Bài giảng: Công nghệ sản xuất đồ uống

Thế kỷ 17- Hop • Thế kỷ 17 loại Beer không sử dụng Hop hòan tòan biến mất • Sự đa dạng của các sản phẩm Beer tùy thuộc vào vùng nguyên liệu và điều kiện khí hậu • Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất Beer là lúa đại mạch tuy nhiên cũng có thế thay thế bởi nguyên liệu khác như yến mạch, lúa mì, gạo • Trong thời gian này việc đánh thuế của một số địa phương trên sản phẩm Beer là rất cao 13 Beer đã trở thành văn hóa • Beer đã trở thành văn hóa trong cộng đồng dân cư phía bắc và trung tâm Châu âu vào thời trung cổ và khỏang đầu của thời kỳ hiện đại • Beer nhẹ được sử dụng hàng ngày cho mọi đối tượng • Beer mạnh dùng cho những người thích sử dụng thức uống có độ cồn cao hay trong các lễ hội Phân loại sản phẩm beer • Việc phân biệt và đánh giá giữa Beer nhẹ và Beer mạnh cũng không có một công thức chung • Beer mạnh từ nước thứ nhất dịch trích Malt • Beer nhẹ được lên men từ dịch trích từ malt đại mạch nước 2, 3 • Beer được sản xuất và dự trữ trong thời gian từ tháng 10 đến tháng 3 (vì trong mùa hè Beer thường bị hư hỏng) Thế kỷ 18 • Ngành Beer có một sự chuyển đổi nhỏ khi có sự kết hợp của những cơ sở sản xuất gia đình với những nhà máy quy mô nhỏ • Châu Âu và ở Mỹ đến năm 1800 có trên 150 nhà máy sản xuất Beer • Ngành vận tải biển phát triển giá thành vận chuyển hàng hóa thấp • Benjamin Wilson người đã buôn bán Beer với số lượng vài ngàn Hectoliters tại vùng Baltic 14 • Dân cư các thành phố ở Châu Âu tăng nhanh dẫn đến nhiều thay đổi của ngành sản xuất Beer • LonDon sản lượng tạo ra đã vượt quá nhu cầu tiêu thụ với tỉ lệ 100:1 trong khi tỉ lệ này tính cho toàn quốc là 1:1 Porter: Sản phẩm beer được công nghiệp hóa đầu tiên • Xuất xứ từ tên của nó là Beer dành cho giới khuân vác • Theo tài liệu ghi chép lại năm 1760 Beer Porter được tạo ra năm 1722 tại vùng phía Tây thành London • Sản phẩm do có độ đắng cao, màu sẫm và giá thành thấp • Pha lẫn 3 loại Beer để tạo ra loại Porter – Chủ yếu là beer nâu tươi mới sản xuất; – Beer nhạt vừa chín (giá 3 xu); – Beer nâu cũ • Thực tế nguồn gốc của Beer Porter xuất phát từ chính sách thuế Tiến bộ của ngành sinh hóa và vi trùng học cũng góp phần phát triển ngành Beer • Beer thường được chứa nhiều tháng trong những thùng lớn trước khi đem đi tiêu thụ • Khắc phục nhược điểm của việc lên men bằng chủng nấm men Brettanomyces • Beer Porter đã chinh phục được thị trường thành thị • Quả là một thành công ngoài mong đợi 15 Cơ giới hóa và tiêu chuẩn hóa • Năm 1785 khi Whitbreads lắp đặt động cơ hơi nước tại nhà máy beer thứ 2 của mình • Cuối thế kỷ 18 ít nhất 26 động cơ hơi nước được lắp đặt trong những nhà máy beer • Michael Combrune cho rằng nhiệt độ sấy Malt khác nhau sẽ cho ra sản phẩm có màu sắc thay đổi, ông cũng quan sát quá trình nghiền Malt và nhiệt độ lên men • John Richardson, một người sản xuất beer giới thiệu đường kế cho phép đo hàm lượng đường trong nước nha Thế kỷ 19- Công nghiệp hóa • Châu Âu dẫn đầu trong những nước uống bia • Nhu cầu tăng từ 2 đến 4 lần từ giữa những 1830 đến 1900 • Sự phát triển của những mạng lưới đường sắt từ những năm 1830 làm thay đổi phương thức phân phối • Đến cuối thế kỷ 19 chỉ có 1% trong số những nhà máy beer được vào sở giao dịch chứng khóan Cuộc chiến giữa Beer Porter và Beer Ale • Vào đầu thế kỷ 19 Beer Porter của Anh gần như chiếm lĩnh thị trường • Vào năm 1830 thị phần Porter lần đầu bị giảm sút trong vòng 50 năm • Beer trung bình (midle) và pale ale • Ứng dụng đường kế để xác định hiệu suất thu hồi; dùng một ít malt có màu sẫm (thay đổi chế độ sấy) kết hợp với malt nhạt màu cho hiệu quả tương tự như cách sử dụng malt nâu với giá thành rẻ hơn 16 Thời đại của kỹ thuật lên men chìm • Gabriel Sedlmayr Jr. và Anton Dreher người đã có một cuộc hành trình chung quanh Nước Anh và Scotland vào 1833 • Các ông phát triển kỹ thuật lên men chìm mặc dù kỹ thuật này đã được biết đến ít nhất từ năm 1400 ở Bavaria • Việc tạo ra máy lạnh nhân tạo vào những năm 70 của thế kỷ 18 đã giúp cho kỹ thuật lên men chìm càng phát triển • Kỹ thuật lên men chìm mang lại những ưu điểm cho sản phẩm Khoa học beer và các ứng dụng • 1883 Viện nghiên cứu và giảng dạy về Beer đã ra đời tại Đức • Tạp chí đầu tiên Brewers’ Journal xuất bản tại Anh vào năm 1865 • Lui Pasteur đã nghiên cứu quá trình lên men của Rượu và Beer từ năm 1860 đến 1870 • 1900 chưa nơi nào trên thế giới có trường dạy về công nghệ sản xuất Beer • William Waters Butler chịu tránh nhiệm giảng dạy ngành mới này tại trường đại học Birmingham Bao bì sản phẩm • Beer chai có lẽ xuất hiện vào đầu thế kỷ 18 • 1872 chai có nút vặn mới được cấp bằng sáng chế • Chai có nút bần vào năm 1875 • Chai như hiện tại vào năm 1892 17 Thế kỷ 20 • Anh, Đức và Mỹ chiếm 67,5% tổng sản lượng trên toàn thế giới • Sản lượng Beer có sút giảm chút ít trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần 1 và lần 2 • Từ năm 1960 đến 1990 sản lượng beer toàn thế giới tăng 3 lần • Trung Quốc nổi lên với sản lượng rất ấn tượng 1 tỉ Hectoliters trong 30 năm • 2002 sản lượng Beer trên thế giới ước tính 1400 triệu Hectoliters cao gấp 5 lần so với thế kỷ trước Chính sách thuế khác nhau trên sản phẩm Beer • Thuế suất đối với sản phẩm Beer tại Mỹ và Đức không thay đổi trong khi đó tại Anh lại tăng • Thuế Beer tại Mỹ tăng 2 lần nhưng chỉ bằng ¼ thuế tại Anh • Thuế trên Beer tại Anh cao hơn tại Pháp 7 lần Ứng dụng khoa học và thay đổi công nghệ • Nghiên cứu Beer chưa bao giờ cao • Anh chỉ chi 0,003% doanh thu của ngành Beer cho nghiên cứu trong những năm 30 của thế kỷ 20 • Những tiến bộ khoa học chỉ áp dụng trong quy mô trung bình • Vai trò của những nhà hóa học và vi khuẩn học không được đánh giá cao trong nhà máy sản xuất • Hiếm khi có các báo cáo được đăng tải trên các tạp chí 18 Ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tế • Máy nghiền trục dùng nghiền Malt được ứng dụng vào năm 1902 • Richard Seligman giới thiệu bộ trao đổi nhiệt ngược chiều được cấp bằng sáng chế năm 1923 • Trong 25 năm đầu tiên tồn tại, BIRF xuất bản hơn 700 bản báo cáo khoa học • Ứng dụng về vật liệu chế tạo thiết bị (Inox, thép