Khảo sát một số yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình lên men bia đen
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.53 MB, 113 trang )
DANH MỤC BẢNG
Chương II: Tổng quan tài liệu
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng malt vàng ……………….………………………4
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu chất lượng malt đen.. ……….………………………………5
Bảng 2.3. Một số chỉ tiêu cơ bản của nước được sử dụng …….……………………6
trong sản xuất bia
Bảng 2.4. Ảnh hưởng tỷ lệ giống cấy đến khả năng……………………………….13
sống sót của tế bào nấm men
Bảng 2.5. Thành phần đường có khả năng lên men trong dịch nha………………..17
Bảng 2.6. Thành phần các acid amin trong dịch nha……………………...…….....19
Bảng 2.7.Ảnh hưởng bổ sung Zn vào dịch nha đến độ lên men………...…………20
Bảng 2.8 Ảnh hưởng bổ sung Zn vào dịch nha đến sinh
tổng hợp các sản phẩm phụ………………….………………………......20
Bảng 2.9. Khả năng sử dụng vitamin nhóm B…………………...…………….…...21
trong q trình lên men
Bảng 2.10. Ảnh hưởng của các loại malt sẫm màu
đến quá trình lên men bia đen…………………………..……………..22
Bảng 2.11. Các thông số kỹ thuật của quá trình lên men bia đen………………….23
Bảng 2.12. Sự sinh tổng hợp ester trong quá trình lên men bia đen……………….32
Bảng 2.13. Độ cồn của một số loại bia đen ở một số nước………………………...34
Bảng 2.14. Hàm lượng các chất vô cơ trong bia đen………………………………34
Chương III: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Bảng 3.1.Tính chất của các loại malt dùng để nấu…………………………………36
dịch nha trong nghiên cứu
Bảng 3.2. Thành phần khoáng trong nước…………………………………………37
Bảng 3.3. Giới thiệu một số tính chất đặc trưng của 3 chủng nấm men…………...39
Bảng 3.4. Các thông số kỹ thuật hóa sinh………………………………………….43
Chương IV: Kết quả và bàn luận
Bảng 4.1. Một số chỉ tiêu hóa lý trong thành phần dịch nha………………………47
Bảng 4.2. Sự giảm hàm lượng chất hòa tan trong quá trình lên men………………48
Bảng 4.3. Thời gian lên men chính của 3 chủng nấm men…………………...……49
Bảng 4.4. Tốc độ tiêu hao đường của 3 chủng nấm men…………………………..49
Bảng 4.5. Sự thay đổi hàm lượng nitrogen đồng hóa………………………..…….51
Bảng 4.6. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men…………………………..……....52
Bảng 4.7. Khả năng sinh tổng hợp cồn của 3 chủng nấm men……………...…..…52
Bảng 4.8. Tốc độ sinh tổng hợp cồn của 3 chủng nấm men………………...……..54
Bảng 4.9. Sự kết lắng của 3 chủng nấm men………………………………...…….55
Bảng 4.10.Sự thay đổi diacetyl………………………………………………..…..56
Bảng 4.11. Kết quả phân tích hàm lượng diacetyl ……………….…………..…...56
tại cuối quá trình lên men
Bảng 4.12. Sự sinh tổng hợp cồn bậc cao…………………………………..……..57
Bảng 4.13.Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa lý bia đen thành phẩm……..…..58
Bảng 4.14. Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong quá trình lên men …………….61
Bảng 4.15. Thời gian lên men ở các mẫu dịch nha………………………………...61
có hàm lượng oxy hịa tan khác nhau.
Bảng 4.16. Tốc độ sử dụng đường khử…………………………………………….63
Bảng 4.17. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men trong quá trình lên men………..64
Bảng 4.18. Sự sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men…………………………65
Bảng 4.19. So sánh hiệu quả lên men ở các mẫu ………………………………….65
có oxy hịa tan khác nhau
Bảng 4.20. Hàm lượng diacetyl thay đổi………………………………………..…66
Bảng 4.21. Hàm lượng diacetyl tại thời điểm kết thúc lên men chính……………..67
Bảng 4.22. Hàm lượng chất hịa tan thay đổi trong q trình lên men…………….69
Bảng 4.23.Thời gian lên men chính đạt độ lên men 70%.........................................70
Bảng 4.24. Tốc độ tiêu hao đường khử khi tỷ lệ giống cấy khác nhau…………….71
Bảng 4.25. Lượng nitrogen đồng hóa thay đổi…………………………………….72
trong q trình lên men chính
Bảng 4.26. Động học sinh trưởng của nấm men …………………………………..73
Bảng 4.27. Lượng cồn được sinh tổng hợp theo thời gian lên men………………..74
Bảng 4.28. Tốc độ sinh tổng hợp cồn với tỷ lệ giống cấy khác nhau……..……….75
Bảng 4.29. Lượng diacetyl thay đổi trong quá trình lên men…………………..….76
Bảng 4.30. Hàm lượng diacetyl tại cuối quá trình lên men………………………..77
Bảng 4.31. Lượng cồn bậc cao được sinh tổng hợp………………………………..78
Bảng 4.32. Sự thay đổi nồng độ chất khô khi các mẫu dịch nha ………………….79
