Một số ảnh hưởng đến chất lượng của bia thành phẩm

Hiểu biết đầy đủ về các tính chất của nguyên liệu và tác dụng của chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở của quá trình điều hành sản xuất và xử lý, từ đó có thể điều h

tr-ờng đại học vinh khoa hóa học

=====o0o=====

đồ án tốt nghiệp

Đề tài: Một số yếu tố ảnh h-ởng đến chất l-ợng của bia thành phẩm

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Hoá- Trường Đại Học Vinh đã tạo điều kiện cho em được học tập và nghiên cứu trong môi trường học tập khoa học, giúp cho em có kiến thức vững vàng trước khi bước vào

đời Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của cô giáo Th.S Đào Thị

Thanh Xuân- Cô là người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình

hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Đồng thời em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình em và bạn bè những người luôn đứng sau giúp đỡ, chia sẻ với em những khó khăn và thuận lợi trong thời gian qua

Đề tài tốt nghiệp của em là: “Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bia

thành phẩm”trong qua trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để bản đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày….tháng……năm 2010

Hoàng Thị Hà Liên

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm chí trở thành loại nước giải khát không thể thiểu hàng ngày đối với mỗi người dân phương tây

So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp và nhờ

có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khí rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia

Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25g thịt bò hoặc 150g bánh mì loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal Vì vậy bia được mệnh danh là bánh mì nước Ngoài ra trong bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và axit amin rất cần thiết cho cơ thể

Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ thứ 5 trước công nguyên và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy nghành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm

Chất lượng của bia phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, công nghệ sản xuất Để đánh giá chất lượng của bia người ta dựa trên nhiều tiêu chí Phân tích chất lượng của bia không chỉ giúp cho các nhà công nghệ điều chỉnh các yếu tố về công nghệ để sản xuất loại bia mong muốn Các tiêu chí của bia thành phẩm còn giúp chúng ta đánh giá chất lượng của một loại bia, cũng như chúng ta đánh giá về mức độ an toàn của sản

phẩm Chính vì vậy chúng tôi đã chọn đề tài: “Một số yếu tố ảnh hưởng đến tới chất

lượng của bia thành phẩm”

2 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Trong đồ án này chúng tôi tiến hành phân tích một số chi tiêu đánh giá chất lượng của bia thành phẩm như: xác định Diaxetyl, xác định độ axit, xác định hàm lượng etanol, xác định đường khử và xác định độ đắng

3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu được thực hiện trên bia chai, bia lon và bia hơi sản xuất tại Việt Nam

PHẦN I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu sản xuất:

Bốn nguyên liệu chính cần dùng cho quá trình sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men Chất lượng của chúng quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm Hiểu biết đầy đủ về các tính chất của nguyên liệu và tác dụng của chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở của quá trình điều hành sản xuất và xử lý, từ đó có thể điều hành quá trình công nghệ một cách hợp lý nhất Phần này giới thiệu các yều cầu chính của các loại nguyên liệu chính và nguyên liệu thay thế dùng trong sản xuất bia hiện nay [3]

1.1.1 Đại mạch

Là nguyên liệu có tính chất truyền thống để sản xuất bia (có thể thay thế một phần nguyên liệu khác nhưng nguyên liệu chủ yếu vẫn là đại mạch nảy mầm) Đại mạch cung cấp nhiều tinh bột cần thiết cho sản xuất bia Tinh bột được chuyển hoá thành chất hoà tan có thể lên men được

Phân loại các giống đại mạch

Đại mạch được xếp vào họ Hordeum gồm có: Hordeum Sativum; Hordeum Murinum; Hordeum Jubatum Theo mục đích sử dụng, đại mạch được chia làm hai nhóm chính:

- Đại mạch dùng trong công nghiệp: Dùng để chế biến bia hoặc các ngành thực phẩm dùng malt đại mạch Thường dùng giống đại mạch hai hàng (gọi là H.Distichum)

Hình 1: Đại mạch hai hàng (H.Distichum)

- Đại mạch dùng 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 2: Đại mạch nhiều hàng Cấu trúc hạt đại mạch

