Đề tài “ứng dụng công nghệ vi sinh rong sản xuất rượu vang, bia” pot

Trong thời buổi công nghiệp hóa - hiện đại hóa như hiện nay, cùng với sự phát
triển của Công nghệ thông tin, Công nghệ vật liệu mới, …Công nghệ sinh học đang
góp phần không nhỏ trong sự phát triển mọi mặt của xã hội. Với vai trò là một khoa
học mũi nhọn trong các khoa học sự sống, Công nghệ sinh học bao gồm ( Sinh học
phân tử, Hóa sinh học, Vi sinh vật học, Di truyền học) nhằm tạo ra các công nghệ
khai thác ở quy mô công nghiệp, các hoạt động sống của vi sinh vật, thực vật và động
vật. Tuy vậy, ở nước ta hiện nay việc tiếp cận nó chủ yếu mới dừng ở mức độ lý
thuyết và ở quy mô phòng thí nghiệm . Việc ứng dụng Công nghệ sinh học vào các
quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp còn nhiều hạn chế và chưa được phổ biến.
Do đó việc trang bị cho sinh viên đang học tập nghiên cứu nghành Công nghệ sinh
học những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong vấn đề thực nghiệm sản xuất là hết
sức cần thiết.
Bia - một loại nước uống phổ biến trên thế giới. Đó là loại nước uống với nồng
độ cồn nhẹ, khoảng 5
0
nhưng rất giàu dinh dưỡng vì chứa nhiều acid amin và các
thành phần dinh dưỡng khác. Hiện nay ngành công nghệ thực phẩm sản xuất đồ
uống đang phát triển mạnh, đặc biệt là sản xuất bia. Với sự đa dạng về sản xuất đã
tạo ra nhiều sản phẩm bia khác nhau như: bia hơi, bia chai, bia đen, bia vàng….Với
những loại thương hiệu như: Heineken, Carlsberg, Halida, Huda, Bia Sài Gòn, Bia
Hà Nội,….Hàng năm theo thống kê thị trường tiêu thụ, bia của nước ta chiếm một
phần lớn trong ngành kinh tế hàng hóa và dịch vụ.
Ngày nay hầu như tất cả các nước trên thế giới đều sản xuất và tiêu thụ bia với
số lượng rất lớn (hơn 1,5 tỷ lít bia/ năm), bên cạnh việc thay đổi mẫu mã hình dáng
sản phẩm nhằm thu hút người tiêu dùng thì việc nâng cao chất lượng đặc biệt phải
đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm là rất quan trọng.
Với những kiến thức đã học cùng với quá trình học tập tại trường, trong thời
gian thực tập sản xuất cuối khóa học giành cho sinh viên, về bản thân tôi chuyến đi
thực tập này đã giúp tôi mở mang thêm sự hiểu biết của mình qua đó có điều kiện
vận dụng kiến thức đã học, từ đó tìm ra những thiếu sót và bổ sung cho hoàn thiện
hơn. Để hiểu rõ hơn về công nghệ sản xuất bia, nhằm ứng vào thực tiễn sản xuất tại

