Công nghệ thực phẩm - Quy trình công nghệ sản xuất bia

Nội dung text: Công nghệ thực phẩm - Quy trình công nghệ sản xuất bia

1. z X^ ]W QQuuyy ttrrììnnhh ccơơnng nngghhệệ ssảảnn xxuuấấtt bbiia
2. Phần 1: TỔNG QUAN VỀ BIA 1. Khái niêm Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong mơi trường lỏng và nĩ khơng được chưng cất sau khi lên men. Nĩi một cách khác, bia là loại nước giải khát cĩ độ cồn thấp, bọt mịn xốp và cĩ hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc biệt CO2 hịa tan trong bia cĩ tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hĩa, ngồi ra trong bia cịn chứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhĩ B như vitamin B1, B2, PP. . .). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành cơng nghiệp mũi nhọn trong ngành cơng nghiệp nước ta. Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia cĩ khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đĩ cĩ khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác. 2. Lịch sử Hình 2.1 Một vại bia lager, cĩ màu vàng ĩng và bọt ở phía trên 1
3. Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà lồi người đã tạo ra, cĩ niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ thứ 5 trước cơng nguyên và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và lưỡng hà (Mesopotamia). Giống như phần lớn các chất chứa đường khác cĩ thể bị lên men một cách tự nhiên, rất cĩ thể là các đồ uống tương tự như bia đã được phát minh một cách độc lập giữa các nền văn minh trên tồn thế giới. Việc kiểm định hĩa học các bình gốm cổ phát hiện ra rằng bia (tương tự như rượu vang) đã được sản xuất khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran và là một trong số các cơng nghệ sinh học đã biết, trong đĩ các quy trình sinh học của sự lên men được áp dụng. Tại Lưỡng Hà, chứng cứ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000 năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút bằng sậy từ thùng cơng cộng. Bia cũng được đề cập tới trong thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria để tỏ lịng tơn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, nĩ chứa cơng thức làm bia cổ nhất cịn sĩt lại và miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thơng qua bánh mì. Bia đã trở thành thiết yếu đối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt là ở Ai Cập và Lưỡng Hà. Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm chí từ thế kỉ 5 trước cơng nguyên, như Hellanicos đã viết trong vở các opêra. Tên gọi cho bia của họ là brutos hay brytos. Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: Trong thời trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thơng thường được cho vào bia chứ khơng phải hoa bia. Các hỗn hợp này thơng thường được gọi là “gruit “. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9. Văn bản cổ nhất cịn sĩt lại cĩ ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia cĩ niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nĩ được chuẩn bị cùng hoa bia." Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình. Vào thế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ cơng, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để tiêu thụ. Trong thế kỷ 15, ở Anh loại bia khơng cĩ hoa bia được biết đến như là ale, cịn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đĩ gọi là bia. Bia cĩ chứa hoa bia được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428. Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp — Cơng ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thơng báo "khơng hoa bia, khơng thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất — mà chỉ cĩ liquor (nước), mạch nha, và men bia". Tuy nhiên, vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia. 2
4. Hình 2.2 Một số loại bia sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Năm 1516,WilliamIV ,Cơng tước xứ Bavaria , đã thơng qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), cĩ lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất cịn áp dụng đến nay. Gebot quy định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857. Luật của người Bavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thống nhất năm 1871 thành đế chế Đức dưới thời Otto von Bismarck , và kể từ đĩ đã được cập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu. Cho đến nay, Gebot vẫn được coi là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này cĩ thể gây tranh cãi. Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi là ale. Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thê kỷ 16 sau khi bia được lưu trũ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đĩ nĩ đã được sản xuất nhiều hơn ale. Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, cơng nghiệp hĩa sản xuất bia đã trở thành sự thật. Các cải tiến mới trong cơng nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm sốt nồng độ cồn. Cho đến cuối thế kỷ 18,mạch nha chủ yếu được làm khơ bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nĩi chung, khơng cĩ loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khĩi sinh ra trong các lị sấy, và do đĩ các loại bia thời kỳ đĩ cĩ thành phần hơi khĩi trong hương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khĩi của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lị nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen(porter và stout). Sự phát minh ra vai trị của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh vật khơng mong muốn. Năm 1953, Morton W Coutts , một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế cơng nghệ của ơng và nĩ là một cuộc cách mạng trong cơng nghiệp bia do nĩ làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống cịn chưa đầy 24 giờ. Cơng nghệ của ơng vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness . Ngày nay, cơng nghiệp bia là cơng việc kinh doanh khổng lồ tồn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nĩ cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua cơng đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cái gọi là bia khơng cồn. 3
5. 3. Các loại bia Cĩ nhiều loại bia khác nhau, mỗi loại bia được coi là thuộc về một kiểu bia cụ thể nào đĩ. Kiểu bia là mác dán miêu tả hương vị tổng thể và thơng thường là nguồn gốc của bia, phù hợp với hệ thống đã tiến hĩa qua các lần thử và các sai số qua nhiều thế kỷ. Yếu tố chính để xác định loại bia là men bia sử dụng trong quá trình lên men. Phần lớn kiểu bia thuộc về một trong hai họ lớn: ale- sử dụng lên mem nổi hoặc lager- sử dụng lên men chìm. Bia cĩ đặc trưng pha trộn của cả ale và lager được gọi là bia lai. Đồ uống chứa cồn sản xuất từ việc lên men đường thu được từ các nguồn khơng phải là ngũ cốc nĩi chung khơng được gọi là "bia", mặc dù chúng cũng được sản xuất bằng cùng một phản ứng sinh học gốc men bia. Mật ong lên men được gọi là rượu mạt ong, nước táo lên men được gọi là rượu táo, nước lê lên men được gọi rượu lê, cịn nước nho lên men được gọi là rượu vang Ale: Ale là bất kỳ loại bia nào được sản xuất bằng lên men nổi, và nĩ thơng thường được lên men ở nhiệt độ cao hơn so với bia lager (15-23oc). Các men bia ale ở các nhiệt độ này tạo ra một lượng đáng kể các ester , các hương liệu thứ cấp và các sản phẩm tạo mùi khác, và kết quả là bia tạo ra cĩ mùi vị của hoa hay quả tương tự (nhưng khơng chỉ cĩ thế) như táo, lê, dứa ,cỏ, cỏ khơ, chuối mận hay mận khơ. Các khác biệt về kiểu giữa các loại ale là nhiều hơn so với các loại lager, và nhiều loại bia ale rất khĩ để phân loại chúng. Lager: Lager là loại bia được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới. Chúng cĩ nguồn gốc từ vùng Trung Âu, cĩ tên gọi này là từ lagern ("lưu trữ") trong tiếng Đức. Men bia lager là loại lên men chìm, thơng thường được lên men ở nhiệt độ 7-12°C (45-55°F) ("pha lên men"), và sau đĩ được lên men thứ cấp lâu ở 0-4°C (30-40°F) ("pha lager hĩa"). Trong giai đoạn lên men thứ cấp, lager được làm trong và chín. Các điều kiện lạnh cũng kiềm chế việc sản xuất tự nhiên các ester và các phụ phẩm khác, tạo ra hương vị "khơ và lạnh hơn" của bia. Bia đen porter Żywiec . Bia vàng Hoavener Hình 2.3 Loại bia Lager 4
6. Các phương pháp hiện đại để sản xuất bia lager đã đượcGabriel Sedlmayr và Anton Dreher khai phá. Gabriel Sedlmayr trẻ là người đã hồn thiện bia lager màu nâu sẫm ở nhà máy bia Spaten tại Bavaria cịn Anton Dreher là người bắt đầu sản xuất bia lager, cĩ lẽ là màu đỏ hổ phách tại Wien khoảng những năm 1840-1841. Với việc kiểm sốt quá trình lên men đã được hồn thiện hơn, phần lớn các nhà sản xuất bia lager chỉ sử dụng thời gian lưu trữ lạnh ngắn, thơng thường từ 1 đến 3 tuần. Phần lớn bia lager ngày nay dựa trên kiểu Pilsener , được sản xuất lần đầu tiên năm 1842 tại thành phố Plzen, ở Cộng hịa Séc. Các loại bia lager Pilsener ngày nay cĩ màu sáng và được cacbonat hĩa nồng độ cao, với hương vị mạnh của hoa bia và nồng độ cồn 3-6% theo thề tích. Các thương hiệu bia Pilsner Urquell hay Heineken là các ví dụ điển hình về bia pilsener. Loại bia hỗn hợp: Kiểu bia lai hay bia hỗn hợp sử dụng các nguyên liệu và cơng nghệ hiện đại thay vì (hoặc bổ sung cho) các khía cạnh truyền thống của sản xuất bia. Mặc dù cĩ một số biến thái giữa các nguồn khác nhau, nhưng nĩi chung bia hỗn hợp cĩ thể là. Bia rau quả và bia rau cỏ là hỗn hợp với một số loại phụ gia từ hoa quả hay rau củ cĩ thể lên men trong quá trình lên men, tạo ra chất lượng hài hịa một cách rõ nét. Bia thảo mộc và bia gia vị bổ sung các chất chiết ra từ rễ, hạt, lá, hoa hay quả thảo mộc hoặc các loại cây gia vị thay vì (hoặc bổ sung cho) hoa bia. Các loại bia tồn trữ trong các thùng gỗ là các loại bia truyền thống hay thực nghiệm được lưu trữ trong các thùng gỗ hoặc được tiếp xúc với gỗ (trong dạng các mảnh nhỏ, mẩu hay hạt) trong một khoảng thời gian (gỗ sồi là phổ biến nhất). Thơng thường, thùng gỗ hay các miếng gỗ đầu tiên được xử lý bằng một số loại rượu mạnh hay các đồ uống chứa cồn khác việc sử dụng rượu bourbon, scotch và shrry là phổ biến nhất. Bia hun khĩi là bất kỳ loại bia nào mà mạch nha của nĩ đã được hun khĩi. Thơng thường các loại bia này cĩ mùi và hương vị của khĩi. Các ví dụ điển hình của kiểu bia truyền thống này là bia Rauchbiers ở Bamberg, Đức. Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất bia ngồi nước Đức, chủ yếu là các nhà sản xuất bia thủ cơng ở Mỹ cũng bổ sung mạch nha bia hun khĩi vào bia đen, ale Scotland và một loạt các kiểu bia khác. Bia đặc biệt là cách gọi chung để chỉ các loại bia được sản xuất mà sử dụng các nguồn đường, hạt ngũ cốc và tinh bột cĩ thể lên men khơng thơng dụng. 5
7. Phần 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I – NƯỚC : I.1 – Khái niệm và tính chất của nước. - Nước rất cần thiết cho sự sơng, là dung mơi phân cực mạnh, cĩ khả năng hịa tan nhiều chất. Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị. Khi hĩa rắn nĩ cĩ thể tồn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau. Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trên trái đất là nước) - Tính chất vật lí: Khối lượng phân tử: 18 dvc Khối lượng riêng: 1 g/ml ( ở 0oC, 1atm) Nhiệt độ nĩng chảy: 0oC Nhiệt độ sơi: 100oC I.2 – Ảnh hưởng của thành phần hĩa học và các muối cĩ trong nước đến các quy trình cơng nghệ - Sự tồn tại của muối chứa Ca và Mg sẽ quyết định độ cứng của nước. + Ca: thường tồn tại dưới dạng muối Ca(HCO3)2 và ảnh hưởng đến quá trình nấu bia do làm giảm độ acid của hồ malt và dịch đường hĩa. + Mg: hàm lượng trong nước tuy ít hơn Ca, nhưng tác dụng xấu hơn Ca vì MgCO3 hịa tan được, MgSO4 cĩ vị đắng chát. Cả hai đều làm ảnh hưởng đến chất lượng bia. + Na: tồn tại dưới dạng NaHCO3 , Na2CO3, Na2SO4 hay NaCl . Na2CO3 , NaHCO3 làm giảm độ acid của hồ malt NaSO4 với hàm lượng cao sẽ tạo cho bia cĩ vị đắng NaCl nếu dưới 200mg/l sẽ ảnh hưởng tốt đến mùi, vị bia. + Fe: thường tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2 hàm lượng cao sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia. Vì vậy chỉ cho phép từ 0,2 ÷ 0,5 mg/l . + Ngồi ra trong nước cịn chứa các hợp chất hữu cơ ở dạng keo vơ cơ hoặc hữu cơ (như SiO2) hoặc các chất khí (O2, N2, CO2 . . .) I.3 - Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia - Hàm lượng muối cacbonat khơng quá 50mg/l. - Hàm lượng muối Mg khơng quá 100mg/l. - Hàm lượng muối Clorua 75÷150 mg/l. - Hàm lượng muối CaSO4 130÷200mg/l . - Hàm lượng Fe2+ khơng quá 0,3mg/l. - - - Khí NH3 và các muối NO3 , NO2 : khơng cĩ. - Vi sinh vật khơng quá 100 tế bào /ml. - E.coli, coliform: khơng cĩ. - Độ cứng: 4÷12 0Đ. - PH: 6.5÷ 7 6