Cấu trúc của hạt đại mạch gồm 3 bộ phận chính: Vỏ hạt, phôi và nội nhũ trong

đó nội nhũ là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt 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

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

Thành phần hoá học của đại mạch

Thành phần hoá 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 chi số

về thành phần hoá học là nhân tố quyết định chất lượng của đại mạch để xem xét loại

đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt và bia hay không Đối với công nghệ sản xuất

bia, các hợp phần sau đây có ý nghĩa quan trọng hơn cả

Nước

Thuỷ phân của 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

Hàm ẩm của đại mạch tối đa cho phép khi đưa vào bảo quản là 13%

Tinh bột được phân bố chủ yếu ở nội nhũ và một phần rất ít ở phôi

Nhiệt độ cao, hệ số trương nở và độ nhớt của tinh bột đạt giá trị lớn nhất, gọi là điểm hồ hoá Với các loại tinh bột khác nhau, điểm hồ hoá của chúng cũng khác nhau: Ngô và đại mạch là 800C, gạo là 750C, khoai tây là 650C

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

Tinh bột bao gồm hai polysaccharid hợp thành: Amyloza và amylopectin Tỷ lệ về khối lượng giữa các loại hydratcacbon trong thành phần chất hoà tan của dịch đường có ảnh hưởng rất lớn đến tiến trình lên men và chất lượng của bia

Sự thuỷ phân tinh bột bởi enzim amylaza đóng 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 hoá nguyên liệu

Xelluloza

Xelluloza Của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và xelluloza đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong suốt quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng

Các hợp chất pectin và các chất dạng keo:

Sự tồn tại của các hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dịch đường mang tính chất hai mặt Mặt tiêu cực là làm cho dịch có độ nhớt cao, cản trở quá trình lọc tuy nhiên còn tạo cho bia có vị đậm đà và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt của sản phẩm

có các tính chất khác với nhóm cao phân tử Tuy có cùng vật liệu kiến tạo nhưng các hợp chất thấp phân tử không mang đặc thù của protit cho nên chúng được gộp vào một nhóm, gọi là “các hợp chất chứa nito phi protit”

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 bia hay không Nếu hàm lượng quá cao, bia dễ bị đục, rất khó bảo quan Ngược lại nếu quá thấp, quá trình lên men không triệt để, bia kém bọt,

vị kém đậm đà và kéo theo nhiều chỉ số non yếu khác Hàm lượng protit tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 8 – 10%

Quá trình phân giải protid dưới tác dụng của enzyme là một trong những quá trình quan trọng nhất trong sản xuất malt và bia, sản phẩm đặc biệt của quá trình phân giải là sự tạo thành melanoic, chất này gây cho bia có mùi thơm, vị ngọt và khả năng tạo bọt của bia về sau Nhưng đặc tính này của bia trước hết phụ thuộc vào sự phân giải protid có tối ưu không

Sự oxi hóa protid gây nên những biến đổi xấu về chất lượng sản phẩm Hiện tượng này là một trong những nguyên nhân chính làm giảm tính ổn định của bia Thường những kim loại nặng (đặc biệt là Fe và Cu) là những chất xúc tác cho quá trình oxi hóa protid, vì vậy sẽ dẫn tới chỗ bia bị đục nhanh hơn Trong đại mạch có đủ protid đơn giản (protein) và protid phức tạp (proteit)

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 hoà tan thành dung dịch Các đại diện tiêu biểu của nhóm này là: Polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng

- Polyphenol và chất đắng: Trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ Phần lớn những hợp chất hoà 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 kết hợp với protit cao phân

tử để tạo thành phức chất để kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm Mặt khác sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân tố ảnh hưởng đến hương và vị cho bia

- Chất chát và chất đắng trong đại mạch thuộc nhóm lipoid, là nguyên nhân gây

ra vị đắng khó chịu cho bia

Các nhóm enzym trong đại mạch

Bản chất của enzym là protein Chúng tham gia xúc tác những phản ứng hóa sinh trong hạt đại mạch Từ đó biến dần những hạt đại mạch thành hạt malt Trong quy trình công nghệ enzym chịu tác dụng của nhiều yếu tố khách quan, song thực tế cho thấy ảnh hưởng mạnh nhất đến hoạt tính của enzym là nhiệt độ, pH, nồng độ của dung dịch

