LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
So sánh các loại bia
Có nhiều loại bia khác nhau, mỗi loại thuộc về một kiểu bia cụ thể, được xác định bởi hương vị tổng thể và nguồn gốc Kiểu bia phản ánh quá trình phát triển qua các thử nghiệm và sai số trong nhiều thế kỷ Men bia sử dụng trong quá trình lên men là yếu tố chính quyết định loại bia.
Bia chủ yếu thuộc hai loại lớn: ale, với phương pháp lên men nổi, và lager, với phương pháp lên men chìm Sản phẩm kết hợp giữa ale và lager được gọi là bia lai Các đồ uống có cồn được sản xuất từ quá trình lên men đường không phải từ ngũ cốc không được coi là "bia" Ví dụ, mật ong lên men được gọi là rượu mật ong, nước táo lên men là rượu táo, nước lê lên men là rượu lê, và nước nho lên men được gọi là rượu vang.
Ale là loại bia được sản xuất bằng phương pháp lên men nổi, thường diễn ra ở nhiệt độ cao hơn so với lager (15-23°C) Quá trình lên men này tạo ra nhiều ester và hương liệu thứ cấp, mang lại cho bia hương vị phong phú, với các nốt hoa quả như táo, lê, dứa, chuối và mận Sự đa dạng trong các kiểu ale khiến việc phân loại chúng trở nên khó khăn hơn so với lager.
Lager là loại bia phổ biến nhất toàn cầu, có nguồn gốc từ Trung Âu và tên gọi xuất phát từ từ "lagern" trong tiếng Đức, nghĩa là "lưu trữ" Men bia lager sử dụng phương pháp lên men chìm, thường diễn ra ở nhiệt độ từ 7-12°C (45-55°F) trong giai đoạn đầu và tiếp tục ở nhiệt độ thấp từ 0-4°C (30-40°F) trong giai đoạn lên men thứ cấp Quá trình này giúp lager trở nên trong suốt và chín, đồng thời các điều kiện lạnh hạn chế sản xuất ester và phụ phẩm, mang lại hương vị "khô và lạnh hơn" đặc trưng cho loại bia này.
Gabriel Sedlmayr và Anton Dreher là hai nhân vật quan trọng trong việc phát triển các phương pháp hiện đại sản xuất bia lager Sedlmayr đã hoàn thiện bia lager màu nâu sẫm tại nhà máy bia Spaten ở Bavaria, trong khi Dreher bắt đầu sản xuất bia lager màu đỏ hổ phách tại Wien vào khoảng năm 1840-1841 Nhờ vào sự cải tiến trong kiểm soát quá trình lên men, các nhà sản xuất bia lager hiện nay thường chỉ cần thời gian lưu trữ lạnh ngắn từ 1 đến 3 tuần Phần lớn bia lager ngày nay được sản xuất dựa trên kiểu Pilsener, lần đầu tiên xuất hiện vào năm 1842.
Bia lager Pilsener, được ra đời vào năm 1842 tại Plzen, Cộng hòa Séc, nổi bật với màu sáng và mức độ cacbonat hóa cao Với hương vị mạnh mẽ của hoa bia và nồng độ cồn từ 3-6% theo thể tích, các thương hiệu như Pilsner Urquell và Heineken là những ví dụ tiêu biểu cho loại bia này.
Hình 2.1: Bi a đen porter Z ywiec và bia vàng Hoavener
So sánh bia vàng, bia đen
Trên thị trường bia hiện nay, có hai loại chính là bia vàng và bia đen Bia vàng đang phát triển mạnh mẽ và phổ biến tại Việt Nam, trong khi bia đen chỉ mới được du nhập từ thập niên 90 Mặc dù người tiêu dùng vẫn chưa quen với hương vị của bia đen, nhưng loại bia này đang dần chinh phục thị trường Việt Nam Dự báo trong tương lai, bia đen sẽ phát triển mạnh mẽ và đóng góp đáng kể vào nền kinh tế đất nước.
Bia đen, mặc dù không phải là sản phẩm truyền thống như bia vàng, nhưng đang dần trở thành lựa chọn thời thượng cho người tiêu dùng, mang lại sự khác biệt và lợi thế cho các thương hiệu mới gia nhập thị trường.
Bảng 2.1: Bảng so sánh sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng
Nấm men: Saccharomyces Cerevisiae Nấm men: S pastorianeus, S uvarium,
Phương pháp lên men nổi Phương pháp lên men chìm
Malt đen có màu nâu sẫm, hương vị ngọt đậm do sấy ở nhiệt độ 105 o C trong thời gian 48 giờ
Malt vàng do sấy ở nhiệt độ 85 o C, thời gian sấy là 24 giờ, có vị đắng dịu hương thơm ngát nhưng rất nhẹ nhàng, hương này do hoa houblon quyết định
Bia đen có độ nhớt cao Bia vàng có độ nhớt thấp hơn bia đen Nước thường sử dụng là nước cứng Nước thường sử dụng là nước mềm
Bia vàng và bia đen khác nhau về thành phần nguyên liệu, với bia vàng chứa nhiều hoa bia (houblon) hơn, trong khi bia đen có nhiều lúa mạch sấy khô (carafamalt) hơn Điều này dẫn đến sự khác biệt về chất lượng sản phẩm, với bia đen có hàm lượng đạm cao hơn, còn bia vàng lại giàu vitamin B2, B6, B9 Để thưởng thức bia tươi ngon nhất, nhiệt độ lý tưởng là 12 độ C; nếu bia nguội hơn mức này, bia đen vẫn giữ được vị ngọt, trong khi bia vàng sẽ trở nên đắng.
