Đồ án Tìm hiểu quy trình kiểm tra chất lượng nguyên liệu sản xuất bia của Công ty Bia Vinaken

86 trang thiennha21 12/04/2022 4350

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tìm hiểu quy trình kiểm tra chất lượng nguyên liệu sản xuất bia của Công ty Bia Vinaken", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_tim_hieu_quy_trinh_kiem_tra_chat_luong_nguyen_lieu_san.pdf

Nội dung text: Đồ án Tìm hiểu quy trình kiểm tra chất lượng nguyên liệu sản xuất bia của Công ty Bia Vinaken

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU QUY TRÌNH KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA CỦA CÔNG TY BIA VINAKEN Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn chính:PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN Sinh viên thực hiện : LÊ TRỌNG HIỆN MSSV: 107111057 LỚP: 07DSH04 TP. Hồ Chí Minh, 2011
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN LỜI MỞ ĐẦU Khi mức sống được nâng cao, người ta chọn thức ăn, thức uống thường quan tâm đến các yếu tố: ngon, bổ , an toàn và hợp vệ sinh.Trong bối cảnh đó bia trở thành loại thức uống thiết yếu, thường có mặt trong các bữa ăn hàng ngày. Bia có độ cồn nhe, có hương đặc trưng, đặc biệt là khí CO2 hòa tan trong bia có tác dụng là giảm cơn khát cho người sử dụng, tăng ngon miệng khi ăn. Trên thế giới có hơn 130 nước sản xuất bia, trong đó có Việt Nam. Sản phẩm bia của Việt Nam, hiện nay hoàn toàn có thể cạnh tranh được với bia nước ngoài về chất lượng và cả về mặt giá cả. Một trong những công ty bia của Việt Nam đáp ứng về mặt chất lượng cũng như giá thành cho người tiêu dùng, được biết đến là công ty bia VINAKEN. Qua bài tiểu luận tốt nghiệp này nhằm giúp mọi người, có thể hiểu rỏ hơn về công ty bia VINAKEN, cũng như về quy trình sản xuất, thành phần, chất lượng nguyên liệu, chất lượng sản phẩm của công ty. 1
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN VÀI NÉT VỀ NHÀ MÁY BIA VINAKEN [5] Địa chỉ 32/21 Ấp Tiền Lân – Bà Điểm – Hóc Môn, TP.HCM ĐT : (08) 425 4519 Fax : (08) 425 4520 Email: vinaken@hcm.fpt.vn Trụ sở chính : 554 Cộng Hoà – P.13 - Q.Tân Bình, TP.HCM ĐT: (08) 8104192 Fax: 810 0456 Lịch sử hình thành công ty [5] Ngày nay, cùng với mức sống được nâng cao ngày càng nhiều khách hàng Việt Nam có nhu cầu thưởng thức những loại bia có chất lượng cao. Trong đó, có một số khách hàng không nhỏ, quan tâm đặc biệt đến một loại bia tươi Đức có chất lượng cao. Xuất phát từ nhiều người Việt đang định cư ở Đức và từ những chuyến đi công tác của các chuyên gia cùng các doanh nhân Việt Nam, họ đều có cảm nhận và suy nghĩ và thấy rằng CHLB Đức có nhiều nhãn nhiệu bia nổi tiếng thế giới như: Yeast, Barley và mong ước Việt Nam sớm có những thương hiệu nổi tiếng như vậy. Từ niềm khát khao đó, năm 2003 ông Dương Vương Hải đã quyết định đưa toàn bộ dây chuyền công nghệ, thiết bị và nhận sự chuyển giao công nghệ sản xuất bia tươi nguyên chất BIG MAN BEER về Việt Nam tại số 4 – Phan Đình Giót- Q. Tân Bình. TP.HCM, để phục vụ khách hàng Việt Nam trong cuộc sống thường ngày. Sau một thời gian hoạt động BIG MAN BEER đã phát triển và mở rộng chiếm lĩnh thị trường đến cả khu vực miền Trung. Từ Huế trở vào đã có hơn 30 nhà hang BIG MAN và hơn 1000 đại lí VINAKEN. Riêng ở TP Hồ Chí Minh có các nhà hàng sau: Nhà hàng Điện Ảnh phường II, đường Phan Đình Giót, Q. Tân Bình, TP.HCM. Nhà hàng Điện Ảnh Tân Phú 254 Luỹ Bán Bích, P4, Q. Tân Phú, TP.HCM Nhà hàng Mãi Mãi , 11 Tôn Đức Thắng, Q.1, TP.HCM 2
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Nhà hang 350 Trường Chinh, Q. Tân Bình, TP.HCM Cơ cấu tổ chức và sơ đồ mặt bằng của nhà máy bia Vinaken [5]  Cơ cấu tổ chức Ban giám đốc Phòng nhập xuất nguyên liệu & sản Phòng tài chính Phòng kỹ thuật phẩm Kế toán Thủ quỹ Nhập nguyên Xuất bia liệu sản phẩm Tổ nấu Lên men Lọc Đóng chai Sơ đồ : Cơ cấu tổ chức nhà máy bia Vinaken 3
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Sơ đồ mặt bằng của nhà máy bia vinaken. Bảo vệ Nhà xe Văn phòng Khu bảo trì máy móc Khu thanh trùng, chiết rót, đóng chai Khu Kho chứa nguyên làm Khu lên men và liệu và bia sau khi lạnh chứa bia tươi Nhà Phòng kiểm tra vào chai, block cồn nấu chất lượng sản phẩm Khu Khu lên làm men và Phòng nhân men lạnh chứa bia giống CO2 hơi Bồn Nghiền nguyên nước liệu Lưu trữ và chiết bia Xử lý nước thải Lò đốt Kho vật tư Phòng vệ Ngâm sinh malt Sơ đồ: Sơ đồ mặt bằng chung của nhà máy bia vinaken 4
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Các sản phẩm của công ty bia vinaken [5] Sản phẩm chính của công ty hiện nay được sản xuất để cung cấp cho các nhà hàng, khách sạn và các thị trường tiêu thụ trên khắp cả nước, là: + Bia BIGKEN đóng chai thủy tinh và lon. + Bia BIGMAN đóng chai thủy tinh 330ml và block 5 lít. + Bia SMILE đóng chai thủy tinh. + Bia Vinaken đóng chai nhựa. + Bia vàng đóng block. + Bia đen đóng block. 5
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN CHƯƠNG 1. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA 1.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA 6
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Malt đại Gạo mạch Nghiền Nghiền Nước Nước Phối trộn Phối trộn Đạm hóa Hồ hóa Đường hóa Lọc Bã Houblon hóa Lọc Nấm men giống Làm lạnh nhanh Lên men chính Nhân giống Bả lọc Lọc Lên men phụ Lắng Bảo hòa Thanh trùng Đóng bock CO2 Đóng chai Bia Bia đóng tươi chai Hình 1.1: Quy trình sản xuất bia 7
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.2 Nguyên liệu dùng để sản xuất bia [1], [2], [4], [5] 1.2.1 Malt đại mạch [1], [4] Malt là hạt nẩy mầm được sản xuất từ các hạt ngũ cốc như đại mạch, tiểu mạch, thóc, ngô, Malt được xem là chế phẩm, giàu chất dinh dưỡng, có nhiều chất thấp phân tử dễ hòa tan, ngoài ra có nhiều hệ enzyme phong phú chủ yếu là amylase và protease. Đại mạch nói chung là giàu protein, trong quá trình nấu bia các sản phẩm thủy phân của protein tạo cho bia những phức chất giữ bọt tốt hơn và có hương vị đậm đà hơn. Hình 1.2 : Bông đại mạch Cấu trúc hạt đại mạch: [2], [4] Hạt đại mạch gồm 3 phần chính: vỏ hạt, phôi và nội nhủ. _ Vỏ hạt: từ ngoài vào trong được chia làm 3 lớp: vỏ trấu, vỏ lủa, và vỏ oloron. Phần này thường chiếm từ 8 – 15% trọng lượng hạt. _ Phôi: là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi có từ 35- 50% chất khô là nito, khoảng 7% là chất béo, 5 – 6% là saccharose, 7 – 7,5% là pentozan, 6 – 6,5% là chất 8
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN tro và một ít thành phần khác, tinh bột thì chiếm một thành phần rất ít. Phôi thường chiếm từ 2,5 – 5% trọng lượng hạt. _ Nội nhủ: chiếm từ 45 – 68% trọng lượng hạt, phần này của đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng hạt đại mạch trong sản xuất bia. + Thành phần chính trong nội nhủ là những hạt tinh bột hình tròn có kích thước rất lớn 20 - 30 µm, hoặc rất bé từ 2 - 10 µm, rất ít có những hạt tinh bột có kích thước trung bình. Nếu hàm lượng protein trong hạt đại mạch càng cao thì hạt tinh bột có kích thước càng nhỏ. + Trọng lượng riêng của hạt tinh bột khá cao (từ 1,5 – 1,6) vì vậy trong nước chúng lắng xuống rất nhanh.Tinh bột không hòa tan trong nước, kể cả những dung môi hữu cơ. 1.2.2 Houblon [5] Houblon là nguyên liệu quan trọng, được sử dụng với mục đích làm cho bia có vị đắng dịu và hương thơm đặc trưng Hoa houblon có tác dụng kháng sinh, giúp cho hoạt động của men bia tốt hơn, vượt qua hoạt tính của các loại vi sinh vật không mong muốn. Việc sử dụng hoa houblon ngoài tạo vị đắng, còn giúp cho việc duy trì thời gian giữ bọt cho bia lâu hơn (bọt được tạo ra bởi các chất cacbonat hóa bia); với nồng độ thầp chất đắng có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Hoa houblon là nguyên liệu chính thứ hai sau malt đại mạch. Nó đem lại hương vị góp phần tạo ra đặc tính cảm quan cho bia. Các thành phần như axit đắng (anpha acid 6-9%, beta acid 3-4%) và nhựa mềm có trong houblon khi nấu ở nhiệt độ cao sẽ hòa tan vào dịch đường làm tăng tính bền của dịch đường và của bia sau này. Các yếu tố này giúp bia bảo quản được lâu hơn, làm cho thành phần của bia ổn định và giọt bia được giữa lâu hơn. 9
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái, nhưng trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Về chất lượng bia, hai thành phần quan trọng nhất của hoa houblon là nhựa hoa và tinh dầu, trong đó nhựa hoa tạo ra vị đắng còn tinh dầu tạo ra hương thơm đặc trưng cho bia. Hình 1.3: Hoa houblon Hoa houblon được nhập từ Đức dưới dạng chế phẩm hoa viên và cao hoa. Chế phẩm của hoa houblon được đóng gói cẩn thận, bảo quản kho lạnh, nhiệt độ 2-5oC. Nếu bảo quản ở nhiệt độ cao, không khí ẩm, ánh sáng mặt trời sẽ làm giảm chất lượng. Hình 1.4: Houblon viên 10
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Hình 1.5: Houblon cao 1.2.3 Nước [1] Nước là nguyên liệu không thể thay thế được trong công nghệ sản xuất bia. Đầu tiên nước được sử dụng để pha bột malt, pha bột gạo, đường hóa, đun sôi với houblon . hàm lượng nước trong bia thành phẩm của công ty chiếm từ 80-90%. Đối với gạo, nước là môi trường thực hiện hồ hóa,thuỷ phân và hòa tan các hợp chất cao phân tử. Đối với malt, nước được sử dụng hòa tan các chất chiết và làm trong dịch malt. Ngòai ra, nước còn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển và đảo trộn các loại nguyên liệu dung sản xuất bia dễ dàng hơn. Tiếp theo nước được sử dụng để lọc bã malt. Ở đây nước có nhiệm vụ chiết tất cả các chất chiết hòa tan còn bám lại trong vỏ malt trước khi thải bỏ nhằm nâng cao lượng chất hòa tan trong dịch đường chuẩn bị đun với houblon trước khi lên men. Ngòai ra, nước còn được sử dụng cho nhiều việc khác: vệ sinh nhà xưởng, thiết bị . 1.2.4 Nấm men [1], [5] Nấm men là loại vi sinh vật đơn bào, thuộc giống Saccaromyces: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlsergenis. Đặc điểm và vai trò của nấm men: 11
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN - Có thể phát triển trong môi trường có O2. - Đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia. Oxy hóa cơ chất, chuyển hóa nguyên liệu. Ngoài ra, trong tế bào nấm men, ngoài thành phần protein, còn có vitamin B2, B3, B5, B6, D. Như vậy thành phần đáng chú ý trong tế bào nấm men là protein và nguồn vitamin nhóm B. Trong công nghệ sản xuất bia thường có hai loại mấm men được sử dụng. - Giống mấm men nổi: Saccharomyces cerevisiae, loại này chỉ phát triển và lên men ở nhiệt độ 15 – 250 C và kéo dài từ 3 – 7 ngày. Khi kết thúc lên men, nấm men nổi lên trên, vì vậy khó tách mấm men để sử dụng làm men giống cho các đợt lên men tiếp theo. - Giống nấm men chìm: Saccharomyces carlsergenis. Loại nấm men này chỉ hoạt động lên men ở nhiệt độ thấp, 6 – 70 C, kéo dài trong vòng từ 5 – 10 ngày. Khi kết thúc quá trình lên men, các tế bào nấm men chìm xuống đáy thiết bị,thuận lợi cho việc tách nấm men để làm giống sử dụng cho các đợt lên men sau. Hình 1.6: Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces carlsergenis 12
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.1: So sánh đặc điểm của hai chủng mấm men Saccharomyces cerevisiae và saccharomyces carlsergenis Chỉ tiêu 9 S. carlsbergensis S. cerevisiae (1) (2) (3) Điều kiện lên men Lên men chìm Lên men nổi Nhiệt độ lên men ( ) 4 – 12 14 – 25 Thời gian lên men (ngày) 12 – 35 5 – 7 Khả năng kết lắng Dễ dàng Khó Độ đường dịch nha để lên 10 – 13 12 – 14 men(%) pH tối ưu 5 – 6 4 – 6 Độ cồn (% ABV) 3 – 5 10 – 12 Lên men đường rafinose (%) 100 34 Căn cứ vào các đặc điểm trên, nhà máy bia Vinaken chọn sử dụng nấm men chìm Saccharomyces carlsergenis để sử dụng lên men bia. 1.2.5 Phụ gia [1], [5] Trong sản xuất bia, ngoài dịch đường để lên men, người ta còn sử dụng các loại nấm phụ gia sau: 2+ - Cacl2 : cung cấp ion Ca và ion Cl giúp làm tăng độ chua (giảm pH) của dịch đường, làm bền hoạt tính của enzyme amylase. Cacl2 được cho vào giai đoạn nấu, làm tăng khả năng chịu nhiệt của enzyme amylaza, đồng thời kích thích làm tăng hoạt tính của amylase và protease, tăng cường khả năng kết lắng của protein ở trong nồi lên men. Ở giai đoạn sau, nó cũng cần thiết cho khả năng kết 13
