Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme trong sản xuất bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------TRẦN HỒNG NAM

NGHIÊN CỨU CHẾ PHẨM EMZYME TRONG SẢN XUẤT BIA

Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
HOÀNG ĐÌNH HÒA

Hà Nội – 2011


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tôi thực hiện. Mọi số liệu trong luận
văn là đáng tin cây. Mọi sự giúp đỡ để hoàn thành luận văn đã được nêu trong phần
lời cám ơn. Mọi thông tin trích dẫn đã chỉ rõ nguồn gốc trong mục tài liệu tham
khảo. Nếu có vấn đề gì tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà nội, ngày tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn

Trần Hồng Nam

Trần Hồng Nam

i

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
MỤC LỤC........................................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG........................................................................................ v
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN ............................................................................ 3
1.1 Giới thiệu chung ...................................................................................... 3
1.2. Xu hướng nấu bia hiện nay:.................................................................... 5
1.3. Các vấn đề phát sinh và ứng dụng của enzyme...................................... 6
1.3.1. Gelatin hóa kém tại nồi cháo ........................................................... 6
1.3.2. Thiếu dưỡng chất cho men phát triển .............................................. 6
1.3.3. Vẩn đục protein ................................................................................ 6
1.3.4. Dịch mash có độ nhớt cao, khó lọc : ................................................ 6
1.3.5. Đường hóa kém : .............................................................................. 7
1.3.6. Đục ở nhiệt độ lạnh .......................................................................... 8
1.3.7. Thời gian lên men kéo dài, hương vị - mầu sắc thay đổi :............... 8
1.4 Các loại cặn gây đục cho bia ................................................................... 9
1.4.1. Theo bản chất của hạt ...................................................................... 9

1.4.2. Phân loại theo công đoạn sản xuất ............................................... 11
1.5. Ý nghĩa của việc xử lý đục bia thành phẩm trong sản xuất bia và hướng
nghiên cứu chính của tác giả ....................................................................... 15
1.6. Nghiên cứu về đục bia thành phẩm: nguyên nhân, thành phần và các
yếu tố ảnh hưởng. ........................................................................................ 16
1.6.1. Đục bia thành phẩm - đục keo là gì ? ................................................ 18
1.6.2. Nguyên nhân của hiện tượng đục keo ............................................ 18
1.6.3. Mô hình hóa sự tạo thành đục keo. ................................................ 24
1.6.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo đục keo .................................... 26
1.6.5. Các biện pháp phòng ngừa đục keo ............................................... 27
Trần Hồng Nam

ii

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

1.6.6. Các biện pháp xử lý đục keo .......................................................... 28
1.7. Nghiên cứu về việc sử dụng enzyme trong việc xử lý đục keo nhằm kéo
dài thời gian bảo quản của bia. .................................................................... 34
1.7.1. Cơ sở của việc sử dụng enzyme trong sử lý đục keo...................... 34
1.7.2. Lựa chọn enzyme qua chế độ, liều lượng và điều kiện sử dụng .... 36
1.8. Nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................. 36
1.8.1 Mục tiêu của đề tài .......................................................................... 36
1.8.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài ...................................................... 37
CHƯƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ........................................ 38

2.1. Đối tượng, vật liệu và phương pháp nghiên cứu .................................. 38
2.1.1. Bia thí nghiệm: Công thức nấu và thành phần nguyên liệu .......... 38
2.1.2. Enzyme: .......................................................................................... 43
2.2. Các phương pháp .................................................................................. 48
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu so sánh kết quả gián tiếp ...................... 48
2.2.2. Phương pháp phân tích hóa lý ....................................................... 49
2.3. Các thiết bị sử dụng .............................................................................. 55
2.3.1 Máy đo độ đục Vos Rota 90/25 ....................................................... 55
2.3.2 Thiết bị giữ nhiệt Julabo F34.......................................................... 55
2.3.3. Thiết bị ổn nhiệt THEMT BFT4 CC3 của Huher........................... 56
2.4. Cách thức tiến hành thực nghiệm ......................................................... 57
CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 58
3.1. Khảo sát hàm lượng polyphenol và protein nhậy cảm của một số sản
phẩm bia trên thị trường Việt Nam.............................................................. 58
4.2. Khảo sát ở hàm lượng emzyme brewers clarex ở hàm lượng 2g/hl..... 59
4.3. Khảo sát ở hàm lượng emzyme brewers clarex ở hàm lượng 1.5 g/hl. 61
4.3. Khảo sát ở hàm lượng emzyme brewers clarex ở hàm lượng 1 g/hl.... 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 65