Trong hạt đại mạnh luôn có hai nhóm enzym chính

- Nhóm enzyme xúc tác cho quá trình oxi hóa khử: Hạt đại mạch hoạt tính giảm thiểu, ở giai đoạn đầu của việc tạo malt chúng tăng cường hoạt động nhanh, trong quá trình sấy malt chúng hầu như bị phá hủy

- Nhóm enzyme thủy phân: tùy thuộc vào nguồn cơ chất enzym xúc tác cho quá trình thuỷ phân ta có thể tách thành hai nhóm nhỏ

+ Nhóm enzyme thủy phân các hợp chất glucide

+ Nhóm enzym thủy phân protit: Proteinase, Peptitdase, Amydase

- Nhóm enzyme esteraza tham gia làm vỡ các mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ với nhau hoặc giữa các hợp chất hữu cơ và vô cơ

Những yêu cầu chất lƣợng của đại mạch dùng trong sản xuất bia

Yêu cầu về cảm quan

- Tất cả các hạt thóc phải thuộc một loại đại mạch, đông 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

Sinh lý

- Lực nảy mầm phải đạt 80 ÷ 85%

- Trọng lượng tuyệt đối thường 35 ÷ 45 g/1000 hạt

- Khả năng nảy mầm 90 ÷ 95 %

Yêu cầu về thành phần hóa học

- Vỏ: không vượt quá 7 ÷ 9% trọng lượng hạt

- Hàm lượng ẩm: w = 10 ÷ 15%

- Hàm lượng protid 8 ÷ 14% chất khô của hạt

- Hàm lượng glucid chiếm 55 ÷ 62 % trọng lượng hạt (hoặc 63 ÷ 66 % trọng lượng chất khô).[1,3,8]

1.1.2 Hoa Houblon (Humulus Lupulus)

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản, đứng vị trí thứ hai (sau đại mạch), trong công nghệ sản xuất bia Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Do những tính năng cực kỳ đặc biệt như vậy, cho nên qua mấy thiên niên kỷ tồn tại và phát triển ngành bia, hoa houblon vẫn giữa được vai trò độc tôn và là loại nguyên liệu “không thể thay thế” trong ngành công nghiệp này [3]

Hoa houblon có hoa đực và hoa cái riêng biệt cho từng cây, trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn Hoa đực không được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất đắng cũng rất kém

Khi hoa chín ở nhị hoa xuất hiện các hạt vàng óng, rất dẻo, gọi là lupulin Chính là nguồn gốc sinh ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa

Thành phần cơ học của một hoa bao gồm:

+ Cuống hoa: 5 – 6% tính theo chất khô của hoa

+ Trục : 7 – 8% tính theo chất khô của hoa

+ Hạt lupulin: 19 – 20% tính theo chất khô của hoa

+ Cánh và nhị hoa: 66 – 67% tính theo chất khô của hoa

Thành phần hoá học của hoa houblon

Bảng Thành phần hóa học hoa houblon

Tinh dầu thơm

Tinh dầu thơm của hoa houblon hoà tan vào dịch đường, tồn tại trong bia và tạo

ra cho nó một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu Là những chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, tinh dầu thơm có mùi rất mạnh Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon, có đến 98% lượng tinh dầu thơm bay ra ngoài theo hơi nước, chỉ còn 2% tồn tại lại ở trong bia

Polyphenol

Giá trị công nghệ lớn nhất của polyphenol là chúng được dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protit cao phân tử ra khỏi dịch đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm

Polyphenol trong hoa houblon rất phong phú về chủng loại, đa dạng về cấu trúc

và khác nhau về tính chất Tất cả những hợp chất này đều thuộc nhóm flavonoid

Một tính chất rất quan trọng của các hợp chất phenol trong nhóm flavonoid là chúng dễ dàng thực hiện phản ứng ngưng tụ để tạo thành oligome và dễ dàng polyme hoá để tạo thành polyme Mặt khác oligome có một khả năng rất đạc biệt là dễ dàng kết hợp với protein cao phân tử để tạo thành các phức chất không hoà tan Tất cả các hợp chất có tính chất trên được liệt vào một nhóm được gọi là Tanin Tanin của hoa houblon có hoạt tính mạnh hơn hẳn các hợp chất cùng loại trong đại và malt Vì lý do

