Thiết kế phân xưởng nấu nhà máy bia 30 triệu lítnăm (2)

- Làm kết tủa diphosphat tan trong dịch đường ở dạng hydroxyapatit: 4CaHPO4 + 2H2O  3Ca3PO42.CaOH2 - Trong quá trình nấu dịch đường với hoa bia canxi trợ giúp quá trình đông tụ các hợp

Lời mở đầu

Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt lànhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylase

Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm, hoa houblon và nước với một quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có tính chất cảm quan rất hấp dẫn đới với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao (4-5 g/l) giúp cơ thể con người giải khát một cách triệt để khi ta uống

Bia xâm nhập vào nước ta sau thời kì Pháp xâm lược năm 1858 Nhà máy bia đầu tiên được xây dựng ở Việt Nam do một người chủ tư bản Pháp xây dựng ở Hà Nội năm 1890 Bia được sản xuất lúc đó nhằm đáp ứng nhu cầu của quân đội và kiều dân Pháp ở Việt Nam Có thể nói được rằng ở miền Bắc nước ta đến năm 1990 chỉ

có nhà máy bia lớn là nhà máy bia Hà Nội Từ sau năm 1990 thì sản xuất bia bắt đầu phát triển nhanh và mạnh ngành bia Việt nam đã có những bước nhảy vọt Với

cơ chế mới, ngành sản xuất và kinh doanh bia đã có nhiều những thuận lợi và cơ hội phát triển Hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ở hầu khắp các tỉnh trong cả nước, sản lượng của các nhà máy cũng ngày càng tăng

Hiện nay tổng năng suất của các nhà máy bia trong cả nước lên tới gần 3tỉ lít/ năm,lượng bia tiêu thụ đã vượt quá 3 tỉ lít/năm vào năm 2013 Bên cạnh đó rất nhiều thương hiệu bia ngoại đã xuất hiện ở nước ta như Tiger, Heineken Hưởng ứng tinh thần “ Người Việt Nam dùng hàng Việt Nam” cần đẩy mạnh sản xuất trong nước, đáp ứng lượng tiêu thụ càng ngày càng tăng cao

Với tương lai rộng mở của ngành bia, em xin lập bản thiết kế phân xưởng nấu nhà máy sản xuất bia với công xuất 30 triệu lít/năm

MỤC LỤC

PHẦN I: TÌNH HÌNH TIÊU THỤ BIA TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI 7

4.2.5 Tính lượng nước trong quá trình nấu và rửa bã 67

5.2 Máy nghiền malt

5.8 Chọn nồi nấu hoa 79

GHI CH Ú

Hình 1: Biểu đồ tiêu thụ bia bình quân đầu người, 2010

Hình 2: Biểu đồ : Top 10 quốc gia có mức tiêu thụ bình quân cao nhất năm 2011 (lít/người) Nguồn: Kirin

Hình 3: Biểu đồ tổng doanh thu thị trường bia toàn cầu năm 2011 (nguồn:

Indybeer)

Hình 4: tốc độ tăng trưởng kép sản lượng tiêu thụ bia của Việt Nam

Hình 5: Thị phân bia toàn cầu

Hình 6: Sản lượng bia tiêu thụ toàn cầu trung bình trên đầu người năm 2010 (lít).Hình 7: Sản lượng bia tiêu thụ đầu người của Việt Nam trong năm 2010

Hình 8: Mức tiêu thụ bia các nước Đông Nam Á, 2011

Hình 9: Lượng tiêu thụ bia ở Việt Nam qua các năm

Hình 10: Sản lượng sản xuất bia ở Việt Nam qua các năm

Hình 11: Phân bố bia trên toàn lãnh thổ Việt Nam

Hình 12: Hình ảnh 10 loại bia dược tiêu thụ nhiều nhất năm 2010 theo số liệu của Sabeco

Hình 13: Giá cổ phiếu AB InBev tăng liên tục trong 5 năm qua Giá trị vốn hóa thị trường của tập đoàn hiện đạt hơn 122,62 tỷ EUR

Hình 14: phân khúc bia trên thị trường Việt Nam ,

Hình 15: Một số thương hiệu bia của AB InBev

Hình 16: Một số thương hiệu bia toàn cầu và đa quốc gia, khu vực của AB Inbev

PHẦN I: TÌNH HÌNH TIÊU THỤ BIA TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

1 Tình hình tiêu thụ bia thế giới

Các nước phát triển uống nhiều rượu bia, nhất là các nước châu Âu Dân các nước Cộng hòa Czech, Đức, Áo, Ireland dẫn đầu trong tiêu thụ bia, bình quân đầu người hàng năm lần lượt là 132, 107, 106 và 104 lít/người/năm

Hình 1: Biểu đồ tiêu thụ bia bình quân đầu người, 2010

Trong năm 2011, mức tiêu thụ bia toàn cầu đạt 188,78 tỉ lít, tăng 3,8% so với năm

2010 Trong đó, lượng tiêu thụ của Châu Á đứng đầu thế giới ở mức 66,2 tỉ lít, tiếp

đó là thị trường truyền thống Châu Âu 51,2 tỉ lít Khu vực Trung Đông là khu vực

tiêu thụ ít nhất, chỉ đạt 1,4 tỉ lít dù dân số bằng ½ so với Châu Âu Các khu vực Mĩ

