4. Phương pháp nghiên cứu
2.1.2. Hoa houblon
Hoa houblon là thực vật dạng dây leo (Humulus lupulus), sống lâu năm (30- 40 năm), cĩ chiều cao trung bình từ 10-15 m. Hoa houblon cĩ hoa đực và hoa cái riêng cho từng cây. Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn.
2.1.2.1. Cấu tạo :
- Cánh hoa : 66 ÷ 67 % - Cuống hoa : 12÷ 14% - Phấn hoa : 19÷ 20 %
- Hoa cĩ dạng hình quả trứng, dài từ 3÷ 4 cm, khi chín cĩ màu vàng đến vàng ống.
Hiện nay trên thế giới đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác nhau. Loại hoa này chỉ thích hợp với khí hậu ơn đới nên được trồng nhiều ở Đức, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc, Triều Tiên...
Trong cơng nghệ sản xuất bia ta chỉ sử dụng hoa cái vì chúng chiết ra nhựa đắng và các loại tinh dầu chủ yếu tạo ra chất thơm cho bia. Hoa houblon sau khi thu hoạch phải được sấy khơ và bảo quản. Nhiệt độ sấy hoa cao nhất là 600C cho tới khi hàm lượng ẩm chỉ cịn 8 – 12 %.
16
Hình 2.2. Cấu tạo hoa houblon
2.1.2.2. Thành phần hĩa học của hoa houbon :
Phụ thuộc vào giống, điều kiện khí hậu và kỹ thuật canh tác, thành phần hĩa học của hoa cĩ sự khác biệt rõ rệt.
Bảng 2.3. Thành phần hĩa học của hoa houblon
STT Thành phần Hàm lượng % 1 Nước 10 ÷ 11 2 Tổng chất đắng 15 ÷ 20 3 Tamin 2 ÷ 5 4 Protein 15 ÷ 17 5 Amino acid 0,1 6 Chất tro 5 ÷ 8
7 Tinh dầu thơm 0,5 ÷ 1,5
8 Monosaccrit 2
9 Pectin 2
17
11 Xenlulose, lignin và các chất khác 40 ÷ 50
2.1.2.3. Vai trị của hoa houblon trong sản xuất bia :
Làm cho bia cĩ vị đắng dịu
Tạo hương thơm đặc trưng
Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt
Tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm
Tính kháng khuẩn.
Do những đặc tính cực kì đặc biệt như vậy nên hoa houblon giữ một vai trị quan trọng và là nguyên liệu khơng thể thay thế trong ngành sản xuất bia.
2.1.3. Nước :
2.1.3.1. Vai trị của nước :
Là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến tồn bộ quá trình cơng nghệ và chất lượng thành phẩm. Lượng nước được sử dụng trong sản xuất bia thường trong khoảng 3,7-10,9 hl/hl bia. Nước được sử dụng theo 3 hướng khác nhau : ngâm đại mạch, sản xuất dịch đường, rửa men, rửa thiết bị.
2.1.3.2. Thành phần của nước :
Thành phần hĩa học của nước phụ thuộc vào nguồn cung cấp, ngồi H2O, trong nước cịn cĩ: cặn khơ, Cao, MgO, SO3, Clo, SiO2, N2O5, các chất hữu cơ khác.
Đáng chú ý nhất là hàm lượng Ca, Mg, Fe tồn tại trong nước dưới dạng Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaCO3, Fe(HCO3)2 đều gây ảnh hưởng xấu đến quá trình sản xuất bia.
Nước là dung dịch lỗng gồm nhiều Cation và Anion: - Nhĩm các Cation: Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+… - Nhĩm các Anion: OH-, Cl-, SO42-, NO3_, HCO3-…
Độ cứng của nước do các muối Canxi, Magie, tạo ra. Cĩ 2 dạng độ cứng: Độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu.
18
PH của nước cĩ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất của bia. pH dao động trong khoảng 6,5 ÷ 7,5. Nếu pH tăng thì khả năng hoạt động của enzyme giảm do đĩ hiệu suất thủy phân giảm.
