QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT BIA
Malt bia
1.1.1 Tổng quan về malt bia
Malt bia, bao gồm malt đại mạch, malt thóc, malt bắp và malt lúa mì, là các hạt ngũ cốc được ươm mầm dưới điều kiện kỹ thuật kiểm soát nghiêm ngặt về độ ẩm, nhiệt độ và thông gió, phục vụ cho sản xuất bia Malt được chế biến từ các loại hạt hòa thảo như đại mạch, tiểu mạch và ngô sau khi nảy mầm nhân tạo và sấy khô đến độ ẩm nhất định Malt rất giàu dinh dưỡng, chứa 16-18% các chất dễ hòa tan như đường đơn giản, dextrin, axit amin, khoáng chất và vitamin, cùng với hệ enzym phong phú như proteaza và amylaza Malt không chỉ là nguyên liệu chính cho quá trình lên men mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương vị và màu sắc cho bia.
Malt từ lúa đại mạch (Hordeum vulgare) là loại malt phổ biến nhất nhờ chứa nhiều amylaza, enzym giúp chuyển hóa tinh bột thành đường Tuy nhiên, sự lựa chọn loại ngũ cốc để malt hóa phụ thuộc vào từng khu vực, bao gồm cả lúa mì, lúa gạo, yến mạch (Avena sativa) và lúa mạch đen (Secale cereale) Ngoài ra, ngô và lúa miến (Sorghum chinensis) cũng có thể được sử dụng, mặc dù ít phổ biến hơn.
1.1.2 Phương pháp sản xuất malt
Phương pháp sản xuất malt bia gồm các bước:
Ngâm đại mạch cung cấp nước tự do từ môi trường, giúp phôi mầm phát triển tốt hơn Quá trình này còn loại bỏ hạt lép, tạp chất và bụi bẩn, đồng thời tiêu diệt vi sinh vật và côn trùng bám trên hạt, đảm bảo vệ sinh cho toàn bộ khối hạt.
Khi hạt đại mạch được ngâm và đạt độ ẩm cân bằng, sẽ xảy ra những biến đổi lý-hóa và sinh-hóa quan trọng Nếu môi trường có đủ độ ẩm, nhiệt độ và oxy thích hợp, phôi mầm sẽ phát triển nhanh chóng.
Sấy malt: là quá trình công nghệ cần thiết nhằm thu nhận được malt thành phẩm có đầy đủ tính chất và tiêu chuẩn về chất lượng.
Quá trình tách rễ và đánh bóng malt diễn ra ngay sau khi malt được sấy khô Việc tách rễ cần sử dụng thiết bị chuyên dụng, gọi là máy đập rễ Lượng rễ tách ra thường chiếm từ 2,5% đến 5% trọng lượng của malt.
1.1.3 Vai trò của malt trong sản xuất bia
Malt cung cấp glucid chủ yếu dưới dạng tinh bột để chuyển hóa thành đường, sau đó thành cồn và các chất khác Để giảm giá thành, có thể sử dụng ngũ cốc làm nguyên liệu thay thế, nhưng tối đa chỉ 50% và không thể thay thế hoàn toàn malt.
Malt chứa enzym amilaza cần thiết để thủy phân tinh bột Khi sử dụng nguyên liệu nhiều, lượng enzym này có thể không đủ, do đó cần bổ sung enzym từ bên ngoài, chủ yếu là enzym từ vi sinh vật.
Malt cung cấp một lượng protein dồi dào và chứa enzym proteaza, giúp thủy phân protein hiệu quả Trong giai đoạn ươm mầm, enzym này được kích hoạt mạnh mẽ, và khi chuyển sang giai đoạn nấu, chúng tiếp tục thủy phân protein để tạo ra các phức chất có khả năng giữ nước tốt.
CO2 tốt, tạo vị bia đặc trưng.
1.1.4 Thành phần hóa học chính của malt
Trong thành phần của malt ta chú trọng đến hàm lượng tinh bột, enzim, protein và nước.
