nghiên cứu đặc tính của đại mạch trồng trong nước và sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong công nghệ sản xuất bi

Mở đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nghành công
nghiệp sản xuất bia không ngừng đổi mới, tăng trưởng để phục vụ nhu cầu tiêu
dùng hàng ngày của người dân. Sản lượng bia trên thế giới không ngừng tăng
lên: 35 tỷ lít (năm 1964), 110 tỷ lít (năm 1990), 125 tỷ lít (năm 1995), 127 tỷ lít
(năm 1996) và còn tiếp tục tăng. [11 ].
Ở Việt Nam, sau hơn 10 năm đổi mới, đời sống của nhân dân ngày càng được
cải thiện và nâng cao. Nhu cầu về bia cũng có xu hướng tăng mạnh, bình quân
trên 20% mét năm. Năm 1991 sản lượng bia là 75 triệu lít, đến năm 1997 sản
lượng bia đạt 669 triệu lít (tăng gấp 9 lần so với năm 1991).
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia thì nhu cầu về
nguyên liệu cũng ngày một tăng, đặc biệt là malt đại mạch. Năm 1991 nhu cầu
về malt là 8.400 tấn, đến năm 1997 đã tăng lên 74,868 tấn. Dự kiến đến năm
2005 nguyên liệu malt dùng cho sản xuất bia ở nước ta là 125.000 tấn .Lượng
ngoại tệ hiện dùng để nhập nguyên liệu này tốn khoảng 20 - 30 triệu USD một
năm và ngày càng gia tăng. Do vậy, việc giảm lượng malt đại mạch nhập ngoại
để tiết kiệm ngoại tệ, nâng cao hiệu quả kinh tế của các nhà máy bia đang là một
vấn đề bức, xúc đáng được nhiều ngành quan tâm. [8].
Những nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sản xuất bia trong thời gian
gần đây đã chú trọng đến việc sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau
để thay thế cho malt. Hầu hết các nhà máy bia trong nước đã sử dụng nguyên
liệu thay thế là gạo, đường Việc sử dụng đại mạch ở nước ta vẫn còn khá mới
mẻ do trước đây việc trồng đại mạch mới chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu thử
nghiệm. Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu đó đã cho thấy một số tỉnh
miền núi nước ta có khả năng trồng đại mạch và cho năng suất cao. Nhưng
muốn sử dụng đại mạch nội để chế biến malt đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn để
xây dựng cơ sở hạ tầng, thiết bị, tuyển nhân công
Việc phát triển cây đại mạch và sử dụng nó làm nguyên liệu thay thế
trong công nghệ sản xuất bia không chỉ làm phong phú thêm nguồn nguyên liệu
trong nước mà còn đem lại hiệu quả kinh tế to lớn cho các tỉnh miền núi: Tận
dụng được quỹ đất trồng trọt, tạo công ăn việc làm và tăng thêm thu nhập cho

các đồng bào dân tộc góp phần hỗ trợ một cách thiết thực cho chương trình xoá
đói, giảm nghèo của các tỉnh miền núi của chính phủ.
Từ những lợi Ých trên, nhiệm vụ của bản khóa luận này là: "Nghiên cứu
đặc tính của đại mạch trồng trong nước và sử dụng đại mạch làm nguyên liệu
thay thế trong công nghệ sản xuất bia".
phần1: Tổng quan
1.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐẠI MẠCH
1.1.1. Tình hình phát triển và sản lượng đại mạch trên thế giới và ở Việt Nam
Đại mạch thuần hoá ( Hordeum sativum - jessen) thuộc nhóm thực vật có
hạt (Spermophyta), phân nhóm bí tử (Angiosopermae), lớp một lá mầm
(Monocotyledonae), họ lúa mỳ (Gramineae).
Đại mạch là loại thực vật một năm. Chúng được chia thành hai nhóm : đại
mạch mùa xuân (gieo hạt vào mùa xuân , thu hoạch vào mùa thu) và đại mạch
mùa đông (gieo hạt mùa đông , thu hoạch vào mùa hè). Cây đại mạch có thể
sinh trưởng và phát triển bình thường trên đất phù sa kiềm thổ, trong điều kiện
khí hậu khô, lạnh, lượng mưa thích hợp là 700 mm. Chu kỳ sinh trưởng của đại
mạch thường là 100 - 120 ngày. Kết thúc quá trình này cây sẽ ra hoa và kết hạt.
Cây đại mạch thường có ba hoa, dựa vào số hoa kết thành hạt mà người ta chia
đại mạch thành hai loại : đại mạch hai hàng và đại mạch đa hàng.
Đại mạch hai hàng có dấu hiệu đặc trưng là chúng chỉ có một hoa kết
thành hạt lúc đó bông đại mạch sẽ có hai hàng và hình dáng rất cân đối. Loại đại
mạch này được dùng chủ yếu trong công nghệ sản xuất bia.
Đại mạch đa hàng bao gồm đại mạch bốn hàng và đại mạch sáu hàng,
được dùng chủ yếu làm thức ăn cho gia sóc, gia cầm.
Trên thế giới, sản lượng đại mạch hàng năm khoảng 200 triệu tấn/năm.
Năm 1990 là 177,6 triệu tấn, năm 1993 là 169,5 triệu tấn, đến năm 1995 là 142,7
triệu tấn. Nó được dùng chủ yếu để chế biến thành malt sử dụng trong công
nghệ sản xuất bia và một phần làm thức ăn trong chăn nuôi. Đại mạch được
trồng chủ yếu ở các vùng có khí hậu ôn đới như châu Âu, Bắc Mỹ. Ngày nay,
với những tiến bộ của khoa học công nghệ, đại mạch đã được trồng ở một số

