Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát

Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát Bài giảng công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát

1

ĐT: 0945 879 239 Email: ctluyen@agu.edu.vn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

AN GIANG, 09/2015

Giới thiệu học phần

4

Hình thức đánh giá học phần:

- Điểm thường xuyên trong lớp lý thuyết: 35%

+ Hiện diện đầy đủ các buổi lý thuyết: 1.5%

+ Tham gia thảo luận, phát biểu và các hoạt động khác: 3.5%

+ Seminar: 30%

- Điểm thường xuyên thực hành: 15%

+ Tham gia tích cực các hoạt động: 5%

+ Bài phúc trình thực hành: 10%

- Thi kết thúc học phần: 50%

Giới thiệu học phần

5

Công nghệ sản xuất rượu bia & nước giải khát Cao Thị Luyến

Công nghệ sản xuất bia

6

Giới thiệu CNSX bia

Tài liệu tham khảo:

1 Tài liệu giảng dạy: Công nghệ sản xuất rượu bia và nước giải khát

Ths Cao Thị Luyến

2 Công nghệ sản xuất malt và bia

PGS TS Hoàng Đình Hòa – NXB KH và KT

3 Giáo trình Công nghệ chế biến rượu bia và nước giải khát

Ths Bùi Thị Quỳnh Hoa – ĐHCT

4 Nấm men công nghiệp

Lương Đức Phẩm - NXB KH và KT

7

Giới thiệu CNSX bia

Tài liệu tham khảo:

5 Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men

PGS TS Lê Thanh Mai (chủ biên) - NXB KH & KT

6 Giáo trình công nghệ lên men

PGS TS Lương Đức Phẩm - NXB GIÁO DỤC VIỆT NAM

7 Food Fermentation

Siemen Schoustra (Ed.), Wageningen Agricultural University

8 The brewers’ handbook

Ted Goldammer – KVP Publishers

8

NGUYÊN LIỆU

Công nghệ sản xuất bia

Nguyên

liệu phụ

Malt

Chương 1: Nguyên liệu malt đại mạch

Đại mạch hai hàng (thường được sử dụng trong sản xuất bia)

11

1 Nguyên liệu đại mạch

• Giống gieo trồng (Hordeum sativum)

• Thuộc nhóm thực vật có hạt (Spermophyta)

• Phân nhóm bí tử (Angiospermae)

• Lớp một lá mầm (monocotyledonae)

• Họ lúa mì (Gramineae)

• Là loại thực vật đơn niên

• Chu kỳ sinh trưởng: 100 ÷ 120 ngày

• Gồm có:

 Đại mạch 2 hàng (bông cúi, bông đứng, bông xoè)

 Đại mạch đa hàng (4 hàng, 6 hàng): chủ yếu làm thức

ăn cho gia súc, gia cầm

12

1 Nguyên liệu đại mạch

 Tại sao thường sử dụng đại mạch

2 hàng trong sản xuất malt?

- Hình dáng của hạt rất cân đối

- Vỏ trấu của hạt khá mỏng và mềm

mại, chiếm 7 – 8% trọng lượng chất

khô của hạt (Ở đại mạch đa hàng, vỏ

trấu dày và thô hơn, chiếm 11% trọng

lượng chất khô của hạt) Do đó, Tỉ lệ

vỏ so với trọng lượng hạt thấp

- Kích thước của hạt lớn hơn đại mạch đa hàng

13

1 Nguyên liệu đại mạch

Cấu tạo hạt đại mạch

1.1 Cấu tạo hạt đại mạch

 Vỏ:

 Vỏ trấu (cellulose, kết chặt lại nhờ chất khoáng và lignin);

 Vỏ quả: gồm 3 lớp tế bào (1 lớp xếp ngang - một lớp xếp dọc) làm cho vỏ quả dai và bền vững;