La Tinh, Bắc Mĩ, Châu Phi và Châu Đại Dương đạt 30,8; 26,1; 10,8 và 2,2 tỉ lít Tổng thu nhập của thị trường bia năm 2011 đạt 500,24 tỉ đô la Mĩ

Mặc dù đứng đầu thế giới về tổng sản lượng tiêu thụ bia, Châu Á thua xa các đại diện đến từ Châu Âu khi mà top 10 các quốc gia đứng đầu về lượng tiêu thụ bình quân chịu sự thống trị bởi các quốc gia Châu Âu Đứng đầu năm thứ 19 liên tiếp,

CH Séc đạt mức 158,6 lít/1 người, tiếp đó là Ireland (131,1 lít) và Đức (110 lít) Châu Á chỉ có 2 nước duy nhất lọt top 50 đó là Nhật (41) và Trung Quốc (50) Các nước Đông Nam Á như Việt Nam, Thái Lan đạt mức tiêu thụ bình quân ở mức trung bình của thế giới (~27 lít/1 người) và cách xa khu vực top 50 Sau đây là 10 quốc gia có mức tiêu thụ bình quân theo đầu người cao nhất:

Đan M h

Hình 2: Biểu đồ : Top 10 quốc gia có mức tiêu thụ bình quân cao nhất năm

2011 (lít/người) Nguồn: Kirin

Tổng doanh thu của thị trường bia thế giới năm 2011 đạt 500, 24 tỉ đô la Mĩ và được dự báo là sẽ tăng nhẹ 1,1% trong 4 năm tiếp theo Đóng góp chính cho sự tăng trưởng này là sự tăng trưởng kinh tế của các thị trường mới nổi như Trung Quốc, Brazil, …

2011 2012 (est) 2013 (est) 2014 (est) 2015 (est)

SABMiller, Heineken, Carlsberg, và China Resource Brewery Ltd:

1 Anheuser-Busch InBev

Có trụ sở chính tại Bỉ, sản xuất 352,9 triệu hectoliter mỗi năm, chiếm 18,1% lượngbia sản xuất trên thế giới - Anheuser-Busch InBev, viết tắt là AB InBev, là công ty sản xuất và phân phối bia lớn nhất thế giới hiện nay

2 SABMiller

Có trụ sở tại Vương quốc Anh, sản xuất 190 triệu hectoliter mỗi năm, chiếm 9,7% lượng bia sản xuất bia trên thế giới - SABMiller là một công ty đa quốc gia sản xuất bia và nước giải khát có trụ sở tại London, Anh quốc

3 Heineken International

Có trụ sở tại Bỉ, sản xuất 171,7 triệu hectoliter mỗi năm, chiếm 8,8% lượng sản xuất bia trên thế giới.

4 Carlsberg Group

Có trụ sở tại Đan Mạch, sản xuất 120,4 triệu hectoliter mỗi năm, chiếm 6,2% lượng sản xuất bia trên thế giới

5 China Resource Snow Breweries Ltd

Có trụ sở tại Trung Quốc, sản xuất 106,2 triệu hectoliter mỗi năm, chiếm 5,4% lượng sản xuất bia trên thế giới

Bảng 3: Sản lượng bia của một số nước trên thế giới giai đoạn 2011-2012 được thống kê như sau:

[ Nguồn: Kirin Institute of Food and Lifestype Report Global Beer Production by Country in 2012]

2 Tình hình tiêu thụ bia ở trong nước

Thử nhìn qua các số liệu về nhân khẩu học dưới đây:

Hơn 91 triệu người tiêu dùng

Tốc độ tăng dân số lớn hơn 1%/năm, ước tính 100 triệu người vào năm 2025

Độ tuổi trung bình của người dân là 27,8 tuổi so với 35,5 tuổi của Trung Quốc.70% dân số nhỏ hơn 40 tuổi

31 triệu dân số nằm trong độ tuổi 20-40

35% dân số nhỏ hơn 20 tuổi

Mỗi năm có thêm hơn 1 triệu dân số bước sang độ tuổi 18

Việt Nam đang trở thành một trong những thị trường tiêu dùng hấp dẫn nhất thế giới, trong đó có thị trường bia Việt Nam đang là nước tiêu thụ bia nhiều nhất Đông Nam Á, và đứng thứ 3 khu vực châu Á – Thái Bình Dương (chỉ sau Nhật Bản và Trung Quốc)

Hình 4: tốc độ tăng trưởng kép sản lượng tiêu thụ bia của Việt Nam

Việt Nam giai đoạn 2011-2016 được dự báo từ 6 – 9.99%/năm

Hình 5: Thị ph ần bia toàn cầu

Ảnh: TheWall Street Journal

42,5% thị phần bia toàn cầu thuộc về 4 tay chơi lớn trong năm 2011 là:

1 AB InBev: 18.3%

2 SABMiller: 9.8%

3 Heineken: 8.8%

4 Carlsberg: 5.6%

Thị phần dẫn đầu của AB InBev cho thấy sự thống trị của hãng, trong khi top 2, 3,

4 đang cạnh tranh khốc liệt để vươn lên

Tại thị trường châu Á – Thái Bình Dương, các hãng sản xuất bia này đang lép vế trước các hãng sản xuất địa phương Trung Quốc và Nhật Bản Cụ thể, AB InBev vẫn dẫn đầu khi nằm trong top 3, trong khi 3 thương hiệu còn lại nằm ở vị trí 10,

