Đề tài Nghiên cứu nhà máy bia vinaken

PHẦN 1 1.1. Lịch sử thành lập và phát triển nhà máy Hình 1.1. Nhà máy bia VINAKEN Đầu năm 2000, cùng với sự phát triển Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày càng nhiều khách hàng có nhu cầu thưởng thức những lọai bia có chất lượng. Trong đó, có một số khách hàng không nhỏ, sành điệu, quan tâm đặc biệt đến một lọai bia tươi Đức có chất lượng cao do nhà máy bia VinaKen sản xuất, với sự giám sát và đảm nhận của kỹ sư người Đức. Năm 2002 sau chuyến đi công tác bên Đức của ông Dương Vương Hải nảy sinh ý định sản xuất các lọai bia mà bên đó người ta sản xuất nổi tiếng như: bia đen, bia vàng, bia đỏ. Ông thấy nếu mang về sản xuất ở Việt Nam đó là một tiềm năng hấp dẫn đối với nền kinh tế đang phát triển ở nước ta. Khi ông về nước sau một thời gian xin giấy phép và mời các chuyên gia bên Đức tư vấn thì nhà máy ra đời. Nhà máy đã nấu những mẻ đầu tiên thử nghiệm tại Hoa Viên Điện Ảnh ở số 4 Phan Đình Giót phường 2 quận Tân Bình với sản lượng 1500L/ ngày. Cùng với sự ủng hộ nhiệt tình của giám đốc – đội ngũ cán bộ kỹ thuật quyết đưa một sản phẩm mới trên thị trường Việt nam. Và quyết tâm đưa thương hiệu mới này phải phát triển mạnh trong nước ta. Vì vậy, mà sau 3 năm sản xuất và học hỏi kinh nghiệm, nhà máy có sản phẩm trên thị trường với tên gọi là Big Man Beer. Mặt khác củng với sự phát triển của thương hiệu trên nhà máy không dừng lại ở đó mà nhà máy cũng đưa ra quyết định cho thêm sản phẩm mới là bia đóng chai, bia ly có tên cho sản phẩm mới là VinaKen. Sau một thời gian họat 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 30 nhà hàng BIG MAN và hơn 1000 đại lý VINAKEN như: Nhà hàng điện ảnh phường II – đường Phan Đình Giót – Quận Tân Bình, TPHCM. Nhà hàng điện ảnh Tân Phú 254 Lũy Bán Bích – P4 – quận Tân Phú – TPHCM. Nhà hàng Mãi Mãi – 11 Tôn Đức Thắng – quận 1 – TPHCM. Nhà hàng 350 Trường Chinh – quận Tân Bình – TPHCM. Thi trường trong nước: từ Hà Nội đến Cà Mau Thị trường nước ngoài: Campuchia 1.2. Địa điểm xây dựng Nhà máy xây dựng tại địa chỉ 32/21 ấp Tiền Lân, xã bà Điểm, huyện Hốc Môn, thành phố Hồ Chí Minh tại khu công nghiệp Bà Điểm với diện tích mặt bằng 5000 m2. Điện thoại: (08) 425 451 Fax: (08)4254520 Email: vinaken@hcm.fpt.vn Trụ sở chính: Địa chỉ: 362/71 Cộng Hòa, P. 13, Q . Tân Bình Tp. Hồ Chí Minh ĐT: (08)8100456 – 088104193 Fax: 84(08)8100456 1.3. Sơ đồ tổ chức, mặt bằng nhà máy 1.3.1. Sơ đồ tổ chức của nhà máy TỔ TBF TỔ LỌC TỔ LÊN MEN TỔ NẤU TỔ NGHIỀN PHÒNG KỸ THUẬT QUẢN ĐỐC PHÒNG KINH DOANH PHÒNG KẾ TOÁN PHÓ GIÁM ĐỐC KINH DOANH PHÓ GIÁM ĐỐC ĐIỀU HÀNH GIÁM ĐỐC Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức của nhà máy 1.4. Sản phẩm Hình 1.3. Bia BIGMAN Sản phẩm: Bia BIG MAN Thành phần: Nước, Đại Mạch, hoa bia Độ cồn: 4,8 % thể tích Dung tích: 2L – 5L Hình thức: lon Thị trường hệ thống BIG MAN BEER như: nhà hàng Hoa Viên – Điện ảnh, nhà hàng Phúc An Khang, nhà hàng FOREVER … Hình 1.4. Sản phẩm bia VINAKEN Sản phẩm: bia VINAKEN Thành phần: nước, malt, gạo, houblon Độ cồn: 5 – 6% thể tích Dung tích: 900 ml Hình thức: Chai nhựa trong (chai pet) Bao bì đóng gói: 12 chai/thùng giấy Phân phối: tại TPHCM và các tỉnh lân cận Hình 1.5. Sản phẩm bia vàng, bia đen Sản phẩm: Bia vàng, bia đen Thành phần: nước, malt, gạo, houblon Độ cồn: 4,6 – 5% thể tích Dung tích: 30 – 50 lít Hình thức: bock Phân phối: Tại các nhà hang Hình 1.6. Bia BIGKEN Sản phẩm: BIG KEN Thành phần: nước, Malt, gạo, houblon Độ cồn: 4 – 5% thể tích Dung tích: 330 ml Hình thức: Chai thủy tinh, màu xanh Bao gói: 24 chai/ thùng xốp Phân phối: tại TPHCM và các tỉnh lân cận. Sản phẩm: Bia hơi Thành phần: Nước, malt, gạo, houblon Độ cồn: <4 % thể tích Phân phối: TPHCM và các tỉnh lân cận 1.5. An toàn lao động và phòng cháy chữa cháy 1.5.1 An toàn lao động Các công nhân vận hành máy móc được hướng dẫn các thao tác và vận hành thiết bị có nhiều kinh nghiệm và khả năng thích ứng cao trong mọi trường hợp, làm việc tuân thủ theo nguyên tắc nghiêm ngặt. Mọi thông tin được ban quản lý điều hành theo đúng qui định dựa trên một quá trình nghiên cứu kĩ lưỡng và được ghi chép một cách cẩn thận để thuận tiện cho quá trình kiểm tra và khắc phục. Ở mỗi thiết bị niêm yết các hướng dẫn vận hành, mọi sự cố đều được các chuyên gia xử lý kip thời, nhanh chóng đảm bảo tiến độ của sản xuất và an toàn. Các máy móc được kiểm tra định kì. Các hóa chất sử dụng trong nhà máy đều được dán nhãn khoa học, tránh sự nhầm lẫn trong khi sử dụng. Hệ thống mặt bằng được bố trí một cách khoa học nên giảm được sức lao động cũng như nguồn năng lượng của nhà máy, bên cạnh đó đã giảm được ảnh hưởng qua lại lẫn nhau. 1.5.2. Phòng cháy chữa cháy Các công nhân được huấn luyện về công tác phòng cháy chữa cháy, luôn chú trọng nâng cao ý thức của người công nhân về vấn đề này. Hệ thống được bố trí hợp lý, an toàn bằng hệ thống cầu dao dùng rơle tự động, giảm thiểu tới mức tối đa việc sử dụng lửa trong nhà máy. Bên cạnh đó còn bố trí các bình chữa cháy ở các bộ phận sản xuất và ý thức cao của toàn bộ công nhận viên trong nhà máy. Trong quá trình sản xuất tập trung vào mục đích an toàn, vệ sinh và chất lượng. Để đảm bảo an toàn tài sản, tính mạng của mỗi người và trật tự an ninh chung. Giám đốc nhà máy bia Vinaken qui định việc phòng cháy chữa cháy như sau: Điều 1: Việc PCCC là nhiệm vụ của mỗi nhân viên, mỗi công nhân viên phải tích cực đề phòng không để nạn cháy xẩy ra. Đồn thời phải luôn chuẩn bị sẵn sàng để khi cần chữa cháy kịp thời và có hiệu quả. Điều 2: Nghiêm cấm công nhân viên và khách hàng không được hút thuốc trong khu vực xưởng và nhà kho, không được dùng lửa trần và hàn trong khu vực thành phẩm, xưởng sản xuất. Điều 3: Đối với xưởng sản xuất, công nhân phải làm vệ sinh công nghiệp, không để các chất dễ cháy bám trên thiết bị máy móc và hệ thồng dây dẫn điện. Dọc theo hành lang xưởng không để hàng hóa làm cản trở lối thoát hiểm. Điểu 4: Sử dụng điện an toàn, có phích cắm, các mối dây điện có băng keo. Không dung giấy bạc thay cầu chì. Điều 5: Phải bảo trì tốt thiết bị máy móc, vệ sinh công nghiệp hàng ngày. Điều 6: Sắp xếp nguyên vật liệu, hàng hóa trong kho và các khu vực tập kết vật tư phải đảm bảo các quy cách an toàn. Xếp thành từng lô, từng loại hàng theo thứ tự, chừa lối đi lại theo qui định. Sắp xếp hàng hóa cách xa thiết bị điện theo yêu cầu. Điều 7: Dụng cụ PCCC phải thường xuyên kiểm tra và bảo quản tốt. bố trí ở những nơi thích hợp dễ thấy, dễ lấy. cấm sử dụng vào các việc khác. Điều 8: Lực lượng PCCC của nhà máy được phân công thường xuyên kiểm tra phát hiện mọi sơ hở có khả năng gây cháy. Xử lý kịp thời báo cáo cho cán bộ lãnh đạo để xử lý ngay. Ngăn chặn khả năng gây cháy. Điều 9: Trong từng trường hợp cúp điện không dùng đèn dầu, phải dùng đèn pin ở những khu vực có xăng, các chất dễ cháy. Điều 10: Những qui định trên CB – CNV phải chấp hànhh đúng. 1.6. Xử lý nước thải nhà máy 1.6.1. Thành phần, tính chất nước thải sản xuất bia Nước thải từ quá trình sản xuất bia có thành phần, tính chất và nhiệt độ không ổn định, phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau như: nước làm lạnh, nước ngưng tụ, nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng nấu, bể chứa, đường ống, sàn nhà,… nước thải từ bồn lên men, nước rửa chai,…. Trong đó đáng chú ý: + Nước từ công đoạn rửa ở bộ phận nấu – đường hóa: chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, bồn lên men,… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột và các hợp chất hữu cơ nên có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ rất cao. + Nước rửa chai: có độ pH cao, đây là dòng thải có độ ô nhiễm cao. Nhìn chung, nước thải công nghiệp sản xuất bia bị ô nhiễm hữu cơ cao. Tỉ số BOD5/COD cao, hàm lượng dinh dưỡng N, P rất cao, thuận lợi cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học. PHẦN 2. 2.1. Tổng quan về bia 2.1.1. Khái niệm Bia (từ tiếng Pháp: bière : Anh: beer hoặc Đức: bier) nói một cách tổng thể, là một loại đồ uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Dung dịch đường không bị lên men thu được từ quá trình ngâm nước gọi là hèm bia hay "nước ủ bia". Hạt ngũ cốc, thông thường là lúa mạch được ủ thành mạch nha. Các đồ uống chứa cồn được làm từ sự lên men đường có trong các nguồn không phải ngũ cốc chẳng hạn nước hoa quả hay mật ong nói chung không được gọi là "bia", mặc dù chúng cũng được sản xuất từ cùng một loại men bia-dựa trên các phản ứng hóa sinh học. Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác. 2.1.2. Lịch sử Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 trước công nguyên và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia) Giống như phần lớn các chất chứa đường khác có thể bị lên men một cách tự nhiên, rất có thể là các đồ uống tương tự như bia đã được phát minh một cách độc lập giữa các nền văn minh trên toàn thế giới. Việc kiểm định hóa học các bình gốm cổ phát hiện ra rằng bia (tương tự như rượu vang) đã được sản xuất khoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran và là một trong số các công nghệ sinh học đã biết, trong đó các quy trình sinh học của sự lên men được áp dụng. Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới, trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia. Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ IX, văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia." Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình. Vào thế kỷ XIV và XV, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn.[9] Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cái gọi là bia không cồn. 2.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất 2.2.1. Nước Nước rất cần thiết cho sự sống, là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất. Trong điều kiện bình thường nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị. Khi hoá rắn nó có thể tồn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau. Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất Tính chất vật lí: Khối lượng phân tử: 18 ĐVC Khối lượng riêng : 1g/ml ( ở 00C, 1atm) Nhiệt độ sôi: 1000C 2.2.1.1. Giới thiệu chung về nước 2.2.1.1.1. Nguồn nước Trong tự nhiên nước được phân làm 3 nguồn chính là: Nước bề mặt, nước mưa và nước ngầm. 2.2.1.1.2. Vai trò của nước trong công nghệ sản xuất bia Nước tham gia trực tiếp vào qui trình công nghệ bia như: ngâm đại mạch, nấu malt, lọc dịch nha, lên men, trong công đoạn chiết rót, tạo nên sản phẩm cuối cùng. Có thể nói nước là công nghệ chính để sản xuất bia, do trong bia có hàm lượng nước chiếm đến 90- 92% trọng lượng bia. Thành phần và hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn đến qui trình công nghệ và chất lượng bia thành phẩm. Nước công nghệ được sử dụng trong qui trình nấu malt, nấu gạo, rữa bã, ngâm đại mạch. 2.2.1.2. Các phương pháp sử lí nước Lắng trong và lọc cơ học: Thông thường ta cho nước chảy vào các bể chứa nước lớn và cho chảy ra với vận tốc nhỏ, chậm hoặc lọc qua cát. Nếu nước chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dạng keo thì dùng chất dễ kết tủa Al2(SO4) hay FeCl3. Phương pháp làm mềm nước Phương pháp nhiệt: Đun nóng nước hạ độ cứng tạm thời. Phương pháp nguội: Dựa trên cơ sở chuyển các bicacbonac (Ca và Mg) về các cacbonac tương ứng với dịch Ca(OH)2 bõa hòa. Phương pháp trung hòa bằng dịch acid: Trong nấu bia ta thường dùng aicd lactic, acid này sẽ chuyển bicacbonac (Ca và Mg) về những lactat tương ứng. Phương pháp trao đổi ion: Đây là phương pháp tiến bộ có hiệu quả cao Sát trùng nước để rửa nấm men và thiết bị Phương pháp lý học: Nước được lọc qua màng siêu lọc, rất hiệu quả song rất đắt tiền. Phương pháp hóa lý: Dùng tia quang tuyến chiếu qua nước, diệt khuẩn, hiệu quả cao, không gây mùi cho nước. Phương pháp hóa học: + Phương pháp chlo hóa: Cl2 + 2H2O = 2HCl + HClO HClO = HCl + O nguyên tử. Oxy nguyên tử có khả năng diệt khuẩn rất mạnh. + Phương pháp ozon hóa: Liều từ 1-2 g/m3 diệt hầu hết vi sinh vật có trong nước. Dùng dòng điện có điện thế lớn và tần số cao đi qua không khí, O2 sẽ chuyển về O sau đó sục vào nước. 2.2.2. Malt đại mạch Malt đại mạch là hạt đại mạch được nảy mần trong điều kiện nhân tạo. Malt là nguyên liệu truyền thống, thiết yếu không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia. Qua quá trình nảy mầm một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích trữ trong hạt đại mạch như: enzyme amylase, enzyme protease. Các enzyme này là những nhân tố thực hiện việc chuyển các chất trong thành phần hạt đại mạch thành nguồn dinh dưỡng mà nấm men có thể sử dụng để tạo thành sản phẩm bia. 2.2.2.1. Giới thiệu chung về malt đại mạch 2.2.2.1.1. Phân loại malt Theo mục đích sử dụng đại mạch được chia thành 2 nhóm: Đại mạch 2 hàng và đại mạch đa hàng : a. b. Hình 2.1. Cây đại mạch (a- đại mạch hai hàng, b- đại mạch đa hàng) a. b. Hình 2.2. Hạt malt (a- malt vàng, b- malt đen) Trong công nghiệp: Dùng đại mạch để sản xuất bia hoặc các ngành thực phẩm khác sử dụng đại mạch thường dùng giống đại mạch 2 hàng (gọi là Hordeum Distichum). Trong nông nghiệp: Dùng chăn nuôi hoặc chế biến các loại thức ăn cho gia súc, gia cầm…Thường dùng giống đại mạch nhiều hàng (gọi là Hordeum Polystychum). 2.2.2.1.2. Vai trò của malt đối với công nghệ sản xuất bia Sản lượng đại mạch hàng năm trên thế giới khoảng 135 triệu tấn. Trong đó, 21 triệu tấn được dùng để tạo ra 17 triệu tấn malt phục vụ cho nhu cầu của thế giới. Trong số này 94% dùng để sản xuất 1,6 tỉ lít bia hàng năm, 4% để sản xuất rượu trưng cất, 2% dùng để sản xuất giấm. Malt là một loại bán thành phẩm và giàu chất dinh dưỡng, có hệ enzyme đặc biệt phong phú, chủ yếu là amylase và protease. 2.2.2.1.3. Một số đặc tính của malt đại mạch Đặc tình thực vật: Đại mạch gồm gieo trồng (Hordeum sativum-jessen) thuộc nhóm thực vật có hạt (Spermophyta), phân nhóm bí tử (Angiospermae), lớp một lá mần (Monocotyledonae), họ lúa mỳ (Grainae). Đại mạch gieo trồng là loại thực vật một năm. Chúng được chia thành hai nhóm: Đại mạch mùa đông (gieo hạt mùa đông, thu hoạch vào mùa hè) và đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu hoạch vào mùa thu). Chu kỳ sinh trưởng của đại mạch thông thường là 100-120 ngày. Cấu tạo của hạt malt đại mạch: Hình 2.3. Cấu tạo hạt đại mạch Gồm 3 bộ phận chính: Vỏ hạt, phôi và nội nhủ. - Vỏ hạt (Hull): Vỏ hạt chia thành 3 bộ phận chính: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ aloron. Phần này thường chiếm từ 8-15% trọng lượng hạt. - Phôi (Grows): Là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi thường chiếm từ 2,5-5% trọng lượng hạt. Trong phôi có từ 37-50% chất khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5-6% đường saccharose, 7-7,5% pentose, 6-6,5% chất tro và một số ít thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít. - Nội nhũ (Endosperm): Chiếm từ 45-68% trọng lượng hạt. Phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của hạt đại mạch trong sản xuất bia. Thành phần chính trong nội nhũ là hạt tinh bột hình tròn, có kích thước rất lớn (từ 20-30µ) hoặc rất bé (từ 2-10µ). Rất ít những hạt có kích thước trung bình. Nếu hàm lượng protein trong đại mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ. Tinh bột đại mạch có nhiệt độ hồ hóa là 75-800C. Tính chất này cần phải lưu ý khi nấu bia. Tinh bột đã qua hồ hóa thì khi đường hóa sẽ nhanh và thuận lợi hơn. Những hạt tinh bột, ngoài thành phần là tinh bột, còn chứa một số tạp chất khác như: Nitơ 0,5-1,5%, tro 0,2-0,7%, acid béo 0,6%. 2.2.2.2. Thành phần hóa học của malt đại mạch Thành phần hóa học của malt rất phức tạp: phụ thuộc vào giống, nguồn đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. Sau đây là một số thành phần quan trọng của malt ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất bia. 2.2.2.2.1. Nước Nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt, hàm ẩm của hạt cao làm cho quá trình hô hấp và tự đốt nóng của hạt tăng. Đây là nhân tố làm tổn hao chất khô của hạt trong quá trình bảo quản. Mặt khác, lượng nước có trong hạt là điều kiện cho vi sinh vật phát triển. Vì vậy hàm ẩm tối đa cho phép bảo quản hạt là: 13%. 2.2.2.2.2. Glucide Gồm 4 nhóm: Monosaccharid bao gồm: glucose, fructose với công thức tổng quát C6H12O6 và xitose (C5H10O5) Disaccharid chủ yếu là saccharid và mantose với công thức tổng quát C12H22O11 Trisaccharid: Chiếm nhiều nhất trong thành phần glucid của hạt đại mạch, chủ yếu là tinh bột, cellulose, hemicellulusose, pentozose, amilan và các hợp chất dạng keo. Trong đó tinh bột và hemicellulusose có vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Tinh bột Là cấu tử chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như ý nghĩa trong công nghệ sản xuất bia. Trong công nghệ sản xuất bia, tinh bột có 2 chức năng: Là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi. Nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men. Tinh bột được phân bố chủ yếu ở một nội nhũ và một phần ít ở phôi, tồn tại dưới dạng những khối lập thể, kích thước khá bé. Hạt tinh bột của đại mạch có 2 kích cỡ: Hạt to: Dạng hình cầu hay hình ovan, đường kính 20-30µm. Hạt bé: Hình cầu hay hình que, kích thước khoảng 2-10µm. Các chỉ số lý học của tinh bột: Tỉ trọng: 1,5-1,6 Nhiệt lượng riêng: 0,27 Kcal/Kg0C Dễ dàng kết lắng bằng nước. Tinh bột không tan trong nước lạnh và các dung môi hữu cơ trung tính nhưng có khả năng hút nước và trương nở rất lớn. Tùy vào từng loại tinh bột mà điểm hồ hóa (là nhiệt độ mà hệ số trương nở và độ nhớt của tinh bột đạt giá trị lớn nhất) khác nhau: Ngô và đại mạch: 800C Gạo: 750C Khoai tây: 650C Tính hồ hóa của tinh bột có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất bia, tinh bột được hồ hóa sẽ đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn. Tinh bột gồm 2 polysacharid: amylose và amylosepectin Amylose: Chiếm 17-24% trọng lượng tinh bột, là