Bia đen tốt cho sức khỏe
Một nghiên cứu gần đây cho thấy bia đen, với màu sắc tối, có nhiều lợi ích cho sức khỏe như mở rộng mao mạch và giảm nguy cơ hình thành cục máu, từ đó giảm thiểu nguy cơ bệnh tim và đột quỵ Nguyên nhân là do quá trình ủ bia đen kéo dài gấp ba lần so với bia thông thường, cùng với hàm lượng bột nha mạch cao Tuy nhiên, các chuyên gia khuyến cáo chỉ nên tiêu thụ tối đa 2 cốc bia đen mỗi ngày để đảm bảo sức khỏe Kết luận này được đưa ra bởi các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Wisconsin và các viện nghiên cứu rượu bia ở Mỹ và Anh.
So sánh nấm men nổi và nấm men chìm
Sự khác biệt giữa nấm men nổi và nấm men chìm nằm ở khả năng lên men các loại đường trisacarit như raffinoza Nấm men chìm có enzyme cho phép sử dụng hoàn toàn đường raffinoza, trong khi nấm men nổi chỉ có khả năng lên men khoảng 1/3 lượng đường saccharoze.
Nấm men chìm và nấm men nổi khác nhau về khả năng hô hấp, trao đổi chất trong quá trình lên men và hình thành bào tử Trong khi quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu diễn ra trong quá trình lên men, nấm men nổi lại có sự trao đổi chất mạnh mẽ hơn trong quá trình hô hấp, dẫn đến việc sinh khối nấm men nổi thường cao hơn nấm men chìm.
Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn so với nấm men nổi, dẫn đến khả năng tạo bào tử của nấm men chìm diễn ra lâu hơn và hạn chế hơn.
Nấm men chìm được chia thành hai loại dựa trên khả năng kết lắng: nấm men bụi và nấm men kết bông Nấm men bụi là loại nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ sau khi kết thúc quá trình lên men chính Ngược lại, nấm men kết bông có khả năng kết dính nhanh chóng sau khi lên men chính, tạo thành khối lớn và lắng xuống đáy thiết bị một cách nhanh chóng Trong khi đó, nấm men nổi không có khả năng kết lắng như hai loại nấm men chìm này.
Trong quá trình sản xuất bia, nấm men nổi lên bề mặt dịch trong khi kết thúc lên men chính, trong khi nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị Nấm men nổi giúp bia nhanh trong hơn, nhưng khả năng lên men hết đường kém hơn so với nấm men chìm Đối với phương pháp lên men nổi, nấm men được tách ra khỏi bia bằng cách hớt bọt, trong khi với lên men chìm, cặn được xả từ đáy thiết bị lên men.
Nấm men chìm lên men ở 4 – 12 o C, nấm men nổi ở 14 – 25 o C
Bảng 2.2: So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm Đặc tính Nấm men nổi S Cerevisiae
Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn
(glucose, fructose), đường đôi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose)
Lên men tốt glucose, maltose, galactose, fructose, saccharose, mannose và cả raffinose
Khả năng lên men Lên men mạnh trên bề mặt môi trường
Lên men mạnh trong lòng môi trường
Khả năng tạo bông, kết lắng
Kết bông trên bề mặt, bia khó trong tự nhiên
Kết chùm lắng xuống đáy, bia trong tự nhiên
Các phương pháp lên men bia
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nguyên liệu
Sản xuất bia dựa vào bốn nguyên liệu chính: malt đại mạch, hublon, nước và men, trong đó chất lượng của từng nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm cuối cùng Hiểu rõ đặc tính và tác động của các nguyên liệu này là yếu tố then chốt để tạo ra một sản phẩm bia hoàn hảo.
3.1.1.1 Nước a Khái niệm và tính chất của nước
Nước là yếu tố thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò là dung môi phân cực mạnh với khả năng hòa tan nhiều chất Ở điều kiện bình thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi và không vị Khi đông đặc, nước có thể tồn tại dưới 5 dạng tinh thể khác nhau Hơn nữa, nước chiếm khoảng 3/4 diện tích bề mặt trái đất, cho thấy tầm quan trọng của nó trên hành tinh này.
Khối lượng phân tử: 18 đvc
Khối lượng riêng: 1 g/ml ( ở 0 o C, 1atm)
Nhiệt độ sôi: 100 o C b Ảnh hưởng của thành phần hóa học và các muối có trong nước đến các quy trình công nghệ
Sự tồn tại của muối chứa Ca và Mg sẽ quyết định độ cứng của nước
+ Ca: thường tồn tại dưới dạng muối Ca(HCO3)2 và ảnh hưởng đến quá trình nấu bia do làm giảm độ acid của hồ malt và dịch đường hóa
Magie (Mg) có hàm lượng trong nước thấp hơn canxi (Ca), nhưng tác động tiêu cực của nó lại mạnh hơn Ca MgCO3 có khả năng hòa tan, trong khi MgSO4 có vị đắng chát, cả hai đều ảnh hưởng đến chất lượng bia.
Natri tồn tại dưới các dạng như NaHCO3, Na2CO3, Na2SO4 và NaCl Trong đó, NaHCO3 và Na2CO3 giúp giảm độ axit của hồ malt, trong khi Na2SO4 với hàm lượng cao có thể tạo ra vị đắng cho bia Bên cạnh đó, NaCl nếu ở mức dưới 200mg/l sẽ có tác động tích cực đến mùi và vị của bia.
