BÁO CÁO TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ LÊN MEN-CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Một số trong những sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trìnhchuyển hóa đường thành rượu, còn một số khác là kết quả của những biến đổi hóa sinh phức tạpcủa những cấu tử k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC



BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ LÊN MEN

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

LỚP 10DSH01

SINH VIÊN THỰC HIỆN: CHUNG NGỌC MI MI

PHAN THỊ NGỌC ÁI CHÂU NGỌC MINH THI PHẠM THÙY TRANG

2 Lịch sử phát triển:

Bia đã được phát hiện từ 8000 năm trước, ở xứ Mesoptamia là một trong những nơi xuất hiệnnền văn minh sớm nhất của nhân loại Dân du mục tình cờ phát hiện khi lúa dại được ủ sẽ bị visinh vật tự nhiên tác động tạo ra một dung dịch uống được, cùng với thời gian dung dịch này đãtrở thành một thứ thức uống rất được ưa thích

Đến 7000 năm TCN con người ở xứ Babilon đã tìm ra cách làm bia từ lúa mạch (hạt đạimạch) và lúa mì, vài năm sau đó người Ai Cập cổ đại, Ba Tư, các nước lân cận ở vùng TrungĐông Châu Á rồi tràn xuống các nước phía Nam cũng đã tìm ra cách làm bia với vị thơm ngonđặc trưng của các vùng hoàn toàn khác nhau

Ở Trung Quốc công nghệ sản xuất bia được ghi nhận trong các tài liệu cổ có từ những năm

2300 TCN Trong thời gian này các nước La Mã, Hi Lạp cũng sản xuất được bia, cái tên bia là

“beer” xuất phát từ chữ “bibere” có nghĩa là uống trong tiếng La Tinh

Mãi đến năm 1857, nhà khoa học người Pháp Luis Paster đã nghiên cứu và đi tới khẳng định:nấm men là vi sinh vật duy nhất mà hoạt sống của chúng đã làm nên quá trình lên men bia

Đến những năm cuối thế kỉ XIX, một số nhà khoa học Đức và Nga mới chứng minh đượcrằng, nấm men tạo nên các enzyme và các enzyme này là những chất xúc tác sinh hóa đặc biệt đểchuyển nguyên liệu thành sản phẩm

Từ năm 1867 đến năm 1875 công nghệ làm bia phát triển mạnh ở Cộng Hòa Zech và Slovakia(Tiệp Khắc), Đức, Anh, Pháp, Thụy Điển, Italia, Nga, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha,… và đã có một

số nhà máy sản xuất bia ra đời, sản xuất theo hình thức công nghiệp và ngày nay nó đã duy trì vàphát triển thành nhiều hãng bia nổi tiếng trên thế giới như: Carsberg, Heneiken, Larser,…

Từ năm 1970 đến 1919 các thương gia người Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Anh, Pháp, Italia,…

đã giao du tới châu Mỹ và họ đã đem công nghệ làm bia tới lục địa này Mỹ trở thành quốc giađứng đầu thế giới về cả chất lượng và số lượng

Ngày 18/10/1919, một đạo luật có tên là Volstead ra đời cấm sản xuất và tiêu thụ các thứcuống có chứa Ancohol, lúc đó ngành công nghiệp sản xuất bia chựng lại, số lượng bia giảmxuống Mãi đến 5/12/1933 bản sửa đổi luật Volstead ra đời cho phép các khu vực tự ban hành vàquản lý sản xuất và tiêu thụ bia, lúc này công nghệ sản xuất bia mới phát triển mạnh mẽ trở lại.Đến nay, bia đã sản xuất và tiêu thụ khắp thế giới và Mỹ vẫn là nước có tầm ảnh hưởng lớnnhất về thói quen uống bia và tiêu thụ bia trên toàn thế giới

3.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và Việt Nam

3.1.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới

Hiện nay có trên 25 quốc gia năm 2003 sản xuất bia với sản lượng hơn 1 tỷ lít/năm, trong đó