TN, để đem lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao, góp phần thúc đẩy nền kinh tế tỉnh
nhà phát triển, đó là lý do chúng tôi thực hiện bài báo cáo xê-mi-na: “ứng dụng công
nghệ vi sinh rong sản xuất rượu vang, bia”.
2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA HƠI
2.1. Quy trình sản xuất bia
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là Malt đại mạch, nước, hoa
houblon và nấm men. Nhiều loại nguyên liệu thay thế Malt trong quá trình sản xuất
là gạo, đường và các loại dẫn xuất từ ngũ cốc.
Các nguyên liệu phụ khác được sử dụng trong quá trình lọc và hoàn thiện
sản phẩm như bột trợ lọc, các chất ổn định. Nhiều loại hóa chất được sử dụng trong
các quá trình sản xuất như các chất tẩy rửa, các loại dầu nhờn, chất hoạt động bề
mặt. tỷ lệ các thành phần nguyên liệu phụ thuộc vào chủng loại bia sẽ được sản xuất.
Gạo và Malt trước khi đưa vào nấu cần được nghiền nhưng đối với Malt không
nghiền nhỏ mà chỉ làm giập vỏ còn với gạo cần nghiền càng nhỏ càng tốt. Sau đó chuyển
gạo và malt đã nghiền vào nồi nấu cháo( thiết bị hồ hóa), nồi nấu malt( đường hóa). Sau
khi kết thúc quá trình đường hóa bắt đầu chuyển sang công đoạn lọc dịch đường rồi đun
sôi cùng với hoa houplon, lắng trong, làm lạnh và tiến hành quá trình lên men. Sau khi
lên men xong dùng bia đẩy hết nước trong ống vào máy lọc, khi hết nước thì khóa van,
lấy bia vào thùng phủ bột rồi bật cánh khuấy và cho 4 kg bột, kiểm tra các van sau đó
mở van để cấp bia vào thùng lọc và bật bơm cấp bột. Lấy mẫu kiểm tra độ trong ta có
thể tiến hành mở vào tank bão hòa, đầy thùng thì tắt bơm lọc và đuổi bia vào thùng bia
hồi. Tiến hành nạp CO
2
trước tiên xả van nóc thùng bão hòa để áp suất thùng bằng 0 và
đóng van nóc lại, buộc đường ống nạp CO
2
từ bình CO
2
vào van nạp CO
2

của tank bão
hòa. Mở CO
2
từ từ vào tank bão hòa để áp suất của tank lên 2,5 atm, sau đó xả nhẹ van
nóc để áp suất về 0, kết thúc nạp để bia ổn định 2h sau đó kiểm tra lượng CO
2
hòa tan
trong bia. Cuối cùng đến công đoạn chiết rót, đóng chai, thanh trùng, dán nhãn và nhập
kho.

2.2. Mục đích công nghệ của từng quá trình
NghiềnNước
Hồ hóa
Malt
Nghiền
Đường hóa
Nấu hoa
Lắng trong
Làm lạnh
Lên men chính
Lên men phụ
Lọc trong
Bão hòa CO
2
Chiết chai Chiết keg
Thanh trùng
Dán nhãn
Nhập kho
Nhân giống
Men giống

Gạo
Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất bia HƠI
Rửa chai
Chai, nước, xút, điện
2.2.1. Nghiền nguyên liệu
* Nghiền Malt: tạo điều kiện thuận lợi cho sự biến đổi lý, sinh hóa trong quá
trình đường hóa, nhằm thu được chất hòa tan cao nhất. Malt được nghiền nhỏ theo tỷ
lệ vỏ chấu: 20 – 25%, tấm: 45 – 55%, bột: 20 – 30%.
* Nghiền gạo: nhằm đưa nguyên liệu ở dạng hạt về dạng bột để dễ dàng
thấm nước, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn chế biến sau này. Gạo là
nguyên liệu mà tinh bột của chúng khi được hồ hóa, chưa được tác động bởi các
enzyme. Cấu trúc tinh bột của chúng rất cứng, ở trạng thái như vậy chúng rất khó bị
thủy phân, do đó gạo phải được nghiền càng nhỏ càng tốt, nhằm tách triệt để được
các chất tan trong tinh bột.
Malt và gạo được đưa đến bộ phận nghiền nguyên liệu thành mảnh nhỏ, sau
đó được chuyển đến nồi nấu để tạo điều kiện cho quá trình chuyển hóa nguyên liệu và
trích ly tối đa các chất hòa tan trong nguyên liệu. Sử dụng các thiết bị nghiền khô,
máy nghiền búa (nghiền gạo), máy nghiền trục (nghiền malt).
2.2.2. Nấu
2.2.2.1. Hồ hóa và đường hóa
Nguyên liệu sau khi say nghiền được chuyển vào thiết bị hồ hóa (nồi nấu
cháo) và đường hóa (nồi nấu malt) bằng cách điều chỉnh hỗn hợp ở các nhiệt độ khác
nhau nhờ hệ enzyme thích hợp chuyển hóa các chất không hòa tan (tinh bột) thành
các chất hòa tan trong dung dịch (đường glucose, maltose, các acid amin). Sau đó
được đưa qua nồi lọc để tách dịch đường và các chất hòa tan ra khỏi bã bia.
Hồ hóa: mục đích làm trương nở hoàn toàn nguyên liệu lên mới tối đa. Ở
86
0
C sau thời gian 30 phút tinh bột xem như trương nở hoàn toàn, độ nhớt cao,
khuấy đảo chậm, dễ bén nồi nếu không có một lượng malt nhỏ cùng nấu. Tinh bột đã

