4. Phương pháp nghiên cứu
2.3.6.3. Những biến đổi xảy ra trong quá trình lên men
Quá trình lên men đường tạo rượu etylic, CO2
Đường và các axit amin trong dịch chiết thấm qua màng tế bào của nấm men nhờ các enzyme “permeaza”. Đường thấm vào màng tế bào theo thứ tự sau: glucose, fructose, saccharose, maltose. Trong quá trình lên men, nấm men tiết ra các aminoaxit, các hợp chất peptit đĩ là những chất tạo nên chất lượng cảm quan của bia.
29
Trong quá trình lên men, nấm men thơng qua con đường trao đổi chất và năng lượng trong các điều kiện kĩ thuật thích hợp để chuyển các gluxit phân tử lượng thấp (các đường, dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ phản ứng sau:
C6H12O6 C2H5OH + CO2+ H2O + Q
Đồng thời cĩ các quá trình sinh hĩa xảy ra do sự xúc tác sinh học của các enzyme được hình thành trong quá trình lên men, một số sản phẩm phụ cũng được hình thành như các axit hữu cơ, các este, các rượu bậc cao, aldehyt, glyxerin…
Quá trình hấp thụ axit amin:
Nấm men cĩ thể khơng sử dụng axit amin mà sử dụng các nguồn nitơ khác (photphat và ammonium) nhưng điều này làm thay đổi các sản phẩm bậc 2 của quá trình lên men. Điều này giải thích sự cĩ mặt của diaxetyl.
Sự chuyển hĩa chất béo:
Lipit được các nấm men tổng hợp để tạo ra các tế bào nấm men mới. Quá trình tổng hợp các chất béo và sterol cần thiết bắt đầu với axetyl coenzym A để tạo thành các phân tử axyl CoA và sterol bão hịa và khơng bão hịa. Quá trình sinh tổng hợp của các phần tử và các sterol khơng bão hịa địi hỏi 1 bước oxi hĩa, quá trình oxy hĩa này đạt được nhờ cĩ oxy phân tử, tạo thành nước. Oxy phân tử này trong dịch đường hĩa malt được sử dụng cho mục đích này. Sự thiếu hụt oxy sẽ dẫn đến quá trình lên men nghèo nàn và cĩ thể dẫn đến việc tăng axetyl Coenzym A trong các tế bào sẽ dẫn đến việc tăng hàm lượng este trong bia, làm ảnh hưởng đáng kể đến hương.
Do đĩ, việc cung cấp đủ lượng oxy ban đầu vào dịch đường chuyển vào lên men là rất quan trọng trong việc đảm bảo cho mơi trường lên men thích hợp.
2.3.6.4. Sự tạo thành các sản phẩm phụ:
Ngồi những sản phẩm chính được tạo thành khi lên men chính như rượu etylic và CO2 cịn cĩ 1 số chất khác cũng được hình thành và chúng đĩng vai trị quan trọng trong quá trình hình thành mùi vị của bia…
Rất nhiều các hợp chất bay hơi được nấm men sinh ra làm cho bia cĩ mùi thơm và cũng ảnh hưởng tới độ bền bọt. Tất cả các hợp chất dễ bay hơi của bia đều
30
được sinh ra trong quá trình lên men, trừ một lượng rất nhỏ các tinh dầu của hoa houblon và chất thơm của hoa tạo ra từ các phản ứng melanoidine trong quá trình đun sơi dịch đường. Người ta chia các hợp chất dễ bay hơi sinh ra từ quá trình lên men làm 5 loại: các rượu bậc cao, các axit dễ bay hơi, các este, các aldehyt và dẫn xuất của aldehyt, các hợp chất sunfua.