2.1.4. Nấm men:
Nấm men là lồi vi sinh vật đơn bào, cĩ khả năng sống trong mơi trường dinh dưỡng cĩ chứa đường, nito, photpho, các chất hữu cơ và vơ cơ khác. Chúng là các vi sinh vật dị dưỡng cĩ khả năng sống trong cả điều kiện hiếu khí và yếm khí. Nấm
men thường được sử dụng trong sản xuất bia thuộc chủng Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces calsbergensis.
Hình 2.3. Cấu tạo bên trong và bên ngồi của tế bào nấm men
19
(a) (b)
Hình 2.4. (a). Khuẩn lạc nấm men lên men nổi Hình 2.4. (b). Khuẩn lạc nấm men lên men chìm
2.1.4.1. Thành phần hĩa học của nấm men:
Tế bào nấm men chứa đến 80% là nước. Nguyên tố chủ yếu là cacbon, chiếm <50% chất khơ. Các nguyên tố khác như: oxy 30-35%, nitơ 75%, hydro 5%, photpho 1%, hàm lượng chất khống tổng số khoảng 5-10% chất khơ của tế bào. Protein 40- 45% chất khơ, cacbonhydrat 30-35%, acid nucleic 6-8%, lipit 4-5%.
2.1.4.2. Vai trị của nấm men:
Chuyển hĩa đường thành cồn, khí CO2, nước. Các quá trình sinh hĩa xảy ra do sự xúc tác sinh học của enzyme hình thành trong quá trình lên men, biến đổi dịch đường thành bia và một số sản phẩm phụ như rượu bậc cao, este, acid hữu cơ, andehyt… ảnh hưởng đến chất lượng và mùi vị của bia.
2.1.5. Nguyên liệu thay thế malt đại mạch:
Trong quá trình sản xuất bia người ta thuờng dùng nguyên liệu thay thế giàu tinh bột với mục đích:
Để hạ giá thành bia
Tăng cường độ bền keo.
Sản xuất các loại bia nhẹ hơn, sáng màu hơn bia sản xuất hồn tồn bằng malt.
20
Bảng 2.4. Các nguyên liệu thay thế malt đại mạch
2.1.6. Các chất phụ gia:
Caramel: Tăng độ màu cho bia, giữ cho bia cĩ độ màu bền. Caramel cho vào dịch nha khi đun sơi.
CaCl2: Điều chỉnh pH tăng độ bền vững (tăng khả năng chịu nhiệt của enzyme - amylaza) ở nhiệt độ cao, bổ sung Ca cho nấm men giúp quá trình kết lắng của men tốt, đảm bảo tính chất ổn định của mùi vị bia tốt.
Na2S: Khử sắc, khử mùi tanh, màu vàng của sắt.
NaCl: Bổ sung vào mơi trường và dịch lên men khi cần thiết, kích thích tiêu hĩa và ổn định vị của bia.
NaOH: Dùng để trung hịa pH, vệ sinh, tẩy rửa.
Acid lactic: Điều chỉnh pH giảm độ cứng của nước, tạo mơi trường tích hợp để các enzyme hoạt động tạo vị cho bia.
Dạng rắn Dạng lỏng Ngơ Gạo Lúa miến Đại mạch Tiểu mạch Lúa mạch đen Yến mạch Kê Khoai tây Sắn hoặc các loại củ khác Đường(củ cải, mía, bột tinh bột) Tinh bột của các loại ngũ cốc kể trên
Nước xiro tinh bột, đường ngơ, ngũ cốc, củ cải
Đường lỏng của củ cải, mía, tinh bột Nước xiro malt
Nước xiro đại mạch và các loại ngũ cốc khác
Xiro caramen Chất màu của malt
21
Acid sunfuric 10% cho vào khi hồ hĩa gạo. H2SO4 cho vào để bổ sung H+ điều chỉnh pH, xúc tác quá trình hồ hĩa, bổ sung gốc SO4 tạo vị cho bia, nếu cho qua nhiều thì bia thành phẩm cĩ vị khơ.