Trần Hồng Nam

iii

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các enzymes được tạo thành trong quá trình sản xuất malt ............... 4
Hình 1.2 Các ứng dụng của enzymes trong công nghiệp sản xuất bia .............. 5
Đồ thị 1.3 Hàm lượng polyphenol thu được trong từng giai đoạn nấu bia....... 12
Đồ thị 1.4 Lượng bia thu được qua thời gian lọc ở các nồng độ chất trợ lắng
khác nhau........................................................................................................... 14
Hình 1.5 Các cấu trúc của proanthocyanidin, các dimer liên quan đến độ đục
keo ..................................................................................................................... 20
Hình 1.6 Các cấu trúc của polyphenol tìm thấy trong bia ................................ 22
Hình 1.7 Sự phát triển của đục keo ................................................................... 23
Hình 1.8 Mô hình diễn tả sự liên kết giữa hai chuỗi peptid qua cầu polyphenol
tại vị trí proline ( được thể hiện qua mầu xanh và trắng).................................. 25
Hình 1.9 Sự phát triển của đục keo được mô phỏng bằng máy tính................. 26
Hình 1.10 Proline là các vị trí gắn kết giữa peptid và polyphenol ................... 26
Hình 1.11 Liên kết giữa PVPP và Polyphenol.................................................. 33
Hình 1.12 Quan sát cấu trúc các phụ gia qua kính hiển vi điện tử ................... 34
Hình 1.13 Ảnh chụp hình ảnh phân tích đục bia............................................... 35
Đồ thị 2.1 Sơ đồ nấu bia thí nghiệm ................................................................. 39
Hình 2.2 Cơ chế hoạt động của brewers clarex ................................................ 45
Hình 2.3 Polyphenol là một trong 2 cơ chất tham gia quá trình tạo đục .......... 46
Hình 2.4 Protein nhậy cảm là cơ chất đáng chú ý............................................. 46
Hình 2.5 Sự tạo thành đục keo .......................................................................... 47
Hình 2.6 Đục keo sẽ phát triển tạo thành đục có thể nhìn rõ............................ 48
Hình 2.7 Sự tác động của enzyme..................................................................... 48
Biểu đồ 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng protein nhậy cảm và polyphenol
các loại bia......................................................................................................... 58
Biểu đồ 3.2 Kết quả sốc nhiệt bia thí nghiệm có và không sử dụng brewers
clarex 2g/hl........................................................................................................ 59
Trần Hồng Nam

iv

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Biểu đồ 3.3 So sánh kết quả mẫu đối chứng và mẫu sử dụng nồng độ 1.5g/hl ..
........................................................................................................................... 62
Biểu đồ 3.4 So sánh kết quả mẫu đối chứng và mẫu sử dụng nồng độ 1g/hl
........................................................................................................................... 63

Trần Hồng Nam

v

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Kết quả phân tích protein nhậy cảm và polyphenol các loại bia....... 58
Bảng 3.2 Kết quả phân tích sốc nhiệt bia thí nghiệm sử dụng enzyme brewers
clarex 2g/l .......................................................................................................... 59

Bảng 3.3 Kết quả cảm quan mẫu bia thí nghiệm có và không sử dụng
brewclarex 2g/hl................................................................................................ 60
Bảng 3.4 Độ bền bọt của bia thí nghiệm có và khi không sử dụng brewers
clarex. bằng phương pháp NIBEM ................................................................... 61
Bảng 3.5 Kết quả phân tích sốc nhiệt bia thí nghiệm sử dụng enzymes
brewers clarex 1.5g/l ......................................................................................... 61
Bảng 3.6 Kết quả cảm quan mẫu bia thí nghiệm có và không sử dụng
brewclarex 1.5g/hl............................................................................................. 62
Bảng 3.7 Độ bền bọt của bia thí nghiệm có và khi không sử dụng brewers
clarex bằng phương pháp NIBEM .................................................................... 63
Bảng 3.8 Kết quả phân tích sốc nhiệt bia thí nghiệm sử dụng enzymes brew
clarex 1 g/l......................................................................................................... 63

Trần Hồng Nam

vi

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự xuất hiện của nhiều sản phẩm đồ uống khác nhau,
nhưng sản xuất bia vẫn là một ngành sản xuất đồ uống khổng lồ, đem lại một
lợi nhuận lớn, và luôn thu hút các nhà đầu tư.
Cùng với điều kiện đời sống ngày càng tăng, đi cùng với nó là yêu cầu
về chất lượng của các sản phẩm tiêu dùng ngày càng cao, ta thấy rõ là trong

sản xuất bia có xu hướng rõ rệt là nấu bia bằng tỷ lệ malt càng tăng .
Tuy vậy, do ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu toàn cầu cũng như sự
chuyển dịch xu hướng sản xuất, độ nảy mầm của malt và kích cở hạt cũng có
sự biến đổi bất lợi. Cùng với sự cạnh tranh mạnh mẽ trong ngành đòi hỏi phải
có sản phẩm tốt, độc đáo cùng với yêu cầu tiết kiệm, thời gian và chi phí dẫn
đến xu hướng nấu bia có thay đổi.
Do vậy, các nhà làm bia đang cố gắng sử dụng nhiều lọai malt với chất
lượng thay đổi, sử dụng ngày càng nhiều lúa đại mạch và nguyên liệu thay
thế. Cũng do sức ép về cạnh tranh, về lợi nhuận mà hiện nay nấu bia nồng độ
cao ngày càng phổ biến. Điều này dẫn đến một số vấn đề mà các nhà làm bia
phải giải quyết, chẳng hạn như:
- Công suất nhà nấu giảm do thời gian lọc, dài hơn. Tổn thất nấu tăng
hơn.
- Quá trình lên men chậm và khó khăn hơn. Giảm khả năng lên men
(đường lên men và FAN)
- Thời hạn sử dụng của sản phẩm ngắn do độ đục tăng cao và có nhiều
vẩn đục tạo thành trong chai bia thành phẩm trong quá trình tàng trữ ....
Sử dụng enzymes trong sản xuất bia đang là một giải pháp ưa chuộng
bởi vì nó đáp ứng được nhu cầu của các nhà sản xuất, nhằm giải quyết một
cách hiệu quả nhưng vấn đề mà quá trình sản xuất bia gặp phải.
Đối với bài viết này, em tập trung vào vấn đề sử dụng enzymes trong
việc đảm bảo sự ổn định của bia, nhằm kéo dài thời gian sử dụng của bia. Mà
Trần Hồng Nam