không rỉ • Kỹ thuật phân tích; kỹ thuật nảy mầm • Vào năm 1950 ứng dụng cơ giới hóa quá trình nảy mầm giúp giải phóng lao động và ổn định chất lượng Malt • Các ứng dụng chất hocmon sinh trưởng (gibberellic acid kết hợp với kali bromate) trong qúa trình nảy mầm vào những năm 60 • năm 1998 có 30 công ty sản xuất Malt tạo ra 60% sản lượng trên toàn thế giới • Thập niên 1980 đưa ra những kết quả nghiên cứu của sự hình thành Nitrosamin • Hệ thống lọc thùng được ứng dụng trong những năm 60 và là chuẩn của các nhà máy • Thiết bị lắng xóay tâm (the Whirlpool separator) được lắp đặt đầu tiên tại nhà máy của Molson Canada năm 1960 và đến những năm 80 được lắp đặt trong mọi nhà máy • Công nghệ lên men liên tục được triển khai và ứng dụng trong thâp niên 50 nhưng không được hưởng ứng bởi các nhà sản xuất 19 Tác dụng ngược • Không phải tất cả những ứng dụng khoa học vào sản xuất Beer đều mang lại hiệu quả • Sử dụng muối Cobatl trong cải thiện khả năng tạo bọt vào cuối những năm 1950 • Gây nên cái chết của hàng trăm người tại Bắc Mỹ • Muối Cobatl bị cấm vào năm 1966 Thành phần và giá trị dinh dưỡng của bia • Bia là loại thức uống giải khát rất giàu dinh dưỡng • Một lít bia có thể cung cấp từ 400-800Kcal • 1 lít bia có 20-50mg tianin (B1); • 340-560mg riboflavin (B2); • 5800-9000mg acid nicotinic (PP). • đạm hoà tan chiếm 8- 10% chất tan bao gồm : protein, peptid, và amino acid • Glucid tan (70% là dextrin, pentosan- sản phẩm caramen hoá) • Lupulin trong bia (có ở hoa houblon) có tính an thần dễ ngủ • CO2 làm giảm nhanh cơn khát cho người uống Các loại bia • 5000 nhà máy Beer nổi tiếng trên thế giới cho ra 8 loại beer khác nhau • Có khoảng 40.000 nhãn hiệu Beer được bán trên thị trường toàn thế giới • Theo tự điển “phong cách” (Style) được định nghĩa: Bằng phương pháp, kỹ thuật khác nhau tạo ra sản phẩm có chất lượng khác biệt so với những sản phẩm khác 20 Làm thế nào để tạo ra những phong cách Beer khác nhau? • Thành phần • Quy trình • Bao bì • Tiếp thị • Văn hóa – Bằng sự kết hợp các yếu tố trên tạo ra hàng trăm loại Beer thành công khác nhau. – Điều này giải thích tại sao nhiều nhãn hiệu tồn tại lâu dài và tại sao có những sản phẩm chỉ tồn tại một thời gian ngắn Thành phần • Nước • Dịch trích ly từ malt đại mạch • Hop • Sự chuyển hóa của nấm men. – Sự thay đổi các thành phần này dẫn đến việc cho ra đời những sản phẩm có phong cách khác nhau Quy trình • Có hàng trăm quy trình sản xuất ảnh hưởng đến hương vị, cảm quan, sự cân bằng và những đặc tính của sản phẩm Beer – Thiết kế và cấu hình của thiết bị – Quá trình nảy mầm ngũ cốc – Quá trình nghiền – Quá trình đường hóa – Quá trình lọc – Quá trình đun sôi – Nhiệt độ và thời gian lên men – Thời gian lên men phụ – Quá trình lọc trong Beer 21 Tiếp thị sản phẩm • Trong quá trình tiêu thụ sản phẩm tiếp thị đóng vai trò cực kỳ quan trọng nhằm tạo ra ham muốn tiêu thụ sản phẩm trong tâm trí của khách hàng. • Rất nhiều ví dụ cho thấy vai trò của tiếp thị trong việc tiêu thụ một sản phẩm mặc dù sản phẩm đó không có gì nổi bật so với các sản phẩm khác cùng loại có mặt trên thị trường. Văn hóa • Các yếu tố về chính trị; văn hóa; xã hội; tôn giáo đều ảnh hưởng đến sản phẩm Beer. • 1516 luật độ thuần khiết của Đức (Reinheitsgebot) ra đời đã ảnh hưởng đến các nhà sản xuất nhỏ. • Việc hạn chế nhập khẩu lúa mạch tại Nigeria dẫn đến việc phát triển các sản phẩm Beer nhẹ làm từ lúa miến. • Thuế suất tăng cao của nguyên liệu sản xuất Beer dẫn đến sản phẩm SoSho • “Mặt trời không bao giờ lặn trên thuộc địa của Anh”. Chính vì thế chỉ có một kiểu Beer của Anh Nguồn gốc của các kiểu Beer • Beer Bock của Đức là một loại Beer sẫm màu, độ cồn cao và có xuất xứ từ thị trấn Einbeck của Đức • Beer nhẹ của Ấn độ được tạo ra bởi nhu cầu đặc biệt. Do lúc này Ấn độ là thuộc địa của Anh và việc cung cấp Beer cho một nơi có khỏang cách xa rất khó khăn và dễ bị hư hỏng • Beer nhẹ Pilsener ra mắt đầu tiên tại Plzen một địa danh thuộc Tiệp Khắc nay là Cộng hòa Czech 22 • Beer Ales xuất xứ tại Anh – Loại Beer Anh cổ điển – Loại Beer Anh- Ấn – Loại Beer đắng thường – Beer đắng và rất đắng – Beer nhẹ kiểu Scottish – Beer nặng kiểu Scottish – Beer Scottish xuất khẩu – Beer nâu kiểu Anh – Beer nâu nặng (Imperial Stout) – Beer lúa mạch kiểu Anh (English-Style Barley Wine Ale) • Các sản phẩm xuất xứ từ Ailen (Irish Origin) – Beer đỏ – Beer cổ điển • Beer có xuất xứ từ Bắc Mỹ – Beer nhẹ kiểu Mỹ – Beer nhẹ Ấn độ kiểu Mỹ – Beer hổ phách/ đỏ kiểu Mỹ – Beer vàng – Beer nâu nặng kiểu Mỹ • Beer có xuất xứ từ Đức – Beer nâu – Beer kiểu miền Nam Đức Hefeweissbier – Beer kiểu miền Nam Đức Kristal Weissbier – Beer kiểu miền Nam Đức Dunkel Weissbier • Beer có xuất xứ từ Bỉ và Pháp – Beer Flanders – Beer Dubbel – Beer Tripel – Beer nhẹ – Beer trắng (Beer lúa mì) – Beer Lambic – Lager Beer (Bia nhẹ) • Beer Pilsener kiểu Đức • Beer Pilsener kiểu Châu Âu • Beer Bock truyền thống Đức • …. 23 Beer có nguồn gốc khác • Beer Úc, châu Mỹ latin; nhiệt đới • Nước giải khát lên men có hương liệu • Beer rau • Beer thảo dược và gia vị • ... Tổng quan quy trình sản xuất Beer • Quy trình sản xuất Beer bao gồm 15 bước – Nảy mầm – Nghiền Malt – Trích ly nước nha – Tách nước nha – Đun sôi dịch nha – Tách cặn – Làm lạnh dịch nha và sục khí – Chuẩn bị giống – Vào Giống – Lên men chính – Lên men phụ – Thu hồi men (rút men) – Lọc trong Beer – Đóng chai – Tồn trữ và phân phố Nguyên liệu trong sản xuất bia • Malt đại mạch • Nguyên liệu thay thế và phụ liệu • Hoa houblon • Nước • Nấm men 24 Malt đại mạch • Có 2 loại đại mạch là – Hordeum vulgare (6 hàng) – Hordeum distichon (2 hàng) • khí hậu ôn đới • Đại mạch trồng được 2 mùa: – Mùa Đông – Mùa Xuân • 135 triệu tấn hàng năm – 21 triệu tấn tạo ra 17 triệu tấn malt • Hạt đại mạch bao gồm: – Vỏ trấu (10- 12%); – Vỏ lụa (2- 3%); – Lớp Aleurone (4- 5%); – Tinh bột trong nội nhũ (77- 82%) và khoảng 5% Protein – Phôi (2- 3%). Sản xuất Malt • Hạt đại mạch cần phải được bảo đảm không bị hư hỏng nhất là lớp cám và phôi trong quá trình sấy khô và bảo quản • Tỉ lệ nảy mầm của đại mạch sử dụng sản xuất malt phải bảo đảm trên 90% • Vì vậy nếu sử dụng