Khảo sát hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm enzyme termamyl 120l α amylase đến hiệu suất thuỷ phân tinh bột ở nồi gạo trong công nghệ sản xuất bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT HIỆU QUẢ CỦA VIỆC SỬ DỤNG CHẾ PHẨM
ENZYME TERMAMYL 120L (α-amylase) ĐẾN HIỆU SUẤT
THUỶ PHÂN TINH BỘT Ở NỒI GẠO TRONG CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT BIA.

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Hương
Sinh viên thực hiện
MSSV: 107111113

: Nguyễn Thị Hồng Như
Lớp: 07DSH02

TP. Hồ Chí Minh, 2011




SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

2.5.1

Chỉ tiêu về cảm quan.......................................................................61

2.5.2

Các chỉ tiêu hoá học........................................................................61

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................62
3.1

Phương tiện nghiên cứu ........................................................................62

3.1.1

Thời gian địa điểm ..........................................................................62

3.1.2

Nguyên vật liệu ...............................................................................62

iii


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

4.4 Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L. .............................88

4.5 Khảo sát thời gian đường hoá....................................................................89
4.6 Đánh giá sự khác biệt giữa bia có sử dụng enzyme Termamyl 120L và bia

iv



SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Tài liệu cho thấy bia được sản xuất ở Sumeria từ rất lâu ...........................4
Hình 2.2 Nước dùng trong nấu bia...........................................................................8
Hình 2.3 Malt ........................................................................................................12
Hình 2.4 Đại mạch nhiều hàng (trái), đại mạch 2 hàng (phải) ................................13
Hình 2.5 Bơng và mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng.............................................13
Hình 2.6 Quy trình sản xuất malt đại mạch ............................................................16
Hình 2.7 Hoa houblon (hay hoa bia) ......................................................................17
Hình 2.8 Cơng thức tổng qt của α - acid đắng ....................................................19
Hình 2.9 Cơng thức tổng qt của β – acid đắng....................................................20
Hình 2.10 Cấu tạo các polyphenol trong houblon: Procyanidin C3 (a), Astragalin (b)
..............................................................................................................................22
Hình 2.11 Các dạng hoa houblon: hoa khơ (a), viên nén (b) và dịch chiết (c).........22
Hình 2.12 Hình thái khuẩn lạc nấm men: S. cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b).....23
Hình 2.13 Thế liệu (gạo)........................................................................................28
Hình 2.14 Sơ đồ phân loại của hệ amylase.............................................................30
Hình 2.15 Cơ chế tác động của α – amylase lên tinh bột........................................32
Hình 2.16 Quy trình nấu bia ..................................................................................40
Hình 2.17 Nồi nấu malt .........................................................................................43

Hình 2.18 Nồi nấu dịch lên men (dịch đường + houblon) ......................................44
Hình 2.19 Thiết bị lắng dịch lên men.....................................................................45
Hình 2.20 Quy trình đóng chai ..............................................................................47
Hình 2.21 Vịi chiết bia vào chai............................................................................48
Hình 2.22 Quy trình đóng lon ................................................................................50
Hình 2.23 Máy kiểm tra mực bia trong lon ............................................................51
Hình 2.24 Quy trình đóng keg ...............................................................................51
Hình 2.25 Thanh trùng Keg ...................................................................................52
Hình 2.26 Bia được bảo quản trong kho tránh ánh sáng.........................................53
Hình 2.27 Cơ chế phân cắt tinh bột của enzyme amylase.......................................57

vi


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hồi Hương

Hình 2.28 Sơ đồ đường hố hai giai đoạn ..............................................................59
Hình 2.29 Sơ đồ đường hố ba giai đoạn ...............................................................59
Hình 3.1 Ngun liệu gạo sử dụng cho thí nghiệm ................................................63
Hình 3.2 Thiết bị dùng để phân tích: Brix kế (a), nhớt kế (b) .................................64
Hình 3.3 Enzyme Termamyl 120L.........................................................................65
Hình 3.4 Gạo và malt nghiền .................................................................................67
Hình 3.5 Đun gạo trên bếp có theo dõi nhiệt độ và khuấy ......................................68
Hình 3.6 Dịch đường sau khi lọc ...........................................................................69
Hình 3.7 Xác định độ nhớt của dịch đường............................................................69
Hình 3.8 Cốc nấu gạo (bổ sung enzyme Termamyl) + malt ...................................79
Hình 3.9 Cốc nấu gạo (dùng malt lót) + malt .........................................................79
Hình 3.10 Dịch đường lọc của 2 mẫu F0 và F1 .......................................................79