+ Fe: thường tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2 hàm lượng cao sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia Vì vậy chỉ cho phép từ 0,2 ÷ 0,5 mg/l
Nước không chỉ chứa các hợp chất hữu cơ ở dạng keo vô cơ hoặc hữu cơ như SiO2, mà còn có các chất khí như O2, N2, CO2 Đối với sản xuất bia, yêu cầu về chất lượng nước là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hương vị và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Hàm lượng muối cacbonat không quá 50mg/l
Hàm lượng muối Mg không quá 100mg/l
Hàm lượng muối Clorua 75÷150 mg/l
Hàm lượng muối CaSO4 130÷200mg/l
Hàm lượng Fe 2+ không quá 0,3mg/l
Khí NH3 và các muối NO 3- , NO2 -: không có
Vi sinh vật không quá 100 tế bào /ml
PH: 6.5÷ 7 d Sử dụng nước trong công nghệ sản xuất bia
Nước đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất bia, tham gia trực tiếp vào các giai đoạn như ngâm đại mạch, nấu malt, lọc dịch nha, lên men và chiết rót Với hàm lượng chiếm tới 90-92% trọng lượng của bia, nước được xem là nguyên liệu chính trong quá trình sản xuất.
Thành phần và hàm lượng của nước công nghệ có ảnh hưởng lớn đến quy trình sản xuất và chất lượng bia Nước được sử dụng trong các bước như nấu malt, nấu gạo, rửa bã và ngâm đại mạch.
Nước dùng ngâm đại mạch để sản xuất malt: yêu cầu quan trọng nhất là nước không được chứa nhiều tạp chất và vi sinh vật
Nước dùng để nấu bia:
Các muối cacbonat và bicacbonat sẽ hòa tan chất đắng, chất chát trong vỏ malt (nhất là Na2CO3) gây cho bia có vị đắng khó chịu
Những cacbonat và bicacbonat trong nước sẽ làm hạ độ acid của hồ malt làm cản trở hoạt động của hệ enzyme trong malt
2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 CaHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2
Phản ứng giữa hai phân tử có tính acid dẫn đến việc tạo ra một phân tử kết tủa và một phân tử có tính kiềm.
Na2CO3 là muối làm giảm độ acid mạnh nhất vì:
Phản ứng giữa 2KH2PO4 và Na2CO3 tạo ra K2HPO4, Na2HPO4, 2H2O và 2CO2, cho thấy rằng từ hai phân tử acid KH2PO4, ta thu được hai phân tử có tính kiềm là K2HPO4 và Na2HPO4.
Nước dùng để rửa nấm men và thiết bị:
Nước dùng để rửa nấm men cần phải sạch, không chứa nhiều hợp chất hữu cơ, và đặc biệt không chứa vi sinh vật
Nước rửa thiết bị nên có độ cứng thấp đến trung bình, đặc biệt không chứa các muối NH3 và các muối nitrit e Nước phi công nghệ
Mặc dù không trực tiếp là thành phần của sản phẩm, nước đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Nước được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm nước nồi hơi và nước vệ sinh.
13 thiết bị, nước vệ sinh nhà xưởng, nước thanh trùng Mỗi mục đích đòi hỏi chất lượng riêng, nước được xử lý theo yêu cầu sử dụng
Đại mạch là nguyên liệu truyền thống chủ yếu trong sản xuất bia, với khả năng thay thế một phần nguyên liệu khác nhưng vẫn giữ vai trò quan trọng Nó chứa glucide và protein, trong đó hàm lượng glucide và tỷ lệ glucide/protein cân đối cao hơn so với các loại ngũ cốc khác, rất phù hợp cho quy trình sản xuất bia Đại mạch thuộc họ Hordeum và được phân loại thành các giống như Hordeum sativum, Hordeum murinum và Hordeum jubatum Theo mục đích sử dụng, đại mạch được chia thành hai nhóm chính: nhóm dùng trong công nghiệp để chế biến bia và thực phẩm, thường là giống đại mạch hai hàng (H.Distichum).
Trong nông nghiệp dùng để chế biến cho các loại thức ăn cho gia súc, gia cầm Thường dùng giống đại mạch nhiều hàng ( gọi là H.Polystychum )
Hình 3.2: Đại mạch nhiều hàng
Cấu trúc và thành phần hóa học của đại mạch
Cấu trúc hạt đại mạch:
Hình 3.3: Hạt đại mạch hai hàng
- Gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt, phôi và nội nhũ
+ Vỏ hạt: từ ngoài vào trong được chia làm 3 lớp: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron Phần này thường chiếm 8÷15% trọng lượng hạt
Phôi là cơ quan hô hấp sống của hạt, chứa từ 37 đến 50% chất khô, chủ yếu là nitơ, cùng với khoảng 7% chất béo, 5 đến 6% saccharose, 7 đến 7,5% pentozan và 6 đến 6,5% chất tro, trong khi tinh bột chỉ có một lượng rất nhỏ Phôi thường chiếm từ 2,5 đến 5% trọng lượng của hạt.
