Đồ án Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm

120 trang thiennha21 13/04/2022 5960

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_nghien_cuu_che_bien_bia_nong_do_con_thap_quy_mo_phong.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN KÍNH Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ LÃM MSSV: 1311110468 Lớp: 13DTP03 TP. Hồ Chí Minh, 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP QUY MÔ PHÒNG THÍ NGIỆM Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN KÍNH Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ LÃM MSSV: 1311110468 Lớp: 13DTP03 TP. Hồ Chí Minh, 2017
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: 1. Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Kính 2. Các số liệu trích dẫn trong ĐATN là trung thực, quá trình thực hiện đồ án nghiêm túc, có trách nhiệm. 3. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng, lấy từ những nguồn có uy tín. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên Bùi Thị Lãm ii
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI CẢM ƠN Hoàn thành đồ án cũng là khi kết thúc những năm học đại học, có được kết quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, động viên từ gia đình, thầy cô và bạn bè. Trước hết con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ. Cha mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và luôn tin tưởng, tiếp sức cho con trong mỗi việc con làm, mỗi bước con đi. Con xin cảm ơn tất cả mọi người thân trong gia đình. Gia đình đã tạo cho con những điều kiện tốt nhất để con được học tập. Em xin cảm ơn các thầy cô trong trường, đặc biệt là thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường. Thầy cô đã dạy kiến thức, dạy nhân cách sống, để em được hoàn thiện mình hơn. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Kính. Thầy đã hướng dẫn em rất tận tâm trong thời gian em làm đề tài. Thầy cũng đã góp ý, hướng dẫn em hướng đi tốt nhất trong tương lai. Tôi gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè. Các bạn đã tranh luận, trao đổi, giúp đỡ tôi hiểu những vấn đề tôi chưa rõ để tôi hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong được sự góp ý của quý thầy, cô để đồ án được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! iii
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu chung về bia. 3 1.2. Tổng quan về malt. 4 1.3. Tổng quan về Hoa houblon. 7 1.4. Tổng quan về nấm men. 9 1.4.1. Nhóm nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae). 9 1.4.2. Nhóm nấm men chìm (saccharomyces carlbergensis). 10 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men. 11 1.5. Thành phần hóa học của bia. 14 1.5.1. Nước 14 1.5.2. Chất hòa tan 14 1.5.3. Các chất dễ bay hơi 15 1.6. Gía trị của bia 15 1.6.1. Giá trị kinh tế 15 1.6.2. Giá trị dinh dưỡng 15 1.6.3. Bia đối với sức khỏe con người 16 1.7. Tình hình sản xuất bia và tiêu thụ bia. 17 1.7.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới 17 1.7.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trong nước 20 1.8. Tổng quan tình hình nghiên cứu bia nồng độ cồn thấp trong và ngoài nước. 21 1.8.1. Trong nước 21 1.8.2. Ngoài nước 22 1.9. Các sản phẩm bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp. 23 1.9.1. Các loại bia không cồn 24 1.9.2. Các loại bia có nồng độ cồn thấp. 25 iv
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu 26 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 26 2.1.1.1. Nguyên liệu 26 2.1.1.2. Dụng cụ 28 2.1.1.3. Thiết bị 28 2.1.1.4. Hóa chất: 28 2.2. Phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 28 2.2.2. Quy trình dự kiến 29 2.2.3. Sơ đồ nghiên cúu 38 2.2.4. Thí nghiệm khảo sát: 39 2.2.4.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát chế độ nước 39 2.2.4.2. Thí nghiệm 2: khảo sát nhiệt độ đường hóa. 41 2.2.4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát pH đường hóa. 43 2.2.4.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát thời gian đường hóa. 45 2.2.4.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát lượng nấm men ban đầu. 47 2.2.4.6. Đánh giá cảm quan sản phẩm 50 2.2.4.7. Đánh giá chất lượng sản phẩm. 50 2.3. Phương pháp phân tích. 52 2.4. Phương pháp xử lý số liệu. 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1. Kết quả khảo sát chế độ nước. 53 3.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ đường hóa 55 3.3. Kết quả khảo sát PH đường hóa. 58 3.4. Kết quả khảo sát thời gian đường hóa. 59 3.5. Kết quả khảo sát lượng nấm men ban đầu. 61 3.6. Kết quả đánh giá cảm quan giữa mẫu khảo sát và các sản phẩm trên thị trường 69 3.7. Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm: 71 v
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 79 vi
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG 1.1: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẠI MẠCH 5 BẢNG 1.2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA HOA HOUBLON. 7 BẢNG 1.3: SẢN LƯỢNG BIA TÍNH THEO TRIỆU HL. 18 BẢNG 1.4: TÌNH HÌNH TIÊU THỤ BIA TRÊN THẾ GIỚI NĂM 2004 19 BẢNG 2.1. CHỈ TIÊU HÓA LÍ VÀ HÓA HỌC CỦA MALT 26 BẢNG 2.2. CHỈ TIÊU HÓA LÍ VÀ HÓA HỌC CỦA HOA HOUBLON 27 BẢNG 2.3. DỤNG CỤ SỬ DỤNG CHO NGHIÊN CỨU 28 BẢNG 2.4. THIẾT BỊ DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU 28 BẢNG 2.5: CHỈ TIÊU CẢM QUAN 50 BẢNG 2.6: CHỈ TIÊU HÓA LÝ 51 BẢNG 2.7: CHỈ TIÊU VI SINH 51 BẢNG 3.1: KẾT QUẢ KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ NƯỚC 54 BẢNG 3.2: KẾT QUẢ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA. 56 BẢNG 3.3: KẾT QUẢ KHẢO SÁT PH ĐƯỜNG HÓA. 58 BẢNG 3.4: KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CỦA CÁC MẪU THEO THỜI GIAN 62 BẢNG 3.5: TỈ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN THEO THỜI GIAN . 63 BẢNG 3.6: TỈ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN CHẾT THEO THỜI GIAN. 64 BẢNG 3.7: TỶ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN NẢY CHỒI THEO THỜI GIAN 65 BẢNG 3.8: KẾT QUẢ CẢM QUAN CHO ĐIỂM 3 MẪU KHẢO SÁT. 67 BẢNG 3.9: KẾT QUẢ SO HÀNG THỊ HIẾU CỦA 5 SẢN PHẨM BIA. 69 BẢNG 3.10: CHỈ TIÊU CẢM QUAN 71 BẢNG 3.11: CHỈ TIÊU HÓA LÝ 71 BẢNG 3.12 : CHỈ TIÊU VI SINH 72 vi
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CÁC HÌNH HÌNH 1.1: HOUBLON CAO 9 HÌNH 1.2: HOUBLON VIÊN 9 HÌNH 1.3: NẤM MEN 10 HÌNH 1.4: MỘT SỐ LOẠI BIA KHÔNG CỒN 24 HÌNH 1.5: MỘT SỐ LOẠI BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP 25 HÌNH 2.1. QUY TRÌNH DỰ KIẾN CHẾ BIẾN BIA 29 HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP 38 HÌNH 2.3: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ NƯỚC. 40 HÌNH 2.4: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA 42 HÌNH 2.5: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT PH ĐƯỜNG HÓA. 44 HÌNH 2.6: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT THỜI GIAN ĐƯỜNG HÓA 46 HÌNH 2.7: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT SỐ LƯỢNG TẾ BÀO MẤM MEN BAN ĐẦU. . 48 HÌNH 3.1: DỊCH ĐƯỜNG KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA. 56 HÌNH 3.2: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ BRIX Ở CÁC MỐC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU. 57 HÌNH 3.3: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI °BX THEO CÁC MỐC THỜI GIAN Ở 640C 60 HÌNH 3.4: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CỦA CÁC MẺ THEO THỜI GIAN 62 HÌNH 3.5: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN THEO THỜI GIAN 63 HÌNH 3.6: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN CHẾT THEO THỜI GIAN 64 HÌNH 3.7: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN NẢY CHỒI THEO THỜI GIAN 65 HÌNH 3.8: ĐỒ THỊ THỂ HIỆN ĐIỂM TRUNG BÌNH CỦA 3 MẪU CẢM QUAN. 68 HÌNH 3.9: ĐỒ THỊ THỂ HIỆN MỨC ĐỘ ƯA THÍCH CỦA CÁC MẪU CẢM QUAN. 70 vii
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT LSRD: Least significant difference (sự khác biệt có ý nghĩa nhất). TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh TS: Tiến sĩ ThS: Thạc sĩ viii
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề Bia là loại nước giải khát được lên men từ dịch của malt đại mạch, có hương vị houblon, và có lịch sử lâu đời. Bia là loại đồ uống phổ biến và giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa: amylaza. Được sản xuất từ một quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, hàm lượng CO2 khá cao (4 ÷ 5g/lít) giúp cơ thể giải khát một cách triệt để khi uống. Người ta có thể uống bia trong những bữa ăn, trong những lúc nói chuyện với nhau hay những buổi tiệc lớn nhỏ. Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 g thịt bò hoặc 150 g bánh mì loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal. Vì vậy bia được mệnh danh là bánh mì nước ngoài [6]. Ngoài ra bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và axit amin rất cần thiết cho cơ thể. Theo Hopkins, trong 100 ml bia 10% chất khô có: 2,5 – 5 mg vitamin B1, 35 – 36 mg vitamin B2 và PP. Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích [6]. Trong những năm gần đây, bia có hàm lượng calo thấp đã trở nên phổ biến, đặc biệt đối với những người thừa cân. Tương tự như vậy, nhiều loại bia có nồng độ cồn thấp cũng được ưa chuộng hơn đối với những người không chịu được hoặc không cho phép sử dụng ở nồng độ cồn cao như phụ nữ mang thai, khi tham gia giao thông, Trong khi đó, nhiều người tiêu thụ bia lại ưa thích các đặc tính về mùi và vị của loại bia truyền thống vốn có nồng độ cồn đáng kể, thường là 3.2 – 4.2%. Bia không cồn nói riêng và bia có độ cồn thấp nói chung là những sản phẩm đã được nghiên cứu và đi vào đời sống tại nhiều nước trên thế giới và khu vực. Tại các nước phát triển, ý thức chấp hành luật giao thông của người dân rất cao, người 1
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm ta sử dụng bia không cồn không những vì lý do an toàn giao thông, mà còn như là một loại nước giải khát có hương vị của bia và an toàn cho sức khoẻ. Theo ông Nguyễn Văn Việt, Chủ tịch Hiệp hội Bia-Rượu-Nước giải khát Việt Nam phát biểu: “Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, bia không cồn có thể giảm nguy cơ mắc bệnh tim, các vấn đề về gan, dư đạm (bệnh gout), giảm gia tăng nguy cơ mắc một vài dạng ung thư và dĩ nhiên làm giảm dư vị khó chịu khi uống rượu bia. Nhiều chuyên gia dinh dưỡng cũng công nhận và tuyên bố, bia không cồn là thứ đồ uống tuyệt vời trong chế độ tiếp nước hàng ngày cho cơ thể”. Mặc khác, do nồng độ cồn trong các loại bia trên thị trường hiện nay còn khá cao. Nếu uống vượt mức cho phép sẽ rất dễ xảy ra các tệ nạn xã hội. Chính vì thế mà em quyết tâm nghiên cứu đề tài này. Với mục tiêu tạo ra loại thức uống vừa tăng tính giải khát vừa ngăn ngừa được một số bệnh lý thường gặp. Đồng thời bia nồng độ cồn thấp còn mang tính giao tiếp khá cao mà không lo ngại về các vấn nạn xã hội. Với mong muốn trên, tôi xin thực hiện đề tài này. Do kiến thức còn hạn chế, vì vậy tôi rất mong muốn nhận được sự góp ý của thầy cô, các bạn để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài.  Mục tiêu nghiên cứu Tạo ra sản phẩm bia có nồng độ cồn thấp.  Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu quy trình sản xuất bia. - Tiến hành khảo sát các thông số kỹ thuật, cơ sở khoa học để hoàn thiện quy trình sản xuất bia. - Kiểm tra sản phẩm và các chỉ tiêu chất lượng cần đạt.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu - Là thức uống được ưa thích trên thế giới - Thích hợp cho những người uống bia không chịu được độ cồn cao. - Là loại thức uống khá mới đã và đang được nghiên cứu ở thị trường bia Việt Nam. 2
