nghiên cứu sản xuất bia từ thế liệu gạo nếp than

Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng nếp than làm đối tượng nghiên cứu thay thế một phần cho malt đại mạch trong công nghệ sản xuất bia nhằm tạo ra một loại thức uống có các th

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BIA TỪ THẾ LIỆU GẠO NẾP

THAN

Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

Giảng viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Thị Thu Huyền Sinh viên thực hiện : Võ Mạnh Tùng

MSSV: 0951100117 Lớp: 09DTP1

TP Hồ Chí Minh, 2013

NGHỆ TP HCM

Khoa: ………

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sỉ số trong nhóm……):

(1) MSSV: ……… Lớp:

(2) MSSV: ……… Lớp:

(3) MSSV: ……… Lớp:

Ngành :

Chuyên ngành :

2 Tên đề tài :

3 Các dữ liệu ban đầu :

4 Các yêu cầu chủ yếu :

5 Kết quả tối thiểu phải có: 1)

2)

3)

4)

Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

LỜI CẢM ƠN

Để có được kết quả này, em xin chân thành gửi lời cám ơn đến :

- Gia đình đã tạo điều kiện và là nền tảng vững chắc cho em có thể yên tâm thực hiện đề tài này

- Cô ThS Nguyễn Thị Thu Huyền, đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức quý báu, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

- Quý thầy cô trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ, các anh chị công tác tại Phòng Thí Nghiệm – Khoa Công Nghệ Thực Phẩm đã hỗ trợ cho em trong thời gian qua

- Những người bạn đã giúp đỡ, bổ sung thêm kiến thức, tài liệu và các phương tiện để em

có thể hoàn thành thật suôn sẻ

Em xin cám ơn mọi người rất nhiều

TÓM TẮT

Nếp than chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như nhiều loại amino acid, khoáng và đặc biệt

là chất chống oxy hóa anthocyanin Gu Defa (2006) cho thấy có mặt các chất dinh dưỡng đặc biệt

trong gạo nếp than như chất xơ, protein, các acid amin thiết yếu, vitamin B, khoáng chất…, nổi

bật so với các loại gạo khác và hoàn toàn có lợi cho sức khỏe con người Đặc biệt là hàm lượng

anthocyanin rất cao cùng với khả năng chống oxy hóa vượt trội của anthocyanin trong nguyên

liệu nếp than giúp ngăn chặn tác động nguy hại của các gốc tự do (Kanitha Tananuwong, 2010)

Ngoài ra nếp than còn chứa nhiều cấu tử tạo hương thơm đặc trưng, hấp dẫn so với các loại gạo

khác (C.Bounphanousay, 2008) Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng nếp than làm

đối tượng nghiên cứu thay thế một phần cho malt đại mạch trong công nghệ sản xuất bia nhằm

tạo ra một loại thức uống có các thành phần có hoạt tính sinh học, có thể giúp cải thiện sức khoẻ

và nâng cao chất lượng sống của con người

Trong quá trình nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bia từ thế liệu gạo nếp than,

chúng tôi khảo sát các thông số công nghệ gồm tỷ lệ gạo nếp than:nước, tỷ lệ malt lót bổ sung ở

nồi thế liệu gạo nếp than, các thông số trên giản đồ nấu malt và thế liệu, tỷ lệ sử dụng thế liệu

gạo nếp than:malt đại mạch nhằm tạo ra sản phẩm bia có chất lượng tốt và giữ lại lượng

anthocyanin cao nhất có thể Kết quả cho thấy tỷ lệ gạo nếp than:nước là 1:5 cho hiệu suất trích

ly cao nhất là 80,07% với hàm lượng anthocyanin cao nhất là 23,82 mg/100ml Thời gian giữ

nhiệt ở 720C ở nồi thế liệu gạo nếp than là là 25 phút cho hàm lượng đường tổng là 11,41% và

hàm lượng anthocyanin cao nhất là 24,51 mg/100ml Tỷ lệ malt lót bổ sung là 7% cho hàm

lượng đường tổng cao nhất là 11,68% với hiệu suất trích ly 80,14% Thời gian giữ nhiệt ở 650

C sau khi hội cháo là 25 phút cho hàm lượng đường khử cao nhất là 8,61% với hàm lượng

anthocyanin cao nhất là 4,51 mg/100ml Thời gian giữ nhiệt ở 750C sau khi hội cháo là 25 phút

cho hàm lượng đường tổng là 11,55% và hàm lượng anthocyanin là 3,71 mg/100ml Tỷ lệ sử

dụng thế liệu gạo nếp than:malt đại mạch là 1:4 cho bia thành phẩm có kết quả cảm quan tốt

nhất với hàm lượng anthocyanin là 4,52 mg/100ml Bia thành phẩm có màu vàng nâu, mùi đặc

trưng của bia, thoảng mùi nếp, bọt trắng dày với độ cồn 5,2%, pH = 4,4; độ Brix 4,1

iii

MỤC LỤC

Phiếu giao khóa luận/ đồ án tốt nghiệp

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về nguyên liệu 2

1.1.1 Tổng quan về gạo nếp than 2

1.1.2 Tổng quan về malt đại mạch 10

1.1.3 Hoa Houblon 13

1.1.4 Nấm men 15

1.1.5 Nước 18

1.2 Tổng quan về bia 20

1.2.1 Giới thiệu 20

1.2.2 Đặc điểm dinh dưỡng 20

1.2.3 Các công đoạn quan trọng trong sản xuất bia 21

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.1 Đối tượng 31

2.2 Dụng cụ và thiết bị 32

2.2.1 Dụng cụ 32

2.2.2 Thiết bị 32

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3.1 Quy trình công nghệ sản xuất bia nếp than dự kiến 32

2.3.2 sơ đồ nghiên cứu 38

2.3.3 Đánh giá chỉ tiêu sản phẩm 53

2.3.4 Một số phương pháp phân tích trong nghiên cứu 53

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56

3.1 Kết quả khảo sát nguyên liệu 56

3.1.1 Kết quả khảo sát malt đại mạch 56

3.1.2 Kết quả khảo sát gạo nếp than 57

3.2 Kết quả khảo sát tỷ lệ nếp than/ nước 58

3.3 Kết quả khảo sát chế độ nấu ở nồi thế liệu 61

3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ malt lót 64

3.5 Kết quả khảo sát thời gian giữ nhiệt ở 65 0 C sau khi hội cháo 66

3.6 Kết quả khảo sát thời gian giữ nhiệt ở 75 0 C sau khi hội cháo 69

3.7 Kết quả khảo sát tỷ lệ nếp than:malt đại mạch 72

3.8 Kết quả theo dõi thời gian lên men 76

3.9 Kết quả đánh giá chỉ tiêu sản phẩm 80

3.9.1 Kết quả đánh giá cảm quan theo TCVN 3215 – 79 80

3.9.2 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu hoá lý 81

3.10 Tính toán giá thành sản phẩm 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC A – kẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU ANOVA BẰNG STATGRAPHICS 85 P.l.A1 - kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 1 85