Tinh bột đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, vì hàm lượng tinh bột cao sẽ nâng cao hiệu suất thu hồi bia.
Kích thước hạt tinh bột : 2-10 hay 20-30 μm
Tinh bột chứa khoảng 10-12% protein, và các sản phẩm thủy phân của protein này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo màu bia, hỗ trợ sự sinh sản và phát triển của nấm men, cũng như cải thiện khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia.
Nếu hàm lượng protein lớn hơn 12% trọng lượng chất khô thì giảm chất lượng bia và bọt kém đậm…
Nếu hàm lượng protien nhỏ hơn 10% trọng lượng chất khô thì độ bền sinh học kém, khó bảo quản và dễ hỏng bia.
Protein cũng là một trong những nguyên nhân chính làm bia dễ bị đục, kém bến vững.
Quan trọng nhất là 2 enzim thủy phân tinh bột là α và β - amylase
Enzim α-amylase tác động lên các liên kết α-1,4 glucozit trong phân tử tinh bột, ngoại trừ các đầu mạch và các liên kết α-1,6 glucozit ở các mạch nhánh Enzim này làm giảm nhanh độ nhớt của dịch và khả năng tạo màu của iode, nhưng tạo ra chậm các loại đường và oligosaccharide như maltose, glucose và maltotriose α-amylase không có trong hạt đại mạch chín và được sinh ra trong quá trình nảy mầm Điều kiện tối ưu cho α-amylase là pH 5,7 và nhiệt độ 70-75°C, trong khi nhiệt độ phân hủy là 80°C.
β-amylase tác dụng lên các liên kết α - 1,4 glucozit gần đầu không khử của chuỗi mạch tinh bột, nhưng không ảnh hưởng đến các liên kết α - 1,6 glucozit và các liên kết α - 1,4 glucozit gần điểm phân nhánh Khi tác động lên amylose, enzim này tạo ra maltose và dextrin phân nhánh có trọng lượng phân tử lớn, được gọi là “β-dextrin giới hạn” Dưới tác dụng của β-amylase, các đường khử được hình thành nhanh chóng, tuy nhiên độ nhớt và khả năng tạo màu của iode giảm chậm.
Hạt đại mạch chưa nảy mầm có hai dạng: dạng tự do có khả năng tan và dạng liên kết với protein không tan thông qua các cầu disulfua Trong quá trình nảy mầm, dạng liên kết sẽ chuyển đổi thành dạng tự do, mà dạng này bao gồm nhiều isoenzim với điểm đằng điện khác nhau nhưng có tính chất tương tự β-amylase có pH tối ưu từ 4,7 đến 4,8 và nhiệt độ tối ưu từ 60 đến 65 độ C, trong khi nhiệt độ phân hủy của enzyme này là 70 độ C.
Malt sau khi tách rễ và làm sạch cần được bảo quản trong 3 - 4 tuần để hệ enzym thủy phân ổn định, giúp tăng hiệu suất đường hóa và thu hồi sản phẩm Trong thời gian này, hạt sẽ hút nước, tăng độ ẩm lên 5-6%, dẫn đến sự gia tăng hoạt lực của amylaza và proteaza cũng như lượng đạm hòa tan Nhiệt độ bảo quản lý tưởng là 20°C, với thời hạn bảo quản tối đa được khuyến nghị.
2 năm, khi đó malt sẽ được bảo quản trong các xilong.
Hoa houblon
Hoa houblon có tên khoa học là : Homalus lupulus.
Hoa houblon, xuất hiện từ thế kỷ thứ 8 tại thung lũng Talmud ở Babylon, ban đầu được sử dụng như một loại thảo dược Đến thế kỷ 16 và 17, hoa houblon bắt đầu được ứng dụng làm gia vị trong sản xuất bia, nhằm tăng cường hương thơm cho đồ uống này.