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN lắng hoàn toàn của nấm men và Canxioxalat, đồng thời với lượng Ca2+ thích hợp là yếu tố quan trọng để ổn định và tạo vị tốt cho bia. Nacl: để điều vị, tăng độ đậm đà cho bia sản phẩm. Caramel: tạo màu vàng cho bia, tăng nồng độ đường trong nước nha khi nguyên liệu thay thế có chất lượng xấu. H2SO4: điều chỉnh pH hỗn hợp trong quá trình đường hoá, tạo dịch lên men bia. Bột trợ lọc (diatomit 700, 500): giúp quá trình lọc, loại bỏ các chất không hoà tan trong bia, tạo ra lớp áo trên bề mặt màng lọc để cố định dòng bia khi đi qua làm trong bia. Bột trợ lắng (bf3150): tăng khả năng kết lắng của cặn trong dịch đường. Maturex : nhằm làm giảm hàm lượng diacetyl hình thành trong quá trình lên men phụ, vì diacetyl có mùi khó chịu, người uống bia bị nhức đầu. Termamyl: làm tăng lượng enzyme –amylase ZnCl2: Cho vào khi gần kết thúc quá trình đun sôi dịch nha, làm cho nấm men khỏe và phát triển mạnh trong quá trình lên men chính, phụ Formol: Cho vào đầu quá trình nấu malt, formol có tác dụng chống nhiễm khuẩn và chống đục bia Vical: Cho vào sau khi lọc bia, có tác dụng chống oxy hóa, tăng độ bền keo của bia Colupulin: phân hủy các hợp chất cao phân tử trong bia, hạn chế hiện tượng đục của bia khi bảo quản. Nhưng nếu sử dụng với liều lượng cao không hợp lí thì sẽ làm giảm khả năng tạo bọt của bia. 14
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Ngoài các phụ gia trên còn sử dụng một số phụ gia khác: dung xử lý nước (than hoạt tính), vệ sinh công nghiệp (NaOH 10%), cồn 600 . 1.2.6 Nguyên liệu thay thế Malt (gạo) [1], [5] Để hạ giá thành sản phẩm, cải thiện thành phần dịch chiết, làm tăng lượng dịch lên men bia người ta thay thế một phần malt bằng đại mạch chưa được nảy mầm, hoặc các loại ngũ cốc khác để cung cấp tinh bột, tạo cơ chất cho quá trình đường hóa và lên men etylic sau đó. Nhờ thế mà thu được bia thành phẩm với giá thành giảm đáng kể. Tuy nhiên lượng nguyên liệu thay thế chỉ được sử dụng với một tỷ lệ nhất định, không được quá nhiều, nếu không, sẽ ảnh hưởng không tốt đến chất lượng và tính chất đặc trưng của bia. Do nước ta là nước nông nghiệp, gạo là loại nông sản phổ biến và giá rẻ, thành phần hóa học tương ứng với thành phần hóa học của malt trước khi lên mầm vì vậy gạo được chọn là nguyên liệu thay thế một phần malt. 15
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3 Thuyết minh quy trình sản xuất bia ở trang 6 [5] 1.3.1 Nghiền malt, gạo [5]  Mục đích: Làm giảm kích thước nguyên liệu, tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần trong nội nhủ của hạt nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác xảy ra nhanh và triệt để hơn. Có 3 giải pháp nghiền: nghiền malt ở trạng thái khô, nghiền có phun hơi nước vào hạt, và nghiền malt cùng với nước. Ở nhà máy bia Vinaken thì sử dụng phương pháp nghiền khô.  Nguyên tắc nghiền : Đối với malt : Cấu tạo của hạt malt gồm vỏ và nội nhủ, hai hợp phần này khác nhau về thành phần, tính chất vật lý, hóa học cũng như chức năng và vai trò trong công nghệ sản xuất dịch đường. Vỏ gồm: cellulose, lignin, các hợp chất polyphenol, các chất đắng. Cellulose và lignin không tan trong nước, không bị biến đổi dưới tác dụng của enzyme trong malt. Các hợp chất còn lại có thể hòa tan vào trong nước và đi vào thành phần dịch đường, sẻ làm cho bia có vị đắng chát, khó chịu. Đây là những thành phần không mong muốn trong bia, nên không cần phải nghiền mịn malt để trích ly tận thu các chất này. Ngoài ra, khi vỏ trấu không bị nghiền nát nó sẻ tạo thành lớp lọc rất tốt, hổ trợ quá trình lọc dịch đường sau đó. Vì vậy không nên nghiền mịn, ngược lại, bảo toàn nguyên vỏ hạt malt bao nhiêu càng tốt bấy nhiêu. Nội nhủ gồm: tinh bột, dextrin, đường, protein, và nhiều hợp chất khác. Các thành phần này cung cấp chất hòa tan chủ yếu cho dịch đường nên phần nội nhủ cần được nghiền mịn; nhưng nếu quá mịn thì dễ làm tắc lớp lọc, cản trở việc lọc sau này.  Thực hiện: 16
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Phương pháp nghiền malt là nghiền khô. Sau khi nghiền, malt được cho vào bồn nước để làm ẩm malt, nước hòa trôn với malt khô tạo thành hổn hợp ( tỉ lệ malt : nước là 1 ; 1,5). Sau đó sẻ được bơm lên nồi nấu malt. Đối với gạo: Do hạt gạo không qua quá trình ươm mầm nên cấu trúc của tinh bột trong gạo chưa bị phân hủy, hạt tinh bột còn rất cứng nên muốn tăng hiệu suất trích ly thì gạo cần được nghiền mịn. Sau đó phải tiến hành hồ hóa tinh bột ở nhiệt độ cao. Tương tự malt, sau khi hòa trộn nước với hỗn hợp nước bột gạo cũng được bơm lên nồi hồ hóa (tỉ lệ gạo : nước là 1: 3). 1.3.2 Quá trình đường hóa [1],[5]  Mục đích : + Trích ly các chất chiết từ malt và bột gạo vào nước . + Góp phần tạo màu cho bia. + Thủy phân các chất có phân tử lượng lớn như tinh bột, protein thành các chất có phân tử lượng nhỏ như dextrin, đường để hòa tan vào nước, cung cấp chất dinh dưỡng và cơ chất cho nấm men hoạt động chuyển đường thành rượu etylic. Quá trình thủy phân tinh bột, protein chủ yếu nhờ vào hệ enzyme có sẳn trong malt, ngoài ra, có thể bổ sung thêm một lượng nhỏ chế phẩm enzyme nếu cần thiết.  Các quá trình đường hóa nguyên liệu: Thủy phân bởi enzyme: Phân cắt amylose, amylopectin, dextrin bậc cao và tinh bột thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dể hòa tan vào nước, trở thành chất hòa tan của dịch đường. Trong phản ứng này tinh bột, dextrin đóng vai trò cơ chất, còn chất xúc tác là nhóm enzyme amylase có sẵn trong malt. Sản phẩm chính của quá trình này là: dextrin, maltose và một lượng đáng kể glucose. Thủy phân hemicellulose và một số chất khác: 17
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Dưới tác dụng của của hệ enzyme fitase của malt dẩn tới sự thủy phân hemicellulose và một số chất khác của nguyên liệu tạo thành glucose. Thủy phân protein: Song song với quá trình đường hóa, dưới tác dụng của enzyme protease, protein bị thủy phân thành peptide và các acid amin. Kết lắng và biến tính protein: Ở điều kiện nhiệt độ cao các protein bị biến tính và một phần protein bi đông tụ, đây là quá trình có lợi cho công nghệ sản xuất bia, vì protein bị biến tính và kết lắng thì chúng dễ bi loại khỏi dịch đường, sẽ làm tăng độ bền keo của bia, tức giảm khả năng gây đục. Tạo thành melanoidin: Quá trình xảy ra mạnh mẻ ở giai đoạn nấu malt và xảy ra ít ở giai đoạn đường hóa, ( do điều kiện nhiệt độ và các yếu tố khác chưa tối ưu) nhưng cũng có một lượng đáng kể melanoidin được tạo thành. 1.3.3 Quá trình nấu [1], [5] Trong trường hợp sử dụng thế liệu (điển hình là bột gạo) với tỉ lệ thấp (5% - 10%) thì thế liệu và malt sẽ nấu chung nồi. Nếu tỉ lệ thế liệu cao thì phải nấu 2 nồi : nồi nấu bột gạo và nồi nấu malt. Hồ hóa: Gạo sau khi được xay mịn và vận chuyển đến thiết bị phân phối để tiến hành trộn với nước ấm 320C theo tỉ lệ 1;3. Sau đó hỗn hợp bột gạo – nước sẽ được bơm sang nồi nấu, bật cánh khuấy của nồi để bột gạo không lắng xuống đáy, tránh hiện tượng cháy khét và vón cục, đồng thời bổ sung thêm malt lót lần 1 vào, tỷ lệ malt lót là 10% so với trọng lượng gạo. Thêm malt lót vào giúp cho sự hồ hóa tinh bột dễ dàng hơn, vì trong malt có hệ enzyme amylase, đặc biệt là ở giai đoạn đầu có enzyme α – amylase, enzyme này cắt phân tử tinh bột thành những mạch ngắn 18
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN hơn, làm cho nồi gạo không bị vón cục, tránh khê, khét. Ngoài ra, còn bổ sung thêm acid lactic, việc thêm acid lactic vào giai đoạn này là điều chỉnh pH của nồi cháo và pH của dịch đường sau này, lượng acid lactic cho vào để đảm bảo cho pH của hồ cháo sau khi nấu xong khoảng 5,2- 5,6. Tiếp tục nâng nhiệt độ nồi bột gạo lên 720C và giữ nhiệt độ này trong vòng 20 phút, lúc này các enzyme trong malt lót hoạt động xúc tác cho sự thủy phân liên kết 1 – 4 glucoside, sản phẩm chủ yếu là dextrin ở bất kì đầu không khử của tinh bột và dừng lại khi gặp liên kết 1 -6 glucoside, sản phẩm chủ yếu là dextrin, một ít maltose và glucose. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 850C và duy trì nhiệt độ này trong vòng 15 phút để tiếp tục hồ hóa tinh bột. Kết thúc giai đoạn này phần lớn tinh bột đã được hồ hóa , tuy nhiên ở nhiệt độ này phần lớn enzyme α – amylase đã vô hoạt. Sau đó mở van hơi để hạ nhiệt độ xuống 720 C và giữ nhiệt độ này trong vòng 20 phút, đồng thời cho malt lót lần 2 vào để cung cấp thêm enzyme α – amylase giúp cho quá trình hồ hóa triệt để hơn. Nhiệt độ tối ưu của enzyme này là từ 72-750 C, làm giảm độ nhớt của nồi cháo, giúp cho quá trình đun sôi dễ dàng hơn. Tiếp theo nâng nhiệt độ lên 1000C trong thời gian 20 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa sau này. Đạm hóa: Sau khi malt được hòa vào với nước thì hỗn hợp được nâng nhiệt độ lên 520C, giữ ở nhiệt độ này khoảng 20 phút. Cùng với việc bổ sung axit lactic để điều chỉnh pH, thường thì pH lý tưởng cho enzyme protease hoạt động là 5,2-5,6. Quá trình đạm hoá làm cho protein bị thủy phân thành albumose, peptone, peptide, và các acid amin. Mặc dù sản phẩm thủy phân protein chiếm tỷ lệ không cao ( khoảng 5-6%), trong các chất hòa tan trong dung dịch đường, nhưng nó lại đóng vai trò quan trọng quyết định đến chất lượng của bia vì các sản phẩm thủy phân của protein có phân tử lượng thấp như peptid và các acid amin sẽ là nguồn cung cấp nitơ chủ yếu cho nấm 19
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN men trong giai đoạn lên men etylic. Còn các sản phẩm thủy phân có khối lượng phân tử trung bình như albumose, peptone, peptide sẻ tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt và làm bền bọt cho bia. Tuy nhiên, các phân tử protein nếu chưa được thủy phân trong quá trình nấu, sẽ là nguyên nhân làm đục bia sau này. Sau giai đoạn đường hóa kết thúc ở nồi gạo cũng là thời điểm bước sang giai đoạn đường hóa ở nồi malt. Toàn bộ dịch ở nồi gạo được bơm sang nồi malt tạo thành hỗn hợp có nhiệt độ 650C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 45 phút. Cùng với pH được điều chỉnh bằng acid lactic ( pH = 5,4_5,6) là pH tối ưu cho enzyme β_ amylase hoạt động. enzyme này bắt đầu cắt liên kết α_1.4glycoside của tinh bột trong quá trình dịch hóa từ đầu không khử và mổi đoạn cắt gồm hai gốc glucose, tức là phân tử maltose. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút nhằm thu được nhiều đường maltose. Kết quả của quá trình đưởng hóa là 50% maltose được tạo thành và là nguyên liệu cho quá trình lên men etylic sau đó. Ngoài đường maltose còn có các đường glucose, fructose. Sau đó hỗn hợp malt được tăng nhiệt độ lên 720 C, giữ trong 30 phút, đây là điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin, maltodextrin, một ít glucose. Dưới sự xúc tác của enzyme α- amylase thì tinh bột còn sót sẻ bị thủy phân để tạo thành các đường đơn, các dextrin có khối lượng phân tử thấp. Cuối cùng hổn hợp được tăng nhiệt độ lên 760C để thuận lợi cho quá trình lọc, giữ nhiệt độ này trong vòng 5 phút rồi bơm sang nồi lọc. 1.3.3.1 Sản xuất bia BIGMAN đóng chai thủy tinh [5] Thành phần nguyên liệu cho một mẻ nấu: 20
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.2: Thành phần nguyên liệu cho một mẻ nấu bia BIGMAN đóng chai thủy tinh Nguyên liệu Số lượng Malt đại mạch 650-700 kg Bột gạo 230 kg Houblon (10%) lần 1 600-800g Houblon (50%) lần 2 500-700g Aroma viên (đặc) 150-200g Canxi 200g Chế phẩm enzyme 150ml H2SO4 (20%) 100ml Giai đoạn hồ hóa: Bột gạo nhận được sau khi nghiền, được trộn chung với nước theo tỷ lệ (2,5 – 3 lít nước/ 1kg gạo) và bơm lên nồi đường hóa. Đồng thời cánh khuấy được bật để tránh hiện tương cháy khét và vón cục. 0 Khi nhiệt độ nồi hồ hóa đạt khoảng 35 C, tiến hành bổ sung thêm CaCl2 nhằm điều chỉnh pH, tăng nhanh khả năng kết lắng của nấm men sau này tránh thoái hóa. Sau đó bổ sung thêm dung dịch H2SO4 20% (100ml). Và vì dung thế liệu gạo nên lượng enzyme cũng được để bổ sung nâng cao hiệu quả thủy phân tinh bột. Nâng nhiệt độ từ từ lên tới 720 C, duy trì nhiệt độ này 10 – 20 phút. Trong khoảng thời gian này hạt tinh bột sẽ bắt đầu hút nước và trương nở lên, làm tăng độ nhớt của dịch tinh bột. Ở nhiệt độ này enzyme α-amylase phân cắt liên kết 1,4 – glucoside bất kì của tinh bột và dừng lại khi gặp liên kết 1,6 – glucoside. Sản phẩm thủy phân chủ yếu là dextrin, maltose và glucose. Lúc này tinh bột đã được dịch hóa một phần. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 830 C, giữ ở nhiệt độ này khoảng từ 5-7 phút để tiếp tục hồ hóa tinh bột và sau giai đoạn này phần lớn tinh bột được hồ hóa, tuy nhiên ở nhiệt độ này phần lớn enzyme α- amylase đã vô hoạt. 21