nước như Ên Độ, Trung Quốc, châu Phi, Thái Lan Năng suất trung bình trên
thế giới khoảng 2,8 tấn/ha, một số vùng ở châu Âu, Bắc Mỹ có thể đạt tới 3 - 4
tấn/ha. {5,8}
Năng suất, chất lượng của đại mạch phụ thuộc rất nhiều vào giống, kỹ
thuật trồng trọt, chăm bón, điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng,
BẢNG 1.1 : SẢN LƯỢNG ĐẠI MẠCH TRÊN THẾ GIỚI NĂM 1996 [ 9 ]
Đơn vị: Triệu tấn
TT Tên nước Sản lượng
1 Nga 15,9
2 Canada 15,5
3 Đức 19,0
4 Tây Ban Nha 9,6
5 Anh 9,5
6 Pháp 7,7
7 Thổ Nhĩ Kỳ 7,2
8 Australia 6,3
9 Đan Mạch 4,1
10 Trung Quốc 4,0
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu trồng thử cây đại mạch đã sớm được quan
tâm. Trước đây, trong thời kỳ Pháp thuộc, cây lúa mỳ và đại mạch đã được trồng
thử tại một số tỉnh miền núi phía bắc như: Cao Bằng, Lạng Sơn, Lai Châu Đến
những năm 1970 Đảng và nhà nước đã đầu tư nhiều đề tài, dự án cho trồng thí
nghiệm cây đại mạch. Tuy nhiên các đề tài chủ yếu chỉ dừng ở việc nghiên cứu
thăm dò các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng và chọn các bộ giống phù hợp cho
từng vùng khí hậu.
Một số công trình nghiên cứu trồng thử giống lúa đại mạch nhập ngoại đại
mạch của các viện như Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp (KHKTNN) Việt
Nam, Viện Công nghệ sinh học (CNSH) - Trung tâm Khoa học và Công nghệ
Quốc gia , các kết quả trồng thử nghiệm ban đầu cho thấy :
• Một số tỉnh miền núi phía bắc Việt Nam như Cao Bằng, Lạng Sơn, Lai

Châu, Sơn La (có các điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng phù hợp cho sù sinh
trưởng và phát triển của cây đại mạch), đều có khả năng trồng đại mạch vào
vụ đông từ tháng 10 đến tháng 4. Năng suất có thể đạt từ 1,5 - 3,5 tấn/ ha.
• Một số tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng như Hà Nam, Hải Dương,
Ninh Bình cũng có điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cây đại mạch.
Đây là vùng có tiềm năng lớn, tuy nhiên cho đến nay ta vẫn chưa chọn được
giống đại mạch thích hợp cho vùng này. Mặt khác, do không cạnh tranh được
với cây lúa nên hầu như các hướng nghiên cứu Ýt tập trung vào vùng này.
• Ở một số huyện của các tỉnh vùng Tây Nguyên đại mạch cũng phát triển tốt
trong vụ đông từ tháng 10 đến tháng 4. Ở huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
lúa mỳ và đại mạch có thể trồng được ba vụ một năm. Do không cạnh tranh
được về hiệu quả kinh tế với cây chè, cà phê, cao su, nên các vùng này
không thích hợp để triển khai trồng đại trà đại mạch.
Tiềm năng về quỹ đất có điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng phù hợp cho
trồng cây đại mạch ở nước ta là rất lớn : đồng bằng phía bắc khoảng 600.000 ha,
các tỉnh miền núi trung du khoảng 140.000 ha.
Trong số các tỉnh đã được chọn và trồng thử cây đại mạch thì tỉnh Cao
Bằng là một trong những tỉnh có đủ các điều kiện đáp ứng cho việc trồng thử
cây đại mạch. Năm 1991, tỉnh đã kết hợp với trung tâm mì, mạch của Viện
KHKTNN Việt Nam nghiên cứu trồng thử cây đại mạch vụ đông xuân 1991 -
1992. Kết quả cho thấy, các điều kiện khí hậu, đất đai của tỉnh Cao Bằng hoàn
toàn thích hợp cho sù sinh trưởng và kết hạt của cây đại mạch. Từ 94 giống đại
mạch tuyển chọn của Trung tâm giống cây trồng Việt - Nga mang khảo nghiệm,
đã chọn được bảy giống đại mạch có năng suất cao, khả năng chống chịu sâu
bệnh tốt và phù hợp với điều kiện khí hậu ở Cao Bằng. Năm 1998 tỉnh lại kết
hợp với Viện KHKTNN Việt Nam tiếp tục trồng thử nghiệm trên 20 giống. Kết
quả khảo nghiệm đã chọn được 10 giống có chất lượng cao nhất đạt sản lượng 3
- 4
tấn/ha, có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt. Năm 1999, tỉnh Cao bằng đã ký kết
hợp đồng với tỉnh Vân Nam, Trung Quốc, chuyển một số giống đại mạch sang

trồng ở Cao Bằng, kết quả cho thấy có bốn giống có năng suất cao ( từ 3 - 4
tấn/ha), có chất lượng tốt, có khả năng chống chịu sâu bệnh cao, thời gian sinh
trưởng ngắn, phù hợp để phát triển trên diện rộng tại Cao Bằng. [ 8].
Việc phát triển cây đại mạch tại các tỉnh miền núi và sử dụng nó trong
công nghệ sản xuất bia sẽ tận dụng được quỹ đất trồng trọt. Sử dụng được lao
động nhàn rỗi, tạo thêm công ăn việc làm cho đồng bào các dân tộc. Tăng
thêm thu nhập cho người lao động, góp phần hỗ trợ thiết thực cho chương
trình xoá đói, giảm nghèo của các tỉnh miền núi. Đồng thời cũng mở ra một
hướng phát triển mới cho ngành công nghệ sản xuất bia, tiến tới sử dụng các
nguyên liệu trong nước thay thế dần nguồn nguyên liệu nhập từ nước ngoài.
1.1.2. Cấu tạo của hạt đại mạch
Hạt đại mạch được cấu tạo từ ba bộ phận chính là vỏ, phôi và nội nhũ.
Tuỳ thuộc vào giai đoạn phát triển và chức năng từng phần của hạt mà các bộ
phận đó có thành phần hoá học khác nhau.