Hoa Houblon là một loại dây leo thuộc họ gai mèo, có lá thùy 3 hoặc 5, sống lâu năm từ 30-40 năm và cao trung bình 10-15m Là thực vật đơn tính, cây có thể có cả hoa đực và hoa cái Vào mùa đông, cây rụng lá nhưng vẫn chịu được giá lạnh, và vào mùa xuân, chúng phát triển nhanh chóng, có thể leo lên tới 30cm mỗi ngày Các chồi mọc thẳng lên và xoắn lại theo chiều kim đồng hồ quanh trụ đỡ Khi trưởng thành, cây sẽ phát triển các chồi tại nách lá thành bông hoa, với cấu trúc bao hoa và đài hoa, trong đó bao hoa bảo vệ và hỗ trợ cho sự phát triển của hạt Lupulin Hình dáng và kích thước hoa phụ thuộc vào điều kiện canh tác, thường có hình chùy dài 3-4cm Hoa Houblon ưa ẩm, thích hợp với đất phù sa, đất mùn và đất pha cát có pH=7.
Hoa houblon, hay còn gọi là hoa bia, là nguyên liệu quan trọng thứ hai sau đại mạch trong sản xuất bia Được sử dụng từ khoảng 3000 năm TCN, hoa houblon đóng vai trò thiết yếu trong quy trình sản xuất, mang lại hương thơm đặc trưng và tăng cường khả năng tạo bọt cho bia.
1.2.2 Vai trò của hoa houblon trong sản xuất bia
Cung cấp vị đắng để cân bằng vị ngọt của đường mạch nha.
Tạo ra hương vị cho bia.
Hoa bia có các hiệu ứng kháng sinh giúp cho hoạt động của men bia tốt hơn trước các loại vi sinh vật không mong muốn.
Việc sử dụng hoa bia giúp cho việc duy trì thời gian giữ bọt lâu hơn (tạo ra bởi các chất cacbonat hóa bia).
1.2.3 Thành phần chính của hoa houblon và tác dụng của chúng
Thành phần của hoa houblon như sau:
Tổng chất đắng (nhựa đắng): 15-21%
Vai trò của một số thành phần chính của hoa houblon:
Chất làm đắng trong bia không chỉ tạo ra vị đắng dịu mà còn có vai trò quan trọng trong việc duy trì bọt, nhờ vào khả năng tạo sức căng bề mặt Các hợp chất này có hoạt tính sinh học cao, giúp ức chế vi sinh vật và tăng cường tính kháng khuẩn, từ đó nâng cao độ bền bảo quản của bia thành phẩm.
Tinh dầu thơm đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị đặc trưng cho bia khi hòa tan vào dịch đường, mang lại mùi thơm nhẹ nhàng và dễ chịu Chúng là hỗn hợp phức tạp của các hidrocacbon và hợp chất chứa oxy dạng terpene, không tan trong nước và dễ bay hơi, dẫn đến việc thất thoát tinh dầu trong quá trình sản xuất.
Tannin đóng vai trò quan trọng trong việc kết lắng và loại bỏ các hợp chất protein cao phân tử khỏi dịch đường, giúp ổn định thành phần và tăng cường độ bền keo của sản phẩm cuối cùng.
Hoa houblon nhập khẩu từ nước ngoài được bảo quản trong container lạnh dưới 0 độ C, với thời gian tối đa lên đến 1 năm Khi cần sử dụng, hoa houblon sẽ được rã đông Hiện nay, một số quốc gia trên thế giới đang áp dụng công nghệ bảo quản hoa trong môi trường CO2 hoặc Nitơ để nâng cao chất lượng.
Nấm men
1.3.1 Vai trò của nấm men trong sản xuất bia
Nấm men chuyển hóa đường thành rượu (C2H5OH) và axit cacbonic (CO2) với hiệu suất 95-96% Phần còn lại 4-5% bao gồm axit succinique (0.7%), glycerin (3.5%) và các hợp chất khác, tạo ra những hương vị đặc trưng cho sản phẩm, phụ thuộc vào loại nấm men sử dụng.
