Đề tài: Ứng dụng lên men trong công nghệ sản xuất bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

1. Nguyễn Thị Cẩm Nguyên 2. Nguyễn Cẩm Tiên 3. Ngô Thị Thuỳ Xuân 4. Nguyễn Ngọc Hải Âu 5. Lê Thị Hiền 6. Nguyễn Thị Thuỳ Trang 7. Nguyễn Thị Út Thôi

Giảng viên hướng dẫn: Liêu Mỹ Đông

Tên tác giả

TP.Hồ Chí Minh, năm 2016

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

NGƯỜI THỜI STT CÔNG VIỆC KẾT QUẢ THỰC HIỆN GIAN

Tìm được trong bia có 4

thành phần chính: nước, men

bia, malt, hoa houblon.

Các thành phần 20- +http://timtailieu.vn/tai- 1 Nguyên, Tiên của bia 28/10/2016 lieu/bai-giang-cac-phuong-

phap-va-ky-thuat-len-men-

25037/

Có 2 phương pháp chính: cổ

điển và hiện đại

+http://doc.edu.vn/tai-

lieu/tieu-luan-len-men-bia- Các phương 20- 9680/ 2 pháp lên men Xuân ,Âu 28/10/2016 + http://tailieu.vn/doc/bao- bia cao-nghien-cuu-khoa-hoc-

nang-cao-qua-trinh-len-men-

trong-san-xuat-bia-nong-do-

cao--788484.html

Các yếu tố ảnh hưởng: nồng

độ chất hòa tan, nhiệt độ, Các yếu tố ảnh chất lượng nấm men, cường 20- hưởng đến quá 3 Hiền độ khuấy đảo,… 28/10/2016 trình lên men + http://doan.edu.vn/do- bia an/de-tai-nghien-cuu-su-len-

men-bia-24584/

Tìm bài báo khoa học về các

phương pháp để khảo sát các

yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình lên men

[1]. Ngô Thị Phương Dung,

“Khảo sát khả năng lên men

và tính chịu cồn của nấm

men”, Tạp chí khoa học,

Lên men dịch tr.374-382,2009.

nha trong thiết [2] Lê Quốc Đạt, Lê Văn

bị lên men Việt Mẫn, Võ Thị Luyến, 20- 4 BIOSTAT của Trang, Thôi “Khảo sát ảnh hưởng của 28/10/2016 hãng BRAUN một số yếu tố đến quá trình

(Đức). lên men bia ở nồng độ cao ”,

Hội nghị khoa học và công

nghệ lần 9.

[2]. Lê Quốc Đạt, Lê Văn

Việt Mẫn, Võ Thị Luyến,

“Khảo sát ảnh hưởng của

một số yếu tố đến quá trình

lên men bia ở nồng độ cao ”,

Hội nghị khoa học và công

nghệ lần 9.

5 Tổng kết Nguyên 10/11/2016

iii

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật việc

ứng dụng những thành tựu công nghệ mới vào thực tiễn sản xuất diễn ra mạnh mẽ

và có những bước đột phá. Có thể nói, sự đổi mới liên tục về công nghệ đã trở thành

yếu tố then chốt để duy trì sức cạnh tranh cho doanh nghiệp trên thị trường. Công

nghệ sản xuất bia cũng không nằm ngoài xu hướng đó.

Bia là một mặt hàng có tính cạnh tranh cao trên thị trường đồ uống nói riêng

cũng như thị trường tiêu thụ nói chung. Các doanh nghiệp trên thị trường hiện nay

cũng không ngừng đổi mới công nghệ nhằm tăng lợi nhuận cho mình cũng như đáp

ứng các nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

Không chỉ là loại đồ uống chứa cồn thấp, giàu chất dinh dưỡng, cung cấp

một lượng calori khá lớn mà bia còn chứa hệ enzyme phong phú trong đó có

enzyme amylase kích thích tiêu hóa. Với các thành phần cơ bản như nước, malt đại

mạch, hoa houblon, men, bia mang lại tính cảm quan khá tốt cho người tiêu dùng.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, các nhà sản xuất

không ngừng tìm tòi và nghiên cứu các phương pháp sản xuất mới không chỉ tăng

lợi nhuận mà còn nâng cao được chất lượng sản phẩm. Vì vậy mà việc ứng dụng

công nghệ lên men trong sản xuất bia có những bước tiến mới nhằm phục vụ các

yêu cầu trên.

LỜI CẢM ƠN

Cảm ơn tất cả các thành viên trong nhóm đã tìm tài liệu cũng như cùng nhau

làm bài để có thể hoàn thiện được bài báo cáo. Cảm ơn sự hợp tác của tất cả mọi

người cùng nhau thảo luận và đưa ra ý kiến cho đề tài của nhóm.

Cảm ơn mọi người đã đọc cũng như lắng nghe bài báo cáo của nhóm về đề

tài nghiên cứu “ Ứng dụng lên men trong công nghệ sản xuất bia”. Đề tài là một

sự tìm kiếm tài liệu và chọn lọc ra những kiến thức có thể khái quát được phần nào

về kiến thức cho các bạn. Tuy nhiên, trong quá trình làm ra quyển báo cáo này, chắc

chắn sẽ có nhiều sai xót, và rất mong các bạn sẽ thông cảm và bỏ qua. Nhóm chúng

tôi luôn sẵn sàng và trân trọng lắng nghe những lời góp ý của các bạn.

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC ......................................................................... ii

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ iv

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix

Chương 1: MỞ ĐẦU................................................................................................... 1

Lí do chọn đề tài ............................................................................................... 1

Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2

Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................. 2

Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 3

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ......................................................................... 4

So sánh các loại bia .......................................................................................... 4

So sánh bia vàng, bia đen ................................................................................. 5

So sánh nấm men nổi và nấm men chìm .......................................................... 7

Các phương pháp lên men bia .......................................................................... 9

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ......................................................... 10

Nội dung ......................................................................................................... 10

3.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................. 10

3.1.2. Công nghệ lên men bia ............................................................................ 24

3.1.2. ..................................................................................................................... 24

3.1.3. Các phương pháp lên men bia ................................................................. 29

3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.......................................... 35

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 38

3.2.1. Nguyên liệu ............................................................................................. 38

3.2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 38

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 40

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sử dụng cơ chất của nấm

men ........................................................................................................................ 40

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sinh trưởng của tế bào nấm

men ........................................................................................................................ 41

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến nồng độ sản phẩm chính................. 42

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình hình thành các sản phẩm

phụ ......................................................................................................................... 43

4.4.1. Diacetyl ................................................................................................... 43

4.4.2. pH của dịch lên men ................................................................................ 44

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 45

Kết luận .......................................................................................................... 45

Kiến nghị ........................................................................................................ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46

vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các loại bia Việt Nam ................................................................................. 1

Hình 2.1: Bia đen porter Zywiec và bia vàng Hoavener ............................................. 5

Hình 2.2: Nấm men Saccharomyces Cerevisiae ......................................................... 8

Hình 3.1: Đại mạch 2 hàng ....................................................................................... 13

Hình 3.2: Đại mạch nhiều hàng................................................................................. 14

Hình 3.3: Hạt đại mạch hai hàng ............................................................................... 14

Hình 3.4: Quy trình sản xuất bia ............................................................................... 24

Hình 4.1: Sự biến đổi của hàm lượng đường khử trong quá trình lên men .............. 41

Hình 4.2: Sự biến đổi của hàm lượng diacetyl trong quá trình lên men ................... 43

Hình 4.3: Sự biến đổi pH của dịch lên men trong quá trình lên men ....................... 44

viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng so sánh sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng .................................. 6

Bảng 2.2: So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm ................................ 8

Bảng 3.1: Tính theo phần trăm trọng lượng chất khô ............................................... 15

Bảng 3.2: Thành phần hóa học hoa Houblon ............................................................ 17

Bảng 3.3: Thành phần nguyên liệu chuẩn bị dịch nha .............................................. 38

Bảng 4.1: Hiệu suất tổng hợp sinh khối của nấm men tính theo đường khử (triệu tế

bào/g) ......................................................................................................................... 42

Bảng 4.2: Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol tính theo đường khử (%) ....................... 42

Chương 1: MỞ ĐẦU

Lí do chọn đề tài

Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men

của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên

men. Nói một cách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và

có hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng

giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứa một

lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhóm B như vitamin B1, B2, PP. .

.). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế

giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống

quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành công nghiệp mũi nhọn

trong ngành công nghiệp nước ta.

Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản

xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và

màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân

loại khác.

Hình 1.1: Các loại bia Việt Nam

Nước ta nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới có ưu điểm là thị trường giải

khát lớn. Mặt khác, các nhà sản xuất bia lon xuất khẩu không nhiều. Do chính sách

mở cửa của nhà nước các thương hiệu bia nước ngoài tràn ngập vào thị trường Việt

Nam tạo ra sức cạnh tranh rất lớn. Vì vậy, nước ta cần tạo ra một loại bia có chất

lượng cao và giá thành sản phẩm ổn định, đẩy mạnh xuất khẩu. Để tạo ra được bia

đạt chất lượng thu hút sự quan tâm của nhiều người thì quá trình lên men bia là một

trong những nhân tố quan trọng. Chất lượng của bia được xem như là kết quả từ các

quá trình hoạt động của nấm men. Vì thế, để có được bia chất lượng đáp ứng được

nhu cầu người tiêu dùng thì đây cũng là vấn đề của nhiều nhà sản xuất kinh doanh

cũng như những người học công nghệ.

Mục tiêu nghiên cứu

Sau đây là phần tìm hiểu thông tin chi tiết về công nghệ sản xuất bia nói

chung cũng như quá trình lên men bia nói riêng với các mục tiêu sau:

 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình lên men bia

nồng độ cao

 Nghiên cứu cải thiện quá trình lên men nồng độ cao trong sản xuất bia

Ý nghĩa của đề tài

 Ý nghĩa khoa học: đề tài góp phần phát hiện ra những yếu tố về mặt sinh

học, lí học cũng như là hóa học ảnh hưởng đến quá trình lên men bia ở nồng

độ cao.

