CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Nguyên liệu trong sản xuất bia
3.1.1.1 Giới thiệu malt đại mạch
Malt là nguyên liệu chính không thể thiếu trong sản xuất bia, đặc biệt là các loại bia truyền thống Chất lượng và loại malt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra đặc trưng riêng cho từng sản phẩm bia.
Malt là sản phẩm được hình thành từ quá trình nảy mầm tự nhiên của đại mạch, trong đó kích thước và hình dáng hạt malt vẫn giữ nguyên vẹn như hạt đại mạch Tuy nhiên, thành phần hóa học bên trong hạt malt đã trải qua nhiều quá trình chuyển hóa quan trọng, tạo ra những đặc tính riêng biệt cho malt so với hạt đại mạch ban đầu.
Hình 3.1 Cấu tạo hạt đại mạch
3.1.1.2 Quy trình sản xuất malt đại mạch a Thu nhận, làm sạch, phân loại Để chuẩn bị nguyên liệu đạt các chỉ tiêu về số lượng, đồng đều về chất lượng theo tiêu chuẩn kỹ thuật cho việc sản xuất được các loại malt có chất lượng phù hợp với yêu cầu của công nghệ sản xuất bia b Rửa và ngâm hạt
Để đảm bảo hạt đại mạch phát triển tốt, việc làm sạch cuối cùng các tạp chất bám bên ngoài vỏ hạt là rất quan trọng Quá trình này loại bỏ các chất bẩn vô cơ, hữu cơ và vi sinh vật, cũng như các tạp chất nặng, nhẹ như cát, sạn, hạt lép và rác Đồng thời, việc này giúp hạt hấp thụ đủ nước cần thiết cho quá trình nảy mầm Ngoài ra, việc sát trùng và xử lý sơ bộ cũng giúp phá vỡ nhanh trạng thái ngủ nghỉ của hạt, tăng cường các quá trình sinh lý, sinh hóa, từ đó nâng cao tốc độ hút nước và nảy mầm, đồng thời bảo vệ mầm sống khỏi sự tấn công của vi sinh vật.
Thu nhận, làm sạch Phân loại
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất malt đại mạch c Ươm mầm
Nảy mầm và nuôi mầm là quá trình tạo ra các điều kiện tối ưu cho sự phát triển của mầm, nhằm sản xuất malt có hình thái, thành phần, màu sắc và hương vị đáp ứng yêu cầu của công nghệ sản xuất bia Giai đoạn tiếp theo là sấy malt để bảo quản và phát huy tối đa chất lượng sản phẩm.
Kết thúc sự sống và phát triển của mầm, quá trình chuyển các hệ enzyme, đặc biệt là hệ hydrolase, từ trạng thái tự do sang trạng thái liên kết giúp malt bảo quản lâu dài mà không bị biến đổi do hóa sinh nội tại Đồng thời, quá trình này còn khử mùi khó chịu và ổn định thành phần hóa học, tạo ra màu sắc và hương vị đặc trưng cho sản xuất bia Các tác động của enzyme, độ ẩm và nhiệt độ trong thời gian sấy góp phần vào việc xác định loại malt và chất lượng của malt khô, đồng thời tạo điều kiện ổn định độ bền cơ lý và phân cấp malt.
Loại bỏ mầm, rễ khô để hoàn thiện chất lượng malt thành phẩm theo yêu cầu kỹ thuật
3.1.1.3 Tiêu chuẩn chất lượng malt đại mạch dùng trong sản xuất bia
Các chỉ tiêu cảm quan
Malt vàng có màu vàng tươi và mùi thơm nhẹ, trong khi malt đen có màu vàng sẫm hơn và mang hương thơm đặc trưng của melanoidin.
Vị: malt vàng có vị ngọt dịu, nhẹ, malt đen có vị ngọt hơi đậm, các malt khác có vị đặc trưng riêng (vị cà phê )
Phẩm chất malt được đánh giá kém khi xuất hiện màu sắc, mùi, vị lạ không đặc trưng, đặc biệt là mùi chua, mốc hoặc màu đen Để phân loại malt, cần xem xét mức độ của những yếu tố này Độ sạch của malt cũng rất quan trọng; malt phải không có tạp chất, hạt vỡ hay bị sâu bệnh Malt được coi là tốt khi đáp ứng các tiêu chí này.