+ Nội nhũ: chiếm 45÷68% trọng lượng hạt, phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia
Thành phần hóa học của đại mạch
Bảng 3.1: Tính theo phần trăm trọng lượng chất khô
Tinh bột 63÷35 58÷60 Đường saccharose 1÷2 3÷5 Đường khử 0.1÷0.2 3÷4
Dạng hòa tan tinh thể muối albumin, globulin 0.5 2
Những yêu cầu chất lượng đối với đại mạch dùng trong sản xuất bia:
Yêu cầu về cảm quan
- Tất cả các hạt thóc phải thuộc một loại đại mạch, đồng nhất về kích cỡ, không lẫn cát đá, rơm rác và những hạt thuộc loại thóc khác
- Hạt thóc phải có vỏ mỏng, màu vàng nhạt óng ánh, không có vết trên vỏ
- Đại mạch tốt phải có mùi thơm của rạ rơm, khi cắn hạt thóc thấy có mùi tinh bột và hơi ngọt
- Lực nảy mầm phải đạt 80÷85%
- Trọng lượng tuyệt đối thường 35 ÷ 45 g/1000 hạt
Yêu cầu về thành phần hóa học:
- Vỏ: không vượt quá 7÷9% trọng lượng hạt
- Hàm lượng protide 8÷14% chất khô của hạt
- Hàm lượng glucide chiếm 55÷62 % trọng lượng hạt (hoặc 63 ÷ 66 % trọng lượng chất khô)
3.1.1.3 Malt đại mạch Đại mạch là nguồn cung cấp các chất đường, chất đạm, các vitamin và khoáng chất cần thiết cho nấm men bia hoạt động trong quá trình sản xuất bia Để trích ly được các chất nêu trên, người ta phải tiến hành thủy phân tinh bột và các chất đạm có trong đại mạch thành các chất tan được (gọi là extract) trong quá trình mashing ở nhà nấu Chất xúc tác cho các quá trình thủy phân là các enzyme
Để đảm bảo đủ enzyme cho quá trình thủy phân, cần tiến hành xử lý và ngâm đại mạch cho chúng nảy mầm, quá trình này được gọi là malting Đại mạch sau khi hoàn thành quá trình malting sẽ được gọi là Malt.
Houblon là loại dây leo lâu năm, cao từ 10 đến 15 mét, chỉ thích hợp với khí hậu ôn đới và hiện nay có hơn 100 giống hoa khác nhau trên thế giới Loại hoa này có hoa đực và hoa cái riêng biệt, trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì hoa đực nhỏ và chứa ít chất cần thiết Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản thứ hai trong sản xuất bia, sau đại mạch, mang lại vị đắng dịu và hương thơm đặc trưng, giúp tăng cường bọt, độ bền keo và ổn định sinh học của sản phẩm Với những đặc tính đặc biệt này, hoa houblon giữ vai trò quan trọng và không thể thay thế trong ngành sản xuất bia.
Bảng 3.2: Thành phần hóa học hoa Houblon
Tinh dầu thơm 0,5÷1 Chất béo 3
Công nghệ lên men bia
3.1.2.1 Quy trình công nghệ lên men bia
Hình 3.4: Quy trình sản xuất bia
3.1.2.2 Chế biến dịch đường houblon hóa a Làm sạch
Malt trong quá trình vận chuyển và bảo quản có thể bị lẫn tạp chất như bụi bẩn, lá khô, rơm, đá nhỏ và vụn kim loại, gây hư hỏng cho máy xay và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm.
Mục đích của việc phá vỡ cấu trúc tế bào hạt là để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, từ đó tạo điều kiện cho quá trình hồ hóa diễn ra nhanh chóng và giúp enzyme dễ dàng tiếp cận cơ chất Nhờ vào những yếu tố này, quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác được thực hiện nhanh chóng và triệt để hơn.
Nghiền có thể được thực hiện theo ba phương pháp: nghiền khô, nghiền ướt và nghiền ẩm Trong nghiền ướt và nghiền ẩm, vỏ malt thường được giữ nguyên, giúp rút ngắn thời gian lọc, mặc dù phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.
25 lượng và bột có thể bị chua làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi nghiền xong mà chưa nấu
Chọn phương pháp nghiền khô vì đơn giản, dễ thực hiện và không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong thời gian chờ nấu c Nấu nguyên liệu
- Mục đích: Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của các hệ enzyme thủy phân
Nấu bia có ba phương pháp chính: ngâm, đun sôi và kết hợp Nhà máy áp dụng phương pháp kết hợp do sử dụng 35% nguyên liệu thay thế Tỷ lệ phối trộn giữa nguyên liệu và nước nấu được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo chất lượng bia.
Thế liệu : nước = 1 kg : 4 lít d Lọc dịch đường
Mục đích của việc dịch đường là để tách các chất hòa tan và không hòa tan Do đó, việc lọc dịch đường là cần thiết nhằm loại bỏ các chất không hòa tan, giúp thu được các chất hòa tan một cách hiệu quả.
- Tiến hành: Để lọc dịch đường ta sử dụng thiết bị lọc khung bản Quá trình lọc dịch đường gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn lọc dịch đường
Trong giai đoạn rửa bã, quá trình bắt đầu bằng việc thu thập toàn bộ dịch đường có trong nguyên liệu bằng cách bơm nước nóng vào không gian giữa khung và bản để làm nóng thiết bị Sau khi tháo nước nóng, dịch đường sẽ được bơm vào Trong giai đoạn đầu, dịch đường có thể vẫn còn đục, vì vậy cần thực hiện bơm hồi lưu để lọc lại Khi dịch đường đạt được độ trong cần thiết, nó sẽ được chuyển vào thiết bị houblon hóa.
Sau khi rửa bã để thu hồi các chất hòa tan còn sót, việc sử dụng nước nóng 78°C để rửa bã sẽ tăng cường quá trình khuyếch tán các chất hòa tan vào dung dịch Nước rửa bã cũng sẽ được dẫn vào nồi houblon hóa.