Hình 3.11 Dịch đường của mẫu F0 và F1 sau khi nấu với hoa.................................80
Hình 3.12 Dịch đường sau khi lên men..................................................................81
Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ ezyme Termamyl bổ sung khác nhau
đến độ đường tạo ra ở lần lọc bã thứ nhất . ............................................................85
Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến độ đường tạo ra ở lần
lọc bã thứ nhất ở tỉ lệ ezyme Termamyl 0.08%. .....................................................87
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn độ đường (0P) thu được sau lần lọc thứ nhất (nha cốt) ở
các thời điểm bổ sung enzyme khác nhau ở tì lệ enzyme Termamyl 0.08%. ..........89
Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn DE (mg/ml) thu được sau quá trình nấu gạo ở các thời
điểm khác nhau ở tỉ lệ enzyme Termamyl 0.08%...................................................90

vii


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

viii


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
-

Tính cấp thiết của đề tài:

Trong thời đại khoa học công nghệ phát triển như ngày nay, con người luôn nổ
lực phấn đấu phát minh ra những điều kì diệu. Một trong những thành tựu đáng
quan tâm là lĩnh vực ứng dụng chế phẩm enzyme tinh chế có nguồn gốc từ vi sinh
vật vào các qui trình cơng nghệ nhằm tiết kiệm nguồn nguyên liệu sản xuất đang
dần khan hiếm, hạ giá thành sản phẩm, cải tiến chất lượng sản phẩm ngon hơn mà
giá cả cũng rất phải chăng.
Hiện nay, việc sử dụng chất xúc tác có hoạt tính sinh học (enzyme) vào lĩnh vực
sản xuất đang rất được quan tâm trên thế giới. Đáng chú ý là ứng dụng của nó trong
cơng nghệ sản xuất nước giải khát có cồn. Và bia là một trong những sản phẩm
được ưa chuộng nhất do nó có sự hấp dẫn đặc biệt bởi mùi vị rất đặc trưng. Đó là sự
kết hợp hài hòa của malt đại mạch, houblon, nước, nấm men đã được tạo ra từ một
qui trình nấu hết sức phức tạp và công phu.
Chế phẩm enzyme được bổ sung vào nhiều giai đoạn trong qui trình cơng nghệ
sản xuất bia như giai đoạn đường hóa, giai đoạn lọc bia… nhằm rút ngắn thời gian
sản xuất, nâng cao hiệu suất đường hóa, tăng độ bền sinh học cho bia thành phẩm.
Hòa nhập vào xu thế cải tiến chung đó, em tiến hành nghiên cứu đề tài “ khảo
sát hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl 120L đến hiệu suất thủy
phân tinh bột ở nồi gạo trong công nghệ sản xuất bia”. Đề tài luận văn này tập trung
nghiên cứu việc ứng dụng chế phẩm enzyme Termamyl nhằm đẩy nhanh tốc độ
thuỷ phân tinh bột ở nồi gạo nhằm hổ trợ q trình đường hóa góp phần cải tiến
công nghệ, nâng cao hiệu suất thu hồi từ đó nâng cao chất lượng bia thành phẩm.
-

Tình hình nghiên cứu: hiện nay việc sử dụng enzyme xúc tác quá trình thuỷ

phân tinh bột, hổ trợ quá trình đường hoá được nhiều nhà máy sản xuất bia, rượu áp
dụng. Với chế phẩm enzyme Termamyl 120L được sử dụng nhiều nhất trong các
nhà máy bia, tuy nhiên việc sử dụng nó tuỳ thuộc vào từng nhà máy, cơ sở, quy
trình sản xuất.
-

Mục đích nghiên cứu

1


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Tăng lượng thế liệu sử dụng từ 20% lên 40%.
Không sử dụng malt lót.
Giúp q trình dịch đường hố diễn ra triệt để.
-

Nhiệm vụ nghiên cứu

Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl đến tốc độ
thủy phân tinh bột ở nồi gạo trong q trình đường hóa được thực hiện thơng qua
các thí nghiệm sau:
Xác định hoạt tính của enzyme Termamyl 120L
Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme Termamyl 120L bổ sung vào nồi
gạo.
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến khả năng thủy phân tinh bột
của enzyme Termamyl.
Khảo sát thời điểm bổ sung enzyme Termamyl 120L.
Khảo sát thời gian đường hoá.
Đánh giá sự khác biệt giữa bia sử dụng 40% thế liệu gạo có bổ sung
enzyme Termamyl 120L và bia sử dụng 20% thế liệu gạo không bổ sung enzyme.
-

