Trong quỏ trỡnh sản xuất bia, mỗi cụng đoạn của quỏ trỡnh sản xuất đều cú ảnh hưởng khỏc nhau đến sự tạo thành màu sắc của sản phẩm. Tuỳ theo sản phẩm bia được sản xuất mà người ta sẽ điều chỉnh cỏc cụng đoạn kỹ thuật theo hướng khỏc nhau để nhằm thu được sản phẩm cú màu sắc tốt nhất. Trong mỗi cụng đoạn màu sắc bia được hỡnh thành ở mức độ khỏc nhau:
Sơ đồ quy trỡnh sản xuất bia:
Đại mạch Malt Nghiền Nấu + Đường hoỏ
Lọc bó malt
Houblon hoỏ dịch đường Lờn men
Hoàn thiện Sản phẩm
IV.1. Quỏ trỡnh sấy malt tươi:
Những chỉ số cảm quan mới này đối với từng loại malt khỏc nhau cũng cú những nột đặc trưng rất khỏc nhau và được đỏnh giỏ một cỏch rất nghiờm ngặt. Trong thời gian sấy malt, song song với quỏ trỡnh tỏch nước cũn diễn ra một loạt quỏ trỡnh khỏc, mà một số trong những quỏ trỡnh này là nguyờn nhõn của sự tạo thành cỏc chất tạo hương, vị và tăng cường độ màu của sản phẩm. Những tớnh chất cảm quan mang đặc thự của malt tươi (thực chất là malt tươi chưa cú một chỉ số cảm quan nào đỏng chỳ ý) được thay thế bằng những chỉ số mới. Điều đú núi lờn rằng, quỏ trỡnh sấy, với đối tượng là malt tươi thỡ đú khụng đơn thuần là quỏ trỡnh tỏch nước thụng thường, khụng đơn thuần là giải phỏp để tiện lợi cho việc bảo quản mà thực chất là một quỏ trỡnh cụng nghệ, trong đú cú sự biến đổi về chất và thay đổi về lượng của cỏc cấu tử dinh dưỡng trong sản phẩm. Quỏ trỡnh quan trọng nhất ở giai đoạn sấy malt là phản ứng tạo melanoid - một hỗn hợp bao gồm nhiều hợp chất, ở mức độ rất cao chi phối chất lượng của bia vàng và là nhõn tố quyết định về hương, vị, khả năng tạo giữ bọt và đặc biệt là màu sắc của bia đen.
Sự tạo thành cỏc hợp chất này cú thể xảy ra ở những vựng nhiệt độ 60 – 700C hoặc thấp hơn nhưng với tốc độ khụng đỏng kể mà chỳng được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn sấy kiệt malt tức là ở vựng nhiệt độ 100 – 1050C. Quỏ trỡnh thuỷ phõn protein và tinh bột xảy ra mạnh ở vựng nhiệt độ 50 – 700C. Từ những sản phẩm thuỷ phõn của hai nhúm cơ chất này (đường và axit amin). Khi quỏ trỡnh sấy đang diễn biến ở nhiệt độ cao, chỳng tham gia phản ứng để tạo ra chất màu và chất thơm cho sản phẩm.
Những quỏ trỡnh xảy ra ở giai đoạn này cú ý nghĩa rất quan trọng đối với bia vỡ rằng những sản phẩm tạo thành đúng vai trũ rất lớn trong thành phần và chất lượng malt. Hương, vị và màu sắc cuối cựng của malt được hỡnh thành chủ yếu ở giai đoạn này, cũn chất lượng cảm quan của bia, kể cả
khả năng tạo bọt và độ bền keo của chỳng cũng được quyết định ở giai đoạn này.
Cỏc hợp chất malanoid được tạo thành từ cỏc axit amin khỏc nhau cú cường độ màu và hương khỏc nhau. Mỗi một loại hợp chất đều cú hương và vị riờng của nú. Vớ dụ: glyxin và alanin tạo ra melanoid cú vị hơi chua cũn màu là màu của caramel; phenylalanin thỡ lại tạo ra melanoid cú màu càphờ sẫm, cú mựi thơm nhẹ giống như mựi hoa hồng; cũn levxin lại tạo ra melanoid khụng màu, cú mựi thơm của bỏnh mỳ...
IV.2. Quỏ trỡnh đường hoỏ nguyờn liệu:
Nguyờn liệu sau khi đó được nghiền nhỏ sẽ được hoà trộn với nước ở trong hệ thống thiết bị đường hoỏ. Lượng nước phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ sản xuất và đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống thiết bị. Trong mụi trường giàu nước, cỏc hợp chất thấp phõn tử cú sẵn trong nguyờn liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này.
Quỏ trỡnh tạo melanoid đó xảy ra một cỏch mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt nhờ đú mà đó tạo ra một bước ngoặt quan trọng về tớnh chất cảm quan của bỏn thành phẩm. Đến giai đoạn đường hoỏ, điều kiện về nhiệt độ và cỏc yếu tố khỏc chưa tối ưu cho quỏ trỡnh trờn nhưng dự sao thỡ một lượng đỏng kể melanoid cũng được tạo thành, gúp phần nõng cao chất lượng sản phẩm. Thời gian đường hoỏ càng dài thỡ số lượng hợp chất melanoid được tạo thành càng nhiều và màu của dịch đường càng sẫm.
