Báo cáo: Lên men bia

Chia sẻ: Nguyen Phan Ngoc Tuyen | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

551
lượt xem 202
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công nghiệp bia được xếp vào ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nó tác động lên các sản phẩm của nông nghiệp. Trong đó nó lại xếp vào nhóm“ công nghiệp lên men” vì biến đổi chính được thực hiện trong sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Lên men bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC  Lên men bia GVHD: Ts Nguyễn Hoài Hương NHÓM SVTH: 1.Nguyễn Phan Ngọc Tuyền 2.Trần Lê Hà Tuyên 3.Lương Ngọc Tuấn Anh 4.Đặng Quang Trường 5. Lê Hoàng Đoan Trang
Chương 1: Mở đầu....................................................................................................... 1 1. Giới thiệu bia.................................................................................................. 1 2. Lịch sử phát triển của công nghệ sản xuất bia............................................2 3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia.................................................................4 Chương II: Tổng quan................................................................................................... 5 1. Nguyên liệu................................................................................................ 5 2. Cơ sở hóa học lên men bia.......................................................................5 3. Phương trình hóa học................................................................................ 6 Chương III: Quy trình công nghệ............................................................................... 15 1. Sơ đồ khối............................................................................................... 15 2. Thuyết minh quy trình công nghệ..........................................................16 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men......................................17 4. Các chỉ tiêu theo dõi của quá trình lên men...........................................19 5. Tính toán cân bằng sản phẩm................................................................20 Chương IV: Kết luận Tài liệu tham khảo
Chương I: Mở đầu: 1 Giới thiệu bia: Định nghĩa: .1 Công nghiệp bia được xếp vào ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nó tác động lên các sản phẩm của nông nghiệp. Trong đó nó lại xếp vào nhóm “công ngiệp lên men” vì biến đổi chính được thực hiện trong sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu. Định nghĩa bia: - Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung không quá 15% nguyên liệu đường khác và hoa houblon”. - Đức: “Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men và không qua chưng cất, chỉ sử dụng hạt đại mạch nảy mầm, hoa houplon, nấm men và nước”. - Còn ở Việt Nam: “ bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước”. Bia phân biệt với rượu bởi hàm lượng rượu thấp hơn nhiều và hàm lượng các chất chiết không lên men lại cao hơn nhiều. đặc tính để phân biệt bia chủ yếu với các loại đồ uống khác là độ bền của lớp bọt được hình thành sau khi giải phóng acid cacbonic có trong đó. Hàm lượng rượu trung bình của một loại bia tính theo % khối lượng là 3,8% hay 4,5% thể tích. Giá trị của bia: 1.2 Một điều ít ai biết đến là bia có hàm lượng dinh dưỡng rất cao. Bia có một giá trị dinh dưỡng thật sự, không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng mà còn là nguồn cung cấp các Vitamin cần thiết thuộc nhóm Vitamin B-complex cho cơ thể. Cứ xem các nguyên liệu đầu vào của bia thì biết: lúa mạch, ngũ cốc, malt, houblon, men bia những nguyên liệu rất giàu năng lượng, vitamin và các khoáng tố khác. Giá trị năng lượng của loại bia với 12% độ cồn là khoảng 440 calories/lít, bằng 2/3 giá trị dinh dưỡng của sữa. Trong bia chứa một lượng B6 đáng kể có thể là giảm nguy c ơ mắc b ệnh v ề tim. Các nhà nghiên cứu khoa dinh dưỡng TNO và viện nghiên cứu thực phẩm Zest ở HàLan, đã nghiên cứu tác động của các loại nước giải khát khác nhau lên tim. 11 người khoẻ mạnh uống một trong 4 ly bia, rượu vang đ ỏ, r ượu gin Hà Lan và nước soda sau bữa tối của họ khoảng 3 tuần. Sau đó họ ngưng và uống ngẫu nhiên nước giải khát khác. Suốt trong 3 tuần uống bia, nghiên cứu những người tham dự cho thấy rằng lượng vitamin B6 trong máu tăng 30% trong khi đó lượng homocystein - chất làm tăng nguy cơ bệnh tim - còn l ại trong máu c ủa họ vẫn không thay đổi. Trong khi uống rượu vang đỏ, hay rượu Gin Hà Lan lượng homocystein tăng tương ứng 8% và 9%. Một nghiên cứu khác của bác sỹ Kenth Mukaml, đại học Havard và cộng sự đưa ra sau khi tiến hành theo dõi thói quen uống bia rượu của trên 38,000 nam giới của Mỹ được tiến hành trong vòng 12 năm cho thấy việc nhấm nháp điều độ và giới hạn các loại bia hoặc rượu vang giúp hạ thấp cơn đau tim. Số lần uống quan trọng hơn nhiều so với lượng bia được nạp vào.