Các rượu bậc cao:
Các rượu bậc cao là những thành phần chính của dầu fusel. Ngồi ra trong dầu fusel cịn cĩ axit dễ bay hơi, este và các aldehyt. Khối lượng và thành phần rượu bậc cao phụ thuộc vào thành phần dịch đường, chủng nấm men và nhiệt độ. Trong bia cĩ các rượu như propylic, izopropylic, butylic, izobutylic, amylic, izoamylic và 1 số rượu khác. Mỗi loại rượu bậc cao đều gây cho bia cĩ những mùi vị khác nhau, nhưng nĩi chung chúng đều cho bia cĩ mùi vị khĩ chịu. Phần lớn các rượu bậc cao đều tạo thành trong quá trình lên men chính, lúc đầu mạnh và về sau yếu dần. Trong quá trình lên men phụ hàm lượng này tăng lên khơng đáng kể. Sự hình thành các rượu bậc cao là kết quả của các quá trình sinh hĩa. Quá trình này cĩ thể biểu diễn như sau:
R-CHNH2-COOH + H2O R-CH2OH + CO2 + NH3
Các axit hữu cơ:
Trong quá trình lên men chính một số axit hữu cơ được tạo thành, một phần là sản phẩm phụ của sự lên men các đường, một phần là do kết quả của sự trao đổi chất của nấm men và vi khuẩn. Axit lactic và xitric hình thành trong khi lên men chính từ axit pyrotactric. Trong trường hợp mà axit pyrotactric khơng decacboxyl hĩa mà khử thành axit lactic, bình thường hàm lượng của chúng trong bia đạt tới 150-200mg/l. Nếu cĩ mặt các vi khuẩn lên men lactic, axetic thì hàm lượng axit lactic sẽ tăng lên mạnh. Axit sucxinic cũng được tạo thành bởi sự đề amin hĩa axit glutamic.
Trong quá trình đề amin hĩa các axit glutamic đến axit glutamic ở dạng xeto và amin hĩa axit tactric ở dạng pyrio đến alanin và sản phẩm cuối cùng là axit sucxinic và rượu etylic:
31
COOHCH2CH2COCO6H CO2 COOHCH2CH2CHO Axit ketoglutamic aldehyt sucxinic COOHCH2CH2CHO + CH3CHO = COOHCH2CH2COOH + C2H5OH Axit sucxinic
Hàm lượng axit sucxinic cĩ trong bia thường từ 60-70 mg/l trong khi lên men chính một số axit dễ bay hơi như axetic (CH3COOH) hay axit formic (HCOOH) cũng được tạo thành.
Sự tạo thành các este:
Phản ứng giữa một phân tử rượu và một phân tử acyl coenzyme A tạo thành một este. Các chất este tạo thành do quá trình este hĩa các axit bay hơi và khơng bay hơi với những loại rượu khác nhau.
Các chất este đĩng một vai trị khá quan trọng trong việc hình thành mùi vị của bia. Phấn lớn các este hình thành trong khi lên men chính. Ở điều kiện nhiệt độ như nhau thì lên men nổi cho nhiều este hơn lên men chìm. Các este axetat của các rượu bậc cao thường là các este etyl của axit béo mạch dài (caproic và caprylic).
Sự tạo thành aldehyt và các dẫn xuất:
Axetaldehyt là sản phẩm bậc hai thơng thường của quá trình lên men, cĩ nồng độ khoảng 3 đến 25 mg/l trong bia. Các aldehyt bản thân nĩ khơng cĩ ảnh hưởng nhiều, nhưng dẫn xuất của nĩ, đặc biệt là một vài chất gây cho bia vị khơng tốt. Cho tới nay hai chất được biết nhiều đĩ là: diaxetyl và axetoin.Diaxetyl tạo hương thơm cho bia, nhưng lại đem đến cho bia hương vị xấu. Hàm lượng cho phép trong bia là 0.2mg/l, nhưng nếu ở 0.35mg/l thì hương vị xấu bắt đầu được nhận ra.