phương pháp sấy để làm giảm hàm ẩm thì nhiệt độ sấy đại mạch không quá 60oC 25 Ngâm nước; nảy mầm; sấy và chất lượng Malt 5%Sản phẩm Malt Thay đổi5%43%Sấy Malt 5 ngày16- 20oC 43%46%Nảy mầm 2 ngày16- 20oC 46%11%Ngâm < 60oC11%15%Sấy 15%Thu hoạch Thời gian Nhiệt độẨm độ cuối Ẩm độ ban đầu Trạng thái Sấy Malt • Bất họat vi sinh vật và làm độ ẩm của Malt từ 43% đến 5% • Độ ẩm thấp có tác dụng làm dừng hoạt động của enzym • Màu sắc của Malt có được do phản ứng Melanoidin (Maillard) giữa đường và acid amin Nhiệt độ sấy malt • Malt sấy ở nhiệt độ dưới 65oC có thể làm gia tăng hàm lượng DMS trong nước nha nóng • Malt sấy ở nhiệt độ từ 80- 82oC có thể làm tăng SMD trong quá trình lên men từ việc chuyển hóa Dimethysulfoxide (DMSO) • Nitrosodimethylamine (NDMA) tác nhân gây ung thư khi Hordernin của phôi phản ứng với Oxyt nitơ sinh ra trong quá trình sấy trực tiếp bằng khí thiên nhiên 26 Sự đa dạng của sản phẩm Malt • Có 2 loại malt: – Rượu chưng cất • Whisky lên men từ dịch trích ly Malt • Whisky lên men từ hạt malt – Beer • Malt Pilsener và Lager có độ màu thấp khoảng 2 EBC; • Malt trung bình có độ màu khỏang 7 EBC; • Malt Munich có độ màu khoảng 15- 20 EBC và nồng độ enzym thấp hơn so với malt lager. • Màu sắc của malt phụ thuộc vào nhiệt độ sấy ví dụ Malt hổ phách/nâu có độ màu từ 900 đến 1100 EBC; Malt đen có độ màu từ 1100 đến 1400 EBC. Bảng phân tích màu sắc của malt và nhiệt độ sấy 0 /l kg0 EBCCTrích (Màu ( Nhiệt độ ( 2301000-15501.5Malt lúa mạch 2301100-14001.5Malt rang 220900-11001.5Malt chocolate 150100-1402.0Malt nâu 75100-3004.0Tinh thể malt 7525-357.0Malt Munich 802.04.5Malt Pislner 1005.04.0Malt trung bình (Nhiệt độ sấy) (Độ màu EBC) Độ ẩm (%)Sản phẩm Nguyên liệu thay thế và phụ liệu • Theo luật độ thuần khiết của Đức ban hành thì thế liệu (Phụ liệu) được định nghĩa là những nguyên liệu ngòai Malt; Houblon; Nước • Ủy ban tiêu chuẩn thực phẩm của Anh định nghĩa phụ liệu là bất cứ nguồn Carbon hydrat ngoài malt đại mạch góp phần vào chất lượng đường của dịch nha 27 Lĩnh vực của Phụ liệu • Những phụ liệu thô phi malt dạng rắn sử dụng trong quá trình sản xuất beer (Gạo; ngũ cốc chưa nảy mầm). • Những phụ liệu dạng lỏng đưa vào tạo nên tính chất đặc trưng (chế phẩm Sirop) • Những loại malt ngũ cốc khác malt đại mạch góp phần vào chất lượng dịch nha (Malt thóc; malt lúa miến…) • Tại Mỹ lượng phụ liệu sử dụng trung bình khỏang 38%, – Bắp là loại phụ liệu được sử dụng nhiều và thông dụng nhất chiếm 46% – Gạo chiếm 31% – Sirop chiếm 22%. Bắp (Ngô) • Bắp được sử dụng nhiều ở Mỹ và Canada phải loại bỏ lớp vỏ ngoài và phôi chỉ để lại nội nhũ • Hiệu suất trích ly của Bắp thấp hơn những thế liệu khác nhưng lại chứa nhiều đạm và chất béo hơn. • Nhiệt độ hồ hóa của thế liệu bắp thấp hơn (62- 74oC) so với gạo (64- 78oC) • Bắp nếu sử dụng dạng tấm cho hiệu suất trích ly cao hơn. • Các nghiên cứu cũng khảo sát về khả năng trích ly, hàm lượng amino acid, độ nhớt của dịch nha và cho thấy một số lợi ích của thế liệu Ngô • Tỉ lệ thế liệu đạt 20% mà không thay đổi chất lượng dịch nha so với sử dụng 100% • Đường Succrose và đường Fructose giảm khi tăng tỉ lệ thế liệu • Tỉ lệ Bắp 30% ta có thành phần chất thơm bay hơi tương ứng với khi dùng 100% malt • Việc dùng thế liệu với tỉ lệ cao là nguyên nhân tăng mức độ Diacetyl khi kết thúc quá trình lên men chính 28 Gạo • Gạo là loại thế liệu được sử dụng đứng hàng thứ 2 sau Bắp tại Mỹ. • Gạo có giá thành cao hơn bắp khoảng 25% • Gạo được sử dụng dưới dạng đã tách trấu, cám và mầm • Gạo dùng trong sản xuất beer sẽ cho hương thơm và vị trung tính, sản phẩm có màu sáng và trong • Không phải tất cả các loại gạo đều có thể dùng sản xuất Beer • Theo các nhà nghiên cứu nếu gạo có thời gian dịch hóa khi đun sôi trong thời gian 15 phút có thể dùng làm thế liệu sản xuất beer • Lượng Malt lót từ 5- 10% với mục đích làm giảm khối lượng mạch tinh bột • Vào cuối giai đoạn nấu cháo trong một số trường hợp nhiệt độ nồi cháo đạt đến 112oC • Theo các nghiên cứu và hiện còn tranh luận về hàm lượng nitơ hòa tan trong dịch nha khi dùng thế liệu gạo còn thấp hơn khi dùng thế liệu Bắp Lúa mạch • Việc sử dụng lúa mạch chưa nảy mầm trong sản xuất Beer như một thế liệu đã có từ lâu.Trong quá khứ lúa mạch sử dụng trong sản xuất beer ở dạng đã được hồ hóa sơ bộ ở nhiệt độ 85oC sau đó được làm khô đến độ ẩm 8- 10%. • Nhược điểm của thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm là làm giảm lượng nitơ hòa tan và màu của dịch nha • Tại một số nhà máy beer tại Úc sử dụng thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm lên 50% • Khả năng lên men dịch nha từ thế liệu lúa mạch chưa nảy mầm với tỉ lệ 50% bằng với tỉ lệ 100% malt • Dịch nha dùng thế liệu này chứa ít đường Fructose, Succrose, Glucose, Maltotriose nhưng nhiều đường Maltose hơn so với dịch nha trích ly từ Malt đại mạch 29 Lúa Miến (Kê) • Tổ chức lương nông thế giới (FAO) khuyên nên dùng lúa miến để sản xụất Beer (vì năng suất cao) – Châu phi đã sử dụng lúa miến để sản xuất Beer với nhãn hiệu “Bantu beer” – Nam Phi, “dolo” – Burkina Faso, – “billi billi” ở Chad (Sát) Beer này không dùng houblon, có vị chua nhẹ và thường không qua quá trình lọc vì thế thừơng được sử dụng ở vùng nông thôn • Tinh bột của lúa miến tương tự Bắp chứa 75% Amylopectin và 25% amylose. • Kích thước hạt tinh bột lúa mạch 15µm so với 10µm của tinh bột bắp. • Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột lúa mạch (68- 72oC) cao hơn so với tinh bột bắp (62- 68oC). • Trong quá trình nấu cháo để quá trình trích ly đạt hiệu quả cao người ta bổ sung 5% lượng malt lót vào nồi cháo Tinh bột bắp • Có giá thành cao nhất trong sản xuất Beer • Thành phần tinh bột bắp chứa 96% lọt sàng 200 mesh. • Nhiệt độ hồ hóa và dịch hóa của tinh bột bắp thấp hơn so với gạo và bắp • Khi sử dụng kết hợp chú ý tránh bị khét do quá trình lắng đọng (tăng tốc độ khuấy). 