Mỹ, cộng hòa liên bang Đức mỗi nước sản xuất trên dưới 1 tỷ lít/ năm Bình quân đầu ngườilượng bia uống trên thế giới hiện nay là 25 lít/năm

Bảng 1 21 nước có sản lượng bia nhiều nhất thế giới (năm 2005) (ĐVT: triệu hecto lít/năm)Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượng

Trung Quốc 78,98 Úc 30,2 Italia 76,8

Bảng 2 19 nước tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới (năm 2005) (ĐVT: lít/người/năm)

Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượngCHLB Đức 146,6 Áo 118,5 CH Ailen 80,0

CHDC Đức 140,0 Úc 111,3 Thụy Sĩ 69,4

Cezh&Slovaki

a

133,4 Anh 100,1 Bungary 64,3Đan Mạch 125,0 Hungary 99,4 Tây Ban Nha 62,0

Tân Tây Lan 123,5 Mỹ 90,8 Veneduela 60,0

Lucxambua 119,3 Canada 83,0

3.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, nhiều nhà máy xí nghiệp bia lớn được đầu tư công nghệ tiên tiếnhiện đại Cụ thể, công ty bia Hà Nội đã đầu tư hệ thống bồn lên men, lấp thêm 2 hệ thống máychiết chai và dây chuyền làm lon bia… hiện đại đưa năng suất từ 30 triệu lít/năm lên 50 triệulít/năm Công ty bia Sài Gòn đầu tư công nghệ và thiết bị rất hiện đại đưa năng suất từ 77,6 triệulít/năm lên 166 triệu lít/năm Các nhà máy bia BGI Tiền Giang, nhà máy bia Tiger, Heneiken…Việt Nam đã và đang trên đà mở rộng quy mô sản xuất với công suất được nâng lên rất nhiều lần Ngoài những nhà máy có tên tuổi sản phẩm đạt chất lượng quốc tế như bia Sài Gòn, Hà Nội,Tiger, Heneiken,… thì ở địa phương khắp trên cả nước đều có sản xuất bia với quy mô vừa vànhỏ Loại bia này gọi là bia địa phương, bia hơi,… đã ra đời trong bối cảnh hết sức thuận lợi vànhu cầu về bia tăng nhanh khi cung còn quá thấp

Tuy nhiên, các cơ sở nấu bia quy mô nhỏ đã gặp nhiều khó khăn do thiếu vốn, nguyên liệu…nên dây chuyền công nghệ thường bị chấp vá, thiết bị máy móc không đồng bộ, dây chuyền côngnghệ có nhiều khâu còn bán thủ công, chưa tự động hóa hoàn toàn Đây là nguyên nhân ít nhiềulàm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Năm 2004 đã thống kê thì sản lượng bia nước ta cho thấy hàng năm đã tăng lên rất đều đặn,đến năm 2004 đã tăng lên 784 triệu lít/năm

II PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1 Sản phẩm trao đổi chất bậc 1: rượu etylic (C2H5OH) và CO2

Quá trình lên men rượu bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng):

Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C 6 để cho sản phẩm glucose-6-P, nguồn phosphate là ATP

Phản ứng xảy ra được là do sự xúc tác của hexokinase với sự có mặt bắt buộc của Mg2+ Hexokinase không những xúc tác sự phosphoryl hóa glucose mà còn xúc tác sự phosphoryl hóacác hexose khác như fructose, manose.

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

Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác sự chuyển hóa đồng phân glucose-6-P thànhfructose-6-P, biến một aldose thành một ketose

 Phản ứng 3: Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate

 Phản ứng 4: Phân cắt Fructose 1,6 biphosphate

Fructose1,6 biphosphate bị phân cách thành 2 phân tử triozophosphat cụ thể là aldehit 3 –phosphoglyxerinic và phosphodioxyaxeton Phản ứng này được sự xác tác của enzim aldolase

 Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate

Chỉ một trong hai triose phosphate là aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào quátrình đường phân Nhưng dihydroxyaceton-P có thể được chuyển hóa thành 3-P glyceraldehydenhờ triose phosphate isomerase