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Tiếp tục dung nước để hạ nhiệt độ xuống 720C và tiến hành cho malt lót (khoảng 5-7%) để cung cấp thêm enzyme α- amylase giúp cho quá trình đường hóa tinh bột triệt để hơn, vì nhiệt độ tối ưu của enzyme này là 72-750C, làm giảm độ nhớt của nồi cháo giúp cho quá trình đun sôi dễ dàng hơn. Cuối cùng, nâng nhiệt độ lên 1000 C và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 15-30 phút nhằm thanh trùng và vô hoạt enzyme. Đây là giai đoạn tạo tiền đề thuận lợi cho quá trình đường hóa và lọc sau này. Giai đoạn đạm hóa: Malt đã nghiền, trộn chung với nước và bơm vào nồi đường hóa theo một đường ống với áp lực cao để tiến hành đạm hóa. Nhiệt độ malt được nâng từ từ lên tới 520C, duy trì trong khoảng 10 phút. Ở nhiệt độ này phát huy tác dụng của enzyme protease phân cắt liên kết peptide, thủy phân protein thành hợp chất peptid thấp phân tử và các acid amin. Lúc này kết thúc quá trình đạm hóa, chuẩn bị hội cháo. Giai đoạn đường hóa: Đường hóa là quá trình chuyển tối đa những glucid không hòa tan dự trữ trong malt, thông qua các hệ thống enzyme amylase có sẵn trong hạt malt bằng con đường thủy phân. Mục đích quá trinh đường hóa là chiết tối đa các chất có thể hòa tan trong nguyên liệu và thủy phân các chất có phân tử lượng cao, tạo thành những chất đơn giản, hòa tan được với nước tạo thành dịch đường hóa. Sau khi hồ hóa và đạm hóa, tiến hành đường hóa hay hội cháo. Tiến hành bơm dịch từ nồi hồ hóa sang nồi đạm hóa (tránh bơm ngược lại sẽ gây vô hoạt enzyme do nhiệt độ tăng đột ngột). Lúc này nhiệt độ sau hội cháo là 650C, duy trì nhiệt độ này khoảng 20-40 phút, tạo điều kiện tối thích cho β – amylase hoạt động. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 750 C, duy trì trong vòng 10 – 30 phút. Ở nhiệt độ này enzyme α- amylase phân cắt liên kết 1,4 –glucoside và sản phẩm tạo thành chủ yếu là 22
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN glucose, maltose, dextrin. Giai đoạn này dung iod để tinh bột còn sót lại trong dịch đường. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 760C, lúc này độ nhớt của dịch đường giảm và thuận tiện cho quá trình lọc và tách bã được dễ dàng hơn. 1.3.3.2 Đối với bia tươi [5] Bảng 1.3: Thành phần nguyên liệu cho một mẻ nấu bia tươi Nguyên liệu Số lượng Malt 300kg Gạo 500kg Houblon 1,2 -1,5 kg Aroma viên CaCl2 250g H2SO4 20% 600ml Chế phẩm Enzyme 500ml Hồ hóa: Cũng giống khi nấu bia đóng chai, nấu bia tươi, gạo sau khi được nghiền được trộn chung với nước theo tỷ lệ nhất định (2,5 -3 lít nước/1kg bột gạo) và bơm lên nồi hồ hóa. Đồng thời cánh khuấy được bật để tránh hiện tương cháy khét và vón cục. 0 Khi nhiệt độ nồi hồ hóa đạt khoảng 35 C, tiến hành bổ sung thêm CaCl2 nhằm điều chỉnh PH, tăng nhanh khả năng kết lắng của nấm men sau này và tránh thoái hóa. Sau đó bổ sung thêm dung dịch H2SO4 20%. Và bổ sung thêm một lượng enzyme cần thiết để tăng khả năng thủy phân tinh bột Nâng nhiệt độ từ từ lên tới 720 C, duy trì nhiệt độ này 10 – 20 phút. Trong khoảng thời gian này hạt tinh bột sẽ bắt đầu hút nước và trương nở lên, làm tăng độ nhớt của dịch tinh bột. Ở nhiệt độ này enzyme α-amylase hoạt động. Và sản phẩm thủy phân chủ yếu là dextrin, maltose và glucose. Lúc này tinh bột đã được dịch hóa một phần. 23
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Tiếp tục tăng nhiệt độ lên 830 C, giữ ở nhiệt độ này khoảng từ 5-7 phút để tiếp tục hồ hóa tinh bột và sau giai đoạn này phần lớn tinh bột được hồ hóa, tuy nhiên ở nhiệt độ này phần lớn enzyme α- amylase đã vô hoạt. Tiếp tục dùng nước để hạ nhiệt độ xuống 720C và tiến hành cho malt lót (khoảng 5-7%) để cung cấp thêm enzyme α- amylase, giúp cho quá trình hồ hóa triệt để hơn và thủy phân tinh bột sâu hơn vì nhiệt độ tối ưu của enzyme này là 72-750C, làm giảm độ nhớt của nồi cháo giúp cho quá trình đun sôi dễ dàng hơn. Cuối cùng nâng nhiệt độ lên 1000C và giữ nhiệt độ này trong khoảng 15-30 phút nhằm thanh trùng và vô hoạt enzyme, đồng thời giúp tinh bột được hồ hóa hoàn toàn hơn. Đây là giai đoạn tạo tiền đề thuận lợi cho quá trình đường hóa và lọc sau này. Khi nồi cháo đạt khoảng 900C thì nồi malt bắt đầu hoạt động. Giai đoạn đạm hóa: Malt đã nghiền, trộn chung với nước và bơm vào nồi đường hóa (theo đường ống với áp lực cao) để tiến hành đạm hóa. Nhiệt độ môi trường được nâng lên từ từ lên tới 520C, duy trì trong khoảng 10 phút. Ở nhiệt độ này enzyme protease hoạt động phân cắt liên kết peptide, thực hiện thủy phân protein thành hợp chất peptin thấp phân tử và các acid amin. Lúc này kết thúc quá trình đạm hóa, chuẩn bị hội cháo. Giai đoạn đường hóa: Sau khi hội cháo, quá trình đường hóa xảy ra. Lúc này nhiệt độ nồi malt tăng lên 640C, nhiệt độ được duy trì trong vòng 40 phút tạo điều kiện cho enzyme β- amylase hoạt động. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 720C, duy trì trong vòng 30 phút. Lúc này tinh bột được thủy phân hoàn toàn thành đường đơn, dextrin. Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 760C tạo điều kiện cho quá trình lọc, tách bã malt. 1.3.4 Lọc dịch đường và rửa bả [1], [5], [6]  Mục đích : 24
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN + Tách pha lỏng ( dịch đường) ra khỏi hổn hợp để chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo, pha rắn ( bả malt) bị loại bỏ ra ngoài. + Rửa bả để tận thu chất chiết còn sót trong bả.  Cách thực hiện: Thiết bị lọc và nồi lọc, đáy bằng với màng lọc là lớp bã. Trước khi tiến hành lọc, thiết bị lọc được rửa thật kĩ bằng nước. Sau đó bơm cháo sang thiết bị lọc bằng bơm li tâm. Trong thời gian bơm cháo hệ thống dao cào được hạ thấp và cho quay để giàn đều bã trên mặt đáy, Sau khi cháo được bơm hết bơm hết qua màng lọc thì hệ thống này được nâng lên cao để yên khối cháo trong 30 phút; tạo điều kiện để bã kết lắng tạo thành lớp lọc phụ. Kết lắng đầu tiên là những phần tử nặng nhất. Lớp kết lắng cuối cùng là những phần tử nhẹ nhất, có kích thước nhỏ nhất và lớp này được gọi là bùn trên. Dịch đường xả ra lúc đầu còn rất đục, nên phải bơm hồi lưu trở lại nồi lọc. Quá trình bơm hồi lưu thực hiện khoảng15 phút, sau đó thì dịch đường sau lọc bắt đầu trong. Sau khi lọc xong , bã malt được rửa bằng nước nóng 75-780C. Ở nhiệt độ này thích hợp cho việc tiếp tục đường hóa lượng tinh bột đã đươc hồ hóa còn sót lại . Nếu nhiệt độ của nước rửa thấp hơn thì tốc độ chảy của dịch rửa bã chậm, kéo dài thời gian lọc và hiệu quả trích ly thấp. Nếu nhiệt độ của nước rửa cao thì sẻ hồ hóa tinh bột còn sót lại trong bã, làm tăng độ nhớt của dịch rửa bã, kéo dài thời gian rửa bã và đây cũng là nguyên nhân chính làm đục dịch đường. Dịch đường trong được bơm ngay sang thiết bị đun houblon. 25
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3.5 Đun sôi dịch đường với houblon [1], [5]  Mục đích: + Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nito và các thành phần khác của houblon vào dịch đường ngọt để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm diệu của hoa - đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này. + Vô hoạt enzyme còn sót lại. + Kết tủa protein kém bền nhiệt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phẩn của dịch đường. + Điều chỉnh nồng độ chất khô của dịch đường. + Thanh trùng dịch đường, góp phần tiêu diệt vi sinh vật cho dịch đường trước khi lên men bia. + Tách một số hợp chất dể bay hơi ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia.  Các quá trình xảy ra trong quá trình houblon hóa: Trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đường: Chất đắng của houblon có độ hòa tan ở trong nước rất thấp, trong dịch đường thì càng lại kém hơn. Trong hai cấu tử acid đắng thì α_ acid có độ hòa tan khá hơn và là nguồn đắng tạo ra vị đắng cho bia. Khi tăng nhiệt độ của dung môi thì khả năng hòa tan acid đắng và khả năng hòa tan của chúng rất nhạy cảm đối với pH môi trường. Trích ly và hòa tan các thành phần khác: Tinh dầu thơm của hoa houblon là cấu tử có tầm quan trọng trong việc tạo ra hương vị thơm đặc trưng cho bia. Polyphenol của hoa houblon là những hợp chất thuộc nhóm flavonoid. Có ý nghĩa nhất trong nhóm này trong công nghệ sản xuất bia là hợp chất antoxianogen. Sự keo tụ protein: Sự có mặt protein hòa tantrong dịch lên men có thể là nguyên nhân làm đục bia ở nhiều dạng khác nhau và giảm độ bền sinh học của bia. Do đó, đun sôi dịch đường 26
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN với huoblon để protein kết tủa và lọc tách protein khỏi dung dịch trước khi lên men là cần thiết. Sự tăng độ màu của dịch lên men: Màu sắc của dịch đưởng trước và sau khi houblon hóa chủ yếu là do nguyên liệu malt quyết định. Tuy nhiên trong quá trình nấu và houblon hóa đả làm tăng thêm độ màu của dịch đường do các phản ứng melanoidin, chất màu của hoa tạo nên. Dịch đường càng đặc khi đun sôi màu của nó càng đậm, pH càng cao và thời gian đun càng lâu thì cường độ màu của dịch đường càng tăng. 1.3.6 Lắng trong [1], [5]  Mục đích : Nhằm tách cặn lắng sau quá trình đun sôi dịch đường với houblon.  Phương pháp thực hiện: Thực hiện quá trình lắng trong thiết bị whirlpoor, là một thùng được làm từ thép không rỉ, có dung tích rất khác nhau và thích hợp đối với công suất từng nhà máy, đáy thùng có độ nghiêng 8-10% so với phương ngang. Nguyên tắc tách cặn dựa vào lực hướng tâm. Dịch đường được đưa vào theo phương tiếp tuyến với tốc độ lớn, nhờ đó tạo ra lực hướng tâm làm cặn lắng bị hút vào tâm thùng và lắng xuống đáy. Khi nhiệt độ hạ xuống 900C, thì dịch đường được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh, còn cặn lắng bị nén chặt ở đáy thùng, được dội nước để thải ra ngoài. Thời gian lắng khoảng 20 phút. 27
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3.7 Làm lạnh trước khi lên men bia [1], [5]  Mục đích: + Hạ nhiệt độ dịch đường từ 900 C về 80 C để chuẩn bị cho quá trình lên men bia + Hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật.  Phương pháp thực hiện: Thực hiện làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng. Thiết bị làm lạnh bản mỏng có cấu tạo là những tấm bản ghép song song hình chử nhật, chế tạo từ thép không rỉ. Thông thường tác nhân gây lạnh cấp 1 là nước còn cấp 2 là cồn. Các quá trình hóa lý xảy ra trong khi làm lạnh: Sự hòa tan oxy vào dịch lên men: Dịch đường hấp thụ oxy suốt cả quá trình làm lạnh, tuy nhiên trong dịch đường nóng oxy liên kết hóa học với các chất trong dịch đường. Còn ở nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ dịch đường < 400C, oxy không khí sẽ hòa tan vào dịch đường và không có liên kết hóa học. Sự hòa tan của oxy vào dịch đường ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ, còn phụ thuộc bề dày lớp dịch đường, sự chuyển động nồng độ dịch đường. Sự tạo thành và tách kết tủa: Sự tách các huyền phù ra khỏi dịch lên men là một quá trình quan trọng khi làm lạnh dịch lên men. Có hai loại huyền phù: huyền phù mảnh và huyền phù thô. Huyền phù thô xuất hiện trong quá trình đun sôi dịch đường với houblon và phần lớn giử lại trong thiết bị tách bả hoa, phần còn lại được kết tủa khi làm lạnh. Huyền phù mảnh sinh ra trong quá trình làm lạnh dịch đường. khi có một số chất hòa tan trở thành chất không hòa tan và tạo chất kết tủa. Các huyền phù mảnh cản trở quá trình sinh lý và sinh hóa của nấm men về sau. Mặc khác, nó làm cho bia có vi đắng, làm giảm độ bền hoa lý của bia. 28
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Sự bay hơi nước: Khi làm lạnh dịch đường có một lượng nước nhất định bay hơi. Do đó thể tích của dịch lên men sẻ giảm và nồng độ chất khô tăng. Nếu thiết bị kín thì nồng độ chất khô tăng khoảng 0,1%, nếu thiết bị hở thì nồng độ chất khô có thể tăng 0,4-1m2%. 1.3.8 Lên men [1], [5]  Mục đích: Chuyển hóa dịch đường thành bia dưới tác dụng của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng.  Qúa trình lên men được thực hiện qua hai giai đoạn: 1.3.8.1 Lên men chính [1], [5] Quá trình lên men chính là quá trình chuyên hóa các chất đường và destrin có phân tử lượng thấp thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ tác dụng của nấm men. C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q Các sản phẩm phụ (các ester, acid hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyde, glycerin, ) đi vào thành phần của dịch lên men. Một số thành phần hòa tan đã bị lắng xuống và hòa tan cùng với sinh khối của nấm men. Sau khi cấy giống nấm men vào nước nha, bắt đầu tính thời gian lên men. Có thể chia quá trình lên men chính làm 4 giai đoạn. Giai đoạn 1 (khoảng 2 ngày đầu): nấm men bắt đầu nảy chồi và, phát triển mạnh dần và sinh khối tăng cực đại. Giai đoạn 2 (2 ngày kế tiếp): sự lên men chuyển từ hiếu khí (để tăng sinh khối nấm men) sang lên men kỵ khí (tạo CO2 và ethanol). Giai đoạn 3 (2-3 ngày tiếp theo), là thời kì lên men mạnh nhất. Giai đoạn 4 ( 1-2 ngày cuối cùng của giai đoạn lên men chính): sinh khối nấm men, cùng thành phần keo tụ của protein, tanin, nhựa đắng houblon, lắng xuống đáy thùng lên men. 29
