PH ẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Chương 10. SẢN XUẤT DỊCH LÊN MEN
4. ĐUN SÔI DỊCH ĐƯỜNG VỚI HOA HOUBLON
Nước lọc cốt phối trộn với nước rửa bã tạo thành nước lọc hỗn hợp (wort).
Nước lọc hỗn hợp có vị ngọt, hương và màu của các melanoid, rất đục do chứa nhiều cặn và các chất keo. Nước lọc hỗn hợp phải tiếp tục được xử lý qua đun hoa, lắng trong, bổ sung không khí trước khi lên men.
Công đoạn đun hoa gồm một số mục đích: Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, các chất chứa nitơ,... từ houblon. Kết tụ đạm khả kết với các polyphenol, kết lắng cặn lơ lửng, tạo phản ứng melanoidin hình thành nên các chất có màu và hương, sát trùng và cô đặc dịch đường, đồng phân hóa các acid đắng, đuổi các chất bay hơi có mùi hôi, ví dụ dimetyl sulfua (DMS).
124
4.1. Các quá trình diễn ra trong nấu hoa 4.1.1. Trích ly và hoà tan chất đắng
Các chất đắng chỉ tan được vào môi trường dịch đường khi chúng được đồng phân hóa. Các yếu tố làm tăng sự đồng phân hóa sẽ tăng cường sự hòa tan của các chất đắng houblon vào dịch lên men, gồm nhiệt độ cao, pH cao, thời gian đun sôi dài.
Chất đắng cũng sẽ bị tổn thất khi tham gia kết tụ với đạm khả kết và polyphenol. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình trích ly đắng: thành phần hóa học nước, nồng độ đường, đặc điểm giống hoa,....
4.1.2. Trích ly và hoà tan các chất khác
Tinh dầu hoa tạo cho bia có hương đặc trưng rất quý. Tuy nhiên, các cấu tử tinh dầu khó tan trong nước, dễ bay hơi nên trong quá trình đun hoa tổn thất khoảng 90%.
Biện pháp hạn chế tổn thất tinh dầu hoa vừa đảm bảo đồng phân hóa tốt là cho hoa vào nồi nhiều lần theo tỷ lệ hợp lý.
Polyphenol có khả năng kết tụ rất tốt đạm khả kết. Khả năng hòa tan của polyphenol vào dịch đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: pH dịch đường, thời gian đun sôi, hàm lượng keo protein,...Tại pH khoảng 5,2 – 5,5 polyphenol thể hiện khả năng kết tụ đạm mạnh nhất.
Các chất chứa nitơ của houblon chủ yếu dạng thấp phân tử, dễ hòa tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nitơ quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau bày, thực nghiệm đã chứng minh có đến 60% lượng nitơ trích ly được nấm men hấp thụ.
4.1.3. Biến tính và keo tụ protein
Biến tính và keo tụ protein giúp loại bỏ đạm khả kết. Biến tính protein là sự mất nước trong hạt proetin, chuyển chúng từ trạng thái có lớp vỏ nước bao bọc sang trạng thái mất lớp nước bao bọc này, ngoài ra sự biến tính còn có thể liên quan đến sự thay đổi cấu trúc phân tử của protein. Sau quá trình biến tính là quá trình keo tụ protein, các hạt protein kết hợp lại thành hạt lớn hơn tách ra khỏi dung dịch. Quá trình này chịu ảnh hưởng của pH môi trường, thời gian đun sôi, cường độ sôi,…
4.1.4. Thay đổi thế ôxy hóa - khử
Trong quá trình houblon hóa, dịch đường đã tiếp nhận một lượng chất khử đáng kể. Chính lượng này đã thay đổi thế oxy hóa- khử của hệ thống theo chiều có lợi cho công nghệ sản xuất.
Trong dịch đường và trong bia chứa rất nhiều chất nhạy cảm với ôxy của không khí. Những chất này khi bị ôxy hóa xẽ trở thành chất không hòa tan, cụ thể là polyphenol và protein. Một phần khối lượng của chúng đã bị kết lắng trong khi nấu dịch đường với hoa houblon, phần còn lại của những hợp chất này sẽ đi vào thành phần của bia và khi điều kiện ngoại cảnh thay đổi, đặc biệt là khi xuất hiện điều kiện ôxy hóa, chúng sẽ gây đục cho bia.
Nếu trong dịch đường và bia tồn tại nhiều chất khử thì khi ôxy xâm nhập vào sẽ liên kết với chúng, tránh được sự tấn công lên polyphenol và protein, tức là giảm được khả năng gây đục cho bia. Với tính năng ngăn chặn như vậy, những hợp chất thể hiện tính khử mạnh mẽ của mình, ta thường gọi là reducton, đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc nâng cao độ bền sinh học cho bia. Các hợp chất reducton ở trong dịch đường và trong bia được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn sấy malt, đường hóa và đun hoa.