 Vỏ hạt: gồm hai lớp tế bào, có vai trò như màng bán thấm

 Nội nhũ: Là phần lớn nhất và là phần giá trị nhất của hạt

 Lớp aleurone: ngoài cùng, tiếp giáp với lớp vỏ hạt

• Gồm 2 lớp tế bào hình lăng kính, có thành dày

• Rất giàu protein, chất béo, đường, cellulose, pentosan, vitamin, chất tro

 Cấu trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein, chất béo, đường, cellulose

và chất tro

 Ngù: Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ

16

1.2 Vai trò của các thành phần cấu tạo

 Vỏ: Chiếm tỷ lệ lớn nhưng không có giá trị dinh dưỡng

• Chất màu, chất đắng và chất chát trong vỏ nếu hoà tan vào dịch đường sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm

 Nội nhũ: là nguồn cung cấp chủ yếu chất hoà tan cho dịch đường

 Phôi: Các thành phần trong phôi hoà tan rất ít vào dịch đường giá trị dinh dưỡng không đáng kể Tuy nhiên, có vai trò to lớn trong việc hoạt hoá và sản xuất enzyme

 Ngù: Là màng bán thấm (cho các chất hoà tan từ nội nhũ thấm qua phôi và nước từ phôi chuyển vào nội nhũ)

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

17

Cấu tạo và vai trò

Thành phần cấu tạo của hạt đại mạch và vai trò?

- Chứa chất chát

- Gây vị khó chịu

- Là màng lọc phụ

- Giá trị dd không đáng kể

- Hoạt hóa và sản xuất enzyme

18

1.3.1 Nước: Hàm ẩm ≤ 13% (Hàm ẩm của đại mạch tăng

1% thì hiệu suất thu hồi chất chiết giảm 0,76%)

1.3.2 Glucid: gồm mono- (glucose, fructose, xilose), di-

(saccharose, maltose), tri- (rafinose) và polysaccharide

(tinh bột, hemicellulose, pentosan,…)

1.3.2.1 Tinh bột: chiếm 50 ÷ 70% chất khô của đại

mạch Phân bố chủ yếu ở nội nhũ và một phần rất ít

ở phôi

Điểm hồ hoá (nhiệt độ mà tại đó hệ số trương nở và

độ nhớt của tinh bột đạt giá trị lớn nhất): 80oC

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

1.3.2.3 Hemicellulose (phức hệ bao gồm pentozan, hexozan và acid uronic): là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào

• Sitoliza: quá trình thuỷ phân thành tế bào bởi sitase, là quá

trình quan trọng ở giai đoạn ươm mầm

• Enzyme sitase thuỷ phân hemicellulose thành pentose và hexose hoà tan bền vững vào dịch đường và tạo thành chất chiết cho dịch đường, nguồn dinh dưỡng cho nấm men

20

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

1.3.2 Glucid

1.3.2.4 Các hợp chất pectin và các chất dạng keo:

- Làm cho dung dịch có độ nhớt cao, khó lọc

- Làm cho bia có vị đậm đà, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt cho bia

1.3.2.5 Saccharide thấp phân tử: gồm saccharose (5,5% trọng lượng phôi); glucose và fructose (0,3 ÷ 0,4% trọng lượng hạt), đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của phôi ở giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm

21

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

1.3.3 Các hợp chất chứa nitơ

1.3.3.1 Protid: Hiện diện nhiều ở lớp aleurone và phôi

Sản phẩm của quá trình thuỷ phân protid đóng vai trò quan trọng trong tiến trình công nghệ sản xuất malt và bia

Với hàm lượng cao, bia dễ bị đục, khó bảo quản

Nếu hàm lượng quá thấp, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà

Hàm lượng tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 8 ÷ 10%

Protein: levkozin, edestin, một ít hodein hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia Các cấu tử khác bị kết lắng và bị thải ra ngoài theo bã malt

và cặn lắng

Proteid (nucleoprotein, lipoprotein, glucoprotein, phosphoprotein): kém hoà tan hoặc hoà tan không bền vững Việc loại bỏ proteid ra khỏi dịch đường là cần thiết và khó

