QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh...

Nguyễn Thảo Uyên Ly 072493S

ia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà Giống như phần lớn các chất chứa đường khác có thể bị

lên men một cách tự nhiên, rất có thể

là các đồ uống tương tự như bia đã

được phát minh một cách độc lập giữa

các nền văn minh trên toàn thế giới

Việc kiểm định hóa học các bình gốm

cổ phát hiện ra rằng bia (tương tự như

rượu vang) đã được sản xuất khoảng

7.000 năm trước ở khu vực ngày nay

là Iran và là một trong số các công

nghệ sinh học đã biết, trong đó các

quy trình sinh học của sự lên men

được áp dụng

B

Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị

đắng, bảo quản và hương vị cho bia là

một phát kiến tương đối mới: trong

thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của

các loại thảo mộc thông thường được

cho vào bia chứ không phải hoa bia

Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9

Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia

đã trở thành sự thật Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn

Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu

Bia là một loại nước bổ mát, có độ cồn thấp, bột mịn xốp, có hương vị đặc trưng Hương và vị của bia là do các hợp chất chiết từ các nguyên liệu, cồn,

CO2 và các thành phần lên men khác tạo nên Đặc biệt CO2 bão hòa trong bia

có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống nhờ những ưu điểm này,bia được sử dụng rộng rãi ở hầu khắp các nước trên thế giới

<>Một số tính chất chung của bia:

Trong bia nước chiếm 80% Bia thường có hàm lượng cồn khoãng 3-6%, CO20.45% ngoài ra trong bia còn chứa các chất khác như: Hydratcacbon, khoáng,

polyphenol, chất màu, chất đắng…1 lít bia có lượng năng lượng tương đương 500-600 Kcal.

1 Malt:

Malt là một 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 Tất cả những hạt ngũ cốc, nếu

được ươm mầm với sự kiểm soát chặt chẽ của

các điều kiện kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ và

mức độ thông gió,), sử dụng trong công nghệ

sản xuất bia đều có thể gọi chung là mạch nha hay malt (như malt thóc, malt bắp, malt lúa mì…)

Trong công nghiệp, dùng giống đại mạch hai hàng (gọi là H.Distichum)

Trong nông nghiệp: dùng để chăn nuôi hoặc chế biến các loại thức ăn cho gia súc, gia cầm…Thường dùng giống đại mạch nhiều hàng (gọi là

H.Polystychum)

- Nếu trong một bông đại mạch

chỉ có một nhánh được thụ

phấn, sẽ hình thành hai hàng

hạt đối xứng nhau, loại đại

mạch này ta gọi là đại mạch

hai hàng

- Nếu trong một bông đại mạch

cả ba nhánh đều được thụ

phấn thì loại đại mạch này

được gọi là giống sáu hàng

hoặc bốn hàng

• Thành phần hóa học của đại mạch:

Bảng: Tính theo % trọng lượng chất khô

3 ÷ 4

3 ÷ 40.50.2 ÷ 0.32

58 ÷ 60

3 ÷ 5

3 ÷ 42

2 ÷ 4

6 ÷ 85

2 ÷ 3

8 ÷ 112-2

3 ÷ 4

1 ÷ 20.2 ÷ 0.32.2

và lượng tối đa là 50 chứ không thể thay thế

hoàn toàn malt Malt chứa đầy đủ enzyme

amilaza để thủy phân tinh bột Nếu sử dụng

thế liệu nhiều thì lượng enzyme này cung cấp

không đầy đủ cà ta buộc phải bổ sung enzyme

từ bên ngoài vào, chủ yếu là enzyme từ vi sinh

vật Malt cung cấp khá đủ lượng protein và có

chứa hệ enzyme proteaza để thủy phân chúng

Trong giai đoạn ươm mầm, hệ enzyme 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

Các loại enzyme trong malt hệ thống enzyme này gồm có: alpha-amylase, amylase và amilophosphatase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bổ ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màn ngăn giữa vỏ trấu và nộinhũ

beta-Trong hạt đại mạch luôn có nhóm enzyme chính:

Nhóm enzyme thủy phân:

♦ Nhóm enzyme thủy phân các hợp chất glucid:

 Amylaza: thủy phân các glucid có mạch polyme tương đối đơn

giản ( như tinh bột)

α- amylase: thủy phân tinh bột và tạo ra glucose và dextrin nhiệt độ tối thích là 70oC , pH=5.7

β – amylase: thủy phân tinh bột cho maltose và dextrin nhiệt độ tối thính là 63oC , pH =4.5

 Sitaza: thủy phân các glucid có mạch polyme phức tạp hơn

(như hemixenlulo) Tác dụng của các enzyme này là phá vỡ màng ngăn giữa hạt gạo và vỏ trấu khi hạt bắt đầu nảy mầm, nhờ vậy các enzyme mới dễ dàng xâm nhập vào bên trong nội nhũ của hạt, làm biến đổi đần những thành phần hóa học của nội nhũ Đây, chính là quá trình chuyển hóa hạt đại mạch thành hạtmalt

♦ Nhóm enzyme thủy phân protit, trong nhóm này tiêu biểu có:

 Proteinaza: xúc tác để chuyển protit thành albumoza và pepton

rồi chuyển hóa thành polypeptit và peptit (t0:500C; pH=7.5)

 Amidaza: tác dụng deamin hóa các axit amin, tạo thành các

hữu cơ và nito Đồng thời chúng còn phá vỡ các mối liên kết amid( -CO-NH-) của các muối amid

♦ Nhóm enzyme esteraza: tham gia làm vỡ các mối liên kết este giữa các nhóm chất hữu cơ với nhau và giữa hợp chất vô cơ và hữu cơ

 Lypaza: thủy phân các este của glyxerin và một số loại rượu

với các axit béo bậc cao

 Phosphataza: tách axit phosphoric ra khỏi những hợp chất hữu

cơ có chứa phospho Tiêu biểu là aminophosphotaza và phytaza

2 NGUYÊN LIỆU THAY THẾ ĐẠI MẠCH

( ở đây là gạo )

Được sử dụng nhiều ở các nước châu Á và vùng Trung đông Các thành phần

hóa học trung bình của gạo tính theo phần trăm trọng lượng:

Gạo được coi là một thế liệu hàng đầu trong sản xuất bia, do hàm lượng glucid

và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt( có thể đạt đến 90% chất khô)

Thực tế và thực nghiệm đã cho thấy có thể dùng gạo thay cho malt đến 50%( nếu malt có hoạt tính tốt) Quá trình đường hóa và lọc vẫn tiến triễn bình thường.Đường hóa ở nhiệt độ 67 0C và dịch hóa ở 770C

Ngoài ra còn còn một số loại thế liệu khác như ngô , củ cải đường, đường mía…

3/ MEN BIA:

a Phân loại:

- Nhóm nấm men nổi với các đặc

tính:

+ Nhiệt độ lên men 10-250C.

+ Lên men mạnh, quá trình lên men xảy

ra trên bề mặt môi trường

+ Khi quá trình lên men kết thúc, các tế bào

kết chùm, chuỗi, tạo thành lớp dày nổi trên

bề mặt cùng với bọt của bia, bia tự trong

+ Nhiệt độ lên men 0-100C

+ Lên men mạnh nhưng đằm, quá

trình xảy ra trong lòng môi trường

+ Khi lên men xong, các tế bào

cũng kết chùm hoặc chuỗi, song

lại lắng xuống đáy thùng lên men

rất nhanh, nhờ vậy bia chống tự

trong hơn so với lên men nổi

+ Khả năng lên men đường tam

tốt, đạt 100%, vì lên men được cả

4/ Hoa bia (Houblon)

