bài tiểu luận tìm hiểu quy trình sản xuất bia đen

Hàm lượng trung bình của các thành phần tính theo khối lượng chấtkhô như sau: Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt đại mạch Thành phần hạt tinh bột gồm 2 chất sau: Amyloza: chiếm 20 – 25

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

PHẨM

ĐỀ TÀI 1

GVHD: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Sinh viên thực hiện:

Mục lục

Mục lục 2

Mục lục hình 4

Mục lục bảng 5

Phần I: Nguyên liệu sản xuất bia đen 6

I.1 Malt đen, Malt vàng 6

I.1.1 Hạt đại mạch 6

I.1.2 Cấu tạo hạt đại mạch 7

I.1.3 Thành phần và tính chất hạt đại mạch 7

I.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá malt 13 DARK BEER

I.1.5 Quy trình sản xuất malt 13

I.2 Hoa Houblon 17

I.2.1 Thành phần và tính chất 17

I.2.2 Đánh giá hoa Houblon 20

I.3 Nước 21

I.4 Nấm men 22

I.4.1 Thành phần hóa học của nấm men 23

I.4.2 Cấu tạo tế bào nấm men 23

I.4.3 Các chất dinh dưỡng cho nấm men 23

I.4.4 Các enzyme trong nấm men 25

I.4.5 Các đặc tính mong muốn 25

I.5 Các nguyên liệu phụ khác 26

Phần II: Quy trình công nghệ sản xuất bia đen 27

I.1 Tách tạp chât 29

I.2 Nghiền 30

I.3 Nấu dịch nha 32

I.4 Lọc dịch nha và rửa bã malt 41

I.5 Đun sôi dịch nha với hoa Houblon 43

I.6 Tách bã Houblon 45

I.7 Làm lạnh dịch nha 45

I.8 Cung cấp oxy và cấy giống nấm men 47

I.9 Lên men chính 48

I.10 Lên men phụ 61

I.11 Lọc bia 63

I.12 Làm lạnh bia 64

I.13 Bão hòa CO2 64

I.14 Rót 67

I.15 Thanh trùng 68

I.16 Dán nhãn 70

Phần III: Đánh giá chất lượng bia thành phẩm 72

Tài liệu kham khảo 74

Mục lục hình

Hình 1.1 Malt đen và malt vàng 6

Hình 1.2 Đại mạch 2 hàng và 6 hàng 6

Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch 7

Hình 1.4 Búp hoa Houblon 17

Hình 1.5 Công thức α-acidacid 18

Hình 1.6 Công thức β-acidacid 19

Hình 1.7 Công thức tổng quát nhóm flavonoid 20

Hình 2.1 Máy quạt sàng 29

Hình 2.2 Máy tách kim loại 29

Hình 2.3 Máy nghiền phun ẩm 31

Hình 2.4 Giản đồ đun sôi 3 lần 37

Hình 2.5 Nồi nấu dịch nha 38

Hình 2.6 Thùng lọc hiện đại 41

Hình 2.7a Thiết bị đun hoa gia nhiệt bên trong 45

Hình 2.7b Bộ phận cấp nhiệt bên trong 45

Hình 2.8 Thiết bị Whirlpool 46

Hình 2.9 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng 47

Hình 2.10 Chu trình đường phân 49

Hình 2.11 Sơ đồ hình thành và khử vinal dixeton, diaxety 55

Hình 2.12 Thiết bị lên men 60

Hình 2.13 Máy lọc đĩa 65

Hình 2.14 Nguyên tắc làm việc máy lọc đĩa 65

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống bão hòa CO2 66

Hình 2.16 Cấu tạo máy chiết chai 68

Hình 2.17 Các giai đoạn chiết chai 69

Hình 2.18 Thiết bị thanh trùng tunel 70

Hình 2.19 Nguyên tắc làm việc của máy dán nhãn 70

Mục lục bảng Bảng 1.1 Thành phần hóa học hạt đại mạch 8

Bảng 1.2 Sự khác nhau các quy trình sản xuất malt 14

Bảng 1.3 Đặc điểm về chỉ số hóa học của malt đen và malt vàng 15

Bảng 1.4 Thành phần hóa học hoa Houblon 18

Bảng 1.5 Thành phần -acidacid α-acid 19

Bảng 1.6 Thành phần -acidacid β-acid 19

Bảng 1.7 Thành phần các khoáng cần cho nấm men 24

Bảng 1.8 Các enzyme và các c ch ơ ch ất chuyển hóa 25

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của mức độ nghiền 31

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đường hóa 39

Bảng 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pH tối u c ư ủa enzyme 40

Bảng 2.4 Sự phụ thuộc giữa pH môi trường với thời gian và hiệu suất đường hóa 40

Phần I Nguyên liệu sản xuất bia đen

Bốn loại nguyên liệu chính cần dùng cho quá trình sản xuất bia đen là: malt đen, malt vàng, hoahoublon, nước, nấm men và một số nguyên liệu phụ khác Chất lượng của chúng quyết định đến chấtlượng của bia thành phẩm

I.1 Malt đen, malt vàng:

Hình 1.1 Malt đen và malt vàng

Malt đen là nguyên liệu chính trong sản xuất bia đen Màu của bia được quyết định bởi màucủa malt, malt vàng sản xuất bia vàng, malt đen kết hợp với malt vàng dùng để sản xuất bia đen.Malt đen có hàm lượng lớn melanoit, là hợp chất màu nâu, vàng nhạt đến cánh dán Malt đen đượcsản xuất từ hạt đại mạch.

I.1.1 Hạt đại mạch:

Đại mạch là loại ngũ cốc mà có các bông đại mạch đặc trưng bởi các hạt dài Nó được phânthành 2 loại: đại mạch hai hàng (Hordeum distichum) và đại mạch sáu hàng (Hordeumhexadistichum)

Hình 1.2 Đại mạch 2 hàng (trái) và đại mạch 6 hàng (phải)

Trong sản xuất bia, người ta chỉ sử dụng chủ yếu đại mạch hai hàng Hạt đại mạch hai hàng to,đầy đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng Do đó hạt đại mạch này có hàm lượng có ích tương đối lớn,đồng thời lượng vỏ ít nên chứa không nhiều các hợp chất polyphenol và hợp chất đắng Các hạt rấtđồng đều và có hàm lượng chất hòa tan tương đối cao

I.1.2.Cấu tạo hạt đại mạch:

I.1.2.1 Cấu trúc bên ngoài: trong quá trình phát triển, vỏ quả bị kéo dài trong bông lúa, bông

lúa bị tách rời khi đập lúa Tính chất của vỏ được đánh giá qua phần nhăn trên vỏ (lemna), nó đảmbảo độ chắc của vỏ Ở mặt dưới gọi là vỏ bụng (palea) Phần nhăn phía dưới là vùng tạo rễ, đây làđặc điểm nhận dạng

I.1.2.2 Cấu trúc bên trong:

Cấu trúc bên trong hạt đại mạch gồm 3 phần chính: phôi, nội nhũ và vỏ trấu

Hình 1.3 Cấu tạo hạt đại mạch

Phôi là phần sống trong hạt Trọng lượng phôi chiếm khoảng 2,5 – 5% trọng lượng hạt

Phần nội nhũ có các tế bào tinh bột Trong quá trình nảy mầm các tế bào nội nhũ cung cấp nănglượng cho phôi phát triển

Vỏ trấu rất mỏng và nhẹ

I.1.3.Thành phần và tính chất của hạt đại mạch.

Hàm lượng ẩm trung bình của đại mạch thường là 14-acid15% Hàm lượng ẩm có thể biến thiên từ12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo đến trên 20% trong điều kiện ẩm ướt Đại mạch có độ ẩm caocần được sấy khô để bảo quản được lâu và không làm mất khả năng nảy mầm Để bảo quản lâu, đạimạch phải có độ ẩm dưới 15% Hàm lượng trung bình của các thành phần tính theo khối lượng chấtkhô như sau:

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt đại mạch

Thành phần hạt tinh bột gồm 2 chất sau:

Amyloza: chiếm 20 – 25 %, tan trong nước nóng, không bị hồ hóa

Amylopectin: chiếm tới 75 – 80 %, không tan trong nước, hồ hóa ở nhiệt độ cao.

