Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất Malt đại mạch là nguyên liệu cho sản xuất bia

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất Malt đại mạch là nguyên liệu cho sản xuất bia Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất Malt đại mạch là nguyên liệu cho sản xuất bia Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất Malt đại mạch là nguyên liệu cho sản xuất bia luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

-* -

Luận văn thạc sĩ khoa học

Ngành : công nghệ thực phẩm

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất malt đại

mạch, là nguyên liệu cho sản xuất bia

Trần Vân Hà

Hà Nội 2006

Mục lục

1.1 Tình hình sản xuất Malt trong nước và trên thế giới 3

1.2.3.4 Các hợp chất không chứa nitơ 12

1.3.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ươm mầm: 26

1.3.4.1 Mục đích của quá trình sấy malt tươi: 30

1.3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy: 31

2.2.1.4 Xác định độ hòa tan của malt 39

2.2.1.5 Xác định năng lực đường hóa của malt đại mạch 40

2.2.1.6 Xác định hàm lượng Nitơ tổng của malt bằng phương pháp Kjeldahl 42 2.2.1.7 Xác định hàm lượng Nitơ hòa tan của malt bằng phương pháp

2.2.4.1 Sấy theo quy trình của Baudin 50

2.2.4.2 Sấy theo quy trình của Metcalfe 50

3.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm hạt. 51

3.5 So sánh chất lượng malt nghiên cứu với một số loại malt nhập ngoại

Lêi cam §oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña t«i, c¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ nªu trong lu©n v¨n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

T«i xin hoµn toµn chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ nh÷ng sè liÖu trong b¶n luËn v¨n nµy

Hµ Néi, th¸ng 11 n¨m 2006

T¸c gi¶

TrÇn V©n Hµ

Lời cảm ơn

Trong thời gian nghiên cứu tôi đã nhận được sự giúp đỡ từ nhiều phía

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy, cô trong Bộ môn Công nghệ các sản phẩm lên men đã có những ý kiến góp ý để tôi có thể hoàn thành tốt bài luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ quản lí phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ các sản phẩm lên men đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực hiện các thí nghiệm trong suốt quá trình nghiên cứu

Nhân dịp này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ông Kiều Văn Hải Giám

đốc Công ty tư vấn thiết kế Polytech – người đã cung cấp tài liệu và nguyên vật liệu cho tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, đồng nghiệp,bạn bè – những người đã

động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều

Cuối cùng, tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thanh Hằng – người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành bài luận văn này

Hà Nội, tháng 11 năm 2006

Trần Vân Hà

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia Trong malt chứa một hệ enzym thuỷ phân rất phong phú Hệ enzym này sẽ là động lực chủ yếu để phân cắt các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp chủ yếu là đường đơn giản, dextrin bậc thấp, axit amin, albumoza, pepton và nhiều chất khác hòa tan bền vững vào nước để trở thành chất chiết của dịch đường Thành phần và tính chất của malt là những yếu tố quyết định vị, hương, màu sắc, khả năng tạo bọt và độ bền của bia Mặt khác chất lượng của malt lại được xác định bởi thành phần, chất lượng của nguyên liệu đại mạch ban đầu và những giải pháp công nghệ và thiết bị sản xuất ra malt

“ Malt là linh hồn của bia” điều đó đã trở thành phương ngôn của người làm bia Chỉ có malt tốt mới cho dịch đường chất lượng cao và một sản phẩm bia với tất cả các đặc tính hấp dẫn đạt các chỉ tiêu về hóa lý, cảm quan và đảm bảo tính ổn định về mặt sinh học

Do chưa chủ động được nguyên liệu cho sản xuất bia, malt phải nhập khẩu và giá malt trên thị trường luôn biến động nên các cơ sở sản xuất thường

bị động trong sản xuất kinh doanh Hiện tại giá malt trên thị trường đang ở mức khá cao Việc sản xuất malt đại mạch cho phép từng bước chủ động được nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất bia ở Việt Nam, tạo được sản phẩm có tính cạnh tranh cao và góp phần đáng kể vào việc thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Vì vậy nhiệm vụ của luận văn này là: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất malt đại mạch, l à nguyên liệu cho sản xuất bia” nhằm tạo ra malt có chất lượng tốt đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu cho

sản xuất bia, thay thế được malt nhập ngoại

Phần 1: tổng quan tài liệu 1.1 Tình hình sản xuất Malt trong nước và trên thế giới

Malt là nguyên liệu chính để sản xuất bia - đồ uống được nhiều người ưa thích, vì vậy ngành công nghiệp sản xuất malt đã được phát triển từ rất lâu đời trên thế giới Ngành công nghiệp sản xuất malt thường được phát triển và đi

đôi với ngành công nghiệp sản xuất bia Hiện nay, malt được sản xuất ở các nước để phục vụ cho nhu cầu sản xuất bia trong nước cũng như xuất khẩu sang các nước khác Khu vực Châu Âu, Bắc Mĩ, Trung Quốc và úc là những nơi sản xuất Malt nhiều nhất trên thế giới

Trên thế giới hàng năm có khoảng 25 triệu tấn hạt đại mạch được sử dụng

để sản xuất Malt tạo ra khoảng 180 tỉ lít bia

Theo như số liệu thống kê năm 2004 cho thấy toàn thế giới sản xuất được khoảng 18 triệu tấn Malt các loại, trong đó sản lượng cụ thể ở các nước được thể hiện ở bảng 1.1[5]

Bảng 1.1 Sản lượng Malt các nước trên thế giới năm 2004

Tên nước Đức Anh Pháp Bỉ Séc EU

khác TQ Mĩ Canada úc

Các nước khác Sản lượng

(triệu tấn) 2.0 1.6 1.5 0.7 0.5 2.1 3.1 2.0 1.1 0.7 2.7

Tỉ lệ(%) 11 9 8 4 3 12 17 11 6 4 15 Lượng Malt giao dịch trên thế giới năm 2004 đạt khoảng 4,5 triệu tấn Những nước xuất khẩu nhiều nhất là Pháp (chiếm 15%), úc (13%), Đức (11%), Canada (11%), Mĩ (11%)… Những nước nhập khẩu nhiều nhất là Brazin ( chiếm 14%), Nga (14%), Nhật (12%)…trong đó Việt Nam cũng nhập khẩu một lượng khá lớn chiếm tới 4% tức là khoảng 180 nghìn tấn

ở Việt Nam, do chưa tự túc được vấn đề nguyên liệu nên ngành công nghiệp sản xuất Malt vẫn còn khá là mới mẻ và đang trong giai đoạn phát triển Hiện nay, Việt Nam mới chỉ có duy nhất một nhà máy sản xuất Malt thuộc Công ty TNHH ĐƯờNG Man (Từ Sơn – Bắc Ninh) mới hoạt động

được trong khoảng vài năm trở lại đây Nhà máy nhập khẩu nguyên liệu hạt

đại mạch từ nước ngoài (chủ yếu là ở Canada) và thực hiện các quy trình chế biến để sản xuất Malt cung cấp cho các nhà máy sản xuất bia trong nước Tuy nhiên do nhu cầu của thị trường Malt đại mạch là rất lớn nên nhà máy vẫn không thể đáp ứng được hoàn toàn Do vậy mà hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu một số lượng lớn Malt từ các hãng có uy tín của nước ngoài

1.2 Nguyên liệu đại mạch trong sản xuất malt

Đại mạch là nguyên liệu chính dùng để sản xuất malt và từ đó dùng để chế biến Đại mạch cung cấp tinh bột cần thiết cho sản xuất bia Tinh bột trong quá trình đường hóa được chuyển thành chất chiết có khả năng lên men

được Giống đại mạch, điều kiện canh tác, khí hậu là những yếu tố ảnh huởng

đến chất lượng đại mạch

1.2.1 Các loại đại mạch

Đại mạch được chia thành hai nhóm và nhiều loại khác nhau nhưng không phải loại đại mạch nào cũng phù hợp với việc sản xuất malt

Theo mùa gieo trồng đại mạch được chia thành hai nhóm:

- Đại mạch mùa đông: gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè

- Đại mạch mùa xuân: gieo hạt mùa xuân, thu hoạch mùa thu

Cả hai nhóm đại mạch này được chia thành các loại đại mạch khác nhau phụ thuộc vào số hoa biến thành hạt chắc trên gié Chu kỳ sinh trưởng của đại mạch thông thường là 100 - 120 ngày Kết thúc quá trình, cây sẽ trổ hoa và kết hạt Hoa đại mạch nằm ở phần trên cùng của cây và kết bông Mỗi một bông bao gồm 2 bộ phận: trục và gié bông Gié của bông đại mạch thực chất là cuống hạt, được đính trực tiếp vào trục bông Tại mỗi mắt của trục bông có ba

gié, trên mỗi gié có một hoa Số hoa biến thành hạt chắc trên gié quyết định hình dáng của bông đại mạch Thông thường thì số đó là một hoặc ba Nếu một hoa biến thành hạt (còn hai hoa kia bị điếc) thì bông đại mạch sẽ có hai hàng hạt - đại mạch hai hàng Nếu 3 hoa biến thành hạt thì bông đại mạch có sáu hàng gọi là đại mạch sáu hàng[9]

đồng đều và hàm lượng dịch chiết thu được tương đối cao Nó phát triển tốt khi gieo trồng vào mùa xuân và cho những tính chất phù hợp cho sản xuất malt và bia

1.2.1.2 Đại mạch đa hàng

Đại mạch đa hàng được dùng chủ yếu làm thức ăn cho gia súc và gia

cầm Tuy nhiên ở một số nước vẫn dùng đại mạch này để làm bia

Đại mạch đa hàng đuợc chia thành hai nhóm: đại mạch sáu hàng và đại mạch bốn hàng Đại mạch bốn hàng có thể dùng để sản xuất bia, một số chủng nổi tiếng như N01241, N01337

Đại mạch sáu hàng thường có vỏ dày nên hàm lượng chất chiết thu đuợc thấp, hàm lượng chất đắng và chất chát cao

1.2.2 Cấu tạo và tính chất của hạt đại mạch

Hạt của đại mạch bao gồm 3 bộ phận chính: Vỏ, nội nhũ, phôi[1]

1.2.2.1 Vỏ

Hầu hết hạt các loại đại mạch được bao bọc bên ngoài bằng lớp vỏ trấu, hạt của một số rất ít loại đại mạch không có lớp vỏ này Những loại đại mạch

đó không được dùng trong công nghiệp sản xuất bia

ở đại mạch hai hàng, vỏ trấu của hạt khá mỏng và mềm mại còn ở đại mạch đa hàng thì vỏ trấu dày và thô hơn

Thành phần hóa học của vỏ trấu chủ yếu là xenluloza kết chặt lại nhờ chất khoáng và linhin Dưới lớp vỏ trấu là lớp vỏ quả được cấu tạo từ ba lớp tế bào – cứ một lớp xếp ngang thì tiếp đến một lớp xếp dọc Với cấu trúc như vậy lớp vỏ quả sẽ rất dai và bền vững Dưới lớp vỏ quả là lớp vỏ hạt bao gồm hai lớp tế bào Tế bào của lớp ngoài có thành rất dày và lớp trong thì trong suốt Lớp vỏ hạt có vai trò như một màng bán thấm: chỉ cho nước thấm vào bên trong hạt đồng thời giữ các chất hòa tan trong hạt không cho thấm ra ngoài Vỏ trấu là cấu tử chiếm nhiều nhất trọng lượng của vỏ Đại mạch hai hàng có chất lượng cao, lượng vỏ trấu chiếm 7-8% trọng lượng chất khô của hạt, còn ở đại mạch đa hàng chiếm đến 11% Trọng lượng của vỏ chiếm tới 10,5-13% trọng lượng của hạt

Vỏ hạt chiếm một tỷ lệ khá lớn nhưng không có giá trị dinh dưỡng Đối với công nghệ sản xuất bia vỏ hạt gây ảnh hưởng hai mặt: Mặt bất lợi vì trong

vỏ có rất nhiều chất màu, chất đắng và chất chát Nên những chất này hòa tan vào dịch đường sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm Mặt lợi của lớp vỏ là nó

đóng vai trò xây dựng màng lọc trong quá trình tách bã khỏi khối cháo

1.2.2.2 Nội nhũ

Nội nhũ là chiếm phần lớn, đồng thời là phần giá trị nhất của hạt Ngoài cùng của nội nhũ, tiếp giáp với lớp vỏ hạt là lớp alơron rất giàu protein, chất béo, đường, xenluloza, pentoza, vitamin và chất tro

Dưới lớp alơron mới đến phần nội nhũ của hạt Cấu trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein, xenluloza, chất béo, tro và đường Nội nhũ chiếm phần lớn trọng lượng của

hạt Hầu hết chất dinh dưỡng tập trung tại đây, là nguồn cung cấp chủ yếu chất hòa tan cho dịch đường

1.2.2.3 Phôi

Phôi là phần sống của hạt Trọng lượng của phôi chỉ chiếm khoảng 2,5-

5% so với trọng lượng của hạt Vai trò của phôi có tầm quan trọng đặc biệt không những đối với sự sống của cây mà cả trong công nghiệp sản xuất bia Quá trình chế biến hạt đại mạch để trở thành hạt malt, được đặt nền tảng trên

sự nảy mầm của hạt, tức là sự phát triển của phôi Phôi nằm ở phía dưới, gần

đế của hạt, bao gồm phôi lá, phôi rễ và phôi thân Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ là ngù Ngù là một màng bán thấm, nó chỉ cho phép các chất hòa tan từ nội nhũ thấm qua để chuyển về phôi và nước từ phía phôi đi về nội nhũ

Phôi chiếm tỷ lệ không đáng kể so với trọng lượng của hạt Mặt khác trong quá trình chế biến các thành phần trong phôi hòa tan rất ít vào dịch

đường Như vậy đối với công nghệ sản xuất bia giá trị dinh dưỡng của phôi hầu như không đáng kể mà vai trò to lớn của nó là ở chỗ: đây là trạm hoạt hóa

và là nhà máy sản xuất enzym, mà nếu thiếu nó coi như quá trình sản xuất malt là sụp đổ

1.2.3 Thành phần hóa học của đại mạch

Thành phần hóa học của đại mạch rất phức tạp Nó phụ thuộc vào giống

đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản Các chỉ số về thành phần hóa học là nhân tố quyết định thành phần của đại mạch để xem xét các loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt và bia không Đối với công nghệ sản xuất bia, những thành phần sau đây có ý nghĩa quan trọng hơn cả

1.2.3.1 Nước (Thủy phần)

Thủy phần của hạt đại mạch có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển

và bảo quản hạt Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô

Thủy phần cao quá mức cho phép sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Đặc biệt nguy hiểm là các loại vi khuẩn hoại sinh, gây thối rữa cho hạt Hàm ẩm tối đa cho phép khi đưa đại mạch vào bảo quản là 13%

1.2.3.2 Các chất gluxit

Tinh bột

Tinh bột là cấu tử chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như về ý nghĩa đối với công nghệ sản xuất bia Hơn một nửa khối lượng chất khô của

đại mạch là tinh bột Trong một số trường hợp, nếu đại mạch là chủng giống

có chất lượng cao thì con số đó có thể lên tới 70%

Đối với công nghệ sản xuất malt và bia, tinh bột có hai chức năng: chức năng thứ nhất là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và chức năng thứ hai là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men

Tinh bột được phân bố chủ yếu ở nội nhũ và một phần rất ít ở phôi Chúng tồn tại dưới dạng những khối lập thể, có kích thước khá bé, ta quen gọi

là “hạt tinh bột”

Hạt tinh bột của đại mạch có hai kích cỡ: hạt to và hạt bé, còn lại loại hạt trung bình thì rất ít khi gặp trong tự nhiên Đối với loại hạt kích thước to, chúng thường có dạng hình cầu hay hình ô van, đường kính khoảng 20 - 30àm, còn hạt bé có dạng hình cầu hay hình que kích thước khoảng 2 - 10àm

