Bài giảng Công nghệ thực phẩm đại cương: Chương 3.1 - TS. Nguyễn Văn Hưng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Người thực hiện: TS. NGUYỄN VĂN HƯNG

Email:
1


Trường đại học Bách Khoa, Hà nội
Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các
sản phẩm thực phẩm

Công nghệ sản phẩm lên men và
đồ uống
BF3513


CHƯƠNG 3. Kỹ thuật sản xuất các
sản phẩm thực phẩm
3. 1. Công nghệ sản xuất bia
3. 2. Công nghệ sản xuất cồn etylic
3.3. Công nghệ sản xuất vang



Công nghệ sản xuất bia
1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.2 Chuẩn bị dịch dường

1.3 Quá trình lên men và tàng trữ
1.4 Lọc và ổn định bia
1.5 Chiết rót và đóng gói
1.6. Đánh giá chất lượng thành phẩm


Cơng nghệ sản x́t bia
• Bia là đồ uống có cồn được sản xuất từ quá trình lên men từ hỗn hợp các loại
nguyên liệu chủ yếu gồm mạch nha (malt), đại mạch, nấm men bia, hoa bia (hublon)
và nước.
• Luật tinh dòng của Đức: “Bia là đồ uống được lên men từ nguyên liệu malt đại mạch,
nước, hoa hublon và nấm men”


Công nghệ sản xuất bia
Bia được tạo thành từ 3 q trình cơ bản sau:

o Sự tích lũy enzyme, chất màu, hương trong quá trình sản xuất malt
o Sự hoạt động của các enzym thủy phân để phân giải các chất phức tạp
trong nguyên liệu thành các chất đơn giản như đường, axit amin…

trong quá nấu dịch đường
o Sự chuyển hóa đường thành cồn, CO2 và các chất tạo hương khác
trong quá trình lên men


Ngun liệu chính trong sản x́t bia
• Malt đại mạch: nguồn chất chiết và enzym chủ yếu, tạo màu sắc,
hương vị bia, tạo lớp lọc dịch đường →sản xuất dịch đường → Lên
men cồn…

• Nước : thành phần chiếm nhiều nhất trong bia, ảnh hưởng tới vị và
độ trong của bia
• Nấm men: Chịu trách nhiệm chuyển hóa chất chiết thành cồn và các
hương vị đặc trưng của bia nhờ q trình lên men yếm khí;
• Hoa bia (Hublon): tạo vị đắng đặc trưng cho bia
• Nguyên liệu thay thế (đường, tinh bột…): Giảm giá thành sản phẩm
và góp phần cải thiện chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm bia


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.1 Đại mạch
Hạt đại mạch là nguyên liệu để sản xuất malt đại mạch, nguyên
liệu chính (được sử dụng phổ biến nhất) trong sản xuất bia.

1.1.1.1 Đặc tính thực vật:
Đại mạch giống gieo trồng thuộc nhóm thực vật có hạt.
Phân loại đại mạch:
• Theo phân bố của hạt đại mạch: Đại mạch hai hàng và đại
mạch đa hàng ( 6 hàng).
• Theo thời điểm gieo trồng: đại mạch mùa đông (gieo và
tháng 9), đại mạch mùa xuân (gieo vào tháng 3-4)


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia:
1.1.1 Đại mạch
1.1.1.2 Cấu tạo hạt đại mạch:
Hạt đại mạch bao gồm ba bộ phận chính: vỏ,
phơi và nội nhũ
o Vỏ bao gồm: vỏ trấu, vỏ quả và vỏ hạt. Trọng
lượng của vỏ chiếm từ 10,5-13% trọng lượng

của hạt → Tạo lớp lọc, vị chát của bia…
o Phôi: phôi là phần sống của hạt. Trọng lượng
của phôi chỉ chiếm khoảng 2,5- 5% so với trọng
lượng của hạt → Khởi động cho q trình tích
lũy enzyme trong hạt khi ươm mầm, biến đổi
hạt → malt; biến chất khơng hịa tan trong malt
→ dịch đường
o Nội nhũ: là thành phần lớn nhất (60-75%) và
có giá trị nhất của hạt → Nguồn chất chiết

1- Thân phôi; 2- Chồi
phôi; 3- Rễ phôi; 4Vết nứt để nảy chồi;
5- Lớp tế bào biểu bì;
6 – Nội nhũ; 7 –
Khơng bào; 8- Lớp
Aleuron; 9 – Vỏ lụa;
10 – Vỏ quả; 11- Vỏ
trấu


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia:
1.1.1 Đại mạch
1.1.1.3 Thành phần hóa học của đại mạch:
Thành phần hóa học của đại mạch rất phức tạp. Đối với
công nghệ sản xuất bia, các hợp phần sau đây có ý nghĩa
quan trọng hơn cả.
Thành phần
- Nước
Giá trị, %
- Gluxit: tinh bột, đường, xơ, các Gluxit