I.1.3.2.Các hợp chất chứa nitơ:

Hàm lượng nitơ của đại mạch tính theo protein, biến đổi trong khoảng 8 – 16% Lượng chấtchiết trong malt giảm đi 0,7 – 1% khi hàm lượng protein trong malt tăng lên Hàm lượng proteintrong malt cho phép tối đa là 11,5 % tổng chất khô Mặc dù lượng protein trong bia tương đối nhỏnhưng có tác động rất lớn đến chất lượng bia

Các hợp chất chưa nitơ được chia làm hai nhóm chính: protein và các sản phẩm thủy phân

Protein:

Là hợp chất chưa nitơ có phân tử lượng cao và rất cao, khối lượng phân tử tới 20000 – 300000,không tan trong nước, kết tủa khi đun sôi Vì dịch đường được đun sôi trong quá trình nấu nênkhông phải toàn bộ lượng protein có trong bia thành phẩm Đại mạch chứa các protein sau:

 Glutelin: chiếm 30%, chỉ tan trong dung dịch kiềm loãng Hầu hết glutelin phân bố

trong lớp alơron Nó không bị thủy phân và thải ra ngoài theo bã hạt

 Prolamin: chiếm 37%, tan trong cồn 80o và một phần còn sót lại trong bã

 Globulin (edestin): chiếm 15%, tan trong dung dịch muối loãng và trong dịch hèm.

Edestin gồm 4 cấu tử (α, β, θ, γ) trong đó β-globulin (có chứa lưu huỳnh) không kết tủa) trong đó β-acidglobulin (có chứa lưu huỳnh) không kết tủahoàn toàn, kể cả khi kéo dài thời gian sôi, gây đục bia

 Albumin (leucosin): chiếm 11%, tan trong nước Khi đun sôi, kết tủa hoàn toàn Hàm

lượng protein của đại mạch giảm trong quá trình sản xuất malt và bia bởi chúng bị phânhủy một phần do enzym tạo nên các sản phẩm protein

Sản phẩm protein thủy phân:

Sản phẩm protein thủy phân có đặc điểm nổi bật là hòa tan trong nước và kết tủa khi đun sôi.Hầu hết các sản phẩm protein thủy phân có trong bia thành phẩm

Sản phẩm protein thủy phân chiếm tỷ lệ nhỏ nhất trong các hợp chất chưa nitơ của đại mạch(~8%) Tỷ lệ này tăng trong quá trình sản xuất malt và bia Chúng được phân loại như sau:

Loại có phân tử lượng cao gồm các proteoza, các sản phẩm phức được gọi tên tùy thuộc proteingốc (albumin, globuloza) và các pepton phức hợp Sản phẩm protein thủy phân cao phân tử làm tăng

độ bền bọt của bia, tuy nhiên gây đục bia

Sản phẩm protein thủy phân có phân tử lượng thấp, gồm các khối protein nhỏ nhất, các acidamin và peptit tạo thành do phản ứng polyme hóa

Sản phẩm thủy phân có phân tử lượng thấp hơn là nguồn dinh dưỡng chính cho nấm men bia

I.1.3.3.Chất béo:

Đại mạch chứa khoảng 2% chất béo, nằm chủ yếu ở lớp alơron và mầm Chất béo hầu hết làtrigluxerit Chất béo không tan trong nước và hầu như không biến đổi trong hạt, bị thải ra ngoài theo

bã hạt Chất béo ảnh hưởng xấu đến bọt bia

I.1.3.4.Các hợp chất vô cơ.

Trong đại mạch có khoảng 2-acid3% là các chất khoáng, trong đó chủ yếu là các chất vô cơ Cácchất vô cơ quan trọng là:

Hợp chất phophat là thành phần chính của hợp chất vô cơ, nó đóng vai trò quan trọng bởi vì cócấu trúc của các hợp chất hữu cơ quan trọng nhất của đại mạch (phitin, acid nucleic, coenzym,protein…) Photphat được giải phóng ra từ các hợp chất này khi diễn ra các phản ứng trong sản xuấtmalt và bia

Silicat đặc biệt nhiều trong vỏ trấu và trong hạt tinh bột Chúng có thể chuyển sang dạng keo vànhận thấy trong cặn bia

Một số muối khá quan trọng trong sản xuất bia cung cấp các nguyên tố vi lượng cho nấm men

Là các nguyên tố dinh dưỡng, được tạo ra do cây trồng chứ không phải do sự trao đổi chất của

tế bào Chúng có chức năng riêng quan trọng cho quá trình trao đổi chất của tế bào Đại mạch chứachủ yếu các vitamin sau:

B1 (thiamin): chủ yếu ở phần ngoài của hạt

B2 (riboflavin)

C (acid ascorbic): số lượng ít

E (tocophenol): trong chất béo của mầm

Các emzyme:

Có bản chất là các protein tan trong nước, được tiết ra bởi các tế bào sống và hoạt động như cácchất xúc tác sinh hóa, có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử phức tạp và giữ một vai tròđặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia

Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzyme rất cao Đến giai đoạn chính, hoạtlực của chúng giảm một cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩm 13% thì hầu hết hệ enzymetrong hạt trở thành trạng thái liên kết Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 43-acid44% thì hệenzyme được giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự do Đến giai đoạn ươmmầm hoạt lực của enzyme đạt đến mức tối đa, nhờ đó mà đến lúc đường hóa chúng có khả năng thủyphân gần như hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhủ của hạt Các sản phẩm thủy phânđược hòa tan vào nước và trở thành chất chiết trong dịch đường

Trong hạt đại mạch, chứa 1 lượng enzyme rất phong phú, chúng được sắp xếp vào các nhómkhác nhau Theo khóa phân loại trong hóa sinh học, chúng được phân thành hai nhóm chính:hydrolaza và decmolaza

Hydrolaza (nhóm enzyme thủy phân)

Phụ thuộc vào cơ chất bị thủy phân, các enzyme xúc tác được chia thành các nhóm:cacbohydraza, proteaza và esteraza

Cacbohydraza:

Nhóm enzyme này thủy phân gluxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử hơn Trongnhóm này có hai phân nhóm nhỏ: polyaza và hexozidaza Hexozidaza là những enzyme xúc tác thủyphân disaccharid, trisaccharid và một số glucozid khác, còn polyaza là những enzyme thủy phângluxit cao phân tử Chúng bao gồm: diastaza (amylaza) và sitaza

Diastaza

Diastaza phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin Đây là nhóm enzymequan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm 2 enzyme: α-acidamylaza và β-acidamylaza.Enzyme α-acidamylaza phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin Nhờ quá trình phân cắt này, độnhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kĩ thuật sản xuất bia, quá trình này được gọi làquá trình dịch hóa Trong đại mạch khô, không chứa α-acidamylaza hoạt tính Chúng chỉ được hoạt hóatại giai đoạn ngâm và ươm mầm Là enzyme chịu nhiệt nhưng kém chịu chua Nhiệt độ tối ưu của nó

là 70oC còn pH là 5,7

Enzyme β-acidamylaza tác động trực tiếp lên mạch amylaza, mạch nhánh và hai đầu mạch chínhcủa amylopectin Sản phẩm của quá trình phân cắt này là đường maltoza và dextrin Nhiệt độ thíchhợp cho enzyme này hoạt động là 63oC còn pH là 4,7

được giải phóng sẽ làm tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường.

Decmolaza (enzyme oxy hóa – khử):

Nhóm enzyme decmolaza xúc tác phản ứng oxy hóa – khử của quá trình hô hấp và phân giảiyếm khí gluxit (thực chất là quá trình lên men rượu), nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trìnhtrao đổi chất của tế bào Nhóm enzyme này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hóa và phát triểncủa phôi giai đoạn ươm mầm

I.1.4.Quy trình sản xuất malt đen:

Quy trình sản xuất malt đại mạch hai hàng như sau: phân loại hạt, làm ướt, ươm mầm, sấy vàtách mầm Mục đích chính của quy trình sản xuất malt là làm hoạt hóa và sinh tổng hợp các emzymetrong hạt đại mạch, thủy phân một phần cơ chất trong hạt và tổng hợp một số hợp chất màu và mùiđặc trưng cho malt

Chúng ta cần chú trọng đến quá trình sấy malt vì đây là công đoạn quan trọng quyết định đếnviệc tạo ra 2 loại malt khác nhau là malt đen và malt vàng

Theo GS Hoàng Đình Hòa, Viện Công nghệ Sinh học -acid Công nghệ Thực phẩm, Đại học Báchkhoa Hà Nội cho hay: Màu vàng, đen hoặc nâu của bia được quyết định bởi loại hạt malt quyết định.Bia vàng sản xuất từ malt vàng, bia đen sản xuất từ malt đen với quy trình sản xuất khác nhau Maltđen có hàm lượng melanoit lớn, là hợp chất màu nâu, vàng nhạt đến cánh gián.