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3.8.2 Lên men phụ [1], [5] Là giai đoạn lên men lượng đường còn lại ( chủ yếu là maltose), bảo hòa CO2, cho bia, ổn định hương vị, độ trong sản phẩm. đồng thời thực hiện quá trình chín của bia, đồng thời đưa môi trường về nhiệt độ thấp để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật lạ. Thời gian lên men phụ khoảng 15-35 ngày Cả hai quá trình lên men chính và phụ được thực hiện trong cùng một thiết bị tank outdoor (TOD).  Phương pháp thực hiện: Tiến hành lên men chính : Lên men trong thiết bị hình trụ bằng inox, đáy và nắp hình chỏm cầu. Dịch đường sau khi làm lạnh được chuyển vào thùng lên men. Dịch nấm men giống được chuyển vào thùng lên men theo luồng dịch đường tạo điều kiện cho nấm men tiếp xúc với môi trường và nhanh bước vào giai đoạn lên men đầu. Trong quá trình lên men chính, nhiệt độ được thực hiện ở 8-100C nhờ vào sự làm lạnh của các tác nhân cồn. Bồn lên men được phân làm 3 vùng, giúp tạo sự đối lưu nhiệt khi cần thiết mà không cần hệ thống khuấy trộn. CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẻ hòa tan vào bia non một phần. Độ hòa tan của CO2 vào bia non sẻ tăng khi nhiệt độ giảm. Do đó để bảo đảm lượng CO2 hòa tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời kì cuối của quá trình lên men hạ xuống còn khoảng 0 5 C, hàm lượng CO2 trong bia non sẻ đạt 0.1%. Thời gian lên men chính phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men ban đầu và nhiệt độ lên men, thường khoảng 6-8 ngày. Lên men chính được xem là kết thúc khi chất chiết trong dịch lên men giảm đi từ khoảng 0.2%/ ngày đêm. Tiến hành lên men phụ: Các quá trình sinh lý, hóa sinh, hóa lý xảy ra hoàn toàn giống như ở giai đoạn lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn, do nhiệt độ môi trường hạ thấp. 30
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Nhiệt độ lên men phụ khoảng 0,5-20C, áp suất dư khoảng 0,5-1,8at. Sau khi lên men được 24-48 h bắt đầu xả men ( cho đến hết len men). Trong quá trình lên men phụ xảy ra quá trình oxy hóa khử một số thành phần của bia như andehyte, acid, các loại rượu, các chất màu, diaxetyl đồng thời giữa chúng có các phản ứng về mặt hóa học, góp phần tạo nên hương vị của bia. Trong quá trình này một số nấm men bị chết và tự phân hủy bởi các enzyme protease có sẳn trong tế bào nấm men. Sản phẩn tự phân là các peptid, các acid amin, và một vài thành phần của acid nucleic. Chính các sản phẩm tự phân này có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng của bia. Quá trình lên men phụ thực hiện từ 18-20 ngày. 1.3.9 Lọc [1] Quá trình này nhằm tách cặn lơ lửng, tách các tế bào nấm men sống và đã chết trong bia để tăng giá trị cơ học, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học của bia. Dịch sau khi lọc có màu vàng trong suốt. Nhiệt độ tiến hành lọc bia khoảng 0 – 20 C. Ở nhiệt độ này các cặn rắn kết khối làm tăng hiệu quả lọc.  Mục đích: Để loại các hạt nhỏ bé như tế bào nấm men, protein, các chất kết tủa từ houblon làm bia đạt được độ trong cần thiết, tăng độ bền keo, độ bền sinh học cho sản phẩm.  Cách tiến hành: + Bia được lọc bằng thiết bị lọc với chất trợ lọc là bột diatomit. + Đầu tiên, bột diatomit được trộn với nước vô trùng theo ti lệ nhất định và tạo thành một dung dịch huyền phù. Sau đó, dung dịch huyền phù được bơm vào máy lọc ép để tạo một lớp diatomit trên vải lọc. tiếp theo, bia được lọc qua lớp diatomit này. Nếu bia đi ra còn đục thì phải bơm ngược trở lại thùng phối liệu, bia trong được đưa vào thùng chứa. Áp suất lọc của thiết bị là 1,2-1,3at. 31
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3.10 Bia sản phẩm [5] 1.3.10.1 Bia BIGMAN đóng chai thủy tinh [5] Bão hòa CO2 [5]  Mục đích: Bảo hòa CO2 để bia hàm lượng CO2 cần thiết nhằm tăng chất lượng cảm quan, của sản phẩm, đồng thời chống oxi hóa, chống kết lắng và tạo môi trường tốt để bảo quản bia.  Phương pháp thực hiện Sau khi lọc bia xong nhiệt độ của bia tăng lên 7 – 80C, cho nên thùng chứa bia để nạp CO2 phải có hệ thống nước muối bao quanh nhằm hạ nhiệt độ của bia non xuống 0 0 – 1 C để CO2 được bia hấp thu tốt. Bia được bơm vào thùng thép không rỉ dầy, chụi lực theo đường ống từ dưới để tránh sủi bọt, đến khi bia chiếm 80% thể tích thùng. Khi đã bơm xong, đóng các van lại, mở van nạp CO2 vào thùng, CO2 trước khi đưa vào thùng đã được xử lí qua bình chứa KMnO4 0,1%, bình chứa bong và than hoạt tính, áp suất 3 nạp CO2 là 4 – 5kg/cm . Thời gian tăng áp lực khoảng 15 – 30 phút giữ áp suất này trong vòng 12 giờ. Để lượng CO2 nạp được tối đa người ta tiến hành nạp 2 – 3 lần. Bia sau khi bảo hòa, CO2 cần phải đạt hàm lượng CO2 khoảng 3.5g/l. Thanh trùng bia [5] Trong bia thành phẩm, sản xuất theo phương pháp thông thường, luôn luôn chứa ít, nhiều các tế bào còn sống, bao gồm các nấm men thuần chủng và các vi sinh vật lạ khác. Một số loại vi sinh vật ngoại lai như vi khuẩn axetic, một số mấm sợi, vi khuẩn thuộc nhóm coli và nhiều loại khác không thể phát triển được trong bia. Nguyên nhân là vì trong đó không có oxy, lại có hàm lượng etylic đáng kể, có mặt các chất đắng và pH cũng tương đối thấp. Nấm men , kể cả mấm men giống và một số loài men dại, vi khuẩn lactic thuộc nhóm sarcina và một số khác dễ dàng phát triển trong bia. Khi có điều kiện , như có mặt O2 . 32
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Thanh trùng là phương pháp làm ức chế, tiêu diệt các vi sinh vật, nấm sợi, nấm men còn sót lại. Nhiệt độ thanh trùng là 70-720 C. Nhưng thanh trùng bia có thể dẫn đến sự thay đổi bất lợi cho hương, vị và màu sắc của sản phẩm. Ngay sau khi thanh trùng, những sự thay đổi đó rất khó khăn nhận ra, nhưng sau thời gian bảo quản dài thì chúng lộ rõ. Ngoài ra thanh trùng bia cũng dẫn đến tạo đục dạng keo cho sản phâm. Vấn đề này phụ thuộc vào thành phần protein còn sót của bia, nhiệt độ thời gian đun nóng. Protein là chất cao phân tử là những thủ phạm chính gây đục dạng keo trong giai đoạn thanh trùng bia. Ở một mức độ nào đó, các hợp chất polyphenol ngưng tụ cũng góp phần vào việc làm hỏng bia. Khi trong bia có mặt đồng thời 2 thành phần này, chúng dễ dàng tạo nên kết tủa. Để loại trừ hoặc làm giảm bớt các hậu quả ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm do quá trình thanh trùng gây ra, thì bia phải được sản xuất theo chế độ công nghệ nghiêm ngặt. Điều cần thiết trước nhất là ở giai đoạn sản xuất dịch đường; quá trình đường hóa và thủy phân cần đạt mức sâu và hoàn toàn. Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia phải tiến hành ở nhiêt độ thấp và phải kéo dài thời gian đủ mức cần thiết. Tiến hành lọc bia hai lần và làm lạnh sâu (đến 0 độ C) trước khi lọc, thực hiện quá trình này trong hệ thống kín tránh tiếp xúc với oxy là những giải pháp bắt buộc thực hiện. Ngoài những vấn đề nêu trên, bia cần phải được làm ổn định thành phần bằng cách xử lý với các chất hấp phụ, các chất kết lắng, các chế phẩm enzyme protease và các chất chống oxy hóa.  Mục đích thanh trùng: + Tiêu diệt hoặc làm ức chế các vi sinh vật, nấm men còn sót lại và các vi sinh vật chiụ nhiệt. + Tăng độ bền cho bia  Cách thực hiện: + Thiết bị thanh trùng được sử dụng là thiết bị turnel phun tự động. + Chế độ thanh trùng: 70-720 C thời gian khoảng 30 giây. 33
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Chiết bia vào chai [5] Có vai trò quan trọng, cần bảo đảm không làm tổn thất bia, toàn bộ các chai đều phải được rót đủ số lượng, tránh tạp nhiễm vi sinh vật, sự xâm nhập của oxy, sự tổn thất CO2 . Chai chiết bia được dùng là các chai thủy tinh màu xanh nhạt, hoặc màu cà phê Thành của chai phải nhẵn, độ dầy của vỏ phải đồng đều, không được phép có các bong bóng khí. Đáy của chai phải bằng hoặc lõm. Yêu cầu quan trọng đối chai là chụi được áp suất cao, cực đại là 10 kg/cm2 ở nhiệt độ 100 độ C. Chai dùng để chiết bia có thể tích rất khác nhau, thông thường là 0.33, 0,5 , 0,7 lít. Hình 1.7: Màu sắc các loại bia chai thủy tinh Bia được chiết vào chai bởi máy chiết bia. Hình 1.8: : Máy chiết, đóng nắp bia chai. 34
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.3.10.2 Bia tươi [5] Sau khi lọc thì bia tươi được chiết tại tank vào những bock 30 hoặc 50 lít. 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của bia [1], [2], [4], [5], [6] 1.4.1 Chất lượng và vai trò của nguyên liệu [1], [2], [4], [5], [6] 1.4.1.1 Malt đai mạch [2], [4], [5], [6] - Malt là nguyên liệu chính không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia, là một trong những nguyên liệu quan trọng có vai trò quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm. Malt cung cấp vừa enzyme, vừa cơ chất cho quá trình đường hóa, tạo đường là cơ chất cho quá trình lên men etylic tiếp theo. Ngoài ra, malt có nguồn protein quan trọng trong việc hình thành vị, ổn định bọt, cho sản phẩm bia sau này. - Malt chứa lượng enzyme khá lớn đặc biệt là amylase. Do đó trong quá trình nấu bia các enzyme này sẽ thủy phân tinh bột thành đường cho quá trình lên men etylic sau này. Ngoài ra Malt còn chứa một lượng lớn vitamin nhóm B cần thiết cho quá trình sản sinh nấm men. Malt là một loại bán thành phẩm nhưng rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16 – 18% các chất có trọng lượng phân tử thấp dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn, dextrin bậc thấp, các acid amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú,chủ yếu là protease và amylase. - Loại malt công ty Vinaken đang sử dụng để sản xuất bia nhập từ các nước như: pháp , Đức,  Quy trình sản xuất malt: Bằng cách ngâm hạt lúa mạch vào trong nước, cho phép chúng nảy mầm đến một giai đoạn nhất định và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy để thu được hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa (malt). Mục tiêu chủ yếu của quy trình này giúp hoạt hoá, tích luỹ về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme trong đại mạch. Hệ enzym này giúp chuyển hóa tinh bột trong hạt thành đường hoà tan bền vững vào nước tham 35
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN gia vào quá trình lên men. Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng để tạo ra các màu malt khác nhau từ cùng một loại ngũ cốc. Các loại mạch nha sẫm màu hơn sẽ sản xuất ra bia sẫm màu hơn. Quy trình sản xuất malt: Đại mạch Nước Ngâm/ làm uớt Ươm mầm Sấy Tách mầm, rễ malt Rễ, mầm Malt Hình 1.9: Quy trình sản xuất malt. - Ngâm đại mạch: Hàm lượng ẩm trong hạt có được là tối thiểu, chỉ đủ để duy trì sự sống “tỉnh” của phôi mầm, chứ không đủ để phôi mần phát triển, hạt nẩy mầm tốt , hạt cần hút thêm một lượng nước từ môi trường. sự chuyển biến từ hạt đại mạch thành malt là kết quả của những quá trình sinh hóa và các quá trình khác xảy ra trong hạt. Do vậy ngâm đại mạch là quá trình đầu tiên và rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến thời gian ươn mầm và hao phí chất khô trong quá trình sản xuất malt, do đó ảnh hưởng đến quá trình thành phẩm của malt. 36
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN + Mục đích của quá trình ngâm: Ngâm hạt đại mạch nhằm cung cấp nhằm cung cấp một lượng nước tự do từ môi trường ngoài, tạo điều liện cho phôi mầm phát triển ở điều kiện nhiệt độ, độ ẫm thuận lợi, các hệ enzyme có sẵn trong hạt từ trảng thái “tĩnh” sẻ trở về trạng thái “động” và tham gia vào quá trình phá vở các hợp chất hữu cơ ở dạng đại phân tử (polyme) như: tinh bột, pentoza, protein tạo ra hợp chất dinh dưỡng hòa tan đễ nuôi phôi phát triển. + Các biến đổi quá trình ngâm Lượng nước tự do thẩm tích vào bên trong hạt lam cho thể tích , khối lượng hạt tăng lên , hạt mềm hơn và dễ thủy phân hơn. Nhũng chất trong hạt sẽ dễ dàng hòa tan và được vận chuyển đến cung cấp cho cơ quan phôi mầm, từ đó phôi mầm sẽ từ từ phát triển. Đồng thời, ở điều kiện nhiệt độ, dộ ẩm, pH thuận lợi thì các hệ en zym có trong hạt o trạng thái “tĩnh” sẽ chuyển dần sang trạng thái “động” và bắt đầu tham gia vào quá trình phá vỡ các hợp chất hữu cơ. Trừ ở dạng đại phân tử (polymer) như tinh bột, protein, pentozan, tạo ra những chất hòa tan để nuôi mầm phát triển. + Các yếu tố ảnh hưởng: Ảnh hưởng nhiệt cùa nước ngâm: trong một giới hạn nhất định nếu nhiệt độ nước ngâm càng tăng thì tốc độ hút nước càng nhanh và ngược lại. Nhiệt độ tối ưu của nước ngâm đại mạch là 10- 120C, nếu nhiệt độ thấp hơn 100C thi mầm sẽ phát triển rất yếu, còn nếu nhiệt độ lớn hơn 150C thì lại làm cho các vsv gay thối (chủ yếu) phát triển mạnh, dồng thời sự hô hấp của hạt cùng các quá trình sinh–hóa trong hạt tăng nhanh thất thường, do đó làm giảm khả năng nảy mầm của hạt. Ảnh hưởng của OXI trong nước ngâm: tùy thuộc vào kích thước hạt và thông thoáng nhân tạo đối với nước ngâm và mà có ảnh hưởng khác nhau tới thời gian ngâm. Ở giai đoạn đầu của quá trình ngâm trong nước, thì OXI là cường độ ảnh hưởng đến quá trình hô hấp, giúp giải phóng năng lượng cần thiết cho quá trình 37
