2.1.1.4.Nước.
Nước là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các loại bia, nước trong bia chiếm khoảng 80÷90% trọng lượng bia thành phẩm. Nước ảnh hưởng lớn đến quy trình cơng nghệ và chất lượng bia thành phẩm. Trong quá trình sản xuất nước sử dụng là nước công nghệ, tham gia vào q trình nấu bia, lọc, pha lỗng, làm lạnh,...
Thành phần hóa học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp đến q trình sản xuất, tính chất, mùi vị, chất lượng bia thành phẩm.
2.1.1.5.Nguyên liệu thay thế.
Do điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu nước ta khơng trồng được đại mạch nên nguồn nguyên liệu này bắt buộc phải nhập từ nước ngồi và vì vậy giá cả rất đắt kéo theo giá thành bia cũng tăng theo làm ảnh hưởng đến sự tiêu thụ sản phẩm. Để khắc phục người ta sử dụng thêm nguyên liệu nhằm giảm giá thành sản phẩm, cải thiện mùi vị và bảo quản được lâu hơn.
Nguyên liệu phụ dùng trong sản xuất bia thường là gạo, ngô, khoai, sắn… là những nguyên liệu giàu tinh bột, hay những nguyên liệu giàu đường như rĩ đường, dịch đường.
Cơng ty cổ phần bia Sài Gịn – miền Trung tại Đaklak chỉ sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo.
2.1.1.6.Chất phụ gia nấu, lên men
CaCl2, CaSO4: Làm bền enzyme α-amylaza ở nhiệt độ cao chống lại khả năng nhiễm khuẩn của bia, kết tủa chất có trong vỏ malt tránh hiện tượng bị đục bia, ổn định, tạo vị cho bia.
Caramel: Tạo màu cho bia, giữ bia có độ bền màu.
Acid lactic: Cho vào khi hồ hóa ở nồi gạo, có tác dụng tạo mơi trường thuận lợi cho enzyme hoạt động, có tác dụng điều chỉnh pH.
Vicant: Chất bảo quản và chất chống oxy hóa làm biến tính bia giúp bia ổn định.
Maturex: Làm giảm hàm lượng diacety trong bia thành phẩm, rút ngắn chu kỳ lên men.
2.1.2. Quy trình cơng nghệ.
Tại nhà máy bia Sài Gịn – Miền Trung tại Đăk Lăk, hiện tại có hai hệ thống. Hệ thống đầu tiên có năng suất 25 triệu lít/năm và hệ thống hai có năng suất 45 triệu lít/năm. Hiện nay, tại nhà máy chỉ có hệ thống hai vận hành và thực tế nấu được 61 triệu lít/năm..
Sơ đồ 2.1.2. Quy trình sản xuất bia tại Cơng ty bia Sài Gòn – Miền Trung tại Đăk Lăk
Sơ đồ 2.1.2.1. Quy trình nghiền – nấu dịch đường đi lên men.
Thuyết minh quy trình:
a) Tải malt và gạo lên tank chứa.
Để q trình nấu có thể diễn ra liên tục không bị gián đoạn, nguyên liệu sau khi được công ty nhập về và kiểm tra đã đạt được đủ các chỉ tiêu yêu cầu sẽ được công nhân nhà máy đổ vào phễu của các thang tải gạo để tải gạo lên tank chứa.
Malt và gạo sau khi được chứa trong các tank chứa được vận chuyển bằng các thang tải khác nhau lên cao đổ vào hai thiết bị tách rác malt và gạo. Ở đây, rác được tách ra ngoài dựa vào độ chênh lệch về tỷ trọng, rác có nhẹ hơn sẽ ở trên và được phân lớp bởi lực rung của máy và tấm lưới, malt và gạo nặng hơn sẽ chìm xuống dưới và đi xuống dưới lớp lưới.
Hình 2.1.2. 1.b. Máy tách rác
Malt và gạo tiếp tục chảy xuống máy tách đá malt và máy tách đá gạo thông qua ống thẳng. Trong thiết bị này, do đá có tỷ trọng lớn hơn gạo nên chìm xuống dưới, đá nằm sát sàn do tác dụng của lục rung của máy sẽ bị cuốn lên trên và đi ra ngồi, cịn malt và gạo có tỷ trọng nhỏ hơn ở trên và được chảy theo ống ra.