Tinh bột không tan trong nước lạnh và các dung môi hữu cơ trung tính Khi tiếp xúc với nước thì tinh bột sẽ hút nước và trương nở ở nhiệt độ cao, nếu lượng nước không tương ứng với lượng tinh bột thì thể tích trương nở của tinh bột sẽ tăng lên rất nhiều lần (60 – 100 lần) so với bình thường và độ nhớt của nó cũng tăng lên rất mạnh Nhiệt độ mà tại đó, hệ số trương nở và độ nhớt của dịch tinh bột đạt giá trị lớn nhất gọi là điểm hồ hóa Đối với đại mạch

điểm hồ hóa của chúng là 800C

Tính chất hồ hóa của tinh bột có ý nghĩa rất lớn trong công nghệ sản xuất bia: tinh bột đã được hồ hóa sẽ đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn

Tinh bột bao gồm hai polysaccharid hợp thành: amyloza và amylopectin Khối lượng của amyloza chiếm khoảng 17 – 24%, còn của

amylopectin chiếm từ 76 – 83% Hai cấu tử này của tinh bột khác nhau về cấu tạo phân tử, tính chất lý học và tính chất hóa học

Chuỗi phân tử của amyloza bao gồm từ 60 – 600 gốc đường glucoza, liên kết với nhau qua cầu oxy-α-1,4 và tạo thành mạch thẳng: phía đầu mạch gọi là cực kín, còn đầu kia gọi là cực aldehid Mạch amyloza được xoắn theo vòng và có cấu trúc không gian giống như một chiếc lò xo Khi tiếp xúc với dung dịch iod thì chúng bị hấp thụ vào khoảng không của chiếc “lò xo” này và tạo thành phức chất phản quang màu xanh Khi cấu trúc lò xo bị phá vỡ thì tính chất này cũng không còn

Amyloza có dạng tinh thể Phân tử lượng của chúng khoảng 10.000 – 100.000 đơn vị Dễ hòa tan trong nước nóng để tạo thành dung dịch không bền vững với độ nhớt khá thấp

Dưới sự xúc tác của enzim amilaza, mạch amyloza sẽ bị phân cắt thành các đường đơn giản maltoza và glucoza

Phân tử amylopectin được tạo nên bởi khoảng 2.000 gốc đường glucoza, xếp thành một trục chính, trên đó có nhiều mạch nhánh Tại những điểm phân nhánh, các gốc đường glucoza liên kết với nhau qua cầu oxy-α-1,6 glucozid, còn lại tất cả các điểm khác mối liên kết là α-1,4 glucozid

Trong môi trường giàu nước, tinh bột bị thủy phân bởi hệ enzim amilaza

để tạo thành dextrin, đường maltoza, một ít lượng glucoza và một số oligosaccharid như maltotrioza, maltotetraoza…Các oligosaccharid này cùng với một ít dextrin thấp phân tử hòa tan bền vững vào nước để trở thành chất hòa tan của dịch đường trước lúc lên men

Sự thủy phân tinh bột bởi enzim amylaza đóng một vai trò hết sức to lớn trong công nghệ sản xuất malt và bia, vì đây là phản ứng có tính chất nền tảng

để xây dựng nên cơ sở lý thuyết của quá trình ngâm, ươm mầm, sấy malt và

đường hóa nguyên liệu

Xelluloza không tan trong nước, hầu như không thay đổi về thành phần

và cấu trúc trong suốt tiến trình công nghệ sản xuất bia Xelluloza đóng vai trò

đặc biệt quan trọng trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng

Hemixelluloza

Là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào, hemixelluloza là một phức

hệ bao gồm pentozan, hexozan và axit uronic Dưới tác dụng xúc tác của nhóm enzim sitaza, hemixelluloza bị thủy phân thành hexoza (galactoza và

manoza) và pentoza (arabinoza và xiloza) Những đường hexoza hòa tan bền vững vào dịch đường và tạo thành chất chiết, là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho nấm men

Các hợp chất pectin và các chất dạng keo

Nói là dạng keo vì khi chúng hòa tan vào trong nước nóng thì tạo thành dung dịch có độ nhớt rất cao Vì có bản chất là hydatcacbon cho nên khi bị thủy phân sẽ cho ta sản phẩm là các đường đơn galactoza và xiloza

Các hợp chất pectin phân bố ở thành tế bào để tạo ra màng trung gian Trong các hợp chất pectin chiếm nhiều nhất về khối lượng phải kể đến protopectin

Sự tồn tại của các hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dịch

đường mang tính chất hai mặt Mặt tiêu cức là làm cho dịch có độ nhớt cao,

khó lọc còn mặt tích cực là tạo cho bia có vị đạm đà và làm tăng khả năng tạo

và giữ bọt của sản phẩm

1.2.3.3 Các hợp chất chứa nitơ

Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong hạt đại mạch chiếm khoảng 9 – 11% so với lượng chất khô của hạt Tuy chiếm tỷ lệ thấp nhưng vai trò của chúng đối với công nghệ sản xuất malt và bia thì lại rất quan trọng vì ở chừng mực nào đó chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử – chúng được gọi là protit, còn một phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng thấp phân tử dễ hoà tan, có các tính chất khác với nhóm cao phân tử

Protit

Là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem lô hạt đó có

đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt hay không Hàm lượng protit tốt nhất cho sản xuất malt là từ 9 – 12% Khu vực phân bố của protit trong hạt là lớp alơron

và phôi, một phần rất nhỏ ở lớp tế bào bao quanh nội nhũ

Sự thủy phân protit là một trong những quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất malt và bia Các pha sản phẩm của quá trình thủy phân này đều đóng vai trò nhất định trong tiến trình công nghệ Đặc biệt quan trọng

là sản phẩm tạo thành do quá trình tương tác giữa các sản phẩm thủy phân của các hợp phần trong nội nhũ

Các hợp chất chứa nitơ phi protit

Các đại diện tiêu biểu của nhóm này là: albumoza, pepton, peptid, polypeptid và axit amin

Albumoza và pepton có vai trò rất lớn trong việc tạo và giữ bọt, đồng

thời làm tăng thêm vị đậm đà của bia Mặt trái của hai hợp chất này là ở hàm lượng cao chúng sẽ làm giảm độ bền keo của bia vì chính chúng là tác nhân gây đục

Peptid là hỗn hợp nhiều hợp chất mà phân tử của chúng được tạo thành

từ các gốc axit amin nhưng số lượng ít hơn rất nhiều so với albumoza và pepton Chúng dễ dàng hòa tan vào dịch đường để tạo thành dung dịch bền vững và tồn tại trong bia như là một trong những thành phần dinh dưỡng

Axit amin tự do tồn tại trong hạt đại mạch với một số lượng không

nhiều: chỉ chiếm khoảng 0,1% so với lượng chất khô của hạt Tuy chiếm một

tỷ lệ rất nhỏ nhưng vai trò của axit amin trong công nghệ sản xuất bia lại rất lớn: là nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, là tác nhân chính tạo thành melanoid, tham gia tạo bọt và tồn tại trong bia như một hợp phần dinh dưỡng quan trọng.

