Công nghệsản xuất bia

Bia là một loại đồ uống phổ biến có độcồn thấp, giàu dinh dưỡng.

Bia được sản xuất từ các loại nguyênliệu chính là đại mạch nảy mầm(malt), hoa houblon và nước.

Qui trình công nghệ khá đặc biệt, tạocho bia có tính cảm quan rất hấp dẫn: Hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp

bọt trắng mịn, Với hàm lượng CO2 khá cao (4-5g/l) giúp

cơ thể giải khát một cách triệt để khiuống.

Các nguyên liệu sản xuất bia Nước.

Malt (đại mạch nẩy mầm).

Hoa Houblon.

Nguyên liệu thay thế (thế liệu).

Các enzym điều chế bổ sung.

Cấu tạo hạt đại mạch Cánh đồng đại mạch

1. Malt đại mạch- Là nguyên liệu rất quan trọng trong sản xuất bia.- Là sản phẩm được chế biến từ hạt đại mạch sau khi

cho nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ ẩmnhất định.

- Nhiệt độ cần bảo quản ≤ 300C. Thời hạn tối đa cóthể bảo quản: 2 năm.

Sản xuất malt Rửa hạt đại mạch

Hạt đại mạch sau khi thu hoạch được làmsạch và sấy khô để bảo quản trước khi chếbiến. Ẩm độ hạt phải đạt từ 10-12%.

Ngâm hạt

Mục đích hạt hút nước cho đủ độ ẩm 40-44%trước khi đem ủ để hạt nẩy mầm.

Sản xuất malt Ươm mầm

Mục đích : tích lũy và làm giàu hệ enzym có trong đạimạch.

Yếu tố ảnh hưởng đến sự nẩy mầm Nhiệt độ 14-160C (malt vàng)

17-180C (malt đen) Sự thông thoáng Độ ẩm Thời gian ươm mầm

75% hạt có chiều dài rễ bằng 1,5-2 lần chiều dài hạt75% hạt có chiều dài mầm bằng 2/3-3/4 lần chiều dài hạt

Sản xuất malt

Sấy malt:Mục đích của quá trình sấy là chấm dứt sự phát triểncủa rễ mầm và chồi mầm giúp bảo quản malt đượclâu, duy trì hoạt tính của các enzym và điều chỉnh quátrình tạo các chất thơm chất màu thích hợp cho cácloại bia sản xuất sau này

Yêu cầu kỹ thuật sấyThời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng đểtạo ra các màu malt khác nhau từ cùng một loại ngũcốc. Các loại malt sậm màu hơn sẽ sản xuất ra bia sẫmmàu hơn.

Sản xuất malt Chế độ sấy

Malt tươi sau đó phải được sấy khô nhanh trong vòng 24giờ ở nhiệt độ 850 C (malt vàng) hoặc 48 giờ ở 1050C(malt đen).

Chất lượng malt Chế độ sấy hạt phải đảm bảo không làm thay đổi thành

phần hóa học của hạt và không tổn hại đến các enzymtrong malt .

Ẩm độ malt sau khi sấy là 3-4%. Malt sau khi sấy phải được tách rễ mầm và chồi mầm

trước khi bảo quản.

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng malt

Màu sắc malt ảnh hưởng đến màu sắccủa bia thành phẩm

Hệ enzym có trong đại mạch- Hệ enzym amylase (α,β –amylase, amylophosphatase) đểthủy phân tinh bột. Amylophosphatase được hình thành sau2-3 ngày đầu của quá trình nảy mầm.- Hệ enzym sitase (nhóm sitoplastase, nhóm sitase) thủyphân hemicellulose, phá vỡ màng ngăn cách vỏ hạt và nộinhũ, cung cấp thức ăn cho mầm sống và phát triển.- Hệ enzym protease: thủy phân các protid, hoạt tính cực đạisau ngày thứ 5 của quá trình nảy mầm,tạo ra các chất chứanitơ hòa tan và sản phẩm cuối cùng là các acid amin, NH3.

- Hoạt lực của protease trong đại mạch làkhông đáng kể nhưng đến giai đoạn ươmmầm nó tăng lên rất nhiều lần.

- Sự thủy phân protein bắt đầu bằng hoạtđộng của proteinase và protein đại phân tửbị cắt thành pepton, sau đó chuyển thànhpolypeptid nhỏ hơn.