Phương pháp nghiên cứu: thu thập kết quả từ các thí nghiệm và phân tích số

liệu thu được thông qua các phần mềm thống kê, phân tích LSD.
-

Các kết quả đạt được của đề tài: từ các nghiên cứu đạt được có thể đưa ra

một quy trình dịch đường hố gạo và malt có sử dụng enzyme Termamyl 120L
trong công nghệ sản xuất bia Lager 40% thế liệu gạo.
-

Kết cấu của ĐA/KLTN: bao gồm 5 chương
Chương 1: Đặt vấn đề.
Chương 2: Tổng quan.
Chương 3: Vật liệu và phương pháp.
Chương 4: Kết quả và thảo luận.
Chương 5: Kết luận và đề nghị.
Tài liệu tham khảo.

2


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1

Lịch sử
2.1.1

Giới thiệu về ngành bia

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và
có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon, bổ dưỡng. Uống bia với một lượng thích hợp
khơng những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hố mà cịn giảm được sự
mệt mỏi, cải thiện tinh thần.
Công nghiệp bia được xếp vào ngành “công nghiệp nơng nghiệp” bởi nó tác
động lên các sản phẩm của nơng nghiệp. Trong đó nó lại được xếp vào nhóm “cơng
nghiệp lên men” vì biến đổi chính trong sản xuất bia là kết quả của quá trình lên
men rượu.
Định nghĩa bia của Pháp: “Bia là một loại đồ uống thu được từ quá trình lên men
dịch các chất chiết từ đại mạch nảy mầm, có bổ sung khơng q 15% nguyên liệu
đường khác và hoa houblon”. Một số nước đặc biệt là ở Đức, định nghĩa hợp pháp
về bia như sau: “ Bia là một loại đồ uống thu nhận được nhờ lên men, và không qua
chưng cất, và ở đây chỉ sử dụng hạt đại mạch nảy mầm, hoa houblon, nấm men và
nước”. Do đó ở Đức người ta cấm sử dụng các nguyên liệu khác ngoài bốn thứ kể
trên, tuy nhiên đối với một vài loại bia, người ta cho phép sử dụng hạt ngũ cốc chưa
nảy mầm, các loại đường và ngay cả các chất hoá học làm dịu vị. Còn ở Việt Nam
bia được định nghĩa: “Bia là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ
nguyên liệu chính là malt đại mạch, houblon, nấm men và nước”.
2.1.2

Nguồn gốc

Những sản phẩm lên men đầu tiên từ lúa mạch đã được biết đến từ 8000 năm
trước công nguyên (TCN). Người ta cho rằng Osiris (vị thần nông nghiệp Ai Cập)
là người đầu tiên đã hướng dẫn con ngươi làm bia từ lúa mạch. Tuy nhiên, theo

Herodotus viết ở thế kỷ thứ 5 TCN lại cho rằng cơng lao đó thuộc về vợ của ơng
Osiris là Iris. Bằng phỏng đốn chúng ta có thể tin rằng người ta suy tôn Osiris và

3


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hồi Hương

Iris vì coi sự phát triển một cách ngẫu nhiên về lên men là do có “sự can thiệp của
các vị thần thánh”.
Nhiều tài liệu lịch sử ( hình 2.1) chỉ ra rằng cách đây hơn 5000 năm (TCN),
người Sumerien và Assyrien đã sản xuất được một loại đồ uống lên men từ các loại
ngũ cốc. Từ 4000 năm TCN, theo những bản thảo và di tích khảo cổ ở bảo tàng Ai
Cập học của Bruxelle, những người Ai Cập đã có những loại bia được xếp hạng
cao, như là “bia của các nhà quý tộc”, “bia của Ai Cập”. Vào khoảng 2000 TCN,
dưới thời vua Hammourabi, người Babilon đã viết thành sách các nguyên tắc nấu
bia và quá trình nấu bia.

