Tìm hiểu về vai trò vi sinh vật trong quá trình sản xuất bia

Bia là một loại nước uống có cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường trong môi trường lơ lửng chất lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men... Nguyên liệu qua qua giai

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM VIỆN CN SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

GVHD: Cô Lưu Huyền Trang

TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 5 năm 2021

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM

Mức độ hoàn thành

Trần Bảo Việt

(nhóm trưởng) 19522631

Tổng hợp ý kiến, làm Powerpoint và thuyết trình 100/100

Nguyễn Tiến Anh 19476421

Làm Word, tìm hiểu đồng thời làm sơ đồ quy trình sản xuất bia và thuyết trình

100/100

Nguyễn Ngọc

Thiên Bảo 19476141

Tìm hiểu về thành phần bia và

quá trình lên men 80/100

Phan Quốc Cường 19481531 Tìm hiểu về thiết bị trong sản

90/100

MỤC LỤC

Phần 1: MỞ ĐẦU 5

Phần 2: NỘI DUNG 2.1 Các khái niệm, quá trình liên quan đến sản xuất bia 6-7 2.1.1 Khái niệm bia 6

2.1.2 Khái niệm nấm men và phân loại men bia 6-7 2.2 Quy trình sản xuất bia 7-16 2.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia 7

2.2.2 Sơ đồ, quy trình sản xuất bia 10

2.3 Quá trình lên men trong bia 17-20 2.3.1 Men nổi 18

2.3.2 Men chìm 19

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 20

2.5 Một số VSV gây hư hỏng trong bia 21

2.6 Yêu cầu thiết bị trong quá trình lên men 22

Phần 3: KẾT LUẬN 25

Phần 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

DANH MỤC HÌNH / BẢNG / CHỮ VIẾT TẮT

1 DANH MỤC HÌNH:

Hình 2.1 Hình ảnh về bia 5

Hình 2.2 Cấu tạo nấm men thật 6

Hình 2.3 Malt đại mạch 7

Hình 2.4 Hoa Houblon 7

Hình 2.5 Gạo 8

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất bia 9

Hình 2.7 Máy nghiền malt 10

Hình 2.8 Thiết bị lên men 13

Hình 2.9 Thiết bị lọc bia 14

Hình 2.10 Thiết bị thanh trùng bia 16

Hình 2.11 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 17

Hình 2.12 Nấm men Saccharomyces carlsbergensis 19

Hình 2.13 Máy trộn 23

Hình 2.14 Thiết bị sàng rung 23

Hình 2.15 Thiết bị CIP 23

Hình 2.16 Máy xay bột mịn 24

Hình 2.17 Máy nuôi vi sinh vật 24

Hình 2.18 Máy ly tâm 24

Hình 2.19 Cô đặc chân không 24

Hình 2.20 Tank lên men 25

Hình 2.21 Thiết bị lắng Lamella 25

2 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Một số VSV trong nấm men, nấm mốc, vi khuẩn và tác hại của chúng trong sản xuất bia 20

3 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

VSV: Vi sinh vật

CIP (Clean In Place): là một quy trình tự động cung cấp quá trình vệ sinh, tẩy

rửa, sát trùng tại chỗ mà không cần tháo lắp các thiết bị

SIP (Sterilization in Place) hay còn gọi tiệt trùng tại chỗ: là 1 hệ thống xử lý nhiệt

trên đường ống hoặc tại bồn (bồn tiệt trùng) trong các dây chuyền chế biến thực phẩm (sữa, rượu-bia-nước giải khát) hoặc dược – hóa – mỹ phẩm…

Các loại bia sử dụng phổ biến gồm 2 dòng:

- Ale: bia được sản xuất bằng lên men nổi, lên men với nhiệt độ 15 – 23oC tạo ra một lượng este đáng kể, các hương liệu thứ cấp và các sản phẩm tạo mùi khác Kết quả bia tạo ra có mùi vị của hoa hay quả tương tự