ZnCl2: Cho vào sau khi kết thúc quá trình đun sơi dịch nha làm cho nấm men khỏe và phát triển mạnh trong quá trình lên men chính, lên men phụ, tăng sinh khối nấm men.
Chất trợ lọc diatomit: Cĩ tác dụng hỗ trợ trong quá trình lọc, làm trong bia. 2.2. Quy trình sản xuất bia:
22
Gạo Malt
Nghiền Nghiền
Nước Đạm hĩa Hồ hĩa Nước
Đường hĩa
Lọc dịch đường
Houblon hĩa Hoa houblon
Lắng cặn Hội cháo Lạnh nhanh Sục khí Lên men phụ Dịch nha Lên men chính Lọc trong bia Chiết Khơng khí vơ Thanh trùng Chai/ lon Bã Bia thành phẩm Bã Men giống CO2 Thu hồi Malt lĩt
23 2.3. Thuyết minh quy trình :
2.3.1. Xay nghiền và phối trộn nguyên liệu : 2.3.1.1. Mục đích xay nghiền : 2.3.1.1. Mục đích xay nghiền :
Mục đích của quá trình nghiền là để thu hồi lượng chất chiết tối đa trong malt và gạo cho các phản ứng enzyme xảy ra dễ dàng hơn trong quá trình nấu.
Yêu cầu của quá trình nghiền :
- Vỏ: Cịn nguyên và tách rời nội nhũ. - Tấm thơ: Lượng nhỏ.
- Tấm mịn: Nhiều. - Bột mịn: Rất ít.
Gạo được nghiền bằng máy nghiền búa. Gạo được xay càng mịn càng tốt. Máy sử dụng để nghiền malt là máy nghiền trục. Tỷ lệ bột mịn đạt 10-12%.
Trong quá trình nghiền cần chú ý :
Nghiền malt tốt khi cĩ :
- Nhiều vỏ trấu cịn nguyên nhưng đã bị dập. - Nhiều tấm → dễ lọc.
- Phần hạt bị vỡ nằm trong vỏ →dễ lọc.
Nghiền malt khơng tốt khi cĩ : - Trấu bị vụn → làm bia bị chát. - Nhiều bột mịn → sẽ làm khĩ lọc.
- Cịn hạt nguyên → làm cho quá trình đường hĩa sẽ khơng triệt để →làm đục bia.
2.3.1.2. Phối trộn (hội cháo):
Giai đoạn đạm hĩa: cĩ vai trị hoạt hĩa enzyme protease trong malt, thủy phân protein thành các sản phẩm cĩ khối lượng phân tử thấp hơn như: acid amin, peptide… nhằm cung cấp các hợp chất giàu nitơ cho sự phát triển của nấm men trong quá trình lên men. Nhiệt dộ thích hợp cho quá trình đạm hĩa là 45-500C.
Giai đoạn hồ hĩa: Hồ hĩa là quá trình nấu chín nguyên liệu tinh bột trong gạo, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hĩa sau này. Trong quá trình hồ
24
hĩa, một lượng lớn nước ngấm vào các phân tử tinh bột làm thể tích hạt trương lên và hạt bột trương nở, cuối cùng vỡ tung ra. Dịch trở nên nhớt, độ nhớt tùy thuộc vào mức độ hút nước của malt và gạo. Cấu trúc tinh bột bị phá vỡ và bị phân cắt 1 phần dưới tác dụng của malt lĩt. Tinh bột sau khi hồ hĩa sẽ khơng cịn liên kết chặt chẽ với nhau nữa, tạo điều kiện cho các enzyme trong dịch cĩ điều kiện tấn cơng trực tiếp vào tinh bột.
Phối trộn: Bột gạo và bột malt được trộn đều với nước ở 650C để tiếp tục quá trình đường hĩa.