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

Xúc tác cho phản ứng này là enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có coenzymeNAD+, trong trung tâm hoạt động có nhóm –SH

 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 cơ chất) và 3P glycerate

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

(chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg2+ cho hoạt động

của nó Đây là phản ứng thuận nghịch:

 Phản ứng 9: 2P glycerate bị loại nước để tạo thành phosphoenolpyruvate là phản

ứng thuận nghịch được xúc tác bởi enzyme enolase

 Phản ứng 10: Chuyển nhóm phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP, phản ứng

được xúc tác bởi pyruvat kinase, để tạo ATP và pyruvate

Pyruvat kinase bị kìm hãm bởi ATP, khi nồng độ ATP cao thì nó gây kìm hãm dị không gian

Ở động vật có xương sống pyruvat kinase có ít nhất 3 isozyme, hơi khác nhau trong phân bố ở các

mô và trong việc đáp ứng đối với những chất điều hòa (modulator)

 Phản ứng 11: Chuyển hóa pyruvat thành rượu etylic:

Trong bước 1, pyruvate bị khử cacboxyl-hóa vốn được xúc tác bởi enzyme pyruvatedecarboxylase, enzyme này cần Mg2+ và có coenzyme là TPP Bước 2, acetaldehyde bị khử thànhethanol với NADH+H+ được tạo ra từ sự oxy hóa khử 3P glyceraldehyde

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

Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên men chính còn tạo

ra nhiều sản phẩm bậc hai hay còn gọi là sản phẩm phụ Những sản phẩm này đều có vai trò quantrọng trong việc hình thành hương và vị của bia, mặc dù vai trò đó có thể là tích cực và cũng cóthể là tiêu cực Một số trong những sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trìnhchuyển hóa đường thành rượu, còn một số khác là kết quả của những biến đổi hóa sinh phức tạpcủa những cấu tử khác trong dịch đường khi chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượngtrong tế bào nấm men

a Glyxerin:

Nếu gọi glyxerin là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men thì điều đó là hoàn toàn đúng.Nhưng nếu nói rằng glyxerin là sản phẩm chính thứ ba của quá trình trên thì cũng không sai Tahãy nhớ lại ở sơ đồEmbden-Meyerhor Ở phản ứng thứ tư, sau khi tạo thành phosphodioxyaxeton,phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố bên ngoài thay đổi Từ hợpchất này dưới sự xúc tác của coenzim NAD+ sẽ tạo ra thành -glyxerophosphat Sau đó với sự cómặt của photphataza,glyxerin và axit phosphoric được tạo thành Theo Pasteur thì lượng glyxeintrong quá trình lên men có thể tích tụ đến 3 g/l

Glyxerin là một cấu tử rất quý đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm đà chosản phẩm Glyxerin cũng có thể thu nhận được bằng con đường đề amin của axit glutamic

b Rượu bậc cao:

Ở trong bia chứa các loại rượu bậc cao như: propylic izopropylic, butylic, izobutylic, amylic,izoamylic, và nhiều loại khác Khối lượng của chúng dao động trong khoảng rộng từ 20 đến 95

mg/l nhưng thông thường là khoảng 50 đến 60 mg/l Ở điều kiện lên men nổi hàm lượng rượubậc cao lớn hơn lên men chìm do lên men ở nhiệt độ cao hơn Trong các loại rượu bậc cao thìhàm lượng izoamylic cao nhất.