- Large: Có nguồn gốc từ Trung Âu, bia này dường như là loại được tiêu thụ nhiều nhất thế giới ngày nay Bia được sản xuất bằng lên men chìm ở nhiệt độ thấp (khoảng

7°C - 15°C) Sau đó được lên men thứ cấp ở 0 - 4oC

Ở thế giới khoảng 6.000 năm trước, nền văn minh Trung Quốc đã làm một loại đồ uống giống bia có tên gọi kyui Thế kỷ 15, ở Anh loại bia không có hoa bia được biết đến như là Ale, còn sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia Thế kỷ 16, Ale

đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) Tất cả Ale và bia đều sử dụng hoa bia Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler tạo ra mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter

và stout) Năm 1842, tại khu chợ St Martin ở Pilsen, Josef Groll đã cho ra mắt một loại bia màu vàng óng sóng sánh hơi thẫm, hương thơm đặc trưng và có độ trong đến mức xuyên thấu Morton W Coutts (New Zealand) vào năm 1953 đã phát triển

kỹ thuật lên men liên tục giúp giảm thời gian ủ và sản xuất bia xuống còn chưa đầy

24 giờ Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay

Ở Việt Nam sản xuất bia được người Pháp đưa vào nước ta cuối thế kỷ 19, chính

là Nhà máy Bia Hà Nội và Nhà máy Bia Sài Gòn Những năm 1970 ngành Bia Việt Nam đã có những bước phát triển quan trọng Đến nay, cả nước ta có 469 cơ sở sản xuất với năng lực 1021 triệu lít/năm Bia là một loại nước uống có cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường trong môi trường lơ lửng chất lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men

Phần 2: NỘI DUNG

2.1 Các khái niệm, quá trình liên quan đến sản xuất bia:

Hình 2.1 Hình ảnh về bia

2.1.1 Khái niệm bia:

Bia là loại nước uống có truyền thống lâu đời, độ cồn thấp, mùi thơm ngon, bổ dưỡng có giá trị dinh dưỡng cao và đặc biệt là cung cấp hệ enzyme cho tiêu hóa Đây là một sản phẩm công nghệ sinh học được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men Trong đó, lên men là công đoạn quan trọng nhất

2.1.2 Khái niệm nấm men và phân loại men bia:

* Khái niệm: Nấm men là chất làm cho bia có hương vị và màu mùi đặc trưng

Thức ăn cần thiết cho nấm men là đạm, hydrocacbon và chất khoáng Nấm men làm biến đổi đường thành rượu và axit cacbonic (biến đổi không hoàn toàn) 96÷96% Số còn lại 4÷5% thành axit succinique (0,7%), glycerin (3,5%) và những chất khác

Hình 2.2 Cấu tạo nấm men thật

* Phân loại men bia: Có 2 loại men bia : Men Ale, men Lager

+ Nấm men nổi (ale): Saccharomyces cerevisiae tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men

+ Nấm men chìm (lager): Saccharomyces carlsbergensis… hầu hết các tế bào

quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi

2.2 Quy trình sản xuất bia:

2.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia:

+ Malt có nhiều loại: malt vàng, malt đen và nhiều loại malt khác

Hình 2.3 Malt đại mạch

3 Hoa Houblon:

+ Có tên khoa học Humulus lupulus

Vai trò: + tạo vị đắng đặc trưng

+ tạo hương thơm đặc trưng

+ tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt

+ tăng độ bền keo

+ tính kháng khuẩn

Hình 2.4 Hoa Houblon

4 Nấm men

- Trong sản xuất bia người ta dùng 2 loại nấm men:

+ Nấm men nổi: Saccharomyces cerevisiae

+ Nấm men chìm: Saccharomyces carlsbergensis

5 Các nguyên liệu tinh bột:

- Là các nguyên liệu phụ dùng trong sản xuất bia như: gạo, ngô, mì, mạch đen, cao lương, sắn, khoai tây