Các nhà nghiên cứu Viện Bệnh nhiệt đới Talance (New Orlean, Mỹ) đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Hiệp hội Y tế Mỹ (số tháng 2/2003) theo đó uống bia trên 5 vại/ngày làm tăng nguy cơ đột quỵ lên 60% nhưng uống 2 vại bia/ngày lại giảm nguy cơ đột quỵ (dạng nghẽn mạch máu làm máu không hoạt động được) 30%. Kết quả này được rút ra sau khi so sánh, liên hệ hơn 30 công trình khác trong khoảng từ năm 1966 đến năm 2002, nhưng các nhà nghiên c ứu cảnh báo rằng uống bia và các chất có cồn không có tác dụng giảm nguy cơ đ ứt mạch máu não. Vài năm gần đây, dân uống bia sành điệu thành phố bắt đầu có khuynh hướng chuộng bia tươi cao cấp, được ủ tại chổ, bán trong các nhà hàng chuyên cung cấp một loại bia tươi đặc trưng xuất xứ từ Tiệp hay Đức. Loại bia này không rẻ, thường là cao giá hơn bia đóng chai từ 25-30%, nhưng sao những người sành bia vẫn cứ nhiệt tình và các nhà hàng này lúc nào cũng đông nườm nượp khách? Điều này cũng thật dễ hiểu bởi bia tươi với hương vị đặc sắc thơm ngon hơn hẳn so với bia chai hoặc bia lon thường. Chưa uống nhìn vào ly đã thấy s ắc bia vàng ươm bắt mắt, nâng ly chưa kịp nhấp môi, hương bia đã nồng nàn thơm ngát. Uống vào là cảm thấy dịu êm và lâng lâng phấn khích. Người sành uống có thể ngồi hàng giờ, nhấp nháp ly bia & nhắm tí mồi và nói đ ủ chuy ện trên đ ời. Lại có những người không cần mồi nhậu vẫn có thể thưởng thức hết ly này sang ly khác mà vẫn cảm thấy đã. Cái hay của bia tươi là ở đó! Để có được bia đúng là tươi đòi hỏi một tiến trình ủ và lên men với tiêu chuẩn kỹ thuật vô cùng gắt gao. Quá trình này cho phép giữ lại những dưỡng chất và vitamin quý giá của malt và houblon, rất tốt cho cơ thể nếu uống điều độ. Tuy vậy, do tính đặc thù của bia tươi khó giữ được quá 24 giờ, giá thành lại cao và nhất là không phải khi nào cũng sẵn có mọi lúc mọi nơi ... Dân ghiền đang trông mong một phép màu để có thể thưởng thức hương vị thơm ngon, độc đáo của bia tươi vào bất kỳ lúc nào và sản phẩm bia tươi đóng chai sẽ là giải pháp tuyệt vời. Tại sao không nhỉ? 2 Lịch sử phát triển của công nghệ sản xuất bia: Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đ ại và Lưỡng Hà (Mesopotamia). - Tại Lưỡng Hà, chứng cứ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000 năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng các cần hút bằng sậy từ thùng công cộng. Bia cũng được đề cập tới trong Thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria đ ể tỏ lòng tôn kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, nó chứa công thức làm bia cổ nhất còn sót lại và miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thông qua bánh mì. Bia đã trở thành thiết yếu đối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt là ở Ai Cập và Lưỡng Hà. - Bia đã từng là quan trọng đối với người La Mã trong thời kỳ đầu, nhưng trong thời kỳ Cộng hòa La Mã thì rượu vang đã thay thế bia như là một đồ uống chứa cồn được ưa chuộng hơn. Bia trở thành đồ uống được coi là thích hợp cho
những người man rợ; Tacitus đã viết một cách đầy chê bai về bia được các giống người Đức sản xuất trong thời đại của ông. - Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm chí từ thế kỷ 5 TCN, như Hellanicos đã viết trong vở các opêra. Tên gọi cho bia của họ là brutos hay brytos. - Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia. Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia." - Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình. Vào thế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạt động thủ công, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để thụ. tiêu - Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đ ến như là ale, còn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia. Bia có chứa hoa bia đ ược nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428. Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp — Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất — mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia". Tuy nhiên, vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia. - Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot (Luật tinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đ ến nay. Gebot quy định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857. Luật của người Bavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thống nhất năm 1871 thành Đế chế Đức dưới thời Otto von Bismarck, và kể từ đó đã được cập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu. Cho đến nay, Gebot vẫn được coi là tiêu chuẩn của đ ộ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này có thể gây tranh cãi. - Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi là ale. Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia được lưu trũ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đó nó đã đ ược s ản xuất nhiều hơn ale. - Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đã trở thành sự thật. Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn. Cho đến cuối thế
kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra r ằng các nhà sản xuất mạch nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout). Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh v ật muốn. không mong - Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ. Công nghệ của ông vẫn đ ược sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý đ ể loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cái gọi là bia không cồn. 3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia: - Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới: Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng. Hiện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với sản l ượng trên 100 t ỷ lít/năm, trong đó: Mỹ, Đức mỗi nước sản xuất trên 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm. Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiên tiến trong năm 2004 như sau: cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc khoảng 110 lít/người/năm. Lượng bia tiêu thụ tăng hầu như ở tất cả các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ bia trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philippin với tốc độ tăng đến 11,2%. Châu Á là một trong những khu vực lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới. Tổng lượng bia tiêu thụ của các nước khu vực châu Á trong năm 2004 đạt 43147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003. - Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam
Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có l ịch sử trên 100 năm. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy biada94 có từ trước và xây dựng các nhà máy bia khác thuộc Teung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Công nghiệp bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác. Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư…mà ngành công nghiệp Bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20.7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng. Chương II: Tổng quan 1. Nguyên liệu: - Malt: malt vàng được nhập từ Australia, độ ẩm 10%. - Houblon: dạng viên, được nhập từ Autralia, hàm lượng alpha acid đắng 12%. - Thế liệu (gạo): độ ẩm 12%. - Glucose, (NH4)2SO4, hóa chất phân tích: do Trung Quốc sản xuất. - Nấm men: sử dụng loài Saccharomyces cerevisiae do Công ty TNHH Foster Tiền Giang cung cấp. 2. Cơ sở hóa học của lên men bia: Khi tiến hành lên men dịch đường houblon hóa,một lượng lớn cơ chất ,chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ. Ngoài các gluxit bị tác động mạnh,các thành phần khác của dịch đường cũng chịu những sự thay đổi lớn. Một phần trong đó bị nấm men đồng hoá và bị biến đổi thành những hợp chất khác nhau ,còn một số khác thì chuyển đổi thành trạng thái không hoà tan và bị tách ra ngoài dưới dạng kết lắng. Tất cả những điều đó dẫn đến một sự thay đổi lớn về l ượng và biến đ ổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hoà tan của dịch đường. Ta thấy rằng hàm lượng chất hoà tan trong bia là thấp hơn so với dịch đ ường houblon hóa .Nguyên nhân của việc giảm này là từ ba lý do sau: - Do nấm men tiêu tốn một phần để cung cấp năng lượng cho việc phát triển sinh khối. - Do một số sản phẩm tạo thành là hợp chất dễ bay hơi - Do một phần bị kết lắng. Tổng lượng chất hoà tan đã bị tiêu hao trong thời gian lên men chính (kể cả phần tiêu hao do kết lắng) gọi là chất chiết đã lên men. Khối lượng chất chiết đã lên men biểu thị bằng phần trăm so với lượng chất hoà tan ban đ ầu của dịch đường,gọi là mức độ lên men hay độ lên men. Một phần chất hoà tan ban đầu của dịch đường houblôn hoá tồn tại trong bia như là một cấu tử hợp thành chất hoà tan của nó,gọi là chất chiết không lên men hay chất khô sót.