18, 22

Việc AB InBev cho xây dựng nhà máy tại Việt Nam cho thấy hướng đi của hãng đang tái định hình lại thị phần khu vực châu Á – Thái Bình Dương, song song với việc M&A các hãng sản xuất địa phương và khu vực

Hình 6: Sản lượng bia tiêu thụ toàn cầu trung bình trên đầu người năm 2010 (lít)

Ảnh: Pomegranate Asia

Hình 7: Sản lượng bia tiêu thụ đầu người của Việt Nam trong năm 2010 Nguồn: Pomegranate Asia

Hình 8: Mức tiêu thụ bia các nước Đông Nam Á, 2011

Việt Nam là nước “khát” bia nhất tại Đông Nam Á trong năm 2011 Ảnh: Sưu tầm

từ Internet

Hình 9: Lượng tiêu thụ bia ở Việt Nam qua các năm

Hình 10: Sản lượng sản xuất bia ở Việt Nam qua các năm Nguồn: Pomegranate Asia

Hình 11: Phân bố bia trên toàn lãnh thổ Việt Nam

Nguồn: VinaCorp & Pomegranate Asia

Hình 12: Hình ảnh 10 loại bia dược tiêu thụ nhiều nhất năm 2010 theo số liệu của Sabeco

Thị trường bia Việt Nam hoạt động khá cạnh tranh, với nhiều thương hiệu nổi tiếng như: Tiger, Heineken, Hà Nội, Halida, Sài Gòn, 333, v.v…, từ phân khúc cấpthấp như bia hơi cho đến phân khúc bia thượng hạng

2 thị trường tiêu thụ chủ lực là thị trường miền Nam (Hồ Chí Minh) và miền Bắc.50-60% thị phần bia thuộc về 2 tập đoàn lớn của Việt Nam là Sabeco và Habeco.Ngoài ra, thị trường bia Việt Nam còn mở cửa cho phép các công ty sản xuất bia nước ngoài vào liên doanh, như: Carlsberg, Asia Pacific Brewers Ltd (Heineken, Tiger), SABMiller

Theo APB, hơn 1/2 lợi nhuận của hãng là do thị trường Việt Nam đóng góp, mặc

dù tập đoàn hoạt động ở hơn 15 quốc gia thuộc châu Á – Thái Bình Dương

Hình 13: Giá cổ phiếu AB InBev tăng liên tục trong 5 năm qua Giá trị vốn hóa thị trường của tập đoàn hiện đạt hơn 122,62 tỷ EUR

AB InBev có hơn 200 thương hiệu bia, trong đó có 14 thương hiệu cho tập đoàn thu về hơn 1 tỷ USD/năm Tập đoàn này hiện có khoảng 116.000 nhân công tại hơn 30 quốc gia

Hình 14: phân khúc bia trên thị trường Việt Nam ,

+ 75% cho phân khúc bia đại trà

+ 12% cho phân khúc bia bình dân, như bia hơi

Xu hướng sẽ có sự dịch chuyển trong thời gian tới, tăng bia cao cấp, giảm dần bia bình dân khi mức sống người dân đi lên

Hình 15: Một số thương hiệu bia của AB InBev Ảnh: Báo cáo thường niên 2012

AB InBev

Theo hãng này, nhà máy bia xây dựng tại Việt Nam sẽ tập trung cho thương hiệu toàn cầu Budweiser của hãng để phục vụ thị trường Việt Nam

Hình 16: Một số thương hiệu bia toàn cầu và đa quốc gia, khu vực của AB Inbev

Nguồn: Báo cáo thường niên 2012 – AB InBev

Tại thị trường châu Á – Thái Bình Dương: Budweiser, Harbin & Sedrin đang là những con át chủ bài tăng trưởng của AB InBev, trong đó:

+ Budweiser giữ vị trí vững chắc như 1 thương hiệu bia thượng hạng hàng đầu tại Trung Quốc.

+ Harbin giữ vị trí thứ 39 trong top 50 thương hiệu hàng đầu của Trung Quốc

Lợi nhuận hoạt động kinh doanh trước khấu hao (EBITDA) của AB InBev trong năm 2012 theo khu vực – Sản lượng tiêu thụ bia theo khu vực của hãng Ảnh: Báo cáo thường niên 2012 AB InBev

PHẦN II: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA

Sản phẩm bia sản xuất ra phải đảm bảo đạt được các tiêu chuẩn sau:

4 Mùi Có mùi thơm của Malt đại mạch và hoa

Houblon, không có mùi lạ.l

5 Vị Có vị đắng nhẹ đặc trưng của hoa

1 Hàm lượng chất tan % khối lượng 10,5 oBx 12 oBx

1,3 ±0,1

1 Tổng số VSV hiếu khí CFU/ml sản phẩm 10

Thành phần của nước phụ thuộc vào nguồn nước khai thác, độ cứng và các khoáng chất có sẵn trong đó Nước thiên nhiên chứa rất nhiều các muối hòa tan ở dạng ion: Ca2+, H+, Na+, K+, Fe2+, Al3+, Mn2+, OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO43-, Muối của Ca2+, Mg2+ là nguyên nhân gây nên độ cứng của nước.Theo tài liệu [1-67 ta có:

Ảnh hưởng cuả các muối, thành phần hóa học trong nước tới quy trình công nghệ:

Ion Ca 2+: có mặt ở trong tất cả các loại nước ngầm, hàm lượng Ca2+ thay đổi trong giới hạn từ (5-6) đến (200-250) mg/l (tính theo CaO) Nó có những ảnh hưởng sau:

- Bảo vệ enzyme amylase khỏi sự ức chế của nhiệt độ

- Kích hoạt các protein và các amylase trong quá trình đảo trộn và tăng năng suất đảo trộn: Protein + Ca2+  Proteinat canxi + 2H+

- Muối Ca(HCO3)2 ảnh hưởng xấu đến quá trình đường hóa, giảm độ acid của dịch đường hóa và hồ hóa.

4KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 + Ca3(PO4)2  2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2

- Giaỉ phóng cation H+: 3Ca2+ + 2HPO4 2-  Ca3(PO4)2 + 2H+

- Phản ứng của CaSO4với K2HPO4 làm tăng độ acid, tác động này rất có lợi cho quá trình đường hóa (tăng cường sự hoạt động của enzyme)

- Trong quá trình lọc dịch đường, canxi làm giảm pH tăng tốc độ lọc và ngăn cản quá trình chiết màu, mùi, các hợp chất silic, các hợp chất làm tế bào co lại

- Làm kết tủa diphosphat tan trong dịch đường ở dạng hydroxyapatit:

4CaHPO4 + 2H2O  3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2

- Trong quá trình nấu dịch đường với hoa bia canxi trợ giúp quá trình đông tụ các hợp chất protein, làm giảm màu dịch đường và khả năng đường phân của các α- acid đắng của hoa bia

- Trong quá trình lên men canxi làm tăng khả năng lắng của nấm men

- Trong quá trình tàng trữ giúp làm trong bia

Ion Mg 2+: lượng ít hơn Ca2+ từ (3-4) đến (80-100) mg/l ( tính theo MgO)

- Muối MgSO4 có vị đắng ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia

- Các phản ứng Mg(HCO3)2 với KH2PO4 gần giống với phản ứng của muối

Ca(HCO3)2

- Khi đun nóng MgHPO4 chuyển thành Mg bậc 1 và 3 làm tăng tính acid

4 MgHPO4  Mg(H2PO4)2 +Mg3(PO4)2

- Mg có nhiều nhóm ngoại cho enzyme

- Trong quá trình lên men, Mg tham dự vào trong một coenzyme quan trọng

decacboxyl hóa của acid pyruvic thành acetaldehyt và CO2

- Với hàm lượng MgSO4 7.1 meq không ảnh hưởng tới vị của bia còn Mg(HCO3)2 7.1 meq khiến bia có vị đắng khó chịu

- Hàm lượng Mg có trong malt đủ cho dịch đường 130mg/l

tại ở dạng các muối NaCl, Na2CO3, Na2SO4

- Hàm lượng dưới 200mg/l có ảnh hưởng tốt tới mùi vị của bia

- Na+ còn gây ức chế quá trình nẩy mầm ảnh hưởng tới chất lượng malt

- Na2CO3 phản ứng làm tăng pH: Na2CO3 + 2 KH2PO4  K2HPO4 + NaHPO4+ CO2 + H2O

- Hàm lượng NaCl 75-150mg/l chấp nhận với bia vàng tạo vị êm

- Hàm lượng natri quá cao tạo vị mặn chua cho bia

- Các muối natri tan tốt trong nước

Ion K + : trong nước có 1 lượng nhỏ

- Hàm lượng nhỏ không được vượt quá 10mg/l

- Tỉ lệ Na+/K+ ảnh hưởng tới khả năng lắng của nấm men

- K+ ức chế nhiều loại enzyme trong quá trình sản xuất bia, gây ra vị mặn cho bia

- Hàm lượng trong malt 300-500mg/l

lượng bia Trong ngâm malt làm vỏ malt có màu xám Gây ức chế một số enzyme,

và bị loại bỏ theo bã

Ion Mn 2+ :

- Có ảnh hưởng tích cực tới protein

- Hoạt hóa một số enzyme

- Với enzyme của nấm men mangan hoạt động như một nhóm ngoại

- Nồng độ không được vượt quá 0.2mg/l

- Ảnh hưởng tiêu cức tới độ bền của keo bia

Ion Zn 2+:

- Có tác dụng tốt trong quá trình lên men: sự tổng hợp của protein, sự tăng trưởng của nấm men, giảm lượng H2S tạo thành

- Nồng độ trong dịch đường 0.08-0.2 mg/l

- Nồng độ >0.6 mg/l ảnh hưởng tiêu cực tới quá trình lên men và tính bền keo

Ion NH 4 + : chứng tỏ có sự nhiếm tạp các hợp chất hữu cơ, các muối của nó có

thể bị khử thành nitrat

Ion SO 4 2- : hàm lượng cao làm bia có vị đắng không đặc trưng, ảnh hưởng tới

sự phân hủy protein và tinh bột, tăng cường việc làm trong dịch bia

Ion Cl - : ức chế khả năng lắng của nấm men, với nồng độ <300mg/l làm tăng

khả năng làm trong bia làm độ bền keo và độ dịu cho bia

Ngoài ra trong sản xuất bia còn có các thành phần của nước khá cũng có ảnh

hưởng ít nhiều như: nitrit, nitrat, silicat, khí cacbonic, khí clo, phosphat

Theo tài liệu [1-75

Yêu cầu nước trong sản xuất bia:

- Hàm lượng muối cacbonat không quá 50mg/L

- Hàm lượng muối Magiê không quá 100mg/L

- Hàm lượng muối clorua 75-150mg/l

- Hàm lượng muối CaSO4 150-200mg/l

- Hàm lượng Fe2+ không quá 0.3 mg/L

- Khí NH3 và muối NO3-, NO2- không có

- Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

- Ecoli, Coliform không có

- pH nước bã pH=6.5, dịch đường trước nấu pH=5.4, sau nấu pH=5.2

- Hàm lượng oxi hòa tan<0.05mg/l

Nước ngâm đại mạch để sản xuất malt không chứa nhiều tạp chất và vi sinh vật

2 Đại mạch

a Giới thiệu về đại mạch

Đại mạch (Hordeum-vulgare) là nguyên liệu có tính chất truyền thống trong sản xuất bia và cũng là nguyên liệu chính không thể thay thế được Đại mạch được dùng để sản xuất malt bia Malt của nó có độ hòa tan và thành phần tốt nhất cho sản xuất bia Trung Âu là vùng phát triển trồng đại mạch cao nhất từ 150 năm qua

Hình 1: Bông đại mạch [Nguồn: hongngochospital.vn]

Theo tài liệu [1-21 và [2-11 ta có

Thành phần của hạt đại mạch gồm:

Các hợp chất cacbonhydrat

- Tinh bột: chiếm hơn một nửa lượng chất khô có trong hạt(50-63%), có đường kính hạt tinh bột loại lớn 20-30μm loại nhỏ 1-6μm, có trọng lượng riêng khá cao 1.5-1.6 (vì vậy chúng lắng xuống khá nhanh) Thành phần tinh bột gồm 2 chất : amylose và amylopetin Trong công nghệ sản xuất malt bia, tinh bột có hai chức

năng chính: nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men Tinh bột sau khi hồ hóa sẽ đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn.

- Cellulose: nằm trong vỏ trấu của đại mạch, chiếm 20% khối lượng vỏ khô Khi lọc dịch đường chúng sẽ tạo một lớp màng lọc lí tưởng

- Hemicellulose: thành phần chủ yếu của thành tế bào nội nhũ, bao gồm β-glucan (80-90%) và pentozan (10-20%) phân giải dưới tác dụng của enzyme sitaza giúp các enzyme khác xâm nhập vào bên trong tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác vào phân giải tinh bột trong nội nhũ

- Đường: có hàm lượng rất nhỏ trong đại mạch (1.8-2%) Các đường này là các sảnphẩm trao đổi chất được sử dụng khi hạt nảy mầm

Các hợp chất chứa nitơ: biến đổi trong khoảng 8-16%

- Protein: là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem hạt có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không Chúng là các hợp chất có phân tử lượng cao, không tan trong nước và kết tủa khi đun Gồm các protein sau: glutelin ( chiếm 30%, không bị thủy phân và bị thải ra ngoài theo bã hạt), prolamin (chiếm 37%, tan trong cồn 800), globulin (chiếm 15%, tan trong dịch muối loãng và dịch hèm, gây đục bia), albumin (chiếm 11%, tan trong nước) Protein phân bố chủ yếu ở phôi và lớp aloron Quá trình phân giải protein dưới tác dụng của enzyme là quá trình quan trọng trong sản xuất bia, những sản phẩm của sự thủy phân đó có phân

tử lượng nhỏ thấp hơn vừa là thức ăn của nấm men vừa là cơ chất tham gia các tương tác hóa học khác nhau quan trọng là phản ứng tạo melanoid làm bia có màu vàng óng mùi vị thơm dịu ngọt và khả năng tạo bọt của bia sau này Và người ta cho rằng hàm lượng protide và hàm lượng tinh bột trong đại mạch có tỷ lệ cân đối

là tối ưu cho sản xuất bia

- Sản phẩm protein thủy phân: hầu hêt các sản phẩm thủy phân của protein đều có trong bia thành phẩm Chúng có đặc điểm nổi bật là hòa tan trong nước và kết tủa khi đun sôi Gồm 2 loại: loại có phân tử lượng cao (proteoza, albumoza, globuloza,các pepton phức hợp) làm tăng độ bọt của bia và làm đục bia, loại có phân tử lượng thấp (các acid amin, peptid, dipeptid, oligopeptid, ) là nguồn dinh dưỡng chính cho nấm men.

Chất béo: chiếm 2%, hầu hết là các triglyxerit, không tan trong nước và hầu

như không biên đổi trong hạt, bị thải ra ngoài theo bã, ảnh hưởng xấu đến bọt bia

Các hợp chất vô cơ khác: các chất khoáng chiếm khoảng 2-3% trong đó

quan trọng là phosphat (vai trò hình thành hệ thống đệm của dịch đường), silicat vàmuối kali

Các hợp chất khác:

- Polyphenol hay tanin: tập trung chủ yếu ở vỏ trấu và lớp alơron , kết hợp với protide cao phân tử giúp dễ kết lắng tăng độ keo của sản phẩm, nhưng nó lại làm xấu đi hương vị của bia Vì vậy ta có thể loại bỏ thành phần này bằng cách ngâm trong môi trường kiềm nhẹ

- Vitamin: hàm lượng vitamin trong đại mạch rất ít gồm B1,B2,B6,C và một số tiền vitamin đó vừang vai trò là nhân tố điều hòa sinh trưởng của mầm

