Đề tài ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu vang

Đề tài ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu vang

Trong thời buổi công nghiệp hóa - hiện đại hóa như hiện nay, cùng với sự phát triển của Công nghệ thông tin, Công nghệ vật liệu mới, .Công nghệ sinh học đang góp phần không nhỏ trong sự phát triển mọi mặt của xã hội Với vai trò

là một khoa học mũi nhọn trong các khoa học sự sống, Công nghệ sinh học bao

gồm ( Sinh học phân tử, Hóa sinh học, Vi sinh vật học, Di truyền học) nhằm tạo

ra các công nghệ khai thác Ở quy mô công nghiệp, các hoạt động sống của vi sinh vật, thực vật và động vật Tuy vậy, Ở nước ta hiện nay việc tiếp cận nó chủ yếu mới dừng ở mức độ lý thuyết và Ở quy mô phòng thí nghiệm Việc ứng dụng Công nghệ sinh học vào các quá trình sản xuất Ở quy mô công nghiệp còn nhiều

hạn chế và chưa được phổ biến Do đó việc trang bị cho sinh viên đang học tập nghiên cứu nghành Công nghệ sinh học những kiến thức và kỹ năng cần thiết

trong vấn đề thực nghiệm sản xuất là hết sức cần thiết

Bia - một loại nước uống phổ biến trên thế giới Đó là loại nước uống với

nồng độ cồn nhẹ, khoảng 5° nhưng rất giàu dinh dưỡng vì chứa nhiều acid amin

và các thành phần dinh dưỡng khác Hiện nay ngành công nghệ thực phẩm sản xuất đồ uống đang phát triển mạnh, đặc biệt là sản xuất bia Với sự đa dạng về sản xuất đã tạo ra nhiều sản phẩm bia khác nhau như: bia hơi, bia chai, bia đen, bia vàng Với những loại thương hiệu như: Heineken, Carlsberg, Halida, Huda, Bia Sài Gòn, Bia Hà Nội, Hàng năm theo thống kê thị trường tiêu thụ, bia của nước ta chiếm một phần lớn trong ngành kinh tế hàng hóa và dịch vụ

Ngày nay hầu như tất cả các nước trên thế giới đều sản xuất và tiêu thụ

bia với số lượng rất lớn (hơn 1,5 tỷ lít bia/ năm), bên cạnh việc thay đổi mẫu mã hình dáng sản phẩm nhằm thu hút người tiêu dùng thì việc nâng cao chất lượng

đặc biệt phải đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là rất quan trọng

Với những kiến thức đã học cùng với quá trình học tập tại trường, trong thời gian thực tập sản xuất cuối khóa học giành cho sinh viên, về bản thân tôi chuyến đi thực tập này đã giúp tôi mở mang thêm sự hiểu biết của mình qua đó có điều kiện vận dụng kiến thức đã học, từ đó tìm ra những thiếu sót và bổ sung cho hoàn thiện hơn ĐỂ hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất bia, nhằm ứng vào thực

tiễn sản xuất tại TN, để đem lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao, góp phần thúc

day nền kinh tế tinh nha phát triển, đó là ly do chúng tôi thực hiện bài báo cáo xê- mỉ-na: “ứng dụng công nghệ vi sinh rong sản xuất rượu vang, bia”

2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA HƠI

2.1 Quy trình sản xuất bia

Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là Malt đại mạch, nước, hoa houblon và nấm men Nhiều loại nguyên liệu thay thế Malt trong quá trình sản xuất là gạo, đường và các loại dẫn xuất từ ngũ cốc

Các nguyên liệu phụ khác được sử dụng trong quá trình lọc và hoàn thiện

sản phẩm như bột trợ lọc, các chất ổn định Nhiều loại hóa chất được sử dụng

trong các quá trình sản xuất như các chất tẩy rửa, các loại dầu nhờn, chất hoạt động bề mặt tỷ lệ các thành phần nguyên liệu phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ được sản xuất

Gạo và Malt trước khi đưa vào nấu cần được nghiền nhưng đối với Malt không nghiền nhỏ mà chỉ làm giập vỏ còn với gạo cần nghiền càng nhỏ càng tốt Sau