1.2.3.4 Các hợp chất không chứa nitơ

Trong nhóm này bao gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ không chứa nitơ

và khi được chiết ly bằng nước thì chúng hòa tan thành dung dịch Các đại diên tiêu biểu trong nhóm này là: polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng

Polyphenol và chất đắng

Polyphenol trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ Phần lớn những hợp chất hòa tan được và tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất của catechin, tức là chúng thuộc nhóm flavonoid Những hợp chất thuộc nhóm này

có một tính chất rất có lợi cho công nghệ sản xuất bia là dễ dàng hết hợp với protit cao phân tử để tạo thành phức chất dễ dàng kết hợp với protit bền keo của sản phẩm Mặt khác sự hòa tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân

tố làm xấu đi hương và vị của bia

Chất chát và chất đắng trong đại mạch thuộc nhóm lipoid, là nguyên nhân gây ra vị đắng khó chịu cho bia

Vitamin

Đại mạch chứa các loại vitamin B1, B2, B6, PP2; tiền vitamin A, E, axit pantotenic, biotin, axit pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác Tuy hàm

lượng rất ít nhưng hệ vitamin trong đại mạch đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt vì chúng là nhân tố điều hòa sinh trưởng của mầm

Chất khoáng

đem phân tích thành phần tro của đại mạch, thu nhận được kết quả như sau (tính theo % trọng lượng tro ) : P2O5 :35 ; SiO2 :26 ; K2O :21 ;MgO :9 CaO :2,8 ; Na2O :2,4 ; SO3-2 :9; Fe2O3 – 1,5 : Cl – 1

Các chất khoáng của đại mạch đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia Đặc biệt có ý nghĩa là nguyên tố photpho, vì nó đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường

Chất béo và lipoid

Hàm lượng chất béo và lipoid trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2,5 – 3% lượng chất khô của hạt Chúng tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron chúng là những dầu béo màu vàng – cà phê nhạt, có mùi thơm rất nhẹ, dễ chịu Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo trong đại mạch là este của glyxerin với các axit béo bậc cao

ở giai đoạn ươm mầm, một số phần chất béo và lipoid bị thủy phân bởi enzim lipaza Một số sản phẩm thủy phân được chuyển đến phôi để nuôi cây non, số còn lại hoặc tồn tại trong dịch đường, hoặc bị thải ra ngoài theo bã malt

Chất béo và lipoid tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của sản phẩm

1.2.3.5 Pherment (enzym )

Enzym là những tập hợp chất hữu cơ, có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất phức tạp và giữ một vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia

ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzym rất cao Đến giai đoạn hạt chín, hoạt lực của chúng giảm một cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩn 13% thì hầu hết enzym trong hạt trở thành trạng thái liên kết

Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 43 – 44% thì hệ enzym được

giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự do Đến giai

đoạn ươm mầm hoạt lực của các enzym đạt đến mức tối đa, nhờ đó mà đến lúc

đường hóa chúng có khả năng thủy phân gần như hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt Các sản phẩm thủy phân được hỏa tan vào nước

và trở thành chất chiết của dịch đường

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

- Diastaza: phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin

Đây là nhóm enzim quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm hai enzym : α - amylaza và β - amylaza

Enzym α - amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin Nhờ

quá trình phân cắt này, độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kĩ thuật sản xuất bia, quá trình này được gọi là quá trình dịch hóa Trong đại mạch khô, không chứa α - amylaza hoạt tính Chúng chỉ được hoạt hóa ở giai đoạn ngâm và ươm mầm Là enzym chịu nhiệt nhưng α- amylaza lại kém chịu chua Nhiệt độ tối ưu của nó là 70 o c còn độ pH là 5,7

Enzym β - amylaza tác động trực tiếp nên mạch amyloza, mạch nhánh

và hai đầu mạch chính của amyloppectin Sản phẩm của quá trình phân cắt

này là đường maltoza và dextrin Nhiệt độ thích hợp cho enzym này hoạt động

là 63o C còn pH là 4,7

- Sitaza: bao gồm hai enzym: sitoclactaza và sitolitaza Enzym đầu thủy

phân hemixelluloza thành các sản phẩm trung gian, còn enzym sau thủy phân

các sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza Nhờ

có quá trình phân cắt này, thành tế bào mới bị phá hủy, tạo điều kiện thuận lợi

cho các enzym khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực Cũng do thành tế bào

bị phá vỡ mà đến lúc sấy thì hạt trở thành xốp Trong kỹ thuật sản xuất malt,

hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nhuyễn của bán thành phẩm

- Hexozidaza: là nhóm enzym tham gia phân cắt các loại đường kép và

đường bội ba thành các đường đơn Có ý nghĩa hơn cả trong sản xuất bia là

các enzym maltaza α - glucozidaza và saccharaza ( β - fructozidaza )

proteaza

Các enzym ở nhóm này thủy phân protein thành các sản phẩm trung

gian và sau đó một số trong các hợp chất này tiếp tục bị phân cắt đến sản

phẩm cuối cùng là axit amin và amoniac NH3

- Proteinaza: Nhóm enzym này thủy phân protein thành albumoza và

pepton Sau đó chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptid và polypeptid

Proteinaza được phân bố chủ yếu ở lớp aloron và ở phôi Trong đại

mạch chín chúng nằm ở trạng thái liên kết ở giai đoạn ngâm hạt và ươm

- peptidaza: bao gồm hai enzym : dipeptidaza và polypeptidaza Chúng tác động lên phân tử của dipeptid và polypeptid để phân cắt chúng thành axit amin Hoạt lực của nhóm enzym này trong đại mạch khô là không đáng kể

Đến giai đoạn ngâm và ươm mầm, chúng tăng lên 2 – 3 lần

Peptidaza hoạt đông mạnh nhất ở pH= 7,5 và nhiệt độ 50 -520C Nếu hạ

pH xuống dưới 5, nhóm enzym này trở thành vô hoạt

- amidaza: Chức năng chính của enzym amidaza là cắt nhóm amin khỏi axit amin để tạo thành axit hữu cơ và giải phóng NH3 Chúng cũng có thể phá

vỡ mối liên kết peptid ( - CO – NH - ) của các amid để phá hủy chúng

Esteraza

Nhóm enzym này phân cắt mối liên kết este các hợp chất hưu cơ khác nhau, hoặc giữa các hợp chất hưu cơ và vô cơ Nhóm này được chia thành hai nhóm nhỏ : lipaza va phosphataza

- Lipaza: Chúng phá vỡ liên kết este giưa rượu đơn chức hoặc đa chức với các axit béo bậc cao Enzym này được phân bố chủ yếu ở phôi và lớp aloron Trong quá trình ươm mầm, hoạt lực của chúng tăng rất nhanh nhưng

đến giai đoạn sấy malt thì chúng bị phá hủy Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của lipaza này là 350C, còn pH là 5

- Amilophosphataza: Enzym này tham gia hỗ trợ quá trình thủy phân tinh bột Chúng cắt mối liên kết este của axit photphoric trong phân tử amilopectin Nhờ có quá trình này, tinh bột được hồ hóa một cách dễ dàng hơn Nhiệt độ tối ưu cho enzym này là 700C, còn pH là 5,6

- Fitaza: Enzym này phá vỡ mối liên kết este giữa axit photphoric với inozit, tức là chúng tham gia thủy phân fitin Qúa trình này đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, vì H3PO4 được giải phóng sẽ làm tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường

Decmolaza ( enzim oxy hóa – khử )

Nhóm enzym decmolaza xúc tác phản ứng oxy hóa – khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit (thực chất là quá trình lên men rượu), nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của tế bào Nhóm enzym này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hóa và phát triển của phôi

ở giai đoạn ươm mầm

Đại diện tiêu biểu trong nhóm enzym này là dehydraza, oxydaza và catalaza

1.2.4 Tình hình trồng đại mạch trên thế giới và Việt Nam

đại mạch được trồng nhiều nhất trên thế giới là ở trung âu, chủ yếu là

đại mạch 2 hàng mùa xuân, loại đại mạch này có những đặc tính quan trọng phù hợp cho sản xuất malt và bia Loại đại mạch đầu tiên là ALEXIS của Đức, loại này được trồng hầu như ở các nước Châu âu Những loại có chất lượng tốt khác như BLENHEIM (GB) DERKADO (D), PRISA (NL), VOLGA (F), KRONA (D), MARESI (D), MARINKA (D) Một số loại đại mạch có chất lượng cao của nước Cộng Hòa Séc như RUBIN, ORBIT, KRYSTAL… Tuy nhiên các loại đại mạch đa hàng mùa đông cũng được các nhà nghiên cứu quan tâm phát triển chủng loại để cho chất lượng tốt, ví dụ như đại mạch Plaisant (F) 6 hàng có chất lượng tương tự như đại mạch 2 hàng mùa xuân[4]

ở Châu âu đại mạch dùng để sản xuất bia đều được trồng ở tất cả các nước và tối thiểu cũng đã cung cấp cho công nghiệp sản xuất bia của nước đó Tuy nhiên do có sự khác nhau rõ rệt về thời tiết giữa các nước nên chất lượng