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN phát triển của mầm. Do đó việc cung cấp OXI cho nước ngâm càng đầy đủ và đều đặn thì sự hút nước của hạt càng thuận lợi, đồng thời sự phát triển của mầm cũng đều hơn. Ảnh hưởng của thành phần hóa học và cấu trúc của các thành phần khác trong hạt: bản thân của thành phần hóa học của nước ngâm cũng ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc hút nước của hạt . Thực tế, cho thấy sự thay đổi của thành phần hóa học trong hạt đại mạch trong khi ngâm là không đáng kê, một phần glucid bi tôn thất cho quá trình hô hấp của hạt, một lượng nhỏ của các chất khuếch tán vào nước ngâm như đường, chất khoáng, pentozan, tổng trọng lượng tổn thất này khoảng 1% chất khô. Thông thường nước ngâm có PH nghiên về acid thì dễ hòa tan các thành phần tannin hoặc chất đắng trong vỏ malt, gây ảnh hưởng xấu đến mùi vị, màu sắc của bia sau này. Để hạn chế điều này đôi khi người ta dung nước hơi kiềm, trong hạt đại mạch cũng có một số chất kiềm hãm hệ enzyme hô hấp, nó sẻ làm giảm khả năng hô hấp của hạt và làm yếu quá trình nẩy mầm, đó là sắc tố vàng acid-flavonic. Tùy theo từng loại malt mà có mức độ ngâm khác nhau: đối với malt vàng thường có Wcb = 42-44%, đối với malt đen thì Wcb = 45-47%. - Phương pháp ngâm: Phương pháp ngâm tưới phun: đây là phương pháp ngâm tốt nhất hiện nay. Bằng phương pháp này ta có thể cung cấp liên tục, đầy đủ và đều lượng OXI cần thiết cgo hạt. Thật chất của phương pháp này là: hạt trước khi ngâm được rửa sơ bộ ở những thùng riêng, sau đó được đổ xuống màng lưới chuyển động thành từng lớp màng dày, màng lưới liên tục đi qua những vòi phun nước kiêu hoa sen, hạt được tưới liên tục và bảo hòa OXI giống như sương, cứ như vậy liên tục cho đến khi đạt độ ẩm cần thiết. Bằng phương pháp này, nếu ngâm ở 10-120C thì chỉ mất 48h, đồng thời mầm phát trine nhanh và mạnh, sau khi ngâm có khoảng 70% hạt đã nứt mầm, malt thu được chứa nhiều chất N hòa tan, đồng thời độ hoạt động của amylase và protease rất mạnh. 38
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN o Ươm mầm: Khi hạt đại mạch qua quá trình ngâm đã đạt đến độ ẩm cân bằng cần thiết cho sự lên mầm sẻ có những chuyển biến hóa – lý, sinh – hóa. Khi đó nếu các điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm và OXI đầy đủ thì phôi sẻ nẩy mầm và phát triển nhanh. Có thể nói giai đoạn ươm mầm là giai đoạn quan trong nhất đê biến đôi hạt đai mạch thành malt. - Ươm mầm đại mạch trong công nghệ sản xuất bia nhằm mục đích: + Tạo và duy trì điều kiện thuận lợi để hệ enzyme thủy phân tăng trưởng về khối lượng và cường lực xúc tác. Giải phóng chúng khỏi trạng thái liên kết tạo điều kiện cho chúng phân cắt một lượng các chất cao phân tử thành các sản phẩm phân tử thấp. Đồng thời phá vở thành tế bào là m cho hạt “mềm” ra tạo nên nhiều sự biến đổi cơ lý, hóa lý, hóa học trong thành phần hạt đại mạch. - Trong thời gian ươm mầm hạt đại mạch sẻ xảy ra những biến đổi sau: + Biến đôi sinh lý: sự phát triễn của phôi mầm liên quan đến sự hô hấp và quá trình tông hợp nên những chất mới. + Biến đôi sinh hóa: những phản ứng thủy phân các chất dự trử trong nội nhủ liên quan tới các enzyme. + Biến đổi hóa học: là tác dụng tương hổ của những sản phẩm sau thủy phân chất dự trử cùng những hơp chất hòa tan của hạt, từ đó hình thành nên hương vị cảu malt. + Biến đổi vật lý: là sự vận chuyển qua lại của các chất hòa tan (dinh dưỡng) giữa nội nhủ và phôi mầm - Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ươm mầm: + Trong thời gian ươm mầm cần có sự kiểm soát chặt chẻ các yếu tố môi trường, đặc biệt là oxi, độ ẩm và nhiệt độ nhằm khống chế tổi thiêu của mầm và lá, đồng thời phải lại hoạt hóa tối đa các hệ enzyme và tổng hợp các hệ enzyme mới. Chúng tác động mạnh đến các biến đôi sinh hóa trong nội nhủ, như vậy sẻ thu được malt có độ phân giải cao, rất có lợi cho các công nghệ tiếp theo. 39
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN + Nhiệt độ và thời gian ươm mầm: nhiệt độ đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến biến động enzyme trong quá trình ươm mầm, trong quá trình nảy mầm. Nhiệt độ cực đại cho sản xuất malt vàng là 18-20 độ C, còn malt đen là 22-25 độ C. Thời gian ươm mầm phụ thuộc vào nhiệt độ ươm mầm. Bình thường thời gian ươm mầm của malt vàng là 6-8 ngày. còn malt đen là 7-9 ngày. Sauk hi ươm mầm xong phải đạt được 75% số lượng hạt. - Các hệ enzyme trong hạt trong giai đoạn ươm mầm: + Hệ enzyme oxi hóa – khử: gồm các enzyme như oxydase, perosidase, catalase, sacarase, và maltase. + Hệ thống enzyme sitase: sự hoạt động của enzyme này có ý nghĩa nhất định trong quá trình ươm mầm, chúng là tập hợp cùa cenllulase, hemicenllulase và β glucosidase. với sự hoạt động của enzyme cenllulase chúng sẽ tấn công vào những tế tào cenllulose nằm trong màng ngăn giữa nội nhủ và vỏ trấu đê tạo ra những sản phẩm đồng dạng với dextrin. Độ hoạt động của enzyme này tăng từ từ cho đến ngày thứ 7 với PH tối ưu là 5 và nhiệt độ tối ưu là 40 độ C . Với sự hoạt động của enzyme hemicenllulase nằm trong vỏ quả, từ đó tạo nên những sản phẩm monosaccharide như glucose hoạt pentose trong hạt malt, thường thì hoạt tính của enzyme này tăng mạnh từ ngày thứ 5-7, với điều kiện PH tối ưu là 4.1 và nhiệt độ tối ưu là 40-50 độ C. Enzyme β glucosidase thường có trong lớp alorong của hạt đại mạch. Khi nó được hoạt hóa thì nó sẻ tấn công vào các hợp chất dạng gôm của màng alorong, tạo ra sản phẩm hecxose và pentose với điều kiện PH tối ưu là 4.4 và nhiệt độ là 37-40 độ C. tổng hoạt động của hệ thống enzyme sitase trong quá trình ươm mầm làm thay đổi lớp vỏ ngăn cách giửa vỏ trấu và nội nhủ. + Hệ enzyme amylase: hệ enzyme này gồm có α amylase và β amylase và amilophostase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít phân bố ở nội nhủ. Hoạt tính của α amylase bắt đầu tăng mạnh ở giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm, đặc biệt mạnh sau ngày thứ 3-4. Cơ chất mà nó tác động lên đó là tinh bột và destrin tận cùng trong hạt malt, enzyme nay hoạt động tốt ở PH tối ưu 5.8 và nhiệt độ tối ưu là 72-76 độ 40
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN C. Enzyme β amylase thường tồn tại trong hạt đại mạch chin ở dạng liên kết cũng như ở dạng tự do. Trong quá trình ươm mầm hoạt tính sẻ tăng dần và đều trong 7-8 ngày. với sự tham gia của enzyme này tinh bột hạt đại mạch sẻ bị cắt thành maltose và destrin với PH tối ưu là 5.5-5.8 và nhiệt độ tối ưu là 55-60 độ C. Enzyme amilophostase không có trong hạt đại mạch chín. Nhưng enzyme này được hình thành ở ngày thứ 2 của quá trình ươm mầm, sau 8 ngày sẻ đạt cực đại. cơ chất tác dụng của nó là tinh bột đại mạch giải phóng ra đường maltose và phosphoric trong hạt malt. + Hệ enzyme protease: trong hạt đại mạch, toàn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên kết, hầu như không hoạt động. Song, khi chuyển sang giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính của hệ enzyme protease tăng nhanh, và thường đạt cực đại sau ngày thứ năm của quá trình ươm mầm. Điều kiện nhiệt độ tối ưu của quá trình này là 45- 50 độ C, và PH tối ưu là 7.3-8.0. Như vậy, các điều kiện nhiệt độ và PH ở quá trình ươm mầm nói chung không thuận lợi cho hệ enzyme này hoạt động. - Phương pháp ươm mầm: + Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp ươm mầm theo phương pháp ươm mầm thông gió, tùy thuộc vào mỗi nơi mà lựa chọn phương pháp khác nhau. + Về nguyên tắc: ươm mầm theo phương pháp thông gió tiến hành bằng cách thổi luồng khí đã được điều hòa (nhiệt độ, độ ẩm) trực tiếp vào lớp hạt. không khí sau khi qua bộ phận điều hòa sẽ được làm sạch bụi, vi sinh vật, nhiệt độ được làm thấp hơn so với nhiệt độ trong lớp malt từ 2-3 độ và độ ẩm bão hòa hơi nước đạt 98-100%. Nhờ không khí được thổi qua lớp malt từ dưới lên trên tuần hoàn, liên tục mà malt được ươm trong điều kiện oxy, nhiệt độ, và độ ẩm thích hợp, kết quả là malt luôn có kết quả ổn định và ta có thể kiểm soát được các yêu cầu chất lượng của malt. 41
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Sấy malt: Sấy malt tươi là giai đoạn cuối cùng của malt hóa đại mạch, đây là quá trình công nghệ cần thiết nhằm thu nhận được malt thành phẩm có đầy đủ về tính chất và chất lượng. Sấy malt tươi nhằm mục đích: malt tươi luôn có một lượng ẩm khá lớn (W=40%), trong khi chấm dứt sớm sự phát triển của hạt malt ( sự phát triển của chồi và rễ) để hạn chế tối đa sự tổn thất chất khô của hạt, giúp cho sự vận chuyển và đi xa không làm ảnh hưởng đến chất lượng của malt, do đó tiến hành sấy malt tươi. Tuy nhiên để việc sấy malt tươi đạt hiệu quả cần phải nhận thức rõ mục đích cần đạt đến là: + Tách triệt để độ ẩm tự do trong malt. + Bảo quản được hoạt tính trong malt. + Thông qua chế độ sấy khác nhau, ta thu được những loại malt có nhu cầu chất lượng khác nhau đê đáp ứng cho việc sản xuất ra các loại bia chất lượng khác nhau. + Diển ra một loạt các quá trình tạo hương, vị và tăng cường tạo màu của sản phẩm. Quan trọng nhất là trong sấy malt là tạo melanoidin – một hỗn hợp bao gồm nhiều hợp chất, là yếu tố chi phối chất lượng bia vàng và là nhân tố quyết định màu sắc, hương vị và khả năng tạo bọt của bia đen. _ Các giai đoạn trong quá trình sấy malt tươi + Giai đoạn sinh lý: ở giai đoạn này nhiệt độ sấy sẽ tăng dần lên 45 độ C, hàm lượng nước trong hạt sẽ hạ dần về khoảng 30%. Điều kiện độ ẩm và nhiệt độ như vậy sẽ rất phù hợp cho điều kiện sinh lý cảu hạt mầm, đồng thời một số enzyme thủy phân cũng bắt đầu hoạt hóa trở lại, tác động đến nội nhủ làm cho mầm tăng thêm một ít đường và acid amin. + Giai đoạn sinh hóa: giai đoạn này nhiệt sấy malt tăng dần từ 45-70 độ C. Các biến đổi sinh lý bắt đầu dừng lại, các enzyme thủy phân vẫn hoạt đông song yếu dần, đặc biệt là đối với malt vàng vì lúc này độ ẩm trong malt đã hạ về 10%. Tuy nhiên đối 42
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN với malt đen thì độ ẩm ở giai đoạn này mới hạ về 20-30%, cùng với nhiệt độ 45-70 độ C rất thích hợp cho enzyme hoạt động tốt. Do vậy, sự phân hủy nội chất của malt đen thường sâu xa và dẫn đến hàm lượng đường và acid amin cao hơn malt vàng. + Giai đoạn hóa học: giai đoạn này nhiệt độ tăng khoảng 78-105 độ C. Khi nhiệt độ >70 độ C, các quá trình tác động của enzyme bị hấp thụ bởi các các chất keo của hạt malt, trở về trạng thái “ nghĩ tĩnh”. Một số enzyme kém chiệu nhiệt sẽ biến tính như: pectindase, sitase, phytase, Do tăng dần nhiệt lên cao, hàm lượng nước trong malt sẽ giảm tối thiểu, khi đó trong hạt malt sẽ xảy ra các biến đổi hóa học chủ yếu là tạo nên các hợp chất mùa, mùi thơm và vị đặc trưng của malt. Phản ứng hóa học đặc trưng là phản ứng là phản ưng tạo thành các sản phẩm melanoidin. Vai trò của các hợp các hợp chất melanoidin là rất lớn trong công nghệ sản xuất bia. Chúng tạo cho bia có màu và mùi thơm đặc biệt, do có khả năng hoạt động về mặt mạnh nên chúng có khả năng tạo bọt tốt. Chúng còn đóng vai trò bảo vệ các chất keo, ngăn cản sự kết tủa của các chất keo không bền vững (như protein). Ngoai ra chúng còn có khả năng khử mạnh làm tăng tính bền vững của bia, chống lại hiện tượng đục bia do oxy hóa. Vì lượng melanoidin trong bia đen nhiều hơn do vậy tính chất này được thể hiện trong bai đen được thê hiện nhiều hơn trong bia vàng. Trong thành phần hóa học của rễ malt chứa nhiều hợp chất thuộc nhóm acid alkaloid. Nếu hợp chất này tồn tại trong bia thì nó sẽ gây ra những vị đắng khó chịu. Mặt khác một số thành phần trong rễ malt là nguyên nhân gây nên nhiều rượu bậc cao trong quá trình lên men bia, đồng thời loại bỏ sự hút ẩm, ngăn ngừa sự hút ẩm trở lại sau khi sấy. Quá trình tách mầm được tiến hành ngay sau khi malt vùa ra khỏi lò sấy. Lúc này mầm và rễ ở trạng thái khô, dòn, rất dễ gãy nếu đê nguội mầm sẽ hút âm trở lại, trở nên dai và khó tách hạt malt 43
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN  Bảo quản malt: Malt khô sau khi tách mầm, rễ cần được bảo quản ở nhiệt độ thấp (<20 độ C), thoáng và thông khí khô. Thời gian bảo quản tối thiểu là 4 tuần và tối đa là 2 năm. Phải theo dõi thường xuyên và nhiệt độ và không khí trong kho đê theo dõi biến đổi chất lượng malt trong thời gian bảo quản.  Thành phần hóa học của malt (tính theo phần % chất khô): Thành phần hóa học của chúng rất phức tạp, phụ thuộc vào giống đại mạch, đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác, kể cả từ hạt đại mạch chuyển thành malt. Thành phần hóa học của malt (theo chất khô) như sau: Bảng 1.4: Thành phần hóa học của malt [2] Thành phần % chất khô Thành phần % chất khô Các chất chứa Tinh bột 58 10 nitơ Đường khử 4 Chất béo 2,5 Đường 5 Chất khoáng 2,5 saccharose Protein hòa tan 1 Nitơ formol 0,7 – 1 Pentose không tan Chất chứa nitơ 9 2.5 và hexose không đông tụ Cellulose 6 Ngoài ra malt còn chứa một ít chất inzoit, chất màu, chất đắng, tannin Ngoài hệ enzyme amylase, potease, malt, còn chứa enzyme pectinase, xitase Sau đây là một số thành phần quan trọng nhất của malt trong công nghệ sản xuất bia Nước (thủy phần) 44