Hoa bia là thực vật dạng dây

leo ( Humulus lupulus ), sống

lâu năm 30-40 năm, có chiều

cao trung bình từ 10-15m Hoa

houblon có hoa đực và hoa cái

riêng cho từng cây Trong sản

xuất bia chỉ sử dụng hoa cái

chưa thụ phấn Hoa bia thường

được sử dụng để tạo vị đắng

cho bia từ thế kỷ 17

• vai trò của hoa bia

trong sản xuất bia:

cho hoạt động của men

bia tốt hơn trước các

loại vi sinh vật không

mong muốn

+ việc sử dụng hoa bia

giúp cho việc duy trì

thời gian giữ bọt lâu

hơn (tạo ra bởi các

chất cacbonat hóa bia)

còn lại

<> Chất đắng: là thành phần có giá trị của hoa houblon Chất đắng tạo cho bia

có vị đặc trưng và dễ chịu tham gia vào sự tạo thành bọt và giúp cho bia bảo quản được lâu Các hợp chất đắng trong hoa houblon có thể chia làm hai nhóm lớn:

- những acid đắng cùng các dạng đồng phân

- Những dạng nhựa đắng (mềm và cứng)

Trong nhóm acid đắng có hai loại:

- Humulong: alpha - acid đắng cùng các dạng đồng phân

- Lupulon: Beta – acid đắng cùng các dạng đồng phân

Những acid đắng này, nếu bị oxi hóa, sẽ bị polyme hóa và trùng ngưng, dần chuyển sang những dạng nhựa đắng như:

- alpha và beta – nhựa đắng mềm

- gamma1 và gamma2 – nhựa đắng cứng

<> Chất chát - tanin:

Tanin được chiết tích ra ở dạng hòa tan, sau đó do điều kiện ở nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, chúng sẽ bị oxi hóa và trùng ngưng với các mức độ khác nhau, các phần tử trùng ngưng sẽ hình thành mối liên kết đẳng điện với các phần tử protein trong dịch đường, hình thành những phức tanin-protein, tạo ra dạng kết tủa nóng trong quá trình này, khi hạ nhiệt độ xuống thấp chúng sẽ kết tủa lại, tạo ra kết tủa nguội trong dịch đường

đường trong nhanh và kết tủa các thành phần protein không bền, làm tăng độ bền vững keo của bia, song mặt khác, tanin cũng làm kết tủa cả những phần protein bền, dẫn đến chỗ giảm khả năng tạo bọt của bia

<> Tinh dầu:

- tinh dầu phấn hoa houblon chiếm từ 0.17 – 0.65% trọng lượng hoa, chủ yếu là các cấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và ¼ là các cấu tử có mang oxi, đại diện chính là geraniol (C6H18O)

- tinh dầu hoa có ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxi hóa, khi có tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi

- các dạng tinh dầu có nhóm –OH dễ tác dụng với các thành phần acid béothành những este phức tạp Trong quá trình bảo quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn tới chỗ thay đổi tính chất gây thơm có lợi cho bia

- Tinh dầu houblon có độ hòa tan rất yếu trong nước (0.4mg/l), khó hòa tan trong cồn thấp độ, nhưng hòa tan hoàn toàn trong cồn tuyệt đối và este Đa phần các cấu tử dễ bay hơi thậm chí ở nhiệt độ phòng

HOUBLON DẠNG CAO (CHỨA TRONG CÁC HŨ KL)



Trên thị trường hiện nay phổ biến ba dạng hoa houblon:

+ Dạng hoa cánh khô: hoa đã sấy khô trên độ ẩm < 13%, sau đó được

ép chặt thành bánh, bọc kính trong loại giấy đặc biệt mà không khí không thẩm tích qua được, đồng thời có thể nạp thêm khí trơ (SO2 hoặc N) để ngănchặn tối đa tình trạng giảm chất lượng do bảo quản