được bổ sung thêm Zn và vitamin nhóm B
Bảng 4.33. Thời gian để đạt độ lên men 70%...........................................................80
Bảng 4.34. Sự sinh trưởng của tế bào nấm men khi các mẫu ………………..…....81
được bổ sung thêm Zn và vitamin nhóm B
Bảng 4.35. Lượng cồn được sinh tổng hợp……………………………….….…….82
Bảng 4.36. Tốc độ sinh tổng hợp cồn…………………………………………..….83
Bảng 4.37. Hàm lượng diacetyl thay đổi trong quá trình lên men bia đen……..….84
Bảng 4.38. Hàm lượng diacetyl trong bia non………………………………..……85
DANH MỤC HÌNH VẼ
Chương II: Tổng quan tài liệu
Hình 2.1. Sơ đồ lên men rượu ………………………………
…………10
Chương III: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Hình 3.1. Các loại malt và houblon……………………………………………38
Hình 3.2. Sơ đồ nghiên cứu……………………………………………………40
Hình 3.3. Sơ đồ qui trình sản xuất bia đen…………………………………….42
Hình 3.4. Biểu đồ nấu dịch nha………………………………………………..44
Chương IV: Kết quả và bàn luận
Hình 4.1. Sự thay đổi hàm lượng chất hịa tan trong q trình lên men ……....49
Hình 4.2. Sự thay đổi hàm lượng nitrogen đồng hóa…………………………..51
Hình 4.3. Động học của quá trình sinh trưởng …………………………….......52
Hình 4.4. Khả năng sinh tổng hợp cồn trong ………………………………….53
quá trình lên men của 3 chủng nấm men
Hình 4.5. Sự kết lắng của nấm men………………………………………….....54
Hình 4.6. Sự thay đổi hàm lượng diacetyl trong canh trường lên men…………56
Hình 4.7. Sự sinh tổng hợp cồn bậc cao trong …………………………………57
quá trình lên men bia đen
Hình 4.8. Sự thay đổi hàm lượng chất hòa tan theo thời gian lên men…………62
Hình 4.9. Sự sinh trưởng của nấm men…………………………………………64
Hình 4.10. Sự sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men ……………………..66
ở các mẫu dịch nha được hòa tan oxy với hàm lượng khác nhau
Hình 4.11. Sự thay đổi diacetyl trong quá trình lên men…………………….....67
Hình 4.12. Sự thay đổi hàm lượng chất hịa tan………………………………..70
ở các mẫu có tỷ lệ giống cấy khác nhau
Hình 4.13. Hàm lượng nitrogen thay đổi trong quá trình lên men……………..72
Hình 4.14. Sự thay đổi mật độ nấm men trong quá trình lên men……………..74
Hình 4.15. Sự sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men bia đen……………..75
Hình 4.16. Sự thay đổi diacetyl theo thời gian lên men …………………….. ..77
Hình 4.17. Sự thay đổi hàm lượng chất khơ trong q trình lên men ……….....80
ở các mẫu dịch nha có bổ sung thêm Zn và vitamin nhóm B
Hình 4.18. Động học sinh trưởng của tế bào nấm men…………………………82
Hình 4.19. Sự sinh tổng hợp cồn trong quá trình lên men khi…………………83
có bổ sung Zn và vitamin nhóm B vào dịch nha
Hình 4.20. Khả năng sinh tổng hợp và khử diacetyl của nấm men ……………85
Lời cảm ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Việt Mẫn, người
dẫn dắt, truyền đạt kiến thức chuyên môn và động viên tôi
trong thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn anh Vũ Bá Hiền, giám đốc Nhà Máy Bia
Bạch Đằng, người luôn tạo điều kiện cho tơi thực hiện
cơng việc thí nghiệm để hồn thành đề tài.
Cảm ơn các q thầy cơ trong bộ mơn chun nghành Thực
Phẩm và Đồ Uống đã cho tôi kiến thức chun mơn sâu
hơn và sự tích lũy về kinh nghiệm cuộc sống sâu sắc hơn.
Cảm ơn các anh, chị em phịng thí nghiệm Nhà Máy Bia
Bạch Đằng giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn các bạn học viên cao học khóa 17 đã giúp đỡ tơi
trong khóa học.
Cảm ơn gia đình tơi, nguồn động viên lớn nhất cho tơi
hồn thành khóa học.
DANH MỤC MỘT SỐ CÔNG THỨC
1. Tốc độ sinh trưởng của nấm men( giá trị tức thời) :
Trong đó:
dx
dt
* X : sinh khối nấm men.
* t : thời gian.
2. Tốc độ sinh tổng hợp ethanol (giá trị trung bình) :
Trong đó:
Δp
t
(g/L.h)
Δ p = p2 – p1, (g/L) : số gam ethanol được tạo thành trong 1L dịch lên
men. Trong đó : p1, p2 : lượng ethanol trong dịch nha tại thời điểm ban đầu của
quá trình lên men và lượng ethanol trong dịch lên men trong quá trình lên men
kết thúc(g/L).
* t : thời gian lên men(h).
3. Tốc độ riêng sinh tổng hợp ethanol (giá trị trung bình) :
Trong đó:
Δp
Δt
× Δ1x
(g/L.h)
* Δp : số gam ethanol được tạo thành trong 1L dịch lên men(g/L)
* Δx :X1- X2 lượng sinh khối nấm men được tạo thành trong 1L dịch
lên men.
*X1: lượng sinh khối nấm men trong dịch nha tại thời điểm ban đầu
của
quá trình lên men(g/L).