- Nhằm cung cấp tinh bột cùng với malt để chuyển thành đường maltozơ trong quá

+ Các chất dùng cho quá trình thu hồi bia

+ Nhóm chất trợ lọc làm trong dịch đường, bia, nước

2.2.2 Sơ đồ, quy trình sản xuất bia

Chai, nước, xút, điện

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

1 Nghiền nguyên liệu:

a) Nghiền malt

Hình 2.7 Máy nghiền malt

- Mục đích: Đập nhỏ hạt nguyên liệu thành nhiều mảnh để tăng diện tích tiếp xúc

giữa nguyên liệu với nước, làm cho nước xâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình thủy phân nhanh chóng và triệt để

- Yêu cầu: Giữ thành phần vỏ hạt càng nguyên vẹn càng tốt để tránh làm giảm chất

lượng bia, nỗi nhũ có độ mịn cao

- Cách tiến hành: Nguyên liệu được đưa vào máy nghiền qua phễu nạp liệu Gạo

được nghiền nát nhờ vào lực va đập của búa vào thành trong của máy nghiền và do

sự cọ xát của các hạt với nhau Gạo sau khi nghiền đạt kích thước yêu cầu sẽ được chuyển qua xilo nhờ gàu tải, những hạt chưa đạt yêu cầu sẽ được tiếp tục nghiền cho đến khi cho kích thước đủ nhỏ và được đưa ra ngoài Gạo sau khi nghiền được đưa qua thiết bị chứa tạm thời và bổ sung nước, trước khi chuyển sang nồi nấu với tỉ lệ ( gạo : nước = 1:5)

b) Nghiền gạo: nhằm đưa nguyên liệu ở dạng hạt về dạng bột để dễ dàng thấm

nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn chế biến sau này Gạo là nguyên liệu mà tinh bột của chúng khi được hồ hóa, chưa được tác động bởi các enzyme Cấu trúc tinh bột của chúng rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị thủy phân, do đó gạo phải được nghiền càng nhỏ càng tốt, nhằm tách triệt để được các

chất tan trong tinh bột

2 Đường hóa

- Khái niệm: là giai đoạn quan trọng nhất quyết định hiệu suất nấu Nguyên liệu qua

qua giai đoạn hồ hóa – đường hóa với mục đích chuyển tinh bột từ dạng không hòa tan sang dạng hòa tan, sau đó được đưa vào quá trình đường hóa cùng với malt, ở đây dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt trong điều kiện nhiệt độ nhất định và môi trường thích hợp, các enzyme hoạt động cắt các chất cao phân tử thành các chất thấp phân tử

- Mục đích: Tạo ra nhiệt độ và pH thích hợp để các enzyme có trong nguyên liệu

hoạt động Chúng xúc tác quá trình thủy phân, các hợp chất cao phân tử trong nguyên liệu (amylose, amylopectin, protein, ) thành những chất có phân tử thấp hơn hòa tan vào dịch đường Các chất này là nguồn dinh dưỡng cho nấm men

4 Lọc dịch đường

Quá trình lọc chia thành 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Lọc dịch đầu là giai đoạn tách dịch ra khỏi bã Trong suốt quá trình

lọc, bã đóng vai trò như một lớp trợ lọc

+ Giai đoạn 2: Rửa bã, sau khi tách dịch ra khỏi bã, trong bã còn giữ lại một lượng

chất hòa tan đặc biệt là dịch đường Mục đích của rửa bã là thu hồi những chất chiết này Rửa bã bằng nước nóng 78oC và rửa cho đến khi nồng độ chất không tan trong

bã nhỏ hơn 1% thì dừng Nếu tiếp tục rửa thì hiệu suất thu hồi sẽ giảm và sẽ hòa tan những hợp chất không mong muốn, đặc biệt là các polyphenol làm cho bia có vị chát

4 Đun sôi với hoa Houblon

Trong Houblon có chứa polyphenol có khả năng làm keo tụ các protein không tan trong dịch đường tạo kết tủa

 Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt

 Tính kháng khuẩn

 Hòa tan các chất đắng, chất thơm và dịch đường làm cho bia có vị đắng và mùi thơm đặc trưng

 Polyphenol, chất đắng, các hợp chất là những hợp chất tạo sức căn bề mặt có hoạt tính cao, nhờ vậy mà CO2 được giữ bền hơn trong bia thành phẩm

