Đại Học Mở TP Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Sinh Học Công nghệ chế biến thực phẩm ĐỀ TÀI QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA Giảng viên Nhóm thực hiện Như Xuân Thiện Chân Nguyễn Bá Quỳnh 0953010573 Mai Hoàng Phương 0.
Giới thiệu chung
Lịch sử phát triển
Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất của loài người, có niên đại ít nhất từ thiên niên kỷ thứ 5 TCN và được ghi chép trong các thư tịch cổ của Ai Cập và Lưỡng Hà Các chất chứa đường tự nhiên có khả năng bị lên men, giúp nhiều nền văn minh phát minh ra các loại đồ uống tương tự bia độc lập nhau trên toàn thế giới Phân tích hóa học các bình gốm cổ đã phát hiện rằng bia đã được sản xuất từ khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran, trở thành một công nghệ sinh học ứng dụng quá trình lên men trong lịch sử nhân loại.
Chứng cứ cổ xưa nhất về bia tại Lưỡng Hà là bức vẽ 6.000 năm tuổi của người Sumeria, mô tả họ uống đồ uống qua ống hút từ thùng công cộng Bia còn được đề cập trong Thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria, với lời tôn kính nữ thần Ninkasi, thần bảo trợ của bia, đồng thời chứa công thức làm bia cổ nhất còn lại, mô tả quá trình sản xuất bia từ lúa mạch qua bánh mì Trong các nền văn minh trồng ngũ cốc cổ đại ở phương Tây, đặc biệt là Ai Cập và Lưỡng Hà, bia đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày.
Trong thời kỳ Cộng hòa La Mã, rượu vang đã thay thế bia trở thành loại đồ uống chứa cồn được ưa chuộng hơn so với bia, vốn từng đóng vai trò quan trọng trong văn hóa người La Mã ban đầu Bia đã bị xem là thức uống dành cho những người "man rợ", và Tacitus đã phê phán gay gắt về bia do các bộ tộc Đức sản xuất thời ấy Người Thracia cũng nổi tiếng với việc sử dụng bia làm từ lúa mạch đen, thậm chí từ thế kỷ trước, phản ánh sự đa dạng trong cách người cổ đại chế biến và tiêu thụ thức uống có cồn.
5 TCN, như Hellanicos đã viết trong vở các opêra Tên gọi cho bia của họ là brutos hay brytos.
Việc bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị là một phát kiến tương đối mới so với thời Trung cổ, khi người ta thường sử dụng các hỗn hợp thảo mộc gọi là gruit Hoa bia đã được trồng tại Pháp từ thế kỷ 9, với văn bản cổ nhất ghi nhận việc sử dụng hoa bia trong bia vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng và nhà văn Hildegard: “Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia.”
Trong thời Trung cổ tại châu Âu, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình để phục vụ nhu cầu tiêu thụ hàng ngày Tuy nhiên, vào thế kỷ 14 và 15, quá trình sản xuất bia chuyển dần từ quy mô gia đình sang quy mô thủ công, với các quán bia và tu viện bắt đầu sản xuất hàng loạt để cung cấp cho cộng đồng.
Trong thế kỷ 15 tại Anh, bia không có hoa bia được gọi là ale, trong khi các loại bia có chứa hoa bia được coi là bia chính thức Hoa bia lần đầu được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan từ năm 1400 tại Winchester và đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428 Ban đầu, hoa bia chỉ là một thành phần hỗn hợp, với Công ty bia rượu London tuyên bố: "Không có hoa bia, thảo mộc hoặc các thành phần tương tự sẽ được thêm vào bất kỳ ale hoặc rượu nào." Tuy nhiên, đến thế kỷ 16, thuật ngữ ale bắt đầu được dùng để chỉ các loại bia mạnh có nồng độ cồn cao, và từ đó, tất cả các loại ale và bia đều sử dụng hoa bia để tạo màu và hương vị.
Sản xuất bia thế kỷ 16:
Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã ban hành Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), quy định thành phần của bia chỉ bao gồm nước, lúa mạch, và hoa bia, với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur năm 1857 Luật của người Bavaria đã được áp dụng rộng rãi trong cả nước Đức sau khi thống nhất năm 1871, trở thành tiêu chuẩn về độ tinh khiết của bia Dù đã trải qua các lần cập nhật để phù hợp với xu hướng sản xuất bia hiện đại, Reinheitsgebot vẫn được coi là tiêu chuẩn vàng về độ tinh khiết của bia, mặc dù điều này đôi khi gây tranh cãi.
Hầu hết các loại bia trước đây đều chính là các loại ale truyền thống, phù hợp với nhận thức hiện tại Bia lager, một loại bia phổ biến ngày nay, đã được phát hiện tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được lưu trữ trong các hầm lạnh trong thời gian dài Kể từ đó, sản xuất bia lager đã tăng lên đáng kể so với bia ale truyền thống.
Sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765 đã thúc đẩy sự phát triển của công nghiệp sản xuất bia, giúp nâng cao hiệu quả và kiểm soát chất lượng Trong thế kỷ 19, các cải tiến công nghệ như nhiệt kế và tỷ trọng kế trở thành công cụ quan trọng giúp các nhà sản xuất bia kiểm soát nồng độ cồn và quá trình sản xuất Đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa từ gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc, nhưng các loại mạch nha này thường bị ảnh hưởng bởi khói, gây ảnh hưởng đến hương vị bia Các nhà sản xuất đã cố gắng giảm thiểu mùi khói trong thành phẩm để nâng cao chất lượng bia Sự ra đời của lò nướng hình trống năm 1817 do Daniel Wheeler phát minh đã giúp làm chín mạch nha kỹ hơn, mở đường cho việc sản xuất các loại bia đen như porter và stout.
Năm 1857, Louis Pasteur đã phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men, mở ra bước ngoặt quan trọng trong ngành sản xuất bia Phát minh này giúp các nhà sản xuất bia kiểm soát quá trình lên men, ngăn chặn sự phát triển của các loại vi sinh vật không mong muốn gây vị chua của bia Nhờ đó, chất lượng và hương vị của bia được cải thiện rõ rệt, góp phần nâng cao tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp bia.
Năm 1953, Morton W Coutts, một nhà phát minh đến từ New Zealand, đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục, tạo ra bước đột phá trong ngành công nghiệp bia Ông đã lấy bằng sáng chế cho công nghệ của mình, giúp giảm thời gian ủ bia từ 4 tháng xuống chưa đầy 24 giờ, nâng cao hiệu quả sản xuất Công nghệ lên men liên tục của Morton vẫn đang được nhiều nhà sản xuất bia lớn trên thế giới, bao gồm cả Guinness, áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất bia.
Ngày nay, ngành công nghiệp bia là một lĩnh vực kinh doanh toàn cầu lớn mạnh với sự góp mặt của nhiều tổ hợp sản xuất từ các nhà nhỏ hơn Mặc dù bia chủ yếu là thức uống có cồn, nhưng còn có các biến thể khác như bia không cồn, được phát triển từ các công đoạn xử lý để loại bỏ cồn, phù hợp với xu hướng tiêu dùng hiện đại.
Các hãng sản xuất bia lớn trên thế giới (2003)
Một số hãng bia có mặt ở Việt Nam
Nguyên liệu sản xuất bia
Nước
Nước chiếm đến 95% thành phần của bia, vì vậy các đặc tính hóa học của nước như độ cứng, độ mềm và khoáng chất đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đặc tính và phong cách riêng của từng loại bia Thông thường, nước có độ cứng cao được sử dụng để sản xuất các loại bia sẫm màu như bia đen và Amber Stout, trong khi nước có độ cứng thấp phù hợp cho các loại bia sáng màu như Heineken, Tiger và Larue.
Malt và thế liệu
Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt hòa thảo như đại mạch, tiểu mạch, thóc và ngô, sau quá trình nảy mầm trong điều kiện nhân tạo Quá trình sấy khô đến độ ẩm nhất định giúp đảm bảo chất lượng và giữ nguyên các đặc tính của malt Malt đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là trong sản xuất bia và các sản phẩm lên men khác Quá trình sản xuất malt đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm để đảm bảo sự phát triển tối ưu của hạt.
Malt là một loại bán thành phẩm giàu chất dinh dưỡng, chứa 16-18% chất thấp phân tử dễ hòa tan cùng hệ enzyme phong phú, chủ yếu là amylaza và proteaza.