* X2: lượng sinh khối nấm men trong dịch lên men tại cuối quá trình
lên men(g/l)
* t : thời gian lên men(h)
4. Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol :
Trong đó:
Δp
ΔS
(%).
* ΔP : số gam ethanol được tạo thành trong 1L dịch lên men(g/L).
* ΔS : lượng đường đã được nấm men sử dụng trong 1L dịch lên
men(g/l).
*S1: lượng đường trong dịch nha tại thời điểm ban đầu của quá trình lên
men (g/l).
*S2 : lượng đường trong dịch lên men khi quá trình lên men kết thúc
(g/l).
5. Tốc độ sử dụng đường của nấm men (giá trị trung bình) hay còn gọi là tốc độ lên
men : Δ S (g/L.h).
t
Trong đó :
* ΔS : lượng đường đã được nấm men sử dụng trong 1L dịch lên men (g/l).
* t : thời gian lên men(h).
6. Độ lên men
Trong quá trình lên men, chất hịa tan trong dịch đường được chuyển hóa
liên tục thành các sản phẩm lên men. Khái niệm độ lên men (V) được dùng để đánh
giá mức độ chuyển hóa. Được xác định bằng cơng thức :
V = EE−e ×100
Trong đó : V- độ lên men, %.
E- hàm lượng chất hòa tan ban đầu, oP.
e- hàm lượng chất hòa tan còn lại, oP.
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc
Tp.HCM, ngày 2 tháng 1 năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: NGUYỄN THỊ MINH PHƯƠNG
Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1974
Nơi sinh: Quảng Nam
Chuyên ngành: Cơng nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống
Khóa xét tuyển: K 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI:
Khảo sát một số yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình lên men bia đen.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Tổng quan tài liệu về quá trình lên men bia đen.
- Khảo sát thực nghiệm: Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình
lên men bia đen.
3- Ngày giao nhiệm vụ: 01/2008
4- Ngày hoàn thiện: 12/2008
5- Họ và Tên cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Sĩ đã được hội đồng chuyên nghành thông
qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ Tên và Chữ ký)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ Tên và Chữ ký)
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. ĐỒNG THỊ THANH THU
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. HOÀNG KIM ANH
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 13 tháng 1 năm 2009
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Các loại malt đen được sử dụng trong sản xuất bia đen nhằm tạo màu sắc,
mùi, vị đặc trưng cho từng sản phẩm bia đen.Tuy nhiên sự thất thoát một số các
chất sinh trưởng cần thiết cho nấm men trong quá trình sấy các loại malt đen đã ảnh
hưởng đến sự phát triển tế bào nấm men và các sản phẩm trao đổi chất trong quá
trình lên men. Thực tế sản xuất bia đen công nghiệp tại nhà máy chúng tơi thì độ lên
men chỉ đạt 58%. Nghiên cứu này tập trung khảo sát một số yếu tố kỹ thuật để tìm
ra giải pháp cải thiện cho quá trình lên men bia đen. Kết quả thực nghiệm cho thấy,
chủng nấm men G3 có một số tính chất ưu việt hơn các chủng khác nên được lựa
chọn. Chúng tơi đề xuất:
* Hàm lượng oxy hịa tan ban đầu trong dịch nha là 10- 12mg/L
* Tăng tỷ lệ giống cấy ban đầu lên 50 triệu tế bào/mL
* Bổ sung thêm nguyên tố vi lượng Zn kết hợp với vitamin nhóm
B (dưới dạng chất chiết nấm men) theo tỷ lệ: 0.4mgZn/L và 0.1% chất chiết nấm
men vào dịch nha. Bằng giải pháp này, khả năng sống sót của nấm men vào cuối
q trình lên men đạt mức cao 97%.
Khi đó độ lên men đạt 70%, thời gian lên men chính được rút ngắn còn 140
giờ, tốc độ sinh tổng hợp cồn cao nhất 0.33 ÷ 0.34 (g/L.h), rượu bậc cao tạo ra trong
bia non đạt mức cho phép và hàm lượng diacetyl thấp.
.
Abstract
Be used dark malts for making dark beer styles, are import ingredients for
color, flavour, taste of several specific beer dark styles. However, lost of the yeast
nutrient factors during the thermal cured malts process, this undoubtedly affects on
growth yeast, fermentation and metabolism products of berewer,s yeast for beer
dark. In pratice, the trials of beer dark at our berewery showed fermentation
attenuation 58%. In this study, some factors impact wort dark fermentations ( such
as: areration, the high pitching rates and addition of Zinc, vitamin B group in wort)
on the fermentation performance and beer dark quality. The results showed that
with variation in properties of yeast strain G3 was chosen. We proposed:
* Dissolved oxygen in wort was 10ữ12mg/L
* Increased the pitching rate was 50 ì 106 cell numbers/mL.
* Added both of Zinc (ZnCl2) and vitamin B group (yeast
extract) in wort dark with concentration were 0.4mg Zinc/L and
0.1% yeast extract. This suppplemention, yeast cell viability
remained above 97%.
When the fermentation attenuation was 70%, the time to achieve this degree
of fermentatio attenuation was 140 hour, the highest ehanol production rates was
0.33÷ 0.34g/L.h, low level diacetyl and optimum higher alchohols ratio in green
beer.