Hệ enzym có trong đại mạch

Hệ enzym có trong đại mạchHệ enzym esterase.

Enzym oxyde synthase và hydroperoxy delyase-Tạo ra hương vị không mong muốn cho bia.-Để giải quyết vấn đề này,trong quá trình sản xuấtngười ta sử dụng protein LTP - là protein vậnchuyển lipid nhằm giảm bớt những hương vị khóchịu và tạo bọt cho bia thành phẩm.

2. Thế liệu: Gạo- Dùng để thay thế một phần lúa mạch.- Có thể sử dụng dưới 2 hình thức: dùng trực

tiếp chế biến lẫn với bột malt, dùng thóc ươmmầm.

- Gạo có hàm lượng tinh bột khá cao, protein ởmức vừa phải, cellulose ở giới hạn thấp là cácyếu tố lý tưởng cho việc sản xuất bia.

- Bảo quản ở nhiệt độ ≤ 300C, độ ẩm ≤ 12%.

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng gạo:

3. Hoa houblon

-Dạng chế phẩm: dạng viên và dạng cao hoa.

-Thành phần hóa học:

Chất đắng: tạo vị đắng dịu, tạo sức căngbề mặt giúp bia giữ bọt tốt, ức chế sự pháttriển của vi sinh vật.

Tinh dầu thơm: tạo mùi thơm đặc trưng(terpen, rượu, ceton, aldehyt, este và acid,hydrocacbon (75%))

Polyphenol: kết lắng và loại bỏ hợp chấtprotit cao phân tử ra khỏi dịch đường, ổnđịnh thành phần và tăng độ bền keo của biathành phẩm.

Hoa houblon dạng viên

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng houblon

4. Nước Là thành phần cơ bản trong quá trình sản

xuất bia.

Chiếm 77-90% trọng lượng bia thànhphẩm.

Dùng trong quá trình trộn, nấu, đường hóavà pha loãng dịch lên men, rửa nấm men,vệ sinh thiết bị…

Thành phần của nước ảnh hưởng rất lớnđến chất lượng bia thành phẩm.

Chất lượng nước dùng chế biến bia

Không cóVi sinh vật gây bệnh

<100 tế bào/mlVi sinh vật

Không cóCác kim loại nặng

150-200 mg/lHàm lượng CaSO4

<75-150mg/lHàm lương muối Cl

<80mg/lHàm lượng muối Mg

<100 mg/lHàm lượng muối Ca

6.5-7Độ pH

Nước được sử dụng phải là nước mềm,độcứng tạm thời <=7mg đương lượng / lít

Độ cứng

không mùi,không có vi lạ,không chứa cácchất gây mùi khó chịunhư:H2S,Cl2,NH3…

Mùi

trongMàu sắc

5. Nấm men:- Thuộc Saccharomyces. Trong sản xuất bia, người tasử dụng cả nấm lên men nổi (Saccharomycescerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomycescarsbergensis, S. uvanium).

6. Các chất phụ gia- H2SO4 đậm đặc: điều chỉnh pH của dịch đường,

giúp quá trình lắng và lọc nhanh hơn.

- CaCl2: tăng khả năng chịu nhiệt, giúp trao đổichất của nấm men trong tổng hợp protein, tăngđộ bền tàng trữ bia, chống đục bia, tạo điều kiệnthuận lợi để các enzyme hoạt động trong quátrình lên men.

- Formol công nghiệp 10%: tăng khả năng khángkhuẩn của bia, làm kết tủa tannin và althocyanincó trong vỏ malt tránh làm đục bia.

- Caramel: dùng trong giai đoạn đầu của nồi nấuhoa houblon, tạo màu vàng cho bia, tăng độđường của nước nha.

- ZnCl2: thúc đẩy quá trình lên men.- Các chất trợ lọc: lọc trong dịch đường, lọc bia

sau lên men, được tạo từ rong biển, xươngđộng vật.

- Các chất chống oxi hóa (acid ascorbic,collupulin): phân hủy những chất có phân tửlượng cao trong bia (chủ yếu là protit) để hạnchế hiện tượng đục bia.

- Hóa chất dùng trong công nghiệp (HCl,NaOH, nước Clo…): thanh trùng

- Acid lactic: tạo pH cho dung dịch.- Diatomit: dùng lọc cặn khô.- Maturex: rút ngắn thời gian lên men phụ và

hạn chế tạo diacetyl.- PVPP: hấp phụ polyphenol tăng cường độ

trong của bia.- Nhựa trao đổi ion: làm sạch nước.- Than hoạt tính: làm sạch nước và CO2.