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt,khi hạt có hàm ẩm cao làm cho quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt sẽ tăng là nhân tố làm tổn hao chất khô, hạt bị nẩy nầm, hoặc hư thối trong quá trình bảo quản. Hạt được bảo quàn an toàn khi độ ẩm ≤ 10%. Glucid Gồm 4 nhóm Monosaccharid: bao gồm glucose, fructose với công thức tổng quát C6H12O6 và xitose C5H10O5 . Disacharid: chủ yếu là sacharose và mantose với công thức tổng quát C12H22O11 . Trisacharid: đường rafinose Poly sacharid: chiếm nhiều nhất trong thành phần glucid của hạt đại mạch, chủ yếu là tinh bột, xenllulose, hemixellulose, pentose, amilase và các hợp chất dạng keo. Trong đó tinh bột và hemixelluloza có vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Tinh bột Là cấu tử chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như y nghĩa trong công nghệ sản xuất bia., chiếm hơn một nửa khối lượng chất khô của hạt đại mạch, có chủng giống chứa lên đến 70% tinh bột. Trong công nghệ sản xuất bia tinh bột có 2 chức năng Là nguốn thức ăn dự trữ cho phôi hạt. Nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men Tinh bột được phân bố chủ yếu ở nội nhủ và một phần ít ở phôi, tồn tại dưới dạng những khối lập thể, kích thước khá bé ( hạt tinh bôt) Xellulose Được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu, chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Xelluloza không tan trong nước, không thay đổi thành phần cấu trúc và đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình lọc dịch đường Hemixellulose 45
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào và là một phức hệ gồm pentozan, hexozan và acid uronic. Hemixellulose bị thủy phân tạo thành hexose và pentose dười tác dụng của enzyme sitaza. Các đường đơn trên dễ hòa tan vào dịch đường tạo thành chất chiết là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho nấm men phát triển Các hợp chất pectin và chất dạng keo Các hợp chất pectin được phân bố ở thành tế bào ra màng trung gian chiếm nhiều nhất là protopectin Peptin và các chất dạng keo khi hòa tan vào nước nóng thì tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và vì chúng có bản chất là hydratcacbon nên khi bị thủy phân sẽ cho ra đường đơn giản như galactose và xilose. Sự tồn tại của hai hợp chất này trong dịch đường, một mặt chúng làm tăng vị ngọt đậm và có khả năng tạo và giữ bọt của bia thành phẩm, mặt khác chúng sẽ làm cho dịch có độ nhớt cao, khó lọc Saccharid thấp phân tử Hay còn gọi là saccharid đơn giản chủ yếu gồm một số đường đơn và đường kép. Chiếm nhiều nhất trong nhóm này là sacharose (10,8% chất khô của hạt) được phân bố nhiều ở phôi (5,5%). Các hợp chất chứa nitơ Hàm lượng 9 – 11% so với lượng chất khô của hạt. Chúng góp phần tạo chất lượng cho sản phẩm cuối cùng. Chúng tồn tại chủ yếu dưới dạng cao phân tử, một phần nhỏ dưới dạng thấp phân tử để hòa tan và có tính chất khác với nhóm cao phân tử, và có tên “phiprotit” Protid: là chỉ số quan trọng thứ hai sau tinh bột để đánh giá xem lô hạt đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao bia đục khó lọc trong khó bảo quản, chất lượng cảm quan kém. Ngược lại nếu hàm lượng thấp, quá trình lên men không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà. Hàm lượng protid tốt nhất 8 – 10%/ chất khô. 46
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Lớp aloron và phôi hạt: là khu vực phân bố nhiều protit nhất. Sự thủy phân protid là một trong những quá trình quan trọng trong công nghệ sản xuất malt và bia, đặc biệt nó là sản phẩm tạo thành do quá trình tương tác giữa các sản phẩm thủy phân của các hợp phần trong nội nhũ, như tạo malenoid là yếu tố quyết định đến hương và vị của bia đen Khả năng tạo bọt cũng như độ bền keo của bọt bia phụ thuộc trước hết vào mức độ thủy phân protid. Chúng được chia ra làm 2 nhóm: Protid đơn giản hay còn gọi là protein có các đại diện tiêu biểu là levkozin, edstin hodein và gluten. Trong suốt quá trình sản xuất malt - bia thì levkozin, edstin và một phần nhỏ hodein hòa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, còn những cấu tử khác thì kết lắng và thải ra ngoài Protid phức tạp hay còn gọi là proteid là những hợp chất được tạo thành từ một phân tử có bản chất là protein và một phân tử khác, có bản chất phi protein. Trong nhóm này đại diện tiêu biểu là nucleoproteid, lipoproteid; và photphoproteid, chúng kém hòa tan và hòa tan không bền vững song lại khó loại bỏ ra khỏi dịch đường Phi protid gồm albumose, peptone, peptit, polypeptit, acid amin Trong đó albumoza và pentone có vai trò lớn trong việc tạo và giữ bọt, đồng thời làm tăng thêm hương vị đậm đà của bia. Song nếu hàm lượng albumose và peptone cao nó lại làm giảm độ bền keo vì chính chúng là tác nhân gây đục Peptid Là hổn hợp nhiều chất, phân tử chúng được tạo thành từ các gốc acid amin nhưng số lượng ít. Chúng dễ hòa tan vào dịch đường và là một trong những thành phần dinh dưỡng Acid amin tự do Hàm lượng khoảng 0.1% so với lượng chất khô. Tuy số lượng ít song tác dụng của chúng rất lớn; chúng là thành phần dinh dưỡng, cung cấp cho nấm men phát triển, 47
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN đồng thời là tác nhân chính tạo hợp chất melanoid tham gia vào việc giữ bọt và là thành phần dinh dưỡng trong bia Các hợp chất không chứa nitơ Gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ nhưng không chứa nitơ và hòa tan trong bia. Khi được ly bằng nước, đại diện tiêu biểu của nhóm là polyphenol, chất đắng, fitin, acid hữu cơ, vitamin và chất khoáng Polyphenol tập trung chủ yếu trong vỏ hạt malt phần lớn những hợp chất hòa tan, tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất catechin (nhóm flavor noid) các hợp chất này kết hợp với protid cao phân tử tạo phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Đây là đặc tính có giá trị cao trong công nghệ sản xuất bia. Nhưng cũng chính hợp chất này là nhân tố làm xấu đi hương vị đắng của bia Polyphenol chủ yếu tập trung ở vỏ malt vì vậy rất dễ loại trừ, bằng cách ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ Chất đắng và chất chát phụ thuộc vào nhóm lipoid; chính chúng gây ra vị đắng khó chịu cho bia. Cũng như polyphenol các chất đắng và chát tập trung chủ yếu ở vỏ vì đại mạch vì vậy bằng cách ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ thì dễ dàng loại bỏ chúng ra khỏi hạt Fitin là muối đồng thời của Ca và Mg với axit anozit photphoric C6H6O6(H2PO3)6 tập trung chủ yếu ở vỏ (0.9% chất khô của vỏ). Khi bị thủy phân sẽ tạo nên inozit và axit photphoric, đây là nguồn cung cấp phosphor cho nấm men, thêm vào đó chính fitin làm tăng độ chua cho dịch cháo ở giai đoạn đường hóa. Nó là biện pháp hữu hiệu để tăng cao hiệu suất thủy phân. Vitamin: chủ yếu là nhóm B (B1, B2, B6) và vitamin C, tiền vitamin A, E, acid pentotenic, biotin, axit pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác. Hàm lượng vitamin trong đại mạch tuy ít nhưng chúng rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt vì vitamin là nhân tố điều hòa sinh trưởng của nấm men xâm nhập và nâng cao hoạt lực của chúng 48
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Chất khoáng: P2O5 : 35%(tổng % chất khoáng), SiO2 : 26%(tổng % chất khoáng), K2O :21%(tổng % chất khoáng), MgO : 9%(tổng % chất khoáng), N2O : 2.4%(tổng % chất khoáng), SO3 :1.9%(tổng % chất khoáng),, Fe2O3 : 1.5%(tổng % chất khoáng), Cl :1%(tổng % chất khoáng),. Các chất khoáng có trong đại mạch tuy ít nhưng chúng rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt và bia, đặc biệt là photpho, là nguyên tố có vai trò thiết yếu trong việc hình thành hệ thống đệm trong dung dịch đường . Chất béo và lipoid: Hàm lượng chất béo và lipoid chiếm khoảng 2,5 – 3% hàm lượng khô của hạt, tập trung chủ yếu ở phôi và lớp aloron. Những hạt béo này có màu vàng cafe nhạt và mùi thơm nhẹ. Các chỉ số của dầu béo: + Chỉ số acid: 16 + Chỉ số xà phòng: 181 + Chỉ số Iod: 125 Thành phần chủ yếu của chúng là este và glyxerin của các acid bật cao. Trong giai đoạn ươm mầm với tác dụng của enzyme lipase thì một số dầu béo sẽ bị thủy phân, các sản phẩm thủy phân này một phần tồn tại trong dịch đường hoặc thải ra ngoài theo nguồn bã malt. Chất béo và lipoid là nguyên nhân làm giảm độ bền keo của sản phẩm. Ferment (enzyme): Bản chất là những protein và chúng có hoạt tính sinh học rất cao, giữ vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất malt – bia. Hoạt lực của enzyme ở giai đoạn hình thành hạt là rất cao và giảm dần đến lúc hạt chín, ở trạng thái liên kết (tiềm ẩn), (khi ấy khi ấy độ ẩm của hạt tương đương 13%) và đến khi ngâm hạt, hạt hút nước và thành phần nước của hạt đạt 43 – 44% thì enzyme sẽ được giải phóng ở trạng thái tự do. 49
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN  Hệ enzyme có trong malt: Nhóm enzyme thủy phân gluxit: α – amylase, β – amylase. α – amylase (enzyme dịch hóa): phân cắt liên kết 1,4 – glucoside, sản phẩm tạo ra là những dextrin. Nhờ vậy, độ nhớt dịch malt giảm nhanh. Sự phân cắt này giảm dần và khi sang giai đoạn hai của quá trình thủy phân sẽ tạo nên một số maltose và glucose. Nhiệt độ hoạt động tối thích của enzyme này là 70-750 C. β – amylase (enzyme đường hóa) : phân cắt liên kết 1,4 – glucoside từ đầu không khử theo từng đôi 2 phân tử glucose, sản phẩm tạo ra là maltose. Nhiệt độ tối ưu cho β – amylase hoạt động là 60-630 C. Khi α – amylase và β – amylase cùng tác dụng lên tinh bột sẽ cho sản phẩm thủy phân có tỷ lệ nhất định giữa dextrin và maltose, tỷ lệ này phụ thuộc vào hoạt tính của 2 enzyme. Dextrin thu được do tác dụng của α – amylase sẽ được β – amylase tiếp tục phân cắt từng 2 gốc glucose một. Khi đó, sản phẩm chính thu được trong quá trình đường hóa là maltose, chiếm 50% chất hòa tan của dịch đường. Ngoài ra còn thu được saccharose, fructose và glucose. Đường hóa ở nhiệt độ 60-630C thích hợp cho việc tạo maltose. Nhóm enzyme thủy phân protein: tác dụng trong quá trình đạm hóa Đạm hóa là quá trình thủy phân các protein thành các sản phẩm phân tử lượng thấp như: acid amin, peptid, là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men. Các sản phẩm thủy phân có phân tử lượng trung bình như albumin, pepton, polypeptid tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt, giúp cho bia có khả năng giử bọt.  Các loại malt sử dụng trong nhà máy của công ty bia Vinaken: Malt vàng Đặc điểm của malt vàng là có màu sáng, hương và vị ngọt nhẹ. Là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các loại bia vàng, bia tươi, bia Ly tại nhà máy. Malt là nguồn nguyên liệu chính cung cấp cung cấp dịch đường trước lên men bia. Do thành phần hoá học của malt, đại mạch rất lý tưởng so với malt của các loại ngũ cốc khác, không chỉ 50
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN cung cấp các hợp chất thấp phân tử dễ hoà tan (đường đơn, dextrin bậc thấp, acid amin, vitamin) mà còn cung cấp hệ enzyme phong phú (amylase, protease) để thuỷ phân tinh bột và protein thành các hợp chất thấp phân tử trong dung dịch để lên men bia. Hình 1.10 : Malt vàng 51
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.5: Các chỉ số chất lượng của malt vàng STT Các chỉ số chất lượng Giá trị trung bình 1 Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn (gam) 55-58 2 Số hạt trắng đục % 70-75 3 Hàm ẩm % 3.8-5.0 4 Cường độ màu, ml 0.1 NI2/ 100ml dịch đường 0.16-0.25 5 Hàm lượng đường maltose, % theo chất chiết 65-82 6 pH 4.5-6.0 7 Độ chua định phân, ml 0.1N NaOH/ 100g chất khô 14-17.5 8 Đạm tổng, %N 1.5-1.7 9 Đạm hoà tan của dịch ngâm, % Theo chất khô 0.48-0.54 10 Đạm formol, % 0.19-0.21 11 Hoạt lực Amylase OWK 220-280 Malt đen Đặc điểm của malt đen (lúa mạch đen nẩy mầm) là có màu nâu sẫm, có hương và vị ngọt. Nguyên nhân của đặc điểm này là do malt đen có hàm lượng chất chiết hoà tan cao, hàm lượng melanoid nhiều. Những tính chất của bia đen là có màu nâu sẫm, độ nhớt cao, khả năng tạo bọt và giữ bọt tốt đều do thành phần hoá học của malt đen. Những phẩm chất công nghệ của malt đen được hình thành ở giai đoạn ngâm, ươm mầm, đặc biệt là giai đoạn sấy malt. Ngoài ra còn có Malt đỏ. 52
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Hình 1.11: Malt đen Bảng 1.6: Các chỉ số chất lượng của malt đen Thành phần Hàm lượng (tính theo % trọng lượng) 1 Tinh bột 58- 60 2 Saccharose 3- 5 3 Acid nucleic 1-2 4 Cellulose 5 5 Hemicellulose 6-8 6 Đường khử 3- 4 7 Protid hoà tan 2 8 Chất béo 2-3 9 Chất tro 2.2 10 Acid amin và Peptide 3-4 53