đó chuyển gạo và malt đã nghiền vào nồi nấu cháo( thiết bị hồ hóa), nổi nấu

malt( đường hóa) Sau khi kết thúc quá trình đường hóa bắt đầu chuyển sang công đoạn lọc dịch đường rồi đun sôi cùng với hoa houplon, lắng trong, làm lạnh và tiến

hành quá trình lên men Sau khi lên men xong dùng bia đấy hết nước trong Ống vào

máy lọc, khi hết nước thì khóa van, lấy bia vào thùng phủ bột rồi bật cánh khuấy va cho 4 kg bột, kiểm tra các van sau đó mở van để cấp bia vào thùng lọc và bật bơm cấp bột Lấy mẫu kiểm tra đỘ trong ta có thể tiến hành mở vào tank bão hòa, đầy thùng thì tắt bơm lọc và đuổi bia vào thùng bia hồi Tiến hành nạp CO; trước tiên xả van nóc thùng bão hòa để áp suất thùng bằng 0 và đóng van nóc lại, buộc đường ống

nạp CO; từ bình CO; vào van nạp CO; của tank bão hòa Mở CO; từ từ vào tank bão

hòa để áp suất của tank lên 2,5 atm, sau đó xả nhẹ van nóc để áp suất về 0, kết thúc nạp để bia ổn định 2h sau đó kiểm tra lượng CO; hòa tan trong bia Cuối cùng đến

công đoạn chiết rót, đóng chai, thanh trùng, dán nhãn và nhập kho.

Nước

Ỷ

Nấu hoa

v

Lang trong

Men gion:

v

Lén men phu

\

LỌC trong

Vv

Thanh tring

Dan nhan

Nhap kho

Hinh 2.1: Quy trinh céng nghé san xuất bia HƠI

2.2 Mục đích công nghệ của từng quá trình

2.2.1 Nghién nguyén liéu

* Nghién Malt: tao diéu kién thuan loi cho sự biến đổi lý, sinh hóa trong

quá trình đường hóa, nhằm thu được chất hòa tan cao nhất Malt duoc nghién

nhỏ theo tỷ lệ vỏ chấu: 20 — 25%, tấm: 45 —- 55%, bột: 20 — 30%

* Nghiền gạo: nhằm đưa nguyên liệu ở dạng hạt về dạng bột để dễ dàng thấm nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn chế biến sau này Gạo là nguyên liệu mà tỉnh bột của chúng khi được hồ hóa, chưa được tác động bởi các enzyme Cấu trúc tỉnh bột của chúng rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị thủy phân, do đó gạo phải được nghiền càng nhỏ càng tốt, nhằm tách triệt để được các chất tan trong tỉnh bột

Malt và gạo được đưa đến bộ phận nghiền nguyên liệu thành mảnh nhỏ, sau đó được chuyển đến nồi nấu để tạo điều kiện cho quá trình chuyển hóa nguyên liệu và trích ly tối đa các chất hòa tan trong nguyên liệu Sử dụng các thiết

bị nghiền khô, máy nghiền búa (nghiền gạo), máy nghiền trục (nghiền malt)

2.2.2 Nấu

2.2.2.1 Hồ hóa và đường hóa

Nguyên liệu sau khi say nghiền được chuyển vào thiết bị hồ hóa (nổi nấu

cháo) và đường hóa (nồi nấu malt) bằng cách điều chỉnh hỗn hợp ở các nhiệt độ khác nhau nhờ hệ enzyme thích hợp chuyển hóa các chất không hòa tan (tỉnh bột)

thành các chất hòa tan trong dung dịch (đường glucose, maltose, các acid amin) Sau

đó được đưa qua nồi lọc để tách dịch đường và các chất hòa tan ra khỏi bã bia

Hồ hóa: mục đích làm trương nở hoàn toàn nguyên liệu lên mới tối đa Ở 86°C sau thời gian 30 phút tỉnh bột xem như trương nở hoàn toàn, độ nhớt cao, khuấy đảo chậm, dễ bén nồi nếu không có một lượng malt nhỏ cùng nấu Tỉnh bột đã hồ hóa thủy phân dễ dàng hơn tỉnh bột chưa hồ hóa

Đường hóa: là giai đoạn quan trọng nhất quyết định hiệu suất nấu

Nguyên liệu qua qua giai đoạn hồ hóa — đường hóa với mục đích chuyển tỉnh bột

từ dạng không hòa tan sang dạng hòa tan, sau đó được đưa vào quá trình đường hóa cùng với malt, ở đây dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt trong điều kiện

nhiệt độ nhất định và môi trường thích hợp, các enzyme hoạt động cắt các chất

cao phân tử thành các chất thấp phân tử

2.2.2.2 Lọc dịch đường

Sau khi kết thúc quá trình đường hóa, toàn bộ khối dịch được chuyển

sang nồi lọc nhằm mục đích tách dịch đường ra khỏi bã

2.2.2.3 Đun sôi với hoa houblon

Dịch đường sau khi nấu với hoa houblon và đun sôi trong 60 - 90 phút Ở đây dịch được đun sôi với hoa houblon nhiệt độ hơn 100° C, các chất dang, tinh

dau thom, polyphenol và các thành phần của hoa houblon được hòa tan vào dịch đường tạo cho bia có vị đắng, mùi thơm đặc trưng của hoa houblon và khả năng giữ bọt cho bia Polyphenol của hoa khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các protein cao phân tử tạo các phức chất dễ kết lắng làm tăng độ trong của dịch đường và ổn định thành phần sinh học của bỉa thành phẩm

