ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Người thực hiện: TS. NGUYỄN VĂN HƯNG
Email: hung.nguyenvan@hust.edu.vn
1
Trường đại học Bách Khoa, Hà nội Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm
Công nghệ sản phẩm lên men và đồ uống
BF3513
CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm
3. 1. Công nghệ sản xuất bia 3. 2. Công nghệ sản xuất cồn etylic 3.3. Công nghệ sản xuất vang
Công nghệ sản xuất bia
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.2 Chuẩn bị dịch dường 1.3 Quá trình lên men và tàng trữ 1.4 Lọc và ổn định bia 1.5 Chiết rót và đóng gói 1.6. Đánh giá chất lượng thành phẩm
Công nghệ sản xuất bia • Bia là đồ uống có cồn được sản xuất từ quá trình lên men từ hỗn hợp các loại nguyên liệu chủ yếu gồm mạch nha (malt), đại mạch, nấm men bia, hoa bia (hublon) và nước.
• Luật tinh dòng của Đức: “Bia là đồ uống được lên men từ nguyên liệu malt đại mạch,
nước, hoa hublon và nấm men”
Công nghệ sản xuất bia
o Sự tích lũy enzyme, chất màu, hương trong quá trình sản xuất malt
Bia được tạo thành từ 3 quá trình cơ bản sau:
o Sự hoạt động của các enzym thủy phân để phân giải các chất phức tạp
trong quá nấu dịch đường
trong nguyên liệu thành các chất đơn giản như đường, axit amin…
o Sự chuyển hóa đường thành cồn, CO2 và các chất tạo hương khác
trong quá trình lên men
Nguyên liệu chính trong sản xuất bia
• Malt đại mạch: nguồn chất chiết và enzym chủ yếu, tạo màu sắc,
hương vị bia, tạo lớp lọc dịch đường →sản xuất dịch đường → Lên men cồn…
• Nước : thành phần chiếm nhiều nhất trong bia, ảnh hưởng tới vị và
độ trong của bia
hương vị đặc trưng của bia nhờ quá trình lên men yếm khí;
• Nấm men: Chịu trách nhiệm chuyển hóa chất chiết thành cồn và các
• Hoa bia (Hublon): tạo vị đắng đặc trưng cho bia • Nguyên liệu thay thế (đường, tinh bột…): Giảm giá thành sản phẩm và góp phần cải thiện chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm bia
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.1 Đại mạch
Hạt đại mạch là nguyên liệu để sản xuất malt đại mạch, nguyên liệu chính (được sử dụng phổ biến nhất) trong sản xuất bia.
1.1.1.1 Đặc tính thực vật:
Đại mạch giống gieo trồng thuộc nhóm thực vật có hạt. Phân loại đại mạch: • Theo phân bố của hạt đại mạch: Đại mạch hai hàng và đại
mạch đa hàng ( 6 hàng).
• Theo thời điểm gieo trồng: đại mạch mùa đông (gieo và
tháng 9), đại mạch mùa xuân (gieo vào tháng 3-4)
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia: 1.1.1 Đại mạch 1.1.1.2 Cấu tạo hạt đại mạch:
Hạt đại mạch bao gồm ba bộ phận chính: vỏ, phôi và nội nhũ
o Vỏ bao gồm: vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt. Trọng lượng của vỏ chiếm từ 10,5-13% trọng lượng của hạt → Tạo lớp lọc, vị chát của bia…
o Phôi: phôi là phần sống của hạt. Trọng lượng
của phôi chỉ chiếm khoảng 2,5- 5% so với trọng lượng của hạt → Khởi động cho quá trình tích lũy enzyme trong hạt khi ươm mầm, biến đổi hạt → malt; biến chất không hòa tan trong malt → dịch đường
có giá trị nhất của hạt → Nguồn chất chiết
1- Thân phôi; 2- Chồi phôi; 3- Rễ phôi; 4- Vết nứt để nảy chồi; 5- Lớp tế bào biểu bì; 6 – Nội nhũ; 7 – Không bào; 8- Lớp Aleuron; 9 – Vỏ lụa; 10 – Vỏ quả; 11- Vỏ trấu
o Nội nhũ: là thành phần lớn nhất (60-75%) và
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia: 1.1.1 Đại mạch 1.1.1.3 Thành phần hóa học của đại mạch:
Thành phần hóa học của đại mạch rất phức tạp. Đối với công nghệ sản xuất bia, các hợp phần sau đây có ý nghĩa quan trọng hơn cả.