 Ý nghĩa thực tiễn: đề tài giúp phát hiện ra những mặt lợi cũng như hạn chế

mà phương pháp lên men mang lại. Qua đó, chúng ta có thể phát huy, duy trì

những mặt lợi cũng như là hạn chế những mặt hại để thúc đẩy tăng năng

suất, cũng như là tạo ra một sản phẩm chất lượng đáp ứng được nhu cầu của

người dân. Ngoài ra, nó còn là động lực để thúc đẩy sự cạnh tranh về đổi mới

phương pháp lên men để tạo ra sản phẩm tốt nhất cho công ty mình.

Đối tượng nghiên cứu

 Bia, các loại nấm men

 Công nghệ sản xuất bia, các phương pháp lên men ứng dụng trong lên men

bia.

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

So sánh các loại bia

Có nhiều loại bia khác nhau, mỗi loại bia được coi là thuộc về một kiểu bia

cụ thể nào đó. Kiểu bia là mác dán miêu tả hương vị tổng thể và thông thường là

nguồn gốc của bia, phù hợp với hệ thống đã tiến hóa qua các lần thử và các sai số

qua nhiều thế kỷ.Yếu tố chính để xác định loại bia là men bia sử dụng trong quá

trình lên men.

Phần lớn kiểu bia thuộc về một trong hai họ lớn: ale-sử dụng lên men nổi

hoặc lager-sử dụng lên men chìm. Bia có đặc trưng pha trộn của cả ale và lager

được gọi là bia lai. Đồ uống chứa cồn sản xuất từ việc lên men đường thu được từ

các nguồn không phải là ngũ cốc nói chung không được gọi là "bia", mặc dù chúng

cũng được sản xuất bằng cùng một phản ứng sinh học gốc men bia. Mật ong lên

men được gọi là rượu mật ong, nước táo lên men được gọi là rượu táo, nước lê lên

men được gọi rượu lê, còn nước nho lên men được gọi là rượu vang.

Ale: Ale là bất kỳ loại bia nào được sản xuất bằng lên men nổi, và nó thông

thường được lên men ở nhiệt độ cao hơn so với bia lager (15-23oC). Các men bia

ale ở các nhiệt độ này tạo ra một lượng đáng kể các ester, các hương liệu thứ cấp và

các sản phẩm tạo mùi khác, và kết quả là bia tạo ra có mùi vị của hoa hay quả tương

tự (nhưng không chỉ có thế) như táo, lê, dứa ,cỏ, cỏ khô, chuối mận hay mận khô.

Các khác biệt về kiểu giữa các loại ale là nhiều hơn so với các loại lager, và nhiều

loại bia ale rất khó để phân loại chúng.

Lager: Lager là loại bia được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới. Chúng có

nguồn gốc từ vùng Trung Âu, có tên gọi này là từ lagern ("lưu trữ") trong tiếng

Đức. Men bia lager là loại lên men chìm, thông thường được lên men ở nhiệt độ 7-

12°C (45-55°F) ("pha lên men"), và sau đó được lên men thứ cấp lâu ở 0-4°C (30-

40°F) ("pha lager hóa"). Trong giai đoạn lên men thứ cấp, lager được làm trong và

chín. Các điều kiện lạnh cũng kiềm chế việc sản xuất tự nhiên các ester và các phụ

phẩm khác, tạo ra hương vị "khô và lạnh hơn" của bia.

Các phương pháp hiện đại để sản xuất bia lager đã được Gabriel Sedlmayr và

Anton Dreher khai phá. Gabriel Sedlmayr trẻ là người đã hoàn thiện bia lager màu

nâu sẫm ở nhà máy bia Spaten tại Bavaria còn Anton Dreher là người bắt đầu sản

xuất bia lager, có lẽ là màu đỏ hổ phách tại Wien khoảng những năm 1840-1841.

Với việc kiểm soát quá trình lên men đã được hoàn thiện hơn, phần lớn các nhà sản

xuất bia lager chỉ sử dụng thời gian lưu trữ lạnh ngắn, thông thường từ 1 đến 3 tuần.

Phần lớn bia lager ngày nay dựa trên kiểu Pilsener , được sản xuất lần đầu tiên năm

1842 tại thành phố Plzen, ở Cộng hòa Séc. Các loại bia lager Pilsener ngày nay có

màu sáng và được cacbonat hóa nồng độ cao, với hương vị mạnh của hoa bia và

nồng độ cồn 3-6% theo thề tích. Các thương hiệu bia Pilsner Urquell hay Heineken

là các ví dụ điển hình về bia pilsener.

Hình 2.1: Bia đen porter Zywiec và bia vàng Hoavener

So sánh bia vàng, bia đen

Trên thị trường hiện nay có hai loại bia là: bia vàng và bia đen. Với loại bia

vàng thì ở nước ta đang rất phát triển và thịnh hành, còn bia đen thì chỉ mới du nhập

vào nước ta ở thập niên 90, tuy vẫn chưa quen với mùi vị của nó nhưng hiện nay bia

đen cũng đang dần chinh phục thị trường Việt Nam. Trong tương lai nó sẽ phát triển

mạnh và đem lại nguồn thu lớn đóng góp vào nền kinh tế nước nhà.

Dù bia vàng vẫn là sản phẩm truyền thống, nhưng bia đen đang mang lại một

chút sành điệu cho người tiêu dùng, thậm chí trở thành ưu thế cho những thương

hiệu mới tham gia thị trường.

Bảng 2.1: Bảng so sánh sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng

Bia đen Bia vàng

Nấm men: Saccharomyces Cerevisiae Nấm men: S. pastorianeus, S. uvarium,

S.carbergensis

Phương pháp lên men nổi Phương pháp lên men chìm

Malt đen có màu nâu sẫm, hương vị Malt vàng do sấy ở nhiệt độ 85oC, thời

ngọt đậm do sấy ở nhiệt độ 105oC gian sấy là 24 giờ, có vị đắng dịu

trong thời gian 48 giờ. hương thơm ngát nhưng rất nhẹ nhàng,

hương này do hoa houblon quyết định.

Bia đen có độ nhớt cao Bia vàng có độ nhớt thấp hơn bia đen

Nước thường sử dụng là nước cứng Nước thường sử dụng là nước mềm

Ngoài ra, bia vàng có thành phần hoa bia (houblon) nhiều hơn, trong khi bia

đen có thành phần lúa mạch nhiều hơn và lại là loại lúa mạch được sấy khô cho có

màu đen (còn gọi là carafamalt). Chính đặc điểm này tạo nên sự khác biệt về tính

chất sản phẩm: bia đen có chất đạm cao hơn, bia vàng nhiều vitamin (B2, B6, B9)

hơn. Bia tươi uống ngon nhất ở nhiệt độ 12oC. Nếu để bia nguội đi quá nhiệt độ

này, bia đen uống vẫn còn vị ngọt trong khi bia vàng lại đắng.

 Bia đen tốt cho sức khỏe

Một phát hiện mới đây của các nhà khoa học cho thấy, sản phẩm bia đen có

màu tối rất tốt cho sức khỏe: mở rộng mao mạch, giảm nguy cơ đóng cục máu gây

ra bệnh tim và đột quỵ. Sở dĩ bia đen có công dụng trên là vì thời gian ủ chúng lâu

hơn ba lần loại bia thường. Ngoài ra, trong bia còn chứa nhiều bột nha mạch rất tốt

cho sức khỏe. Tuy nhiên không vì thế mà bạn uống bia một cách bừa bãi. Các nhà

khoa học cho rằng tốt hơn hết các bạn chỉ nên uống 2 cốc/ngày. Kết luận này do kết

luận của các chuyên gia y học của Trường Đại học Wisconsin và các viện nghiên

cứu rượu bia ở Mỹ và Anh đưa ra.

So sánh nấm men nổi và nấm men chìm

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các

loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử

dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3

đường saccharoze.

Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất

khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men

chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh

trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men

chìm.

Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào

tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.

Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó là

nấm men bụi và nấm men kết bông. Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong

dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. Nấm men kết bông là loài

nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính

và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Còn nấm men nổi

không có khả năng này.

Nấm men nổi nổi lên trên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính.

Trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính, làm

cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men nổi.

Như vậy đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách

khỏi bia bằng cách hớt bọt, lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men.

Nấm men chìm lên men ở 4 – 12oC, nấm men nổi ở 14 – 25oC.

Bảng 2.2: So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm

Nấm men chìm Đặc tính Nấm men nổi S.Cerevisiae

S. carlsbergensis Loại bia: Ale

Loại bia: Lager

Nhiệt độ lên men 14 – 25oC 4 – 12oC

Chủ yếu lên men đường đơn Lên men tốt glucose, Cơ chất

(glucose, fructose), đường đôi maltose, galactose,

(saccharose, maltose), khó lên fructose, saccharose,

mannose và cả men đường tam (raffinose).

raffinose.

Lên men mạnh trên bề mặt Lên men mạnh trong Khả năng lên men

môi trường. lòng môi trường.

Khả năng tạo bông, kết Kết bông trên bề mặt, bia khó Kết chùm lắng

xuống đáy, bia trong lắng trong tự nhiên.

tự nhiên.

Các phương pháp lên men bia

Do nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng tăng cao, việc sản xuất bia đòi

hỏi phải đảm bảo chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất. Trên thế giới hiện nay

vẫn tồn tại song song hai phương pháp sản xuất bia: phương pháp cổ điển và

phương pháp hiện đại. Nhìn mặt bằng chung, cả hai phương pháp đều tiến hành quá

trình lên men thông qua hai giai đoạn: lên men chính và lên men phụ. Tuy nhiên,

điểm khác biệt chính của hai phương pháp này là cách thực hiện quá trình lên men

bia.