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về bia. 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 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia). Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia. Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia." Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là ale, còn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia. Bia có chứa hoa bia được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428. Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp - Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất - mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia". Tuy nhiên, vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia. Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đã trở thành sự thật. Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn. Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng, các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch 3
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout). Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng 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, bao gồm cả Guinness. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến tính của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra bia gọi là bia không cồn. 1.2. Tổng quan về malt Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia “malt là linh hồn của bia” điều đó trở thành phương ngôn của người làm bia. Chỉ có malt tốt mới làm dịch đường có chất lượng cao và một sản phẩm bia với tất cả các đặc tính hấp dẫn, đạt các chỉ tiêu về hoá lý, cảm quan cũng như đảm bảo tính ổn định về mặt sinh học. Malt là hạt đại mạch nẩy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Nó là sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16 - 18% các chất phân tử lượng thấp dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn, dextrin bậc thấp, các axit amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú - chủ yếu là proteaza và amylaza. Cấu trúc hạt đại mạch gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt, phôi và nội nhũ. Hàm lượng trung bình thành phần hóa học tính theo hàm lượng chất khô như sau: 4
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 1.1: Thành phần hóa học của đại mạch Thành phần Tỉ lệ (% chất khô) Cacbonhydrat tổng số 70 – 85% Protein 10.5 – 11.5% Các chất vô cơ 2 – 4% Chất béo 1.5 – 2% Các chất khác 1 – 2% “Nguồn: khoa học malt và bia của GSTS Nguyễn Thị Hiền”. 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. . Yêu cầu về 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 ÷ 68% trọng lượng chất khô). Trước khi đưa vào sản xuất bia, đại mạch phải trải qua một quá trình gọi là “malting” hóa (sản xuất malt), malt là tên gọi của ngũ cốc nảy mầm (đại mạch, tiểu 5
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm mạch, hạt gạo, thóc gạo). Malt được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo, ở nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Qua quá trình nảy mầm, một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch chủ yếu là nhóm enzyme amylase, ngoài ra còn có enzyme protease và các enzyme khác là chất xúc tác sinh học. Các loại enzyme trong malt: Hệ thống enzyme này gồm có: α-amylase, β-amylase và amilophosphatase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ.  Hệ thống enzym thủy phân tinh bột Với enzyme α-amylase cơ chất của nó là tinh bột và dextrin, từ đó tạo ra sản phẩm là maltose và các dextrin mạch ngắn. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pH= 5.8, t0 = 72 – 76 0C.[8] Với enzyme β-amylase, nó có trong hạt đại mạch ở dạng liên kết cũng như dạng tự do, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần. Với sự tham gia của enzyme này, tinh bột đại mạch sẽ bị phân cắt thành đường maltose. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pH= 5.5 – 5.8, t0 = 62 – 650C [8].  Hệ thống enzyme protease: Trong hạt đại mạch, toàn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên kết, hầu như không hoạt động. Nhưng khi chuyển qua giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính chung của hệ enzyme protease tăng nhanh. Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein nguyên thủy để tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit, với pH = 5.1, t0 = 50 – 550C [8]. Peptidase: nó sẽ phân cắt các peptit có sẵn trong hạt đại mạch và những peptit trong malt do proteinase phân giải để tạo thành các acid amin trong hạt malt, với pH= 7.3 – 7.9, t0= 40 – 450C. 6
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Amidase: chúng sẽ tấn công các muối amit để hình thành NH3 và acid amin, góp phần làm thay đổi tính chất và hàm lượng của protein trong hạt malt, các enzyme amidase có pH= 7.3 – 8.0, t0= 45 – 500C [8].  Hệ thống enzyme esterase (phosphatase): Hệ thống enzyme esterase (phosphatase) gồm có: saccharophosphatase, phytase, glyxerophosphatase, nucleotidase tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình ester hoá trong quá trình nảy mầm. Phytase: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng ra rượu inozit và axit 0 phosphoric tự do. Phytase có pHopt = 5.0 – 5.5, topt = 40 – 50 C. Các enzyme khác như: saccharophosphatase, glyxerophosphatase, nucleotidase sẽ phá các mối liên kết ester tương ứng của các hợp chất hữu cơ có chứa phosphate và giải phóng ra acid phosphoric tự do.[8] 1.3. Tổng quan về Hoa houblon. Là nguyên liệu cơ bản thứ hai sau đại mạch trong công nghệ sản xuất bia. Hoa có tác dụng: Làm cho bia có vị đắng, vị thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những đặc tính cực kì đặc biệt như vậy nên hoa houblon vẫn giữ vai trò độc tôn và là nguyên liệu không thể thay thế trong ngành sản xuất bia. Hoa houblon có tên khoa học là Humulus lupylis, thuộc họ dây leo, sống lâu năm (30 ÷ 40 năm), có chiều cao trung bình 10 - 15m. Hiện nay trên thế giới đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác nhau. Loại thực vật này chỉ thích hợp với khí hậu ôn đới nên được trồng nhiều ở Đức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc, Bảng 1.2: Thành phần hóa học của hoa houblon. Thành phần Tỉ lệ (tính theo % chất khô) 7
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Nước 11 ÷ 13% Chất đắng 15 ÷ 21% Polyphenol 5 ÷ 5,6% Protein 15 ÷ 21% Cellulose 12 ÷ 14% Chất khoáng 5 ÷ 8% Tinh dầu thơm 0,3 ÷ 1% Các chất còn lại 26 ÷ 28% “Nguồn: Bài giảng công nghệ sản xuất rượu, bia & NGK, Bùi Thị Huỳnh Hoa”. Trong hoa houblon có ba thành phần cơ bản là: Chất đắng, tinh dầu thơm và polyphenol. Hoa houblon được sử dụng sản xuất bia có 2 dạng là: Houblon viên: Cánh hoa houblon sau khi thu hoạch được sấy khô, xoay nhuyễn và ép thành viên, được đựng trong bao giấy nhôm đã hút chân không để bảo quản, khối lượng mỗi bao là 5kg. Loại chế phẩm này chứa ít chất đắng nhưng lượng tinh dầu nhiều chủ yếu dùng trích ly hương. Houblon cao: Đã qua quá trình trích ly và cô đặc nhựa houblon nên hàm lượng α – acid đắng rất cao (50%), dùng để tạo vị đắng đặc trưng cho bia. Được chứa trong hộp khối lượng 1 kg. Ưu điểm của việc sử dụng hai chế phẩm này: - Tăng hệ số sử dụng hữu ích các chất đắng và các cấu tử khác. - Giảm hao phí chất đắng trong quá trình bảo quản. - Lượng đem sử dụng được cân đong chính xác hơn. - Lược bỏ hệ thống lọc bã hoa trong nhà máy 8
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm - Giảm bớt lượng chất màu và các cấu tử bất lợi khác cho chất lượng bia . Hình 1.1: Houblon cao Hình 1.2: Houblon viên 1.4. Tổng quan về nấm men Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia. Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa đường thành rượu và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia. Nấm men trong sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces. Căn cứ vào tính chất và diễn biến quá trình lên men người ta chia thành 2 loại nấm men: 1.4.1. Nhóm nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) . Với các đặc tính: Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ lên men: 10 ÷ 250C Lên men mạnh, quá trình lên men xảy ra trên bề mặt của môi trường. Khi quá trình lên men kết thúc, các tế bào kết chùm, chuỗi, tạo thành lớp dày trên bề mặt cùng với lọc bia, bia tự trong chậm. Khả năng lên men đường tam (rafinase) kém (chỉ đạt 33%). 9
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.4.2. Nhóm nấm men chìm (saccharomyces carlbergensis). . Với các đặc tính: Nhiệt độ lên men: 0 ÷ 10oC Quá trình xảy ra trong lòng môi trường nên khả năng lên men tốt. Có khả năng lên men hoàn toàn (vì có thể lên men đường tam hoàn toàn). Khi lên men xong, các tế bào kết thành chùm hoặc chuỗi kết lắng xuống đáy thùng lên men rất nhanh, nhờ vậy bia tự trong nhanh hơn lên men nổi. Lên men mạnh trong lòng môi trường, khi hết nguồn cacbon trong môi trường, có xu hướng kết chùm, chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm trong bia nhanh. Lên men được glucose, maltose, galactose, fructose, saccharose. Đặc biệt rafinose và các dextrin đơn giản, lên men tốt, thậm chí ở nhiệt độ thấp từ 6 ÷ 10oC (các giống khác không có khả năng này). Không lên men được các đường: lactose, inulin, kxilose, arabinose, cellobiose, manit, socbit Hình 1.3: Nấm men Ngoài ra chủng nấm men này còn có khả năng tái sử dụng tốt (6 ÷ 8 đời), tỷ lệ tế bào chết < 10%. Hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở các nhà máy bia trên thế giới. Sinh sản tốt ở nhiệt độ 8 ÷ 250C. Ở nhiệt độ thấp (2 ÷ 80C) chúng sinh sản chậm, nhưng vẫn lên men chậm vì khả năng tạo bào tử nấm men này yếu. Trong môi trường có đầy đủ vitamin (đặc biệt là vitamin B6). Chúng sẽ phát triển tốt nhưng ảnh hưởng của từng loại vitamin lên nấm men là không giống nhau. Khả năng kết lắng của từng nấm men phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấu tạo thành tế bào nấm men, hàm lượng Nitơ hòa tan trong môi trường, nhiệt độ, trị số điện tích của tế bào và pH của môi trường (thường 8.0 ÷ 4.0). Trong sản xuất bia hiện nay có 2 phương pháp lên men: lên men kỵ khí và lên men hiếu khí. 10
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm . Những tính chất công nghệ của nấm men cần quan tâm: Tốc độ và khả năng tạo bông (kết lắng). Tốc độ và mức độ lên men. Hàm lượng sản phẩm bậc 2. Mức độ suy giảm các đặc tính kỹ thuật. Khả năng chống chịu khi bị tấn công. . Yêu cầu chất lượng nấm men trước khi đưa vào lên men: Tế bào to khỏe, hình dáng đặc trưng. Nấm men thuần khiết. Khi đưa vào sản xuất tỷ lệ men chết dưới 10%, tỷ lệ nảy chồi lớn hơn 10%. Thời kỳ mạnh nhất khi độ đường xuống nhanh nhất có thể trên 80%. Nấm men khi đưa vào dịch đường để lên men phải đạt được từ 10 ÷ 20 triệu tế bào/ml dịch. Nấm men có khả năng chuyển hóa các đường đôi, đường đơn giản, các peptid, acid amin, giải phóng ra CO2, rượu ethanol và nhiệt. Men giống không nhiễm vi sinh vật. 1.4.3. 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. Các chỉ số trên đây trong quá trình lên men chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Quan trọng nhất là các yếu tố sau: Chất lượng của nấm men sản xuất Để thu nhận được các loại bia có chất lượng cao thì yếu tố đầu tiên cần được thỏa mãn là chất lượng của men giống. Khi đánh giá chất lượng của chủng nấm men sản xuất, cần xem xét các chỉ số sau đây: 11
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 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. Một chủng nấm men phù hợp và có chất lượng tốt, có thể tái sử dụng đến đời thứ 7 thứ 8 (sau mỗi lần lên men là 1 đời). Lượng nấm men gieo cấy ban đầu 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). - Lượng tế bào nảy chồi, từ đây dẫn đến lượng chất hòa tan (chất dinh dưỡng) bị tiêu phí cho xây dựng tế bào mới và cường độ trao đổi chất trong tế bào non. - Thời gian lên men. - Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỉ số tương quan giữa chúng. Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm men gieo cấy ban đầu. Nếu mật độ gieo cấy càng nhiều thì thời gian đó càng ngắn và ngược lại. Nếu lượng nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chối của chúng không thể đạt được mức độ tối đa cần thiết. Trong trường hợp như vậy, quá trình lên men bị "ì", nghĩa là mức độ lên men thấp, thời gian lên men kéo dài. Mật độ tối đa của lượng nấm men gieo cấy ban đầu nếu vượt qua ngưỡng 6 3 70.10 tế bào/cm thì hiệu quả mang lại không được rõ nét (nghĩa là không nên gieo quá mật độ đó). Nồng độ chất hòa tan của dịch đường houblon hóa Nồng độ chất hòa tan trong dịch đường houblon hóa có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men. Từ thực tế sản xuất, đã chứng minh 12