P.l A2 - kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 2 87

P.l.A3 - Kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 3 89

P.l A4 - kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 4 91

P.l.A5 - kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 5 93

P.l.A6 - kết quả xử lý số liệu của thí nghiệm 6 95

PHỤ LỤC B 98

P.l.B1 - xác định ẩm bằng phương pháp sấy khô (TCVN 5613-91) 98

P.l.B2 - Xác định hàm lượng N tổng số bằng phương pháp Kjeldahl 99

P.l.B3 - Xác định hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet 102

c : trọng lượng mẫu lấy để phân tích lipid (g) 102

P.l.B4 - Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS 103

f : hệ số pha loãng mẫu từ bình định mức 105

P.l.B5 - xác định hàm lượng đường tổng bằng phương pháp phenol 106

Trị số mật độ quang (OD) của những ống đối chứng sau khi trừ đi trị số của ống thử sẽ xác định được một đường cong mẫu.Với dung dịch cần xác định nồng độ, ta cũng trừ đi ống thử rồi chiếu lên đường cong mẫu để suy ra nồng độ đường trong ống, từ đó tính % lượng đường trong mẫu 107

P.L.B6 - định lượng protein hoà tan theo phương pháp Lowry 108

P.L.B7 - Xác định hàm lượng glucid 111

P.L.B8 - Xác định hàm lượng maltose bằng thuốc thử DNS 113

P.L.B9 - xác định hoạt lực amylase (năng lực đường hoá) 115

P.L.B10 - xác định độ hoà tan – thời gian đường hoá theo Lê Thanh Mai và cộng sự [3] 118

P.L.B11 - Đánh giá cảm quan: cho điểm thị hiếu 121

P.L B12 - Phép thử cảm quan theo TCVN 3215 123

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cánh đồng lúa nếp than Error! Bookmark not defined Hình 1.2: Công thức cấu tạo của anthocyanin Error! Bookmark not defined Hình 1.3 các loại malt đại mạch Error! Bookmark not defined Hình 1.4: Hoa houblon Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Tế bào nấm men Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Gạo nếp than Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Malt đại mạch Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Cao hoa và viên hoa Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Quy trình công nghệ Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Sơ đồ đường hoá nguyên liệu Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu Error! Bookmark not defined Hình 2.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Sơ đồ nấu ở nồi thế liệu Error! Bookmark not defined Hình 2.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 Error! Bookmark not defined Hình 2.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 Error! Bookmark not defined Hình 2.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 Error! Bookmark not defined Hình 2.12: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 Error! Bookmark not defined Hình 2.13: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6 Error! Bookmark not defined Hình 2.14: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 7 Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của hiệu suất trích ly theo tỷ lệ nếp than:nước

Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Sự thay đổi hàm lượng anthocyanin theo tỷ lệ nếp than:nước Error!

Bookmark not defined

Bookmark not defined

Bookmark not defined

Hình 3.5 sự thay đổi hiệu suất trích ly theo tỷ lệ malt lótError! Bookmark not defined Hình 3.6 sự thay đổi hàm lượng đường tổng theo tỷ lệ malt lót Error! Bookmark not

defined

Bookmark not defined

Bookmark not defined

Hình 3.9 Sự thay đổi hàm lượng đường tổng theo thời gian giữ nhiệt ở 75 0 C Error!

Bookmark not defined

C Error!

Bookmark not defined

Hình 3.11 sự thay đổi hàm lượng cồn theo tỷ lệ nếp than:malt đại mạch Error!

Bookmark not defined

Hình 3.12 sự thay đổi hàm lượng anthocyanin theo tỷ lệ nếp than/malt đại mạchError!

Bookmark not defined

Hình 3.13 Sự thay đổi điểm cảm quan bia thành phẩm theo tỷ lệ nếp than:malt đại

mạch Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Biến đổi hàm lượng cồn theo thời gian lên men Error! Bookmark not

defined

Hình 3.15 sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Sản phẩm bia từ thế liệu nếp than Error! Bookmark not defined.

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chứa trong 100gram gạo nếp trắng, nếp than và gạo

huyết rồng 3

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong 100gram gạo nếp than 4

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của malt đại mạch 11

Bảng 1.4 Thành phần của hoa houblon 14

Bảng 2.1 Phân tích chỉ tiêu nguyên liệu malt đại mạch 40

Bảng 2.2 Phân tích chỉ tiêu nguyên liệu gạo nếp than 41

Bảng 3.1: kết quả khảo sát nguyên liệu malt đại mạch 56

Bảng 3.2: kết quả khảo sát nguyên liệu gạo nếp than 57

Bảng 3.3: kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nếp than/nước đến hiệu suất trích ly 59

Bảng 3.4: kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nếp than/nước đến hàm lượng anthocyanin 60

Bảng 3.5: kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 720C đến hàm lượng đường tổng61 Bảng 3.6: kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 720C đến hàm lượng anthocyanin 63

Bảng 3.7 kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ malt lót đến hiệu suất trích ly 64

Bảng 3.8 kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ malt lót đến hàm lượng đường tổng 65

Bảng 3.9 kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 650C sau khi hội cháo đến hàm lượng đường khử 67

Bảng 3.10 kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 650C sau khi hội cháo đến hàm lượng anthocyanin 68

Bảng 3.11 kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 750C sau khi hội cháo đến hàm lượng đường tổng 70

Bảng 3.12 kết quả ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt ở 750C sau khi hội cháo đến hàm lượng anthocyanin 71

Bảng 3.13 kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nếp than:malt đại mạch đến hàm lượng cồn trong bia 73

Bảng 3.14 kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nếp than:malt đại mạch đến hàm lượng anthocyanin 74

Bảng 3.15 kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ nếp than:malt đại mạch đến điểm cảm quan trong phép thử cho điểm thị hiếu 75

Bảng 3.16 Sự thay đổi hàm lượng cồn theo thời gian lên men 76

Bảng 3.17 Sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men 77

Bảng 3.18 sự thay đổi pH theo thời gian lên men 78

Bảng 3.19 đánh giá cảm quan sản phẩm 80

Bảng 3.20 kết quả đánh giá chỉ tiêu sản phẩm 81Bảng 3.21 tính toán giá thành của 1 lít bia thành phẩm 81

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với tốc độ công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất nước, ngành công nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế đóng vai trò chủ lực trong đó có lĩnh vực chế biến đồ uống

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon, bổ dưỡng Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khoẻ, ăn ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển thì nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm chí trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hằng ngày đối vời mỗi người dân

Theo tổ chức nghiên cứu thị trường Eurowatch, người Việt Nam đã tiêu thụ 3 tỷ lít bia trong năm 2012 Lượng bia 1 người Việt trung bình uống 1 năm là 32 lít, xếp thứ nhất khu vực ASEAN và thứ ba châu Á, chỉ sau Trung Quốc và Nhật

Ta có thể thấy thị trường tiêu thụ bia ở nước ta là rất lớn, điều đó nảy sinh nhu cầu về 1 sản phẩm bia có những thành phần giúp tăng cường sức khỏe và chất lượng sống của con người nếu

sử dụng hợp lý, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Trong đó nếp than là một nguyên liệu rất đáng chú ý có thể được sử dụng làm thế liệu với tỷ lệ thích hợp, ngũ cốc này có hàm lượng đường thấp nhưng lại rất giàu chất xơ tốt cho sức khỏe và có các hoạt chất mà có thể giúp chống lại bệnh tim và ung thư