Vá
Vỏ là bộ phận có chức năng bảo vệ phôi và nội nhũ khỏi bị tác động cơ
học, hoá lý của môi trường. Trọng lượng của vỏ chiếm từ 10 - 13 % trọng lượng
của hạt. Vỏ đại mạch thường có ba lớp : lớp vỏ trấu, lớp vỏ quả và lớp vỏ hạt.
Thành phần hoá học của vỏ chủ yếu là cenluloza, hemicelluloza và lignin. Vỏ
chiếm một tỷ lệ khá lớn trong hạt nhưng không có giá trị dinh dưỡng. Trong
công nghệ sản xuất bia, vỏ có tác dụng hai mặt. Một mặt trong vỏ có chứa các
chất màu và chất đắng, chúng sẽ làm giảm chất lượng của bia khi tan vào dịch
đường. Mặt khác lớp vỏ đóng vai trò như một "máy lọc thiên nhiên" trong quá
trình tách bã khỏi khối cháo.
Nội nhũ
Nội nhũ là phần lớn nhất đồng thời cũng là phần giá trị nhất của hạt. Cấu
trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột,
một Ýt protein, celluloza, chất béo, tro và đường. Ngoài cùng của nội nhũ, nơi
tiếp giáp với lớp vỏ hạt là lớp alơron. Ở đại mạch hai hàng, lớp alơron gồm hai

lớp tế bào hình lăng kính, có thành dày, còn ở đại mạch đa hàng thì số lớp tế bào
nhiều hơn. Lớp alơron rất giàu protein, chất béo, đường, pentozan, vitamin và
chất tro. Nội nhũ là nơi tập trung chất dinh dưỡng của toàn hạt và là nguồn cung
cấp chủ yếu chất hoà tan cho dịch đường.
Phôi
Phôi là phần sống của hạt, trọng lượng của phôi chiếm khoảng 2,5 - 5 %
trọng lượng của hạt. Phôi nằm ở gần đế của hạt, bao gồm phôi lá, phôi thân và
phôi rễ. Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ là một lớp tế bào gọi là lớp ngù. Lớp ngù
này đóng vai trò như một màng bán thấm, chỉ cho các chất hoà tan từ nội nhũ đi
vào phôi và nước từ phôi đi vào nội nhũ. Trong phôi có chứa khá nhiều các chất
ding dưỡng dễ chuyển hoá như protein, gluxit hoà tan, chất béo , và là nơi tập
trung hầu hết các enzym có trong hạt. Phôi chiếm một tỷ lệ không đáng kể so
với trọng lượng của hạt. Trong công nghệ sản xuất bia, khi dùng làm nguyên
liệu thay thế, giá trị dinh dưỡng của phôi hầu như là không đáng kể mà vai trò
quan trọng của nó là nơi cung cấp và hoạt hoá các enzym trong quá trình sản
xuất malt.
1.1.3. Thành phần hoá học của hạt đại mạch
Thành phần hoá học của đại mạch phụ thuộc rất nhiều vào giống, kỹ thuật
trồng trọt, chăm bón, điều kiện khí hậu
BẢNG 1.2 : THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA ĐẠI MẠCH [1]
TT Thành phần Hàm lượng (%)
1 Tinh bét 63 – 65
2 Đường 1,8 - 2,0
3 Celluloza 4,0 - 5,0
4 Hemi celluloza 8,0 - 10,0
5 Chất gôm 1,0 - 1,5
6 Lipit 2,0 - 3,0
7 Protein 8,0 - 11,0
8 Chất khoáng 2,0
9 Các chất khác 5,0 - 6,0

Thành phần cacbonhydrat
Cacbonhydrat chiếm một tỷ lệ lớn trong hạt đại mạch (70 - 85 %) và là
thành phần quan trọng có ảnh hưởng lớn tới quá trình chế biến và chất lượng của
sản phẩm trong quá trình sản xuất malt và bia. Trong hạt đại mạch, nguồn
cacbonhydrat tồn tại chủ yếu dưới dạng tinh bột, các loại đường, celluloza,
hemicelluloza và chất gôm.
- Tinh bét
Trong hạt đại mạch tinh bột là thành phần chủ yếu. Nó chiếm tới 63 -
65% hàm lượng chất khô của hạt. Trong công nghệ sản xuất bia, nó có ý nghĩa
rất quan trọng, là nguồn cung cấp chất tan chủ yếu cho dịch đường.
Tinh bột đại mạch được phân bố chủ yếu ở nội nhũ và một phần ở phôi.
Nó tồn tại chủ yếu dưới dạng các hạt hình cầu hoặc hình ôvan hoặc hình que, có
kích thước từ 20 - 35 µm hoặc 2 - 10 µm. Tinh bột là một phức hợp của amyloza
và amylopectin. Trong tinh bột đại mạch, amyloza chiếm 17 - 24 %, còn
amylopectin chiếm 76 - 83 %. Hai cấu tử này khác nhau về cấu trúc phân tử và
tính chất hoá lý. Các chỉ số lý học của hạt tinh bột đại mạch: Tỷ trọng 1,5 - 1,6;
nhiệt lượng riêng 0,27 kcal/kg.
0
C; dễ kết lắng trong nước; quay mặt phẳng phân
cực sang phải 201,5 - 204,3
0
. Tinh bột đại mạch không tan trong nước lạnh và
các dung môi hữu cơ trung tính. Nhiệt độ hồ hoá của nó trong khoảng 61 - 64 °C
tuỳ thuộc chủng giống đại mạch. Dưới tác dụng của các axit mạnh hoặc enzym
các mối liên kết glucozid bị phá vỡ, tinh bột bị thuỷ phân thành maltoza, dextrin,
một lượng nhỏ glucoza và một số oligosaccharid.
- Celluloza
Celluloza của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và chiếm
khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử celluloza bao gồm 2.000 - 10.000 gốc
glucoza sắp xếp thành mạch dài, xoắn lại thành từng chùm. Celluloza không tan