một polymer ở dạng xoắn thẳng, gồm 60-600 gốc glucose được nối với nhau qua cầu oxy α – 1,4- glucocid. Amylosepectin: Chiếm từ 76-83% trọng lượng tinh bột, là một polymer ở dạng xoắn nhánh, gồm khoảng 2000 gốc glucose được nối với nhau qua cầu oxy α -1,4-glucocid ở mạch chính và α -1,6-glucocid ở mạch nhánh. Cellulose Được phân bố chủ yếu ở trấu, chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử cellulose 2000-10000 gốc đường glucose sắp xếp thành mạch dài xoắn lại thành từng chùm vì vậy cấu trúc chúng rất dai và khó bị phân cắt trong môi trường bình thường. Cellulose 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 Là thành phần chủ yếu tạo nên tế bào và là một phức hệ gồm pentose, hexose, và acid uronic. Hemixellulose bị thủy phân tạo thành hexose và pentose dưới tác dụng của enzyme sitaza. Các đường đơn trên sẽ hòa tan bền vững vào dịch đường tạo thành chất chiết là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho nấm lên men phát triển. Các hợp chất pectin và chất dạng keo Các hợp chất pectin được phân bố ở thành tế bào tạo ra màng trung gian, chiếm nhiều nhất là proteinpectin. Các chất dạng keo khi hòa tan trong 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 các đường đơn như galactose và xitose. Sự tồn tại của hợp chất pectin và chất dạng keo này trong dịch đường một mặt làm tăng vị đậm và có khả năng tạo và giữ bọt của bia thành phẩm, mặt khác chúng làm cho dịch có độ nhớt cao gây khó khăn trong quá trình 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 saccharose (108% chất khô của hạt), được phân bố nhiều ở phôi (chiếm 5,5% tổng các chất trong phôi hạt). Lượng glucose và fructose trong đại mạch là không đáng kể: 0,3-0,4%. Các loại đường đơn giản tuy không nhiều nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của phôi hạt đặc biệt giai đoạn ươm mầm. 2.2.2.2.3. Các hợp chất nitơ Chiếm hàm lượng 9-11% so với lượng chất khô của hạt. Tồn tại dưới dạng cao phân tử, một phần nhỏ dưới dạng thấp phân tử dể hòa tan và có tính chất khác với nhóm cao phân tử “phi protid’’. Protid Khối lượng và chất lượng protid trong đại mạch có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Tùy protid chỉ chiếm một tỷ lệ khá nhỏ (4-5%) song chúng lại tham gia tích cực trong quá trình công nghệ và góp phần quyết định chất lượng của sản phẩm. Quá trình phân giải protid dưới tác dụng của enzyme là một trong những quá trình quan trọng nhất, những sản phẩm của sự phân giải thường có phân tử lượng thấp hơn, chúng sẽ tham gia vào sự tác dụng tương hỗ với những thành phần khác, đặc biệt trong trường hợp này là sự tạo thành melanoit – chất gây cho bia có mùi thơm, vị ngọt và khả năng tạo bọt của bia về sau. Trong đại mạch có cả protid đơn giản (protein) protid phức tạp (proteit) Protid đơn giản: Có các đại diện tiêu biểu là leucosin, edectin, hordein và glutein. Trong đó: + Leucosin: Không tan trong nước, có nhiệt độ kết tủa 590C và dễ tách khỏi dịch đường. + Edictin: Không tan trong nước lã, nhiệt độ bắt đầu kết tủa >900C, khó tách ra khỏi dịch đường, là một trong những yếu tố gây đục bia. + Hordein: Không tan trong nước nhưng tan trong dung dịch acid hay kiềm. Hàm lượng chiếm 3,5-3,7% trong lượng chất khô của hạt đại mạch. + Glutelin: Chiếm khoảng 3% chất khô của hạt đại mạch, thường bị thải cùng bã malt khi nấu. Protid phức tạp: Dưới dạng liên kết giữa protid và những chất phi protid khác nhau, điển hình là Nucleoprotid, Lipoprotid và Glucoprotid, chúng kém hòa tan và hòa tan không bền vững song lại khó bỏ ra khỏi dịch đường. Acid amin tự do: 0,1% so với lượng chất khô, tuy ít song tác dụng của chúng là rất lớn, chúng cung cấp cho nấm men phát triển đồng thời là tác nhân chính tạo melanoid ở thời kỳ sấy malt. 2.2.2.2.4. Các hợp chất không chứa nitơ Gồm các hộ chất hữu cơ và vô cơ nhưng không chứa nitơ và dễ hòa tan trong 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 phần lớn những hợp chất hòa tan tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất catechin (nhóm flavornoid) các hợp chất này kết hợp với protid cao phân tử tạo phức chất dể kết lắng làm tăng độ bền keo của sản phẩm, đây là đặc tính có giá trị cao trong công nghệ sản xuất. Nhưng cũng chính hợp chất này là nhân tố làm xấu đi hương và vị đắng của bia. 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 chất tập trung chủ yếu ở vỏ 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 canxi và magie với acid inozit-photphoric C6H6O6(H2PO3)6 tập trung chủ yếu ở vỏ: 0,9% chất khô của vỏ, khi bị thủy phân sẻ tạo nên inozit và acid phosphorid, đây là nguồn cung cấp photpho cho nấm men, thêm vào đó chính fitin làm tăng độ chua cho dịch cháo ở giai đoạn đường hóa. Vitamin: Chủ yếu là vitamin nhóm B ( B1, B2, B6 ) và vitamin C, PP2, tiền vitamin A,E, acid pantotenic, biotin, acid pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác. Chất khoáng: P2O5 , SiO2 , K2O, MgO, CaO , Na2O, SO32-, Fe2O3,Cl. 2.2.2.2.5. Chất béo và lipid Hàm lượng chất béo và lipid chiếm 2,5-3% hàm lượng khô của hạt, tập trung chủ yếu ở phôi và lớp aloron. Những dầu 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 Chất béo và lipid là nguyên nhân làm giảm độ bền keo của bia thành phẩm. 2.2.2.2.6. Enzyme Bản chất của enzyme cũng là protein. Chúng tham gia xúc tác các phản ứng hóa sinh trong hạt đại mạch. Trong hạt luôn có hai nhóm enzyme chính: Nhóm enzyme xúc tác cho quá trình oxy hóa khử: Chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng của tế bào sống khi hạt hô hấp hoặc phân hủy hiếm khí các glucid. Ở giai đoạn đầu của việc tạo malt chúng tăng cường hoạt động nhanh, trong quá trình sấy malt chúng hầu như bị phá hủy. Nhóm enzyme thủy phân: Có ba nhóm Nhóm enzyme thủy phân các hợp chất glucid: Diastase thủy phân các glucid có mạch polyme tương đối đơn giản như tinh bột. Sitase thủy phân các glucid có mạch polyme phức tạp hơn như hemixenlulose. Nhóm enzyme thủy phân protid: Trong nhóm này tiêu biểu có Proteinase xúc tác chuyển protid thành albumose và pepton. Peptiddase chuyển polypeptid và peptid thành acid amin. Amidase tác dụng deamin hóa các acid amin tạo thành các acid hữu cơ và vô cơ, đồng thời phá vỡ các mối liên kết amin (-CO-NH-) của các muối amin. Nhóm enzyme esterase: Tham gia làm vỡ các mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ với nhau hoặc giữa hợp chất hữu cơ và vô cơ. Tiêu điểm có lipase thủy phân este của glycerin và một số loại rượu với các acid béo bậc cao. 2.2.3. Houblon và chế phẩm houblon 2.2.3.1. Giới thiệu chung về hoa houblon Các nguyên cứu cho thấy rằng bia đã được sản xuất từ những năm 70 trước công nguyên bởi người Babylon nhưng trong công nghệ sản xuất sơ khai ấy, hoa houblon chưa được sử dụng. Trong các tài liệu ghi chép lại, hoa houblon bắt đầu được sử dụng trong sản xuất bia tại Đức và Cộng Hòa Séc thời gian từ năm 1000-1200 và nước Anh sử dụng vào thế kỷ XIV. Hiện nay houblon được trồng rất rộng rãi cả Nam và Bắc bán cầu, để thành công trong việc trồng cây houblon cần phải đạt yêu cầu cả mặt kỹ thuật và điều kiện khí hậu. 2.2.3.2. Vai trò của houblon đối với công nghệ sản xuất bia Tên khoa học: Homalus Lupulus. Trong công nghệ sản xuất bia, houblon còn được gọi với tên gọi khác là hoa bia. Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản và là nguồn nguyên liệu chính không thể thay thế trong công nghệ sản xuất bia vì nó góp phần tạo mùi thơm, vị đặc trưng cho bia, houblon làm trong bia nhờ khả năng tạo bọt kết tủa protein, tăng độ bền sinh học của bia nhờ các chất kháng khuẩn, tăng khả năng giữ bọt cho bia thành phẩm. Ngoài ra, hoa houblon còn có tác dụng như một chất xúc tác làm giảm pH cho dịch đường (nhờ thành phần các acid đắng có trong hoa). Tạo pH phù hợp cho quá trình lên men. 2.2.3.3. Cấu tạo hoa houblon Houblon thuộc họ dây leo, sống lâu năm (30-40 năm), chiều cao trung bình từ 10-15m. Hoa houblon có hoa đực và cái trên một cây. Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn, hoa đực không dùng vì lượng lupulin và chất đắng rất thấp. Cấu tạo của hoa gồm: Cuống hoa, cánh hoa và phấn hoa. Trong đó, cánh hoa chiếm 66-67%, cuống hoa chiếm 12-14%, phấn hoa chiếm 19-20% trọng lượng của hoa. Hoa có hình quả trứng, dài từ 3- 4 cm, khi chín có màu vàng đến vàng ong. 2.2.3.4.Thành phần hóa học của houblon Bảng 2.1. Thành phần hóa học của hoa houblon Thành phần Tỷ lệ Thành phần Tỷ lệ Nước 10,0 Acid amin 0,1 Tổng Chất Đắng 15,0 Protein 15,0 Tinh Dầu Phấn 0,5,0 Chất béo 3,0 Tanin 4,0 Tro 8,0 Đường Khử 2,0 Pectin 2,0 Xenlulose,lignin và những chất còn lại 40 Trong thành phần trên, các hợp chất đắng, tinh dầu phấn hoa đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Ngoài ra, các thành phần khác như tanin, protein, đường khử cũng có ý nghĩa nhất định trong các bước công nghệ. - Chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon, tạo vị đắng đặc trưng, tham gia vào sự tạo thành bọt và giúp bảo quản bia được lâu Chất chát tannin: Hàm lượng trung bình khoảng 4% trọng lượng hoa, tanin có vai trò nhất định trong quá trình công nghệ, từ đó ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến chất lượng bia. Hoa houblon bắt đầu chín thì hàm lượng tanin trong hoa cũng bắt đầu giảm. Tồn tại trong hoa như những hạt bụi màu xám, dễ dàng hòa tan trong nước nóng, acetone, etanol, methanol. - Tinh dầu Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm từ 0,17-0,65% trọng lượng hoa, chủ yếu thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và một phần là các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O). 