2.3.2. Quá trình đường hĩa: 4.3.2.1. Mục đích : 4.3.2.1. Mục đích :
Quá trình đường hĩa nhằm mục đích thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất cĩ phân tử thấp dễ hịa tan thành chất đường. Sản phẩm của quá trình đường hĩa rất đa dạng, nhưng chủ yếu là đường và dextrin.
Sự thủy phân tinh bột được tĩm tắt như sau:
Tinh bột Dextrin Maltoza
Cĩ 2 phương pháp đường hĩa: đường hĩa tồn khối và đun sơi từng phần. Phương pháp đường hĩa tồn khối cĩ thao tác đơn giản, thời gian ngắn. Tuy nhiên tinh bột khơng thủy phân triệt để, làm giảm hiệu suất đường hĩa. Phương pháp đun sơi từng phần cĩ thao tác phức tạp hơn, thời gian kéo dài hơn, tinh bột được thủy phân triệt để hơn, tăng hiệu suất đường hĩa.
Kết thúc đường hố dùng Iod 0.1% thử dịch đường để kiểm tra cĩ cịn sĩt tinh bột hay khơng vì nếu hàm lượng tinh bột cị sĩt sẽ gây cản trở lên men và nguy cơ gây đục bia rất cao.
2.3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:
Chất lượng malt và nguyên liệu thay thế.
Nhiệt độ và tỷ lệ giữa nguyên liệu và nước.
Thời gian đường hĩa.
Quá trình khuấy đảo hỗn hợp đảm bảo truyền nhiệt đều cho tồn khối dịch.
25
Sự oxy hĩa trong quá trình đường hĩa: nếu khơng khí hịa vào dịch đường nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu bia, hương vị bia kém đi.
Tính chất của các enzyme phụ thuộc vào nhiệt độ, pH.
Sự thủy phân tinh bột: phụ thuộc vào nhiệt độ, pH dịch hèm, nồng độ dịch hèm ban đầu, thời gian đường hĩa.
Sơ đồ 2.2. Giản đồ nấu bia (sử dụng gạo 25% làm thế liệu, khơng sử dụng Termamyl)
2.3.3. Quá trình lọc dịch đường:
Quá trình đường hĩa tạo ra dịch đường, giàu các chất nitơ dễ đồng hĩa. Mục đích của việc lọc là để tách dịch đường với vỏ và những phần nội nhũ của hạt khơng tan bằng cách chiết tối đa các chất hịa tan. Ngồi ra người ta mong muốn giữ
lại cùng với bã những chất khơng mong muốn như kim loại nặng, tanin, lipit…
Dịch hĩa lần 2,malt lĩt lần 2 Gạo 320/5’ Xuống bột malt lĩt lần 1 Dextrin hĩa lọc 500/20 Hoa houblon và phụ gia Hồ hĩa 830/5’ 20’ 15’ 1020/70 Đường hĩa 750/20’ 760 1000/25’ Đạm hĩa Dịch hĩa lần 1 15’ 720/20’ 5’ 320 Hồ hĩa triệt để 5’ 0 650/20’ 15’ 400 350 300 250 200 150 100 50 120 100 0 8 0 6 0 4 0 2 0 Thời gian Nhiệt độ (0C)
26
Trong quá trình lọc, những phần tử rắn sẽ tạo thành lớp lọc phụ đĩng vai
trị rất quan trọng trong suốt quá trình lọc.
Quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn:
o Lọc: là giai đoạn tách dịch ra khỏi bã (tách phần dịch đường cốt).
o Rửa bã: sau khi tách dịch ra khỏi bã, trong bã cịn giữ lại một lượng chất hịa tan đặc biệt là đường. Mục đích của rửa bã là thu hồi những phần hịa tan cịn bám ở phần rắn bằng nước nĩng (78 800C). Thể tích nước rửa bã chiếm 70 –
72 % so với dịch đường thu được.
Tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền malt và mức độ thủy phân của
malt.