Trong thành phần của chất hoà tan ban đầu của dịch đường nấm men có thể hấp thụ được một phần rất lớn, phần đó được gọi là chất chiết có khả năng lên men, phần còn lại nấm men không có khả năng hấp thụ gọi là chất chiết không lên men. Khối lượng của chất chiết có khả năng lên men biểu thị bằng phần trăm theo lượng chất chiết ban đầu của dịch đường houblon hóa,gọi là độ lên men cuối cùng. Độ lên men và độ lên men cuối cùng của các loại bia khác nhau dao động trong những khoảng rất lớn. Đây là những chỉ số cơ bản và đặc trưng cho chủng loại và chất lượng của bia. Những chỉ số này có thể điều chỉnh được thông qua việc điều khiển các quá trình hoá sinh ở giai đoạn sản xuất dịch đường. Về lý thuyết thì toàn bộ lượng chất chiết có khả năng lên men,có thể sẽ được lên men hoàn toàn. Lúc đó độ lên men sẽ có gía trị bằng độ lên men cuối cùng. Nhưng trong thực tế sản xuất, không bao giờ độ lên men của một dịch đường lại có thể đạt đến độ lên men cuối cùng của nó.Vấn đề ở đây là hoàn thiện chu trình lên men,xác định được các điều kiện ở mức tối ưu với mục đích cao nhất là giảm đến mức thấp nhất sự sai lệch giữa hai chỉ số độ lên men đó. Và đây là một trong những tiền đề quan trọng nhất để thu nhận được các loại bia có đ ộ bền sinh học cao. Ở những nhà máy sản xuất bia theo phuơng pháp cổ điển,quá trình lên men được thực hiện trong các thùng hoặc các bể dạng hở. Trong điều kiện như vậy, không phụ thuộc là nhiệt độ cao hay thấp thì một lượng CO2 đáng kể cần thiết cho bia đã bị bay ra ngoài.Nghĩa là sau khi lên men chính hàm luợng CO 2 ở trong bia non chưa đạt mức bão hoà cần thiết.Thực tế đó đã buộc các nhà công nghệ phải đình chỉ quá trình lên men chính khi mà trong dịch lên men đó (bia non) còn một lượng đáng kể các chất hoà tan,mà nấm men có thể hấp thụ đ ược ở điều kiện đó để chuyển chúng sang một điều kiện khác: lên men trong các thùng kín ở nhiệt độ thấp hơn. Đây chính là giai đoạn hai của quá trình lên men:lên men phụ. Lên men phụ thực chất là quá trình lên men chính nhưng với tốc độ lên men thấp hơn nhiều so với giai đoạn đầu. Bình thường thì hàm lượng CO2 ở trong bia thành phẩm phải đạt ít nhất là 0.35% khối lượng . Con số này ở trong bia non sau khi lên men chính kết thúc là khoảng 0.15-0.2%. Như luợng CO2 thiếu hụt đi ít nhất là 0.2% . Để bù vào lượng đó cần thiết phải lên men tiếp 0.4% cơ chất nhưng vì trong quá trình bơm chuyển bia non từ khu vực lên men chính sang mặt bằng lên men phụ một phần CO2 lại tiếp tục mất đi. Do đó từ 0.4% lượng cơ chất chắc chắn là không đủ lượng CO 2 cần thiết. Hơn nữa, mức độ lên men như trên đã nói là không bao giờ đạt đến độ lên mên cuối cùng. Cho nên thời điểm đình chỉ quá trình lên men chính thích hợp nhất là khi hàm lượng chất chiết trong dịch lên men giảm xuống còn khoảng 30- 35% so với lượng chất chiết ban đầu có như vậy trong giai đoạn lên men phụ,một lượng cơ chất 1-1.2% tiếp tục bị lên men thì may ra bù đủ lượng CO 2 cần có . 3. Phương trình hóa học:
3.1. Sinh tổng hợp các sản phẩm chính (bậc 1)của quá trình lên men bia: rượu etylic + CO2: Quá trình lên men rượu bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng): 3.1.1 Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C6 để cho sản phẩm glucose-6-P, nguồn phosphate là ATP. Phản ứng xảy ra được là do sự xúc tác của hexokinase với sự có mặt bắt buộc của Mg 2+ . Hexokinase không những xúc tác sự phosphoryl hóa glucose mà còn xúc tác sự phosphoryl hóa các hexose khác như fructose, manose 3.1.2 Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P: Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác sự chuyển hóa đồng phân glucose-6-P thành fuctose-6-P, biến một aldose thành một ketose 3.1.3 Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate 3.1.4.Phản ứng 4: Phân cắt Fructose 1,6 biphosphate. Fructose1,6
biphosphate bị phân cách thành 2 phân tử triozophosphat cụ thể là aldehit 3- phosphoglyxerinic và phosphodioxyaxeton. Phản ứng này được sự xác tác của enzim aldolase 3.1.5.Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate: Chỉ một trong hai triose phosphate là aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào quá trình đường phân. Nhưng dihydroxyaceton-P có thể được chuyển hóa thành 3-P glyceraldehyde nhờ triose phosphate isomerase 3.1.6 Phản ứng 6: Oxy hóa 3-P glyceraldehyde thành 1,3 biphosphoglycerate: Xúc tác cho phản ứng này là enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có coenzyme NAD+, trong trung tâm hoạt động có nhóm –SH 3.1.7 Phản ứng 7: Trong phản ứng này gốc phosphate cao năng của 1,3 biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP ( oxy hóa phosphoryl hóa mức cơ chất) và 3P glycerate
3.1.8 Chuyển hóa 3P glycerate thành 2P glycerate (chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg 2+ cho hoạt động của nó. Đây là phản ứng thuận nghịch 3.1.9 2P glycerate bị loại nước để tạo thành phosphoenolpyruvate là phản ứng thuận nghịch được xúc tác bởi enzyme enolase.