Mục đích của quá trình nhằm ổn định thành phần của dịch đường, tạo cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng của hoa houblon, vị đắng, gia tăng nồng độ đường, đỘ axit, cường độ màu đồng thời quá trình đun hoa còn có tác dụng thanh trùng, tiêu diệt các vỉ sinh vật và các hệ enzyme còn lại trong

dịch đường

2.2.2.4 Lắng xoáy

Dịch sau khi nau được đưa qua nồi lắng xoáy để tách cặn hoa trước khi

đưa vào lên men Dịch đường trong được đưa qua thiết bị làm lạnh nhanh, mục đích đưa dịch đường xuống nhiệt độ lên men thích hợp (8 —- 9° C) đồng thời tránh

sự xâm nhập của vi sinh vật vào dịch đường dẫn đến bất lợi cho quá trình lên men Dịch đường được bổ sung oxy đến mức độ cần thiết và với lượng men giống thích hợp được đưa vào tank lên men, Ở đây quá trình lên men chính xảy ra, dưới tác dụng của tế bào nấm men bia, dịch đường được chuyển hóa thành rượu, CO; và các sản phẩm phụ khác

Quá trình nấu sử dụng nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt năng và điện năng cho việc vận hành các thiết bỉ, hơi nước phục vụ mục đích gia nhiệt và đun

Sôi

Hình 2.2: Nồi nấu gạo và nồi nấu malt 2.2.3 Lên men

2.2.3.1 Chuẩn bị men giống

Nấm men được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, sau đó được nhân giống

trong các điều kiện thích hợp để đạt được mật độ nấm men cần thiết cho lên men và tiếp men với tỉ lệ 10% so với dịch lên men Men sữa được sử dụng lại qua mỗi đợt lên men, được tiếp men với tỉ lệ 0,5 —- 1% so với dịch lên men Loại nấm

men được sử dụng trong lên men bia gồm hai loại là:

Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis

Hình 2.3: Loại nấm men được sử dung

Saccharomyces cerevisiae được dùng trong quá trình lên men bia nổi còn Saccharomyces carlsbergensis được dùng trong lên men bia chìm

2.2.3.2 Lên men chính

Dịch đường được cấy bổ sung oxy, làm lạnh đến nhiệt độ 10° C và tiếp men giống với tỷ lệ quy định để tiến hành lên men chính với thời gian và nhiệt độ

thích hợp Việc lên men có thể tiến hành trong các tank có bảo ôn được đặt ngoài

trời với hệ thống kiểm soát tự động hóa

Hình 2.4: Tank lên men Khí CO; sinh ra trong quá trình lên men được thu hồi Thời gian lên men chính

thường là 5 — 7 ngày Kết thúc lên men chính nấm men lắng xuống đáy các tank lên men

và được cấy 1 phần để tái sử dụng cho lên men các tanÌ: tiếp theo hoặc được thải bỏ

(gợi đó là men sữa) Kết thúc quá trình lên men chính, men sữa được thu hồi để tái sử dụng còn bia non được chuyển sang chế độ lên men phụ, ở điều kiện nhiệt độ thấp (0

— 5° C) và áp suất bề mặt 0,5 — 1 bar

Mục đích của quá trình lên men chính là để tạo ra thành phẩm rượu

etylic, CO; và một số sản phẩm có trong bỉa thành phẩm nhằm định hình hương

và vị của bia

Sau quá trình lên men chính thì từ dịch đường houblon hóa đã được chuyển thành sản phẩm bia non, do tác động của tế bào nấm men Tuy lượng chất hòa tan trong bia non là thấp hơn so với dịch đường trước khi lên men nhưng trong thành phần bia non là một hỗn hợp chất hòa tan, đảm nhận việc tạo hương

vị đặc trưng của bia thành phẩm sau này Ngoài hai sản phẩm chính là rượu etylic

và khí CO;, trong quá trình lên men chính còn tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai Những sản phẩm này có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia

- Lượng glixerin: có trong bia từ 2 — 3g/1 được hình thành khi phân giải

đường C¿H;;O¿, sự có mặt của glixerin trong bia sé lam cho bia có vị mềm hơn, tăng độ đậm đà của sản phẩm va tăng khả năng giữ CO)