- Mục đích: nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm và vị đắng đặc

trưng của hoa houblon, gia tăng nồng độ đường, độ axit, cường độ màu đồng thời quá trình đun hoa còn có tác dụng thanh trùng, tiêu diệt các vi sinh vật và các hệ enzyme còn lại trong dịch đường

- Cách tiến hành: Dịch đường sau khi nấu với hoa houblon và đun sôi trong 60 –

90 phút Ở đây dịch được đun sôi với hoa houblon nhiệt độ hơn 1000 C, các chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol và các thành phần của hoa houblon được hòa tan vào dịch đường tạo cho bia có vị đắng, mùi thơm đặc trưng của hoa houblon và khả năng giữ bọt cho bia Polyphenol của hoa khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các protein cao phân tử tạo các phức chất dễ kết lắng làm tăng độ trong của dịch đường và ổn định thành phần sinh học của bia thành phẩm

5 Lắng xoáy:

- Dịch sau khi nấu được đưa qua nồi lắng xoáy để tách cặn hoa trước khi đưa vào lên men Dịch đường trong được đưa qua thiết bị làm lạnh nhanh, mục đích đưa dịch đường xuống nhiệt độ lên men thích hợp (8 – 90 C) đồng thời tránh sự xâm nhập của vi sinh vật vào dịch đường dẫn đến bất lợi cho quá trình lên men Dịch đường được bổ sung oxy đến mức độ cần thiết và với lượng men giống thích hợp được đưa vào tank lên men, ở đây quá trình lên men chính xảy ra, dưới tác dụng của tế bào nấm men bia, dịch đường được chuyển hóa thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác

- Quá trình nấu sử dụng nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt năng và điện năng cho

việc vận hành các thiết bị, hơi nước phục vụ mục đích gia nhiệt và đun sôi

6 Làm lạnh

- Dịch đường sau khi kết thúc quá trình houblon hóa có nhiệt độ cao và một lượng

cặn rất lớn Nhiệt độ cao làm nấm men không hoạt động được, cặn làm cản trở quá

trình hoạt động của nấm men Chính vì vậy, cần làm lắng cặn, lọc và làm lạnh

- Cách tiến hành: Hạ nhiệt độ của dịch nha xuống nhiệt độ phù hợp cho quá trình

lên men và tăng khả năng hòa tan khí Đồng thời nhằm hạn chế khả năng nhiễm vi sinh vật Đồng thời dịch đường được bơm vào nồi theo phương tiếp tuyến tạo ra

vòng lắng xoáy cặn hình thành trong quá trình đun sôi Thời gian lắng cặn khoảng

15 phút Nồi cũng là nơi chưa dịch nha trong suốt quá trình làm lạnh

7 Lên men

Hình 2.8 Thiết bị lên men

a Lên men chính :

- Khái niệm : là quá trình chuyển hóa các chất đường và destrin thấp phân tử trong

dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ tác dụng của nấm men

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q Các sản phẩm phụ (các este, acid hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyde, glycerin ) đi vào thành phần hòa tan của dịch lên men Một số thành phần hòa tan đã bị kết tủa và lắng dần xuống cùng với sinh khối của nấm men Sau khi cấy giống vào nước nha ta bắt đầu tính thời gian lên men Có thể chia quá trình lên men làm 4 giai đoạn :

 Giai đoạn 1 (khoảng 2 ngày đầu): nấm men nẩy chồi, phát triển mạnh dần và sinh khối đạt cực đại ở cuối ngày thứ hai

 Giai đoạn 2 (2 ngày kế tiếp): sự lên men chuyển từ kiểu lên men hiếu khí (để tăng sinh khối nấm men) sang lên men kỵ khí (để tạo CO2 và ethanol)

 Giai đoạn 3 (2 - 3 ngày tiếp theo): thời kỳ lên men mạnh nhất

 Giai đoạn 4 (1 - 2 ngày cuối cùng): cường độ lên men yếu dần, sinh khối nấm men tăng cùng với các thành phần keo tụ của protein, tanin, nhựa đắng hoa houblon, lắng dần xuống đáy thùng lên men