1

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

việc làm đầu tiên là nghiên cứu về độ đục của bia và biện pháp sử dụng
enzymes trong việc giảm độ đục, vẩn tạo thành trong quá trình tàng trữ nhằm
kéo dài thời gian bảo quản của bia.
Đề tài sẽ giới thiệu và khái quát những ứng dụng của enzymes trong
việc giải quyết những vấn đề hiện nay trong quá trình sản xuất bia. Sau đó sẽ
đi sâu và nghiên cứu độ đục của bia, cách sử dụng enzymes và phân tích
những số liệu và kết luận về nghiên cứu trên, trên sản phẩm bia (gọi là bia thí
nghiệm) sản xuất theo công nghệ Hà nội của Tổng công ty cổ phần Bia Rượu - Nước giải khát Hà nội (Habeco).
• Mục tiêu của đề tài :

- Sử dụng loại enzyme thích hợp để xử lý hiện tượng đục trong chai
bia thành phẩm khi bảo quản và ở trên thị trường nhằm kéo dài thời hạn sử
dụng của chai bia thành phẩm. Có kết luận cụ thể về liều lượng cũng như điều
kiện sử dụng của loại enzyme trên
• Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu nguyên nhân, thành phần gây đục cho bia thành phẩm, cơ
chế tạo đục và các yếu tố ảnh hưởng sự tạo đục nói trên.
- Nghiên cứu sử dụng enzyme trong việc xử lý đục nói trên.
Đối với thị trường sản xuất bia tại Việt Nam, hiện tượng đục bia không
phải là hiện tượng đơn lẻ, mà rõ ràng nó là một vấn đề thật sự đối với ngành
sản xuất bia rượu hiện nay. Với mức độ sản xuất công nghiệp cao, sản xuất số
lượng lớn thì giải quyết được vấn đề trên sẽ rất có ý nghĩa về bài toán kế
hoạch sản xuất, quay vòng sản phẩm. Ngoài ra nó còn ý nghĩa về việc giải
quyết các vấn đề tranh chấp, kiện tụng về chất lượng sản phẩm, nhằm đảm
bảo và nâng cao thương hiệu sản phẩm trên thị trường.

Trần Hồng Nam

2

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung
Với một quan niệm thông thường nhất, theo định nghĩa
của wikipedia: Bia (từ tiếng Pháp: bière hoặc tiếng Anh:
beer) nói một cách tổng thể, là một loại đồ 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.
Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có
niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các
thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia) - khu vực giữa hai
sông Tigris và Euphrates thuộc Tây Á, ngày nay là miền nam của Iraq.
Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu,
bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn.
Nói đến các cơ sở sản xuất bia ở Việt Nam, chắn chắn phải nói đến
Tổng công ty Bia – Rượu – NGK Hà nội với các sản phẩm mang nhãn hiệu
‘Bia Hà nội’ như bia chai 450ml, bia chai PREMIUM, bia lon và bia hơi.

Trong sản xuất bia, enzyme ngày càng được nghiên cứu sâu và áp dụng
ngày càng mạnh mẽ. Có thể khái quát về enzyme trong sản xuất bia như sau :

Trần Hồng Nam

3

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm
Enzyme :
- Là chất xúc tác sinh học có
bản chất là các protein chức
năng, tìm thấy trong tất cả các
cơ thể sống.
-Xúc tác một phản ứng hóa
học đặc hiệu.
-Liều lượng sử dụng rất
thấp. Sử dụng an toàn nhưng tốt
nhất là làm theo hướng dẫn..
Trong sản xuất bia, tác động

của enzyme rất rõ ràng. Malt là nguồn cấp enzyme, và cũng là nguồn cấp cơ
chất, cùng với gạo. Hình vẽ (1.1) dưới đây mô tả rõ ràng về trình bày ở trên.

Hình 1.1 : Các enzymes được tạo thành trong quá trình sản xuất malt

Trần Hồng Nam

4

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Hình 1.2 Các ứng dụng của enzymes trong công nghiệp sản xuất bia
Một số enzyme đã sử dụng trong ngành sản xuất bia rượu và đã được
quen dùng như của các hãng Novoezymes, DMS ...
1.2. Xu hướng nấu bia hiện nay:
Như đã nói ở phần mở đầu, cùng với điều kiện đời sống ngày càng
tăng, đi cùng với nó là yêu cầu về chất lượng của các sản phẩm tiêu dùng
ngày càng cao, ta thấy rõ là trong sản xuất bia có xu hướng rõ rệt là nấu bia
bằng 100% malt chất lượng cao.
Tuy vậy, do sức ép của các nhà cung cấp malt, các nhà làm bia đang cố
gắng sử dụng nhiều loại malt với chất lượng thay đổi, sử dụng ngày càng
nhiều lúa đại mạch và nguyên liệu thay thế
Cũng do sức ép về cạnh tranh, về lợi nhuận mà hiện nay nấu bia nồng
độ cao ngày càng phổ biến.
Nhận xét chung về các xu hướng trên đều có một số vấn đề còn tồn tại
sau:
- Công suất nhà nấu giảm do thời gian lọc, dài hơn.
- Tổn thất nấu tăng hơn.
- Giảm khả năng lên men (đường lên men và FAN)
Trần Hồng Nam