Hình 2.1.2.1.b. Máy tách đá
c) Nghiền nguyên liệu thay thế (gạo):
Gạo có đặc điểm là hạt tinh bột của chúng chưa được hồ hóa, chưa được tác động bởi các quá trình enzyme. Cấu trúc tinh bột của chúng cịn cứng. Ở trạng thái như vậy, chúng rất khó bị thủy phân. Để q trình đường hóa, dịch hóa và hồ hóa diễn ra
thuận lợi và nhanh chóng, biện pháp tốt nhất là phải nghiền thật nhỏ, sau đó phải qua khâu xử lý là hồ hóa ở nhiệt độ cao. Làm cho tinh bột gạo chín.
Tại nhà máy, gạo sau khi được xử lý làm sạch được chảy thẳng vào máy nghiền búa để nghiền nhỏ gạo.
Hình 2.1.2.1.c. Máy nghiền
gạo của công ty bia.
d) Cân nguyên liệu:
Malt sau khi được xử lý làm sạch sẽ được hệ thống thang tải malt vận chuyển lên phiếu cân malt. Malt được đổ đầy vào phiếu cân malt. Một phiếu cân malt có thể chứa 3850 kg. Khi đã đầy phiếu cân, malt được chia một phân sang phiếu cân malt lót 25%.
Gạo sau khi được nghiên, bột gạo được thang tải đưa lên phiếu bột gạo. Bột gạo được đổ đầy vào phiếu cân với sức chứa 1280 kg.
e) Nghiền malt.
Malt sau khi đã được cân đủ và chia malt lót xong, phần cịn lại sẽ được đưa vào máy nghiền malt nhằm giảm kích thước nguyên liệu, chuẩn bị cho quá trình nấu nha. Nhằm phá vỡ cấu trúc hạt, cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi và thúc đẩy quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu khi nấu để thu được dịch đường có chất lượng tốt nhất từ nguyên liệu ban đầu. Tại nhà máy, malt được nghiền ướt bằng thiết bị nghiền trục. Nội nhũ sẽ được nghiền không quá nhỏ và vỏ trấu được giữ nguyên.
Hình 2.1.2.1.e. Máy nghiền malt
Biến đổi của nguyên liệu và ảnh hưởng đến quá trình lọc:
+ Nội nhũ của malt: chứa chủ yếu là tinh bột, dextrin, đường, protein, các sản phẩm thủy phân của protein… và nhiều hợp chất khác. Đây là nguồn cung cấp chất hịa tan chính cho dịch đường. Nếu nghiền càng mịn càng dễ trích ly nhưng q trình lọc sẽ gặp khó khăn bởi chất khơng hịa tan sẽ bám chặt vào lưới lọc gây khó lọc và đến lúc rửa bã sẽ không thể chiết rút hết các phần dinh dưỡng trong đó.
+ Vỏ trấu: Mục đích của việc giữ vỏ malt nguyên vẹn là để tạo lớp bã lọc hay lớp màng lọc xốp cho quá trình lọc được thực hiện nằng nồi lọc, giúp quá trình lọc sau này được thực hiện dễ dàng hơn và kết quả tốt hơn. Mặt khác, vì trong vỏ malt chứa nhiều tannin nên cần tránh làm nát vỏ để hạn chế lượng tannin được trích ly vào trong dịch, làm bia có vị đắng rất khó chịu.
f) Dịch hóa trong nồi gạo:
- Phối trộn: Gạo sau khi nghiền mịn được đưa đến trộn với 50% malt lót (12,5% malt), trộn đều với nước ở 32oC.
- Dịch hóa: Bột gạo và bột malt (bột malt lót lần 1) sau khi đã trộn đều trong nồi gạo được phối với nước theo tỷ lệ gạo : nước = 1: 2,7. Bổ sung CaCl2 và acid Lactic (để điều chỉnh pH 5,6-5,8 tạo môi trường cho enzyme hoạt động), giữ ở nhiệt độ 50oC 10 phút để proteaza hoạt động, sau đó nâng lên 72oC duy trì 20 phút để enzyme α-
amylaza hoạt động dịch hóa tinh bột, tiếp tục nâng khối dịch lên 83oC giữ 5 phút rồi bơm nước để hạ nhiệt độ xuống 72oC và bổ sung thêm malt lót lần 2 giữ trong 25 phút, sau đó đun sơi trong vịng 20 phút rồi bơm sang nồi malt để phối trộn.
Dịch hóa lần2 Malt lót lần2 Gạo 320/5’ Xuống bột malt lót lần 1 Đextrin Hóa lọc 500/20’ Hồ hóa 830/5’ 20’ 15’ Đường hóa 750/20’ 760 1000/25’ Đạm hóa Dịch hóa lần 1 15’ 720/20’ 5’ 320 Hồ hóa triệt để 5’ 720/25’650/20’ 15’ 400 350 300 250 200 150 100 50 120 100 0 80 60 40 20 Thời gian Nhiệt độ (0C)
Sơ đồ 2.1.2.1. g. Giản đồ nấu bia - nguồn: Cty CP bia Sài
Gòn-Đăk Lăk Đạm hóa:
Đạm hóa là q trình dùng enzyme proteaza có trong malt thủy phân các protein thành các sản phẩm phân tử lượng thấp như: acid amin, peptit…để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men; các sản phẩm phân tử lượng nhỏ tham gia tạo nên hương vị, mầu sắc, cấu trúc bia.