Mạch nha từ lúa đại mạch (Hordeum vulgare) được sử dụng phổ biến nhất vì chứa nhiều enzyme amylaza giúp phân giải tinh bột thành đường Tùy thuộc vào loại cây trồng từng khu vực, các loại ngũ cốc khác như lúa mì, lúa gạo, yến mạch (Avena sativa) và lúa mạch đen (Secale cereale) cũng có thể được mạch nha hóa Ngoài ra, các loại ngũ cốc ít phổ biến hơn như ngô và lúa miến (Sorghum chinensis) cũng được sử dụng trong quá trình này.
Mạch nha được tạo ra từ hạt ngũ cốc thông qua quá trình ngâm nước, cho phép hạt nảy mầm và sau đó sấy khô để giữ độ ẩm và enzym hoạt động Quá trình mạch nha hóa giúp các enzym trong hạt chuyển hóa tinh bột thành đường có thể lên men, tạo cơ sở cho quá trình lên men bia Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau giúp tạo ra các loại mạch nha có màu sắc đa dạng từ cùng một loại ngũ cốc, trong đó mạch nha sẫm màu hơn thường sản xuất ra bia đậm đà hơn Hiện nay, các nhà sản xuất bia thường phối hợp nhiều loại mạch nha để tạo ra hương vị phong phú và màu sắc hấp dẫn cho sản phẩm.
Malt cung cấp toàn bộ lượng glucid chủ yếu dưới dạng tinh bột để chuyển hóa thành đường và từ đó tạo ra cồn cùng các chất khác trong quá trình lên men Để giảm chi phí sản xuất, người ta có thể sử dụng ngũ cốc làm nguyên liệu thay thế một phần, với tỷ lệ tối đa là 50%, tuy nhiên không thể thay thế hoàn toàn malt trong quá trình lên men.
Malt chứa đầy đủ enzyme amilaza giúp thủy phân tinh bột hiệu quả Khi sử dụng thế liệu với hàm lượng cao, lượng enzyme tự nhiên trong malt không đủ để đạt hiệu quả mong muốn, do đó cần bổ sung thêm enzyme từ bên ngoài Phần lớn enzyme bổ sung này được chiết xuất từ vi sinh vật, đảm bảo quá trình phân giải tinh bột diễn ra hiệu quả và tối ưu.
Malt cung cấp đủ lượng protein cần thiết và chứa hệ enzym proteaza giúp thủy phân protein hiệu quả Trong quá trình ươm mầm, hệ enzym này được hoạt hóa mạnh mẽ, giúp phân giải protein và chuyển đổi cấu trúc của chúng Khi chuyển sang giai đoạn nấu, enzym proteaza tiếp tục thủy phân protein để tạo ra các phức chất giữ CO2 tốt, góp phần tạo nên vị đặc trưng của bia.
STT Chỉ tiêu kiểm tra Tiêu chuẩn
1 Ngoại quan Màu vàng rơm, không có mốc, không sâu mọt
3 Độ hòa tan trên chất khô xay nhuyễn >%
8 Thời gian đường hoá < 15phút
9 Tốc độ lọc Bình thường
Hệ thống enzyme trong malt gồm có alpha-amylase, beta-amylase và amilophosphatase, đóng vai trò quan trọng trong quá trình الحmung tinh bột thành đường đơn Các enzyme này chủ yếu tập trung ở phôi mầm, nơi diễn ra hoạt động chuyển hóa nhanh chóng, còn một ít phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ Việc hiểu rõ vị trí và chức năng của các enzyme này giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng malt.
Hệ thống enzym thủy phân tinh bột
Alpha-amylase is an enzyme that acts on starch and dextrin as its substrates, breaking them down into maltose and short-chain dextrins It functions optimally at a pH of approximately 5.8 and a temperature around 72°C, making it essential for efficient starch hydrolysis in various industrial processes.
Enzyme beta-amylase có trong hạt đại mạch ở cả dạng liên kết và dạng tự do, nhưng hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần trong quá trình ươm mầm Nhờ enzyme này, tinh bột đại mạch được phân cắt thành đường maltose, góp phần vào quá trình lên men Beta-amylase hoạt động tối ưu ở pH từ 5.5 đến 5.8 và nhiệt độ từ 62 đến 65°C, đảm bảo hiệu quả chuyển hóa tinh bột thành đường.
Trong hạt đại mạch, hệ thống enzyme nằm trong trạng thái liên kết và gần như không hoạt động Tuy nhiên, khi hạt bắt đầu quá trình ươm mầm, hoạt tính của enzyme protease tăng mạnh, thúc đẩy quá trình phân giải protein và hỗ trợ phát triển của cây mầm Sự tăng hoạt của enzyme protease trong giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các hợp chất cần thiết cho sự phát triển của cây.
Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein nguyên thủy để tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit, với pHopt = 5.1, topt = 50 – 55 0 C
Peptidase plays a crucial role in hydrolyzing existing peptides within barley grains and peptides formed during malting through proteinases, thus producing amino acids essential for the malting process The optimal pH range for peptidase activity is 7.3 to 7.9, with an optimal temperature between 40°C and 45°C, ensuring efficient peptide breakdown during malting.
Amidase là enzyme ưu việt trong quá trình phân giải muối amit, giúp tạo ra NH3 và amino acid, từ đó ảnh hưởng đến tính chất và hàm lượng protein trong hạt malt Các enzyme amidase hoạt động tốt nhất ở pH từ 7.3 đến 8.0 và nhiệt độ tối ưu từ 45 đến 50°C, góp phần nâng cao chất lượng của sản phẩm.
Hệ thống enzyme esterase (phosphatase):
Hệ thống enzyme esterase (phosphatase) gồm có: saccharophosphatase, phytase, glyxerophosphatase, nucleotidase… tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình ester hoá trong quá trình nảy mầm.
Phytase: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng ra rượu inozit và axit phosphoric tự do Phytase có pHopt =5.0 – 5.5, topt @ – 50 0 C.
Các enzyme như saccharophosphatase, glyxerophosphatase và nucleotidase đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải hợp chất hữu cơ chứa phosphate bằng cách phá vỡ liên kết ester tương ứng, từ đó giải phóng acid phosphoric tự do.
Theo luật độ thuần khiết của Đức ban hành, phụ liệu được định nghĩa là những nguyên liệu ngoài Malt, Houblon, Nước và Nấm men Trong văn bản chính thức của luật độ tinh khiết bia Đức năm 1516, Nấm men không được xem là nguyên liệu chính để sản xuất bia Tuy nhiên, theo Ủy ban tiêu chuẩn thực phẩm của Anh, phụ liệu là bất kỳ nguồn carbohydrate ngoài Malt đại mạch nào góp phần cải thiện chất lượng đường của dịch nha Phụ liệu được sử dụng trong ba lĩnh vực chính để nâng cao chất lượng và đặc điểm của sản phẩm bia.
- Những phụ liệu thô phi Malt dạng rắn sử dụng trong quá trình sản xuất bia (Gạo; ngũ cốc chưa nảy mầm).
- Những phụ liệu dạng lỏng đưa vào tạo nên tính chất đặc trưng (chế phẩm Sirop)
- Những loại Malt ngũ cốc khác Malt đại mạch góp phần vào chất lượng dịch nha (Malt thóc; Malt lúa miến…)
Men bia
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Có hai giống chính là men ale
Saccharomyces cerevisiae và men lager (Saccharomyces uvarum) là hai loại nấm men phổ biến trong sản xuất bia, cùng với nhiều giống khác tùy thuộc vào loại bia được sản xuất Nấm men sinh sôi nhanh, chứa nhiều vitamin và axit amin, góp phần quan trọng vào quá trình lên men và tạo hương vị đặc trưng của bia Bên cạnh đó, hàm lượng protein trong tế bào nấm men chiếm tới 50% trọng lượng khô, khiến chúng còn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất protein thay thế Đặc điểm hình thái và cấu tạo của nấm men đóng vai trò quyết định trong quá trình sinh trưởng và hiệu quả sản xuất.
Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào.
Nấm men trong công nghệ sản xuất bia thường là chủng thuộc giống Sacchromyces
Nấm men dùng lên men bia gồm nấm men chìm và nấm men nổi:
+ Nấm men chìm(lager ): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng chủ yếu là hình cầu.
Nấm men nổi (ale) là dạng tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau, tạo thành chuỗi tế bào nấm men Hình dạng của chúng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan, với kích thước từ 7 micromet trở lên.
10 micromet b Chỉ tiêu lựa chọn giống men bia
+ Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiện nhiệt độ thấp với dịch đường malt.
+ Khả năng kết lắng đối với những lờai lên men chìm.
+ Hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành trong lên men.
+ Tính ổn định trong sản xuất.