(a)

(b)

Hình 2.1 Tài liệu cho thấy bia được sản xuất ở Sumeria từ rất lâu
(a) bức vẽ 6000 năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống
một thứ đồ uống bằng các cần hút bằng sậy.
(b) Thiên sử thi Gilgamesh, một bản trường ca của người Sumeria để tỏ lịng tơn
kính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia.
Bia đã từng là quan trọng đối với người La Mã trong thời kỳ đầu, nhưng trong

thời kỳ Cộng hoà La Mã thì rượu vang đã thay thế bia như là đồ uống chứa cồn
được ưa chuộng hơn. Bia trở thành đồ uống được coi là thích hợp cho những người
man rợ. Tacitus đã viết một cách đầy chê bai về bia được các giống người Đức sản
xuất trong thời đại của ông.

4


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm
chí từ thế kỷ 5 TCN,như Hellanicos đã viết trong các vở opera. Tên gọi cho bia của
họ là brutos hay brytos.
Thời trung cổ, những thầy tu là những người đầu tiên cơng nghiệp hố việc sản
xuất bia. Ở tu viện của St.Gall, Thuỵ Sĩ, người ta vẫn còn giữ được những xưởng
bia cổ nhất. Cũng ở thời này, người ta đã bắt đầu tạo hương cho bia bằng cách thêm
vào dịch hèm những loại thảo mộc có vị đắng và hương thơm. Những người đứng
đầu (Seigneur) giữ bí mật về hỗn hợp chất tạo hương này và thu được từ đây một
nguồn lợi rất lớn. Đến thế kỉ thứ 8, người ta đã biết cách sử dụng hoa houblon.
Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình. Vào
thế kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang
hoạt động thủ công với các quán bia và tu viện sản xuất bia hàng loạt để tiêu thụ.
Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia khơng có hoa bia được biết đến như là ale,
cịn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia. Bia có chứa hoa bia được nhập
khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được
trồng trên quốc đảo này từ năm 1428. Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp
– Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo “khơng hoa bia, khơng
thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào

sẽ được sản xuất – mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia”. Tuy nhiên vào
thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và
tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia.
Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot
(Luật tinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đến nay.
Gebot quy định rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch, hoa bia,
với men bia được bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857. Luật của
người Bavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức
thống nhất năm 1871 thành Đế chế Đức dười thời Otto von Bismarck, và kể từ đó
đã được cập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu. Cho đến

5


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

nay, Gebot vẫn được coi là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này có
thể gây tranh cãi.
Những nghiên cứu khoa học về sản xuất bia chỉ thực sự được bắt đầu năm 1876,
cùng với việc xuất bản các “Nghiên cứu về bia” của Louis Pasteur. Trước tiên, ông
đã chỉ ra những “bệnh” của bia là do sự phát triển của vi sinh vật và đã đưa ra
những nền tảng đầu tiên của một quy trình sản xuất hợp lý. Ông cũng đã phát minh
ra phương pháp thanh trùng mang tên ông, Pasteur, mà cho tới nay người ta vẫn áp
dụng.
Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày xưa gọi
là ale. Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia
được lưu trữ trong các hầm lạnh một thời gian dài, kể từ đó nó đã được sản xuất
nhiều hơn ale.

Năm 1953, Morton W.Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên
men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế cơng nghệ của ơng và nó là một cuộc cách
mạng trong cơng nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là
4 tháng xuống cịn chưa đầy 24 giờ. Cơng nghệ của ơng vẫn được sử dụng bởi nhiều
nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness.
Ngày nay, công nghiệp bia là cơng việc kinh doanh khổng lồ tồn cầu, bao gồm
chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ
yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế
giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất
ra cái gọi là bia không cồn.
Do vậy, nghiên cứu khoa học đã tạo ra những bước phát triển nhanh trong sản
xuất bia và tạo nên một ngành công nghiệp lớn mạnh ngày càng phát triển.
2.1.3

Tình hình sản xuất và tiêu thụ
2.1.3.1

Trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm,
trong đó Mỹ, Đức sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm. Thống
kê bình qn mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiên tiến trong năm

6


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

2004 như sau: Cộng hồ Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc
khoảng 110 lít/người/năm.
Lượng bia tiêu thụ tăng hầu hết các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy
lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung
Quốc, Thái Lan, Philippin với tốc độ tăng đến 11.2%. Châu Á là một trong những
khu vực lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của
thế giới nhận định rằng châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế
giới.
Trong khi sản xuất bia ở châu Âu có giảm, thì ở châu Á, trước kia nhiều nước có
mức tiêu thụ bia trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình qn 6.5%/năm. Thái
Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26.5%/năm, tiếp đến là Philippin 22.2%/năm.
Đây là những nước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực.
2.1.3.2