30 Tinh bột lúa mì • Ít được sử dụng tại Mỹ trong sản xuất beer vì lý do giá thành cao, chỉ có Canada sử dụng lượng lúa mì trong thời kỳ vào mùa chính vụ • Tinh bột lúa mì rất giống với tinh bột bắp • Nhiệt độ hồ hóa của chúng tương đương với nhiệt độ của Malt nên có thể trộn trực tiếp vào nồi nấu Malt • Sử dụng lượng Malt lót 10%, duy trì nhiệt độ 48oC trong 30 phút trước khi nâng nhiệt độ lên 66oC để tạo điều kiện thủy phân β Glucan tốt hơn Bỏng ngũ cốc • Là sản phẩm ngũ cốc được xử lý ở nhiệt độ 260oC sau đó cho tăng kích thước đột ngột bằng phương pháp giảm áp suất đột ngột • Quá trình tạo sản phẩm làm biến tính một lượng protein đáng kể nên khi sử dụng có thể làm giảm lượng protein hòa tan trong dịch nha • Cả lúa mạch và lúa mì đều có thể dùng tạo bỏng ngũ cốc • Bỏng ngũ cốc hút nước nhiều hơn những loại phụ liệu khác Siro 23202020Dextrin 1520125Maltotriose 54552810Maltose 854065Glucose Dịch maltEnzymAcid và Enzym Xúc tác acid Loại đường Nguồn: Cung cấp bởi Chantler, J. 1990. Tech. Q. Master Brewers’ Assoc. Am., 27:78–82 Tỉ lệ đường (%) của Siro được tạo thành bởi các phương pháp so với 100% malt đại mạch 31 Malt làm từ các loại ngũ cốc khác Đại mạch • Malt lúa mì – còn hạn chế vì kỹ thuật nẩy mầm • Malt yến mạch và malt lúa mạch đen – Malt lúa mạch đen ngày nay hầu như không còn sử dụng trong sản xuất beer mặc dù trước đây 50 năm nó đã được dùng để sản xuất loại Beer đặc biệt • Malt lúa miến – Năm 1988 khi Nigeria ban hành luật cấm nhập khẩu Malt đại mạch và khuyến khích sử dụng các nguyên liệu địa phương 100110Họat độ ά- Amylase (%) 10018Họat độ β- Amylase (%) 55- 5964- 68Nhiệt độ hồ hóa tinh bột (oC) Malt đại mạchMalt lúa miến • Việc sử dụng các loại phụ liệu trong sản xuất beer liên qua trực tiếp đến luật thuần khiết sản phẩm beer của Đức. • Ngày nay, phụ lịêu được sử dụng rộng rãi tại nhiều khu vực và quốc gia trên thế giới nhằm mục đích – Giảm giá thành – Đạt được những tính chất đặc trưng cho sản phẩm. • Với các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực công nghệ sinh học và công nghệ enzym mở ra hướng ứng dụng các loại phụ liệu trong sản xuất beer ngày càng phổ biến Hoa houblon • Houblon dùng tại trung tâm Châu Âu khoảng năm 1000 sau công nguyên nhưng không được chắc chắn • Tài liệu ghi chép cho thấy Houblon được sử dụng trong sản xuất beer tại Đức và Cộng hòa Séc trong thời gian từ 1000- 1200 và nước Anh sử dụng vào thế kỷ 14 • Văn bản luật đầu tiên quy định việc sử dụng houblon trong sản xuất beer là luật độ thuần khiết được ban hành vào năm 1516 – Nhà sản xuất quan tâm rất sớm vì khả năng kháng khuẩn – Hương thơm 32 • Houblon được trồng rất rộng rãi cả Nam và Bắc bán cầu, • Các địa để thành công trong việc trồng cây houblon cần phải đạt yêu cầu cả mặt kỹ thuật (cách chăm bón) và điều kiện khí hậu (ôn đới). • Hiện này Đức và Mỹ là 2 quốc gia sản xuất Hop lớn nhất thế giới (chiếm 60% tổng sản lượng). Sản lượng và tỉ lệ được thể hiện trong bảng. 100,0100,095,78257,987Tổng cộng 4,99,74,6575,602Các nước khác 0,80,7790385New Zealand 0,90,8891491Nam Phi 1,41,41,356811Pháp 1,51,31,439780Tây ban nha 2,31,42,230818Úc 2,33,12,2461,748Slovenia 2,63,92,5062,238Ba lan 2,93,42,7401,998Anh 6,110,55,8706,107Cộng hòa Séc 12,58,111,9354,689Trung Quốc 30,323,729,01513,715Mỹ 31,432,030,10718,569Đức Sản lượngDiện tíchHop (triệu tấn)Diên tích (Ha)Quốc gia Tỉ lệ (%)Nguồn: Hopsteiner 2002 Guidelines for Hop Buying. Simon H. Steiner GmbH, Mainburg, Germany.. Cây Houblon • Houblon có xuất xứ từ Châu Á (có thể từ Trung Quốc) • Chúng được phân bố vùng Nam bán cầu nhưng cũng phát triển tốt tại Bắc bán cầu. • Thuộc bộ thực vật Humulus lupulus L. – Thuộc Bộ (order) Urticales – Họ (family) Cannabaceae – Chi (genus) Humulus – Loài (species) Lupulus 33 • Humulus lupulus là một loại cây lâu năm thuộc loại dây leo lá có 3 hoặc 5 thùy được mô tả như một loại thực vật có cây đực và cây cái • Chỉ cây cái mới tạo thành hoa Hop bên trong chứa các hạch Lupulin • Hoa cái chưa thụ phấn mới được dùng trong sản xuất beer Các loại sản phẩm Houblon • Trước đây người ta thường chia Houblon làm 3 loại: – Hương (chứa nhiều hương, hàm lượng α-acid 3- 7%); – Nhiều mục đích (Hương thơm, hàm lượng α- acid 6- 10% ); – Hàm lượng α-acid cao (hương thơm tạm chấp nhận, hàm lượng α- acid 9- 16%). • Hiện nay trên thị trường Houblon có 2 dạng: Dạng viên và dạng cao (nguồn:www.nzhops.co.nz) Thành phần của Hoa Houblon • Theo nghiên cứu của Steven năm 1967 thành phần của Houblon như sau: – Resin chiếm 15% – Protein chiếm 15% – Đường đơn chiếm 2% – Polyphenol chiếm 4% – Pectin chiếm 2% – Tinh dầu dễ bay hơi 0,5% – Tro chiếm 8% – Ẩm chiếm 10% – Cellulose chiếm 43% 34 Nhựa mềm: • Trong Houblon tươi chứa một số lượng nhỏ nhựa mà thành phần chủ yếu của nó là – α- acid – β- acid – Một phần nhỏ dedoxy α- acid (là thành phần không đóng vai trò gì trong sản xuất beer chúng sẽ bị nấm men hấp phụ trong quá trình lên men). • Nhựa mềm là thành phần có khả năng hòa tan trong dung môi hexane Nhựa cứng: • Chiếm 1 tỉ lệ rất nhỏ trong Houblon tươi nhưng sẽ tăng trong quá trình tồn trữ. • Nó được cho là thành phần nhựa không hòa tan trong dung môi Hexane • Công thức tính hàm lượng các acid như sau: – %α-Acids = D [_19.07A275 + 73.79A325 – 51.56A355] – %β-Acids = D [5.10A275 – 47.59A325 + 55.57A355] – Trong đó D là hệ số pha loãng. 35 Polyphenol • Proanthocyanidin – Phân tử Proanthocyanidin có thể chứa đến 20 monomer. – Đa số Proanthocyanidin sẽ bị loại bỏ trong quá trình lắng, – Chỉ có những phân tử có khối lượng phân tử nhỏ (dimer; trimer..) tồn tại trong dịch nha góp phần vào việc bảo quản, chống ôxy hóa và cải thiện hiện tượng đục của beer đồng thời do chứa điện tích dương nên chúng có tác động đến sự ổn định của hương vi sản phẩm Flavonoids • Xanthohumol (XN) – Màu vàng của Lupulin chứa Xanthohumol chiếm hàm lượng 1,5% so với khối lượng khô của Houblon – Trước đây chúng không được quan tâm lắm vì là nguyên nhân gây nên hiện tượng đục beer nên cần phải được loại bỏ. – Tuy nhiên, gây đây người ta đang nghiên cứu và thấy rằng nó có khả năng chống ung thư và kháng khuẩn. Vì thế Xanthohumol được cho rằng có giá trị trong y học. 36 • Isoxanthohumol (IX) – Xanthohumol hòa tan kém trong nước, thành phần này nhanh chóng bị kết tủa và chỉ có 1 phần rất nhỏ tồn tại trong beer thành phẩm. – Khi trình đun sôi chuyển sang một dạng đồng phân gọi là Isoxanthohumol