Key words: yeast strain, areration, pitching rates, minerals, vitamin B group,
fermentation, attenuation, ethanol production rates, diacetyl.
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: NGUYỄN THỊ MINH PHƯƠNG
Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1974
Nơi sinh: Quảng Nam
Địa chỉ liên lạc: 87/1, phường Thới An, Q.12, Tp. Hồ Chí Minh
Q TRÌNH ĐÀO TẠO
Từ 1992- 1997: Sinh viên học tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
Từ 2006-2008: Học khóa cao học tại Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí
Minh.
Q TRÌNH CÔNG TÁC
Từ 1997-2005: Làm việc tại Nhà Máy Bia Pacific, Bình Dương.
Từ 2005- 2008: Làm việc tại Nhà Máy Bia Bạch Đằng, Tp. Hồ Chí Minh.
-1-
Chương I
GIỚI THIỆU
Sản xuất bia được xem là ngành công nghiệp lâu đời, có lịch sử phát triển
hơn 5000 năm. Trong đó bia vàng chiếm một tỷ lệ lớn, cịn các loại bia có màu sẫm
như bia đen, bia nâu, bia đỏ …có sản lượng rất thấp và phổ biến ở một số nước như
Đức, Tiệp, Anh, Mỹ, Nga…
Ở Việt Nam, hiện nay việc sản xuất bia đen chỉ mới phát triển ở qui mô
nhỏ tại các nhà hàng ở Thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội và Nha Trang. Các loại bia
có màu sẫm, hiện nay chỉ phục vụ cho một số người thuộc tầng lớp trung lưu.
Để sản xuất bia đen, ngồi ngun liệu chính là malt vàng cần có sự phối
hợp các loại malt có màu sắc khác nhau để đa dạng hóa màu sắc và hương vị của
sản phẩm.
Để sản xuất được các loại malt có màu sắc và hương vị đa dạng người ta
phải sử dụng các chủng đại mạch có thành phần hóa học phù hợp. Có ba loại malt
màu sậm thơng dụng là malt đen, malt caramen, malt rang.
Các loại malt sẫm màu có được màu sắc và hương vị đa dạng do sự tạo
thành các hợp chất của phản ứng Maillard và caramen hóa trong q trình sản xuất
malt .
Tuy nhiên các hợp chất được tạo thành từ phản ứng Maillard và caramen
hoá cũng ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của nấm men và các sản phẩm
trao đổi chất tạo ra trong bia. Hàm lượng đường khử và acid amin trong dịch nha
được nấu từ các loại malt sẫm màu sẽ thấp hơn dịch nha được nấu từ malt vàng.
Hiện nay Nhà Máy Bia Bạch Đằng đã bước đầu sản xuất thử nghiệm nấu bia
đen theo tỷ lệ phối trộn các loại malt malt vàng / malt đen / malt rang là 80 / 15 / 5
theo % khối lượng. Khó khăn chủ yếu là q trình lên men chính kéo dài và
độ lên men chỉ đạt 58%. Xuất phát từ tình hình thực tế trên, chúng tơi khảo sát
-2-
một số các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến quá trình lên men như sự phát
triển của nấm men, tốc độ lên men, động học hình thành các sản phẩm cồn, cồn
bậc cao, diacetyl, ester… Mục đích của nghiên cứu là tìm ra các giải pháp và thơng
số cơng nghệ phù hợp nhằm rút ngắn thời gian lên men, tăng độ lên men và cải
thiện chất lượng của bia đen thành phẩm.
-3-
Chương II
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Nguyên liệu sản xuất bia đen
Bốn loại nguyên liệu cơ bản cần có trong sản xuất bia đen là: malt vàng ,
malt đen, hoa houblon, nước và nấm men. Chất lượng của nguyên liệu đóng vai trị
quyết định đến chất lượng sản phẩm bia.
Ngồi ra , người ta còn sử dụng các nguyên liệu khác để thay thế một phần
malt như gạo, bắp, lúa mì hoặc các loại đường glucose, maltose, saccharose…
2.1.1 Mục đích sản xuất
Mục đích q trình sản xuất malt đại mạch là tổng hợp và hoạt hóa các
enzyme, chủ yếu là nhóm enzyme thuỷ phân trong hạt. Ngồi ra, trong q trình
ươm mầm, một phần cơ chất của hạt sẽ bị phân giải, các chất phân tử lượng lớn như
tinh bột, protein được thủy phân một phần sẽ tạo điều kiện cho quá trình nấu dịch
nha tiếp theo được diễn ra nhanh và dễ dàng. Trong quá trình sấy malt, một số cấu
tử mới sẽ được hình thành trong malt đại mạch góp phần tạo cho bia thành phẩm có
màu sắc và hương vị đặc trưng.
2.1.2. Đánh giá chất lượng của malt
Chất lượng của malt thành phẩm được đánh giá theo các dấu hiệu bên
ngoài, các chỉ số cơ học, và thành phần hóa học của chúng.
2.1.2.1. Malt vàng Pilsen
Sản xuất bia đen, malt vàng vẫn chiếm tỷ lệ khá cao có thể 50- 80% trong
nguyên liệu malt được dùng để nấu dịch nha [33] . Trong sản xuất, ngoài yêu cầu về
chỉ tiêu cảm quan như: các hạt malt phải có màu vàng sáng, hình dáng và kích
thước tương ứng với hạt của đại mạch nguyên thủy, vị và hương của malt phải đặc
trưng cho từng loại khác nhau, malt vàng phải đạt các chỉ tiêu chất lượng theo bảng
2.1.