8. I.4 - Sử dụng nước trong cơng nghệ sản xuất bia Nước tham gia trực tiếp vào quy trình cơng nghệ ( như gâm đại mạch, nấu malt, lọc dịch nha, lên men, trong cơng đoạn hiết rĩt ), tạo nên sản phẩm cuối cùng. Cĩ thể nĩi nước là nguyên liệu chính để sản xuất bia do trong bia hàm lượng nước chiếm đến 90÷92% trọng lượng bia. Thành phần và hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn đến quy trình cơng nghệ và chất lượng bia thành phẩm. Nước cơng nghệ được sử dụng trong quy trình nấu malt, nấu gạo, rửa bã, gâm đại mạch. - Nước dùng ngâm đại mạch để sản xuất malt: yêu cầu quan trọng nhất là nước khơng được chứa nhiều tạp chất và vi sinh vật. - Nước dùng để nấu bia: + Các muối cacbonat và bicacbonat sẽ hịa tan chất đắng, chất chát trong vỏ malt (nhất là Na2CO3) gây cho bia cĩ vị đắng khĩ chịu. + Những cacbonat và bicacbonat trong nước sẽ làm hạ độ acid của hồ malt làm cản trở hoạt động của hệ enzim trong malt 2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 = CaHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2 Malt nước từ phản ứng trên ta nhận thấy rằng hai phân tử cĩ tính acid sẽ thu được một phân tử kết tủa và một phân tử cĩ tính kiềm. + Na2CO3 là muối làm giảm độ acid mạnh nhất vì: 2KH2PO4 + Na2CO3 = K2HP04 + Na2HPO4 + 2H2O + 2CO2 nhận thấy rằng từ hai phân tử cĩ tính acid KH2PO4 sẽ thu được 2 phân tử cĩ tính kiềm K2HPO4 , Na2HPO4 - Nước dùng để rửa nấm men và thiết bị: + Nước dùng để rửa nấm men cần phải sạch, khơng chứa nhiều hợp chất hữu cơ, và đặc biệt khơng chứa vi sinh vật. + Nước rửa thiết bị nên cĩ độ cứng thấp đến trung bình, đặc biệt khơng chứa các muối NH3 và các muối nitrit. I.5 - Nước phi cơng nghệ Khơng trực tiếp cĩ mặt trong thành phần của sản phẩm nhưng rất cần thiết trong quy trình sản xuất và cũng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Nước này sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: nước nồi hơi, nước vệ sinh thiết bị, nước vệ sinh nhà xưởng, nước thanh trùng. Mỗi mục đích địi hỏi chất lượng riêng, nước được sử lý theo yêu cầu sử dụng. II – ĐẠI MẠCH Là nguyên liệu cĩ tính chất truyền thống để sản xuất bia (cĩ thể thay thế một phần nguyên liệu khác nhưng nguyên liệu chủ yếu vẫn chính là đại mạch nảy mầm ). Đại mạch cũng giống như những ngũ cốc khác bao gồm hai thành phần chính là glucid và protein nhưng đại mạch cĩ hàm lượng cao hơn so với các loại ngũ cốc khác và quan trọng nhất là tỷ lệ glucid/protein cân đối thích hợp cho việc sản xuất bia . 7
9. II.1 –phân loại các giống đại mạch Đại mạch được xếp vào họ hordeum gồm cĩ: Hordeum. Sativum; Hordeum.Murinum; Hordeum.Jubatum. theo mục đích sử dụng, đại mạch được chia làm 2 nhĩm chính + Đại mạch dùng trong cơng nghiệp: dùng để chế biến bia hoặc các ngành thực phẩm dùng malt đại mạch. Thường dùng giống đại mạch hai hàng ( gọi là H.Distichum) Hình 3.1 Đại mạch 2 hàng + Trong nơng nghiệp dùng để chế biến cho các loại thức ăn cho gia súc, gia cầm . . . Thường dùng giống đại mạch nhiều hàng ( gọi là H.Polystychum ) Hình 3.2. Đại mạch nhiều hàng 8
10. II.2 – Cấu trúc và thành phần hĩa học của đại mạch 2.1 – Cấu trúc hạt đại mạch: Hình 3.3. hạt đại mạch hai hàng Gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt, phơi và nội nhũ - Vỏ hạt: từ ngồi vào trong được chia làm 3 lớp: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron. Phần này thường chiếm 8÷15% trọng lượng hạt. - Phơi: là cơ quan sống hơ hấp của hạt. Phơi cĩ từ 37÷50% chất khơ là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5÷6% saccharose, 7÷7,5% pentozan, 6÷6,5% chất tro và một ít thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít. Phơi thường chiếm 2,5÷5% trọng lượng hạt . - Nội nhũ: chiếm 45÷68% trọng lượng hạt, phần này của hạt đại mạch giữ vai trị quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia . + Thành phần chính trong nội nhũ là những hạt tinh bột hình trịn, cĩ kích thước rất lớn (20÷30µ hoặc rất bé 2÷10µ) rất ít những hạt cĩ kích thước trung bình. Nếu hàm lượng protein trong đại mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột cĩ kích thước nhỏ. + Trọng lượng riêng của hạt tinh bột khá cao (1,5÷1,6) vì vậy trong nước chùng lắng xuống rất nhanh, tinh bột khơng hịa tan được trong nước, kể cả những dung mơi hữu cơ trung tính . + Tinh bột đại mạch cĩ nhiệt độ hồ hĩa 75÷80oC (của gạo 75oC, khoai tây 65oC) tính chất này cần phải lưu ý khi nấu bia. Tinh bột đã qua hồ hĩa thì khi đường hĩa sẽ nhanh và thuận lợi hơn . + Cấu tạo hạt tinh bột gồm hai dạng polysaccharide là amylose và amylopectin. Amlose chiếm 17÷24% trọng lượng hạt tinh bột , amylopectin chiếm 76÷83% . 9
11. + Tinh bột sẽ chịu tác dụng xúc tác của hệ enzim amylaza (gồm α – amylaza và β -amylaza) hiệu quả xúc tác sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ và PH . Điều này quyết định kết quả quá trình nấu bia. 2.2 – Thành phần hĩa học của đại mạch. Bảng2.1: tính theo phần trăm trọng lượng chất khơ Thành phần Đại mạch (%) Malt (%) Tinh bột 63÷35 58÷60 Đường saccharose 1÷2 3÷5 Đường khử 0.1÷0.2 3÷4 Những đường khác 1 2 Chất dạng gom 1÷1.5 2÷4 Hemicellulose 8÷10 6÷8 Cellulose 4÷5 5 Lipide 2÷3 2÷3 Protein thơ (N*6,25) 8÷11 8÷11 Dạng hịa tan tinh thể muối albumin, globulin 0.5 2 Hordein – protein (prolamin) 3 - Glutelin – protein 3÷4 2 Acid amin & pectin 3÷4 3÷4 Acid lucleic 0.5 1÷2 Tro 0,2÷0,3 0.2÷0,3 Những chất cịn lại 2 2,2 5÷6 6÷7 Trong nhĩm glucide của hạt đại mạch, ngồi tinh bột được tập trung ở nội nhủ cịn cĩ các thành phần + Cellulose: chủ yếu nằm ở trong vỏ trấu của hạt đại mạch, chiếm khoảng 20% chất khơ của vỏ. Cellulose cĩ ý nghĩa lớn trong quá trình lọc dịch đường hĩa. + Hemicellulose: chiếm phần lớn chất khơ của vỏ trấu, gồm những hỗn hợp polysaccharide khác nhau. Sự phân giải hemicellulose dưới tác dụng của enzyme Sitoase cĩ ý nghĩa lớn trong quá trình nảy mầm, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác vào bên trong nội nhũ của hạt. + Pentozan: cĩ trong thành phần của hemicellulose, đặc biệt cĩ nhiều trong vỏ trấu (2%), khơng tan trong nước. Nếu bị thủy phân cho ra đường arabilnose và kcilose. + Các glucide cao phân tử: trong dại mạch cịn chứa các chất ở dạng gom, những chất này tan trong nước sẽ tạo nên những dung dịch nhớt. Khi chuẩn bị thủy phân sẽ cho galactose và kcilose, hoặc như pectin. Những hợp chất này khi 10
12. đi vào dịch đường hoặc bia sẽ gây trở ngại cho quá trình lọc, song chúng cũng cĩ khả năng tạo bọt cho bia và cĩ mùi vị được cải thiện hơn. + Các chất đường trong hạt đại mạch cĩ chứa một lượng nhỏ mono-, di-, tri-saccharide, trong đĩ nhiều nhất là đường saccharose, chiếm khoảng 1,8% chất khơ của hạt. Các chất này cĩ ý nghĩa lớn trong quá trình sản xuất malt, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. + Chất đắng và chất chát: cĩ chứa nhiều trong vỏ trấu của hạt đại mạch, nĩ đĩng một vai trị lớn trong quá trình ngâm đại mạch, một phần chất chát sẽ liên kết với protid, tạo thành acid textinoic cĩ vị đắng và mùi khĩ chịu chúng khơng hịa tan trong nước lã nhưng hịa tan tốt trong dung dịch kiềm lỗng (0,2÷0,4%). Qua đĩ ta thấy các chất chát, đắng, màu cĩ tác dụng xấu đến thành phần của bia. Vì vậy các biện pháp cơng nghệ nhằm loại bỏ chúng là rất cần thiết. 2.3 - Các hợp chất chứa nitơ trong hạt đại mạch. - Protid: khối lượng và chất lượng protid trong đại mạch cĩ ý nghĩa quan trọng trong cơng nghệ sản xuất bia. Trước hết, người ta cho rằng hàm lượng các hợp chất cĩ chứa nitơ trong đại mạch so với hàm lượng tinh bột trong đại mạch cĩ tỷ lệ cân đối nhất (hay tỷ lệ N: C) là tối ưu cho cơng nghệ sản xuất bia (so với các loại ngũ cốc khác). Mặt dù trong thành phần những chất hịa tan của dịch đường hĩa, protid chiếm một tỷ lệ khá nhỏ (4 ÷5%), song chúng lại tham gia rất tích cực trong quy trình cơng nghệ và gĩp phần quyết định chất lượng sản phẩm Quá trình phân giải protid dưới tác dụng của enzyme là một trong những quá trình quan trọng nhất trong sản xuất malt và bia, những sản phẩm của sự phân giải protid thường cĩ phân tử lượng thấp hơn, chúng sẽ tham gia vào sự tác dụng tương hổ với những thành phần khác dẫn đến chổ thay đổi thành phần và tính chất của nguyên liệu ban đầu cũng như sản phẩm về sau. Đặc biệt đáng quan tâm hơn trong trường hợp này là sự tạo thành melanoic, chất này gây cho bia cĩ mùi thơm, vị ngọt và khả năng tạo bọt của bia về sau. Nhưng đặc tính này của bia trước hết phụ thuộc vào sự phân giải protid cĩ tối ưu khơng. Sự oxi hĩa protid gây nên những biến đổi xấu về chất lượng sản phẩm. Hiện tượng này là một trong những nguyên nhân chính làm giảm tính ổn định của bia. Thường những kim loại nặng (đặc biệt là Fe và Cu) là những chất súc tác cho quá trình oxi hĩa protid, vì vậy sẽ dẫn tới chỗ bia bị đục nhanh hơn. Trong đại mạch cĩ đủ protid đơn giản (protein) và protid phức tạp (proteit) Edectin thuộc phân nhĩm globulin khơng hịa tan trong nước lã, bắt đầu kết tủa ở nhiệt độ lớn hơn 90oC, khĩ tách hơn ra khỏi thành phần của dịch đường vì vậy đây là một trong những yếu tố gây đục bia. Hordein thuộc phân nhĩm prolamin, khơng tan trong nước nhưng tan trong dung dịch acid hoặc kiềm. Hàm lượng hordein trong hạt đại mạch từ 3,5÷3,7% trọng ;ượng chất khơ. 11
13. Glutelin chiếm khoảng 3% chất khơ trơng đại mạch, thuịng bị thải cùng bã malt sau khi nấu. 2.4 - Các chất chứa Nitơ phi protid Tập hợp những sản phẩn phân giải protid với mức độ phân giải khác nhau cho ra những sản phẩn khác nhau: Albumoza và pepton cĩ cấu tạo gần giống protein song cĩ số gốc acid amin ít hơn cĩ khả năng tan trong nước lã, khơng bị kết tủa trong quá trình chế biến sẽ đi vào thành phần nước đường hĩa làm tốt khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia. Peptid cĩ số gốc acid amin ít hơn pepton, gồm cĩ di-tri và polypeptit , hịa tan dễ dàng trong nước và đi vào thành phần của bia. Acid amin chiếm khoảng 0,1% chất khơ trong hạt đại mạnh kín. Do tác động của enzym trong thời gian sản xuất malt hàm lượng acid amin tăng lên trong dịch đường và bia. Đặc biệt chúng cĩ vai trị quan trọng trong việc hình thành menadione ở thời kỳ sấy malt. 2.5- Các nhĩm enzyme trong đại mạch Bản chất của enzym là protein. Chúng tham gia xúc tác những phản ứng hĩa-sinh trong hạt đại mạch. Từ đĩ biến dần những hạt đại mạch thành hạt malt. Trong quy trình cơng nghệ enzym chịu tác dụng của nhiều yếu tố khách quan, song thực tế cho thấy ảnh hưởng mạnh nhất đến hoạt tính của enzym là nhiệt độ, pH, nồng độ của dung dịch. Trong hạt đại mạnh luơn cĩ hai nhĩm enzym chính. Nhĩm enzyme xúc tác cho quá trình oxi hĩa khử. Hạt đại mạch hoạt tính giảm thiểu, ở giai đoạn đầu của việc tạo malt chúng tăng cường hoạt động nhanh, trong quá trình sấy malt chúng hầu như bị phá hủy. Nhĩm enzyme thủy phân: tùy thuộc vào nguồn cơ chất enzym xúc tác cho quá trình thuỷ phân ta cĩ thể tách thành hai nhĩm nhỏ. + Nhĩm enzyme thủy phân các hợp chất glucide. Diastase (Amylase) thủy phân các glucide cĩ mạch polyme tương đối đơn giản (như tinh bột) Sitaza thủy phân các glucide cĩ mạch polyme tương đối phức tạp hơn (như hemicellulose). Tác dụng của enzyme này là phá vỡ màng ngăn giữa hạt gạo và vỏ trấu khi hạt bắt đầu nảy mầm, nhờ vậy các enzyme khác mới dễ dàng xâm nhập vào bên trong nội nhũ của hạt, làm biến đổi dần những thành phần hĩa học của nội nhũ. Đây chính là quá trình chuyển hĩa từ hạt đại mạch thành hạt malt. Nhĩm enzym thủy phân protit: trong nhĩm này tiêu biểu cĩ. + Proteinase xúc tác để chuyển hĩa protid thành albumoza và pepton rồi chuyển thành Polypeptit và peptit (t=50oC, pH=5) + Peptitdase chuyển polypeptit và peptit thành axit amin gồm polypeptitdase và dipeptitdase) ( to< 50oC; pH=7,5) 12
14. + Amydase tác dụng deamin hĩa các acid amin, tạo thành các axid hữu cơ và nitơ. Đồng thời chúng cịn phá vỡ các mối liên kết amid (- CO – NH) của các muối amid. -Nhĩm enzyme esteraza tham gia làm vỡ các mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ với nhau hoặc giữa các hợp chất hữu cơ và vơ cơ . + Lipase thủy phân este của glycerin và một số loại rượu với các acid béo bật cao. + Phosphatase: tách acid phosphoric ra khỏi những hợp chất hữu cơ cĩ chứa phospho, tiêu biểu là amylophosphatase và bytase. II.3 - Những yêu cầu chất lượng đối với đại mạch dùng trong sản xuất bia. 3.1 Yêu cầu về cảm quan. - Tất cả các hạt thĩc phải thuộc một loại đại mạch, đơng nhất về kích cỡ, khơng lẫn cát đá, rơm rác và những hạt thuộc loại thĩc khác. - Hạt thĩc phải cĩ vỏ mỏng, màu vàng nhạt ĩng ánh, khơng cĩ vết trên vỏ. - Đại mạch tốt phải cĩ mùi thơm của rạ rơm, khi cắn hạt thĩc thấy cĩ mùi tinh bột và hơi ngọt. 3.2 - Sinh lý - Lực nảy mầm phải đạt 80÷85% - Trọng lượng tuyệt đối thường 35 ÷ 45 g/1000 hạt - Khả năng nảy mầm 90÷95 % 3.3 - Yêu cầu về thành phần hĩa học: -Vỏ: khơng vượt quá 7÷9% trọng lượng hạt - Hàm lượng ẩm: w = 10÷15% - Hàm lượng protid 8÷14% chất khơ của hạt - Hàm lượng glucid chiếm 55÷62 % trọng lượng hạt (hoặc 63 ÷ 66 % trọng lượng chất khơ). 13