Thành phần
Gluxit
Protein
Chất khoáng
Chất béo
Giá trị, % 70-85 10,5-11,5 2-4 1,2-2 Các chất khác 1-2%
- Nước - Gluxit: tinh bột, đường, xơ, các hợp chất bán xơ (beta glucan, pentozan) - Các hợp chất nito :Protein và sp phân cắt từ protein - Chất béo - Enzym: amylase, protease…
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia: 1.1.2 Malt đại mạch • Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia. Quá trình quan trọng nhất mà qua đó hạt đại mạch trở thành hạt malt là sự nảy mầm. Mục tiêu lớn nhất của quá trình nảy mầm và cũng là mục tiêu lớn nhất trong quá trình sản xuất malt là để hoạt hóa, tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzym có trong hạt đại mạch, làm xốp hạt...
•
Các quá trình công nghệ để sản xuất malt bao gồm các
bước sau: Làm sạch và phân loại → Ngâm đại mạch → Ươm mầm đại mạch → Sấy malt tươi → Làm nguội → Tách rễ, đánh bóng.
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.2 Malt đại mạch
Yêu cầu của malt được đem sản xuất : * Cảm quan:
- Màu tươi, vỏ óng ánh. - Vị và mùi: ngọt nhẹ, mùi không ủng, vị lạ, chua, mốc. - Độ sạch: tạp chất < 0,5 %, hạt gãy vỡ <1% - Hình dạng hạt phải đồng đều
* Các chỉ số cơ học
: 500 580 g/l : 29-38 g/1000 hạt
- Dung trọng - Khối lượng tuyệt đối - Khối lượng hectolit : 45-60kg - Kích thước hạt
+ Chiều rộng : > 2,5 mm +Chiều dài mầm
: 2/3 3/4 chiều dài hạt.
- Độ xốp: malt càng xốp thì càng nhuyễn. Malt phải xốp, khi cắn phải mềm.
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia: 1.1.2 Malt đại mạch Yêu cầu của malt được đem sản xuất : * Các chỉ số hoá học
: < 5%
- Độ ẩm - Hàm lượng chất chiết: đối với malt vàng chất lượng cao phải đạt ít nhất 78%,malt đen 75% - Cường độ màu: malt vàng 0,16-0,3ml, malt đen 0,3-1,7ml dung dịch iot 0,1N - Hàm lượng đường maltoza đối với malt vàng khoảng 65-72%, malt đen 59- 65% - Độ chua: độ chua tác dụng: pH 5,5-6,5, trong phạm vi 4,5-6,0, nếu pH của malt càng thấp càng có lợi cho quá trình đường hóa. Độ chua định phân dao động đối với malt vảng 15-17 ml NaOH 1N/100g chất khô, malt đen 10-21ml NaOH 1N/100g chất khô - Đạm hòa tan: chỉ số kolbach cao hơn 41 malt chất lượng cao, còn nếu thấp hơn 35 thì malt rất kém chất lượng - Đạm formol: 10-12% so với đạm tổng hoặc 20-25% so với đạm hòa tan - Hoạt lực diataza của malt vàng dao động trong khoảng 160-3400WK, malt đen 70-1200WK
Một số chỉ tiêu chất lượng cơ bản của malt
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia: 1.1.3 Nước • Nước chiếm >90% khối lượng bia thành phẩm, là môi trường xảy ra các phản ứng hóa sinh trong công đoạn nấu, các phản ứng sinh học trong quá trình lên men và trao đổi nhiệt trong sản xuất;
• Để xây dựng nhà máy bia, việc đầu tiên phải khảo sát nguồn nước và
•
tiến hành xử lý bao gồm: lắng trong và lọc; làm mềm nước; bổ sung các thành phần cần thiết cho nước và cải tạo thành phần sinh học của nước Trong các việc này thì làm mềm nước và cải tạo thành phần sinh học của nước là quan trọng nhất - Làm mềm nước: Trung hòa canxi và magie hoặc bằng phương pháp trao đổi bằng ion - Cải tạo thành phần sinh học của nước: diệt vi sinh vật có trong nước
+ Phương pháp vật lý: + Phương pháp hóa lý: + Phương pháp hóa học:
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.3 Nước •
Hàm lượng các chất hòa tan trong dịch đường trước lúc lên men là 10-13% (trọng lượng) đối với bia vàng và 16-22% ở bia đen. Như thế có nghĩa trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm đến 77- 90%. Yêu cầu của nước trong sản xuất bia: pH, độ dẫn, độ cứng, độ kiềm, hàm lượng muối…
: 4 50H : ≤ 50 mg/lít : ≤100 mg/lít : 75 150mg/lít : 150 200mg/lít : không có : không có : < 0,3 mg/lít : 6,5 6,8 : ≤100 tế bào/ ml
• - Nước dùng để sản xuất bia phải trong suốt, không có mùi vị lạ - Có độ cứng là nước mềm - Hàm lượng muối cacbonat - Hàm lượng muối Mg2+ - Hàm lượng muối clorua - Hàm lượng CaSO4 - - NH3 và muối NO2 - Kim loại nặng (As, Ag, Pb) - Hàm lượng Fe2+ - pH - Vi sinh vật - Chuẩn coli : 300ml - Chỉ số coli : 3
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.3 Nước
nước rửa hệ thống thu hồi CO2
Nước trong sản xuất bia phân loại ra: - Nước trực tiếp sản xuất: Nước nấu, nước pha bia… - Nước dịch vụ: nước vệ sinh công nghiệp, nước rửa chai, tráng lon,
- Nước phi sản xuất: nước giải nhiệt, cấp lò hơi, vệ sinh nhà xưởng…
Tế bào nấm men
• Vai trò: chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch
đường thành các sản phẩm đặc trưng của Bia nhờ quá trình lên men và trao đổi chất của nó.