Bia đen có màu nâu sẫm cũng là do hàm lượng chất này nhiều và quyết định hương vị của biađen Các màu khác của bia đen như màu cà phê, caramen đều tùy thuộc vào màu của hạt malt và tỷ

lệ phối đấu Bia đen có nồng độ chất hòa tan ban đầu và nồng độ cồn cao hơn bia vàng

Sấy malt đen:

Malt đen có đặc điểm là màu nâu sẫm, hương và vị ngọt đậm, tạo bia đen có màu nâu sẫm, độnhớt cao, khả năng tạo và giữ bọt lớn Tính chất này của malt hình thành từ giai đoạn sau ngâm vànảy mầm, đến giai đoạn sấy được tăng cường thêm và định hình cho thành phẩm Để đáp ứng đượcyêu cầu cảm quan của malt đen, tiến trình sấy malt phải tuân thủ các quy tắc: chu kì sấy kéo dài, sấy

ở nhiệt độ cao, đặc biệt là giai đoạn sấy kiệt, tương quan giữa nhiệt độ và hàm ẩm phải tuân theo quiluật nghiêm ngặt Chu kỳ sấy malt đen là 48h và nhiệt độ tối đa là 105oC

Giai đoạn 1: malt tươi được đổ xuống tầng sấy với độ dày 0,3 – 0,35 mm Giai đoạn sấy kéo

dài khoảng 2 – 14h với nhiệt độ tăng dần đến 40oC, tất cả van thông gió mở, đảo malt 2h/lần Hàm

ẩm của malt giảm xuống 20% Trong 3 – 4h tiếp theo, nhiệt độ nâng lên 60 – 65 oC, đồng thời từ từđóng các van thông gió và tăng số lần đảo malt Chế độ này được giữ đến hết 14h sấy của giai đoạn1

Giai đoạn 2: chế độ sấy ở giai đoạn này bắt đầu ở nhiệt độ 50oC và hàm ẩm của hạt là 20%.Giai đoạn sấy trong 9 – 10h đầu, nhiệt độ sấy giữ nguyên ở 50oC, hàm ẩm của malt giảm xuống 8 –10%, tất cả các van thông gió mở hết cỡ, malt được đảo liên tục Giai đoạn tiếp theo kéo dài đến hếtthời gian sấy Ở giai đoạn này, nhiệt độ được nâng lên, cửa thông gió dần dần đóng hết và tăngcường độ đảo trộn lớp malt (2h/lần) Trong 4-acid5h đầu tiên của giai đoạn này, nhiệt độ nâng lên 75oC,còn hàm ẩm của hạt giảm xuống 5% Trong 3-acid4h tiếp theo, nhiệt độ được nâng lên 100 – 105oC vàgiữ cho đến hết chu kì Hàm ẩm của malt chỉ còn 1,5 – 2% Đây chính là giai đoạn sấy kiệt, bản chất

là giai đoạn nướng malt Trong giai đoạn này, thông gió không làm việc, quá trình thông gió hoàntoàn tự nhiên và không sử dụng các biện pháp thông gió nhân tạo

Một trong những chuyển hóa quan trọng diễn ra trong quá trình sấy là sự tạo thành những hợpchất có màu gọi là melanoid Đó là liên kết của đường và acid amin diễn ra ở nhiệt độ cao Ở nhiệt

độ bình thường chỉ có sự tổ hợp không bền giữa hai chất này, nhưng ở nhiệt độ cao thì giữa chúngdiễn ra một phản ứng mạnh mẽ hơn Tốc độ phản ứng tạo melanoid phụ thuộc vào acid amin vàđường tham gia tạo phản ứng, đường khử tham gia phản ứng tốt nhât

Các melanoid được tạo thành từ các acid amin khác nhau có cường độ màu và hương khácnhau Mỗi một loại hợp chất đều có hương và vị riêng của nó, ví dụ, glyxin và alanin cho thời gianphản ứng nhanh nhất và tạo ra melanoid có vị hơi chua còn mùi thì có mùi caramel; phenylalanin thìlại tạo ra melanoid có màu cà phê sẫm, có mùi thơm nhẹ giống như mùi hoa hồng; còn levxin lại tạo

ra melanoid không màu, có mùi thơm của bánh mì…

Bảng 1.2 Sự khác nhau các quy trình trong sản xuất malt đen và malt vàng

Mức độ ngâm 45-acid47%: Tạo điều thuận lợi để hạt

hút thêm một lượng nước tự do, đủđiều kiện cho mầm phát triển

và đường Chiều dài rễ  2 lầnchiều dài hạt và chiều dài mầm lá 

1 lần chiều dài hạt

Không thấp hơn 45%

Nhiệt độ khởi đầu của ươm malt đen

là 150CNhiệt độ giai đoạn cuối là 210C

6-acid8 ngày đêm: Phải tạo điều kiệntích luỹ được hoạt lực enzym thậtcao, đặc biệt là enzym amylaza,còn hàm lượng axitamin thì ở mức

độ vừa đủ, không cần cao Cóchiều dài rễ 1.5 lần chiều dài hạt,chiều dài mầm lá  ¾ chiều dài hat

Không vượt quá 42-acid43%

Hàm ẩm

1.5-acid2%

3.3-acid3.5%

Bảng 1.3 Đặc điểm về chỉ số hoá học của malt đen và malt vàng

Thời gian đường hoá

Biểu thị bàng thời gian,

tính bằng phút để đường

hoá hoàn toàn (không làm

thay đổi màu của dung

dịch iod)

20-acid30 phút ở nhiệt độ 700C 10-acid20 phút ở nhiệt độ 700C

Độ nhớt động của dịch

đường

Thông thường dao động từ 0.0015-acid0.0018N.s/m2

Hàm lượng đường malt

tose

Lượng đường khử tính theomaltoza chiếm khoảng 59-acid65% khối lượng chất chiết

Hoạt lực catalaza: là chỉ

số đặc trưng cho mức độ

sấy kiệt của malt Giá trị

càng cao thì lượng

melanoid tạo thành trong

10-acid25 đơn vị điều kiện 50-acid80 đơn vị điều kiện

malt càng ít

I.1.5.Tiêu chuẩn đánh giá malt:

Theo hiệp hội bia châu Âu ( European Brewery Convention – EBC), chất lượng malt đại mạchđược đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bản sau:

85% số hạt bị giữ lại trên rây 2,5 và 2,8 mm

Khối lượng 1000 hạt: 25 – 35g

Độ ẩm: không quá 4%

Độ trích ly: 79-acid83%

Chỉ số màu( EBC): 14-acid16o EBC

Protein tổng: không quá 12%

Nitơ hòa tan: 0,55 – 0,75% so với lượng chất khô

Chỉ số Kolbach: 35-acid45

Nitơ amin tự do: không thấp hơn 150 mg/100 g chất khô malt

Hoạt lực diastatic: 200-acid300 WK

Độ nhớt dịch nầu theo phương pháp EBC: 1,5 – 1,6 mPa.s

Ngoài ra các phương pháp kiểm tra nhanh được sử dụng rộng rãi, việc đánh giá trực tiếp bằngtay hạt đại mạch từ bên ngoài rất quan trọng Các đặc tính cần kiểm tra là:

Mùi: đại mạch cần phải có mùi sạch, tươi, giống mùi rơm

Độ ẩm: hạt phải khô, hạt rơi dễ dàng

Màu sắc và độ sáng: phải có màu vàng nhạt giống màu rơm, màu sáng đồng nhất.Tính chất của vỏ: hạt có vỏ nhăn đều, mỏng chứng tỏ loại đại mạch tốt, giàu chất chiết.Tạp chất: khối hạt không có tạp chất như hạt cỏ dại, cát, sỏi, rơm rạ, kim loại, hạt vỡ,hạt mốc hay các hạt ngủ cốc không phải đại mạch

