Tìm hiểu công nghệ sản xuất bia

Bằng việc lên men tự nhiên, bia đã được phát minh một cách độc lập giữa các nền văn minh trên toàn thế giớiTại Lưỡng Hà, bức vẽ 6.000 năm tuổi của người Sumeria (có nền văn minh ở phía Nam Mesopotamia, Iraq ngày nay) miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút từ thùng công cộng được cho là chứng cứ lâu đời nhất về bia.Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng phương pháp lên men trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Bia là loại thức uống giải khát rất giàu chất dinh dưỡng. Nếu được sử dụng với hàm lượng thích hợp, bia sẽ giúp cho cơ thể thoải mái, dễ chịu tăng sức lực cho cơ thể. So với trà và cafe, bia không chứa các kim loại gây hại, so với rượu thì hàm lượng cồn trong bia khá thấp (26%V)Trong bia có chứa một số chất bổ dưỡng:Chất đạm đặc biệt là đạm hòa tan chiếm 810% chất tan bao gồm: protein, peptid, amino acidGlucid: glucid tan (70% là dextrin, pentosan, và các sản phẩm caramen hóa)Vitamin: chủ yếu là vitamin nhóm B (vitamin B1, B2, PP)Lupulin và hoa hublong tring bia có tính an thần đẽ ngủĐặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khác cho người uống bia, Pha thích nghi (lag) ( từ 12 – 24 giờ): Nấm men làm quen với môi trường dinh dưỡng mới, chúng sử dụng oxy nhiều để hô hấp và glycogen được tạo thành trong tế bào nấm men. Lượng glycogen này là tác nhân kích hoạt men sử dụng glucose để tổng hợp sản phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

Môn:Ứng dụng công nghệ sinh hoc

trong công nghiệp thực phẩm

Đề tài: Tìm hiểu công nghệ sản xuất bia

Nhóm 03

I.1 Tổng quan về bia

I.1.1 Lịch sử phát triển của bia

Bằng việc lên men tự nhiên, bia đã được phát minh

uống bằng các cần hút từ thùng công cộng được cho là

chứng cứ lâu đời nhất về bia

BIA LÀ GÌ

Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng phương pháp lên men trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men

I.1.3 Giá trị dinh dưỡng của bia

Bia là loại thức uống giải khát rất giàu chất dinh dưỡng Nếu được sử dụng với hàm lượng thích hợp, bia sẽ giúp cho cơ thể thoải mái, dễ chịu tăng sức lực cho cơ thể

So với trà và cafe, bia không chứa các kim loại gây hại, so với rượu thì hàm lượng cồn trong bia khá thấp (2-6%V)

I.1.4 Thành phần của bia

Trong bia có chứa một số chất bổ dưỡng:

Chất đạm đặc biệt là đạm hòa tan chiếm 8-10% chất tan bao gồm: protein, peptid, amino acid

Glucid: glucid tan (70% là dextrin, pentosan, và các sản phẩm caramen hóa)

Vitamin: chủ yếu là vitamin nhóm B (vitamin B1,

I.2 Tổng quan của về nấm men

I.2.1 Hình thái

Tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae có

dạng hình cầu hay hình trứng

Có kích thuớc nhỏ, thường là (2.5-4.5µm) x (10.5-20 µm), sinh sản bằng cách tạo chồi và tạo bào tử

So sánh sự khác nhau của hai loại nấm men

Hình thái Dính lại với nhau

thành chỗi Đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng Hình cầu hoặc ovan Hình cầu

Khả năng lên men

đường Chỉ sử dụng 1/3 sacarodza Sử dụng hoàn toàn raffinoza

Kết thúc quá trình

lên men Nổi trên mặt dịch trong Chìm xuống đáy thiết bị Nhiệt độ lên men 14-25 0 C 4-12 0 C

I.2.1 Cấu tạo của nấm men

Sơ đồ tăng trưởng của nấm menPha thích nghi (lag) ( từ 12 – 24

giờ): Nấm men làm quen với môi trường dinh dưỡng mới, chúng sử dụng oxy nhiều để hô hấp và

glycogen được tạo thành trong tế bào nấm men Lượng glycogen này

là tác nhân kích hoạt men sử dụng glucose để tổng hợp sản phẩm

Sơ đồ tăng trưởng của nấm men

Pha tăng trưởng (log): là giai đoạn nấm men phát triển mạnh nhất đạt mật độ cực đại, quá trình lên men cũng đạt mức độ cực đại, glycogen cũng được tổng hợp nhằm giúp tế bào đối phó với tình trạng cạn kiệt dưỡng chất