• Phân loại o Nấm men nổi: Saccharomyces cerevisiae ( sản xuất bia ale) → lên men ở nhiệt độ cao hơn (10-25 độ C) Nổi lên bề mặt trong quá trình lên men
o Nấm men chìm: Saccharomyces carlsbergensis (sản xuất bia lager) → Lên men ở nhiệt độ thấp hơn (8- 14 độ C) → Kết lắng xuống đáy khi kết thúc lên men
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.4. Nấm men
Nấm men chìm
Nấm men chìm
1- pha thích nghi 2- Pha tăng tốc 3- Pha phát triển logarit 4- Pha giảm tốc 5- Pha ổn định 6 – Pha suy vong
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.4. Nấm men
-Hô hấp hiếu khí (nhân giống): C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H20 + 287Kj - Hô hấp yếm khí (lên men): C6H1206 →2C2H50H +2CO2 + 197KJ
Tiêu chí lựa chọn nấm men Bia: • Dạng lên men (Ale – lager); • Khả năng kết lắng; • Hiệu suất lên men (tốc độ lên men và mức độ lên men triệt
để);
• Mức độ tăng sinh khối (mật độ đỉnh và khả năng thu hồi
nấm men)
• Tạo và loại trừ các sản phẩm phụ của quá trình lên men
(hoàn thiện mùi, vị);
• Đặc tính ổn định.
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.4. Nấm men
Thành phần của tế bào nấm men
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.4. Nấm men
Thành phẩn Giá trị, %
Protein 40-60
Carbohydrates 25-35
Chất béo 4-7
• Tận dụng nấm men (thu hồi protein) để sản xuất
cao nấm men, axit amin, nước sốt….
Chất khoáng 6-9
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.5. Hoa houblon
• Houblon là nguyên liệu cơ bản, đứng vị trí thứ hai (sau đại mạch) của công
nghệ sản xuất bia.
• Vai trò của houblon: vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm
• Đặc tính thực vật: Trong công nghệ sản xuất bia, ta chỉ sử dụng hoa cái
chưa thụ phấn
• Thành phần hóa học của hoa houblon: ( tính theo % chất khô)
Nước: 11-13 xenluloza: 12-14 Chất đắng: 15-21 chất khoáng: 5-8 Polyphenol: 2,5-6 tinh dầu thơm: 0,3-1 Protein: 15-21 các hợp chất khác: 26-28
Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất là chất đắng, tiếp đến là tinh dầu
thơm, thứ ba là polyphenol
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.5 Hoa houblon
• Chất đắng: Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia
là rất to lớn: vị, hoạt tính sinh học, sức căng bề mặt, tính kháng khuẩn
chịu.
• Tinh dầu thơm: mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ
• Polyphenol: làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của
bia thành phẩm.
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.5. Hoa houblon
Chế phẩm houblon: • Hoa viên: hoa houblon được sấy khô, nghiền thành bột, sau đó ép
thành viên
Tăng hệ số sử dụng hữu ích của chất đắng và các cấu tử khác;
• Cao hoa: Dùng các dung môi hữu cơ trích ly các chất của houblon So với hoa nguyên cánh thì sử dụng chế phẩm của houblon có những ưu điểm sau: - Giảm được hao phí chất đắng - - Giảm bớt chi phí bảo quản kho lạnh; - Cân đong chính xác hơn liều lượng đem sử dụng; - Lược bỏ hệ thống thiết bị lọc bã hoa - Giảm bớt được lượng cấu tử bất lợi khác cho chất lượng của bia
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 1.1.6 Nguyên liệu thay thế
• Nhằm giảm giá thành sản phẩm; • Cải thiện hương vị, đa dạng hóa danh mục sản phẩm; • Điều chỉnh hàm lượng chất khô hòa tan trước khi lên men
1.1.6.1 Nguyên liệu thay thế dạng hạt - Gạo - Ngô - Đại mạch, tiểu mạch 1.1.6.2 Nguyên liệu thay thế dạng đường - Đường mía - Đường thủy phân - Mật tinh bột
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.Buồng chứa malt 2. Khoang chứa bột sau nghiền 3. Nồi nấu (dịch hóa, đường hóa) 4. Thùng lọc 5. Nồi đun hoa houblon 6. Thùng lắng xoáy 7. Thiết bị làm lạnh nhanh
Một trong những quá trình cơ bản nhất trong sản xuất bia là lên men đường có trong dịch đường tạo ra cồn và CO2. Quá trình sản xuất dịch đường nhằm chuyển hóa các chất không hòa tan trong nguyên liệu thành các chất hòa tan, tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình lên men
Quá trình sản xuất dịch đường cơ bản
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2.1.1 Nghiền malt Mục đích của quá trình nghiền malt
Nghiền nhỏ các thành phần cần được enzyme tác động và giữ được lớp lọc từ vỏ trấu → Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa → nhiều chất hoà tan có ích và hạn chế các chất không mong muốn
Giải pháp nghiền malt:
phần này khác nhau về thành phần, tính chất vật lý, cơ lý, hóa học và cũng khác nhau về chức năng và vai trò trong công nghệ sản xuất dịch đường.