Từng loại rượu bậc cao đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung đó khôngphải là đặc trưng của bia mà chúng tạo cho khứu giác những cảm giác khó chiụ Nói tóm lại cácloại rượu bậc cao gây ảnh hưỏng tiêu cực đến chất lượng cảm quan của bia

Cơ chế tạo thành rượu bậc cao đến hiện nay chưa được giải thích thỏa đáng do đó ta không đềcập đến nhiều

c Acid hữu cơ:

Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình trao đổisinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên men do vikhuẩn gây ra khi dịch đường houblon hoá bị nhiễm

Axit lactic và axit xitric được tạo thành từ axit piruvic Trong trường hợp này axit piruvickhông bị decacbonxyl mà là bị khử thành axit lactic Hàm lượng trung bình của chúng trong bia làkhoảng 150-200mg/l Nếu dịch lên men bị nhiễm khuẩn lactic thì hàm lượng của chúng tăng vọtlên rất nhiều lần

Một sản phẩm thương trực khác trong nhóm axit hữu cơ là axit susinic Nó được tạo thành doquá trình deamin axit glutamic hoặc qua phản ứng chuyển amin Trong trường hợp thứ nhất, chấtnhận hydro là aldehit triozoglyxerinic, vì lẽ đó, song song với việc tạo thành axit susinic ta cònnhận được glyxerin Phương trình tổng hợp của các quá trình trên được biểu diễn như sau:

C 6 H 12 O 6 + COOH-CH 2 -CHNH 2 -COOH + 2H 2 O = HOOC-CH 2 -CH 2 -COOH + 2C 3 H 8 O 3 + NH 3 + CO 2

Ở trường hợp thứ hai, axit glutamic bị deamin đến axit xetoglutaric, còn axit piruvic thì đượcamin hoá đến alanin Axit xetoglutanic bị decacbonxyl, và aldehit thu được tham gia ngay vàophản ứng oxy hoá - khử với axetadehit Kết quả của dãy quá trình này là ta nhận được axit susinic

và etanol:

COOH-CH 2 -CH 2 -CHNH 2 -COOH + CH 3 -CO-COOH = COOH-CH 2 -CH 2 -CO-COOH +

CH 3 CHNH 2 -COOH

COOH-CH 2 -CH 2 -CO-COOH -CO 2 COOH-CH 2 -CH 2 -CHO

COOH-CH 2 -CH 2 -CHO + CH 3 CHO = COOH-CH 2 -CH 2 -COOH + C 2 H 5 OH.

Hàm lượng của axit susinic ở trong bia khoảng 60-70 mg/l

Trong quá trình lên men chính, ngoài những axit trên đây còn tạo thành một số axit bay hơikhác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic Axit axetic nhận được bằng con đường phân hoáaxetaldehit Trong trường hợp này nó bị oxy hoá thành axit axetic, còn hydro của nước thì liên kết

với phân tử aldehit thứ hai để tạo thành etanol Hàm lượng trung bình của axit axetic ở trong bia

là khoảng 80-100mg/l còn axit fomic đến 30 mg/l

d Ester và aldehid:

Este là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men chính Nó không phải làsản phẩm tạo thành từ hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả của sự tương tác giữacác sản phẩm bậc hai thường trực: este hoá các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượukhác nhau Chiếm khối lương nhiều nhất trong khối este là atyl axetat (15-20 mg/l ) chứa ít nhất

là izoetyl formiat (0,8 – 1 mg/l ), còn izoamin axetat thì chỉ có vết Tổng lượng của chúng trongbia dao động trong khoảng 30-80 mg/l Với rượu etylic, axit cacbonic có thể tham gia phản ứng

để tạo thành các este mono và dietyncacbonat không bền vững

Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia Tuy không phải là sảnphẩm bậc hai thường trực nhưng chúng được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn lên men chính.Theo

số liệu của các tác giả người Mỹ thì hàm lượng của etylaxetat sau lên men chính là 18,6% mg/l,còn trong bia thành phẩm là 25mg/l Ở điều kiện len men nổi lượng este tạo thành nhiều hơn sovới lên men chìm Trong cùng một điều kiện, nấm men nổi tạo ra nhiều este hơn nấm men chìm.Aldehid là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm men, và cũng có thểđược tạo thành qua con đường oxy hoá các loài rượu Chiếm nhiều nhất trong bia thì cóaxetaldehid, hàm lượng của nó, là 5-7 gm/l Tổng lượng andehid trong bia dao động từ 9 đến 10mg/l Ở điều kịên yếm khí,lượng andehid tạo ra ít hơn so với ở điều kiện hiếu khí

