng, % theo chất khơ ( N x 6,25) Đạm formol, %
Độ lên men biểu kiến cuối cùng, % Hoạt lực amylaza, 0WK 55 -58 32-35 70-75 90-96 3.8-5.0 10-15 0.16-0.25 78-80.5 2-3.5 65-82 0.4-0.55 4.5-6 14-17.5 1.5-1.7 9.5-10.5 0.19-0.21 75-78 220-280
Nguồn. PGS.TS. HOAØNG ĐÌNH HỊA, Cơng nghệ sản xuất Malt và bia, 2000.
Nguyên liệu thay thế
Malt Đại mạch là nguyên liệu truyền thống khơng thể thiếu được đối với sản xuất bia. Tuy nhiên, để giảm giá thành và đơi khi cũng nhằm mục đích điều chỉnh thành phần của dịch đường, người ta cho thay thế một phần malt bằng một lượng hạt khơng nảy mầm hay bằng đường. Như vậy là dịch đường sẽ rẻ hơn là sản xuất thuần túy 100% malt. Nhưng về mặt chất lượng dĩ nhiên là phải bị ảnh hưởng.
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 35
Tuy nhiên, nếu giới hạn việc sử dụng ở tỷ lệ từ 10-15% thì khơng làm thay đổi chất lượng.
Đường được sử dụng dưới dạng sirop, để tăng sản lượng khi cĩ nhu cầu tiêu thụ ở thị trường tăng cao.
Người ta thường dùng bột gạo hay bột ngơ để thay thế một phần malt. Bột của chúng nếu được nguyên như vậy thì đường hĩa rất chậm, cho nên phải đun sơi sơ bộ, khi tinh bột đã hồ hĩa thì đường hĩa nhanh chống qua tác dụng của men amylase.
Thành phần protêin trong gạo, ngơ và đường rất thấp, nên khi malt cĩ hàm lượng protêin cao người ta thường dùng chúng để điều chỉnh đường.
c. Hoa houblon
Cây houblon cĩ tên Latinh là humulus lupulus L. Hoa houblon được coi như là nguyên liệu chính thứ 2 dùng sản xuất bia. Hoa houblon tạo cho bia cĩ vị đắng đặc trưng và mùi thơm dễ chịu, đồng thời hoa cũng chiết ra những chất cĩ tác dụng tiệt trùng do đĩ làm tăng thời gian bảo quản bia, giúp cho các thành phần bia được ổn định và bọt bia được giữ lâu hơn. Hoa houblon cĩ hoa đực và hoa cái, nhưng chỉ cĩ hoa cái chưa thụ phấn mới dùng để sản xuất bia. Hoa đực rất bé chứa rất ít lượng Lupulin khơng đạt yêu cầu để sản xuất bia.
Khi hoa houblon sắp chín thì ở phần hình nĩn xuất hiện những hình trịn cĩ màu vàng xanh ĩng ánh và nhờn dính, đĩ là những hạt lupulin - phần giá trị nhất của hoa. Những hạt này chứa các chất thơm, các chất cĩ vị đắng đặc trưng, nhờ đĩ bia cĩ vị đắng dễ chịu, cĩ hương thơm, bọt lâu tan, bia bền khi thời gian bảo quản kéo dài.
Thành phần hĩa học của hoa houblon
Chất đắng : 18,5%
Tinh dầu : 0,5%
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 36
Protein : 10%
Các chất vơ vơ: 8%
d. Nấm men
Chủng nấm men
Nấm men đĩng vai trị quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hĩa nguyên liệu thành sản phẩm. Quá trình chuyển hĩa này lại gắn liền với sự tham gia của hệ ezyme trong tế bào nấm men, do đĩ việc phải nuơi cấy nấm men để tạo điều kiện cho sự hình thành và hoạt động của hệ ezyme là một khâu kỹ thuật rất quan trọng khơng thể tiến hành một cách tùy tiện.
Nấm men được sử dụng cho sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccaromyces.
Căn cứ vào tính chất thể hiện qua quá trình lên men bia, người ta chia nấm men bia ra làm 2 loại: nấm men nổi và nấm men chìm.
Nấm men nổi: thuộc loại Saccaromyces cerevisiae, loại này chỉ phát triển và tạo quá trình lên men bia ở nhiệt độ tương đối cao: từ 12 -13oC trở lên. Sở dĩ người ta gọi chúng là nấm men nổi vì trong quá trình lên men tế bào của chúng nổi lơ lửng trong dịch lên men và tập trung ở trên bề mặt dịch. Do rải đều trong tồn bộ khối dịch lên men nên tế bào cĩ điều kiện tiếp xúc rộng lớn với cơ chất trong mơi trường, tác động đều lên cơ chất ở khắp mọi nơi, xúc tiến quá trình lên men nhanh chĩng và mạnh mẽ. Tuy nhiên, sử dụng nấm men nổi địi hỏi kèm theo biện pháp lọc cẩn thận mới cĩ sản phẩm trong suốt, vì tế bào nấm men lởn vởn trong dịch lên men ngay cả ở cuối thời kỳ lên men phụ.
Nấm men chìm: thuộc lồi Saccaromyces carlsbergensis. Lồi này phát triển tốt ngay ở nhiệt độ thấp khoảng 6-70C. Cơng nghệ sản xuất bia bằng loại nấm men chìm đang được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các tỉnh và thành phố ở nước ta. Nấm men chìm cĩ khả năng đặc biệt là trong quá trình phát triển, tế bào của
Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 37
chúng kết dính vào nhau thành chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận tiện cho việc tách lớp tế bào đĩ làm men giống cho các đợt sản xuất tiếp theo. Do tính chất này mà bề mặt tiếp xúc giữa mơi trường với tế bào nấm men bị hạn chế, khả năng tiêu hao nguồn cơ chất để tạo thành các sản phẩm lên men chậm. Đây là lý do người ta ít sử dụng nấm men chìm vào mục đích rút ngắn thời gian lên men bia hay cịn gọi là cơng nghệ sản xuất bia ngắn ngày, trừ trường hợp lên men cĩ khuấy trộn. Vì nấm men lắng xuống đáy thiết bị thành lớp dính chặt nên thơng thường đến cuối giai đoạn lên men phụ bia đã trong, khâu lọc thành phẩm trở nên rất đơn giản và dễ dàng.
Việc lựa chọn được chủng men thích hợp là yếu tố vơ cùng quan trọng để sản xuất bia cĩ chất lượng cao. Hiện nay, tại nhà máy sử dụng loại nấm men chìm Saccaromyces carlsbergensis để sản xuất bia.
Nguồn nấm men tinh khiết
Men giống được phân lập và giữ gìn từ chủng men hiện cĩ, bằng cách lấy vạch vào hợp petri chứa mơi trường mout-agar -20 - 300C sau 2 - 3 ngày, chọn khuẩn lạc mọc riêng rẽ, to trịn, màu trắng sữa, soi kính hiển vi xác định là men bia.