trong nước nóng và hầu như không thay đổi về thành phần và cấu trúc hoá học
trong suốt quá trình sản xuất malt và bia.
Trong công nghệ sản xuất bia, celluloza không có giá trị về mặt dinh
dưỡng nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình lọc dịch đường.
- Hemicelluloza
Hemicelluloza là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào. Nó là một phức
hệ bao gồm pentozan, hexozan và axit uronic. Dưới tác dụng xúc tác của enzym
sitaza, hemicelluloza bị thuỷ phân thành hexoza (galactoza, manoza) và pentoza
(arabioza, xilôza). Tất cả các đường đơn này hoà tan bền vững vào dịch đường và
góp phần tạo thành chất chiết cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men.
Các hợp chất chứa nitơ
Các hợp chất chứa nitơ trong hạt đại mạch tuy chiếm tỷ lệ thấp (8 - 11 %)
nhưng lại đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Vì ở
một chừng mực nào đó, chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử gọi là protit, còn một
phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng thấp phân tử có tính chất khác với nhóm cao phân
tử gọi là nhóm hợp chất chứa nitơ phi protit.
- Protit
Protit là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột ) để đánh giá đó có đủ tiêu
chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao quá (> 14% chất khô), bia
dễ bị đục, rất khó bảo quản. Ngược lại nếu hàm lượng quá thấp, không cung cấp
đủ nitơ cho nấm men hoạt động, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém
bọt, vị kém đậm đà và kéo theo nhiều chỉ tiêu khác làm ảnh hưởng tới chất
lượng bia thành phẩm. Hàm lượng protit tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 8
- 10%.
Trong hạt đại mạch protit được phân bố chủ yếu ở lớp alơron và một phần
rất nhỏ ở lớp tế bào bao quanh nội nhũ. Protit được chia thành hai nhóm protein
và proteid.
Protein là nhóm protit đơn giản bao gồm albumin, globulin, hodein và
glutein. Trong quá trình sản xuất bia thì chỉ có albumin, globulin và một phần

rất nhỏ hodein hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia. Protein có chứa đầy
đủ các axitamin không thay thế ( trừ tryptophan).
Proteid là nhóm protit phức tạp. Nó là những họp chất được tạo thành từ
một phân tử có bản chất protein và một phân tử có bản chất phi protein. Đại diện
của nhóm này là nucleoproteid, lipoproteid, glucoproteid và phosphoproteid.
Proteid là thành phần khó hoà tan, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia
nên cần phải loại bỏ tối đa cấu tử này ra khỏi dịch đường.
- Các hợp chất chứa nitơ phi protit
Các đại diện tiêu biểu của nhóm này là : albumoza, pepton, peptid,
polypeptid và axitamin.
Albumoza và pepton có vai trò rất lớn trong việc tạo và giữ bọt, đồng thời
làm tăng thêm vị đậm đà của bia .Tuy nhiên nếu có hàm lượng quá cao, chúng
sẽ làm giảm độ bền keo và gây đục cho bia.
Peptit dễ dàng hoà tan vào dịch đường để tạo thành dung dịch bền vững
và tồn tại trong bia như là một trong những thành phần dinh dưỡng.
Axit amin tồn tại trong đại mạch với một lượng không nhiều khoảng 0,1%
so với lượng chất khô của hạt . Tuy chiếm một tỷ lệ rất nhỏ nhưng vai trò của
axit amin trong công nghệ sản xuất bia rất lớn, nó là nguồn cung cấp nitơ cho
nấm men, là tác nhân tạo melanoit và tồn tại trong bia như một hợp phần dinh
dưỡng quan trọng.
Các hợp chất không chứa nitơ
Các hợp chất không chứa nitơ bao gồm: polyphenol, chất đắng, fitin, axit
hữu cơ, vitamin và chất khoáng.
- Polyphenol và chất đắng
Polyphenol trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ. Phần lớn
những hợp chất polyphenol hoà tan và tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất
của catechin . Trong sản xuất bia, những chất này dễ dàng kết hợp với protit cao
phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng làm tăng độ bền keo của sản phẩm.
Mặt khác, sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân tố làm xấu đi
hương và vị của bia.

Chất chát và chất đắng trong hạt đại mạch thuộc nhóm lipoid là nguyên
nhân gây ra vị đắng và vị chát khó chịu cho bia.
- Phitin
Phitin là muối đồng thời của canxi và magiê với axit inozitphosphoric
C
6
H
6
O
6
(H
2
PO
3
)
6
. Chúng tập trung chủ yếu ở vỏ và chiếm đến 0,9% chất khô
của vỏ. Khi bị thuỷ phân chúng sẽ tạo thành inozit C
6
H
6
(OH)
6
và axit
phosphoric, cung cấp phospho cho nấm men, đồng thời làm tăng thêm độ chua
tác dụng của dịch cháo ở giai đoạn đường hoá , nâng cao hiệu suất thuỷ phân.
- Vitamin và chất khoáng
Trong hạt đại mạch chất khoáng tập trung nhiều nhất ở phôi là phospho
sau đó là Si, K, Ca, Na các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong quá
trình sản xuất malt và bia. Đặc biệt là nguyên tố phospho vì nó đóng vai trò chủ

yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường.
Đại mạch chứa các loại vitamin : B
1
, B
2
, B
6
, C, PP, tiền vitamin A, E, axit
pantotenic, biotin Phần lớn chúng tập chung ở phôi, vỏ hạt, và lớp alơron với
hàm lượng rất thấp.
Chất béo
Hàm lượng chất béo trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2 - 3% so
với trọng lượng chất khô của hạt. Chúng tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron.
Chất béo có màu vàng nhạt hoăc màu cà phê, có mùi thơm nhẹ, dễ chịu. Thành
phần chủ yếu của các loại dầu béo bậc cao. Chất béo tồn tại trong bia sẽ làm
giảm độ bền keo của bia thành phẩm.
Hệ enzym trong đại mạch
Trong hạt đại mạch có chứa một lượng enzym khá phong phú như :
amylaza, proteaza, catalaza, sitaza, lipaza Proteaza tập chung chủ yếu ở phôi,
catalaza có trong nội nhũ, amylaza tập trung chủ yếu ở lớp ngù. Tuy nhiên, phần
lớn các enzym này ở trạng thái liên kết và không hoạt động.
1.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA CÓ SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU THAY THẾ
1.2.1. Ứng dụng của chế phẩm enzym trong công nghệ sản xuất bia
Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, sản lượng đại mạch trên thế giới bị
thiếu hụt trầm trọng. Do vậy, các công trình nghiên cứu sử dụng nguyên liệu
thay thế nhằm giảm bớt lượng malt trong sản xuất bia đã đươc chú trọng, việc
nghiên cứu tìm ra chế phẩm enzym từ vi sinh vật và ứng dụng vào sản xuất đã
tạo ra bước ngoặt lớn trong ngành sản xuất bia.
Trong sản xuất bia theo phương pháp truyền thống, các hệ enzym thuỷ
phân quan trọng có trong malt được tạo ra trong quá trình sản xuất malt (quá

trình nảy mầm của hạt đại mạch ). Tuy nhiên quá trình này cũng làm tiêu hao
một phần tinh bột của hạt (trung bình khoảng 12% chất khô của hạt). Khi thay
thế malt bằng chế phẩm enzym vi sinh vật sẽ làm giảm tổn thất tinh bột và tiết
kiệm được loại hạt giống có giá trị cao, khả năng nảy mầm rất lớn (96 %) để
dùng cho nông nghiệp. Mặt khác, việc sử dụng các chế phẩm enzym vi sinh vật
trong công nghệ sản xuất bia cho phép ta có thể gia tăng thêm tỷ lệ nguyên liệu
thay thế mà vẫn đảm bảo được chất lượng của bia.
Những enzym có nguồn gốc khác nhau dùng để thay thế cho enzym của
malt cần có hoạt lực cao và đặc hiệu, không chứa độc tố và vi sinh vật có hại,
thích ứng với các quá trình sản xuất bia.
Trong phạm vi khoá luận, em xin giới thiệu một số chế phẩm enzym chủ yếu
của hãng NOVO Industry - Đan Mạch đã và đang được ứng dụng phổ biến cho
công nghệ sản xuất bia.
Giới thiệu về Termamyl 120L [17]
Termamyl 120L là chế phẩm dạng nước có chứa α - amylaza chịu nhiệt
được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus licheniformis. Enzym này là một endo -
amylaza, thuỷ phân mối liên kết 1,4 - α - glucozit trong phân tử amyloza,
amylopectin làm tinh bét nhanh chóng bị phân giải thành dextrin và
oligosaccharid tan trong nước.
Termamyl dễ tan trong nước ở mọi nồng độ trong điều kiện thường dùng,
không độc và không có vi sinh vật gây bệnh.
Termamyl hoạt động tối ưu trong điều kiện nhiệt độ là 90°C, pH trung
tính (pH = 6). Nó có thể hoạt động ổn định ở nhiệt độ 95 - 105°C nếu bổ xung
vào dịch 50 - 70 ppm ion Ca
2+
. Termamyl sẽ bị vô hoạt khi xử lý nhiệt độ ở pH
thấp (3,5 - 4,5). Nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của nó có thể duy trì tối
thiểu một năm.
Trong sản xuất bia, Termamyl được dùng để trợ giúp cho quá trình dịch
hoá được dễ dàng. Do độ ổn định nhiệt cao nên quy trình nấu được đơn giản

hơn. Termamyl thường được sử dụng với tỉ lệ 0,05 - 0,1 % khối lượng nguyên
liệu thay thế.
Giới thiệu về Fungamyl 800L [11]
Fungamyl 800L ( thực chất là 1,4 - α - D - glucan glucano - hydrolaza) là
chế phẩm dạng nước có chứa α - amylaza, được thu nhận từ giống nấm mốc
Aspergillus oryzae. Enym này thuỷ phân mối liên kết α - 1,4 glucozid trong
amyloza, amylopectin hoặc trong phân tử dextrin, oligosaccharid tạo thành một
lượng lớn đường maltoza.
Fungamyl hoàn toàn tan trong nước và an toàn nếu sử dụng theo đúng
hướng dẫn. Điều kiện hoạt động tối ưu của nó là ở nhiệt độ 55°C, pH = 5, bị vô
hoạt khi xử lý ở nhiệt độ 70°C trong 15 phót. Fungamyl nếu được bảo quản ở
5°C thì hoạt tính của nó sẽ được duy trì Ýt nhất là một năm.
Trong sản xuất bia, Fungamyl được bổ sung vào trong quá trình nấu hoặc
trong quá trình lên men để tăng khả năng đường hoá và khả năng lên men của
dịch đường. Fungamyl thường được sử dụng với tỷ lệ 0,02 - 0,05 % so với tổng
nguyên liệu tuỳ theo yêu cầu sử dụng.
Giới thiệu về Neutrase 0,5L [14]
Neutrase 0,5L là một chế phẩm proteaza trung tính có chứa ion Zn
2+
, được
thu nhận từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus subtilic (cũng được ổn định bằng
ion Ca
2+
). Nó phân cắt protein thành peptid hoà tan và axit amin.
Neutrase 0,5L không cháy và hoàn toàn tan trong nước. Nó hoạt động tối
ưu ở nhiệt độ 45 - 55°C, pH = 5,5 - 6,5, bị vô hoạt khi xử lý ở nhiệt độ 55°C
trong 2 phút. Nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của Neutrase sẽ được duy
trì Ýt nhất là một năm.
Trong sản xuất bia, Neutrase được dùng để hỗ trợ các proteaza có trong
malt để thuỷ phân các protit có trong nguyên liệu nấu chưa nảy mầm như gạo,