Nhiều các sản phẩm hay các sản phẩm phụ khác của quá trình chuyển hĩa cũng ảnh hưởng đến hương bia. Một nhĩm các hợp chất quan trọng là diketone. Diaxetyl (butan-2.3-dion) và hợp chất liên quan pentan-2.3-dion được tạo ra từ các sản phẩm trao đổi chất của nấm men và được tiết vào trong bia.
Tiền chất của diaxetyl là α-axetolactat và tiền chất của pentan-2.3-dion, α- xetobutyrat. Những axit này được tạo thành như các hợp chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp các axit amino, valin và isolơxin. Trong bia các axit thường trải
32
qua quá trình decacboxyl hĩa, oxy hĩa để tạo thành diketon. Các diketon đều tạo nên hương khơng mong muốn trong bia.
Nấm men sinh tổng hợp valin khi cần chất này đồng thời tạo ra diaxetyl. Trong quá trình lên men, diaxetyl tăng và sẽ giảm dần vào cuối quá trình lên men chính. Sự khử diaxetyl thành axetyl phụ thuộc vào số tế bào nấm men trong dịch lên men, nhiệt độ (nhiệt độ càng cao sự khử càng nhanh) và pH (pH càng thấp sự khử càng nhanh).
Các hợp chất lưu huỳnh:
Nấm men sản sinh ra các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ từ các hợp chất sulfat, sulfit và các hợp chất nitơ cĩ chứa lưu huỳnh cĩ trong dịch đường. Nấm men cịn tạo ra các hợp chất lưu huỳnh từ H2S và từ mercaptan. Những sản phẩm này cĩ vị xấu và được coi như là những chất chủ yếu gây ra vị chưa chín của bia sau khi lên men. Chúng ta cũng thấy rằng những hợp chất này cịn được tạo ra trong bia từ các hợp chất lưu huỳnh khác khi mà ta để bia ngồi ánh sáng.
Sự tạo thành bọt:
Sự tạo bọt là một tronng những tính chất quan trọng và đặc trưng của bia. Bọt được hình thành trong khi lên men dịch đường cũng như trong tất cả các thời kì của các quá trình cơng nghệ và cả lúc ta sử dụng bia. Ở thời kì đầu của quá trình lên men vì nhiệt độ cịn thấp nên CO2 được tạo thành sẽ hịa tan trong dung dịch và khơng bị tách ra. Nhưng khi khối lượng CO2 tăng lên đồng thời nhiệt độ cũng tăng lên và đã bão hịa CO2 thì khối lượng CO2 thừa sẽ tách ra dưới dạng nhỏ li ti. Trên bề mặt của chúng hình thành một lớp hấp phụ gồm những chất hoạt động bề mặt như protit, nhựa hoa houblon… lớp hấp phụ này tạo ra các hạt nhỏ li ti liên kết dính lại với nhau và tạo thành một lớp dày. Lúc đầu lớp bọt này chỉ gồm những bĩng rất nhỏ, mịn, nhưng dần dần các bĩng nhỏ mịn này kkết hợp lại với nhau thành nhũng bĩng lớn hơn đồng thời màu của lớp bọt cũng thay đổi, lúc đầu cĩ màu trắng như tuyết, sau sẫm dần, nguyên nhân là do các phức chất protit-tanin và nhựa hoa houblon ngày càng tăng, các chất này bị oxi hĩa dưới tác dụng của oxi khơng khí. Trong suốt quá
33
trình nổi bọt CO2 gĩp phần đẩy O2 ra làm giảm thế oxi hĩa khử, vừa hạn chế vi sinh vật “ hiếu khí” phát triển, vừa tránh được sự oxi hĩa làm giảm chất lượng bia.