70-85
hợp chất bán xơ (beta glucan,
Protein
10,5-11,5
pentozan)
Chất khoáng
2-4
- Các hợp chất nito :Protein và sp
Chất béo
1,2-2
phân cắt từ protein
Các chất khác
1-2%
- Chất béo
- Enzym: amylase, protease…


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia:
1.1.2 Malt đại mạch
•

Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia.
Quá trình quan trọng nhất mà qua đó hạt đại mạch trở
thành hạt malt là sự nảy mầm. Mục tiêu lớn nhất của quá
trình nảy mầm và cũng là mục tiêu lớn nhất trong quá trình
sản xuất malt là để hoạt hóa, tích lũy về khối lượng và hoạt
lực của hệ enzym có trong hạt đại mạch, làm xốp hạt...
•
Các q trình cơng nghệ để sản xuất malt bao gồm các
bước sau:

Làm sạch và phân loại → Ngâm đại mạch → Ươm mầm
đại mạch → Sấy malt tươi → Làm nguội → Tách rễ, đánh
bóng.


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.2 Malt đại mạch
Yêu cầu của malt được đem sản xuất :
* Cảm quan:
- Màu tươi, vỏ óng ánh.
- Vị và mùi: ngọt nhẹ, mùi không ủng, vị lạ, chua, mốc.
- Độ sạch: tạp chất < 0,5 %, hạt gãy vỡ <1%
- Hình dạng hạt phải đồng đều
* Các chỉ số cơ học
- Dung trọng
: 500  580 g/l
- Khối lượng tuyệt đối
: 29-38 g/1000 hạt
- Khối lượng hectolit
: 45-60kg
- Kích thước hạt
+ Chiều rộng : > 2,5 mm
+Chiều dài mầm
: 2/3  3/4 chiều dài hạt.
- Độ xốp: malt càng xốp thì càng nhuyễn. Malt phải xốp, khi cắn phải
mềm.


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia:
1.1.2 Malt đại mạch

Yêu cầu của malt được đem sản xuất :
* Các chỉ số hoá học
- Độ ẩm
: < 5%
- Hàm lượng chất chiết: đối với malt vàng chất lượng cao phải đạt ít nhất
78%,malt đen 75%
- Cường độ màu: malt vàng 0,16-0,3ml, malt đen 0,3-1,7ml dung dịch iot 0,1N
- Hàm lượng đường maltoza đối với malt vàng khoảng 65-72%, malt đen 5965%
- Độ chua: độ chua tác dụng: pH 5,5-6,5, trong phạm vi 4,5-6,0, nếu pH của
malt càng thấp càng có lợi cho q trình đường hóa. Độ chua định phân dao
động đối với malt vảng 15-17 ml NaOH 1N/100g chất khô, malt đen 10-21ml
NaOH 1N/100g chất khơ
- Đạm hịa tan: chỉ số kolbach cao hơn 41 malt chất lượng cao, còn nếu thấp
hơn 35 thì malt rất kém chất lượng
- Đạm formol: 10-12% so với đạm tổng hoặc 20-25% so với đạm hòa tan
- Hoạt lực diataza của malt vàng dao động trong khoảng 160-3400WK, malt
đen 70-1200WK


Một số
chỉ tiêu
chất
lượng
cơ bản
của malt


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia:
1.1.3 Nước
• Nước chiếm >90% khối lượng bia thành phẩm, là môi trường xảy ra các

phản ứng hóa sinh trong cơng đoạn nấu, các phản ứng sinh học trong
quá trình lên men và trao đổi nhiệt trong sản xuất;
• Để xây dựng nhà máy bia, việc đầu tiên phải khảo sát nguồn nước và
tiến hành xử lý bao gồm: lắng trong và lọc; làm mềm nước; bổ sung các
thành phần cần thiết cho nước và cải tạo thành phần sinh học của nước
• Trong các việc này thì làm mềm nước và cải tạo thành phần sinh học
của nước là quan trọng nhất
- Làm mềm nước: Trung hòa canxi và magie hoặc bằng phương pháp trao
đổi bằng ion
- Cải tạo thành phần sinh học của nước: diệt vi sinh vật có trong nước
+ Phương pháp vật lý:
+ Phương pháp hóa lý:
+ Phương pháp hóa học:


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.3 Nước
•

Hàm lượng các chất hòa tan trong dịch đường trước lúc lên men là 10-13% (trọng
lượng) đối với bia vàng và 16-22% ở bia đen. Như thế có nghĩa trong bia thành phẩm
hàm lượng nước chiếm đến 77- 90%.
• Yêu cầu của nước trong sản xuất bia: pH, độ dẫn, độ cứng, độ kiềm, hàm lượng muối…
- Nước dùng để sản xuất bia phải trong suốt, khơng có mùi vị lạ
- Có độ cứng là nước mềm
: 4  50H
- Hàm lượng muối cacbonat
: ≤ 50 mg/lít
- Hàm lượng muối Mg2+
: ≤100 mg/lít