5

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

- Thời gian bảo quản ngắn, thường dưới 6 tháng.
1.3. Các vấn đề phát sinh và ứng dụng của enzyme
Việc sử dụng nguyên liệu thay thế và nguyên liệu kém chất lượng trong
sản xuất bia sẽ gây ra một số sự cố - ảnh hưởng tới chất lượng và hiệu suất được mô tả dưới đây :
1.3.1. Gelatin hóa kém tại nồi cháo
Nguyên nhân : Khi tỷ lệ nguyên liệu khô cao, nếu không kiểm soát
được nhiệt độ dễ xảy ra hiện tượng vón cục và đóng cháy. Điều này do sự
thủy phân cắt mạch tinh bột chưa triệt để dẫn đến độ nhớt của dịch còn cao.
Mặt khác, các ngũ cốc như ngô, gạo… là các nguyên liệu thay thế dùng
trong sản phẩm bia có nhiệt độ hồ hóa thường cao hơn nhiệt độ dịch hóa của
malt lót. Để đảm bảo quá trình hồ hóa và dịch hóa của các nguyên liệu thay
thế được diễn ra hoàn toàn thì có thể sử dụng chế phẩm enzym bền nhiệt αamylaza.
1.3.2. Thiếu dưỡng chất cho men phát triển
Do hàm lượng protein trong các loại ngũ cốc dùng thay thế thấp hơn
nhiều so với malt, cũng như không có đủ lượng enzyme proteaza nội sinh để
chuyển hóa các mạch peptid của protein thành amino acid.
Người ta có thể sử dụng enzyme proteinaza thủy phân các protein phân
tử lượng cao thành các nitrogen hòa tan (FAN) và các peptid.
1.3.3. Vẩn đục protein
Hiện tượng có vẩn protein là do hoạt tính protease kém, lượng protein
dạng polypeptid không thể phân cắt thành aminoacid dạng nhỏ hơn - có thể
hòa tan. Lượng polypeptid không tan này còn nhiều trong dịch đường tạo vẩn

protein. Đây là một trong ba thành phần chính tạo vẩn bia thành phẩm sau này
(protein – glucan- polyphenol).
1.3.4. Dịch mash có độ nhớt cao, khó lọc : 
Hiện tượng này do enzyme glucanase hoạt động kém. Thành phần
glucan trong cấu tạo vỏ ngoài của hạt ngũ cốc không được phân cắt thành
Trần Hồng Nam

6

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

đường triệt để, sẽ làm tăng độ nhớt và làm bít các tấm lọc gây hiện tượng khó
lọc, dịch hèm đục, hiệu suất đường hóa thấp.
Với việc sử dụng chế phẩm anpha – glucanase bền nhiệt, sử dụng được
cả trong các quá trình đường hóa, lên men hay ủ chín bia, sẽ giải quyết được
vấn đề trên, và có thể dùng tại các khâu sau nấu, khi ta đã phát hiện ra các
hiện tượng và vẫn giải quyết không e ngại muộn.
1.3.5. Đường hóa kém : 
Hiện tượng này do enzyme amilaza hoạt động kém. Tinh bột không
được chuyển hóa hoàn toàn thành đường thấp phân tử - gluco và malto hòa
tan trong dịch. Phân tử tinh bột kích thước lớn còn lại sau khi kết thúc đường
hóa sẽ gây nhiều sự cố và làm hiệu suất thu hồi thấp :
a. Khi tinh bột còn lại trong nồi lọc (Lauter tank) : Dịch hèm đục và tốc
độ lọc hèm chậm.
b. Khi tinh bột còn lại trong hèm : sẽ không lắng cặn hèm, dịch hèm đục.

c. Khi tinh bột còn lại trong dịch lên men :
- PH có thể giảm.
- Lên men kém.
- Bia rất khó lọc.
- Ảnh hưởng tới hương vị.
- Hiệu suất kém.
Mặt khác, ta thấy hệ enzyme trong malt kém bền nhiệt, dễ bị vô hoạt
khi có trục trặc về kiểm soát nhiệt độ, hoặc khi ở nhiệt độ hồ hóa, nó sẽ vô
hoạt enzyme dịch hóa. Ngoài ra, liên kết anpha 1,6 và một số liên kết anpha
1,4 liền kề không được thủy phân. Có số liệu do hãng Danisco đưa ra có nói
rằng khả năng lên men ở các loại bia thông thường < 70% độ lên men thực tế.
Điều này sẽ gợi mở một hướng nâng cao hiệu suất nấu, cũng như có thể đưa
ra dòng sản phẩm mới khi sử dụng các chế phẩm enzym như anpha amylaza
hay glucoamylaza.
Trần Hồng Nam

7

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

1.3.6. Đục ở nhiệt độ lạnh
Hiện tượng này sảy ra do phức hợp hydrat cacbon bao gồm beta glucan.
Nhưng phần lớn là do phức protein - polyphenol.
Bia có thể bị đục ở OoC do protein không tan ở nhiệt độ thấp.
1.3.7. Thời gian lên men kéo dài, hương vị - mầu sắc thay đổi : 

Trong quá trình lên men alpha acetolactat (chất trung gian giữa
aminoacid Valine và Leuxin) bị oxy hóa tạo diacetil. Người ta cho rằng hàm
lượng Diacetil cao làm cho bia có vị không ngon, thể hiện sự chưa ‘chín’ của
bia. Nếu uống lúc này sẽ gây nhức đầu, khó chịu. Và vì hàm lượng diacetil
trong dịch còn cao nên phải kéo dài thời gian lên men.
Thường thì các sử lý được dùng là cho enzyme alpha acetolactat
decacboxylase vào giai đoạn đầu của quá trình lên men có tác dụng chuyển
alpha acetolactat thành aceton, mà không hình thành diacetyl.
Hiện nay, có nhiều quan điểm trái ngược về diacetin trong bia là chất
không mong muốn (?) khi so sánh vai trò của nó trong sữa. Nhưng có lẽ nên
nhìn nhận rằng hàm lượng 0,1 ppm diacetin là ‘điểm chuẩn’ thể hiện sự chín
của bia. Vì khi coi nó là điểm chuẩn thì nó sẽ khống chế các chất khác ‘không
mong muốn’ – trong một hệ cân bằng hóa sinh, ở các ngưỡng tương ứng nào
đó. Và điều đó đảm bảo bia có giá trị cảm quan đạt yêu cầu.
Trong thực tế cũng đã chứng minh rằng khi sử dụng chế phẩm enzyme
alpha acetolactat decacboxylase đã rút ngắn được thời gian ủ phụ khoảng 4
ngày.