15. II.4 - Malt Malt là tên gọi của ngũ cốc nảy mầm (đại mạch, tiểu mạch, hạt gạo, thĩc gạo, thĩc mếm). Tuy nhiên ở Việt Nam chưa trồng được đại mạch, do đĩ phải nhập malt từ nước ngồi nên chi phí sản xuất tăng lên. Do vậy giá thành của từng loại bia tương ứng với hàm lượng malt nguyên chất, từ đĩ cũng một phần quyết định xem bia cĩ ngon hay khơng. Đại mạch Nước Ngâm/làm ướt Ươm mầm Sấy Tách mầm, Rễ, mầm rễ malt Malt sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất malt 4.1 - Ngâm đại mạch Hàm lượng ẩm cĩ sẵn trong hạt khi bảo quản là tối thiểu, chỉ đủ để duy trì sự sống “tĩnh” của phơi mầm, chứ khơng đủ dể phơi mầm phát triển, vì vậy muốn cho phơi mầm phát triển, hạt nẩy mầm tốt, hạt cần hút thêm một lượng nước tự do từ mơi trường. Sự chuyển biến từ hạt đại mạch thành malt là kết quả của những quá trình sinh hĩa và các quá trình khác xảy ra trong hạt. Do vậy, ngâm đại mạch là quá trình đầu tiên và rất quan trọng, nĩ ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian ươm mầm, hao phí chất khơ trong quá trình sản xuất malt, do đĩ ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm của malt. - Mục đích của quá trình ngâm Hàm lượng ẩm cĩ sãn trong hạt khi bảo quản là tối thiểu, chỉ đủ để duy trì sự sống “tĩnh” của phơi mầm, chứ khơng đủ cho phơi mầm phát triển. Vì vậy ngâm hạt đại mạch nhằm cung cấp thêm 1 lượng nước tự do từ mơi trường ngồi, tạo điều kiện cho phơi mầm phát triển 14
16. ở điều kiện nhiệt độ, độ ẩm thuận lợi, các hệ enzime cĩ sẵn trong hạt từ trạng thái “tĩnh” sẽ chuyển dần về trạng thái “động” và bắt đầu tham gia vào quá trình phá vỡ các hợp chất hữu cơ ở dạng đại phân tử (polyme) như tinh bột, pentozan, protein, . . . tạo ra những chất dinh dưỡng hịa tan để nuơi mầm phát triển. - Các biến dổi trong quá trình ngâm. Lượng nước tự do thẩm tích vào bên trong hạt làm thể tích, khối lượng hạt tăng lên và hạt mềm hơn và dễ thủy phân hơn. Những chất trong hạt sẽ dễ dàng hịa tan để được vận chuyển đến cung cấp cho cơ quan phơi mầm, từ đĩ phơi mầm sẽ từ từ phát triển. Đồng thời, ở điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, pH thuận lợi, các hệ enzim cĩ trong hạt từ trạng thái “tĩnh” sẽ chuyển dần sang trạng thái “động”, và bắt đầu tham gia vào các quá trình phá vỡ các hợp chất hữu cơ. Trừ ở dạng đại phân tử (polyme) như tinh bột, protein, pentozan, tạo ra những chất hịa tan, để nuơi mầm phát triển. -Các yếu tố ảnh hưởng + Ảnh hưởng nhiệt của nước ngâm: trong một giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ nước ngâm càng tăng thì tốc độ hút nước của hạt càng nhanh và ngược lại. Nhiệt độ tối ưu của nước ngâm dại mạch là 10÷12oC, nếu nhiệt độ thấp hơn 10oC thì mầm sẽ phát triển rất yếu, cịn nếu nhiệt độ lớn hơn 15oC thì lại làm cho các vi sinh vật gây thối (chủ yếu) phát triển mạnh, đồng thời sự hơ hấp của hạt cùng các quá trình sinh-hĩa trong hạt tăng nhanh thất thường, do đĩ làm giảm khả năng nảy mầm của hạt. + Ảnh hưởng của oxi trong nướcngâm: tùy thuộc vào kích thước hạt và điều kiện thơng thống nhân tạo đối với nước ngâm mà cĩ ảnh hưởng khác nhau tới thời gian ngâm. Ở giai đoạn đầu của quá trình ngâm trong nước, thì oxy là yếu tố quyết định đến cường độ hơ hấp, giúp giải phĩng ra năng lượng cần thiết cho sự phát triển của mầm. Do đĩ việc cung cấp oxy cho nước ngâm càng đầy đủ và đều đặn thì sự hút nước của hạt càng thuận lợi, đồng thời sự phát triển của mầm cũng điều hịa hơn. + ảnh hưởng bởi thành phần hĩa học và cấu trúc các thành phần đĩ cĩ trong hạt: bản thân thành phần hĩa học của nước ngâm cũng ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc hút nước của hạt. thực tế cho thấy, sự thay đổi thành phần hĩa học cảu hạt đại mạch trong khi ngâm là khơng đáng kể, một phần nhờ glucid bị tổn thất cho quá trình hơ hấp của hạt , một lượng nhỏ khác của của chất bị khuyếch tán vào nước ngâm như đường, chất khống, pentozan, . . tổng tổn thất này khoảng 1% trọng lượng chất khơ. Thơng thường nước ngâm cĩ pH nghiêng về acid thì dễ hịa tan các thành phần tanin hoặc chất đắng trong vỏ malt, gây ảnh hưởng xấu đến mùi vị, màu sắc của bi sau này. Để hạn chế điều này đơii khi người ta dùng nước ngâm hơi kiềm. trong hạt đại mạch cũng chứa những chất kìm hãm hệ enzime hơ hấp, tức sẽ giảm khả năng hơ hấp của hạt và làm yếu quá trình nảy mầm, đĩ là sắc ttĩ vàng thuộc nhĩm acid-flavonic. Do đĩ muốn tách chúng ra khỏ hạt thường phải thay nước ngâm 5÷6 lần. tùy theo từng loại malt mà cĩ mức dộ ngâm khác nhau: đối với malt vàng thường cĩ Wcb=42÷44%. Đối với malt đen phải đạt Wcb=45÷47% 15
17. - phương pháp ngâm: Phương pháp ngâm tưới phun: đây là phương pháp ngâm tiên tiến nhất hiện nay. Bằng phương pháp này ta cĩ thể cung cấp liên tục, đầu đủ và đều lượng oxy cần thiết cho hạt. thực chất của phương páhp này là: hạt trước khi ngâm được rửa sơ bộ ở những thùng riêng, sau đĩ được đỏ xuống màng lưới chuyển động thành từng lớp dày, màng lưới này liên tục đi qua những vịi phun nước kiểu hoa sen, hạt được tưới liên tục bởi những luồng nước rất mịn và bão hịa oxy giống như sương, cứ như vậy liên tục cho đến khi đạt độ ẩm cần thiết. Bằng phương pháp này, nếu ngâm ở 10÷12oC thì chỉ mất 48h, đồng thời mầm phát triển nhanh và mạnh, sau khi ngâm khoảng 70% hạt đã nứt mầm, malt thu được cĩ chứa nhiều chất cĩ N hịa tan, đồng thời độ hoạt động của amylase và protease rất mạnh. 4.2 - Ươm mầm Khi hạt đại mạch qua quá trình ngâm đã đạt đến độ ẩm cân bằng cần thiết cho sự lên mầm sẽ cĩ những chuyển biến lý-hĩa, sinh-hĩa. Khi đĩ nếu các điều kiện về độ ẩm, nhiệt độ, oxy đầy đủ và thích hợp thì phơi mầm sẽ phát triển nhanh. Cĩ thể nĩi giai đoạn ươm mầm là quá trình quan trọng nhất để biến đổi hạt đại mạch thành malt. - Ươm mầm đại mạch trong cơng nghệ sản xuất bia nhằm mục đích: + Tạo và duy trì điều kiện thuận lợi để hệ enzyme thủy phân tăng trưởng về khối lượng và cường lực xúc tác. Giải phĩng chúng khỏi trạng thái liên kết tạo điều kiện để chúng phân cắt một lượng đáng kể các chất cao phân tử thành các sản phẩm phân tử thấp. Đồng thời phá vỡ thành tế bào làm cho hạt “mềm” ra, tạo nên nhiều sự biến đổi cơ lý, hịa lý, hĩa học trong thành phần hạt đại mạch. - Trong thời gian ươm mầm, hạt đại mạch sẽ trải qua những biến đổi sau: + Biến đổi sinh lý: sự phát triển của phơi mầm liên quan đến sự hơ hấp và quá trình tổng hợp nên những chất mới. + Biến đổi sinh hĩa: những phản ứng thủy phân các chất dự trữ trong nội nhũ liên quan đến các enzym. + Biến đổi hĩa học: là tác dụng tương hổ giữa những sản phẩm sau thủy phân chất dự trữ cùng những hợp chất hịa tan của hạt, từ đĩ hình thành nên hương vị của hạt malt. + Biến đổi vật lý: là sự vận chuyển qua lại của các chất hịa tan (dinh dưỡng) giữa nội nhũ và phơi mầm. - Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ươm mầm + Trong thời gian ươm mầm cần cĩ sự kiểm sốt chặt chẽ các yếu tố kỹ thuật của mơi trường, đặc biệt là oxy, nhiệt độ, độ ẩm nhằm khống chế được sự phát triển tối thiểu của mầm rễ và mầm lá, đồng thời lại phải hoạt hĩa tối đa các hệ enzyme và tổng hợp các enzyme mới. Chúng tác động mạnh đến các biến đổi sinh hĩa trong nội nhũ, như vậy sẽ thu được malt cĩ độ phân giải cao, rất cĩ lợi cho các cơng nghệ tiếp theo. + Nhiệt độ và thời gian ươm mầm: nhiệt độ đĩng một vai trị đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến những biến động enzyme trong quá trình ươm mầm trong thời gian hạt nảy mầm, nhiệt độ trong khối cĩ xu hướng tăng dần do sự thải nhiệt trong quá trình hơ hấp. Trong một giới hạn nhất định sự gia tăng nhiệt độ sẽ thúc đẩy hơ 16
18. hấp, cường độ hoạt động của các hệ thống enzyme. Từ đĩ tạo điều kiện cho phơi mầm phát triển mạnh, đồng thời giảm nhanh hàm lượng chất khơ trong hạt. Trong trường hợp nhiệt độ tăng quá giới hạn cần thiết sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất chất hịa tan và chất lượng malt. Nhiệt độ cực đại đối với sản xuất malt vàng là 18÷20oC, với malt đen là 22÷25oC. Thời gian ươm mầm phụ thuộc vào nhiệt độ ươm mầm. Đồng thời phụ thuộc vào những đặc trưng kỷ thuật của giống đại mạch. Bình thường chu kỳ ươm mầm của malt vàng 6÷8 ngày, của malt đen là 7÷9 ngày. Sau khi ươm mầm xong phải đạt được 75% số lượng hạt . Malt vàng cĩ chiều dài rễ <1,5 chiều dài hạt, chiều dài mầm lá < ¾ chiều dài hạt. . Malt đen thì chiều dài rễ <2 lần chiều dài hạt và chiều dài mầm lá ≤1 lần chiều dài hạt. Trong quá trình ươm mầm chất khơ của hạt bị tiêu hao khoảng 10÷20%, trong đĩ 6÷7% cho sự hơ hấp và 5% cho việc tạo rể và mầm lá. - Các hệ enzyme trong hạt sau giai đoạn ươm mầm + Hệ enzyme oxy hĩa – khử: tham gia xúc tác quá trình hơ hấp của hạt đại mạch gồm cĩ các enzyme như oxydase; peroxydase; catalase; sacarase và maltase. Khi hơ hấp, nhờ oxy khơng khí và tác dụng xúc tác của oxydase sẽ tạo thành nước và khí CO2. Peroxydase sẽ tạo thành với CO2 một phức chất, giúp quá trình phá vỡi CO2 , từ đĩ giải phĩng O2. nhờ hoạt tính của hệ enzyme oxy hĩa mà sự hơ hấp của hạt cũng tăng nhanh. Cường độ này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và hàm lượng của oxy trong mơi trường nước ngâm. + Hệ thống enzyme sitase: sự hoạt động của hệ thống enzyme này cĩ một ý nghĩa nhất định trong quá trình ươm mầm. chúng là tập hợp của cenllulase, hemicenllulase và β.glucozidase. Với sự hoạt động của enzyme cenllulase, chúng sẽ tấn cơng vào những tế bào cenllulose nằm trong màng ngăn giữa nội nhũ và vỏ trấu để tạo ra những sản phẩm đồng dạng với destrin. Độ hoạt động của enzyme này tăng từ từ cho tới ngày thứ 7 với pH tối ưu là 5 và nhiệt độ tối ưu là 40oC. Với sự hoạt động của enzyme hemicenllulase chúng tấn cơng vào những tế bào hemicenllose nằm trong vỏ quả, từ đĩ tạo thêm những sản phẩm monosacaride như glucose hoặc prntose trong hạt malt. Thường hoạt tính của enzyme này tăng mạnh o o ở ngày thứ 5÷7 với điều kiện pHop=4,1 và t op=40÷50 C: enzyme β.glucozidase thường cĩ sẵn trong lớp màng alorong của hạt đại mạch. Khi nĩ được haọt hĩa, sẽ tấn cơng vào các hợp chất dạng gom ở màng alorong, tạo ra sản phẩm hecxose và o o pentose với điều kiện pHop=4,4 và t op =37÷40 C. tổng hoạt động của hệ thống enzyme sitase trong quá trình ươm mầm là làm thay đổi cấu trúc giữa lớp vỏ ngăn cách giữ vỏ trấu và nội nhũ. + Hệ enzyme amylase: hệ enzyme này gồm cĩ α.amylase, β.amylase và amilophostase, phần lớn chúng tập trung ở phơi mầm và một ít phân bố ở nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ. Hoạt tính của α.amylase bắt đầu tăng mạnh giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm, đặc biệt mạnh sau ngày thứ 3÷4. thời gian để hoạt động của enzyme này đạt cực đại phụ thuộc vào nhiệt độ. Cơ chất 17
19. mà nĩ tác động lên là tinh bột và destrin, từ đĩ tạo ra sản phẩm maltose và destrin tận cùng trong hạt malt. Enzyme này hoạt động tốt ở điều kiện pHop= 5,8 và o o t op =72÷76 C. Enzyme β.amylase, thường tồn tại trong hạt đại mạch chín ở dạng liên kết cũng như dạng tự do. Trong quá trình ươm mầm, hoạt tính sẽ tăng dần đều trong trong 7÷8 ngày, riêng hoạt tính của Enzyme β.amylase tự do tăng 3÷4 lần. Với với sự tham gia của enzyme này, tinh bộ hạt đại mạch sẽ bị cắt thành đường o o maltose và destrin, với pHop= 5,5÷5,8 và t op =55÷60 C.Enzyme amilophostase khơng cĩ trong hạt đại mạch chín. Nhưng enzyme này được hình thành sau ngày thứ 2 của quá trình ươm mầm, sau 8 ngày sẽ đạt cực đại. enzyme này sau khi sẽ được hoạt hĩa tăng lên khoảng 150÷200 lần. Cơ chất tác dụng cảu nĩ là tinh bột đại mạch giải phĩng ra đường maltose cùng với acid phosphoric trong hạt malt. + Hệ enzyme protease: trong hạt đại mạch, tồn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên két, hầu như khơng hoạt động. Song, khi chuyển sang giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính chung của hệ enzyme protease đã tăng nhanh, và thường đạt cực đại sau ngày thứ năm của quá trình ươm mầm. Sự tăng của ưnzyme này phụ thuộc vào giống đại mạch và điều kiệ ươm mầm. điều kiện tối ưu của enzym này là o o pHop= 7,3÷8,0 và t op =45÷50 C. như vậy, các điều kiện về nhiệt độ và pH trong thời gian ươm mầm khơng thuận lợi cho hệ enzyme này nối chung. - phương pháp ươm mầm: + hiện nay trên thế giới cĩ nhiều phương án ươm mầm theo phương pháp thơng giĩ, tùy thuộc vào điều kiện mỗi nơi mà chọn lựa phương án lựa chọn khác nhau như: ươm mầm thơng giĩ trong hộp ươm mầm thơng giĩ trong thùng quay ươm mầm thơng giĩ liên tục + về nguyên tắc ươm mầm theo phương pháp thơng giĩ: ươm mầm thơng giĩ được tiến hành bằng cách thổi luồng khí đã được điều hịa (to, W) trực tiếp vào lớp hạt. khơng khí sau khi qua bộ phận điều hịa sẽ được làm sạch bụi, vi sinh vật, hạ nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ trong lớp malt từ 2÷3oC và độ ẩm bão hịa hơi nước đạt đến 98÷100%. Nhờ khơng khí được thổi qua lớp malt từ dưới lên trên tuần hồn, liên tục, o mà malt được ươm trong điều kiện O2, t , và W thích hợp nhất, kết quả là malt luơn cĩ chất lượng ổn định và ta cĩ thể kiểm sốt được các yêu cầu chất lượng của malt. 4.3 - Sấy malt. Sấy malt tươi là giai đoạn cuối cùng của malt hĩa đại mạch, đây là quá trình cơng nghệ cần thiết nhằm thu nhận được malt thành phẩm cĩ đầy đủ tính chất và tiêu chuẩn về chất lượng. - Sấy malt tươi nhằm mục đích: malt tươi luơn cĩ một lượng ẩm khá lớn (W=40%), trong kgi phải chấm dứt sớm sự phát triển của hạt malt ( sự phát triển của chồi và rễ ) để hạn chế tối đa tổn thất chất khơ của hạt, giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đi xa khơng làm giảm xút chất lượng malt, do đĩ phải tiến hành sấy malt tươi. Tuy nhiên để vệc sấy malt tươi đạt hiệu quả tốt nhất cần phải nhận rõ mục đích phải đạt đến là: - Tách triệt để độ ẩm tự do trong hạt malt. - Bảo tồm được haọt tính cảu enzyme. 18