22

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

1.3.3 Các hợp chất chứa nitơ

1.3.3.2 Các hợp chất chứa nitơ phi protid

 Albumoza và pepton: tạo và giữ bọt, tăng vị đậm

đà cho bia Với hàm lượng cao, làm giảm độ bền

keo và gây đục cho bia

 Peptid (số lượng các gốc acid amin ít hơn

albumoza và pepton): hoà tan vào dịch đường và

tồn tại trong bia

 Acid amin tự do: chiếm 0,1% lượng chất khô của

hạt, là nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, cơ chất

tạo melanoid, tham gia tạo bọt và tồn tại trong bia

23

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

1.3.4 Các hợp chất không chứa nitơ

1.3.4.1 Polyphenol và chất đắng

 Polyphenol: khi hoà tan sẽ dễ dàng kết hợp với protid cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng Tuy nhiên, làm giảm hương và vị của bia

 Chất đắng và chất chát: thuộc nhóm lipoid, gây ra vị đắng khó chịu cho bia

Để loại bỏ polyphenol, chất đắng, chất chát và chất màu

có trong vỏ malt nên ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ (Ca(OH)2)

1.3.4.2 Fitin, vitamin, khoáng chất: điều hoà sinh trưởng của mầm và là nguồn vi lượng cho nấm men

• Giai đoạn hạt chín: hoạt lực giảm đáng kể

• Hạt được sấy đến 13% ẩm: hệ enzyme trong hạt ở trạng thái liên kết

• Giai đoạn ngâm đến 43 ÷ 45% ẩm: enzyme được giải phóng và ở trạng thái tự do

• Giai đoạn ươm mầm: hoạt lực enzyme đạt đến mức tối

đa

• Chỉ được hoạt hoá ở giai đoạn ngâm và ươm mầm

• Là enzyme chịu nhiệt, kém chịu chua

• Nhiệt độ tối thích 70÷ 73 o C, pH tối thích 5,7

  - amylase: Nhiệt độ tối thích: 63oC, pH tối thích 4,7

26

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

Hexozidase: thuỷ phân di- trisaccharide và một số glucozid khác Quan trọng là maltase (  -glucosidase) và saccharase (  -fructosidase)

 protease:

 Proteinase:

• Thuỷ phân protein thành albumoza và pepton, polypeptid

• Phân bố chủ yếu ở lớp aleurone và phôi

• Hoạt lực ở giai đoạn ngâm và ươm mầm tăng 3 ÷ 5 lần so với hạt sấy khô

• pH tối thích 4,5 ÷ 5, nhiệt độ tối thích 56 ÷ 58 o C

 Peptidase

• Thuỷ phân dipeptid và polypeptid thành acid amin

• Hoạt lực ở giai đoạn ngâm và ươm mầm tăng 2 ÷ 3 lần so với hạt sấy khô

• pH tối thích 7,8 ÷ 8; Bị vô hoạt ở pH<5 Nhiệt độ tối thích 48 ÷ 52 o C

27

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

 Esterase:

 Lipase: Nhiệt độ tối thích 35oC, pH tối thích là 5

 Amylophosphatase: Cắt liên kết ester của acid phosphoric trong phân tử amylopectin, giúp tinh bột được hồ hoá dễ dàng Nhiệt độ tối ưu 70oC, pH tối ưu: 5,6

 Fitase: thuỷ phân fitin (cắt liên kết ester của acid phosphoric và inozit (C6H6(OH)6), giải phóng H3PO4 làm giảm pH và tăng cường lực đệm của dịch đường

1.3.5.2 Enzyme oxy hoá - khử (oxydoreductase, hay

decmolase)

Tham gia xúc tác các phản ứng oxy hoá khử của quá trình

hô hấp và phân giải yếm khí glucid

28

1.3 Thành phần hóa học của đại mạch

Thành phần hóa học của hạt đại mạch và vai trò?