Pha cân bằng: ngừng sinh sản và lên men

Sơ đồ tăng trưởng của nấm men

Pha suy vong: Các tế bào kết

cụm lại với nhau và chìm

xuống đáy thiết bị (giống nấm

men chìm), tốc độ phát triển

chậm lại

I.3 Tổng quan về nguyên liệu

Malt là ngũ cốc nảy mầm

Là nguyên liệu chính quan trọng Malt có nhiều loại ( malt vàng, malt đen và nhiều loại malt khác)

Là những hạt đại mạch đã được chuẩn bị sẵn sàng các hệ enzyme quan trọng (amylase và protease)

I.3.1 Malt

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 ≥ 80%

4 Độ hòa tan trên chất khô xay nhuyễn/ xay thô ≥ 1,8

I.3.2 Gạo:

Ở Việt Nam gạo được coi là một thế liệu hàng đầu trong sản xuất bia, do sản lượng gạo ở nước ta nhiều ngoài ra trong gạo hàm lượng glucid và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt

Ưu điểm:

• Giảm giá thành sản phẩm

• Đa dạng hóa sản phẩm với nhiều hương vị khác nhau

• Tăng thời gian bảo quản của thành phẩm

STT Chỉ tiêu kiểm tra Yêu cầu

I.3.3 Nước

Nước là nguồn nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất bia Nó chiếm từ 83 – 90% với nhiều vai trò: pha loãng và hòa tan các chất chiết

Hình 3 nước

STT Chỉ tiêu kiểm tra Yêu cầu

I.3.4 Hoa houblon

Là nguyên liệu cơ bản, đứng thứ 2 sau đại mạch trong

công nghệ sản xuất bia Houblon thuộc loại thực vật dây leo, thường chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn trong sản xuất bia

Bảo quản hoa houblon:

Nhằm đảm bảo chất lượng hoa houblon, ổn định các thành phần trong hoa, hoa được chứa trong kho với nhiệt độ 6-7oC

I.3.5 Nấm men

Nấm men bia là loại sinh vật đơn bào, kích thước tế bào nấm men bia trung bình 6 -9µm, sinh sản bằng hình thức nảy chồi Trong sản xuất bia, nấm men sẽ lên men dịch đường thành CO2, C2H5OH Bên cạnh đó còn tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai khác có ảnh hưởng đến chất lượng của bia

hình 5: nấm men bia

I.3.6 Phụ gia được sử dụng

NaOH: dùng để trung hòa và vệ sinh tẩy rửa Acid: thường sử dụng HCl, H2SO4, acid lactic, HNO3hoặc HNO2, H3PO4

Muối: thường sử dụng Na2CO3, NaCl, CaCl2, CaSO4,…

Chất chống oxy hóa.

Chế phẩm enzyme.

Chất làm sạch dịch đường.

Chất trợ lọc…

I.4 Cơ sở khoa học của quá trình lên men bia

1

2 3 4

5

Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C 6 để cho sản

phẩm glucose-6-P, nguồn phosphat là ATP

Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P

Sinh tổng hợp các sản phẩm chính (bậc 1) của quá trình

lên men bia: rượu etylic + CO 2

Phản ứng 3: Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose 1,6 biphosphate

Phản ứng 4: Phân cắt

fructose 1,6 biphosphate

Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate

Phản ứng 6: Oxy hóa 3-P glyceraldehyde thành 1,3

biphosphoglycerate

Phản ứng 7: Trong phản ứng này gốc phosphate cao năng của 1,3 biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP (oxy hóa phosphoryl hóa mức cao nhất) và 3P-glycerate

Phản ứng 8: Chuyển hóa 3P-glycerate thành 2P-glycerate

Phản ứng 9: 2P glycerate bị loại nước để tạo thành

phosphoenolpyruvate.