Hình dáng và kích thước hạt: hạt phải to đều, đầy đặn

Sự đồng nhất: yêu cầu khối hạt phải có tỷ lệ các hạt đầy đặn cao

Một tính chất quan trọng nữa cần quan tâm đó là năng lực nảy mầm của hạt đại mạch: một loạiđại mạch tốt để sản xuất bia cần có năng lực nảy mầm 95%

I.2.Hoa Houblon:

Cây Houblon có tên khoa học là “Humulus Lupulus”, là một loài thân leo thuộc họ urticacée,

họ moracé Đây là một loài thực vật khác gốc, tức là các hoa cái và hoa đực thỉ trổ ra từ các gốc khácnhau Trong sản xuất bia, chỉ sử dụng hoa cái vì chúng tiết ra nhựa đắng và các tinh dầu chủ yếu tạonên các chất thơm trong bia Cho đến nay các loại hoa houblon dùng từ công nghiệp bia là các hoakhô của cây cái và là sản phẩm tạo nên từ đó

Hình 1.4 Búp hoa Houblon

I.2.1 Thành phần và tính chất các cầu tử chính của hoa Houblon:

Thành phần của hoa Houblon vô cùng quan trọng đối với chất lượng bia Phụ thuộc vào giống,điều kiện khí hậu và kĩ thuật canh tác, thành phần hóa học của hoa có sự khác nhau đáng kể

Bảng 1.4 Thành phần hóa học hoa Houblon

Xenluloza, lignin và các chất khác 40 -acid 50

Các hợp chất đắng trong hoa Houblon có giá trị nhất và nằm trong các hạt lupulin Trong thực

tế người ta vẫn chưa tìm thấy các chất này ở trong các loài cây khác

Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia rất lớn, chúng tạo cho bia vị đắng dịu đặctrưng Ngoài ra, các chất này có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có khả nănggiữ bọt lâu Với nồng độ khá thấp trong bia, các chất đắng có khả năng ức chế mạnh sự phát triểncủa vi sinh vật Trong sản xuất bia, người ta chỉ quan tâm tới các thành phần α và β-acidacid, tinh dầu vàpolyphenol

α-acid đắng:acid đắng:

Thường là một hỗn hợp các acid đắng và đồng phân có công thức chung và các đồng phân của

nó và có tên khoa học là Humulon Humulon tinh khiết là một loại muối màu vàng nhạt, điểm sôi là70-acid72oC, pk=5,4

Hình 1.5 công thức α-acid đắngacid đắng Bảng 1.5 Thành phần α-acidacid

Hình 1.6 công thức β-acid đắngacid đắng Bảng 1.6 Thành phần β-acidacid

Adlupulon CH(CH3)CH2 CH3 5-acid10

Prelupulon CH2 CH2CH(CH3)2 1-acid3

Tinh dầu thơm

Tinh dầu thơm của hoa Houblon hòa tan vào dịch đường, tồn tại trong bia và tạo ra mùi thơmđặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu.Thành phần hóa học của tinh dầu thơm này rất phức tạp, tronghỗn hợp đa dạng này phần lớn là những terpen(Mirơxen,Humulen), rượu( geraniol, linalool ),andehit (formandehit), xeton(luparon), axit, ester Tỉ lệ hòa tan trong nước của tinh dầu thơm khôngđáng kể, chúng dễ bay hơi ở nhiệt độ thường Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon,

có đến 98% lượng tinh dầu thơm bay hơi, chỉ còn 2% tồn tại trong bia Đối với bia vàng thì 2%lượng tinh dầu này quyết định hương thơm của chúng

Polyphenol

Giá trị công nghệ lớn nhất của polyphenol là chúng được dung để kết lắng và loại bỏ các hợpchất protit cao phân tử khỏi dịch đường, làm ổn định và tang độ bền của bia thành phẩm Cácpolyphenol trong hoa Houblon đều thuộc nhóm flavonoid

Hình 1.7 Công thức tổng quát một số hợp chất trong nhóm flavonoid

Đặc tính quan trọng của hợp chất phenol trong nhóm flavonoid là chúng dễ dàng thực hiệnphản ứng ngưng tụ tạo thành oligomer và dễ dàng polyme hóa tạo thành polyme Các oligomer tạothành lại có khả năng kết hợp với các protein cao phân tử tạo thành các hợp chất không tan Nhữngphenol có tính chất như vậy được xếp vào một nhóm là Tanin Tanin trong hoa houblon có hoạt tínhmạnh hơn hẳn các hợp chất cùng loại trong đại mạch và malt Do đó, Người ta sử dụng polyphenolcủa hoa houblon để loại trừ các protein khó biến tính và kết lắng chúng ra khỏi dịch đường( cácprotein đó sẽ gây đục cho bias au này)

I.2.2 Đánh giá hoa Houblon

Hoa Houblon được đánh giá bởi:

Việc kiểm định bao gồm:

Hình dáng hoa:

Các búp hoa phải to đều, các cánh hoa xếp khít nhau Đối với các loại hoa Houblon thơm,cuống hoa thẳng và có lông tơ Nếu búp hoa có các cánh hoa xếp chặt khít lên nhau chứng tỏ hoa đãchín đủ và cần sấy khô cẩn thận, tránh để các hạt lupulin rơi ra ngoài

Chất thơm:

Chất thơm phải có độ bền lâu, thơm dịu, dễ chịu Khi đánh giá cảm quan Houblon, chà sáttrong tay một lúc sẽ phân biệt rõ độ tinh sạch và tinh khiết, cường độ mùi Mỗi loại có mùi thơm đặcbiệt của nó Mùi lạ gồm các mùi như: mùi khói, mùi cháy, mùi hành, mùi tỏi, mùi cỏ khô, mùi cỏ,mùi dâu và mùi lưu huỳnh

I.3 Nước:

Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia Thành phần và tính chất củanước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm Yêu cầu đốivới nước dùng để sản xuất bia:

 Độ cứng từ mềm đến trung bình

 Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

 Hàm lượng muối Mg+2 không quá 100 mg/l

 Hàm lượng muối clorua 75-acid150 mg/l

 Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l

 NH3 và muối NO2 không có

 Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l

 Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

Ảnh hưởng của các ion lên công nghệ sản xuất bia

làm giảm độ axít của hồ malt và dịch đường hoá

 Mg : Hàm lượng trong nước tuy ít hơn Ca, nhưng gây tác dụng xấu hơn Ca, vì rằng MgCO3

thì hoà được còn MgSO4 có vị đắng chát, cả hai đều làm ảnh hưởng đến chất lượng bia

 Na : tồn tại dưới dạng Na2CO3, NaHCO3, Na2SO4, NaCl

-acid Na2CO3, NaHCO3 làm giảm độ axít của hồ malt

-acid Na2SO4 với hàm lượng cao sẽ tạo cho bia có vị đắng

-acid NaCl nếu dưới 200 mg/l sẽ ảnh hưởng tốt đến mùi, vị bia

Do hàm luợng Na có trong nước thường từ 15-acid20mg/l( tính theo Na2O), vì vậy một số nơi chothêm NaCl vào quá trình nấu bia ( khi đun sôi với bia)

của bia Vì vậy chỉ cho phép từ 0.2-acid0.5mg/l

Các muối cacbonat và bicacbonat sẽ hoà tan chất đắng, chất chát trong vỏ malt, nhất là

Na2(CO)3 gây cho bia có vị đắng khó chịu Và các muối này sẽ làm hạ độ axít của hồ malt cản trởhoạt động của các enzym trong malt

Ngược lại các muối sunfat, muối clorit và muối nitrat của Ca và Mg lại làm tăng độ axít của hồmalt Qua thực tế của nhiều nhà máy bia nước ngoài và một số kết quả nghiên cứu, thấy rằng: nếu tacho thêm một lượng CaSO4 vào nước dùng để nấu bia, thì sẽ loại bỏ ảnh hưởng xấu của cacbonat vàbicacbonat, đồng thời làm tăng hiệu suất chất hoà tan và tăng chất lượng của bia Tuy nhiên nếudùng nó quá nhiều sẽ làm ảnh hưởng tới vị của bia, do trong phản ứng sẽ tạo nhiều K2SO4( có vịđắng khó chịu), hoặc do tác dụng tương hỗ giữa:

CaSO4 + MgHPO4 =CaHPO4 + MgSO4 thì MgSO4 cũng gây vị đắng khó chịu

I.4 Nấm men:

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là chủng Saccharomyces pastorianus, chúng có khả

năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, cáchợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau đó,hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất nàythành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành

Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường dinh dưỡng có chứađường, nitơ, photpho và các chất hữu cơ, vô cơ khác Chúng là các vi sinh vật dị dưỡng có khả năngsống trong các điều kiện hiếu khí và yếm khí

I.4.1 Thành phân hóa học của nấm men:

Tế bào nấm men chứa 80% là nước Bởi vậy, trong nấm men bia ép tỉ lệ giữa trọng lượng ướt

và trọng lượng khô là 4 : 1 Nguyên tố chủ yếu là cacbon, chiếm < 50% chất khô Các nguyên tốkhác như oxy (30-acid35%), nitơ (75%), hydro (5%) và photpho (1%) Hàm lượng chất khoáng tổng sốkhoảng 5-acid10% chất khô tế bào Trong tế bào còn bao gồm rất nhiều vết các thành phần khác nhưnhôm, canxi, đồng, crôm, sắt, chì, natri, kali, lưu huỳnh, magie, niken,…

Các nhóm thành phần chính gồm các chất cao phân tử, đó là protein (40-acid45% chất khô),cacbonhydrat (30-acid35%), acid nucleic (6-acid8%) và lipit (4-acid5%) Thành phần chính xác của các nhómcao phân tử trong mỗi chủng nấm men khác nhau do điều kiện nuôi cấy, pha phát triển

I.4.2 Cấu tạo tế bào nấm men:

Thành tế bào: được cấu tạo từ nhiều thành phần khác nhau, trong đó đáng kể nhất là: glucan,manan, protein, lipit và một số thành phần nhỏ như kitin

Màng nguyên sinh chất: tương tự như màng nguyên sinh chất của vi khuẩn, gồm có các hợpchất phức tạp như protein, photpholipit, enzym permease Trong thời kì còn non, màng nguyên sinhchất bám sát lấy thành tế bào, làm cho khả năng trao đổi chất của nấm men trở nên mạnh Ngược lạikhi tế bào già, màng nguyên sinh chất co lại, vì thế khả năng trao đổi chất giảm

Chất nguyên sinh: thường có màu xám Khi tế bào còn non hầu như không nhận thấy, càng vềgià ta càng thấy có sự thay đổi rõ rệt

Nhân tế bào: tế bào nấm men có nhân thật, nhân thương có hình bầu dục hay hình cầu nhânđược bao bọc một lớp màng, bên trong là lớp dịch nhân, trong đó có một thể rắn là hạch nhân haynhân con

Không bào: trong mỗi một tế bào nấm men có 1 hay nhiều không bào Không bào chứa dịch tếbào, bên ngoài được bao bởi màng không bào, hình dạng không bào thay đổi tùy theo tuổi và trạngthái sinh lý

Ty thể: như một nhà máy cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động về cấu tạo ty thể chia làmnhiều lớp sau:

Màng phía ngoài chia làm 3 lớp

Màng phía trong giữa các vách cũng có 3 lớp

Ribosome: chúng tham gia qua trình tổng hợp các hợp chất trong cơ thể

I.4.3 Các chất dinh dưỡng cho nấm men:

Nguồn thức ăn chủ yếu cho nấm men là các chất hữu cơ ở dạng dễ hấp thu và các chất vô cơ.Ngoài ra, để nấm men phát triển bình thường cần một lượng nhỏ các yếu tố vi lượng và các chất kíchthích Nguồn thức ăn cho nấm men rất đa dạng, do đó cần nghiên cứu riêng từng nguồn

Đường disaccarit cần quan tâm tới là saccaroza, lactoza, melibioza Nấm men đồng hóa lênmen rất tốt maltoza và saccaroza, đồng hóa hoàn toàn hoặc một phần đường lactoza Riêngmelobioza chỉ lên men được khi có enzyme melibioza.

Nấm men nổi (lên men nổi) chỉ lên men được 1/3 raffinoza sau khi phân giải ra một phân tửfructoza và melibioza Nấm men chìm (lên men chìm) có khả năng thủy phân hoàn toàn raffinoza do

có enzyme invectaza và melibioza

Các polysaccarit cần được thủy phân hoàn toàn bằng acid hoặc enzyme thì nấm men mới có thể

I.4.4 Các enzyme thủy phân gluxit đơn giản chính trong tế bào nấm men S.pastorianus :

Bảng 1.8 Các enzyme và các cơ chất chuyển hóa

Glucoamylaza (amyloglucosidaza) Tinh bột, dextrin, α-acidglucosit

Maltaza (α-acidglucosidaza) Maltoza, saccharoza, maltotrioza, p-acidnitrophenyl-acidα-acid

glucosit, melezittoza

Isomaltoza (oligo 1,6-acidglucosidaza) Isomaltoza saccaroza, α-acidmethyl glucosit, p-acid

nitrophenyl-acidα-acidglucosit

Invertaza (β-acidfructofuranoza) Saccaroza, raffinoza

Melibioza (α-acidgalactosidaza) Melibiaza, raffinoza, p-acidnitrophenyl-acidα-acidgalatosit

Zimaza Hệ enzyme chuyển đường đơn giản thành etylic

I.4.5 Các đặc tính cơ bản mong muốn có trong chủng nấm men dùng trong sản xuất bia:

Tốc độ lên men nhanh

Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao

Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ, và nồng độ CO2 phù hợp vớitừng nhà máy

Có khả năng kết bông và kết lắng tốt

Có khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng

Sản phẩm tạo ra bao gồm các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia

Đặc tính di truyền ổn định cao

Căn cứ vào những đặc tính mong muốn trên, ta sẽ chọn nấm men lên men chìm: S.pastorianus Chủng nấm men này ngoài các đặc tính của chủng nấm men chìm, chúng còn có những ưu điểm nổibật sau:

Lên men mạnh trong lòng môi trường: Khi hết nguồn cacbon trong môi trường, có xuhướng kết chùm, chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm trong bia

Lên men được glucose, manose, galactose, fructose, saccharose, maltose, đặc biệtđường rafinose và các dextrin đơn giản

Khả năng tái sử dụng tốt (6-acid8 đời) tỉ lệ tế bào chết<10%

Sinh sản tốt ở 8-acid25oC Ở nhiệt độ thấp 2-acid8 oC chúng sinh trưởng chậm nhưng vẫn lênmen mạnh

I.5 Các nguyên liệu phụ khác:

Trong sản xuất bia, người ta còn dùng một số nguyên liệu phụ khác như chế phẩm enzyme (để

hỗ trợ phản ứng thủy phân trong quá trình nấu dịch nha hoặc xử lý bia sau lên men), chất chỉnh pH,các muối khoáng (để tăng cường hoạt tính enzyme trong nguyên liệu hoặc hoạt tính trao đổi chất củanấm men)

Phần II Quy trình công nghệ sản xuất bia đen

Các biến đổi nguyên liệu:

Quá trình tách tạp chất không gây ra những biến đổi hóa học bên trong hạt nguyên liệu

Thiết bị:

Ta làm sạch malt bằng thiết bị với hệ thống rây và quạt Rây sẽ tách các tạp chất có kích thướcquá lớn hoặc quá nhỏ ra khỏi hạt Còn quạt sẽ tách đi những tạp chất nhẹ như bụi, rơm rạ…

Nấu dịch nhaLọc dịch nha và rửa bã

Cấy giốngLên men chínhLên men phụLọc biaBão hòa CO2Rót chai và đóng nắpThanh trùngDán nhãn

Bia ch ai

Không khí vô trùng

Nhân giống

Nấm men bia

Phối trộnTách tạp chất

Nghiền

Tạp chất

Hình 2.1 Máy quạt sàng

1-acid Đại mạch; 2-acidtạp chất lớn; 3-acidrơm; 4-acidtạp chất bé; 5-acidđại mạch sạch; 6-acidbụi; 7-acidcon quay điều

chỉnh hạt

Hình 2.2 Máy tách kim loại

a-acid Nam châm vĩnh cửu ; b-acid nam châm điện từ1-acidNam châm ; 2-acidtang quay ; 3-acidvan điều chỉnh dòng hạt ; 4-acidđại mạch chưa làm sạch ; 5-acid đại mạch đã

làm sạch

Thông số công nghệ:

Máy quạt sàng: kích thước lỗ sàng – sàng thứ 1, sàng thứ 2

Máy tách từ: dòng chảy của malt

I.2 Nghiền:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị

Giảm kích thước nguyên liệu, chuẩn bị cho quá trình nấu dịch nha Nhằm phá vỡ cấu trúc hạt,cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thụân lợi cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần nội nhũ nhanhhơn và thúc đẩy các quá trình sinh lý, sinh hoá xảy ra trong nguyên liệu khi nấu nhằm thu nhận chấtchiết trong quá trình nấu đạt hiệu quả cao, dịch đường có chất lượng tốt nhất từ nguyên liệu ban đầu

Vỏ trấu: Vì trong vỏ malt có nhiều tannin nên cần tránh làm nát vỏ để hạn chế lượng tanninđược trích ly vào trong dịch, làm cho bia có vị đắng rất khó chịu Mặt khác, mục đích của việc giữ

vỏ malt nguyên vẹn là để sử dụng như chất trợ lọc cho quá trình lọc dịch đường, giúp quá trình lọc

sau này được thực hiện dễ dàng hơn, kết quả tốt hơn Do vậy, chỉ nên nghiền dập hay bẹp, không nênnghiền mịn.

