Đề tài ứng dụng công nghệ vi sinh trong sản xuất rượu vang

Trong thời buổi cơng 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 khơng 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 mơ phịng thí nghiệm . Việc ứng dụng
Cơng nghệ sinh học vào các q trình sản xuất Ở quy mơ cơng nghiệp cịn 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° 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

hồn 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


day nền kinh tế tinh nha phát triển, đó là ly do chúng tôi thực hiện bài báo cáo xêmỉ-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 q trình lọc và hồn thiện

sản phẩm như bột trợ lọc, các chất ổn định. Nhiều loại hóa chất được sử dụng
trong các q 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 cịn với gạo cần nghiền càng nhỏ càng tốt. Sau
đó chuyển

gạo và malt đã nghiền vào nồi nấu

cháo( thiết bị hồ hóa), nổi nấu

malt( đường hóa). Sau khi kết thúc q trình đường hóa bắt đầu chuyển sang cơng

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 đấy hết nước trong Ống vào

máy lọc, khi hết nước thì khóa van, lấy bia vào thùng phủ bột rồi bật cánh khuấy va
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 hịa, đầy
thùng thì tắt bơm lọc và đuổi bia vào thùng bia hồi. Tiến hành nạp CO; trước tiên xả

van nóc thùng bão hịa để áp suất thùng bằng 0 và đóng van nóc lại, buộc đường ống
nạp CO; từ bình CO; vào van nạp CO; của tank bão hòa. Mở CO; 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; hịa tan trong bia. Cuối cùng đến
cơng đoạn chiết rót, đóng chai, thanh trùng, dán nhãn và nhập kho.


Gao

Malt

:

Nước

|

Nghiền

Nghiền

Hồ hóa

_

Đường hóa
Ỷ

Nấu hoa
v
Lang trong
Men

xe
gone

v

gion:

Lam lanh

|

Nhân giống

z

>

Lén men chinh

v
Lén men phu

\
LỌC trong

Chai, nước, xút, điện

Ỷ

Bão hòa CO,

|

Rửa chai

_

Vv

\

Chiết chai

Chiết keg

Vv
Thanh tring

Dan nhan

Vv

y
Nhap kho

Hinh 2.1: Quy trinh céng nghé san xuất bia HƠI

2.2. Mục đích cơng nghệ của từng q trình


2.2.1. Nghién nguyén liéu
* Nghién Malt: tao diéu kién thuan loi cho sự biến đổi lý, sinh hóa trong
q trình đường hóa, nhằm thu được chất hịa tan cao nhất. Malt duoc nghién

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 tỉnh bột của chúng khi được hồ hóa, chưa được tác động

bởi các enzyme. Cấu trúc tỉnh 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 tỉnh 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
ngun 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 (nổi 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 khơng hịa tan (tỉnh 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°C sau thời gian 30 phút tỉnh bột xem như trương nở hoàn toàn, độ nhớt cao,

khuấy đảo chậm, dễ bén nồi nếu khơng có một lượng malt nhỏ cùng nấu. Tỉnh
bột đã hồ hóa thủy phân dễ dàng hơn tỉnh 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 tỉnh bột
từ dạng khơng hịa tan sang dạng hịa tan, sau đó được đưa vào q trình đường

hóa cùng với malt, ở đây dưới tác dụng của hệ enzyme trong malt trong điều kiện

nhiệt độ nhất định và mơi 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, tồn bộ khối dịch được chuyển
sang nồi lọc nhằm mục đích tách dịch đường ra khỏi bã.

2.2.2.3. Đun sơi 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° C, các chất dang, tinh
dau thom, 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 bỉa thành phẩm.
Mục đích của q 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 cịn có
tác dụng thanh trùng, tiêu diệt các vỉ sinh vật và các hệ enzyme còn lại trong

dịch đường.
2.2.2.4. Lắng xoáy
Dịch sau khi nau 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° 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 q trình lên men chính xảy ra,
dưới tác dụng của tế bào nấm men bia, dịch đường được chuyển hóa thành rượu,
CO; 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 bỉ, 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 phịng 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 dung
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° 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 ơn được đặt ngồi

trời với hệ thống kiểm sốt tự động hóa.

Hình 2.4: Tank lên men

Khí CO; 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 tanÌ: tiếp theo hoặc được thải bỏ

(gợi đó là men sữa). Kết thúc q 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° 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; và một số sản phẩm có trong bỉa 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;, trong q trình lên men chính cịn tạo ra nhiều sản phẩm

bậc hai.