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm được rằng. Dịch đường houblon hóa có nồng độ chất hòa tan 11 -12% lên men tốt hơn các loại dịch đường có nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn. Cường độ sinh sản và phát triển của tế bào nấm men khi lên men dịch đường houblon hóa với nồng độ trung bình tỉ lệ tuyến tính với hàm lượng chất hòa tan và hàm lượng nitơ chứa trong đó. Nếu hàm lượng chất hòa tan ở trong dịch đường houblon hóa tăng lên trên 14.5% thì sự sinh sản của nấm men cũng không vì thế mà tăng lên, nó dừng ở 1 trị số xác định. Trong 1 khoảng xác định nào đó, khi độ đậm đặc của dịch đường giảm xuống thì cường độ sinh sản và phát triển của nấm men không những giảm mà ngược laị sẽ tăng lên. Nhiệt độ của dịch lên men Nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng khá mạnh đến quá trình lên men. Ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả: - 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 tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết lại nhiều hơn và tốc độ suy giảm các đặc tính công nghệ cũng nhanh hơn. - Kết quả cuối cùng nhận được là tỉ số giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm. Mỗi loại nấm men đều có nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và lên men. Vượt qua giới hạn đó, xét về góc độ chất lượng sản phẩm, sẽ nhận được các kết quả âm tính. Nồng độ của sản phẩm lên men Sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu C2H5OH và khí CO2. Khi những hợp chất này được tích tụ đến nồng độ nhất định trong dịch lên men thì các hoạt động sống của tế bào nấm men bắt đầu bị ức chế. Ở nồng độ rượu thấp, dưới 2%, các hoạt động của nấm men vẫn xảy ra bình thường, nhưng khi vượt quá 2% thì khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm. Khi nồng độ rượu etylic tăng lên đến 13
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 5% thì khả năng nảy chồi của nấm men hoàn toàn bị chấm dứt, tuy rằng quá trình lên men vẫn tiếp diễn. Nếu nồng độ cồn lên dến 12%, quá trình lên men bị đình chỉ hoàn toàn. Khả năng chịu đựng độ cồn của các chủng nấm men khác nhau là khác nhau. Nó phụ thuộc vào khả năng thích ứng và trạng thái sinh lí của nấm men. 1.5. Thành phần hóa học của bia Thành phần hóa học của bia, thông thường gồm những thành phần sau: 1.5.1. Nước Nước chiếm đến 80 – 90 % trọng lượng bia thành phẩm. 1.5.2. Chất hòa tan Chất hòa tan chiếm 5.5 – 10.7% trọng lượng bia. Chất hòa tan có hàm lượng nhỏ nhưng phong phú về thành phần hóa học nên có tính chất quyết định đến chất lượng bia. Các thành phần trong chất hòa tan bao gồm: . Hydrat Cacbon: chiếm 80 – 85% chất hòa tan trong bia, trong số này có 60 – 70% là maltose, maltotriose, còn lại là các đường khác như: glucose, saccarose, . Protein: chiếm 6 -9% chất hòa tan bia. Trong đó: 140 mg/l protein có phân tử lượng cao. 120 mg/l protein có phân tử lượng trung bình. 440 mg/l protein có phân tử lượng thấp. . Glyceryl: là sản phẩm phụ hình thành khi lên men chiếm 3 – 5% (khoảng 1200 – 1600 mg/l). . Các chất tro: chiếm 3 – 4% chất hòa tan. Trong đó 30% là photphat, còn lại là clorit, silicat, các catrion như K+, Na+, Ca2+, Mg2+, . Các chất đắng, tanin, màu: Hàm lượng chất đắng: khoảng 12 – 20 mg/l theo iso – α – acid đắng và α – acid đắng. Khoảng 150 mg/l tanin, trong đó 2/3 từ malt, 1/3 từ hoa houblon. 14
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Các chất màu: 50 – 70 mg/l antocyanuagen, 10 – 12 mg/l catechine, 10 – 40 mg/l tanoide . Các acid hữu cơ: chiếm 0.7 – 1.0% chất hòa tan của bia, trong đó: 50 – 70 mg/l pyruvate 170 – 220 mg/l citrate 30 – 110 mg/l malat 30 – 100 mg/l D, L – lactate . Các vitamin: có hàm lượng nhỏ nhưng khá đa dạng, gồm B1, B2, B6, biotin, nocotinamit, acid pantotenoic 1 lít bia có 30 đơn vị UI B1 (1 đơn vị UI B1 = 0.0003mg B1 = 0.3γ). 1 lít bia có 74 đơn vị UI B2 (1 đơn vị UI B2 = 0.003 mg B2 = 3γ). 1.5.3. Các chất dễ bay hơi Etanol: 3.4 – 4.5% trọng lượng bia. Acid cacbonic: 0.35 – 0.55% trọng lượng bia. 1.6. Gía trị của bia 1.6.1. Giá trị kinh tế Sản xuất bia là ngành công nghiệp phát triển nhanh, đem lại những khoảng thu nhập lớn cho doanh nghiệp và nền kinh tế của nhiều nước. Đối với nước ta, bia cũng đem lại một nguồn thu đáng kể, đóng góp quan trọng vào sự phát triển, chẳng hạn bia Sài Gòn mỗi năm nộp cho nhà nước hơn 1000 tỷ đồng. 1.6.2. Giá trị dinh dưỡng Về giá trị dinh dưỡng của bia được so sánh như sau: So với trà, cà phê, bia không chứa các kim loại có hại, so với các loại rượu uống thì hàm lượng etanol trong bia rất thấp (2 -6% V). Về chất đạm: 1 lít bia tương đương 120g bơ hay 25g thịt bò hay tương đương 60g bánh mì Về chất đường: 1 lít bia tương đương 150g bánh mì 15
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Độ calo của bia: 1 lít bia cho khoảng 400 – 500 calo. Năng lượng này 50% do protid và glucid cung cấp, 50% do rượu cung cấp. Trong bia có lượng đáng kể vitamin, đặc biệt là vitamin nhóm B, rất cần thiết cho cơ thể. 1.6.3. Bia đối với sức khỏe con người Ưu điểm Bia là thức uống khá phổ biến. Uống bia điều độ với lượng vừa phải, sẽ có lợi cho cơ thể và có thể chữa được một số bệnh. Bia giúp giảm nguy cơ các bệnh về tim mạch. Uống bia có thể giúp ngăn ngừa việc hình thành các cục máu đông có thể gây tắc động mạch ở tim, cổ, não, đây là những nguyên nhân chính gây ra tình trạng đột quỵ của người. Đối với những người bị bệnh tiểu đường, uống bia vừa phải giúp giảm nguy cơ mắc bệnh mạch vành. Uống bia điều độ còn có tác dụng tốt cho não, giúp nâng cao khả năng nhận thức của con người. Bia chứa hàm lượng silicon cao, dễ hấp thu, đây là một yếu tố giúp xương trở nên chắc hơn. Bia có chứa nhiều chất giúp phân giải các chất béo trong cơ thể, giúp bộ máy tiêu hóa làm việc tốt hơn. Nhược điểm Tuy nhiên nếu uống bia quá nhiều sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe: Uống bia nhiều sẽ làm cho hệ thần kinh kém nhạy bén, rất dễ gây tai nạn trong lúc làm việc, lái xe. Trong bia có chứa một hàm lượng cồn nhất định tùy từng loại bia, vì vậy việc uống quá nhiều có thể làm tăng nguy cơ gãy xương thông qua ức chế hoạt động của các tế bào tạo xương. Ngoài ra bia cũng gây ảnh hưởng xấu đến chức năng của gan nếu uống quá nhiều. 16
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.7. Tình hình sản xuất bia và tiêu thụ bia 1.7.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Hiện nay có hơn 25 quốc gia sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm, trong đó Mỹ, Đức, mỗi năm sản xuất trên dưới 1 tỷ lít/năm (bảng 1.3) Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiên tiến trong năm 2004 như sau: Cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm. (bảng 1.4) 17
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 1.3: Sản lượng bia tính theo triệu hl (hectolit) Quốc gia 2002 2003 2004 2005 Đức 108,4 105,5 105,8 105,8 Nga 73,9 75,6 84,2 88,4 Anh 56,7 58,0 58,8 58,9 Tây Ban Nha 27,9 29,7 30,2 30,2 Ba Lan 26,0 27,3 28,0 28,5 Hà Lan 24,9 25,1 23,8 23,0 Uckraina 15,0 16,9 19,2 21,9 CH Czech 18,1 17,9 18,8 19,0 Pháp 18,3 18,1 18,6 18,6 Bỉ 15,7 15,7 17,4 17,2 Rumani 11,9 12,9 13,8 14,4 Italy 12,6 13,7 13,2 13,3 Áo 8,9 8,9 8,7 8,9 Đan Mạch 7,9 8,3 8,6 8,6 Thổ Nhĩ Kỳ 7,4 7,6 8,2 8,1 Ireland 9,1 8,7 8,1 8,0 Bồ Đào Nha 6,9 7,2 7,7 7,8 Hungari 7,5 7,8 6,9 7,0 Serbi/Montenero 5,0 5,5 5,6 5,8 Hyrap 4,5 4,5 4,5 4,5 Bulgari 4,0 4,5 4,4 4,5 Slovakia 4,8 4,8 4,2 4,2 Thụy Điển 4,7 4,2 3,8 4,2 Croatia 3,9 3,8 3,8 3,8 Thụy Sỉ 3,5 3,6 3,6 3,6 Phần Lan 4,1 4,3 4,2 1,3 Các nước châu 13,4 16,1 17,3 17,6 Âu khác Mỹ 233,0 233,4 234,4 232,7 Brazil 85,0 83,0 82,6 85,0 Mexico 64,0 66,4 62,0 63,0 Canada 22,0 23,0 23,1 23,2 Venezuela 16,0 15,0 21,6 22,0 Arhentina 13,4 13,2 13,1 13,1 Combodia 16,0 15,5 12,8 13,0 Peru 5,3 6,0 6,1 6,1 Chile 4,2 4,2 4,2 4,2 Cuba 2,1 2,2 2,4 2,5 “Nguồn từ Internet – kirin news Nhật Bản” 18
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 1.4: Tình hình tiêu thụ bia trên thế giới năm 2004 Quốc Gia Xếp hạng Tổng lượng tiêu thụ Lượng tiêu thụ Tỷ lệ tăng so trong năm (triệu hl) tính bình quân với năm 2003 2004 cho 1 người (l) Trung Quốc 1 286,40 22,1 14,6% Mỹ 2 239,74 81,6 0,9% Đức 3 95,55 115,8 -1,6% Brazil 4 84,50 47,6 2,8% Nga 5 84,50 58,9 11,1% Nhật Bản 6 65,49 51,3 0,7% Anh 7 59,20 99,0 -1,8% Mexico 8 54,35 51,8 2,0% Tây Ban 9 33,76 83,8 0,9% Nha Ba Lan 10 26,70 69,1 -2,4% Nam Phi 11 25,30 59,2 3,3% Canada 12 21,83 68,3 0,8% Pháp 13 20,20 - -4,6% Hàn Quốc 14 18,97 38,5 2,0% CH Czech 15 18,78 156,9 2,1% Ukraina 16 17,29 - 3,9% Italy 17 17,19 - -1,5% Úc 18 16,78 109,9 -0,7% Colombia 19 16,58 36,8 2,0% Thái Lan 20 15,95 - 10,0% Venezuela 21 15,25 58,6 2,5% Philippin 22 14,09 - 15,6% Rumani 23 13,02 58,2 1,5% Arhentina 24 12,81 - 4,5% Hàn Lan 25 12,69 79,0 -1,8% “Nguồn từ Internet – Kirin news Nhật Bản” 19
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.7.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trong nước Ngành rượu bia nước giải khát ở nước ta đã có quá trình sản xuất lâu dài, từ cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX. Song đặc biệt 10 năm trở lại đây, do chính sách đổi mới, mở cửa của nước ta, đời sống của các tầng lớp dân cư đã có cải thiện quan trọng, lượng khách du lịch, các nhà kinh doanh, đầu tư nước ngoài vào Việt Nam tăng nhanh, cùng thúc đẩy sự phát triển của ngành rượu bia, nước giải khát Việt Nam [6]. Trước đây chỉ có 2 nhà máy bia Sài Gòn và Hà Nội, nay cả nước có 469 cơ sở sản xuất, tạo ra nhiều sản phẩm có tín nhiệm với người tiêu dùng trong cả nước hoặc khu vực: bia 333, bia Hà Nội, Heniken, Halida, Carlsberg, Sanmiguel, Huda Hai nhà máy bia Trung ương (Sài Gòn và Hà Nội) sản xuất đã vượt công suất tới 107% vẫn không đủ để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng. Nhiều quốc doanh rượu bia chủ lực của địa phương cũng đầu tư phát triển khá như công ty bia Hải Dương, Hà Tây, Thái Bình [6] Mỗi năm Việt Nam sản xuất 1,2 tỷ lít bia. Con số này tăng (8-10)% sau từng năm. Bình quân mỗi người dân tiêu thụ gần 16 lít bia và 4 lít rượu trong một năm. Theo số liệu tổng hợp của Bộ Công Nghiệp năm 2004 thì giá trị sản xuất công nghiệp của toàn ngành bia – rượu – nước giải khát trên cả nước đã đạt 15.281,5 tỷ đồng, doanh thu đạt 17.950 tỷ đồng, đóng góp ngân sách nhà nước khoảng trên 5.000 tỷ đồng, tạo việc làm và thu nhập ổn định cho trên 20.000 lao động.[6] Năm 2005 sản lượng bia sản xuất khoảng 1.500 triệu lít, sản lượng rượu sản xuất là 80 triệu lít. Tính đến hết năm 2004, toàn ngành có 329 cơ sở sản xuất bia với công suất thiết kế 1.737 triệu lít, 72 cơ sở sản xuất rượu có công suất thiết kế 103 triệu lít.[6] Năng lực sản xuất bia tập trung chủ yếu tại những thành phố trực thuộc TW như: Thành Phố Hồ Chí Minh chiếm 23.2% tổng năng lực sản xuất bia toàn quốc, TP Hà Nội: 13.44 %, TP Hải Phòng: 7.47%, tỉnh Hà Tây: 6.1%, Huế: 3.05%, Đà Nẵng: 2.83%.[6] 20