Trong phương pháp cổ điển, hai quá trình lên men chính và phụ được thực

hiện ở hai thiết bị riêng biệt, còn ở phương pháp hiện đại thì hai quá trình lên men

đó được thực hiện trong cùng một thiết bị. Ưu điểm của phương pháp hiện đại là ít

tốn thiết bị lên men, ít tốn diện tích nhà xưởng, ít tốn chi phí năng lượng và thời

gian lên men ngắn, do đó nâng cao năng suất sản xuất. Một trong những giải pháp

nhằm nâng cao năng suất của quá trình sản xuất bia là nâng cao nồng độ ethanol và

các sản phẩm trao đổi chất khác của nấm men trong dịch lên men. Để thực hiện điều

này, các nhà sản xuất sẽ lên men dịch nha có nồng độ chất khô ban đầu cao hơn

thông thường (lớn hơn 13oBal). Sau đó, dịch lên men sẽ được pha loãng với nước

bão hòa CO2 theo một tỷ lệ nhất định để thu được sản phẩm bia có nồng độ các chất

hòa tan như bia được sản xuất theo những phương pháp truyền thống. Một số nhà

máy bia tại Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ sản xuất bia nồng độ cao (Sài

Gòn, Foster); tuy nhiên, hàm lượng chất khô trong dịch nha ban đầu không thể vượt

quá 16oBal. Còn ở châu Âu, nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha trong sản xuất

công nghiệp là 20oBal và có thể cao hơn nữa. Nghiên cứu này bước đầu khảo sát sự

ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình lên men chính, sử dụng dịch nha 20oBal

nhằm nâng cao nồng độ ethanol trong bia non.

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

Nội dung

3.1.1. Nguyên liệu

Sản xuất bia cần có 4 nguyên liệu chính: malt đại mạch , hublon, nước và

men. Chất lượng của các nguyên liệu này có ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm. Sự

hiểu biết về đặc tính của nguyên liệu, ảnh hưởng của nguyên liệu đến quá trình sản

xuất và sản phẩm là điều cơ bản để cho ra một sản phẩm hoàn hảo.

3.1.1.1. Nước

a. Khái niệm và tính chất của nước

Nước rất cần thiết cho sự sống, là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa

tan nhiều chất. Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không

mùi, không vị. Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở 5 dạng tinh thể khác nhau. Nước là

hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trên trái đất là nước).

 Tính chất vật lí:

 Khối lượng phân tử: 18 đvc

 Khối lượng riêng: 1 g/ml ( ở 0oC, 1atm)

 Nhiệt độ nóng chảy: 0oC

 Nhiệt độ sôi: 100oC

b. Ảnh hưởng của thành phần hóa học và các muối có trong nước đến các quy trình

công nghệ

Sự tồn tại của muối chứa Ca và Mg sẽ quyết định độ cứng của nước.

+ Ca: thường tồn tại dưới dạng muối Ca(HCO3)2 và ảnh hưởng đến quá trình nấu

bia do làm giảm độ acid của hồ malt và dịch đường hóa.

+ Mg: hàm lượng trong nước tuy ít hơn Ca, nhưng tác dụng xấu hơn Ca vì MgCO3

hòa tan được, MgSO4 có vị đắng chát. Cả hai đều làm ảnh hưởng đến chất lượng

bia.

+ Na: tồn tại dưới dạng NaHCO3 , Na2CO3, Na2SO4 hay NaCl, Na2CO3 , NaHCO3

làm giảm độ acid của hồ malt NaSO4 với hàm lượng cao sẽ tạo cho bia có vị đắng

NaCl nếu dưới 200mg/l sẽ ảnh hưởng tốt đến mùi, vị bia.

+ Fe: thường tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2 hàm lượng cao sẽ gây ảnh hưởng xấu

đến chất lượng bia. Vì vậy chỉ cho phép từ 0,2 ÷ 0,5 mg/l .

+ Ngoài ra trong nước còn chứa các hợp chất hữu cơ ở dạng keo vô cơ hoặc hữu cơ

(như SiO2) hoặc các chất khí (O2, N2, CO2 . . .).

c. Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia

 Hàm lượng muối cacbonat không quá 50mg/l.

 Hàm lượng muối Mg không quá 100mg/l.

 Hàm lượng muối Clorua 75÷150 mg/l.

 Hàm lượng muối CaSO4 130÷200mg/l.

-: không có.

 Hàm lượng Fe2+ không quá 0,3mg/l.

 Khí NH3 và các muối NO3-, NO2

 Vi sinh vật không quá 100 tế bào /ml.

 E.coli, coliform: không có.

 Độ cứng: 4÷12 0Đ.

 PH: 6.5÷ 7.

d. Sử dụng nước trong công nghệ sản xuất bia

Nước tham gia trực tiếp vào quy trình công nghệ ( như ngâm đại mạch, nấu

malt, lọc dịch nha, lên men, trong công đoạn chiết rót…), tạo nên sản phẩm cuối

cùng. Có thể nói nước là nguyên liệu chính để sản xuất bia do trong bia hàm lượng

nước chiếm đến 90÷92% trọng lượng bia.

Thành phần và hàm lượng của chúng ảnh hưởng rất lớn đến quy trình công

nghệ và chất lượng bia thành phẩm. Nước công nghệ được sử dụng trong quy trình

nấu malt, nấu gạo, rửa bã, ngâm đại mạch.

 Nước dùng ngâm đại mạch để sản xuất malt: yêu cầu quan trọng nhất là nước

không được chứa nhiều tạp chất và vi sinh vật.

 Nước dùng để nấu bia:

 Các muối cacbonat và bicacbonat sẽ hòa tan chất đắng, chất chát trong vỏ

malt (nhất là Na2CO3) gây cho bia có vị đắng khó chịu.

 Những cacbonat và bicacbonat trong nước sẽ làm hạ độ acid của hồ malt

làm cản trở hoạt động của hệ enzyme trong malt

2KH2PO4 + Ca(HCO3)2  CaHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2

 Malt nước từ phản ứng trên ta nhận thấy rằng hai phân tử có tính acid sẽ thu

được một phân tử kết tủa và một phân tử có tính kiềm.

 Na2CO3 là muối làm giảm độ acid mạnh nhất vì:

2KH2PO4 + Na2CO3  K2HP04 + Na2HPO4 + 2H2O + 2CO2

nhận thấy rằng từ hai phân tử có tính acid KH2PO4 sẽ thu được 2 phân tử có tính

kiềm K2HPO4 , Na2HPO4.

 Nước dùng để rửa nấm men và thiết bị:

 Nước dùng để rửa nấm men cần phải sạch, không chứa nhiều hợp chất hữu

cơ, và đặc biệt không chứa vi sinh vật.

 Nước rửa thiết bị nên có độ cứng thấp đến trung bình, đặc biệt không chứa

các muối NH3 và các muối nitrit.

e. Nước phi công nghệ

Không trực tiếp có mặt trong thành phần của sản phẩm nhưng rất cần thiết

trong quy trình sản xuất và cũng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Nước này sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: nước nồi hơi, nước vệ sinh

thiết bị, nước vệ sinh nhà xưởng, nước thanh trùng. Mỗi mục đích đòi hỏi chất

lượng riêng, nước được xử lý theo yêu cầu sử dụng.

3.1.1.2. ĐẠI MẠCH

a. Khái niệm

Là nguyên liệu có tính chất truyền thống để sản xuất bia (có thể thay thế một

phần nguyên liệu khác nhưng nguyên liệu chủ yếu vẫn chính là đại mạch nảy mầm

). Đại mạch cũng giống như những ngũ cốc khác bao gồm hai thành phần chính là

glucide và protein nhưng đại mạch có hàm lượng cao hơn so với các loại ngũ cốc

khác và quan trọng nhất là tỷ lệ glucide/protein cân đối thích hợp cho việc sản xuất

bia.

b. Phân loại các giống đại mạch

Đại mạch được xếp vào họ hordeum gồm có: Hordeum. Sativum; Hordeum.

Murinum; Hordeum.Jubatum. Theo mục đích sử dụng, đại mạch được chia làm 2

nhóm chính: Đại mạch dùng trong công nghiệp: dùng để chế biến bia hoặc các

ngành thực phẩm dùng malt đại mạch. Thường dùng giống đại mạch hai hàng ( gọi

là H.Distichum)

Hình 3.1: Đại mạch 2 hàng

Trong nông nghiệp dùng để chế biến cho các loại thức ăn cho gia súc, gia

cầm. Thường dùng giống đại mạch nhiều hàng ( gọi là H.Polystychum ).

Hình 3.2: Đại mạch nhiều hàng

 Cấu trúc và thành phần hóa học của đại mạch

 Cấu trúc hạt đại mạch:

Hình 3.3: Hạt đại mạch hai hàng

- Gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt, phôi và nội nhũ.

+ Vỏ hạt: từ ngoài vào trong được chia làm 3 lớp: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron. Phần

này thường chiếm 8÷15% trọng lượng hạt.

+ Phôi: là cơ quan sống hô hấp của hạt. Phôi có từ 37÷50% chất khô là thành phần

nitơ, khoảng 7% chất béo, 5÷6% saccharose, 7÷7,5% pentozan, 6÷6,5% chất tro và

một ít thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít. Phôi thường chiếm 2,5÷5%

trọng lượng hạt .

+ Nội nhũ: chiếm 45÷68% trọng lượng hạt, phần này của hạt đại mạch giữ vai trò

quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia.

 Thành phần hóa học của đại mạch.