20. - Thơng qua chế độ sấy khác nhau, ta thu được những loại malt cĩ yêu cầu chất lượng khác nhau để đáp ứng cho việc sản xuất ra các loại bia cĩ chất lượng khác nhau. - Diễn ra một loạt các quá trình tạo thành hương,vị và tăng cường độ màu của sãn phẩm. Quan trọng nhất trong sấy malt là tạo melenoidin- một hỗn hợp bao gồm nhiều hợp chất, là yếu tố quan trọng chi phĩi chất lượng bia vàng và là nhân tố quyết định về hương vị, màu sắc, khả năng tạo và bọt bia đen. - Các giai đoạn trong quá trình sấy malt tươi: + Giai đoạn sinh lý: ở giai đoạn này nhiệt độ sấy sẽ tăng dần lên 45oC, hàm lượng nước trong hạt sẽ hạ dần về khoảng 30%. Điều kiện độ ẩm và nhiệt độ như vậy sẽ rất phù hợp cho sự phát triển về sinh lý của hạt mầm, đồng thời một số enzyme thủy phân cũng bắt đầu hoạt hĩa trở lại, tác động đến nội nhũ làm cho mầm tăng thêm một ít đường và acid amin. + Giai đoạn sinh hĩa: giai đoạn này nhiệt sấy malt tăng dần từ 45-70oC. Các biến đổi sinh lý bắt đầu dừng lại, các enzyme thủy phân vẫn tiếp tục hoạt động song yếu dần, đặc biệt là đối với malt vàng vì lúc này độ ẩm trong malt đã hạ về khoảng 10%. Tuy nhiên đối với malt đen thì độ ẩm ở giai đoạn này chỉ mới hạ về khoảng 20÷30%, cùng với nhiệt độ 45÷70oC rất thích hợp cho các enzyme thủy phân hoạt động tốt. Do vậy, sự phân hủy nội chất của malt đen thường sâu xa và dẫn đến hàm lượng đường và acid amin cao hơn trong malt vàng. + Giai đoạn hĩa học: giai đoạn này, nhiệt độ tăng dần lên khoảng 75÷105oC. Khi nhiệt độ >70oC, các quá trình tác động của enzyme bị hấp phụ bởi các chất keo của hạt malt, chúng chuyển dần về dạng liên kết với các phân tử khác của hạt malt, trở về trạng thái “nghỉ tĩnh”. Một số enzyme kém chịu nhiệt sẽ bị biến tính như: pectindase, sitase, phytase, Do tăng dần nhiệt lên cao, hàm lượng nước trong malt sẽ giảm về tối thiểu, khi đĩ trong hạt malt sẽ xảy ra các biến đổi hố học chủ yếu là tạo nên các hợp chất màu, mùi thơm và vị đặc trưng cho malt. Phản ứng hĩa học đặc trưng là phản ứng tạo thành các sản phẩm melanoidin. Vai trị của các hợp chất melanoidin trong cơng nghệ sản xuất bia là rất lớn: chúng tạo cho bia cĩ màu và mùi thơm đặc biệt, do khả năng hoạt động bề mặt mạnh nên chúng là những chất cĩ khả năng tạo bọt tốt. Chúng cịn đĩng vai trị bảo vệ các chất keo, ngăn cản sự kết tủa của các chất keo khơng bền vững (như protein). Ngồi ra chúng cịn khả năng khử mạnh, làm tăng tính chất bền vững của bia, chống lại hiện tượng đục bia do oxy hĩa. Vì lượng melanoidin trong bia đen nhiều hơn do vậy tính chất này được thể hiện trong bia đen rõ hơn trong bia vàng. 19
21. 4.4 - Tách mầm, rễ malt. - Trong thành phần hĩa học của rễ malt chứa nhiều hợp chất thuộc nhĩm acid alkaloid. Nếu những hợp chất này tồn tại trong bia sẽ gây nên những vị đắng rất khĩ chịu. Mặt khác, một số thành phần hĩa học trong rễ malt là nguyên nhân gây nên nhiều rượu bật cao trong quá trình lên men bia, đồng thời loại bỏ sự hút ẩm (rễ, mầm), ngăn ngừa sự hút ẩm trở lại sau khi sấy. - Quá trình tách mầm được tiến hành ngay sau khi malt vừa ra khỏi lị sấy. Lúc này mầm và rễ ở trạng thái khơ, dịn, rất dễ gãy nếu để nguội mầm và rễ sẽ hút ầm, trở nên dai khĩ tách khỏi hạt malt 4.5 - Bảo quản malt. Malt khơ sau khi sấy tách mầm, rễ cần được bảo quản tồn trữ ở nhiệt độ thấp (≤20oC), thống và khơng khí khơ. Thời gian bảo quản tối thiểu là 4 tuần và tối đa là 2 năm. Phải theo dõi thường xuyên nhiệt độ và khơng khí trong kho để theo dõi biến đổi chất lượng malt trong thời gian bảo quản. 4.6 - Chỉ tiêu đánh giá chất lượng malt khơ. - Tỉ lệ thu hồi malt khơ: 100kg đại mạch cĩ w=15% sẽ sản xuất được 75÷78kg malt khơ cĩ w=2÷4% - Kiểm tra cảm quan: + Màu: malt vàng cĩ màu vàng rơm, malt đen cĩ màu sẫm hơn, vỏ malt phải ĩng ánh, kích thước và hình dáng phải giống như hạt đại mạch khơ. + Mùi và vị: phải đặt trưng cho từng loại malt, khơng cĩ mùi lạ, nếu cĩ mùi chua hoặc mốc chứng tỏ malt cịn ẩm. + Về đơ sạch: khơng lẫn tạp chất, hạt khơng bị vỡ (lượng hạt vỡ tối đa là 15%), lượng hạt bệnh tối đa là 1%, lượng hạt khơng nảy mầm tối đa là 5%. - Chỉ số cơ học: + Đối với malt rất nhẹ: 480÷500g/l + Loại nhẹ:500÷530g/l + Trung bình: 530÷560g/l + Loại nặng≥560g/l. + Trọng lượng tuyệt đối malt là từ 28÷38g/1000 hạt. - Thành phần hĩa học: + Độ ẩm malt (vừa sấy xong)<4,5% và trong bảo quản tốt cho phép w<7%. + Thời gian đường hĩa của malt vàng là 10÷20 phút ở 70oC, malt đen là 20÷30 phút ở 70oC. + Chất hịa tan trung bình là 65÷82% chất khơ. + Hàm lượng maltose của malt vàng là 70% chất hịa tan, malt đen 59÷65% chất hịa tan. + Độ axit: PH đường hĩa từ 5,5÷6,5. + Những thành phần chính của malt khơ (% chất khơ): . Tinh bột: 58% . Pentose hịa tan 1% . Hexozan và pentozan khơng tan: 9,0% . Xenlulose: 6,0% 20
22. . Sacarose : 5% . Đường khử: 4,0% . Protein(n*6,25): 10,0% . Protein hịa tan: 3,0% . Chất béo: 2,5% . Chất tro: 2.5% Bảng2.2 : Chỉ tiêu chất lượng malt của nhà máy bia Sài Gịn STT Tên chỉ tiêu kiểm tra Đơn vị Yêu cầu 1 Độ ẩm % 4  5 Độ hịa tan trên chất khơ xay 2 % > 80 nhuyễn Chênh lệch giữa xay thơ và xay 3 % 1,2 1,8 nhuyễn 4 Hoạt lực WK 290  320 5 Protein tổng cộng % 10 12 Cỡ hạt > 2,5mm 85 6 % Cỡ hạt < 2,5mm 1 7 Độ trong %NEPH 2,5 8 Thời gian đường hĩa Phút < 15 9 Độ màu 0EBC 3,0  4,5 10 pH 5,6  6 11 Protein hịa tan % 4  4,7 12 Chỉ số Kolbach 38  42 21
23. III - HUBLON. Houblon thuộc họ dây leo, sống lâu năm (30÷40 năm), cĩ chiều cao trung bình 10- 15m. Hiện nay trên thế giới đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác nhau. Loại thực vật này chỉ thích hợp với khí hậu ơn đới nên được trồng nhiều ở Đức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc, Hoa houblon cĩ hoa đục và hoa cái riêng biệt cho từng cây, trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Hoa đực khơng được sử dụng vì nĩ rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất đắng cũng rất kém. Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản đứng thứ 2 (sau đại mạch) của cơng nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia cĩ vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng làm tăng khả năng tạo và giữ bền bọt, làm tăng độ bền keo và độ ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. do những đặc tính cực kì đặc biệt như vậy nên hoa houblon vẫn giữ một vai trị độc tơn và là nguyên liệu khơng thể thay thế trong ngành sản xuất bia. III.1 - Thành phần hĩa học hoa houblon: Bảng2.3 thành phần hĩa học hoa houblon Thành phần Tỉ lệ (%) Thành phần Tỉ lệ(%) Nước 10÷13 Axit amin 0,1 Tổng chất đắng 15÷21 Protein (N*6,25) 15÷21 Tinh dầu thơm 0,5÷1 Chất béo 3 Tanin 2,5÷6 Tro 8 Đường khử 2 Cellulose,lignin và những 40 chất cịn lại Pectin 2 1.1 - Chất đắng Vai trị trong cơng nghệ sản xuất bia là rất lớn. Chất đắng tạo cho bia cĩ vị đặc trưng và dễ chịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hịa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chúng cĩ hoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia cĩ khả năng giữ bọt lâu. Chúng cịn cĩ tính kháng khuẩn do đĩ làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm. - á-axit đắng (humulon): 90% độ đắng của bia là á-axit đắng, bao gồm humulon và các đồng phân của nĩ.á-axit đắng gây đắng mạnh nhưng kháng sinh rất yếu. - â-axit đắng (lupulon) bao gồm lupulon và các đồng phân đi kèm của nĩ. â-axit đắng gốc đắng yếu hơn á-axit đắng nhưng tính kháng sinh mạnh hơn do đĩ phải sử dung kết hợp cả á-axit đắng và â-axit đắng . - Nhựa mềm: là các polyme acid đắng chúng cĩ khả năng tạo ra lực đắng cao hơn â-axit đắng đây là chất rất cĩ giá trị của chất đắng. - Nhựa cứng: là polyme của acid đắng nhưng mật độ cao hơn nhiều so với nhựa mềm. Chất này khơng tan trong nước và dịch đường do đĩ khơng cĩ giá trị trong sản xuất bia. 22
24. 1.2 - Tanin Với hàm lượng trung bình 4% trọng lượng hoa, tanin cĩ một vai trị nhất định trong quy trình cơng nghệ, từ đĩ cĩ ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp chất lượng bia. Trong quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon. Trước hết tanin được chiết trích dưới dạng hịa tan, sau đĩ với điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài chúng sẽ bị oxy hĩa và trùng ngưng với các mức độ khác nhau, các phân tử trùng ngưng sẽ hình thành mối liên kết đẳng điện với các phân tử protein trong dịch đường hình thành những phức tanin- protein, tạo ra kết tủa nĩng trong quá trình này. Mặt khác, với một dạng phức tương tự nhưng với trọng lượng nhỏ hơn khơng kết tủa với điều kiện nhiệt độ cao, khi hạ nhiệt độ xuống thấp chúng sẽ kết tủa lại, tạo ra liên kết tủa nguội trong dịch đường. Từ đĩ ta nhận thấy rằng, tanin một mặt cĩ ảnh hưởng tốt đến quá trình cơng nghệ, giúp cho dịch đường trong nhanh và kết tủa các thành phần protein khơng bền, làm tăng độ bền vững của keo bia. Song mặt khác tanin cũng làm kết tủa cả những phần protein bền, dẫn đến chỗ làm giảm khả năng tạo bọt của bia. 1.3 - Tinh dầu Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm 0,17÷0,65% trọng lượng hoa. Tinh dầu hịa tan trong dịch đường, tồn tại trong bia và tạo cho bia mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu. Tinh dầu thơm là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc khơng màu cĩ mùi thơm rất lạ nhưng hịa tan rất yếu trong nước (0,4mg/l), khĩ hịa tan trong cồn thấp nhưng hịa tan hồn tồn trong cồn nguyên chtấ và este. Đa phần cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt dộ phịng do đĩ trong thời gian đun sơi dịch đường với hoa houblon, cĩ đến 98% lượng tinh dầu thơm bay ra ngồi chỉ cịn 2% tồn tại trong bia. 1.4 - Giá trị chất lượng hoa houblon: Bảng2.4. giá trị chất lượng hoa houblon Chỉ số Loại 1 Loại 2 Loại 3 Màu hoa Vàng dến vàng ĩng Vàng lục Vàng xanh đến vàng Màu hạt lupulin Vàng, vàng ĩng ánh Vàng, vàng sẫm Vàng sẫm Mùi Thơm dễ chịu, đặc Thơm, khơng cĩ Hơi nồng trưng mùi tạp chất khác Cánh hoa To, đều, chắc, Cánh cĩ thể bị rách, Ránh nhiều, nhiều khơng bị rách cĩ chấm đỏ cà phê chấm đỏ cà phê % tạp chất ≤1,75 ≤3 ≤9 %bệnh hoa 0 15 >12 >10 % tro ≤10 ≤11 ≤12 % ẩm <13 <13 <13 23