1.3.2 Phân loại và đặc điểm từng loại trong sản xuất bia
Hai chủng loại nấm men được dùng trong sản xuất bia là:
Saccaromyces cerevisiae, hay còn gọi là nấm men nổi, có đặc điểm là các tế bào mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau, tạo thành chuỗi tế bào hình cầu hoặc oval, kích thước từ 7-10 μm Loại nấm men này phát triển tốt ở nhiệt độ cao từ 14-25°C và thường lơ lửng trên bề mặt Do khả năng lắng yếu, nên cần phải lọc cẩn thận khi sử dụng.
Saccaromyces carlsbergensis hasen, một loại nấm men chìm, thường xuất hiện dưới dạng các tế bào nảy chồi đơn lẻ hoặc đôi với hình dạng chủ yếu là hình cầu Loại nấm men này có khả năng tạo bào tử lâu hơn nhưng hạn chế hơn so với nấm men nổi, và phát triển tốt ở nhiệt độ thấp từ 4-12 độ C Chúng phân bố ở tầng sâu, dễ kết lắng và tách lớp, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc lọc và tái sử dụng giống nấm men.
1.3.3 Thành phần hóa học của nấm men
Tế bào nấm men chứa khoảng 75% nước Phần chất khô còn lại chủ yếu là protein và gluxit.
Nước
1.4.1 Phân loại nước trong sản xuất bia
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 tinh malt cản trở hoạt động của hệ enzim trong malt:
2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 → CaHPO4 + K2HPO4 + 2CO2 ↑+ 2H2O
Na2CO3 là muối làm giảm độ acid mạnh nhất vì:
2KH2PO4 + Na2CO3 → K2HPO4 + Na2HPO4 + CO2 ↑+ H2O 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.
1.4.2 Vai trò của nước trong sản xuất bia
Nước là nguyên liệu thiết yếu trong sản xuất bia, chiếm từ 77-90% thành phẩm Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ và chất lượng bia Trong quá trình sản xuất malt và bia, cần lượng nước lớn cho các công đoạn như ngâm đại mạch, hồ hóa, đường hóa, rửa men và thiết bị, cũng như cung cấp cho lò hơi Nước tham gia trực tiếp vào các quy trình như nấu malt, lọc dịch nha và lên men, góp phần tạo nên sản phẩm cuối cùng.
Thế liệu
1.5.1 Mục đích sử dụng thế liệu trong sản xuất bia Ở Việt Nam, nguyên liệu chính để sản xuất bia là đại mạch và hoa houblon đều nhập từ nước ngoài Vì vậy sử dụng nguyên liệu phụ còn gọi là thế liệu (như gạo, lúa mạch đen, yến mạch, lúa mạch, lúa mì…)thay thế một phần đại mạch trong sản xuất bia là việc làm rất có ý nghĩa về kinh tế Ngoài ra còn để cải thiện mùi vị của bia và để bảo quản bia lâu hơn.
1.5.2 Nguyên liệu thay thế dạng hạt
Phần nguyên liệu này chủ yếu là cung cấp tinh bột để cùng với malt chuyển thành dịch đường trong quá trình dịch hóa.
Các loại ngũ cốc thường được sử dụng để thay thế malt đại mạch bao gồm lúa mì, ngô, gạo và thóc tẻ Những hạt này thường ở trạng thái chưa ươm mầm và được chế biến thành bột nghiền mịn, sau đó phối trộn với bột malt.
Lúa mì ( hạt tiểu mạch).
Hạt tiểu mạch tương tự như hạt đại mạch, nhưng khác biệt ở chỗ tiểu mạch không có lớp vỏ trấu Vỏ của tiểu mạch chỉ gồm hai lớp: vỏ quả và vỏ hạt, với cấu trúc liên kết chặt chẽ hơn so với đại mạch, tạo nên sự chắc chắn cho hạt và nội nhũ.
Khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước, protein trong bột sẽ tham gia vào quá trình hidrat hóa, tạo thành gluten - một phức chất keo tụ dai và dẻo Nhờ vào tính chất đặc biệt này, tiểu mạch thường được ưa chuộng trong sản xuất bánh mì hơn là trong sản xuất bia.