có khả năng hòa tan tốt hơn chất này đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm có khả năng chống ung thư 8-Prenylnaringenin (8-PD) • Còn được gọi là “Hopein” • Những người phụ nữ làm công việc thu hoạch hoa bằng tay có hiện tượng rối lọan kinh nguyệt • Thủ phạm là do 8- PN vì chúng có họat tính như một kích thích tố nữ với hoạt độ cao hơn estrogen • Dẫn đến khả năng chống ung thư các bộ phân như vú, tử cung, tuyến tiền liệt 37 Tinh dầu dễ bay hơi • Chủ yếu của tinh dầu Houblon là Terpene. • Terpene trong tinh dầu Houblon có 3 dạng: – monoterpene myrcene; – α-humulene; – β-caryophyllene. • Dường như chỉ có Myrcene có tác dụng tích cực đến hương thơm của Beer Sử dụng Houblon • Việc sử dụng Houblon phụ thuộc vào nhiều yếu tố và mục đích sử dụng. • Dựa vào các yếu tố trên chúng ta quyết định lựa chọn lọai Houblon nào tối ưu nhất. • Các yếu tố và mục đích như – Mức độ đắng – Độ thơm – Bền mùi – Bền bọt 38 Ví dụ : Tính toán lượng Houblon sử dụng trong sản xuất beer • Giả thiết đầu: – Thể tích dịch 100 Hl – Độ đắng 20 mg/ lít Iso α- acid trong sản phẩm cuối cùng – Sản phẩm Hop 90% Aroma viên chứa 5% α- acid – Thời điểm sử dụng Houblon: Giai đoạn đun sôi – Cao chứa 30% α- acid Tính toán: – (a) Tổng số iso-α-acids cần có trong 100 hl: – 20 (mg/l) x 100 = 2000mg/hl – 2000 (mg/hl) x 100 (hl) = 200,000mg = 0.20 kg iso-α- acids – (b) Lượng cao 30% sử dụng: – 0.20 x 100/30 = 0.67 kg α-acids – (c) Lượng α-acids chứa trong hoa viên aroma (5%): – 0.67 x 100/5 = 13.4 kg hoa viên aroma Nước • 97% trên bềmặt quả đất ở trong biển • 3% lượng nước là nước ngọt. • Trong tổng số nước ngọt thì 75% lượng nước đó ở trạng thái đóng băng • 22% nước tồn tại dưới mặt đất • Một phần nhỏ nước bềmặt tồn tại trong các ao hồ sông suối 39 Nước sản xuất beer • Để tạo ra được một đơn vị thể tích sản phẩm thường 1: 6 (1 l beer cần 6 l nước). • Beer là một sản phẩm chứa trên 90% nước • Ngoài ra trong quá trình nảy mần cần lượng nước 30- 40 Hl/ 1 tấn malt • Lắp đặt một nhà máy sản xuất beer chúng ta phải quan tâm đến nguồn nước (số lượng và chất lượng). Chức năng và nhiệm vụ của nước trong sản xuất beer • Nước trong beer thành phẩm. Tỉ lệ sử dụng 2,7: 1 • Nước trong sản xuất. Tỉ lệ sử dụng 2,1: 1 • Nước dùng mục đích khác. Tỉ lệ sử dụng 1:1 • Nước dùng cho phục vụ. Tỉ lệ sử dụng 0,2:1 – (Tiêu chuẩn theo bảng. Tiêu chuẩn nước cấp theo UK 2000 và EU ) Nguồn Ion trong Beer • Thành phần các ion vô cơ trong nước có tác động đến hương thơm và chất lượng – Vùng Burton có độ cứng rất cao nên sản phẩm tại vùng này nổi tiếng những loại Beer nặng. – London và Munich có nguồn nước kiềm vì thế tại đầy rất nổi tiếng loại Beer sẫm màu, – Vùng Pilsen chứa rất ít khóang chất vì thế sản phẩm beer cổ điển rất nổi tiếng 40 Hiệu ứng trực tiếp của Ion kim loại lên beer • Ion Na+ chịu trách nhiệm điều khiển vị mặm. – Ngưỡng 150- 200 mg/l – Chát, chua (250mg/l), – Dưới 100 mg/l thì vị ngọt sẽ được tăng cường • Ion Mg2+ – Có tác dụng đến vị đắng và chua ở ngưỡng vượt 70 mg/l tác động này còn phụ thuộc vào cân bằng của ion Mg2+ và ion Ca2+ • Ion Ca2+ – Có thể làm giảm bớt vị chua khi hàm lượng Mg2+ cao • Ion Cl- – Khi hàm lượng từ 200- 400mg/l chúng ta sẽ nhận được vị ngọt của dung dịch • Ion SO42- – Đóng góp vị đắng và dư hậu đắng của sản phẩm nếu hàm lượng đạt mức từ 200- 400 mg/l Hiệu ứng gián tiếp của ion kim loại lên beer • Đáp ứng nhu cầu của nấm men • Tác động trên enzym của Malt • Tác động trên hệ keo của dung dịch • Tác dụng trên pH của dung dịch 41 Các phương pháp xử lý nước Loại bỏ cặn rắn – bằng phương pháp keo tụ; kết bông; lọc bằng cát; oxy hóa; • Điều chỉnh hàm lượng khoáng chất trong nước – bằng phương pháp đun nóng; Sử dụng vôi; Acid hóa; Cột trao đổi ion; Thẩm thấu ngược; Điện giải; Sử dụng muối canci. • Loại bỏ các hợp chất hữu cơ – bằng bể hiếu khí; cột than họat tính; • Thanh trùng nước loại bỏ vi sinh vật – bằng Chlorine; Bromine; Ozon; Bạc ion; Tia cực tím; Màng siêu lọc; • Loại khí hòa tan – bằng kỹ thuật hút chân không Nấm men • Có hàng ngàn chủng Saccharomyces cerevisiae. • Những chủng này được sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất beer, bánh, rượu qua chưng cất và trong phòng thí nghiệm. • Saccharomyces, tiếng Latin chỉ một loại đường từ nấm được đặt tên cho một chủng nấm men sử dụng lần đầu tiên năm 1838 bởi Meyen, • Hansen nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Carlsberg laboratory ở Denmark trong những năm 1880s • Chủng nấm men lên men nổi tên là S. cerevisiae dùng trong sản xuất beer ale • Chủng S. carlsbergensis là chủng lên men chìm ở nhiệt độ thấp dùng trong sản xuất beer lager. Nguồn gốc • Saccharomyce s sensu stricto được xem là chủng gốc của hầu hết các chủng nấm men dùng trong ngành công nghiệp lên men 42 Việc phân loại các chủng nấm men vẫn còn trải qua nhiền biến đổi cho đến ngày nay • Có 3 nguyên nhân để giải thích cho hiện tượng này: – (1) Một số loại nấm men đã bị gọi hoặc mô tả chưa đúng – (2) Những phát hiện mới về chúng dẫn đến thay đổi – (3) Những xuất bản trước đây đưa ra thông tin về nấm chưa được bao quát • Năm 1970, các nhà phân loại học xếp các chủng S. carlsbergensis và S. uvarum vào nhóm nấm men Lager. • Năm 1990, họ lại xếp S. uvarum là một nhánh của S. cerevisiae. • Sau đó S. cerevisiae và carlsbergensis lại được xếp vào nhóm S. pastorianus thường được viết rõ ràng với tên S. pastorianus/carlsbergensis. • Đã có nhiều tranh luận nhằm giữ tên S. carlsbergensis cho chủng nấm men lên men sản phẩm lager beer thay vì dùng tên S. pastorianus. • Trong những năm gần đây các nhà khoa học lại chứng minh rằng S. bayanus và S. pastorianus không giống nhau và không phải là chủng nấm men có trong nhóm tự nhiên (do đột biến tạo thành). Sinh trưởng- Sinh sản • Hầu hết các chủng nấm men trong sản xuất beer là nhị bội thể (diploid), đa bội thể (polyploid) hoặc có số bội thể không chỉnh (aneuploid) • Tuổi của nấm men phụ thuộc vào số lần chúng đã phân chia • Mỗi tế bào nấm men có thể sinh sản được từ 10- 33 tế bào con • Trong sản xuất công nghiệp chủng nấm men lên men beer ale có thể đạt tối đa 21,7 ±7,5 lần phân chia và