Tình hình ở Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy bia
Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100
năm.
Các nhà máy bia có cơng suất trên 100 triệu lít/năm đều có hệ thống thiết bị hiện
đại, tiên tiến nhập khẩu từ các nước có nền cơng nghiệp sản xuất bia phát triển. Các
nhà máy bia có cơng suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi
mới thiết bị, tiếp thu trình độ cơng nghệ tiên tiến vào sản xuất.
Truyền thống văn hoá dân tộc và lối sống tác động mức tiêu thụ bia, rượu. Ở các
nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi không cho phép giáo dân uống rượu bia
nên mức tiêu thụ bình quân đầu người ở mức thấp. Việt Nam không bị ảnh hưởng
của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển. Theo một nghiên cứu
của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ 50 đến 96% tổng mức tiêu thụ các
loại đồ uống có cồn trên thị trường các nước Đông Nam Á.
2.2

Nguyên liệu sản xuất

7


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

2.2.1

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Nước

Nước là một nguyên liệu không thể thiếu trong công nghệ sản xuất bia. Trong
công nghệ sản xuất bia, các yêu cầu về nguồn nước cung cấp cho sản xuất là rất
nghiêm ngặt vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bia thành phẩm.
Nước sản xuất bia cần phải đạt các tiêu chuẩn cần thiết, do đó nước bơm từ
giếng lên phải qua quá trình xử lý nghiêm ngặt. Tiêu chuẩn chính cho nước nấu
bia là ít nhất phải đạt chất lượng như nước uống.
Từ bồn nấu bia nước được cung cấp cho các mục đích sử dụng như sau:
Nước cấp cho nhà nấu bia: nước ngâm malt, nấu malt, nấu gạo,…
Nước cấp cho bồn nước làm lạnh: dùng để làm lạnh dịch nha…
Ngoài ra trong hệ thống xử lý nước cịn có bồn thu hồi nước, bồn này có tác
dụng thu hồi nước vệ sinh các bể lọc, nước rửa chai… Từ bồn chứa này nước có thể
được tái sử dụng để vệ sinh nhà máy hoặc các mục đích vệ sinh khác.

Hình 2.2 Nước dùng trong nấu bia
Về cảm quan:
Màu sắc: trong suốt, khơng màu.

Mùi vị: khơng có mùi vị lạ.
Nước dùng trong sản xuất bia phải đạt các chỉ tiêu sau:
Nước dùng trong sản xuất bia phải là nước mềm, có độ cứng tạm thời
<7mg đương lượng/lít.
Độ pH 6.5 – 7.0

8


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Độ cứng, mềm: (4 - 8ºĐ), độ cứng trung bình (8 - 12ºĐ).
Các kim loại nặng: khơng có.
Vi sinh vật < 100 tế bào/ml.
Vi sinh vật gây bệnh: khơng có.
2.2.1.1

Thành phần hóa học và yêu cầu của nước sản xuất bia

Nước nguyên chất là một hợp chất hóa học với cơng thức phân tử là H2O. Tuy
nhiên, nước dùng trong sản xuất thực chất là một dung dịch loãng của các loại muối
ở dạng ion. Thông thường, các ion hiện diện trong nước bao gồm:
Cation: H+, Na+, K+, NH +4 , Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Al3+.
Anion: OH-, Cl-, HCO 3− , CO 32− , NO −2 , NO 3− , SO 24− , PO 34− , SiO 32− .
Ngoài ra, nước cịn chứa các hợp chất ở dạng keo vơ cơ hoặc hữu cơ (như SiO2)
hoặc các chất khí (như O2, N2, CO2…).
Sự tồn tại của các muối Canci (Ca2+) và Magie (Mg2+) quyết định độ cứng của
nước. Trong sản xuất bia, nước phải đạt yêu cầu là có độ cứng từ mềm đến trung

bình (0 ÷ 12oH) với hàm lượng các thành phần như bảng 2.1.
Bảng 2.1 Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia
Thành phần

Hàm lượng

Muối carbonate

≤ 50 mg/l

Muối Mg

≤ 100 mg/l

Muối clorua

75 ÷ 150 mg/l

Muối CaSO4

130 ÷ 200 mg/l

Fe2+

≤ 0,3 mg/l

NH3

Khơng có

Các muối có gốc NO 3− , NO −2

Khơng có

Vi sinh vật

≤ 100 cfu/cm3
(Nguồn: Bùi Ái, 2009)