Không nên sử dụng nước có nhiệt độ vượt quá 78 độ C để rửa bã, vì điều này sẽ làm mất hoạt tính của enzyme và tiêu tốn năng lượng Hệ quả là dịch lên men trở nên đục, dẫn đến bia cũng bị đục.
Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon
Ổn định thành phần dịch đường và có nồng độ theo yêu cầu
Làm keo tụ các protit
Vô hoạt các enzyme và thanh trùng dịch đường
Đầu tiên, dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc được chuyển vào nồi houblon hóa Khi dịch đường đầy đáy nồi, cần cung cấp nhiệt để duy trì nhiệt độ ở 75°C, giúp enzyme α-amylaze tiếp tục thủy phân tinh bột còn lại Trong quá trình cung cấp nhiệt, cần tính toán để khi rửa bã kết thúc, dịch đường cũng vừa sôi Tỷ lệ hoa sử dụng là 70% cao hoa và 30% hoa viên, với liều lượng 4 g/l, cho hoa vào nồi theo phương án đã định.
50 % cao hoa lúc dịch đường bắt đầu sôi
20 % cao hoa còn lại vào khi sôi được 30 phút
30 % hoa viên cho vào trước khi kết thúc 10 phút
Và trước khi kết thúc ở nồi hoa khoảng 10 phút ta tiến hành bổ sung 3% đường vào Tổng thời gian quá trình houblon hóa khoảng 100 phút
3.1.2.3 Lắng trong và làm lạnh
Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men
Tách cặn cho dịch đường
Bão hòa oxy cho dịch lên men
Quá trình lên men được bắt đầu bằng việc lắng trong dịch đường trong thiết bị Whilpoor, sau đó chuyển sang thiết bị làm lạnh là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính là 10°C, sử dụng nước lạnh 2°C làm tác nhân làm lạnh Để đảm bảo quá trình lên men diễn ra hiệu quả, cần cung cấp một lượng sinh khối nấm men lớn, tạo điều kiện cho nấm men giống phát triển trong giai đoạn đầu Hàm lượng O2 được cấp vào dịch đường là 7 mg/l, nếu thiếu O2, quá trình lên men sẽ diễn ra chậm và không triệt để Ở nhiệt độ thấp và nồng độ chất hòa tan thấp, việc hòa tan O2 vào dịch đường sẽ dễ dàng hơn, vì vậy O2 cần được cấp ngay sau khi dịch đường đạt nhiệt độ yêu cầu và phải đảm bảo vô trùng Để rút ngắn chu kỳ lên men và giảm hàm lượng diaxetyl, cần bổ sung Maturex L với hàm lượng 1kg/100 hl dịch lên men.
3.1.2.4 Lên men và tàng trữ bia a Định nghĩa "Lên men bia"
Quá trình "lên men bia" là sự chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia nhờ vào hoạt động của nấm men Mục đích của quá trình này là tạo ra bia, mang lại hương vị và độ cồn cho sản phẩm cuối cùng.
Quá trình lên men bia diễn ra nhờ tác động của enzyme trong nấm men, chuyển đổi các chất trong dịch lên men thành rượu và CO2 Những sản phẩm này không chỉ tạo ra độ cồn mà còn góp phần hình thành mùi vị đặc trưng cho bia.
Trong quá trình lên men dịch đường houblon hóa, nấm men hấp thụ một lượng lớn cơ chất, chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp, để sản xuất rượu etylic và khí.
Trong quá trình sản xuất bia, ngoài các gluxit, các thành phần khác của dịch đường cũng trải qua những biến đổi lớn Một phần dịch đường bị nấm men đồng hóa thành các hợp chất khác, trong khi một số khác chuyển đổi thành trạng thái không hòa tan và bị tách ra dưới dạng kết lắng Tại các nhà máy sản xuất bia cổ điển, quá trình lên men diễn ra trong các thùng hoặc bể mở, dẫn đến việc một lượng CO2 đáng kể bị bay ra, khiến cho bia non không đạt được mức bão hòa CO2 cần thiết Điều này buộc các nhà công nghệ phải ngừng quá trình lên men chính khi vẫn còn nhiều chất hòa tan trong dịch lên men, chuyển sang giai đoạn lên men phụ trong các thùng kín ở nhiệt độ thấp hơn Giai đoạn này thực chất là quá trình lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn nhiều.
Hàm lượng CO2 trong bia thành phẩm cần đạt tối thiểu 0.35% khối lượng, trong khi bia non sau khi kết thúc lên men chính chỉ đạt khoảng 0.15-0.2%, dẫn đến thiếu hụt ít nhất 0.2% CO2 Để bù đắp lượng thiếu hụt này, cần lên men thêm 0.4% cơ chất; tuy nhiên, trong quá trình chuyển bia non từ khu vực lên men chính sang lên men phụ, một phần CO2 sẽ tiếp tục bị mất Do đó, lượng cơ chất 0.4% không đủ để cung cấp CO2 cần thiết Hơn nữa, mức độ lên men như đã đề cập sẽ không bao giờ đạt đến độ lên men cuối cùng Thời điểm thích hợp để ngừng quá trình lên men chính là khi hàm lượng chất chiết trong dịch lên men giảm xuống còn khoảng 30-35% so với lượng chất chiết ban đầu, giúp trong giai đoạn lên men phụ, một lượng cơ chất 1-1.2% tiếp tục được lên men có thể bù đủ lượng CO2 cần thiết.
- Đảm bảo hàm lượng chất khô cần thiết cho từng phương pháp lên men cụ thể
- Enzyme đã được vô hoạt hoàn toàn
- Đảm bảo đủ hàm lượng các chất đắng, chất thơm, tannin… của hoa houblon trong thành phần.