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Qua đó ta thấy sản lượng bia sản xuất hàng năm trên thế giới là rất lớn, đồng thời tiêu thụ cũng rất lớn. Bia trở thành nhu cầu thức uống của con người trên toàn thế giới. 1.8. Tổng quan tình hình nghiên cứu bia nồng độ cồn thấp trong và ngoài nước 1.8.1. Trong nước Năm 2004, Nguyễn Quỳnh Vân và cộng sự, “ nghiên cứu sản xuất bia nồng độ cồn thấp”, kết luận Phương pháp tác động vào quá trình lên men khi nồng độ cồn đạt đến mức yêu cầu là: “Để sản xuất bia độ cồn thấp theo phương pháp này, dịch lên men có nồng độ chất khô ban đầu 9 – 11%. Trong quá trình lên men khi hàm lượng cồn tạo thành đạt 0,5%V thì tiến hành đình chỉ quá trình lên men bằng cách ly tâm tách loại nấm men. Sau đó bia được tàng trữ cho lên men phụ ít nhất 10 ngày tại 0-10C để tránh mùi đậm của các hợp chất sunfua. Cuối cùng, bia được đem lọc, bão hòa CO2 và thanh trùng” [1] Năm 2009, Hồ Hữu Minh – Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TPHCM, “Nghiên Cứu Sản Xuất bia nồng độ cồn thấp”, kết quả là thêm công đoạn gia nhiệt 380C và giữ nhiệt trong 30 phút, Hàm lượng chất khô cố định trong dịch lên men có độ brix bằng 10, mật độ nấm men cố định trong dịch lên men là 15 triệu tb/ml, hàm lượng oxi bổ sung vào dịch lên men thời gian 6 giờ đầu trong dịch lên men là 16.191 lít khí.[12] Trong khoảng thời gian từ tháng 1/2011 đến tháng 6/2013, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Kinh tế kỹ thuật công nghiệp do TS. Hồ Tuấn Anh dẫn đầu, đã nghiên cứu sản xuất thành công bia không cồn. Thu được kết quả: Xây dựng được Tiêu chuẩn chất lượng Bia không cồn thành phẩm đáp ứng yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm và Quy chuẩn quốc gia về đồ uống có cồn. Lựa chọn được chủng nấm men phù hợp Saccharomyces cerevissiae KTKT B4 có nguồn gốc từ Czech và xác định được phương pháp chế biến dịch lên men theo cách phối trộn dịch ngâm malt vào nước 1000C. 21
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Hiệu chỉnh được các thông số kỹ thuật của quá trình chế biến dịch lên men tại quy mô sản xuất 3.500 - 4.000 và 10.000 lít/mẻ, cũng như lưu trữ bia không cồn trên quy mô 10.000 và 40.000 lít sản phẩm/mẻ. Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất bia không cồn quy mô 10.000 lít sản phẩm/mẻ và 40.000 lít sản phẩm/mẻ. Hoàn thiện mô hình sản xuất và bảo quản sản phẩm quy mô 10.000 và 40.000 lít sản phẩm/mẻ. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm tại Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm CASE của Viện công nghiệp thực phẩm đáp ứng các chỉ tiêu vệ sinh an toàn thực phẩm và Quy chuẩn quốc gia đối với đồ uống có cồn. Xác định được thời hạn bảo quản của bia không cồn sau thanh trùng là 6 tháng [5]. 1.8.2. Ngoài nước Theo Patent GB1309338A (Switzerland) năm 1971, quá trình sản xuất bia có độ cồn thấp sử dụng malt sáng màu, phương pháp lên men thường với nhiệt độ tối ưu ở nhiệt độ 4-80C đến khi đạt độ lên men thực 40-70% dịch chiết, thời gian lên men là 2-5 ngày [19] Paul R. Witt (1988) đề xuất giải pháp tạo ra bia có nồng độ cồn thấp, quá trình đường hóa được thực hiện ở nhiệt độ 78 – 800C trong thời gian 30-60 phút với sự tham gia của các chế phẩm enzym alpha-amylase và xellulase để giảm độ nhớt của dịch đường. Bia sau lọc cần phải được pha loãng với nước đã loại khí và axit hóa để tạo ra thành phẩm chứa không nhiều hơn 0,5% cồn [15]. Fritz Schur năm 1988 đề xuất quy trình sản xuất đồ uống lên men không cồn bằng cách cho dịch đường có nồng độ chất khô nằm trong khoảng từ 7,0 đến 7,5% trọng lượng tiếp xúc với nấm men ở nhiệt độ thấp, thường là -0,4°C hoặc thấp hơn [16] Nick J. Huige và các đồng tác giả (1990) đề xuất quy trình sản xuất bia chứa ít hơn 0,5% cồn theo phương pháp tiếp xúc lạnh, dịch đường với hàm lượng đường ít 22
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm nhất là 14% trọng lượng được tiếp xúc với nấm men ở nhiệt độ nằm trong khoảng từ 38°F (3,30C) đến 45°F (7,20C) trong khoảng thời gian từ 5 đến 10 giờ [18] Cameron R. Murray và các đồng tác giả (1990) đề xuất quy trình lên men bia bao gồm bước axit hóa dịch đường trước khi lên men có hàm lượng đường nằm trong khoảng từ 12 đến 20 độ Plato bằng axit thực phẩm đến độ pH nằm trong khoảng từ 4,0 đến 4,6; điều chỉnh bước lên men theo lượng nấm men và nhiệt độ tiếp xúc từ 0 đến 7°C trong khoảng thời gian từ 10 đến 30 giờ, bia thành phẩm được bổ sung các chất thơm và pha loãng với nước để tạo thành đồ uống không cồn từ malt [13] Patent US5384135A_2 của Henri J.J. Caluwaerts (1995) đề xuất quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp, trong đó quá trình đường hóa được thực hiện ở 74-760C trong khoảng thời gian từ 35-50 phút nhằm khống chế lượng đường có khả năng lên men đến mức 50% so với hàm lượng chất khô của dịch đường. Sau đó cồn tiếp tục được tách ra khỏi bia bằng phương pháp bay hơi dưới áp suất cao bởi CO2 và nhiệt độ bia nằm trong khoảng 50-650C [17] Domeny Zoltan và các cộng sự (2002) lên men bằng chủng nấm men biến đổi gen áp dụng công nghệ cố định nấm men. Bia có độ cồn thấp được sản xuất từ chủng nấm men đột biến không tổng hợp các enzyme vòng acid citric. Các nấm men này được cố định vào pectate canxi. Quá trình lên men được tiến hành ở 5- 350C với nồng độ oxy hòa tan có thể tới 20mg/l [14]. 1.9. Các sản phẩm bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp. Hình ảnh một số loại bia không cồn và bia có nồng độ cồn thấp ở Việt Nam và trên thế giới được thể hiện qua Hình 1.4 và Hình 1.5: 23
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.9.1. Các loại bia không cồn Bia Steiger Dark Bia Sagota Độ cồn: 0.5% Độ cồn: 0,5% Bia tourtel Bia Hoppy Độ cồn: 0.4% Độ cồn: 0.5% Hình 1.4: Một số loại bia không cồn 24
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.9.2. Các loại bia có nồng độ cồn thấp Steiger RADLER - Ginger Steiger RADLER - Lemon Độ cồn: 2.5% Độ cồn: 2.5% Steiger RADLER - Malina Steiger RADLER - Lime Độ cồn: 2.5% Độ cồn: 2.5% Hình 1.5: Một số loại bia nồng độ cồn thấp 25
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 2.1.1.1. Nguyên liệu Nguyên liệu chính là: malt, hoa houblon và nước. Malt cung cấp tinh bột, amilase cho đường hóa, houblon là nguyên liệu tạo hương vị đặc trưng cho bia, màu sắc, độ bền bọt, làm trong bia, sát trùng bia, Tác nhân vi sinh vật là nấm men MALT Nguồn gốc: được cung cấp từ nhà máy bia VINAKEN Yêu cầu: Các yêu cầu kỹ thuật của malt do nhà phân phối cung cấp được trình bày ở Bảng 2.1 Bảng 2.1. Chỉ tiêu hóa lí và hóa học của malt Chi tiêu Yêu cầu Độ hòa tan tính theo chất khô 76 – 81,7% Độ ẩm <5% Độ màu của nước 0,18 – 0,3% Chất đạm toàn phần theo % 11,5% Chất khô 5 – 8% pH 5,5 – 6,5 Poliphenol 5 – 8% HOA HOUBLON Hoa houblon là nguyên liệu chính thứ 2 để sản xuất bia Nguồn gốc: Sử dụng hoblon dạng viên do nhà máy bia VINAKEN cung cấp. Yêu cầu: Chỉ tiêu cần đạt của houblon viên trong sản xuất bia do nhà phân phối cung cấp được thể hiện ở Bảng 2.2 26
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 2.2. Chỉ tiêu hóa lí và hóa học của hoa houblon STT Thành phần Mức chỉ tiêu 1 Độ ẩm 10 – 13% 2 Chất đắng 12 – 21% 3 Axit đắng 6 – 8% 4 Đường 3% 5 Nhựa đắng 7 – 8% 6 Xelulose 12 – 14% 7 Tinh dầu thơm 0,3 – 1% 8 Tannin 2,5 – 6% 9 Este 4,4% 10 Protein 15 – 21% 11 Tro 5 – 10% NẤM MEN Nguôn gốc: Sử dụng nấm men Saccharomyces carsbergensis có xuất xứ từ Đức, do nhà máy bia VINAKEN cung cấp. Yêu cầu: Các yêu cầu đối với nấm men khi đưa vào lên men bia: Khi đưa vào sản xuất, tỷ lệ men chiết dưới 2%, tỷ lệ nảy chồi lớn hơn 10%, thời kỳ mạnh nhất khi độ đường xuống nhanh nhất có thể trên 80%. 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 đường đôi, đường đơn, peptid, acid amin, giải phóng CO2, rượu etylic và nhiệt. NƯỚC Sử dụng nguồn nước đã qua xử lý tại Trung Tâm Thí Nghiệm - Thực Hành Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM. 27
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 2.1.1.2. Dụng cụ Bảng 2.3. Dụng cụ sử dụng cho nghiên cứu STT Dụng cụ Số lượng 1 Nồi inox 2 cái 2 Bếp điện từ 2 cái 3 Giấy lọc 3 tờ lớn 4 Phiễu thủy tinh 5 cái 5 Bình tam giác 5 cái 2.1.1.3. Thiết bị Bảng 2.4. Thiết bị dùng trong nghiên cứu STT TÊN THIẾT BỊ ĐƠN VỊ TÍNH SỐ LƯỢNG 1 Brix kế Cái 1 2 PH kế cái 1 3 Máy đo màu cái 1 4 Máy đo độ trong cái 1 5 Nhiệt kế cái 2 6 Buồng đếm hồng cái 1 cầu 2.1.1.4. Hóa chất: Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu: Acid Lactic (C3H6O3). 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ 4/2017- 7/2017 28
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm của trường Đại Học Công Nghệ TPHCM. 2.2.2. Quy trình dự kiến Malt vàng Làm sạch Nghiền Hòa trộn Nước Đường hóa Lọc dịch đường Houblon hóa Hoa houblon Lên men chính Nấm men Lên men phụ Lọc Sản phẩm Hình 2.1. Quy trình dự kiến chế biến bia Thuyết minh quy trình a. Malt vàng: nguyên liệu sử dụng trong sản xuất bia nồng độ cồn thấp là malt vàng không bị ẩm mốc, sâu mọt 29
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm b. Làm sạch: Mục đích: loại bỏ bụi bẩn, rác, kim loại và các tạp chất khác bị lẫn vào malt. Cách tiến hành: Malt sau khi đã được cân đủ số lượng dự kiến, cho vào rổ có kích thước nhỏ hơn hạt malt, tiến hành lắc đều. Sau đó phun sơ dưới vòi nước để loại bỏ bụi bẩn, cát bám trên hạt c. Nghiền: Mục đích: Phá vỡ cấu trúc tinh bột của hạt, nghiền thành mảnh nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc với nước, giúp cho sự xâm nhập của nước vào thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa thu được nhiều chất tan (chất chiết) có lợi và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. Đồng thời hạn chế các chất không có lợi tan vào dịch đường. Cách tiến hành: malt sau khi làm sạch được cho vào máy xay sinh tố, nghiền cho đến khi đạt kích thước mong muốn. Các biến đổi của nguyên liệu: - Biến đổi vật lý: Kích thước nguyên liệu giảm. - Biến đổi hóa lý: nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát. - Biến đổi hóa sinh: Các nhà sản xuất cần thực hiện ngay quá trình nấu dịch nha sau khi nghiền nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt tính enzyme trong malt. d. Phối trộn: Mục đích: Nhằm tránh cho bột malt bị vón cục gây trở ngại cho việc thủy phân tinh bột. Mặc khác để các chất chiết bước đầu hòa tan vào nước, chuẩn bị nấu. Tiến hành: malt sau quá trình nghiền được cho vào nồi và hòa trộn với lượng nước xác định 30
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm e. Đường hóa: Mục đích: Chuyển các chất không tan của bột nghiền sang dạng hòa tan. Góp phần tạo màu cho bia. Thủy phân một số chất có phân tử lượng lớn thành các chất có phân tử lượng nhỏ hơn để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển. Quá trình thủy phân này chủ yếu nhờ hệ enzyme có sẵn trong malt. Yêu cầu kỹ thuật Nhiệt độ: Ảnh hưởng lớn đến tốc độ đường hóa, hiệu suất đường hóa và ảnh hưởng đến tỷ lệ, các thành phần của sản phẩm thủy phân. Nếu tăng nhiệt độ đến một giới hạn nhất định thì các enzyme bị giảm hoạt lực hoặc có thể mất đi. Dẫn đến quá trình thủy phân bị chậm hoặc dừng lại. Độ pH: Là nhân tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân, bởi mỗi enzyme thích hợp với một pH nhất định để hoạt động tối ưu nhất. Nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất trong hỗn hợp thủy phân là tỷ lệ giữa nước với nguyên liệu. Phải cho nước vào nguyên liệu theo tỷ lệ nhất định để đạt độ đường của nước nha nằm trong khoảng 12 – 13,2 (oPL) Biến đổi của nguyên liệu Biến đổi hóa lý: Phản ứng thủy phân: –amylase phân cắt dần mạch amylose và amylosepectin tạo thành các chuỗi ngắn hơn. Các chuỗi này được – amylase tiếp tục phân cắt ra chuỗi có hai gốc từ đầu không khử. Trong quá trình phân cắt luôn hình thành các chuỗi chứa 2 3 gốc glucose có mối liên kết 1,6– glycoside. Đây là nguyên nhân mà dextrin luôn tồn tại trong dịch đường. Trong các loại đường thu được thì đường glucose được nấm men sử dụng đầu tiên. Sau đó đến maltose và các disaccharide, cuối cùng là maltotriose. Nắm được đặc điểm này các nhà sản xuất tìm cách để giữ được một khối lượng đường tạo vị ngọt cho bia. 31