2.3.7. Lên men phụ:
2.3.7.1. Mục đích :
Bia sau khi lên men chính được gọi là bia non, trong thành phần vẫn cịn lại một lượng chất hịa tan cĩ khả năng lên men. Lượng chất hịa tan này sẽ được lên men tiếp tục trong qúa trình lên men phụ ở nhiệt độ thấp từ 2-5 OC. Đặc điểm của lên men phụ là lên men rất chậm với một lượng đường khơng đáng kể, cùng một lúc qúa trình lên men các chất đường cĩ thể kết thúc, song qúa trình “chín” của bia vẫn tiếp tục. Điều này cĩ ý nghĩa rất lớn đối với việc hình thành hương vị, bọt và quyết định độ bền vững của bia.
Bảng 2.6: Các thơng số trong quá trình lên men phụ:
Nhiệt độ lên men 0 – 50C
Thời gian lên men chính 14 – 16 ngày
Thời điểm thích hợp để hạ xuống 50C Khi độ đường đạt 2.5 – 2.850P Thời điểm thích hợp để hạ xuống 20C
Từ ngày 14 trở đi hạ xuống 20C khi tốc độ lên men nhanh hay thời gian lưu 50C đạt
18 ngày lên men Thời điểm thích hợp để
hạ xuống 10C
Từ ngày thứ 18 trở đi và duy trì trước khi lọc 24 giờ
Mức mong muốn khi qua lọc
0
P : 2.5 – 2.55 Cồn : 5.55 – 6.0
34
Phản ứng khử diaxetyl làm giảm hàm lượng aldehyt, hàm lượng rượu bậc cao.
Phản ứng tạo este.
Sự lắng làm trong bia, bão hịa CO2 trong bia.
2.3.8. Lọc trong:
Bia là một hệ thống hỗn dịch phức tạp với thành phần chính là các chất keo hịa tan. Do tính chất bất ổn định của hệ thống keo này, mà khơng nhanh hay chậm thì các chất keo này cũng tách ra khỏi trạng thái cân bằng, nên xảy ra hiện tượng đục bia.
2.3.8.1. Mục đích của quá trình lọc bia :
Làm cho bia cĩ độ sáng đúng theo yêu cầu chất lượng. Tách triệt để các phân tử rắn lắng, khuyếch tán trong bia.
Làm ổn định, gia tăng độ bền vững sinh học cho bia.
Lọc loại bỏ hầu hết các vi sinh vật kể cả nấm men.
Ngăn cản phản ứng giữa protein và polyphenol
2.3.8.2. Thực chất việc lọc bia dựa trên cơ sở 2 quá trình:
Quá trình cơ học: Nhằm giữ những thành phần rắn cĩ kích thước lớn hơn
kích thước của các lỗ vật liệu học.
Quá trình hấp thụ: Nhằm giữa những phần tử cĩ kích thước nhỏ hơn kích thước của các lỗ vật liệu học, thậm chí hấp thụ những phần tử kép hịa tan ở dạng phân tử. Bia sau lọc cĩ độ trong chủ yếu là nhờ quá trình thứ 2 được tiến hành
suơng sẻ thuận lợi.
2.3.8.3. Các thành phần gây đục bia được phân loại theo kích thước ba nhĩm:
Các hạt thơ (trên 0.1µ): gồm các protein cĩ khả năng đơng kết, nấm men , vi khuẩn, cĩ thể nhìn thấy bằng mắt thường và nhận biết bằng kính hiển vi.
Các hạt mịn (giữa 0.001 và 0.1 µ): gồm các liên kết protein và protein- tanin, chúng chỉ được nhìn thấy bằng kính hiển vi.
35
Các hạt mịn nhất (dưới 0.001 µ): là các phân tử hay chuỗi phân tử tan thực sự, khơng thể nhìn thấy được chúng nhưng cĩ thể nhận biết bằng sắc kí khí.
2.3.9. Chiết chai:
2.3.9.1. Mục đích của quá trình chiết chai:
Dễ dàng vận chuyển bia đến nhiều nơi với số lượng lớn mà vẫn đảm bảo chất
lượng , hương vị đặc trưng của bia và các chỉ tiêu vi sinh khác. 2.3.9.2. Nguyên tắc của quá trình chiết chai:
Bia được chiết trong hệ thống kín theo nguyên tắc đẳng áp.