Gạo là loại cốc được dùng thay thế hạt đại mạch nhiều hơn hết Có thể sử dụng bỡi hai cách.
• Dùng gạo trực tiếp chế biến lẫn với bột malt.
• Dùng thóc ươm mầm, có thể sấy khô hoặc malt tươi, đường hóa phối hợp với malt đại mạch theo tỉ lệ thích hợp.
Việc sử dụng nguyên liệu không nảy mầm sẽ hạn chế khả năng nâng cao tỷ lệ nguyên liệu phụ, vì enzym trong malt không đủ để thúc đẩy quá trình thủy phân và trích ly toàn bộ nguyên liệu, trong đó gần một nửa là nguyên liệu không nảy mầm.
Thành phần trong hạt ngô: vỏ quả, vỏ hạt, aloron, phôi ngô, nội nhũ (75% khối lượng hạt)
Có nhiều loại ngô : ngô răng ngựa, ngô đá, ngô bột, ngô vàng và ngô trắng
Ngô dược dùng thay thế malt chủ yếu là loại trắng đục và được sử dụng dưới dạng bột nghiền nhỏ.
Nhược: phôi của chúng lớn hàm lượng chất béo nhiều, khó lọc và làm giảm độ bền keo cũng như khả năng tạo bột của bia.
Trước khi đưa vào chế biến dịch đường ngô phải qua công đoạn tách phôi và vỏ.
Ngâm ngô hạt trong nước ấm 50 độ C có chứa SO2 trong khoảng thời gian 30-50 phút giúp làm mềm hạt, bảo đảm phôi nguyên vẹn SO2 đóng vai trò là tác nhân ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời làm cho màng protein bị trương lên, phân rã và khuếch tán vào dung dịch.
Tiếp đó ngô được nghiền thô để tách phôi và được đưa đi nghiền mịn.
1.5.3 Nguyên liệu thay thế dạng đường
Đường mía và củ cải đường
Là nguyên liệu chất lượng cao, nó được đưa vào sử dụng dạng hạt sau khi tinh luyện, với hàm lượng saccharoza không dưới 98%.
Sau khi đường hóa, thấy dịch chưa đủ chất hòa tan người ta thêm đường saccharoza có thể dùng đường trắng, đường cát nâu hay cát vàng
Lượng saccharoza bổ sung không nên vượt quá 20% so với lượng chất khô đã chiết ly từ malt trong dịch đường, vì nếu vượt quá mức này, nó có thể làm mất cân bằng quá trình lên men và dẫn đến việc sản xuất rượu bậc cao.
Thu nhận bằng các thủy phân khoai tây hoặc tinh bột ngô bằng axit, lọ rồi cô cạn chân không.
Lượng đường thủy phân để thay thế malt: 10-15%
Thủy phân dung dịch 80% đường củ cải là phương pháp thu nhận loại đường được sử dụng trong sản xuất bia đen, nhằm tăng cường độ màu sắc cho sản phẩm.
Giống như đường thủy phân, xiro tinh bột được thu nhận bằng cách thủy phân tinh bột khoai tây hoặc tinh bột ngô bằng axit.
CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ VỀ NGUYÊN LIỆU BIA
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng malt
Kiểm tra chất lượng malt với các chỉ tiêu sau:
Màu sắc: màu đặc trưng của malt.(màu vàng rơm) (Phương pháp xác định theo AOAC 945.12)
Mùi vị : mùi thơm đặc trưng của malt.
Độ sạch: vỡ 0.5% , lẫn tạp chất 1%.
Hạt tốt có độ nảy mầm ngày thứ 3 là >90%.
Độ ẩm: ≤ 4.5% (Phương pháp xác định theo AOAC 935.29)
Hàm lượng protit chiếm khoảng 8-15% chất khô của hạt.