đó, trong kỹ thuật người ta sử dụng polyphenol của hoa houblon để loại trừ các cấu tử protein khó biến tính và kết lắng ra khỏi dịch đường vì chúng tồn tại trong bia sẽ là nguyên nhân gây đục sau này

Chế phẩm hoa houblon

Sử dụng hoa nguyên cánh trong sản xuất bia có ưu điểm là bảo toàn được chất lượng, nhưng có các nhược điểm là chúng chiếm thể tích cồng kềnh, khó bảo quản, hiệu quả sử dụng thấp

Để khắc phục các nhược điểm trên, trong kỹ thuật sản xuất bia người ta đã chế biến hoa cánh và các bộ phận của nó thành dạng bán thành phẩm, gọi là chế phẩm houblon để sử dụng được thuận tiện hơn Hội đồng về hoa houblon thuộc công ước bia châu âu đã đề xuất bảng danh pháp cho các loại chế phẩm đó như sau:

- Các chế phẩm được chế biến bằng phương pháp nghiền:

+ Bột humulon: Cánh hoa và lupulin được nghiền thành bột, không cô đặc, hàm lượng đắng đến 15%

+ Lupulin: Hạt lupulin nghiền, cô cơ học, hàm lượng đắng trên 15%

+ Pumulon chiết ly: Là sản phẩm được chiết bằng các dung môi hữu cơ (cao hoc) + Humulon đồng phân: Sản phẩm mà trong đó axit đắng đã được đồng hoá

- So với cánh hoa sấy khô nguyên cánh thì sử dụng chế phẩm của hoa houblon

có những ưu điểm sau:

+ Giảm được hao phí chất đắng trong thời gian bảo quản

+ Tăng hệ số sử dụng hữu ích của chất đắng và các cấu tử khác

+ Lược bỏ được kho lạnh bảo quản

+ Cân đong chính xác hơn liều lượng sử dụng

+ Lược bỏ được hệ thống thiết bị lọc bã hoa trong nhà máy bia

+ Giảm bớt được lượng chất màu antoxianoge và các cấu tử bất lợi khác cho chất lượng của bia

- Chế phẩm hoa có nhiều ưu điểm chính vì vậy mà hiện nay có khoảng 40% tổng lượng hoa houblon của thế giới được sử dụng ở dạng chế phẩm tại trên 2500 nhà máy bia

Yều cầu về chất lƣợng hoa houblon:

- Màu sắc: Hoa có màu hơi ngà, cánh hoa phải có màu sáng ngà, không có màu nâu hoặc màu sẫm đen

- Mùi vị: Có vị đắng, mùi thơm đặc trưng

- Tạp chất: Hàm lượng tạp chất < 17,5%, không lẫn nhiều lá và cuống hoa (có thể chấp nhận lá và cuống gẫy con khoảng 3%)

- Hàm lượng ẩm: Dùng tay nghiền hoa, hoa không được dính vào nhau hoặc mất lá, không bị ướt, không bị gãy

- Hình dáng hoa: Các búp hoa phải to đều, các cánh hoa xếp khít nhau

- Các hạt lupulin (nhuỵ hoa): Hoa có càng nhiều lupulin càng tốt, lupulin có màu vàng chanh tới vàng bóng, dính

Bảo quản hoa houblon: Hoa houblon cần bảo quản ở nơi khô ráo, nhiệt độ thấp

và có ánh nắng mặt trời Trong khi bảo quản, hàm lượng ẩm tối đa của hoa cho phép là 13%, còn nhiệt độ bảo quản tốt nhất là 0,5 – 20C

1.1.3 Nước

Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm Trong quá trình sản xuất malt và bia cần một lượng nước rất lớn như để ngâm đai mạch trong sản xuất malt hồ hoá, đường hoá, rửa men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi Chất lượng của nước ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia.[1, 3, 8]