2.3.4. Quá trình Houblon hĩa: 2.3.4.1. Mục đích: 2.3.4.1. Mục đích:
Nhằm làm ổn định thành phần và tạo cho bia cĩ mùi thơm, cĩ vị đắng đặc trưng của hoa houblon. Đồng thời cũng xảy ra một số quá trình khác như: sự gia tăng nồng độ, độ axit, cường độ màu, sự tạo thành các chất khử, độ nhớt giảm xuống…
2.3.4.2. Sự biến đổi các hợp chất trong quá trình houblon hĩa:
Các chất đắng:
Nhiệt độ cao sẽ giúp hịa tan axit đắng trong hoa, người ta đã chứng minh rằng 86- 95 % chất đắng trong bia là do axit đắng cùng các đồng phân của nĩ gây nên. Khả năng tạo bọt, giữ bọt và độ bền sinh học của bia cũng tùy thuộc nhiều vào ở axit đắng. Axit đắng khi đun sơi kéo dài cũng làm tăng khả năng hịa tan, nhờ chuyển về các dạng đồng phân.
Chiết trích tinh dầu:
Tinh dầu của hoa houblon giúp cho bia cĩ mùi vị dễ chịu. Khi đun sơi phần lớn tinh dầu bị bay hơi đi nhưng vẫn cịn tồn tại một lượng rất nhỏ ở dạng khá bền và gây cho bia cĩ mùi vị đặc trưng.
27
Các chất chát của hoa houblon thuộc nhĩm carotin, tạo thành những dung dịch keo trong dịch đường.Trong dịch đường cĩ protit và một số albumo hay pepton cùng với các chất chát tạo thành những phức chất hịa tan ở nhiệt độ cao, nhưng khi nhiệt độ hạ xuống chúng sẽ kết tủa. Các chất chát trong hoa houblon hoạt động mạnh hơn các chất chát trong vỏ malt.Khi pH của dịch đường càng thấp thì tốc độ kết tủa của chất chát với protit càng nhanh, sự giảm chất chát trong dịch đường tỷ lệ thuận với thời gian đun sơi. Trong hoa houblon cịn cĩ một số hợp chất chứa nitơ, trở thành nguồn dinh dưỡng quan trọng cho nấm men sau này.
2.3.5. Lắng cặn, làm lạnh nhanh và sục khí vơ trùng: 2.3.5.1. Lắng cặn:
Để cĩ thể cấy giống nấm men chuẩn bị cho quá trình lên men thì cần thiết phải làm trong dịch, tách bỏ cặn và làm lạnh đến nhiệt độ lên men.
Dịch đường sau khi đun hoa houblon được cho chảy vào thiết bị lọc để tách dịch đường ra ngồi, cịn bã hoa thì được giữ lại bên trong. Sau đĩ chúng được rửa lại bằng nước nĩng. Nước rửa bã đựơc giữ lại để đường hĩa mẻ sau hoặc bổ sung vào dịch đường, cịn bã thì được thải ra ngồi.
2.3.5.2. Làm lạnh nhanh:
Sau khi lắng cặn làm trong, dịch đường được làm lạnh xuống nhiệt độ lên men, phù hợp với chủng nấm men sử dụng. Việc làm lạnh phải tiến hành nhanh và vơ trùng để ngừng các phản ứng hĩa học và giảm tối đa cơ hội phát triển của các vi sinh vật nhiễm tạp. Giảm nhiệt độ dịch đường cịn tạo điều kiện thuận lợi để bão hịa oxy cho quá trình lên men sau này.
2.3.5.3. Sục khí vơ trùng:
Để đảm bảo sự phát triển bình thường của nấm men thì dịch đường phải chứa oxy với hàm lượng khoảng 6mg/l. Vì vậy, trong giai đoạn này cần bổ sung oxy cho dịch đường. Sự hịa tan oxy vào dịch đường phụ thuộc vào nhiệt độ, bề dày lớp