Giải pháp tối ưu cho nghiền malt là bằng máy nghiền trục
Về cấu tạo hạt malt có 2 phần chính là vỏ và nội nhũ. Hai hợp
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2.1.1 Nghiền malt Mức độ nghiền thích hợp của malt phụ thuộc vào các yếu tố
sau đây: - Cấu trúc của malt tức là phụ thuộc vào độ nhuyễn, mức độ biến đổi của hạt ở giai đoạn ươm mầm; -Thiết bị và phương pháp lọc dịch đường.
Nghiền ướt
Nghiền khô
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2.1.1 Nghiền malt: Phương pháp nghiền malt thường được dùng là: nghiền khô,nghiền ẩm và nghiền
ướt
a, Nghiền khô
Nghiền khô là nghiền malt ở trạng thái khô. Bột malt nghiền khô gồm : vỏ trấu, tấm mịn, tấm thô, bột malt.
- Ưu điểm :
+ Cấu tạo thiết bị đơn giản vận hành dễ dàng + Có thể nghiền trước khi nấu lâu được + Nghiền tốt các malt có độ nhuyễn kém + Dễ vệ sinh
- Nhược điểm :
+ Vỏ trấu thường bị nát làm dịch đường đắng chát, quá trình lọc khó khăn. + Khi nghiền bụi bay ra nhiều + Dung tích chứa trong thùng lọc nhỏ (190kg/m2)
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2.1.1 Nghiền malt b. Nghiền ướt Nghiền ướt có ngâm và nghiền ướt không ngâm tức là malt được ngâm trước khi nghiền và sau nghiền malt được phối trộn với nước theo tỷ lệ nhất định.
+ Rút ngắn được thời gian lọc bã khoảng 10-20% + Bảo toàn được lớp vỏ trấu trong quá trình nghiền do đó dịch đường thu được có chất lượng cao, quá trình lọc tốt
-Ưu điểm:
- Nhược điểm:
+ Nghiền không tốt những loại malt chưa nhuyễn + Hoạt lực enzym và mức độ nhiễm tạp ít được kiểm soát trong thùng ngâm
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
c. Nghiền ẩm:
Nghiền ẩm là nghiền malt ở trạng thái ẩm, bổ sung thêm 2% bằng nước nóng hoặc bằng hơi vào hạt malt trước lúc đi vào máy nghiền
- Ưu điểm :
+ Các thành phần trong malt dễ dàng tách khỏi vỏ trấu. + Vỏ trấu được bảo toàn khi nghiền. + Quá trình lọc dịch chiết sẽ tốt hơn. + Các thành phần trong malt được nghiền tốt hơn.
- Nhược điểm:
+ Không khí xâm nhập vào dịch hèm tạo cơ hội cho phản ứng oxihoá không mong muốn xảy ra.
1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.1 Nghiền nguyên liệu
1.2.1.2 Nghiền gạo • Mục đích của quá trình nghiền gạo: Mục đích phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột, tạo điều kiện cho quá trình hút nước, trương nở hạt tinh bột, tạo điều kiện thích hợp cho sự tác động của enzym. Vì vậy để đạt được mục đích cuối cùng là trích ly được nhiều chất hoà tan thì gạo phải được nghiền nhỏ để phá vỡ các hạt tinh bột. Do đó giải pháp nghiền gạo bằng máy nghiền búa
• Yêu cầu gạo sau khi nghiền:
Bột mịn > 45% Tấm nhỏ > 35% Tấm lớn <20%
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
Chất lượng bột nghiền ảnh hưởng đến • Phương pháp nấu; • Thời gian đường hóa; • Quá trình và phương pháp lọc dịch đường; • Hiệu suất thu hồi chất chiết của phân xưởng nấu; • Mức độ lên men; • Khả năng lọc của bia (hàm lượng beta-glucan) • Màu sắc, vị và các đặc tính chung của bia thành
phẩm.