Ở mức độ vừa phải (10-15 mg/l), andehid làm tăng hương cho bia, nhưng nếu cao quá thì vaitrò của nó lại trở thành tiêu cực

Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng andehid của bia giảm đi rất nhiều

e Axetoin, diaxetyl và 2,3 – butandiol:

Ba hợp chất này thu nhận đươc ở chủ yếu giai đoạn lên men chính và là do kết quả của cácquá trình hoạt động sống của tế bào nấm men Chúng là sản phẩm bậc hai thường trực của các quátrình lên men yếm khí và hiếu khí Trong ba hợp chất này thì nguy hiểm nhất đến hương và vị củabia là diaxetyl Diaxetyl không màu đến vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh và vị đắng gắt rất khóchịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con người Chỉ số chất lượng N0

=1cho tất cả các loại biađược bán ra thị trường được Công ước bia châu Âu quy định là “hàm lượng diaxetyl không đượcvượt quá 0,2 mg/l

Nếu xem axit piruvic là điểm xuất phát thì diễn biến tạo thành ba hợp chất này có thể biễudiễn như sau:

CH 3 –CO –COOH decacboxyl hoá CH 3 –CHO + CO 2

CH 3 –CHO + CH 3 –CHO CH 3 –CO –CHOH –CH 3

Axetoin

f Hydro sunfua (SH 2) và mercaptan:

Nguồn gốc tạo thành các hợp chất này là các hợp chất chứa gốc sunfat,sunfit và các amin chứalưu huỳnh ở trong dịch đường Ở thời điềm lên men chính và đặc biệt là ở giai đoạn lên men phụ

và tàng trữ bia non, điều kiện tạo ra khá thuận lợi cho quá trình khử các nhóm disunfit (-S-S-)thành các nhóm sunfơhidryl (-SH) Khi đó là cơ hội cho sự tao thành các sản phẩm bậc hai khôngthường trực nói trên

Hydro sunfua và mercaptan là những hợp chất đặc biệt có hại đối với hình thơm và vị của bia.Theo số liệu của nhiều chuyên gia thì hàm lượng của chúng có thể lên tới 0,5-0,9 mg/l Nếu dịchđường houblon háo chứa nhiều cặn, hàm lượng của chúng có thể cao hơn Hiện tượng tự phân củanấm men cũng là một nguyên nhân làm tăng các hợp chất này

III VI SINH VẬT TẠO SẢN PHẨM

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệtchúng có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả Nhiều loài nấm men có khả nănglên men rượu Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia Nấm men sinh sôinhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50%trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein Ngoài

ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì Tuy nhiên, cũng có nhiều loạinấm men có hại, gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng cókhả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoàtan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tếbào Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyểnhoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm menđược tiến hành

Dựa vào đặc tính công nghệ ta phân làm hai loại: nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis) giữa chúng có sự khác nhau cơ bản sau:

 Về đặc tính hình thái:

Nấm men chìm: Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chội đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi.

Hình dạng chủ yếu là hình cầu

Nấm men nổi: tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành

như chuỗi các tế bào nấm men, hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan có kích thước là 7-10Micromet

 Về đặc tính sinh lí:

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đườngtrisacarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đườngraffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza

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

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

 Về công nghệ lên men:

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

Nấm men chìm còn chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấmmen kết bông Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kếtthúc lên men chính Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gianngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết

bị Còn loài nấm men nổi không có khả năng này

Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bianhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm men nổi

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau Nấm men chìm có thể lên men 4

-120C, nấm men nổi là 14 - 250C

Từ năm 1984, nhà phân loại học nấm men người Hà Lan, Kreger-Van-Rij đã xếp nấm men

nổi và nấm men chìm vào cùng một loài với tên gọi là Saccharomyces cerevisiae

IV PHÂN LOẠI VI SINH VẬT

- Chi (genus): Saccharomyces

- Loài(species): Saccharomyces carevisiae

V CƠ SỞ HÓA SINH CỦA QUÁ TRÌNH TẠO SẢN PHẨM

Đường hóa các nguyên liệu chứa tinh bột thành dịch lên men (có chứa đường và các chất hòatan khác từ các nguyên liệu), sau đó dịch lên men được lên men nhờ nấm men trong điều kiệnyếm khí tạo thành bia (dung dịch có chứa C2H5OH).