đại mạch phục vụ cho sản xuất bia của các nước cũng có sự khác biệt rõ rệt

ở Bắc Mỹ đại mạch được trồng nhiều ở Canada và chủ yếu xuất khẩu

Do đặc điểm địa lý và thời gian sinh trưởng ngắn, đại mạch mùa xuân được trồng ở Alberta (53%), Saskatchewan (35%) và Manitoba (12%) Canada hàng năm bán khoảng 1 triệu tấn đại mạch 2 hàng và 0,4 triệu tấn đại mạch 6 hàng dùng cho sản xuất bia[8] Trong đó đại mạch Metcalfe chiếm sản lượng nhiều nhất trong tổng số các loại đại mạch được trồng ở canada (49%), đại mạch

Baudin được trồng ít sản lượng chỉ chiếm 11% Cả hai loại đại mạch này được chúng tôi sử dụng cho mục đích nghiên cứu của đề tài[9]

ở nước Mỹ có sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ đại mạch cho sản xuất bia Hàng năm xấp xỉ 10 triệu tấn đại mạch được trồng, khoảng 35% trồng ở vùng phía bắc sông Mississipi ở Minnesota và Bắc và Nam Dakota Trong đó khoảng 80% đại mạch dùng cho sản xuất bia (chủ yếu các loại ROBUST, EXCEL, AZURA) ở các bang phía tây nước mỹ (montana, idaho, colorado), chủ yếu trồng đại mạch 2 hàng, chỉ có 30% đại mạch được dùng cho sản xuất bia ở Mỹ đại mạch dùng cho sản xuất bia chủ yếu là đại mạch 6 hàng mùa xuân, các loại đại mạch này có chất lượng tốt tương đương với đại mạch hai hàng

ở Nam bán cầu, vùng trồng đại mạch chủ yếu là Autralia, hàng năm nước này xuất khẩu khoảng 4,8 triệu tấn đại mạch Đại mạch được trồng chủ yếu ở vùng biển phía Tây và Nam Autralia và các vùng cận nhiệt đới sau những dãy núi Những loại đại mạch được trồng nhiều ở đây là GAIRDNER, ARAPILES, FRANKLIN, SCHOONER, STIRLING[4]…

Trung Quốc cũng là một trong những nước có nền công nghiệp sản xuất malt và bia lớn trên thế giới, nhiều chủng giống đại mạch có chất lượng cao

được trồng ở nước này Đại mạch được trồng chủ yếu phục vụ cho nghành sản xuất bia trong nước hơn là xuất khẩu

Như vậy đại mạch trên thế giới được trồng với nhiều chủng loại khác nhau Chất lượng đại mạch phụ thuộc vào điều kiện đất đai khí hậu của từng nước, từng vùng, mùa vụ gieo trồng và giống đại mạch

Sản lượng đại mạch trên thế giới được thể hiện qua hình 1.1[9]

162 154 142

137

133 140 152

Sau một thời gian đã có nhiều công ty sản xuất Malt nước ngoài mong muốn hợp tác liên doanh với Việt Nam để phát triển trồng đại mạch và sản xuất Malt ngay tại Việt Nam Đây là một hướng đi mới có nhiều triển vọng để ngành công nghiệp sản xuất bia giải quyết về vấn đề nguyên liệu

1.3 Công nghệ sản xuất malt từ đại mạch

Malt là một sản phẩm không tồn tại trong thế giới tự nhiên, nó là một sản phẩm nhân tạo cho hạt nảy mầm và sự nảy mầm được dừng lại bằng sấy khô

Mục đích của quá trình chế tạo malt là biến hạt đại mạch thành sản phẩm giàu các enzym xúc tác sinh học, có hương vị thích hợp, và có màu sắc mong muốn cho các loại bia sản xuất sau này

Công nghệ sản xuất malt đại mạch được minh họa ở hình 1.2 trong đó quan trọng nhất là các quá trình[7]:

- Quá trình ngâm hạt

- Quá trình nảy mầm

- Quá trình sấy malt tươi

1.3.1 Tiêu chuẩn của đại mạch dùng trong sản xuất Malt[1]

Đại mạch

Hạt không đủ tiêu chuẩn

Bảo quản

Ngâm, làm sạch

Không khí Nước

1.3.2 Quá trình ngâm hạt[1]

1.3.2.1 Mục đích:

Ngâm đại mạch là quá trình đầu tiên và rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian ươm mầm, hao phí chất khô trong quá trình sản xuất malt và ở mức độ cao hơn là chi phối chất lượng của malt thành phẩm Ngâm

đại mạch nhằm các mục đích sau:

- Loại bỏ những hạt lép, những hạt không chắc như những hạt tiêu chuẩn, các tạp chất, các mẩu gãy vụn, mà trong quá trình làm sạch và phân loại chưa loại bỏ ra hết khỏi khối hạt

- Rửa sạch bụi bẩn và một số vi sinh vật, côn trùng bám trên hạt đồng thời có biện pháp để sát trùng toàn bộ khối hạt bằng cách đưa vào nước ngâm các hóa chất hoặc các chế phẩm cần thiết

- Tạo điều kiện để hạt hút thêm một lượng nước tự do, sao cho tổng hàm

ẩm của hạt đạt 43-45% Chỉ với hàm ẩm cao như vậy, thì quá trình ươm mầm sau này mới đảm bảo được tiến trình bình thường

1.3.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm hạt

ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngâm

Nhiệt độ nước ngâm là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ hút nước của hạt (còn gọi là tốc độ ngâm) Trong một giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ của nước ngâm tăng thì tốc độ hút nước của hạt cũng tăng theo, có nghĩa là thời gian để hạt đạt đến độ ẩm cần thiết sẽ rút ngắn lại Thực nghiệm

đã chứng minh rằng để hạt hút nước đến hàm ẩm 45% nếu ở nhiệt độ nước ngâm là 50C thì thời gian cần thiết là 120h, nếu nhiệt độ 100C thời gian cần thiết là 96h, 15-170C là 72h và 200C chỉ còn 48h

Nếu lấy chất lượng của malt thành phẩm là mục tiêu tối ưu thì nhiệt độ ngâm hạt thích hợp nhất là 10-120C ở nhiệt độ thấp hơn 100C sự phát triển của phôi bị ức chế, còn nếu cao hơn nhiệt độ 150C sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn hoại sinh Ngoài ra, ở nhiệt độ cao tốc độ hút nước của hạt tăng lên, dễ

xẩy ra hiện tượng hạt bị “sũng nước”, phôi bị “ủng” làm mất khả năng nẩy mầm của hạt Nhiệt độ cao còn làm cho cường độ hô hấp của hạt bị mạnh lên rất nhiều kéo theo những quá trình khác xảy ra với tốc độ cao Một quá trình

mà tiến trình của nó diễn ra trên mức bình thường là quá trình mất tính cân đối

và điều hòa, một quá trình như vậy rất ít khi mang lại kết quả tốt đẹp

Độ lớn của hạt

Độ lớn của hạt là yếu tố thứ 2 ảnh hưởng đến tốc độ hút nước và cường

độ hô hấp của hạt Hạt to hút nước chậm hơn hạt bé ở cùng một điều kiện như nhau, hạt có kích thước bề dày lớn hơn 2,8mm hút nước đến độ ẩm cần thiết là 45% cần một thời gian dài hơn so với hạt có bề dày nằm giữa 2,5 và 2,8mm là 15h, còn so với hạt có bề dày nằm giữa 2,2 và 2,5mm thì chậm hơn

25 –30h

Hàm lượng protein của hạt

Hàm lượng protein của hạt là yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến tốc độ hút nước của hạt Nói chung hạt càng chứa nhiều protein thì tốc độ hút nước càng chậm Nguyên nhân của hiện tượng này là protein khó trương nở và khả năng hút nước cũng kém Thiếu sót này của hạt sẽ được khắc phục nếu như khối lượng vỏ trấu của chúng cao