Thành phần hóa học

Các hợp chất chứa nitơ

Carbohydrate

Nước

Protease

Enzymes

29

2 Nguyên liệu malt đại mạch

“Không thể sản xuất

bia nếu vắng mặt

của malt đại mạch”

Vì vậy sản xuất malt từ đại mạch là bước đầu tiên trong

sản xuất bia

Malt đại mạch là gì?

Đại mạch Malt đại mạch

Là đại mạch nẩy mầm

đến một mức độ

nhất định

30

2 Nguyên liệu malt đại mạch

Malt vàng

Malt đen

Bia vàng Bia đen

Tính chất bia vàng:

 Độ nhớt thấp hơn bia đen

 Vị đắng dịu, hương thơm

ngát nhưng rất nhẹ

 Do hoa houblon quyết

định

Tính chất bia đen:

 Độ nhớt cao hơn bia vàng

 Hương và vị mang hương vị của malt Do melanoid quyết định

 Vị ngọt đậm, màu nâu sẫm

Phân biệt bia vàng và bia đen?

31

2 Nguyên liệu malt đại mạch

 Đối với malt đen: quá trình ươm mầm

có thể kết thúc khi độ dài của rễ gấp 2 lần

chiều dài của hạt và lá mầm có chiều dài

2 Nguyên liệu malt đại mạch

 Phải loại bỏ những hạt malt có lá mầm chui ra khỏi vỏ, do diệp lục tố của lá mầm sẽ làm cho bia

có vị đắng khó chịu

33

2.1 Quy trình sản xuất malt

Nghiền

Mục đích công nghệ của mỗi công đoạn?

Hệ enzyme được hình thành nhiều ở công đoạn nào?

2.1.1 Mục đích công đoạn ngâm

Mục đích nào quan trọng nhất trong sx malt?

Sát trùng toàn bộ khối hạt

Rửa sạch bụi, VSV & côn trùng bám trên hạt

Loại bỏ những hạt không đủ tiêu chuẩn

35

2.1.2 Mục đích công đoạn ươm mầm

1 Chuyển đổi trạng thái “nghỉ” của enzym sang

trạng thái hoạt động, làm tăng khối lượng

và hoạt lực của enzym

2 Tạo và duy trì điều kiện thuận lợi cho hệ enzyme thủy phân sau khi đã được giải phóng khỏi trạng thái liên kết, đồng thời phân cắt một lượng đáng kể

các chất khô trong hạt (12% lượng chất khô)

Mục đích nào quan trọng hơn?

36

2.1.3 Mục đích công đoạn sấy malt

Giảm hàm ẩm hạt đến 1,5 – 3,5%

hòa tan của thành phẩm

3 Tạo phản ứng

melanoid

Hình thành các chất tạo hương, vị và tăng độ màu của sản phẩm

4 Hạn chế đến mức tối thiểu khả năng hư hỏng do vi sinh vật

gây ra, làm tăng độ bền sinh học của sản phẩm

Tạo điều kiện thuận lợi cho bảo quản và vận chuyển

2

37

2.1.4 Các giai đoạn của quá trình sấy

1 Pha sinh lý 2 Pha enzym 3 Pha hóa học

 Sự phát triển của rễ

và lá mầm ngừng lại

 Hoạt động của hệ enzyme thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra

 71 o C  T  105 o C

 Hàm ẩm: 1,5 - 3,5%

Tạo ra những chất thơm, vị đặc trưng, màu cho sản phẩm

 Sự biến tính của protein

38

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến

màu sắc và hương vị của malt

39

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến

màu sắc và hương vị của malt

công đoạn ươm mầm

Tạo điều kiện để hoạt lực enzyme (amylase) thu được thật cao, hàm lượng acid amin ở mức vừa phải