+ Tạo ra hương vị và chất lượng sản phẩm đặc trưng. c Quy trình sản xuất giống men bia
Quá trình sản xuất men bia bắt đầu bằng việc nuôi cấy men giống trong phòng thí nghiệm, sau đó chuyển sang bước nuôi cấy men trong nhà máy để phát triển quy mô lớn hơn Tiếp theo, men giống sẽ được ly tâm để loại bỏ tạp chất, đảm bảo chất lượng Sau đó, quá trình nuôi cấy men thương mại diễn ra để tạo ra lượng men đủ tiêu chuẩn, tiếp tục được ly tâm để loại bỏ cặn Men thương mại sau đó qua quá trình lọc nhằm đảm bảo sự tinh khiết cao trước khi đóng gói sản phẩm men tươi hoặc tiến hành sấy khô để tạo thành sản phẩm men khô dự trữ và vận chuyển dễ dàng.
Quy trình sản xuất bia
Nghiền malt và thế liệu
Quá trình nghiền nhằm mục đích giảm và kiểm soát kích thước hạt của nguyên liệu, phụ thuộc vào loại nguyên liệu như malt, gạo, thiết bị sử dụng như lọc khung bản hoặc lọc thùng, và quy trình công nghệ gồm tỉ lệ thế liệu và chủng loại nguyên liệu Để duy trì kích thước vỏ trấu của nguyên liệu có vỏ, cần sử dụng máy nghiền trục, vì vỏ trấu đóng vai trò như lớp vật liệu lọc hỗ trợ quá trình lọc diễn ra dễ dàng hơn Trong trường hợp sử dụng nguyên liệu gạo hoặc tiến hành lọc bằng thiết bị lọc thùng, máy nghiền búa là thiết bị ưu tiên để giảm kích thước hạt, giúp quá trình hồ hóa diễn ra thuận lợi hơn.
Nghiền trục (sử dụng nghiền Malt hoặc thiết bị lọc thùng)
Máy nghiền trục tác dụng đồng thời lực ép và lực xé lên nguyên liệu giúp đạt kích thước vật liệu nhỏ nhất có thể mà vẫn duy trì kích thước phù hợp, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc Khi nghiền Malt, quá trình này cho ra vỏ trấu tách đôi và nhân malt có kích thước đủ nhỏ để dễ dàng xử lý Để đạt hiệu quả cao, nguyên liệu đầu vào nên có độ ẩm từ 2,5-4%, đảm bảo quá trình nghiền diễn ra hiệu quả và ổn định.
Máy nghiền trục có từ 2-6 cặp trục quay ngược chiều nhau với tốc độ quay khác nhau để tạo ra lực ép và lực xé, giúp quá trình nghiền hiệu quả hơn Khoảng cách giữa các trục trên cao từ 1,3-1,5mm, còn ở cặp dưới là 0,25-0,4mm, đảm bảo độ chính xác trong quá trình nghiền Thiết bị này phù hợp để nghiền các vật liệu khô và không sử dụng cho vật liệu ướt, đảm bảo hiệu suất và độ bền của máy.
Xử lý trong bia Bảo hòa CO2, tàng trữ Nấm men
Sản phẩm bia chai/lon
Thiết bị nghiền trục được phát triển để giảm tỷ lệ nát của vỏ trấu trong quá trình nghiền khô bằng kỹ thuật nghiền trong điều kiện hơi nước áp suất thấp Máy nghiền trục vít, trang bị hệ thống cung cấp hơi nước với áp lực từ 0,5-1 bar (tương đương 112-121°C), giúp vật liệu di chuyển qua thiết bị trong khoảng 50-60 giây Trong quá trình này, hàm ẩm của vật liệu tăng từ 0,5-1%, tập trung chủ yếu vào vỏ trấu, khiến độ ẩm của vỏ trấu tăng lên khoảng 23%, nâng cao hiệu quả nghiền và giảm tỷ lệ nát.
Phương pháp xử lý bằng nhiệt cao hiện không còn được sử dụng do gây bất hoạt enzym và đã được thay thế bằng kỹ thuật phun nước nóng ở nhiệt độ 30-40°C, giúp xử lý vật liệu hiệu quả hơn mà không làm mất hoạt tính của enzym.
Kỹ thuật nghiền ướt được phát triển dựa trên công nghệ nghiền khô, giúp quá trình nghiền hiệu quả hơn Vật liệu được làm ẩm đến 30% trong vòng 15-30 phút, làm cho chúng trở nên mềm dẻo và dễ xử lý hơn Nhờ đó, vỏ trấu không bị vỡ nát trong quá trình đi qua trục nghiền, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.
Kỹ thuật nghiền ướt sử dụng khoảng cách giữa hai trục nhỏ hơn 0,45mm, thường có hai cặp trục để nâng cao hiệu quả Ưu điểm của phương pháp này là vỏ trấu không bị vỡ, giúp giảm tổn thất nguyên liệu Đồng thời, tinh bột nội nhũ bị vỡ vụn, tạo điều kiện cho quá trình đường hóa diễn ra nhanh chóng và rút ngắn thời gian lọc Ngoài ra, kỹ thuật kết hợp nghiền ướt với quá trình làm ẩm bằng nước nóng có nhiệt độ từ 60-70°C đang được phát triển nhưng vẫn còn nhiều bất lợi cần khắc phục.
Máy nghiền búa phù hợp cho quy trình nghiền vật liệu khô trong máy lọc khung bản, với tốc độ quay lên đến 1500 vòng/phút giúp giảm kích thước vật liệu từ 2-4mm trước khi qua lưới ra ngoài Tuy nhiên, thiết bị này có nhược điểm là vận hành ồn; do tốc độ quay cao nên cần thực hiện các biện pháp an toàn để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Cấu tạo máy nghiền búa
Quá trình đường hóa
Nấu - đường hoá nguyên liệu
Quá trình đường hoá nhằm chuyển hóa các thành phần chính của malt thành các chất hòa tan trong nước, giúp loại bỏ các chất không hòa tan ra ngoài Các chất hòa tan có sẵn trong malt bao gồm đường, dextrine, các chất vô cơ và một phần protein, góp phần vào quá trình lên men và tạo ra sản phẩm cuối cùng chất lượng cao.
Các chất không hòa tan trong malt chủ yếu bao gồm tinh bột, vỏ trấu, một số protein có phân tử lượng cao và các hợp chất hỗn hợp khác Khi nấu, những chất này không bị phân huỷ mà vẫn còn lại trong bã hèm, ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm cuối cùng Việc chuyển hóa các chất không hòa tan này đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất bia, giúp tối ưu hóa hiệu quả và nâng cao giá trị của sản phẩm.
Trong bột Malt tồn tại 3 loại enzyme rất quan trọng là: protease, a-amylase, b-amylase và một số enzyme khác chiếm số lượng không đáng kể.
Việc điều chỉnh nhiệt độ để 3 loại enzyme này phát huy được khả năng xúc tác của chúng là công việc quan trọng nhất trong quá trình nấu bia.
Thực tế nghiên cứu và sản xuất cho thấy nhiệt độ thích hợp cho từng loại enzyme có trong Malt như sau :
Protease hoạt động mạnh ở 47 – 520C a-amylase hoạt động mạnh ở 70 –750C b-amylase hoạt động mạnh ở 60 – 650C
Bột gạo không qua nảy mầm giữ nguyên cấu trúc ban đầu của cơ chất, giúp duy trì đặc tính nguyên vẹn của tinh bột Hệ thống enzyme như amylase và protease trong bột thế liệu rất nghèo và không hoạt hóa, làm tăng tính hồ hóa của tinh bột Khi đạt điểm hồ hóa và trải qua quá trình gia công nhiệt nước (nấu sôi), tinh bột sẽ chín, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập và tác dụng phân cắt của enzyme amylase, nâng cao hiệu quả phân giải tinh bột.
Trong quá trình nấu, các hợp chất hòa tan trong Malt và thế liệu dễ dàng chuyển từ hạt vào nước mà không cần enzym, nhưng phần lớn tinh bột trong Malt và thế liệu là không hòa tan trong nước, do đó cần sự tác động của enzym để chuyển chúng thành các chất hòa tan Quá trình này là một quá trình sinh hóa phức tạp, đòi hỏi điều chỉnh hợp lý tỷ lệ giữa enzym và nguyên liệu để đảm bảo chất lượng của bia.
Những biến đổi chính trong quá trình nấu
Trong quá trình thủy phân tinh bột, enzym amylase (bao gồm α-amylase, β-amylase và amilophosphatase) đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải tinh bột thành các sản phẩm thấp phân tử, giúp giảm độ nhớt của dịch cháo và tạo ra các dạng dextrin khác nhau Ở giai đoạn đầu, α-amylase tác dụng ngẫu nhiên lên các mạch polyme của amylopectin, cắt chúng thành các phân tử có số gốc glucozit thấp hơn, từ đó thúc đẩy quá trình đường hóa tinh bột hiệu quả hơn.