Phản ứng 10: Chuyển nhóm phosphate từ

phosphoenolpyruvate đến ADP để tạo ATP và pyruvate Phản ứng 11: Chuyển hóa pyruvate thành rượu etylic

Sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ)

Các phương pháp lên men bia

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Sự thay đổi thế oxy hóa – khử và cường độ màu

Sự hòa tan CO2 và tạo

Xúc tác quá trình dehydrat hóa thuận nghịch của

axit 2 – phosphoglyrexinic (2 – phosphoglyxerat) thành axit

Xúc tác phản ứng thuận nghịch bẽ gãy phân tử

fructozo-1,6-diphosphat thành phosphodioxyaxeton và phosphoglyxeroaldehid.

Trizophosphatdehydrogenaza

Xúc tác sự chuyển hóa của aldehid 3 –

phos-phoglyxerinic thành axit 1,3 – diphosphos-phoglyxerinic

Nấu dịch nha

Lọc dịch nha và rửa

bã

Malt lót Nước

Làm sạch Nghiền Gạo

Xử lý thế liệu

Malt đại

mạch

Tạp chất

Làm sạch

Nghiền

Tạp chất

Bã malt Nước

Nước

Nấu dịch nha với hoa

houblon Tách bã houblon

Làm lạnh

Cung cấp oxy cho dịch

nha Cấy giống Lên men chính

Nhân giống

Bã houblon

Nấm men Không khí

vô trùng

Lên men phụ Lọc bia Làm lạnh Bảo hòa CO 2 Rót chai và đóng nắp

Thanh trùng Dán nhãn

CO 2

Cặn

Bao bì

Bia chai

Thiết bị

Hình 2.1

Mục đích: chuẩn bị

Các biến đổi của nguyên liệu

Vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ của hạt tăng do ma sát.

Thiết bị và thông số công nghệ:

Nghiền malt: thiết bị nghiền trục (4 trục hoặc 6 trục)

Nghiền gạo: thiết bị nghiền búa.

Nghiền malt và gạo

Mục đích: chuẩn bị

Hỗ trợ cho giai đoạn đường hóa tinh bột

Sử dụng α-amylase từ vi sinh vật hoặc α-amylase trong malt lót

Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15% so với khối lượng thế liệu.

Các biến đổi của nguyên liệu

Vật lý và hóa lý:

Nấu => hạt tinh bột hút nước, trương nở và tăng

độ nhớt của khối nguyên liệu

Xử lý thế liệu

 1000C thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ => giải

phóngcác sợi amylase và amylopectin ở dạng tự

do => độ giảm

Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ

nhờ hoạt động của α-amylase làm giảm khối

lượng phân tử.

Hóa học: đường và acid amin tự do trong nguyên

liệu có thể bị phân hủy.

Xử lý thế liệu

Thiết bị và thông số công nghệ

Hình 2.2

Xử lý thế liệu

Mục đích: khai thác

Trích ly các chất chiết vào nước và thủy phân những cơ chất có phân tử lượng cao => nấm men bia sử dụng lên men tiếp theo.

Các biến đổi của nguyên liệu

Hóa lý: một số hợp chất như đường, acid amin, enzyme, một số vitamin và khoáng trong malt sẽ hòa tan vào nước

Hóa sinh: xảy ra nhiều loại phản ứng, quan trọng nhất là phản ứng thủy phân.

Nấu dịch nha

Hệ protease Topt = 45 – 500C, pHopt = 5.5.

β- amylase Topt = 60 – 650C, pHopt = 5.2 – 5.6.

α- amylase Topt = 70 – 750C, pHopt = 5.3 – 5.8.

Ngoài ra, còn có sự xúc tác của β-

glucanase, phosphate…

Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng oxy hóa polyphenol

Nấu dịch nha

Nấu dịch nha

Thiết bị và thông số công nghệ

Malt và nước vào thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w)

Mục đích: khai thác

Các biến đổi nguyên liệu:

Đây là quá trình phân riêng pha lỏng

(dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan).

Lọc dịch nha và rửa bã malt

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Mục đích: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên

men.

Trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch

nha,đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men bia.

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: thay đổi tỷ trọng

Hóa học: phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân

hóa các α- acid thành iso alpha acid, phản ứng phân hủy đường và acid amin…

Đun sôi dịch nha với hoa houblon

Hóa lý:

Các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha

Xảy ra sự đông tụ protein

Tạo phức giữa protein malt đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành nên kết tủa

Sự bay hơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha.