Bảng 3.1: Tính theo phần trăm trọng lượng chất khô

Thành phần Đại mạch Malt (%)

Tinh bột 58÷60

Đường saccharose 63÷35 (%) 1÷2 3÷5

Đường khử 0.1÷0.2 3÷4

Những đường khác 1 2

Chất dạng gom 1÷1.5 2÷4

Hemicellulose 8÷10 6÷8

Cellulose 4÷5 5

Lipide 2÷3 2÷3

Protein thô (N*6,25) 8÷11 8÷11

Dạng hòa tan tinh thể muối albumin, globulin 0.5 2

Hordein – protein (prolamin) 3 -

Glutelin – protein 3÷4 2

Acid amin & pectin 3÷4 3÷4

Acid lucleic 0.5 1÷2

Tro 0,2÷0,3 0.2÷0,3

Những chất còn lại 2 2,2

5÷6 6÷7

 Những yêu cầu chất lượng đối với đại mạch dùng trong sản xuất bia:

 Yêu cầu về cảm quan.

- Tất cả các hạt thóc phải thuộc một loại đại mạch, đồng nhất về kích cỡ, không lẫn

cát đá, rơm rác và những hạt thuộc loại thóc khác.

- Hạt thóc phải có vỏ mỏng, màu vàng nhạt óng ánh, không có vết trên vỏ.

- Đại mạch tốt phải có mùi thơm của rạ rơm, khi cắn hạt thóc thấy có mùi tinh bột

và hơi ngọt.

 Sinh lý

- Lực nảy mầm phải đạt 80÷85%

- Trọng lượng tuyệt đối thường 35 ÷ 45 g/1000 hạt

- Khả năng nảy mầm 90÷95 %

 Yêu cầu về thành phần hóa học:

- Vỏ: không vượt quá 7÷9% trọng lượng hạt

- Hàm lượng ẩm: w = 10÷15%

- Hàm lượng protide 8÷14% chất khô của hạt

- Hàm lượng glucide chiếm 55÷62 % trọng lượng hạt (hoặc 63 ÷ 66 % trọng lượng

chất khô).

3.1.1.3. Malt đại mạch

Đại mạch là nguồn cung cấp các chất đường, chất đạm, các vitamin và

khoáng chất cần thiết cho nấm men bia hoạt động trong quá trình sản xuất bia. Để

trích ly được các chất nêu trên, người ta phải tiến hành thủy phân tinh bột và các

chất đạm có trong đại mạch thành các chất tan được (gọi là extract) trong quá trình

mashing ở nhà nấu. Chất xúc tác cho các quá trình thủy phân là các enzyme.

Muốn có đủ lượng enzyme cần thiết cho quá trình thủy phân, người ta phải

tiến hành quá trình xử lý, ngâm đại mạch để cho chúng nảy mầm, còn gọi là quá

trình malting. Đại mạch sau quá trình malting được gọi là Malt.

3.1.1.4. HOUBLON

Houblon thuộc họ dây leo, sống lâu năm (30÷40 năm), có chiều cao trung

bình 1015m. Hiện nay trên thế giới đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác

nhau. Loại thực vật này chỉ thích hợp với khí hậu ôn đới nên được trồng nhiều ở

Đức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc,… Hoa houblon có hoa đực và

hoa cái riêng biệt cho từng cây, trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ

phấn. Hoa đực không được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin),

chất đắng cũng rất kém. Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản đứng thứ 2 (sau đại

mạch) của công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương

thơm rất đặc trưng làm tăng khả năng tạo và giữ bền bọt, làm tăng độ bền keo và

độ ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những đặc tính cực kì đặc biệt

như vậy nên hoa houblon vẫn giữ một vai trò độc tôn và là nguyên liệu không thể

thay thế trong ngành sản xuất bia.

Bảng 3.2: Thành phần hóa học hoa Houblon

Thành phần Thành phần Tỉ lệ(%) Tỉ lệ

(%)

Nước 10÷13 Axit amin 0,1

Tổng chất đắng 15÷21 Protein (N*6,25) 15÷21

Tinh dầu thơm 0,5÷1 Chất béo 3

Tanin 2,5÷6 Tro 8

Đường khử 2 Cellulose,lignin và 40

những chất còn lại

Pectin 2

a. Chất đắng

Vai trò trong công nghệ sản xuất bia là rất lớn. Chất đắng tạo cho bia có vị

đặc trưng và dễ chịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hòa tan

vào dịch đường và tồn tại trong bia, chúng có hoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng

bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Chúng còn có tính kháng khuẩn do đó

làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm.

b. Tanin

Với hàm lượng trung bình 4% trọng lượng hoa, tanin có một vai trò nhất

định trong quy trình công nghệ, từ đó có ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp chất

lượng bia. Trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon. Trước hết tanin

được chiết trích dưới dạng hòa tan, sau đó với điều kiện nhiệt độ cao và thời gian

dài chúng sẽ bị oxy hóa và trùng ngưng với các mức độ khác nhau, các phân tử

trùng ngưng sẽ hình thành mối liên kết đẳng điện với các phân tử protein trong dịch

đường hình thành những phức taninprotein, tạo ra kết tủa nóng trong quá trình này.

Mặt khác, với một dạng phức tương tự nhưng với trọng lượng nhỏ hơn không kết

tủa với điều kiện nhiệt độ cao, khi hạ nhiệt độ xuống thấp chúng sẽ kết tủa lại, tạo ra

liên kết tủa nguội trong dịch đường. Từ đó ta nhận thấy rằng, tanin một mặt có ảnh

hưởng tốt đến quá trình công nghệ, giúp cho dịch đường trong nhanh và kết tủa các

thành phần protein không bền, làm tăng độ bền vững của keo bia. Song mặt khác

tanin cũng làm kết tủa cả những phần protein bền, dẫn đến chỗ làm giảm khả năng

tạo bọt của bia.

c. Tinh dầu

Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm 0,17÷0,65% trọng lượng hoa. Tinh dầu

hòa tan trong dịch đường, tồn tại trong bia và tạo cho bia mùi thơm đặc trưng rất

nhẹ nhàng và dễ chịu. Tinh dầu thơm là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc

không màu có mùi thơm rất lạ nhưng hòa tan rất yếu trong nước (0,4mg/l), khó hòa

tan trong cồn thấp nhưng hòa tan hoàn toàn trong cồn nguyên chất và este. Đa phần

cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt dộ phòng do đó trong thời gian đun sôi dịch

đường với hoa houblon, có đến 98% lượng tinh dầu thơm bay ra ngoài chỉ còn 2%

tồn tại trong bia.

3.1.1.5. Nấm men trong sản xuất bia

a. Các chủng nấm men bia 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 hỏng 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 của nấm

men được tiến hành.

Dựa vào đặc tính công nghệ ta phân làm hai loại: nấm men nổi và nấm men

chìm, giữa chúng có sự khác nhau cơ bản sau:

- Về đặc tính hình thái:

Nấm men chìm: Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ

hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu.

Nấm men nổi: tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi thường dính lại với

nhau tạo thành như chuỗi các tế bào nấm men, hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc

ovan có kích thước là 7-10 Micromet.

- Về đặc tính sinh lí:

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các

loại đường trisacarit, ví dụ raffinoze. Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử

dụng hoàn toàn đường raffinoze trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3

đường sacaroze.

Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất

khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men

chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh

trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men

chìm.

Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo

bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.

- Về công nghệ lên men:

Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên

men. Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính,

trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính.

Nấm men chìm còn chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm

men bụi và nấm men kết bông. Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong

dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. Nấm men kết bông là loài

nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính

và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Còn loài nấm

men nổi không có khả năng này.

Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất

bia, làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm

men bụi và nấm men nổi.

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau. Nấm men chìm

có thể lên men 4 - 120C, nấm men nổi là 14 - 250C.

b. Chất lượng của nấm men sản xuất

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.

3.1.1.6. Các chất phụ gia trong sản xuất bia

Trong công nghệ sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu

được như malt, houblon, men, người ta còn dùng đến một số nguyên liệu hay hóa

chất phụ. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ, mà những nguyên phụ liệu hoặc

các hóa chất này được sử dụng với hàm lượng khác nhau, gọi chung những dạng

này là phụ gia và chia thành hai nhóm chính

a. Nhóm phụ gia trực tiếp

Gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất có mặt trong thành phần của sản

phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ với hàm lượng cho phép

+ Các hóa chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nước công nghệ như HCl,

Al2(SO4)3.16H2O, CaSO4, . . . .

+ Các hóa chất đưa vào để ngăn chặn quá trình oxy hóa những thành phần trong

bia như acid ascorbic, H2O2, . . .

+ Các hóa chất dùng để điều chỉnh pH như: H2SO4, acid lactic, CaCl2 . . .

+ Chất tạo màu cho bia: caramen.

b. Nhóm phụ gia gián tiếp

Nhóm này gồm tất cả nguyên liệu và hóa chất được sử dụng trong quy trình

công nghệ nhưng không được phép có mặt trong sản phẩm

+ Các bột trợ lọc: PVPP, kizelgua, . . .

+ Các hóa chất để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng như: H2SO4, KMnO4,

NaOH . . .

+ Các chất được dùng như tác nhân làm lạnh NH3, nước muối

3.1.1.7. Thế liệu

Trong sản xuất bia việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện

chủ quan và khách quan, có thể nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm tạo ra các

sản phẩm bia có mức chất lượng khác nhau. Cải thiện một vài tính chất của sản

phẩm, theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng.

Thế liệu phải dồi dào nguồn glucide mà từ đó dưới tác dụng của enzyme

trong malt, glucide của thế liệu sẽ chuyển hóa thành đường hòa tan. Vì vậy các loại

ngũ cốc được chọn làm thế liệu trong sản xuất bia. Khi sử dụng thế liệu chất lượng

của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bia (màu sắc, mùi vị). Vì vậy

phải quan tâm đến thành phần hóa học của thế liệu. Trong nhà máy bia sài gòn

hiện nay sử dụng thế liệu là gạo (chiếm 30%) do gạo có những ưu điểm sau:

+ Có sẵn trong nước với giá rẻ và chất lượng cao

+ Do hàm lượng glucide và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa

tan tốt, có thể đạt 90% chất khô. Thực tế và thực nghiệm đã cho ta thấy có thể thay

thế gạo cho malt đến 50% ( nếu malt có hoạt tính enzyme tốt).