Hàm lượng tinh bột chiếm 63-65% trọng lượng hạt (Phương pháp xác định theo AOAC 955.22)
1 giạ thóc có thể tích bằng khoảng 36 lit ( Phương pháp xác định theo
Hình thái vết cắt của malt: trắng đục, trong Căn cứ vào tỷ lệ trắng trong thì:
Độ xốp: dùng thiết bị chuyên dụng.
Các chỉ tiêu đánh giá hoa houblon
2.2.1 Chỉ tiêu của hoa houblon
Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi.
Phấn hoa vàng phân bố đều trong cánh hoa.
Tạp chất: > 1,5% cành, lá, côn trùng (Phương pháp xác định theo
Tinh dầu thơm : 0,3-1% (Phương pháp xác định theo AOAC 991.18)
Chất đắng :15-21% (Phương pháp xác định theo AOAC 963.12)
Độ ẩm :7-11% (Phương pháp xác định theo AOAC 945.21)
2.2.2 Chỉ tiêu về cao hoa
Mùi thơm đặc trưng của hoa houblon.
2.2.3 Chỉ tiêu về hoa viên
Mùi thơm đặc trưng của hoa houblon.
Các chỉ tiêu đánh giá của nấm men
Khi đưa vào sản xuất tỉ lệ men chết dưới 2%, tỷ lệ nảy chồi >10%
Nấm men đưa vào dịch đường để lên men phải được từ 10-20 triệu tế bào/ml giống.
Nấm men có khả năng chuyển hóa các đường đôi, đường đơn giản, các peptid, acid amin giải phóng ra CO2, rượu etylic và nhiệt.
Nấm men phải thuần chủng.
Protein trong nấm men : 45-60% (Phương pháp xác định theo AOAC
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước (Theo QCVN 01:2009/BYT.)
Chất lượng nước được đánh giá chủ yếu qua 3 nhóm chỉ tiêu: cảm quan, hóa lý và vi sinh.
Trong công nghệ sản xuất bia, nước nguyên liệu phải đạt các yêu cầu sau: trong suốt, không màu, không mùi, không vị.
(Ban hành theo quyết định số 23/2004/QĐ-BKHCN ngày 25/8/2004 của Bộ Khoa học và Công nghệ)
Màu sắc của nước, không lớn hơn 15 TCU, được hình thành từ các hợp chất tan trong nước, chủ yếu là chất hữu cơ như mùn và một số ion vô cơ như sắt, cùng với sự hiện diện của một số loài thủy sinh vật Màu sắc này không chỉ mang tính chất cảm quan mà còn tạo ra ấn tượng tâm lý cho người sử dụng.
Phần lớn nước không màu Nước cứng chứa Fe và H2S có màu lục nhạt, nước chứa chất hữu cơ thường có màu vàng nhạt.
Ngoài ra người ta có thể xác định độ màu của nước bằng máy so màu.
Độ đục của nước, được đo bằng NTU, không nên lớn hơn 2 Nó phụ thuộc vào lượng khoáng hòa tan, hợp chất cơ học, chất hữu cơ và chất keo tụ có trong nước Độ đục thường được xác định thông qua quan sát bằng mắt hoặc sử dụng máy đo độ đục.
Nước thường không có mùi lạ do các hợp chất dễ bay hơi trong nước ở nhiệt độ 20°C không phát tán mạnh Để kiểm tra xem nước có mùi lạ hay không, người ta thường gia nhiệt mẫu nước lên 50-60°C, khi đó khả năng phát hiện mùi sẽ cao hơn.
Nước tinh khiết không có vị lạ, và vị của nước chủ yếu được xác định bởi các loại muối, khí và tạp chất có trong nước Nếu hàm lượng muối ăn NaCl trong nước từ 250mg/l đến 300mg/l, nước sẽ có vị mặn Ngược lại, nếu hàm lượng MgSO4 đạt 500mg/l và hàm lượng sắt Fe từ 55mg/l trở lên, nước sẽ có vị đắng hoặc chát Ngoài ra, nước có chứa cacbonate canxi, cacbonate magie hoặc acid cacbonic sẽ mang lại vị ngọt dễ chịu.
Hàm lượng vi sinh vật hiếu khí