-4-
Bảng 2.1 - Các chỉ tiêu chất lượng của malt vàng Pilsen [1]
Thứ tự
Các chỉ số chất lượng
Giá trị
trung bình
1
Khối lượng hectolit, kg
55 – 58
2
Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn, g
32 – 35
3
Hàm ẩm, %
3,8 – 5,0
4
Thời gian đường hóa, phút
10 – 15
5
Cường độ màu, ml 0,1 N I2/100ml dịch đường
6
Lượng chất chiết hòa tan, % theo chất khô
78 – 80,5
7
Hiệu số chiết (nghiền mịn – nghiền thô)
2 – 3,5
8
Hàm lượng đường maltose, % theo chất chiết
65 – 82
9
pH
4,5 – 6
10
Độ chua định phân, ml 0,1N NaOH/100g chất khô
14 – 17,5
11
Đạm tổng, % N
1,5 – 1,7
12
Đạm tổng, % theo chất khô (N x 6,25)
9,5 – 10,5
13
Đạm hòa tan của dịch ngâm, % theo chất khô
0,48 – 0,54
14
Đạm formol, %
0,19 – 0,21
15
Chỉ số Kolbach
36 – 41
16
Độ lên men biểu kiến cuối cùng, %
75 – 78
17
Hoạt lực amylase, oWK
2.1.2.2. Malt màu sậm
2.1.2.2.a. Malt ñen
0,16 – 0,25
220 – 280
-5-
Malt đen dùng trong sản xuất bia đen nhằm mục đích tạo hương, vị và màu.
Đại mạch chọn được chọn để sản xuất malt đen cần có hàm lượng protein cao. Đại
mạch cũng được ủ nảy mầm giống như kỹ thuật sản xuất malt vàng, nhiệt độ sấy
malt từ 100 ÷ 150oC, độ màu của malt đen thường cao 15 ÷ 25oEBC.
Bảng 2.2 – Các chỉ tiêu chất lượng malt đen [38]
Các chỉ tiêu
Hàm lượng
Hàm lượng chất khô
Nhỏ hơn 76%
Độ ẩm
3.8%
Độ màu
15- 25 oEBC
Hàm lượng protein tổng
11.5- 12%
Chỉ số Koback
39
pH
5.5- 5.6
Độ nhớt
1.76 cP
Hoạt lực amylase
145- 150 oWK
2.1.2.2.b. Malt caramen
Malt caramen được dùng trong sản xuất bia đen để tạo màu, vị, độ sánh cho
bia . Đại mạch được chọn lúc cịn xanh, có độ ẩm cao, có độ phân giải tốt, được ủ ở
nhiệt độ 45-50oC trong vòng 30-36 giờ để các protease thủy phân tạo ra các hợp
phần nitrogen có phân tử lượng thấp hơn. Sau đó đưa vào thiết bị sấy thùng quay,
rồi đưa nhiệt độ lên 60-70oC với thời gian 60-90 phút để enzyme đường hóa. Sau đó
đưa lên nhiệt độ 150 -1800C, thời gian 1,5-2 giờ và cũng có thể đưa lên nhiệt độ 180
– 210oC. Độ màu của malt caramen có thể dao động từ 40 ÷ 400oEBC, hàm lượng
chất khơ ≤ 73% và hoạt lực của enzyme là không đáng kể.
2.1.2.2.c. Malt rang
Malt này dùng với mục đích tạo màu cho sản phẩm bia đen. Đại mạch để sản
xuất malt rang thường có độ phân giải kém, không cần qua giai đoạn ủ mầm mà chỉ
cần sấy nhẹ ở nhiệt độ 70-80oC để giảm ẩm từ 10 -15%. Sau đó đưa vào thiết bị sấy
-6-
thùng quay, sấy ở nhiệt độ 180 -220oC trong thời gian lớn hơn 2 giờ. Độ màu của
malt 800 ÷ 1700oEBC.
2.1.3. Hoa houblon
Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm
tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học
của sản phẩm.
Tùy theo chủng, giống, điều kiện khí hậu, đất đai gieo trồng và kỹ thuật
canh tác, thành phần hóa học của hoa houblon có sự khác nhau đáng kể và thường
dao động trong khoảng rộng như sau (tính theo % chất khơ của hoa khô):
Nước: 11 – 13%
Chất đắng: 15 – 21%
Polyphenol hoặc tannin: 2,5 – 6%
Protein: 15 – 21%
Cellulose: 12 – 14%
Chất khoáng: 5 – 8%
Tinh dầu thơm: 0,3 – 1%
Các hợp chất khác: 26 – 28%
Trong các cấu tử trên đây thì có giá trị nhất là chất đắng, tiếp đến là tinh
dầu thơm, và thứ ba là polyphenol.
2.1.4. Nước
Yêu cầu về kỹ thuật đối với nước trong công nghệ sản xuất bia
- Độ pH thích hợp nhất dùng trong sản xuất bia là khoảng 5,5 – 6,5.
- Nước dùng cho sản xuất bia phải là nước rất mềm hoặc mềm.
Theo Liên minh châu Âu (EU), chất lượng nước cho sản xuất bia tối thiểu
phải đạt như chất lượng nước cho sinh hoạt.