 Thành phần hóa học của gạo

 Hàm lượng tinh bột: 77,8%

 Hợp chất nitơ: 7,9%

 Hàm lượng chất béo 0,5%/cellulose của vỏ lụa: 0,5%

 Chất tro: 0,7%

 Độ ẩm: 12.6%

 Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng để sản xuất bia:

 Hạt phải sạch, không có tạp chất, không có hạt mốc, mùi hôi.

 Màu sắc phải đồng đều.

 Ngoài ra ở một số nơi có sử dụng thế liệu khác như:

+ Bắp: được sử dụng ở các nước châu Phi hoặc Mỹ La Tinh, vì trong bắp có hàm

lượng lipid cao nằm trong phôi vì vậy cần phải tách bỏ phôi và vỏ hạt.

+ Đại mạch: được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu, Bắc Mỹ hoặc một số nước

trồng được đại mạch.

+ Gạo mì: do đặc tính của gạo mì không có vỏ trấu như đại mạch, mặt khác hàm

lượng gluten khá cao, vì vậy muốn dùng gạo mì làm thế liệu cho malt đại mạch

thường phải ươm mầm rồi dùng kết hợp với malt.

+ Đậu: hàm lượng tinh bột trong đậu không lớn, thường nhỏ hơn 40% trọng lượng,

vì vậy trong nấu bia người ta dùng đậu không phải ý nghĩa thế liệu cho malt mà

với ý nghĩa làm cho bia có khả năng tạo bọt mạnh (trong đậu có chứa nhiều

glucozide) là nguồn thức ăn tốt cho nấm men về sau. Ngoài ra trong đậu còn chứa

nhiều vitamin và các chất kích tố tăng trưởng đối với nấm men.

+ Đường saccharose: được sử dụng như một thế liệu cao cấp, đưa trực tiếp dưới

dạng tinh thể vào nồi đun với hoa hoặc đưa vào dưới dạng siro trong quá trình

chiết bia (đối với một vài loại bia ngọt).

3.1.2. Công nghệ lên men bia

3.1.2.1. Quy trình công nghệ lên men bia

Hình 3.4: Quy trình sản xuất bia

3.1.2.2. Chế biến dịch đường houblon hóa

a. Làm sạch

Malt đã tách phôi trong quá trình vận chuyển và bảo quản có thể lẫn các tạp

chất (bụi bẩn, lá khô, rơm, đá nhỏ…), và vụn kim loại. Chúng sẽ gây hư hỏng máy

xay và ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm.

b. Nghiền nguyên liệu

- Mục đích: Phá vỡ cấu trúc tế bào hạt, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, tạo điều

kiện hồ hóa nhanh và enzyme dễ dàng tiếp cận cơ chất. Nhờ đó thực hiện quá trình

đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn.

- Tiến hành: Nghiền có thể được thực hiện theo 3 phương pháp: nghiền khô,

nghiền ướt và nghiền ẩm. Với phương pháp nghiền ướt và nghiền ẩm thì vỏ malt

thường được giữ nguyên nên rút ngắn được thời gian lọc. Tuy nhiên, tốn năng

lượng và bột có thể bị chua làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi nghiền

xong mà chưa nấu.

Chọn phương pháp nghiền khô vì đơn giản, dễ thực hiện và không ảnh

hưởng đến chất lượng sản phẩm trong thời gian chờ nấu.

c. Nấu nguyên liệu

- Mục đích: Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hòa tan

sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của các hệ enzyme thủy phân.

- Tiến hành: Nấu bia có ba phương pháp: phương pháp ngâm, phương pháp đun

sôi và phương pháp kết hợp. Ở đây, nhà máy sử dụng 35% nguyên liệu thay thế

nên tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp. Phối trộn nguyên liệu và nước nấu

theo tỷ lệ:

 Malt : nước = 1 kg : 3 lít

 Thế liệu : nước = 1 kg : 4 lít

d. Lọc dịch đường

- Mục đích: Dịch đường hóa gồm các chất hòa tan và không hòa tan. Nên lọc dịch

đường để tách các chất hòa tan ra khỏi các chất không hòa tan.

- Tiến hành: Để lọc dịch đường ta sử dụng thiết bị lọc khung bản. Quá trình lọc

dịch đường gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn lọc dịch đường.

 Giai đoạn rửa bã.

Đầu tiên tiến hành thu hết dịch đường có trong khối nguyên liệu bằng cách

bơm nước nóng vào khoảng không gian giữa khung, bản để làm nóng thiết bị. Sau

đó, tháo nước nóng và bơm dịch đường vào. Thời gian đầu, dịch đường chảy ra có

thể vẫn còn đục nên cần bơm hồi lưu để lọc lại. Khi quan sát dịch đường đã đạt

được độ trong cần thiết thì cho chảy vào thiết bị houblon hóa.

Sau khi đã tiến hành rửa bã để thu hồi các chất hòa tan còn sót trong bã. Để

tăng cường quá trình khuyếch tán các chất hòa tan vào dung dịch rửa bã thì cần

dùng nước nóng 78oC để rửa (nước rửa bã cũng được chảy vào nồi houblon hóa).

Không nên dùng nước có nhiệt độ cao hơn 78oC để rửa bã vì sẽ làm vô hoạt

enzyme và tốn năng lượng. Kết quả làm cho dịch lên men bị đục và bia cũng bị

đục theo.

e. Houblon hóa

- Mục đích

 Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon.

 Ổn định thành phần dịch đường và có nồng độ theo yêu cầu.

 Làm keo tụ các protit.

 Vô hoạt các enzyme và thanh trùng dịch đường.

- Tiến hành: Đầu tiên dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc được chuyển

thẳng vào nồi houblon hóa. Khi dịch đường đầy đáy nồi thì bắt đầu cung cấp

nhiệt để nhiệt độ dịch đường luôn giữ ở 75oC để tạo điều kiện enzyme

α─amylaze tiếp tục thuỷ phân tinh bột sót. Trong quá trình cung cấp nhiệt cần

phải tính toán sao cho để khi quá trình rửa bã vừa kết thúc thì dịch đường cũng

vừa sôi.

Ở đây sử dụng 70% cao hoa và 30% hoa viên. Tỷ lệ hoa dùng là 4 g/l. Cho hoa

vào nồi theo phương án:

 50 % cao hoa lúc dịch đường bắt đầu sôi.

 20 % cao hoa còn lại vào khi sôi được 30 phút.

 30 % hoa viên cho vào trước khi kết thúc 10 phút.

Và trước khi kết thúc ở nồi hoa khoảng 10 phút ta tiến hành bổ sung 3%

đường vào. Tổng thời gian quá trình houblon hóa khoảng 100 phút.

3.1.2.3. Lắng trong và làm lạnh

- Mục đích :

 Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men.

 Tách cặn cho dịch đường.

 Bão hòa oxy cho dịch lên men.

- Tiến hành: Lắng trong được tiến hành trong thiết bị whilpoor. Sau đó được

chuyển sang thiết bị làm lạnh là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng. Dịch đường được

làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính 100C với tác nhân làm lạnh là nước 2oC. Lên

men cần lượng sinh khối nấm men lớn, nên cần tạo điều kiện để nấm men giống

sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men. Hàm lượng O2

cấp vào dịch đường là 7 mg/l dịch lên men. Nếu thiếu O2 thì lên men chậm và

không triệt để. Ở nhiệt độ thấp và nồng độ chất hòa tan thấp thì việc hòa tan O2

vào dịch đường càng nhiều. Do đó tiến hành cấp O2 ngay sau khi dịch đường được

làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu (O2 phải đảm bảo vô trùng). Đồng thời để rút ngắn

chu kỳ lên men và làm giảm hàm lượng diaxetyl thì tiến hành bổ sung Maturex L

với hàm lượng 1kg/100 hl dịch lên men.

3.1.2.4. Lên men và tàng trữ bia

a. Định nghĩa "Lên men bia"

“Lên men bia” là quá trình chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia

dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng.

b. Mục đích lên men bia

Nhờ tác động của các enzyme trong nấm men chuyển các chất có trong dịch

lên men thành rượu, CO2 cùng với những sản phẩm khác góp phần tạo mùi, vị đặc

trưng cho bia.

c. Cơ sở khoa học của quá trình lên men

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.

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 CO2 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 được 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 CO2 cần thiết.

Hơn nữa, mức độ lên men như trên đã nói là không bao giờ đạt đến độ lên men 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 CO2 cần có .

d. Yêu cầu của dịch lên men bia

- Đảm bảo hàm lượng chất khô cần thiết cho từng phương pháp lên men cụ thể.

- Đạt độ trong tốt.

- Enzyme đã được vô hoạt hoàn toàn.

- Đảm bảo đủ hàm lượng các chất đắng, chất thơm, tannin… của hoa houblon

trong thành phần.

3.1.3. Các phương pháp lên men bia

3.1.3.1. Phương pháp lên men cổ điển

Lên men cổ điển là những quá trình lên men, qua đó người ta thu được

những sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử lượng của các chất khởi thủy

trong nguyên liệu, đồng thời những sản phẩm thu được có thể tạo ra bằng phương

pháp hóa học. Thực chất của quá trình lên men cổ điển là những phản ứng dị hóa.

Đặc trưng của phương pháp: Lên men chính và lên men phụ được thực hiện

trong hai thiết bị riêng biệt.

Các thiết bị được đặt trong hầm lạnh.

* Lên men chính: Dịch lên men sau khi làm lạnh được chuyển vào thùng lên

men. Dịch men giống được chuyển vào thùng lên men theo luồng dịch đường với

tỉ lệ men giống 0,5 lít men giống đặc /100 lít dịch lên men nhằm tạo điều kiện cho

nấm men tiếp xúc tốt với môi trường và nhanh bước vào gian đoạn lên men đầu.