Sinh học: hệ vi sinh vật bị ức chế hoặc tiêu diệt.

Đun sôi dịch nha với hoa houblon

6 Mũ chặn dòng chảy của dịch nha

Đun sôi dịch nha với hoa houblon

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Mục đích: hoàn thiện

Các biến đổi của nguyên

liệu: đây là quá trình

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia

Các biến đổi nguyên liệu

Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ 950C về nhiệt độ lên men.

Hóa lý: một số phân tử protein sẽ bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành nên cặn mịn ( tủa lạnh)

Làm lạnh dich nha

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Thiết bị

Hình 2.6

Làm lạnh dich nha

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia

Các biến đổi của nguyên liệu

Khi sục khí vô trùng vào dịch nha, oxy sẽ hòa tan vào dịch nha.

Thiết bị và thông số công nghệ

Nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12mg/l.

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men

Mục đích: chế biến.

Chuyển hóa đường và dextrin bậc thấp thành ethanol,

CO2, các sản phẩm phụ khác như rượu bậc cao, ester,

andehyd, acid hữu cơ…

Các biến đổi của nguyên liệu

Sinh học: nấm men giống sẽ trao đổi chất và sinh trưởng trong dịch nha

Hóa sinh và hóa học : đường lên men sẽ chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển hóa thành ethanol và khí carbon dioxide

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH

Lên men chính

Hóa lý: một số protein bị đông tụ do pH thay đổi và nhiệt độ thấp, một phân khí carbon dioxide do nấm men sinh ra sẽ hòa tan vào dịch lên men.

Vật lý: có sự tỏa nhiệt do hoạt động trao đổi chất của nấm men.

Thiết bị và thông số công nghệ:

Cụ thể quá trình lên men chính trải qua 4 thời kỳ

(khoảng 15 ngày):

Thời kỳ 1: khi dịch đường và men đã được bơm vào tank lên men ở nhiệt độ 9 0 C thì sau 24h men bắt đầu phát triển Đặc điểm chính : tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, nấm men này đang ở giai đoạn nảy chồi và phát triển làm giảm lượng chất hòa tan trong dịch lên men với tốc độ khoảng 0.2 –

0.5% /ngày.n Giai đoạn này kéo dài 24 – 36 giờ.

Lên men chính

Thời kỳ 2: giai đoạn này tạo bọt thấp Lúc này CO2 tạo ra

nhiều Trên bề mặt dịch lên men hình thành một lớp hấp phụ gồm những chất có sức căn bề mặt như protein, polyphenol… làm cho CO2 không thể thoát ra ngoài Giai đoạn này chất hòa tan giảm với tốc độ 1%/ngày và kéo dài từ 2 - 3 ngày.

Thời kỳ 3: giai đoạn này quá trình lên men xảy ra mạnh nhất

Cơ chất giảm 1.5 – 2%/ ngày Lượng CO2 tạo ra nhiều và một phần thoát ra ngoài nhưng được thu hồi để tái sử dụng Lúc này bọt xốp dày, màu sẫm.Giai đoạn này kéo dài 3 – 4 ngày.

Thời kỳ 4: 2 ngày tiếp theo sự lên men giảm dần, tiêu hao cơ chất diễn ra chậm 0.2 – 0.5%/ngày Lúc này tế bào nấm men tạo thành những lốp bông trắng và lắng xuống đáy Sản phẩm ở giai đoạn này gọi là bia non

Lên men chính

Thiết bị và thông số công nghệ

Hình 2.7

Lên men chính

Mục đích: hoàn thiện

Lên men lượng đường còn lại (chủ yếu là maltose), bão hòa CO2 cho bia, ổn định hương, vị, độ trong cho sản phẩm

Đồng thời thực hiện quá trình chín bia, cũng như đưa về

nhiệt độ thấp hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật lạ

Các biến đổi của nguyên liệu

Hóa sinh và hóa học: quan trọng là phản ứng khử diacetyl thành acetoin và 2,3 pentanedione, phản ứng ester hóa giữa rượu và acid

Hóa lý: có sự kết lắng một số phân tử protein, sự bão hòa

CO2

Sinh học: một số tế bào nấm men chết đi->hiện tượng tự

phân

Lên men phụ

Thiết bị và thông số công nghệ

Nhiệt độ lên men phụ là 0 – 20C

Quá trình lên men phụ thực hiện từ 18 – 20 ngày

Hình 2.8

Lên men phụ

Mục đích: chuẩn bị cho quá trình bảo hòa CO2

Các biến đổi nguyên liệu: giảm nhiệt độ bias au

Mục đích: hoàn thiện

Các biến đổi của nguyên liệu: làm lượng CO2

trong bia tang đến 0.5% w/w.