Phản ứng tạo melanoid chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là cỏc yếu tố sau:
IV.2.1. Ảnh hưởng của axit amin và đường:
Như đó núi ở phần sấy malt, cường độ sẫm màu của phản ứng phụ thuộc vào bản chất của axit amin, thành phần và bản chất của loại đường tham gia phản ứng.
Theo như cơ chế của phản ứng tạo melanoid ta thấy một trong những phản ứng của giai đoạn trung gian là tạo thành furfurol và oxymetylfurfurol cú kốm theo sự tỏi tạo lại axit amin vốn đó tham gia tương tỏc với đường từ phản ứng đầu tiờn. Như vậy, axit amin cú thể xem như một chất xỳc tỏc ở giai đoạn đầu của phản ứng. Mặt khỏc, melanoid - sản phẩm cuối cựng của phản ứng là những hợp chất chứa nitơ. Một phần axit amin tiờu tốn cho sự tõn tạo aldehit và thoỏt ra NH3.
Amoniac tương tỏc với đường và tạo ra melanoid. Cỏc axit amin tham gia phản ứng khỏc nhau phụ thuộc vào nhiệt độ, pH của mụi trường và lượng nước cú trong thiết bị phản ứng.
Cường độ của phản ứng tạo melanoid cũng phụ thuộc vào bản chất của đường khử: glucoza phản ứng mạnh nhất, sau đú là galactoza, lactoza,... đường saccharoza khụng tham gia phản ứng tạo melanoid.
Cường độ của phản ứng tạo melanoid cũn phụ thuộc vào nồng độ đường. Tỷ lệ giữa axit amin và đường thớch hợp nhất là 1/2 hoặc 1/3, nhưng núi chung phản ứng cú thể tiến hành ngay cả khi nồng độ axit amin khụng đỏng kể và tỷ lệ axit amin/ đường rất bộ: 1/40 thậm trớ 1/300.
IV.2.2. Ảnh hưởng của nước:
Để phản ứng tạo melanoid tiến hành cực đại thỡ xung quanh mỗi phõn tử protein phải tạo nờn lớp đơn phõn glucoza (lớp phủ bề ngoài, cú độ dày bằng độ dày của một phõn tử) và lớp đơn phõn nước. Như vậy, sự cú mặt của nước là điều kiện cần thiết để tiến hành phản ứng. Nồng độ chất tỏc dụng càng cao, lượng nước càng ớt thỡ phản ứng tạo melanoid càng mạnh. ở điều kiện đường hoỏ, khụng thể là tối ưu cho phản ứng này.
IV.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của mụi trường:
- Ở những vựng nhiệt độ khỏc nhau, melanoid tạo thành cũng cú thành phần, mựi và vị khỏc nhau. Vớ dụ, ở 95 – 1000C melanoid tạo thành cú mựi và vị hài hoà nhất, khi nhiệt độ trờn 1900C melanoid tạo thành cú vị đắng khú chịu.
- Phản ứng tạo melanoid xảy ra trong khoảng rộng của pH. Ở trong mụi trường kiềm phản ứng nhanh hơn so với mụi trường axit.
- Tỏc nhõn kỡm hóm và tỏc nhõn tăng cường phản ứng:
+ Ngay trong một loại sản phẩm giữa loại này với loại kia, mức độ cần đến melanoid cũng khỏc nhau, vớ dụ bia vàng cần ớt Melanoid cũn bia đen thỡ lại cần nhiều. Phản ứng melanoid lại diễn ra mọi lỳc, nghĩa là ở đõu cú đường khử, axit amin và nhiệt độ mụi trường “từ õm trở lờn” đều cú thể diễn ra. Vỡ vậy, để tạo ra được lượng melanoid thớch hợp cho từng sản phẩm, điều cần thiết là phải biết được cỏc yếu tố kỡm hóm hoặc là kớch thớch quỏ trỡnh tạo ra chỳng để điều chỉnh quỏ trỡnh sao cho kết quả thu được là tốt nhất theo một nghĩa nào đú.
+ Tất cả cỏc hợp chất phản ứng được với nhúm cacbonyl đều là chất kỡm hóm quỏ trỡnh tạo melanoid, vớ dụ, dimezon, hydroxylamin,.. Những hợp chất này sẽ kết hợp với cỏc chất khỏc nhau sinh ra ở giai đoạn trung gian, do đú làm ngừng cỏc quỏ trỡnh tiếp theo của phản ứng. Chẳng hạn dimezon kết hợp được với andehit nờn cú thể làm ngừng hẳn phản ứng tạo melanoid.