Nhiệt độ lên men chính là 8-100C, không tạo áp suất dư (với hệ số chứa đầy là φ

=0.8-0.85) CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan vào bia non một phần.

Ðộ hoà tan của CO2 vào bia non sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo

lượng CO2 hòa tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men

còn khoảng 50C, hàm lượng CO2 trong bia non phải đạt 0,2%.

Thời gian lên men chính phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men đầu tiên và

nhiệt độ lên men. Thời gian lên men chính khoảng 8÷9 ngày đêm. Lên men chính

được xem là kết thúc khi trong 12h tốc độ lên men chỉ đạt khoảng 0.15-0.2%.

* Lên men phụ: Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các thùng kín đặt

trong phòng lạnh từ 1÷20C. Nhiệt độ lên men phụ khoảng 0,5÷20C, áp suất dư

0,3÷0.7 at. Trong quá trình lên men phụ cần theo dõi áp suất trong thiết bị lên men,

mức độ trong của bia, nhiệt độ trong phân xưởng.

Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị nhằm giảm sự tạo bọt và giảm mất

mát CO2 với hệ số chứa đầy là φ = 0.95-0.98%. Ðầu tiên có thể cho bia chảy nhanh

nhưng về sau do có sự tạo bọt nên cho bia chảy gián đoạn. Khi bia non đã đầy

thùng bắt đầu thải không khí trên bề mặt bia non. Ðể đảm bảo bia thành phẩm có

chất lượng như nhau về màu sắc, mùi vị cũng như thành phần hóa học thì bia non

từ một thùng lên men chính có thể chuyển vào nhiều thùng lên men phụ. Quá trình

chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể tiến hành từ từ và kéo dài 1÷2 ngày

đêm. Tuy nhiên sau 2 ngày đêm thì thùng lên men phụ cần phải chứa đầy bia non

nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật và sự bão hòa CO2 khó do sự bốc hơi của nó.

Khi bia chứa đầy thùng thì đóng van điều chỉnh áp suất, tiến hành thải không khí

trên bề mặt bia và nâng áp suất đạt theo yêu cầu .

Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1÷3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non

vào. Nếu nâng áp suất quá nhanh thì không khí trên bề mặt bia non sẽ hòa tan vào

bia và oxy trong không khí sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm .

 Phương pháp lên men dịch đường có nồng độ cao:

- Nguyên lý thực hiện lên men dịch đường có nồng độ cao: Sản xuất bia ở nồng

độ cao là quá trình lên men dịch đường có nồng độ chất khô cao hơn mức thông

thường (10 –120Bx). Bia đã được sản xuất với nồng độ cao sau đó được pha loãng

với nước vô trùng đã khử oxy đến khi đạt được hàm lượng cồn cuối cùng theo yêu

cầu. Thực tế, trong quá trình sản xuất có thể pha loãng bia với nước vô trùng ở các

giai đoạn khác nhau. Những nhà máy có công suất nhà nấu không đủ nhưng nhiều

thùng lên men và tàng trữ thì pha loãng dịch đường trước khi cho dịch vào thùng

lên men. Phần lớn các nhà máy tiến hành pha loãng trong quá trình lọc bia.

- Chủng nấm men: Với dịch đường lên men có nồng độ cao tạo ra áp suất thẩm

thấu lớn nên phải sử dụng chủng nấm men có hoạt tính mạnh chịu được áp suất

thẩm thấu lớn và độ cồn cao.

- Phương pháp lên men: Với thời gian lên men dài nên ta chọn phương pháp lên

men cổ điển, cách tiến hành cũng giống như trình bày ở trên.

 Lên men nổi:

- Lên men nổi là công nghệ được áp dụng ở khắp các nước Bắc Âu. Còn ở các

nước khác chỉ áp dụng phương pháp lên men này trong sản xuất bia đen hoặc các

loại bia đặc biệt từ malt tiêu mạch.

- Diễn biến:

Quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độ 250C. Mặt bằng lên men

không cần làm lạnh, còn dịch đường houblon hóa thì được làm lạnh bằng nước

bình thường. Lượng nấm men gieo cấy ban đầu là khoảng 0.2 – 0.3 l dịch lên men

đặc trong 100 l. Liều lượng này tương đương với mật độ 6 – 7.106 tế bào/1ml.

Trước lúc gieo cấy vào thùng lên men chính thức, nấm men được cấy đều và hoạt

hóa trong một thùng chuyên dụng. Nhiệt độ hoạt hóa là 18 - 190C, còn thời gian là

3 – 4 h.

Những biểu hiện bề ngoài của quá trình lên men trong 3 ngày đầu tiên, diễn

ra tương tự như lên men chìm. Sau thời gian đó, nấm men bắt đầu nổi lơ lửng trên

bề mặt dịch lên men. Thời gian lên men kéo dài 5 - 6 ngày. Sau đó, bia non được

đưa đi tàng trữ. Thời gian tàng trữ là 3 tuần, có trường hợp kéo dài đến hàng tháng.

 Lên men trong thiết bị kín kết hợp thu hồi C02:

- Không phân biệt là lên men chìm hay lên men nổi, miễn sao thiết bị chính có thể

thu hồi được CO2 tạo thành trong quá trình lên men. Quá trình lên men diễn ra ở

điều kiện thế oxy – hóa khử thấp không hề ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển

của nấm men. Thậm chí khi áp suất bề mặt khoảng 0,3 – 0,4 kg/cm2 do oxy tạo ra

lại có khả năng kích thích quá trình lên men. Lượng oxy cần thiết cho sự sinh sản

đã bị nấm men hấp thụ hết ở ngày đầu tiên, và sau đó thì chúng không cần đến

nguyên tố này nữa.

- Thu nhận được bia thành phẩm có độ bền sinh học cao hơn, khả năng tạo bọt cao

hơn và vị hài hòa hơn, tận dụng được một lượng CO2 tạo thành. Ở thời điểm lên

men mạnh nhất từ 1hl dịch đường ta có thể thu hồi được 1,3 – 1,5 kg CO2. Lên

men chính ngăn cản sự nhiễm khuẩn của dịch lên men.

- Diễn biến: Bề ngoài của quá trình lên men trong thiết bị kín cũng giống hoàn toàn

như lên men ở điều kiện hở. Điểm khác là màu sắc của bọt lên men kín luôn luôn

sáng, không ngả màu nâu – xám. Nguyên nhân là do chúng không bị oxy hóa, do

đó lớp bọt trong bia non không ảnh hưởng đến hương, vị của bia thành phẩm. Vì

thế, chúng không cần phải loại bỏ ra ngoài khi đưa bia non đi tàng trữ như trường

hợp lên men trong thiết bị hở.

3.1.3.2. Phương pháp lên men hiện đại

Lên men hiện đại là quá trình lên men mà sản phẩm thu được phức tạp hơn,

khác xa về bản chất so với chất khởi thủy trong nguyên liệu và không thể thay thế

bằng phương pháp hóa học. Về thực chất, các quá trình ở đây là những phản ứng

tổng hợp.

Đặc trưng của phương pháp: Cả quá trình lên men chính và lên men phụ

được thực hiện trong cùng một thiết bị; Thiết bị lên men không đặt trong phòng

lạnh.

 Công nghệ lên men một pha:

Dịch đường đưa vào công nghệ lên men có nhiệt độ 140C . Sau 72h, nhiệt

độ lên men tăng lên 220C. Trong 2 ngày tiếp theo bia non được lên men phụ ở

nhiệt độ 200C. Sau đó bia được đưa vào máy li tâm và được làm lạnh trong đường

dòng liên tục đến -1.50C và đi tiếp qua máy lọc. Sau khi lọc bia được bổ sung thêm

CO2 và chế phẩm enzyme proteaza. Sau một loạt quá trình như vậy bia được đưa

vào một dãy 6 tank, liên thông mắc nối tiếp để ổn định thành phần và chất lượng.

Thời gian tàn trữ ở đây là 48h. Sau đó bia được lọc một lần nữa và đưa về tạm

chứa trong một tank, thể tích của nó bằng công suất ngày của xưởng chiết.

Thời gian bơm dịch đường vào tank để lên men được khống chế trong 24h,

và tank được bơm đầy 66% thể tích. Thời gian dài nhất mà nấm men hiện diện

trong tank là 7 ngày.

3.1.3.3. Sản phẩm của quá trình lên men bia

Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên

men chính còn tạo 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 vị của bia,

mặc dù vai trò đó có thể là tích cực và cũng có thể là tiêu cực. Một số trong những

sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trình chuyển 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.

 Glyxerin:

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

 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 Ở điều kiện lên men nổi hàm lượng rượu bậc

cao lớn hơn lên men chìm do lên men ở nhiệt độ cao hơn. Từng loại rượu bậc cao

đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung tạo cho khứu giác những

cảm giác khó chiụ. Nói tóm lại các loại rượu bậc cao gây ảnh hưởng tiêu cực đến

chất lượng cảm quan của bia.

 Acid hữu cơ

Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men rượu 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. Các

axit cơ bản là axit lactic và axit xitric, axit succinic. Ngoài ra còn tạo thành một số

axit bay hơi khác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic.

 Ester và aldehyde

Este là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men chính.

Nó 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. Ester chủ yếu là atyl

axetat izoetyl formiat izoamin axetat. Tổng lượng của chúng trong bia dao động

trong khoảng 30-80 mg/l.

Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia. Lên

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.

Aldehide là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm

men, chiếm nhiều nhất trong bia thì có axetaldehide, hàm lượng của nó là 5-7 mg/l.

Tổng lượng andehide trong bia dao động từ 9 đến 10 mg/l. Ở điều kịên yếm

khí,lượng andehide tạo ra ít hơn so với ở điều kiện hiếu khí.

Ở mức độ vừa phải (10-15 mg/l), andehide làm tăng hương cho bia, nhưng

nếu cao quá thì vai trò của nó lại trở thành tiêu cực.