Trong quá trình thủy phân tinh bột, lượng Maltose và glucose sẽ tăng dần khi bước vào giai đoạn cuối của quá trình phân giải β-amylase đóng vai trò cắt liên kết 1,4-glucozit theo từng đôi bắt đầu từ những cặp gốc glucose ở tận cùng của mạch nhánh, tạo thành đường Maltose chiếm khoảng 42% theo lý thuyết Phần còn lại của amylopectin sẽ hình thành dextrin bậc cao, trong khi amyloza của tinh bột dễ dàng và hoàn toàn bị enzyme tác dụng để tạo ra Maltose.
Sự phối hợp đồng thời giữa α-amylase và β-amylase ảnh hưởng đến tỷ lệ dextrin và maltose được tạo thành từ tinh bột Tỷ lệ này phụ thuộc vào hoạt tính của từng enzyme riêng biệt, trong đó, lượng dextrin do α-amylase phân giải sẽ giảm dần khi bị β-amylase tác động Hiểu rõ quá trình này giúp tối ưu hóa quá trình lên men và sản xuất sản phẩm từ tinh bột.
Amylophosphatase là enzym quan trọng giúp thủy phân tinh bột bằng cách phá hủy các liên kết ester giữa acid phosphoric và phân tử amylopectin Quá trình này tạo ra các dextrin với các mức độ khác nhau về số gốc glucose và đặc tính hóa lý Enzym này đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tiêu hóa và chuyển hóa tinh bột, góp phần nâng cao hiệu quả chuyển đổi tinh bột thành các sản phẩm dễ hấp thụ Sử dụng amylophosphatase trong công nghiệp thực phẩm giúp cải thiện chất lượng và tính ổn định của các sản phẩm chứa tinh bột.
Trong quá trình đường hóa, tinh bột không chỉ bị thủy phân mà còn chịu tác động của quá trình phosphoryl hóa, giúp chuyển đổi thành các hợp chất dung dịch dễ hấp thụ Enzym phosphorylase đóng vai trò chính trong quá trình này, tạo ra glucose-1-phosphat từ tinh bột Sau đó, qua nhiều biến đổi sinh hóa, glucose-1-phosphat có thể được chuyển đổi thành các dạng đường khác nhau như Fructose và Saccharose, cung cấp năng lượng thiết yếu cho cơ thể.
Sau quá trình đường hóa, ta thu được nhiều sản phẩm khác nhau, trong đó đường Maltose chiếm khoảng 50% chất hòa tan trong dịch đường Ngoài ra, còn có các loại dextrin cao, dextrin thấp, cùng với các đường như fructose, glucose và saccharose.
Tỷ lệ giữa các các loại đường luôn thay đổi, nó phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và chế độ thủy phân.
Trong quá trình nấu nguyên liệu, các protein sẽ bị phân giải dưới tác dụng của enzym protease:
Hai thành phần chính của protease, bao gồm: Proteinase và peptidase là hai thành phần chủ yếu tham gia xúc tác cho quá trình phân giải protein
Bảng Thành phần chủ yếu tham gia xúc tác cho quá trình phân giải protein
Thành phần và tỷ lệ các sản phẩm thủy phân của protein phụ thuộc vào nhiệt độ nấu, giúp điều chỉnh quá trình phù hợp với mục đích kỹ thuật Để thu được nhiều sản phẩm thủy phân protein bậc thấp như pepton và polypeptit, cần dừng nhiệt độ ở khoảng 48-50°C trong quá trình nấu Ngược lại, nếu muốn tạo ra nhiều sản phẩm thủy phân protein bậc trung bình như albumoza, cần duy trì nhiệt độ khoảng 58-60°C trong thời gian xử lý Việc lựa chọn nhiệt độ thích hợp dựa trên yêu cầu kỹ thuật sẽ tối ưu hóa thành phẩm protein thủy phân.
Mặc dù sản phẩm của quá trình đạm hóa chiếm một tỷ lệ nhỏ trong chất hòa tan của dịch đường (khoảng 5-6%), nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bia Các sản phẩm thủy phân của protein có phân tử lượng thấp như peptit và axit amin là nguồn cung cấp nitơ chính cho nấm men, giúp quá trình lên men diễn ra thuận lợi Các sản phẩm có phân tử lượng trung bình như albumoza, pepton, và polypeptit góp phần tạo vị, hình thành bọt, và nâng cao khả năng giữ bọt của bia Trong khi đó, các sản phẩm có phân tử lượng cao thường gây hiện tượng bia vẫn đục, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Khi đường hóa, ngoài hai quá trình enzym thủy phân tinh bột và protein, còn diễn ra các quá trình thủy phân khác.
Quá trình enzym thủy phân hợp chất phospho hữu cơ, trong đó thủy phân phytin bằng phytase là mạnh nhất, giải phóng inozit và acid phosphoric giúp tăng độ chua và tính đệm của dịch cháo Điều này rất có ý nghĩa trong công nghệ sản xuất dịch đường, vì tính đệm của môi trường hỗ trợ hoạt động của các enzym và tăng độ chua của dịch cháo dẫn đến hiệu quả đường hóa cao hơn Sự tăng độ chua còn mang lại nhiều lợi ích tích cực, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng dịch đường thu được.
Quá trình thủy phân hemicellulose đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp chất hòa tan cho dịch đường, giúp phá bỏ rào cản và tạo điều kiện thuận lợi cho các enzym hoạt động hiệu quả hơn Nhóm enzym chính tham gia vào quá trình này là enzym Sitase, có nhiệm vụ phân giải hemicellulose thành các phần nhỏ hơn Ngoài ra, quá trình thủy phân pentose cũng diễn ra để chuyển đổi các hợp chất chứa pentose, góp phần nâng cao hiệu quả phân giải cellulose trong quá trình công nghiệp chế biến tinh bột và sinh học.
Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình đường hóa, ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ và hiệu suất của phản ứng Ngoài ra, nhiệt độ còn tác động đến tỷ lệ các thành phần của sản phẩm đường hóa, quyết định chất lượng cuối cùng của đường hóa Điều chỉnh nhiệt độ hợp lý là yếu tố then chốt để tối ưu hóa quá trình và đạt được sản phẩm đường hóa mong muốn.
Loại Enzyme totp ( o C) pHotp Cơ chất Sản phẩm
Protease 50 -60 4,6- 5,0 Protein Albumoza, pepton, polypetit
Quá trình lọc
Quá trình lọc nhằm tách các thành phần đã trích ly từ pha rắn trong Malt và phụ liệu dạng rắn để chuẩn bị cho quá trình chuyển hóa của vi sinh vật tạo ra sản phẩm mong muốn Cần tách dịch trích ly khỏi hỗn hợp lỏng rắn, trong đó quá trình lọc nước đầu diễn ra nhanh chóng, còn việc rửa bã nên thực hiện chậm để đảm bảo dịch trích ly được tối ưu hóa Kết thúc quá trình rửa bã khi nồng độ đường trong nước rửa còn khoảng 1 độ, đảm bảo hiệu quả lọc và chuẩn bị tốt cho các bước tiếp theo.
Thùng đường hóa kết hợp với lọc thùng là thiết bị phổ biến tại Anh và một số quốc gia khác Thiết bị có đường kính khoảng 10m và chiều sâu 2m theo tỷ lệ 5:1, tuy nhiên kích thước có thể thay đổi tùy theo điều kiện nhà máy Cấu tạo của thùng lọc gồm đáy giả có rãnh rộng 1mm, phía dưới có các ống thu nhận dịch nha và dẫn ra ngoài Nước phun vào với nhiệt độ cao 75-78°C tạo áp lực đẩy lớp chất lỏng qua lớp bã lọc, giúp loại bỏ đường hiệu quả Trong quá trình lọc, lưu lượng nước bắt đầu cao rồi giảm dần, nhưng việc duy trì lượng nước vào giúp đảm bảo hoạt động liên tục Dịch nha sẽ được thu đến khi đạt nồng độ đường thấp hoặc đủ lượng cần thiết Tuy nhiên, thiết bị này chỉ phù hợp cho nhà máy nhỏ do không tự động hóa, với chu trình lọc kéo dài 4-6 giờ và khả năng thu hồi khoảng 96-97%.