Yều cầu của nước dùng trong sản xuất bia

- Độ cứng từ mềm đến trung bình

- Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

- Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l

- Hàm lượng muối clorua 75 – 150 mg/l

- Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l

- NH3 và muối NO2 không có

- Hàm lượng ion sắt (II) không quá 0,3 mg/l

- Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

- Số lượng tế bào E.coli # 3 tế bào/ml

Đối với nước pha loãng bia (bia có nồng độ cao), cần có thêm các yều cầu sau:

- Hàm lượng O2 hoà tan < 0,05 mg/l

- Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 phã loãng

- Hàm lượng, thành phần kháng tương đối với bia

- Không có vi sinh vật và mùi lạ

Sử dụng nước trong công nghệ sản xuất bia

Nước tham gia trực tiếp vào quy trình công nghệ (như ngâm đại mạch, nấu malt, lọc dịch nha, lên men, trong công đoạn chiết rót…), tạo nên sản phẩm cuối cùng

Có thể nói nước là nguyên liệu chính để sản xuất bia do trong hàm lượng nước chiếm đến 90 – 92% trọng lượng bia

Thành phần và hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn đến quy trình công nghệ và chất lượng bia thành phẩm Nước công nghệ được sử dụng trong quy trình nấu malt, nấu gạo, rửa bã, 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 sễ hoà 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 axit của hồ malt làm cản trở hoạt động của hệ enzim trong malt

2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 = CaHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2

Từ phản ứng trên ta nhận thấy rằng hai phân tử có tính axid sẽ thu được một phân tử kết tủa và một phân tử có tính kiềm

- Na2CO3 là muối làm giảm độ axit mạnh nhất vì:

2KH2PO4 + Na2CO3 = K2HP04 + Na2HPO4 + 2H2O + 2CO2

Nhận thấy rằng từ hai phân tử có tính axit (KH2PO4) sẽ thu được 2 phân tử có tính kiềm K2HPO4 , 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

1.1.4 Nấm men

Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, có khả năng sống trong môi trường dinh dưỡng có chứa đường, nito, photpho và các chất cơ, vô cơ khác Chúng là các vi sinh vật có khả năng sống trong cả điều kiện hiếu khí và yếm khí

Mỗi loại nấm men cho ra một loại bia có hương vị đặc trưng riêng Sự cần thiết của phát triển chủng nấm men trong sản xuất bia đi đôi với sự phát triển công nghệ sản xuất bia

Các đặc tính cơ bản mong muốn có đối với bất kỳ chủng nấm men nào dùng trong sản xuất bia:

+ Tốc độ lên men nhanh

+ Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao

+ Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxi, nhiệt

+ Có khả năng kết bông và kết lắng tốt

+ Có khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng

+ Sản phẩm tạo ra bao gồm các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia

+ Đặc tính di truyền cao.[3]

1.1.5 Nguyên liệu thay thế đại mạch

Ngoài đại mạch, trong công nghệ sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm, người ta đưa một số nguyên liệu khác để thay thế Các loại nguyên liệu thay thế có thể chia làm hai nhóm: Nhóm dạng hạt bột và nhóm dạng đường

1.1.5.1 Nguyên liệu thay thế dạng bột

Tiểu mạch

Khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ dàng tham gia quá trình hydro hoá để tạo thành phức chất keo tụ Phức chất này có đặc tính rất dai và dẻo,

có thể kéo thành sợi một cách dễ dàng, và chúng được gọi là gluten Vì tính chất này

mà rất hiếm khi mới sử dụng chúng trong sản xuất bia

Gạo và Thóc tẻ

Về khả năng thay thế malt đại mạch trong sản xuất bia thì gạo là loại ngũ cốc chủ yếu được sử dụng Có thể sử dụng theo hai hình thức: dùng trực tiếp chế biến lẫn với bột malt, hoặc dùng thóc ươm mầm, có thể sấy khô hoặc dùng ở dạng malt tươi, đường hoá phối hợp với malt đại mạch theo tỷ lệ thích hợp

Trong thành phần chất khô của gạo thì tinh bột chiếm đến 75% Thông thường người ta hay chọn loại gạo có độ trắng đục hơn vì loại gạo có độ trắng đục có hàm lượng protein cao hơn, hạt chắc và cứng hơn

