BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CHUONG 3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

 Pháp: Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nẩy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon..  Malt đại mạch :

 Bia còn được gọi là “bánh mì lỏng”

 CO2: có khả năng kích thích tiêu hóa

 Lupulin trong bia và hoa houblon có tính an thần, dễ ngủ

 Uống nhiều: hại gan, tổn thương hệ thần kinh

 Pháp: Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên

men dịch các chất chiết từ đại mạch nẩy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon

 Đức: Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men,

và không qua chưng cất, và ở đây chỉ sử dụng hạt đại

mạch nẩy mầm, hoa houblon, nấm men và nước

 Việt Nam : Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước

 1765, SX bia được công nghiệp hoá

 Độ cồn

 Nguyên liệu

 Công nghệ

 Bia hỗn hợp: bia hoa quả, bia thảo mộc,

bia hun khói, bia đặc biệt,…

6

Malt (malt đại mạch) Yeast (nấm men)

 Malt : Là hạt ngũ cốc được nẩy mầm trong điều kiện nhân tạo

 Malt đại mạch : là hạt đại mạch được nẩy mầm trong điều kiện nhân tạo

 Đại mạch: là hạt thuộc họ lúa mỳ

(Gramineae), chi Hordeum

2 nhóm là đại mạch mùa xuân và đại mạch mùa đông

- Đại mạch 2 hàng (Hordeum distichum

L.)

- Đại mạch 6 hàng (Hordeum hexastichum

L (Hordeum vulgare L.))

Đại mạch

12

• Nội nhũ: tinh bột,

protein, cellulose,

chất béo, tro, đường

• Phôi: chứa enzyme,

Hàm lượng trung bình của các thành phần

tính theo khối lượng chất khô

14

 Tinh bột: 60 – 65%

 Cellulose: chiếm 20% lượng chất khô của vỏ

 Hemicellulose, chất keo: nằm ở thành tế bào

Hàm lượng tinh bột: 60 – 65%

D hạt: 10 – 25 µm và 1 -5 µm

Amylose: 17 – 24%, 60 – 600 gốc glucose

Amylopectin: 76 – 83%, 2000 gốc glucose 15

 Protein: 10 – 12%

 Có trong lớp aleuron và trong nội nhũ, bao quanh hạt tinh bột

 Protein chia thành 4 nhóm:

 Albumin : 4%, tan trong nước

 Globulin: 31% tan trong NaCl 10%

 Protamine: 36%, tan trong rượu 70%

 Glutelin: 29%, tan trong NaOH

 Albumose và peptone, peptide và polypeptide, các acid amin

16

 Lipide:

 2 – 3%: aleuron (2/3), phôi (1/3)

 Polyphenol (anthocyanogen, proanthocyanidin)

 Có trong vỏ trấu, aleuron

 Các vitamin: B1, B2, C, E (tocopherol)

 Các hợp chất vô cơ: 2 – 3%

 P2O5, SiO2, K2O

17

 Sitase:

 Hemicellulose → pentose + hexose

 Nhiệt độ tối ưu: 40oC

18

• β-1,4 glucanase

 Tác dụng lên β-1,4

 Tổng hợp trong quá trình nảy mầm

 Điều kiện tối ưu: to = 40oC, pH = 4,5

• Pentosanase: thủy phân pentose

• β-1,3 glucanase

Tác dụng lên β-1,3

 α-amylase

 Cắt vị trí α – 1, 4 bất kỳ trên mạch tinh bột

 Giảm nhanh độ nhớt và màu iode

 Tổng hợp trong quá trình nảy mầm

 Điều kiện tối ưu: to = 70 – 75oC, pH = 5,6 – 5,7

19

• β-amylase

– Cắt vị trí α – 1, 4 theo trật tự

– Trong quá trình nảy mầm: tăng 3 – 5 lần

– Điều kiện tối ưu: to = 60 – 65oC, pH = 4,7 – 4,8

• Dextrinase giới hạn:

– Cắt sát mạch nhánh

– Điều kiện tối ưu: to = 55 – 60oC, pH = 5,1– 5,2

21

 Esterase: cắt liên kết ester

 Lipase: cắt liên kết giữa rượu và acid béo

 Amilophotphatase: cắt liên kết của acid phosphoric trong amylopectin

 Fitase: cắt liên kết giữa H3PO3 và inozite

 Decmolase:

 Là enzyme có khả năng tham gia phản ứng oxy hóa – khử

 Quyết định tính hoạt hóa và sự phát triển của phôi ở giai đoạn của mầm

22

a Hình dáng bên ngoài, độ chắc:

 Màu sắc: vàng nhạt óng ánh

 Mùi thơm tự nhiên, đặc trưng

 Thống nhất về độ thuần khiết của giống lúa

 Trọng lượng vỏ hạt < 7 - 9%

 Dung trọng: >=680, 650 - 680, 630 - 650g/lit hạt

 Trọng lượng tuyệt đối: 35 - 40, 40 - 44, > 44 g/1000 hạt

23

b LỰC NẨY MẦM GE (germinative energy) : là số hạt nẩy

mầm (tính ra %) sau 3 ngày của quá trình nẩy mầm trong điều kiện thí nghiệm GE càng cao chất lượng hạt càng cao Trong SX bia nên chọn GE 85-90%

c KHẢ NĂNG NẨY MẦM GC (Germinative capacity): %

số hạt có khả năng nầy mầm, mầm phải sống và phát triển sau ngày thứ 5 của quá trình nẩy mầm trong điều kiện thí nghiệm Trong SX bia phải chọn GC 95% (vì hạt nẩy mầm thì đại mạch mới biến thành malt)

 Đại mạch không lẫn sạn, rơm rác (tạp chất <1%)

 Hạt không sâu, mốc, lép, xanh

Malt

Bảng tính chất đặc trưng của một số malt đặc biệt

(EBC)

Độ ẩm (%)

Hàm lượng chất khô (%)

Malt Munich: Lượng đường, acid amin cao,

giàu protein

14-16 < 4.5 79-90

Malt caramel: (pp sấy) - ngọt, hương

caramel, bọt nhiều, dùng SX bia đen

27-30 6-7.5 77.5-79.5

Malt hổ phách: (pp sấy, sau rang 1h

(50-170oC) Mùi bánh quy, màu vàng đặc trưng

55 < 2 78-80

Malt chocolate: rang 2h tại 140oC Màu sáng

hơn malt cà phê

1100 < 2 74-76

Malt cà phê (Malt đen): sấy ở 80oC nâng lên

150-170oC, nâng tiếp lên 215oC Rang trong

20’ Dùng SX bia Stout

1400 -

1600

< 2 74-77

Malt melanoid (màu đen) Rang đến 230oC

trong 2h30’ Có mùi thơm cà phê

1400 -

1600

< 2 65-70

The malts: Munich, Black Roasted Barley, Crystal 60L, Carafa II, Pilsner, and Chocolate

malt

Đại mạch

Kiln = sấy

phẩm từ đường: xiro tinh bột, xiro malt, …

 Cây houblon có tên khoa học Humulus Lupulus Thân leo

thuộc hàng urticacée, họ moracé

 Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn

 Sản xuất chủ yếu ở Mỹ, Đức, Trung Quốc, cộng hoà Czek

 Lupulin và các đồng phân của nó (cohumulong, adhumulong) tạo ra 85 – 95%

chất đắng trong bia, nó có độ hoạt dộng bề mặt lớn (tạo bọt, giữ bọt), vị đắng

mạnh và tính kháng khuẩn, hòa tan ít trong nước,

 Tanin (chất chát): C25H24O4 làm kết tủa các protein kém bền vững, tăng tính ổn định trong bia

 Tinh dầu: màu vàng sánh, trong, mùi thơm mạnh, bay hơi ở nhiệt độ cao

33

 Hoa cánh: sấy nhẹ ở 50oC, sau

đó ép thành bánh

 Hoa viên

- Hoa viên loại 90

- Hoa viên loại 45

- Hoa viên đã được đồng phân hóa

 Cao hoa

 Bột cao hoa

 Đồng phân hóa cao hoa

37

 Giống men nổi ( S.cerevisiae) : phát triển lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, ở nhiệt độ cao 14-16oC, khó lắng, thời gian lên men từ 4-6 ngày

 Giống men chìm (S.carlsbergensis) : phát triển ở tầng sâu của thiết bị, ở nhiệt độ thấp dưới 10oC, dễ lắng, dễ lọc tạo điều kiện thu hồi men tái sản xuất, thời gian lên men từ 12-17 ngày