Loại đại mạch

Các loại đại mạch khác nhau thì tốc độ hút nước cũng khác nhau Đối với cùng một loại đại mạch mà được gieo trồng ở điều kiện khí hậu khác nhau cũng ảnh hưởng đến khả năng hút nước của hạt Đối với đại mạch gieo trồng ở vùng khí hậu khô, độ ẩm không khí thấp, lượng mưa thấp và đất đai kém màu

mỡ có khả năng hút nước chậm hơn so với đại mạch được trồng ở khí hậu ôn hòa Khả năng thích ứng với điều kiện sống của thực vật phải liên quan đến cấu trúc vi thể của tế bào Thực vật sống ở vùng khô cằn, kể cả hạt của chúng phải có cấu tạo tế bào phù hợp sao cho khả năng thoát nước là ít nhất, mà quá

trình hút nước và nhả hơi nước là hai quá trình thuận nghịch của tế bào thực vật

Thành phần hóa học của nước ngâm

Nó cũng là một yếu tố khá mạnh ảnh hưởng tới tốc độ hút nước, khả năng hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu của vỏ và cường độ hô hấp của hạt

Các ion kim loại kiềm và kiềm thổ là những cấu tử thường trực trong nước Nếu hàm lượng của chúng cao, sẽ thúc đẩy quá trình ngâm hạt nhanh hơn Chúng hòa tan một lượng đáng kể các hợp chất plyphenol, chất đắng và chất màu ở vỏ hạt vào nước Chính sự hòa tan này là cách tốt nhất “dọn

đường” cho nước thấm qua hạt nhanh hơn

Các ion kim loại nặng ở trong nước có khả năng cản trở sự hút nước của hạt, đặc biệt là ion sắt Với hàm lượng cao, chúng sẽ tạo một màng bao phủ lên hạt Màng bao phủ này cản trở sự xâm nhập của nước vào bên trong và cản trở sự tiếp xúc của oxy, cản trở con đường giải thoát khí cacbonic khi hạt hô hấp Ngoài ra ion sắt còn có thể tham gia vào phản ứng hóa học với các chất màu để tạo thành các phức chất và làm biến màu của hạt

Hàm lượng các muối hòa tan trong nước ngâm hạt, dù ở mức độ ít nhiều chúng đều ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm non sau này Trong các muối hòa tan trong nước, thì muối clorua của canxi, magie và đặc biệt là của natri gây ảnh hưởng mạnh mẽ hơn cả đến các quá trình đó

1.3.2.3 Các phương pháp ngâm

Có nhiều phương pháp ngâm đại mạch Các phương pháp này khác nhau ở thời gian ngâm, thời gian mà hạt được nhúng ướt trong nước, phương pháp thông khí và nhiệt độ của nước ngâm Khi chọn phương pháp ngâm cần đáp ứng các yêu cầu sau đây:

- Thời gian mà hạt hút nước đến hầm ẩm cần thiết là ngắn nhất;

- Chế độ thông khí đầy đủ nhất, hạt nguyên vẹn nhất;

- Trạng thái cơ học và trạng thái sinh lý của hạt tốt nhất bảo đảm cường lực nảy mầm sau này của hạt cao nhất

Ngâm lỳ trong nước:

Đây là phương pháp rất cổ điển, hiện nay ít được dùng phạm vi công nghiệp Nhược điểm của phương pháp này là: không rửa sạch được đại mạch, việc cung cấp oxy không đồng đều trong các lớp hạt, việc giải thoát khí cacbonic tạo thành không triệt để và không bảo đảm vệ sinh, vi sinh vật dễ dàng thâm nhập và gây hỏng hạt

Ngâm hoán vị nước-không khí:

Ưu điểm của phương pháp:

- Thời gian mà hạt hút nước đến hàm ẩm cần thiết được rút ngắn;

- Cung cấp oxy cho khối hạt và giải phóng CO2 ra khỏi khối hạt dễ dàng Tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động sống của hạt

- Thời gian ngập nước của hạt được rút ngắn, nên hạt không bị sũng nước, chất lượng hạt ngâm tốt, tỷ lệ nảy mầm cao

- Hạt được rửa sạch nên khả năng vi sinh vật gây hỏng là rất ít

- Đơn giản, dễ thao tác

Ngâm trong nước ấm:

Nhiệt độ của nước cao trong suốt thời gian ngâm là điều bất lợi, nhưng nếu trần hạt trong nước nóng 350C hoặc thậm chí 500C đến 550C trong thời gian ngắn thì: Tỷ lệ hạt nảy mầm cao Theo phương pháp này thì thời gian

ngâm được rút ngắn, ức chế mốc phát triển nhưng gây hỏng phôi Thời gian ngâm trong nước nóng trong khoảng 5-10 phút

1.3.3 Quá trình ươm mầm

1.3.3.1 Mục đích:

Mục đích lớn nhất của quá trình nảy mầm cũng là mục tiêu chủ yếu của quá trình sản xuất malt Ươm mầm trong công nghệ sản xuất bia nhằm hai mục đích chính sau:

- Chuyển đổi trạng thái của hệ enzym có trong hạt đại mạch từ trạng thái “nghỉ” sang trạng thái “hoạt động”, tích lũy chúng về khối lượng và tăng cường năng lực xúc tác của chúng (tăng hoạt lực, tăng hoạt độ)

- Tạo và duy trì điều kiện thuận lợi để hệ enzym thủy phân sau khi đã

được giải phóng khỏi trạng thái liên kết, đồng thời với việc tăng trưởng về khối lượng và cường lực xúc tác, chúng sẽ phân cắt một lượng đáng kể (khoảng 12% lượng chất khô ) các chất dinh dưỡng cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử, đồng thời chúng phá vỡ thành tế bào làm cho hạt “mềm”

ra, tạo nên nhiều sự biến đổi cơ lý và hóa học trong thành phần của hạt đại mạch Tạo ra những sự biến đổi này chỉ nhằm mục đích cuối cùng: đến giai

đoạn đường hóa nguyên liệu, trong môi trường giàu nước, hạt được nghiền nhỏ, khối lượng enzym nhiều, cường lực hoạt động mạnh, hầu hết các hợp chất dinh dưỡng cao phân tử trong hạt malt bị thủy phân nhanh chóng thành các chất thấp phân tử hòa tan bền vững vào nước và đó chính là dịch đường sẽ

đem đi lên men để tạo ra bia

1.3.3.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ươm mầm:

ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ của khối hạt là một yếu tố gây ảnh hưởng rất mạnh đến tiến trình các quá trình enzym Vì vậy nó đóng vai trò quan trọng bậc nhất, chi phối toàn bộ các quá trình khác trong giai đoạn ươm mầm đại mạch

Sự gia tăng nhiệt độ của khối hạt trong giai đoạn ươm mầm là do lượng nhiệt thải ra từ sự hô hấp của hạt Do sự gia tăng nhiệt độ mà trong một giới hạn nhất định, nó lại là nhân tố thúc đẩy nhanh quá trình hô hấp và các quá trình enzym khác Các quá trình có tính dây chuyền này liên tiếp xẩy ra ở nội nhũ của hạt và đó chính là động lực gia tốc hóa sự phát triển của phôi - rễ và lá mầm phát triển nhanh và hiển nhiên lượng chất khô hao phí cũng lớn Ngoài bất lợi này ra, nhiệt độ ươm mầm cao thì gia tốc của các quá trình enzym cũng lớn, hậu quả đem lại là mức độ thủy phân trong hạt không đồng

đều: có chỗ xẩy ra quá mạnh, có chỗ không thấy dấu vết của enzym Malt thu

được trong trường hợp đó có độ nhuyễn kém ở những nơi mà enzym, đặc biệt

là enzym thủy phân chưa “đặt chân tới”, tinh bột chưa hề bị tác động cả ở thành tế bào lẫn phân tử tinh bột bên trong Tinh bột và protein ở trạng thái như vậy, đến giai đoạn đường hóa sẽ rất khó bị thủy phân, kết quả dẫn đến là hiệu suất thu hồi chất chiết của malt thấp - chất lượng malt kém Trong một số trường hợp do nhiệt độ ươm mầm cao dẫn đến tình trạng ươm mầm “quá nhuyễn” cục bộ, nghĩa là có khu vực enzym hoạt động quá mức cần thiết, còn một số khu vực khác mức độ thủy phân lại quá non Hiệu suất đường hóa của những lô malt như vậy cũng không cao - chất lượng malt kém Vì vậy ta không nên để cho nhiệt độ lên quá cao trong thời gian nảy mầm