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Malt caramel: Loại này được sử dụng trong công nghệ sản xuất bia như là một chất phụ gia nhằm tạo ra cho bia có hương vị đặc trưng. Với một số loại bia vàng liều lượng dùng caramel là 2-5% còn đối với bia đen thì 5-10%. Đối với bia đen việc dùng thêm caramel còn nhằm mục đích tăng cường độ màu cho sản phẩm. Malt caramel có vị ngọt rất đặc trưng, có màu sẩm hơn cà phê, có hàm lượng ẩm từ 5-8% và hàm lượng chất hòa tan khoảng 60-70%. Malt Munich: Hàm lượng đường, acid amin cao, giàu protein, ẩm độ nhỏ hơn 4.5%, hàm lượng chất khô 70-90%. Liều lượng bổ sung 30-33% so với nguyên liệu chính. Malt Vienna: Có tác dụng làm tăng màu sắc và hương vị của các loại bia nhẹ. Có thể sử dụng 100% không trộn. Cho mùi vị malt mạnh và một ít hương caramel. Sấy khô ở nhiệt độ lên tới 85-900C. Bổ sung 20% so với nguyên liệu chính.  Malt khi nhập về nhà máy bia Vinaken được kiểm tra bởi các chỉ tiêu chất lượng sau: 54
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.7: Yêu cầu của malt vàng và malt đen dùng trong sản xuất bia [5] Malt vàng Malt đen Chỉ tiêu kiểm tra Mức qui định Chỉ tiêu kiểm tra Mức qui định Tình trạng bao Tình trạng bao bì Tốt Tốt bì Vàng rơm, vỏ óng Màu sắc Màu sắc Nâu sẫm ánh Thơm đặc trưng, Thơm đặc trưng, Mùi Không mùi lạ, mùi Mùi không mùi lạ mốc Ngọt dịu, không vị Vị Vị Có vị ngọt dịu lạ Sạch, ít tạp chất, tỉ Sạch, ít tạp chất, Độ sạch lệ Độ sạch tỉ lệ gãy vỡ 280oWK > 280oWK amylase 55
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.8 : Chỉ tiêu kiểm soát malt của nhà máy STT Chỉ tiêu kiểm soát Đơn vị Yêu cầu 1 Độ ẩm % 5 – 6 2 Độ hòa tan/ chất khô xay nhuyễn % > 80 3 Chênh lệch: xay nhuyễn/xay khô % 1.2 – 1.5 4 Protein tổng % 9.5 – 10 5 Cỡ hạt > 2.5 mm % > 85 6 Cỡ hạt < 2.5 mm % < 1 oEBC (đơn vị 7 Độ trong 2.5 đo độ màu) 8 Thời gian đường hóa hoàn toàn ở 70oC phút 15 9 Tốc độ lọc phút <60 oEBC (đơn vị 10 Độ màu 3 – 4 đo độ màu) 11 pH 5.6 – 6 Trạng thái cảm quan + Màu sắc: Vàng rơm tươi đến vàng sẫm + Độ thuần khiết: Không có tạp chất lạ, sạn đá + Độ nhiễm nấm mốc: Không được có + Vị: Ngọt nhẹ. + Mùi: Thơm đặc trưng của malt không có mùi malt sống. 56
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 1.4.1.2 Hoa Houblon [1], [5] Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái, nhưng trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Để sản xuất bia, hai yếu tố quan trọng nhất của hoa houblon là nhựa hoa và tinh dầu, trong đó nhựa hoa tạo ra vị đắng còn tinh dầu tạo ra hương thơm đặc trưng cho bia Hoa houblon được nhập từ Đức dưới dạng hoa viên và cao hoa. Chế phẩm hoa houblon được đóng gói cẩn thận, bảo quản lạnh, nhiệt độ 2-5oC. Nếu bảo quản ở nhiệt độ cao, không khí ẩm, ánh sáng mặt trời, sẽ làm giảm chất lượng chế phẩm hoa houblon.  Những chất quyềt định đền chất lượng của bia trong hoa houblon Vai trò của chất đắng Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon, làm cho bia có vị đắng dịu, tạo ra đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hòa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh hóa lý tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Với nồng độ thấp các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất cao và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm. Nhóm acid đắng có 2 loại: + Alpha acid: gồm humolone (35-70%), cohumolone (20-55%), adhumolone (10-15%), prehomulone (1-10%) và posthumolone (1-5%) + Beta acid: gồm lupulone (30-55%), colupulone (20-55%), adlipulone (5-10%), prelipulone (1-3%) Vai trò của tinh dầu thơ Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất thuộc các nhóm: terpen, ester, cetone và các hợp chất chứa lưu huỳnh 57
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm từ 0,17-1,65% trọng lượng hoa, trong đó khoảng ¾ là các cấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và ¼ là cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geramiol (C10H18O)n. Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hóa, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi Các hợp chất trong tinh dầu có thể tồn tại dười các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8)n, hoặc dưới dạng aldehyd, ceton, rượu, Khi hòa tan vào dịch đường, tinh dầu tồn tại trong bia và tạo ra một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu Vai trò của tannin: Với hàm lượng trung bình khoảng 4%trọng lượng hoa, tannin có một vai trò nhất định trong quá trình công nghệ, từ đó có ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến chất lượng bia. Trong quá trình đun sôi dịch đường vời hoa houblon, trước hết tannin được tách ra dưới dạng hòa tan. Sau đó, do điểu kiện nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, chúng sẽ bị oxy hóa và trùng ngưng ở các mức độ khác nhau, các phân tử trùng ngưng sẽ hình thành mối lien kết đẳng điện với các protein trong dịch đường, hình thành những phức tannin-protein, tạo ra dạng kết tủa nóng trong quá trình này. Mặt khác, một dạng phức tương tự, nhưng trọng lượng phân tử nhỏ hơn, khi hạ nhiệt độ xuống chúng sẽ kết tủa lại tạo thành kết tủa nguội trong dịch đường. Tóm lại, tannin có ảnh hưởng tốt đến quá trình công nghệ, giúp dịch đường trong nhanh hơn và kết tủa các thành phần protein không bền, làm tăng độ bền keo của bia, nhưng mặt khác tannin cũng làm kết tủa các protein bền làm giảm khả năng tạo bọt của bia 58
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.9: Thành phần hóa học trung bình của hoa houblon tính theo phần % khối lượng STT Thành phần Tỷ lệ 1 Nước 11-13% 2 Tổng chất đắng 15-21% 3 Tinh dầu thơm 0,5-1% 4 Tannin 4,0% 5 Đường khử 2,0% 6 Pectin 2,0% 7 Acid amin 0,1% 8 Protein 15,0% 9 Chất béo 3,0% 10 Tro 5-8% 11 Cellulose, lignin và những chất còn lại 40,4% Tại công ty bia VINAKEN sử dụng các loại houblon sau: Houblon cao Houblon cao thơm (Aroma) Houblon viên. _ Theo tiêu chuẩn kỉ thuật của công ty bia VINAKEN, thì chất lượng của hoa houblon được đáp ứng như sau: 59
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.10: Yêu cầu chất lượng 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 Cellulose 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% Yêu cầu chất lượng của các loại houblon: + Hoa viên: - Chỉ tiêu cảm quan: Màu sắc: màu xanh lá mạ hơi vàng. Mùi: mùi thơm đặc trưng không hắc, dễ nhận mùi. Vị: đắng dịu Hình dáng: viên đơn không vở - Chỉ tiêu hóa học: Loại viên 90 hàm lượng acid đắng 5%, loại viên 45 hàm lượng chất đắng 8%. Có khả năng tạo kết lắng nhanh khi đun với nước nha, làm trong nước nha, hương thơm rõ rệt, có vị đắng. 60
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN + Hoa cao: - Chỉ tiêu cảm quan: Màu sắc: dạng keo vàng hổ phách. Mùi: mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi. Vị; vị đắng rõ rệt. - Chỉ tiêu hóa học: Hàm lượng acid đắng 30%. Tan hết và tạo kết lắng nhanh khi đun sôi với nước, hương thơm rõ rệt, có vị đắng dịu. 1.4.1.3 Nước [1], [5] Trong sản xuất bia, nước là thành phần nguyên liệu được sử dụng lớn nhất. Để dùng sản xuất bia, nước phải đạt các tiêu chuẩn chất lượng như sau:  Những những thành phần ượng nước: Ca2+ Thường tồn tại dưới dạng muối Ca(HCO3)2, CaSO4. Muối bicacbonac tác dụng với các muối phosphate của malt gây ảnh hưởng bất lợi vì chúng làm giảm độ chua của dịch cháo. Ngược lại muối sunphat của canxi lại làm tăng độ chua của dịch cháo, tác động này rất có lợi cho quá trình đường hóa. Muối này có ảnh hưởng xấu đến quá trình nấu bia, do làm giảm độ acid của hồ malt và dịch đường hóa 61
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.11: Ảnh hưởng của Ca2+ tới chất lượng bia Ưu điểm Nhược điểm Ổn định α-amylase Giảm khả năng đổng phân α-acid đắng Tăng khả năng tách cặn nóng và lạnh Giảm màu dịch đường Tăng độ hòa tan các chất chứa nitơ và dịch đường 3- Giảm PO4 trong dịch đường Mg2+ Mg2+ có trong nguồn nước mặt với lượng ít hơn canxi. Các muối của magie gây ảnh hưởng xấu hơn canxi và thường có vị đắng (MgSO4) làm ảnh hưởng đến chất lượng bia Bảng 12: Ảnh hưởng của Mg2+ đến chất lượng bia Ưu điểm Nhược điểm 3- Quá trình trao đổi chất tốt Giảm PO4 trong dịch đường Tạo độ sánh cho bia Gây mùi vị khó chịu cho bia Fe2+ Nếu hàm lượng sắt khá lớn sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia. Do đó người ta cho phép nồng độ Fe2+ trong nước là không quá 0,2-0,5mg/l Sắt ở dạng Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+ tạo tủa không tan gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia Nếu dùng nước có chứa Fe để ngâm malt sẽ làm cho malt có màu xám 62
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Trong quá trình lên men, Fe2+ chỉ với nồng độ 1mg/l cũng đã làm thoái hóa nấm men. 2- Sunphat SO4 Nếu hàm lượng sunphat quá cao trong nước sản xuất malt thì sẽ giảm tốc độ thấm ướt và làm cho quá trình nảy mầm xảy ra không đồng đều, đồng thời sẽ làm cho bia có vị đắng khó chịu không đặc trưng. Các muối sunphat ảnh hưởng tới thủy phân protein, thủy phân tinh bột, tăng cường việc làm trong dịch đường Clorua (Cl- ) Có thể ức chế khả năng lắng của nấm men Nếu nồng độ clorua nằm trong khoảng 75-150mg/l thì khả năng làm trong bia là tốt nhất, chúng tạo vị hài hòa cho bia, dễ chịu. Nhưng nếu nồng độ clorua nhỏ hơn 300mg/l thì có khả năng làm trong bia, độ bền keo và độ dịu tăng lên. Nồng độ NaCl không được quá 400mg/l nếu không bia sẽ trở nên sánh có vị mặn. Nếu NaCl khá nhiều sẽ gây khát khi uống bia. Nếu nồng độ Cl > 500mg/l sẽ làm kéo dài thời gian nhân giống nấm men và gây khó khăn trong quá trình làm trong bia - -Nước sử dụng trong bia không được có NaHCO3, NH3, HNO2, cho phép có NO3 không quá 25 mg/l. Đặc biệt, nếu có sắt sẽ xẩy ra phản ứng giữa sắt và tanin của houblon sẽ làm xấu màu và mùi vị của bia. Nước dùng nấu bia cần có độ cứng tạm thời khoảng 0,72mg đương lượng/l, độ cứng vĩnh cữu: 0,26-0,72 mg đương lượng/l, độ oxy hoá 2mgO2/l, số lượng tạp khuẩn/l không quá 10, E.Coli không quá 3 tế bào/l, tổng số vi sinh vật <=100 tế bào/l. 63
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.13: Tiêu chuẩn của nước về kim loại Thông số Đơn vị Mức chỉ định Tối đa cho phép Sắt (Fe 2+) Mg/l 50 200 Đồng Mg/l 100 - Kẽm Mg/l 100 - Muối phosphoric Mg/l 400 5000 Chlorine dư Mg/l 0 0 Chất không hòa Mg/l 0 0 tan Bạc Mg/l - 10 Thủy ngân Mg/l - 1 Chì Mg/l - 50 KMnO4 Mg/l 2 5 Tóm lại, trong quá trình sản xuất Bia, nước đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm. Thành phần hoá học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn quá trình và đặc biệt ảnh hưởng rất lớn đến đặc điểm tính chất bia thành phẩm. Do đó, nước sử dụng để sản xuất bia có chất lượng cao hơn nước dùng trong sinh hoạt. Nước dùng trong sản xuất bia phải đáp ứng được những điều kiện nghiêm ngặt sau: Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l. Hàm lượng muối magie không quá 100 mg/l. Hàm lượng muối clorua từ 75  150 mg/l. Hàm lượng muối CaSO4 từ 130 200 mg/l. 64
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Hàm lượng muối Fe3+ 0,01 mg/l. Hàm lượng NH3: Không có. Hàm lượng muối nitrat, nitrit: Không có. Vi sinh vật 100 tế bào/ml. Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia có độ cứng từ mềm đến trung bình ( nước mềm 4-8 oĐ; trung bình 8-12 oĐ) Hiện nay nhà máy của công ty bia Vinaken sử dụng nguồn nước giếng tự khoan. nguồn nước này được xử lý bằng than hoạt tính để khử màu mùi, sau đó qua hệ thống tia cực tím để tiêu diệt vi sinh vật . Bảng 1.14: Các chỉ tiêu chất lượng của nước STT Chi tiêu kiểm tra Yêu cầu 1 PH 6,5 - 7,5 2 Độ kiềm tổng TAC <= 4oF 3 Độ cứng tổng <= 5 oF 4 Độ đục <= 20NP 1.4.1.4 Nấm men [1], [5] Vai trò của nấm men. Nấm men bia là vi sinh vật sử dụng đường để lên men tạo cồn etylic và CO2. Các giống nấm men bia cụ thể được lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau. Công ty bia VINAKEN, với công nghệ sản xuất hiện đại, hiện sử dụng loại nấm men 65
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN được nuôi cấy có độ tinh khiết cao, đảm bảo sự ổn định và đồng bộ về năng suất và chất lượng sản phẩm lên men: cồn etylic và CO2 Yêu cầu chất lượng nấm men sử dụng trong bia. Nhà máy bia VINAKEN sử dụng nấm men từ nguồ nhập khẩu, nuôi cấy và nhân giống, lai tạo đến đời thứ 7, thứ 8. Chủng loại nấm nấm men hiện được sử dụng trong nhà máy là nấm men Saccharomyces carbergensis. Chế phẩm nấm men được sử dụng trong sản xuất có 2 nguồn: - Chế phẩm nấm men mới. - Chế phẩm nấm men được thu hồi từ dịch bia đã lên men và tái sử dụng. Yêu cầu về nấm men trước khi đưa vào môi trường lên men: - Thuần khiết, và một đời nấm men giống có thể dùng cho 6-10 chu kì lên men. - Số lượng tế bào từ 10.106 đến 20.106 tế bào/ml dịch lên men. - Tỉ lệ tế bào nảy chồi 15%-20% - Tỉ lệ nấm men chết dưới 5% - Tế bào nấm men to khỏe, hình dáng đặc trưng . - Nấm men giống không nhiễm vi sinh vật lạ. Nấm men khô được hoạt hóa và sinh khối trong thiết bị có chứa dịch nha ở 140C và được sục khí liên tục trong 24 giờ. Sau đó dịch chứa nấm men được bơm vào tank lên men bia (cứ 1kg men khô hoạt hóa trong 1m3 dịch nha) Các chỉ tiêu chất lương đối với nấm men dùng lên men của công ty bia VINAKEN như sau: 66