9


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Một trong những chỉ số quan trọng nhất của nước là giá trị pH. pH ảnh hưởng
lên hoạt tính của các enzyme, khả năng hòa tan chất đắng của houblon, sự phát triển
của vi sinh vật, khả năng hòa tan các hợp chất hữu cơ trong malt, dịch wort, bia…
cũng như tham gia tạo mùi cuối cùng của sản phẩm. Thông thường pH của nước từ
6,5 ÷ 7. Ngun nhân nước có tính acid yếu đó là do sự có mặt của H2CO3 ở dạng
tự do.
H2O + CO2

H2CO3

H+ + HCO 3−

2H+ + CO 32−

Hàm lượng các ion HCO 3− , CO 32− và OH- gây ra độ kiềm của nước.
2.2.1.2

Ảnh hưởng của các muối trong nước đến công nghệ và

chất lượng bia
Các thành phần muối hiện diện trong nước với hàm lượng rất khác nhau và tác
động của chúng đến tiến trình công nghệ cũng như chất lượng sản phẩm cũng không
giống nhau. Ảnh hưởng do tác động qua lại giữa các cation và anion:
Ion Ca2+: có mặt trong tất cả các loại nước ngầm, tồn tại nhiều nhất ở 2
dạng: Ca(HCO3)2 và CaSO4. Muối bicarbonate gây ảnh hưởng bất lợi vì làm tăng
giá trị pH của dịch cháo (mash) khi phản ứng với các muối phosphate của malt:
2KH2PO4 + 2NaHCO3 = K2HPO4 + Na2HPO4 + H2O + 2CO2
Tác động này ảnh hưởng khơng có lợi cho hoạt động của các enzyme và do đó
làm giảm hiệu suất thủy phân trong quá trình tạo dịch đường. Trong khi đó, muối
sulfate của calci lại có khuynh hướng làm giảm pH và điều này là có lợi cho q
trình đường hóa:
4K2HPO4 + 3CaSO4 = Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4
Ion Mg2+: hàm lượng trong nước tuy ít hơn Ca2+ nhưng lại gây ra tác
dụng xấu hơn vì MgCO3 tan được, cịn MgSO4 gây ra vị đắng chát khó chịu.
Ion Na+: hiện diện trong nước

dưới các dạng: Na2CO3, NaHCO3,

Na2SO4, NaCl và gây ra các tác dụng khác nhau:
⇒

NaHCO3 và Na2CO3 làm giảm độ acid của dịch cháo.

10

SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

⇒

Na2SO4 với hàm lượng cao sẽ tạo cho bia có vị đắng.

⇒

NaCl nồng độ dưới 200 mg/l lại có tác dụng tốt đến mùi, vị bia.

Ion sắt: chủ yếu tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2. Với hàm lượng cao, chúng
có thể phá vỡ sự cân bằng trong tiến trình lên men, gây cho bia mùi vị lạ, xúc tác
q trình oxy hóa trong bia, làm giảm độ bền keo và gây đục cho sản phẩm.
Ion SO 24− : có thể gây cho bia vị đắng – khan khó chịu nếu có mặt với hàm
lượng cao.
Ion Cl-: với hàm lượng vừa phải tạo cho bia có vị hài hịa, dễ chịu.
Ion NO 3− và NO −2 : chỉ có muối của calci và magne mới ảnh hưởng đến
các quá trình sản xuất dịch đường. Ở giai đoạn lên men, với hàm lượng cao, chúng
sẽ ức chế rất mạnh sự phát triển của nấm men.
Acid silic: với hàm lượng lớn có thể cản trở quá trình lên men và gây đục.
Việc hiểu biết vai trị và tác động của các muối hiện diện trong nước trong q
trình sản xuất bia có một vai trị quan trọng bởi vì chúng ảnh hưởng đến hoạt tính
của nước đối với các thành phần của malt và có lẽ là của houblon nữa. Với việc
phân tích thành phần và hàm lượng các muối trong nước, người ta có thể can thiệp
các biện pháp xử lý thích hợp hay bổ sung các khoáng cần thiết để phù hợp hơn cho
quá trình cơng nghệ cũng như chất lượng bia thành phẩm.