Trong nồi malt, malt được phối với nước theo tỷ lệ malt : nước = 1 : 2,8 tại 32 oC. Bổ sung thêm CaCl2, CaSO4 và acid Lactic rồi nâng lên 50oC trong vòng 15 phút rồi giữ 20 phút. Tiến hành hội cháo trong 10 phút, nhiệt độ tăng lên đến 65oC giữ 15 phút.
- Mục đích: chiết được tối đa các chất có thể hịa tan trong các nguyên liệu nhờ tác động của enzyme có sẵn trong malt và loại bỏ các chất khơng thể hịa tan ra ngồi.
- Q trình: Sau đó, nâng nhiệt độ khối dịch cháo lên 75oC, giữ ởn định trong 20 phút để quá trình đường hóa diễn ra hồn tồn. Nâng khối dịch lên 76oC trong 1 phút để kiểm tra tinh bột bằng Iod. Nếu Iod chuyên màu xanh thì tiếp tục giữ ở nhiệt độ 75oC cho đến khi kiễm tra Iod không chuyển màu. Nếu Iod không chuyên màu thi bơm sang nồi lọc, lúc này nhiệt độ dịch được hạ xuống 740C (để giữ lượng protein, có thể tiếp tục thủy phân một cách triệt để).
Các biến đổi xảy ra và yếu tố ảnh hưởng:
Thủy phân tinh bột bởi enzyme:
Mục đích của q trình thủy phân tinh bột bằng enzyme là để phân cắt amyloza, amylopeptin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dễ hòa tan vào nước trở thành chất hòa tan của dịch đường. Trong phản ứng này, tinh bột là cơ chất cịn chất xúc tác là nhóm enzyme amylaza có sẵn trong malt. Sản phẩm chính của quá trình thủy phân tinh bột là đường maltose, glucose (không đáng kể) và dextrin. Quá trình này cũng diễn ra trong q trình ươm mầm nhưng đến giai đoạn đường hóa mới đủ điều kiện để thủy phân hoàn toàn. Nhờ vậy mà tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất và lượng cơ chất cơ bản mới được phân cắt ở giai đoạn này.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân và cơ cấu của dịch đường:
Nồng độ enzyme: cường độ của các quá trình enzyme khác nhau phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng enzyme hoạt tính và điều kiện xảy ra phản ứng. Bằng cách điều chỉnh khối lượng của chúng, ta có thể tạo ra ưu thế cho sự hoạt động của enzyme này hay enzyme khác, tạo ra sự thủy phân đến cùng hay thủy phân cục bộ của các chất riêng biệt. Qua đó có thể điều chỉnh được tương quan tỷ lệ giữa các pha sản phẩm tạo thành.
Nhiệt độ: Điều chỉnh nhiệt độ để điều hòa phản ứng là cách tốt nhất để định hướng tác dụng của enzyme khi tiến hành đường hóa nguyên liệu, từ đó có thể tạo ra thành phần dịch đường phù hợp với từng loại bia. Điều chỉnh nhiệt độ dịch cháo sao cho phù hợp với nhiệt độ tối ưu của từng loại enzyme. Điều quant trọng nữa là khi đã điều chỉnh nhiệt độ phù hợp rồi cần phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian để enzyme thực hiện quá trình xúc tác thủy phân việc phân cắt các phân tử được triệt để và hiệu quả thu hồi chất chiết cao.
pH: các enzyme khác nhau có pH tối thích khác nhau. Trong qua trình nấu, việc điều chỉnh pH ở nhiều mức khác nhau rất khó, do đó chỉ cần giữ pH ở mức mà tất cả các enzyme hoạt động được, đa số enzyme đều bền trong giới hạn pH = 5÷9. Trong khoảng giới hạn, nếu giảm pH của mơi trường thì hiệu suất đường hóa tăng, cịn thời gian đường hóa giảm.
Nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất có ảnh hưởng khá mạnh đến khối lượng và chất lượng các sản phẩm thủy phân do sự phân cắt của enzyme amylaza. Nếu nồng độ bột nghiền trong cháo mà thấp thì hoạt động của enzyme sẽ mạnh hơn. Khi đường hóa các lơ malt có chất lượng kém, muốn làm tăng hiệu suất đường hóa thì biện pháp tiết kiệm nhất là dùng lượng nước phối trộn nhiều hơn.