Những sản phẩm này có vai trị quan trọng trong việc hình thành hương và vị của
bia.
- Lượng glixerin: có trong bia từ 2 — 3g/1 được hình thành khi phân giải

đường C¿H;;O¿, sự có mặt của glixerin trong bia sé lam cho bia có vị mềm hơn,

tăng độ đậm đà của sản phẩm va tăng khả năng giữ CO).
- 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/1. 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 điaxetyl

được tạo nên tương đối nhiều, nhưng quá trình lên men phụ và tàng trữ điaxetyl
giảm đi rõ rệt, lượng diaxetyl quy định phải nhỏ hơn 0,2 mgil, 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.

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/1 và khi t6n tai trong bia sé lam 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. Lén men phu
Dich 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 khơng đáng kể, bia được
lang trong và bão hịa CO¿. 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 bỉa non tiếp tục lên men

lượng đường còn lại để tạo thành CO; 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 esfe,

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, điaxetyl 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 va min.
* Sơ đồ lên men:

Dịch nha ở thùng lắng xoáy

Hạ lạnh

|
Dich nha lanh
Oxy nam men

Bồn lên men

|

Lên men chính

\

Lên men phụ

Khơng đạt
Thu hồi men

———>

tải

bỏ

Vv

Vv

Hạ lạnh

Y

Bia chua loc

>

.

+

Đạt yêu cầu

Táisửdụng

2.2.4. Lọc bia và bão hòa CO;

* Lọc bia
Sau khi lên men bia được lọc để đạt được độ trong theo yéu cau. Loc 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° C.

+ So do loc:
Bột trợ lọc

Bia chưa lọc
Ƒ
\

Máy lọc ống

CO,

>
Ỷ
Bồn bia trong

Các chất ổn định bia


* Bão hịa CO;:

Khí CO; trong bia là nhờ q trình lên men rượu. Nếm men chuyển hóa
đường thành rượu etylic và CO; hòa tan trong bia, tuy nhiên do các công đoạn sau

lên men (nhất là khâu lọc bia) CO; bị thất thốt khá nhiều. Vì vậy phải tiến hành
nạp đủ CO; cần thiết cho bia, việc nạp được tiến hành bằng cách sục CO; từ

dưới lên nhằm tăng lượng CO; hòa tan trong bia đảm bảo chất lượng của bia

thành phẩm trước khi đóng chai.

3. NHU CẤU NGUYÊN LIEU CHO MOT ME NAU CUA CONG TY
3.1. Nhém nguyén liéu chinh
3.1.1. Malt
Malt: la nguyén liéu chinh dé san xuat bia (chiém 70%)

+ Thành phần hóa học của malt đại mạch:

- Tinh bột: 55 — 65% tổng hàm lượng chất khơ.

Hình 3.1: Malt

- Protein: 8 - 12% tổng hàm lượng chat khô.
- Chất béo: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khơ.

- Chất khống: 2,5 —- 3% tổng hàm lượng chất khô.
- Pentozan: 8 - 9% tổng hàm lượng chất khô.

- Xenluloza: 4— 5% tổng hàm lượng chất khô.

bia chưa nghiền


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.

- Tỉnh bột: 70 —- 75% chất khô.
- Protit: 7 — 8% chất khô.
- Chất béo: 1 - 1,5% chất khơ.
- Chất khống: 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 vi

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.

mỌt

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

bỉa,

thường

sử

dụng

loại

nấm

men

chìm

Saccharomyces carlsbergensis.

Hinh 3.6: Nam men

+ Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để san xuat 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 mơi trường...
- Số lượng men giống ít nhất phải đạt từ 8 — 10.10° tế bào/ 1 cmẺ khi cho

vào để lên men dịch đường.
3.2. Nhóm các chất phụ gia

e 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.
se 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 q trình rửa chai có vấn đề. Nếu nước thải khơng được trung hịa thì
khi mức dùng xút cao dẫn đến Ph của nước thải rất cao.

« Axit, H;O;: Mức tiêu thụ phụ thuộc vào hệ thống CIP.
e« CO;: Để sử dụng cho q trình bão hịa và chiết chai / keg. Trong q

trình lên men đường được nếm men chuyển hóa thành etanol và CO;. Có thể thu
hồi được 3 - 4 kg từ lên men 100 lít dịch đường, phụ thuộc vào nồng độ dịch

đường. Lượng CO; do nồi hơi phát thải do đốt nhiên liệu có thể thu hồi và sử


dung.
¢ Enzyme

amilaza: tac nhan cho q trình nấu cháo.Các hóa chất CaCl,

CaSO,: được dùng là tác nhân trong quá trình nấu.

4. KẾT LUẬN