- Hàm lượng muối clorua
: 75  150mg/lít
- Hàm lượng CaSO4
: 150  200mg/lít
- NH3 và muối NO2: khơng có
- Kim loại nặng (As, Ag, Pb)
: khơng có
- Hàm lượng Fe2+
: < 0,3 mg/lít
- pH
: 6,5  6,8
- Vi sinh vật
: ≤100 tế bào/ ml
- Chuẩn coli
: 300ml


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.3 Nước
Nước trong sản xuất bia phân loại ra:
- Nước trực tiếp sản xuất: Nước nấu, nước pha bia…
- Nước dịch vụ: nước vệ sinh công nghiệp, nước rửa chai, tráng lon,
nước rửa hệ thống thu hồi CO2
- Nước phi sản xuất: nước giải nhiệt, cấp lò hơi, vệ sinh nhà xưởng…


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.4. Nấm men

Tế bào nấm

men

• Vai trị: chuyển hóa các chất hịa tan trong dịch
đường thành các sản phẩm đặc trưng của Bia nhờ
quá trình lên men và trao đổi chất của nó.
• Phân loại
o Nấm men nổi: Saccharomyces cerevisiae ( sản xuất
bia ale) → lên men ở nhiệt độ cao hơn (10-25 độ C)
Nổi lên bề mặt trong quá trình lên men
o Nấm men chìm: Saccharomyces carlsbergensis (sản
xuất bia lager) → Lên men ở nhiệt độ thấp hơn (814 độ C) → Kết lắng xuống đáy khi kết thúc lên men


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.4. Nấm men

Nấm men chìm

1- pha thích nghi
2- Pha tăng tốc
3- Pha phát triển logarit
4- Pha giảm tốc
5- Pha ổn định
6 – Pha suy vong

Nấm men chìm


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.4. Nấm men

-Hô hấp hiếu khí (nhân giống):
C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H20 + 287Kj
- Hơ hấp yếm khí (lên men):
C6H1206 →2C2H50H +2CO2 + 197KJ

Tiêu chí lựa chọn nấm men Bia:
• Dạng lên men (Ale – lager);
• Khả năng kết lắng;
• Hiệu suất lên men (tốc độ lên men và mức độ lên men triệt
để);
• Mức độ tăng sinh khối (mật độ đỉnh và khả năng thu hồi
nấm men)
• Tạo và loại trừ các sản phẩm phụ của q trình lên men
(hồn thiện mùi, vị);
• Đặc tính ổn định.


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.4. Nấm men

Thành phần của tế bào nấm men
Thành phẩn
Protein

Giá trị, %
40-60

Carbohydrates
Chất béo

Chất khống

25-35
4-7
6-9

• Tận dụng nấm men (thu hồi protein) để sản xuất
cao nấm men, axit amin, nước sốt….


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.5. Hoa houblon
• Houblon là nguyên liệu cơ bản, đứng vị trí thứ hai (sau đại mạch) của cơng
nghệ sản xuất bia.
• Vai trị của houblon: vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả
năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học
của sản phẩm
• Đặc tính thực vật: Trong cơng nghệ sản xuất bia, ta chỉ sử dụng hoa cái
chưa thụ phấn
• Thành phần hóa học của hoa houblon: ( tính theo % chất khơ)
Nước: 11-13
xenluloza: 12-14
Chất đắng: 15-21
chất khống: 5-8
Polyphenol: 2,5-6
tinh dầu thơm: 0,3-1
Protein: 15-21
các hợp chất khác: 26-28
Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất là chất đắng, tiếp đến là tinh dầu
thơm, thứ ba là polyphenol

1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.5 Hoa houblon
• Chất đắng: Vai trị của chất đắng trong cơng nghệ sản xuất bia
là rất to lớn: vị, hoạt tính sinh học, sức căng bề mặt, tính
kháng khuẩn
• Tinh dầu thơm: mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ
chịu.
• Polyphenol: làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của
bia thành phẩm.


1.1 Nguyên liệu trong sản xuất bia
1.1.5. Hoa houblon
Chế phẩm houblon:
• Hoa viên: hoa houblon được sấy khơ, nghiền thành bột, sau đó ép
thành viên
• Cao hoa: Dùng các dung mơi hữu cơ trích ly các chất của houblon
So với hoa nguyên cánh thì sử dụng chế phẩm của houblon có
những ưu điểm sau:
- Giảm được hao phí chất đắng
- Tăng hệ số sử dụng hữu ích của chất đắng và các cấu tử khác;
- Giảm bớt chi phí bảo quản kho lạnh;
- Cân đong chính xác hơn liều lượng đem sử dụng;
- Lược bỏ hệ thống thiết bị lọc bã hoa
- Giảm bớt được lượng cấu tử bất lợi khác cho chất lượng của bia