Các nhà khoa học ở ĐH Bang Louisiana đã phân tích mẫu cám của nếp cẩm trồng tại miền Nam nước Mỹ Họ phát hiện thấy sự tăng cường của chất chống ô-xy hóa anthocyanin Chất chống ôxy hóa này chính là nguyên nhân tạo ra màu nâu đen của nhiều loại rau quả, chẳng hạn như trái nam việt quất (cranberry) và hạt tiêu đỏ Nghiên cứu cho thấy chất chống ô-xy hóa tạo màu sậm này sẽ “quét” sạch các phân tử gây hại, giúp bảo vệ thành mạch và ngăn ngừa tổn thương DNA mà có thể dẫn tới ung thư

Tuy nhiên, hiện nay việc sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ nguyên liệu lúa nếp than chưa phổ biến Nhằm tạo điều kiện phát triển các sản phẩm từ nguồn nguyên liệu hữu ích này và góp phần nâng cao giá trị thương phẩm của giống lúa nếp than cổ truyền Việt Nam, tôi thực hiện

đề tài “Nghiên cứu sản xuất bia từ thế liệu gạo nếp than”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu

1.1.1 Tổng quan về gạo nếp than

1.1.1.1 Nguồn gốc, phân bố, đặc điểm cây lúa

Cây lúa (Oryza sativa L.) là loại cây lương thực chính của hơn một nửa dân số trên thế

giới Khoảng 20 loài của giống Oryza đã được nhận biết, gần như tất cả gạo được trồng đều là

Oryza sativa (Juliano, 1993)

Lúa nếp than có tên khoa học Oryza sativa L Glutinosa Tanaka, về mặt phân loại thực vật, cây lúa thuôc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza Lúa nếp than có thời gian

sinh trưởng khá dài (6 tháng), thích hợp với các vùng đất cao, khô thoáng

Hình 1.1: Cánh đồng lúa nếp than

Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của giống lúa :

- Thân : Thân cao

- Chồi : Nở bụi mạnh

- Lá : Lá rộng, xanh nhạt

- Hạt :

o Hạt thon, dài, dẹp

o Hạt hầu như không có đuôi

o Trấu ít lông và lông ngắn

o Hạt dễ rụng

- Sinh học : Tính quang cảm rất thay đổi

Đời sống cây lúa bắt đầu từ lúc hạt nẩy mẩm cho đến khi lúa chín, có thể chia làm 3 giai

đoạn chính : giai đoạn tăng trường, giai đoạn sinh sản và giai đoạn chín

Ở nước ta, giống lúa này được trồng chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, một số tỉnh ở Đồng

Bằng Sông Cửu Long như Tiền Giang, Long An, Trà Vinh

Lúa nếp than là một trong các loại lúa gạo có vỏ trấu màu nâu đen, phần hạt gạo sau khi

bóc tách vỏ sẽ thấy màu tím đen, tùy vào độ chín của hạt mà màu tím có thể đến tận tâm của hạt Hạt gạo

1.1.1.2 Thành phần hoá học của gạo nếp than

Trong nếp than có thành phần dinh dưỡng khá cao và một số hợp chất sinh học rất quý

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chứa trong 100gram gạo nếp trắng, nếp than và gạo huyết rồng

Thành phần Đơn vị Gạo nếp trắng Gạo nếp than Gạo huyết rồng

Thành phần Đơn vị Gạo nếp trắng Gạo nếp than Gạo huyết rồng

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong 100gram gạo nếp than

Thành phần Đơn vị Gạo nếp than Gạo huyết rồng

1.1.1.3.1 Cấu tạo

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của anthocyanin

Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, glactose, kết hợp với gốc aglucon

có màu (anthocyanidin) Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7 thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào

vị trí R1 và R2, thường là H, OH hoặc OCH3

Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu tố

khác,… Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh đậm

Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm

OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít

Các Anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường:

 Khi pH > 7 các anthocyanin có màu xanh và khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ

 Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

 Ở pH = 4÷5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu

 Ở pH = 7÷8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh

Màu sắc của anthocyanin còn có thể thay đổi do hấp thụ ở trên polysaccharide Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể bị phá huỷ và mất màu

1.1.1.3.3 Yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin

Nhiệt độ: Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, Anthocyanin dễ dàng bị biến

tính dưới tác dụng của nhiệt độ (Markakis 1974)

Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với sự gia

tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi sự methxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại

Adams cho rằng, các anthocyanidin 3-glycoside khi được nung nóng ở pH = 2.0 – 4.0 đầu tiên sẽ bị thủy phân liên kết glycoside (ở 100 0C) sau đó là sự biến đổi aglycone thành chalcone

Sự biến tính hơn nữa dẫn đến h.nh thành dạng sản phẩm màu nâu đặc biệt là với sự có mặt của

oxy

pH: Năm 1956 Lukton nghiên cứu thấy rằng: ở ph = 2 – 4.5 thì vận tốc phân hủy

pelargonidin 3-glucoside trong dịch ép của quả dâu không xác định được khi không có O2 Khi

có mặt O2 pH tăng nhanh, sự biến tính tăng lên mãnh liệt

Đến năm 1972, Adams nghiên cứu thấy rằng ở pH = 2 – 4 ít ảnh hưởng đến sự phân hủy

của Anthocyanin trong suốt quá tr.nh gia nhiệt khi không có O2 Khi có mặt O2 thì Anthocyanin

bị biến tính mạnh ở pH trên, cấu trúc của chúng cùng với độ bền màu thay đổi vớisự thay đổi pH

Oxy: Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủy của

anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc màu nâu

Lượng anthocyanin còn lại của dâu sẽ lớn hơn khi đóng chai dưới điều kiện chân không

hoặc nitrogen (Baravingas và Cain, 1965) Độ bền của các pigment của nho còn được sử dụng

như là chất màu ở nước giải khát được tăng lên khi đóng hộp với nitrogen

Ánh sáng: Các anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng thấy

được, và các nguồn phát xạ khác Ánh sáng có 2 ảnh hưởng đến anthocyanin:

Tăng cường cho quá trình sinh tổng hợp

Xúc tiến sự biến tính của chúng

Năm 1964, Siegenman cho rằng những quả táo giống đỏ sẽ chuyển sang màu xanh khi để trong bóng tối

Năm 1968, Vanburen và các cộng sự tường trình rằng các diglucoside được acyl hóa và

methyl hóa thì các Anthocyanin trong rượu bền nhất khi để ngoài ánh sáng, các diglucoside

không bị acyl hóa là ít bền hơn và monoglucoside là kém bền nhất

Năm 1975, Palamidis và Markakis đã tìm thấy rằng ánh sáng thúc đẩy quá trình phân hủy anthocyanin trong nước giải khát có CO2 được phối màu với anthocyanin từ xác nho

1.1.1.3.4 Tính chất và ứng dụng

Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả

cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ

Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàn trong thực

phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm

Anthocyanin là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như:

 Khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, chống viêm, chống các tia phóng xạ…

 Hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, sự phát triển của các tế bào ung thư

