Đề tài báo cáo khoa học công nghệ sản xuất bia

Hình 2.1.3: Đậu xanh Cấu tạo hóa học của amilose và amilopectin: -Amilose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 200-1000 phân tử D-glucose, liên kết với nhau bởi liên kết α_glycoside.1,4 gluc

Mục lục

I GIỚI THIỆU 3

II.ĐẶT VẤN ĐỀ 3

III.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 4

IV.NỘI DUNG 5

1.Cấu tạo và tính chất của tinh bột 5

1.1.Cấu tạo 5

1.2 Hình dạng 7

1.3 Tính chất 7

1 4.Một số tính chất quan trọng của tinh bột 7

2.Biến tính tinh bột 8

2.1.Mục đích của biến tính tinh bột 9

2.2.Biến hình sinh học tinh bột 9

2.3.Các phương pháp biến hình sinh học tinh bột 9

2.4.Xử lý tinh bột bằng enzym amylase 9

2.5.Cơ chế thủy phân 10

3.Ứng dụng biến tính tinh bột trong sản xuát bia 11

3.1.Nguyên liệu 11

3.2.Giới thiệu quy trình sản xuất bia 14

3.3.Quy trình nấu bia 14

3.4.Quy trình lên men đường thành cồn 19

3.5.Đánh giá chất lượng của bia 21

V.KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 22

VI.TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

1.Tài liệu trong nước 23 2.Tài liệu ngước ngoài 23 3.Các trang web liên quan 24

I Giới thiệu

-Tinh bột đã được biết đến từ hàng nghìn năm Người La Mã gọi là amilum, một từ bắtnguồn từ tiếng Hy Lạp, amilon Tinh bột có vai trò đặc biệt cung cấp dinh dưỡng cho conngười Tinh bột có nhiều trong hạt, củ, thân cây và lá cây Tinh bột có nhiều ở các loại củnhư: khoai tây, sắn, củ mài Một lượng đáng kể có trong các loại quả như chuối, các loạirau Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực Do đó các loại lương thực được coi lànguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột

-Nguyên liệu cho sản xuất là gạo bắp, khoai mì….đây là nguồn nguyên liệu dễ tìm, rẻ tiển,

có thể tìm thấy dễ dàng ở nước ta Do đó, đây là lợi thế và hướng phát triển mạnh làm cơ sởcho nhiều ngành phát triển Ví dụ, sản xuất bánh kẹo, bia, cồn, siro…

-Trong nửa thế kỷ qua, lĩnh vực đánh giá cảm quan đã trưởng thành rất nhiều

và trở thành một phần quan trọng của ngành công nghiệp thực phẩm và hàng tiêu

dùng Đánh giá cảm quan có vai trò rất quan trọng trong phát triển sản phẩm mới,

nghiên cứu cơ bản, cải tiến nguyên liệu và công nghệ, giảm chi phí sản xuất, đảm

bảo chất lượng và tối ưu hóa sản phẩm Ở góc độ người tiêu dùng, một chương trình đánh giá cảm quan trong một công ty thực phẩm và hàng tiêu dùng giúp đảm bảo rằng các sản phẩm đến với thị trường với hình ảnh tốt và các thuộc tính cảm quan đáp ứng được sự mong đợi của người tiêu dùng

-Đồng thời hiện nay, khi chúng ta đang hội nhập vào nền kinh tế thế giới, với nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao thì việc không ngừng tìm tòi nghiên cứu đã của

các doanh nghiệp sản xuất trong và ngoài nước rất quan trọng

II Đặt vấn đề

-Thị trường bia luôn là thị trường có sức cạnh tranh mạnh nhất, luôn là tâm điểm chú ý của các nhà sản xuất bia trong và ngoài nước Cụ thể ở nước ta, với mứctiêu thụ 2,7 tỉ lít bia trong năm 2010( tương đương 24 lít/đầu người, băng 1/10 sovới châu Âu) cộng với mức tăng trưởng 15%/năm, thị trường bia Việt được xếpthứ 3 châu Á về sản lượng tiêu thụ, sau Nhật và Trung Quốc (theo tinmoi.vn ngày26/10/2011) Việt Nam cũng được dự báo sẽ trở thành thị trường tiêu thụ bia lớnnhất thế giới của Heileken trong danh sách 170 thị trường trên thế giới mà dòngbia này có mặt Sức tiêu thụ khổng lồ này khiến thị trừơng bia Việt Nam phải