Hệ thống enzyme trong đại mạch:

Hệ thống enzym thủy phân tinh bột

- Với enzyme alpha-amylase: cắt các liên kết alpha - 1,4 glucosid ở bất kì vị trí nàotrong tinh bột nhưng không ở các đầu mạch, cơ chất của nó là tinh bột và destrin, làenzyme dịch hóa từ đó tạo ra sản phẩm là hỗn hợp đường và các oligosaccharid: maltose, glucose, maltotriose (độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống) Trong sản xuất bia quá trình này được gọi là dịch hóa Enzyme này chịu nhiệt tốt

nhưng chịu kiềm kém hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.7, topt = 70-750C và phân hủy

ở nhiệt độ 800C Nó được sinh ra trong quá trình nảy mầm hạt đại mạch thành malt

- Với enzyme beta-amylase: các liên kết alpha - 1,4 glucosid gần đầu không khử của chuỗi mạch tinh bột Nó là enzyme đường hóa Khi cơ chất là amylose sản phẩm tạo thành là đường maltose và các destrin phân nhánh có phân tử lượng lớn

“beta-destrin giới hạn” (độ nhớt giảm chậm, các đường khử được tạo ra nhanh chóng) Nó có trong hạt đại mạch ở dạng liên kết cũng như dạng tự do, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 4.7-4.8, topt = 60-650C, nhiệt độ phân hủy 700C

Hệ thống enzyme thủy phân protein:

Proteinase: phân cắt các chuỗi peptid làm cho protein dễ tan hơn tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit Enzyme này phân bố ở lớp alơron

và trong phôi hạt đại mạch, hoạt lực tăng gấp 3-5 lần sau khi ươm mầm Enzyme này hoạt động tốt ở pHopt =5-5.2 , topt = 50 – 600C và nhiệt độ phân hủy là 700C.Carboxypeptidase: xúc tác tách các acid amin từ các đầu chuỗi chứa nhóm

cacboxyl của các peptid Enzyme này có pHopt =5.2 , topt = 50 – 600C và nhiệt độ phân hủy là 700C

Aminopetidase: xúc tác tách các acid amin từ các đầu chuỗi chứa nitơ của peptid Enzyme này có pHopt =7.2 , topt = 40-450C và nhiệt độ phân hủy là 550C

Dipeptidase: phân cắt các dipeptid thành chuỗi acid amin Enzyme này có pHopt

=7.5, topt = 50-520C

Enzyme destrinase giới hạn:

Enzyme cắt các liên kết α- 1,4glycosid của phân tử amylopectin tạo ra các chuỗi mạch thẳng destrin Enzyme này được tổng hợp trong quá trình nảy mầm, có

pHopt = 5.1, topt = 55-600C, nhiệt độ phân hủy 650C

Enzyme thủy phân thành tế bào “sitase”:

Các enzyme β-glucanase thủy phân các liên kết peptide nối liền các chuỗi β-glucan

có trong thành tế bào giải phóng các β-glucan, hàm lượng enzyme này tăng lên trong qua trình nảy mầm

Các enzyme endo- glucanase: thủy phân các liên kết 1,4 và1,3 glucosid của glucan làm giảm độ nhớt của β-glucan hòa tan Enzyme này không có trong hạt đạimạch chín, tăng lên trong quá trình nảy mầm

β-Pentosanase: thủy phân pentosan của thành tế bào

Hệ thống enzyme esterase: phân cắt mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ khác nhau hoặc giữa các hợp chất hữu cơ và vô cơ

Phytase: phá mối liên kết este của phytin (axit phosphoric) với inositol, giải phóng H3PO4 làm tăng độ chua, tăng lực đệm cho dịch đường Phytase có pHopt =4.5 – 5, topt =50-530C, nhiệt độ phá hủy 700C

Lypase: phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các acid béo bậc cao Enzyme này phân bố chủ yếu ở phôi và lớp alơron Hoạt lực của chúng rất mạnh ở giai đoạn ươm mầm nhưng đến giai đoạn sấy thì bị phá hủy Lypase có pHopt =6.8 ,topt = 35-400C và nhiệt độ phân hủy là 600C

b Malt đại mạch

Tất cả những hạt ngũ cốc, nếu được ươm mầm với sự kiểm soát chặt chẽ củacác 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…)

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 hệ enzym đặc biệt phong phú, chủ yếu là amylaza và proteaza.

Trong số các loại mạch nha thì mạch nha từ lúa đại mạch (Hordeum

vulgare) được sử dụng rộng rãi nhất do nó chứa nhiều amylaza, là một loại enzym

tiêu hóa giúp cho việc phá vỡ tinh bột để chuyển nó thành đường

Quy trình sản xuất malt từ đại mạch: đại mạch sau khi được làm ướt (ngâm

với nước) được đem đi ươm mầm (tạo điều kiện tthuận lợi để hệ enzyme thủy phântăng trưởng về khối lượng và cường lực xúc tác), sau đó sấy (loại ẩm, giữ hoạt tínhcủa enzyme, tạo melenoid nhân tố chính tạo hương vị màu sắc và bọt cho bia) Và cuối cùng loại bỏ rễ và mầm ta thu được malt (trong rễ và mầm có nhiều hợp chất thuộc nhóm acid alkaloid gây vị đắng khó chịu cho bia, tránh sự hút ẩm lại của malt do rễ và mầm)