Thiết bị này có cấu tạo tương tự lọc Tun nhưng có chiều sâu nhỏ hơn và diện tích lớn hơn, giúp nâng cao năng suất Xuất xứ từ Trung Âu và Nam Mỹ, nơi sử dụng tỷ lệ thế liệu cao, thiết bị được thiết kế với các răng cào nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách lỏng khỏi hỗn hợp Mật độ cào thường đạt từ 1-1,5 cánh trên mỗi mét vuông, tối ưu hóa hiệu quả làm việc của thiết bị.
Lauter tun hoạt động hiệu quả khi tỉ lệ chất lỏng và rắn đạt 7,5 l/kg, đảm bảo quá trình lọc diễn ra tối ưu Thiết bị có khả năng lọc tốt dịch malt 100%, và ngay cả khi tỉ lệ thế liệu lên đến 50%, năng suất vẫn đáp ứng yêu cầu Tuy nhiên, để xử lý tỉ lệ thế liệu vượt quá 50%, cần duy trì kích thước của vỏ trấu để tăng cường lớp vật liệu lọc, đảm bảo hiệu quả lọc cao hơn.
Lọc Strainmaster Đây là một kỹ thuật phát triển dựa trên lọc Lauter Tun được cải tiến khả năng lọc bằng các ống đặt ở nhiều vùng.
Quá trình đun sôi dịch nha với hoa houblon
Sau khi lọc, dịch nha được đun sôi cùng hoa houblon để đảm bảo hương vị và chất lượng Dịch nha có thể được đưa trực tiếp vào nồi nấu hoa hoặc sử dụng nồi trung gian nếu cần thiết, giúp kiểm soát quá trình lên men Trong quá trình lọc và chuyển dịch nha vào nồi, cần lưu ý tránh làm tăng lượng oxy hòa tan để giảm thiểu các phản ứng oxy hóa, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Nồi nấu có hệ thống cấp nhiệt cho nhiệt độ từ 65-78°C lên đến nhiệt độ sôi trên 100°C, giúp quá trình đun sôi diễn ra hiệu quả Thời gian đun sôi thường kéo dài từ 30 đến 120 phút, trung bình khoảng 90 phút, trong đó các phụ liệu và hoa Houblon được đưa vào trong quá trình đun Trong quá trình này, các chất rắn kết tủa sẽ được loại bỏ qua khâu lắng, giúp trích ly hoa Houblon và loại bỏ mùi không mong muốn, từ đó cô đặc dung dịch một cách tối ưu.
Nguyên tắc đun sôi dịch nha
Quá trình đun sôi trong sản xuất bia bao gồm các giai đoạn nhập liệu, gia nhiệt, sôi và chuyển sang nồi lắng, đây là bước tiêu thụ năng lượng lớn nhất, chiếm khoảng 18% tổng năng lượng sử dụng, tương đương 24-54 mJ/Hl trong tổng số 145-285 mJ/Hl Trong quá trình đun sôi, lượng nước bốc hơi giúp đạt được nồng độ chất khô mong muốn, với tỷ lệ nước bốc hơi giảm từ 12-20% cách đây 30 năm xuống còn 4-8% ngày nay Hơn 99% năng lượng được dùng để duy trì quá trình sôi, trong khi chỉ có khoảng 1% bị tổn thất do nước bốc hơi.
Mục đích của quá trình đun sôi
-Bốc hơi, cô đặc; loại bỏ những chất dễ bay hơi (DMS)
-Thúc đẩy phản ứng giữa protein và thành phần của hoa
-Tạo phản ứng màu (Caramen; Melanoidin)
-Xử lý nhiệt đường không lên men.
Hoa houblon được thêm vào trong quá trình đun sôi để tối ưu hóa quá trình trích ly, với thời gian lý tưởng là 30 phút; sau 60-70 phút đun sôi, hàm lượng axit đắng đạt mức cao nhất, trong khi lượng tinh dầu của hoa sẽ giảm đi đáng kể trong quá trình này Quá trình đun sôi cũng gây thất thoát nitrogen, khi mỗi giờ đun sôi làm mất khoảng 6% lượng nitrogen trong dịch, đồng thời lượng polyphenol trong houblon oxy hóa các hợp chất hữu cơ, hình thành kết tủa pH của dịch mạch nha sẽ giảm từ 0,2-0,3, đạt mức từ 5,2 đến 5,3 cuối quá trình, chủ yếu do lượng ion Ca2+ trong dung dịch bị thất thoát khi liên kết với phosphate và polyphenol, giải phóng ion H+ trong quá trình đun sôi Các thiết bị đun sôi trong quá trình này được sử dụng đa dạng, phù hợp với yêu cầu sản xuất.
Hoa thường được cho vào nồi sau khi sôi 20 phút và thực hiện nhiều lần, thông thường chia thành 2 lần để đảm bảo quá trình nấu chín đều Khoảng 70-80% hoa được đưa vào sau khi sôi 20-30 phút, phần còn lại sẽ được thêm vào trước khi kết thúc đun sôi thêm 20-30 phút nhằm tối ưu hoá chất lượng sản phẩm Đặc biệt, hoa viên có hàm ẩm thấp cần được làm ẩm trước khi cho vào nồi (ngâm trong dịch nha) để tránh hiện tượng trào bọt do sự giãn nở của thể tích khí Đối với hoa dạng cao, do độ nhớt cao, nên gia nhiệt sơ bộ ở 45-50°C hoặc dùng hơi nước trực tiếp để gia nhiệt trước khi đưa vào nồi, giúp quá trình xử lý hiệu quả hơn.
Quá trình lắng trong
Sau khi đun sôi, dịch nha cần được lắng trong nhanh chóng để loại bỏ cặn rắn hình thành trong quá trình đun Hàm lượng cặn lắng trong dịch nha từ 2-8 gam trên mỗi lít, tùy thuộc vào nguyên liệu sử dụng, và cần đảm bảo lượng cặn trong dung dịch trước khi làm lạnh không vượt quá 0,1 g/l Việc lắng trong hiệu quả giúp duy trì quality của sản phẩm, đồng thời góp phần kiểm soát cặn trong dịch.
Các thiết bị lắng cặn: Lắng thùng; Ly tâm lắng; Thùng lắng xoáy tâm
Lượng căn lắng chứa từ 10-20% chất rắn có thể được thu hồi bằng phương pháp bơm ngược để lấy dịch Phần chất rắn này có thể phối trộn với hèm để làm thức ăn gia súc, góp phần tối ưu hóa nguồn nguyên liệu Tại một số nhà máy, cặn lắng này còn được chuyển vào nồi nấu hoa để thực hiện quá trình thu hồi lượng acid đắng chưa được chiết ly hết, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chất thải.
Quá trình làm lạnh và bão hòa 02
Sau quá trình lắng nhiệt độ của dịch nho khoảng 95°C, cần làm lạnh xuống còn từ 8-22°C tùy thuộc vào công nghệ và giống nấm men lên men Quá trình làm lạnh này được kết hợp với sục khí nhằm thúc đẩy sự sinh trưởng của vi sinh vật, đảm bảo quá trình lên men hiệu quả và tối ưu hóa chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Quá trình làm lạnh nha khoa cần được thực hiện nhanh chóng để tránh nhiễm trùng và đảm bảo chất lượng dịch nha Thiết bị làm lạnh nhanh thường gồm một hoặc hai ngăn chứa nước hoặc chất tải lạnh đi ngược chiều nhau trong hệ thống truyền nhiệt dạng tấm có hệ số truyền nhiệt lớn (3000-6000 W/m°C) Đối với thiết bị có một ngăn, phương pháp làm nguội sử dụng nước lạnh thích hợp để làm giảm nhiệt độ dịch nha xuống mức không quá thấp Trong khi đó, thiết bị có hai ngăn sử dụng nước để làm nguội dịch nha xuống khoảng 16°C ở ngăn đầu, rồi dùng chất tải lạnh như nước lạnh hoặc glyco-nước để hạ nhiệt độ xuống khoảng 8°C ở ngăn thứ hai, giúp giảm nhiệt độ của dịch nha xuống mức thấp hơn, đảm bảo hiệu quả và an toàn cao.
Nấm men cần được tăng sinh khối, vì vậy dịch nha cần được sục khí trước khi vào thiết bị lên men để đảm bảo quá trình lên men hiệu quả Khi khí được đưa vào phía dịch nóng, việc thanh trùng sẽ thuận lợi hơn, nhưng có thể gây ra phản ứng oxy hóa polyphenol, làm dịch nha sẫm màu hơn Do đó, người sản xuất thường nạp oxy vào dịch nha lạnh, và ở một số nhà máy, oxy được đưa vào giữa hai ngăn của thiết bị có hai ngăn, khi nhiệt độ dịch nha khoảng 10-15°C, giúp duy trì chất lượng và quá trình lên men tối ưu.
