công nghệ sản xuất bia

Đặc điểm của giai đoạn này là hoạt động sống của hạt bị ức chế rất mạnh, sự phát triển của rễ và lá mầm bị ngừng lại, nhưng hoạt động của hệ enzym thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra, đặc bi

Công nghệ sản xuất bia

Phân biệt rượu & bia

Ethanol Cay nồng Trong suốt Trong suốt

hops Vị Màu sắc

Độ trong

Đắng Vàng rơm Trong suốt

>30%

Nguyên liệu

Nước Tinh bột: gạo VSV: men thuốc bắc

<5%

Có Nước loại

Hàm lượng ethanol Hàm lượng CO2 Nguyên liệu

O2

Tinh bột: malt (barley)

m

H VSV: Nấ

ops men

Quy trình sản xuất bia

*Pha sinh lí: Thời kì này kéo dài từ lúc bắt đầu sấy cho đến khi nhiệt độ đạt 45 0C và

hàm ẩm giảm đến 30% Đặc điểm của giai đoạn này là rễ và lá mầm vẫn phát triển Vì

độ ẩm và nhiệt độ thích hợp nên quá trình này diễn ra với cường độ khá mạnh.

*Pha enzym: Giai đoạn này nằm trong khoảng từ 45 0C đến 70 0C và hàm ẩm còn

10% (đối với malt vàng), còn trên 20% (đối với malt đen) Đặc điểm của giai đoạn này

là hoạt động sống của hạt bị ức chế rất mạnh, sự phát triển của rễ và lá mầm bị ngừng

lại, nhưng hoạt động của hệ enzym thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra, đặc biệt mạnh ở

Các quá trình xảy ra trong khi sấy malt

lại, nhưng hoạt động của hệ enzym thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra, đặc biệt mạnh ở

thời gian đầu của pha này Trong thời kì này, dưới tác dụng của enzym amylase một ít

tinh bột được đường hóa Dưới tác dụng của enzym protease một số protein bị thủy

phân và còn nhiều quá trình enzym khác Các quá trình này phụ thuộc rất lớn vào độ

ẩm và khi độ ẩm của hạt còn 15% thì các quá trình này bị đình chỉ.

* Pha hóa học: Pha này nằm trong khoảng nhiệt độ từ 700C đến 1050C và độ ẩm giảm

xuống dưới 4% Thời gian kéo dài của pha này phụ thuộc vào tốc độ các phản ứng xảy

ra trong nội nhủ Đặc điểm của những phản ứng xảy ra ở giai đoạn này là sự tạo thành

các chất thơm, vị đặc trưng, các chất màu và sự biến tính của protein.

– Tăng bề mặt tiếp xúc với nước

– Tăng tốc dộ thấm nước vào hạt

– Đảm bảo tối đa chuyển hóa các chất trích ly

– Làm vỏ trấu dai dễ tách ra khi nghiền, không gây vị xấu

Phương pháp TMA xác định mức độ thủy phân tình bột của malt sau khi nảymầm

Ảnh hưởng của thời gian nảy mầm và

Malt được làm ẩm trước khi nghiền để làm vỏ malt dai hơn, nội nhũ dễ bể, chất màu chất đắng khó hòa

tan vào trong dịch đường hóa, là lớp vật liệu lọc (vỏ trấu), giúp trương ở sơ bộ, không có hiện tượng hồ

hóa cục bộ

Chỉ nên nghiền đập dẹp chứ không nghiền mịn, đảm bảo tách hết nội nhũ khỏi vỏ

Các chất tanin cao phân tử, đặc biệt anthocyanin giữ vai trò làm đục bia khi chúng kết hợp với protein cao

phân tử và gây ra vị khó chịu Tanin phân tử thấp có tính khử giú tránh oxy hòa tan trong dịch lên men

* Cả anthocyanin và tanin đều có trong vỏ trấu và nội nhũ

Hoạt tính của α, β-amylase

• Nấu nguyên liệu: Mục đích: Chuyển các chất của malt và nguyên liệu thay thế từ trạng

thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ hoạt động của các enzyme thủy phân