125
Ngoài những quá trình ở trên, trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon còn xảy ra một số thay đổi khác. Ảnh hưởng của những thay đổi này đến chất lượng sản phẩm là rất thấp. Các quá trình đó là:
- Sự gia tăng nồng độ: Trong quá trình đun nấu kéo dài, một lượng nước đã bay hơi, sự bay hơi này là tăng nồng độ của dung dịch lên khoảng 1 - 1,5%
- Sự gia tăng cường độ màu: Do ba nguyên nhân: đầu tiên là do hình thành đáng kể melanoid trong thời gian đun hoa, thứ hai là do sự ôxy hóa các hợp chất polyphenol và cuối cùng là do các chất màu ở trong hoa hòa tan vào dịch đường. Sự gia tăng này phụ thuộc vào thời gian đun sôi, nồng độ chất hòa tan của dịch, lượng hoa đem dùng, mức độ tiếp xúc với ôxy….
- Sự giảm pH: Do sự tạo thành melanoid, các chất đắng hòa tan vào dịch và do một lượng nước bốc hơi nên độ chua tác dụng của dịch sẽ tăng lên, tức là pH của dịch đường giảm xuống.
- Sự giảmđộ nhớt dịch đường: Sự giảm này do quá trình keo tụ và kết lắng protein và một số hạt keo khác.
- Sự thanh trùng dịch đường và vô hoạt enzyme: Hầu hết các vi sinh vật có mặt trong dịch đường đều bị tiêu diệt sau thời gian đun hoa 1,5 – 2 h ở nhiệt độ cao hơn 100oC (dịch đường 12% sôi ở 102 - 103oC). Ngoài ra sau khoảng thời gian 10 – 15 phút đun sôi, các enzyme trong dịch đường đều sẽ bị vô hoạt.
4.2. Thiết bị và qui trình đun hoa 4.2.1. Nồi đun hoa
1. Ống thoát hơi.
2. Áo hơi.
3. Van xả đáy.
4. Cửa dịch đường vào, ra.
5. Bề mặt truyền nhiệt.
Hình 10.9. Thiết bị đun hoa 2 vỏ
Nồi đun hoa chế tạo bằng thộp hoặc đồng, thõn hỡnh trụ, đỏy lồi hoặc lừm, nắp hình bán cầu. Trên nắp có ống thoát hơi cao, bên trong lắp đặt cơ cấu hứng và tách nước ngưng. Trong nồi gắn cánh khuấy. Thân và đáy thường lắp kết cấu hai vỏ chịu được áp suất cao nhằm cấp đủ hơi bão hoà đảm bảo cường độ sôi cho nồi hoa. Hiện nay các nồi đun hoa thường được chế tạo cấu tạo giống nồi nấu ngũ cốc.
4.2.2. Qui trình đun hoa
Dịch đường ban đầu và nước rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa. Nếu thiết bị lọc đặt cao hơn thiết bị đun hoa thì dịch tự chảy vào nồi, còn nếu đặt
1
3 2
4 5
126
thấp hơn thì phải dùng bơm. Chú ý không để nhiệt độ dịch wort xuống dưới 700C. Để đảm bảo yêu cầu này cần cấp nhiệt ngay từ khi bắt đầu bơm dịch vào nồi. Khi rửa bã vừa xong thì dịch đường trong thiết bị cũng vừa sôi. Nếu để dịch nguội trong thời gian dài sẽ tạo điều kiện cho ôxy tan vào dịch đun gây các phản ứng ôxy hóa làm giảm phẩm chất dịch đường.
Thời gian đun hoa phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, cường độ sôi, hàm lượng chất khô dịch đường,...Thường khoảng 1,5 – 2,5 giờ. Căn cứ để dừng quá trình là lượng protein đã kết tủa và hàm lượng chất khô của dịch đường, các thông số này được xác định thông qua việc liên tục lấy mẫu, đánh giá độ trong và đo hàm lượng chất khô.
Ở một số nước thực hiện đun hoa trong thiết bị áp lực. Áp suất làm việc từ 0,5- 0,7 kG/cm2. Tại áp suất này nhiệt độ sôi của dịch là 1070C. Quá trình đồng phân hóa và hòa tan diễn ra nhanh và triệt để, thời gian quá trình còn chỉ khoảng 70 phút. Thông thường với các loại bia lên men từ dịch đường ban đầu có hàm lượng chất khô 10 - 12% độ đắng dao động trong khoảng 800 - 1800 đơn vị đắng/100 hectolit. Lượng chất đắng tùy thuộc loại bia, thường được tính theo công thức sau:
1 Đơn vị đắng (BU) = số mg α acid đắng /1 lít bia.
Bổ sung houblon, có thể dùng hoa khô rời hay hoa đã ép bánh, có thể ở dạng nguyên hay dạng bột nghiền, hoặc ở dạng cao hoa. Có thể bổ sung hoa bằng một số cách, nhìn chung phải đảm bảo các yêu cầu : đủ lực đắng cho bia, tiết kiệm hoa, đủ chất và thời gian cần thiết để kết lắng triệt để protein, giữ được càng nhiều tinh dầu hoa trong dịch càng tốt, dễ thao tác và hiệu quả kinh tế cao nhất.
Đối với hoa nhiều polyphenol có thể ngâm trong nước 500C khoảng 10 phút để trích ly bớt sau đó mới đem sử dụng.