tối thiểu 10,3 ± 4,7 lần phân chia 43 • Sau một lần sinh sản trên tế bào mẹ sẽ hiện diện một vết sẹo, điều này không có trên tế bào con • Trong điều kiện môi trường giàu chất dinh dưỡng như dịch nha và điều kiện nhiệt độ tối ưu thời gian để tạo ra một thế hệ mới khoảng 90 phút Nấm men sát thủ (Killer yeast) • Năm 1963, Bevan và Makower quan sát hiện tượng chết hàng loạt trong một chủng S. cerevisiae, • Kết quả cho thấy rằng trong chủng Saccharomyces, có một chủng được đặt tên là nấm men sát thủ • Chúng tiết ra độc tố có tác dụng độc và nhạy cảm đối với các chủng cùng loài, ít có tác động hơn với những chủng khác loài. – Thí nghiệm trộn 10% chủng nấm men sát thủ lager vào chủng nấm men ale. Trong vòng 10 giờ toàn bộ chủng nấm men ale hầu như bị tiêu diệt, chỉ khi mật độ nấm men sát thủ lager giảm xuống còn 1% (sau 24 giờ) chủng nấm men ale mới có khả năng phục hồi Nhu cầu dinh dưỡng • Nhu cầu Oxygen – Oxygen đóng vai trò quan trọng trong quá trình tăng sinh khối của nấm men – Oxogen cần thiết để nấm men tổng hợp sterols và acid béo nhằm tăng sinh khối quá trình này xảy ra trong điều kiện nồng độ oxygen dưới tối ưu (suboptimal concentrations). – Oxygen hòa tan (DO) cần phải có độ tinh khiết và chất lượng cao 44 Chuyển hóa Hydrocarbon • Dịch nha chứa các loại đường như Succrose; Glucose; Maltose; Maltotriose; và dextrin • Glucose và Fructose luôn luôn được ưu tiên sử dụng trước sau đó mới tới đường Maltose và Maltotriose • khi Glucose cao (lớn hơn 1% w/v) thì gene MAL loci (gene điều khiển chuyển hóa maltose và maltotriose) bị khống chế. • Khi hàm lượng glucose giảm xuống còn 40- 50% thì quá trình sử dụng maltose và maltotriose mới bắt đầu. • Như vậy việc có mặt của glucose trong dịch nha là nguyên nhân làm giảm tốc độ lên men Sản phẩm sinh ra từ nấm men • Cồn (Alcohols) – Thành phần alcohol chủ yếu do nấm men sinh ra là ethanol, – Vài loại cồn khác cũng được tạo ra như các cồn bậc cao, dầu fusel các thành phần này góp phần quan trọng đến hương beer • Ester – Trong quá trình lên men hàng trăm ester có thể được tạo ra bở sự kết hợp giữa rượu bậc cao và Acyl- coenzym A (Acyl- CoA) • Các hợp chất Sulfur – Chúng sẽ gây nên mùi khó chịu và chỉ được chấp nhận với nồng độ rất thấp. – Hợp chất sulfur thường có trong beer là Dimethylsulfur (DMS) có mùi đường bắp cháy. Các tiền chất của DMS là S- methylmethionine (SMM) – Dimethylsulfoxide (DMSO) là những chất được tạo ra trong quá trình malt hóa 45 • Diacetyl and Pentane-2,3-dione – Thường có trong sản phẩm beer chúng góp phần tạo nên tính chất mùi – Chúng được mô tả có mùi bơ scotch, mật ong hoặc mùi kẹo bơ – Hàm lượng ngưỡng của diacetyl trong beer lager là 0.1 - 0.14 mg/l và cao hơn một ít trong beer ale – Diacetyl và pentane-2,3-dione được hình thành bên ngoài tế bào nấm do quá trình oxy hóa hợp chất α-acetolactate và decarboxylation α-acetohydroxybutyrate – Diacetyl trong beer do nhiễm khuẩn như Pediococcus hoặc Lactobacillus. Chọn lọc chủng • Henson và Reidl xác định điều kiện cần thiết: – Thường xuyên bảo đảm nguồn nấm men thuần khiết – Bảo đảm cung cấp giống cho sản xuất đều đặn – Kiểm soát vi khuẩn • Chỉ dừng lại từ đời thứ 8 đến đời thứ 10 • Khi phát hiện thấy sự ngoại nhiễm, hay có vấn đề trong quá trình lên men được xác định do giống • Người ta thường áp dụng phương pháp cấy phân lập định kỳ để tinh sạch giống Công nghệ sản xuất bia 46 Nghiền malt và thế liệu • Nghiền nhằm 2 mục đích: giảm và kiểm soát kích thước hạt • Quá trình này phụ thuộc nhiều yếu tố: – loại nguyên liệu (malt, gạo); – thiết bị (lọc khung bản; lọc thùng); – quy trình công nghệ (tỉ lệ thế liệu; chủng loại thế liệu). • Nguyên liệu có chứa vỏ trấu sử dụng máy nghiền trục để duy trì kích thước vỏ trấu giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn. • Nguyên liệu gạo hoặc trong quá trình lọc sử dụng thiết bị lọc thùng sử dụng máy nghiền búa nhằm giảm kích thước hạt tạo điều kiện hồ hóa tốt hơn 47 Quá trình đường hóa • Mục đích của quá trình đường hoá: – Chuyển hoá các thành phần chính của malt và thế liệu thành những chất hoà tan trong nước – Loại bỏ những chất không hoà tan ra ngoài • Trong bột malt tồn tại 3 loại enzyme rất quan trọng là: – protease, – -amylase, -amylase – Một số enzyme khác chiếm số lượng không đáng kể Điều khiển quá trình • Protease hoạt động mạnh ở 47 – 520C • -amylase hoạt động mạnh ở 70 –750C • -amylase hoạt động mạnh ở 60 – 650C Acid aminPeptit7,5- 8,045-48Peptidase Albumoza, pepton, polypetit Protein4,6- 5,050 -60Protease Sản phẩmCơ chấtpHotptotp (oC)Loại Enzym Dextrin70Amilophosph atase Maltose60-63ß-amylsea Dextrin70-75α-amylase Sản phẩm chínhtop( 0C)Loại Enzym Các yếu tố ảnh hưởng • Ảnh hưởng của pH – Đa số các enzym bền trong giới hạn pH từ 5- 9 – Làm mềm nước trước khi sử dụng và tăng độ chua của dịch cháo bằng cách bổ sung acid lactic hoặc CaCl2 hoặc CaSO4 • Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất – Nồng độ chất hòa tan đầu tiên không quá 16%, nếu cao hơn thì thới gian đường hóa sẽ kéo dài • Ảnh hưởng của nồng độ enzym – khối lượng – hoạt tính – điều kiện 48 Đường hoá gồm 3 giai đoạn • Hồ hoá – Hồ hoá là làm trương nở và phá vỡ các hạt tinh bột trong dịch hồ nóng – Tinh bột của gạo bị hồ hoá ở 80-85oC. Đây là nhiệt độ cao nhất, hạt tinh bột của gạo lại nhỏ nhất. Ngô 75-78oC, tinh bột của gạo trương nở hơn tinh bột malt. – Nhiệt độ hồ hoá phụ thuộc vào tinh bột của loại hạt và kíc thước hạt tinh bột • Dịch hoá – α- amylase tác dụng các chuỗi dài amylo và amylopectin sẽ nhanh chóng bị cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế độ nhớt trong mẻ nấu giảm rất nhanh – Enzym tác động nhiệt hoá ở nhiệt độ thích nghi nhất là 65-70oc, pH thích nghi 4,6 • Đường hoá – Biến đổi của tinh bột đã dịch hoá thành dextrin và maltoza – α- amylaza dextin hoá; 70-75oC, pH 5,8 – β- amylaza maltoza hoá; 60-65oC, pH 5,4 • Trong quá trình đường hóa, tinh bột còn chịu sự tác động bởi quá trình phosphoryt hóa. • Dưới tác dụng của enzym phosphorylase sẽ tạo thành glucoza-1-phosphat, và sau đó qua nhiều biến đổi ta sẽ thu được các loại đường khác nhau như Fructose và Saccharose • Sản phẩm chính là đường maltose (chiếm khoảng 50% chất hòa tan trong dịch đường), ngoài ra còn có những dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, đường fructose, glucose, saccharose. 