Gạo có hàm lượng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và xenlluloza thì ở giới hạn thế nên có thể nói rằng, gạo là một nguyên liệu khá lý tưởng cho việc sản xuất bia

Thóc có thể sử dụng để sản xuất bia sau khi đã ươm mầm Nhưng cần lưu ý khi đường hoá ở nhiệt độ 670C và dịch hoá ở 770C, và vỏ thóc dày nên khi ngâm cần sử dụng nước có độ cứng cao

Ngô

Ngô được sử dụng trong sản xuất bia dưới dạng hạt lứt, hạt dẹt hoặc tinh bột

Tỷ lệ sử dụng khoảng từ 10 – 30%

1.1.5.2 Nguyên liệu thay thế dạng đường:

Ngoài các loại nguyên liệu thay thế dang hạt trên, trong công nghiệp sản xuất bia còn sử dụng một số loại nguyên liệu thay thế dang đường hoặc bán thành phẩm chế biến từ đường Các loại nguyên liệu này được bổ sung trực tiếp voà dịch đường ở giai đoạn nấu hoa houblon.[3]

Đường mía và đường củ cải

Đường mía và đường củ cải là loại nguyên liệu chất lượng cao, dùng để thay thế một phần malt đại mạch Thông thường thì hai loại đường này được đưa vào sử dụng hạt sau khi tinh luyện, với hàm lượng saccharoza không dưới 98%

Đường thuỷ phân

Đường thuỷ phân thu nhận được bằng cách thuỷ phân tinh bột khoai tây hoặc tinh bột ngô bằng axit, sau đó trung hoà, lọc, cô chân không đến 77 – 84% chất khô Lượng đường thuỷ phân dùng để thay thế malt đại mạch thông thường là 10 – 15%

- H2SO4 đậm đặc: Giúp điều chỉnh PH của dịch đường

- CaCl2: Có tác dụng tăng khả năng chịu nhiệt, giúp trao đổi chất của nấm men trong tổng hợp protein, tăng độ bền tàng trữ bia,chống đục bia, tạo điều kiện thuận lợi

để các enzym hoạt động trong quá trình lên men

- Phormon công nghiệp 10%: Cho cùng lúc với CaCl2 trong nồi malt, tăng khả năng kháng khuẩn của bia, làm kết tủa tanin và althocyanua có trong vỏ malt tranh đục bia

- Caramel: Dùng trong giai đoạn đầu của nồi nấu hoa houblon tạo ra màu vàng cho bia, tăng độ đường của nước nha

- Các chất trợ lọc: Lọc trong dịch đường, lọc bia sau lên men

- Maturex: Rút ngắn thời gian lên phụ và hạn chế tạo diaxetyl

- Nhựa trao đổi ion: Làm sạch nước Than hoạt tính làm sạch nước và CO2.[3]

1.2 Công nghệ sản xuất bia

1.2.1 Công nghệ sản xuất malt

Quy trình công nghệ sản xuất malt

Toàn bộ công nghệ sản xuất malt đại mạch có thể được tóm tắt thành hai giai đoạn:

Đại mạch sau khi tiếp nhận tại kho, được rửa và phân loại, ngâm và ươm mầm + Đại mạch lúc nhập vào nhà máy còn chứa rất nhiều tạp chất như hạt của các loại lúa khác, hạt gãy vỡ, sỏi đá, rác và nhiều tạp chất khác Vì vậy sau khi nhập xong, đại mạch phải chuyển đến khu vực xử lý ngay để thực hiện việc làm sạch và phân loại hạt để sau đó đưa từng loại hạt vào kho hoặc xilo để bảo quản

+ Bảo quản đại mạch: Đối với đại mạch dùng để sản xuất malt và bia thì việc tạo và giữ được ổn định một chế độ công nghệ bảo quản thích hợp sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo toàn chất lượng của thành phẩm sau này.[ 6]