2.2.2

Malt đại mạch

Malt là sản phẩm được chế biến từ các hạt ngũ cốc được ươm mầm với sự kiểm
soát chặt chẽ bởi các yếu tố kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ và mức độ thơng gió). Trong
cơng nghệ sản xuất bia, malt đại mạch là thành phần dường như không thể thay thế.
Quá trình quan trọng nhất để hạt đại mạch trở thành hạt malt là sự nẩy mầm nhằm
mục đích hoạt hóa, tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có trong hạt
đại mạch. Các enzyme này sẽ chuyển hóa các hợp chất cao phân tử có trong nội nhũ
hạt thành các hợp chất đơn giản hơn, tham gia vào thành phần chất hòa tan của dịch
đường. Bên cạnh đó, malt đại mạch cịn chứa protein - được sử dụng như là nguồn

11


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

dinh dưỡng của nấm men trong quá trình lên men. Một yếu tố quan trọng khác, malt
đại mạch cịn góp phần tạo hương vị và màu sắc cho sản phẩm.
Trong sản xuất bia, người ta sử dụng đại mạch đã qua ươm mầm, tách rễ và sấy
khô gọi là malt.
Malt khi đưa vào sản xuất bia phải đạt các yêu cầu sau:
Chỉ tiêu cơ học và lý học
• Màu hạt malt vàng: vàng sang, óng mượt.
• Mùi: thơm đặc trưng.
• Vị: ngọt nhẹ.
• Hình dáng: to trịn, đều hạt.

• Tạp chất: cỏ dại < 0.1%
• Khối lượng hạt: 28 – 38 g/1000 hạt.
• Hạt có bột xốp: > 98%.
• Dạng bán thuỷ tinh: <1%

Hình 2.3 Malt

• Dạng thuỷ tinh: <1%
Chỉ tiêu hố học
• Độ hồ tan tính theo chất khơ: 76 – 81.7%
• Độ ẩm < 5%
• pH 5.5 – 6.5
• Độ ẩm không vượt quá 4.5%
2.2.2.1

Hạt đại mạch

Đại mạch là nguyên liệu chính cho tiến trình sản xuất bia. Đại mạch có tên
Latinh là Hordeum murium, H.jubatum thường được trồng vào mùa đông hay mùa
xuân và được trồng nhiều nhất ở Liên Xô, Mỹ, Canada và Pháp.
Đây là một loại ngũ cốc (cereal) với nguồn tinh bột rất dồi dào và vỏ trấu của nó
vẫn bám chặt vào hạt thậm chí ngay cả khi đập và chế biến thành malt.

12


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hồi Hương

Hình 2.4 Đại mạch nhiều hàng (trái), đại mạch 2 hàng (phải)
Đại mạch đuợc chia thành hai nhóm: đại mạch hai hàng và đại mạch nhiều hàng
thường là sáu hàng (hình 2.4). Đại mạch hai hàng tuy có hàm lượng enzyme và
protein thấp hơn đại mạch sáu hàng nhưng đuợc sử dụng nhiều hơn. Ngun nhân là
vì nó có lượng tinh bột – thành phần chính để chuyển hóa thành đường cao hơn
đồng thời lớp vỏ trấu mỏng hơn nên tạo cho bia thành phẩm có độ trong và mùi vị
tốt hơn do ít các hợp chất polyphenol hơn.

Hình 2.5 Bơng và mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng
Trong cấu tạo của hạt đại mạch (hình 2.5), nội nhũ là phần lớn nhất và cũng là
phần có giá trị nhất, giữ vai trò quyết định chất lượng đại mạch trong sản xuất bia.
Thành phần chính trong nội nhũ là các hạt tinh bột được cấu tạo từ hai
polysaccharide là amylose và amylopectin, một ít protein, cellulose, chất béo, tro và

13


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

đường. Trong khi đó, phơi có giá trị dinh dưỡng khơng đáng kể nhưng lại có vai trị
rất quan trọng – là “trạm hoạt hóa” và là “nhà máy sản xuất” enzyme trong quá trình
nảy mầm của hạt để tạo thành malt.
Bảng 2.2 Thành phần hóa học trung bình malt tính theo % trọng lượng
chất khô
Thành phần

Phần trăm các chất (%)

Tinh bột

58 – 60

Đường Sacaroza

3–5

Đường khử

3–4

Những đường khác

2

Chất dạng gom

2–4

Hemixenlulo

6–8

Xenlulo

5

Lipit

2–3

Protein thô

8 – 11

Dạng hoà tan thể muối

2

Glutein – protein

2

Axit amin và peptit

3–4

Axit nucleit

1–2

Tro

0.2 – 0.3

Những chất còn lại

2.2
( Nguồn: Bùi Ái, 2009)

Các thành phần (bảng 2.2) quan trọng nhất trong đại mạch là:
Carbohydrate: là thành phần chiếm hàm lượng lớn nhất và đóng vai trị
quan trọng nhất trong q trình sản xuất và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
Chúng bao gồm cellulose (không tan), hemicellulose (tan được trong nước), tinh
bột, các dextrin, đường và các chất gôm (gums).