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Sự thủy phân protein: sự thủy phân protein nhờ enzyme protease diễn ra mạnh nhất tại 45 – 55oC nhưng chưa triệt để và tiếp tục diễn ra ở nhiệt độ cao hơn. Các protein bị phân cắt dần thành sản phẩm cuối cùng là acid amin, nguồn dinh dưỡng của nấm men. Thông thường nấm men dùng ít nhất là 10 – 14 mg – aminonito/100ml dịch đường. Nếu nồng độ này không đảm bảo thì sự phát triển của nấm men bị giảm lại, hạn chế quá trình lên men, tạo hương và sự chín của bia. Biến đổi hóa học: xảy ra phản ứng Mailard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa polyphenol. Biến đổi hóa sinh: Một số hợp chất như đường, acid amin, một số vitamin và khoáng trong malt hòa tan vào nước. Các quá trình thủy phân quan trọng - Đạm hóa: dưới tác dụng của enzyme protease sẽ chuyển các protein bậc cao thành protein bậc thấp và các acid amin. Tiến hành ở nhiệt độ 50 – 520C. - Đường hóa: Chuyển tinh bột thành đường dưới tác dụng của enzyme amylaza. Tiến hành ở nhiệt độ 63 – 680C Enzyme (C6H10O5)n + nH2O (C6H12O6)n - Dextrin hóa: Dưới tác dụng của enzyme α – amylase sẽ chuyển một phần tinh bột còn lại và một ít đường thành dextrin ở nhiệt độ 70 – 750C, với mục đích tạo mùi vị thích hợp cho bia. f. Lọc dịch đường: Mục đích Phân chia pha rắn lỏng, loại bỏ các phần tử không tan, thu chất khô hòa tan dưới dạng dung dịch (hèm, word) để chuẩn bị cho quá trình houblon hóa, lên men. Quá trình lọc được chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1 - Lọc dịch đầu: giai đoạn tách dịch ra khỏi bã. Trong suốt quá trình lọc bã đóng vai trò như một lớp vật liệu lọc. 32
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giai đoạn 2 – Rửa bã: Sau khi tách dịch ra khỏi bã, trong bã còn chứa một lượng các chất hòa tan đặc biệt là đường, Mục đích của rửa bã là để thu hồi những chất chiết này. Rửa bã được thực hiện bằng nước nóng (70-75°C) g. Houblon hóa: Mục đích Trích ly chất đắng, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào trong dịch đường, để tạo vị đắng và hương thơm dịu đặc trưng của hoa cho bia thành phẩm. Polyphenol của hoa houblon khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các hợp chất protein cao phân tử để tạo thành các phức chất dạng màng nhầy. Các phức chất màng nhầy tạo thành màng, dễ kết lắng và sẽ kéo các phần tử cặn li ti trong dịch đường kết lắng theo. Độ bền keo của dịch đường tăng lên và thành phần sinh học ổn định. Polyphenol, chất đắng, các chất chứa nitơ trong hoa houblon là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính rất cao. Nhờ có màng căng này, bọt khí CO2 trong bia không dễ dàng thoát khỏi bề mặt của nó. Tham gia vào quá trình tạo bọt, tác nhân chính giữ bọt cho bia. Làm keo tụ phần lớn protein bất ổn định và các chất khoáng không hòa tan khác của dịch đường, tạo nên “tủa nóng” và lắng xuống đáy nồi đun sôi. Tuy nhiên, những chất chát (tanin) không bị oxy hóa cũng tạo thành phức với protein, tồn tại trong dịch đường dưới dạng “tủa nguội”. Đây chính là nguyên nhân làm bia thành phẩm bị đục. Làm tăng nồng độ các chất hòa tan và thanh trùng dịch hoa houblon hóa, chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Thường hỗn hợp dịch đường sau khi lọc và nước rửa bã có nồng độ thấp hơn nồng độ yêu cầu để sản xuất một loại bia nhất định. Nhờ quá trình đun sôi này một phần nước sẽ bay hơi, khi đó nồng độ dịch đường tăng lên, và sau đó nhờ quá trình hạ nhiệt độ dịch đường, điều chỉnh nồng độ dịch đường gần đạt. 33
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Đồng thời cũng xảy ra một số quá trình khác như: độ acid, cường độ màu, sự tạo thành các chất khử, độ nhớt giảm Biến đổi thành phần và tính chất của dịch đường Về mặt vật lý: Có sự thay đổi về tỷ trọng của dịch nha, nhiệt độ của dịch nha tăng. Về mặt sinh học: Dịch đường khi chuyển sang nồi nấu hoa có thể chứa các vi khuẩn chịu nhiệt. Đun sôi trong vòng 20 phút ở pH acid (pH của dịch đường) cũng đủ để tiệt trùng dịch đường. Những tính chất kìm hãm vi khuẩn của hoa houblon cũng góp phần bảo vệ cho dịch đường. Về mặt hóa sinh: Các enzyme bị phá hủy, đặc biệt là enzyme – amylase, là enzyme chính còn hoạt động ở nhiệt độ lọc. Sự tiêu diệt enzyme ở công đoạn nấu tránh sự biến đổi cấu trúc phân tử đường trong quá trình lên men mà những chất này sẽ cản trở hay có tác động xấu tới độ bền sinh học, hay khả năng giữ bọt của bia thành phẩm. Về mặt hóa học Xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân hóa các acid đắng tạo ra sản phẩm như acid acetic, izoaldehyt và acid humulinic. Trong đó, acid humulinic là một acid đắng có khả năng hòa tan cao hơn và có lực đắng mạnh hơn nhiều so với các hợp chất đồng phân và acid đắng ban đầu, chúng mang tính quyết định tạo ra vị đắng và hương thơm đặc trưng cho bia. Về mặt bền keo Để cải thiện tính bền keo của bia cần phải loại bỏ các hợp chất nitơ bằng cách đông tụ và kết tủa chúng với sự liên kết protein và tanin. Nếu chỉ đun nhẹ là không đủ. Sự đông tụ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác như thời gian, cường độ của quá trình đun sôi, sự có mặt của oxi, các tác nhân khử, pH môi trường, các phản ứng phosphat. 34
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm h. Lên men chính: Mục đích: Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Chuyển hóa đường và các dextrin bậc thấp thành etanol, CO2, một số sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men. Quá trình lên men: Giai đoạn 1 (sau 1 ngày): khi men bia cấy vào bia, nấm men trải qua một giai đoạn thích nghi. Cần cung cấp một lượng oxy nhất định cho nấm men hấp thụ. Giai đoạn 2 (2 ngày tiếp theo): quá trình sinh sản và trưởng thành theo sự phân chia các tế bào. Dấu hiệu lên men có thể nhìn thấy qua các hạt bọt khí CO2, một lớp bọt màu vàng nhạt (hoa houblon, protein và cặn mịn) nổi lên bề mặt dịch đường. Quá trình sinh trưởng xảy ra theo phương trình: men men C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + Q1 Theo sau là giai đoạn lên men yếm khí. Giai đoạn này tăng trưởng rất nhanh dấu hiệu lên men nhận biết rõ qua lượng CO2 tăng dần, số lượng tế bào lên men cũng tăng lên. Bọt dày ngả màu xám, cuối giai đoạn này bọt bắt đầu dẹp xuống. hàm lượng chất hòa tan giảm 2.5 3%, nhiệt độ có chiều hướng tăng rất mạnh. Xảy ra theo phương trình: men C6H12O6 CO2 + C2H5OH + Q2 Giai đoạn 3 (2 3 ngày cuối) : .các tế bào sinh sản chậm, chúng lên men giải phóng nhiều CO2 ào ạt, sử dụng đường đã ăn vào cho ra rượu. Các biến đổi của bán thành phẩm: Quá trình sinh hóa Đường lên men sẽ chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển hóa thành ethanol và carbondioxit. Có rất nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men bia như các 35
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm aldehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ, este, diacetyl, methanol, các hợp chất sunfua. Quá trình hóa lý Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: pH dịch đường từ 5,3 – 5,6 ở dịch đường ban đầu giảm dần về pH 4,2 – 4.6 trong bia non do: sự tạo thành CO2 và một số acid hữu cơ (do quá trình khử amin), một phần muối phosphat bậc 1 bị nấm men + sử dụng, hấp thụ ion NH4, sự hấp thụ ion potassium và sự giải phóng ion H vào bia. Các biến đổi khác Cường độ màu của dịch đường cũng giảm đáng kể do các hợp chất polyphenol dễ bị oxy hóa bị khử và sau đó bị kết lắng. Sự hòa tan CO2 và tạo bọt: CO2 sinh ra được hòa tan vào bia, trong bia non chứa 0,2% CO2. Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, lượng CO2 tạo ra chưa nhiều, ở nhiệt độ thấp nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Ở giai đoạn sau, lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và trong dịch lên men đã tạo ra một lượng đáng kể nên CO2 tạo ra lúc này sẽ thoát ra ngoài dưới dạng những bong bóng nhỏ li ti. Trên bề mặt hình thành một lớp có sức căng bề mặt của các chất như protein, polyphenol. Chính như vậy bong bóng khí CO2 không giải thoát mà liên kết hấp thụ lại với nhau tạo thành bọt. Sự kết mảng của tế bào nấm men: xảy ra suốt thời kì lên men chính, đặc biệt nhiều ở những ngày cuối cùng, khi lượng CO2 tạo ra đã ít đi và một phần khá lớn các loại cặn đã kết tủa xuống đáy tank lên men. Khi kết tủa, các tế bào nấm men sẽ kéo theo sự kết tủa của một số hợp chất khác nên làm bia sẽ trở nên trong hơn. i. Lên men phụ: Mục đích Chuyển hóa hết phần đường có khả năng lên men còn tồn tại trong bia non, làm trong bia, ổn định và hoàn thiện màu sắc, hương vị trong bia, phân hủy diacetyl hình thành trong quá trình lên men chính. 36
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Phương pháp tiến hành Quá trình hạ phụ được diễn ra khi lên men chính khoảng 5 – 7 ngày, men ăn độ đường sắp về ngưỡng cho phép hạ nhiệt độ từ từ, cấp lạnh giảm sức ăn của nấm men, đến độ đường đạt, tiến hành hạ lạnh 0 1oC để cắt men. Biến đổi quá trình Các quá trình sinh lý, hóa sinh, và hóa lý xảy ra hoàn toàn giống lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn, vì nhiệt độ thấp hơn (0 – 1oC), lượng nấm men ít hơn ( 2 – 5x106 tế bào/ml). Nấm men lên men đường sót, tuy nhiên ta không cho lên men hết toàn bộ đường sót và giữ lại một ít để tạo vị cho bia, bia thành phẩm có độ đường từ 2,1 – 2,3 độ Plato. Cách cắt men là hạ nhiệt độ 0 -1oC để giảm sức ăn nấm men, đạt độ đường mong muốn. - Chuyển diacetyl thành acetoin, để rút ngắn quá trình lên men, trong sản xuất người ta thường sử dụng enzyme mature L để tăng cường chuyển hóa diacetyl. - Phản ứng acid hữu cơ với ethanol tạo este. - Quá trình tự phân của nấm men: Một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi enzyme protease có sẵn trong tế bào nấm men. Sản phẩm là: peptide, acid amin. - Sự kết lắng nấm men, protein, và tanin làm bia trong. j. Lọc trong bia: Mục đích Loại bỏ các thành phần không tan, để bia đạt độ trong cần thiết theo yêu cầu, đồng thời làm tăng độ ổn định và độ bền về thành phần, trạng thái phân tán các thành phần, về sinh học, giá trị cảm quan và thời gian bảo quản cho bia thành phẩm. 37
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 2.2.3. Sơ đồ nghiên cứu Malt vàng Làm sạch Nghiền Nước Phối trộn Khảo sát lượng nước, thời Đường hóa gian, nhiệt độ, pH đường hóa Rửa bã bã Lọc dịch đường Dịch rửa Houblon hóa Hoa houblon Khảo sát số lượng tế bào Lên men chính Nấm men nấm men ban đầu Lên men phụ Lọc - Đánh giá thị hiếu người tiêu dùng Sản phẩm - Đánh giá chất lượng sản phẩm Hình 2.2: Sơ đồ nghiên cứu sản xuất bia nồng độ cồn thấp 38
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 2.2.4. Thí nghiệm khảo sát: 2.2.4.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát chế độ nước Mục đích: Xác định lượng nước đường hóa nguyên liệu để thu được dịch đường có lượng đường lớn nhất. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố, thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Khối lượng mẫu của mỗi thí nghiệm là 140g malt nguyên liệu. Yếu tố cố định: Lượng malt nguyên liệu: 140g pH =5 Thời gian, nhiệt độ nấu. Yếu tố khảo sát: Nước/malt: 2,5/1,4 Nước/malt: 3/1,4 Nước/malt: 3,5/1,4 Nước/malt: 4/1,4 Nước/malt: 5/1,4 Chỉ tiêu theo dõi: Màu sắc, lượng đường trong dịch đường thu được 39
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm - Cách tiến hành malt Làm sạch Nghiền Hòa trộn Nước Nước/malt: Nước/malt: Nước/malt: Nước/malt: Nước/malt: 2,5/1,4 3/1,4 3,5/1,4 4/1,4 5/1,4 Đường hóa Lọc bã Rửa bã Chọn chế độ phối trộn thích hợp bằng phương pháp hóa lý (đo độ Bx) và cảm quan so màu dịch lọc Hình 2.3: Sơ đồ khảo sát chế độ nước. 40
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm: Malt được chia thành 5 mẫu để khảo sát, khối lượng mẫu khảo sát là 140g/mẫu. Các mẫu thí nghiệm được đựng trong tô, sau đó dùng máy xay sinh tố nghiền 5 mẫu trên với kích thước mong muốn. Lần lượt tiến hành gia nhiệt để đường hóa với tỷ lệ nước hòa trộn với malt của từng mẻ lần lượt là: 2,5 – 3 – 3,5 - 4 – 5. Ban đầu nhiệt độ đường hóa là 38oC, sau đó nâng nhiệt lên 50oC và giữ ổn định trong 5 phút, tiếp theo nâng nhiệt lên 65oC, giữ trong 30 phút. Và cuối cùng là nâng nhiệt lên 72oC giữ trong 20 phút. Để thuận lợi cho quá trình lọc và rửa bã cần nâng tiếp nhiệt độ lên 760C. Chú ý các khoảng nhiệt độ phải ổn định không nên để nhiệt quá cao hoặc thấp hơn vì như vậy sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme α- amylase và β-amylase trong quá trình đường hóa. Từ đó dẫn đến dịch đường hóa sẽ không đạt yêu cầu. Tiến hành khảo sát lần lượt 5 mẫu với tỷ lệ nước như sơ đồ trên. Các mẫu sau khi đường hóa sẽ được tiến hành xác định độ Brix và màu, độ trong của dịch lọc. Dựa trên kết quả khảo sát lượng nước để chọn ra lượng nước đường hóa phù hợp với chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm 2.2.4.2. Thí nghiệm 2: khảo sát nhiệt độ đường hóa. Mục đích: Lựa chọn nhiệt độ phù hợp cho quá trình đường hóa để chuyển hóa tinh bột thành đường nhiều nhất. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên 1 yếu tố. Mỗi mẫu lặp lại 3 lần. Khối lượng của mỗi mẫu là 140g. Yếu tố cố định: Chế độ nước: Sử dụng kết quả thí nghiệm 1. Thời gian đường hóa: 60 phút Yếu tố khảo sát: Nhiệt độ đường hóa. Chỉ tiêu theo dõi: °Bx dịch đường đạt được sau lọc. 41