Trần Hồng Nam

8

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

1.4 Các loại cặn gây đục cho bia

Quá trình sản xuất bia là quá trình luôn tìm cách làm cho dịch sản xuất
phải trong, vì thế phải người ta phải loại bỏ những cặn đục xuất hiện trong
quá trình sản xuất. Chính vì thế từ quá trình nấu đã xuất hiện máy lọc dịch
đường, thùng lắng xoáy... Trong quá trình lên men có thiết bị lọc bia....và phải
xử lý bằng PVPP hoặc bổ xung các chất chống oxy hóa nhằm không xuất hiện
cặn trong quá trình bảo quản...
Có nhiều cách phân loại đục bia. Để có thể quan sát vấn đề theo nhiều
hướng khác nhau, ta có thể phân loại theo :
- Theo bản chất của hạt kết lắng : Có bản chất sinh học hoặc không...
- Theo quá trình công nghệ sản xuất : Cặn sẽ xuất hiện hoặc bị loại ra
theo từng công đoạn sản xuất.
1.4.1. Theo bản chất của hạt
Được chia ra thành đục có bản chât vi sinh vật và đục có bản chất
không phải do vi sinh vật.
1.4.1.1 Đục do vi sinh vật:
Do sự phát triển của các vi sinh vật nhiễm tạp trong bia hoặc xác nấm
men còn sót lại sau quá trình lọc chưa triệt để. Có thể kể ra đây là Brewer
yeast , wild Yeast, Bacteria...
1.4.1.2 Đục có nguồn gốc không phải vi sinh vật Non Micro bioParticles
(NMP).
Do sự thay đổi về tính chất vật lý và hoá học xảy ra trong sản phẩm bia
theo thời gian bảo quản, bao gồm:
a. Đục do phức chất protein-polyphenol

Trần Hồng Nam

9

Luận văn cao học

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Polyphenol + Protein + H2O
Phức

chất

hoà tan

(Polyphenol)m(Protein)n + H2O

T thấp, 0oC

Kết tủa khi có oxy,

Phân huỷ ở T cao

ion kim loại

(Polyphenol*)x(Protein*)y + H2O

(Polyphenol)a(Protein)b+ H2O

Đục sương

Đục vĩnh cửu

(kích thước 0.1-1µm)

(kích thước 1- 10µm)

- Đục vĩnh cửu (không hoà tan ở 200C): được hình thành vĩnh viễn
trong bia trong quá trình bảo quản và đặc trưng là kích thước của hạt rất lớn,
không giống nhau, hàm lượng có trong bia vào khoảng 5-15mg/l
- Đục sương (không hoà tan ở 00C): là loại đục đựơc hình thành khi bia
được để lạnh, đặc trưng của loại đục này là kích thước của hạt đục rất nhỏ và
có thể tan trở lại khi ở nhiệt độ ấm.
Các yếu tố ảnh hưởng tới độ đục sương: hàm lượng polyphenol, hàm
lượng protein thuỷ phân, hàm lượng oxy, nhiệt độ, hàm lượng hydrocacbon,
các ion kim loại (sắt, đồng,..), ánh sáng,…
b. Cặn oxalat (cặn lắng):
Bao gồm các canxi oxalat, khoáng chất không kết tinh hoặc kết tinh
trong bia có khoảng 1-10mg/l.
c. Đục do cacbonhydrat
Bao gồm các polysacharit, tinh bột, β-glucan, trong bia có khoảng 12mg/l.
d. Các chất khác : Ngoài ra còn có hiện tượng đục do lipid...

Trần Hồng Nam

10

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

1.4.2. Phân loại theo công đoạn sản xuất
Thường thì độ đục gây ra bởi NMP được tạo thành và được loại ra ngay qua
các chu trình của sản xuất bia. Quá trình nấu bia tốt sẽ tạo điều kiện cho quá
trình loại bỏ những cặn đục này trong những cơ hội sớm nhất có thể, và vì thế
có lợi cho quá trình làm trong, lọc bia sau này. Ngoài ra, quá trình nấu bia tốt,
chẳng hạn như đảm bảo hiệu quả đun sôi, tránh được sự đuổi nước rửa bã quá
kiệt... sẽ hạn chế được hàm lượng các tiền chất hòa tan, khả dĩ gây đục sau
này.
1.4.2.1. Quá trình đường hóa (mashing) :
Quá trình nghiền malt tạo ra các bột mịn và vỏ trấu. Tuy chúng được
chuyển hóa hoặc loại ra khỏi dịch nha nhưng cũng có khả năng đi vào trong
dịch khi xuyên qua lỗ lọc ở lần lọc đầu hoặc khi quá áp. Điều này đặc biệt
đúng với nồi lọc lắng khi đảo bã. Cũng như vậy đối với lọc khung bản khi
có sự cong, vênh nhất định nào đó dẫn đến sự xâm nhập của các hạt to hơn.
Ngoài ra, do chất lượng malt không tốt, cũng như sự điều khiển nhiệt độ
quá trình mashing không tốt sẽ dẫn đến sự chuyển hóa kém và do đó gây ra
nhiều hạt tinh bột còn lại và beta glucan. Và vì thế sẽ ảnh hưởng xấu đến
quá trình lọc.
Ngoài ra, nếu đuổi bã quá kiệt sẽ có nhiều lipid, polyphenolic ở trong
dịch, và vì thế sẽ tạo ra đục. Đồ thị (1.3) dưới đây sẽ mô tả rõ hơn về hàm
lượng polyphenol thu được qua các công đoạn.