Phải tạo được nhiều đạm amin và đường

- Loại bỏ alkaloid gây ra vị đắng khó chịu

- Loại bỏ các cấu tử có thể tạo nhiều rượu bậc cao

Lưu ý: Tách rễ ngay sau khi sấy

- Ổn định hoạt lực của enzyme thủy phân,

- Hạn chế chất đắng từ vỏ hòa tan vào dịch đường

Lưu ý: Phải bảo quản ít nhất 3 – 4 tuần trước khi

đưa vào sản xuất

42

2.2 Đánh giá chất lượng malt

2.2.1 Các chỉ số cảm quan

với malt đen là màu sẫm

hạt đại mạch nguyên thủy

khác nhau

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

43

2.2 Đánh giá chất lượng malt

2.2.2 Các chỉ số cơ học

• Khối lượng hectolit: nằm trong giới hạn 45 – 60kg

• Khối lượng tuyệt đối: là khối lượng của 1.000 hạt không lựa chọn, thường dao động trong khoảng 29g đến 38g

• Hình thái vết cắt: Mức độ trắng đục hay trắng trong của nội nhũ Là chỉ số quan trọng thể hiện mức độ nhuyễn và mức độ đồ hóa của malt Malt vàng: ít nhất 94% số hạt có độ trắng đục; Malt đen: ít nhất 96% Nếu tỉ lệ hạt trắng trong ≥ 7.5% là malt có chất lượng kém

 Thời gian đường hóa: được biểu thị bằng thời gian (tính

bằng phút) để đường hóa hoàn toàn (không làm thay đổi

màu của dung dịch iod) cháo malt ở nhiệt độ 70oC

Nếu là malt vàng thì thời gian đường hóa là 10 – 20 phút,

còn malt đen thì 20 – 30 phút

• Hiệu suất chiết còn dùng để đánh giá chất lượng malt, đối với malt vàng chất lượng cao thì hiệu suất chiết đạt ít nhất 78% so với chất khô, còn malt đen là 75%

Công nghệ chế biến rượu bia & nước giải khát Cao Thị Luyến

• Nghiền mịn: có khối lượng riêng 44 ÷ 50 kg/hl

• 100 kg bột nghiền thô có thể tích 280 lít, còn nghiền mịn là ≤

240 lít

 Cường độ màu: Cường độ màu của dịch đường thu được trong điều kiện phòng thí nghiệm được biểu thị bằng số ml dung dịch iod 0,1N cần thiết, dùng để nhuộm 100ml nước đến màu đồng nhất với màu của dung dịch đường cần phân tích Đối với malt vàng thường là 0,16 – 0,3 ml, còn đối với malt đen là 0,7 – 1,3

ml

 Hàm lượng đường maltose: Ở malt vàng hàm lượng đường

khử tính theo maltose chiếm khoảng 65 – 72% khối lượng

chất chiết, còn ở malt đen thì chiếm khoảng 59 – 65%

 Độ chua: gồm hai chỉ số:

• Độ chua tác dụng (pH): trong điều kiện phòng thí nghiệm pH dao động trong khoảng 5,5 – 6,5 pH của malt càng thấp càng

có lợi cho quá trình đường hóa

• Độ chua định phân: của dịch đường malt vàng dao động trong khoảng 15 – 17 ml NaOH 1N/100g chất khô, còn đối với malt đen là 10 – 21 ml NaOH 1N/100g chất khô

35 thì đó là malt kém chất lượng

 Đạm khả kết: biểu thị bằng lượng hợp chất chứa nitơ sẽ kết

lắng sau 5 giờ đun dung dịch đường ở nhiệt độ sôi Chỉ số này dao động trong khoảng 13 – 18% so với lượng đạm tổng của dịch đường

 Đạm formol: trong dung dịch đường, đạm formol chiếm

khoảng 10 – 12% so với đạm tổng số, hoặc 25 – 30% so với lượng đạm hòa tan của malt