• α-amylase: enzyme dịch hóa điển hình

– Đặc tính: α-amylase được hoạt hóa bởi các ion hóa trị 1: Cl>Br>I và bền nhiệt khi

có mặt của ion Ca

– α-amylase bị kiềm hãm bởi các ion kim loại nặng như: Cu2+, Hg2+

– α-amylase kém bền trong môi trường acid nhưng khá bền nhiệt

– Trong malt đại mạch: nhiệt độ tối thích của α-amylase là 72o – 76o, pH tối thích là

5.3 – 5.8

• β-amylase

– Đặc tính: Có chủ yếu ở thực vật, không có trong vi khuẩn β-amylase rất bền khi

không có ion Ca và bị kiềm hãm bởi các ion kim loại nặng như: Cu2+, Hg2+

– Trong malt đại mạch: nhiệt độ tối thích của β-amylase là 650C, và pH tối thích là 5.1

và nhiệt độ vô hoạt β-amylase là 710C

• γ-amylase

– Có chủ yếu ở nấm mốc, vi khuẩn Trong malt đại mạch, nhiệt độ tối thích là 500C,

pH tối thích là 3.5 – 5.5

• endo- β -glucanase

– Được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtillis bằng cách lên men chìm Noài ra

enzyme này còn có trong malt đại mạch có hàm lượng enzyme này cao Nhiệt độ

tối ưu là 45 – 50oC pH tối ưu 4.7 – 5.0

Enzymes

Nhiệt độ

Because of the fact that yeast can ferment only mono-, di- and trisaccharides, the

carbohydrates in starch has to be degraded to sugars

Monosccaharide (Glucose)

Disaccharide

Trisaccharide

(Maltose) (Maltotriose)

Start up sugar Main fermenting sugar Post fermenting sugar

Practice of mashing

Rest

temperature

25

caramelized

fast enzyme reactionsslower enzyme reaction,more dextrin, increased aroma substances

Các biện pháp nâng cao hiệu

suất đường hóa

Các biện pháp nâng cao hiệu suất đường hóa

Làm mềm nước và hạ độ kiềm của nó bằng cách bổ sung CaSO4 hoặc CaCl2.

Hạ pH của dung dịch bằng cách bổ sung acid lactic Bổ sung chế phẩm

enzyme thủy phân vào dịch bột.

Effect of temperature on starch

degradation

 Long maltose rest

 Forms a lot of fermentable

extract

Production of beer with

Alcohol content

Short maltose rest

Longer saccharification rest

27

 Control of starch degradation

• Iodine test (high molecular starch close in iodinemolecules

and effects a blue or black colouring)

• Determination of sugar spectrum byHPLC

Enzymes

pH for mashing

• pH of mash and/or wort is very

important for brewing operations

• Reduction of carbonate hardness

• Burtonization of brew water

(CaCl2/CaSO4)

• Acid malt

• Biological acidification (lactic acid)

• Technical lactic acid or mineral acids

(does not conform to the German

purity law)

Advantages of an optimal pH

 Optimization and shortening of mashingtimes

• Better extract solution

• More fermentable sugars

• Higher final attenuation

Đường hóa một giai đoạn

Đường hóa phân đoạn(phương pháp đun sôi) từng phần

Đường đi của 1/3 bã Đường đi của 2/3 nước trong

Đường hóa phân đoạn(phương pháp đun sôi) từng phần

nhỏ riêng rẽ của khối cháo được đun chín một cách thứ tự

sau đó mới hòa chung vào khối cháo

Đường hóa toàn khối(phương pháp ngâm) toàn bộ khối

cháo được đường hóa cùng một lúc, từ lúc đầu đến điểm

cuối, ở nhiệt độ 750C không qua thời gian đun sôi

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trìn

• Chất lượng malt đại mạch

0C Quy trình ngâm chiết

Quy trình đun sôi một lần

Quy trình đun sôi hai lần

Đường hóa ba giai đoạn ( Sx bia vàng)