 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 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

 Hydro sunfua (H2S) 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. thời điềm lên men

chính và đặc biệt là ở giai đoạn lên men phụ và tàng trữ bia non, tạo điều kiện khá

thuận lợi cho sự tạo 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.

3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Nói đến "tiến trình lên men" là phải nói đến tập hợp các chỉ số:

 Tốc độ phát triển của sinh khối.

 Tốc độ hấp thụ cơ chất (độ giảm cơ chất hàng ngày).

 Mức độ hấp thụ cơ chất ( mức độ lên men).

 Nồng độ các sản phẩm chính và các sản phẩm phụ được tạo thành trong quá

trình lên men.

Các chỉ số trên đây trong quá trình lên men chịu ảnh hưởng của rất nhiều

yếu tố. Quan trọng nhất là các yếu tố sau:

a. Chất lượng của nấm men sản xuất

Để thu nhận được các loại bia có chất lượng cao thì yếu tố đầu tiên cần

được thỏa mãn là chất lượng của men giống. Khi đánh giá chất lượng của chủng

nấm men sản xuất, cần xem xét các chỉ số sau đây:

 Tốc độ và mức độ lên men.

 Hàm lượng và sản phẩm phụ tạo thành.

 Tốc độ và khả năng kết lắng.

 Mức độ suy giảm các đặc tính kỹ thuật (tức là mức độ thoái hóa).

 Khả năng chống chịu khi bị tấn công.

Một chủng nấm men phù hợp và có chất lượng tốt, có thể tái sử dụng đến

đời thứ 7 thứ 8 (sau mỗi lần lên men là 1 đời).

b. Lượng nấm men gieo cấy ban đầu

Lượng nấm men gieo cấy ban đầu liên quan mật thiết đến tiến trình lên men

qua các chỉ số sau:

- Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa các quần thể nấm men với

môi trường lên men (cơ chất ).

- Lượng tế bào nảy chồi, từ đây dẫn đến lượng chất hòa tan (chất dinh dưỡng) bị

tiêu phí cho xây dựng tế bào mới và cường độ trao đổi chất trong tế bào non.

- Thời gian lên men.

- Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỉ số tương quan giữa chúng.

Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm

men gieo cấy ban đầu. Nếu mật độ gieo cấy càng nhiều thì thời gian đó càng ngắn

và ngược lại. Nếu lượng nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chối của chúng

không thể đạt được mức độ tối đa cần thiết. Trong trường hợp như vậy, quá trình

lên men bị "ì", nghĩa là mức độ lên men thấp, thời gian lên men kéo dài.

Mật độ tối đa của lượng nấm men gieo cấy ban đầu nếu vượt qua ngưỡng

70.106 tế bào/cm3 thì hiệu quả mang lại không được rõ nét (nghĩa là không nên

gieo quá mật độ đó).

c. Nồng độ chất hòa tan của dịch đường houblon hóa

Nồng độ chất hòa tan trong dịch đường houblon hóa có ảnh hưởng rất lớn

đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men. Từ thực tế sản xuất, đã chứng

minh được rằng. Dịch đường houblon hóa có nồng độ chất hòa tan 11 -12% lên

men tốt hơn các loại dịch đường có nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn.

Cường độ sinh sản và phát triển của tế bào nấm men khi lên men dịch

đường houblon hóa với nồng độ trung bình tỉ lệ tuyến tính với hàm lượng chất hòa

tan và hàm lượng nitơ chứa trong đó. Nếu hàm lượng chất hòa tan ở trong dịch

đường houblon hóa tăng lên trên 14,5% thì sự sinh sản của nấm men cũng không

vì thế mà tăng lên, nó dừng ở 1 trị số xác định. Trong 1 khoảng xác định nào đó,

khi độ đậm đặc của dịch đường giảm xuống thì cường độ sinh sản và phát triển của

nấm men không những giảm mà ngược lại sẽ tăng lên.

d. Nhiệt độ của dịch lên men

Nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng khá

mạnh đến quá trình lên men. Ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả:

- Thời gian lên men nhanh.

- Mật độ tối đa đạt được cao hơn so với nhiệt độ thấp.

- Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm phụ (đặc biệt là diaxetyl)

tạo ra nhiều hơn.

- Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết lại nhiều hơn và tốc độ

suy giảm các đặc tính công nghệ cũng nhanh hơn.

e. - Kết quả cuối cùng nhận được là tỉ số giữa các cấu tử trong bia không cân đối,

chất lượng bia giảm

Mỗi loại nấm men đều có nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và lên men.

Vượt qua giới hạn đó, xét về góc độ chất lượng sản phẩm, sẽ nhận được các kết

quả âm tính.

f. Cường độ khuấy đảo dịch lên men

Cường độ xáo trộn dịch lên men là 1 trong những yếu tố mạnh nhất thúc

đẩy nhanh quá trình lên men. Khía cạnh ưu điểm của nó là rút ngắn được thời gian

lên men nhưng mặt trái của nó là bia chứa quá nhiều các sản phẩm phụ, đặc biệt là

rượu bậc cao và diaxetyl.

Hương vị của sản phẩm sai lệch nhiều so với bia tiêu chuẩn. Ưu điểm của

yếu tố này sẽ được phát huy nếu ta chọn được 1 phương án và chế độ khuấy đảo

dịch lên men thích hợp. Đồng thời khuyết điểm của nó sẽ được bù trừ bằng những

ưu điểm của các yếu tố khác.

g. Nồng độ của sản phẩm lên men

Sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu C2H5OH và khí CO2. Khi

những hợp chất này được tích tụ đến nồng độ nhất định trong dịch lên men thì các

hoạt động sống của tế bào nấm men bắt đầu bị ức chế. Ở nồng độ rượu thấp, dưới

2%, các hoạt động của nấm men vẫn xảy ra bình thường, nhưng khi vượt quá 2%

thì khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm. Khi nồng độ rượu etylic tăng lên

đến 5% thì khả năng nảy chồi của nấm men hoàn toàn bị chấm dứt, tuy rằng quá

trình lên men vẫn tiếp diễn. Nếu nồng độ cồn lên đến 12%, quá trình lên men bị

đình chỉ hoàn toàn.

Khả năng chịu đựng độ cồn của các chủng nấm men khác nhau là khác

nhau. Nó phụ thuộc vào khả năng thích ứng và trạng thái sinh lí của nấm men.

Phương pháp nghiên cứu

3.2.1. 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.

3.2.2. Phương pháp nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành chuẩn bị dịch nha theo phương pháp đun sôi một lần,

thành phần nguyên liệu ban đầu theo bảng 3.1. Sau khi nấu dịch nha xong, bổ sung

glucose để dịch nha có nồng độ chất khô là 20oBal, tiệt trùng dịch nha ở 121oC

trong thời gian 20 phút rồi sục không khí vô trùng để bão hòa oxy (sử dụng màng

lọc không khí có đường kính lỗ lọc 0,1 micrometer). Giá trị pH dịch nha sau quá

trình tiệt trùng nằm trong khoảng 5.4-5.6. Tiến hành cấy nấm men với số lượng 20

triệu tế bào /ml. Quá trình lên men được thực hiện ở 17oC trong thiết bị lên men

BIOSTAT của hãng BRAUN (Đức).

Bảng 3.3: Thành phần nguyên liệu chuẩn bị dịch nha

Nguyên liệu Số lượng

Malt 1.5 kg

Gạo 0.375 kg

Nước 7 lít

Hoa houblon 0.4 g

Hai yếu tố khảo sát:

- Tiến hành sục khí liên tục trong 12 giờ đầu tiên của quá trình lên men với lưu

lượng 0.075lít không khí/lít dịch nha/phút.

- Bổ sung amonium sulphate (NH4)2SO4 vào dịch lên men ban đầu với hàm lượng

90mg nitơ/l. Chúng tôi cũng thực hiện quá trình lên men không có hai yếu tố trên

để làm mẫu kiểm chứng.

 Các phương pháp phân tích:

- Xác định số lượng tế bào nấm men: bằng phương pháp đếm trên buồng đếm

Thoma

- Xác định tế bào nấm men chết: bằng cách nhuộm tế bào bằng dung dịch xanh

metylen

- Xác định hàm lượng chất khô: bằng Balling kế

- Xác định hàm lượng đường khử: bằng phương pháp quang phổ so màu, sử dụng

thuốc thử 3,5 - dinitrosalisilic acid

- Xác định hàm lượng ethanol: chưng cất mẫu để thu hồi ethanol, xác định tỷ

trọng của dịch cất bằng tỷ trọng kế, từ tỷ trọng có được suy ra nồng độ ethanol (%

v/v) trong mẫu phân tích ban đầu

- Xác định hàm lượng diacetyl: chưng cất mẫu bằng hơi nước lôi cuốn để thu hồi

diacetyl. Sau đó, cho phần cất phản ứng với dung dịch o-phenylendiamin để tạo

dẫn xuất quinoxalin, axit hóa và đo độ hấp thu trên máy quang phổ để xác định

hàm lượng diacetyl

- Xác định pH: bằng pH kế Mettler Toledo.

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sử dụng cơ chất của nấm

men

Qua kết quả thí nghiệm, chúng tôi thấy rằng, việc sục khí trong 12 giờ lên

men đầu tiên hoặc bổ sung amonium sulphate ảnh hưởng lớn đến động học quá

trình sử dụng cơ chất của nấm men (hình 4.1). Hàm lượng đường khử giảm nhanh

hơn so với mẫu đối chứng. Điều này có thể được giải thích là do trong giai đoạn đầu

của quá trình lên men, việc bổ sung khí O2 hay amonium sulphate vào dịch nha sẽ

làm cho nấm men hoạt động tốt hơn, do đó, tốc độ sử dụng cơ chất là nhanh hơn.