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 tinh dầu có nhóm – OH dễ tác dụng với các thành phần acid béo thành những este phức tạp. Trong quá trình bảo quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn đến thay đổi tính chất gây thơm có hại cho bia. Trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon, đại bộ phận những cấu tử gây hương đều bay hơi hết, song một số cấu tử khác lại biến đổi hình thành những sản phẩm mới bền hương hơn tồn tại trong bia. 2.2.3.4. các dạng hoa houblon trên thị trường Trên thị trường hiện nay phổ biến ba dạng hoa houblon: dạng cánh hoa khô, dạng viên, và dạng cao trích ly. a. b. Hình 2.4. Hoa houblon (a- hoa houblon, b- houblon dạng viên) Dạng cánh hoa khô: Hoa đã được sấy khô đến độ ẩm < 13%, sau đó được ép chặt thành bánh, bọc kín trong các loại giấy đặc biệt mà không khí không thẩm tích qua được, đồng thời có thể nạp thêm khí trơ để ngăn tối đa tình trạng giảm chất lượng trong quá trình bảo quản. Dạng hoa houblon hạt, viên: Để thuận lợi cho vận chuyển và bảo quản, ta có thể nghiền nát hoa khô thành dạng bột, sau đó cho vào máy ép viên định hình để thu gom thể khối chúng lại, gói kín những viên houblon này trong các bọc giấy đặc biệt có nạp thêm khí trơ giống như cánh hoa. Dạng hoa cao trích ly: Dùng dung môi hữu cơ như hecxan, methanol, metylen chlorit hoặc tricloetylen để trích ly chất đắng trong hoa ra dung môi, sau đó bằng biện pháp thích hợp tách dung môi sẽ thu được dung dịch cao houblon sệt có màu xanh lá cây đậm. Giá trị hoa houblon trong công nghiệp căn cứ vào tổng hợp chất đắng, tinh dầu và tanin có trong hoa. Đối với chất đắng thường dựa vào phần α - acid đắng (tính theo % trọng lượng hoa). 2.2.4. Nấm men Nấm men là vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyse có hình cầu hoặc hình elip, kích thước 6- 9 µm. Sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi, phân cách hoặc tạo bào tử. Nấm men phát triển tốt ở nhiệt độ 8- 250C. Vai trò của nấm men trong sản suất bia Là một tác phẩm cần thiết không thể thiếu được trong quá trình lên men bia. Chuyển hóa cơ chất trong dịch đường thành các sản phẩm chính (rượu etylic và CO2) và các sản phẩm phụ (aldehid, rượu bậc cao…) tồn tại trong bia sau này. Các đặc tính cơ bản về nấm men bia Nấm men là cá thể đơn bào có cấu tạo tương đối phức tạp và không có khả năng quang hợp. Sinh sản bằng phương pháp nảy chồi hoặc tự phân đôi tế bào. Nấm men dùng cho sản xuất bia thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hòa tan, hợp chất nitơ (acid amin, peptid) vitamin các nguyên tố vi lượng… qua màng tế bào. Nấm men là loại hô hấp tùy tiện, sự tạo thành rượu theo cơ chế emben- Mayerhof- Parnas (hay còn gọi là quá trình đương phân glycolytic) theo cơ chế này thì 1g glucose sẽ tạo ra 0,51g rượu etylic và 0,49g CO2 trên thực tế một phần glucose tiêu tốn cho quá trình tăng sinh khối nên 1g glucose chỉ tạo ra 0,46g rượu etylic và 0,44g CO2. Hiện nay nấm men bia có 2 loại chính là S.carlsbergensis (chủng lên men chìm) và S.cereviceae xét về mặt hình thái thì giữa chúng không có gì khác nhau, nhưng xét về mặt đặc điểm sinh hóa giữa chúng có sự khác nhau, dựa vào năng lực lên men đường disaccharit melibiose của chúng. Ở loài S. carlsbergensis có chứa gen MEL các gen này tạo ra enzyme ngoại bào là α galactodase (melibiase) có khả năng chuyển hóa đường melibiose (gồm có đường glucose và galactose) trong khi đó S.cereviae không có chứa gen MEL do đó không có khả năng chuyển hóa đường melibiose. Cũng có thể dựa vào nhiệt độ để phân biệt sự khác nhau giữa chúng, chủng lên men nổi có thể phát triển ở nhiệt độ 370C, còn chủng lên men chìm thì không thể lên men ở nhiệt độ này. Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống: Chủng nấm men chìm lên men ở nhiệt độ 7- 150C ở nhiệt độ 00C nấm men chìm vẫn hoạt động. Sau khi lên men xong các tế bào nấm men kết lại và lắng xuống đáy. Chủng nấm men nổi lên ở nhiệt độ 18- 220C, ở nhiệt độ dưới 100C hoạt tính nấm men giảm mạnh. Sau khi lên men xong các tế bào nấm men kết thành chùm bị hấp thu vào khí CO2 và nổi lên trên bề mặt. Hình thái nấm men Tế bào nấm men có kích thước rất bé (5- 10µ) nên không thể quan sát tế bào nấm men bằng mắt thường. Muốn thấy được phải quan sát dưới kính hiển vi. Tế bào nấm men có hình ô van, màu trắng ngà. Để nhận biết tế bào già hay tế bào con dựa vào sẹo chồi, nếu tế bào có quá nhiều sẹo chồi thì chứng tỏ tế bào đó đã già, nếu tế bào không có hoặc có ít sẹo chồi thì tế bào đó vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Thành tế bào có cấu trúc bền cùng với chiều dài khoảng 25nm, chiếm khoảng 25% trọng lượng tế bào, thành tế bào được cấu tạo bởi hai thành phần chính là glucan và mannan, ngoài ra còn có chitin và một ít protein. Glucan là một polyme phức tạp của các tiểu phần đường glucose, mặc dù có cấu trúc không gian, nhưng glucan nằm chủ yếu mặt trong thành tế bào tiếp giáp màng nguyên sinh chất, glucan là thành phần chủ yếu cấu tạo nên thành tế bào, nên mất đi phần này thì thành tế bào sẽ bị phá hỏng hoàn toàn. Mannan là một polyme phức tạp của đường manose, chúng chủ yếu tập trung mặt ngoài của thành tế bào nhưng không phải là thành chủ yếu cấu tạo nên thành tế bào bởi vì khi loại bỏ phần này đi thì hình dạng của thành tế bào không biến đổi. Chitin là thành phần hydratcacbon lớn thứ ba thành tế bào, là một polyme của N acetyl glucosanmin, chitin nằm sát các vết sẹo chồi, chitin là thành phần tạo nên vòng xung quanh vết sẹo chồi. Protein chiếm khoảng 10% trọng lượng khô của thành té bào, ít nhất cũng có một số protein tồn tại đưới dạng một số enzyme có liên kết với thành tế bào.Ví dụ như glucanaza và mannaza là tác nhân gây sự mềm hóa ở thành tế bào để các chồi non có thể phát triển được. Trong số các enzyme invertase, alkalin photphotase và lipase thì invertase là enzyme có mang bản chất mannoprotein, thành phần mannan chiếm tới 50% và đóng vai trò quan trọng tạo nên sự bền vững của phân tử enzyme. Phần nhiều các protein còn lại trong thành tế bào kết hợp với mannan, điều này có thể do mannan là hợp chất đóng vai trò cấu trúc cũng như enzyme trong thành tế bào. Ngoài ra đặc tính kết chùm của tế bào cũng chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc mannoprotein của thành tế bào. 2.2.5. Thế liệu 2.2.5.1. Giới thiệu chung về thế liệu a. Vai trò của nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia Trong sản xuất bia, việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện chủ quan và khách quan, có thể nhằm các mục đích sau: Hạ giá thành sản phẩm Cải thiện một vài tính chất cảu sản phẩm Tạo ra chủng loại bia có các mức độ phẩm cấp chất lượng khác nhau Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng. b. Một số đặc tính của nguyên liệu thay thế Gạo: Về khả năng thay thế của malt đại mạch trong sản xuất bia thì gạo là loại ngũ cốc được dùng nhiều hơn cả. Gạo được sử dựng nhiều ở các nước Châu Á hoặc Vùng Trung Đông. Trong thành phần chất khô của gạo thì tinh bột chiếm 75%, 8% protein, 1-1,5% chất béo, 0,5- 0,8% cellulose, 1-1,2% chất khoáng. Hình 2.5. (a- cây lúa, b- gạo) Gạo được coi là một thế liệu hàng đầu trong sản xuất bia, do hàm lượng glucid và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô) Cũng giống như đại mạch, hạt thóc bao gồm các bộ phận: Vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt, lớp aloron, nội nhũ và phôi. Có thể sử dụng thóc để sản xuất bia sau khi đã ươm mầm. Khi tiến hành ươm mầm và đường hóa ta nên chú ý các đặc điểm sau: + Khối lượng vỏ của thóc nhiều, hàm lượng polyphenol cao, cho nên khi ngâm hạt nên sử dụng nước có độ cứng cacbonat cao. + Vỏ thóc dày, vì vậy thời gian ngâm kéo dài đến 3 ngày, ngâm ở nhiệt độ từ 12- 180C. + Đường hóa ở nhiệt độ 670C và dịch hóa ở 770C. Bắp: Sử dụng ở các nước Mỹ la tinh hoặc Châu phi. Đặc tính của hạt bắp là có phôi hạt khá lớn, chiếm khoảng 9- 15% trọng lượng của hạt vì vậy thành phần hóa học của bắp khác nhiều so với gạo và đại mạch, cụ thể tính theo % trọng lượng hạt: W=10-11, glucid = 66-70, protid =10-12, chất béo = 5-5,5, cellulose = 2-2,5, tro =1,5-2. Chất béo có trong phôi với hàm lượng khá cao (23-45% trọng lượng phôi) nên thường làm giảm chất lượng kỹ thuật cao của bia, giảm độ bền bột bia, khi bia bị oxy hóa