Thiết bị: sử dụng thiết bị bảo hòa CO2 cho bia

Áp lực CO 2 sử dụng là 0.15 – 0.20 MPa

Mục đích: bảo quản

Các biến đổi của nguyên liệu: các vi sinh vật và

enzyme có trong bia sẽ bị vô hoạt

Thiết bị và thông số công nghệ: sử dụng thiết bị

thanh trùng dạng tunnel Vùng thanh trùng ở

nhiệt độ là 630C, thời gian lưu của sản phẩm

( loại chai 500ml) trong vùng thanh trùng thường

20 – 30 phút.

Hình 2.11

Thanh trùng

Dựa vào quá trình lên men, người ta chia ra hai nhóm sản phẩm:

Bia lên men nổi: phổ biến nhất là sản phẩm Ale

ở Anh quốc.

Bia lên men chìm: sản phẩm được gọi là Lager Các sản phẩm phổ biến gồm có Pilsen, Munich, Dortmund, Vienne, Light…

Sản phẩm bia

Chất lượng bia được đánh giá qua các nhóm chỉ tiêu sau đây:

Cảm quan: màu sắc, độ trong, mùi, vị, chiều cao lớp bọt và độ bền bọt.

Hóa lý: hàm lượng ethanol, CO 2 , độ chua, hàm lượng chất khô của dịch nha trước khi lên men, độ đắng, hàm lượng diacetyl và các cấu tử hương khác trong bia.

Vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí, nấm men, nấm sợi và hàm lượng một số vi sinh vật gây bệnh.

Sản phẩm bia

Chương III KẾT LUẬN, BÀN LUÂN, ĐỀ NGHỊ

Kết luận

Ưu điểm:

thiết bị kỹ thuật được cơ giới

hóa và tự động hóa, giảm chi phí

Chương III KẾT LUẬN, BÀN LUÂN, ĐỀ NGHỊ

Bàn luận

Sản xuất Bia đã có từ lâu đời nên đã đút kết được kinh nghiệm và phương thức sản xuất cũng như việc điều chỉnh các công đoạn trong quá trình sản xuất một cách tốt nhất để cho chất lượng bia tạo thành như mong

muốn

Thực tế thì lượng bia trên thế giới mỗi năm được tiêu thụ khá nhiều, vì chạy theo lợi nhuận và giá thành nên việc đầu tư trang thiết bị máy móc cũng như nguyên liệu không được đảm bảo nên chất lượng bia tạo ra

giảm và vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm lại được

nhắc đến hiên nay

Chương III KẾT LUẬN, BÀN LUÂN, ĐỀ NGHỊ

Kiến nghị

 Đầu tư các hệ thống xử lý nước thải, tránh gây ô nhiễm

môi trường

 Phải kiểm tra thiết bị trước khi nấu tránh không được

bơm nồi malt vào nồi gạo vì sẽ tiêu diệt hết enzime

 Thường xuyên vệ sinh, tháo bã ở thiết bị lọc.

 Đầu tư các hệ thống xử lý nước thải, tránh gây ô nhiễm

môi trường

 Phải kiểm tra thiết bị trước khi nấu tránh không được

bơm nồi malt vào nồi gạo vì sẽ tiêu diệt hết enzime

 Thường xuyên vệ sinh, tháo bã ở thiết bị lọc.

 Cần lai tao giống lúa mạch và houblon để chúng có

thể thích nghi với điều kiện khí hậu ở VN để giảm giá thành nhập khẩu nguyên liệu

 Chọn nguyên liệu giống malt và nấm men đạt chuẩn

để chất lượng thành phẩm tốt hơna

 Cần lai tao giống lúa mạch và houblon để chúng có

thể thích nghi với điều kiện khí hậu ở VN để giảm giá thành nhập khẩu nguyên liệu

 Chọn nguyên liệu giống malt và nấm men đạt chuẩn

để chất lượng thành phẩm tốt hơna