Các phương pháp lên men bia
3.1.3.1 Phương pháp lên men cổ điển
Lên men cổ điển là quá trình sản xuất các sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn nguyên liệu ban đầu thông qua các phản ứng dị hóa Phương pháp này bao gồm hai giai đoạn: lên men chính và lên men phụ, được thực hiện trong hai thiết bị riêng biệt Sản phẩm thu được có thể được tạo ra bằng phương pháp hóa học.
Các thiết bị được đặt trong hầm lạnh
Trong quá trình lên men chính, dịch lên men sau khi được làm lạnh sẽ được chuyển vào thùng lên men Men giống được thêm vào thùng theo tỷ lệ 0,5 lít men giống đặc cho mỗi 100 lít dịch lên men, nhằm tối ưu hóa sự tiếp xúc của nấm men với môi trường và thúc đẩy quá trình lên men đầu Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình này là từ 8-10 độ C, đồng thời không tạo áp suất dư với hệ số chứa đầy là φ.
Trong quá trình lên men, CO2 được sinh ra sẽ hòa tan một phần vào bia non Độ hòa tan của CO2 trong bia non tăng khi nhiệt độ giảm, vì vậy để đảm bảo lượng CO2 hòa tan nhiều, nhiệt độ ở giai đoạn cuối của quá trình lên men cần duy trì khoảng 5°C, với hàm lượng CO2 trong bia non đạt 0,2%.
Thời gian lên men chính chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men ban đầu và nhiệt độ Thông thường, quá trình này kéo dài khoảng 8 đến 9 ngày đêm Lên men chính được coi là kết thúc khi trong vòng 12 giờ, tốc độ lên men chỉ đạt từ 0.15 đến 0.2%.
* Lên men phụ: Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các thùng kín đặt trong phòng lạnh từ 1÷2 0 C Nhiệt độ lên men phụ khoảng 0,5÷2 0 C, áp suất dư
0,3÷0.7 at Trong quá trình lên men phụ cần theo dõi áp suất trong thiết bị lên men, mức độ trong của bia, nhiệt độ trong phân xưởng
Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị để giảm bọt và mất mát CO2, với hệ số chứa đầy là φ = 0.95-0.98% Ban đầu, bia có thể chảy nhanh, nhưng sau đó sẽ chảy gián đoạn do tạo bọt Khi thùng đã đầy bia non, không khí trên bề mặt sẽ được thải ra Để đảm bảo chất lượng bia thành phẩm đồng nhất về màu sắc, mùi vị và thành phần hóa học, bia non từ một thùng lên men chính có thể được chuyển vào nhiều thùng lên men phụ Quá trình chuyển này nên kéo dài từ 1 đến 2 ngày, và sau 2 ngày, thùng lên men phụ cần phải được đầy bia non để tránh nhiễm vi sinh vật và mất CO2 do bốc hơi Khi thùng đầy, cần đóng van điều chỉnh áp suất, thải không khí trên bề mặt bia và nâng áp suất theo yêu cầu.
Quá trình nâng cao áp suất bia non kéo dài từ 1 đến 3 ngày sau khi chuyển bia vào Nếu áp suất được nâng quá nhanh, không khí trên bề mặt bia sẽ hòa tan vào trong, dẫn đến oxy trong không khí ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm.
Phương pháp lên men dịch đường có nồng độ cao:
Nguyên lý thực hiện lên men dịch đường có nồng độ cao trong sản xuất bia liên quan đến việc lên men dịch đường có nồng độ chất khô từ 10-12 °Bx Sau khi sản xuất, bia với nồng độ cao sẽ được pha loãng bằng nước vô trùng đã khử oxy để đạt hàm lượng cồn mong muốn Trong thực tế, quá trình pha loãng có thể diễn ra ở nhiều giai đoạn khác nhau Các nhà máy với công suất nấu không đủ nhưng có nhiều thùng lên men thường pha loãng dịch đường trước khi đưa vào thùng lên men, trong khi phần lớn các nhà máy thực hiện pha loãng trong quá trình lọc bia.
Chủng nấm men được sử dụng trong quá trình lên men với dịch đường có nồng độ cao cần phải có hoạt tính mạnh, giúp chịu đựng áp suất thẩm thấu lớn và độ cồn cao.
- Phương pháp lên men: Với thời gian lên men dài nên ta chọn phương pháp lên men cổ điển, cách tiến hành cũng giống như trình bày ở trên
Công nghệ lên men nổi được sử dụng rộng rãi ở các nước Bắc Âu, trong khi ở những quốc gia khác, phương pháp này chủ yếu được áp dụng trong sản xuất bia đen hoặc các loại bia đặc biệt từ malt tiêu mạch.
Quá trình lên men diễn ra ở nhiệt độ 25°C mà không cần làm lạnh mặt bằng lên men Dịch đường houblon hóa được làm lạnh bằng nước bình thường Lượng nấm men ban đầu là khoảng 0.2 – 0.3 lít dịch lên men đặc cho mỗi 100 lít, tương đương với mật độ 6 – 7.10^6 tế bào/1ml Trước khi được gieo cấy vào thùng lên men chính thức, nấm men được hoạt hóa trong một thùng chuyên dụng ở nhiệt độ 18 - 19°C.
Trong ba ngày đầu tiên của quá trình lên men, các biểu hiện bên ngoài tương tự như lên men chìm Sau đó, nấm men sẽ nổi lơ lửng trên bề mặt dịch lên men Thời gian lên men tổng cộng kéo dài từ 5 đến 6 ngày Sau khi hoàn tất, bia non sẽ được đưa đi tàng trữ, với thời gian tàng trữ thường là 3 tuần, nhưng có thể kéo dài đến hàng tháng trong một số trường hợp.