25. III.2 - Chế phẩm houblon - Sử dụng hoa houblon nguyên cánh trong sản xuất bia cĩ ưu điểm là bảo đảm được chất lượng tốt nhất. nhưng hoa hái về phải bảo quản trong kho khơ ráo, tối và cĩ nhiệt độ thấp, vì những thành phần hữu ích của hoa rất dễ bị oxy hĩalàm giảm dần giá trị chất lượng. Để hạn chế sự giảm sút chất lượng này, trước hết phải đảm bảo trong kgo cĩ W<13%. Đồng thời hạn chế tác động xấu của độ ẩm khơng khí, nhiệt độ và ánh sáng mặt trời. Thường người ta xây dựng kho bảo quản cách nhiệt, thật tối, và thường xuyên thơng thống kho bằng khơng khí khơ, lạnh, giữu nhiệt độ kho 0,5÷2oC . Do đĩ sử dụng dạng này khơng kinh tế và gặp khĩ khăn trong cơng tác vận chuyển cũng như sử dụng lâu dài. - Dạng hoa cánh khơ: hoa được sấy w<13%, sau đĩ được ép chặt thành bánh bọc kín trong các loại giấy đặc biệt mà khơng khí khơng thể thẩm tích qua được, đồng thời cĩ thể nạp thêm khí trơ để ngăn chặn tối đa tình trạng giảm chất lượng do bảo quản. - Dạng hoa houblon hạt, viên để sử dụng thuận tiện dỡ tốn kém trong thời gian bảo quản và vận chuyển, người ta nghiền nát cánh hoa khơ thành dạng bột. Sau đĩ cho qua máy ép viên định hình để thu gọn và được bọc trong giấy đặc biệt cĩ nạp thêm khí trơ như hoa cánh khơ. Giá trị chất lượng được tính theo α-axit đắng của hoa cánh và hoa viên như nhau. Song hoa viên cĩ hiệu quả sử dựng cao hơn nên tiết kiêm tốt hơn. - Cao hoa houblon: là hỗn hợp các chất đắng được chiết tách từ hoa và đem cơ đặc lại. Hàm lượng axit dắng chiếm 50%. Tuy nhiên khi chỉ dùng loại này ta khơng trích ly được polyphenol. Khơng cĩ lợi cho độ bền của bia nhưng chất lượng chất đắng được bảo quản tốt hơn, đồng thời việc sử dụng khi nấu với dịch đường sẽ thuận lợi và hiệu quả hơn nhiều. Thơng thường giá trị sử dụng trong 1kg cao hoa tương đương 5÷6kg hoa cánh hoặc hoa viên. IV – MEN BIA: Đã từ lâu, trong ngành sản xuất bia, các giống nấm men đựơc chia thành 2 nhĩm: a- nhĩm nấm men nổi với các đặc tính : - Nhiệt độ lên men: 10÷25oC - Lên men mạnh, quá trình lên men xảy ra trên bề mặt của mơi trừơng. - Khi quá trình lên men kết thúc, các tế bào kết chùm, chuỗi, tạo thành lớp dày trên bề mặt cùng với bọt bia, bia tự trong chậm. - Khả năng lên men đừơng tam (rafinase) kém (chỉ đạt 33%). b- Nhĩm nấm men chìm với các đặc tính: - Nhiệt độ lên men:0÷10oC - Quá trình xảy ra trong lịng mơi trừơng nên khả năng lên men tốt. - Cĩ khả năng lên men hồn tồn (vì cĩ thể lên men đường rafinosse hồn tồn). - Khi lên men xong, các tế bào kết thành chùm hoặc chuỗi kết lắng xuống đáy thùng lên men rất nhanh, nhờ vậy bia chĩng tự trong hơn hên men nổi. Hiện tại nha máy bia sài gịn sử dụng nấm men chiềm Saccharomyces carlsbergensis được Hasen phân lập năm 1833 với đầy đủ các đặc tính của chủng nấm men chiềm và nhiều ưu điểm vuợt trội: 24
26. - Lên men mạnh trong lịng mơi trường; khi hết nguồn cacbon trong mơi trường, cĩ xu hướng kết chùm, chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm trong bia nhanh. - Lên men được glucose, mannose, galactose, fructose, saccharose, malttose. - Đặc biệt rafinose và các dextrin đơn giản, lên men tốt, thậm chí ở nhiệt độ thấp từ 6÷10oC (các giống khác khơng cĩ khả năng này). - Khơng lên men được các đường: lactose, inulin, kxilose, arabinose, cellobiose, manit, socbit - Ngồi ra chủng nấm men này cịn cĩ khả năng tái sử dụng tốt (6-8 đời), tỷ lệ tế bào chết <10%. - Hiện nay đựoc sử dụng khá phổ biến ở các nhà mày bia trên thế giới. Sinh sản tốt ở 8-25oC. Ở nhiệt độ thấp (2÷8oC) chúng sinh sản chậm, nhưng vẫn lên men mạnh vì khả năng tạo bào tử của nấm men này yếu. Trong mơi trừơng cĩ đầy đủ vitamin (đặc biệt là vitamin B6) chúng sẽ phát triển tốt nhưng ảnh hưởng của từng loại vitamin lên nấm men là khơng giống nhau. Khả năng kết lắng của nấm men phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấu tạo thành tế bào nấm men, hàm lựơng nitơ hịa tan trong mơi trường, nhiệt độ, trị số diện tích điện của tế bào và PH của mơi trường (thường 8,0÷4,0). V - CÁC CHẤT PHỤ GIA TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Trong cơng nghệ sản xuất bia, ngồi những nguyên liệu khơng thể thiếu được như malt, houblon, men, người ta cịn dùng đến một số nguyên liệu hay hĩa chất phụ. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, cơng nghệ, mà những nguyên phụ liệu hoặc các hĩa chất này được sử dụng với hàm lượng khác nhau, gọi chung những dạng này là phụ gia và chia thành hai nhĩm chính: V.1 – Nhĩm phụ giai trực tiếp Gồm tất cả những nguyên liệu và hĩa chất cĩ mặt trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm sốt chặt chẽ với hàm lượng cho phép. Các hĩa chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nước cơng nghệ như HCl, Al2(SO4)3.16H2O, CaSO4, . . . . Các hĩa chất đưa vào để ngăn chặn quá trình oxy hĩa những thành phần trong bia như acid ascorbic, H2O2, . . . Các hĩa chất dùng để điều chỉnh ph như: H2SO4, acid lactic, CaCl2 . . . Chất tạo màu cho bia: caramen. V.2 – Nhĩm phụ gia gián tiếp Nhĩm này gồm tất cả nguyên liệu và hĩa chất được sử dụng trong quy trình cơng nghệ nhưng khơng được phép cĩ mặt trong sản phẩm. Các bột trợ lọc: PVPP, kizelgua, . . . Các hĩa chất để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng như: H2SO4, KmnO4, NaOH . . . Các chất được dùng như tác nhân làm lạnh NH3, glycol, nước muối 25
27. VI – THẾ LIỆU Trong sản xuất bia việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện chủ quan và khách quan, cĩ thể nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm tạo ra các sản phẩm bia cĩ mức chất lượng khác nhau. Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm, theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng. Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid mà từ đĩ dưới tác dụng của enzyme trong malt, glucid của thế liệu sẽ chuyển hĩa thành đường hịa tan. Vì vậy các loại ngũ cốc được chọn làm thế liệu trong sản xuất bia. Khi sử dụng thế liệu chất lượng của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp dến chất lượng bia (màu sắc, mùi vị). Vì vậy phải quan tâm đến thành phần hĩa học của thế liệu. * Trong nhà máy bia sài gịn hiện nay sử dụng thế liệu là gạo (chiếm 30%) do gao cĩ những ưu diểm sau: + Cĩ sẵn trong nước với giá rẻ và chất lượng cao + Do hàm lượng glucid và protein khá cao, khả năng chuyển hĩa thành chất hịa tan tốt, cĩ thể đạt 90% chất khơ. Thực tế và thực nghiệm đã cho ta thấy cĩ thể thay thế gạo cho malt đến 50% ( nếu malt cĩ hoạt tính enzyme tốt). Thành phần hĩa học của gạo . Hàm lượng tinh bột: 77,8% . Họp chất nitơ: 7,9% . Hàm lượng chất béo 0,5%/cellulose của vỏ lụa: 0,5% . Chất tro: 0,7% . Độ ẩm: 12.6% Chỉ tiêu chất lượng gạo dủng để sản xuất bia: . Hạt phải sạch, khơng cĩ tạp chất, khơng cĩ hạt mốc, mùi hơi. . Màu sắc phải đồng đều, w<12% Ngồi ra ở một số nơi cĩ sử dụng thế liệu khác như: Bắp được sử dụng ở các nước châu Phi hoặc Mỹ La Tinh, vì trong bắp cĩ hàm lượng lipid cao nằm trong phơi vì vậy cần phải tách bỏ phơi và vỏ hạt. Đại mạch: được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Bắc Mỹ hoặc một số nước trồng được đại mạch. Gạo mì: do đặc tính của gạo mì khơng cĩ vỏ trấu như đại mạch, mặt khác hàm lượng gluten khá cao, vì vậy muốn dùng gạo mì làm thế liệu cho malt đại mạch thường phải ươm mầm rồi dùng kết hợp với malt. Đậu: hàm lượng tinh bột trong đậu khơng lớn, thường nhỏ hơn 40% trọng lượng, vì vậy trong nấu bia người ta dùng đậu khơng phải ý nghĩa thế liệu cho malt mà với ý nghĩa làm cho bia cĩ khả năng tạo bọt mạnh (trong đậu cĩ chúa nhiều glucozit) là nguồn thức ăn tốt cho nấm men về sau. Ngồi ra trong đậu cịn chứa nhiều vitamin và các chất kích tố tăng trưởng đối với nấm men. Đường saccharose: được sử dụng như một thế liệu cao cấp, đưa trực tiếp dưới dạng tinh thể vào nồi đun với hoa hoặc đưa vào dưới dạng siro trong quá trình chiết bia (đối với một vài loại bia ngọt). 26
28. Phần 3 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA I – SƠ ĐỒ QUY TRINH CƠNG NGHỆ Malt (75%) Gạo (25%) Làm sạch Làm sạch Cân Cân Nghiền Nghiền Đường hóa Hồ hóa Lọc dịch đường Bã Hoa houblon Houblon hóa Lọc hoa houblon Bã hoa Men giống Lắng Làm lạnh nhanh Nhân giống Lên men chính Thu hồi CO Thu hồi men 2 Lên men phụ Xử lý Lọc bia Chai Bão hòa CO2 Xử lý Chiết chai Chiết lon Lon Thanh trùng Thanh trùng Dán nhãn SP bia lon SP bia chai 27
29. II – THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ II.1 – phân xưởng nấu 1.1 – Nguyên liệu ( malt /gạo ). Hầm chứa nguyên liệu: gồm 6 hầm chứa malt, sức chứa 80tấn/hầm và 3 hầm chứa gạo, sức chứa 100tấn/hầm. Đối với hầm chứa malt được chia làm 3 nhĩm để cĩ thể chứa được 3 loại malt khác nhau bao gồm nhĩm hầm 1-8, nhĩm hầm 5-6, và nhĩm hầm 7-9. Hiện nay nhà máy sử dụng hai loại malt khác nhau trong phối trộn nên trong quá trình xay phải điều chỉnh mỗi loại malt cho đúng. 1.2– Làm sạch. Máy tách rác: - Bồn chứa trung gian ở tầng 4 được nối trực tiếp với máy sàng. Máy được đặt nghiêng khoảng 10o so với phương nằm ngang nhằm tạo độ dốc cho nguyên liệu và rác để trượt xuống. - Máy gồm cĩ hai lớp lưới + Lớp trên cĩ lỗ lưới hình trịn, đường kính hkoảng 5mm (đối với gạo) và 8mm (đối với malt). + Lớp dưới cĩ lỗ hình vuơng nhỏ hơn. + Giữa hai lớp lưới này cĩ những viên bi cao su chạy nhằm tránh cho rác và nguyên liệu bị kẹt ở giữa hai lớp lưới. Máy hoạt động nhờ hai mơ tơ điện, khi hoạt động, lưới rung mạnh theo phương nằm ngang. - Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu vào ở đầu cao, do lực rung, nguyên liệu sẽ lọt qua lớp lưới trên, cịn tạp chất lớn sẽ bị giữ lại trên lớp lưới và được đưa ra ngồi. Khi xuống lớp lưới phía dưới, các tạp chất như cát, bột mịn sẽ lợt qua lớp lưới này, sau đĩ nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất này sẽ được hút ra ngồi. Cịn nguyên liệu tốt (vẫn cịn sạn cĩ đường kính tương đương như hạt malt/gạo) sẽ nằm phía trên lớp lưới, từ đây nguyên liệu sẽ được chuyển xuống máy sàng tách sạn ở tầng 3. - Máy cĩ động cơ 0,25kw, hoạt động với năng suất 6 tấn/h. Máy tách sạn : - Máy tách sạn hoạt động theo nguyên tắc khí động và lắc phẳng. Máy bố trí nghiêng so với mặt đất 8÷9o, cĩ mơ tơ điện gắn một đầu tạo độ rung theo chiều dọc. - Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu được đưa vào đầu cao hơn. Khí thổi vào vừa đủ để nâng hạt lên, cịn sạn nặng hơn nằm dưới. Khi sàng rung, nhờ độ rung của sàng, hạt di chuyển về đầu thấp đổ xuống dưới, cịn sạn đi về hướng ngược lại vào thùng chứa. Máy cũng được nối với quạt hút bụi như máy tách rác. - Máy cĩ động cơ 25kw, hoạt động với cơng suất 5 tấn/h. 28
30. 1.3 – Cân Nguyên liệu sau khi làm sạch được đi qua hệ thống cân tự động để định lượng cho mỗi mẻ nấu. Trong nhà máy tỷ lệ gạo là 25% và tỷ lệ malt là 75%. Do đĩ mỗi mẻ nấu thơng thường là 2500kg gạo và 7500kg malt (đối với gạo mỗi lần cân là 14kg, cịn đối với malt là 30kg). 1.4 – Nghiền - Mục đích: phá vỡ cấu trúc tinh bột của hạt, nghiền hạt thành nhiều mảnh nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, giúp cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình hồ hĩa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. - Nguyên tắc chung cho chế độ nghiền : + Đối với gạo: do gạo chưa qua nảy mầm nên cấu trúc tinh bột cịn nguyên vẹn. Mặt khác hệ thống enzyme amylase và protease cĩ trong ngạo rất nghèo lại khơng được hoạt hĩa nên chúng khĩ bị thủ phân. Do đĩ gạo phải được nghiền càng mịn càng tốt, khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme càng cao, hiệu quả thủy phân càng triệt để. + Đối với malt: ngồi việc quan tâm đến kích thước của bột nghiền thì độ nguyên của vỏ trấu cũng rất được quan tâm. Nếu nghiền thơ thì cĩ lợi cho việc lọc bã malt. Lúc này lớp vỏ trấu cũng đĩng vai trị là lớp vật liệu lọc rất tốt. Nhưng nếu nghiền quá thơ thì độ đường hĩa sẽ khơng hồn tồn. Ngược lại nếu nghiền quá mịn thì vỏ trấu sẽ bị nát, khơng tạo được độ xốp cao, bề mặt lớp lọc dễ bị bịt kín, khả năng lọc kém. Ngồi ra khi nghiền quá mịn thì trong quá trình nấu và lọc, các chất trong vỏ trấu sẽ chiết vào dịch nha (tannin, polyphenol, lignin . . .) ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia thành phẩm. - Nguyên tắc hoạt động : + Nguyên liệu sau mỗi mẻ nấu sẽ theo hệ thống gàu tải vào thùng chứa rồi vào máy nghiền búa ở tầng 4. Nguyên liệu sau khi qua máy nghiền nhờ động lực của quạt hút dưới máy nghiền, nguyên liệu được hút qua cửa vào, qua phần gờ hình tam giác. Ở đây giĩ được thổi vuơng gĩc với dịng nguyên liệu, những hạt nguyên liệu nhẹ sẽ thay đổi gĩc rơi, rơi vào thùng nghiền, cịn những hạt sạn và tạp chất nặng sẽ được giữ lại và rơi vào thùng chứa tạp chất của máy. Trước khi vào máy nghiền, nguyên liệu cịn được đi qua nam châm mạnh để hút những mảnh sắt vụn cịn lại trong nguyên liệu. + Nguyên liệu xuống phía dưới bị đập nát bởi các búa đập với tốc độ3000vịng/phút. Máy cĩ hộp đổi chiều, dùng thay đổi chiều quay của búa đập, hạn chế trường hợp búa đâp bị mịn một phía. Máy nghiền cĩ tất cả 71 búa, đước xếp thành 8 dãy, mỗi dãy cĩ 9 búa. Nguyên liệu được nghiền do va đập giữa các nguyên liệu với nhau, do búa đập, do nguyên liệu va đập vào thành máy và do lưới nghiền (đường kính lỗ lưới nghiền gạo là 2÷2,3mm, của malt là 2.2÷2.5mm) . Ngồi ra kích thước hạt sau khi nghiền cịn phụ thuộc vào tốc độ quay của roto. + Bột malt và bột gạo sau khi nghiền được hút vào trong các túi vải nhờ áp lực, khơng khí qua vải theo đường hút ra ngồi. Bột malt và bột gạo được giữ lại trong túi này và theo định kỳ máy tự động rũ bột xuống bởi khí nén. Bột nghiền sau đĩ sẽ được vis tải đưa vào thùng chứa trung gian ở tầng 2. 29