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Cách tiến hành: Malt Làm sạch Nghiền Nước Hòa trộn Đường hóa Nâng nhiệt lên 50°C Nâng nhiệt Nâng nhiệt Nâng nhiệt Nâng nhiệt Nâng nhiệt lên 60°C lên 62°C lên 64°C lên 66°C lên 68°C Nâng nhiệt lên 72°C Nâng nhiệt lên 76°C Rửa bã Lọc bã Chọn nhiệt độ đường hóa thích hợp bằng phương pháp hóa lý (đo độ Bx) và cảm quan so màu dịch lọc Hình 2.4: Sơ đồ khảo sát nhiệt độ đường hóa 42
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm: Malt được chia làm 5 mẫu khảo sát và đem xay như thí nghiệm một. Tuy nhiên ở thí nghiệm này sẽ sử dụng lượng nước khảo sát được từ thí nghiệm 1 để khảo sát nhiệt độ thích hợp trong quá trình đường hóa. Đầu tiên, lấy lượng nước như đã khảo sát ở thí nghiệm 1 hòa trộn với 140g malt/mẻ và nhiệt độ ban đầu là 38oC rồi nâng lên 50oC ổn định trong 5 phút. Sau đó nâng nhiệt từng mẻ lên các mốc nhiệt độ ở mẻ 1,2,3,4,5 lần lượt là 60oC, 62oC, 64oC,66oC, 68oC, ổn định tất cả trong 30 phút. Cuối cùng nâng nhiệt lên 72oC ổn định trong 20 phút. Tuy nhiên để thuận lợi cho quá trình lọc và rửa bã cần nâng nhiệt lên 76oC. Kết thúc quá trình đường hóa, sau khi lọc và rửa bã xong 5 mẻ, tiến hành đo độ Brix và so màu cảm quan tất cả dịch đường. Dựa trên kết quả khảo sát nhiệt độ để chọn ra nhiệt độ đường hóa phù hợp với chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm. 2.2.4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát pH đường hóa. Mục đích: Xác định khoảng pH thích hợp nhất để các enzym hoạt động cho ra dịch đường có °Bx tốt nhất. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố. Mỗi mẫu lặp lại 3 lần. Yếu tố cố định: Chế độ nước: Lấy kết quả từ thí nghiệm 1. Nhiệt độ đường hóa: Lấy kết quả từ thí nghiệm 2. Thời gian đường hóa. Yếu tố khảo sát: pH đường hóa. pH=4,5 pH=5 pH=5.5 pH=6 pH=6,5 Chỉ tiêu theo dõi: Màu sắc, °Bx dịch đường thu được. 43
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Cách tiến hành malt Làm sạch Nghiền Phối trộn Nước Điều chỉnh pH pH=4,5 pH=5 pH=5,5 pH=6 pH=6,5 Đường hóa Lọc bã Rửa bã Chọn pH đường hóa thích hợp bằng phương pháp hóa lý( đo độ Bx) và cảm quan so màu Hình 2.5: Sơ đồ khảo sát pH đường hóa. 44
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm: Tương tự như thí nghiệm 1,2. Ở thí nghiệm khảo sát pH đường hóa, vẫn khảo sát 5 mẫu, mỗi mẫu 140g malt được xay nghiền và hòa trộn với lượng nước như đã khảo sát ở thí nghiệm 1. Tuy nhiên trong quá trình hòa trộn, lần lượt điều chỉnh pH cho từng mẻ lần lượt là: 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5. Mỗi mẻ sẽ được tiến hành đường hóa với các mốc nhiệt độ như đã được khảo sát ở thí nghiệm 2 Kết thúc quá trình đường hóa, sau khi lọc và rửa bả xong 5 mẻ, tiến hành đo độ Brix và so màu cảm quan tất cả dịch đường. Dựa trên kết quả khảo sát pH để chọn ra pH đường hóa phù hợp với chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm 2.2.4.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát thời gian đường hóa. Mục đích: Lựa chọn khoảng thời gian đường hóa tốt nhất. Bố trí thí nghiệm: Thí ghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên 1 yếu tố. Yếu tố cố định: Chế độ nước: Lấy kết quả từ thí nghiệm 1. Nhiệt độ đường hóa: Lấy kết quả từ thí nghiệm 2 pH đường hóa:Lấy kết quả từ thí nghiệm 3 Yếu tố khảo sát: Thời gian đường hóa Chỉ tiêu theo dõi: màu sắc, °Bx dịch đường thu được. Cách tiến hành: 45
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm malt Làm sạch Nghiền Hòa trộn Nước Đường hóa Nâng nhiệt lên 50°C Nâng nhiệt lên bằng kết quả TN 2 15p 20p 25p 30p 35p Nâng nhiệt lên 72°C Nâng nhiệt lên 76°C Lọc bã Rửa bã Chọn thời gian đường hóa thích hợp bằng phương pháp thử iot . Sau đó cảm quan so màu và đo °Bx dịch lọc thu được Hình 2.6: Sơ đồ khảo sát thời gian đường hóa 46
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm. Ở thí nghiệm khảo sát thời gian đường hóa, vẫn khảo sát 5 mẻ và sử dụng liều lượng nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 1,2 và 3. Giai đoạn đầu tương tự như các thí nghiệm trên, nhưng khi nâng nhiệt lên bằng thí nghiệm 2, không ổn định ở 30 phút mà tiến hành khảo sát các mốc thời gian lần lượt là 15, 20, 25, 30, 35 phút. Kết thúc quá trình đường hóa, sau khi lọc và rửa bả xong 5 mẻ, tiến hành thử iot (do quá trình đường hóa chỉ kết thúc khi iot không chuyển màu) và đo độ Brix. Sau đó so màu cảm quan tất cả dịch đường. Dựa trên kết quả khảo sát thời gian để chọn ra thời gian đường hóa phù hợp với chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm 2.2.4.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát lượng nấm men ban đầu. Mục đích: Lựa chọn số lượng tế bào nấm men phù hợp nhất cho vào giai đoạn lên men để tạo ra bia thành phẩm có chất lượng tốt nhất. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên 1 yếu tố. Yếu tố cố định: Khối lượng dịch đường lên men : 3 lít Nhiệt độ lên men: lấy kết quả từ thí nghiệm 2 pH lên men: lấy kết quả từ thí nghiệm 3 Yếu tố khảo sát: khảo sát lượng nấm men ban đầu khi cho vào quá trình lên men. Chỉ tiêu theo dõi: Độ cồn, độ đường, màu sắc, số lượng tế bào nấm men. 47
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Cách tiến hành: malt Làm sạch Nghiền Hòa trộn Nước Đường hóa Lọc Houblon hóa Hoa houblon Lên men Nấm men 8.106 tế bào/ml 10.106 tế bào/ml 12.106 tế bào/ml Chọn số tế bào nấm men ban đầu thích hợp nhất bằng phương pháp đếm số tế bào nấm men, đối chiếu các mẫu lên men để xét nồng độ nấm men thích hợp ban đầu. Sau đó tiến hành cảm quan cho điểm thị hiếu, đo độ cồn, đo độ đường bia thành phẩm . Hình 2.7: Sơ đồ khảo sát số lượng tế bào mấm men ban đầu. 48
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Giải thích kết quả bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm khảo sát lượng nấm men ban đầu, sẽ sử dụng tất cả số liệu từ kết quả khảo sát được từ thí nghiệm 1,2,3,4. Cũng tương tự như các thí nghiệm trên nhưng thí nghiệm này ta sẽ khảo sát 3 mẻ, mỗi mẻ 324 g malt được xay nghiền và hòa trộn với lượng nước như ở thí nghiệm 1( với lượng malt 324 g), tuy nhiên ở giai đoạn này, cần điều chỉnh pH theo thí nghiệm 3. Sau đó tiến hành đường hóa ở nhiệt độ ban đầu là 38oC, từ từ nâng lên 50oC ổn định trong 20 phút. Tiếp theo nâng nhiệt lên đến nhiệt độ như thí nghiệm 2, ổn định thời gian như thí nghiệm 4. Tiếp theo nâng nhiệt lên 72oC ổn định trong 20 phút, và cuối cùng nâng nhiệt lên 76oC để chuẩn bị cho quá trình rửa bã và lọc. Kết thúc quá trình đường hóa sẽ thu được dịch đường. Sau khi lọc dịch đường xong, tiếp tục đun sôi dịch đường đó với hoa houblon cho đến khi hòa tan hoàn toàn hoa houblon rồi để nguội dịch. Sau khi dịch nguội, lần lượt cho nấm men vào từng mẻ 1,2,3 lần lượt là: 8.106 tế bào/ml, 10.106 tế bào/ml, 12.106 tế bào/ml. Trong quá trình lên men, 2 ngày đầu cần cung cấp oxi cho nấm men với mục đích tạo năng lượng nhờ sự oxy hóa các đường và hình thành các protein, đồng thời thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp sterol cần thiết cho sự tăng trưởng, sau đó từ từ đậy kín nắp để thuận lợi cho quá trình tăng sinh khối nấm men. Bởi vì thông khí trong quá trình lên men sẽ làm hỏng hương vị của bia do sự biến đổi các chất trong quá trình chuyển hóa. Bên cạnh đó, nếu thiếu oxy trong dịch lên men thì chu kỳ lên men sẽ chậm lại hoặc quá trình lên men bị đình chỉ đó là kết quả của sự già hóa các tế bào nấm men do thiếu sự sinh sản. Kết thúc quá trình lên men, tiến hành đo độ cồn, độ đường và thực hiện phương pháp cảm quan cho điểm thị hiếu để lựa chọn mẻ phù hợp với chất lượng chỉ tiêu sản phẩm. 49
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 2.2.4.6. Đánh giá cảm quan sản phẩm Đánh giá cảm quan so hàng thị hiếu Tiến hành thí nghiệm cảm quan với phương pháp so hàng thị hiếu để đánh giá mức độ ưa thích của sản phẩm làm ra so với các sản phẩm bia nổi trội trên thị trường: bia Sài Gòn, bia sư tử trắng, Tiger, heineken. Cách tiến hành: Tiến hành thí nghiệm đánh giá cảm quan với phương pháp so hàng thị hiếu đối với 5 mẫu: bia Sài Gòn, bia sư tử trắng, Tiger, Heineken, mẫu nghiên cứu. Tiến hành cảm quan theo quy trình đã được trình bày ở phụ lục 1 mục 1.2 Đánh giá cảm quan cho điểm điểm thị hiếu Đánh giá cảm quan cho điểm thị hiếu 3 mẫu sản phẩm khảo sát để đánh giá mức độ ưa thích của từng sản phẩm. Tiến hành cảm quan theo quy trình đã được trình bày ở phụ lục 1 mục 1.1. 2.2.4.7. Đánh giá chất lượng sản phẩm. Chỉ tiêu cảm quan (TCVN 6063:1995) Bảng 2.5: Chỉ tiêu cảm quan TT Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1 Mùi Thơm đặc trưng của bia sản xuất từ malt và hoa huoblon. 2 Vị Đắng dịu đặc trưng của malt và hoa huoblon. Đậm đà hấp dẫn không có vị lạ 3 Màu sắc Màu vàng rơm, sáng đặc trưng của bia 4 Độ trong Trong suốt không có vật thể lạ 5 Bọt Bọt trắng, dày, mịn, đính kết tốt 50
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Chỉ tiêu hóa lý (TCVN 6057:2009) Bảng 2.6: Chỉ tiêu hóa lý STT Chỉ tiêu Yêu cầu Phương pháp 1 Độ plato 1.5 – 2.10P 2 Cồn 2.5-3% v/v 3 pH 4,2-5 Đươc trình bày ở phụ lục 2 4 Độ chua 1,3-1,80BU 5 Hàm lượng CO2 4,5 ± 0,5mg/l 6 Mật độ tế bào nấm 500 – 1,5.106tb/ml men 7 Tỷ lệ tế bào chết 0,1 – 0,6% Chỉ tiêu vi sinh (TCVN 5166: 1990) Bảng 2.7: Chỉ tiêu vi sinh STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1 Nấm mốc <100 (tb/ml bia) 2 Vi khuẩn hiếu khí <100 (tb/ml bia) 3 Vi khuẩn kỵ khí Không có 4 Vi khuẩn E.coli Không có 51
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 2.3. Phương pháp phân tích. Phương pháp hóa lý (đo độ Bx) và cảm quan so màu. Thí nghiệm đánh giá cảm quan với phép thử so hàng thị hiếu và cho điểm thị hiếu. 2.4. Phương pháp xử lý số liệu. Dùng phần mềm excel vẽ giản đồ . Dùng kiểm định Friedman và trắc nghiệm LSRD (Least Significant Difference) để kiểm tra sự khác nhau giữa các mẫu. Dùng phương pháp phân tích phương sai ANOVA bằng phần mềm statgraphics để kiểm tra sự khác nhau giữa các mẫu. 52
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát chế độ nước. Xác định tỷ lệ giữa malt/nước trước khi tiến hành phối trộn rất quan trọng bởi nó quyết định nồng độ dịch ban đầu. Nếu dịch cháo quá đặc thì khi tăng nhiệt và ổn định trong quá trình đường hóa, các phản ứng thủy phân sẽ diễn ra chậm và đặc biệt sự thủy phân protein bị hạn chế. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến dịch đường. Đồng thời khi dịch cháo vừa đủ đặc, lượng đường maltose thu được sẽ tương đối nhiều. Nguyên nhân của hiện tượng này là ở dịch cháo đặc, độ bền nhiệt của β – amylase cao hơn và khi kéo dài thời gian đường hóa sẽ thu được dịch đường có nồng độ đường tương đối cao. Vì tốc độ phân cắt của β – amylase nói chung là chậm. Tuy nhiên đối với dịch cháo loãng dịch đường thu được sẽ tốt hơn vì trong quá trình đường hóa sẽ chuyển được tất cả các chất không tan sang dạng hòa tan. Trong nghiên cứu này, tôi tiến hành khảo sát tỷ lệ malt/nước theo 5 tỷ lệ khác nhau nhằm tạo môi trường có nồng độ cơ chất thích hợp cho sự hoạt động của enzyme thủy phân tinh bột. Thí nghiệm gồm sự thay đổi tỷ lệ nước và cố định các yếu tố còn lại. Sau đó tiến hành phép thử cảm quan bằng phương pháp hóa lý (đo độ Bx) và cảm quan so màu của dịch đường thu được sau lọc và rửa bã. Kết quả được thể hiện ở Bảng 3.1 53