49 Quá trình lọc • Mục đích nhằm tách các thành phần đã trích ly từ pha rắn có trong malt và các phụ liệu dạng rắn để phục vụ cho quá trình chuyển hóa của vi sinh vật tạo ra sản phẩm mong muốn • Nguyên tắc: Lọc nhanh; Rửa bã chậm • Kết thúc quá trình rửa bã khi nồng độ đường trong nước rửa bã còn khoảng 1 độ Lọc thùng; Lọclauter tun; Lọc Strainmaster; Lọc khung bản 50 Đun sôi dịch nha với hoa houblon • Mục đích của quá trình đun sôi: – Bốc hơi, cô đặc; loại bỏ những chất dễ bay hơi (DMS) – Bất họat enzym – Thanh trùng – Trích ly hoa Houblon – Đông tụ Protein – Thúc đẩy phản ứng giữa protein và thành phần của hoa – Tạo các muối – Tạo phản ứng màu (Caramen; Melanoidin) – Tạo hương – Xử lý nhiệt đường không lên men. • Quá trình đun sôi gồm các giai đoạn: – Nhập liệu – Gia nhiệt – Sôi – Chuyển sang nồi lắng • Đây là quá trình sử dụng năng lượng nhiều nhất trong cả quy trình (chiếm 18% tổng năng lượng) • 99% năng lượng phục vụ cho quá trình sôi; 1% năng lượng tổn thất do nước bốc hơi • Hoa houblon được cho vào trong qua trình đun sôi. • Thời gian trích ly hoa tối ưu là 30 phút; • Một lượng tinh dầu của hoa sẽ mất trong quá trình đun sôi. • Lượng Nitrogen trong dịch nha có liên quan đến pH; độ trong của dung dịch. • Polyphenol có trong Houblon sẽ oxy hóa các hợp chất hữu cơ tạo thành kết tủa. • pH của dịch nha sẽ giảm xuống từ 0,2- 0,3 và đạt đến chỉ số 5,2- 5,3 ở cuối quá trình nấu, nguyên nhân lượng ion Ca2+ bị thất thoát do liên kết với phosphate và polyphenol (phóng thích ion H+) trong quá trình đun sôi 51 Quá trình lắng trong Dịch nha sau khi đun sôi cần phải được lắng nhanh trước khi làm lạnh nhanh. • Lắng trong mục đích loại bỏ cặn rắn hình thành trong quá trình đun sôi. • Hàm lượng cặn lắng trong dịch nha từ 2- 8 gam/ lít tùy theo nguyên liệu sử dụng ; lượng cặn trong dung dịch trước khi đem làm lạnh phải nhỏ hơn 0,1 g/l. Quá trình lạnh nhanh • Dịch nha khoảng 95oC cần được làm lạnh đến nhiệt độ 8- 22oC (tùy theo công nghệ và giống nấm men lên men). • Quá trình này được kết hợp với sục khí để phục vụ cho tăng sinh khối của vi sinh vật • Lượng Oxy cung cấp chủ yếu phục vụ quá trình tăng sinh khối của nấm men. • Nếu khí được cho vào phía dịch nóng sẽ tham gia phản ứng oxy hóa polyphenol làm sẫm màu dịch nha. Cấp oxy vào dịch nha lạnh Sục khí: • Hàm lượng oxy cung cấp cho dịch nha cần đạt 70- 90% nồng độ bão hòa (4- 14 mg/l). • Dịch nha ở nhiệt độ 15oC bão hòa không khí chứa 8 mg/l oxy; nhưng cũng ở nhiệt độ này nồng độ oxy bão hòa là 38 mg/l vì thế việc chọn nguồn khí sục vào dịch nha có ảnh hưởng đến quá trình lên men. • Khí cung cấp vào dịch nha phải ở trạng thái bọt nhỏ để tăng cường khả năng hòa tan 52 Cấp men giống • Trước khi dịch nha vào thiết bị lên men, chúng được cấp giống thông qua thiết bị lưu trữ giống bằng bơm hoặc van. • Mật độ và chất lượng giống được kiểm sóat bằng kỹ thuật đếm men sau khi bơm dịch nha vào thiết bị lên men. • Nếu quá trình cấp dịch tiến hành nhiều lần (thể tích của Tank lên men lớn hơn thể tích nồi nấu) chúng ta cũng tiến hành cấp giống nhiều lần Quá trình lên men bia • Dịch nha khi vào thiết bị lên men có những đặc điểm như sau: – pH 5,0- 5,4 – Tổng chất rắn hòa tan (độ plato) tính theo đường Succro 10- 12 độ – Oxy đủ để nấm men tăng sinh khối (8- 10 mg/l) – Mật độ nấm men 10- 25 triệu tế bào/ ml dịch lên men 53 • Quá trình chuyển hóa hydrocarbon theo thứ tự ưu tiên: – Fructose; Glucose; Maltose; Maltotriose. • Đường Dextrin không được chuyển hóa bởi nấm men • Acid amin rất cần thiết để nấm men tổng hợp tế bào vì thế cần phải có một lượng nitơ amin tự do (FAN) trong dịch nha Lên men chính • Phát triển nấm men trong quá trình lên men chính: Có 3 giai đoạn trong suốt quá trình lên men • -Pha thích nghi (từ 12- 24 giờ) – Nấm men làm quen với môi trường dinh dưỡng mới chúng sử dụng oxy nhiều để hô hấp – Glycogen được tạo thành trong tế bào nấm men. Lượng Glycogen này được cho là tác nhân kích họat sử dụng glucose để tổng hợp sản phẩm. 54 • -Pha sinh trưởng – Nấm men phát triển mạnh nhất đạt mật độ cực đạt; – Quá trình lên men cũng đạt độ cực đạt (bắt đầu sau khi mật độ đã đạt cực đại). – Trong giai đoạn này Glycogen cũng được tổng hợp giúp tế bào đối phó với tình trạng cạn kiệt dưỡng chất • -Pha chậm: – Dưỡng chất trong môi trường bắt đầu cạn kiệt, nấm men sẽ chuyển dần vào pha dừng. – Các tế bào kết cụm lại với nhau và chìm xuống đáy thiết bị (giống nấm men chìm), tốc độ phát triển chậm lại. • Lưu ý nấm men tăng sinh khối suốt cả quá trình lên men chúng chỉ chậm lại ở cuối quá trình lên men chính Đặc điểm của quá trình lên men • Duy trì nhiệt độ lên men chính từ 7- 14oC giúp tạo ra sản phẩm mong muốn. • Khỏang nhiệt độ trên có thể biến thiên (do sinh nhiệt lượng 140Kcal/ kg cơ chất.) • Ở sản phẩm beer truyền thống thời gian lên men chính từ 8- 20 ngày nhưng với kỹ thuật hiện đại thời gian này còn 7 ngày. • Trong 6- 10 giờ đầu tiên nấm men sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong dịch nha (không có dấu hiệu sử dụng Glucose), sau 8- 16 giờ dấu hiệu lên men bắt đầu được phát hiện bởi các bọt khí CO2 tạo thành lớp bọt mỏng trên bề mặt. • Nấm men nảy chồi trong vòng 24 giờ. Trong khỏang thời gian từ 24- 48 giờ tốc độ sinh sản và đồng hóa đường đạt cực đại, CO2 cũng được tạo ra nhiều trong giai đọan này. • pH của dịch lên men sẽ giảm và đạt đến mức tối thiểu 3,8- 4,4 do hình thành các acid hữu cơ và do mật độ nấm men tăng. • Việc giảm pH có tác động tích cực đến bảo quản vì đây không phải điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật khác nhiễm vào sản phẩm 55 Quá trình lên men phụ • Quá trình lên men phụ bắt đầu khi nồng độ đường trong dịch lên men còn từ 1- 4 độ plato. Mục đích của quá trình lên men phụ • Tiếp tục lên men phần chất khô còn lại sau khi lên men chính • Tăng mùi cho bia • Bão hoà CO2 • Ổn định chất lượng bia. • Nhiệt độ thấp từ 0- 20C nhằm hạn chế sự xâm nhập, phá hoại của vi sinh vật