Đường hóa ba giai đoạn

Đường hóa hai giai đoạn

tận thu tinh bột sóttrong quá trình lọc

Lọc

600 Đun sôi tiếp tục lên 90 o C

Đường hóa hai giai đoạn có sử dụng

Đường hóa hai giai đoạn có sử dụng

thế liệu

Kết quả làm sáng tỏ rằng mạch nha là nguồn chính của chất đạm ( 10-12 % w

Free Alpha Amino Nitrogen (FAN)

của chất đạm ( 10-12 % w / w protein ) trong khi gạo

là nguồn carbohydrate để sản xuất bia ( 70 % w / w tinh bột ) mà thường cao hơn so với mạch nha lúa mạch ( 58 % w / w tinh bột )

Nhiệt độ

Biến đổi carbonhydrate trong dịch wort

Malt carbohydrate (%total wort solids)

Wort carbohydrate (%total wort solids)

pentosans

Nấm men không lên men

Maltotetraose Maltotriose

22.2 Glucans and pentosans

Fructans

2.5 1.4

dextrin

Maltotetraose Maltotriose Maltose Sucrose

Glucose and fructose Total

Enzymes

fast enzyme reactions slower enzyme

reaction, more dextrin, increasedcaramelized, aroma substances

Việc tăng nhanh nhiệt độ qua khoảng hoạt động của enzim ß – amylaza sẽ hạn chế được sự tạo thành đường có khả năng

lên men Paul R Witt đề xuất giải pháp tạo ra bia có nồng độ cồn thấp, quá trình đường hóa được thực hiện ở nhiệt độ 78 –

80 0 C trong thời gian 30-60 phút với sự tham gia của các chế phẩm enzym alpha-amylase và xellulase để giảm độ nhớt của

dịch đường Bia sau lọc cần được pha loãng với nước và axit hóa để tạo ra thành phẩm chứa không

Đường hóa 1 giai đoạn

Đường hóa 2 giai đoạn

Hồ hóa, phá vỡ

cấu trúc hạt

α-amylase Giảm độ nhớt dd β-amylase

α-amylase

β-amylase

proteinase

γ-amylase

Đường hóa 3 giai đoạn

Đường hóa 2 giai đoạn tăng cường

Quy trình sản xuất bia chứa ít hơn 0,5% cồn: dịch đường có nồng độ chất khô nằm trong khoảng từ 7,0 đến

7,5% trọng lượng tiếp xúc với nấm men ở nhiệt độ thấp, thường là -0,4°C hoặc thấp hơn Hoặc theo phương

pháp tiếp xúc lạnh, dịch đường với hàm lượng đường ít nhất là 14% trọng lượng được tiếp xúc với nấm men

ở nhiệt độ nằm trong khoảng từ 38°F (3,30C) đến 45°F (7,20C) trong khoảng thời gian từ 5 đến 10 giờ

Đường hóa 2 giai đoạn Hochkurz

Quy trình sản xuất bia dành cho người ăn kiêng có độ cồn và hàm lượng hydratcacbon thấp, ít calo gồm có: dịch đường được

lên men chính để đạt độ lên men thực khoảng 40-85% sau đó bia non được đun sôi để giảm hàm lượng cồn xuống 1%, bổ

sung nấm men và tiếp tục lên men để thu về bia thành phẩm.

Theo Rolf Hiefner, dịch đường có nồng độ 11-11,5% sau khi thêm khoảng 2% lượng mạch nha và thêm vào một lượng hoa

houblon nhiều hơn các quy trình sản xuất thông thường Quá trình lên men ở nhiệt độ 5-10 0 C có thể làm nhiệt độ tăng đến 20

0 C do sự tỏa nhiệt của quá trình lên men 2/5-3/5 bia sẽ được tách ra khỏi thiết bị lên men, trộn với 8-15% nước sôi, đun nóng

trong điều kiện thiếu oxy cho đến khi nồng độ cồn xuống đến 1-2% khối lượng Sau khi làm lạnh bia có độ cồn thấp sẽ được

trộn với phần còn lại Sản phẩm được lọc và được lên men tiếp trong điều kiện có bổ sung CO2

Các yếu tố tác động tới quá trình

• Điều kiện tiếp xúc giữa enzyme và thành phần

• Điều kiện tiếp xúc giữa enzyme và thành phầnmalt:

• Khuấy: Chỉnh tốc độ khuấy phù hợp Khi gia nhiệt cần tăng tốc độ quay để tản nhiệt đều, khi giữ nhiệt chỉnh tốc độ chậm lại tránh thất thoát nhiệt Cánh khuấy còn tạo điều kiện cho oxy thâm nhập, tạo các β-glucan liên kết tạo mạng khó lọc

• Sự oxy hóa dịch hèm: Một số nguyên nhân làm bia có màu xậm: Dịch hèm chảy từ trên cao xuống, vận tốc cánh khuấy cao, tạo xoáy khi bơm dịch qua các khu vực

Acid hóa dịch đường

Vùng đang

• Rút ngắn, tối ưu hóa quá trình đường hóa

• Độ lên men cuối cùng đạt cao hơn

• Sự thủy phân protein sâu hơn, tạo ra nhiều protein khối lượng phân tử thấp nhiều hơn

• Giảm độ nhớt

• Lọc dịch đường nhanh hơn

• Hạn chế sự tăng màu khi đun sôi dịch đường Tinh

• Năng suất tăng, giảm khả năng tạo độ lắng

• Phân hủy các hợp chất carbonate trong nước sản xuất bia

• Bổ sung malt chua

• Thêm acid hoặc nhờ quá trình lên men

• axit hóa dịch đường trước khi lên men có hàm lượng đường nằm trong khoảng từ 12 đến 20 độ Plato

bằng axit thực phẩm đến độ pH nằm trong khoảng từ 4,0 đến 4,6; điều chỉnh bước lên men theo

lượng nấm men và nhiệt độ tiếp xúc từ 0 đến 7°C trong khoảng thời gian từ 10 đến 30 giờ ra bia

thành phẩm được bổ sung các chất thơm

• Đình chỉ quá trình lên men bằng cách bơm dịch vào hệ thống đun sôi khoảng 40-50 phút đến khi độ

cồn đạt khoảng 1,5% khối lượng

• extraction and transformation of hop components,

• wort sterilisation,

• increased coloration of the wort,

• formation and precipitation of polyphenols

• destruction of all enzymes,

• acidification of the wort,

Đun sôi dich wort

• acidification of the wort,

• removal of dimethylsulphide (DMS),

• wort concentration,

• formation of specific taste and flavour

7 0 C

Dịch cháo sau khi thủy phân bao gồm chất hòa tan và không hòa tan Vì vậy, phải lọc

để tách các chất không hòa tan ra khỏi dung dịch Qúa trình này được tiến hành theo hai

bước sau: Lọc dịch đường và Rửa bã

Lautering with lauter tun

Độ acid tự nhiên do phospho kali tồn tại ở các dạng KH2PO4 , K 2HPO4 và K 3PO4 có trong malt quyết

định

KH2PO4 có tính acid: K2PO4 → HPO42-+ H+

KH2PO4 có phản ứng như một kiềm yếu: HPO42-+ H+ + OH-→ H2PO4-+ OH- K3PO4 có phản ứng như một

kiềm mạnh: PO43-+ H+ + OH-→ HPO42-+ OH

-Kể từ khi các lớp lọc được hình thành dần dần do sự lắng trấu , độ đục cao vào đầu của quá trình Lauter Như

vậy , dịch nha được bơm trong chu kỳ ( cái gọi là đục dịch wort) vào đầu của quá trình Lauter cho đến khi độ

đục đã đạt đến một giá trị ban đầu đủ thấp (xấp xỉ < 50 EBC )

•Target of lautering:

– Production of high quality wort with minimised rest wort extract in the spent grains

•The husks of malt form a natural filter layer through which the wort flows

•The process of lautering is divided into

two sections:

•Dissolved substances running out

– Elution of the spent grains (sparging)– Elution of the spent grains by second worts to an extract of 0,8 - 2 %

– (last runnings concentration)