Theo lý thuyết, lượng cơ chất này được nấm men sử dụng để thực hiện quá trình

trao đổi chất, phục vụ cho sự phát triển sinh khối cũng như tạo ra các sản phẩm lên

men như ethanol, CO2… Khi đạt đến giai đoạn ổn định, tốc độ sử dụng cơ chất là

như nhau trong cả 3 trường hợp mà chúng tôi khảo sát. Kết quả khảo sát cũng cho

thấy rằng, ở giai đoạn cuối của quá trình lên men, hàm lượng đường sót trong

trường hợp có sục khí hay bổ sung amonium sulphate đều thấp hơn so với mẫu đối

chứng. Qua đó, chúng ta có thể kết luận rằng khi có bổ sung hàm lượng oxy trong

giai đoạn đầu của quá trình lên men hoặc bổ sung amonium sulphate sẽ làm tăng

khả năng sử dụng cơ chất của nấm men, rút ngắn thời gian lên men. Kết quả này

cho phép làm tăng năng suất của nhà máy. Chúng tôi cũng tiến hành khảo sát sự

biến đổi hàm lượng chất khô của dịch nha trong quá trình lên men, kết quả có được

cũng hoàn toàn phù hợp với kết quả khảo sát đối với đường khử. Mẫu bia non được

bổ sung amonium sulphate vào thời điểm cuối của quá trình lên men có nồng độ

đường sót là thấp nhất. Như vậy, việc bổ sung thêm muối amonium sulphate vào

dịch nha được xem như là giải pháp thích hợp nhất để rút ngắn thời gian lên men

chính trong kỹ thuật lên men bia nồng độ cao.

Hình 4.1: Sự biến đổi của hàm lượng đường khử trong quá trình lên men

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sinh trưởng của tế bào

nấm men

Để đánh giá quá trình tăng sinh khối của nấm men, chúng tôi tiến hành khảo

sát số lượng tế bào nấm men trong quá trình lên men. Qua kết quả khảo sát, chúng

tôi thấy rằng khi có sục khí hay bổ sung amonium sulfate thì sinh khối của nấm men

tăng rất nhanh trong 3 ngày lên men đầu tiên (hình 4.1). Điều đó được giải thích là

do khi bổ sung khí O2 hoặc bổ sung amonium sulphate sẽ thúc đẩy quá trình phát

triển sinh khối, đặc biệt là trong trường hợp bổ sung O2. Như ta đã biết, khi bổ sung

+. Việc bổ sung

O2, sẽ làm tăng cường quá trình hô hấp hiếu khí, do đó, làm tăng khả năng tổng hợp

sinh khối của vi sinh vật. Nấm men sử dụng được nitơ dạng NH4

amonium sulphate sẽ sung cấp chất dinh dưỡng cho quá trình tổng hợp sinh khối

nấm men, do đó, làm tăng tốc độ sinh trưởng của tế bào trong giai đoạn đầu của quá

trình lên men.

Từ hình 4.1, ta nhận thấy: tốc độ sinh trưởng của nấm men trong mẫu dịch

nha được sục khí trong 12 giờ lên men đầu tiên là cao nhất. Khi bổ sung amonium

sulphate, ta thấy pha cân bằng sẽ trễ hơn so với hai trường hợp còn lại, đồng thời,

thời gian duy trì ở trạng thái cân bằng cũng dài hơn. Điều này là do khi bổ sung

thêm nitơ, các thành phần dinh dưỡng trong môi trường sẽ cân đối hơn, đảm bảo

cho nấm men duy trì ở trạng thái cân bằng trong thời gian dài hơn. Trong giai đoạn

cuối của quá trình lên men, tốc độ thoái hóa giống của cả ba trường hợp là như nhau

thể hiện qua mức độ giảm số lượng tế bào nấm men.

K ết quả khảo sát cũng cho thấy rằng, hiệu suất sinh tổng hợp sinh khối khi

có bổ sung O2 hay amonium sulphate là cao hơn so với mẫu kiểm chứng (bảng 4.1).

Điều này phù hợp với kết quả đã khảo sát ở phần 4.1.1. Cần lưu ý rằng, hiệu suất

tổng hợp sinh khối khi sục O2 vào dịch nha trong 12 giờ lên men đầu tiên là cao hơn

khi bổ sung amonium sulphate.

Bảng 4.1: Hiệu suất tổng hợp sinh khối của nấm men tính theo đường khử

(triệu tế bào/g)

Mẫu Kiểm chứng Sục khí Bổ sung

(NH4)2SO4

Hiệu suất 180,5 345,4 285,1

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến nồng độ sản phẩm chính

Theo kết quả khảo sát, việc bổ sung amonium sulphate hay sụt khí trong giai

đoạn đầu của quá trình lên men đều làm tăng nồng độ ethanol trong bia non. Có lẽ

đó là do sự gia tăng hoạt tính của nấm men nên khả năng sinh tổng hợp ethanol sẽ

cao hơn. Từ bảng 3, ta nhận thấy: cả hai yếu tố khảo sát đều làm tăng nhẹ hiệu suất

sinh tổng hợp ethanol so với mẫu đối chứng. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với

hiện tượng tăng nồng độ ethanol trong các mẫu bia non mà chúng tôi đã đề cập đến

ở trên.

Bảng 4.2: Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol tính theo đường khử (%)

Mẫu Kiểm chứng Sục khí Bổ sung (NH4)2SO4

Hiệu suất (%) 46,5 49,5 49,2

Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình hình thành các sản phẩm

phụ

4.4.1. Diacetyl

Trong số các sản phẩm phụ của quá trình lên men ethanol, diacetyl là một

trong những sản phẩm ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng bia.

Hình 4.2: Sự biến đổi của hàm lượng diacetyl trong quá trình lên men

Theo lý thuyết, ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, khi nấm men sinh

trưởng mạnh, diacetyl trong dịch lên men tăng nhanh. Sau đó, một phần diacetyl bị

khử bởi hệ enzyme oxi hóa - khử (diacetyl vẫn tiếp tục được tạo thành từ quá trình

trao đổi chất của nấm men nhưng tốc độ khử thì nhanh hơn tốc độ tạo thành).

K ết quả nghiên cứu trên hình 4.3 hoàn toàn phù hợp với quy luật trên. Khi

bổ sung O2 trong giai đoạn đầu của quá trình lên men, nấm men phát triển sinh khối

rất mạnh nên hàm lượng diacetyl tạo thành cao hơn so với hai trường hợp còn lại.

Tuy nhiên, trong giai đoạn sau của quá lên men, tốc độ giảm diacetyl cũng nhanh

hơn do lượng sinh khối nấm men nhiều hơn, vì vậy, hàm lượng diacetyl trong giai

đoạn cuối của quá trình lên men trong cả 3 trường hợp gần như tương đương nhau.

Hình 4.3: Sự biến đổi pH của dịch lên men trong quá trình lên men

4.4.2. pH của dịch lên men

Trong quá trình lên men, sự biến đổi pH của dịch lên men phản ánh quá trình

tạo thành các acid hữu cơ - nhóm sản phẩm phụ của quá trình lên men ethanol.

K ết quả nghiên cứu cho thấy, bổ sung O2 trong giai đoạn đầu của quá trình

lên men làm giá trị pH giảm nhanh hơn. Việc sinh tổng hợp acid bởi nấm men liên

quan mật thiết đến chu trình Crebs.

Như vậy, khi bổ sung O2, sự tổng hợp sinh khối trong giai đoạn đầu của quá

trình lên men diễn ra nhanh hơn, acid hữu cơ tạo thành nhiều hơn nên làm giảm giá

trị pH nhanh hơn. Vào giai đoạn cuối của quá trình lên men, pH có xu hướng tăng

nhẹ trong cả 3 trường hợp. Có lẽ do những acid tạo thành đã phản ứng với các cấu

tử khác trong dịch lên men như các loại rượu để tạo thành các ester. Thật ra, ở giai

đoạn đầu của quá trình lên men, phản ứng ester hóa cũng có thể xảy ra nhưng do

lượng acid tạo thành nhanh và hàm lượng rượu còn ít nên làm giảm giá trị pH.

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

T ừ các kết quả trên, chúng tôi nhận thấy rằng, bằng việc thay đổi một số yếu

tố công nghệ trong quá trình lên men chính có thể rút ngắn thời gian lên men và

tăng nồng độ ethanol trong bia non. Khi bổ sung (NH4)2SO4 với hàm lượng 90mg

nitơ/l hay sục không khí vô trùng liên tục trong 12 giờ lên men đầu tiên cho dịch

nha 20oBal (được nấu từ 80% malt, 20% gạo), nồng độ ethanol trong bia non có thể

đạt trên 10%(v/v).

Kiến nghị

Với những kết quả trên nhóm kiến nghị nên áp dụng việc thay đổi một số yếu

tố công nghệ trong quá trình lên men để có thể rút ngắn thời gian cũng như có thể

tăng lợi nhuận trong sản xuất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Tiếng Việt:

 Sách

[1]. Lương Đức Phẩm, Giáo trình công nghệ lên men, nhà xuất bản Giáo dục và

Việt Nam, 2010.

 Bài báo

[2]. Ngô Thị Phương Dung, “Khảo sát khả năng lên men và tính chịu cồn của nấm

men”, Tạp chí khoa học, tr.374-382,2009.

[3]. Lê Quốc Đạt, Lê Văn Việt Mẫn, Võ Thị Luyến, “Khảo sát ảnh hưởng của một

số yếu tố đến quá trình lên men bia ở nồng độ cao ”, Hội nghị khoa học và công

nghệ lần 9.

 Internet

[4]. http://timtailieu.vn/tai-lieu/bai-giang-cac-phuong-phap-va-ky-thuat-len-men-

25037/

[5]. http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-len-men-bia-9680/

[6]. http://tailieu.vn/doc/bao-cao-nghien-cuu-khoa-hoc-nang-cao-qua-trinh-len-men-

trong-san-xuat-bia-nong-do-cao--788484.html

[7]. http://doan.edu.vn/do-an/de-tai-nghien-cuu-su-len-men-bia-24584/

Đề tài: Ứng dụng lên men trong công nghệ sản xuất bia