-7-
Bảng 2.3. Một số chỉ tiêu cơ bản của nước được sử dụng trong sản xuất bia [38]
Thông số
Đơn vị
Mức chỉ định
Tối đa cho phép
Màu
mg/l
1
20
Độ đục (SiO2)
mg/l
1
10
Muối chloride
mg/l
25
-
Muối sulphate
mg/l
25
250
Canxi
mg/l
100
-
Magie
mg/l
30
50
Natri
mg/l
20
150
Kali
mg/l
10
12
Nhôm
mg/l
0,05
0,2
Chất khô (*)
mg/l
-
1500
Muối nitrate
mg/l
25
50
Muối nitrite
mg/l
-
0,1
KMnO4
mg/l
2
5
Hydrocarbon
mg/l
-
10
Sắt
mg/l
50
200
Đồng
mg/l
100
-
Kẽm
mg/l
100
-
Muối phosphorus
mg/l
400
5000
Chloride dư
mg/l
0
0
Chất không hòa tan
mg/l
0
0
Bạc
mg/l
-
10
Thủy ngân
mg/l
-
1
Chì
mg/l
-
50
(*): chất khơ là các chất cặn cịn lại sau khi đã đun bốc hơi cạn hết nước và sấy khô ở 105oC.
-8-
Ngồi ra, nước dùng trong sản xuất bia cần có thêm các tiêu chuẩn vi sinh
sau:
- Tổng số tế bào vi khuẩn: khơng q 100 tế bào trong một lít nước
- Trực khuẩn E. coli: khơng có trong 100ml nước .
- Về cảm quan: nước phải trong, khơng có mùi và vị lạ.
2.1.5. Nấm men
Căn cứ vào tính chất thể hiện qua quá trình lên men, nấm men bia được
chia làm hai loại: nấm men nổi và nấm men chìm. Nấm men nổi và nấm men chìm
có những đặt điểm khác nhau như sau:
- Nấm men chìm có khả năng sử dụng hoàn toàn đường raffinose trong khi
nấm men nổi chỉ có khá năng sử dụng một phần ba trisaccharide.
- Trong quá trình lên men, tế bào nấm men nổi lơ lửng trong dịch lên men và
tập trung lên bề mặt dịch, không lắng xuống đáy thiết bị vào cuối q trình lên men
nên gây khó khăn cho q trình lọc bia. Tế bào nấm men chìm trong quá trình phát
triển kết dính vào nhau thành chùm rồi lắng xuống đáy tạo thành lớp chặt, thuận
tiện cho việc tách sinh khối nấm men và tái sử dụng cho các đợt sản xuất tiếp theo.
- Nhiệt độ lên men của nấm men chìm từ 6 – 120C và của nấm men nổi từ 14 250C.
Hiện nay, nhờ sự phát triển của kỹ thuật di truyền, chủng men chìm có thể lên
men được ở nhiệt độ 14oC hoặc cao hơn.
2.2. Quá trình lên men bia đen
2.2.1. Quá trình lên men: là hình thức trao đổi chất của tế bào nấm men với mơi
trường. Đó là q trình được đặc trưng bằng các phản ứng sinh hóa, nấm men sẹ
chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong môi trường để tạo ra năng lượng và các sản
phẩm lên men. Các sản phẩm này có ảnh hưởng lớn đến hương vị và các tính chất
đặc trưng khác của bia. Sự biến đổi của dịch đường xảy ra là nhờ sự tham gia của số
lượng lớn các enzym trong tế bào nấm men.
Chuyển hóa đường thành ethanol và carbon dioxide
-9-
Đường được chuyển hóa thành ethanol và carbon dioxide theo phương trình
tổng quát của Gay-Lussac như sau:
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2
Quá trình chuyển hóa đường thành ethanol được thực hiện qua một chuỗi
phản ứng hết sức phức tạp, liên quan mật thiết đến q trình phosphoryl hóa các
hợp chất hữu cơ. Tồn bộ q trình chuyển hóa được khái qt thành dạng sơ đồ do
Meyerhof và các cộng sự của ông đưa ra .
- 10 HO-CH2
HO
OH
HO-H2C O CH2OH
HO
OH
O OH
OH
OH
Fructose
Glucose
ATP 1x
1. Hexokinase
ADP
P -O-CH2
HO
OH
O OH
ATP
ADP
P -O-H2C O CH OH
2
HO
OH
Phosphohexose
isomerase
OH
Hexokinase
OH
Glucose - 6 - phosphate
2.
Fructose - 6 - phosphate
1x ATP
ADP
3.
Phosphofructokinase
P -O-H2C O H C - O - P
2
HO
OH
P -O-H2C OH H2C - O - P
OH
O
HO
OH
OH
Fructose - 1,6 - diphosphate
4.
Aldolase
H2C - O - P
HO-C-H
Phosphotriose
Isomerase
C
H
H2CO - P
H2C - O - P
HO-C=O
NADH2
NAD
H2C - OH
H2COH
HCOH
HCOH
H2COH
H2COH
+
H3PO4
O
Dihydroxy-aceton
-Phosphate
Glycerinaldehyde - 3 - Phosphate
Glycerin
OH
H-C-S-Enzyme
+HS-Enzyme
H-C-OH
H2CO - P
5. Glycerinaldehyde - 3 P-dehydrogenase
NAD
NADH2
H
O
C-O-Enzyme
H-C-OH
C-S-Enzyme
+ H3PO4
H-C-OH
HS-Enzyme
H2CO - P
H2CO - P
Glycerinsaure - 1,3 - diphosphate
2x ADP
2x ATP
Phosphoglyceratkinase
O
O
C
6.