Lên men trong thiết bị kín kết hợp thu hồi C0 2 :
Quá trình lên men, dù là lên men chìm hay nổi, đều cần thiết bị chính để thu hồi CO2 tạo ra Điều kiện oxy – hóa khử thấp không ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển của nấm men, và áp suất bề mặt từ 0,3 – 0,4 kg/cm² do oxy tạo ra có thể kích thích quá trình này Trong ngày đầu tiên, nấm men hấp thụ đủ lượng oxy cần thiết và không cần thêm nguyên tố này cho các giai đoạn sau.
Nhờ vào quy trình sản xuất, bia thành phẩm có độ bền sinh học cao hơn, khả năng tạo bọt tốt hơn và vị hài hòa hơn, đồng thời tận dụng hiệu quả lượng CO2 được tạo ra trong quá trình lên men.
32 men mạnh nhất từ 1hl dịch đường ta có thể thu hồi được 1,3 – 1,5 kg CO2 Lên men chính ngăn cản sự nhiễm khuẩn của dịch lên men
Quá trình lên men trong thiết bị kín có diễn biến tương tự như lên men trong điều kiện hở, nhưng điểm khác biệt là bọt lên men kín luôn có màu sắc sáng, không bị ngả màu nâu – xám do không bị oxy hóa Điều này giúp lớp bọt trong bia non không ảnh hưởng đến hương vị của bia thành phẩm, vì vậy không cần phải loại bỏ bọt khi tàng trữ bia non như trong trường hợp lên men hở.
3.1.3.2 Phương pháp lên men hiện đại
Lên men hiện đại là quá trình tạo ra sản phẩm phức tạp, khác biệt so với nguyên liệu ban đầu và không thể thay thế bằng phương pháp hóa học Thực chất, đây là những phản ứng tổng hợp, trong đó cả quá trình lên men chính và phụ diễn ra trong cùng một thiết bị mà không cần sử dụng phòng lạnh.
Công nghệ lên men một pha:
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Nói đến "tiến trình lên men" là phải nói đến tập hợp các chỉ số:
Tốc độ phát triển của sinh khối
Tốc độ hấp thụ cơ chất (độ giảm cơ chất hàng ngày)
Mức độ hấp thụ cơ chất ( mức độ lên men)
Nồng độ các sản phẩm chính và các sản phẩm phụ được tạo thành trong quá trình lên men
Chất lượng của nấm men sản xuất là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến các chỉ số trong quá trình lên men bia Để đảm bảo bia đạt tiêu chuẩn cao, cần đánh giá chất lượng của chủng nấm men dựa trên các chỉ số cụ thể.
Tốc độ và mức độ lên men
Hàm lượng và sản phẩm phụ tạo thành
Tốc độ và khả năng kết lắng
Mức độ suy giảm các đặc tính kỹ thuật (tức là mức độ thoái hóa)
Khả năng chống chịu khi bị tấn công
Chủng nấm men chất lượng cao có thể tái sử dụng đến 7-8 đời sau mỗi lần lên men Việc gieo cấy nấm men ban đầu đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Lượng nấm men gieo cấy ban đầu liên quan mật thiết đến tiến trình lên men qua các chỉ số sau:
- Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa các quần thể nấm men với môi trường lên men (cơ chất )
Sự gia tăng tế bào nảy chồi dẫn đến việc tiêu tốn chất hòa tan (chất dinh dưỡng) để xây dựng tế bào mới, đồng thời làm tăng cường độ trao đổi chất trong tế bào non.
- Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỉ số tương quan giữa chúng
Thời gian đạt trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm men gieo cấy ban đầu; mật độ gieo cấy càng cao thì thời gian càng ngắn Ngược lại, nếu nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chồi không đạt mức tối đa, dẫn đến quá trình lên men bị "ì", với mức độ lên men thấp và thời gian kéo dài.
Mật độ tối đa của lượng nấm men gieo cấy ban đầu nếu vượt qua ngưỡng
Khi nồng độ tế bào đạt 70.10 6 tế bào/cm3, hiệu quả mang lại không rõ ràng, do đó không nên gieo quá mật độ này Bên cạnh đó, nồng độ chất hòa tan trong dịch đường houblon hóa cũng cần được chú ý để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Nồng độ chất hòa tan trong dịch đường houblon hóa ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men Thực tế sản xuất cho thấy, dịch đường houblon hóa với nồng độ chất hòa tan từ 11-12% mang lại hiệu quả lên men tốt hơn so với các loại dịch đường có nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn.
Cường độ sinh sản và phát triển của tế bào nấm men trong quá trình lên men dịch đường houblon hóa tỷ lệ thuận với hàm lượng chất hòa tan và nitơ Tuy nhiên, khi hàm lượng chất hòa tan vượt quá 14,5%, sự sinh sản của nấm men không tăng lên mà dừng lại ở một mức nhất định Đặc biệt, trong một khoảng xác định, khi độ đậm đặc của dịch đường giảm, cường độ sinh sản và phát triển của nấm men lại có xu hướng tăng lên.
37 d Nhiệt độ của dịch lên men
Nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men Khi nhiệt độ cao, quá trình này sẽ thu nhận được các kết quả tích cực.