Saccromyces cerevisiae Saccromyces carlsbergensis

39

 Tế bào to khoẻ, hình dáng đặc trưng

 Nấm men thuần khiết

 Mật độ tế bào không vượt quá 70 triệu tb/ml (khoảng 10-20 triệu tb/ml)

 Tỷ lệ tế bào chết: < 2%

 Lượng tế bào nảy chồi: > 10%

 Có khả năng chuyển hóa các đường đôi, đường đơn giản, các peptid, acid amin, giải phóng ra CO2, rượu etylic và nhiệt

 Men giống không nhiễm VSV

 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

độ và nồng độ CO2 phù hợp

 Có khả năng kết bông hoặc kết lắng tốt

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

 Sản phẩm có hương và vị đặc trưng

 Đặc tính di truyền ổn định cao

40

42

 Giảm PO43- trong dịch đường

 Tăng độ hòa tan các chất chứa nitơ vào dịch đường

 Giảm màu dịch đường

 Giảm khả năng đồng phân α-acid đắng

43

 Mg2+:

 Co-factor, tốt cho quá trình trao đổi chất

 Tạo độ sánh cho bia

 Giảm PO43- trong dịch đường

 Gây mùi vị (đắng) khó chịu cho bia

 Na+, K+

 Tạo độ sánh cho bia

 Tạo vị măn, mùi khó chịu

44

 Fe 2+, Fe 3+:

 Xấu tới quá trình trao đổi chất

 Giảm độ sánh, màu, bọt của bia

 Gây mùi kim loại nặng

 Tạo cặn oxi hóa, gây đục bia

45

• Pb 2+

– Độc cho nấm men – Gây đục bia

 HCO 3 -

 Hòa tan tanin của vỏ malt

 Tạo vị đắng chát, bia kém tinh

– Giảm khả năng kết lắng men

– Tạo chlorophenol (mùi dược

phẩm)

• NO 3 - , NO 2 - :

– Độc cho nấm men – Diacetyl tăng

– Mùi lạ

• SiO 3

-– Độc cho nấm men – Tạo cặn, gây đục bia

47

1 Chế phẩm enzyme α-amylase (Termamyl)

2 Caramen : điều chỉnh màu cho bia

3 CaCl 2 làm bền enzyme -amylase

4 Acid ascorbic: bảo quản, chống oxi hóa, ức chế sự biến chất trong bia

5 Maturex L (α –acetolactat decarboxylaza): giảm thời gian lên men

phụ, giảm lượng diacetyl tạo thành trong quá trình lên men chính

6 Hóa chất vệ sinh CN: chloryl, NaOH

7 Nhóm các chất thu hồi CO 2: C hoạt tính

 Sơ đồ công nghệ sản xuất malt đại mạch

Đại mạch

Thu nhận, xử lý Làm sạch, phân loại

Sấy khô

Bảo quản Sấy khô

Ngâm (ẩm đạt 43-45%)

Nảy mầm

Tách mầm rễ

Malt khô SX Bia

Malt khô bảo quản

Mầm rễ khô CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

SẢN XUẤT MALT

 Các phương pháp ngâm:

 Ngâm liên tục trong nước

 Ngâm hoán vị nước – không khí

 Ngâm trong dòng liên tục nước – sục khí

 Ngâm bằng phương pháp phun – xả nước

 Ngâm bằng phương pháp phun nước – hút khí

 Mục đích : Tăng hoạt lực của hệ enzym trong khối hạt ngâm Phá vỡ thành tế bào Làm hạt mềm ra

 Các điều kiện thiết yếu : Độ ẩm, Nhiệt độ, Oxy

 Phương pháp ươm mầm : Ươm mầm thông gió Ươm mầm

không thông gió

 Điều kiện ươm mầm : Nhiệt độ thích hợp là 14 – 16oC (malt

vàng), 17 -18 hoặc 22-25oC (malt đen) – từ 7-8 ngày

 Các quá trình xảy ra khi hạt nẩy mầm: Sinh lý, sinh hoá, hoá học, lý học

50

 Mục đích : Chấm dứt sự phát triển của chồi, rễ; Giúp cho bảo quản malt được lâu; Loại bỏ mùi khó chịu; Phân cấp, xác định loại malt, chất lượng malt; Điều chỉnh một số quá trình sinh hóa tạo ra các chất thơm, mùi vị, màu thích hợp