Đại mạch

Ngâm/làm ướt

Sấy Ươm mầm

Tách mầm,

rễ malt Nước

Malt

Rễ, mầm

Quá trình ngâm đại mạch

Mục đích và yều cầu

Loại bỏ những hạt lép, những hạt không lép nhưng không chắc mà trong quá trình làm sạch và phân loại chưa loại bỏ ra hết khỏi khối hạt Rửa sạch bụi 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 hoá 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, quá trình ươm mầm sau này mới đảm bảo được tiến trình bình thường Cần phải có sự phân loại theo kích thước trước để quá trình ngâm nước đồng bộ hơn

Quá trình ƣơm mầm

Mục đích

Tạo hay hoạt hoá hệ enzym amylaza có khả năng đường hoá tinh bột dữ trữ ở trong nội nhũ Tấn công và làm thảy đổi khả năng thấm thấu màng tế bào của nội nhũ nhờ enzym sitaza Làm biến tính hay hoà tan protein của tế bào nội nhũ bởi hệ enzym proteaza Làm nội nhũ mềm ra do tác dụng của enzym.[ 3]

1.2.1.2 Hoàn thiện malt đại mạch:

Malt sau khi nảy mầm sẽ được mang đi sấy, sau đó malt khô được tách rễ và malt thành phẩm được bảo quản

Quá trình sấy

Sấy malt tươi là giai đoạn cuối cùng của malt hoá đại mạch, đây 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

Mục đích

Sấy malt tươi nhằm mục đích: Malt tươi luôn có một lượng ẩm khá lớn (W = 40%), trong khi phải chấm dứt sớm sự phát triển của hạt đại mạch (sự phát triển của phôi và rễ) để hạn chế tối đa tổn thất chất khô của hạt, giúp cho việc bảo quản và vận chuyển đi xa không làm giảm xút chất lượng malt, do đó phải tiến hành sấy malt tươi Tuy nhiên để việc sấy malt tươi được hiệu quả đạt hiệu quả tốt nhất cần phải nhận rõ mục đích phải đạt đến là:

Tách triêt để đô ẩm không khí trong hạt

Bảo toàn được hoạt tính của enzym

Thông qua chế độ sấy khác nhau, ta thu được những loại malt có yều cầu chất lượng khác nhau để đáp ứng cho việc sản xuất ra các loại bia có chất lượng khác nhau.[3]

Diễn ra một loạt các quá trình tạo hương, vị và tăng cường độ màu của sản phẩm Quan trọng nhất trong sấy malt là tạo melenoidin – một hỗn hợp gồm nhiều hợp chất, là yếu tố quan trọng chi phối chất lượng bia vàng và là nhân tố quyết định về hương vị, màu sắc, khả năng tạo và bọt bia đen.[1,3,6]

Bảo quản malt

Malt khô sau khi sấy tách mầm, rễ cần được bảo quản tồn trữ ở nhiệt độ thấp, thoáng và không khí khô Thời gian bảo quản tối thiểu là 4 tuần và tối đa là 2 năm Phải theo dõi thường xuyên nhiệt độ và không khí trong kho để theo dõi biến đổi chất lượng malt trong quá trình bảo quản

1.2.1.3 Chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng malt

- Kiểm tra cảm quan:

+ Màu: Malt vàng có màu vàng rơm, malt đen có màu sẫm hơn, vỏ malt phải óng ánh, kích thước và hình dáng phải giống như hạt đại mạch khô

+ Mùi và vị: Phải đăc trưng cho từng loại malt, không có mùi lạ, nếu có mùi chua hoặc mốc chứng tỏ malt còn ẩm

+ Về độ sạch: Không lẫn tạp chất, hạt không bị vỡ (lượng hạt vỡ tối đa là 15%), lượng hạt bệnh tối đa là 1%, lượng hạt không nảy mầm tối đa là 5%

+ Hàm lượng maltose của malt vàng là 70% chất hoà tan, malt đen 59 – 65% chất hoà tan

+ PH đường hoá từ 5,5 – 6,5

+ Những thành phần chính của malt khô (% chất khô):

Tinh bột: 58%

Pentose hòa tan 1%

Hexozan và pentozan không tan: 9,0%

1.2.2 Công nghệ sản xuất bia

Thuyết minh quy trình công nghệ

Nghiền malt

Mục đích: Là đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước,

làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất của nội nhũ nhanh hơn Thúc đẩy quá trình đường hoá và quá trình thuỷ phân khác nhanh và triệt để hơn