không mong muốn. • Thu về một loại nước uống bão hoà CO2, vị dễ chịu và có hương thơm. Các biến đổi trong quá trình lên men phụ • Diacetyl là sản phẩm phụ của quá trình lên men, gây cho bia có hương vị khó chịu. Ở nhiệt độ thấp diacetyl sẽ dần giảm đi. • Trong suốt quá trình nổi bọt, CO2 góp phần đẩy O2 ra làm giảm rH: hạn chế các vi sinh vật hiếu khí phát triển sẽ làm giảm chất lượng bia. • Quá trình "chín bia" là quá trình làm mất mùi vị bã hèm, vị ngọt sẽ mất khi đã lên men hết lượng chất khô còn lại. • Vị đắng gắt sẽ dần mất hết do sự tác dụng tương hỗ giữa các protein và tanin hình thành nên các phức chất kết tủa. • Vị cay tê sẽ biến mất và nấm men sẽ lắng xuống đáy khi quá trình lên men phụ kết thúc. 56 Tiến trình lên men phụ • Bia non được lên men phụ trong cùng một tank với lên men chính. • Đặc điểm của lên men phụ là quá trình lên men diễn ra rất chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể. • Trong quá trình này bia được lắng trong, và bão hòa CO2. • Với phương pháp này, quá trình lên men phụ được tiến hành ở nhiệt độ 0-10C, với áp suất 1-1,2 kg/cm2 (tăng khả năng hòa tan CO2 trong bia; hạn chế vi sinh vật xâm nhập, phá hoại). • Các tế bào nấm men còn sót lại nhanh chóng lắng xuống và được lấy ra qua van xả đáy. • Bia non có vị cay nồng của nấm men, lượng CO2 ít khoảng 0.2%. • Thời gian lên men phụ khoảng 5-7 ngày. • Hiện tượng lắng trong nhờ hạ nhiệt độ từ lên men chính sang lên men phụ. • Với nhiệt độ thấp thì nhựa houblon, các hợp chất tanin, protein đông tụ • Tế bào nấm men chịu ảnh hưởng của nhiệt độ thấp, của áp suất và nồng độ CO2 cao kéo xuống đáy tiếp tục quá trình lên men chậm. • Nhờ các hiện tượng trên, bia dần dần trong, tạo các ester, bão hòa CO2. Do đó bia ngon hơn và độ bền của bia lớn hơn, dễ dàng cho quá trình lọc sau này. Sự cố trong quá trình lên men • Các sự cố thường xảy ra trong quá trình lên men là hiện tượng “Struck” hoặc “Hung” (sự ì trong quá trình lên men). • Nguyên nhân: – Cấp men không đủ; – Cấp khí không đủ; – Khả năng sống của nấm men; – Thành phần dinh dưỡng của dịch nha (khi sử dụng thế liệu với tỉ lệ cao); đôi khi do hàm lượng đường fructose cao quá; – Lẫn nấm men sát thủ. 57 Cách xử lý: • Có thể thêm vào môi trường tinh chất nấm nem (Yeast extract) trong trường hợp nguyên nhân do thành phần dinh dưỡng của dịch nha không bảo đảm. • Biện pháp cấp giống lại sẽ được sử dụng nếu nguyên nhân do giống; • Ta cũng có thể phối trộn vào 10- 20% thể tích dịch lên men tốt, trong vài trường hợp số này có thể tăng lên 50%. • Trường hợp nguyên nhân do cấp khí người ta ít sử dụng phương pháp sục khí vì sẽ tăng nguy cơ nhiễm khuẩn và phản ứng oxy hóa làm giảm hương vị. Thu hồi CO2 Phần lớn lượng đường còn lại được dùng để tạo ra Ethanol và CO2. (<10% tăng sinh khối) • Lượng CO2 sinh ra trong quá trình khá nhiều • Khoảng 4 Kg CO2 được tạo ra. – Sự tạo thành khí Carbonic phụ thuộc vào nhiều yếu tố (cấu tạo thiết bị; tốc độ lên men; hiệu suất của hệ thống thu hồi… ) • Khí CO2 được dùng cho các mục đích: – Duy trì áp suất trong thiết bị – đẩy và làm sạch đường ống vận chuyển – đóng gói chiết chai – bão hòa beer thành phẩm • Thu hồi khí CO2 cần phải đạt các tính chất sau – Không hoặc chứa rất ít oxy (vì thế chỉ thu hồi CO2 khi hàm lượng Oxy trong dịch nha thấp nhất (thấp hơn hoặc bằng 0,01%). – Kết thúc thu hồi khi hàm lượng hydrocarbon trong dịch nha gần hết vì CO2 rất ít 58 Hoàn thiện • Lọc trong bia • Bão hòa CO2 • Tàng trữ • Chiết chai • Thanh trùng Lọc bia • Mục đích – Làm dịch Bia được trong hơn, • Tách bỏ những hạt nhỏ của tế bào nấm men • Hạt protein, hạt hoa Houblon – Tăng giá trị cảm quan – Ổn định thành cơ học. • Thiết bị lọc – Lọc khung bản – Lọc ống Nguyên tắc lọc • Thực hiện trong một hệ thống kín • Nhiệt độ từ 0 – 10C để tránh tổn thất CO2 • Tránh sự xâm nhập của oxy không khí cùng với vi sinh vật khác. • Lọc càng nhanh càng tốt nhưng phải đạt yêu cầu. 59 Quá trình bão hoà CO2 • Mục đích: – Tăng chất lượng cảm quan, – Chống kết tủa và là môi trường tốt để bảo quản Bia. – Bổ sung lượng CO2 bị thất thoát trong quá trình lọc Bia. • Phương pháp bão hoà CO2: – Hạ nhiệt độ trong absort xuống 20C – Bia sau khi lọc được bơm vào absort. – Nạp CO2 trực tiếp vào đáy thiết bị (áp suất lên gần 5 kg/ cm2 ) Chiết rót bia • Mục đích: – Dễ dàng vận chuyển đến nơi tiêu thụ – Đảm bảo thời gian bảo quản. • Yêu cầu kỹ thuật: – Nhiệt độ chiết bia khoảng 2  4oC. Không quá 16oC – Áp suất chiết 3 bar – Bia chiết phải đúng mức quy định – Bia phải được chiết trong hệ thống kín và không còn O2 trong chai sau khi chiết. Chiết rót bia Bia TBF Ringbowl Chai Nâng chai Hút chân không Thổi CO2 Hút chân không Cân bằng áp Chiết chaiĐuổi O2 60 Thanh trùng bia • Mục đích – Thanh trùng để đình chỉ sự hoạt động của nấm men – Tiêu diệt vi sinh vật còn sót lại trong bia sau khi lọc – Ổn định chất lương bia sau lọc. • Yêu cầu: – Nhiệt độ thanh trùng  62oC – Thời gian thanh trùng của 1 chai bia khoảng 40 phút. – Chai kín, bóng, không có cặn và nổi bọt. 32,241,451,261,760,760,85951,642,133,6Nhiệt độ TT 10987654321Hầm TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG BIA THÀNH PHẨM Vị hòa hợp, êm dịu,dễ chịu, hoàn toàn đặc trưng cho vị sản phẩm được sản xuất hoàn hảo Vị Có mùi thơm dễ chịu, đặc trưng cho sản phẩm, không có mùi lạ Mùi Bọt nở đều, xốp, rất bền khi lên khỏi mặt thoáng, thời gian giữ bọt lâu Trạng thái và độ bền bọt Màu vàng, sáng đặc trưng của sản phẩm Độ màu Bia trong suốt không có vật thể lạĐộ trong 1,3  1,7 1,3  1,8 1,3  1,8 1,5 1,6 1,5 Độ chua ml NaOH 0,1N 10ml Bia (ml)  4,8  4,8  4,8 5  5,5 5  5,5 5,0 Hàm lượng CO2 (g/l)  11,2  11,4  12 11,4 11,5 12,3 Độ hòa tan nguyên thủy (oP)  4,7  4,8  5,1 4,9 4,5 5,3 Độ cồn (%, V/P) 2  2,5 2  2,6 2  27 2,2 2,3 2,3 Độ hòa tan biểu kiến (oP ) Mức chấp thuậnMức mong muốnCác chỉ tiêu 61 6  7,5 6  8,5 6  8 6,5 7 7 Độ màu (EBC) < 0,1< 0,1Diacetyl (tham khảo)  100Tổng số VSV hiếu khí (khuẩnlạc/ml) Không cóKhông cóTổng số nấm men mốc < 20 10Độ trong % (Neph) 4  4,44,2pH 18  24 18  24 18  24 21 22 23 Độ đắng (mg/l) Mức chấp thuận Mức mong muốnCác chỉ tiêu Chúc sức khỏe và thành công