Đường lên men sẽ chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếptục chuyển hóa thành ethanol và khí carbon dioxide

VI PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC

C6H12O6 C2H5OH + 2CO2 + 112,86 KJ

1Kg 0,51kg 0,49kg 627KJ

VII NGUYÊN LIỆU

Các nguyên liệu chính để sản xuất bia:

Trên thế giới bia được sản xuất theo công thức chung sau :

BIA = MALT ĐẠI MẠCH + HOUBLON + NƯỚC

1 Nước :

Trong sản xuất bia nước là một nguyên liệu không thể thiếu được, chiếm khoảng (77-99)%trong bia thành phần Để sản xuất 1 lít bia cần phải tiêu tốn khoảng 25 lít nước Trên dây chuyềncông nghệ chính, nước dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, thậm chínước còn là 1 chất tải lạnh trung gian có nhiều tính ưu việt cung cấp cho quá trình làm lạnh dịchlên men, cũng như các quá trình lên men… Nước đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vịcủa sản phẩm, nước dùng để uống, vì thế nước trở thành thành phần chính của dây truyền sản xuấtbia

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia đòi hỏi phải đạt được chỉ tiêu chất lượng quan trọngnhư :độ cứng, độ pH, hàm lượng khoáng chất và chỉ tiêu về vi sinh…

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia luôn phải được kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng,nếu nước không đạt chất lượng nó là nguyên nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượngsản phẩm

Nước dùng cho sản xuất bia tốt nhất là nước rất mềm hoặc ít ra nước mềm, thích hợp nhất là

có độ cứng tạm thời ≤ 0,7 mg đương lượng/lít

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia trước khi đưa vào sử dụng phải qua thiết bị xử lýnước riêng của nhà máy và được tiệt trùng, đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng.

Nước dùng trong sản xuất bia phải đạt các chỉ tiêu sau:

- Màu sắc: trong

- Mùi: không mùi,vị lạ, không chứa các chất gây mùi khó chịu như H2S, Cl2, NH3, …

- Độ cứng vĩnh cửu: 0,4 – 0,7 mg đương lượng/lít

Hạt đại mạch được cấu tạo từ ba bộ phận chính: vỏ, nội nhủ, phôi Trọng lượng trung bình củahạt đại mạch khoảng từ (40-50)g/1000 hạt, kích thước hạt tương đối nhỏ, nó có hình dạng gầngiống như hạt lúa

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia, malt là sản phẩm được sản xuất từ hạt đạimạch, khi cho hạt đại mạch nảy mầm trong những điều kiện nhân tạo, sau đó loại bỏ mầm sấy khô

sẽ thu được đại mạch, sau đó bảo quản

Qua quá trình nảy mầm một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch nảymầm Trong đó chủ yếu là enzyme amilaza, proteaza, và một số enzyme khác, những enzyme nàyrất hữu ích bởi vì nó tham gia vào xúc tác sinh học trong quá trình sản xuất bia Chất lượng maltđược quyết định bởi các giống đại mạch, các loại malt đại mạch khác nhau sẽ cho chất lượng biakhác nhau Malt được dùng trong sản xuất bia là loại malt được sản xuất từ các đại mạch hạt to,

vỏ mỏng, hàm lượng protein thấp, độ hòa tan cao không gây khó khăn trong quá trình xử lý Quá

trình đường hóa cũng như lọc bã làm cho bia có độ trong cao, bảo quản được lâu Các enzymetrong malt đại mạch là những nhân tố thực hiện việc chuyển hóa các chất trong thành phần hạt đạimạch (tinh bột “polyglycoza”, protein, cenluloza,… ) thành nguyên liệu mà nấm men có thể sửdụng được để tạo ra bia (các loại đường, các acid amin tự do, các vitamin, chất khoáng đa vilượng,… ).