COO
H-C-OH
H-C-O- P
H2C-O - P
H2C-OH
Glycerinsaure - 3 - phosphate
Glycerinsaure - 2 - phosphate
Enolase
COO
C-OH
CH2
Enol pyruvat
COO
C=O
CH3
Pyruvat
7.
Pyruvatkinase
COO
C-O- P
ADP
ATP
H2C. H2O
Phosphoenolpyruvat
CO2
Pyruvat decarboxylase
H
C=O
CH3
Aldehydacetic
NADH2
NAD
CH3- CH2-OH
Ethanol
Hình1: Sơ đồ lên men rượu theo Embden-Meyerhof
- 11 -
Từ sơ đồ trình bày trên ta thấy rằng, khơng có phản ứng nào trong dãy biến hóa
đó có oxy tham gia.
Sự tham gia của ATP trong quá trình chuyển hóa glucose thành
ethanol có thể biểu diễn một cách tổng quát như sau:
C6H12O6 + 2ATP + 2H3PO4 + 4ADP
2C2H5OH + 2CO2 + 4ATP + 2ADP
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP
2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Vì vậy, khi lên men một phân tử glucose đến ethanol và carbon dioxide, từ
hai phân tử ADP sẽ tạo thành hai phân tử ATP, nghĩa là tạo thành hai mối liên kết
cao năng ~ P. Mỗi một liên kết cao năng khi giải phóng sẽ cho ta năng lượng
49,44.103 J/mol.
2.2. 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình lên men
Nói đến “tiến trình lên men” là phải nói đến tập các chỉ số:
- Tốc độ phát triển sinh khối;
- Tốc độ hấp thụ cơ chất (độ giảm cơ chất hàng ngày);
- Mức độ hấp thụ cơ chất (mức độ lên men)
- Nồng độ các sản phẩm chính và sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên
men.
Các chỉ số trên đây, trong quá trình lên men, chịu ảnh hưởng của rất nhiều
yếu tố. Quan trọng nhất là các yếu tố sau:
2.2.2.1. Chất lượng của nấm men sản xuất
Để thu nhận được các loại bia có chất lượng cao thì yếu tố đầu tiên cần
được thỏa mãn là chất lượng của men giống. Việc lựa chọn một chủng nấm men
thích hợp cho những điều kiện cụ thể của sản xuất là tiền đề của sự thành công
trong công nghệ sản xuất bia. Từ một thực tế là ở nhà máy này với chủng nấm men
này, kết quả thu được là mỹ mãn. Nhưng cũng chủng nấm men đó, ở nhà máy khác,
chất lượng của bia thu nhận được lại chưa làm vừa ý người tiêu dùng. Vì vậy việc
tuyển chọn chủng nấm men thích hợp cho từng nhà máy sản xuất luôn luôn là vấn
đề nghiêm túc, đòi hỏi các nhà kỹ thuật phải quan tâm một cách thỏa đáng.
- 12 -
Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của chủng nấm men đến chất lượng của bia,
theo một số tác giả đã chỉ ra rằng: hàm lượng dầu fuzel tạo thành trong q trình lên
men chính và tồn tại ở trong bia phụ thuộc vào chủng nấm men đem dùng. Ở cùng
một điều kiện, chủng này chỉ sinh tổng hợp được khoảng 40mg/l dầu fuzel nhưng
với chủng khác, con số đó lên tới 200mg/l. Tác giả này cũng khẳng định rằng, hàm
lượng diacetyl, mercaptan, ester và nhiều cấu tử khác cũng chịu chung ảnh hưởng
tương tự như vậy [1] .
Khi đánh giá chất lượng của một chủng men sản xuất, cần xem xét các chỉ
số sau đây:
- Tốc độ và mức độ lên men;
- Hàm lượng sản phẩm phụ tạo thành;
- Tốc độ và khả năng kết lắng;
- Mức độ suy giảm các đặc tính kỹ thuật (tức là mức độ thối hóa);
- Khả năng chống chịu khi bị tấn cơng.
Một chủng nấm men phù hợp và có chất lượng tốt có thể tái sử dụng đến
đời thứ bảy thứ tám (sau mỗi lần lên men là một đời).
Đối với quá trình lên men bia đen, yêu cầu nấm men phải chịu được sự tác
động của thành phần dịch nha và sự thiếu hụt về lượng các chất dinh dưỡng (acid
amin, vitamin), có thể chịu được nồng độ cồn cao và cũng có thể chịu được áp
suất thẩm thấu cao(do nồng độ chất hòa tan ban đầu trong dịch nha cao hơn 16oP).
Thông thường tùy theo thị hiếu ở mỗi quốc gia, người ta sẽ sử dụng những chủng
nấm men riêng biệt dành cho quá trình lên men bia này. Đối với những nước
Anh, Mỹ, Bỉ, Scotlen thường dùng chủng men Ale còn đối với Đức, Cộng hòa Séc
dùng chủng men Lager cho quá trình lên men bia đen [33] .