14


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hoài Hương

Protein: là thành phần quan trọng thứ hai (sau tinh bột) của đại mạch, bao
gồm glutelin, prolamin, globulin và albumin. Hàm lượng protein tốt nhất để sản
xuất bia là 8 ÷ 10%. Nếu protein cao quá, bia dễ bị đục và khó bảo quản, nếu thấp
quá thì quá trình lên men kém triệt để, bia kém bọt và kém đậm đà.
Enzyme: được phân thành hai nhóm chính là nhóm enzyme thủy phân
(carbohydrase, protease và esterase) và nhóm enzyme oxy hóa khử (dehydrase,
catalase và oxydase). Các enzyme này tham gia vào các phản ứng sinh hóa và biến
dần hạt đại mạch thành những hạt malt rồi thành chất hịa tan vàodịch đuờng.
Ngồi ra cịn có các thành phần khác như: Cellulose, hemicellulose, chất chát,
chất đắng, khoáng, vitamin,…
2.2.2.2.

Sản xuất malt đại mạch

Trong sản xuất bia, người ta sử dụng đại mạch đã qua ươm mầm và sấy khô gọi
là malt. Mục tiêu lớn nhất của quá trình ươm mầm và cũng là mục tiêu của q trình

sản xuất malt là hoạt hóa và tích lũy về khối lượng và hoạt lực của hệ enzyme có
trong đại mạch. Q trình ươm mầm được thực hiện với sự kiểm soát chặt chẽ các
điều kiện kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ, mức độ thơng gió). Với cùng một giống đại
mạch nhưng với các điều kiện kỹ thuật ươm mầm khác nhau sẽ cho ta các loại malt
có chất lượng khác nhau.
Malt là một nguyên liệu bắt buộc trong công nghệ sản xuất bia. Ngày nay, với
những kỹ thuật nấu hiện đại, người ta có thể thay thế đại mạch bằng nguyên liệu là
các loại ngũ cốc có nhiều bột, ít chất béo như bắp, gạo, … nhưng khơng thể thay thế
hồn tồn vì malt khơng những cung cấp một hệ enzyme phong phú (amylase,
protease, exopeptide, phosphataza) cho quá trình thủy phân các hợp chất cao phân
tử thành các chất có phân tử lượng thấp dễ hịa tan mà còn tạo ra màu sắc và mùi vị
đặc trưng cho bia.
Thành phần chính của malt khơ: (% chất khơ)
• Tinh bột: 58%.
• Độ ẩm: 3.8 – 5%.

15


SVTH: Nguyễn Thị Hồng Như

GVHD: TS. Nguyễn Hồi Hương

• Độ trích ly: 78 – 80.5% (chất khơ).
• Chỉ số Kolbatch: 36 – 41.
• Pentose hịa tan: 1,0%.
• Hexose và pentose khơng tan: 9,0%.
• Cellulose: 6.0%.
• Saccharose: 5.0%.
• Đường khử: 4,0%.

• Protein (N x 6.25): 10%.
• Protein hịa tan: 3.0%.
• Chất béo: 2.5%.
• Chất tro: 2.5%.
Sản xuất malt nhằm chuyển hóa các thành phần tinh bột không tan thành các
hợp chất đường ở dạng hòa tan, phân cắt các phân tử protein phức tạp thành các
thành các thành phần dinh dưỡng đơn giản cần thiết cho sự phát triển của nấm men
đồng thời hoạt hóa và tích lũy hệ enzyme có trong hạt đại mạch. Ba bước chính
trong q trình sản xuất malt (hình 2.6) là ngâm đại mạch, ươm mầm đại mạch và
sấy malt.

Đại mạch

Malt

Làm sạch, phân loại

Ngâm

Ươm mầm

Xử lý

Sấy

Hình 2.6 Quy trình sản xuất malt đại mạch
Ngâm đại mạch: nhằm làm tăng độ ẩm và hoạt hóa tiến trình trao đổi chất
ở hạt. Kết thúc quá trình này, hạt đã nhú mầm trắng ở phần đầu và trương phình ra,
gia tăng thêm 1/3 kích thước ban đầu.

16