hồ hóa thủy phân dễ dàng hơn tinh bột chưa hồ hóa.
Đường hóa: là giai đoạn quan trọng nhất quyết định hiệu suất nấu. Nguyên
liệu qua qua giai đoạn hồ hóa – đường hóa với mục đích chuyển tinh bột từ dạng
không hòa tan sang dạng hòa tan, sau đó được đưa vào quá trình đường hóa cùng với
malt, ở đây dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt trong điều kiện nhiệt độ nhất
định và môi trường thích hợp, các enzyme hoạt động cắt các chất cao phân tử thành
các chất thấp phân tử.
2.2.2.2. Lọc dịch đường
Sau khi kết thúc quá trình đường hóa, toàn bộ khối dịch được chuyển sang
nồi lọc nhằm mục đích tách dịch đường ra khỏi bã.
2.2.2.3. Đun sôi với hoa houblon
Dịch đường sau khi nấu với hoa houblon và đun sôi trong 60 – 90 phút. Ở
đây dịch được đun sôi với hoa houblon nhiệt độ hơn 100
0
C, các chất đắng, tinh dầu
thơm, polyphenol và các thành phần của hoa houblon được hòa tan vào dịch đường
tạo cho bia có vị đắng, mùi thơm đặc trưng của hoa houblon và khả năng giữ bọt cho
bia. Polyphenol của hoa khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các
protein cao phân tử tạo các phức chất dễ kết lắng làm tăng độ trong của dịch đường
và ổn định thành phần sinh học của bia thành phẩm.
Mục đích của quá trình nhằm ổn định thành phần của dịch đường, tạo
cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưng của hoa houblon, vị đắng, gia tăng nồng độ
đường, độ axit, cường độ màu đồng thời quá trình đun hoa còn có tác dụng
thanh trùng, tiêu diệt các vi sinh vật và các hệ enzyme còn lại trong dịch đường.
2.2.2.4. Lắng xoáy
Dịch sau khi nấu được đưa qua nồi lắng xoáy để tách cặn hoa trước khi đưa
vào lên men. Dịch đường trong được đưa qua thiết bị làm lạnh nhanh, mục đích đưa
dịch đường xuống nhiệt độ lên men thích hợp (8 – 9
0
C) đồng thời tránh sự xâm nhập

của vi sinh vật vào dịch đường dẫn đến bất lợi cho quá trình lên men. Dịch đường
được bổ sung oxy đến mức độ cần thiết và với lượng men giống thích hợp được đưa
vào tank lên men, ở đây quá trình lên men chính xảy ra, dưới tác dụng của tế bào
nấm men bia, dịch đường được chuyển hóa thành rượu, CO
2
và các sản phẩm phụ
khác.
Quá trình nấu sử dụng nhiều năng lượng dưới dạng nhiệt năng và điện năng
cho việc vận hành các thiết bị, hơi nước phục vụ mục đích gia nhiệt và đun sôi.
Hình 2.2: Nồi nấu gạo và nồi nấu malt
2.2.3. Lên men
2.2.3.1. Chuẩn bị men giống
Nấm men được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, sau đó được nhân giống
trong các điều kiện thích hợp để đạt được mật độ nấm men cần thiết cho lên men và
tiếp men với tỉ lệ 10% so với dịch lên men. Men sữa được sử dụng lại qua mỗi đợt lên
men, được tiếp men với tỉ lệ 0,5 – 1% so với dịch lên men. Loại nấm men được sử
dụng trong lên men bia gồm hai loại là:

Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Hình 2.3: Loại nấm men được sử dụng
Saccharomyces cerevisiae được dùng trong quá trình lên men bia nổi còn
Saccharomyces carlsbergensis được dùng trong lên men bia chìm.
2.2.3.2. Lên men chính
Dịch đường được cấy bổ sung oxy, làm lạnh đến nhiệt độ 10
0
C và tiếp men
giống với tỷ lệ quy định để tiến hành lên men chính với thời gian và nhiệt độ thích
hợp. Việc lên men có thể tiến hành trong các tank có bảo ôn được đặt ngoài trời với
hệ thống kiểm soát tự động hóa.
Hình 2.4: Tank lên

men
Khí CO
2
sinh ra
trong quá trình lên men được
thu hồi. Thời gian lên men chính thường là 5 – 7 ngày. Kết thúc lên men chính nấm men
lắng xuống đáy các tank lên men và được cấy 1 phần để tái sử dụng cho lên men các tank
tiếp theo hoặc được thải bỏ (gọi đó là men sữa). Kết thúc quá trình lên men chính, men sữa
được thu hồi để tái sử dụng còn bia non được chuyển sang chế độ lên men phụ, ở điều kiện
nhiệt độ thấp (0 – 5
0
C) và áp suất bề mặt 0,5 – 1 bar.
Mục đích của quá trình lên men chính là để tạo ra thành phẩm rượu etylic,
CO
2
và một số sản phẩm có trong bia thành phẩm nhằm định hình hương và vị của
bia.
Sau quá trình lên men chính thì từ dịch đường houblon hóa đã được chuyển
thành sản phẩm bia non, do tác động của tế bào nấm men. Tuy lượng chất hòa tan
trong bia non là thấp hơn so với dịch đường trước khi lên men nhưng trong thành
phần bia non là một hỗn hợp chất hòa tan, đảm nhận việc tạo hương vị đặc trưng của
bia thành phẩm sau này. Ngoài hai sản phẩm chính là rượu etylic và khí CO
2
, trong
quá trình lên men chính còn tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai. Những sản phẩm này có
vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia.
- Lượng glixerin: có trong bia từ 2 – 3g/l được hình thành khi phân giải
đường C
6
H

12
O
6
, sự có mặt của glixerin trong bia sẽ làm cho bia có vị mềm hơn, tăng
độ đậm đà của sản phẩm và tăng khả năng giữ CO
2
.
- Este: là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men chính. Nó được hình
thành là kết quả của sự phản ứng giữa axit bay hơi và không bay hơi với các loại
rượu khác nhau. Tổng lượng este trong bia dao động vào khoảng 30 – 80mg/l. Este có
ý nghĩa rất quan trọng trong việc hình thành hương thơm dịu của bia.
- Andehit: là cấu tử được hình thành từ sự thay đổi chất ở nấm men hoặc có
thể được tạo thành qua con đường oxy hóa các loại rượu. Lượng andehit làm tăng
thêm hương cho bia
- Diaxetyl: được tạo thành do quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men,
một chất lỏng màu vàng có khả năng kích thích rất mạnh lên hệ thần kinh con người
gây đau đầu cho người uống. Giai đoạn đầu của lên men chính diaxetyl được tạo nên
tương đối nhiều, nhưng quá trình lên men phụ và tàng trữ diaxetyl giảm đi rõ rệt,
lượng diaxetyl quy định phải nhỏ hơn 0,2 mg/l, đây là cấu tử có ảnh hưởng xấu tới
chất lượng của bia.
- Axit hữu cơ: hàm lượng trung bình của chúng trong bia khoảng 150 – 200
mg/l. chúng được tạo thành do sự trao đổi chất của nấm men, vi khuẩn lactic…Một
số axit hữu cơ thường có trong bia như axit axetic, axit photphoric…các axit hữu cơ
này rất có giá trị trong việc hình thành chất lượng của bia.
- Rượu bậc cao: thông thường hàm lượng rượu bậc cao có trong bia khoảng
50 – 60mg/l và khi tồn tại trong bia sẽ làm cho bia có hương, vị hơi khó chịu. Các loại
rượu bậc cao đều gây ảnh hưởng xấu tới tính chất cảm giác của bia.
2.2.3.2. Lên men phụ
Dịch sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính được chuyển sang giai đoạn
lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương và vị đặc trưng). Quá trình lên