Trong nội nhũ của malt: chứa chủ yếu là tinh bột, dextrin, đường, protein, các sản phẩm thuỷphân của protein… và nhiều hợp chất khác Các hợp phần này của nội nhũ là nguồn chính cung cấpchất hoà tan cho dịch đường Nếu nghiền càng mịn càng dễ trích ly nhưng quá trình lọc sẽ gặp khókhăn và đến lúc rửa bã malt sẽ không thể chiết rút hết các thành phần dinh dưỡng ở trong đó Tốc độlọc, chất lượng của quá trình lọc, mặt khác phụ thuộc vào thể tích của lớp lọc, mà đại lượng cuốicùng này lại phụ thuộc vào mức độ nghiền của malt

Các biến đổi nguyên liệu:

Trong quá trình nghiền xảy ra các biến đổi vật lý như kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độcủa khối hạt tăng do ma sát

Một nguyên tắc chung nhất cho quá trình nghiền malt là: đảm bảo yêu cầu thu nhận được nhiềuchất tan nhất nhưng thể tích bột nghiền và bã malt cũng đạt giá trị cao nhất trong điều kiện có thể đạtđược

Bảng 2.1Ảnh hưởng của mức độ nghiền malt đến thể tích bột nghiền và thể tích

0.20.130.10

Thiết bị:

1-acid Malt vào

2-acid Nước

3-acid Quả cầu CIP

4-acid Thùng chứa malt

5-acid Thùng chứa nguyên liệu

6-acid Vòi CIP.

7-acid Nước phun ẩm malt

8-acid Buồng ngâm ẩm

9-acid Trục cấp nguyên liệu ẩm

10-acid Cặp trục nghiền

11-acid Ray

Hình 2.3 Máy nghiền phun ẩm

Malt được định lượng trong thùng chứa malt Sau đó được chuyển tới khoang phun ẩm với lưulượng được điều chỉnh bằng trục điều chỉnh lưu lượng malt Ở khoang phun ẩm, phun nước nónghoạc phun nước ấm trong một thời gian ngắn, thường nhiệt độ nước 60-acid80 oC trong 45-acid60 giây hoặc50-acid70oC trong 60-acid120 giây Nước phun vào malt chảy ra ngoài và được tái sử dụng Trong quá trìnhphun ẩm, hàm lượng nước trong malt tăng lên đến 18-acid22%, malt trương nở 30-acid35%, các enzymetrong malt được hoạt hóa nhẹ nhàng.Malt ẩm tiếp tục được đưa xuống cặp trục nghiền thứ nhất Tạiđây xảy ra các trường hợp sau:

Khi nguyên liệu sau khi qua cặp trục nghiền thứ nhất mà lọt qua cả hai rây sẽ được đua rangoài Nếu chỉ qua rây thứ nhất, nguyên liệu sẽ rớt xuống cặp rây thứ hai rồi đi qua cặp trục thứ ba.Nếu nguyên liệu không qua cặp rây thứ nhất sẽ rớt xuống cặp trục nghiền thứ hai Tại đây cũng xảy

ra ba trường hợp tương tự như khi qua trục nghiền thứ nhất Sau khi qua cặp rây thứ hai mà phầnnguyên liệu vẫn không chui qua lỗ rây đầu tiên của cặp rây thứ hai thì đó chính là phần vỏ malt.Phần vỏ malt này được đi ra theo đường khác Sau mỗi mẻ, tất cả các bộ phận tiếp xúc với malt được

vệ sinh bằng các vòi CIP

Ưu điểm của thiết bị này:

Vỏ trấu được bảo toàn

Nội nhũ vẫn được nghiền mịn

Giảm thời gian nghiền

Thông số công nghệ:

Đường kính trục nghiền: 250 mm

bị phân cắt thành những sản phẩm thấp phân tử hoà tan vào nước để nấm men sử dụng trong quátrình lên men tiếp theo Ngược lại trong dịch chiết cần phải càng ít chất không mong muốn (ví dụtanin trong vỏ trấu)càng tốt.

Các chất hòa tan: đường, dextrin, acid vô cơ và một số protein

Các chất không hòa tan: tinh bột, xenluloza, một số protein cao phân tử và các hợp chất khác

Các biến đổi nguyên liệu:

Sự trích ly các cấu tử có phân tử lượng thấp vào nước.

Đạm hoá là quá trình dùng enzim proteaza phân huỷ các protein thành các sản phẩm phân tử

lượng thấp như axit amin (exopeptidaza), peptit… là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men;các sản phẩm có phân tử lượng trung bình như albumin, pepton, polypepetit (endopeptidaza) thamgia vào việc tạo vị, tạo bọt, giúp cho bia có khả năng giữ bọt Khi giữ khối dịch ở nhiệt độ 50 đến

52oC các quá trình thuỷ phân ở giai đoạn này rất quan trọng Mặc dù sản phẩm của nó nhỏ nhưng nótham gia trực tiếp vào sự hình thành chất lượng và là nguồn thức ăn chính cho nấm men, tạo vị, tạobột, giữ bột, gây đục…Trong quá trình này dưới tác dụng của enzyme proteaza có sẵn trong malt,protein bị thuỷ phân thành axit amin, các peptone, peptid là những thành phần cần thiết cho lên menbia sau này Nhiệt độ tối ưu ở giai đoạn này cho men proteaza hoạt động là 48 đến 52 oC

Sự thủy phân tinh bột:

α-acid đắngamylaza tác động lên mạch amyloza và amylopectin của tinh bột và bẻ gẫy mối liên kết α-acid đắng

1.4-acidglucozit, α-acid đắng1.6-acidglucozit của amylopectin không bị phá huỷ, sản phẩm cuối cùng của quá trình

này chủ yếu là dextrin, một lượng glucose và maltose

β-acid đắngamylaza cắt liên kết α-acid đắng1.4-acidglucozit và giải, phóng từng đôi glucoza,β-acid đắngamylaza sẽ tác dụng

cho tới những chỗ bắt đầu rẽ nhánh của phân tử amylopectin(liên kếtα-acid đắng1.6-acidglucozit) thì dừng lại để

tạo thành sản phẩm là maltose

Bên cạnh đó hai enzyme α-acid đắngamylaza và β-acid đắngamylaza có thể cùng tác độngtrên toàn mạch amylose

và mạch nhánh của amylopectin để tạo thành đường maltose

Amylophosphataza tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột với chức năng làm cho quá trình

hồ hóa dễ hơn Nó cắt phân tử axitphosphoric ra khỏi mạch amylopectin

Thủy phân hemicellulose: ở giai đoạn ươm mầm, thành tế bào của nội nhủ đã cơ bản bị biến

dạng Đến giai đoạn đường hóa thì chúng mới thực sự bị phá hủy Sự thủy phân hemicellulose manghai ý nghĩa: thứ nhất là cung cấp bổ sung chất hòa tan cho dịch đường, thứ hai là phá bỏ hàng ràochắn, tạo điều kiện cho các enzyme còn lại hoạt động mà không bị vướng các chướng ngại vật.Tham gia thủy phân hemicellulose là nhóm enzyme sitaza Nhiệt độ tối ưu của chúng là 45oCcòn pH là 5,0