3.1.10Chuyển nhóm phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP, phản ứng được xúc tác bởi pyruvat kinase, để tạo ATP và pyruvate. Pyruvat kinase bị kìm hãm bởi ATP, khi nồng độ ATP cao thì nó gây kìm hãm dị không gian. Ở động vật có xương sống pyruvat kinase có ít nhất 3 isozyme, hơi khác nhau trong phân bố ở các mô và trong việc đáp ứng đối với những chất điều hòa (modulator) . 3.1.11Chuyển hóa pyruvat thành rượu etylic:
Trong bước 1, pyruvate bị khử cacboxyl-hóa vốn được xúc tác bởi enzyme pyruvate decarboxylase, enzyme này cần Mg2+ và có coenzyme là TPP. Bước 2, acetaldehyde bị khử thành ethanol với NADH+H+ được tạo ra từ sự oxy hóa khử 3P glyceraldehyde. 3.2. Sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ): Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên men chính còn tao ra nhiều sản phẩm bậc hai hay còn gọi là sản phẩm phụ. Những sản phẩm này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và v ị c ủa bia, mặc dù vai trò đó có thể là tích cực và cũng có thể là tiêu c ực. Một s ố trong những sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trình chuy ển hóa đường thành rượu, còn một số khác là kết quả của những biến đổi hóa sinh phức tạp của những cấu tử khác trong dịch đường khi chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào nấm men. 3.2.1 Glyxerin: Nếu gọi glyxerin là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men thì điều đó là hoàn toàn đúng. Nhưng nếu nói rằng glyxerin là sản phẩm chính thứ ba của quá trình trên thì cũng không sai. Ta hãy nhớ lại ở sơ đồ Embden-Meyerhor. Ở phản ứng thứ tư, sau khi tạo thành phosphodioxyaxeton, phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố bên ngoài thay đổi . Từ hợp chất này dưới s ự xúc tác của coenzim NAD+ sẽ tạo ra thành α-glyxerophosphat. Sau đó với sự có mặt của photphataza,glyxerin và axit phosphoric được tạo thành. Theo Pasteur thì lượng glyxein trong quá trình lên men có thể tích tụ đến 3 g/l. Glyxerin là một cấu tử rất quý đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm đà cho sản phẩm. Glyxerin cũng có thể thu nhận được bằng con đ ường đề amin của axit glutamic 3.2.2 Rượu bậc cao: Ở trong bia chứa các loại rượu bậc cao như: propylic izopropylic, butylic, izobutylic, amylic, izoamylic, và nhiều loại khác. Khối lượng của chúng dao động trong khoảng rộng từ 20 đến 95 mg/l nhưng thông thường là khoảng 50 đ ến 60 mg/l . Ở điều kiện lên men nổi hàm lượng rượu bậc cao lớn hơn lên men chìm
do lên men ở nhiệt độ cao hơn. Trong các loại rượu bậc cao thì hàm lượng izoamylic cao nhất. Từng loại rượu bậc cao đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung đó không phải là đặc trưng của bia mà chúng tạo cho khứu giác những cảm giác khó chiụ. Nói tóm lại các loại rượu bậc cao gây ảnh hưỏng tiêu c ực đến chất lượng cảm quan của bia. Cơ chế tạo thành rượu bậc cao đến hiện nay chưa được giải thích thỏa đáng do đó ta không đề cập đến nhiều. 3.2.3 Acid hữu cơ: Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men r ượu và quá trình trao đổi sinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men. Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên men do vi khuẩn gây ra khi dịch đường houblon hoá bị nhiễm. Axit lactic và axit xitric được tạo thành từ axit piruvic. Trong trường hợp này axit piruvic không bị decacbonxyl mà là bị khử thành axit lactic. Hàm lượng trung bình của chúng trong bia là khoảng 150-200mg/l. Nếu dịch lên men bị nhiễm khuẩn lactic thì hàm lượng của chúng tăng vọt lên rất nhiều lần. Một sản phẩm thương trực khác trong nhóm axit hữu cơ là axit susinic. Nó được tạo thành do quá trình deamin axit glutamic hoặc qua phản ứng chuyển amin. Trong trường hợp thứ nhất, chất nhận hydro là aldehit triozoglyxerinic, vì lẽ đó, song song với việc tạo thành axit susinic ta còn nhận được glyxerin. Phương trình tổng hợp của các quá trình trên được biểu diễn như sau: C6H12O6 + COOH.CH2.CHNH2.COOH + 2H2O = HOOC.CH2.CH2.COOH + 2C3H8O3 + NH3 + CO2. Ở trường hợp thứ hai, axit glutamic bị deamin đến axit xetoglutaric, còn axit piruvic thì được amin hoá đến alanin. Axit xetoglutanic bị decacbonxyl, và aldehit thu được tham gia ngay vào phản ứng oxy hoá - khử với axetadehit. Kết quả của dãy quá trình này là ta nhận được axit susinic và etanol: COOH.CH2.CH2.CHNH2.COOH + CH3CO.COOH = COOH.CH2.CH2CO.COOH + CH3CHNH2.COOH -CO COOH.CH2CH2CO.COOH 2 COOH.CH2.CH2.CHO COOH.CH2.CH2.CHO + CH3CHO = COOH.CH2.CH2.COOH + C2H5OH. Hàm lượng của axit susinic ở trong bia khoảng 60-70 mg/l. Trong quá trình lên men chính, ngoài những axit trên đây còn tạo thành một số axit bay hơi khác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic. Axit axetic nhận đ ược bằng con đường phân hoá axetaldehit. Trong trường hợp này nó bị oxy hoá thành axit axetic, còn hydro của nước thì liên kết với phân tử aldehit thứ hai đ ể tạo thành etanol. Hàm lượng trung bình của axit axetic ở trong bia là khoảng 80- 100mg/l còn axit fomic đến 30 mg/l.
3.2.4 Ester và aldehid: Este là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men chính. Nó không phải là sản phẩm tạo thành từ hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả của sự tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực: este hoá các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau. Chiếm khối l ương nhiều nhất trong khối este là atyl axetat (15-20 mg/l ) chứa ít nhất là izoetyl formiat (0,8 – 1 mg/l ), còn izoamin axetat thì chỉ có vết . Tổng lượng của chúng trong bia dao động trong khoảng 30-80 mg/l. Với rượu etylic, axit cacbonic có thể tham gia phản ứng để tạo thành các este mono và dietyncacbonat không bền vững. Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia. Tuy không phải là sản phẩm bậc hai thường trực nhưng chúng được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn lên men chính.Theo số liệu của các tác giả người Mỹ thì hàm l ượng của etylaxetat sau lên men chính là 18,6% mg/l, còn trong bia thành phẩm là 25mg/l. Ở điều kiện len men nổi lượng este tạo thành nhiều hơn so với lên men chìm. Trong cùng một điều kiện, nấm men nổi tạo ra nhiều este hơn nấm men chìm. Aldehid là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm men, và cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hoá các loài rượu. Chiếm nhiều nhất trong bia thì có axetaldehid, hàm lượng của nó, là 5-7 gm/l. Tổng lượng andehid trong bia dao động từ 9 đến 10 mg/l. Ở điều kịên y ếm khí,l ượng andehid tạo ra ít hơn so với ở điều kiện hiếu khí. Ở mức độ vừa phải (10-15 mg/l), andehid làm tăng hương cho bia, nhưng nếu cao quá thì vai trò của nó lại trở thành tiêu cực. Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng andehid của bia giảm đi rất nhiều. 3.2.5 Axetoin, diaxetyl và 2,3 – butandiol Ba hợp chất này thu nhận đươc ở chủ yếu giai đoạn lên men chính và là do kết quả của các quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men. Chúng là sản phẩm bậc hai thường trực của các quá trình lên men yếm khí và hiếu khí. Trong ba hợp chất này thì nguy hiểm nhất đến hương và vị của bia là diaxetyl. Diaxetyl không màu đến vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh và vị đắng gắt rất khó chịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con người. Chỉ số chất lượng N0=1cho tất cả các loại bia được bán ra thị trường được Công ước bia châu Âu quy định là “hàm lượng diaxetyl không được vượt quá 0,2 mg/l”. Nếu xem axit piruvic là điểm xuất phát thì diễn biến tạo thành ba hợp chất này có thể biễu diễn như sau: CH3 –CO –COOH decacboxyl hoá CH3 –CHO + CO2 Axit piruvic Axetaldehid CH3 –CHO + CH3 –CHO CH3 –CO –CHOH –CH3 Axetoin khử (+H ) CH3 –CHOH –CHOH –CH3 CH3CO –CHOH –CH3 2