men này diễn ra chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể, bia được lắng trong
và bão hòa CO
2
. Thời gian lên men từ 14 – 21 ngày hoặc hơn tùy từng loại bia.
Hình 2.5: Sản phẩm lên men
phụ
Trong thời gian lên men phụ, nấm men trong bia non tiếp tục lên men lượng
đường còn lại để tạo thành CO
2
và các sản phẩm khác. Đồng thời trong lúc này lượng
diaxetyl tạo thành ở giai đoạn lên men chính được chính nấm men khử và chuyển
thành axeton, các chất hữu cơ tác dụng với rượu để tạo thành các este, tức là ở đây
xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phẩm và tính chất cảm quan của sản phẩm.
Qúa trình lên men phụ là quá trình quan trọng để ổn định thành phần chất lượng của
bia (tạo hương vị, tạo bọt và giữ bọt cho bia) là quá trình khử rượu bậc cao, diaxetyl
và andehit đến mức độ cho phép làm cho bia thơm hơn đồng thời nhiệt độ và áp suất
thấp, bọt bia được tạo ra ở dạng liên kết bền vững, lâu tan và mịn.
* Sơ đồ lên men:

Dịch nha ở thùng lắng xoáy
Dịch nha lạnh
Hạ lạnh
Oxy nấm men
Bồn lên men
Lên men chính
Lên men phụ
Bia chưa lọc
Hạ lạnh
Thu hồi men Thải bỏ
Đạt yêu cầu

Tái sử dụng
Không đạt
2.2.4. Lọc bia và bão hòa CO
2
* Lọc bia
Sau khi lên men bia được lọc để đạt được độ trong theo yêu cầu. Lọc bia
được tiến hành bằng thiết bị lọc ống. Việc lọc bia luôn thực hiện với sự duy trì nhiệt
độ lạnh cho bia trước và sau khi lọc khoảng 1 đến -1
0
C.
+ Sơ đồ lọc:
* Bão hòa CO
2
:
Khí CO
2
trong bia là nhờ quá trình lên men rượu. Nấm men chuyển hóa
đường thành rượu etylic và CO
2
hòa tan trong bia, tuy nhiên do các công đoạn sau lên
men (nhất là khâu lọc bia) CO
2
bị thất thoát khá nhiều. Vì vậy phải tiến hành nạp đủ
CO
2
cần thiết cho bia, việc nạp được tiến hành bằng cách sục CO
2
từ dưới lên nhằm
tăng lượng CO
2

hòa tan trong bia đảm bảo chất lượng của bia thành phẩm trước khi
Bia chưa lọc
Các chất ổn định biaBột trợ lọc
Máy lọc ống
CO
2

