Đang tải... (xem toàn văn)
Quy trình sản xuất bia bao gồm nguyên liệu, các bước công nghệ, các thông số liên quan mỗi quá trình và xác định, phân tích nguồn gốc các mối nguy liên quan (mối nguy hóa học, mối nguy sinh học, mối nguy vật lý)
Phần 1: Thuyết minh quy trình công nghệ I Chỉ tiêu nguyên liệu sản xuất Nguyên liệu chính Bốn nguyên liệu chính không thể thiếu, cần dùng cho quá trình sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon, nước, nấm men Chất lượng của chúng quyết định đến chất lượng của bia thành phẩm Hiểu biết đầy đủ về các tính chất của các nguyên liệu và tác dụng của chúng đối với quá trình sản xuất và sản phẩm bia là cơ sở cho quá trình điều hành sản xuất và xử lý các tình huống, từ đó có thể cho ra một quy trình công nghệ hoàn chỉnh và hợp lý, tối ưu nhất I.1 Malt đại mạch a) Hạt đại mạch Căn cứ vào thời vụ người ta chia đại mạch thành hai nhóm: Đại mạch mùa đông (gieo vào giữa tháng chín) Đại mạch mùa xuân (gieo vào giữa tháng ba và tháng tư) Đại mạch thuộc họ ngũ cốc vùng ôn đới (xuân, đông), Tương tự như các loại ngũ cốc khác, đại mạch bao gồm hai thành phần chính là glucid và protein nhưng lại có hàm lượng cao vượt trội hơn và quan trọng nhất là tỷ lệ glucid/protein cân đối thích hợp cho việc sản xuất bia Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên bông đại mạch mà chia thành 2 loại: đại mạch 2 hàng và 6 hàng Loại đại mạch 2 hàng trồng tốt nhất vào mùa xuân, chung có tất cả đặc điểm mong muốn cho sản xuất malt và bia Loại này có hàm lượng có ích tương đối lớn, đồng thời lượng vỏ ít nên chứa không nhiều các hợp chất polyphenol và các hợp chất đắng Các hạt rất đồng đều và hàm lượng chất hòa tan khá cao Vì vậy đại mạch 2 hàng thường được lựa chọn để sản xuất malt phục vụ cho quá trình sản xuất bia Hạt đại mạch 6 hàng kích thước không đồng đều, bởi vì các hạt thiếu không gian để phát triển đầy đủ, các hạt trong các hàng nhánh thì mỏng hơn và đầu hạt nơi mọc râu bị uốn cong vẹo Đại mạch 6 hàng thường được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi Cấu tạo hạt đại mạch: Gồm ba bộ phận chính: vỏ, phôi và nội nhũ Vỏ hạt: từ ngoài vào trong chia thành ba lớp: vó trấu, vỏ lụa và vỏ alơron Phần này Hình 1.1 1: Hạt đại mạch thường chiếm 8-15% trọng lượng hạt Phôi: là cơ quan sống, hô hấp của hạt Phôi chiếm từ 2,5 – 5% trọng lượng hạt Trong phôi có từ 37-50 % chất khô là thành phần nito, khoảng 7% chất béo, 5 – 6 % đường saccaroza, 7 – 7,5% pentoza, 6 – 6,5% chất tro và một số ít thành phần khác Riêng tinh bột hầu như rất ít Nội nhũ: chiếm 45 – 68% trọng lượng hạt Phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia Thành phần chính của nội nhũ là tinh bột Hình 1.1 2: Cấu tạo hạt đại mạch Thành phần hóa học Thành phần hóa học của đại mạch rất phức tạp Các chỉ số về thành phần hóa học là nhân tố quyết định tới chất lượng đại mạch để xe loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn đề sản xuất malt và bia hay không Bảng Error! No text of specified style in document 1: Thành phần hóa học của hat đại mạch Thành phần Hàm lượng (%) 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 hòa tan thể muối 2 