+ Dạng hoa houblon dạng

hạt hoặc viên: để sử dụng thuận

tiện đỡ tốn kém Trong bảo quản

và vận chuyển, người ta có thể

nghiền nát hoa khô thành dạng

bột sau đó gói chúng lại qua các

máy ép viên định hình, gói kín

những viên houblon này trong

các bọc giấy đặc biệt có nạp

thêm khí trơ giống như hoa cánh

Giá trị chất lượng tính theo alpha

acid đắng của hoa cánh và hoa viên như nhau, song hoa viên có hiệu quả sử dụng cao hơn, nên sẽ tiết kiệm hoa hơn

+ Dạng hoa cao trích ly: người ta dùng một số dung môi hữu cơ như

hecxan, metanol, metylenclorit

hoặc tricloetylen để trích ly chất

đắng trong hoa houblon ra dung

môi, sau đó dùng các biện pháp

thích hợp để tách dung môi sẽ

thu được dung dịch cao houblon

sệt có màu xanh lá cây đậm

Bằng cách trích ly như vậy sẽ

tách được riêng chất đắng trong

hoa ở dạng đậm đặc (hiệu suất

trích ly thường >45%), chất

lượng chất đắng được bảo quản

dịch đường sẽ thuận tiện và hiệu quả hơn

nhiều Thông thường chất đắng trong 1kg

cao hoa = 5-6kg hoa cánh hoặc viên, tùy thuộc vào chất lượng cánh hoa và hiệu suất trích ly Sau khi thu được nước cao chất đắng đậm đặc, người ta cóthể bổ sung đường glucuza để tăng độ đậm đặc của cao cho dễ định hình vào các bao bì thích hợp

5/Nước:

HOUBLON DẠNG VIÊN

Do thành phần chính của bia là nước (chiếm

từ 80 - 90%) nên nguồn nước và các đặc

trưng của nó có một ảnh hưởng rất quan

trọng tới các đặc trưng của bia Nhiều loại

bia chịu ảnh hưởng hoặc thậm chí được xác

định theo đặc trưng của nước trong khu vực

sản xuất bia Mặc dù ảnh hưởng của nó cũng

như là tác động tương hỗ của các loại

khoáng chất hòa tan trong nước được sử

dụng trong sản xuất bia là khá phức tạp,

nhưng theo quy tắc chung thì nước cứng là

phù hợp hơn cho sản xuất các loại bia sẫm màu như bia đen, trong khi nước mềm là phù hợp hơn cho sản xuất các loại bia sáng màu

- Nước được lắng trong, đông tụ rồi lọc

- Sau đó đem đi làm mềm

- Rồi diệt khuẩn

- Đem lọc tinh ta có nước đã xử lý

 Phương pháp trao đổi ion: dùng các hạt nhựa polyme hữu cơ bậc cao, các hạt nhựa này là các cation có khả năng hấp thu ion và trao lại cho môi trường các ion Na+, K+…

♦ Ưu điểm: dể hiểu dễ vận hành

♦ Nhược điểm: đầu tư thiết bị cao

 Cải tạo thành phần sinh học nước:

A GIAI ĐOẠN NẤU

PHA BỘT ĐẠM HÓA

BỤI, RÁC

ĐƯỜNG HÓA LỌC

ĐUN SÔI VỚI HOA HOUBLON*

LẮNG CẶN

NƯỚC NƯỚC

Để làm sạch và đánh bóng malt,một số máy có thể được kết cấu và làm việc theo nguyên tắc máy đập và tách rễ, còn 1 số khác thì bộ phận làm sạch, ép 1 chổi mềm và đàn hồi

2.Nghiền Malt

Mục đích của quá trình nghiền malt là đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bềmặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn

Có ba giải pháp để tiến hanh nghiền : nghiền malt ở trạng thái khô, nghiền có phun ẩm vào hạt và nghiền malt cùng với nước (nghiền nước)