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.1: kết quả khảo sát chế độ nước Tỷ lệ phối trộn nước/malt 2,5/1,4 3/1,4 3,5/1,4 4/1,4 5/1,4 So màu 0Bx 4.5b 4.7b 5.3a 5.5a 5.6a Mô tả V= 1300 ml V= 1300 V= 1300ml V= 1300 ml V= 1300ml Dịch trong, ml Dịch trong, Dịch trong, Dịch trong, màu vàng nâu Dịch trong, màu vàng màu vàng màu vàng màu vàng rất nhạt nhạt nhạt hơi sẫm Các giá trị báo cáo dựa trên cơ sở thô và đại diện cho giá trị trung bình của 3 lần lặp lại, các chữ cái giống nhau trong cùng một hàng có sự khác nhau không đáng kể (P < 0,05). Khi tiến hành khảo sát tỷ lệ nước/malt 2.5/1,4 và 3/1,4 sẽ thu được dịch đường với oBx thấp hơn so với 3 tỷ lệ còn lại. Do dịch cháo đặc sẽ ảnh hưởng đến quá trình thủy phân khi đường hóa. Mặc khác, khi nâng nhiệt và ổn định nhiệt trong quá trình đường hóa dịch đường rất dễ bị cháy ở đáy và thành nồi, làm cho dịch đường thu được có màu vàng nâu nhẹ. Với tỷ lệ malt/nước 3,5/1,4, lượng nước được coi là vừa phải khi hòa trộn với malt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa diễn ra mà không bị cháy ở thành nồi. Dịch đường thu được có nồng độ đường tương đối và màu sắc vàng nhạt, trong. Với tỷ lệ malt/nước 4/1,4 và 5/1,4, dịch đường thu được sẽ tốt hơn vì khi ngâm với nước nóng, một lượng nước lớn ngấm vào các phân tử tinh bột làm thể tích hạt tăng lên và hạt bột trương nở, cuối cùng vỡ tung. Dịch nhớt tùy thuộc vào mức độ hút nước của bột malt. 54
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Khi tăng tỷ lệ nước/malt, quá trình đường hóa sẽ tốt hơn, nhưng trong thực tế người ta chỉ sử dụng nước/malt với tỷ lệ 3/1,4 ÷ 4/1,4 vì: - Sau khi đường hóa phải rửa bã để thu nhận dịch đường (với nước rữa khoảng 50 - 55%). - Nếu nấu kết hợp thế liệu: thể tích dịch malt hòa trộn phải phụ thuộc vào thể tích dịch thế liệu để đạt nhiệt độ đường hóa thích hợp. Từ kết quả trên, tôi chọn tỷ lệ nước/malt là 3,5/1,4 cho quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp. 3.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ đường hóa Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất trong quá trình đường hóa, bởi mỗi một enzyme đều có một nhiệt độ tối thích riêng của nó, nghĩa là ở nhiệt độ đó enzyme thể hiện hoạt tính mạnh nhất nhưng nếu nhiêt độ cao hơn ezyme sẽ nhanh chóng bị phá hủy. Điều chỉnh nhiệt độ để điều hòa phản ứng là giải pháp hữu hiệu nhất để định hướng tiến triển của quá trình enzyme khi tiến hành đường hóa nguyên liệu. Hoạt tính của các enzyme phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Hoạt tính tăng khi nhiệt độ tăng, và đạt cao nhất tại nhiệt độ thích hợp riêng. Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối ưu, hoạt tính của enzyme giảm nhanh do sự giãn nở cấu trúc không gian của các enzyme và bị vô hoạt nhanh chóng khi càng tăng nhiệt độ Trong thí nghiệm này tôi tiến hành khảo sát 5 nhiệt độ đường hóa khác nhau của enzym amylase nhằm tìm ra nhiệt độ hoạt động tối ưu nhất của enzyme này để tăng hiệu suất đường hóa. Các yếu tố còn lại được giữ cố định. Sau khi rửa bã, kết quả thu được như Bảng 3.2 55
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.2: kết quả khảo sát nhiệt độ đường hóa. Chế độ nhiệt 60°C 62°C 64°C 66°C 68°C Lượng dịch 1300ml 1300ml 1300ml 1300ml 1300ml 0Bx 4,5ab 5,2c 5,6c 5bc 4a Mô tả Dịch có Dịch có Dịch có Dịch có Dịch có màu vàng màu vàng màu vàng màu vàng màu vàng nhạt hơi nhạt hơi nhạt, nhạt, rất nhạt. sẫm sẫm. trong. trong. Các giá trị báo cáo dựa trên cơ sở thô và đại diện cho giá trị trung bình của 3 lần lặp lại, các chữ cái giống nhau trong cùng một hàng có sự khác nhau không đáng kể (P < 0,05). 0 0 0 60 C 62 C 64 C 660C 680C Hình 3.1: Dịch đường khảo sát nhiệt độ đường hóa. 56
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Nhiệt độ đường hóa 6 5.6 5 5.2 5 4.5 4 4 3 Độ Bx 2 1 0 60°C 62°C 64°C 66°C 68°C Nhiệt độ Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi độ Brix ở các mốc nhiệt độ khác nhau. Ở chế độ nhiệt 60°C, dịch đường thu được có độ đường chưa cao là do nhiệt độ này chưa đủ cao để enzyme β-amylase hoạt động tốt nhất để chuyển hóa tinh bột thành đường maltose cũng như enzyme α – amylase phân cắt các dextrin mạch dài thành các dextrin mạch ngắn. Ở chế độ nhiệt 62°C, chế độ nhiệt này mới chỉ ở mức tương đối cao để enzyme amylase hoạt động ở mức tương đối tốt để chuyển hóa tinh bột thành đường. Ở chế độ nhiệt 64°C, dịch đường thu được có °Bx cao nhất, chứng tỏ ở nhiệt độ này enzyme hoạt động tốt nhất để thủy phân tinh bột thành đường. Ở chế độ nhiệt 66°C, nhiệt độ này hơi cao so với nhiệt độ tối ưu của enzyme nên hoạt lực của enzyme bị giảm, khả năng thủy phân tinh bột thành đường bị giảm. Ở chế độ nhiêt 68°C, trong môi trường nhiệt độ cao kéo dài, hoạt tính của enzym α và β giảm dần và giảm nhanh làm cho quá trình thủy phân diễn ra không mạnh mẽ. Dịch chuyển sang màu vàng đậm do xuất hiện các destrin. Dựa vào kết quả thí nghiệm trên, tôi chọn chế độ nhiệt thích hợp cho quá trình đường hóa để sản xuất bia nồng độ cồn thấp là 64°C. 57
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 3.3. Kết quả khảo sát pH đường hóa. PH là một trong những yếu tố ảnh hưởng tương đối nhiều đến động lực học của quá trình thủy phân và đường hóa. Do cấu trúc không gian của các enzyme thay đổi theo pH nhất định, và giảm ở pH quá cao hoặc quá thấp. Tuy nhiên ảnh hưởng của pH ít hơn ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong thí nghiệm này, với mục đích tìm ra môi trường có pH phù hợp nhất cho sự hoạt động của enzyme thì tôi đã tiến hành khảo sát môi trường nấu với 5 giá trị pH khác nhau, các yếu tố còn lại được giữ cố định. Kết quả thu được trên bảng 3.3. Bảng 3.3: Kết quả khảo sát pH đường hóa. pH môi trường 4.5 5 5.5 6 6.5 0Bx 4.8a 5.3abc 5.8c 5.5bc 5.2ab Mô tả Dịch có Dịch có Dịch có Dịch có Dịch có màu vàng màu vàng màu vàng màu vàng màu vàng rất nhạt, nhạt, trong. nhạt, trong. nhạt, trong. nhạt, trong. trong. V= 1300 ml V= 1300 ml V= 1300 ml V= 1300 ml V=1300 ml Các giá trị báo cáo dựa trên cơ sở thô và đại diện cho giá trị trung bình của 3 lần lặp lại, các chữ cái giống nhau trong cùng một hàng có sự khác nhau không đáng kể (P 6 > 5 > 6,5 > 4.5. Nhận xét: Với pH môi trường là 4,5, đây không phải là pH tối ưu của enzyme, đồng thời trong công đoạn nấu sử dụng nước cấp sinh hoạt của Thành Phố là loại nước cứng cacbonat làm cho pH của môi trường giảm xuống thấp hơn trong quá trình nấu. Độ chua của môi trường thấp sẽ gây ảnh hưởng bất lợi cho tiến trình phản ứng enzyme dẫn đến cơ chất bị phân cắt không triệt để, hiệu suất thu hồi chất hòa tan thấp. 58
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm PH = 5,5 – 5,6 là PH tối ưu cho cả 2 loại enzyme amylaza, hàm lượng chất chiết đạt được cao hơn, tạo nên nhiều đường có thể lên men và độ lên men đạt cao hơn nhiều, khoảng 5,6 – 5,9. Trong môi trường có pH=5, pH=6, pH=6,6, enzyme amylase tương đối bền về nhiệt. Tuy nhiên, tại những pH này thì chế độ nhiệt 64°C và 72°C lần lượt chưa phải là nhiệt độ tối ưu cho enzyme β –amylase và α- amylase hoạt động tốt nhất nên lượng đường thu được từ quá trình thủy phân chỉ ở mức tương đối. Với chế độ nhiệt được thực hiện trong thí nghiệm này thì pH=5,5 là tối ưu cho sự hoạt động của enzyme amylase nên lượng đường thu được cũng là tốt nhất. Từ kết quả mà thí nghiệm thu được thì pH=5,5 sẽ tạo môi trường tối ưu nhất cho quá trình đường hóa. 3.4. Kết quả khảo sát thời gian đường hóa Mỗi loại enzyme họat động tốt ở một khoảng nhiệt độ tối ưu và khi đã nâng nhiệt lên nhiệt độ tối ưu đó rồi cần giữ một khoảng thời gian để enzyme có thời gian hoạt động chuyển hóa các hợp chất. Phải xác định thời gian đường hóa thích hợp, đó là thời gian khi thử iot 0,1N, màu iot không bị biến đổi. Trong thí nghiệm này, tôi tiến hành khảo sát thời gian hoạt động với chế độ nhiệt là tối ưu nhất cho enzyme β – amylase và một phần enzyme α – amylase hoạt động. Thí nghiệm được tiến hành với 5 mức thời gian và cố định các yếu tố còn lại. Kết quả được thể hiện ở Hình 3.3. 59
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 0Bx Thời gian đường hóa 6.2 6.1 6 6 6 5.8 5.7 5.6 5.4 °Bx 5.3 5.2 5 4.8 15 20 25 30 35 Phút Hình 3.3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi °Bx theo các mốc thời gian ở 640C Khi tiến hành đường hóa ở 64°C trong thời gian 15 phút, lúc này iot có màu xanh đậm và 20 phút thì iot có màu xanh nhạt hơn, lượng đường thu được rất ít, do với khoảng thời gian này không đủ thời gian để enzyme β-amylase phân cắt hết tất cả các đầu không khử của mạch mà chỉ phân cắt được phần rất ít để tạo ra đường maltose. Mặc khác trong thời gian này, các dextrin có mạch tương đối dài (trung bình có phân nhánh) thì còn tạo màu iot từ xanh-tím tới đỏ, sự thay đổi này không phải lúc nào cũng nhận ra được nhưng nó chỉ ra rằng dịch đường vẫn làm mất màu của iot. Kéo dài quá trình nấu 25 phút ở nhiệt độ 64°C, iot không đổi màu, dịch đường thu được sau khi rửa bã có °Bx cao nhất. Khi thử iot thấy dịch đường mẫu không làm mất màu iot nữa thì kết thúc đường hóa. Trong thực tế, thời gian đường hóa thường từ 30 – 35 phút là tốt nhất. Ở đây do chúng ta khảo sát với quy mô phòng thí nghiệm nên iot chỉ hoàn toàn không chuyển màu trong thời gian 25 phút. Từ kết quả trên, thời gian đường hóa ở 64°C sẽ được chọn là 25 phút. 60
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 3.5. Kết quả khảo sát lượng nấm men ban đầu 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). Lượng tế bào nảy chồi, từ đây dẫn đến lượng chất hòa tan (chất dinh dưỡng) bị tiêu phí cho xây dựng tế bào mới và cường độ trao đổi chất trong tế bào non. Thời gian lên men. Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỉ số tương quan giữa chúng. Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm men gieo cấy ban đầu. Nếu mật độ gieo cấy càng nhiều thì thời gian đó càng ngắn và ngược lại. Nếu lượng nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chối của chúng không thể đạt được mức độ tối đa cần thiết. Trong trường hợp như vậy, quá trình lên men bị "ì", nghĩa là mức độ lên men thấp, thời gian lên men kéo dài. Mật độ tối đa của lượng nấm men gieo cấy ban đầu nếu vượt qua ngưỡng 6 3 70.10 tế bào/cm thì hiệu quả mang lại không được rõ nét (nghĩa là không nên gieo quá mật độ đó). Mật độ nấm men gieo cấy ban đầu càng lớn thì tỷ lệ số tế bào nảy chồi càng thấp, tốc độ sinh sản tương đối càng bé, khi lượng tế bào nảy chồi ít thì cường độ trao đổi chất của tế bào non cũng ít hơn. Theo các thuyết mới nhất về nguyên nhân tạo rượu bậc cao và diacetyl trong bia, thì đó là dấu hiệu để nói rằng, lượng các sản phẩm bậc 2 sẽ giảm đi, tức là chất lượng bia được nâng cao. Qua thời gian lên men 7 ngày kết quả thu được như sau: 61
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.4: Kết quả hàm lượng đường của các mẫu theo thời gian Hàm lượng đường(%) Thời gian I ( 8.106 tế bào/ml) II (10.106 tế bào/ml) III (12.106 tế bào/ml) (đơn vị: ngày) 0 8 8 8 1 7.2 6.9 6.8 2 6 5.9 5.7 3 4.2 4.1 4 4 3 3 2.8 5 2.7 2.6 2.5 6 2.2 2.2 2.1 7 2.1 2.1 2 Đơn vị tính (%) hàm lượng đường mẻ I mẻ II mẻ III 8 8 8 7.2 6.9 6.8 6 5.9 5.7 4.2 4.1 4 3 3 2.8 2.7 2.6 2.5 2.2 2.2 2.1 2.1 2.1 2 0 1 2 3 4 5 6 7 ngày Hình 3.4: Biểu đồ thể hiện hàm lượng đường của các mẻ theo thời gian Ngày 62
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.5: (%) số lượng tế bào nấm men theo thời gian . Tỉ lệ tế bào nấm men (%) Thời Gian I ( 8.106 tế bào/ml) II (10.106 tế bào/ml) III (12.106 tế bào/ml) (Đơn vị: ngày) 0 8 10 12 1 11.32 12.96 14.53 2 19.1 20.7 23.5 3 21.56 22.64 25.75 4 8.4 9.2 10.6 5 5.24 5.65 6.5 6 4 4.5 5.75 7 3 3.5 5 Kết quả sự thay đổi số lượng nấm men của dịch lên men, được thể hiện qua hình 3.5. Đơn vị tính (%) Lượng nấm men 30 25 mẻ I 20 mẻ II 15 mẻ III 10 5 0 Ngày 0 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ % số lượng tế bào nấm men theo thời gian 63