− Tỷ lệ hạt vỡ: 0,5% số hạt
− Tỷ lệ hạt bị bệnh: 1% số hạt
− Tỷ lệ hạt không nảy mầm: 5% số hạt
Các chỉ tiêu hóa lý cơ bản
− Malt sau khi tách mầm phải có W 4 4,5% và trong bảo quản W 7% (trọng lượng)
− Thời gian đường hóa và độ hoạt động của amylase:
− Malt vàng: 10 20 phút ở 70 o C và 300 400 đơn vị WK
− Malt đen: 20 30 phút ở 70 o C và 400 500 đơn vị WK
Chất hòa tan sau thủy phân trong malt đạt từ 65% đến 82% tổng chất khô, trong đó malt được coi là chất lượng cao khi chỉ số này đạt ≥ 78% cho malt vàng và ≥ 75% cho malt đen Đặc biệt, hàm lượng maltose trong malt vàng cần chiếm từ 65% đến 70% chất hòa tan, trong khi malt đen yêu cầu hàm lượng này từ 59% đến 65%.
Tỷ lệ maltose trong malt vàng cần đạt từ 2 đến 2,5, trong khi malt đen yêu cầu tỷ lệ này từ 1,45 đến 1,7 Các hợp chất chứa nitơ hòa tan chiếm khoảng 36 đến 45% tổng lượng nitơ của malt Độ acid tự nhiên của dịch đường được xác định với pH từ 5,5 đến 6,5 trong điều kiện thí nghiệm.
Dung trọng = 480 trên 560 g/l Phẩm chất malt tăng khi dung trọng tăng, malt thường được phân loại theo dung trọng như sau:
Trọng lượng khô tuyệt đối = 25 37 g/1000 hạt (theo chất khô tuyệt đối), hay vào khoảng 28 38g/1000 hạt (theo trọng lượng) Phẩm chất malt tăng khi trọng lượng khô tuyệt đối tăng
Malt là nguyên liệu chủ yếu giàu tinh bột và chứa các enzyme hữu hiệu, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất bia Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ sản xuất bia, đặc biệt là sự gia tăng
Với sự phát triển vượt bậc về số lượng sản phẩm và công nghệ sinh học, một phần malt đã được thay thế bằng các nguyên liệu giàu tinh bột khác.
Trong sản xuất bia, các nguyên liệu thay thế cho malt được gọi là thế liệu, bao gồm hạt giàu tinh bột như các loại hạt cốc, củ và quả, cũng như tinh bột và đường Tuy nhiên, chủ yếu chỉ có các hạt cốc như đại mạch, kiều mạch, lúa mì, lúa nước và ngô, cùng với một số củ giàu tinh bột như sắn, được sử dụng rộng rãi làm thế liệu Tùy thuộc vào mức độ sử dụng thế liệu và chất lượng malt, có thể cần bổ sung các enzyme thủy phân tương ứng để đạt được hiệu quả tối ưu trong quá trình sản xuất.
Houblon là nguyên liệu thiết yếu trong sản xuất bia, mặc dù chỉ được sử dụng với lượng nhỏ Nó đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hương thơm và vị đắng đặc trưng, đồng thời tăng cường khả năng tạo và giữ bọt cho bia Ngoài ra, houblon còn được xem như một tác nhân làm sạch và bảo quản, giúp loại bỏ các chất không ổn định, từ đó nâng cao tính ổn định và độ bền sinh hóa học cho cả bán thành phẩm và bia thành phẩm.
Cây houblon, hay còn gọi là humulus lupulus, thuộc họ dây leo cannabinaceae Cây có lá hình bàn tay và chiều cao trung bình từ 5 đến 10 mét, có thể đạt tối đa 15 mét Thông thường, cây bắt đầu cho thu hoạch hoa khi cao khoảng 2 đến 3 mét.
Các công đoạn trong sản xuất bia
Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia
3.2.1 Nghiền malt và thế liệu
Nghiền malt là quá trình quan trọng giúp làm nhỏ và tăng bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu, từ đó chuẩn bị cho quá trình thủy phân diễn ra hiệu quả nhất.
3.2.1.2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hiện
Nghiền là bước quan trọng trong việc chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình thủy phân, giúp nguyên liệu dạng hạt nhỏ hơn, tăng cường khả năng ngấm nước và tiếp cận enzyme, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình Sự tiếp xúc giữa nước và các phần của hạt nghiền đóng vai trò then chốt Việc lựa chọn cơ chế phá vỡ cấu trúc hạt dựa trên tính chất cơ lý, thành phần cấu trúc và hóa học của hạt như malt và thế liệu, cũng như yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm của quá trình thủy phân.
Nội nhũ malt có tính chất cơ lý thấp so với nội nhũ hạt chưa nảy mầm, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp cơ chất cho quá trình ngấm nước, giải phóng enzyme và xúc tác thủy phân, tạo ra nhiều chất hòa tan Mức độ nghiền nhỏ nội nhũ malt phụ thuộc vào chất lượng của malt; nếu malt có độ phân hủy cao, nội nhũ có thể nghiền thô hơn, trong khi malt có độ phân hủy thấp cần nghiền mịn hơn.