- Este: là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men chính Nó được hình thành là kết quả của sự phản ứng giữa axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau Tổng lượng este trong bia dao động vào khoảng 30 — 80mg/1 Este

có ý nghĩa rất quan trọng trong việc hình thành hương thơm dịu của bia

- Andehit: là cấu tử được hình thành từ sự thay đổi chất ở nấm men

hoặc có thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu Lượng andehit làm tăng thêm hương cho bia

- Diaxetyl: được tạo thành do quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men, một chất lỏng màu vàng có khả năng kích thích rất mạnh lên hệ thần kinh con người gây đau đầu cho người uống Giai đoạn đầu của lên men chính điaxetyl được tạo nên tương đối nhiều, nhưng quá trình lên men phụ và tàng trữ điaxetyl

giảm đi rõ rệt, lượng diaxetyl quy định phải nhỏ hơn 0,2 mgil, đây là cấu tử có

ảnh hưởng xấu tới chất lượng của bia

- Axit hữu cơ: hàm lượng trung bình của chúng trong bia khoảng 150 —

200 mg chúng được tạo thành do sự trao đổi chất của nấm men, vi khuẩn

lactic Một số axit hữu cơ thường có trong bia như axit axetic, axit photphoric

các axit hữu cơ này rất có giá trị trong việc hình thành chất lượng của bia

- Rượu bậc cao: thông thường hàm lượng rượu bậc cao có trong bia

khoảng 50 — 60mg/1 và khi t6n tai trong bia sé lam cho bia có hương, vị hơi khó chịu Các loại rượu bậc cao đều gây ảnh hưởng xấu tới tính chất cảm giác của bia

2.2.3.2 Lén men phu

Dich sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính được chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương và vị đặc trưng) Quá trình

lên men này diễn ra chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể, bia được lang trong và bão hòa CO¿ Thời gian lên men từ 14 - 21 ngày hoặc hơn tùy từng

loại bia

phụ Trong thời gian lên men phụ, nấm men trong bỉa non tiếp tục lên men lượng đường còn lại để tạo thành CO; và các sản phẩm khác Đồng thời trong lúc này lượng diaxetyl tạo thành ở giai đoạn lên men chính được chính nấm men khử

và chuyển thành axeton, các chất hữu cơ tác dụng với rượu để tạo thành các esfe,

tức là ở đây xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phẩm và tính chất cảm

quan của sản phẩm Qúa trình lên men phụ là quá trình quan trọng để ổn định

thành phần chất lượng của bia (tạo hương vị, tạo bọt và giữ bọt cho bia) là quá trình khử rượu bậc cao, điaxetyl và andehit đến mức độ cho phép làm cho bia thơm hơn đồng thời nhiệt độ và áp suất thấp, bọt bia được tạo ra ở dạng liên

kết bền vững, lâu tan va min

* Sơ đồ lên men:

Dịch nha ở thùng lắng xoáy

Dich nha lanh Oxy nam men

Bồn lên men

|

Lên men chính

\

Lên men phụ

Hạ lạnh

Vv

Y >

Bia chua loc

2.2.4 Lọc bia và bão hòa CO;

* Lọc bia

Không đạt

Thu hồi men ———> tải bỏ

+ Táisửdụng Đạt yêu cầu

Sau khi lên men bia được lọc để đạt được độ trong theo yéu cau Loc bia

được tiến hành bằng thiết bị lọc ống Việc lọc bia luôn thực hiện với sự duy trì nhiệt độ lạnh cho bia trước và sau khi lọc khoảng 1 đến -1° C

+ So do loc: Bia chưa lọc

\

Máy lọc ống

Ỷ

Các chất ổn định bia

Bồn bia trong

* Bão hòa CO;:

Khí CO; trong bia là nhờ quá trình lên men rượu Nếm men chuyển hóa

đường thành rượu etylic và CO; hòa tan trong bia, tuy nhiên do các công đoạn sau lên men (nhất là khâu lọc bia) CO; bị thất thoát khá nhiều Vì vậy phải tiến hành nạp đủ CO; cần thiết cho bia, việc nạp được tiến hành bằng cách sục CO; từ dưới lên nhằm tăng lượng CO; hòa tan trong bia đảm bảo chất lượng của bia

thành phẩm trước khi đóng chai

3 NHU CẤU NGUYÊN LIEU CHO MOT ME NAU CUA CONG TY

3.1 Nhém nguyén liéu chinh

3.1.1 Malt

Malt: la nguyén liéu chinh dé san xuat bia (chiém 70%)

+ Thành phần hóa học của malt đại mạch:

- Tinh bột: 55 — 65% tổng hàm lượng chất khô

- Protein: 8 - 12% tổng hàm lượng chat khô

- Chất béo: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khô

- Chất khoáng: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khô

- Pentozan: 8 - 9% tổng hàm lượng chất khô

- Xenluloza: 4— 5% tổng hàm lượng chất khô