1.2.1 Nghiền nguyên liệu
• Mục đích của quá trình đường hoá nguyên liệu là: thuỷ phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử hoà tan tạo thành chất chiết của dịch đường→ tạo điều kiện cho nấm men hoạt động
• Cơ sở lý thuyết của quá trình đường hóa
- Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzym là để phân cắt amyloza, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp dễ hòa tan vào nước trở thành chất hòa tan của dịch đường
- Quá trình thủy phân protein: Sản phẩm thấp phân tử của quá trình
thủy phân (axit amin, peptid) là nguồn dinh dưỡng nito cho nấm men, pha có phân tử lượng trung bình (albumoza, pepton và polypeptid) góp phần không nhỏ cho tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho bia
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.2 Quá trình đường hóa
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.1 Quá trình đường hóa
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân và cơ cấu của sản phẩm:
+ Ảnh hưởng của nồng độ và hoạt lực enzym + Ảnh hưởng của nhiệt độ + Ảnh hưởng của pH + Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất + Ảnh hưởng của thời gian đường hóa + Ảnh hưởng của các chất hỗ trợ hoặc ức chế enzym
- Các quá trình thủy phân khác + Thủy phân beta-glucan + Thủy phân hemixenluloza
- Các quá trình phi enzym
+ Sự kết lắng và biến tính protein + Sự tạo thành melanoid + Hòa tan các thành phần chất của malt + Phản ứng giữa muối của nước và phosphat của cháo malt
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
• Phương pháp đường hóa: Các phương pháp đường hóa
là:
+ Phương pháp đường hóa ngâm chiết (đường hóa theo
phương pháp toàn khối)
+ Phương pháp đun sôi từng phần ( đường hóa theo phương
pháp phân đoạn)
* Phương pháp đường hóa toàn khối: Tồn tại hai phương án đường hóa toàn khối: phương án tăng dần nhiệt độ và phương án giảm dần nhiệt độ
+ Ưu điểm: Chế độ công nghệ đơn giản cho nên dễ cơ giới
hóa, tự động các quá trình sản xuất.
+ Nhược điểm: chỉ áp dụng trong những trường hợp malt phải
có độ nhuyễn trên mức trung bình.
1.2.2 Quá trình đường hóa
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
• Phương pháp đun sôi từng phần: Tách một phần dịch hèm ra để đun sôi rồi bơm trở lại khối dịch ban đầu để tăng đến nhiệt độ yêu cầu. Có thể tiến hành đun sôi một phần dịch hèm 1, 2 hay 3 lần tùy yêu cầu của nhà sản xuất (còn gọi phương án đường hóa nhất phân đoạn, nhị phân đoạn và tam phân đoạn)
- Ưu điểm: hiệu suất đường hóa cao - Nhược điểm: Vốn đầu tư của thiết bị nhiều, thời gian đường hóa của một mẻ kéo dài và năng lượng tiêu tốn nhiều hơn so với phương pháp toàn khối. Ngoài ra đun sôi nhiều lần làm tăng các chất không có lợi cho bia, nhiệt độ lên cao quá mà không khống chế sẽ gây màu sẫm ảnh hưởng đến cảm quan của bia.
1.2.2 Quá trình đường hóa
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
• Cách tiến hành đối với phương pháp đường hóa khi có sử
1.2.2 Quá trình đường hóa
dụng nguyên liệu thay thế + Ở nồi hồ hóa: thực hiện quá trình hồ hóa nguyên liệu thay thế, có thể sử dụng enzyme dịch hóa là malt lót hoặc chế phẩm enzym + Ở nồi đường hóa: thực hiện quá trình đường hóa malt và dịch cháo của nồi hồ hóa bằng enzyme có trong malt
• Các biện pháp nâng cao hiệu suất đường hóa: + Làm mềm nước và hạ độ kiềm của nó + Hạ pH của dịch bột bằng cách axit hóa + Sử dụng chế phẩm enzym
Quá trình nghiền và nấu malt
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa 1.2.2 Quá trình đường hóa
Giản đồ nấu với nguyên liệu thay thế là gạo
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.2 Quá trình đường hóa
Yêu cầu của quá trình đường hóa: • Tinh bột phải được thủy phân hoàn toàn đến đường và dextrin,
không làm đổi màu dung dịch iot.