thì cho mùi khó chịu. Do đó, khi dùng bắp làm thế liệu cần phải bỏ phôi cùng vỏ hạt. Tinh bột của bắp và gạo khá bền vững dưới tác dụng phân giải của enzyme amylase Gạo mì: Do đặc tính của gạo mì không có trấu như hạt đại mạch, mặt khác hàm lượng gluten quá cao, vì vậy muốn dùng gạo mì làm thế liệu cho malt đại mạch thường phải cho ươm mầm sẽ gây trở ngại cho quá trình lọc dịch đường và lọc bia, dịch khó trong theo yêu cầu. Đậu: hàm lượng tinh bột trong đậu không lớn, thường nhỏ hơn 40% trọng lượng. Vì vậy trong nấu bia người ta không sử dụng đậu với vai trò là nguyên liệu thay thế cho malt mà với ý nghĩa khác. Trong đậu chứa các glucozit có tính saponin, làm cho bia có khả năng tạo bọt mạnh. Trong đậu còn chứa các vitamin: A1, B1, B2, C, E, K, và các chất kích thích tăng trưởng đối với nấm men. Hàm lượng enzyme trong đậu cao hơn nhiều so với enzyme đại mạch. Đường saccharose: Được sử dụng như nguồn thế liệu cao cấp. Đưa trực tiếp dưới dạng tinh thể vào nồi đun sôi với hoa hoặc đưa vào dưới dạng siro trong quá trình chiết bia (đối với các loại bia ngọt). Đường glucose: dưới dạng bột tinh thể, thu được từ phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid. Trong thực tế rất ít dùng vì giá thành nguồn nguyên liệu này rất cao, không đáp ứng giá trị kinh tế. 2.2.6. Các chất phụ gia Trong công nghệ sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu được như đã trình bày như trên, người ta còn phải dùng đến nguyên liệu hoặc các hóa chất phụ. Tùy theo yêu cầu công nghệ mà mà sử dụng các chất với hàm lượng khác nhau. Tuy nhiên, ta gọi chung nhóm nguyên liệu này là chất phụ gia và chia thành 2 nhóm chính: + Nhóm phụ gia gián tiếp: Bao gồm tất cả các hóa chất được sử dụng trong qui trình công nghệ, song không được phép có trong thành phần sản phẩm. Ví dụ: các loại bột trợ lọc, các hóa chất dùng vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng như H2SO4, NaOH, KMnO4,… + Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả các nguyên liệu và hóa chất được phép có mặt trong thành phần sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ hàm lượng cho phép. Ví dụ: nhóm hóa chất sử lí độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nước nấu bia như CaCl2, Na2SO4, HCl….Nhóm hóa chất đưa vào ngăn chặn quá trình oxy hóa những thành phần như acid ascobic, H2O2,… PHẦN 3 3.1. Qui trình sản xuất Sản phẩm Malt lót Nghiền Gạo Xử lý CO2 Cặn Bột trợ lọc Thu hồi nấm men Nấm men Men Xử lý nấm men Thu hồi CO2 Cặn Caramen Cao houblon Cặn Làm lạnh Lên men chính Lên men phụ Lọc trong Bão hòa CO2 Đóng chai Dán nhãn Lắng trong Làm nguội Houblon hóa Lọc tách bã và rửa bã Đường hóa Hồ hóa Nghiền Dịch hóa Đạm hóa Malt Nước Thanh trùng Sơ đồ 3.1 Qui trình công nghệ sản xuất bia chai VINAKEN 3.2. Thuyết minh qui trình 3.2.1. Nghiền 3.2.1.1. mục đích, yêu cầu và cơ sở lý thuyết Mục đích của quá trình nghiền malt là: đập nhỏ hạt nguyên liệu thành nhiều mảnh để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu với nước, làm cho nước xâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình thủy phân diễn ra nhanh chóng và triệt để hơn. Yêu cầu: nghiền hạt malt sao phần nội nhủ dập nhỏ nhưng phần vỏ hạt giữ càng nguyên vẹn càng tốt nhằm tránh các chất như tanin, lignin hòa tan vào dịch bia và làm giảm chất lượng của bia thành phẩm. Mặt khác, lớp vỏ malt này có thể sử dụng như một chất trợ lọc, do cấu trúc vỏ chủ yếu là xenlulose nên khi lọc vỏ trấu được xếp cồng kềnh tạo thành mao quản nhằm giúp quá trình lọc bia tốt hơn. Cơ sở lý thuyết: cấu tạo của hạt malt gồm vỏ và nôi nhủ. Hai hợp phần này khác nhau về thành phần, tính chất vật lý, cơ lý, hóa học và cũng khác nhau chức năng và vai trò trong công nghệ sản xuất dịch đường. Vỏ của hạt: cấu tạo chủ yếu từ xenlulose, lignin, các hợp chất polyphenol, chất khoáng chất màu, chất đắng và một ít pentozan. Xellulose là hợp chất không hòa tan trong nước và không bị thay đổi cấu trúc dưới tác dụng của enyme amylase, protease trong quá trình thủy phân; các chất còn lại ảnh hưởng trực tiếp đến dịch đường, làm cho dịch đường có vị đắng chát khó chịu. Nếu nghiền vỏ hạt càng mịn lượng chất đắng chát trích ly vào dịch đường càng nhiều. Vỏ trấu cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lọc trong. Nếu kích thước càng mịn sẽ gây bít các mao quản khiến cho quá trình lọc trở nên khó khăn hơn. Nội nhũ: Nội nhũ của malt chủ yếu gồm: tinh bột, dextrin, đường, protein. Các hợp phần này trong quá trình đường hóa dưới tác dụng của enzyme sẽ chuyển thành các hớp chất có phân tử lượng bé, dễ hòa tan và là nguồn thức ăn chính cho nấm mốc trong quá trình lên men. Vì vậy, quá trình thực hiện sao cho phần nội nhũ được nghiền nhỏ. 3.2.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị nghiền a. Thiết bị nghiền malt: Hệ thống cấu tạo như hình vẽ. Rulô nghiền được chế tạo bằng thép hoặc gang, mặt nhẵn. Có 2 phương pháp nghiền malt là nghiền khô và nghiền ướt. Cấu tạo thiết bị nghiền malt 1. Phểu tiếp liệu 2. Tấm gạt kim loại3. Trục nghiền4. Vỏ máy5. Vít hiệu chỉnh6. Motor7. Cửa tháo liệu 8. Chân đỡ Hình.3.1.Thiết bị nghiền malt hai cặp trục Nguyên lý hoạt động: Malt được cấp vào phễu nhập liệu, xuống cặp trục nghiền thứ nhất chúng bị ép vỡ, vỏ hạt được tách ra, nội nhũ bị thoát ra ngoài và được làm nhỏ. Sau đó, nguyên liệu rơi xuống cặp trục nghiền thứ hai và tiếp tục nghiền nhỏ phần nội nhũ. Mặc dù malt qua hai cặp trục nghiền nhưng do nguyên lý hoạt động của hai cặp trục này là quay ngược chiều nhau nên vỏ malt không bị nghiền nát, khác với thiết bị nghiền đĩa. b. Thiết bị máy nghiền gạo (thiết bị nghiền đĩa): Cấu tạo thiết bị gồm một sàng phân loại, trong đó có một Roto quay. Phía trên Roto lắp nhiều đĩa, trên mỗi đĩa gắn nhiều lưỡi dao bằng thép. Phễu nhập liệu Tấm gạt kim loại Vỏ máy Đĩa Lưỡi búa Bulông Motor Dây curoa Sàng Cửa tháo liệu chân đỡ Hình 3.2. Thiết bị nghiền đĩa Nguyên lý hoạt động: Tương tự như thiết bị nghiền malt nhưng thay vì nghiền trục thì trục nghiền gạo ta dùng thiết bị nghiền đĩa. Gạo khi đưa vào sẽ bị lưỡi búa đập vào và cắt nhỏ rồi đưa xuống sàng, hạt gạo sau nghiền đạt kích thước thì thu hồi ở cửa tháo liệu. Gạo chưa đạt kích thước tiếp tục đẩy lên thực hiện quá trình đập, cắt. 3.2.2. Quá trình thủy phân (Qúa trình dịch hóa) 3.2.2.1. Mục đích công nghệ Tạo điều kiện tối thích về nhiệt độ, pH của môi trường để hệ enzyme thủy phân có trong malt phân cắt các hợp chất cao phân tử thành sản phẩm có phân tử thấp, hòa tan bền vững tạo thành chất chiết của dịch thuỷ phân và là nguồn dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men. 3.2.2.2. Cơ sở lý thuyết Các hệ enzyme trong quá trình thủy phân: + α – amylase: xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết α – 1,4- glucid của tinh bột. Nhiệt độ thích hợp là: 720C pHopt : 5,5 – 5,8 Sản phẩm tạo thành chủ yếu là dextrin, một ít glucose và maltose. + β – amylase: Xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết α – 1,4- glucocid theo từng cặp trên toàn mạch amylose và amylopectin, bị ngừng lại khi gặp liên kết α – 1,6- glucocid. Nhiệt độ thích hợp là: 650C pHopt : 4,8 – 5,0 Sản phẩm tạo thành chủ yếu là maltose. + γ – amylase: Xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết α – 1.4- glucocid và α – 1.6- glucocid trên toàn mạch amylose và amylopectin. Nhiệt độ thích hợp là : 750C pHopt : 5,5 Sản phẩm tạo thành chủ yếu là glucose, maltose. + Proteinase: xúc tác chuyển protid thành albumoza và pepton. Nhiệt độ thích hợp là 500C, pH 4,6 – 5,0. + Peptidase: chuyển polypeptid và peptid thành acid amin. a. Quá trình hồ hóa: Dịch phối trộn (gạo và nước) được bơm từ thiết bị chứa sau khi nghiền vào nồi gạo, bổ xung 250g CaCl2, 300ml H2SO4, tiến hành gia nhiệt đến 720C giữ trong 20 phút để cho hệ enzyme α- amylase hoạt động thủy phân tinh bột, tiếp tục gia nhiệt lên 830C giữ trong 10 phút để tinh bột được hồ hóa, dùng nước hạ nhiệt độ xuống 720C giữ trong 20 phút (bổ xung thêm 300ml enzyme termamyl) để tiếp tục thủy phân tinh bột, sau đó gia nhiệt lên 1000C giữ trong 10 phút nhằm thanh trùng dịch và vô hoạt enzyme. Cho nước lạnh vào để hạ nhiệt độ nồi gạo xuống chuẩn bị cho quá trình đạm hóa. Hình 3.3. Nồi nấu gạo b. Quá trình đạm hóa: Dịch phối trộn (malt và nước) được bơm từ thiết bị chứa sau khi nghiền vào nồi nấu malt, bổ xung 300ml acid lactic, gia nhiệt lên 500C giữ trong 10 phút để tạo điều kiện tối ưu cho enzyme protease hoạt động phân cắt các liên kết peptid, thủy phân protein thành peptid đơn giản và các acid amin. 3.2.2.3. Yêu cầu chất lượng dịch hóa: Tinh bột không còn sót lại trong dịch. Dùng phương pháp thử Iod để kiểm tra xem còn tinh bột chưa được thủy phân sót lại trong dịch hay không. Nếu nhỏ vài giọt iot vào dịch mà có màu xanh tím lượng tinh bột vẫn chưa được thủy phân hoàn toàn. Nếu sau khi nhỏ iot mà màu vàng cánh gián không thay đổi thì yêu cầu chất lượng dịch thủy phân. 3.2.3. Quá trình