Khi đường hóa dịch cháo đặc, lượng maltoza thu được sẽ nhiều hơn so với dịch cháo loãng. Khác với amylaza, khi dịch cháo loãng, hoạt động của proteaza lại kém đi. Nồng độ cơ chất là yếu tố thủy phân protein, mà quan trọng là tỷ lệ giữa pha phân tử thấp và pha phân tử trung bình.
Thủy phân protein và các hợp chất khác:
Thủy phân protein: Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong thành phần hòa tan của dịch đường chỉ chiếm 5-7% (so với tổng chất hịa tan) nhưng chúng đóng vai trị rất quan trọng trong việc đảm bảo tiến trình lên men được bình thường và định hình khung chất lượng bia thành phẩm. Pha sản phẩm thấp phân tử của qua trình thủy phân (acid amin và peptit) là nguồn dinh dưỡng nito cho nấm men, pha có phân tử lượng trung bình góp phần khơng nhỏ cho việc tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho bia.
Phản ứng thủy phân protein bởi enzyme xảy ra ở giai đoạn đường hóa với tốc độ cao hơn so với giai đoạn ươm mầm vì các điều kiện tạo ra thích hợp hơn cho sự hoạt động của các enzyme thủy phân. Sản phẩm tạo thành chủ yếu thuộc pha phân tử lượng trung bình (albumoza, pepton và peptit bậc cao).
Tham gia thủy phân protein có hai loại enzyme: peptidaza và proteaza.
Proteaza là enzyme bền nhiệt, phân cắt liên kết peptit của đại phân tử protein để tạo thành albumoza, pepton và polypeptit của đại phân tử. Vùng pH tối ưu là 4,6-4,9. Vùng nhiệt độ tối ưu là 50-60oC.
Peptidaza: phân cắt polypeptit thành các dipeptit và sau đó thành acid amin. Nhóm enzyme có pH tối thích là 7-8, nhiệt độ tối ưu là 40-42oC.
Các hợp chất khác: ngoài tinh bột và protein là hai cấu tử quan trọng nhất cung cấp chất hòa tan và những nhân tố quyết định chất lượng của dịch đường thì những sản phẩm thủy phân của các hợp chất hữu cơ chứa photpho và polysaccharide hemixenluloza cũng là những chủ thể quan trọng trong hai hướng đó.
Các quá trình phi enzyme:
Ngồi các q trình enzyme xúc tác thủy phân các hợp chất cao phân tử, trong thời gian đường hóa cịn xảy ra nhiều q trình quan trọng khác mà kết quả của chúng có ảnh hưởng trực tiếp ở mức độ cao đến vừa và tính chất của thành phẩm.
Sự kết lắng và biến tính protein: đây là q trình có lợi cho cơng nghệ sản xuất bia vì khi protein đã bị biến tính và kết lắng thì chúng sẽ được loại ra khỏi dịch đường, sẽ làm tăng độ bền của bia, tức là giảm được khả năng gây đục.
Sự tạo thành melanoid: quá trình tạo melanoid đã xảy ra một cách mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt, nhờ đó mà đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng về tính chất cảm quan của bán thành phẩm. Đến giai đoạn đường hóa, điều kiện về nhiệt độ và các yếu tố khác chưa tối ưu cho qua trình trên, nhưng một lượng đáng kể melenoid cũng được tạo thành, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hòa tan các thành phần chất của malt: Trong vỏ malt chứa khá nhiều hợp chất polyphenol, chất chat và chất đắng. Trong q trình đường hóa, do tiến hành ở nhiệt độ cao, nên một số khá lớn sẽ hòa tan vào nước. Sự hòa tan các hợp chất này vào dịch đường là một dấu hiệu bất lợi vì chúng sẽ tạo cho bia có vị lạ kho chịu. Cách tốt nhất để hạn chế sự hòa tan của chúng vào dịch đường là sử dụng nước mềm để đường hóa nguyên liệu, tăng cường độ chua cho dung dịch cháo bằng cách bổ sung thêm acid Lactic và CaSO4.
Phản ứng giữa muối của nước và photphat của malt: các muối bicacbonat và cacbonat sẽ biến đổi kaliphotphat bậc nhất thành bậc hai, đồng thời là sự tạo thành photphat bậc hai của canxi, magie và thỉnh thoảng lại tạo ra canxi photphat bậc ba. Những phẩn ứng này sẽ làm giảm độ chua của dịch cháo và tính đệm của nó.