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Bảng 1.15: Chỉ tiêu chất lượng của nấm men lên men bia. Chỉ tiêu S. carlsbergensis Điều kiện lên men Lên men chìm Nhiệt độ lên men ( ) 4 – 12 Thời gian lên men (ngày) 12 – 35 Khả năng kết lắng Dễ dàng Độ đường dịch nha (%) ban 10 – 13 đầu Độ pH 5 – 6 Độ cồn (% ABV) 3 – 5 Lên men đường rafinose (%) 100 1.4.1.5 Nguyên lieu thay thế malt (gạo) [5] Gạo được đưa vào để thay thế một phần malt đại mạch dưới dạng bột nghiền mịn để dễ tạo nên môi trường đồng nhất trong quá trình hồ hoá. Sau đó, được phối trộn cùng với bột malt đại mạch để thực hiện đường hóa tinh bột, chuẩn bị dịch môi trường lên men bia. Theo tiêu chuẩn kỉ thuật của công ty bia VINAKEN, thì chất lượng cảm quan và tiêu chuẩn lý hóa của gạo được xác định như sau:  Trạng thái cảm quan + Màu: Từ trắng đến trắng ngà, không ngả màu vàng + Hạt: Đều (gạo gãy, tấm ½ hay tấm 2/3) 67
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN + Tạp chất (bông cỏ, vỏ lúa): Không lớn hơn 1.0% + Mùi: Không có mùi gạo cũ + Tấm gạo sạch cám, không bị mốc ẫm không sâu mọt.  Các chỉ tiêu lý hóa:, + Độ ẩm: 16.00% + Hàm lượng chất hòa tan: 78.00%.  Thành phần hóa học của gạo Tinh bột: 70 – 75% Các loại đường: 2% - 5% Lượng protein: 7 – 8% Chất béo: 1 – 1,5% Chất khoáng :1 – 1,2% 1.4.2 Nhiệt độ trong quá trình nấu dịch lên men bia [5] Nhiệt độ: là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình nấu dịch lên men, có ảnh hưởng đến cường độ và sự hoạt hóa của các enzyme thủy phân. Mổi loại enzyme đểu có nhiệt độ tối ưu là ở nhiệt độ đó enzyme thể hiện hoạt tính mạnh nhất. Do đó, nếu nhiệt độ không thích hợp sẽ ức chế hoạt động của chúng. Thời gian nấu bị kéo dài sẽ làm hao tốn năng lượng và ảnh hưởng đến chất lượng của bia. 68
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN CHƯƠNG 2: MÁY MÓC VÀ THIẾT BỊ DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA 2.1 Thiết bị nghiền malt [5]  Cấu tạo: Máy gồm hai đôi trục.Trước tiên là bột nhận được sau khi nghiền bởi đôi trục thứ nhất là dạng bột thô. Hỗn hợp bột nghiền này được phân loại bởi sàng rung, chỉ những hạt to và vỏ không lọt qua lỗ sàng mới tiếp tục được nghiền ở đôi trục thứ hai (đối với máy nghiền hai đôi trục có sàng trung gian) hoặc tách bột khỏi vỏ hạt bằng bộ phận đập quay để đạt hiệu quả nghiền ở đôi trục thứ hai cao mà không ảnh hưởng đến chất lượng bột nghiền.  Nguyên lý hoạt động : Malt từ trục cấp liệu xuống đôi trục nghiền .Thành phần hỗn hợp bột sau khi nghiền lần 1 gồm : vỏ 30%;tấm thô 50%; bột mịn 20%. Phần bột mịn qua lỗ sàng đi ra ngoài . Thành phần còn lại tiếp tục qua đôi trục thứ hai.Sau khi nghiền malt lần hai,thành phần bột nghiền như sau:Vỏ trấu 20%;tấm 50% ;bột mịn 30%. 2.2 Thiết bị nghiền gạo [5]  Cấu tạo: Thiết bị là máy nghiền búa. Gồm đế máy vững chắc, bên trong có trục búa và sàng. Trục roto có thể quay đến tốc độ 1500 vòng/phút.  Nguyên lý hoạt động: Khi máy hoạt động,trục phân phối nguyên liệu đưa hạt vào buồng nghiền. Các búa đập quay xung quanh trục roto có vận tốc 60-100 vòng/phút,do vậy mà hạt bị đập nhỏ ra. Hạt được nghiền thành bột mịn sau cho các hạt bột chui qua lỗ sàng vào đều dọc theo chiều dài của trục quay. 69
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 2.3 Nồi nấu [5] Hình 2.1: Nồi nấu  Cấu tạo: Tại nhà máy bia Vinaken sử dụng thiết bị nấu nguyên liệu gồm nồi hình trụ đứng, đáy côn làm bằng thép không rỉ, hai lớp vỏ.Vỏ ngoài cùng bằng thép không rỉ kế đến là lớp bảo ôn để tránh nhiệt thoát ra ngoài , lớp trong là thành nồi. Bên trong nồi có trang bị cánh khuấy. Mỗi nồi nấu có ống thoát hơi cao khoảng 3m, đường kính là 0.25m. Vận tốc của cánh khuấy: trong nồi nấu ( cảgạo và malt ) = 25 vòng/ phút. Thể tích của thiết bị : 4000 lít  Nguyên lý hoạt động : Vệ sinh thiết bị trước khi nấu, kiểm tra các van an toàn,thiết bị về điện. Bơm nguyên liệu vào nồi rồi bật cánh khuấy hoạt động, tiến hành gia nhiệt để thực hiện quá trình thủy phân. Nồi gạo và nồi malt đều có cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống nhau.Mở van hơi và van hơi ngưng, kiểm tra áp kế và mở nước cho đủ thể tích. Tiếp 70
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN tục cung cấp hơi để nâng nhiệt độ lên 50 độ C và giữ nhiệt theo thời gian quy định 20 phút. Tiếp theo bơm cháo từ nồi gạo qua nồi malt bằng đường ống dẫn dịch cháo nhiệt độ trong nồi tăng lên 75 độ C, giữ nhiệt độ này 15 phút, sau đó nâng nhiệt độ lên 76 độ C.Mở van tháo dịch sang thùng lọc. Đóng tất cả các van nhiệt,van hơi và van khí ngưng. Đồng thời mở máy bơm dịch (5), khi bơm xong tắt bơm, đóng van tháo dịch tắt điện cho cánh khuấy ngưng hoạt động.  Giải thích các thông số kỹ thuật:  72 độ C là nhiệt độ thích hợp cho enzyme amylase hoạt động phân cắt mạch tinh bột ở liên kết 1,4 – glucozit bất kì ở đầu không khử của tinh bột và dừng lại khi liên kết 1,6 glucozit xuất hiện.Sản phẩm thủy phân chủ yếu là dextrin,ít maltose và glucose.  85 độ C làm trương nở tinh bột,làm lỏng lẻo các liên kết 1,4 glucozit , 1,6- glucozit để khi hạ nhiệt độ xuống 720 C các enzyme α_amylase thủy phân triệt để tinh bột.  100 độ C là nhiệt độ thanh trùng và vô hoạt các enzyme, đồng thời giúp tinh bột được hồ hóa hoàn toàn.  52 độ C phát huy tác dụng của enzyme proteaza,phân cắt liên kết peptit để protein thủy phân thành peptit,axitamin và peptone đơn giản.  64 – 66 độ C tạo điều kiện tối thích cho enzyme β-amylase hoạt động phân cắt 1,4 glucozit theo từng cặp monosaccharit và ngưng tác dụng khi gặp liên 1,6- glucozit , sản phẩm tạo thành là maltose,glucose,dextrin.  72 độ C enzyme amylase hoạt động phân cắt liên kết 1,4 – 1,6 – glucozit sản phẩm chủ yếu tạo thành maltose,glucose,dextrin.  76 độ C làm giảm độ nhớt của đường tạo điều kiện thuận lợi cho quá lọc,tách bã. 71
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN 2.4 Thùng lọc [5]  Cấu tạo : Được chế tạo bằng thép không rỉ, có dạng hình trụ đáy phẳng và nắp hình cầu. Nắp được nối liền với ống thông hơi, có van điều chỉnh trên nắp, có cửa để công nhân ra vào vệ sinh hoặc quan sát bên trong nồi khi cần thiết.Thân hình trụ nồi có lớp bảo ôn.Bên trong cách đáy khoảng 10 – 15 mm có 1 đáy giả làm bằng đồng đỏ dày khoảng 3,5 – 4,5 mm và rộng 0,4 – 0,7 mm. tổng diện tích các rãnh là 18 – 20 %. Trên mỗi rãnh làm đáy giả người ta để hở lỗ dùng để tháo bả malt, lỗ này có cửa đóng chặt. trên đáy chính có nhiều ống nhỏ thu dung dịch lọc đưa đến đường ống thu dịch, đường kính của ống này từ 25 – 45 mm.  Vận hành thùng lọc: chia thành 7 bước Đuổi khí : Trước tiên đáy giả phải được rữa sạch,trước khi đưa dịch hèm vào khóa van tháo bã malt và các vòi lấy dung dịch đường phải đóng kín, sau đó cho đầy nước nóng vào ống dẫn dịch hèm vào và khoảng hở giữa hai đáy,nước nóng sẽ đuổi không khí ra ngoài đồng thời làm nóng thùng lọc. Bơm dịch hèm vào: Cần đưa hèm vào thùng lọc càng nhanh càng tốt và khuấy đều bã trên mặt đáy giả.Nếu bã phân bố không đều khiến cho tách chiết không đều,làm giảm hiệu suất thu hồi.Vận tốc bơm luôn giữ càng thấp càng tốt để tránh khuấy trộn không cần thiết.Dịch hèm được bơm từ phía dưới lên để tránh oxy xâm nhập.Cánh khuấy trong nồi nấu hoạt động liên tục với vận tốc chậm trong khi bơm dịch hèm vào thùng lọc. Bể lắng : 72
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Sau khi bơm dịch hèm vào thùng lọc,để lắng 30 phút,bã lắng xuống có thể tạo lớp dày lên tới 30-40 cm. Lớp bã hình thành tạo nên một lớp lọc tự nhiên,trong thời gian lắng phân bã thành 3 lớp. - Lớp ngoài cùng: mỏng, bao gồm các hạt to, nặng, phần này có thể còn chứa tinh bột chưa chuyễn hóa hết. - Lớp giữa: dày nhất bao gồm các hạt to,nhẹ hơn các hạt dưới cùng - Lớp trên cùng : mỏng, bao gồm các hạt nhẹ nhất,chủ yếu là các kết tủa protein và vỏ trấu nhỏ. Để nhiệt độ cuối của quá trình nấu cao, lớp bã cần tơi ra, không bị nén chặt để đẩy nhanh quá trình lọc.Vì vậy mà cần phải giữ nhiệt độ cao trong suốt quá trình lọc Trong thời gian chuyển dịch hèm vào,cánh khuấy được nâng lên cao khoảng 20cm cho dến khi dịch hèm chuyển gần hết thì nâng cánh khuấy lên cao hẳn và ngừng hoạt động. - Hồi lưu dịch lọc đục: là phần dịch lọc đầu tiên thu được ở khoảng giữa đáy thùng và đáy giả có chứa các hạt nhỏ có thể lọt qua lớp lọc.Phần dịch này được bơm trả lại thùng lọc dưới bề mặt của dịch hèm,làm như vậy hạn chế tối đa oxy xâm nhập vào dịch,thời gian này mất 10-15 phút. - Thu dịch đầu: khi quan sát thấy dịch lọc bắt đầu trong thì khóa van hồi lưu dịch,dịch lọc đầu chảy ra càng nhanh càng tốt để không lãng phí thời gian.Khi dịch lọc chảy qua tạo nên một lực hút,làm cho lớp bã bị nén dần lại,nên tốc độ lọc dần giảm đi.Vì thế cần giữ tốc độ lọc vừa phải đảm bảo độ chênh lệch áp suất càng thấp càng tốt đễ giữ cho bã có độ tơi xốp cần thiết. Toàn bộ thời gian tách dịch lọc đầu mất khoảng 1,5-2h,sau đó tiến hành rữa bã. Rữa bã và lấy dịch rữa bã: Việc thu dịch đầu tiến hành đến khi bề mặt lớp bả trên cùng lộ ra,lúc này tưới nước rữa bã vào phía trên.Nước rữa bã có nhiệt độ 75-78 độ C; nhiệt độ này thích hợp cho sự đường hóa tinh bột còn sót lại trong bã malt,đồng thời tiến hành tách dịch. Cánh 73
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN khuấy có thể làm việc liên tục hay gián đoạn. Rữa bã cho đến khi nồng độ chất hòa tan trong nước rữa còn 0,3 – 0,5%. Xã bã: Sau khi lấy hết dịch ra, hạ thấp cánh khuấy và cho quay để đẩy hết bã ra ngoài. Toàn bộ quá trình lọc và rữa 1 mẻ mất hết 4h. 2.5 Thiết bị làm lạnh nhanh dịch nha [5] Hình 2.2: Thiết bị làm lạnh nhanh  Cấu tạo: Đó là thiết bị kín bao gồm nhiều tấm bản mỏng bằng thép không rỉ,các tấm bản được ghép chặt với nhau trên một khung. Thiết bị được thành làm 2 vùng: Vùng 1 : tác nhân làm lạnh là nước 32o C chảy ngược chiều, sau khi ra nước có nhiệt độ 72oC.Nước này được tận dụng để rữa bock bia tươi.Dịch lên men khí vào có nhiệt độ khoảng 90oC ra khỏi vùng 1, nhiệt độ còn khoảng 45oC. Vùng 2 : Tác nhân làm lạnh là cồn,cồn được hoàn lưu về bồn chứa.Nhiệt độ cồn khi vào khoảng -5oC, ra khoảng 6oC.Trên mỗi tấm bản có nhiều đường rãnh và có lỗ ở các góc.Mép tấm bản có lắp gioan cao su, để khi ghép lại đảm bảo độ kín cho thiết bị và cho đường dẫn dịch tạo thành.  Hoạt động : 74
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Dịch đường chảy vào từ một chiều,chảy qua rảnh khía tạo thành giữa hai tấm bản và đi ra hướng khác,trong khi nước hoặc tác nhân làm lạnh chảy theo chiều ngược lại, theo các rãnh tiếp theo của tấm bản, đảm bảo dòng chảy thay đổi hướng liên tục để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt. Nhiệt độ nước chảy qua khu vực một giảm từ 90o C xuống còn 45oC. Sau khi làm nguội sơ bộ,tác nhân làm lạnh tiếp tục là cồn và dịch nha được làm lạnh xuống nhiệt độ theo yêu cầu (8 – 10o) 2.6 Tank lên men [5] Hình 2.3: Tank lên men Cấu tạo: 75
GVHD: PGS.TS NGUYỄN XÍCH LIÊN SVTH: LÊ TRỌNG HIỆN Thiết bị lên men gia tốc có than hình trụ đứng,đáy côn được chế tạo từ thép CT3 không rỉ dày 10mm (mặt bên trong nhẵn) chịu được áp suất 3 kg/m2.Thiết bị có 3 áo lạnh được chế tạo từ các ống xoắn bao quanh than thiết bị để làm lạnh cục bộ dịch lên men.Phần trên của tank có cửa để dẫn nước rữa thiết bị. Toàn bộ thiết bị được lọc lớp bảo ôn dày 5cm bằng vật liệu cách nhiệt và bên ngoài cũng được bao bọc bằng lá kim loại (lớp bão ôn lạnh) Trong thiết bị có ống dẫn dịch đường, khí CO2, nước rửa,chất tải nhiệt,để kiểm tra và điều chỉnh nhiệt độ ,dụng cụ đo mức giới hạn.Trong cơ cấu thiết bị còn có van thủy lực để thải khí,CO2,sinh ra trong quá trình lên men.  Nguyên lý hoạt động: Nước nha (đã được làm lạnh 8-10oC và sục khí oxy vô trùng với hàm lượng 6-8 mg/l) được bơm vào tank lên men theo đường ống, sau đó cho tiếp nấm men vào tank,tỉ lệ nấm men thích hợp cho quá trình lên men từ 15-20 triệu tế bào /ml thể tích nấm men. Cài đặt nhiệt độ cho áo lạnh ở 8oC trong thời gian lên men chính (5-6 ngày) và tiến hành đo độ đường mỗi ngày trong suốt thời gian lên men Lấy mẫu dịch lên men ở van,đồng hồ áp kế là 0,2 kg/cm2,trong suốt thời gian lên men chính ta tiến hành thu hồi CO2 ở van (5) đồng thời thu hồi nấm men cho tank khác. Cài nhiệt độ áo lạnh (3) hạ xuống từ 0 – 2oC để tiến hành lên men phụ,trong khi đó áp suất trong áp kế (4) là 1,2 – 1,5 kg/cm3. 76