Hodrein – protein (prolamin) - Glutein – protein 2 Axit amin và peptit 3 – 4 Axit nucleic 1 – 2 Tro 0,2 – 0,3 Những chất còn lại 6 –7 b) Malt đại mạch Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt tươi, hạt malt tươi qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô có thể bảo quản dài ngày và được dùng trong sản xuất bia Trong quá trình xử lý hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện hệ enzyme trong malt đã được hoạt hóa và tăng cường hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đường Nhà máy sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu được nhập từ Úc hoặc một số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch Có nhiều loại malt, mỗi loại được sử dụng để sản xuất ra từng loại bia khác nhau Malt nền chủ yếu để sản xuất bia vàng, malt đặc biệt chủ yếu để sản xuất bia có màu đậm Malt đặc biệt có màu sẫm, hương vị ngọt đặc trưng Malt đặc biệt dùng để sản xuất các loại bia đen Bia đen có độ nhớt cao, hương vị mang hương vị của malt và do melanoid quyết định Để tạo được lượng melanoid cần thiết thì điều kiện cần là trong malt tươi phải chứa hàm lượng đường cao, nhiều sản phẩm thủy phân của protein đặc biệt là acid amin Điều kiện đủ là malt tươi phải được sấy ở 105oC trong một thời gian nhất định để tạo màu và hương vị đặc trưng của malt đen Malt nền dùng để nấu bia vàng, Bia vàng có màu vàng sáng óng ánh, có vị vàng đắng dịu và chứa nhiều vitamin B2, B6, B9 tốt cho sức khỏe Vai trò công nghệ Malt đại mạch vừa là nguyên liệu đặc trưng vừa là tác nhân đường hóa trong công nghệ sản xuất bia Bia được sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các loại hòa hảo khác Sử dụng malt chính là nguồn enzyme protease và enzyme amylase là động lực quan trọng thiết yếu để chuyển hóa các hợp chất cao phân tử không hòa tan thành các hợp chất phân tử thấp hòa tan của quá trình thủy phân trong công nghệ sản xuất bia Các thành phần trong nội nhũ của malt như tinh bột, đường, protein, khoáng, enzyme là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường lên men, hình thành các tính chất đặc trưng cho bia các loại Vỏ malt chủ yếu là xenlulose và polyphenol (chất chát, chất đắng… ) có vai trò tạo lớp lọc phụ lí tưởng khi lọc bã malt, làm trong dịch thủy phân, góp phần làm tăng độ bền hóa lý cho bia thành phẩm Chỉ tiêu kỹ thuật Bảng: Chỉ tiêu cảm quan của malt Chỉ tiêu Chất lượng Màu sắc và độ sáng Hạt malt có màu vàng nhạt rơm, sáng đồng nhất Mùi Mùi sạch, tươi, giống mùi rơm Vỏ Nhẵn đều, mỏng Tạp chất Không có tạp chất như hạt cỏ dại, cát, sỏi, rơm rạ, kim loại, hạt không phia đại mạch Bảng: Chỉ tiêu hóa lý của malt Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Chất lượng Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn G 30 – 44 4 – 4,5 Hàm ẩm % theo chất khô 80 Hiệu suất lên men tới hạn % 3,5 – 4,5 < 10 Nito hòa tan % theo chất khô 200 – 250 Thời gian đường hóa Phút >41 80 – 82 Hoạt lực diastaza Windish Kolbach Chỉ số Kolbach % Hàm lượng chất chiết quy định % theo chất khô I.2 Hoa houblon Houblon là thực vật dạng dây leo (Humulus lupulus), sống lâu năm (30 – 40 năm), có chiều cao trung bình từ 10 – 