• Quá trình lautering là nhanh hơn khi các wort được pha loãng và

nóng ( max 78 ° C ) » độ nhớt thấp

• Sau đó vẫn được trích xuất trong ngũ cốc còn sót lại bằng cách

được rửa sạch với nước nóng Quá trình này được gọi là

sparging Các vùng nước thu được được gọi là worts thứ hai

• Quá trình này thường mất từ 45 đến 75 phút

• Quá trình này có thể phù hợp với sản phẩm

• Nếu quá nhiều nước được sử dụng, trấu được tẩy ra và màu sắc

và hương vị của dịch nha thu được kém

Lautering with lauter tun

manhole

raking gear device

rakingknife downpipe

shaft guide

sparging water level probe

mashstorage

spent grains removing device headwaters

và hương vị của dịch nha thu được kém

•Trong trường hợp sử dụng nước quá ít,

quá nhiều trích lại trong các loại ngũ cốc không hết, chi

•Chất lượng wort cao

•Tiết kiệm thời gian

Hemicellulose: Là phức hệ gồm: pentosan, hexosan và acid uronic Chúng tham gia kiến tạo

nên thành tế bào Trong quá trình ươm mầm nhóm enzyme sitase thủy phân hemicellulose tạo

bước đột phá để các enzyme khác có thể xâm nhập vào bên trong tế bào.

Các hợp chất pectin và các hợp chất keo:

Mặt tích cực: tạo cho bia vị đậm đà, tăng khả năng tạo và giữ bọt cho sản phẩm.

Mặt tiêu cực: tạo cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc.

Các hợp chất chứa nitơ:

Protein: Hàm lượng protein cao: bia dễ bị đục, khó bảo quản Hàm lượng protein thấp: quá

Lautering with lauter tun

Protein: Hàm lượng protein cao: bia dễ bị đục, khó bảo quản Hàm lượng protein thấp: quá

trình lên men không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà và kéo theo một số chỉ số non yếu

khác Hàm lượng protein tốt nhất cho sản xuất bia là 8 – 10% Protein phức tạp(proteic) kém

hòa tan hoặc hòa tan không bền vững nên trong công nghệ sản xuất bia chúng là một trong

những tác nhân gây đục bia.

Albumose và pepton: chúng có tác dụng tốt trong việc tạo, giữ bọt và tăng vị đạm đà cho bia.

Acid amin: Là nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, tham gia vào phản ứng melanoid.

Chất đắng và chất chát: Trong đại mạch thuộc nhóm lipid, gây vị đắng khó chịu cho bia Cần

loại trừ bằng cách ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ.

Fitin: Là muối đồng thời của canxi, magie và acid inozicphosphoric C6H6O6(H2 PO3)6 thường

nằm ở vỏ là nguồn cung cấp phospho cho nấm men.

Nấu dịch đường với hops

• Mục đích:

• Vô hoạt các enzyme có trong malt: α-amylase

• Tiệt trùng dịch wort

• Trích ly và đồng phân hóa các chất đắng của hops

• Đông tụ protein, ảnh hưởng khả năng kết trong dịch wort ( protein cao phân tử )

• Hình thành phức hợp giữa protein và polyphenol

• Hình thành phức hợp giữa protein và polyphenol

• Hình thành các hợp chất tạo hương vị và màu cho sản phẩm

• Hình thành các hợp chất có tính khử, giảm hàm lượng oxy hòa tan trong dịch

wort giúp wort có khả năng hạn chế sự oxy hóa ở các công đoạn chế biến tiếp

theo

• Giảm pH của dịch wort

• Cô đặc dịch wort do sự bốc hơi nước ( tỉ lệ bốc hơi: 8% - 10% )

• Bay hơi một số hợp chất dễ bay hơi hình thành trong quá trình đường hóa

• Bay hơi một số hợp chất có nguồn gốc từ hops

Đun sôi hopps

• Ổn định dịch đường: tiệt trùng dịch đường,

vô hoạt α-amylase, loại bỏ các chất tạo keo

cao phân tử

• Tăng mùi và màu: Loại bỏ các chất bay hơi

không mong muốn (dimetylsulfit và S methyl

methionine), phản ứng caramel hóa (gia

nhiệt cục bộ, hình dạng nồi, pH),

hoa hops (1/3 lượng hops ít thơm, giàu tanin

Wort baffle plate

Jet pump

hoa hops (1/3 lượng hops ít thơm, giàu tanin

tạo kẹo tụ, 1/3 lượng tiếp sau 30 phút mang

vị đắng, 1/3 lượng còn lại tạo mùi thơm cho

bia)

• Cô đặc: ảnh hưởng tới màu, độ bền bọt, chi

phí sản xuất cao