 Ngoài ra, Athocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây

Năm 2005, “ Tối ưu hoá quá trình chiết tách chất màu anthocyanin từ bắp cải tím trong môi trường trung tính” của Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự Kết quả cho thấy bằng phương pháp tối ưu hóa hàm đa mục tiêu đã tìm được các điều kiện công nghệ chiết tách để thu được chất màu anthocyanin có hàm lượng và độ màu cao, bao gồm: Nhiệt độ chiết 290C; Thời gian

chiết 54 phút; Hệ dung môi nước/ethanol có tỷ lệ nước 72% Với điều kiện này thu được: hàm lượng anthocyanin 1,110%; độ màu 4,967

Năm 2005, “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến màu anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất chỉ thị an toàn trong phân tích thực phẩm và hoá học” của Nguyễn Thị Phương Anh và Nguyễn Thị Lan Kết quả cho thấy rằng khi pH thay đổi từ môi trường acid sang môi trường base, màu của antho thay đổi từ đỏ sang xanh và hấp thụ cực đại tại bước sóng λmax = 520617

nm ứng với mỗi pH Từ đó chúng tôi nghiên cứu khả năng ứng dụng chất màu antho làm chất chỉ thị acid-base (có khoảng pH đổi màu từ 5,57,5) trong phân tích hóa học và thực phẩm

 Ngoài nước:

Năm 2006, tại Thái Lan có nghiên cứu trích ly anthocyanin từ gạo nếp than, “Extraction of Anthocyanin from Black Glutinous Rice (Oryza sativa L.)”, của Duangkamol Luemchan và cộng sự Kết quả nghiên cứu điều kiện tối ưu trích ly anthocyanin từ gạo nếp than là ở nhiệt độ

62 – 65OC trong 67 - 75 phút, với tỷ lệ gạo: nước là 1: 3

Năm 2006, tại Trung Quốc có nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng đặc biệt của gạo nếp than, “A study on special nutrient of purple glutinous rice”, của Gu Defa và cộng sự Nghiên cứu kết luận sự có mặt các chất dinh dưỡng đặc biệt trong gạo nếp than như chất xơ, protein, vitamin B, khoáng chất (Ca, P, Fe )…, cao hơn nhiều hơn so với gạo bình thường và hoàn toàn

có lợi cho sức khỏe con người

Năm 2008, tại Lào có nghiên cứu về đặc điểm của phân tử tạo hương thơm trong nếp than,

“Chemical and Molecular Characterization of Fragrance in Black Glutinous Rice from Lao PDR”, của C Bounphanousay Đây là nghiên cứu đầu tiên về cấu tạo và các đặc tính phân tử

thơm của giống nếp than Lào

Năm 2010, tại Thái Lan có nghiên cứu khai thác và ứng dụng của chất chống oxy hóa từ gạo nếp đen, “Extraction and application of antioxidants from black glutinous rice”, của Kanitha Tananuwong và cộng sự Nghiên cứu xác định điều kiện khai thác tối ưu anthocyanin và ứng dụng của nó chống oxy hóa dầu cá Bột gạo nếp đen được trích ly trong hỗn hợp 70% nước 30% axeton, ở pH 6,8 trong 4 giờ mang lại chiết xuất thô với chất chống oxy hóa cao nhất Và hàm lượng bổ sung chất chiếc khô vào dầu cá là 1000mg/kg cho kết quả chống oxy hóa tốt

1.1.2 Tổng quan về malt đại mạch

1.1.2.1 Giới thiệu về malt đại mạch

Hình 1.3 các loại malt đại mạch

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt hòa thảo như đại mạch, tiểu mạch, thóc, ngô… sau khi cho nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ ẩm nhất định với điều kiện bắt buộc

Malt là một loại bán thành phẩm và giàu chất dinh dưỡng: 16 – 18% chất thấp phân tử dễ hòa tan và hệ enzyme đặc biệt phong phú, chủ yếu là amylase và protease

Trong số các loại malt thì malt từ lúa đại mạch (Hordeum vulgare-Barley) được sử dụng rộng rãi nhất do nó chứa nhiều amylase, là một loại enzym tiêu hóa giúp cho việc phá vỡ tinh bột

để chuyển nó thành đường Tuy nhiên, phụ thuộc vào loại cây trồng trong từng khu vực mà các loại ngũ cốc được/không được malt hóa khác cũng có thể sử dụng, bao gồm lúa mì, lúa gạo, yến mạch (Avena sativa-Oat) và lúa mạch đen (Secale cereale-Rye), cũng như ít phổ biến hơn là ngô

và lúa miến (cao lương, Sorghum chinensis)

Malt được tạo ra từ hạt ngũ cốc bằng cách ngâm chúng vào trong nước, cho phép chúng nảy mầm và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy Hạt ngũ cốc đã malt hóa tạo ra các enzym để chúng chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đường có thể lên men

Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng để tạo ra các màu malt khác nhau từ cùng một loại ngũ cốc Các loại malt sẫm màu hơn sẽ sản xuất ra bia sẫm màu hơn Ngày nay, trong phần lớn các trường hợp, hai hoặc nhiều loại malt được phối hợp để sản xuất bia

Malt cung cấp toàn bộ lượng glucid (chủ yếu dưới dạng tinh bột) để chuyển hóa thành đường, và từ đường chuyển hóa thành cồn và các chất khác Để giảm giá thành, người ta có thể

sử dụng ngũ cốc làm thế liệu, và lượng tối đa là 50% chứ không thể thay thế hoàn toàn malt Malt chứa đầy đủ enzym amilaza để thủy phân tinh bột Nếu sử dụng thế liệu nhiều thì lượng enzym này cung cấp không đầy đủ và ta buộc phải bổ sung enzym từ bên ngoài vào, chủ yếu là enzym từ

vi sinh vật Malt cung cấp khá đủ lượng protein và có chứa hệ enzym proteaza để thủy phân chúng Trong giai đoạn ươm mầm, hệ enzym này được hoạt hóa mạnh mẽ Khi chuyển sang giai đoạn nấu, chúng thủy phân protein tạo thành các phức chất có khả năng giữ CO2 tốt, tạo vị bia đặc trưng

1.1.2.2 Thành phần của malt đại mạch

Hàm lượng ẩm của malt thành phẩm là <5% để đảm bảo quá trình bảo quản được lâu và tránh tổn thất các thành phần có ích trong malt

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của malt đại mạch

Tinh bột Cellulose Saccharose Đường khử Protein Lipid

60 – 65 %

4 – 6 %

3 – 5 %

2 – 4 % 9,5 – 11%

2 – 3 %

Tinh bột: trong quá trình ươm mầm, lượng tinh bột của hạt bị tiêu hao cho hô hấp và tổng

hợp tế bào mầm nên thành phần tinh bột trong malt thấp hơn các loại ngũ cốc chưa nảy mầm

Đường hoà tan: hàm lượng đường trong malt tăng lên nhiều là do sự thuỷ phân tinh bột,

tuy nhiên một phần trong đó cũng bị tiêu hao cho hô hấp và tổng hợp tế bào cây non

Chất béo: Chất béo trong malt chủ yếu là triglyceride không tan trong nước, ảnh hưởng

xấu đến bọt của bia

Protein: Hàm lượng protein trong malt giảm đi so với hạt đại mạch do sự tác động của

protease Sự thay đổi này kéo theo sự thay đổi về tương quan khối lượng giữa các hợp phần của protein, hàm lượng protein hoà tan trong nước và trong dung dịch 10% NaCl tăng khoảng hai lần