Nhiệt độ thấp đem lại lợi thế cao cho quá trình thủy phân protein bởi vì

ở điều kiện đó chúng bị phân cắt triệt để tạo ra nhiều sản phẩm thấp phân tử Vì vậy mà khi cho nảy mầm các lô hạt đại mạch có hàm lượng protein cao ta thường tiến hành ở nhiệt độ thấp, thường là ở 12-150C Nhiệt độ thấp còn đem lại lợi thế cho hoạt động của các enzym thủy phân các hợp chất chứa phospho (phosphataza)

Nhiệt độ thích hợp nhất cho các quá trình ươm mầm là từ 14 đến

160C, còn nhiệt độ trong hạt là 10-120C Trong thời gian ươm, nhiệt độ của

hạt nên khống chế để tăng dần dần lên 17-180C Nhiệt độ ươm mầm cao hơn chỉ cho phép khi ươm mầm malt đen

ảnh hưởng của độ ẩm

Yếu tố ảnh hưởng mạnh đến quá trình ươm mầm (để tạo enzym) là độ

ẩm Chỉ khi hạt được cung cấp một lượng nước cần thiết mới nảy mầm Hạt

đại mạch cần ngâm nước không quá mức so với độ ẩm đã ngấm từ đất khi hạt nảy mầm tự nhiên ở ruộng ở ruộng các quá trình thẩm thấu giữ cho hàm lượng nước trong hạt đạt đến mức độ cần thiết Trong điều kiện nhân tạo không có nhân tố điều chỉnh và hạt đại mạch có thể ngấm nước nhiều hơn yêu cầu Điều này dẫn đến hiệu quả xấu, lớp vỏ trong của hạt bị phá, tính thẩm thấu của nó bị tổn thất Do vậy kết thúc khâu làm ướt đúng lúc, khống chế lượng nước ngâm hạt hợp lý là hết sức quan trọng Lượng nước cần thiết cho hạt đại mạch nảy mầm là 44-45% Trong thời gian nảy mầm, độ ẩm của hạt phải được duy trì Nếu độ ẩm của hạt ở thời kỳ này giảm thì không tránh khỏi

sự giảm thất hoạt lực của các enzym và làm chậm quá trình thủy phân trong hạt Để đảm bảo độ ẩm và nhiệt độ cho khối hạt nảy mầm, người ta thổi không khí vào đống hạt mà nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ ươm mầm 2-30C và có

độ ẩm tương đối là 98-100%

ảnh hưởng của các yếu tố khác

Trong quá trình ươm mầm độ thoáng của không khí không những ảnh hưởng đến tốc độ nảy mầm của hạt mà còn ảnh hưởng đến khả năng tích lũy enzym Trong điều kiện hô hấp yếm khí các chất dự trữ của hạt bị phân giải, giải phóng ra các chất như etylic, CO2, đó là những chất độc với cấu trúc mô Khi hàm lượng CO2 tăng từ 10% đến 20% thì hoạt lực enzym α -amilaza giảm 10%

Thời gian ươm mầm: Phụ thuộc vào nhiệt độ ươm và đặc điểm của những giống đại mạch Bình thường thì chu kỳ ươm mầm thời gian ươm mầm một mẻ từ 7 – 8 ngày đêm

ánh sáng mặt trời

Khi ươm mầm nhất thiết không cho lá mầm chui ra khỏi vỏ Với những hạt đã ở tình trạng này cần phải loại ngay khỏi lô malt Diệp lục tố của lá mầm sẽ làm cho bia sau này có vị đắng khó chịu Chính vì lý do này mà ở các khu vực ươm mầm tuyệt đối không cho ánh sáng mặt trời chiếu vào 1.3.3.3 Các phương pháp ươm mầm:

Trong khi giải pháp thiết bị cho khâu ươm mầm là rất đa dạng và phong phú: chúng khác nhau ở cấu tạo bề ngoài, nguyên tăc làm việc, có những hệ thống 100% tự động hóa, thao tác bằng người máy, điều khiển băng chương trình, , thì giải pháp công nghệ chỉ có hai hướng cơ bản: có thông gió hay không thông gió cưỡng bức cho khối hạt để cung cấp oxy cho chúng và giải thoát CO2 ra ngoài Căn cứ trên hai hướng này của giải pháp công nghệ, các phương pháp ươm mầm được phân loại theo hai nhóm cơ bản: ươm mầm thông gió và ươm mầm không thông gió

Ươm mầm không thông gió

Ươm mầm không thông gió là phương pháp malt hóa cổ điển nhất Theo phương pháp này thì hạt đại mạch được nảy mầm trong những “ thiết bị” – mà thực chất chỉ là những sàn ươm được xây rất đơn giản

Để đảm bảo sự thông thoáng trong không gian ươm mầm, xung quanh tường nhà ươm người ta xây dựng các mương cấp thoát khí tự nhiên Chính vì

điều đó mà ươm mầm không thông gió có những nhược điểm sau:

- Không cung cấp đầy đủ oxy cho quá trình hô hấp của hạt;

- Sự toả nhiệt và giải thoát CO2 trong quá trình ươm mầm khó khăn;

- Không điều chỉnh được nhiệt độ ươm mầm theo ý muốn mà nó là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng malt thành phẩm;

- Về mùa hè khi nhiệt độ bên ngoài cao hơn nhiệt độ phòng ươm thì quá trình ươm mầm sẽ rất khó khăn

Ươm mầm thông gió

Nguyên lý của phương pháp ươm mầm thông gió là trong quá trình ươm mầm ta tiến hành cho thổi không khí có nhiệt độ và độ ẩm tương đối, trùng lặp với điều kiện phòng ươm, xuyên qua khối malt Việc thổi không khí như vậy nhằm các mục đích:

- Cấp oxy cho khối hạt;

- Điều chỉnh nhiệt độ trong khối hạt;

- Giải thoát CO2 khỏi khối hạt

Như vậy ươm mầm có thông gió là một phương pháp mang lại hiệu quả cao, nó đã khắc phục được toàn bộ nhược điểm của ươm mầm không thông gió

1.3.4 Quá trình sấy malt tươi và bảo quản

1.3.4.1 Mục đích của quá trình sấy malt tươi:

Sấy Malt tươi nhằm các mục đích sau đây:

- Malt tươi có hàm ẩm 42%-45%, là đối tượng lý tưởng cho vi sinh vật tấn công, là sản phẩm không bền vững Mục đích chính của quá trình sấy là tách nước khỏi hạt, hạ hàm ẩm của chúng xuống 1,5-3,5 % để chuyển chúng thành sản phẩm bền vững, dễ dàng cho việc vận chuyển, bảo quản và loại trừ khả năng xâm nhập và phát triển của vi sinh vật

-Trong quá trình sấy, nhiệt độ của khối hạt tăng dần và tăng rất chậm, còn hàm ẩm của chúng cũng giảm và giảm rất chậm Trong phạm vi nhiệt độ dưới 400C và hàm ẩm của hạt trên 20% là điều kiện lý tưởng cho hệ enzym thủy phân hoạt động, kết quả của các quá trình enzym là một lượng chất đáng

kể các chất cao phân tử được phân cắt thành sản phẩm thấp phân tử dễ hòa tan, làm tăng hàm lượng chất chiết hòa tan của thành phẩm (malt khô )

- Song song với việc tách nước, trong thời gian sấy malt còn diễn ra một loạt quá trình khác, mà một số trong những qúa trình này là nguyên nhân của

sự tạo thành các chất tạo hương, vị và tăng cường độ màu của sản phẩm Quá trình quan trọng nhất của quá trình sấy malt là phản ứng tạo melanoid Chi

phối chất lượng của bia vàng và là nhân tố quyết định về hương, vị, màu sắc, khả năng tạo và giữ bọt của bia đen

- Do quá trình sấy được tiến hành ở nhiệt độ cao ( Tối đa đối với malt vàng là 750C, malt đen là 1050C ) hầu hết các loại vi sinh vật bám trên hạt, hoặc bị tiêu diệt hoặc chuyển về dạng bào tử, hạn chế tối thiểu khả năng hư hỏng của chúng gây ra, làm tăng độ bền sinh học của sản phẩm