 Nguyên tắc sấy : Để malt ẩm ở đầu quá trình nâng nhiệt; Cần làm malt khô trước khi tăng nhiệt độ

 Malt vàng: sấy nhanh ở nhiệt độ thấp trước khi nâng nhiệt

 Malt đen: duy trì ở nhiệt độ 45 – 50 o C trước khi tăng nhiệt

• Kỹ thuật sấy:

 Bay hơi nước tự do: 55 o C (W=10 – 15%), 12-24h – khí vào 50 – 75 o C

 Bay hơi nước liên kết: 65 – 75 o C, 4-5h; Tăng nhiệt nhanh: khí vào 85 o C (malt vàng), 105 o C (malt đen)

 Làm nguội (30-35 o C)

52

Steeping

(Thùng ngâm hình nón)

Thùng ngâm

(Steep tank)

Hình thiết bị nảy mầm

Gemination

Green Malt

Hình thiết bị sấy

Rectangular kiln

(lò sấy chữ nhật)

Circular kiln

(lò sấy hình tròn)

Drum roaster

(rang trống)

Hình nhà sản xuất malt

Cara Gold Malt

EXTRACT (DRY) RANGE:74%

Silo malt

Carbonation Flavor maturation

Wort production

Flavor production

66

Hot Wort

Receiver

Wort Cooler

Fermentation Brink

1 Nghiền malt và thế liệu

 Mục đích: Tăng bề mặt tiếp xúc với nước: giúp nước xâm nhập nhanh hơn vào nội nhũ, thúc đẩy quá trình đường hóa, quá trình thủy phân nhanh, triệt để hơn

 Có 3 phương pháp nghiền malt:

 Nghiền khô

 Nghiềm ẩm

 Nghiền ướt

70

Nghiền khô

72

Mash Tun

Thùng ngâm

Nghiền ướt

Malt trong quá trình nghiền

 Mục đích: Chuyển phần lớn tinh bột trong malt và thế

liệu thành những chất hòa tan dưới tác động của enzym

 ZnCl 2 : Cung cấp chất khoáng cho nấm men hoạt động

 H 2 SO 4 loãng, acid lactic: điều chỉnh pH

 Kích hoạt enzyme mạch

nha

 Chuyển đổi tinh bột thành

đường lên men

Kindly provided by Tom Pugh and David Ryder of Miller Brewing Company

79

Giản đồ nấu – đường hóa có sử dụng thế liệu

gạo

 Chất lượng malt : protein trong malt biến đổi nhiều Nếu giữ ở 50oC lâu, thủy phân nhiều protein cao phân tử  Vị của bia nhạt không

có hậu vị, độ bền bọt kém

 Khuấy: Gia nhiệt: tăng tốc đô khuấy đảm bảo truyền nhiệt đều cho

toàn bộ khối dịch Giữ nhiệt: giảm tốc độ khuấy để tránh thất thoát

nhiệt Kích thước cánh khuấy: quá ngắn gây phân tách khối dịch

→ chênh lệch nhiệt độ, giảm hiệu suất chiết

đường và dịch bia, hương bia kém đi

Nguyên nhân: Dịch hèm chảy vào thiết bị, vận tốc cánh khuấy cao, tạo xoáy khi bơm dịch

83

 Mục đích của quá trình lọc: tách phần lỏng ra khỏi

cháo malt để thu được nước nha trong Thành phần chủ yếu của phần lỏng là nước và các chất hòa tan

 Mục đích của rửa bã: thu kiệt chất hòa tan còn sót

trong bã, tăng sự khuếch tán các chất tan vào trong dịch đường

 Thiết bị lọc

 Lọc thùng

 Lọc khung bản

 Lọc hấp phụ

85

 Thiết bị lọc thùng

Lauter Tun

Thùng lọc

 Strainer

Kindly provided by Tom Pugh and David Ryder of Miller Brewing Company

88

 Thiết bị lọc

khung bản

89

 Thiết bị Strainmaster

 Kết tủa protein không bền nhiệt

 Vô hoạt enzym

 Tiêu diệt VSV

 Điều chỉnh dịch đường

94

 Nguyên tắc:

 Sản phẩm hoa có độ đắng cao thường cho vào trước

 Sản phẩm hoa có hương thơm nhât được cho vào sau cùng

 Tính lượng hoa houblon

 Phương pháp bổ sung hoa: có thể cho vào 2 hoặc 3 lần

 Kết thúc quá trình đun sôi với houblon, dựa vào:

 Nồng độ chất hòa tan trong nước

 Sự tồn tại các kết tủa dạng bông do protein đông tụ tạo thành

95

Hot Wort

Receiver

Wort Cooler

Fermentation Brink

99

 Mục đích: Tách bã hoa và các tủa cặn (cặn nóng)

 Thiết bị: Có thể dùng lọc ly tâm, thùng lọc hay lắng trong xoáy

tâm (thùng Whirlpool)

Whirlpool Lắng xoáy tâm

101

 Làm lạnh xuống nhiệt độ lên men phù hợp :

▪ Lên men chìm: 6 – 12oC

▪ Lên men nổi: 15 - 22oC

 Tránh sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật bên ngoài

 Đảm bảo sự lắng cặn khi làm lạnh dịch đường

 Đảm bảo sự hòa tan oxy cần thiết cho men phát triển trong giai đoạn đầu trước khi lên men

103

28.4

16.1

2.6 0

Kindly provided by Tom Pugh and David Ryder of Miller Brewing Company

107 132

65 53

56

93 105 110

17 68

Not included: Cys (2 ppm) and Trp (50 ppm)

Kindly provided by Tom Pugh and David Ryder of Miller Brewing Company

Hot Wort

Receiver

Wort Cooler

Fermentation Brink

109

 Mục đích: cung cấp đủ lượng oxy cần thiết cho tế

bào nấm men sống, phát triển, đặc biệt cho quá trình sinh sản ở giai đoạn đầu của quá trình lên

men bia

 Phương pháp: oxy ở dạng không khí vô trùng từ

máy nén hay các bình oxy Việc bổ sung được kiểm tra và điều chỉnh bằng đồng hồ đo lưu lượng:

6 - 8 mg/l dịch đường

110

 Quá trình nhân giống

 Tái sử dụng lại men sau khi lên men chính

Cặn men ở thùng lên men chính chia làm 3 phần:

 Lớp trên cùng: là những tế bào có kích thước nhỏ, khả năng kết lắng kém cùng các vẩn cặn protein, houblon

 Lớp giữa: là những tế bào trẻ lớn, có khả năng lên men mạnh

 Lớp cuối cùng: là những tế bào già, lực lên men yếu

Xử lý lớp men giữa để tái sử dụng

Nhiệt độ nuôi cấy

Nhiệt độ lên men

Ảnh hưởng của áp suất

Nhiệt độ lên men phụ

112

Loại nấm men:

• Ổn định, phù hợp với quy trình công nghệ, hương vị của sản phẩm cuối cùng do khả năng kết bông, lắng, và khả năng sống của nấm men

Tăng trưởng của nấm men: phụ thuộc vào

• Tỉ lệ men giống vừa phải không quá lớn

• Cấy giống càng sớm càng tốt

• Sự phân bố đồng đều nấm men trong dịch

• Khả năng sinh trưởng cực đại của nấm men

• Nhiệt độ lên men và thông khí thích hợp

Nhiệt độ nuôi cấy: 7 -10oC

Nhiệt độ lên men:

• Càng cao (10 – 25oC), cường độ lên men càng nhanh

và lượng ester, diacetyl hình thành càng nhiều

114

 Ảnh hưởng của áp suất (0,3 – 0,7 bar)

• Áp suất cao, làm tăng sự hòa tan CO2 nhưng giảm tăng trưởng nấm men

 Nhiệt độ lên men phụ :

• 5 – 8oC đến khi diacetyl được khử hoàn toàn

• Giảm về nhiệt độ lên men phụ

115

Mục đích:

 Chuyển các chất đường và các dextrin có phân tử thấp thành rượu ethanol, CO2

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + Q (năng lượng)

 Sản phẩm phụ: acid hữu cơ, các este, các rượu bậc cao, aldehyd, glycerin…

 Thay đổi chất và lượng của các chất hòa tan có trong dịch đường và biến dịch đường thành dịch bia