1.1.2.3 Hệ enzyme trong malt đại mạch

Các loại enzym trong malt gồm có: alpha-amylase, beta-amylase và amilophosphatase,

phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ

Hệ thống enzym thủy phân tinh bột

Với enzyme alpha-amylase cơ chất của nó là tinh bột và dextrin, từ đó tạo ra sản phẩm là maltose và các dextrin mạch ngắn Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.8, t0opt = 72 – 76 0C Với enzyme beta-amylase phân cắt tinh bột thành đường maltose Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.5 – 5.8, t0opt = 62 – 650C

Hệ thống enzyme protease:

Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein để tạo ra các sản phẩm trung gian như:

pepton, peptit, polypeptit, với pHopt = 5.1, topt = 50 – 550C

Peptidase: phân cắt các peptit có sẵn trong hạt đại mạch và những peptit trong malt do

proteinase phân giải để tạo thành các acid amin trong hạt malt, với pHopt = 7.3 – 7.9, t0opt = 40 –

450C

Amidase: chúng sẽ tấn công các muối amit để hình thành NH3 và acid amin, góp phần làm thay đổi tính chất và hàm lượng của protein trong malt, các enzyme amidase có pHopt = 7.3 – 8.0,

topt = 45 – 500C

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 =40 – 500C

Các enzyme khác như: saccharophosphatase, glyxerophosphatase, nucleotidase sẽ phá các mối liên kết ester tương ứng của các hợp chất hữu cơ có chứa phosphate và giải phóng ra acid

Cây houblon có tên khoa học là Humulus lupulus Đây là một loại thực vật khác gốc tức là

các hoa cái và hoa đực trổ ra từ các gốc khác nhau

Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì chúng chiết ra nhựa đắng và các loại tinh dầu chủ yếu tạo các chất thơm cho bia

Houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Do những tính năng cực kỳ đặc biệt này houblon đã trở thành nguyên liệu không thể thay thế trong công nghệ sản xuất bia

1.1.3.1 Thành phần hoá học của hoa houblon

Các thành phần trong hoa, đặc biệt là tinh dầu thơm và chất đắng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia thành phẩm, tạo nên hương vị đặc trưng của bia

Bảng 1.4 Thành phần của hoa houblon

Thành phần của chất đắng:

α - acid đắng (humulon): là hợp chất chủ yếu tạo vị đắng cho bia, có vị đắng mạnh và có

khả năng kháng khuẩn

β - acid đắng (lupulon): so với humulon thì lupulon kém đắng hơn nhưng lại có tính kháng

khuẩn cao hơn

Tinh dầu thơm: hoa houblon chứa 0,3 – 1% tinh dầu thơm, khi hòa tan vào dịch đường,

tồn tại trong bia và tạo cho bia có mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu

Là những chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, tinh dầu thơm có mùi thơm rất mạnh, dễ hòa tan trong etylic ở nồng độ cao và bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường

Thành phần hóa học của tinh dầu thơm trong hoa houblon rất phức tạp, bao gồm đến 103 hợp chất khác nhau, chúng được chia thành ba nhóm: hydrocarbon, các hợp chất chứa lưu huỳnh

và các hợp chất chứa oxy

Polyphenol (tannin): houblon chứa khoảng 2,5 – 6% polyphenol Giá trị công nghệ lớn

nhất của polyphenol là chúng được dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protit cao phân tử ra khỏi dịch đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo cho bia thành phẩm

Polyphenol trong hoa houblon rất phong phú về chủng loại, đa dạng về cấu trúc và rất khác nhau về tính chất Tất cả hợp chất này đều thuộc nhóm flavonoid

1.1.4 Nấm men

1.1.4.1 Sinh lý nấm men

Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường có chứa đường, nitơ, photpho và các chất hữu cơ, vô cơ khác Chúng là vi sinh vật dị dưỡng có khả năng sống trong cả điều kiện hiếu khí và yếm khí

Sinh dưỡng: nấm men tiếp nhận thức ăn bằng con đường hấp thu chọn lọc trên bề mặt của

tế bào và sau đó khuếch tán vào bên trong

Nấm men trong công nghệ sản xuất bia là chủng thuộc giống Saccharomyces, gồm có nấm men chìm và nấm men nổi:

+ Nấm men chìm: 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: 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 chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước 7 – 10µm

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ như raffinose Nấm men chìm có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinose trong khi

đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường raffinose

Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm

Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi

Sự khác nhau về công nghệ lên men:

Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong vào cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính

Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó: nấm men bụi

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm có thể lên men ở

4 – 12oC, nấm men nổi là 14 – 25oC

Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thường lên men ở nhiệt độ 7 –

15oC Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị Còn lên men nổi thực hiện ở điều kiện nhiệt độ từ 18 – 22oC, cuối quá trình lên men thì các tế bào nấm men kết thành chùm và bị hấp thụ vào các bọt khí CO2 rồi nổi lên bề mặt dịch lên men Như vậy đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi bia bằng cách hớt bọt, còn ở lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men

1.1.4.2 Chỉ tiêu chất lượng của nấm men

Khi đưa vào sản xuất tỷ lệ men chết <2%, tỷ lệ nảy chồi >10%

Nấm men phải thuần chủng, tốc độ lên men nhanh sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao

Khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng, đặc tính di truyền ổn định

Chất lượng của nước ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia

1.1.5.1 Ảnh hưởng của một số ion trong nước đến chất lượng bia

Ca2+: thường tìm thấy trong nước với số lượng lớn, nó tạo độ cứng của nước Trong quá trình nấu bia có tác dụng giúp cho α-amylase chống tác dụng của nhiệt nhằm đảm bảo quá trình dịch hóa Kích thích protease và amylase hoạt động làm tăng hiệu suất mẻ nấu Hỗ trợ qua trình kết lắng các protein trong quá trình đun sôi Muối bicacbonate tác dụng với phosphate của malt làm tăng độ chua gây bất lợi cho quá trình đường hóa, ngược lại muối sulphate của nó lại làm tăng độ chua có lợi cho quá trình đường hóa

2KH2PO4 + 2NaHCO3 → K2HPO4 + Na2HPO4 + H2O + 2CO2

4KH2PO4 +3CaSO4 → Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4

Trong quá trình lên men giúp cho sự kết lắng, lắng nấm men tốt và loại các oxalate

Mg2+: ít khi vượt quá 30 mg/l nên ít ảnh hưởng đến pH dịch đường và mùi vị bia, tuy nhiên MgSO4 sẽ cho bia mùi vị khó chịu Nếu ở nồng độ cao chúng thường gây vị đắng khó chịu, làm đóng cặn lòng ống, làm suy yếu nấm men, tạo sự oxy hóa với tanin trong bia là nguyên nhân gây đục

Na+: hàm lượng cao tạo cho bia vị đắng chát khó chịu, trong phạm vi 200mg/l sẽ tạo vị đậm đà cho bia