đường hóa Quá trình đường hóa bắt đầu khi ta trộn dịch hồ hóa vào trong nồi malt lúc này nhiệt độ đạt 650C giữ nhiệt độ này trong 40 phút để cho hệ enzyme β- amylase xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết 1,4 glucocid theo từng cặp trên toàn mạch amylose và amylopectin sản phẩm tạo thành chủ yếu là maltose, tiếp tục gia nhiệt lên 750C giữ trong 30 phút để hệ enzyme γ- amylase xúc tác cho quá trình thủy phân liên kết 1,6-glucocid trên toàn mạch amyloseza và amylosepectin sản phẩm tạo thành chủ yếu là glucose, maltose. Kết thúc quá trình đường hóa; gia nhiệt lên 760C bơm sang công đoạn lọc tách bã. 3.2.4. Quá trình lọc tách bã và rữa bã a. Mục đích công nghệ: Lọc trong dịch đường, thu hồi triệt để dịch đường trong bã để chuẩn bị làm thức ăn cho nấm men trong công đoạn lên men. Tách pha rắn ra khỏi lỏng để thu lấy dịch đường. b. Cơ sở lý thuyết: Thành phần của dịch cháo sau khi kết thúc quá trình đường hóa gồm 2 hợp phần: pha rắn và pha lỏng. Pha rắn (hay còn gọi là bã malt): gồm các cấu tử không hòa tan của bột nghiền. Pha lỏng (nước nha, dịch đường): Bao gồm nước và các hợp chất thấp phân tử được trích ly hoàn toàn trong đó. Để hai tách riêng biệt khỏi hỗn hợp dịch cháo, phương pháp thông thường là nén chúng lên những vật cản có cấu trúc dạng lưới. Các phần tử của pha rắn bị giữ lại trên lưới còn pha lỏng đi qua. Khi các pha rắn được giữ lại chúng sẽ tạo thành lớp lọc phụ. Cấu trúc và độ dày của lớp lọc phụ đóng vai trò quan trọng đến chất lượng dịch sau khi lọc và tiến trình lọc. Quá trình lọc bã malt được tiến hành theo hai bước: Đầu tiên, ép để tách dịch cốt. Bước thứ hai là rữa bã để thu hồi tất cả những phần dinh dưỡng còn bám lại trong bã. Quá trình chiết rút chất hòa tan ở giai đoạn rữa bã dựa trên cơ sở của sự khuếch tán. Lớp lọc phụ được hình thành do pha rắn (bã malt). Bên trong lớp bã tạo thành nhiều mương dẫn “ziczac” với kích thước và mật độ khác nhau. Số lượng mương dẫn, kích thước và hình dạng của chúng có ý nghĩa quyết định đến tốc độ lọc và dịch trong của đường. Mặt khác, cấu trúc hệ thông mương dẫn lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là mức độ nghiền của nguyên liệu. Nếu quá trình nghiền nguyên liệu là nghiền mịn, kích thước phân tử trong bột nghiền bé thì bã malt sẽ tạo thành lớp lọc nén chặt, kích thước các mương dẫn rất bé, các mương này rất dễ bị ngẽn khi có một phần tử kích thước lớn rơi vào. Sự tắc các mao dẫn sẽ dấn đến giảm tốc độ lọc. Tốc độ lọc và độ trong của dịch đường phụ thuộc vào các yếu tố nhiệt độ lọc, độ nhớt, và mức độ nghiền của vỏ nguyên liệu: Nếu nhiệt độ của dịch cháo tăng thì tốc độ lọc cũng tăng. Nhiệt độ liên quan đến độ nhớt của dịch cháo,nhiệt độ tăng thì độ nhớt của dịch cháo sẽ giảm nên quá trình lọc được thực hiện dễ dàng hơn. Nếu vỏ malt được nghiền thô, phần bã của chúng sẽ tạo ra một lớp lọc xốp. Như vậy quá trình lọc dễ dàng. Nếu vỏ malt được nghiền mịn, kích thước các phân tử trong bột nghiền bé thì bã malt sẽ tạo thành 1 lớp lọc nén. Yêu cầu: Dịch lọc phải trong, hiệu suất thu hồi cao, lượng đường còn sót lại < 1,5 Bx. 3.2.5. Houblon hóa Mục đích công nghệ và cơ sở lý thuyết: Trong cao houblon có chứa polyphenol có khả năng làm keo tụ các protein không tan trong dịch đường tạo kết tủa. Tủa này nếu tồn tại trong dịch lên men sẽ bao quanh nấm men khiến nấm men bị mất hoạt tính, cặn tủa tồn tại trong bia thành phẩm làm giảm tính cảm quan cho bia và làm cho bia nhanh hư hỏng. Hòa tan chất đắng, chất thơm vào dịch đường làm cho bia có vị đắng và hương thơm đặc trưng. Polyphenol, chất đắng, các hợp chất chứa nitơ là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính cao, nhờ tác dụng này mà CO2 được giữ bền hơn trong bia thành phẩm. Tăng độ bền sinh học của bia nhờ các chất kháng khuẩn bên trong thành phần của houblon. Ngoài ra khi nấu cao houblon ở nhiệt độ cao sẽ làm tăng cường độ màu và giảm độ nhớt cho dịch. 3.2.6. Tách cặn và làm lạnh Mục đích công nghệ và cơ sở lý thuyết: Dịch đường sau khi kết thúc quá trình houblon hóa có nhiệt độ cao và một lượng cặn rất lớn. Nhiệt độ cao làm cho nấm men không hoạt động được, cặn làm cản trở hoạt động của nấm men. Thành phần của cặn trong dịch đường: chủ yếu là các protein, polyphenol, chất đắng, chất khoáng và các hợp chất khác. Chúng cản trở hoạt động của nấm men, khi các cặn này lắng xuống đáy thì kéo nấm men lắng theo, làm giảm mật độ của nấm men trong quá trình lên men. Gây ảnh hưởng đến quá trình lên men bia. Chính vì vậy mà ta cần phải tách cặn và làm lạnh nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ của nấm men. 3.2.7. Quá trình lên men 3.2.7.1. Mục đích công nghệ và cơ sở lý thuyết: Mục đích của quá trình là để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấm men hoạt động để chuyển hóa cơ chất thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ như rượu bậc cao, acid hữu cơ, diaxetyl… 3.2.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men Chất lượng của chủng nấm men sản xuất: Để thu nhận các loại bia có chất lượng cao thì chất lượng của chuẩn nấm men là một trong những yếu tố quan trọng mà ta phải quan tâm đến. Nấm men chất lượng kém nếu cung cấp cho quá trình lên men thì chất lượng bia cũng sẽ giảm dù cho dịch trước khi lên men có chất lượng tốt. Do vậy nấm men trước khi sử dụng phải được kiểm tra một cách cận thận và nghiêm ngặt. Lượng nấm men gieo cấy ban đầu: Mật độ nấm men ảnh hưởng đến mức độ lên men và thời gian lên men. Nếu lượng nấm men không đủ dẫn đến mức độ lên men thấp, tốc độ lên men sẽ kéo dài, ngược lại nếu mật độ gieo cấy ban đầu quá cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm. Nồng độ chất hòa tan của dịch lên men: Đây cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của bia, nấm men và thời gian lên men. Nếu nồng độ quá cao sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của nấm men, bởi vì khi nồng độ cao nó sẽ tạo nên áp suất thẩm thấu cao làm cho nguyên sinh chất của tế bào nấm men teo lại, điều này làm hạn chế khả năng trao đổi chất của nấm men, đến một lúc nào đó làm cho tế bào nấm men không hoạt động được, nếu nồng độ chất hòa tan thấp làm cho chất lượng của bia kém đi vì một số thành phần trong bia chưa đầy đủ. Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ lên men ảnh hưởng trực tiếp đến nấm men, vì thế nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia. Nếu khống chế nhiệt độ lên men cao hay thất đều ảnh hưởng cụ thể đến chất lượng bia thành phẩm. Lên men ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả: Thời gian lên men nhanh. Mật độ nấm men tối đa đạt được cao hơn so với ở nhiệt độ thấp. Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm phụ (đặc biệt là diacetyl) tạo ra nhiều hơn. Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết tăng. Tỷ lệ hàm lượng giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm. Lên men ở nhiệt độ thấp nhằm các mục đích chủ yếu như sau: Áp suất lên men: trong tiến trình lên men ta duy trì áp suất ở mức 0.5-1at để giữ hàm lượng CO2 trong bia, đối với nhiều nhà máy việt duy trì áp suất giúp cho việc thu hồi CO2 dễ dàng hơn, không để áp suất cao vì áp suất cao vì áp suất cao (3-4 at) làm phá vỡ tế bào nấm men và đình chỉ quá trình lên men. Cường độ khuấy trộn: cường độ khuấy trộn trong quá trình là hoàn toàn tự nhiên, không phải dùng cánh khuấy mà ta dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ phía trên và phía dưới tank lên men mà chất lỏng tự chuyển động, khi chất lỏng chuyển động làm cho nấm men chuyển động theo và phân bố đều trong khối dịch, nấm men sẽ tiêu thụ cơ chất nhanh và triệt để hơn. Kết quả thời gian lên men được rút ngắn. Ngoài các yếu tố còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình lên men như nồng độ sản phẫm tạo thành, hàm lượng oxi và thể oxi hóa khử… 3.2.7.3. Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men: + Độ màu: Cường độ màu trong quá trình lên men giảm một cách đáng kể, nguyên nhân là do các hợp chất polyphenol dễ bị oxi hóa bị khử và sau đó kết lắng. + Sự tạo bọt: Sự tạo bọt là một trong những tính chất quan trọng của bia. Bọt được tạo thành ở giai đoạn lên men chính và một số công đoạn tiếp theo. Do quá trình lên men trong tank lên men dạng kín nên không thể quan sát được, cho nên ở đây chỉ đề cập đến sự tạo bọt ở cấp độ nhân giống phòng thí nghiệm. Hình 3.4. Hệ thống tank lên men Các quá trình lên men bia: lên men chính: * Mục đích: Lên men chính là quá trình chuyển chất đường và các dextrin có phân tử lượng thấp thành ethanol, CO2 và một số sản phẩm phụ khác như: acid hữu cơ, ester, glyceryl, aldehyd… nhằm tạo mùi vị cho bia. * Các biến đổi trong quá trình lên men chính: Quá trình lên men chính để chuyển hóa dịch đường thành bia non thông qua những quy trình cơ bản sau: - Quá trình sinh lý: thể hiện rõ ở các giai đoạn đầu, giai đoạn tăng sinh khối của nấm men. Thực chất đây là quá trình lên men hiếu khí, nấm men thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng để sinh sống và phát triển. - Quá trình sinh hóa: tăng mạnh dần vào cuối giai đoạn thứ hai. Vào cuối giai đoạn lên men hiếu khí chuyển sang dần kỵ khí. Đây là quá trình chuyển hóa các chất đường thành ethanol và CO2 theo các phương trình sau: Phương trình hô hấp: C6H12O6+ O2 6CO2 +6H2O +Q1 Phương trình sinh hóa: C6H12O6 2C2H5OH +2CO2 +Q2 Nấm men sử dụng các hydrat cacbon theo quy luật từ những đường đơn giản nhất (đường đơn glucose, fructose), khi đã cạn nguồn đường đơn nấm men sẽ tấn công đến các loại đường kép (saccharose), còn các destrin bậc thấp nấm men chỉ sử dụng một phần, phần còn lại sẽ được sử dụng trong quá trình lên men phụ. Quá trình lý hóa: trong quá trình lên men chính, quá trình lý hóa cũng xảy ra mạng mẽ: pH từ 5,5-5,6 ở dịch đường ban đầu giảm dần về pH ở 4,2-4,6 trong bia non do sự tạo thành CO2 và các hợp chất hữu cơ, pH thấp không ảnh hưởng đến độ chua của bia. Đặc biệt các acid hữu cơ dễ bay hơi phản ứng với rượu theo phản ứng ester hóa tạo mùi thơm cho bia. *Quá trình lên men chính được chia làm 4 giai đoạn: - Giai đoạn đầu: Khi dịch đường và men đã được bơm vào tank lên men ơ nhiệt độ 9oC thì sau 24 giờ nấm men bắt đầu phát triển. Trong giai đoạn này oxy rất cần cho sự phát triển của tế bào nấm men do vậy lượng oxy cần thiết hòa tan vào dịch đường được đảm bảo bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với dịch đường trong thời gian làm lạnh (không khí được vô trùng bằng tia cực tím trước khi bơm vào dịch đường) hoặc cũng có thể sục khí vô trùng sau khi đã gieo men giống vào. Lượng oxy hòa tan vào dịch đường khống chế lưu lượng 60-80 lít/giờ. Đặc điểm chính của giai đoạn này là tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều, lại ở nhiệt độ thấp nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Giai đoạn này kéo dài từ 24-36 giờ. - Giai đoạn hai: Gọi là giai đoạn tạo bọt thấp. Lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và có xu hướng muốn thoát ra ngoài dưới dạng bọt ly ti. Trên mặt bong bóng này hình thành một lớp hấp phụ đơn phân gồm những chất có sức căng bề mặt như protein, chất đắng, polyphenol… làm cho CO2 không thể thoát ra khỏi bề mặt của lớp trên cùng để thoát ra ngoài môi trường mà chúng lại bị hấp phụ lại với nhau tạo thành bọt. Giai đoạn này chất lượng hòa tan giảm với tốc độ 1% mỗi ngày và kéo dài từ 2-3 ngày. - Giai đoạn ba: Trong giai đoạn này quá trình lên men xảy ra là mạnh nhất. Tiêu hao cơ chất với tốc độ 1-1,5% mỗi ngày đêm. Lượng CO2 tạo ra nhiều và một phần thoát ra ngoài nhưng lại được thu hồi để tái sử dụng tiếp. Bọt lúc này xốp và bồng lên cao, bề mặt bọt trắng dần và chuyển sang màu nâu (do xảy ra sự oxy hóa các chất trên bề mặt làm thay đổi màu lớp bọt). Giai đoạn này kéo dài từ 3-4 ngày. - Giai đoạn cuối: Bọt xẹp dần, màu sắc của lớp bọt cũng bị biến đổi, sự tiêu hao chất hòa tan diễn ra chậm khoảng 0,2-0,5% mỗi ngày đêm. Khi thấy hàm lượng chất hòa tan chỉ còn lại 30-35% so với lượng chất chiết ban đầu thì ta dừng quá trình lên men chính lại. Lúc này tế bào nấm men tạo thành những lớp như bông và lắng xuống đáy. Sản phẩm ở giai đoạn này gọi là bia non. Như vậy trong quá trình lên men chính một lượng đáng kể CO2 cần thiết cho bia được thoát ra ngoài. Do vậy mà sau khi lên men chính lượng CO2 trong bia chưa đạt mức độ bão hòa cần thiết vì thế phải điều chỉnh quá trình lên men chính lại khi mà lượng chất hòa tan giảm còn 2,0-2,2% hoặc độ đường khoảng 3,2-4,2 độ plato để nấm men tiếp tục chuyển hóa lượng cơ chất này khi chuyển sang nhiệt độ thấp hơn là quá trình lên men phụ * Xác định thời điểm kết thúc lên men chính: Càng về cuối của quá trình, tốc độ lên men càng giảm. Nếu trong 12 giờ tốc lên men chính đã gần đến thời điểm kết thúc. Mặt khác càng về cuối, tốc độ kết lắng của nấm men càng nhanh, độ trong của bia tăng nhanh dần theo thời gian. Vì vậy muốn kiểm tra thời điểm kết thúc lên men chính, ta chỉ cần xác định nhanh chỉ số nồng độ đường trong dịch lên men và xem xét tốc độ kết lắng của nấm men. Bình thường thì quá trình lên men chính có thể xem là kết thúc khi 60-65% lượng chất hòa tan ban đầu đã bị tiêu hao. Quá trình lên men phụ: Quá trình này được thực hiện khi hàm lượng maltose và các loại đường đơn giãn khác ở trong dịch men hầu như đã bị hấp thụ hết, còn lại lượng đường có khả năng lên men được (chủ yếu là maltoriose) đang ở khoảng 1-1,2%. Lên men phụ ở 0-2oC. * Mục đích: Lên men tiếp phần chất khô còn lại sau khi lên men chính, bão hòa CO2 và tăng cường mùi vị cho bia, tạo độ trong cho bia. Đưa nhiệt độ xuống thấp để hạn chế xâm nhập và phá hoại bia do vi sinh vật gây ra và hạn chế sự hoạt động của nấm men. Để duy trì hàm lượng CO2 cần thiết thì lúc này ta phải điều chỉnh áp trong tank đưa áp suất lên 1-1,5kg/cm3, nhiệt độ lên men 0-2oC. thời gian thường kéo dài 6-10 ngày trong đó 2-3 ngày đầu lên men phụ, các ngày còn lại là giai đoạn ủ chín bia. Trong giai đoạn này là giai đoạn oxy hóa khử có ý nghĩa rất quan trọng vì nhờ có quá trình này mà lượng diacetyl có thể giảm đi 50%. Kết thúc quá trình lên men chính thường chứa một lượng tế bào nấm men và một số hạt cặn mịn khác. Bước sang giai đoạn lên men phụ đặc biệt là thời gian đầu các hạt này còn ở trạng thái sống động. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do quá trình vẫn tiếp diễn, tuy với tốc độ rất bé nhưng do sự tạo thành khí CO2 có chiều hướng làm sủi bọt lên bề mặt. khi quá trình lên men phụ tắt dần và nhiệt độ cân bằng thì các hạt có kích thước bé bắt đầu lắng và bia sẽ trong. Mặt khác, do điều kiện nhiệt độ thấp sẽ tạo thêm một lượng ethanol đáng kể, lúc này hầu hết nấm men sẽ được kết lắng nhanh hơn. Thời gian lên men phụ và ủ chín là giai đoạn rất quan trọng nếu giai đoạn này bị rút ngắn sẽ không đảm bảo được các tiêu chuẩn chất lượng vị, bọt và độ bền của bia. Thời gian lên men phụ nhanh nhất là 3-6 ngày, lâu nhất là 30-40 ngày. * Quá trình sinh trưởng nấm men trải qua 4 giai đoạn: - Giai đoạn đầu (pha tiềm ẩn): nấm men chưa sinh sản mà chỉ thích nghi với môi trường. giai đoạn này chỉ làm giảm lượng cơ chất từ 9,1-7,8 độ plato mỗi ngày. - Giai đoạn hai (pha tăng sinh khối): ở giai đoạn này thì tốc độ sinh sản của nấm men đạt cực đại, sinh khối tăng mạnh, lượng cơ chất giảm với tốc độ mạnh từ 5,8-3,9 độ plato mỗi ngày. - Giai đoạn ba (pha ổn định): ở giai đoạn này số tế bào sinh ra bằng số tế bào chết đi chất dinh dưỡng còn ít, lượng cơ chất giảm 0,2 độ plato mỗi ngày. - Giai đoạn cuối (pha tử vong): số lượng tế bào nấm men chết tăng nhanh chất dinh dưỡng cạn kiệt tế bào già cỗi ở nhiệt độ 0-2oC và áp suất 1,4-1,5 at thì nấm men không phát triển nữa và men lắng xuống bắt đầu thu men. * Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men: - Quá trình lên men phụ ở nhiệt độ thấp, diacetyl sẽ dần dần giảm đi, một số tế bào nấm men chết và tự phân. Chính các sản phẩm tự phân của nấm men có ảnh hưởng đến hương và vị của bia. - Trong suốt quá trình nổi bọt, CO2 góp phần đẩy O2 ra làm hạn chế các vi sinh vật hiếu khí phát triển, tránh hiện tượng oxy hóa làm giảm chất lượng của bia. - Trong bia xuất hiện nhiều dạng liên kết hóa học và hóa lý khác nhau của CO2 - Bia non trong dần do hạ nhiệt độ. - Quá trình chín bia khi mùi vị bã hèm biến mất, vị ngọt sẽ biến hết khi đã lên men hết lượng chất khô còn lại. Vị đắng gắt sẽ dần mất hết, vị cay tê sẽ bị biến mất và nấm men sẽ lắng xuống đáy khi quá trình lên men phụ kết thúc. 3.2.8. Lọc trong- tàng trữ bia 3.2.8.1. Mục đích công nghệ và cơ sở lý thuyết * Mục đích: Làm cho bia có độ trong sang theo đúng yêu cầu chất lượng, tách triệt để các phần tử rắn lắng, khuếch tán trong bia. Làm tăng tính ổn định và bền vững về sinh hóa học cho bia. Loại bỏ toàn bộ nấm men và vi sinh vật còn sót lại trong bia. Chất trợ lọc được sử dụng chủ yếu là bột diatomit, loại bột này được chế biến từ xác của một số loại vi sinh vật đơn bào, thuộc lớp vi tảo, gồm ba loại: loại 700, loại 500, loại 200. Bột diatomit có ưu điển là không gây ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị, pH của bia. * Cơ sở lý thuyết: Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết, màu bia vẫn còn rất đục do còn chưa nhiều nấm men, các hạt phân tán cơ học các phức chất protein-polyphenol, nhựa đắng… phần lớn các cấu tử này làm giảm độ bền của bia nếu chúng tồn tại, do đó ta cần loại bỏ chúng ra khỏi bia thành phẩm. để làm được điều nay, cần phải xây dựng một màng lọc có kích thước các lổ trên màng lọc phải bé hơn kích thước của các phần tử mà ta cần loại ra ngoài. Có hai vật liệu để xây dựng nên màng lọc phổ biến hiện nay: vải lọc, ống lọc cả hai vật liệu khi lọc ta phải phủ lên chúng một lớp bột trợ loc. Trong công đoạn lọc trong bia được áp dụng tại nhà máy, bột trơ lọc được dùng là diatomit (còn có một tên gọi khác là kizengua), là hỗn hợp chất khoáng nhiều cấu tử, trong đó chiếm nhiều nhất và có giá trị nhất là hợp phần hydrosilicat. Diatomit được chế biến từ xác của diatomei – một loại vi sinh vật đơn bào, sống trên biển, thuộc lớp vi tảo. Khi chết, xác của chúng chìm xuống đáy, tụ tập thành lớp dày, tạo thành mỏ. Thành tế bào của chúng chứa chủ yếu là SiO2. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều mỏ diatomit. Nguyên liệu thô sau khi khai thác được làm sạch để loại các tạp chất, sau đó được nung ở nhiệt độ 800oC, nghiền và phân loại theo kích thước trung bình của các hạt diatomit vào khoảng 2-10µm. Do tính phân tán cao của tế bào diatomei, bột diatomit có bề mặt rất lớn (khả năng tạo bề mặt lớn chính là nguyên nhân tạo ra khả năng hấp thụ mạnh của diatomit) và lại rất nhẹ. Khối lượng riêng của chúng là 500-600 kg/m3 còn tỷ trọng thực là 2000-2200kg/cm3, độ phân tán của chúng có khi đạt tới 92% còn khả năng hấp thụ nước gấp 5 lần thể tích của chúng. Hiện nay trên thị trường có bán rất nhiều loại bột diatomit có kích thước hạt khác nhau, giá dao động từ 8000-15000/kg, bột càng mịn lọc bia càng trong. Phần lớn các xưởng sản xuất vừa và nhỏ đều dùng bột diatomit có xuất xứ từ Trung Quốc và Nhật Bản. 3.2.8.2. Yêu cầu chất lượng đối vơi bia sau khi làm trong - Độ trong: óng ánh, không có tạp chất. - Độ màu (EBC): 7-8 3.2.9. Bão hòa CO2 và tàng trữ bia Trong thực tế sản xuất, ít khi việc bão hòa CO2 theo phương pháp tự nhiên lại đạt đến nồng độ cần thiết (đạt biệt là bia đóng chai chất lượng cao). Vì vậy việc bão hòa bổ sung CO2 cho bia là công việc không thể bỏ qua được. Nếu bia không được bổ sung CO2 thì sẽ không đảm bảo được chất lượng cho bia. Ở nhà máy, bổ sung CO2 trực tiếp từ các bình thu hồi CO2. Chất lượng của CO2 bổ sung phải đảm bảo, không chứa O2, không chứa vi sinh vật nhiễm tạp chất, hệ thống bảo hòa CO2 thường để vệ sinh. Bia sau khi bão hòa CO2 thường chứa trong các thùng chịu áp suất trong thời gian từ 2-3 ngày để CO2 hòa tan hết vào trong bia (ban đầu CO2 liên kết các thành phần trong bia còn lỏng lẻo sau một thời gian thì liên kết mới bền vững). các tank chứa nay thường bố trí hệ thống làm lạnh sao cho hạ nhiệt độ bia xuống 0-2oC. Đây là công đoạn trung gian bảo quản bia trước khi chiết chính vì vậy thùng chứa cần đảm bảo tuyệt đối vệ sinh. 3.2.10. Chiết rót bia * Mục đích: Nhằm tăng thời gian bảo quản cho bia. - Ổn định chất lượng và hương vị đặc trưng của bia trong quá trình vận chuyển. * Nguyên tắc chiết rót: Chiết bia vào trong chai đã được rửa sạch có tầm quan trọng đặc biệc, trong quá trình này cần đảm bảo: Không làm tổn thất bia . Toàn bộ các chai đều rót đủ lượng bia. - Chất lượng của bia không bị ảnh hưởng: tránh sự nhiễm tạp vi sinh vật, sự xâm nhập oxi, sự thất thoát CO2. Phương pháp chiết bia: Hiện nay có nhiều phương pháp chiết, ở nhà máy sự dụng phương pháp chiết có áp suất dư (áp suất trong bể chứa của máy chiết có áp suất lớn sẽ đẩy bia vào trong chai có áp suất nhỏ hơn) và nhiệt độ thấp (8oC). 3.2.11. Thanh trùng bia 3.2.11.1. Mục đích quá trình thanh trùng Quá trình thanh trung nhầm tiêu diệt toàn bộ các tế bào vi sinh vật gây bệnh trong bia giúp kéo dài thời gian bảo quản và thuận lợi cho người tiêu dùng khi sự dụng. 3.2.11.2. Các biến đổi trong quá trình thanh trùng Vật lý Xuất gradient nhiệt độ: sự tăng giảm nhiệt độ của sản phẩm theo từng giai đoạn trong suốt quá trình thanh trùng. Sự thay đổi tỷ trong, thể tích sản phẩm. Hóa học Sự thay đổi tốc độ các phản ứng hóa học như: thủy phân, oxy hóa, tạo phức… của các thành phần có trong bia Hóa lý Sự bay hơi của một số chất bay hơi có trong bia. Thanh trùng bia cũng có thể dẫn đến vẩn đục dạng keo cho sản phẩm. Vấn đề này phụ thuộc vào thành phần protein của bia, nhiệt độ, thời gian đun nóng. Protein cao phân tử là nguyên nhân chính gây ra vẫn đục dạng keo trong giai đoạn thanh trùng. Ở một mức độ nào đó, các hợp chất polyphenol ngưng tụ cũng góp phần vào việc làm hỏng bia. Hóa sinh Sự thay đổi tốc độ các phản ứng hóa sinh: sự thay đổi này tùy thuộc vào sự thay đổi của hoạt động của enzyme. Ở giai đoạn đầu của quá trình thanh trùng, nhiệt độ tăng dần khi đó enzyme bắt đầu hoạt động mạnh làm tăng tốc độ phản ứng. Nếu giai đoạn gia nhiệt, làm nguội kéo dài sẽ dẫn đến làm thay đổi chất lượng sản phẩm. Ở giai đoạn thanh trùng thì tốc độ của các phản ứng sẽ tăng hay giảm tùy thuộc vào sự thay đổi hoạt tính của enzyme theo nhiệt độ. Cảm quan Thanh trùng bia sẽ dẫn đến những 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 nhận ra, nhưng sau một thời gian bảo quản thì chúng mới lộ rõ. Một trong những nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi đó là do sự hình thành hợp chất melanoid. Vi sinh Ức chế các vi sinh vật có trong bia như một số loại vi khuẩn, nấm men. 3.2.11.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng Hệ vi sinh vật trong mẫu thanh trùng Hàm lượng vi sinh vật: hàm lượng vi sinh vật trong mẫu càng nhiều, để đạt được mức độ vô trùng theo quy định thì chế độ xử lý nhiệt phải nghiêm ngặt với nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn. Do đó việc hạn chế số lượng vi sinh vật ban đầu trong mẫu trước khi thanh trùng là rất cần thiết thông qua việc tuân thủ chặt chẽ các quy định trong sản xuất và vệ sinh công nghiệp. Thành phần các loại vi sinh vât có mặt trong mẫu cũng là một vấn đề cần lưu ý trong quá trình thanh trùng. Mẫu có chứa các loài vi sinh vật chịu nhiệt thì nhiệt độ xử lý phải nghiêm ngặt hơn về nhiệt độ và thời gian sử lý. Thành phần hóa học của mẫu: Đối với sản phẩm dạng lỏng thì nhiệt độ và thời gian thanh trùng phụ thuộc vào giá trị pH của sản phẩm. Sản phẩm có giá trị pH càng thấp thì nhiệt độ và thời gian thanh trùng giảm. Tính chất vật lý của mẫu: Sản phẩm dạng lỏng trong quá trình xử lý nhiệt sẽ suất hiện các dòng đối lưu từ đó quá trình truyền nhiệt sẽ nhanh và đạt hiêu quả cao hơn so với sản phẩm dạng rắn. 3.2.12. Dán nhãn * Mục đích: Nhãn mác sản phẩm là thành phần không thể thiếu khi sản phẩm lưu thông trên thị trường. Đem lại hình thức dễ nhìn cho bề ngoài, phân biệt được xuất xứ sản phẩm… * Yêu cầu đối với nhãn: Các thông tin và hình ảnh trên nhãn phải được in một cách rõ ràng, màu sắc và cách bố trí trên nhãn phải hài hòa, hấp dẫn người tiêu dùng. Nhãn cần phải đảm bảo đủ độ dày để không thấy được màu sắc và hình dáng của chai, ngay cả khi nhãn bị ẩm. Nhãn phải chịu được xút để tránh phân hủy trong quá trình rửa chai, chịu được nước. Không bị quăn dưới điều kiện ẩm hay khô. Thông thường 2 mặt của nhãn được tráng một lớp polimer vừa có tác dụng chống ẩm vừa có tác dụng chống quăn nhãn. PHẦN 4 4.1 Xác định ethanol Nguyên tắc: Cồn có nhiệt độ sối thấp hơn nước. Dựa vào tính chất này ta tiến hành chưng cất tách cồn ra khỏi mẫu. Sau đó dùng Ancolmeter để đo độ cồn của dịch chưng cất hoặc dùng bình tỷ trọng để xác định tỷ trọng dịch chưng cất, từ đó xác định hàm lượng cồn trong mẫu. 4.2. Xác định CO2 Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng chuẩn độ acid-baz với chỉ thị phenolphthalein 1% cho 1 lượng dư và chính xác cho dung dịch Na2CO3, đã biết trước nồng độ . Chuẩn độ Na2CO3 dư bằng dung dịch HCl có nồng độ chính xác. 4.3 Xác định độ chua Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng trung hòa giữa lượng acid có trong mẫu với dd NaOH đã biết trước nồng độ, với chỉ thị phenolphtalein 1%. Độ chua được biểu diễn bằng số ml NaOH 0.1N tiêu tốn cho 10ml mẫu. 4.4 Xác định độ mặn Nguyên tắc: Khi cho dung dịch chuẩn AgNO3 vào dung dịch trung tính có chứa NaCl sẽ xảy ra phản ứng: AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + 2KNO3 Khi NaCl trong dung dịch đã phản ứng hết với AgNO3, 1 giọt AgNO3 dư sẽ phản ứng với chỉ thị K2CrO4 tạo kết tủa AgCrO4 màu đỏ gạch. Đó là dấu hiệu nhận biết điểm kết thúc của quá trình chuẩn độ. 2AgNO3 + K2CrO4 = Ag2CrO4 ↓+ 2KNO3 Từ thể tích AgNO3 tiêu tốn, có thể tính ra hàm lượng NaCl của bia. 4.5 Kiểm tra hàm lượng chất hòa tan Nguyên tắc: Xác định hàm lượng chất hòa tan trong bia bằng Saccharimeter ở 200C. MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Đình Hòa. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALT VÀ BIA. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, (năm 1998), (trang 15-27). Nguyễn Thị Hiền. MALT VÀ BIA. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, (năm 2008), (trang 11-27). Nguyễn Đức Lượng. CÔNG NGHỆ ENZYM. NXB ĐH Quốc Gia TP. HCM, (năm 2004), (trang 24- 26). Lê Thanh Mai. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGÀNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN. NXB Khoa Học Kỹ Thuật, (năm 2006), (trang 15 -27). Lê Ngọc Tú. HÓA SINH CÔNG NGHIỆP. NXB Khoa Học Kỹ Thuật, (năm 1998), (trang 10-28). Nguyễn Văn Việt. NẤM MEN BIA VÀ ỨNG DỤNG, HIỆP HỘI RƯỢU BIA NGK VIỆT NAM. NXB Nông Nghiệp,(năm 2001). CÁC TIÊU CHUẨN VỀ BIA. (TCVN). (trang 60- 61). TÀI LIỆU CỦA CÔNG TY. (trang 1-10). TECHNOLOGY BREWING AND MALTING, VLB BERLIN(1999).