Bia được chứa trong hệ thống kín, để hạn chế sự tiếp xúc giữa bia và khơng khí, tránh các phản ứng oxi hĩa làm đục và hư bia.
Bia được chiết trong điều kiện đẳng áp CO2, nếu trong điều kiện ngược lại bia bị xáo trộn tạo nhiều bọt tràn ra ngồi gây lãng phí. Tổn thất CO2 gây trở ngại cho bia đưa vào đúng định mức trong chai.
2.3.10.Thanh trùng, hồn thiện sản phẩm:
Tại cuối quá trình nấu, dịch đường đã được vơ trùng, do vậy các vi sinh vật gây hư hỏng trong bia chỉ cĩ thể xâm nhập vào sản phẩm do sự thiếu vệ sinh trong các cơng đoạn từ lên men đến ra các sản phẩm cuối cùng.
Các thao tác vệ sinh thiết bị khơng đảm bảo về thời gian, nồng độ hĩa chất sử dụng…
Thiết bị lọc bia khơng đảm bảo đủ kín hoặc quá tải.
Sự nhiễm tạp của khí nén sử dụng trong quá trình chiết.
Do người vận hành và thao tác đưa vào từ trang phục lao động của họ.
Chiết xong chai chạy trên băng tải tới thiết bị thanh trùng, quá trình thanh trùng nhằm diệt các tế bào men, cũng như các vi sinh vật trong chai để đảm bảo thời gian lưu hành đúng quy định, ổn định chất lượng bia sau khi lọc.
Các sản phẩm bia đạt yêu cầu sẽ được nhán nhãn, in date, đĩng thùng và vận chuyển đến nơi tiêu thụ.
36
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SỐT CHẤT LƯỢNG BIA
3.1. Khái niệm cơ bản:
Chất lượng là gì? Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn hĩa ISO, trong dự thảo DIS
9000:2000, đã đưa ra định nghĩa sau: “Chất lượng là khả năng của tập hợp các đặc tính của một sản phẩm, hệ thống hay qúa trình để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng và các bên cĩ liên quan”.
Muốn đạt được chất lượng mong muốn cần phải quản lý một cách đúng đắn các yếu tố này. Hoạt động quản lý trong lĩnh vực chất lượng được gọi là quản lý chất lượng. Phải cĩ hiểu biết và kinh nghiệm đúng đắn về quản lý chất lượng mới giải
quyết tốt bài tốn chất lượng. Theo tiêu chuẩn ISO 9000: 2000, “Quản lý chất lượng là các hoạt động cĩ phối hợp để định hướng và kiểm sốt một tổ chức về chất lượng”. Phương pháp thường dùng để quản lý chất lượng là kiểm sốt chất lượng. Theo định nghĩa: “Kiểm sốt chất lượng là hoạt động kỹ thuật mang tính tác nghiệp được sử dụng để đáp ứng nhu cầu chất lượng”. (theo tổng cục kiểm tra đo lường
chất lượng Việt Nam).
Tiêu chuẩn Quốc gia (ký hiệu là TCVN) được xây dựng trên cơ sở nghiên cứu
ứng dụng các thành tựu khoa học, kỹ thuật, áp dụng kinh nghiệm tiên tiến và chấp nhận tiêu chuẩn quốc tế, khu vực và nước ngồi phù hợp với điều kiện kinh tế- xã hội của Việt Nam. Theo Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật (cĩ hiệu lực từ 1/1/2007), TCVN do Bộ trưởng, Thủ trưởng cơ quan ngang Bộ, Thủ trưởng cơ quan thuộc Chính phủ tổ chức xây dựng, Bộ Khoa học và Cơng nghệ thẩm định, cơng bố theo trình tự, thủ tục quy định. TCVN được cơng bố dưới dạng văn bản để tự nguyện