“tăng độ” với hàng loạt nhãn hiệu bia mới

-Theo khảo sát của Kantar worldpanel Vietnam tại 4 thành hố lớn (Hà Nội TP Hồ ChíMinh, Cần Thơ, Đà Nẵng) năm 2010, có đến 80% số hộ gia đình tại các thành phố này dùngbia với số tiền 1,6 triệu đồng/ năm, và mỗi người uống bình quân 3 lần/tuần, mỗi lần uống

từ 2-3 chai bia

-Theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, tính đến thời điểm này, nước ta cókhoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu khắp các tỉnh trong cả nước, như thế vẫn chưađáp ứng được thị trường tiêu thụ trong nước, Theo ông David Teng, tổng giám đốc của 1trong 3 doanh nghiệp sản xuất bia lớn nhất Việt Nam (Sabeco, Habeco và VBL) nhận xét:

“Với dân số 87 triệu người và sự gia tăng số người giàu có, nhất là trong thành phần trẻ, nhucầu dùng bia ở Việt Nam đang tăng ở mức 2 con số và nhịp độ tăng này sẽ tiếp tục tăngtrong thời gian dài sắp tới” Vì lẽ đó mà các doanh nghiệp sản xuất bia ở Việt Nam luônmuốn mở rộng quy mô và cải biến công nghệ, tìm kiếm và sử dụng nguồn nguyên liệu cósẵn và phổ biến ở nước ta, nhằm mục đích, tiết kiệm sản xuất, tăng tính cạnh tranh Và “tinhbột” là nguồn nguyên liệu hàng đầu đáp ứng được những nhu cầu sản xuất trên.

-Muốn sản xuất bia từ tinh tột thì phải biến tính tinh bột

- Sự thủy phân tinh bột bằng axit đã được sử dụng rộng rãi trong quá khứ Nhưng vì sử dụngaxít đòi hỏi các vật liệu chống ăn mòn, tăng độ màu và hàm lượng muối trong sản phẩm (saukhi trung hòa), cần nhiều năng lượng để nâng nhiệt độ phản ứng và tương đối khó kiểm soát

-Vì vậy, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Biến tính tinh bột bằng enzym trong công

nghiệp sản xuất bia”.

III.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng nghiên cứu

Các loại enzym được dùng trong công nghiệp sản xuất bia

Hình 1.1: Công nghiệp sản xuất bia

1.Cấu tạo và tính chất của tinh bột

Hình 2.1.3: Đậu xanh

Cấu tạo hóa học của amilose và amilopectin:

-Amilose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 200-1000 phân tử D-glucose, liên kết với nhau bởi liên kết α_glycoside.1,4 glucoside tạo thành 1 mạch xoắn dài không phân nhánh Có 2 loại

+Amylopectin là 1 polymer mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4glucoside còn

có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucoside Phân tử amylopectin có cấu tạo từ 600-6000 phân tử D-glucose

1.2.Hình dạng:

Có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác Hạt tinh bột của khoai tây là lớn nhất, nhỏ nhất là hạt tinh bột của thóc Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến tính chất cơ lý khác nhau như nhiệt đồ hóa, khả năng hấp thụ xanh etylen….có thể dùng phương pháp lắng để phân chia các hệ thống tinh bột thành những kích thước đồng đều để nghiên cứu

1.3.Tính chất:

Tinh bột không tan trong nước lạnh, nhưng khi hỗn dịch tinh bột bị nung nóng (60-85oC) thì sẽ bị đồ hóa và được gọi là hồ tinh bột dưới tác dụng của enzym amylaza thì tinh bột bịthủy phân do các liên kết glucoside bị phân cắt Sự thủy phân tinh bột của enzym amylaza xảy ra theo 2 mức độ: dịch hóa và đường hóa Kết quả của sự đường hóa là tạo ra sản phẩmtrung gian dextrin và khi dextrin tiếp tục bị đường hóa thì tạo ra sản phẩm là maltose và glucose

1.4.Một số tính chất quan trọng của hồ tinh bột

Tính chất nhớt-dẻo của hồ tinh bột:

Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hyroxyl có khả năng liên kết được vói nhau làm cho phân

tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến ho dung dịch có độ đặt, độ dính, độ dẻo

và dộ nhớt cao Tính chất này càng thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp

Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột:

Khi để nguội hồ tinh bột thí các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp 1 cách có trật tự

để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng 3 chiều Để tạo được gel thì tinh bột phải có

nồng độ đậm đặt vừa phải, phải đuôc hổ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan vàsau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hyro tham gia.

Khi gel tinh bột để 1 thời gian dài chúng sẽ co lại và 1 lượng dịch thể sẽ tách ra Quá trình thoái hóa gồm 3 giai đoạn:

-Đầu tiên, có mạch được uốn thẳng lại

-Vỏ hydrat bị mất và các mạch được định hướng lại

-Các cầu hydro được tạo thành giữa các nhóm _glycoside.OH của các phân tử tinh bột khác nhau

Do các phân tử amilose có dạng thẳng nên định hướng với nhau dẽ dàng và tự do hơn các phân tử amilopectin, vì thế hiện tương thoái hóa gần như chỉ có liên quan tới các phân tử amilose

Khả năng tạo màng

Tinh bột có khả năng tạo màng là do phân tử amilose và amilopectin dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác với nhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử nước

Khả năng tạo sợi

Phương pháp tạo sợi như sau:

-Cho dịch tinh bột qua 1 bản có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp ( lớn hơn 1mm) Khi đùn qua các lỗ này, chúng sẽ tự định hướng theo chiều dòng chảy Các phân tử tinh bột có

xu hướng kéo căng ra và sự sắp xếp song song nhau theo phương của trọng lực

-Các sợi đã hình thành vừa ra khỏi khuôn kéo còn ướt được nhúng ngay vào 1 bể đựng nước nóng để định hình nhờ tác dung của nhiệt các phân tử đã được định hướng tring từngsợi sẽ tương tác với nhau và với nước bằng cầu hydro để tạo thành sợi miến

-Các sợi được hình thành được kéo ra khỏi bể, rồi được nhúng tiếp vào bể đựng nướclạnh

để các phân tử tiếp hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo nhiều cầu hydro giữa các phân tửhơn Sự kết tinh từng phần sẽ là tăng độ bền sinh học va sự gắn bó các sợi với nhau

-Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như để làm tăng lực cố kết và độ cứng.Các sợi được tạo ra từ nững tinh bột giàu amilose (như đậu xanh, dong, riềng,…) thườngdai hơn, bền hơn sợi làm từ tinh bột giàu amilopectin (ngô, nếp…) bởi vì các phân tửamilose dài nên tương tác giữa các phân tử dọc theo chiều dai lớn, sợi dai và chắc, còn cácphân tử amilopectin có nhiều mạch ngắn, lực tương tác giưa các ,phân tử yếu hơn nên dễđứt

Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với chất béo dưới tác dụng của nhiệt độ thì tinh bột sẽ tăng thể tích lớn vàtrở nên rỗng xốp Đó là do chất béo không phân cự nên xuyên thấm qua các vật liệu tinhbột, cellulose Khi nhiệt độ tăng thì các tương tác kị nước cũng mạnh nên chúng có khuynhhướng tụ lại với nhau và xuyên qua cac “cửa ải” tinh bột Đồng thời, nhiệt làm tinh bột đồhóa và chín, nhưng không khi cũng như lớp khí có trong khối bột không thấm qua lớpmàng tinh bột đã tẩm béo nên sẽ giản nở và làm tinh bột phồng nở