2.2.2.2 Lượng nấm men gieo cấy ban đầu
Lượng nấm men gieo cấy ban đầu liên quan mật thiết đến tiến trình lên
men qua các chỉ số sau đây:
- 13 -
- Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa quần thể nấm men với
môi trường lên men (cơ chất);
- Lượng tế bào nảy chồi, từ đây dẫn đến lượng chất hòa tan (chất dinh dưỡng)
bị tiêu phí cho việc xây dựng tế bào mới và cường độ trao đổi chất trong tế bào non;
- Thời gian lên men;
- Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỷ số tương quan giữa chúng.
Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm
men gieo cấy ban đầu. Nếu mật độ gieo cấy càng nhiều thì thời gian đó càng ngắn
và ngược lại. Nếu lượng nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chồi của chúng
không thể đạt được mức tối đa cần thiết. Trong trường hợp như vậy, quá trình lên
men bị “ỳ”, nghĩa là mức độ lên men thấp, thời gian lên men kéo dài.
Tỷ lệ nấm men gieo cấy sử dụng cho quá trình lên men bia truyền thống
nhỏ hơn 12oP thường là 10-15 triệu tế bào/mL dịch nha. Theo O, Connor-Cox và
Ingledew (1991), quy luật chung là cần tăng thêm 1-2 triệu tế bào/mL khi nồng độ
dịch nha tăng 1oP. Tuy nhiên, để khắc phục vấn đề về việc bổ sung chất dinh dưỡng
vào dịch nha ở các loại bia được sản xuất với tỷ lệ nguyên liệu thay thế cao và bia
lên men nồng độ cao, một số nghiên cứu đã đưa ra giải pháp lên men với tỷ lệ giống
cấy cao hơn mức thông thường, cơ sở lý thuyết của giải pháp này nhằm tận dụng
một lượng lớn tế bào nấm men để tăng tốc độ chuyển hóa cơ chất. Các nghiên cứu
theo mục tiêu này đã được thực hiện bởi Edelen và cộng sự (1996) với tỷ lệ giống
cấy là 30; 53; 74 triệu tế bào/mL), Erten và cộng sự (2007), với tỷ lệ giống cấy là
(10-100 triệu tế bào/mL).
*Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến khả năng sống sót, sự sinh trưởng của nấm
men, khả năng sử dụng chất dinh dưỡng của nấm men, tốc độ lên men
Mật độ nấm men gieo cấy ban đầu càng lớn thì tỷ lệ số tế bào nảy chồi
càng thấp, tốc độ sinh sản tương đối càng bé. Khi lượng tế bào nảy chồi ít thì cường
độ trao đổi chất của tế bào non cũng thấp hơn. Theo nghiên cứu của Edelen và cộng
sự (1996), khi tăng tỷ lệ giống cấy từ 12,8 lên 74,9 triệu tế bào/mL, thì khả năng
- 14 -
sinh trưởng của nấm men giảm. Nghiên cứu gần đây của Verbelen và cộng sự
(2008) đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy (20-80 triệu tế bào/mL) đến động
học của 11 chủng men chìm cũng cho kết quả tương tự .
Theo nghiên cứu O,Connor-Cox và Ingledew (1991), khi tăng tỷ lệ giống
cấy từ 16-80 triệu tế bào/mL và kết hợp bổ sung chất dinh dưỡng (FAN) vào môi
trường (0-750mg/l), kết quả cho thấy tổng số tế bào nấm men, tốc độ lên men tăng
không đáng kể so với mẫu không bổ sung chất dinh dưỡng. Hiện tượng này chứng
tỏ ở tỷ lệ giống cấy cao, tốc độ và thời gian lên men không phụ thuộc vào nguồn
dinh dưỡng bổ sung; còn với tỷ lệ giống cấy thấp, khi đó nấm men sử dụng nguồn
dinh dưỡng bổ sung để tăng số lượng tế bào nấm men đến mức cực đại, do đó tốc
độ lên men và thời gian lên men phụ thuộc đáng kể vào nguồn dinh dưỡng bổ sung.
Edelen (1996) cũng khảo sát khả năng sử dụng chất dinh dưỡng của nấm men ở tỷ
lệ giống cấy cao. Khả năng sử dụng chất dinh dưỡng của nấm men giảm khi tăng tỷ
lệ giống cấy. Theo tác giả này, hoạt tính đa số các enzyme giảm khi tỷ lệ giống cấy
tăng (các tác giả đã thực hiện đánh giá hoạt tính một số enzyme chuyển hóa của
nấm men trong suốt quá trình lên men).
*Ảnh hưởng của mật độ giống cấy đến tỷ lệ sống sót của nấm men khi kết
thúc q trình lên men chính đã được khảo sát. Theo nghiên cứu của Erten và cộng
sự (2007), phần trăm tế bào sống sót giảm trong suốt quá trình lên men.
Bảng 2.4. Số tế bào sống sót khi kết thúc quá trình lên men ở các tỷ lệ
giống cấy ban đầu khác nhau khi lên men dịch nha 16oP (dịch nha được nấu từ
100% malt). Quá trình lên men được thực hiện trong bình Erlen 1L chứa 800mL
mơi trường, nhiệt độ lên men 10oC, quá trình lên men kết thúc khi độ lên men đạt
80%
Tỷ lệ giống cấy ban đầu (triệu tế bào/mL)
10
25
50
75
100
Số tế bào sống sót khi kết thúc
q trình lên men chính(%)
63,3
62,9
69,6
70,0
72,2