• Thủy phân hoàn toàn tinh bột để thu hồi tối đa lượng chất chiết; • Tinh bột không được thủy phân hoàn toàn sẽ gây hiên tượng đục bia
(keo, nhớt) trong quá trình bảo quản;
Quá trình thủy phân tinh bột xảy ra theo 3 bước:
o Bước 1: Hồ hóa (hút nước, trương nở, tăng độ nhớt đối tối đa)
o Bước 2: Dịch hóa (hòa tan vào dung dịch)
o Bước 3: Đường hóa (chuyển thành đường và dextrin không làm đổi màu iot)
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.2 Quá trình đường hóa
Các điểm dừng cơ bản trong quá trình đường hóa: • 45-50 độ C: điểm dừng để thủy phân protein và beta-
glucan;
• 62-63 độ C: điểm dừng để tạo ra đường maltose (beta-
amylase được tạo điều kiện hoạt động tốt nhất);
• 70-75 độ C: điểm dừng đường hóa (alpha-amylase được tạo điều kiện hoạt động để tạo đường glucose và dextrin);
• 78 độ C: điểm kết thúc quá trình nấu.
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.3 Lọc dịch đường
- Mục đích của quá trình lọc dịch đường + Tách pha lỏng (dịch đường hay nước nha) khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ, còn pha rắn- phế liệu, phải loại bỏ ra ngoài. + Ngoài ra người ta mong muốn giữ lại cùng bã những chất không mong muốn như kim loại nặng, tanin, lipit... - Quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: lọc dịch đầu hay còn gọi là dịch cốt Giai đoạn 2: Rửa bã
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.3 Lọc dịch đường
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc
+ Nhiệt độ lọc: Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lọc bã malt là 750C + Độ nhớt của dịch đường: phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ đường
và thành phần riêng của chính nó + Độ chua tác dụng (pH) của dịch đường:pH tối ưu cho quá trình lọc bã malt là khoảng 5,5.
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.3 Lọc dịch đường
- Thiết bị lọc dịch đường + Máy lọc khung bản
Ưu điểm Nhược điểm
+ Thùng lọc đáy bằng
Ưu điểm : Nhược điểm
- Cách tiến hành lọc: sử dụng nồi lọc, chia thành 7 bước: đuổi khí, bơm dịch hèm, để lắng (ổn định lớp lọc), hồi lưu dịch lọc còn đục, thu dịch đầu, rửa bã, xả bã.
Thiết bị lọc ép khung bản
1- Tiếp nhận bã 2- Mức báo lượng bã trong thùng chứa 3- Bộ phận cào bã (chống tắc) 4- Vít tải 5-Thải bã
Thùng chứa bã
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
- Mục đích: + Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nito và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đường + Polyphenol của hoa houblon khi hòa tan vào dịch đường, ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các hợp chất protein cao phân tử để tạo thành các phức chất dạng mạng nhầy + Polyphenol, chất đắng, các chất chứa nitơ trong hoa houblon là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính rất cao + Tạo phản ứng melanoid, phản ứng caramel hoá, tăng độ chua định phân, tăng cường độ màu, giảm độ nhớt, tiêu chuẩn hóa dịch đường v.v.
+ Giảm lượng DMS và DMSO
1.2.4 Nấu hoa houblon
Sự tạo thành DMS trong thời gian sản xuất malt và bia 1- Đại mạch; 2- Malt tươi; 3- Malt; 4- Dịch đường; 5- Bia; 6- Bã; 7- Cặn lắng; 8- Nước; 9-
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.4 Nấu hoa houblon
- Các quá trình cơ bản và các yếu tố ảnh hưởng:
+ Trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đường: phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian nấu, pH, lượng protein khả kết trong dịch đường
+ Trích ly và hòa tan các thành phần khác: Tinh dầu thơm,
polyphenol, các hợp chất chứa nito
- Các thiết bị đun hoa: + Cấp nhiệt trực tiếp + Cấp nhiệt bằng nước nóng + Cấp nhiệt bằng hơi
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
+ Cấp nhiệt bằng hơi:
1.2.4 Nấu hoa houblon
a, Thiết bị đun hoa 2 vỏ b, Nồi đun hoa với hệ thống cấp nhiệt bên ngoài c, Nồi đun hoa với hệ thống cấp nhiệt bên trong
- Kỹ thuật đun hoa:
+ Đun sôi mãnh liệt + Thời gian đun hoa từ 70-90 phút + Cho hoa nhiều lần:
a, Cho hoa vào hai lần b, Cho hoa vào ba lần
Thiết bị nấu hoa cấp nhiệt bên ngoài
Thiết bị nấu hoa nồi hai vỏ
Thiết bị đun hoa cấp nhiệt bên trong
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.5. Phương pháp lắng trong và làm lạnh dịch đường
1.2.5.1. Lắng trong - Mục đích: Sau quá trình nấu hoa, dịch đường có chứa các cặn ở dạng huyền phù và cặn từ hoa houblon. Để không ảnh hưởng đến quá trình lên men và xử lý nấm men sau khi lên men thì cần thiết phải làm trong dịch, tách bỏ cặn - Các dạng cặn trong dịch nấu thu được:
+ Cặn nóng là cặn chủ yếu sau quá trình nấu + Cặn mịn hay cạnh lạnh: xuất hiện dần dần trong quá trình
làm lạnh - Các thiết bị lắng trong: thùng nông, thùng kín, lọc, ly tâm, lắng xoáy - Cách tiến hành lắng trong trong thùng lắng xoáy
1.2. Chuẩn bị dịch đường houblon hóa
1.2.5. Phương pháp lắng trong và làm lạnh dịch đường
1.2.5.2 Làm lạnh dịch đường:
- Mục đích: làm lạnh dịch đường xuống nhiệt độ lên men phù hợp với chủng nấm men sử dụng - Các thiết bị trao đổi nhiệt: thùng làm lạnh bằng ống ruột gà, máy làm lạnh nhanh kiểu tấm bản... - Cách tiến hành làm lạnh dịch đường bằng thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản một cấp
1.2.5.3. Sục khí
- Giai đoạn đầu của quá trình lên men, nấm men rất cần một lượng oxy hòa tan - Dịch đường được bổ sung oxy khoảng 6mg/l - Khí bổ sung phải là khí vô trùng
Thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản
1.3. Quá trình lên men
Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Quá trình quan trọng nhất và phức tạp nhất ở giai đoạn này là quá trình lên men rượu của các loại đường trong dịch đường
1.3.1 Mục đích
Quá trình lên men diễn ra qua hai giai đoạn: - Lên men chính: chuyển hoá các chất hoà tan trong dịch lên men thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác nhờ sự phát triển của nấm men
- Lên men phụ: Tiếp tục quá trình lên men với tốc độ chậm, làm chín bia, tạo ra các sản phẩm bậc hai, hoà tan CO2, tạo hương vị cho bia, chuyển hóa diacetyl thành acetoin….
1.3. Quá trình lên men
1.3.2 Nấm men 1.3.2.1 Yêu cầu nấm men dùng trong sản xuất bia:
+ Tốc độ và mức độ lên men nhanh + Tạo các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia + Tốc độ và khả năng kết lắng tốt + Có khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng ( mức độ suy giảm các đặc tính kỹ thuật tức mức độ thoái hóa) + Đặc tính di truyền ổn định cao + Khả năng chống chịu khi bị tấn công
1.3. Quá trình lên men 1.3.2 Nấm men
1.3.2.2 Chuẩn bị nấm men: Có 2 nguồn nấm men dùng trong
công nghệ sản xuất bia - Nuôi cấy nấm men thuần khiết : Nấm men cấp cho quá trình lên men có thể lấy từ chủng gốc trải qua 2 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: Nuôi cấy nấm men trong phòng thí nghiệm + Giai đoạn 2: Nuôi cấy nấm men trong sản xuất
- Thu hồi và tái sử dụng men sữa: Sau khi kết thúc quá trình lên men chính, hạ lạnh tank lên men tới nhiệt độ 4 - 50C để thu nấm men
1.3. Quá trình lên men
Hiện nay có nhiều phương pháp lên men, tùy theo thiết bị và
1.3.3 Các phương pháp lên men
chủng nấm men đem sử dụng • Theo thiết bị: Có hai phương pháp lên men:
- Lên men cổ điển
+ Đặc điểm chính là hai quá trình lên men chính và lên men
phụ được tiến hành trong các thiết bị riêng biệt
- Lên men gia tốc
+ Ưu, nhược điểm
+ Đặc điểm: lên men chính và quá trình lên men phụ được tiến hành trong cùng một thiết bị hình trụ, đáy côn, có hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của hai quá trình lên men
+ Ưu, nhược điểm
1.3. Quá trình lên men
•
1.3.3 Các phương pháp lên men
Theo chủng nấm men Có hai phương pháp - Lên men chìm :
men chìm Saccharomyces Carlbegensis
+ Đặc điểm: sử dụng nấm
+ Ưu, nhược điểm
- Lên men nổi:
Quá trình lên men, ủ chín và lọc 1- Tank lên men; 2- Tank lên men ngang; 3- Tank lên men hình trụ (gia tốc); 4- Thiết bị lọc; 5- Thanh trùng tấm bản