Trần Hồng Nam

11

Luận văn cao học

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Đồ thị 1.3: Hàm lượng polyphenol thu được trong từng giai đoạn nấu bia.
Rõ ràng là hàm lượng polyphenol tổng số tại dịch đuổi bã cuối cao hơn
rất nhiều so với các công đoạn khác, tức là sẽ tạo ra nhiều tiền chất gây đục
bia sau này. Do đó đặc biệt tránh việc đuổi bã quá kiệt
1.4.2.2. Quá trình đun sôi
Quá trình đun sôi sẽ làm biến tính nhiệt gây đông tụ protein và
poplyphenol tạo thành cặn nóng (hot break). Điều này xảy ra càng dễ dàng ở
điều kiện pH cao, đầy đủ protein, điều kiện cho sự sôi tốt như nhiệt độ tối
thiểu 1020C (ở áp suất khí quyển) trong thời gian tối thiểu là một giờ, với sự
sôi mạnh mẽ (a good roling boil) sẽ làm biến tính đông tụ tạo cặn nóng càng
nhiều. Các cặn này là các vẩn có kích thước khá to (large flocs) và vì thế dễ
dàng tách ra ở tại nồi lắng xoáy (whirlpool) hoặc tại bộ phận tách bã sau khi
cho hoa (hop-back). Nếu các điều kiện trên không được thỏa mãn thì quá trình
đông tụ sẽ không hiệu quả và tạo thành các vẩn tinh (file flocs) sẽ đi vào dịch.
Mặt khác, nếu chất lượng hoa kém, có tỷ lệ lớn các chất đắng bậc cao,
dẫn tới việc phí phạm khi sử dụng nguyên liệu, dẫn đến kết quả là tỷ lệ
polyphenol thấp và sẽ gây ra sự chuyển hóa kém các protein trong quá trình
tao cặn lạnh.

Trần Hồng Nam

12

Luận văn cao học

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

1.4.2.3. Quá trình lạnh nhanh dịch nha.
Trong giai đoạn này, protein bậc cao trong nha tác dụng với polyphenol
tạo thành các cặn lạnh (cold break) rất mịn và sẽ tạo thành các thể vẩn trong
dịch. Tính cả giai đoạn trước thì giảm được tổng số 17-35% protein.
Khi nhiệt độ hạ xuống dưới 200C thì sẽ xuất hiện vẩn đục, được goi là cặn
lạnh. Nhiệt độ càng giảm, cặn xuất hiện càng nhiều. Việc loại bỏ cặn này bằng
thiết bị làm lắng kettle finings sẽ làm giảm hơn 20% protein có nguồn gốc từ malt.
1.4.2.4. Quá trình lên men
Một số các thay đổi cơ học sảy ra trong giai đoạn này vừa tạo thành
cặn, vừa đồng thời tạo điều kiện cho sự loại bỏ chúng. Quá trình sinh sản của
nấm men dẫn đến pH giảm (khoảng 4-5) sẽ tạo điều kiện cho quá trình tương
tác giữa protein và polyphenol tạo NMP. Điều này làm loại bỏ 45-65% pr hòa
tan 20-30% anthocyanogen hòa tan.
1.4.2.5. Quá trình hạ lạnh bia xuống ủ phụ
Khi bia được hạ lạnh, nấm men lắng xuống đáy với tốc độ 18cm/ngày
đối với 1 tế bào, 72cm/ngày đối với 1 floc 6 tế bào( theo Ian L Ward, ‘The
Nature, Formation & Prevention of Beer Hazes’)[7]. Và việc hạ lạnh cũng
gây ra các phản ứng bậc cao giữa protein và polyphenol còn lại tạo thành các
NMP bậc cao, với tỷ trọng vào khoảng giữa bia và tế bào men. Tuy nhiên,
khác với các tế bào men có kích cỡ khá đồng đều ở 5µ, NMP trải dài từ <1 µ
đến 30 µ, dẫn đến tốc độ lắng rất khác nhau từ 0,8cm/ngày (của hạt kích
thước 1 µ) đến 40cm/ngày (hạt 7µ). Việc loại bỏ chúng ở giai đoạn này được
hỗ trợ bởi thạch hoặc các chất trợ lắng.
1.4.2.6. Quá trình làm trong (Clarification)
Đây là một công đoạn khá lạ lẫm đối với một số nhà máy bia ở Việt
Nam, nhưng được áp dụng trên một số nhà máy trên thế giới.

Hiệu quả của quá trình lắng trong ảnh hưởng rõ rệt đến sự lựa chọn
cách thức và thiết bị lọc. Người ta đã thu được kết quả khi sử dụng thiết bị
lắng kettle fining với hàm lượng chất trợ lắng khác nhau :
Trần Hồng Nam