Vai trò của malt đại mạch: cung cấp hầu hết 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 hệ enzyme amylase để thủy phân tinh bột (nếu sử dụng thế liệu nhiều thì lượng

enzyme này cung cấp không đầy đủ và 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 protease 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 chỉ tiêu đánh giá malt: theo tài liệu [1-154 ta có

- Chỉ tiêu vật lí:

+ Khối lượng 1000 hạt: khoảng 30-44g, nói lên sự hao hụt do hô hấp và do mọc rễ quá dài khi sản xuất malt

+ Độ trắng đục: các hạt bị cắt đôi xem có bị trong hay không để đánh giá mức độ nhuyễn của hạt

+ Độ xốp: malt càng xốp càng nhuyễn, người ta đo bằng xốp kế

+ Nitơ hòa tan: 3.5-4.5% chất khô với hệ số 6.25

+ Hàm lượng acid amin: 120-160mg % malt khô

+ Màu của dịch: xác định bằng phương pháp phân tích EBC, dịch chiết sáng màu

để sản xuất bia vàng

+ Hiệu suất lên men tới hạn: khoảng 80%, cho biết chất lượng của đường trong dịch hèm

+ Kích thước bột nghiền: 90% nguyên liệu phải lọt qua sàng cólỗ 0.547mm

+ Protein tổng số: 10-11% malt khô (rất tốt), 11-11.5% (trung bình)

+ Chỉ số Kolbach: chỉ số về độ nhuyễn hóa học, là tỉ số giữa lượng đạm hòa tan vào dich đường và lượng đạm tổng có trong malt khô < 35% độ nhuyễn chưa đạt yêu cầu

+ Hoạt lực enzyme amylase: 200-250WK

3 Hoa bia

Hoa bia hay hublon (danh pháp

hai phần: Humulus lupulus) là

thực vật dạng dây leo, thuộc hàng urticacée, họ moracé Hoa

houblon có hoa đực và hoa cái riêng cho từng cây Trong sản xuấtbia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì chúng chiết ra nhựa đắng

và các loại tinh dầu chủ yếu tạo nên các chất thơm trong bia Đây

là nguyên liệu cơ bản đứng hàng thứ hai sau malt đại mạch

Hoa bia 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.Hoa houblon và nước chính là nguồn cung cấp nitrat cho dịch đường

Hiện nay hoa houblon được sảnxuất nhiều nhất ở hai quốc gia Đức và Mỹ

Nguy n Th Di pễn Thị Diệp ị Diệp ệu lít/năm

Hình 2 :Hoa bia [ nguồn: wikipedia.com

Theo tài liệu [1-52 ta có bảng sau :

Bảng 1: Thành phần hóa học hoa bulông

Vai trò của hoa bia trong sản xuất bia:

Hoa bia chứa một số tính chất rất phù hợp cho bia:

Cung cấp vị đắng để cân bằng vị ngọt của đường mạch nha,

Tạo ra hương vị từ mùi hoa cho tới mùi cam quít hay mùi thảo mộc,

Hoa bia có các hiệu ứng kháng sinh giúp 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)

Vai trò của chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làm

cho bia có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia Khi hòa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu Với nồng

độ thấp các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng

có tính kháng khuẩn rất cao và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm Nhóm acid đắng có 2 loại : Alpha-acid (humolone), Beta-acid (lupulone)

Vai trò của tinh dầu thơm: Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất

được chia thành 3 nhóm: hydrocacbon, các hợp chất lưu huỳnh và các hợp chất chứa oxy Các hợp chất trong tinh dầu có thể tồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8), hoặc dưới dạng aldehyd, ceton, rượu,… Khi hòa tanvào dịch đường, tinh dầu tồn tại trong bia và tạo ra cho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu Trong thời gian đun sôi dịch đường và hoa houblon

có tới 98% tinh dầu thơm bay ra ngoài theo hơi nước chỉ còn lại 2% tồn tại trong bia

Vai trò của tanin hoặc polyphenol: Polyphenol có chứa một hỗn hợp các

tanin, flavonol, catechin và anthocyanogen (riêng anthocyanogen chiếm tới 80% hàm lượng polyphenol trong hoa houblon) Nó có các tính chất: vị gắt, kết hợp và kết tủa các protein phức hợp, bị oxy hóa thành các hợp chất màu nâu đỏ

(phlobaphen), chúng kết hợp với các muối sắt thành các hợp chất đen Do vậy chúng gây đục cho bia và ảnh hưởng tới màu và vị của bia Tuy nhiên chúng có giátrị công nghệ: dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịch đường, là ổn định thành phần và tăng độ keo của bia thành phẩm

Ngoài ra hoa houblon còn chứa các hợp chất béo chất sáp, hợp chất có chứa nitơ và các nguyên tố khoáng có những ảnh hưởng nhất định với sản phẩm bia nhưng không lớn

- Độ đắng của chế phẩm cao hơn

Hoa viên: hoa houblon được sấy khô nghiền thành bột sau đó ép thành dạng

viên Có 3 loại hoa viên: hoa viên loại 90, loại 45 (nồng độ cao) và hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric) Hoa viên 90 là loại thu được 90kg chế phẩm chứa tất cả các thành phần trong hoa gốc được chế biến từ 100 kg hoa tươi Hoa viên 45

là loại hoa viên giàu lupulin trong đó chứa toàn bộ nhựa và tinh dầu có trong hạt lupulin