31. + Trong quá trình vận hành, để hạn chế búa bị mịn một bên thì mỗi ngày cơng nhân điều chỉnh đổi chiều quay của búa. Nếu lưới nghiền bị rách mà khơng kịp thay sẽ ảnh hưởng đến độ mịn của bột và từ đĩ ảnh hưởng đến quá trình hồ hĩa, dịch hĩa, đường hố và giảm hiệu suất thu hồi. Do đo, thứ 2 hàng tuần là ngày tổng vệ sinh tồn bộ máy mĩc thiết bị trong phân xưởng nấu. + Trong hệ thống xuất xay, bụi malt thu hồi sẽ được tận dụng để nấu, cịn bụi gạo thì khơng. + Thời gian nghiền xong 2500kg gạo khoảng 45 phút và thời gian nghiền xong 7500kg malt khoảng 105 phút. + Máy nghiền cĩ cơng suất 4tấn/h với động cơ 37kw. 1.5 – Hồ hĩa. Trước khi nhập liêu bột gạo, cho nước vào trước khoảng 18hl H2O nhằm chống cháy malt (lúc này cánh khuấy trong nồi bắt đầu hoạt động). Sau đĩ cho một lượng malt lĩt vào (bằng 10% trọng lượng gạo) và được chia làm hai lần. Lần thứ nhất cho khoảng 53,85% tổng số malt lĩt (140kg malt) giúp cho sự hồ hĩa tinh bột dễ dàng hơn. Vì trong malt cĩ hệ enzyme amylaza, đặc biệt là ở gai đoạn đầu cĩ enzyme α–amylase, enzyme này cắt phân tử tinh bột thành những phần mạch ngắn hơn, làm cho nồi gạo khơng bị vĩn cục, tránh khê, khét. Thời gian xuống malt lĩt khoảng 1 phút. Sau khi xuống malt lĩt xong tiến hành nhập liệu gạo. Gạo và nước được xuống cùng một lúc với áp lực mạnh nhằm hịa tan bột gạo trong nước, tránh hiện tượng gạo bị vĩn cục. Thời gian để xuống hết 2500kg gạo khoảng 12 phút và nhiệt độ của nồi gạo sau khi xong cơng đoạn pha bột gạo, nhiệt độ khoảng 46oC. Do trong cơng thức nấu tỷ lệ bột gạo là 25% nên PH dịch bột tăng lên, do đĩ bổ sung 100ml H2SO4 (2%) để điều chỉnh PH dịch bột về khoảng 5,2÷5,6, là ph tối ưu cho enzime amylase hoạt động, rút ngắn thời gian lọc, nâng cao hiệu suất đường hố, đồng thời làm cho quá trình kết tủa protein sau này triệt để hơn. - Nâng dần nhiệt độ lên khoảng 72oC trong thời gian khoảng 11 phút. Trong khoảng thời gian này hạt tinh bột sẽ bắt đầu hút nước và trương nở lên, làm tăng độ nhớt của dịch bột. Giữ ở nhiệt độ 72oC trong thời gian khoảng 10 phút để tác dụng lên các phân tử amylose và amylopectin. Kết quả là sau một thời gian ngắn, các phân tử polymer của tinh bột sẽ bị cắt thành những phân tử cĩ số gốc glucose ít hơn, tập hợp thành những dạng dextrin khác nhau. Lúc này tinh bột đã được dịch hố một phần. - Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 83oC trong 13 phút và giữ ở nhiệt độ này trong 5 phút để tiếp tục hồ hố tinh bột. Kết thúc giai đoạn này, phần lớn tinh bột đã được hồ hố. Tuy nhiên ở nhiệt độ này phần lơn enzim α-amylaza đã bị vơ hoạt. - Thêm nước để hạ nhiệt độ xuống 72oC trong khoảng 4 phút. Khi thời gian hạ nhiệt độ xuống được 2 phút (khoảng 72oC) thì đồng thời xuống malt lĩt lần thứ 2 cho khoảng 46,15% tổng số malt lĩt (120kg malt) để cung cấp thêm enzyme α- amylaza giúp cho quá trình hồ hố triệt để hơn, vì nhiệt độ tối ưu của enzyme này là (72÷75 oC), làm giảm độ nhớt của nồi cháo, giúp cho quá trinh đun sơi dễ dàng hơn. 30
32. - Tiếp theo nâng nhiệt độ lên 100oC trong thời gian 30 phút (khi nhiệt độ nồi gạo lên 88oC thì nồi malt bắt đầu hoạt động) và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 15 phút để hồ hố hồn tồn tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hố và quá trình lọc sau này. 1.6 – Đường hố: Đường hố là quá trình chuyển tối đa những chất khơng hồ tan dự trữ trong malt, thơng qua các hệ thống enzyme (amylaza, proteaza) cĩ sẵn trong hạt malt bằng con đường thuỷ phân. Mục đích quá trình đường hố: là chiết tối đa các chất cĩ thể hồ tan trong nguyên liệu và thuỷ phân các chất cĩ phân tử lượng cao, tạo thành những chất đơn giản, hồ tan được với nước tạo thành dịch đường hố. Quá trình đường hố: - Khi nhiệt độ nồi gạo lên 88oC, đồng thời lúc này nồi malt bắt đầu hoạt động. Bột malt và nước được phun vào cùng một ống dân với áp lực lớn, nhằm hồ tan bột malt vào nước, tránh hiện tượng vĩn cục. Đồng thời lúc này cánh khuấy bắt đầu hoạt động để bột malt khơng lắng xuống đáy, tránh hiện tượng cháy, khét và chống vĩn cục. Cùng lúc với quá trình pha bột malt, tiến hành bổ sung thêm 0.07%CaCl2.2H2O (5,3kg) nhằm làm mềm nươc và hạ nhiệt độ của nước. Ngồi ra Ca2+ cĩ tác dụng làm tăng tính bền và tăng tính hoạt động của enzim α- amylaza, cải thiện sự kết lắng của nấm men. Ngồi ra cịn bổ sung 5,66kg acid lactic để điều chỉnh pH của mơi trường về pH=5,2÷5,6, thích hợp cho enzyme amylaza hoạt động. Thời gian để pha 7500kg bột malt khoảng 18 phút, khi đĩ nhiệt độ nồi malt khoảng 45oC. - Nâng nhiệt độ lên 50oC trong thời gian khoảng 8 phút và giữa ở nhiệt độ này khoảng 2 phút (tuỳ theo hàm lượng acid amin trong malt mà thời gian đạm hố dài hay ngắn, nhưng thơng thường thời gian này khoảng 0÷30 phút). Trong giai đoạn này xảy ra sự thuỷ phân protein do tác động của enzyme proteaza sẽ diễn ra theo trình tự sau: Protein  albumose  polypeptide  peptone và acid amin . Quá trình thuỷ phân này cĩ ý nghĩa vo cùng quan trọng trong cơng nghệ sản xuất bia. Mặc dù lượng protid và các sản phẩm thuỷ phân của chúng chiếm một lượng rất bé trong chất hịa tan của dịch đường (5-6%) song chúng đĩng vai trị khá quan trọng trong quá trình cơng nghệ, trực tiếp tham gia vào sự hình thành chất lượng bia. Các phân tử protid cĩ phân tử lượng thấp (aminoacid, peptide) là nguồn dinh dưỡng khơng thể thiếu cho nấm men. Các protide cĩ phân tử lượng trung bình (albumose, peptone, polypeptide . . .) sẽ tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt và giúp cho bia cĩ khả năng giữ bền bọt. Tuy nhên các protide cĩ phân tử lượng cao thường là nguyên nhân gây đục bia. Sự thuỷ phân protein trong malt bắt đầu lúc ươm mầm, và trong quá trình đường hố malt quá trình này lại tiếp tục. Giữa hai giai đoạn cĩ sự khác nhau về mức độ sâu xa. Khi nảy mầm, sự thuỷ phân protein thường cho sản phẩm bậc thấp nhiều hơn (peptide và acid amin), cịn ở giai đoạn đường hố chủ yếu tạo nhiều sản phẩm trung gian như albumose, peptone, peptide bậc cao . 31
33. Xúc tác cho sự thuỷ phân protein là hai thành phần chủ yếu của protease, proteinase và peptidase - Sau quá trình đạm hố sẽ chuyên sang cơng đoạn hội cháo từ nồi gạo sang nồi malt, thời gian hội cháo khoảng 7 phút, kết thúc quá trình hội cháo nhiệt độ khoảng 65oC. Giữ ở nhiệt độ này trong thời gian khoảng 15 phút. Đây là nhiệt độ tối ưu đối với hoạt động của enzim β–amylaza. Enzim này sẽ phân cắt tinh bột từng gĩc một, như vậy tạo một lượng lớn maltose và một lượng khơng đáng kể destrin. Lượng maltose này ít hay nhiều tuỳ thuộc vào thời gian dừng lại ở nhiệt độ này. Sau điểm dừng này quá trình đường hố xem như kết thúc, tuy nhiên vẫn cịn một số glucid chịu ảnh hưởng của β–amylaza lên ta tiếp tục nâng nhiệt độ lên nhiệt độ tối ưu của enzim α–amylase để phân cắt tiếp tục tinh bột để quá trình đường hố tốt hơn. - Nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 75oC trong vịng 12÷13 phút và giữ nhiệt độ này trong khoảng thời gian 19 phút. Đây là nhiệt độ thích hợp cho α-amylaza tác dụng lên amylose và amylopeptin của tinh bột tạo thành nhiều gốc glucose và các gốc này sẽ tạo thành những phân tử dextrin khác nhau. Sản phẩm chủ yếu của cơng đoạn này là dextrin (chính các dextrin này sẽ tạo độ keo của bọt, độbền và độ dày của bọt). Đến đây quá trình đường hố kết thúc. - Nâng nhiệt độ lên 760C với mục đích làm giảm độ nhớt của hồ malt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc. Khi nhiệt độ lên đến 760C thì được bơm ngay qua máy lọc. - Trong suốt quá trình nấu, ngồi hai quá trình tinh bột và thuỷ phân protein, do tác động của hai loại enzyme cĩ nhiều trong malt là amylaza và proteaza. Cịn cĩ sự hoạt động của các enzim khác cũng giữ moọt vai trị khơng nhỏ trong sự chuyển hố nguyên liệu là : + Enzym phosphatase: enzyme này phân huỷ các hợp chất phosphate tạo thành acid phosphoric rất quan trọng trong sự hình thành tính đệm của mơi trường (nhiệt độ tối ưu 480C, pH=5.2). + Enzim sitaza: enzyme này thuỷ phân pentozan. - Ngồi ra cịn những biến đổi khơng liên quan đến các hoạt động enzyme như: + Phản ứng trao đổi giữa các muối trong nước và các muối trong nguyên liệu. + Sự tạo thành các melanoid (do các acid amin tác dụng với các chất đường ở nhiệt độ cao) tạo mùi vị cho bia. + Sự tạo tủa lắng protid (do các protid kém chịu nhiệt tủa xuống). 1.7 – Lọc dich đường Lọc là quá trình tách dịch đường ra khỏi bã. Để thu kiệt chất hào tan từ bã sang dịch đượng, quá trình lọc sẽ tiến hành theo hai bước: lọc để tách dịch đường ra khỏ bã và rửa bã. Lọc được tiến hành trên máy lọc khung bản, nhiệt độ dịch lọc 760C vì nhiệt độ này là yêu cầu tối ưu về độ nhớt và tạo điều kiện cho α-amylaza tiết tục hoạt động, tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền malt, mức độ phân hủy malt, cấu 32
34. tạo màng lọc . . . Ngồi lớp nguyên liệu lọc, bã malt và đặc biệt vỏ trấu hình thành một lớp trợ lọc rất tốt . Nước nha được bơm trải đều thành các lớp lọc trong máy lọc, các lớp cặn bã được giữ lại trên lớp bể lọc, chỉ cĩ nước nha trong đi qua, chảy ra đường ống hứng và được bơm lên thùng trung gian. Lúc đầu nước nha cịn được cho hồn lưu lại. Sau đĩ tiến hành rửa bã, nước rửa bã là nước trong, nhiệt độ 75÷780C, nếu dùng nước nĩng hơn sẽ làm enzym amylaza bị vơ hoạt , tinh bột sĩt đã bị hồ hĩa nhưng khơng đường hĩa được, dẫn đến dịch đường bị đục và sau này làm cho bia khĩ trong. 1.8 – Houblon hĩa Từ thùng trung gian dịch đường được chuyên sang nồi đun. Sau đĩ nâng dần nhiệt độ nồi đun lên 960C, tiến hành cấp houblon lần 1 khoảng 1.509% (22.34kg houblon cao và 28.63kg houblon viên) tổng số gạo và malt. Đồng thời với quá trình cấp houblon lần 1, tiến hành nâng nhiệt độ lên 100.4oC và giữ ở nhiệt độ này trong suốt quá trình cấp houblon, thời gian cấp houblon lần 1 khoảng 50 phút. Trong quá trình cấp houblon được khoảng 45 phút thì bổ sung acid lactic để điều chỉnh pH. Đồng thời kiểm tra độ balling, nếu như khơng đạt 13o balling thì phải tăng thời gian đun sơi hoặc giảm bớt lượng nước rửa. Mục đích chính của quá trình houblon hố lần 1 là: - Trích ly chất đắng, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào trong dịch đường. - Làm ổn định thành phần của dịch đường, đưa dịch đường về nồng độ (13oballing), tạo cho bia cĩ mùi vị của hoa houblon. - Làm keo tụ phần lớn protein bất ổn định và các chất khơng hồ tan khác của dịch đường, tạo nên “tủa nĩng” và lắng xuống đáy nồi đun sơi. Làm tăng độ bền keo và thành phần sinh học của bia được ổn định. Tuy nhiên, những chất chát (tanin) khơng bị oxy hố cũng tạo thành phức với protein, tồn tại trong dịch đường dưới dạng “tủa nguội”. Đây chính là nguyên nhân làm cho bia thành phẩm bị đục. - Vơ hoạt tồn bộ hệ thống enzim và vơ trùng dịch đường tạo điều kiện cho quá trình lên men. - Quá trình đun sơi kéo dài xảy ra phản ứng caramen, tạo ra màu vàng đặc trưng cho bia vàng. Sau khi kết thúc quá trình cấp houblon lần 1, tiến hành cấp houblon lần 2 khoảng 0.1284% (12.84kg houblon viên) tổng số nguyên liệu gạo và malt. Thời gian cấp houblon lần hai rất ngắn chỉ khoảng 5 phút. mục đích chính của quá trình cấp houblon lần 2 là: trích ly tinh dầu trong hoa houblon viên. Vì trong quá trình đun sơi, phần lớn (77÷88%) tinh dầu sẽ bị khuyếch tán trong hơi nước và bay ra ngồi, phần cịn lại cĩ nhiệt độ bay hơi cao hơn, sẽ tồn tại trong dịch đường và sau đĩ tiếp tục mất đi trong quá trình lên men ( cĩ thể đến 90 ÷ 96% ), tồn tại một lượng rất nhỏ ở dạng khá bền và gây cho bia mùi thơm đặc trưng. 33
35. Sau khi cấp hoablon lần 2 xong, tiếp tục đun sơi khoảng 20 phút nữa thì kết thúc quá trình hoablon hĩa. Tổng thời gian houblon hĩa là 75 phút, bao gồm 70 phút đun sơi và 5 phút cấp houblon lần 2. 1.9 – Giản đồ nấu GIẢN ĐỒ NẤU BIA SÀI GÒN nhiệt độ (oC) 110 malt lót lần 2 100 100 100.8 88 80 83 malt lót 72 72 75 76 lần 1 65 60 46 50 malt 45 40 gạo 20 0 thời gian (phút) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Hình 3.4. Giản đồ nấu II.2 - Phân xưởng lên men 2.1- Lắng trong và làm lạnh nước nha 2.1.1- Lắng trong -Sau khi kết thúc quá trình đun sơi, nước nha được bơm sang thùng lắng cặn nhằm mục đích tách cặn và tủa nĩng. -Dịch nha ở 98OC được bơm vào thùng theo chiều tiếp tuyến sát thành thùng nhằm tạo ra lực xốy hướng tâm, khi đĩ cặn và các chất khơng tan sẽ xốy vào giữa thùng theo hình nĩn (thời gian cho quá trình bơm là 20÷25 phút). Sau khi bơm xong để lắng 25÷35 34