1.3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:

- Giai đoạn enzym : Nhiệt độ tăng từ 45-700C, những quá trình thủy phân và những qúa trình biến đổi khác trong nội nhũ vẫn tiếp tục vì nhiệt độ tối thích của đa số enzym nằm trong khoảng 45-650C

- Giai đoạn hóa học, nhiệt độ tăng từ 70-1050C, ở nhiệt độ trên 750C các quá trình enzym bị đình trệ, một số enzym bị phá hủy hoặc mất hoạt tính, phần còn lại bị hấp thụ bởi chất của hạt và chuyển sang trạng thái nằm yên Nhưng trong giai đoạn này thì những qúa trình khác lại bắt đầu tiến triển như

sự tạo thành mùi, vị, chất màu Đặc biệt là sự tạo thành melanoid nhiều nhất

ở mỗi giai đoạn sấy có một chế độ nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ

được tăng dần theo từng giai đoạn sấy Vì vậy ta phải khống chế nhiệt độ từng giai đoạn cho hợp lý để bảo toàn hoạt lực enzym và tạo hương, vị, màu cho sản phẩm Sự tăng nhiệt độ lại phụ thuộc vào sự giảm hàm ẩm của khối hạt Nếu nhiệt độ của khối hạt được tăng dần theo sự tương ứng giảm hàm ẩm của nó thì qúa trình “đồ hóa” ở nội nhũ sẽ diễn ra tốt hơn, sâu sắc và triệt để hơn, tỉ lệ phần trắng đục cao hơn Nếu hàm ẩm của hạt

còn cao mà ta tăng nhanh nhiệt độ sấy thì qúa trình “đồ hoá” trong nội nhũ không tiến triển được bình thường Các hợp chất chứa nitơ cao phân tử

được tạo thành dưới dạng gel sẽ lấp đầy các lỗ hổng ở giữa các hạt tinh bột, sẽ làm cho nội nhũ chuyển về dạng trắng trong

Thời gian sấy:

Thời gian sấy là yếu tố thứ 2 quyết định đến chất lượng malt thành phẩm Mỗi giai đoạn sấy thì thời gian sấy là khác nhau ở giai đoạn sinh lý mầm và rễ phát triển mạnh nếu ta kéo dài thời gian sấy ở giai đoạn này sẽ làm cho quá trình hô hấp của hạt mạnh, dẫn đến tổn thất chất khô, hạt sẽ bị lép và hàm lượng nitơ tăng mạnh làm hàm lượng nitơ trong dịch đường ít hậu quả là bia sẽ bị nhạt ở giai đoạn enzym thì ngược lại nếu tốc độ tách ẩm càng nhanh thì tốc độ các quá trình sinh học và quá trình enzym càng chậm, sự tạo thành các chất chiết hòa tan bổ xung càng ít Còn ở giai đoạn hóa học thì thời gian kéo dài phụ thuộc vào tốc độ các phản ứng xảy ra trong nội nhũ

1.4 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng của malt

1.4.1 Các chỉ tiêu cảm quan[6]:

Màu sắc: của các loại malt vàng phải là màu vàng sáng, còn của malt

đen là màu đen đặc trưng Hình dáng và kích thước của các hạt phải tương ứng với hạt của đại mạch nguyên thuỷ

Vị và hương: của malt phải đặc trưng cho từng loại khác nhau

Độ sạch: của malt là tỷ lệ các tạp chất, hạt vỡ, gãy chứa trong đó Tỷ lệ

cho phép là 0,5% hạt gãy, vỡ và 1% là các tạp chất khác

1.4.2 Các chỉ tiêu vật lý:

Khối lượng 1000 hạt: không lựa chọn, chỉ số này dao động trong

khoảng 29-38g

Hình thái vết cắt: của malt là mức độ trắng đục hoặc trắng trong của

phần nội nhũ Đây là chỉ số rất quan trọng để xem xét tới mức độ nhuyễn, mức độ “đồ hóa” của nội nhũ trong thời gian ươm mầm Đối với malt vàng số

hạt có độ trắng đục phải ít nhất là 94% còn malt đen là 96% Căn cứ vào tỷ lệ hạt trắng trong, ta có thể đánh giá malt theo các cấp chất lượng như sau:

0 – 2,5% : rất tốt 2,5 – 5% : tốt

Độ xốp: tương ứng với giá trị nghịch đảo của nó là độ cứng của

malt Đại lượng này cho ta biết mức độ nhuyễn của malt, chế độ sấy đúng hay sai so với quy trình tiêu chuẩn

1.4.3 Các chỉ tiêu hóa học:

Hàm ẩm: của malt có ý nghĩa đến độ bền và độ an toàn của malt

trong vận chuyển và bảo quản Nói chung hàm ẩm của chúng không nên vượt quá 5% trọng lượng

Thời gian đường hóa là chỉ số rất quan trọng để đánh giá chất lượng

của malt Nếu là malt vàng đại lượng này dao động trong khoảng 10-20 phút, còn malt đen 20-30 phút

Hàm lượng chất chiết: là lượng hợp chất thấp phân tử đã hòa tan vào

nước sau quá trình đường hóa Nếu tổng lượng chất hòa tan này tính theo phần trăm của tổng lượng chất khô đem vào đường hóa thì ta nhận được một đại lượng gọi là hiệu suất chiết- một chỉ số được xem là số một khi phân tích chất lượng của malt Hiệu suất chiết của malt vàng chất lượng cao phải đạt ít nhất 78% so với chất khô, còn malt đen là 75%

Hiệu số giữa hiệu suất chiết khi malt nghiền mịn và nghiền thô: tính

bằng phần trăm là chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ nhuyễn và mức độ

“đồ hóa” của malt trong giai đoạn ươm mầm Nghiền mịn là chế độ nghiền mà trong thành phần của bột nghiền không chứa ít hơn 90% bột (đi qua rây có

kích thước quy định), còn nghiền thô chứa không nhiều hơn 40% Giá trị của

đại lượng này càng bé thì chất lượng malt càng cao, khoảng dao động của nó

từ 0,6-1,6%

Chỉ số Hactônng: là những đại lượng quan trọng, qua đó cho ta biết tình

trạng “chuyển hóa” của malt và hoạt lực của hệ enzym thuỷ phân proteaza, βamilaza và α-amilaza Số Hactông thường dao động trong khoảng 0-10 Nếu thấp quá là malt chuyển hóa chưa tốt, mức độ thuỷ phân trong giai đoạn ươm mầm chưa sâu, ngược lại nếu chỉ số đó quá cao (6,5-10) là malt bị “chuyển hóa” quá mức cần thiết Malt tốt nhất khi số Hactông của nó là 5

-Độ nhớt: của dịch đường thông thường dao động trong khoảng

1,5-1,8 cP Đại lượng này phụ thuộc vào nồng độ và đặc điểm các hợp phần của chất chiết trong dịch đường

Độ chua: là giá trị pH chỉ ra tính axit của malt, một yếu tố thường phụ

thuộc vào năm sản xuất pH của dịch đường thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm dao động trong khoảng 5,5-6,5 Trong phạm vi 4,5-6,0 nếu pH của malt càng thấp càng có lợi cho quá trình đường hóa

Protein: Hàm lượng protein có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly,

hàm lượng protein càng cao hiệu suất trích ly càng thấp, còn hàm lượng protein thấp thì hiệu suất thu hồi dịch chiết cao nhưng dịch đường kém chất lượng Protein tổng số khoảng 10-12%

Nitơ hoà tan và chỉ số Kolbach: Đạm hoà tan ảnh hưởng đến sự

hình thành bọt, sự ổn định của bia Những lô đại mạch có chất lượng cao khi ươm mầm protein được thuỷ phân triệt để hơn và tạo ra nhiều sản phẩm thấp phân tử so với cùng loại đại mạch chất lượng thấp Đặc điểm của giống lúa đại mạch hàm lượng protein, tỷ số khối lượng giữa các hợp phần chứa nitơ…là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng malt