2.Biến tính tinh bột

Tinh bột tự nhiên đã và đang được khai thác để phục vụ cho nhu cầu sản xuất

-Trong thực tế sản xuất Ứng với mỗi một thực phẩm, sản phẩm thường đòi hỏi 1 dạnghoặc 1 dẫn xuất tinh bột nhất định Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amylose lại có sảnphẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amylopectin Có sản phẩm yêu cầu tinh bột có độ hòatan tốt, có dạng cần tinh bột khô Có loại cần độ dẻo, độ trong, có loại không mong muốnnhững tính chất đó Ví vậy, quá trình biến tính tinh bột được sử dụng để tạo ra đượcnhững loại tinh bột có các tính chất phù hợp với những sản phẩm nhất định

Biến tính tinh bột là quá trình làm biến đổi cấu trúc và tác động lên các liên kết hydro củatinh bột 1 cách có kiểm soát

=> Để có được những loại hình tinh bột, người ta phải biến hình tinh bột

2.1.Mục đích của biến hình tinh bột nhằm:

-Tạo mặt hàng mới

-Tăng giá trị cảnh quan

-Cải biến các tính chất của sản phẩm

Hiện nay, sự phát triển của ngành công nghệ sinh học còn cho phép quá trình biến tính tinhbột được thực hiện trê cây trồng lúc đang phát triển, tạo ra các loại thực vật có hàm lươngamylose và hàm lượng amylopectin khác nhau Loại tinh bột biến tính này trong tương lai

có thể được sử dụng rộng rãi do vừa có bản chất tự nhiên không hải qua quá trình xử lý vật

lí hoặc hóa học, vừa có tính chất ưu việt của biến tính tinh bột

2.2.Biến hình sinh học tinh bột

Các tác nhân biến hình tinh bột bằng enzym:

o Các enzym thủy phân

o Các enzym xúc tác tổng hợp các oligosaccarit

o Dextrin hóa: sự thủy phân nữa vời và thu nhận maltodextrin

2.3.Các phương pháp biến hình sinh học

Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp sau:

-Phương pháp biến hình vật lý

-Phương pháp biến hình hóa học

-Phương pháp biến hình hóa sinh

-Phương pháp biến hình bằng cách kết hợp các phương pháp trên

Trong đó, phương pháp phù hợp nhất được sử dụng torng sản xuất bia là phương phápbiến hình hóa sinh Thủy phân tinh bột bằng các enzym chọn lọc là 1 quá trình biế tính tinhbột bằng phương pháp hóa sinh Tùy thuộc vào các mức độ thủy phân mà tạo thành cáchỗn hợp sản phẩm có độ dài mạch khác nhau như glucose (dextrode), maltose,oligosaccharide, polysaccharide Sản phẩm có phân tử lượng càng nhỏ thì độ ngọt càng cao

và chỉ số DE-số đương lượng đường khử (dextrose equivalent) càng cao, với chỉ số DE

100 tương ứng với dextrose tinh khiết và DE 0 tương ứng với tinh bột tự nhiên

2.4 Xử lí tinh bột bằng enzym amylase (tác nhân thủy phân)

-Ưu điểm:

+Sự phân cắt tinh bột bởi enzym đặc hiệu hơn;

+Tạo ra được những sản phẩm rất đặc thù;

+Phản ứng nhanh, công nghệ đơn giản và ít gò bó

-α-amylase: là một endoenzym, có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4 glycoside

trên mạch tinh bột và tạo ra các sản phẩm có mạch ngắn dần, nhưng không thủy phânđược liên kết α-1.6 glycoside trên mạch amylopectin, và cũng phân cắt được các liên kếtα-1,4 ở gần điểm phân nhánh Khi thủy phân, độ nhớt của dịch tinh bột bị giảm nhanhchóng, do đó quá trình thủy phân tinh bột bằng α-amylase còn gọi là quá trình dịch hóa

(được tách chiết từ vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens, B licheniformis, Aspergillus oryzae , A Ni-giê).