oxyhoá (-H ) 2,3_butadiol axetoin 2 oxyhoá (-H ) CH3 –CO –CHOH –CH CH3 –CO –CO –CH3 2 khử (+H ) Axetoin Diaxetyl 2 Trong quá trình lên men chính lượng diaxetyl tạo thành khoảng 0.35 - 0.55 mg/l. Trong thời gian tàn trữ chúng bị khử và hàm lượng giảm xuống dưới mức cho phép. Thời gian cần thiết cho quá trình khử này ít nhất là 3 tuần ở các hệ thống lên men cổ điển. Quá trình khử diaxetyl là một trong những chỉ tiêu hàng đ ầu đ ể xem xét là quá trình tàng trữ đã đạt hay chưa đạt. 3.2.6 Hydro sunfua (SH2) và mercaptan: Nguồn gốc tạo thành các hợp chất này là các hợp chất chứa gốc sunfat,sunfit và các amin chứa lưu huỳnh ở trong dịch đường. Ở thời điềm lên men chính và đặc biệt là ở giai đoạn lên men phụ và tàng trữ bia non, điều kiện tạo ra khá thuận lợi cho quá trình khử các nhóm disunfit (-S-S-) thành các nhóm sunfơhidryl (-SH). Khi đó là cơ hội cho sự tao thành các sản phẩm bậc hai không thường trực nói trên. Hydro sunfua và mercaptan là những hợp chất đặc biệt có hại đối với hình thơm và vị của bia. Theo số liệu của nhiều chuyên gia thì hàm lượng của chúng có thể lên tới 0,5-0,9 mg/l. Nếu dịch đường houblon háo chứa nhiều cặn, hàm lượng của chúng có thể cao hơn. Hiện tượng tự phân của nấm men cũng là một nguyên nhân làm tăng các hợp chất này
Chương III: Quy trình công nghê: 1. Sơ đồ khối:
Nguyên liệu Nghiền Nấu (đường hóa) Lọc Nấu với hoa houblon Làm lạnh dịch Nhân giống Men giống: Lên men chính 8 – 12oC Saccharomyces Rửa Lên men phụ Cấp lạnh 1 – 4oC Bã men Lọc CO2 Bão hòa CO2 Rửa sạch Sát khuẩn Đóng chai hoặc lon Chai Hấp Pasteur Bia hơi thành phẩm Bia chai, bia lon Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát công nghệ sản xuất bia 2. Thuyết minh quy trình công nghệ:
2.1 Các quá trình lên men: 2.1.1 Quá trình sinh lí: Quá trình này được thể hiện bằng sự sinh sản của nấm men và nó chỉ xảy ra trong thời kì đầu của quá trình lên men chính. Lúa đó, trong dịch lên men xảy ra đồng thời sự sinh sản của nấm men và sự lên men. Nhưng trong điều kiện lên men bình thường sự sinh sản của nấm men kết thúc xa trước khi lên men chính xong. 2.1.2 Quá trình sinh hóa: - Quá trình sinh hóa cơ bản trong lên men là sự chuyển các đường thành rượu và CO2. Phần lớn các chết chiết được trong dịch lên men là hydratcaron, trong đó chứa: fructoza 1-3%, glucoza 3-8%, saccaroza 2-6%, maltoza 38-50%, mantotrioza 11-19%, mantotetraoza 2-6%, dextrin 14-22%. Như vậy phần lớn chất chiết (75%) là đường lên men được. Phần không lên men được chủ yếu là dextrin, protein và chất khoáng. - Sự chuyển hóa đường thành rượu và CO2 xảy ra chủ yếu trong thời kì lên men chính, còn trong lên men phụ nó diễn ra chậm chạp với một hàm lượng đường nhỏ. Ngoài rượu và CO2, trong quá trình lên men còn tạo ta nhiền sản phẩm phụ. Những sản phẩm phụ này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia. Vai trò đó có thể là tích cực mà cũng có thể là tiêu cực. 2.1.3.Quá trình hóa lí: - Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: trong giai đoạn lên men chính có sự thay đổi lớn về độ chua định phân. Sở dĩ có sự tăng đó là do sự tạo thành CO 2 và một số các axit hữu cơ trong quá trình lên men. - Tuy nhiên sự giảm mạnh về pH (từ trên 5,5 giảm xuống còn dưới 4,5) không thể giải thích