2.1 Nghiền khô

Vỏ của hạt có cấu tạo chủ yếu từ xelluloza, linhin, các hợp chất polyphenol và các chất khoáng Ngoài ra còn chứa thêm 1 ít petozan, các chất màu và chất đắng tan vào nước và đi vào thành phần của dịch đường Sự có mặt của các chất hòa tan này trong dịch đường là 1 dấu hiệu bất lợi vì chúng sẽ làm cho bia

có vị đắng và chát khó chịu Xu thế trong quá trình nghiền là càng bảo toàn nguyên vỏ bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu

Malt sau khi nghiền ở trạng thái khô sẽ tạo thành bột nghiền Thành phần của bột nghiền bao gồm vỏ, tấm lớn, tấm bé (cấp I và cấp II) và bột ( bột thô và bột mịn)

Các loại máy nghiền thường dùng:

- Làm cho vỏ ẩm để bảo toàn trạng thái sau khi nghiền

- Làm trương nở các sợi dạng keo

Thiết bị nghiền malt ẩm giống với ngiền malt khô

2.3 Nghiền ướt

Nghiển ướt tức là malt được nghiền chung với nước theo tỷ lệ phối trộn nhất định Quá trình nghiền được thực hiện bẳng máy nghiền có cấu trúc khác với các loại máy nghiền khô Ưu điểm là rút ngắn được thời gian lọc bã khoảng 10 -20%

3 Đường hóa nguyên liệu

Đường hóa là quá trình chuyển đổi tối đa những chất không hòa tan dự trữ

trong hạt malt thông qua hệ thống enzyme ( amylase, protease) có sẵn trong hạt

malt bằng con đường thủy phân tạo ra dịch đường hóa.Hỗn hợp giữa bột malt

và thế liệu nghiền được gọi là dịch hồ malt, phần dung dich được thu sau khi

kết thúc đường hóa và tách khỏi bả gọi là dịch đường hóa

Nguyên liệu sau khi nghiền nhỏ sẽ được hòa trộn với nước ở trong hệ thống

thiết bị đường hóa Lượng nước phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng

loại bia sẽ sản xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị Trong môi trường

các hợp chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hòa tan vào nước và trở

thành chất chiết của dịch đường sau này Các hợp phần cao phân tử của cơ chất

như tinh bột, protein, các hợp chất chứa phospho,…, sẽ bị tác động bở các

nhóm enzyme tương ứng là amylase, protease, phosphatase,… khi nhiệt độ của

khối dịch được nâng lên đến các điểm thích hợp cho các enzyme nảy hoạt

động Dưới sự xúc tác của hệ enzyme thủy phân, các hợp chất cao phân tử bị

phân cách thành sản phẩm thấp phân tử và hòa tan vào nước để trở thành chất

chiết của dịch đường

Thực chất quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử

dưới sự xúc tác của enzyme Trong thành phần của các sản phẩm thủy phân,

chiếm nhiều nhất về khối lượng là đường và dextrin

Những quá trình enzyme quan trọng nhất là sự thủy phân tinh bột, protein và

các hợp chất chứa phospho

 Phương pháp tiến hành:

Bột malt đươc phối trộn với nước ở nhiệt độ 50-520C Bơm 1/3 lượng dịch đặc

ở nồi phối trộn sang nồi thế liệu sau đó nâng nhiệt độ lên 70-720C nâng nhiệt

độ khối cháo lên điểm sôi 15-20phút sao đó bơm trở về nối đường hóa nhiệt độ

của nồi cháo đang từ 48-500C nhảy lên đến 63-650C để yên trong 20 phút Kế

tiếp ta nâng nhiệt độ lên 70-720C duy trì ở nhiệt độ này đến khi dịch không làm

chuyển màu dung dịch iod quá trình đường hóa kết thúc

Nồi gạo  xuống bột 320C 720C(giữ 20 phút) 830C giữ 5 phút 

720C( giữ 30 phút )  1000C (giữ 15 phút)

Nồi malt  xuống bột 550C 500C giữ 25 phút

Nồi cháo  nồi gạo 1000C+ nồi malt 500C  650C giữ 20 phút  lên 700C giữ