15 m Hoa houblon có hoa đực và hoa cái riêng cho từng cây Trong sản xuất bia, chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì chúng chiết ra nhựa đắng và các loại tinh dầu chủ yếu tạo nên các chất thơm trong bia, mặt khác, hoa thụ phấn sẽ tạo hạt làm giảm chất lượng của bia Cấu trúc búp hoa Búp hoa có hình nón, dài 3-5 cm có các bộ phận: cuống, trục, cánh, nhị hoa và hạt luputin Tỷ lệ khối lượng của chúng tính theo chất khô của bông hoa như sau: Cuống: 5 – 8 % Trục: 7 – 8 % Hạt luputin: 18 – 20 % Cánh và nhị hoa: 65 – 68% Hình 1.1 3: Hoa houblon Vai trò công nghệ Hoa houblon là nguyên liệu không thế thiếu được trong sản xuất bia Nó làm cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu, làm tăng khả năng gạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Do những đặc tính năng cực kỳ đặc biệt như vậy, cho nên qua mấy thập niên tồn tại và phát triển của ngành bia, hoa boublon vẫn giữ được vai trò độc tôn và là loại nguyên liệu “không thể thay thế” trong ngành công nghiệp này Thành phần của hoa houblon vô cùng quan trọng đối với chất lượng bia Phụ thuộc vào giống, điều kiện khí hậu và kỹ thuật canh tác, thành phần hóa học của hoa có sự khác biệt đáng kể Hạt luputin là thành phần quan trọng nhất của hoa trong sản xuất bia vì đây chính là nguồn gốc tạo ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa Trong hạt luputin có chứa thành phần quan trong đối với sản xuất bia đó là nhựa đắng: Nhựa đắng: Là thành phần có giá trị nhất trong công nghệ sản xuất bia vì chúng tạo ra vị đắng dịu rất đặc trưng, tạo ra sức căng bề mặt cho bia có khả năng giữ bọt lâu, với nồng độ khá thấp ở trong bia, các chất đắng có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật Nhựa đắng của hoa gồm 2 loại: nhựa mềm (90%) và nhựa cứng (10%) Trong đó thì nhựa mềm gồm chủ yếu 2 loại là anpha và beta – axit đắng đây là thành phần chính quy định độ đắng cho bia Trong sản xuất bia thì anpha – axit đắng được đánh giá cao hơn Tinh dầu thơm: Chúng được tạo thành trong đài luputin và cho hoa houblon hương thơm đặc trưng Tinh dầu hoa có hơn 200 hợp chất, chúng được chia thành 3 nhóm: hydrocacbon, các hợp chất chứa lưu huỳnh,… Thành phần hóa học Hàm lượng (%) 10 – 11 Thành phần 15 – 10 Nước 0,5 – 1,5 Nhựa đắng tổng số 2 – 5 Tinh dầu 2 Tanin 2 Monosaccarit 0,1 Pectin 15 – 17 Amino axit 3 Protein 5 – 8 Lipit và sáp 40 – 50 Chất tro Xenluloza, lignin và các chất khác Chế phẩm hoa: Hoa houblon là nguyên liệu thô khá đắt sử dụng trong sản xuất bia Bởi vậy, để đảm bảo chất lượng hoa houblon đủ cung cấp đều trên thị trường thế giới và để cân bằng giá cả, các nhà máy chế biến hoa houblon đã sản xuất chế phẩm hoa houblon ổn định, các chế phẩm này sử dụng rất dễ dàng và giữ chất lượng tốt trong thời gian dài Số các nhà máy bia sử dụng hoa houblon tươi giảm liên tục khi xuất hiện các chế phẩm hoa houblon nhờ các ưu điểm sau: Khi sử dụng chế phẩm hoa houblon, bia có độ đắng ổn định Thời gian bảo quản các chế phẩm hoa houblon khá dài do đó điều kiện sử dụng linh hoạt hơn, không bị phụ thuộc vào sản lượng cũng như chất lượng hoa trồng hằng năm cũng như tranh được các biến động lớn về