ngô, đại mạch Neutrase không bị ức chế bởi các chất ức chế proteaza có trong
malt. Với pH của malt , nó có thể hoạt động ở nhiệt độ 50 - 55
0
C. Neutrase 0,5L
thường được dùng với tỷ lệ 0,3 - 0,7 kg / tấn nguyên liệu.
Giới thiệu về Ceremix 2XL [10]
Ceremix 2XL là chế phẩm enzym tổng hợp dạng nước có hoạt tính α -
amylaza (80KNU/g), β- glucanaza (300BGU/g) và proteaza (0,33AU/g) ,
được thu nhận bằng cách pha trộn các enzym tiêu chuẩn được tạo ra từ những
quá trình lên men riêng rẽ vi khuẩn Bacillus subtilic.
Các enzym thành phần của Ceremix hoàn toàn tan trong nước. Ceremix
hoạt động tối ưu trong khoảng 65 - 70
0
C và pH = 5 - 7. Nếu được bảo quản ở
5°C thì hoạt tính của Ceremix sẽ được duy trì tối thiểu là một năm.
Trong sản xuất bia, Ceremix được sử dụng khi thay thế một phần malt
bằng đại mạch với liều lượng thường dùng là 1 - 1,5 kg / tấn đại mạch.
Giới thiệu về Ultraflo L [18]
Ultraflo L là một chế phẩm enzim có hoạt tính β - glucanaza chịu nhiệt và
một phần hoạt tính pentozanaza, cenlulaza, xylanaza, arabanaza. Nó thuỷ phân
các chất gôm có trong malt và đại mạch thành oligosaccharid có từ 3 - 5 gốc
Glucoza. Nó được thu nhận từ sự lên men nấm mốc Penicillium emersonii.
Ultraflo hoàn toàn tan trong nước, điều kiện hoạt động tối ưu của Ultraflo
là ở nhiệt độ 55 - 70°C, pH = 5 - 7 (có thể hoạt động trên 75
0
C).
Trong sản xuất bia, Ultraflo được dùng để phân giải các chất gôm có
trong nguyên liệu, làm giảm độ nhớt của dịch đường, hỗ trợ cho quá trình lọc
dịch đường và bia được dễ dàng hơn. Nó nhanh chóng bị vô hoạt trong quá trình
đun sôi dịch đường. Ultraflo thường được dùng với liều lượng là 0,2 - 0,5 lít/tấn

nguyên liệu.
1.2.2. Công nghệ nấu bia có sử dụng nguyên liệu thay thế
1.2.2.1. Tình hình sử dụng nguyên liệu thay thế trên thế giới và triển vọng ở
Việt Nam
Tới giữa thế kỷ XIX, nguyên liệu chính sử dụng trong sản xuất bia là
malt đại mạch, hoa houblon và nấm men. Bia được tạo ra có hương thơm dễ
chịu của malt và hoa houblon, có mầu vàng sáng.
Tuy nhiên, quá trình sản xuất malt đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn và tổn thất
chất khô tương đối lớn. Từ năm 1880, trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu ,
sử dụng các loại ngũ cốc chưa nảy mầm để thay thế một phần malt đại mạch
trong sản xuất bia. ĐÕn nay, việc sử dụng các loại ngũ cốc này đã trở lên rất
phổ biến và đóng góp 10 - 25% tổng sản lượng bia.
Một số nước đã sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia với tỷ lệ cao
như ở Mỹ dùng gạo 16 % cùng với hỗn hợp ngô 33 %, ở Anh dùng 20 - 25 %, ở
Nhật dùng 40 - 50 %, ở Óc dùng 30 - 40 %. [12].
Do việc đánh thuế chủ yếu đánh vào bia sản xuất từ hạt nảy mầm, nên
một số nước ở châu Âu và châu Phi đã sử dụng nguyên liệu thay thế nhằm giảm
tỷ lệ malt đưa vào sản xuất. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, do thiếu hụt
malt trầm trọng nên tất cả các châu lục đều phải sử dụng các nguồn nguyên liệu
thay thế khác nhau như ngô, gạo, đại mạch, tiểu mạch, kê, bo bo, các loại
đường, siro Những nguyên liệu này khác nhau về thành phần hoá học và đặc
tính cơ lý. Do đó việc sử dụng các nguyên liệu thay thế khác nhau sẽ làm thay
đổi đặc tính công nghệ và thành phần dịch đường, tạo cho bia có hương vị mới.
Ngoài ra, theo các nghiên cứu cho thÊy malt sản xuất từ đại mạch trên đất
Mỹ có hàm lượng nitơ cao hơn malt ở châu Âu. Vì có hàm lượng nitơ cao nên khi
sử dụng 100 % malt trong sản xuất bia sẽ dẫn đến hiện tượng bia sẽ không bền về
tính chất vật lý. Để khắc phục hiện tượng này người ta đã nghiên cứu sử dụng một
số loại ngũ cốc có hàm lượng protein hoà tan Ýt như gạo, ngô để thay thế một
phần malt làm tăng độ bền vững của bia trong bảo quản. Trong malt còn có hoạt
lực diastatic cao có khả năng chuyển hoá một lượng tinh bột lớn hơn so với lượng