Lượng oxy cung cấp chủ yếu phục vụ quá trình tăng sinh khối của nấm men, đòi hỏi hàm lượng oxy trong dịch nha đạt từ 70-90% nồng độ bão hòa (4-14 mg/l) Ở nhiệt độ 15°C, dịch nha bão hòa không khí chứa khoảng 8 mg/l oxy, trong khi nồng độ oxy bão hòa lên tới 38 mg/l, cho thấy việc chọn nguồn khí sục vào dịch nha ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men Để tăng cường khả năng hòa tan oxy, khí cung cấp phải ở trạng thái bọt nhỏ, và các thiết bị phun khí có nhiều dạng khác nhau nhằm tối ưu hóa quá trình oxy hóa trong dịch nha.
Lõi sứ; ống Venturi; Trộn tĩnh học (Static mixers); Trộn ly tâm
Quá trình lên men bia
Dịch nha khi vào thiết bị lên men có những đặc điểm như sau:
-Tổng chất rắn hòa tan (độ plato) tính theo đường Saccharose 10- 12 độ
-Oxy đủ để nấm men tăng sinh khối (8- 10 mg/l)
-Mật độ nấm men 10- 20 triệu tế bào/ ml dịch lên men
Biến dưỡng và phát triển của nấm men
Trong quá trình lên men, nấm men chuyển hóa cơ chất trong dịch nha để đáp ứng nhu cầu tăng sinh khối, đồng thời tạo ra các sản phẩm chuyển hóa như cồn Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các sản phẩm từ nấm men, góp phần nâng cao hiệu quả lên men và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Tối ưu hóa quá trình lên men giúp tăng năng suất cồn và đảm bảo hoạt động ổn định của nấm men trong quá trình sản xuất.
Quá trình chuyển hóa hydrocarbon theo thứ tự ưu tiên: Fructose và Glucose; Maltose; Maltotriose Đường dextrin không được chuyển hóa bởi nấm men.
Acid amin rất cần thiết để nấm men tổng hợp tế bào vì thế cần phải có một lượng nitơ amin tự do (FAN) trong dịch nha
Ngoài ethanol, nấm men còn sản xuất các hợp chất khác góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của sản phẩm bia Quá trình lên men chính là giai đoạn quan trọng giúp hình thành các hợp chất này, ảnh hưởng trực tiếp đến mùi vị và chất lượng của bia.
Phát triển nấm men trong quá trình lên men chính: Có 3 giai đoạn trong suốt quá trình lên men
Trong giai đoạn thích nghi từ 12 đến 24 giờ, nấm men làm quen với môi trường dinh dưỡng mới bằng cách sử dụng nhiều oxy để hô hấp, dẫn đến sự tạo thành glycogen trong tế bào nấm men Lượng glycogen tích tụ này đóng vai trò quan trọng là tác nhân kích hoạt quá trình sử dụng glucose để tổng hợp các sản phẩm cần thiết.
Pha sinh trưởng là giai đoạn nấm men phát triển mạnh nhất, đạt đến mật độ cực đại Quá trình lên men cũng đạt đỉnh, bắt đầu sau khi tế bào nấm đã đạt đến mức tối đa về số lượng Trong giai đoạn này, glygogen được tổng hợp để giúp tế bào đối phó với tình trạng cạn kiệt dưỡng chất Theo một số tài liệu, pha sinh trưởng được chia thành hai giai đoạn để mô tả rõ hơn quá trình phát triển của nấm men.
Trong quá trình lên men, pha chậm xảy ra khi dưỡng chất trong môi trường bắt đầu cạn kiệt, khiến nấm men chuyển dần sang giai đoạn dừng lại Khi đó, các tế bào kết tụ lại thành cụm và chìm xuống đáy thiết bị, tạo thành hiện tượng giống như nấm men chìm Tốc độ phát triển của nấm men chậm lại rõ rệt, tuy nhiên, nấm men vẫn tiếp tục tăng sinh khối trong suốt quá trình lên men, chỉ có sự chậm lại vào cuối giai đoạn chính của quá trình lên men.
Trong quá trình lên men, nhiệt độ là yếu tố quyết định đến chất lượng sản phẩm Việc duy trì nhiệt độ lên men từ 7-14°C giúp đảm bảo quá trình lên men diễn ra thuận lợi và đạt hiệu quả cao Nhiệt độ có thể biến động vài độ do nấm men sinh nhiệt khoảng 140Kcal/kg cơ chất trong quá trình sinh trưởng Chính vì vậy, hệ thống thiết bị lên men cần được trang bị hệ thống ổn nhiệt chính xác để duy trì nhiệt độ tối ưu Với quy trình truyền thống, thời gian lên men bia kéo dài từ 8-20 ngày, nhưng nhờ kỹ thuật hiện đại, thời gian này đã rút ngắn còn khoảng 7 ngày, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Trong 6- 10 giờ đầu tiên nấm men sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong dịch nha (không có dấu hiệu sử dụng Glucose), sau 8- 16 giờ dấu hiệu lên men bắt đầu được phát hiện bởi các bọt khí CO2 tạo thành lớp bọt mỏng trên bề mặt.
Nấm men bắt đầu nảy chồi trong vòng 24 giờ, trong thời gian này nhiệt độ cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh tăng quá mức Từ 24 đến 48 giờ, tốc độ sinh sản của nấm men và quá trình đồng hóa đường đạt đỉnh, đồng thời lượng khí CO2 được sinh ra nhiều hơn Trong giai đoạn này, pH của dịch lên men giảm xuống, đạt mức tối thiểu từ 3,8 đến 4,4 nhờ sự hình thành của các axit hữu cơ và sự tăng mật độ nấm men, tạo điều kiện bảo quản tốt hơn vì không thuận lợi cho sự phát triển của các vi sinh vật gây hại.
Một hợp chất quan trọng được tạo ra trong quá trình lên men là Glycogen (một dạng dữ trữ của tế bào nấm men).
Kẽm ở dạng Ion Kẽm II đóng vai trò là co-enzym trong tế bào nấm men, thúc đẩy quá trình tăng trưởng tế bào Hàm lượng Zn2+ trong dịch nha thường không đủ đáp ứng nhu cầu của nấm men, do đó cần bổ sung kẽm vào dịch nha với hàm lượng 0,3 ppm để hỗ trợ sự phát triển của nấm men Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy nồng độ 1 ppm Zn2+ có thể ức chế sự phát triển của nấm men, làm rõ tầm quan trọng của việc điều chỉnh mức độ bổ sung kim loại này một cách hợp lý.
Việc chuyển hóa các hydrocarbon bắt đầu khi đường glucose và fructose được tiêu thụ, đặc biệt khi hàm lượng glucose giảm, nấm men bắt đầu tổng hợp enzyme để tiêu thụ maltose và maltotriose Quá trình này dẫn đến sự hình thành các sản phẩm ester, đặc biệt khi có mặt các sản phẩm rượu bậc cao, và tốc độ lên men giảm cùng với sự giảm nhiệt độ Trong quá trình lên men, cũng xuất hiện các sản phẩm như α-acid acetohydroxyl, chuyển đổi thành diacetyl và 2,3-pentanedione, những hợp chất gây mùi khó chịu như mùi bơ nếu vượt quá ngưỡng Các hợp chất này sẽ tiếp tục được chuyển hóa trong quá trình lên men phụ và quá trình lưu trữ bia để đảm bảo chất lượng cuối cùng.
Kẽm (Zn2+) đóng vai trò quan trọng như một co-enzyme trong tế bào nấm men, hỗ trợ quá trình tăng trưởng của tế bào Tuy nhiên, hàm lượng Zn2+ trong dịch nha thường thấp hơn nhu cầu của nấm men, do đó cần bổ sung kẽm với hàm lượng 0,3 ppm để đảm bảo sự phát triển tối ưu Nghiên cứu cho thấy, ở nồng độ 1 ppm Zn2+, quá trình phát triển của nấm men bị ức chế, cho thấy cần kiểm soát hàm lượng kẽm trong dịch nha để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng của nấm men.