Fe2+, Mn2+: nếu trong dịch đường hàm lượng cao sẽ rút ngắn chu kì sinh trưởng của

nấm men làm sự cân bằng trong quá trình lên men bị phá vỡ, ngoài ra còn gây cho bia có mùi vị

lạ Một tác dụng bất lợi nữa là nó xúc tác quá trình oxy hóa gây đục bia

SO42-: nhiều hơn 250 mg/l sẽ gây vị đắng khan

1.2 Tổng quan về bia

1.2.1 Giới thiệu

Bia là một loại nước giải khát lâu đời, công nghiệp bia được xếp vào nhóm “công nghiệp lên men” vì biến đổi chính được thực hiện trong sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu Định nghĩa về bia có một số khác biệt ở các nước trên thế giới

Định nghĩa bia của Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon”

Ở Đức, định nghĩa hợp pháp về bia như sau: “Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men, và không qua chưng cất, ở đây chỉ sử dụng hạt đại mạch nẩy mầm, hoa houblon, nấm men và nước” Do đó ở Đức, người ta cấm sử dụng các nguyên liệu khác ngoài bốn thứ kể trên; tuy nhiên đối với vài loại bia, người ta cho phép sử dụng các hạt ngũ cốc chưa nẩy mầm, các loại đường và ngay cả các chất hoá học làm dịu vị

Còn ở Việt Nam, bia được định nghĩa như sau: “Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houlon, nấm men và nước”

Bia phân biệt với rượu bởi hàm lượng rượu thấp hơn nhiều và hàm lượng các chất chiết không lên men lại cao hơn nhiều Đặc tính để phân biệt bia chủ yếu với các loại đồ uống khác là

độ bền của lớp bọt được hình thành sau khi giải phóng acid carbonic có trong đó

Hàm lượng rượu trung bình của một loại bia tính theo % khối lượng là 3,8%, hay 4,5% thể tích [1]

1.2.2 Đặc điểm dinh dưỡng

So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồng thấp (3 - 8%), và nhờ

có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia

Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương 25g thịt bò hoặc

150g bánh mỳ loại một, hoặc tương đương nhiệt lượng 500 kcal Vì vậy bia được mệnh danh là bánh mỳ nước

Trong bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và acid amin rất cần thiết cho cơ thể

Theo Hopkins, trong 100ml bia 10% chất khô có: 2,5 – 5mg vitamin B1, 35-36mg vitamin B2 và

PP

Ngoài ra trong bia còn có các chất khoáng, thành phần lupulin trong houblon có tính an

thần

1.2.3 Các công đoạn quan trọng trong sản xuất bia

1.2.3.1 Công đoạn nấu

a Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp về nhiệt độ và pH của môi trường để hệ enzyme

thuỷ phân trong malt chuyển hoá các hợp chất cao phân tử (hydratcarbon và protein) thành các sản phẩm thấp phân tử, hoà tan bền vững tạo nên chất chiết của dịch đường

b Các quá trình xảy ra ở nồi gạo:

Bột gạo được hòa vào nước ở 45oC và giữ trong 15 phút Acid sulfuric và một nửa bột malt lót vào nồi ngay khi xuống bột gạo Nồi gạo được gia nhiệt đến 72oC trong 15phút Giữ nhiệt độ nồi nấu gạo ở 72oC thời gian 20 phút, nhiệt độ thích hợp cho α –amylase hoạt động Nồi nấu gạo lúc đầu xảy ra quá trình hồ hóa, sau đó đến quá trình dịch hoá Khi gia nhiệt nồi nấu gạo, một lượng tinh bột bị hồ hoá làm cho độ nhớt của nồi gạo tăng nhanh Malt lót được cho vào nhằm mục đích cung cấp enzyme α–amylase cho quá trình dịch hoá α–amylase phân cắt ngẫu nhiên phân tử tinh bột tại vị trí liên kết α–1,4 glycoside làm cho phân tử tinh bột giảm nhanh số gốc glucose và trở thành các dextrin mạch ngắn hơn Sự hình thành các dextrin mạch ngắn làm giảm nhanh độ nhớt của dịch cháo

Tiếp đến nồi gạo được gia nhiệt đến 83oC trong 10 phút Nhiệt độ 83oC là nhiệt độ hồ hoá của tinh bột gạo Tại nhiệt độ này các phân tử tinh bột hút nước trương nở, mạch tinh bột được duỗi thẳng Giữ ở 83oC để hồ hoá tinh bột, để quá trình dịch hóa diễn ra nhanh hơn và triệt để hơn Nồi gạo sau khi hồ hoá ở 83oC thì độ nhớt tăng rất nhanh sau đó được hạ nhiệt xuống 72o

C trong vòng 5 phút, một nửa bột malt lót còn lại được cho vào nồi và quá trình dịch hoá cũng diễn

ra như ở giai đoạn 72oC trước nhằm giảm độ nhớt của nồi gạo sau khi gia nhiệt ở 83o

C Sản phẩm của quá trình dịch hoá chủ yếu là các dextrin mạch ngắn và một lượng nhỏ maltose, glucose Nồi gạo được nâng lên 100oC trong 20 phút và được giữ nhiệt 20 phút nhằm hồ hoá hoàn toàn lượng tinh bột còn chưa được hồ hoá đồng thời nâng nhiệt độ nồi malt trong quá trình hội cháo

c Các quá trình xảy ra ở nồi malt:

Khi nồi gạo đạt khoảng 88oC trong quá trình nâng nhiệt lên 100oC thì bột malt được hòa với nước trước khi xuống nồi malt Bột malt được hòa vào nước và được nâng nhiệt ở 50oC và giữ trong 5 phút Đây là giai đoạn đạm hoá, mục đích thực hiện quá trình đạm hoá để cung cấp đạm cho quá trình lên men, protein cao phân tử sẽ được thuỷ phân thành các đoạn peptide ngắn và acid amin Acid amin là nguồn thức ăn cung cấp đạm cho nấm men phát triển sinh khối,

là một cơ chất của phản ứng maillard hình thành mùi và màu cho dịch đường Tỷ lệ peptide, acid amin, protein còn có vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho bia thành phẩm Giai đoạn

50oC xảy ra quá trình thuỷ phân protein thành các peptide mạch ngắn và acid amin nhờ enzyme protease Trong giai đoạn đạm hoá, nồi malt được bổ sung CaCl2, cung cấp ion Ca2+ và ion Cl-cho dịch cháo, giúp tăng khả năng bền nhiệt của hệ enzyme amylase Ngoài ra nồi malt còn được

bổ sung acid lactic nhằm tạopH = 5,3 thích hợp cho enzyme β–amylase hoạt động

Sau khi giữ nhiệt ở 500C trong 5 phút dịch cháo từ nồi gạo được bơm qua nồi malt Nhiệt

độ của nồi malt sau khi hội cháo là 65o

C, nhiệt độ thích hợp cho β–amylase hoạt động Sản phẩm của quá trình thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng của β–amylase là đường maltose và dextrin giới hạn Maltose được nấm men sử dụng trong quá trình lên men β–amylase cắt mạch amylose và amylopectin từ đầu không khử tại vị trí của liên kết α–1,4 glycoside, mỗi lần cắt 2 phân tử glucose tạo ra đường maltose Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình đường hoá cũng như toàn bộ quy trình sản xuất Nếu giai đoạn này đường hoá không đạt hiệu quả, hàm lượng maltose thấp sẽ ảnh hưởng đến độ lên men và vị của bia Giữ nhiệt độ 65oC trong 25 phút, nồi malt được gia nhiệt đến 75oC trong 10 phút và được giữ trong 20 phút Nhiệt độ 75o