- Mục đích: để tạo ra thành phẩm rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm có trong bia thành phẩm nhằm định hình hương và vị của bia

- Sau quá trình lên men chính thì từ dịch đường houblon hóa đã được chuyển thành sản phẩm bia non, do tác động của tế bào nấm men Tuy lượng chất hòa tan trong bia non là thấp hơn so với dịch đường trước khi lên men nhưng trong thành phần bia non là một hỗn hợp chất hòa tan, đảm nhận việc tạo hương vị đặc trưng của bia thành phẩm sau này Ngoài hai sản phẩm chính là rượu etylic và khí CO2, trong quá trình lên men chính còn tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai Những sản phẩm này có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia

b Lên men phụ:

Mục đích: Tiếp tục lên men phần chất khô còn sót lại sau khi lên men chính, bão

hòa CO2 và tăng cường mùi vị cho bia

Quá trình lên men phụ thực hiện trong bình kín ở nhiệt độ từ 0-5°C Quá trình lên men xảy ra chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể, dịch lên men lắng đọng

và bão hòa CO2 Giai đoạn này gọi là quá trình ủ chín bia, kết thúc giai đoạn này ta thu được bia là một sản phẩm ở dạng dung dịch bão hòa CO2, có vị thơm ngon dễ chịu nhờ quá trình chuyển hóa xảy ra ở nhiệt độ thấp

Tuy nhiên trong quá trình sản xuất thực tế thì quá tình lên men là một dây chuyền sản xuất liên tục qua nhiều giai đoạn và không nói rõ 2 giai đoạn lên men đó, đó chỉ

là lý thuyết để hiểu những biến đổi trong quá trình lên men bia

8 Lọc:

Hình 2.9 Thiết bị lọc bia

- Trong quá trình lên men và trữ bia lạnh, bia được làm trong một cách tự nhiên

nhưng chưa đạt được độ trong cần thiết Trong bia vẫn còn đục do sự có mặt của nấm men dư thừa, hạt phân tán cơ học, dạng hạt keo, phức chất protein-polyphenol

và nhiều loại hạt khác tạo màu đục cho bia có nguồn gốc từ các quá trình đường hóa, đun hoa hay quá trình lên men,…Tất cả cấu tử này nếu tồn tại trong bia sẽ làm giảm

độ bền của bia và giảm giá trị cảm quan

- Vậy nên lọc tạo độ trong cho bia, loại bỏ đáng kể số lượng các vi sinh vật bao gồm

cả nấm men vẫn còn sót, loại bỏ các phức chất protein, các hạt dạng keo polyphenol,

polysacarit và các protein ít tan làm bia trở nên ổn định hơn

9 Quá trình đóng chai:

Đóng gói để dễ sử dụng, vẩn chuyển , và dễ thanh trùng và bảo quản sản phẩm

10 Bão hòa CO 2 : Khí CO2 trong bia là nhờ quá trình lên men rượu Nấm men chuyển hóa đường thành rượu etylic và CO2 hòa tan trong bia, tuy nhiên do các công đoạn sau lên men (nhất là khâu lọc bia) CO2 bị thất thoát khá nhiều Vì vậy phải tiến hành nạp đủ CO2 cần thiết cho bia, việc nạp được tiến hành bằng cách sục CO2 từ dưới lên nhằm tăng lượng CO2 hòa tan trong bia đảm bảo chất lượng của bia thành phẩm trước khi đóng chai, bom

11 Quá trình thanh trùng bia:

- Tiêu diệt và ức chế các vi sinh vật trong bia ảnh hưởng đến chất lượng bia thành

phẩm (màu sắc, mùi vị), kéo dài thời gian bảo quản của bia

- Thanh trùng bia có nhiều công nghệ trong bao bì và ngoài bao bì Nếu là thanh

trùng ngoài bao bì thường sẽ dùng thiết bị pasteurizer băng chuyền