Bồn bia trong
đóng chai.
3. NHU CẦU NGUYÊN LIỆU CHO MỘT MẺ NẤU CỦA CÔNG TY
3.1. Nhóm nguyên liệu chính
3.1.1. Malt
Malt: là nguyên liệu chính để sản xuất bia (chiếm 70%)
+ Thành phần hóa học của malt đại mạch:
- Tinh bột: 55 – 65% tổng hàm lượng chất khô.
Hình 3.1: Malt bia chưa nghiền
- Protein: 8 – 12% tổng hàm lượng chất khô.
- Chất béo: 2,5 – 3% tổng hàm lượng chất khô.
- Chất khoáng: 2,5 – 3% tổng hàm lượng chất khô.
- Pentozan: 8 – 9% tổng hàm lượng chất khô.
- Xenluloza: 4 – 5% tổng hàm lượng chất khô.
Hình 3.2: Malt bia đã được nghiền
3.1.2. Gạo
Dùng để thay thế một phần lượng malt (chiếm 30%),
Hình 3.3: Gạo
+ Thành phần hóa học của gạo.
- Tinh bột: 70 – 75% chất khô.
- Protit: 7 – 8% chất khô.
- Chất béo: 1 – 1,5% chất khô.
- Chất khoáng: 1 – 1,2% chất khô.

- Xenlulose: 0,5 – 0,8% chất khô.
3.1.3. Hoa houblon
Là nguyên liệu cơ bản thứ hai sau malt đại mạch, dùng để tạo hương vị cho
bia, làm bia có vị đắng, vị thơm, 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.
Hình 3.4: Hoa houblon
3.1.4. Nước
Là nguyên liệu cơ bản nhất không thể thay thế được trong công nghệ sản
xuất bia. Trong thành phần hàm lượng nước chiếm 80 – 90%.
Thành phần hóa học chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới các quá
trình công nghệ và chất lượng của bia thành phẩm. Với một lượng nước được sử
dụng rộng rãi như vậy thì việc xử lý nước để có thành phần và tính chất thích hợp với
từng mục đích sử dụng trong sản xuất bia là điều hết sức cần thiết.
3.1.5. Nấm men
Trong quá trình lên men bia, thường sử dụng loại nấm men chìm
Saccharomyces carlsbergensis.
Hình 3.6: Nấm men
+ Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để sản xuất bia:
- Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một đời men
giống có thể sử dụng được 6 – 10 chu kỳ lên men
- Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ,
pH, thành phần môi trường…
- Số lượng men giống ít nhất phải đạt từ 8 – 10.10
6
tế bào/ 1 cm
3
khi cho vào
để lên men dịch đường.
3.2. Nhóm các chất phụ gia
• Bột trợ lọc: Lượng bột trợ lọc (Diatomit) dùng trong lọc bia còn phụ thuộc

vào loại nấm men, loại bia, thời gian và nhiệt độ lên men.
• NaOH: Dùng vệ sinh thiết bị và rửa chai. Mức dùng 5 – 10 kg xút 30%/
1000 lít bia. Mức tiêu thụ xút cao chứng tỏ việc thu hồi xút từ quá trình vệ sinh kém
hoặc quá trình rửa chai có vấn đề. Nếu nước thải không được trung hòa thì khi mức
dùng xút cao dẫn đến Ph của nước thải rất cao.
• Axit, H
2
O
2
: Mức tiêu thụ phụ thuộc vào hệ thống CIP.
• CO
2
: Để sử dụng cho quá trình bão hòa và chiết chai / keg. Trong quá
trình lên men đường được nấm men chuyển hóa thành etanol và CO
2
. Có thể thu hồi
được 3 – 4 kg từ lên men 100 lít dịch đường, phụ thuộc vào nồng độ dịch đường.
Lượng CO
2
do nồi hơi phát thải do đốt nhiên liệu có thể thu hồi và sử dụng.
• Enzyme amilaza: tác nhân cho quá trình nấu cháo.Các hóa chất CaCl
2
,
CaSO
4
: được dùng là tác nhân trong quá trình nấu.
4. KẾT LUẬN