-β-amylase: là một enxoenzym, có khả năng thủy phân tinh bột chậm cahp5

nhưng sâu sắc Nó tấn công tử đấu không khử của hạt tinh bột và giải phóng ra từng đơn vịmaltose bằng cách thủy phân các liên kết α-1,4 Phản ứng dừng lại khi đến điểm phânnhánh α-1,6 hoặc trước khi đến điểm phân nhánh nếu không còn đủ số lượng glucose đểphản ứng Sản phẩm là đường maltose và các β-dextrin giới hạn, vì polysaccharide nàykhông bị phân cắt nữa.( từ malt lúa mạch)

-Glucoamylase: là endoenzym, phản ứng cắt từng đơn vị glucose từ đầu không

khử của mạch tinh bột có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4 và 1,6-glycoside,và quátrình thủy phân α-1,4 xảy ra nhanh hơn Nếu thời gian phản ứng đủ lâu, cuối cùng toàn bộphân tử tinh bột sẽ được thủy phân hoàn toàn thành glucose, bất kề mức độ phân nhánh củacác phân tử tinh bột

-Glucose isomerase: là enzyme thuộc nhóm enzyme chuyển hóa đồng phân được

dùng trong việc cải thiện độ ngọt của đường dùng trong sản xuất các sản phẩm syrup, dịchđường,

Enzym cắt mạch nhánh: các enzym này thủy phân chọn lọc các liên kết α-1,6

glycoside để cung cấp cho maltodextrin mạch thẳng Có 2 loại enzym thường được sử

dụng isoamylase và pullulanase (được lấy từ vi khuẩn B acidopullulyticus) Ngoài ra

còn có enzym glucoamylase (lấy từ vi khuẩn A niger) có thể cắt liên kết a-1,4 và a-1,6,

để cho β-glucose

2.5.Cơ chế thủy phân:

-Cơ chế thủy phân bắt đầu từ sự làm yếu liên kết glucozit C1-C4 phải thủy phân Khi liênkết glucozit bị đứt sẽ tạo nên một ion oxicacbonium (trạng thái chuyển);

-Oxicacbonium tác dụng với 1 phân tử nước và 2 oligosaccarit được tạo thành, liền rời bỏtâm hoạt động của enzym;

-Enzym α-amilaza thủy phân liên kết α-1,4 trên nhiều mạch và tồn tại trên nhiều vị trí củacùng 1 mạch và giải phóng ra glucose và các oligosaccharide

-Kết quả tác động của α-amilase thường làm giảm nhanh độ nhớt của tinh bột;

-Khi thủy phân amylose sản phẩm cuối cùng là maltose và maltotrioza Do maltotriozabền hơn nên việc thuỷ phân nó thành maltose và glucose được thực hiện ngay sau đó;-Có 2 cơ chế tác dụng lên amylose ở dung dịch: cơ chế tấn công nhiều lần và cơ chế tấncông ưu tiên

Giải thích quy trình:

Quá trình tạo dung dịch đường có thể chia làm 3 giai đoạn:

-Dextrin hóa: thủy pân tinh bột thành oligosaccharide hoặc polysaccharide.

-Đường hóa: liên quan đến việc sản xuất glucose và maltose bằng cách tiếp tục thủyphân thêm

-Đồng phân hóa

3 Ứng dụng biến tính tinh bột trong sản xuất bia

3.1.Nguyên liệu:

Nước: nguyên chất

Mạch nha: được ủ từ lúa mạch

Gạo: là nguyên liệu phụ, được sử dụng là nguồn bổ trợ cho

hương vị, là nguổn nguyên liệu chiết có sẵn taị chỗ