Sơ đồ quy trình sản xuất malt đại mạch từ hạt đại mạch

Malt phải luôn được giữ trong khô ráo thoáng mát để phòng chuột, mối và các loại côn trùngphá hoại Thường xuyên đạo trộn malt và thổi không khí khô vào kho, nhiệt độ bảo quản malt nhỏhơn hoặc bằng 300C để tránh sự hoạt động của men và vi sinh vật làm tiêu hao các chất dinhdưỡng trong malt, làm giảm chất lượng malt, đồng thời đảm bảo hoạt lực của các hệ men nhất làamilaza và proteaza

Các thông số kỹ thuật của malt dùng sản xuất bia

Các chỉ tiêu kỹ thuật Giá trị phải đạt được

Màu sắc

Malt vàng phải có màu vàng rơm, sáng Malt đen phải có màu hơisẫm hơn, kích thước và hình dạng phải gần giống như hạt đại mạchkhông biến dạng màu vỏ sáng

Nguyên liệu ban đầu Ngũ cốc, malt

đại mạch,…

Nảy mầm hạt đại malt

Phun nước với W = (40 – 49)%

t= (13 – 23) 0 C

τ=2-3 ngày

Bảo quản malt Loại bỏ mầm Sấy hạt mầm malt

Thời gian τ=3-4 ngày

Ẩm còn lại W=(3-4)%

t=(13-23) 0 C

τ=2-3 ngày

Mùi Malt phải có mùi đặc trưng (giống như mùi rạ tươi) không có mùi

mốc, chua, úng hoặc xuất hiện mùi lạ,…

Vị Nhai thử có vị ngọt nhẹ, không có vị đắng có chịu

Độ tinh khiết Không lẫn tạp chất, sạn, rơm rác, tạp chất lạ Nếu có thì mức độ cho

phép phải nhỏ hơn 1%

Độ cứng Hạt cần phải xốp, dòn, không chai cứng

Độ thủy tinh Hạt xốp, không có độ thủy tinh lớp ngoài hay tâm hạt

Khả năng nẩy mầm Hạt không còn nẩy mầm trong điều kiện vô trùng, nếu có thì mức

độ cho phép < 5%

Độ ẩm Nhỏ hơn 5%, vì nếu độ ẩm quá lớn thì xay ra không mịn và dính

vào rulô làm hư máy móc thiết bị,

Chỉ tiêu qua màng ray 90% trên sàng có kích thước lỗ 2,5mm, 99% trên sàng có kích

thước lỗ 2,2mmTrọng lượng hạt Xấp xỉ từ (40-45)g/1000 hạt

Dung trọng Từ (500-530)g/lít

Hoạt lực của malt Từ (280-350) độ Windish Kolbach

Độ hòa tan Khoảng (76-78)%

Tỉ lệ nghiền mịn/thô Khoảng 2,5

Thời gian đường hóa Khoảng từ (10-20) phút ở 700C

3 Hoa houblon (Hoa bia)

Sau malt đại mạch và nước thì hoa houblon là nguyên liệu chính thứ 3 không thể thiếu đượctrong công nghệ sản xuất bia, là nhân tố góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng của bia (mùi

thêm thơm dễ chịu, có vị đắng chát nhẹ) tạo màu vàng cho bia, tạo bọt và giữ bền độ bọt, ngoài rahoa houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản cho bia (sát trùng, tăng tính ổn định chocác thành phần bia,… ), làm trong bia do tạo được kết tủa protein (albumine) khi chúng chưađược thủy phân hết.