36. phút nhằm ổn định dịng xốy và tạo điều kiện cho cặn kết tủa xuống. Sau đĩ tiến hành chiết rút. Thời gian chiết rút khoảng 25÷30 phút. Hệ thống gồm hai thùng lắng cĩ thể tích là 600hl. 2.1.2- Làm lạnh dịch nha Mục đích: đưa nhiệt độ về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men theo yêu cầu kỹ thuật đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình bão hịa O2. -Phải tiệt trùng đường ống trước khi làm lạnh. Trước tiên cho NaOH (2÷2,5%) hoặc acid (0.5%) qua đường ống trước sau đĩ rửa lại thật sạch bằng nước sạch. Trước khi bơm dịch nha tiến hành rửa lại đường ống bằng nước nĩng. -Nhà máy sử dụng thiết bị hạ nhiệt khung bản để làm lạnh nước nha Cấu tạo và vận hành thiết bị khu v? 1 khu v? 2 khu v? 3 khu v? 4 d?ch du?ng nu?i d?ch du?ng nĩng Hình 3.5. Cấu tạo thiết bị làm lạnh dịch nha Máy gồm các tấm thép khơng gỉ ghép lại với nhau thành một khung, các tấm này cĩ lỗ vào và các khe hở ở 4 gĩc để dịch nha đi qua các tấm cao su cĩ cấu tạo đặc biệt, ở giữa các tấm tạo ra 2 phần đặc biệt: một phần dịch nha đi qua và một phần tác nhân lạnh đi ngược chiều với dịch nha. Máy được chia làm 4 vùng: + Vùng 1: hạ nhiệt độ xuống 70oC, tác nhân lạnh là nước. + Vùng 2: hạ nhiệt độ xuống 50oC, tác nhân lạnh là nước. + Vùng 2: hạ nhiệt độ xuống 30o C, tác nhân lạnh là nước. + Vùng 2: hạ nhiệt độ xuống 6÷8oC, tác nhân lạnh là nicol -Sau khi nước nha được làm lạnh theo đúng yêu cầu kỹ thuật được bão hịa O2 nhằm đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men. Hàm lượng bão hịa là 5÷6mgO2/l nước nha. 35
37. 2.2- Nhân men giống -Quá trình nhân men giống nhằm chuẩn bị lượng men giống ban đầu cần thiết. Đồng thời hoạt hĩa tính năng của nấm men SƠ ĐỒ NHÂN GIỐNG MEN Nấm men giống Nhân giống trong phịng thí nghiệm Nhân giống trong phân xưởng Nấm men sản xuất nu?c r?a áp k? dèn kính quan sát nu?c r?a áp k? dèn kính quan sát du?ng vào men du?ng vào men du?ng vào men du?ng vào men du?ng ra men du?ng ra men hệ thống lên men trong phân xưởng 36
38. Trong nhà máy sử dụng hệ thống gây men 2 bình: + Bình nhỏ: 430kg,ở áp suất 0,5atm + Bình lớn: 3200kg - Nước nha nĩng sau khi lắng cặn sẽ được bơm vào bình gây men nhỏ và được đun sơi đến 100oC nhằm mục đích thanh trùng cơ chất. Sau đĩ hạ dần nhiệt độ xuống 15oC và tiến hành cấy men giống. Giữ ở nhiệt độ này trong suốt quá trình gây men vì đây là quá trình thích hợp cho quá trình lên men và tạo điều kiện cho nấm men thích nghi dần với điều kiện lên men chính. + O2 được cung cấp tự động và máy cung cấp O2 được cài đặt sẵn: cứ chạy 5 phút thì nghỉ 3 phút, mỗi lần chạy cung cấp khoảng 33g O2 + Bình gây men hoạt động ở áp suất 0,5atm + Thời gian gây men trong bình gây men nhỏ khoảng 3 ngày - Sau khi gây men xong ở bình nhỏ sẽ được gây men ở bình lớn đã chứa 280kg dịch nha. Bình gây men lớn hoạt động tương tự như bình gây men nhỏ và sau 3 ngày sẽ được đem đi cấy vào bồn lên men chính. 2.3-Lên men chính 2.3.1- Mục đích Quá trình lên men chính nhằm chuyển hĩa đường trong dịch nha thành ethanol, carbondioxide cùng với các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men. 2.3.2-Phương pháp lên men - Nhà máy sử dụng phương pháp lên men gián đoạn. Đây là hình thức lên men cổ điển và cĩ tính truyền thống, dễ thực hiện, dễ kiểm sốt và dễ điều hành vì đã cĩ nhiều kinh nghiệm được tích lũy. Đặc biệt sử dụng phương pháp này chất lượng bia khá ổn định, ít gặp sự cố kỹ thuật 1 Ống gắn đèn 4 Cửa quan sát 2 Van an tồn 5 Áp kế 3 Ống thĩat CO2 6 Nhiệt kế 37
39. 7 Lỗ chui người (làm vệ sinh) 8 Ống xả đáy 9 Hệ thống làm lạnh 10 Ống nước muối ra 11 Ống nước muối vào 38
40. Hình 3.6. cấu tạo tank lên men - Thiết bị là một khối hình hộp chữ nhật bằng thép dày 5mm bên trong cĩ tráng men và cĩ hệ thống ống lạnh chạy xung quanh. Thể tích mỗi bình khoảng 330÷360hl. 2.3.3-Các biến đổi trong quá trình lên men chính 2.3.3.1-Biến đổi sinh học -Giai đoạn sinh trưởng hiếu khí: Đây là giai đoạn đầu của quá trình lên men. Ở giai đoạn này nấm men nảy chồi và phát triển rất nhanh, đạt cực đại là ở cuối ngày thứ 3 đồng thời là sự giảm nhanh nồng độ chất hịa tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng dần và sự xuất hiện của nhiều bĩng khí to phủ kín bề mặt dịch nha. -Giai đoạn sinh trưởng kỵ khí Trong giai đoạn này nấm men vẫn tiếp tục sinh trưởng nhưng trong điều kiện khơng cĩ O2 và nồng độ đường thấp. Quá trình lên men bắt đầu chuyển từ kiểu lên men hiếu khí (để tang sinh khối nấm men) sang lên men kỵ khí (để tạo C2H5OH, CO2 và một số sản phảm phụ khác). 2.3.3.2- Biến đỗi vật lý * Nhiệt độ lên men - Trong quá trình lên men chính yếu tố nhiệt độ đĩng vai trị rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men và từ đĩ ảnh hưởng đến chất lượng của bia non. - Nhiệt độ trong quá trình lên men tăng dần do quá trình trao đổi chất của nấm men kèm theo hiện tượng giải phĩng nhiệt. Do đĩ, để đảm bảo nhiệt độ luơn ổn định người ta thường điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình lên men một cách tự động. Việc điều chỉnh nhiệt độ lên men cịn tùy thuộc vào đời men + Đối với men mới luơn giữ ổn định ở 15OC + Men thu hồi lần 1 sẽ giữ ổn định ở 12OC + Men thu hồi lần 2 sẽ giữ ổn định ở 9OC + Đối với men thu hồi lần 3 tới lần 8 sẽ giữ ổn định ở 8OC Sau khi kết thúc lên men chính hạ nhiệt độ từ từ xuống 2OC nhằm tạo điều kiện cho quá trình lắng men và tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lên men phụ. * Áp suất lên men Áp suất lên men tăng dần do sự tạo thành khí CO2 và từ quá trình chuyển hĩa đường glucose. Do đĩ tank lên men cĩ nắp thiết bị điều áp tự động. 39
41. 2.3.3.3- Biến đổi hĩa sinh: * Trong quá trình lên men diễn ra sự trao đổi glulcid ở tế bào nấm men chủ yếu bao gồm: - Sự thủy phân của các loại đường disacharide, trisaccharide, thành glucose dưới xúc tác của một số enzym tương ứng như: maliase, invertase, melibiase, - Chuyển hĩa glycose thành etanol và CO2. Ngồi ra cịn chuyển hĩa các loại đường khác thành các loại rượu như propylic, izopropylic, amilic - Sự tổng hợp vật chất tế bào từ glucose thành glucogen cũng cĩ thể xảy ra trong quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men. * Sự trao đổi lipid: Trong quá trình sinh trưởng và phát triển hiếu khí thường kèm theo quá trình tổng hợp các acid béo và sterol ở nấm men. Các chất này là thành phần quan trọng của tế bào. * Sự trao đổi các hợp chất nitơ: Các hợp chất nitơ cĩ trong dịch nha gạo gồm: các phân đoạn protein (các polypeptide, peptid, pepton, acid amin), các muối amoni, các purite, nucleotide Trong số các hợp chất này thì các muối amoni vơ cơ và các acid amin sẽ được nấm men sử dụng như nguồn cung cấp nitơ phục vụ cho quá trình sinh trưởng và trao đổi chất. 2.3.3.4- Biến đổi hĩa học: * Sự thay đổi hàm lượng chất khơ trong quá trình lên men, nấm men sử dụng đường trong dịch nha để tăng sinh khối và lên men ethanol. Do đĩ nồng độ chất khơ trong dịch lên men sẽ giảm dần. Người ta dựa vào sự thay đổi Balling làm thơng số điều khiển quá trình lên men. Độ Balling trước quá trình lên men là 130 Balling (Độ Balling nguyên thủy). Tùy theo từng loại bia mà kết thúc quá trình lên men chính và lên men phụ cĩ độ Balling khác nhau. * Sự thay đổi pH: Sau khi kết thúc quá trình lên men chính pH giảm xuống cịn khoảng 4,4÷4,5. Hiện tượng giảm pH trong quá trình lên men là do sự hình thành acid H2CO3 (do CO 2 sinh ra trong quá trình lên men hịa tan vào nước), sự vận chuyển ion H+ qua màng tế bào và hình thành nên các acid hữu cơ. Trong quá trình trao đổi chất của nấm nem như acetic, acid, formic, acid lactic, acid citric * Sự thay đổi hàm lượng khống chất trong quá trình lên men, nấm men đã sử dụng một số kim loại cần cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men như: Ca2+; Mg2+; Fe2+; Mn2+; Co2+; K+; Ni2+ và Zn2+. Dịch nha được xem là nguồn cung cấp các thành phần khống cần thiết cho nấm men. Vì vậy trong quá trình nấu dịch nha cần bổ xung thêm Ca2+ và Zn2+ * Sự tạo thành các ester: 40
42. Các ester được tạo thành vào cuối giai đoạn lên men chính nhờ phản ứng ester hĩa giữa alcol (chủ yếu là ethanol) và các acid hữu cơ sinh ra trong quá trình lên men. Các loại ester này tạo nên hương đặc trưng cho bia thành phẩm. 2.3.3.5- Biến đổi hĩa lý: * Sự hình thành bọt: Bọt được tạo thành trong quá trình lên men chính nhờ sự giải phĩng các khí ở dạng khơng liên kết đặc biệt là CO2. Do bản chất của dịch nha là hệ keo gồm các hợp chất cĩ tính hoạt động bề mặt như protein, palyphenol, chất đắng Các chất này tạo nên một lớp hấp phụ trên bề mặt các bĩng khí do đĩ khí khĩ thốt khỏi bĩng này và tạo thành bọt mịn. Những bọt này cĩ xu hướng thốt lên trên bề mặt tạo nên sự khuấy trộn trong quá trình lên men. * Sự hịa tan khí CO2: Độ hịa tan của CO2 trong dịch lên men thấp hơn trong nước đồng thời hàm lượng CO2 sinh ra tăng nhanh cùng hàm lượng ethanol. Do đĩ, một phần CO2 tồn tại trong dịch men dưới dạng liên kết với một số thành phần khác như protein, ester. Phần CO2 cịn lại cĩ xu hướng thốt lên trên bề mặt tạo lên sự tự khuấy đảo dịch lên men. Ngồi ra sự tự khuấy đảo dịch lên men cịn diễn ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình giữ ổn định nhiệt. 2.3.4- Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men chính: 2.3.4.1-Tỷ lệ giống cấy: - Trong quá trình lên men chính, nếu tỷ lệ giống cấy quá thấp thì khả năng nảy chồi và thời gian đạt được tỷ lệ nấm men theo yêu cầu là quá dài, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển và trao đổi chất của nấm men từ đĩ ảnh hưởng tới hiệu quả lên men và chất lượng thành phẩm. - Nếu tỷ lệ giống cấy quá cao dẫn tới tỷ lệ nảy chồi và tốc độ sinh trưởng tương đối thấp do sự cạnh tranh về dinh dưỡng nhưng tốc độ lên men lớn. Tuy nhiên trong trường hợp này cũng cho bia cĩ chất lượng khơng tốt vì thời gian lên men ngắn, sản phẩm trao đổi bật 2 do tế bào nấm men sinh ra cũng thấp và sự hình thành lên những ester cũng thấp . - Do đĩ trong sản xuất bia tùy theo từng loại chủng men và đời men mà lựa chọn tỷ lệ cấy giống men thích hợp. 2.3.4.2- Điều kiện lên men: * Nhiệt độ và thời gian lên men: Nhiệt độ và thời gian lên men là 2 yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men và từ đĩ ảnh hưởng tới chất lượng thành phẩm. - Đối với men mới nhiệt độ lên mem luơn giữ ở 15oC; qua đời 2 là 12oC ; qua đời 3 là 9OC ; từ đời 4 tới đời 8 luơn giữ ổn định là 8oC. - Thời gian lên men 7 đến 10 ngày cịn tùy thuộc vào nhiệt độ và Ph lên men. PH dịch lên men 41
43. PH ảnh hưởng quan trọng đến hệ enzym nấm men, do đĩ phải theo dõi ph để theo dõi hoạt động trao đổi chất của nấm men. Ph của dịch nha trước khi lên men là từ 5,2÷5,6 và kết thúc quá trình lên men là 4,4÷4,5. Ảnh hưởng bởi oxy Oxy là yếu tố rất cần thiết cho nấm men sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men. Thực chất đây là giai đoạn lên men hiếu khí nhằm tăng sinh khối nấm men. Sự sinh tổng hợp một lượng lớn enzym nấm men là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới cường độ lên men. Áp suất bề mặt Áp suất bề mặt của dich lên men ảnh hưởng trực tiếp tới mức độ bão hịa CO2 trong bia, tuy nhiên hợp chất này là yếu tố ức chế quá trình lên men do đĩ áp suất luơn giữ ổn dịnh ở áp suất 0,5atm và cĩ bộ phận giảm áp suất do CO2 sinh ra làm tăng áp suất bề mặt dịch lên men. 2.3.4.3- Nồng độ sản phẩm lên men Sản phẩm chính của quá trình lên men là ethanol và khí CO2. Đây là những hợp chất ức chế các hoạt động sống của tế bào nấm men. Ở nồng độ thấp dưới 2% các hoạt động sống của nấm men vẫn xảy ra bình thường nhưng khi vượt quá 2% thì khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm dần và khi nồng độ ethanol vượt quá 5% thì khả năng nảy chồi của nấm men chấm dứt hồn tồn nhưng quá trình lên men vẫn tiếp tục xảy ra. Cịn nếu nồng độ ethanol vượt quá 12% quá trình lên men bị đình chỉ hồn tồn. 2.3.5- Thu hồi nấm men Sau khi kết thúc quá trình lên men chính hạ dần nhiệt độ xuống 2oC nhằm tạo điều kiện nhiệt độ cho quá trình lên men phụ và làm kết lắng nấm men xuống đáy thùng. Sau đĩ rút tồn bộ khối bia non chuyển qua bồn lên men phụ. Phần men dưới đáy thùng sẽ được chuyển qua thiết bị rây men nhằm mục đích tách men sống ra khỏi men chết (men sống thì hịa lẫn vào dịch cịn men chết thì vĩn cục lại). Men sống được chuyển qua tank dự trữ và cĩ bổ sung thêm chất kích hoạt men α-acetolactate decarboxylase (α-ALDC). Hàm lượng bổ sung được tính theo cơng thức: m=1,5 v (g) v: thể tích tank chứa men -Men sau khi thu hồi được mã hĩa và trong thời gian 2 giờ phải đem đi sử dụng ngay, nếu chưa sử dụng ngay thì phải bảo quản ở 8oC. - Men thu hồi trước khi đem đi lên men chính sẽ được đem đi kiểm tra tỷ lệ men sống để xác định tỷ lệ cấy giống trong quá trình lên men chính tiếp theo. 2.3.6- Kiểm tra và vệ sinh thiết bị lên men chính 42