13

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Đồ thị 1.4 : Lượng bia thu được qua thời gian lọc ở các nồng độ
chất trợ lắng khác nhau
Ta có thể quan sát thấy rõ ràng từ trái qua phải, các mẫu bia càng trong
dần, tương ứng với lượng chất hỗ trợ tăng dần. Đồ thị (Beer volume- Filtation
Time) (xem đồ thị 1.4 ở trên) cũng thể hiện rõ ảnh hưởng rõ rệt của hàm
lượng chất trợ lắng thể hiện qua các đồ thị màu sắc khác nhau. Như vậy, tỷ lệ
tăng dần của các chất trợ lắng sẽ làm tăng độ trong của dịch, và nó sẽ làm
tăng cả lượng bia lọc, cũng như giảm thời gian lọc lượng bia nói trên.
1.4.2.7. Cặn xuất hiện sau quá trình lọc
Người ta tổng kết thấy chủ yếu là cặn thường và các loại cặn khác:
thông thường cặn thường hình thành từ cặn lạnh và nhiều tác giả đã chứng
minh điều này trong quá trình theo dõi bia, họ kết luận rằng khi cặn thường
tăng lên thì cặn phụ tạo ra trong quá trình làm lạnh lại giảm đi. Nhưng cặn
thường còn có thể tạo ra bởi một hợp chất làm kết tủa protein. Kết quả là tạo
ra một lượng kết tủa nhất định. Ví dụ sự kết tủa này là do cặn có thể được
hình thành từ formol hay ngẫu nhiên từ các chất sát khuẩn khác được trộn vào

trong bia, hoặc do tanin hoà tan từ nút li-e của chai.
Trần Hồng Nam

14

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

Thành phần của các chất tạo cặn trong bia cũng được nhiều tác giả
nghiên cứu. Bản chất của các hợp chất nitơ cũng đã được nghiên cứu, việc
phân tích các acid amin được tìm thấy sau khi thủy phân cặn cho thấy cặn có
thành phần tương tự như hordeine (đại mạch). Việc phân tích cặn cho thấy
chúng được tạo nên từ các loại protein khác nhau.
Đối với các hydrocacbon, người ta chưa nghiên cứu một cách hệ thống.
Theo Khoa học công nghệ malt và bia (Nguyễn thị Hiền chủ biên) [1] có trích
nghiên cứu của Hartong, khẳng định không hề có hydrocacbon phức, nhưng
một số tác giả khác lại nhấn mạnh đến sự có mặt của glucoza, các đường
pentoza khác và có cả các kim loại trong cặn, nhất là Fe, Cu.
Cũng theo Khoa học công nghệ malt và bia, bên cạnh các kết tủa có
nguồn gốc từ các chất keo còn có các kết tủa có bản chất hóa học. Đây không
phải là cặn keo mà là sự kết tủa của các tinh thể, đặc biệt là các tinh thể canxi
oxalat, các tinh thể này thường được tìm thấy ở dưới đáy tank.
Chúng ta cũng đã nêu rất nhiều các loại đục bia, và bản chất của chúng.
Nhưng rõ ràng nghiên cứu, phòng ngừa và khắc phục đục bia sau chiết là có
giá trị thực tế và hiệu quả nhất. Trong phạm vi luận văn của mình, cũng như
từ xuất phát điểm nêu ở trên, và cũng từ thực tế sản xuất tại Habeco, em xin đi

sâu vào hiện tượng đục bia sau chiết, sau đây gọi tắt là hiện tượng đục bia
thành phẩm.
1.5. Ý nghĩa của việc xử lý đục bia thành phẩm trong sản xuất bia và
hướng nghiên cứu chính của tác giả
Những sản phẩm bia đều có thời hạn sử dụng (Commercial Shelf LifeCSL), mà yếu tố quan trọng quyết định đến CSL chính là độ bền vững của bia
(Beer stability). Độ đục của bia do sự tự phát triển và tạo thành các chất tạo
đục trong bia thành phẩm là một yếu tố quyết định đến độ bền vững của bia.
Ngoài ra, đa số khách hàng ‘drink with their eyes’ nên độ đục của bia cũng là
một yếu tố quyết định đến CSL. Sự ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, sự vận
chuyển, điều kiện bảo quản, quay vòng sản phẩm và các yếu tố nguyên liệu,
Trần Hồng Nam

15

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

công nghệ …đến độ đục của bia, dẫn đến giảm CSL nên việc nghiên cứu về
độ đục của bia đã được nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài quan tâm và có
những công bố cụ thể.
Thực tế trên thị trường bia Việt Nam, chúng ta thấy có nhiều tít báo nói
về hiện tượng vẩn đục của bia. Thử theo dõi một vài thông tin theo các địa chỉ
mạng: [17].
Như vậy, hiện tượng đục bia không phải là hiện tượng đơn lẻ, mà rõ
ràng nó là một vấn đề thật sự đối với ngành sản xuất bia rượu hiện nay. Với
mức độ sản xuất công nghiệp cao, sản xuất số lượng lớn và với việc áp dụng

các công nghệ mới, cũng như các ứng dụng mới, trong một nền sản xuất cạnh
tranh về số lượng, về giá... đã bộc lộ rõ nét các vấn đề đòi hỏi sự quan tâm
của các nhà công nghệ.
Cũng xin nhắc lại rằng đây là một vấn đề không mới trên thế giới, được
các nhà nghiên cứu hàng đầu về bia đã đưa ra, nhưng đối với một kỹ sư công
nghệ của một cơ sở sản xuất bia thì đỏi hỏi một sự nghiên cứu, học hỏi và
được sự hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô và sự giúp đỡ của các đồng
nghiệp. Trên bình diện của bài viết, em xin tổng hợp lại các nghiên cứu của
các vị nói trên và trình bày hướng áp dụng vào các sản phẩm cụ thể của Tổng
công ty Bia – Rượu – NGK Hà nội (Habeco).
1.6. Nghiên cứu về đục bia thành phẩm: nguyên nhân, thành phần và các
yếu tố ảnh hưởng.
Như đã nêu ở trên, đục bia thành phẩm là loại đục bia xuất hiện sau cặn
nóng và cặn lạnh. Vậy thành phần của chúng có liên quan gì tới nhau và các
yếu tố gì gây lên sự tích tụ và phát triển của các đục thành phẩm này?
Theo Công nghệ sản xuất malt và bia (PGS.PTS Hoàng Đình Hòa)[2]
có chỉ ra thành phần cặn nóng, cặn lạnh tuy có những điểm khác biệt về hàm
lượng, về thành phần nhưng đều điểm chung là sự có mặt của protein,
polyphenol và các phức chất của chúng. Như vậy thành phần cặn đục thành
phẩm cũng có điểm chung với các cặn kia không và những yếu tố gì gây nên
Trần Hồng Nam