Enzym điều chế dùng trong chế biến bia

Enzym protease:Papain (EC: 3.4.22.2)

- Là một endoprotease, có khả năng thủy phânsâu, chịu nhiệt tương đối cao. pH hoạt động5-9. Papain thô hoạt tính cao hơn papain tinhkhiết. Bị bất hoạt do tác nhân oxyd hóa.

- Sử dụng papain để giảm keo Haze. Haze làdạng sương mà của bia, do sự kết hợp củapolypeptit và tanin xảy ra khi bia được làmlạnh đến dưới 10 0C.

Ưu điểm của việc sử dụng enzym protease vàoquá trình sản xuất bia

* Tăng tỉ lệ nguyên liệu thay thế (gạo) so với trước đây (từ 30%lên 50%). Hiệu suất trích ly nguyên liệu tăng từ 1-2%.

* Giảm thời gian lên men chính 1 ngày do nấm men phát triểnmạnh, đạt hiệu suất lên men cao. Do vậy, tiết kiệm được chiphí điện lạnh cho quá trình sản xuất.

* Giống nấm men kết lắng tốt cho hiệu suất thu hồi tăng 2,5%.* Bia thành phẩm đạt các chỉ tiêu hoá lý qui định, hương thơm,

vị đậm đà, độ tạo bọt tốt hơn so với bia sử dụng 30% gạo thaythế mà không sử dụng enzym.

Nhóm enzym thủy phâncarbohydrate

Termamyl

Termamyl là tên thương mại của enzym thuộcnhóm enzym α –amylase là chế phẩm enzymcó dạng lỏng. Có nguồn gốc từ vi khuẩn, chịunhiệt (105-110 0C).

Trong quá trình nấu bia, giúp dịch hoá tinhbột trước khi lên men, đơn giản hoá qui trìnhcông nghệ

Nhóm enzym thủy phâncarbohydrate

α- amylase (fungamyl):

Trong sản xuất bia, enzym được ứng dụngtrong quá trình lên men bia để gia tăng hệthống lên men của mạch nha.

Độ lên men trong bia có thể gia tăng2-5%.

Nhóm enzym thủy phâncarbohydrate

Pullulanase: Thuỷ phân liên kết α -1,6.

Cơ chất pullulane có nhiều trong bột mì.

Pullulanase kết hợp với α-amylase thuỷ phânhèm bia dextrin thành đường lên men.

II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT

Công nghệ sản xuất bia

Nấu malt (90- 1000C). Nấu gạo

Phối hợp hỗn hợp malt – gạo

Để lắng (lọc bỏ xác hoa Hublon)

Nước gạo –malt nấu 600C+ hoa Hublon (15- 20g/10 lít)

Hạ bằng nhiệt độ lên men nhiệt độ

Ép –lọc (lọc ép khung bản)

Lên men chính (5 ngày ở 80C)

Lên men phụ (10 ngày ở 40C) tạo hương, tạo bọt, lắng trong

Đóng thùng (bia hơi)

Vô chai ( bia chai , bia lon)Thanh trùng 700C

Dán nhãn, vào kétThành

Phẩm

Giai đoạn 1 Chuẩn bị malt

Giai đọan 2:Chuẩn bị dịch lênmen

Giai đọan 3: lên men

Giai đọan 4: thành phẩm bảo quản

Sản xuất dịch lên men 1. Nghiền, xay malt thế liệuMục đích : Tạo điều kiện tăng tốc quá trìnhđường hóa, giúp thu nhiều chất hòa tan.Yêu cầu: Nội nhũ càng mịn càng tốt và nằm nhiều trong vỏ. Vỏ trấu càng nguyên vẹn càng tốt tránh sự hòa tan

tanin, chất đắng vào dung dịch sẽ tạo màu, vị khôngtốt cho nước nha.Vỏ trấu nghiền quá nhỏ sẽ ảnh hưởng đến quá trìnhlọc sau này.