Thành tế bào nội nhũ của đại mạch chứa một mạng lưới các protein, xenluloza vàhemixenluloza vững chắc, các chất này liên kết với nhau nhờ β-acidglucan β-acidglucan có phân tử lượngcao, có xu hướng tạo gel và làm tăng độ nhớt của dịch đường và bia gây cản trở cho quá trình lọc do

đó trong quá trình sản xuất cần phải loại được càng nhiều β -acidglucan càng tốt β-acidglucan có thể đượcthủy phân nhờ enzyme Endo-acidβ-acidglucan, đây là loại enzyme có sẵn trong malt vì vậy trong khâu chọnnguyên liệu nên lựa chọn nguyên liệu có chất lượng, chứa nhiều enzyme Endo-acid β -acidglucan Trongsuốt giai đoạn hồ hóa, cấu trúc của các hạt tinh bột bị phá vỡ và các sợi mixen bao bọc protein đượcnới rộng ra nên protein được giải phóng dần Endo-acidβ-acidglucan chỉ có thể phân cắt phần β -acidglucan củacác mixen này Topt:45-acid50oC, tại 70oC, enzyme này bị vô hoạt Lúc này enzyme β-acidglucansolubilaza hoạt động và giải phóng các β-acidglucan cao phân tử và protein từ phần hạt chuyển hóa kém

và không thủy phân xa hơn nữa

Thủy phân Fitin: trong các hợp chất hữu cơ chứa phospho thì fitin là cấu tử chiếm nhiều nhất

về khối lượng và có ý nghĩa hơn cả trong công nghệ sản xuất bia Cũng giống như các chất khác, ởgiai đoạn ươm mầm, fitin đã bị thủy phân cục bộ nhưng với tốc độ bé Đến giai đoạn đường hóa, quá

trình này mới xảy ra với tốc độ tối đa dưới sự xúc tác của enzyme fitaza Chức năng của fitaza là xúctác phân cắt acid phosphoric khỏi phân tử amylopectin Nhiệt độ tối ưu của enzyme này là 45-acid50oC,còn pH là 5,2-acid5,3.

Sự thủy phân fitin và những hợp chất hữu cơ khác chứa phospho và kèm theo đó là sự giảiphóng acid phosphoric đã làm cho độ chua định phân và tính đệm của dịch cháo tăng lên Điều nàyrất có ý nghĩa trong nghệ sản xuất dịch đường, vì sự tăng độ chua của dịch cháo luôn kèm theo sựtăng hiệu suất đường hóa và nhiều ảnh hưởng dương tính đến dịch đường thu được

Một số biến đổi khác

o Sự biến đổi keo tụ và kết lắng protein.

Sự biến tính và kết lắng là những thuộc tính của protein khi chúng bị tác động những yếu tốngoại cảnh Ở điều kiện đường hoá yếu tố ngoại cảnh đó là nhiệt độ cao của môi trường Đây lànhững quá trình có lợi cho công nghệ sản xuất bia vì khi protein đã bị biến tính và kết lắng thì chúng

sẽ được loại ra khỏi dịch đường, sẽ làm tăng độ bền keo của bia, giảm khả năng gây đục bia

Sự kết tủa này phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt đun nóng, pH của dịch

o Sự tạo thành melanoid:

Phản ứng tạo melanoid hay còn gọi là phản ứng ozamin là phản ứng có vai trò quan trọng trongcông nghệ sản xuất bia nói riêng và công nghệ sản xuất thực phẩm nói chung Quá trình tạomelanoid đã xảy ra một cách mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt nhờ đó mà đã tạo ra một bước ngoặcquan trọng về tính chất cảm quan của bán thành phẩm Đến giai đoạn đường hoá, ở nhiệt độ caođường kết hợp với axit amin tạo thành melanoid Sự tạo thành melanoid cùng với phản ứng caramentạo ra mùi thơm đặc trưng, tạo vị và khả năng tạo bọt cho bia, làm tăng độ màu cho bia

Phản ứng tạo melanoid chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Quan trọng nhất là những yếu tố sauđây:

-acid Ảnh hưởng của axit amin và đường

-acid Ảnh hưởng của nước

-acid Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH của môi trường Ở nhiệt độ 00C và dưới 00C phản ứng khôngxảy ra Ở nhiệt độ khác nhau thì melanoid tạo thành có thành phần và mùi vị khác nhau, ở 95 -acid

1000C thì melanoid có mùi vị hài hòa nhất và trên 1900C thì cho vị đắng khó chịu

o Hoà tan các thành phần chất của malt:

Trong vỏ malt chứa khá nhiều hợp chất polyphenol, chất chát và chất đắng Trong quá trìnhđường hoá, do tiến hành ở nhiệt độ cao nên một số khá lớn sẽ hòa tan vào nước Sự hoà tan các hợpchất này vào dịch đường là một dấu hiệu bất lợi vì chúng sẽ tạo cho bia có vị lạ khó chịu Sự oxy hoácác hợp chất này là nguyên nhân làm tăng cường độ màu của dịch đường Quá trình hoà tanpolyphenol, chất chát và chất đắng phụ thuộc vào nhiệt độ pH của môi trường và thời gian đun nấu.Nhiệt độ càng cao, pH càng cao và thời gian đun nấu càng dài thì lượng hoà tan càng lớn Hiệntượng này càng nguy hiểm khi ta sử dụng nước có độ cứng cacbonat cao để đường hoá nguyên liệu.Biện pháp hữu hiệu nhất để hạn chế sự hoà tan của các hợp chất nói trên là phải sử dụng nước mềm

để đường hoá nguyên liệu Trong thời gian đường hoá, tất cả các hợp phần của nội nhũ đều được hòatan vào dịch đường Những hợp phần đó là:

-acid Tất cả các hợp chất thấp phân tử đã có trong malt như đường, dextrin, axitamin, các sảnphẩm thuỷ phân protein, các chất khoáng…

-acid Tất cả các hợp chất thấp phân tử được hình thành trong thời gian đường hoá như đường,dextrin, các sản phẩm thuỷ phânprotein, các sản phẩm thuỷ phânhemixenluloza, thuỷ phân chất béo,thuỷ phân các chất chứa phospho…tất cả những hợp chất này hoà tan vào nước và tạo thành chấtchiết của dịch đường

o Phản ứng giữa muối của nước và phosphat của cháo malt

Khi bắt đầu hoà bột malt vào nước phản ứng đã bắt đầu xảy ra Các muối bicacbonat vàcacbonat sẽ biến đổi kali phosphat bậc nhất thành bậc 2, đồng thời với nó là sự hình thành phosphatbậc 2 của canxi và magie, và thỉnh thoảng lại tạo ra canxi phosphat bậc ba Những phản ứng này sẽlàm giảm độ chua định phân và tính đệm của dịch cháo

Tiến hành quá trình theo phương pháp đun sôi 3 lần:

Khoảng 1/3 lượng nước cần thiết, ở nhiệt độ 38-acid40oC được bơm vào nồi phối trộn Cho cánhkhuấy làm việc và từ từ đổ bột malt vào Trong thời gian đổi bột malt, lượng nước còn lại cũng đượcbơm nốt vào nồi phối trộn Sau khi lượng bột malt đã được trộn đều, nhiệt độ cung của dịch bộtkhoảng 35-acid37oC Cho cánh khuấy làm việc liên tục trong 5 phút, sau đó dừng 10 phút để pha rắn củadịch bột lắng xuống đáy của thiết bị phối trộn

Bơm 1/3 dịch đặc từ thiết bị phối trộn sang thiết bị đường hóa Phần này bao gồm chủ yếu cáccấu tử pha rắn, và được gọi là đun sôi lần 1 Cho cánh khuấy nồi đường hóa hoạt động liên tục và từ

từ nâng nhiệt độ lên 50-acid52oC Duy trì nhiệt độ này trong 5-acid10phút, đây là quá trình đạm hóa Ở nhiệt

độ 48-acid52oC, sản phẩm của quá trình đạm hóa chủ yếu là các hợp chất thấp phân tử như peptit hoặcacid amin Nếu có nhu cầu tạo ra nhiều sản phẩm trung gian như albumoza và pepton thì quá trìnhđạm hóa nên thực hiện ở nhiệt độ 56-acid60oC Sau thời gian dừng cần thiết của quá trình đạm hóa, nhiệt