C thích hợp cho α–amylase hoạt động α–amylase tiếp tục thuỷ phân phần tinh bột còn sót thành đường đơn, maltose, và các dextrin mạch ngắn Giai đoạn 75oC giúp thuỷ phân hoàn toàn tinh bột thành các chất hoà tan trong dịch đường, không còn tinh bột vì tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm Nồi nấu malt được nâng lên 76oC nhằm bù mất nhiệt trong quá trình lọc Trong quá trình lọc vẫn đảm bảo nhiệt độ thích hợp cho α – amylase tiếp tục hoạt động, tránh tuyệt đối còn tinh bột sót lại

d Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hoá

Chất lượng malt: Protein trong malt thường khác nhau Nếu hàm lượng acid amin được

tạo ra trong quá trình nảy mầm đủ cho nấm men sử dụng, tạo màu cho bia thì không nên giữ giai đoạn 500

C quá lâu, thậm chí có thể bỏ qua Nếu giữ quá lâu thì lượng protein cao phân tử bị thuỷ

phân quá nhiều làm cho bia có vị nhạt hay không có hậu vị và độ bền bọt kém

Nhiệt độ: Nhiệt độ là một trong những điều kiện quan trọng để hệ enzyme thuỷ phân hoạt

động tốt Nhiệt độ tối thích cho các hệ enzyme thuỷ phân hoạt động thì sẽ thu được chất hoà tan cao Nhiệt độ của nước sử dụng để hoà bột cũng có ý nghĩa lớn trong viêc hạn chế những chất

hoà tan không mong muốn, tạo điều kiện tốt cho quá trình hồ hoá, đạm hoá

pH: pH cũng có vai trò như nhiệt độ là một trong những điều kiện để enzyme tăng hoạt tính thuỷ phân Ngoài ra pH còn có vai trò trong quá trình lọc, lên men

Hoạt lực của enzyme: Hoạt lực của enzyme phụ thuộc vào nguyên liệu malt, điều kiện bảo

quản malt, quá trình sản xuất malt Nếu enzyme có hoạt tính mạnh và có điều kiện tiếp xúc lý tưởng giữa các cấu tử của malt và các enzyme hoà tan trong nước sẽ thúc đẩy hoạt động của

enzyme và lượng chất hoà tan thu được sẽ nhiều hơn

Khuấy trộn: Trong quá trình đường hoá, khuấy trộn giữ một vai trò quan trọng Khi gia

nhiệt cần tăng tốc độ khuấy trộn đảm bảo nhiệt độ được đồng đều trong toàn bộ khối cháo Khi giữ nhiệt thì giảm tốc độ cánh khuấy để tránh thất thoát nhiệt Cánh khuấy hoạt động phù hợp trong từng giai đoạn sẽ làm cho khối cháo ở điều kiện nhiệt độ tối thích cho enzyme hoạt động, nâng cao hiệu suất thuỷ phân trong dịch cháo Khi hội cháo, cánh khuấy phải khuấy nhanh Nếu khuấy chậm thì sẽ làm vô hoạt enzyme nằm ở đáy nồi malt vì nhiệt độ của nồi gạo lúc đó là

100oC được bơm trực tiếp vào nồi malt Trong quá trình đường hoá, nếu cánh khuấy quá mạnh sẽ

tạo điều kiện cho oxy xâm nhập vào và tạo lực kéo, đồng thời làm biến đổi cấu trúc các hợp chất

có trong dịch hèm Nếu sử dụng cánh khuấy quá ngắn sẽ gây phân tách khối dịch cháo dẫn đến chênh lệch nhiệt độ làm giảm hiệu suất chiết

Sự oxy hoá trong quá trình đường hoá: Khả năng hoà tan của không khí vào dịch cháo

phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch đường Nếu để không khí hòa tan vào dịch nhiều sẽ làm

sẫm màu dịch đường và màu bia, hương bia giảm

1.2.3.2 Công đoạn lên men

1.2.3.2.1 Lên men chính

Mục đích: Làm thay đổi hàm lượng đường trong nước nha thành rượu etylic, CO2 và một

số sản phẩm khác như ester, andehyde, rượu bậc cao, góp phần tạo hương vị đặc trưng cho bia dưới tác dụng của nấm men

Quá trình lên men này dẫn đến những thay đổi cơ bản trong thành phần hóa học của nước nha, biến nước nha thành một loại nước uống có hương thơm và vị hài hòa

Trong sản xuất bia có hai dạng lên men: Lên men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và lên men chìm (Saccharomyces carlsbergensis) Hai dạng này khác nhau ở chỗ sử dụng hai loại nấm

men khác nhau

Đồ án sử dụng phương pháp lên men chìm Quá trình lên men được tiến hành trong các chai nhựa 1,5 lít

Nấm men Saccharomyces carlsbergensis được sử dụng trong lên men chìm Lên men chìm

có đặc trưng là nấm men hoạt động ở lớp dưới của dịch đường, dễ quan sát hiện tượng nảy chồi, chồi tách khỏi tế bào mẹ khi trưởng thành, có khả năng lên men hoàn toàn đường trisaccharide (raffinose, maltotriose) vì có enzyme speotrum

Các giai đoạn trong quá trình lên men chính

Giai đoạn tăng trưởng sinh khối: 1 – 2 ngày đầu, hàm lượng chất hoà tan giảm, tạo bọt nhỏ kín cả bề mặt dịch đường Nồng độ oxy trong dịch bia giảm nhanh do quá trình hô hấp của nấm men Giai đoạn này chủ yếu là sự tăng số lượng tế bào nấm men đồng thời ethylic cũng được sinh

ra trong giai đoạn này nhưng với lượng rất nhỏ

Giai đoạn lên men cực đại: Mật số tế bào nấm men đã tăng cao, quá trình lên men yếm khí tạo etylic và CO2 diễn ra nhanh chóng, chất hoà tan giảm rất nhanh, nhiệt độ tank lên men tăng, kích thước bọt to, thô

Giai đoạn cuối: 2 – 3 ngày cuối, tốc độ lên men giảm Nhiệt độ chai lên men hạ thấp, quá trình kết lắng của nấm men xảy ra Sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính, tiến hành thu hồi nấm men có vòng đời nhỏ hơn 8 và tỉ lệ men chết không quá 10% Sau khi thu hồi, nấm men được trữ ở nhiệt 3 – 5oC trong thùng kín để dùng cho cấy men mẻ tiếp theo

Quá trình lên men đường tạo rượu etylic và CO 2

Đường và các acid amin thấm qua màng tế bào nhờ các enzyme “permeaza” đó là những enzyme đặc hiệu với một đường và một acid amin Đường thấm qua màng tế bào theo thứ tự như sau: glucose, fructose, maltose Đường saccharose được thủy phân bên ngoài nhờ enzyme invertaza thành glucose và fructose Enzyme này được định vị ngay trên màng tế bào và sẽ tiết vào môi trường khi có saccharose

Trong quá trình lên men, nấm men thông qua con đường trao đổi chất và năng lượng trong các điều kiện thích hợp để chuyển hóa các gluxit phân tử lượng thấp (các đường và dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ phản ứng sau