44. - Sử dụng oxonia Active (0,2%) để vệ sinh thiết bị nhân men giống và thiết bị thu hồi men. - Sau khi kết thúc quá trình lên men chính tiến hành vệ sinh tank lên men bằng NaOH 4% sau đĩ tráng rửa sạch bằng nước đã qua sử lý. Nếu như tank đĩ chưa sử dụng ngay thì ngâm formol để tiêu diệt vi sinh vật và trước khi sử dụng cũng sẽ được tráng rửa thật sạch bằng nước đã qua sử lý. - Trước khi lên men cần phải lấy mẫu nước rửa tank để kiểm tra cĩ bị nhiễm vi sinh vật lạ hay khơng và độ sạch của các tank. 2.4 - Lên men phụ 2.4.1- Mục đích: Quá trình lên men phụ được tiến hành sau khi lên men chính nhằm chuyển hố phần đường cịn sĩt lại sau quá trình lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm khác. Ngồi ra, quá trình lên mên phụ cịn gĩp phần ổn định hương vị và độ trong cho bia thành phẩm. 2.4.2- Những biến đổi trong quá trình lên men phụ: Những biến đổi trong qúa trình lên men phụ cũng giống như biến đổi trong quá trình lên men chính. Trong đĩ, cĩ những biến đổi rất quan trọng ảnh hưởng đến những biến đổi bia thành phẩm. Đĩ là sự chín của bia non kèm theo sự điều chỉnh các tính chất cảm quan của bia thành phẩm như: độ trong, độ bền, đặc trưng keo, màu sắc và hương vị bia. Diacetyl: Trong giai đoạn này, nấm men sử dụng Diacetyl làm cơ chất và chuyển hố chất này thành aceton và 2,3-butadiol trong điều kiện kỵ khí. Quá trình phân huỷ Diacetyl phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng lạnh thì càng chậm. Thơng thường, giới hạn cho phép của diacetyl là ≤0,2mg/l thì mới được gọi là đã chín. Acetaldehyde Vì quá trình lên men phụ hàm lượng Acetaldehyde tiếp tục giảm xuống do hoạt động trao đổi chất của nấm men. Các axít béo dễ bay hơi. Sự tổng hợp các axit béo mặt ngắn (từ C4÷C10) sẽ bị đình chỉ trong giai đoạn đầu của quá trình lên mên phụ. Sau đĩ, nấm men sẽ kết nối các axit béo mặt ngắn thành triglycide dự trữ trong tế bào. Tuy nhiên, nếu quá trình lên men phụ kéo dài thì hàm lượng acid béo trong dịch lên men sẽ tăng do quá trình thuỷ phân glycide. Sự cĩ mặt các acid béo này ảnh hưởng đến mùi vị của bia thành phẩm. 2.4.3 – Những biến đổi hố lý: Sự bảo hồ CO2 trong bia Sự bảo hồ CO2 phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và thời gian lên men phụ. Trong giai đoạn này, quá trình lên men ethanol vẫn tiếp tục diễn ra kèm theo sự giải phĩng CO2 vào trong dịch lên men. Tuy nhiên, chỉ cĩ 15% lượng CO2 tạo thành được hấp thụ trong bia, tồn tại ở dạng hồ tan hoặc liên kết với các thành phần khác của dạng lên men. 43
45. Trong quá trình lên men phụ cĩ những hợp chất khơng bền như este của acid cacbonic, chính những chất này làm cho CO2 thất thốt nhanh mỗi khi thay đổi áp suất đột ngột trong tank lên men. Acid cacbonic cĩ thể liên kết với glycerin và glycol tạo nên các este và cịn cĩ thể kết hợp với các acid lactic, aceton, 2,3- butylenglycal. Như vậy, trong bia xuất hiện nhiều dạng liên kết hĩa học và hố lý khác nhau của CO2. Do đĩ, CO2 sinh ra khơng chỉ tồn tại ở dạng khí, dạng hồ tan mà cịn tồn tại ở dạng liên kết, ba dạng này cĩ mối quan hệ qua lại với nhau. Trong quá trình này, ta nạp thêm CO2 vào tank lên men phụ để đạt áp suất P=0,8÷1,13atm nhằm ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật lại và tăng khả năng hồ tan của CO2 trong bia. Sự tự trong của bia: - Bia sau khi lên men chính chứa một lượng đáng kể tế bào nấm men và các hạt cặn mịn, các hạt này bao gồm -glucan, ß-glucan, pentosan, xác vi sinh vật và các muối oxalate calcium. Trong quá trình lên men phụ, dưới tác dụng của nhiệt độ thấp (2÷4oC) và áp suất P=0,8÷1,13atm, các hạt này cĩ xu hướng kết hợp lại với nhau thành những hạt lớn và lắng xuống đáy bồn lên men. Ở điều kiện này, qúa trình đơng tụ nhựa houblon, đơng tụ các hợp chất tanin-protêin cũng diễn ra. Tế bào nấm men cũng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ thấp, áp suất cao cũng từ từ lắng xuống đáy thùng. 2.4.4 – Điều kiện lên men: Quá trình lên men phụ được thực hiện trong các tank lên men chính và được đặt trong hầm lạnh cĩ nhiệt độ hầm 0÷2oC. Trong tank lên men khơng cần đặt hệ thống lạnh nhưng cĩ đặt ống dẫn CO2, đồng hồ đo áp lực, van an tồn, đường ống nhập và tháo liệu. Nhà máy cĩ khoảng 200 tank, làm bằng thép, bên trong cĩ tráng men và cĩ thể tích 350hl. Nhiệt độ lên men 2÷4oC với áp suất P=0,8÷1,13atm. Thời gian lên men: tuỳ thuộc vào từng loại bia mà cĩ thời gian lên men khác nhau. Đối với bia xuất khẩu, cĩ thời gian lên men 12÷15 ngày, cịn bia Sài Gịn xanh 5÷7 ngày. 44
46. II.3 – PHÂN XƯỞNG CHIẾT 3.1 – Sơ đồ quy trình chiết bia chai. Pallet chai thu hồi Chuyểu két lên băng tải Gắp chai Két NaOH Rửa chai 2-2,5% Kiểm tra chai Nắp Chiết bia và đĩng nắp Rửa két Kiểm tra dung tích bia Thanh trùng Dán nhẵn Kiểm tra nhãn Chất két Xếp vào pallet Kho thành phẩm 45
47. 3.2 - Thuyết minh quy trình chiết bia chai. 3.2.1- Chuyển két lên băng tải: - Pallet chứa chai sẽ được xe vận chuyển tới băng tải và được băng tải đưa tới máy và két. Ở đây máy rã két sẽ bốc 4 két /1 lần tới băng tải. Sau đĩ sẽ được băng tải vận chuyển tới máy gắp chai. - 01 pallet chứa 40 két và 01 két chứa 20 chai. - Tốc độ của máy 20÷30 pallet /h. 3.2.2- Gắp chai : Sử dụng máy Innopack để tách chai ra khỏi két. Máy hoạt động dựa vào áp lực giĩ để hút chai ra khỏi két, mỗi lần hút được khoảng 80 chai, tương đương với 4 két. Tốc độ máy trung bình khoảng 100÷1.500 chai/h. 3.2.3- Rửa chai: Cĩ 03 yếu tố chính trong quá trình rửa chai, đĩ là: - Nhiệt độ. - Chất tẩy rửa. - Ap lực phun. Nguyên tắc rửa chai: Chai lần lượt đi qua nhiều vùng trong máy cĩ nhiệt độ, nồng độ dung dịch NaOH và áp lực phun khác nhau: - Vùng 1: chức năng chủ yếu là phun và rửa chai. - Sử dụng dung dịch xút 2% ở nhiệt độ 70÷80oC với áp suất phuan p=0,8÷1,5bar (tuỳ theo lượng chai vào), trung bình là P=1bar. Thời gian qua vùng 1 là 10÷15 phút. - Sau khi chai qua vùng 1, giấy bạc sẽ tác dụng với xút tạo thành khí bay lên cịn nhãn sẽ được tách ra và được đưa ra ngồi. - Vùng 2: cịn gọi là vùng nhiễm xút: Sử dụng nước ở nhiệt độ 60÷70oC với áp suất P=1÷1,5bar, thời gian qua khỏi vùng 02 khoảng 5÷6 phút. Chức năng chính của vùng 2 là tẩy rửa bên trong, bên ngồi chai và tráng rửa xút. - Vùng 3: Sử dụng nước phun ở nhiệt độ 50÷60OC và thời gian qua khỏi vùng 3 là 5÷6 phút Chức năng chính của vùng 3 là rửa sạch xút. - Vùng 4: Vùng 4 hoạt động ở nhiệt độ 40÷50oC với thời gian qua vùng 4 là 5÷6 phút. Đặc biệt, trong vùng này sử dụng nước theo tiêu chuẩn của nhà máy. Chức năng chính của vùng 4 là tráng lại chai. Tốc độ của máy rửa chai khoảng 30.000 chai/h với thời gian khoảng 25 phút. 46
48. 3.2.4- Kiểm tra chai: - Chai sau khi qua thiết bị rửa chai sẽ được băng tải vận chuyển tới máy kiểm tra chai, với những chai lạ (chai khơng phai là chai nhà may sử dụng), chai sứt mẻ hoặc bên trong cịn vật lạ sẽ bị đẩy ra ngồi hệ thống. Sau đĩ chai tiếp tục chạy qua cơng đoạn kiểm tra cuối cùng (dùng đèn huỳnh quang soi và quan sát bằng mắt thường) để loại những chai lưng, cặn, tủa, khơng đạt tiêu chuẩn ra khỏi hệ thống trước khi vào hệ thống chiết rĩt. 3.2.5- Chiết và đĩng nắp: Chai sau khi qua cơng đoạn kiểm tra được dẫn qua một băng tải dài trước khi vào các thiết bị khác với mục địch ổn định lưu lượng chai, tránh gây ngã, đổ vở chai. Trên bề mặt băng tải cĩ các cảm ứng dị chai đổ và bề mặt băng tải được bơi trơn để giảm áp suất gây đổ chai. Sau đĩ các chai sẽ được đưa vào thiết bị chiết. Tại đây bia được chiết theo nguyên tắc đẳng áp (dựa trên sự chênh lệch áp suất trong chai và trong bồn phân phối bia). Khi chai bắt đầu vào hệ thống, piston dập xuống, tiếp đĩ CO2 được xả xuống trước, khi áp suất trong chai đạt 2,2÷2,4 bar thì van bia tự động mở khố, bia sẽ được chảy xuống xung quanh thành trong chai nhằm tránh sự tạo bọt và thất thốt CO2. Khi chai vừa ra khỏi hệ thống thì gặp một tia nước phun với áp lực mạnh nhằm đẩy khơng khí và bọt ra khỏi chai. Tiếp đĩ chai được vận chuyển tới thiết bị đĩng nắp. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đĩng nắp: Nắp chai được sắp xếp trong phểu, sau đĩ sẽ được di chuyển theo một hướng trong khuơn dập và đẩy từng nắp vào miệng chai. Đúng thời điểm đĩ, búa Piston dập xuống đĩng chặt nắp vào cổ chai. Năng suất của thiết bị đĩng nắp phải đồng bộ với năng suất của máy chiết khoảng 32.000 – 33.000chai /h. Trong qua 1trình chiết xuất, nếu như chai khơng đạt về độ bền dưới tác dụng của áp lực, chai sẽ bị nổ. 3.2.6- Kiểm tra thể tích bia: Bia sau khi đĩng nắp sẽ qua thiết bị kiểm tra thể tích, với những chai khơng đủ thể tích chưa đĩng nắp hoặc quá thể tích quy định sẽ được đẩy ra ngồi. Bia trong chai này sẽ bị xả bỏ để lấy vỏ do mất CO2, tiếp xúc với khơng khí, cịn với những chai quá thể tích khi vào thiết bị hấp chai sẽ bị nổ. Trong nhà máy, lượng bia này khơng sử dụng lại vì khơng kinh tế, nhưng nếu máy gặp sự cố kỹ thuật với số lượng chai bị hư lớn sẽ đem đi hấp lại và lên men lại . Trung bình mỗi ngày nhà máy xả bỏ hơn 1.000 chai. 3.2.7- Thanh trùng Thanh trùng được thực hiện bằng phương pháp thanh trùng Pasteur Đơn vị thanh trùng là PU PU = 1.393*e T-60*t 47
49. - T : nhiệt độ thanh trùng ( oC) - t : thờn gian thanh trùng ( phút) Thơng thường bia được thanh trùng từ 15÷25PU nhưng trong nhà máy, bia thanh trùng ở 17÷18 PU. Ơ PU này diệt vi sinh vật và cho bia chất lượng tốt nhất. 1 . Mục đích : Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt tồn bộ tế bào vi sinh vật (kể cả nấm men trong bia) giúp ổn định chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản và thuận tiện cho người sử dụng. 2. Các biến đổi trong quá trình thanh trùng. * Vật lý : Sự thay đổi nhiệt độ trong thiết bị thanh trùng (4,6oC; 44,3oC; 50÷58oC; 62÷ 64 oC; 61÷63oC) làm xuất hiện gradien nhiệt độ. - Sự thay đổi thể tích và tỷ trọng nhiệt độ. - Sự thay đổi áp suất khơng khí trong chai theo từng vùng trong thiết bị thanh trùng. Hố hĩc: - Quá trình thanh trùng tạo ra các sản phẩm ứng trong bia như: phản ứng giữa đường và các acid amin hình thành nên các chất làm cho bia cĩ màu sẫm hơn, phản ứng tạo phức, phản ứng thuỷ phân, phản ứng oxy hố. Hố lý: - Quá trình thanh trùng cĩ thể dẫn tới hiện tượng vẫn đục trong bia. Điều này phụ thuộc vào thành phần và hàm lượng protein trong bia, các hợp chất polyphenol, nhiệt độ và thời gian thanh trùng. Hố sinh: - Nhiệt độ, thời gian và tốc độ phản ứng trong các vùng thanh trùng cịn tuỳ thuộc vào sự thay đổi hoạt tính của enzyme theo nhiệt độ. Ở giai đoạn đầu của quá trình thanh trùng, nhiệt độ tăng dần. Khi đĩ, enzyme bắt đầu hoạt động mạnh làm tăng tốc độ phản ứng. Do đĩ, nếu như giai đoạn gia nhiệt và làm lạnh kéo dài sẽ làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Cảm quan: - Quá trình thanh trùng làm thay đổi màu sắc, hương vị sản phẩm do sự hình thành hoạt chất mêlanoid. 3- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng: * Thành phần và hàm lượng vi sinh vật - Các loại sinh vật khác nhau sẽ bị tiêu diệt bởi chế độ nhiệt khác nhau. Do đĩ, nếu cĩ chứa nhiều loại vi sinh vật khác nhau thì chế độ xử lý phải nghiêm ngặt hơn về nhiệt độ và thời gian thanh trùng. - Nhiệt độ và thời gian thanh trùng cũng ảnh hưởng bởi hàm lượng vi sinh vật, nếu hàm lượng vi sinh vật cao, thì nhiệt độ cao và thời gian dài hơn. 48
50. * Độ balling và độ rượu: - Nếu độ balling và độ rượu tăng thì hệ số dẫn nhiệt tăng do đĩ thời gian thanh trùng giảm nhưng nhiệt độ khơng đổi. * Phương pháp thanh trùng: - Thời gian và nhiệt độ thanh trùng cịn phụ tuộc vào kích thước và hình dạng vật liệu. Thể tích bao bì càng nhỏ và mỏng thì quá trình truyền nhiệt càng nhanh, do đĩ thời gian gia nhiệt ngắn hơn. Như vậy, bia sài gịn đỏ thời gian gia nhiệt sẽ ngắn hơn sài gịn xanh. 4- Nguyên tắc hoạt động của máy thanh trùng: - Bia sau khi kiểm tra sẽ theo hệ thống băng tải đi tới thiết bị thanh trùng. Cĩ hai hệ thống băng tải để đưa bia vào hai ngăn của hệ thống thiết bị. Tại vùng 1, cĩ tác dụng nâng nhiệt độ chai lên 34,6oC , tác nhân làm nước phun với áp lực 0,9÷1,5 bar, nước được phun dạng tia dàn đều từ trên xuống nhằm làm tăng khả năng tiếp xúc của nước với chai. Sau đĩ, chai tiếp tục qua vùng 2 để nâng dần nhiệt độ lên 44,3oC cũng với tác nhân gia nhiệt là nước. Sau đĩ chai tiếp tục qua vùng 3 để nâng nhiệt độ chai lên 55,1oC. Sau đĩ nước cũng được tích tụ lại dưới bồn. Sau khi ra khỏi vùng 3, chai tiếp tục được vận chuyển đến vùng 4. Sau khi ra khỏi vùng 4, nhiệt độ chai tăng lên 62÷64oC, tuỳ thuộc vào số lượng chai mà nhiệt độ cĩ thể dao động từ 62÷64 oC. 8 – Các cơng đoạn khác: - Bia sau khi được thanh trùng sẽ được băng tải vận chuyển theo đường vịng nhằm ổn định lưu lượng chai trước khi vào thiết bị dán nhãn. Sau đĩ tiếp tục chạy qua thiết bị in date tới cơng đọan kiểm tra thủ cơng để lọai ra những chai dán nhãn bị lỗi. Chai tiếp tục chạy tới thiết bị chất két innopack để bốc xếp chai vào két, một lần bố xếp được khoảng 80 chai và tốc độ của máy khoảng 1000-1500két/h . - Rửa két: sau khi đã tách vỏ chai ra khỏi két, két sẽ được băng tải vận chuyển theo đường riêng tới thiết bị rửa két. Máy phụ nước ở nhiệt độ 60÷70oC, với áp lực phun 2,5÷2,8 bar. 3.3 – Sơ đồ quy trình chiết bia lon. 49