độ của khối cháo tiếp tục được nâng lên 60-acid65oC, và được giữ trong 5-acid10 phút để enzyme β-acidamylazahoạt động tạo nhiều đường maltoza Sau đó khối cháo tiếp tục được nâng lên 70-acid75oC, dừng ở nhiệt

độ này trong 10-acid15 phút Tại đây tinh bột hòa tan sẽ được đường hóa, enzyme α-acidamylaza hoạt động.Sau khi duy trì ở nhiệt độ 70-acid75oC trong thời gian cần thiết nhiệt độ của khối cháo được tăng nhanhlên đến điểm sôi và cho sôi mạnh trong 20 phút Ở nhiệt độ này, toàn bộ lượng tinh bột sẽ được hồhóa, nghĩa là cấu trúc của hạt tinh bột bị phá vỡ Thời gian cần thiết cho lần đun sôi thứ 1 là 120phút

Sau thời gian sôi cần thiết để bột chín, khối cháo sẽ được bơm quay về nồi phối trộn Lưulượng của bơm khống chế ở mức vừa phải để tránh sự tăng đột ngột nhiệt độ ở điểm rơi của cháo sôi,

sẽ không làm mất hoạt lực của enzyme trong nồi phối trộn Trong thời gian bơm dịch cháo quay lạinồi phối trộn, cánh khuấy ở nồi phối trộn phải làm việc liên tục và quay ở tốc độ cao nhất Ta cầnnhớ ở lần đun sôi thứ nhất, lượng enzyme chứa không nhiều vì chúng đã hòa tan vào nước và đượcgiữ lại ở nồi phối trộn

Khi hòa trộn với khối cháo chung, nhiệt độ của toàn khối cháo sẽ tăng lên 50-acid52oC Cánhkhuấy ngừng làm việc, để yên 15-acid20 phút để phần bã malt kết lằng

Bơm 1/3 dịch đặc từ thiết bị phối trộn sang thiết bị đường hóa Phần này được gọi là đun sôilần 2 Cho cánh khuấy nồi đường hóa hoạt động liên tục và từ từ nâng nhiệt độ lên 60-acid65oC, và đượcgiữ trong 5-acid10 phút để enzyme β-acidamylaza hoạt động tạo nhiều đường maltoza Sau đó khối cháo tiếptục được nâng lên 70-acid75oC, dừng ở nhiệt độ này trong 10-acid15 phút Tại đây tinh bột hòa tan sẽ đượcđường hóa, enzyme α-acidamylaza hoạt động Sau khi duy trì ở nhiệt độ 70-acid75oC trong thời gian cầnthiết nhiệt độ của khối cháo được tăng nhanh lên đến điểm sôi và cho sôi mạnh trong 20 phút Thờigian cần thiết cho lần đun sôi thứ 2 là 90 phút

Khi hòa trộn với khối cháo chung, nhiệt độ của toàn khối cháo sẽ tăng lên 60-acid65oC Cánhkhuấy ngừng làm việc, để yên 15-acid20 phút để phần bã malt kết lằng

Lần đun sôi thứ 3 cũng được tiến hành theo phương thức trên:

Bơm 1/3 dịch đặc từ thiết bị phối trộn sang thiết bị đường hóa Phần này được gọi là đun sôilần 3 Cho cánh khuấy nồi đường hóa hoạt động liên tục và từ từ nâng nhiệt độ lên 70-acid75oC, dừng ởnhiệt độ này trong 10-acid15 phút Sau khi duy trì ở nhiệt độ 70-acid75oC trong thời gian cần thiết nhiệt độ

của khối cháo được tăng nhanh lên đến điểm sôi và cho sôi mạnh trong 20 phút Thời gian cần thiếtcho lần đun sôi thứ 2 là 60 phút.

Bơm quay về nồi phối trộn Nhiệt độ khối cháo ở nồi phối trộn đang từ 60-acid65oC sẽ tăng vọt lên70-acid75oC Cho cánh khuấy làm việc liên tục và duy trì nhiệt độ này cho đến khi đường hóa hoàn toàn(không làm thay đổi màu dung dịch iod)

Hình 2.4 Giản đồ đun sôi 3 lần

 Thiết bị:

Nồi được chế tạo bằng thép không rỉ, gồm hai vỏ, thân hình trụ được bảo ôn bằng lớp vật liệu cách nhiệt Nồi được trang bị hệ thống cấp hơi để gia nhiệt, hơi gia nhiệt được cấp vào giữa hai lớp

vỏ của nồi, áp suất hơi giữa hai lớp vỏ của nồi khoảng 2,5÷3 kg/cm2 Gần đáy nồi có hai cánh khuấy

có tác dụng đảo trộn dung dịch, phía dưới có hộp giảm tốc để điều khiển tốc độ cánh khuấy Phần trên hình nón có ống thoát hơi, đèn chiếu sang, cửa quan sát

Khi nấu đồng thời xảy ra hai quá trình: Quá trình khuấy trộn dung dịch và quá trình truyềnnhiệt

Hình 2.5 Nồi nấu dịch nha

o Ảnh hưởng của nồng độ enzym:

Cường độ của các quá trình enzym khác nhau phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng của enzymhoạt tính và điều kiện xảy ra phản ứng Bằng cách điều chỉnh khối lượng của chúng, ta có thể tạo ra

ưu thế cho sự hoạt động của các enzym này hay các enzym khác Cũng bằng cách như vậy ta có thểtạo ra sự thuỷ phân đến cùng hay thuỷ phân cục bộ của các chất riêng biệt Qua đó có thể điều chỉnhđược tương quan tỷ lệ giữa các pha sản phẩm tạo thành Vì hợp phần của chất chiết có những tínhchất khác nhau cho nên khi chúng có sự thay đổi về tương quan khối lượng thì sẽ dẫn đến sự thayđổi tính chất của dịch đường -acid nhân tố quyết định để sản xuất loại bia này hay loại bia khác

o Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đường hoá đến hàm lượng đường và dextrin

Mỗi một enzym đều có nhiệt độ hoặc vùng nhiệt độ tối ưu riêng của mình Nhiệt độ thủy phân

là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng của quá trình enzyme Điều chỉnh nhiệt độ để điều hòaphản ứng là giải pháp hữu hiệu nhất để định hướng tiến trình enzyme Để điều chỉnh tỷ lệ các thànhphần của dịch đường phải điều chỉnh nhiệt độ của dịch cháo sao cho phù hợp với nhiệt độ tối ưu củatừng enzyme và phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian thì các hợp chất mới được phân cách một cách

triệt để Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của α-acid đắngamylaza ở những điều kiện bình thường khác trong quá

trình đường hoá là 70-acid750C, của β-acid đắngamylaza là 60-acid630C, còn amylophosphataza là 700C Đường hoá ở60-acid630C là tạo ưu thế cho sự hình thành maltoza còn ở 70-acid750C là ưu thế của dextrin.

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đường hoá đến hàm lượng đường và dextrin tạo

21.3629.7237.2840.07

o Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đường hoá

Đây là yếu tố ảnh hưởng khá rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa

cơ chất, enzyme và ảnh hưởng đến độ bền protein của enzyme Đa số các enzyme bền trong giới hạn

pH 5-acid9 Độ bền của chúng có thể tăng lên khi trong môi trường có sự hiện diện của cơ chất,coenzyme hoặc Ca2+ Các enzyme khác nhau thì có pH tối ưu là khác nhau

Môi trường dịch malt có pH lớn hơn so với pH tối ưu của enzyme Vì vậy trong quá trình nấu,người ta thường bổ sung axit đế làm giảm pH của dịch nha Đồng thời sử dụng nước mềm để nấu

Độ chua tác dụng tối ưu cho hoạt động của α-acid đắngamylaza trong điều kiện đường hoá là 5.5-acid5.8, cho β-acid đắngamylaza là 4.8-acid5.0, còn cho amylophosphataza là 5.5-acid5.7 Độ chua tác dụng tối ưu cho cả

nhóm amylaza là 5.4-acid5.6 Nếu pH dưới 2.8 hoặc cao hơn 8 thì enzym bị tê liệt đến vô hoạt

pH tối ưu của amylaza phụ thuộc rất nhiều yếu tố, quan trọng nhất là nhiệt độ Khi ta tăng nhiệt

độ của dịch cháo thì pH tối ưu của enzym cũng tăng theo

Bảng 2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pH tối ưu của enzym