Chú ý: - Đối với gạo: Do gạo chưa qua nảy mầm nên cấu trúc tinh bột còn nguyên vẹn Mặt khác hệ thống enzym amylase và protease có trong gạo rất nghèo lại không được hoạt hoá nên chúng khó bị thuỷ phân Do đó gạo phải được nghiền càng mịn càng tốt, khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme càng cao, hiệu quả thủy phân càng triệt để

- Đối với malt: Ngược lại nếu nghiền quá mịn thì vỏ trấu sẽ bị nát, không tạo được độ xốp cao, bề mặt lớp lọc dễ bị bịt kín, khả năng lọc kém Ngoài ra khi nghiền quá mịn thì trong quá trình nấu và lọc, các chất trong vỏ trấu sẽ chiết vào dịch nha (tannin, polyphenol, lignin ) ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia thành phẩm

Có ba giải pháp để tiến hành nghiền: nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt

Đường hoá nguyên liệu

Nguyên liệu sau khi đã nghiền nhỏ sẽ đươc hoà trộn với nước ở hệ thống thiết

bị đường hoá Lượng nước phối trộn trong bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ sản xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị Trong môi trường giàu nước, các hợp chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này Các hợp chất cao phân tử của cơ chất như tinh bột, protein, các hợp chất chứa phospho Sẽ bị tác động bởi các nhóm enzim tương ứng là amylaza, proteaza, phosphataza Khi nhiệt độ của khối dịch được nâng lên đến các điểm thích hợp cho các enzim này hoạt động Dưới sự xúc tác của enzim thuỷ phân, các hợp chất cao phân tử bị phân cách thành sản phẩm thấp phân tử và hoà tan vào nước để trở thành chất chiết của dịch đường

Thực chất của các quá trình ở giai đoạn này là sự thuỷ phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzim

Trong thành phần của sản phẩm thuỷ phân, chiếm nhiều nhất về khối lượng là dextrin và đường Do đó mà người ta gọi toàn bộ quá trình thuỷ phân ở giai đoạn này

là quá trình đường hoá

Những quá trình enzim quan trọng nhất là sự thuỷ phân tinh bột, protein và các hợp chất chứa phospho

* Thuỷ Phân Tinh Bột Bởi Enzim:

- Mục đích: Để phân cắt amylose, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dễ hoà tan vào nước trở thành chất hoà tan trong dich đường

- Cơ chất của quá trình là tinh bột, còn chất xúc tác là nhóm enzym amylase, mà chủ yếu nhất là enzym - amylase và - amylase

- Quá trình thuỷ phân xảy ra qua 3 giai đoạn là:

+ Hồ hoá: Hạt tinh bột hấp thụ nước, trưởng nở, tăng độ nhớt

+ Dịch hoá: Nếu nhiệt độ tiếp tục gia tăng, khối hồ sẽ kết dính, tạo dịch lỏng,

độ nhớt giảm xuống

+ Đường hoá: Các sợi amylose và amylopectin bị enzym phân cách tạo thành đường hoặc các dextrin mạch ngắn

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thuỷ phân

+ Nhiệt độ: Nhiệt độ đường hoá có ảnh hưởng rất lớn vì vậy mà phải luôn giữ ở các khoảng nhiệt tối ưu của các enzyme trong suốt quá trình nấu

+ Thời gian trong quá trình đường hoá, các enzyme không hoạt động đồng thời

mà theo hai giai đoạn đối lập nhau

 Giai đoạn 1: Enzyme hoạt động mạnh nhất sau 10-20 phút, hoạt tính đạt cực đại ở khoảng 62- 68o

+ Nồng độ dịch hèm: Đối với dịch hèm loãng các chất hòa tan vào dịch dễ dàng hơn Nếu dịch hèm đặc hơn thì các enzyme được bảo vệ, không bị quá nhanh bởi sự quá nhiệt Như vậy trong dịch hèm đặc thì lượng đường có thể lên men và đạt độ lên men cao nhất