+ Cỏc chất tăng tốc phản ứng melanoid cú axit lactic và phosphat. Muối của axit lactic tăng cường phản ứng này rất mạnh. Dung dịch đệm phosphat khụng những làm tăng nhanh tốc độ phản ứng giữa axit amin và glucoza mà cũn làm tăng phản ứng nõu hoỏ dung dịch glucoza tinh khiết.
IV.3. Quỏ trỡnh lọc bó malt:
Thành phần cơ học của chỏo malt sau khi đường hoỏ kết thỳc, bao gồm hai hợp phần: pha rắn và pha lỏng.
Thành phần của pha rắn bao gồm cỏc cấu tử khụng hoà tan của bột nghiền, cũn pha lỏng bao gồm nước và cỏc hợp chất thấp phõn tử được trớch ly từ malt, cũn pha lỏng gọi là dịch đường, hoặc nước nha. Mục đớch của quỏ trỡnh lọc bó malt là tỏch pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục cỏc bước tiếp theo của tiến trỡnh cụng nghệ, cũn pha rắn – phế liệu, phải loại bỏ ra ngoài.
Trong cụng đoạn lọc bó malt cú một số polyphenol được hoà tan vào trong dịch đường. Nhiệt độ tối ưu cho quỏ trỡnh lọc bó malt là 750C. ở nhiệt độ này, cỏc polyphenol bị oxy hoỏ thành hợp chất cú màu đen làm tối dịch đường. Sự hoà tan cỏc polyphenol vào dịch đường càng nhiều càng làm cho dịch đường cú màu tối mạnh.
IV.4. Quỏ trỡnh nấu dịch đường với hoa houblon:
Sau khi trộn lẫn dịch đường ban đầu với dịch rửa bó, ta được hỗn hợp cuối cựng, gọi một cỏi tờn chung là dịch đường ngọt. Để dịch đường ngọt trở thành “hợp chất” tiền thõn trực tiếp của bia, điều kiện cần thiết là phải đun sụi nú với hoa houblon trong 1,5 – 2h. Quỏ trỡnh này gọi là quỏ trỡnh nấu dịch đường với hoa houblon. Trong quỏ trỡnh này, cú rất nhiều biến đổi sinh hoỏ đó xảy ra mà kết quả của chỳng, ở mức độ ớt nhiều đều tỏc động theo chiều hướng tớch cực đến việc định hỡnh chất lượng sản phẩm sau này. Cú thể kể ra đõy một số biến đổi rất quan trọng làm tăng cường độ màu của dịch đường. Cú ba nguyờn nhõn dẫn đến sự gia tăng của chỉ số này:
IV.4.1. Do sự tạo thành một lượng đỏng kể melanoid:
Quỏ trỡnh nấu dịch đường ở nhiệt độ cao (105 – 1070C), sự tạo thành hợp chất melanoid xảy ra mạnh, một lượng lớn melanoid đó được tạo thành làm cho dịch đường cú màu sẫm. Thời gian nấu càng dài thỡ lượng melanoid tạo ra càng nhiều.
IV.4.2. Do sự oxy hoỏ cỏc hợp chất polyphenol:
Polyphenol của hoa houblon là những hợp chất thuộc nhúm flavonid. Khả năng hoà tan của cỏc hợp chất này phụ thuộc vào mức độ ngưng tụ và polyme hoỏ của chỳng, vào chế độ đun nấu dịch đường và cuối cựng là phương phỏp nạp hoa vào thiết bị. Khả năng hoà tan của cỏc hợp chất phenol dạng đơn phõn tử cao hơn rất nhiều so với dạng oligome. Hầu hết cỏc hợp chất này hoà tan ở dạng keo. Trong mụi trường như dịch đường, vỏ bao của cỏc hạt được tớch điện õm.
Mức độ giảm cỏc hợp chất polyphenol trong dịch đường phụ thuộc tuyến tớnh vào thời gian đun nấu. Tuy nhiờn, ảnh hưởng của yếu tố này thể hiện rất yếu nếu ta chỉ quan tõm đến cỏc số liệu định lượng chỳng ở trong dịch đường mà quờn đi phần đó kết lắng. Trong 3 phỳt hàm lượng của nú giảm từ 3,1 xuống cũn 1,2% thế nhưng nếu kộo dài thời gian đun nấu đến 60 phỳt thỡ chỳng cũng chỉ giảm đến 0,88%. Nguyờn nhõn của hiện tượng này là do hoạt tớnh mạnh của polyphenol (ngay từ phỳt đầu tiờn nú đó kết lắng).
Sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường càng nhiều thỡ càng làm tăng màu sắc của sản phẩm.
IV.4.3. Do cỏc chất màu ở trong houblon hoà tan vào dịch đường:
Hoa houblon là nguyờn liệu cơ bản, đứng vị trớ thứ hai (sau đại mạch) trong cụng nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia cú vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng và làm tăng màu sắc của bia.
Trong quỏ trỡnh nấu dịch đường với hoa houblon cỏc chất màu được hoà tan vào dịch đường tạo cho dịch đường cú màu vàng tươi. Lượng hoa được sử dụng càng nhiều thỡ màu vàng của bia càng đậm.