C6H12O6= C2H5OH + CO2 +Q (năng lượng)

Đồng thời có các quá trình sinh hóa xảy ra do sự xúc tác sinh học của các enzyme được hình thành trong quá trình lên men, một số sản phẩm phụ cũng được hình thành như các acid hữu cơ, các este, các rượu bậc cao, aldehyde, glycerin

Tất cả những biến đổi này đã dẫn đến sự thay đổi về chất và lượng của các chất hòa tan có trong dịch đường lên men và biến dịch đường thành bia Thành phần, chất lượng bia phụ thuộc vào thành phần dịch đường, loại nấm men và điều kiện lên men

Sự tạo thành các sản phẩm phụ

Ngoài những sản phẩm chính được tạo thành khi lên men chính như rượu etylic và CO2, còn có một số chất khác cũng đươc hình thành và chúng đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành mùi vị của bia

Các rượu bậc cao

Các rượu bậc cao là những thành phần chính của dầu fusel Ngoài ra trong dầu fusel còn có acid dễ bay hơi, este và các aldehyde Khối lượng và thành phần rượu bậc cao phụ thuộc vào thành phần dịch đường, chủng nấm men và nhiệt độ Mỗi loại rượu bậc cao đều gây cho bia có một mùi vị khác nhau và hầu như đều gây vị khó chịu cho bia Phần lớn các rượu được tạo thành trong giai đoạn lên men chính, lúc đầu mạnh và về sau yếu dần Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng này tăng không đáng kể

Quá trình hình thành rượu bậc cao:

R-CHCN2-COOH + H2O  R-CH2OH + CO2 + NH3

Glycerin cũng được hình thành trong quá trình lên men chính, được hình thành khi aldehyde glyceric bị khử hoặc đề amin hoá acid glutamic Trong bia hàm lượng glycerin có từ 1,5 – 3,0 mg/l

Các acid hữu cơ

Trong quá trình lên men chính một số acid hữu cơ được tạo thành, một phần là sản phẩm phụ của sự lên men, một phần là do sự trao đổi chất của nấm men và vi khuẩn Một vài acid hữu

cơ như acid lactic, acid acetic, acid sucinic, acid formic

Các acid hữu cơ hiện diện trong bia được hình thành bởi nấm men qua quá trình khử amine từ amino acid trong dịch đường

Sự tạo thành các este

Phản ứng giữa một phân tử rượu và một phân tử acyl coenzyme A tạo thành một este

Các chất este được tạo thành do quá trình este hóa các acid bay hơi và không bay hơi với những loại rượu khác nhau Các chất este đóng vai trò khá quan trọng trong việc hình thành mùi

vị của bia, phần lớn các este hình thành trong khi lên men chính

Sự tạo thành aldehyt và các dẫn xuất

Acetalldehyde là sản phẩm bậc hai thông thường của quá trình lên men Các aldehyde bản thân nó không có ảnh hưởng nhiều, nhưng dẫn xuất của nó, đặc biệt là một vài chất gây cho bia vị không tốt: Diacetyl và acetoin

Diacetyl có vị bơ gây cho bia có hương vị xấu Hàm lượng cho phép trong bia là 0,1 mg/l Diacetyl được tạo ra từ sản phẩm trao đổi chất của nấm men và hoà tan vào bia Trong quá trình lên men, diacetyl tăng và sẽ giảm dần vào cuối quá trình lên men chính

Các hợp chất lưu huỳnh

Nấm men sản sinh ra các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ từ các hợp chất sulphat, sulphit và các hợp chất nitơ có chứa lưu huỳnh có trong dịch đường Nấm men còn tạo ra các hợp chất lưu huỳnh từ H2S và từ mercaptan Những sản phẩm này có vị xấu và được coi như là những chất chủ yếu gây ra vị chưa chín của bia sau khi lên men Những hợp chất này còn được tạo ra trong bia từ

các hợp chất lưu huỳnh khác khi để bia ngoài ánh sáng

Sự tạo thành bọt

Sự tạo thành bọt là một trong những tính chất quan trọng và đặc trưng của bia Bọt được hình thành trong khi lên men dịch đường cũng như trong tất cả các thời kỳ của các quá trình công nghệ và cả lúc sử dụng bia, chính những lúc đó đã tạo điều kiện cho sự giải phóng CO2 khỏi bia

Ở thời kỳ đầu của quá trình lên men vì nhiệt độ còn thấp nên CO2 được tạo thành sẽ hòa tan trong dung dịch và không bị tách ra Nhưng khi khối lượng CO2 tăng lên đồng thời nhiệt độ cũng tăng lên và đã bão hòa CO2 thì khối lượng CO2 thừa sẽ tách ra dưới dạng bọt nhỏ li ti Trên bề mặt hình thành một lớp hấp phụ gồm những chất hoạt động bề mặt như protide, nhựa hoa houblon Lớp hấp phụ này tạo điều kiện cho các bọt nhỏ li ti liên kết dính lại với nhau và tạo thành một lớp dày

Quá trình kết bông của nấm men

Nấm men kết bông ở cuối giai đoạn lên men, trong sản xuất bia, hiện tượng này có một phần có một tầm quan trọng đáng kể, bởi vì nếu nấm men kết bông quá nhiều thì nó sẽ không còn tiếp xúc với bia và làm ngừng quá trình lên men, nếu nấm men kết bông không nhiều thì sẽ gây đục, khó lọc và hương vị kém

Quá trình kết bông phụ thuộc vào: chủng nấm men, số thế hệ (sự kết bông sẽ tăng cùng với

số thế hệ), điều kiện không khí, nhiệt độ và áp suất, nồng độ canxi và điều kiện thu nhận sữa men

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men chính

Quá trình lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố Quan trọng nhất là các yếu tố sau:

 Chất lượng của nấm men sản xuất: ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia, khả năng sử dụng cơ chất để tạo sản phẩm tốt nhất

 Lượng nấm men gieo cấy ban đầu: ảnh hưởng thời gian phát triển của nấm men để cân bằng với cơ chất, ảnh hưởng đến việc sử dụng chất hoà tan để phát triển tế bào mới và cường độ trao đổi chất trong tế bào non, thời gian lên men và hàm lượng các sản phẩm tạo thành

 Nồng độ chất hoà tan của dịch đường houblon hoá: ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men

 Nhiệt độ của dịch lên men: ảnh hưởng khá mạnh đến quá trình lên men, nhiệt độ

cao thì thời gian lên men nhanh, lên men triệt để nhưng sản phẩm bậc 2 đặc biệt là diacetyl tạo ra nhiều hơn, lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết nhiều hơn Kết quả cuối cùng là tỷ số giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm

 Hàm lượng oxi: lên men là quá trình yếm khí, do đó ở thời điểm đầu oxi rất cần cho

sự sinh sản của nấm men, hàm lượng oxi hoà tan trong dịch đường ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh sản của nấm men và lượng sinh khối tạo thành Hàm lượng oxi hoà tan trong dịch đường cũng là yếu tố tác động mạnh đến đặc tính công nghệ của nấm men, nếu lượng oxi quá ít thì tốc độ sinh sản bị hạn chế, tốc độ lên men bị

chậm lại, hương và vị của bia không tạo được như mức cần có