Quá trình chuyển hóa các hydrocarbon bắt đầu khi đường glucose và fructose được tiêu thụ đầu tiên, sau đó nấm men tổng hợp enzyme để phân giải maltose và maltotriose khi hàm lượng đường giảm Các sản phẩm ester hình thành sau khi xuất hiện rượu bậc cao, đồng thời tốc độ lên men giảm cùng với nhiệt độ giảm Trong quá trình lên men, axit acetohydroxyl được tạo ra và chuyển đổi thành diacetyl và 2,3-pentanedione, những hợp chất gây mùi khó chịu như mùi bơ nếu vượt quá ngưỡng Các hợp chất này sẽ tiếp tục chuyển hóa trong quá trình lên men phụ và quá trình lưu trữ bia, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Quá trình làm trong bia
Làm dịch bia được trong hơn giúp nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người tiêu dùng Quá trình này cũng giúp ổn định thành phần cơ học của bia, đảm bảo chất lượng và độ ổn định của sản phẩm trên thị trường Đồng thời, việc lọc bia giúp loại bỏ tạp chất, giữ cho bia đạt tiêu chuẩn chất lượng cao và kéo dài thời gian bảo quản, từ đó nâng cao hiệu quả kinh doanh.
Tách bỏ những hạt nhỏ của tế bào nấm men, hạt protein, hạt hoa Houblon ra khỏi bia làm cho màu sắc của bia sáng và trong hơn.
Việc lọc bia được thực hiện qua hai quá trình chính là lọc cơ học và hấp thụ Trong quá trình lọc cơ học, các nguyên liệu lọc có lỗ nhỏ hơn kích thước của các phần tử cần loại bỏ khỏi bia, giúp loại bỏ tạp chất hiệu quả Đồng thời, quá trình hấp thụ sử dụng các chất hấp thụ để giữ lại các chất rắn có kích thước nhỏ hơn lỗ lọc, đảm bảo chất lượng và rõ nét của sản phẩm cuối cùng.
Nguyên liệu lọc: bông xellulose, giấy lọc, vải lọc, bột diatomid.
Lọc bia được thực hiện trong hệ thống kín ở nhiệt độ từ 0 – 10°C để tránh mất CO2, ngăn chặn oxy không khí xâm nhập và giảm nguy cơ vi sinh vật gây hỏng Quá trình lọc giúp giảm độ hòa tan, độ nhớt, áp suất trên bề mặt bia, cùng khả năng tạo bọt và lượng CO2 trong bia, yêu cầu lọc cẩn thận để đảm bảo độ trong cần thiết mà vẫn nhanh chóng Thường xuyên kiểm tra độ trong của bia sau khi qua lọc để phát hiện và xử lý kịp thời, tránh tình trạng bia đục phải lọc lại hoặc đưa vào dự trữ.
Thiết bị lọc trong bia
Cấu tạo máy lọc khung bản
Máy lọc bia được trang bị 30 bản lọc hình vuông, mỗi cạnh dài 510mm, có xẻ rãnh và hai lỗ F30mm giúp quá trình lọc diễn ra hiệu quả Trong quá trình lọc bia, người dùng đặt vải lọc lên các bản lọc, sau đó sử dụng tay quay trục vít để ép các bản lọc lại tạo thành ống dẫn từ đầu tới cuối máy Hệ thống gồm một ống dẫn bia để lọc và một ống dẫn nước vào nhằm rửa sạch lớp bột trên lớp vải lọc, đảm bảo quá trình lọc diễn ra hiệu quả và sạch sẽ.
Bia được đưa vào thùng cùng với bột lọc, nhờ hệ thống cánh khuấy hòa tan để đảm bảo hỗn hợp đồng nhất Sau đó, hỗn hợp này được bơm sang máy lọc ép để xử lý tiếp Trong quá trình lọc, hỗn hợp theo các ống dẫn đến các bản lọc, nơi diễn ra quá trình lọc trong khoảng 1-2 phút để lớp bột lưu lại trên bản lọc, hình thành lớp nguyên liệu trợ lọc Dưới áp suất lọc khoảng 2-3 kg/cm², chất lỏng sẽ xuyên qua vải lọc, chảy vào rãnh của bản lọc rồi thoát ra qua ống dẫn sang thiết bị absorb (bình bão hòa CO2), đảm bảo quá trình lọc đạt hiệu quả cao.
Khi rửa vải lọc, cần cho ống nước rửa vào ống và chuyển bia đã lọc sang absort, đảo chiều so với chiều của bia để loại bỏ cặn bám trên vỉa lọc Trong quá trình lọc, nếu áp suất giảm xuống còn 1,5 kg/cm2, tức là các cặn đã làm bít kín lỗ màng lọc dẫn đến bia bị đục, nên cần tiến hành rửa vải lọc Quá trình này cần tiếp tục cho đến khi toàn bộ quá trình lọc bia diễn ra bình thường, đảm bảo vải lọc sạch và không còn cặn bám làm giảm hiệu suất lọc.
Các bước tiến hành lọc bia
Trước hết, trộn bột trợ lọc diatomid vào trong thùng lọc và bắt đầu bơm hỗn hợp qua các thiết bị lọc Khi bia chảy ra chưa trong, cần hồi lưu trở lại khoảng 15 phút để bột trợ lọc hình thành lớp màng lọc trên các tấm vải lọc, giúp bia đi qua trong và chuyển vào trong absort Trong quá trình lọc, đồng thời bơm thêm hỗn hợp bia và bột diatomid vào để đảm bảo độ xốp cần thiết cho lớp xác của tế bào nấm men, giúp giữ lại trong bản, kéo dài thời gian lọc và nâng cao hiệu suất lọc.
Trong quá trình lọc, cần theo dõi đồng hồ áp lực để tránh áp lực bơm lớn gây ra hiện tượng dịch phun ra ngoài Khi lớp bã trong chứa dày, áp suất bơm tăng cao khiến dung dịch không thoát ra được, dẫn đến phần bia bị đục do áp lực lọc quá cao làm vỡ lớp màng lọc nội bộ Khi gặp hiện tượng này, có thể xả bột rồi thực hiện lọc lại bằng lượng bột mới để đảm bảo hiệu quả lọc tốt hơn.
Sau khi hoàn thành quá trình lọc, cần tiến hành xả bã để loại bỏ các cặn bẩn Trước khi chuẩn bị cho mẻ lọc tiếp theo, thiết bị phải được vệ sinh sạch sẽ và lắp lại vải mới để đảm bảo hiệu quả lọc và giữ vệ sinh an toàn thực phẩm.
Sau khi lọc xong, tiến hành vệ sinh máy bằng cách tháo bản lọc ra, giặt vải rồi thay vải mới để tiếp tục quá trình sản xuất liên tục Khi thay vải mới cần thực hiện giống như ban đầu, còn khi bắt đầu xả bột thì phải bỏ lượng nước dư ban đầu còn lại trong máy qua đường hồi lưu Tiếp theo, cho lượng nước này hồi lưu vào thùng chứa bột trợ lọc để duy trì hiệu quả quá trình lọc.
Bão hòa C02
Nhằm làm tăng chất lượng cảm quan, chống kết tủa và là môi trường tốt để bảo quản bia
Bổ sung lượng CO2 bị thất thoát trong quá trình lọc bia.Tạo mọi điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp suất, để tiến hành bão hoà CO2.
Phương pháp bão hoà CO2
Để hạ nhiệt độ trong absort xuống 20°C, cần mở van tác nhân lạnh Sau khi lọc, dịch bia phải được bơm vào absort không vượt quá vạch giới hạn để tránh trào ra ngoài do áp suất cao.
Mở van CO2 từ bình chứa trực tiếp và dẫn vào trong thiết bị qua hệ thống phân tán để phân tách thành các phân tử nhỏ, giúp CO2 khuếch tán đều trong bia Quá trình nạp CO2 được thực hiện đến khi áp suất đạt gần 5 kg/cm², sau đó ngừng lại để đảm bảo độ carbon hóa lý tưởng cho bia.
Các chỉ tiêu chất lượng của bia sau khi lọc và bão hoà CO2
Người tiêu dùng đánh giá qua các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu như: mùi, vị, màu sắc, độ trong, bọt và độ bền của bọt.
Mùi của bia được hình thành từ các nguyên liệu chính và quá trình lên men tự nhiên Hoa Houblon và dịch nha thủy phân từ malt đại mạch sau quá trình đun sôi sẽ được nấm men bia chuyển hóa thành các sản phẩm mang hương vị đặc trưng Các loại bia khác nhau có thể đa dạng về vị, độ cồn và màu sắc, tạo nên sự phong phú của thị trường bia hiện nay.
Vị chủ yếu của bia đến từ các sản phẩm lên men của houblon và malt đại mạch, tạo nên hương vị đắng đặc trưng Người uống bia cảm thấy dễ chịu nhờ sự hòa quyện của nhiều hợp chất phức tạp như dextrin, mellanoit, hợp chất chứa nitơ, các chất từ houblon, cùng với rượu etylic, este thơm và rượu bậc cao Đây chính là yếu tố tạo nên hương vị độc đáo và hấp dẫn của bia.