tinh bột có trong bản thân malt nên có thể sử dụng thêm nguyên liệu khác có chứa
tinh bột để tăng hiệu suất thu hồi, giảm giá thành sản phẩm. [7].
Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ sản
xuất bia thì nhu cầu về nguyên liệu, đặc biệt là malt đại mạch cũng rất lớn. Hàng
năm chúng ta phải nhập hàng ngàn tấn malt (năm 1991 là 8.400 tấn, năm 1997 là
74.868 tấn ) từ các nước như Pháp, Canada, Óc với chi phí hàng chục triệu
USD. Do vậy, xu hướng giảm bớt lượng malt đưa vào sản xuất tiết kiệm ngoại
tệ, nâng cao hiệu suất của các nhà máy bia là một vấn đề đã và đang được các
nhà công nghệ lưu tâm nghiên cứu và từng bước đưa vào triển khai sản xuất.
Hầu hết các nhà máy bia trong nước đều đã sử dụng các nguyên liệu sẵn có như
gạo, ngô, đường kính để làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm
giảm bớt những chi phí do phải nhập nguyên liệu và hạ gía thành sản phẩm.
1.2.2.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu và đường hoá
Quá trình nấu - đường hoá thực chất là quá trình thuỷ phân do tác dụng
của hệ enzim có trong malt hoặc nguồn enzim thương phẩm bổ xung từ bên
ngoài nhằm chuyển hoá các thành phần thành chính của malt và nguyên liệu
thay thế (như tinh bét, protein, ) thành các chất hòa tan trong nước nhằm thu
được dịch đường có thành phần mong muốn để đảm bảo chất lượng bia sau này
nhờ chế độ nhiệt độ thích hợp. Hiệu suất của quá trình thuỷ phân bằng enzym
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là nhiệt độ, pH, nồng
độ cơ chất (tinh bét, protein, ), nồng độ và hoạt độ enzim,
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thuỷ phân là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng của quá
trình enzim. Trong khoảng có ý nghĩa công nghệ, vận tốc của phản ứng thuỷ
phân dưới tác dụng của enzim tăng cùng với sự tăng của nhiệt độ và đạt giá trị
cực đại ở điều kiện nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ tối ưu không phải cố định mà nó
phụ thuộc tương hỗ vào rất nhiều yếu tố khác như pH, nồng độ chất kìm hãm,
nồng độ cơ chất, Ở điều kiện đường hoá trong sản xuất bia, nhiệt độ tối ưu của
các enzym thường có sự sai khác với nhiệt độ tối ưu ở môi trường thuần khiết.
Điều chỉnh nhiệt độ khối dịch đường hoá, để điều hòa phản ứng là giải pháp hữu

hiệu nhất để định hướng tiến triển của quá trình enzym, tạo ra tỷ lệ tương quan
giữa các pha sản phẩm như mong muốn khi tiến hành đường hoá. Đáng chú ý là
khi đạt đến nhiệt độ tối ưu cần phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian để enzym
thực hiện quá trình xúc tác thuỷ phân một cách triệt để.
Sự thuỷ phân tinh bét trong dịch đường hoá xảy ra dưới tác dụng của 2 enzim α
- và β - amylaza mà nhiệt độ tối ưu của α - amylaza là 75
0
C và β - amylaza là
65
0
C. Do đó, có thể dùng nhiệt độ để điều chỉnh tỷ lệ đường lên men và đường
không lên men. Maltoza được tạo thành nhiều nhất ở 60 - 65
0
C, còn ở điều kiện
70 - 75
0
C chủ yếu là dextrin.
Trong quá trình nấu, khoảng 28 - 40% lượng protein có trong malt được chuyển
sang dạng hoà tan đi vào thành phần của dịch đường. Quá trình thuỷ phân
protein diễn ra trong khoảng nhiệt độ 40 - 70
0
C, nhưng tốt nhất là ở 45 - 55
0
C.
Mức độ thuỷ phân protein ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền hoá lý của bia. Bia sẽ
được ổn định khi giảm hàm lượng protein cao phân tử bằng cách kết tủa , hấp
phụ hay thuỷ phân bằng enzim proteaza.
- Ảnh hưởng của pH
pH cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân
bằng enzym. Các hệ enzym khác nhau có vùng pH tối ưu khác nhau:

+ α - amylaza : pH = 5,7
+ β - amylaza : pH = 4,8 - 5
+ Proteaza : pH = 5,2 - 6
Trong quá trình nấu, pH giảm dần. pH bình thường của dịch đường hoá là
5,7 - 5,8. Trong điều kiện nhiệt độ cao, các chất điện ly phân ly mạnh hơn do đó
ion H
+
tăng lên dẫn đến pH giảm. Ở 50
0
C độ chênh lệch pH là 0,2; còn ở 70
0
C là
0,3 so với điều kiện nhiệt độ bình thường.
Vùng pH tối ưu cho các enzim có trong malt hoạt động phần lớn nghiêng về
vùng axit. ở những điều kiện cần thiết, để điều chỉnh pH người ta có thể điều
chỉnh trực tiếp bằng cách thay đổi thành phần hoá học của nước, hoặc có thể
dùng axit lactic, H
3
PO
4
, để điều chỉnh pH.
- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất
Ở nhiệt độ thường, kết quả phản ứng thuỷ phân phụ thuộc vào nồng độ cơ chất,
enzim và các sản phẩm tạo thành. Ở nhiệt độ cao, enzim trong dịch cháo loãng
thường bị ức chế mạnh hơn so với dịch cháo đặc. Theo Oparin, đường và pepton
có tác dụng ức chế quá trình kết tủa protein ở nhiệt độ cao, do vậy các sản phẩm
thuỷ phân có trong dịch đường là những chất bảo vệ tốt nhất cho các enzim.
Nồng độ dịch đường ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng các chất hoà tan
được tạo thành do tác dụng của enzim amylaza. Nhìn chung nếu dịch đường
càng loãng, lượng đường tạo ra càng nhiều, đặc biệt là nhóm đường thấp phân