bằng sự tạo thành các axit hữu cơ vì chúng được sinh ra với hàm lượng ít và khả năng phân li yếu. Hiện tượng này chỉ giải thích bằng sự phá vỡ hệ thống đệm trong dung dịch đường. Khả năng đệm của dịch đường được hình thành và ổn định là nhờ các muối pho6tphat bậc 1 và bậc 2 ( chúng ổn đ ịnh pH trong khoảng 5,67-7,07). Trong thời kì lên men, một phần muối photphat bị nấm men hấp thụ, do đó năng lực đệm của hệ thống này giảm đi một cách nhanh chóng. Thay thế vào đó là hệ thống “ photphat bậc 1, bicacbonat, axit cacbonic tự do”. Song song với nó, trong bia non lại được hình thành hệ thống đệm thứ hai “axit hữu cơ, muối của axit hữu cơ”. Cả hai hệ thống này đều tạo ra lực đ ệm ở khoảng pH = 4,27-5,67 và trong quá trình lên men khả năng đó của chúng đ ược gia tăng. Sự thay đổi thế oxi hóa- khử và cường độ màu: trong giai đoạn lện men chính, thế oxi hóa-khử của hệ thống cũng bị biến đổi đáng kể. Sở dĩ như vậy vì trong quá trình lên men chính hàm lượng oxi chứa trong dịch lên men giảm dần và có sự tạo thành các chất có tính khử. - Cường độ màu của dịch đường trong những ngày lên men cũng bị giảm đáng kể. Nguyên nhân là do các hợp chất polyphenol dễ bị oxi hóa bị khử và sau đó bị kết lắng. - Sự hòa tan CO2 và tạo bọt: CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ được hòa tan vào bia. Trong bia non chứa 0,2% CO2. Trong quá trình lên men phụ nó sẽ được
bổ sung và bảo đảm cho hàm lượng CO2 có trong bia thành phần không nhỏ hơn 0,3%. - Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, lượng CO2 tạo ra chưa nhiều, lại ở nhiệt độ thấp cho nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Ở giai đoạn sau của quá trình lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và trong dịch lên men đã hoà tan một lượng đáng kể, cho nên CO2 tạo thành lúc này sẽ thoát ra ngoài dưới dạng những bong bóng nhỏ li ti. Trên bề mặt của những bong bóng này hình thành một l ớp có s ức căng bề mặt của các chất như protein, polyphenol. Chính do có lớp sức căng bề mặt này mà bong bóng khí CO2 không thể giải thoát mà chúng bị liên kết hấp thụ lại với nhau để tạo thành bọt. - Sự kết màng của các tế bào nấm men: hiện tượng này xảy ra suốt thời kì lên men chính, nhưng đặc biệt nhiều là ở những ngày cuối cùng, khi mà lượng CO2 tạo ra đã ít đi và một phần khá lớn các loại cặn đã kết tủa xuống đáy thùng lên men. Khi kết tủa, các tế bào nấm men sẽ kéo theo sự kết tủa của một số các chất khác nên làm cho bia trở nên trong hơn. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: 3.1 Chất lượng của nấm men sản xuất: 3.1.1 Các chủng nấm men thường sử dụng: - Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Nhiều loài nấm men có khả năng lên men rượu. Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia. Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein. Ngoài ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men có hại, gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hại lương thực, thực phẩm. - Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào. Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men c ủa nấm men được tiến hành. 3.1.2 Để bảo đảm cho quá trình lên men được tiến triển bình thường và bia có chất lượng thì nấm men phải đủ các yêu cầu sau: - Có tốc độ sinh trưởng và phát triển vừa phải. - Có khả năng lên men nhanh chóng nhiều loại đường khác nhau. - Có khả năng kết tụ tốt vào cuối thời kì lên men chính. - Có khả năng giữ được các đặc tính sinh lý, sinh hóa qua nhiều thế hệ. - Có khả năng chống chọi tốt với những điều kiện bất lợi của môi trường. - Cho bia có hương vị tốt, ít các sản phẩm phụ không mong muốn, nhất là diaxetyl.