Nhiệt độ thích hợp để duy trì vị của bia khoảng 8– 12 0 C vì vậy người uống bia có cảm giác dễ chịu nhất là khi bia lạnh ở nhiệt độ này.
Bọt nhiều, dày mịn và lâu tan là dấu hiệu của bia chất lượng cao, mang lại cảm giác ngon miệng khi thưởng thức Bia có bọt mịn, dày thường giữ được hương vị tươi ngon, dù rót lâu vẫn không bị nhạt hay trở thành bia cũ Chất lượng của bọt bia phụ thuộc vào hàm lượng CO2 bão hòa trong bia, được duy trì do các thành phần như albumine, pepton và các hợp chất đắng từ hoa Houblon Khi các yếu tố này đầy đủ và cân bằng khi rót vào ly, sẽ tạo ra lớp bọt dày, mịn, đặc và lâu tan, góp phần nâng cao trải nghiệm uống bia.
Chiết chai, chiết lon
Mục đích: Đảm bảo cho chai trước khi chiết rót hợp vệ sinh, đảm bảo yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm.
Yêu cầu về chai sạch là sau khi xử lý, chai phải không còn bụi bẩn, nhãn mác hoặc keo dán, đặc biệt không bị nhiễm NaOH Để kiểm tra tính sạch của chai sau rửa, bộ phận KCS thường xuyên kiểm tra pH bằng cách lấy nước trong chai đổ ra đĩa sứ và nhỏ một giọt Phenolphtalein (PP) vào Nếu dung dịch chuyển sang màu hồng hoặc hồng nhạt, chứng tỏ chai bị nhiễm NaOH; ngược lại, nếu không màu, chai đã đạt yêu cầu sạch và không bị nhiễm NaOH.
Quá trình rửa chai cần đảm bảo về thời gian và năng suất để đạt hiệu quả tối ưu Thời gian rửa trung bình cho mỗi chai từ 25 đến 40 phút, phù hợp với công suất làm việc của máy rửa chai, đạt từ 8.000 đến 20.000 chai mỗi giờ Điều này giúp nâng cao năng suất, đảm bảo các tiêu chuẩn về chất lượng và hiệu quả sản xuất trong quá trình đóng gói.
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Quy trình chiết bia Đóng nắp Thanh trùng Soi chai
Chai không đạt Bia TBF
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Nguyên lý là dùng nhiệt để thực hiện quá trình thanh trùng, nhiệt độ thanh trùng luôn £
Nhiệt độ thanh trùng lý tưởng là 62°C để đảm bảo diệt vi sinh vật hiệu quả Nếu nhiệt độ quá cao, sẽ gây hiện tượng xốc nhiệt dẫn đến bể chai trong quá trình thanh trùng, gây hỏng sản phẩm Ngược lại, nhiệt độ thấp hơn mức quy định sẽ làm quá trình thanh trùng không đạt hiệu quả, vi sinh vật dễ bị tồn tại và gây hỏng bia Đảm bảo duy trì nhiệt độ đúng chuẩn là yếu tố quan trọng để giữ chất lượng và an toàn cho bia.
Thời gian thanh trùng lý tưởng cho chai bia là khoảng 40 phút trong quá trình đưa vào và ra khỏi máy thanh trùng Sau khi hoàn thành, chai bia sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải để đến đèn soi kiểm tra chất lượng, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn trước khi đóng hộp và phân phối.
Soi chai là quá trình sử dụng đèn Neon để kiểm tra chất lượng bia trong quá trình đóng gói Người công nhân ngồi phía trước dùng đèn chiếu vào các chai bia để phát hiện những chai bị đục, nổi bọt hoặc bị dơ, méo mó nắp Những chai không đạt tiêu chuẩn sẽ bị loại bỏ để đảm bảo chất lượng sản phẩm Các chai bia không đạt yêu cầu sẽ bị đổ bỏ hoàn toàn, giúp giữ vững uy tín của thương hiệu và đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
Dán nhãn và đóng code sử dụng keo dán Herkel K490, đảm bảo quy trình chính xác và hiệu quả Vật liệu nhãn và chai bia được đưa vào máy để tiến hành dán tự động, trong đó chai bia đi qua các chổi quét keo dán tại hai vị trí chính là thân chai và cổ chai Sau khi phủ keo, nhãn sẽ được dán vào đúng vị trí trên thân và cổ chai (nhãn foil), đảm bảo sự chắc chắn và thẩm mỹ cho sản phẩm Quá trình này giúp tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh, đáp ứng tiêu chuẩn về chất lượng và an toàn.
Nhãn dán cần được cân đối và đẹp mắt, không bị nhăn hoặc ngược để đảm bảo đạt tiêu chuẩn thẩm mỹ Sau khi dán nhãn và đóng gói, chai bia sẽ đi qua máy In Date (inful) để in hạn sử dụng Việc dán nhãn đúng cách góp phần nâng cao hình ảnh sản phẩm và đảm bảo sự chuyên nghiệp trong quá trình đóng gói.
Trong quá trình sản xuất bia, máy In Date đóng vai trò quan trọng trong việc in ngày sản xuất và hạn sử dụng lên nhãn chai bia, giúp đảm bảo thông tin rõ ràng và chính xác Khi hoàn thành việc in ngày giờ sản xuất và hạn sử dụng, quy trình hoàn thiện sản phẩm kết thúc và chúng ta đã có một chai bia thành phẩm hoàn chỉnh Sản phẩm cuối cùng sau quá trình đóng chai chính là thành phẩm bia đạt tiêu chuẩn, sẵn sàng để đưa ra thị trường.
Mục đích, yêu cầu của chiết rót và năng suất chiết
Mục đích: Chiết chai để dễ dàng vận chuyển đến nhiều nơi với số lượng lớn mà vẫn đảm bảo chất lượng, đảm bảo thời gian bảo quản.
Yêu cầu: Nhiệt độ chiết bia khoảng 2 4 o C.
Bia chiết phải đúng mức quy định ( ví dụ như bia 355 thì rót khoảng 355ml) hay khoảng cách từ mực bia trong chai đến miệng chai là 5mm.
Bia phải được chiết trong hệ thống kín và không còn O2 trong chai sau khi chiết.
Năng suất: Trung bình: 15.000 chai / h Ngoài ra năng suất chiết còn phụ thuộc vào quy mô và thiết bị của nhà máy
Nguyên tắc: bia được chiết trong hệ thống kín theo nguyên tắc đẳng áp.
Nâng chai Hút chân không
Thổi CO 2 Hút chân không Cân bằng áp Chiết chai Đuổi O 2
Chai Đuổi O2 bằng cách tia nhỏ nước vào các chai đã chiết để tạo bọt khí đuổi O2 ra khỏi chai bia sau khi chiết.
Bia được bơm từ TBF vào Ringbowl - thùng chứa của máy chiết, trong khi chai được băng tải dẫn qua trục vào thanh dẫn hướng và sao dẫn hướng đầu vào Ringbowl để đưa chai tiếp xúc với ty chiết rót Khi chai tiếp xúc kín và hút chân không vào ty chiết, bia sẽ tự động rót vào chai với thể tích quy định, ví dụ như 355ml cho chai 355, theo nguyên tắc thể tích Sau khi rót xong, chai di chuyển theo sao dẫn hướng đầu ra của Ringbowl đến cối dập nắp, nơi tia phun nước tạo bọt khí nhằm đẩy khí O2 ra khỏi chai Tại máy dập nắp, chai được đóng nắp, rồi tiếp tục theo sao dẫn hướng đầu ra của cối dập nắp đến sao dẫn hướng đầu ra của máy chiết để ra ngoài, hoàn tất quá trình đóng chai sản phẩm.
Trong quá trình chiết rót, việc đảm bảo an toàn đòi hỏi chú ý đến nhiệt độ chiết rót, với yêu cầu nhiệt độ thấp nhất là 2°C và không vượt quá 16°C Ngoài ra, cần kiểm soát áp suất CO2 và áp chiết để đảm bảo quá trình diễn ra thuận lợi và an toàn Khi chiết lon, cần tuân thủ các yếu tố này để đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn trong quá trình đóng gói.
Bia TBF là nguyên liệu cuối cùng trong quy trình lọc bia, được chứa trong các tank chuyên dụng để đảm bảo chất lượng trước khi tiến hành chiết rót vào lon Quy trình này giúp đảm bảo độ tinh khiết và ổn định của sản phẩm, phục vụ hiệu quả cho việc đóng gói và phân phối bia đến người tiêu dùng.