tử, có khả năng lên men được. Tuy nhiên tương quan đó không phải là tỷ lệ
thuận. Nói cách khác, nếu tỷ lệ nguyên liệu và nước giảm thì hoạt động enzim sẽ
mạnh hơn. Khi đường hoá dịch cháo đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ
nhiều hơn với dịch cháo loãng. Nguyên nhân của hiện tượng này là ở dịch cháo
đặc, độ bền của β - amylaza cao hơn và do nồng độ cơ chất cao nên thời gian
đường hoá kéo dài - điều này rất phù hợp cho β - amylaza vì tốc độ phân cắt tinh
bột của chúng rất chậm.
Hoạt lực của hệ enzim proteaza tăng lên khi nồng độ dịch nấu tăng. Trong dung
dịch có nồng độ cao, nồng độ ion H
+
tăng lên tạo điều kiện cho hệ enzim
proteaza hoạt động. Khi nồng độ cơ chất tăng, dịch đường thu được sẽ chứa
nhiều đạm formol hơn so với trường hợp khác. Nồng độ cơ chất là yếu tố chi
phối khá mạnh đến tỷ lệ các cấu tử sản phẩm tạo thành từ sự thuỷ phân protein,
mà quan trọng nhất là tỷ số giữa pha thấp phân tử và pha có phân tử lượng trung
bình.
Như vậy, tỷ lệ nguyên liệu và nước là một trong những yếu tố quan trọng, ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch nấu và hiệu suất thu hồi. Thực tế cho thấy
dịch lọc đầu tiên có nồng độ chất khô ban đầu trong khoảng 14 - 16% là tốt nhất.
- Một số yếu tố ảnh hưởng khác
Trong thực tế, tuỳ thuộc vào chất lượng malt,thành phần nguyên liệu thay
thế, có thể dùng các biện pháp đun sôi 1 lần hoặc nhiều lần, hoặc dùng biện
pháp nẫu chín tinh bét trong nguyên liệu thay thế (Ví dụ: gạo, ngô, ). Việc chọn
chế độ nấu - đường hoá quyết định chất lượng dịch đường hoá cũng như bia
thành phẩm.
Khi tăng lượng nguyên liệu thay thế, nồng độ enzim trong malt giảm, chất lượng
dịch thuỷ phân giảm làm ảnh hưởng đến thành phần dịch đường và chất lượng
bia thành phẩm. Bên cạnh việc bổ xung enzim thương phẩm để tác dụng lên cơ
chất một cách hiệu quả hơn, việc chọn chế độ nấu - đường hoá (trong đó có các
yếu tố nhiệt độ, thời gian "nghỉ", pH, ) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.

PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU
- Malt đại mạch của Australia;
- Gạo CR 203 mua ngoài thị trường;
- Đại mạch B
3
trồng tại Cao Bằng;
- Các chế phẩm enzym của hãng Novo Industry - Đan Mạch : TERMAMYL
120L, FUNGAMYL 800L, NEUTRASE 0,5L, CEREMIX 2XL, ULTRAFLO L
- Hoa houblon dạng viên;
- Chủng nấm men Saccharomyces carlbergensis lấy tại Xưởng thực nghiệm -
Viện nghiên cứu Rượu - Bia - NGK.
2.2. DỤNG CỤ
1. Máy so màu quang phổ Beckman DU 530
2. Máy đo tỷ trọng DA - 300
3. Máy đo pH Denver - Industry
4. Máy lắc ống nghiệm
5. Bồn điÒu nhiệt
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phân tích nguyên liệu hạt
- Phương pháp xác định độ Èm của hạt.
Cân 20g hạt hoặc 5g bét cho vào hộp nhôm có nắp đã biết trước trọng
lượng, sấy ở nhiệt độ 105
0
C và sấy đến trọng lượng không đổi. Lần sấy và cân
đầu cách nhau 60 phút, các lần tiếp theo cứ sau 30 phót. Trong trường hợp ở
lần sấy sau, trọng lượng hộp nhôm lại lớn hơn ở lần trước, ta dùng kết quả ở thời
điểm mà trọng lượng hộp chứa bột bắt đầu tăng. Nếu sai số giữa hai lần cân
liên tiếp không quá 0,001g thì kết thúc việc sấy.
Độ Èm của hạt được tính theo công thức :

(%)100x
ca
ba
W
−
−
=
W: Độ Èm của hạt (%)
a: Trọng lượng hộp nhôm và nguyên liệu trước khi sấy (g)
b : Trọng lượng hộp nhôm và nguyên liệu sau sấy. (g)
c: Trọng lượng hộp nhôm (g)
- Xác định trọng lượng riêng của hạt
Trọng lượng riêng của hạt đặc trưng về độ chắc, mập, độ chín của hạt.
Trọng lượng riêng của hạt còn phụ thuộc vào thành phần tính chất hoá học cấu
tạo của hạt.
Cách tiến hành : tiến hành đếm 1000 hạt và cân rồi ghi lại kết qủa, mỗi
lần thí nghiệm làm 2 mẫu. Lấy kết quả trung bình giữa các mẫu.
2.3.2. Phương pháp thử iot
Dùng iot 0,02 N thử với dịch đường hoá, nếu dịch đường hoá không làm
thay đổi màu của iot thì quá trình đường hoá kết thúc.
2.3.3. Phương pháp xác định đường khử (RS) theo maltoza bằng phương
pháp Nelson - Somogyi
∗
Nguyên tắc : Phương pháp dựa trên phản ứng tạo màu giữa đường khử và
Cu
2+
.
∗
Hoá chất
- Na

2
CO
3
: 12,5 g
KNaC
4
H
4
O
6
: 12,5 g
NaHCO
3
: 10 g
Na
2
SO
4
: 100g
Hoà tan trong 400 ml nước cất rồi định mức tới 500 ml, sau đó lọc nếu cần (1).
- CuSO
4
.5H
2
O : 30 g