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.6: Tỉ lệ (%) số lượng tế bào nấm men chết theo thời gian. Tỉ lệ tế bào nấm men chết (%) Thời gian I ( 8.106 tế bào/ml) II(10.106 tế bào/ml) III (12.106 tế bào/ml) (Đơn vị: ngày) 0 7.5 7.2 6 1 6 5.8 5 2 4.9 4.52 4.3 3 3.7 3.64 2.6 4 2.9 2.8 2 5 2 2 1.7 6 1.7 1.2 1.4 7 1.1 0.8 1 Đơn vị tính (%) Lượng nấm men chết 8 7 6 5 mẻ I mẻ II 4 mẻ III 3 2 1 0 Ngày 0 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ % số lượng tế bào nấm men chết theo thời gian 64
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 3.7: tỷ lệ (%) số lượng tế bào nấm men nảy chồi theo thời gian Thời gian( ngày) Tỉ lệ tế bào nấm men nảy chồi (%) I ( 8.106 tế bào/ml) II (10.106 tế bào/ml) III (12.106 tế bào/ml) 0 0 0 0 1 12.3 9 8.1 2 16.8 13.5 12 3 9.2 7.4 6.3 4 4 3.4 2.9 5 2.1 1 1 6 0 0 0 7 0 0 0 Đơn vị tính (%) Lượng nấm men nảy chồi 18 16 14 12 mẻ I 10 mẻ II 8 mẻ III 6 4 2 0 Ngày 0 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện tỉ lệ % số lượng tế bào nấm men nảy chồi theo thời gian 65
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Nhận xét: Trong 3 ngày đầu lên men, nấm men đang ở pha log nên tăng nhanh về số lượng và đạt cực đại vào ngày thứ 3. Trong ngày tiếp theo nấm men vào pha ổn định và chuẩn bị suy tàn. Ở mẫu I, do số lượng nấm men ban đầu ít hơn nên khả năng nảy chồi để tăng sinh khối sẽ cao hơn 2 mẫu còn lại, do đó tỷ lệ nấm men nảy chồi ở mẫu I sẽ cao hơn hai mẫu còn lại ( với mẫu I tỷ lệ nảy chồi ở ngày thứ 1, thứ 2, thứ 3, thứ 4 lần lượt là: 12,3%, 16,8%, 9,2%, 4%: của mẫu II là: 9%, 13,5%, 7,4%, 3,4%; của mẫu III là: 8,1%, 12%, 6,3%, 2,9%). Dẫn tới tốc độ sinh trưởng của nấm men ở mẫu I nhanh hơn. Hàm lượng đường giảm theo thời gian lên men, đặc biệt giảm mạnh từ ngày thứ 2 sang ngày thứ 3 ( mẫu I giảm 1,8 độ plato, mẫu II giảm 1,8 độ plato, mẫu III giảm 1,7 độ plato); ngày thứ 3 sang ngày thứ 4 mẫu I giảm 1,2 độ plato, mẫu II giảm 1,1 độ plato, mẫu III giảm 1,2 độ plato. Đây là thời gian nấm men sử dụng để tăng sinh khối nên hàm lượng đường mà nấm men sử dụng sẽ tiêu tốn nhiều. Vào ngày thứ 2, thứ 3, thứ 4 mật độ nấm men đạt cực đại nên lượng đường tiêu tốn cũng nhiều hơn. Có thể nhận thấy mẫu I lượng nấm men cho vào ban đầu ít hơn 2 mẫu còn lại nhưng lượng đường tiêu tốn ở thời gian tăng sinh khối cũng xấp xỉ với hai mẫu còn lại là do, với mật độ nấm men ít hơn thì khả năng nảy chồi của mẫu I sẽ cao hơn dẫn đến lượng đường cung cấp cho quá trình tăng sinh khối cũng nhiều để nấm men đạt cực đại. Từ các kết quả trên cho ta thấy khi thay đổi lượng men hàm lượng giống cấy ban đầu có thể nhận thấy tỷ lệ giống 12 triệu tb/ml là phù hợp nhất cho hàm lượng đường cao nhất, lượng nấm men chết và nảy chồi thấp nhất, đồng thời hàm lượng nấm men trong quá trình lên men nhiều nhất so với giống cấy ở 8 triệu tb/ml và 10 triệu tb/ml. Lượng giống bổ sung ít quá sẽ không đủ để lên men, thời gian lên men kéo dài. Lượng giống nhiều quá sẽ dẫn đến ức chế nấm men, do đó cũng kéo dài thời gian lên men. Tuy nhiên ta cần tiến hành đánh giá cảm quan với phép thử cho điểm thị hiếu để đánh giá chính xác chất lượng bia ở mẫu nào được đánh giá cao 66
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm nhất, từ đó ta sẽ điều chỉnh lượng nấm men phù hợp hơn khi cho vào quá trình lên men để thu được sản phẩm tốt nhất và ứng dụng thực tế vào sản xuất. Kết quả cảm quan 3 mẫu khảo sát Để so sánh mức độ ưa thích về các chỉ tiêu cảm quan của 3 mẫu khảo sát, ta tiến hành phép thử cảm quan cho điểm thị hiếu để tìm hiểu sự khác biệt về mức độ ưa thích giữa các chỉ tiêu của sản phẩm. Dưới bảng 3.8 là kết quả thu được sau khi cảm quan 3 mẫu khảo sát. Số liệu thô và cách xử lý được trình bày ở phụ lục 3, mục 3.4. Bảng 3.8: kết quả cảm quan cho điểm 3 mẫu khảo sát. A( 8.106 tế B(10.106 tế C( 12.106 tế P-value bào/ml) bào/ml) bào/ml) Độ bọt 3,6a 5,6b 4,93b 0,05 Mùi 4,5a 4,9a 5,2a >0,05 Vị 4a 5,4b 5,83b <0,05 Đánh giá 4,63a 5,4b 5,93b <0,05 chung 67
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Đơn vị tính: điểm Điểm trung bình 7 6 Độ bọt 5 Độ trong 4 Màu sắc 3 Mùi 2 Vị 1 Đánh giá chung 0 6 AA( (8.10 8.1066 tếtb/ml) bào/ml) B(10.106B (10.10 tế6 tb/ml) bào/ml) C(C (12.1012.106 tế tb/ml) bào/ml) Hình 3.8: Đồ thị thể hiện điểm trung bình của 3 mẫu cảm quan. Theo kết quả ở trên bảng 3.8 và đồ thị hình 3.8 cho ta thấy: - Mẫu B được ưa thích nhất về độ trong và độ bọt - Mẫu C được ưa thích nhất về mùi, vị và màu sắc. - Mẫu A, B, C có sự ưa thích ngang nhau về màu sắc và mùi. - Các đặc tính cảm quan của các mẫu không có sự khác biệt quá lớn về mức độ ưa thích. - Đánh giá chung các mẫu cảm quan có sự khác biệt (p 0.05) giữa các mẫu bia. Từ kết quả khảo sát và kết quả cảm quan có thể nhận thấy tỉ lệ nấm men ban đầu cho vào quá trình lên men phù hợp nhất là 12.106 tế bào/ml 68
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 3.6. Kết quả đánh giá cảm quan giữa mẫu khảo sát và các sản phẩm trên thị trường. Để so sánh mức độ ưa thích của người tiêu dùng giữa mẫu nguyên cứu so với các sản phẩm trên thị trường, tôi tiến hành khảo sát bằng phương pháp đánh giá cảm quan với phép thử so hàng thị hiếu cho 30 người thử. Số liệu thô và cách xử lý số liệu được trình bày ở phụ lục 3, mục 3.5. Tổng hợp kết quả sau khi phân tích số liệu: Ftest =29,96 ; Ftra bảng = 9,49. Do Ftest(29,96) > Ftra bảng (9,49) => Có sự khác biệt về mức độ ưa thích các sản phẩm ở mức ý nghĩa α = 0,05. Giá trị LSRD = 24,00. Bảng 3.9: Kết quả so hàng thị hiếu của 5 sản phẩm bia. Mẫu thử Tổng hạng Mức ý nghĩa(1) A (bia sài gòn) 61 a B (bia sư tử trắng) 91 b C (bia heineken) 114 c D (bia tiger) 105 d E(Mẫu nghiên cứu) 82 e 69
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Tổng hạng 120 114 100 105 80 91 82 60 61 40 20 0 A (bia sài gòn) B (bia sư tử C (bia heineken) D (bia tiger) E(Mẫu nghiên cứu) trắng) Hình 3.9: Đồ thị thể hiện mức độ ưa thích của các mẫu cảm quan. Từ bảng 3.9 và hình 3.9 có thể thấy có sự khác biệt có ý nghĩa về mức độ ưa thích của người tiêu dùng đối với 5 mẫu thử ở mức ý nghĩa = 0,05. Kết quả khảo sát cho thấy có 5 mức độ ưa thích khác nhau. Mẫu C được ưa thích nhất sau đó là mẫu D, B và mẫu A ít được ưa thích nhất so với 4 mẫu còn lại Riêng mẫu nghiên cứu (E) được ưa thích ở mức độ trung bình. Do điều kiện thực hành tại phòng thí nghiệm còn hạn chế. Mặc khác, bia được lên men theo điều kiện nhiệt độ của tủ lạnh nên quá trình thích nghi và tăng sinh khối nấm men cũng như sự chuyển hóa các chất trong quá trình lên men chưa đạt hết công suất. Từ đó màu sắc và hương vị bia cũng bị ảnh hưởng. Tuy có mức độ ưa thích thấp hơn so với những dòng sản phẩm nổi tiếng như bia heineken, bia tiger (là những thương hiệu nổi tiếng), nhưng mẫu sản phẩm nghiên cứu cũng được ưa thích gần như ngang nhau so với bia sư tử trắng và bia Sài Gòn là những sản phẩm đang được tiêu thụ rộng rãi trên thị trường. Điều đó cho thấy sản phẩm nghiên cứu nếu được thương mại hóa trong tương lai sẽ là một sản phẩm có tiềm năng trên thị trường. 70
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 3.7. Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm: Chỉ tiêu cảm quan (TCVN 6063:1995) Bảng 3.10: Chỉ tiêu cảm quan STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu Kết quả 1 Mùi Thơm đặc trưng của bia sản xuất từ Đạt malt và hoa huoblon. 2 Vị Đắng dịu đặc trưng của malt và hoa Đạt huoblon. Đậm đà hấp dẫn không có vị lạ 3 Màu sắc Màu vàng rơm, sáng đặc trưng của Đạt bia 4 Độ trong Trong suốt không có vật thể lạ Đạt 5 Bọt Bọt trắng, dày, mịn, đính kết tốt Đạt Chỉ tiêu hóa lý (TCVN 6057:2009) Bảng 3.11: Chỉ tiêu hóa lý STT Chỉ tiêu Yêu cầu Kết quả 1 Độ plato 1.5 – 2.10P 20P 2 Cồn 2.5-3% v/v 2,8% v/v 3 pH 4,2-5 4,3 4 Độ chua 1,3-1,80BU 1,4 5 Hàm lượng CO2 4,5 ± 0,5mg/l 3,52mg/l 6 Mật độ tế bào nấm 500 – 1,5.106tb/ml 1,2.106tb/ml men 7 Tỷ lệ tế bào chết 0,1 – 0,6% 0,4% 71
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Chỉ tiêu vi sinh (TCVN 5166:1990) Bảng 3.12: Chỉ tiêu vi sinh STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu Kết quả 1 Nấm mốc <100 (tb/ml Đạt bia) 2 Vi khuẩn hiếu <100 (tb/ml Đạt khí bia) 3 Vi khuẩn kỵ Không có Đạt khí 4 Vi khuẩn E.coli Không có Đạt 72
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  Kết luận. Sau 3 tháng nghiên cứu và thực hành tại phòng thí nghiệm, tôi đã thu được kết quả như sau: Tỷ lệ nước hòa trộn cho dịch đường hóa ban đầu là 3,5ml sẽ thu được dịch có Brix là 5,3 làm cho bia có màu trong, vàng nhạt. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình đường hóa là 64oC, ở nhiệt độ này sẽ thu được dịch có độ brix cao nhất là 5,6. Với lượng dịch 1300ml/140g malt PH thích hợp cho quá trình hòa trộn là 5,5 Thời gian thích hợp để đường hóa ở 640C là 25 phút. Mật độ nấm men cố định trong dịch lên men là 12.106 tế bào/ml Bia thành phẩm 73
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Các chỉ tiêu bia nồng độ cồn thấp. Chỉ tiêu bia nồng độ cồn thấp Chỉ tiêu STT Hàm lượng Hóa lý 1 Độ plato 20P 2 Cồn 2.8% v/v 3 pH 4,3 4 Độ chua 1,4 5 Hàm lượng CO2 3,52mg/l 6 Mật độ tế bào 1,2.106tb/ml nấm men 7 Tỷ lệ tế bào chết 0,4% Cảm quan Trạng thái 1 Màu sắc Màu vàng đậm. 2 Độ trong Bia hơi đục vì còn nhiều chất không tan. 3 Mùi Thơm dễ chịu, đặc trưng cho sản phẩm. 4 Vị Hòa hợp, êm dịu. 5 Trạng thái và độ Bọt nở đều, xốp, tương đối bền bọt bền khi lên khỏi mặt thoáng. 74
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Qua quá trình nghiên cứu, tôi rút ra được quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp như sau: Malt vàng Làm sạch Nghiền Phối trộn Tỷ lệ nước/malt 350ml/140g malt, thời gian 25 phút tại nhiệt Đường hóa độ 64°C, pH =5.5 Lọc Rửa bã bã Hoa houblon Dịch rửa Houblon hóa Nấm men Số lượng tế bào nấm men Lên men chính 6 ban đầu 12.10 tế bào/ml Lên men phụ Lọc Sản phẩm Sơ đồ quy trình sản xuất bia nồng độ cồn thấp 75
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm  Kiến nghị Do chưa có điều kiện nghiên cứu hoàn chỉnh sản phẩm bia có nồng độ cồn thấp Tôi đề nghị dựa trên các thông số tìm được tiếp tục bố trí thí nghiệm nghiên cứu thêm: - Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình lên men đến khả năng làm giảm nồng độ cồn. - Nghiên cứu khảo sát hạn sử dụng tốt nhất cho sản phẩm. - Xây dựng quy trình chế biến bia nồng độ cồn thấp theo quy mô công nghiệp. - Nghiên cứu sản xuất bia cồn thấp có sử dụng thế liệu. - Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng oxy bổ sung vào dịch lên men đến quá trình lên men. 76
Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt. [1]. Quỳnh Vân và cộng sự (2004). Nghiên cứu công nghệ sản xuất bia độ cồn thấp. Báo cáo khoa học của Đề tài 183.03RD/HĐ – CNCL, Tổng Công ty Rượu – Bia – Nước giải khát Hà Nội. [2]. Hà Duyên Tư (2006), Kĩ thuật phân tích cảm quan thực phẩm, Nhà xuất Bản Khoa học và Kĩ Thuật. [3]. Hoàng Đình Hòa (1997), Công nghệ sản xuất malt và bia, Nhà xuất Bản Khoa học và Kĩ Thuật Hà Nội. [4]. Nguyễn Hoài Hương (2009), Bài Giảng Thực Hành Công Nghệ Lên Men. [5]. Hồ Tuấn Anh và nhóm nghiên cứu tại trường đại học Kinh tế Kĩ Thuật Công Nghệ(2013), Nghiên cứu công nghệ sản xuất bia không cồn, Tạp chí đồ uống Việt Nam [5]. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 9, số 4 – 2006. [6]. Nguyễn thị Hiền, Lê Thanh Mai, Lê Thị Lan Chi, Nguyễn Tiến Thành và Lê Viết Thắng (2007), Khoa Học – Công Nghệ malt và bia, Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kĩ Thuật [7]. Bùi Ái (2005), Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [8]. Hoàng Đình Hòa (2002), Công nghệ sản xuất Malt và bia, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [9]. Lê Thanh Mai (2007), Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [10]. Lâm Kim Châu, Văn Đức Chín, Ngô Đại Nghiệp (2004), Thực tập lớn sinh hóa, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh. [12]. Hồ Hữu Minh (2009) Nghiên cứu sản xuất bia có nồng độ cồn thấp, khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TPHCM. 77