Hình 3: Chế phẩm hoa houblon dạng viên [Nguồn: http://www.foodnk.com

Theo tài liêu [1-62 ta có bảng sau:

Bảng 2: So sánh các thành phần của hoa viên với hoa cánh

Ưu điểm của hoa viên:

+ Giảm lượng bã thải do đã loại bỏ một phần cuống và cánh hoa ít thất thoát chất chiết và dịch đường và hàm lượng các polyphenol cũng giảm đáng kể

+ Có độ đắng cao hơn cánh hoa 10%

+ Do sự hòa tan nhanh của các thành phần hoa vào dịch đường làm tăng diện tích

bề mặt của chúng dẫn đến tăng nhanh chiết xuất và đồng phân hóa

+ Dạng chế phẩm này đã được tiêu chuẩn hóa chất đắng nên dễ dàng sử dụng và dễbảo quản và dễ dàng tự động hóa

Nhược điểm của hoa viên: các viên hoa nhạy cảm với oxy nên đảm bảo quá trình đóng gói phải có lượng O2 phải dư ít hơn 0.5% thể tích và sử dụng loại bao 4 lớp trong đó có lớp nhôm

Hoa viên được đồng phân hóa các α- acid khi bổ sung oxit magie Dạng này có ưu điểm hơn là hiệu suất thu hồi α-isoacid tăng đáng kể, thời gian đun sôi được rút ngắn làm cho giá hoa và năng lượng giảm, không phải bảo quản lạnh và không phải chịu sốc nhiệt trong quá trình chế biến

Cao hoa: sử dụng dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen clorua, ) để

trích ly các nhựa đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon, sau đó làm bay hơi dung môi Tuy nhiên trong quá trình tách dung môi phần lớn các tinh dầu thơm cũng bị mất theo, dẫn đến hàm lượng tinh dầu thấp, nguy cơ sót dung môi hữu cơ nên mang độc ảnh hưởng tới môi trường nhưng nó rất bền trong quá trính bảo quản

Ưu điểm của cao hoa hơn so vơí hoa dạng viên là có thành phần α-acid đã được đồng phân hóa là tăng lượng chất đắng hòa tan trong dịch đường Cao hoa sau khi được đồng phân hóa có tỷ lệ sử dụng lên đến 95% so với hoa cánh và hoa viên (25-30%) bởi các sản phẩm kia còn kết tủa trong quá trình nấu bia, có thể giảm giá thành vận chuyển và bảo quản xuống rất thấp và có thể bảo quản trên 2 năm trong hộp chưa mở mà không giảm chất lượng, sau khi pha loãng có thể dễ dàng cho thêm và làm tăng độ đắng cho bia một cách chính xác

Bột cao hoa: cao hoa được sấy phun với silicagel (ít nhất 30-40%) để tạo bột

cao hoa

4 Nấm men

Nấm men là loại vi snh vật đơn bào sống trong môi trường dinh dưỡng chứa đường, nitơ, phospho và các chất vô cơ hữu cơ khác Chúng là vi sinh vật dị dưỡng

có khả năng sống ở điều kiện hiếu khí và yếm khí, có dạng hình cầu ovan hoặc hình trứng Nhiệt độ thích hợp nuôi cấy nấm men là 28-300C

Nấm men sản xuất bia hiện nay đều thuộc giống Saccharomyces Chúng

giúp lên men dịch đường Có hai giống lên men chính là nấm men lên men nổi

S.cerevisiae và lên men chìm S.carlsbergensis Men bia sẽ chuyển hóa đường thu

được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn và cacbon điôxít (CO2)

Cho tới tận giữa thế kỷ trước hầu hết trên thế giới sử dụng nấm men nổi để sản xuất bia Tuy nhiên, hơn một thế kỷ trước sự phát triển kĩ thuật di truyền của các chủng nấm men bia lần đầu tiên được tiến hành tại phòng thí nghiệm của Carlsberg với sự nuôi cấy chọn lọc nấm men cần thuần khiết của Emil C Hansen ông đã cách mạng hóa nền công nghiệp sản xuất bia lager và tới tận trước những năm 1842 chỉ có các nhà máy bia Bavary ở Munich là sản xuất bia lager Trước kia người ta lên men bia từ các chủng nấm men hoang dã có chứa nhiều tạp nhiễm.Tuy nhiên, đến năm 1883 Hansen đã viết về đề tài lựa chọn chủng nấm men và tách được nấm men lên men bia chìm thuần khiết từ nhà máy bia Carlsberg và được đưa vào sản xuất đầu tiên vào ngày 12-11-1833 tại nhà máy bia Carlsberg Kĩthuật nuôi cấy nấm men thuần khiết của Hansen giúp cho các nhà máy bia cách chọn dòng nấm men vô tính và phân lập được các chủng tạo cho bia những tính chất đặc trưng cụ thể hoặc hương vị riêng Ngày nay chúng ta đều sử dụng các loại men bia được nuôi cấy và có độ tinh khiết cao Trung bình, hàm lượng cồn trong bia là khoảng 4-6% rượu theo thể tích, mặc dù nó có thể thấp tới 2% và cao tới 14% trong một số trường hợp nào đó Một số nhà sản xuất bia còn đưa ra loại bia chứa tới 20% cồn