+ Đặc điểm: sử dụng nấm
+ Ưu, nhược điểm
men nổi Saccharomyces Cerevisiae
Tank lên men gia tốc 1- Sàn thao tác 2- Nắp trên 3- Ống đi dây điện, dây cáp… 4- Chỗ đo nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ 5- Khoang lạnh sử dụng khi ủ chín 6, 8- Khoang lạnh sử dụng khi lên men chính 7 – Lớp cách nhiệt 9-Bộ phận cấp tác nhân lạnh (chất tải lạnh) 9a - Ống dẫn hơi môi chất về máy nén 10 – Khoang lạnh phần nón 11 – Áo lạnh phần nón có cửa quan sát 12 – Van lấy mẫu 13 – Ống lọc không khí, CO2, CIP 14 – Bảng kết nối ống 15 – Thiết bị báo mức dịch trong tank
1.3. Quá trình lên men
a, Chất lượng nấm men trong sản xuất b, Lượng nấm men gieo cấy ban đầu c, Nồng độ chất hòa tan của dịch đường houlon hóa d, Nhiệt độ của dịch lên men e, Áp suất bề mặt f, Hàm lượng oxy và thế oxy hóa khử g, Cường độ khuấy đảo dịch lên men h, Nồng độ của sản phẩm lên men
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình lên men:
1.3. Quá trình lên men
1.3.5 Lên men chính
- Quá trình lên men chính được chia ra thành 4 giai đoạn - Tiến trình lên men: - Nhiệt độ lên men: 6-12 0 C
+ Thời gian lên men: phụ thuộc vào nồng độ dịch đường + Lên men chính kết thúc khi 60-65% lượng chất hòa tan ban đầu đã bị tiêu hao
+ Nhiệt độ lên men: 0-2 0 C + Thời gian lên men phụ 12-14 ngày. + Lên men phụ kết thúc khi độ đường đạt khoảng 2,1 – 2,30S
1.3.6 Lên men phụ - Tiến trình lên men:
1.3. Quá trình lên men
Sự biến đổi các sản phẩm phụ trong quá trình lên men chính và ủ chín a- Các chất tham gia vào tạo hương vị cho bia thành phẩm b- Các chất tham gia vào tạo hương vị cho bia non
1.3.7 Quá trình vệ sinh thiết bị CIP các tank lên men, tank chứa men và tank nhân men: * Hệ thống CIP gồm 4 thùng: • Thùng chứa NaOH 2% • Thùng chứa Trimeta – HC 2% • Thùng P3 – Oxinia 0,3%. • Thùng chứa nước sạch * Quy trình thực hiện vệ sinh
1.4 Lọc bia
- Nhằm tách cặn lơ lửng, tách các tế bào nấm men sống và xác tế bào trong bia non để tăng giá trị cảm quan. - Tạo độ lóng lánh cho bia. - Loại bỏ các phức chất protein, các hạt dạng keo polyphenol, polysaccarit và protein ít tan, những chất này làm bia rất nhanh đục, nhờ vậy làm bia ổn định hơn.
1.4.1 Mục đích:
1.4.2 Thiết bị lọc bia a, Máy lọc khung bản
- Đặc điểm: Máy lọc khung bản gồm các bản và khung được xếp khít với nhau,ngăn cách với nhau bởi các tấm vải loc phủ cả 2 phía của bản - Ưu, nhược điểm
1.4 Lọc bia
1.4.2 Thiết bị lọc bia b, Máy lọc đĩa
- Đặc điểm: Là thiết bị có cấu tạo hình trụ nằm ngang hay thẳng
đứng có chứa 1 trục rỗng trên có gắn nhiều đĩa làm nhiệm vụ lọc. Trên bề mặt đĩa có nhiều rãnh chính là bề mặt phủ chất bột trợ lọc. Bia sau khi lọc theo trục rỗng ra ngoài
- Ưu, nhược điểm c, Máy lọc nến - Đặc điểm: Là thiệt bị hình trụ, đáy côn thẳng đứng trong đó có các ống lọc được gắn vào cùng 1 tấm vỉ ngăn cách giũa vùng dịch đã lọc và dịch chưa lọc. Bia và bột trợ lọc được bơm vào thiết bị, bột sẽ phủ lên trên bề mặt các cột lọc, kết tủa và cặn được giữ lại ở phía ngoài còn bia trong đi vào trong cột lọc và được dẫn ra ngoài
- Ưu, nhược điểm
Các giai đoạn chính trong xưởng lên men và hoàn thiện bia
1.5 Bão hoà CO2
Trước khi chiết bia vào chai cần bổ sung hàm lượng CO2 tới mức yêu cầu
1.5.1 Mục đích
1.5.2 Yêu cầu và cách tiến hành - CO2 được bơm vào ở các dạng bọt khí, áp lực CO2 tia vào là
vào khoảng 2kg/cm2
- Chất lượng CO2 phải bảo đảm - Thời gian bão hòa phải đủ - Nhiệt độ bia 0 0 C
• Đối với bia hơi - Rửa bốc - Chiết bốc • Đối với bia chai
1.6 Hoàn thiện sản phẩm
- Rửa chai - Chiết chai - Dập nút chai - Thanh trùng - Dán nhãn
Các chỉ tiêu chất lượng của bia
1.7 Đánh giá chất lượng của bia thành phẩm
- Thành phần hóa học của bia: độ đường ban đầu, độ cồn, hàm lượng CO2, hàm lượng diaxetin, độ màu, độ chua… - Tính chất cảm quan của bia: màu sắc, mùi, vị, độ bọt… - Chỉ tiêu vi sinh vật: vi sinh vật tổng số, nấm men, nấm mốc, vi sinh vật gây bệnh…