3.1 Chất đắng

Chất đắng là thành phần chủ yếu và đặc trưng nhất của houblon, được chia thành hai nhóm:Acid đắng (Humulong – C21H30O5) và nhựa đắng (do quá trình biến đổi acid đắng tạo ra) Trungbình trong hoa houblon chứa từ (16-19)% chất đắng, trong đó acid đắng chiếm từ (9-11)%, nhựađắng chiếm từ (7-8)%

3.2 Tinh dầu

Có dạng nước trong vàng sáng và mùi thơm rất mạnh, khi đun sôi đa phần tinh dầu bay hơi vàthành phần, tính chất tinh dầu sẽ bị thay đổi Sản phẩm tạo thành cùng phần bay hơi của tinh dầutạo ra mùi thơm dễ chịu đặc trưng riêng cho bia

3.3 Chất chát (Tanin hay polyphenol – C25H24O4)

Có khả năng làm kết tủa và tăng tính ổn định của bia Mặt khác nó cũng làm giảm một lượngđáng kể protid khác (chưa được thủy phân thành acid amin, protid bền vững), vì vậy nó làm giảmkhả năng tạo bọt và giữ bọt của bia Thông thường trong bia còn chứa khoảng (0,012-0,02)%tanin

Bảo quản hoa houblon ở kho lạnh khô và tối, nhiệt độ bảo quản dao động trong khoảng(-2 - 0,5)0C Nhiệt độ cao, không khí ẩm và ánh sáng mặt trời sẽ làm giảm chất lượng của hoahoublon, vì vậy khi bảo quản nên tránh những tác nhân này Giữ môi trường bảo quản khô ráo và

độ ẩm từ (8 – 10)% là tốt nhất, khi bảo quản nên xếp houblon trên những giá đỡ nhiều tầng

4 Nấm men bia

Trong công nghệ sản xuất bia, để chuyển dịch men hay còn gọi là nước nha được điều chế từcác nguyên liệu chính (nước – malt đại mạch – hoa houblon) thành bia thì phải có tác nhân làmchuyển hóa cả chất lẫn lượng của quá trình đó và tác nhân đó chính là nấm men, vì vậy nấm men

là tác nhân không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia

Nấm men sử dụng trong công nghệ sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giốngsaccharomyces, nó có kích thước trung bình của tế bào từ (6 – 9) µm Sinh sản dưới hình thức nảychồi và phân cắt, đây là hình thức sinh sản vô tính Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúngnằm trong khoảng từ (25 – 30)0C và ngừng hoạt động trên 400C, cũng có thể chết ở nhiệt độ này.Khác với các sinh vật kỵ khí bắt buộc phải sống trong môi trường hoàn toàn không có oxy(O2), hoặc vi sinh vật hiếu khí bắt buộc phải sống trong môi trường có O2, nấm men bia có thểphát triển trong môi trường có O2 lẫn môi trường không có O2 Nấm men đóng vai trò quyết định

trong sản xuất bia, vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men chính là quá trình chuyển hóanguyên liệu dịch men thành sản phẩm

Căn cứ vào tính chất, công nghệ sản xuất bia, thể hiện qua quá trình lên men bia có thể chia

nấm men bia thành hai loại: Nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis).

4.1 Loài Saccharomyces cerevisiae

Đây là nấm men nổi, nghĩa là trong quá trình lên men nó nổi lơ lửng trong dịch lên men và tậptrung ở bề mặt của dịch lên men (nước nha) Nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển tạo sinh khốitốt nhất là từ (12- 13)0C tương đối cao

 Ưu điểm:

Bề mặt tiếp xúc của tế bào nấm men với dịch lên men (cơ chất) rất rộng lớn, như vậy nó làmtăng tốc độ sinh trưởngvà sinh khối, rút ngắn thời gian lên men

Đối với loài Saccharomyces cerevisiae: có thể ứng dụng cho công nghệ lên men liên tục (công

nghệ lên men hiện đại)

Hiện nay các nước ở châu Âu như Đan Mạch, Đức,… sử dụng loài này trong công nghệ sảnxuất bia Vì nó rút ngắn thời gian sản xuất bia