16

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

sự phát triển của cặn đục trong chai qua thời gian sẽ là điều quan tâm của đề
tài và là cơ sở để xử lý đục.
Có tên gọi khác về đục bia thành phẩm là đục keo. Để giải thích cho tên
gọi này được giải thích ở đoạn sau. Điều này xuất phát từ thành phần của bia.
Trong Khoa học – công nghệ Malt và Bia (GS.TS Nguyễn thị Hiền chủ biên)
[1] có nói :
Phần lớn các cấu tử của bia, nhất là dextrin, các hợp chất nitơ phức tạp,
các chất nhựa của houblon, các chất chát, các chất màu đều không tồn tại dưới
dạng các phân tử phân tán mà ở trạng thái keo, tức là ở trạng thái tập hợp các
phân tử mang điện tích. Độ sánh, độ bọt, độ bền và vị của bia phụ thuộc vào
độ lớn hay độ phức tạp của các thể tập hợp này. Một lượng lớn các chất
khoáng và các acid tồn tại dưới dạng các ion sẽ được hấp thụ bởi các chất keo
và ảnh hưởng tới điện tích và tới sự ngậm nước của chúng. Theo quan điểm
này, ion H+ đóng một vai trò đáng kể.
Các chất keo cũng tự hấp phụ nhau. Khi người ta phân tích các cặn keo
kết tủa trong bia, người ta luôn tìm thấy có những hợp chất có bản chất khác
nhau như: các hợp chất nitơ, pentosan, dextrin, các chất khoáng, các chất
nhựa, các chất tanin. Việc kết tủa các hợp chất nitơ bởi tanin là kết quả của
phản ứng keo [4].
Trong bia cũng như tất cả các dung dịch keo khác luôn có xu hướng tiến
đến quá trình đông tụ. Các phức chất hay các mixen keo tương tác với nhau
và dần hình thành các khối có thể quan sát bằng mắt thường, đó chính là cặn
(đục). Sau đó một thời gian khi nhúng chai vào nước đá người ta thấy bia có
một lớp màng: đó là “cặn lạnh”, nhưng cặn này hòa tan lại ở nhiệt độ thường.
Sau một thời gian bảo quản dài ở nhiệt độ thường cũng xuất hiện cặn, đó là
“cặn thường”- tức là cặn không có bản chất keo, và tạo nên khối kết tủa. Tốc
độ xuất hiện loại cặn này trong bia rất khác nhau, tuỳ từng trường hợp. Ngoài
ra còn đồng thời tồn tại cả những cặn hydratcacbon. Đôi khi người ta gặp rất

Trần Hồng Nam

17

Luận văn cao học


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Công nghệ thực phẩm

nhiều cặn tinh bột trong bia. Đó chính là kết quả của một quá trình đường hoá
không tốt trong công đoạn nấu.
1.6.1. Đục bia thành phẩm - đục keo là gì ?
Theo K. Siebert & P. Lynn [11] xuất phát từ chất gây đục trong bia gây
ra. Chúng được định nghĩa là chất không hòa tan được hoặc bán hoà tan mà
đủ nhỏ để tạo dịch huyền phù trong bia. Sự phân tán những phần tử nhỏ này
làm giảm độ trong của bia và có thể được xác định bằng phép đo sự phản xạ
và truyền qua của ánh sáng qua mẫu theo một tiêu chuẩn đã được công nhận.
Như đã nói ở trên, có ba loại đục bia được phân theo bản chất của thành
phần đục. Trong các loại đục trên, loại được chú ý nhất do phạm vi cũng như
cách thức xử lý và giá trị thực tế đem lại là đục keo, còn có tên gọi khác là
đục sương (beer haze).
Định nghĩa về đục keo, Ian L Ward trong ‘The Nature, Formation &
Prevention of Beer Hazes’[7] đã nói : Đục sương (Beer Haze) có thể được
định nghĩa là các hạt (particulate matter) không tan hoặc bán hòa tan, mà đủ
nhỏ để tạo thành các thể vẩn dạng keo trong bia ( đặc trưng < 2 Mm). Những
hạt này quan sát thấy rải rác trong bia khi soi và được coi sự giảm chất lượng
của bia.
1.6.2. Nguyên nhân của hiện tượng đục keo

Hiện nay có nhiều nghiên cứu và cùng với nó là nhiều lập luận, giả
thuyết về hiện tượng đục bia. Có thể có những tên gọi khác nhau, nhưng theo
tiến trình thời gian, các nhà khoa học cũng đã thống nhất được mô hình chung
và tên gọi chung cho các chất, các phản ứng sảy ra trong quá trình gây đục.
Quá trình đục bia được gây ra chủ yếu do sự tương tác giữa các protein
‘nhậy cảm’ (sensitive protein), (theo cách gọi của các tác giả trong Optimising
beer stabilisation by the seclective removal of tannoids and sesitive
proteins[10]) và các polyphenolic. Chính vì thế tạo thành các cặn đục tuy rất
nhỏ nhưng có thể nhìn thấy được, và điều này làm giảm thời hạn sử dụng của
sản phẩm.
Trần Hồng Nam

18

Luận văn cao học