giá cả thị trường Tiết kiệm chi phí vận chuyển Độ đắng của chế phẩm hoa houblon cao hơn, Có thể định lượng tự động hóa trong sản xuất Thông thường chế phẩm hoa houblon được chia thành 2 loại: hoa viên và cao hoa • Hoa viên: hoa houblon được sấy khô, nghiền thành bột, sau đó ép thành viên Ở dạng viên hoa houblon có thể định lượng và bổ sung dễ dàng Có 3 loại hoa viên: hoa viên loại 90, hoa viên loại 45 (nồng độ cao), hoa viên đã được đồng phân hóa • Cao hoa: Sử dụng nhiều loại dung môi hữu cơ (như hexan, metanol, metylen clorua, tricloetylen, etanol) để trích ly các nhựa đắng và tinh dầu thơm của hoa houblonm sau đó làm bay hơi dung môi Trong quá trình tách dung môi, phần lớn các tinh dầu thơm cũng bị mất theo Cao hoa thu được nhớt và màu xanh da trời, được bảo quản trong các hộp hoặc chai và rất bền trong quá trình bảo quản Nhược điểm chú yếu của cao hoa là hàm lượng tinh dầu thơm thấp, ngoài ra có thể sót lại gốc hữu cơ của dung môi nên có thể mang độc tố và ảnh hưởng tới môi trường So với hoa nguyên cánh thì sử dụng chế phẩm của houblon có những ưu điểm sau: - Giảm được hao phí chất đắng - Tăng hệ số sử dụng hữu ích của chất đắng và các cấu tử khác - Lược bớt kho lạnh bảo quản - Cân đong chính xác hơn liều lượng đem sử dụng - Lược bỏ hệ thống thiết bị lọc bã hoa - Giảm bớt được lượng cấu tử bất lợi khác cho chất lượng của bia Chỉ tiêu kỹ thuật chế phẩm hoa Bảng: Chỉ tiêu cảm quan hoa viên Chỉ tiêu Chất lượng Màu sắc Xanh lá mạ hơi vàng Mùi vị Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu Hình dạng Viên đùn không vỡ vụn Chỉ tiêu Bảng: Chỉ tiêu hóa học hoa viên Hàm lượng axit đắng Chất lượng 6 ±1 Chỉ tiêu Bảng: Chỉ tiêu cảm quan cao hoa Màu sắc Mùi vị Chất lượng Dạng keo màu vàng hồ phách Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi Vị đắng rõ rệt Chỉ tiêu Bảng: Chỉ tiêu hóa học cao hoa Hàm lượng axit đắng Chất lượng 40±1 I.3 Nước Nước chiếm hơn 90% khối lượng bia thành phẩm, nước còn là môi trường xảy ra các phản ứng sinh hóa trong quá trình nấu, các phản ứng sinh học trong quá trình lên men và cả quá trình trao đổi nhiệt trong sản xuất Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn để ngâm đại mạch, sản xuất dịch đường, rửa men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi Chất lượng nước có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia Tùy theo mục đích sử dụng mà nước dùng trong nhà máy còn có những yêu cầu cụ thể riêng và phải trải qua thêm một số công đoạn xử lý để đảm bảo chất lượng nước Một số yêu cầu cụ thể như: Nước sinh hoạt cần phải khử trùng tiêu diệt các vi sinh vật có hại Nước lò hơi loại bỏ Clo dư và các ion gây ăn mòn Nước nồi nấu nước mềm, được khử trùng, loại bỏ ion không mong muốn và bổ sung thêm ion phi cacbonat Nước rửa bã điều chỉnh độ kiềm < 50mg/l và pH = 6,0 - 6,4 để không chiết các hợp chất không mong muốn trong bã vào dịch đường Nước pha loãng bia (bia có nồng độ cao) tương tự như nước nấu nhưng yêu cầu khác: Ca2+ thấp hơn giảm nguy cơ kết tủa Canxioxalate Hàm lượng O2 hòa tan < 0,05 mg/l Hàm lượng CO2> hàm lượng CO2 cần pha loãng một chút THMs dưới 1 ppb Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia Không có vi sinh vật và mùi lạ Trong nhà máy có hệ thống xử lý nước, tùy vào mức độ sạch của nước, quy trình xử lý nước gồm: lắng trong và lọc, làm mềm nước, diệt vi sinh vật và cải thiện thành phần của nước I.4 Nấm men Nấm men là loài vi sinh vật đơn bào, kích thước trung bình 6 – 9 m Nấm men sinh sản dưới hình thức nảy chồi và thuộc loại hiếu khí không bắt buộc Trong điều kiện có oxy chúng tiến hành quá trình tăng sinh khối là chính Trong điều kiện không có oxy chúng tham gia vào quá trình lên men để tạo C2H5OH, các sản phẩm lên men khác như: rượu bậc cao, ester, anhehyd, acid hữu cơ,… và CO2 Trong công nghệ sản xuất bia, nấm men được chia thành hai nhóm chính: nấm men lên men nổi và nấm men lên men chìm Đặc điểm Nấm men chìm Nấm men nổi (Saccharomyces (Saccharomyces cerevisae) carlsbergensis) Hình thái Sự nảy chồi của tế bào nấm Tế bào nấm men mẹ và con men xảy ra theo dạng tế thường dính vào nhau trong bào đơn lẻ hay cặp tế bào thời gian dài, kết quả là Tế bào con tách khỏi tế bào những nhánh chuỗi tế bào mẹ khi sự chia cắt đã hoàn con được hình thành tất Cơ chất Lên men tốt glucose, Lên men chủ yếu các maltose, galactose, đường đơn (glucose, fructose, saccharose, fructose), đường đôi mannoae và đặc biệt có khả (saccharose, maltose) năng sử dụng đường không có khả năng lên men raffinose hoặc lên men khoảng 1/3 lượng đường raffinose Nhiệt độ lên men 7 – 15oC 18 – 22oC Chuyển hóa chủ yếu Bằng lên men Thông qua hô hấp Men thu hồi sau quá trình Nhiều hơn Ít hơn lên men Khả năng tạo bào tử Có giới hạn Mức độ cao hơn Tần suất hình thành bào tử Ít thường xuyên và chậm Sau 48h hơn men lên men nổi Khả năng kết lắng Khi kết thúc quá trình lên Khi kết thúc lên men tế bào men, các tế bào kết chùm, kết chùm tạo thành lớp dày chuỗi, rồi lắng xuống đáy nổi lên bề mặt cùng với bọt thùng do đó bia có khả bia làm khả năng tự trong năng tự trong nhay của bia chậm, cần phải lọc cẩn thận Vai trò công nghệ Nấm men là một trong những nhân tố quan trọng làm nên sự khác biệt về chất lượng của bia Trong quá trình lên men bia, đường (chủ yếu là đường malto) được nấm men chuyển hóa thành cồn và CO2 Ngoài ra nấm men còn tạo ra nhiều hợp chất khác có ảnh hưởng tới mùi vị của bia Yêu cầu chất lượng nấm men Trong sản xuất bia, nấm men phải có những đặc tính cơ bản như: Tốc độ lên men nhanh Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ, và nồng độ CO2 phù hợp với nhà máy Có khả năng kết bông hoặc kết lắng tốt Có khả năng sống sót cao cho mục đích tái sử dụng Sản phẩm tạo ra bao gồm các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia, không sinh tổng hợp các hợp chất lạ Đặc tính di truyền ổn định cao Trong nhà máy sản xuất theo dòng bia Larger nên lựa chọn nấm men Saccharomyces carlsbergensis để sử dụng Dòng nấm men này có những đặc điểm nổi bật như: Lên men trong môi trường, khi hết nguồn cacbon trong lòng môi trường, có xu hướng kết chùm, chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm bia nhanh trong Lên men hoàn toàn môi trường, có khả năng lên men triệt để cả đường raffinose Khả năng tái sử dụng tốt 6 – 8 đời, tỷ lệ nấm men chết thấp