Sản xuất dịch lên men2. Ngâm

Trộn bột với nước nóng nhằm tạo hỗn hợpđồng nhất

Tỷ lệ : 1kg bột malt /4-5 lít nước

1kg bột thế liệu /1,5-2 lít nước

Nhiệt độ trộn 35-380C

Nấu (Đường hóa) Malt và thế liệu có thể được nấu ở hai nồi

khác nhau (nồi cháo và nồi malt)

Chế độ nấu cũng khác nhau.

Sau đó hòa chung toàn bộ khối hồ malt.

Số lần đun sôi là số lần đun sôi ở nồi đườnghóa.

Nấu (Đường hóa) Nhiệt độ dùng để nấu được thay đổi dần

nhằm đảm bảo cho các enzym amylase vàprotease hoạt động.

Thực chất quá trình này là quá trình thủyphân tinh bột và potein.

Sản phẩm thu được là maltose, acid amin vàcác sản phẩm trung gian.

Đường hóa Khi nâng nhiệt độ khối dịch malt tới 48-52oC, giữtrong thời gian thích hợp để tạo điều kiện cho phitase,

protease hoạt động.

Các sản phẩm protein thủy phân phụ thuộc nhiềuvào nhiệt độ.

Khi giữ ở 50oC và pH= 5,6-5,9 là điều kiện thuậnlợi cho sự tạo thành các hợp chất protein có phân tửlượng thấp.

Quá trình này được gọi là pepton hóa.

Đường hóa Sau khi đã pepton hóa khối dịch malt và khối dịch

hồ đã làm loãng, được giữ ở 63-68oC là nhiệt độ tốiưu cho β-amylasea có hoạt lực tối đa. Một lượng lớnmaltose được tạo thành cùng với một lượng nhỏdextrin.

Sau đó đưa nhiệt độ tới 70-75oC là khoảng nhiệt độtối ưu của α – Amylase: quá trình thủy phân xảy ranhanh hơn, nhưng sản phẩm phần lớn là dextrin.Nhiệt độ cao tới 78oC: α – Amylase mất hoạt tính.

Lọc cháo Mục đích

Tách phần lỏng (dịch đường) ra khỏi phần bã là phầnkhông bị hòa tan (vỏ trấu)

Thiết bị lọc : Máy lọc ép khung bản, thùng lọc.

Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn Giai đoạn đầu : thu nước nha (mout)

Giai đoạn sau: rửa bã bằng nước mềm, nóng ở 750C, thunước mout lần 2.

Đun sôi dịch đường với hoa houblon(quá trình houblon hóa): Mục đích của quá trình là ổn định thành phần dịch

đường, truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon,keo tụ các protein, vô hoạt enzym và thanh trùngdịch đường.

Trong quá trình phải đảm bảo không để nhiệt độ củadịch đường hạ xuống dưới 70 0C để tránh oxygencủa không khí tiếp xúc với dịch đường xảy ra cácphản ứng oxy hóa làm giảm chất lượng của bia.

Sau khi nấu xong người ta lọc bỏ hoa houblon đểlắng, loại bỏ những phần không tan. Phần dịch trongphải được làm lạnh nhanh để chuyển qua thùng lênmen

Làm lạnh dịch lên men Mục đích đưa dịch đường (nước mout) về nhiệt độ thích

hợp cho quá trình lên men. Tạo điều kiện để kết tủa, lắngnhững chất hữu cơ kém chịu nhiệt .- Sau quá trình lắng trong nước nha phải được làm lạnhnhanh để nhiệt độ giảm xuống còn 7- 8 0C.

- Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men chìm là5-6 0C và lên men nổi là 14-16 0C.

- Sục khí : Đồng thời với việc làm lạnh người ta sục khôngkhí đã xử lý vào để tăng nồng độ oxy cần thiết cho tế bàonấm men sống và phát triển, đặc biệt là trong giai đoạnđầu của quá trình lên men

* Quá trình lên men chính- Là quá trình chuyển hóa các chất đường và dextrin phântử thấp trong nước nha thành C2H5OH, CO2 và một sốchất hữu cơ khác nhờ tác dụng của nấm men.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q- Các sản phẩm phụ (các este, acid hữu cơ, rượu bậc cao,

aldehyde, glycerin…) đi vào thành phần hòa tan của dịchlên men.

- Một số thành phần hòa tan đã bị kết tủa và lắng dần xuốngcùng với sinh khối của nấm men.