- Thời gian lên men nhanh
- Mật độ tối đa đạt được cao hơn so với nhiệt độ thấp
- Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm phụ (đặc biệt là diaxetyl) tạo ra nhiều hơn
Lượng sinh khối trong sản xuất bia tăng lên, tuy nhiên, lượng tế bào chết cũng gia tăng và tốc độ suy giảm các đặc tính công nghệ diễn ra nhanh chóng hơn Kết quả là tỉ lệ giữa các cấu tử trong bia trở nên không cân đối, dẫn đến chất lượng bia giảm sút.
Mỗi loại nấm men đều yêu cầu một nhiệt độ tối ưu để phát triển và thực hiện quá trình lên men Nếu vượt quá giới hạn nhiệt độ này, chất lượng sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực, dẫn đến các kết quả không mong muốn Hơn nữa, cường độ khuấy đảo dịch lên men cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Cường độ xáo trộn dịch lên men là yếu tố quan trọng thúc đẩy nhanh quá trình lên men, giúp rút ngắn thời gian sản xuất bia Tuy nhiên, việc này cũng dẫn đến sự hình thành nhiều sản phẩm phụ không mong muốn, đặc biệt là rượu bậc cao và diaxetyl.
Hương vị của sản phẩm có sự sai lệch đáng kể so với bia tiêu chuẩn, nhưng điều này có thể được cải thiện bằng cách chọn phương án và chế độ khuấy đảo dịch lên men phù hợp Những khuyết điểm này sẽ được bù đắp bởi những ưu điểm từ các yếu tố khác, bao gồm cả nồng độ của sản phẩm lên men.
Quá trình lên men sản xuất rượu etanol (C2H5OH) và khí carbon dioxide (CO2) Khi nồng độ của những hợp chất này đạt đến mức nhất định trong dịch lên men, hoạt động sống của tế bào nấm men sẽ bị ức chế Ở nồng độ rượu thấp, dưới
Khi nồng độ cồn trong môi trường đạt 2%, hoạt động của nấm men vẫn diễn ra bình thường Tuy nhiên, khi nồng độ vượt quá 2%, khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm Đến khi nồng độ rượu etylic đạt 5%, khả năng nảy chồi của nấm men hoàn toàn bị chấm dứt, mặc dù quá trình lên men vẫn tiếp tục Khi nồng độ cồn tăng lên 12%, quá trình lên men sẽ bị đình chỉ hoàn toàn.
Khả năng chịu đựng độ cồn của các chủng nấm men có sự khác biệt rõ rệt, phụ thuộc vào khả năng thích ứng và trạng thái sinh lý của từng loại nấm men Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chịu đựng độ cồn của nấm men.
Nguyên liệu
- Malt: malt vàng được nhập từ Australia, độ ẩm 10%
- Houblon: dạng viên, được nhập từ Autralia, hàm lượng alpha acid đắng 12%
- Thế liệu (gạo): độ ẩm 12%
- Glucose, (NH4)2SO4, hóa chất phân tích: do Trung Quốc sản xuất
- Nấm men: sử dụng loài Saccharomyces cerevisiae do Công ty TNHH Foster Tiền Giang cung cấp.
Phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi chuẩn bị dịch nha bằng phương pháp đun sôi một lần với các nguyên liệu theo bảng 3.1 Sau khi nấu xong, bổ sung glucose để đạt nồng độ chất khô 20 o Bal, sau đó tiệt trùng dịch nha ở 121 o C trong 20 phút và sục khí vô trùng để bão hòa oxy bằng màng lọc 0,1 micrometer Giá trị pH của dịch nha sau tiệt trùng dao động từ 5.4 đến 5.6 Tiến hành cấy 20 triệu tế bào nấm men/ml và thực hiện quá trình lên men ở 17 o C trong thiết bị BIOSTAT của hãng BRAUN (Đức).
Bảng 3.3: Thành phần nguyên liệu chuẩn bị dịch nha
Hai yếu tố khảo sát:
- Tiến hành sục khí liên tục trong 12 giờ đầu tiên của quá trình lên men với lưu lượng 0.075lít không khí/lít dịch nha/phút
Bổ sung amonium sulphate ((NH4)2SO4) vào dịch lên men ban đầu với hàm lượng 90mg nitơ/l là một bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu Đồng thời, chúng tôi cũng tiến hành một quá trình lên men đối chứng mà không có hai yếu tố này để so sánh hiệu quả.
Các phương pháp phân tích:
- Xác định số lượng tế bào nấm men: bằng phương pháp đếm trên buồng đếm Thoma
- Xác định tế bào nấm men chết: bằng cách nhuộm tế bào bằng dung dịch xanh metylen
- Xác định hàm lượng chất khô: bằng Balling kế
- Xác định hàm lượng đường khử: bằng phương pháp quang phổ so màu, sử dụng thuốc thử 3,5 - dinitrosalisilic acid
Để xác định hàm lượng ethanol, mẫu cần được chưng cất nhằm thu hồi ethanol Sau đó, sử dụng tỷ trọng kế để đo tỷ trọng của dịch cất Từ tỷ trọng này, có thể suy ra nồng độ ethanol (% v/v) trong mẫu phân tích ban đầu.
Để xác định hàm lượng diacetyl, mẫu được chưng cất bằng hơi nước lôi cuốn nhằm thu hồi diacetyl Tiếp theo, phần cất sẽ được cho phản ứng với dung dịch o-phenylendiamin để tạo ra sản phẩm cần thiết.
40 dẫn xuất quinoxalin, axit hóa và đo độ hấp thu trên máy quang phổ để xác định hàm lượng diacetyl
- Xác định pH: bằng pH kế Mettler Toledo.