- Sau khi cấy giống vào nước nha ta bắt đầu tính thời gianlên men. Có thể chia quá trình lên men làm 4 giai đoạn:

Lên men

Gđ 1 (khoảng 2 ngày đầu): nấm men nẩy chồi,phát triển mạnh dần và sinh khối đạt cực đại ởcuối ngày thứ hai.

Gđ 2 (2 ngày kế tiếp) sự lên men chuyển từkiểu lên men hiếu khí (để tăng sinh khối nấmmen) sang lên men kỵ khí (để tạo CO2 vàethanol)

Gđ 3 (2 ÷ 3 ngày tiếp theo) thời kỳ lên menmạnh nhất.

Gđ 4 (1 ÷ 2 ngày cuối cùng) cường độ lênmen yếu dần) sinh khối nấm men tăng cùngvới các thành phần keo tụ của protein, tanin,nhựa đắng hoa houblon… lắng dần xuống đáythùng lên men.

Mục đích:- Tiếp tục lên men phần chất khô còn sót lại sau lên

men chính,- Bão hòa CO2 tạo bọt cho bia- Tăng cường mùi vị cho bia, thực hiện quá trình ủ

chín của bia (ổn định chất lượng bia).- Làm trong bia.Đưa bia về nhiệt độ thấp để hạn chế sự xâmnhập và phá hủy của vi sinh vật.Thời gian lên men phụ và tồn trữ: 15 ÷ 35 ngày.

Quá trình lên men phụ

* Lọc:Mục đích: làm cho bia có độ sáng đúng yêu cầu chất

lượng, ổn định và tăng độ bền sinh học, hóa họccủa bia.

- Bia sau khi lọc không mất CO2 đạt độ trong sáng,không bị nhiễm vi sinh vật, không bị loãng bởinước lọc, không bị oxy hóa.

Lọc qua 3 cấp: Lọc cấp 1 (lọc trong) Lọc cấp 2 (lọc ổn định) Lọc chỉ

* Lưu trữMục đích: là nơi dự

trữ bia đã lọc, biabán thành phẩm,làm chín mùi bia,ổn định về chấtlượng, đưa vềnhiệt độ thấp đểtránh sự xâm nhậpcủa vi sinh vật.

Tank chứa

Chiết chai Mục đích

Thuận tiên cho việc phân phối và sử dụng

Các dạng chiết: Bia hơi : tiêu thụ trong ngày Bia chai: tiêu thụ từ 3 tháng đến một năm Bia lon : tiêu thụ tối đa đến một năm

Nguyên lý chiết: Bia được chiết trong hệ thống kín theo nguyên tắc đẳng

áp. Hạn chế thấp nhất sự xáo trộn bia, sự hao hụt CO2, sự

xâm nhập của oxy không khí vào sản phẩm.

Thanh trùng Mục đích : đình chỉ sự hoạt động của nấm

men, tiêu diệt vi sinh vật còn sót trong bia

Phương pháp thanh trùng

Thanh trùng Pasteur

- Bia được hấp trong nước nóng 60-800C

- Thời gian : 15- 20 phút

- Thanh trùng tấm mỏng

Thanh trùng

Thanh trùng tấm mỏng

Bia được chảy liên tục thành lớp mỏng quacác tấm thanh trùng có nhiệt độ 60-700Ctrong 45-50 giây.

Sau đó bia được làm lạnh đến 0 0 C ngaytrong thiết bị thanh trùng .

Ưu điểm của phương pháp:

Tiêu diệt được hết VSV trong thời gian ngắnkhông ảnh hưởng đến chất lượng bia.

IV. CÁC SẢN PHẨM PHỤ VÀYÊU CẦU THÀNH PHẨM

1.Các sản phẩm phụ Bã hèm: Thu từ quá trình lọc, được dùng làm thức

ăn gia súc. Cặn men: Thu từ quá trình lên men chính, bã men

được ép thành bánh làm thức ăn gia súc. Cacbon dioxide (CO2): Thu hồi từ quá trình lên

men chính, được sử dụng cho quá trình lên menphụ, chiết chai hay đem bán.

2. Các chỉ tiêu cần xét khi thành phẩm.

Hàm lượng CO2 (g/l)

Hàm lượng diacetyl (tiêu chuẩn cho phép < 0,1mg/l).

Độ đục

Độ hòa tan biểu kiến, độ cồn, hàm lượng đường sót,độ đường nguyên thuỷ.

Đo độ màu (EBC)

Đo pH