Vỏ malt là một yếu tố quan trọng trong quá trình lọc, nhưng chứa nhiều chất đắng và chất chát có thể làm giảm chất lượng dịch thủy phân Do đó, việc nghiền vỏ malt không nên thực hiện ở dạng mịn hoặc vụn Trong một số trường hợp, cần áp dụng chế độ làm ẩm sơ bộ hợp lý trước khi nghiền để hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực này.
Thế liệu đã qua sơ chế, không còn vỏ trấu và vỏ hạt, có đặc tính cơ lý vượt trội so với malt, nhưng lại hầu như không chứa enzyme Hiệu suất thủy phân của nó tỷ lệ thuận với mức độ nghiền, do đó cần phải nghiền mịn hơn nội nhũ của malt.
Mức độ nghiền ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu suất của quá trình lọc và rửa bã Thực tế cho thấy, nếu nghiền quá mịn, hiệu suất thủy phân có thể cao nhưng chất lượng dịch thủy phân lại không đảm bảo, dẫn đến giảm năng suất lọc và dễ gây tắc màng lọc.
3.2.1.3 Thiết bị thực hiện quá trình
Trong quy trình sản xuất bia, việc sử dụng máy nghiền với từ 2 đến 8 trục nghiền là phổ biến Số lượng trục nghiền càng nhiều, khả năng điều chỉnh sản phẩm nghiền theo yêu cầu kỹ thuật sẽ càng tốt, đặc biệt khi xử lý các loại malt có chất lượng khác nhau.
Máy nghiền trục được thiết kế với hai cặp trục có đường kính giống nhau, trên bề mặt có các rãnh nhằm tăng cường độ ma sát giữa trục và nguyên liệu Điều này giúp cải thiện khả năng hút nguyên liệu vào khe hở giữa hai trục Ngoài ra, giữa hai cặp trục còn có một sàng phân loại, giúp tách bột nghiền có kích thước lớn để chuyển tiếp vào cặp trục nghiền thứ hai.
Hình 3.6 Cấu tạo máy nghiền trục
1 Đôi trục nghiền thô 2 Đôi trục nghiền mịn 3 Bộ phận phân phối
4 Lưới sang 5 Cửa tháo liệu
Hạt được nghiền nhỏ thông qua quá trình nén ép và dịch trượt Malt được đưa vào phễu tiếp nhận, nơi các tạp chất lớn như rác và giấy bị loại bỏ bởi lưới, trong khi tạp chất kim loại được giữ lại bởi nam châm điện Sau đó, malt được phân phối đều vào đôi trục nghiền để thực hiện quá trình nghiền thô Sản phẩm nghiền thô bao gồm các mảnh trấu và nội nhũ, sau đó được tách ra qua lưới sàng Các mảnh nội nhũ được tách khỏi mảnh vỏ trấu, phần bột mịn sẽ lọt qua lỗ lưới sàng và tập trung ra ngoài, trong khi phần không lọt sẽ được đưa vào đôi trục nghiền thứ hai để nghiền mịn Đối với malt chất lượng kém, vỏ trấu sẽ được tách riêng và không đi vào đôi trục nghiền mà ra ngoài Hỗn hợp sản phẩm nghiền sẽ được đưa ra ngoài qua cửa Khe hở giữa hai trục được điều chỉnh bằng các ốc có lò xo, thường khe hở của đôi trục đầu tiên là 1,3-1,5 mm và của đôi trục thứ hai là 0,3-0,6 mm.
Máy nghiền búa được cấu tạo bởi một sàng phân loại hình trụ khuyết và một roto quay Roto này được gắn nhiều đĩa, mỗi đĩa lại có nhiều cánh búa gắn trên đó.
Hạt được nghiền nhỏ bằng nguyên lý va đập và va đập - chà sát trong quá trình nghiền, khi trục quay làm các cánh búa treo tự do hướng về tâm, giúp loại bỏ tạp chất và cuốn hạt vào buồng nghiền Các cánh búa quay mạnh mẽ tạo ra lực cơ học, làm vỡ cấu trúc hạt Sản phẩm nghiền là phần lọt qua lưới sàng, trong khi phần không lọt tiếp tục chịu tác động từ các cánh búa, đĩa và vỏ máy cho đến khi đạt kích thước nhỏ hơn lỗ sàng và được hút ra ngoài Mức độ nghiền có thể điều chỉnh thông qua lưu lượng hạt và kích cỡ lỗ lưới.
Hình 3.7 Cấu tạo máy nghiền búa Máy nghiền ướt
Nghiền malt bằng phương pháp nghiền ướt có thể thực hiện trên máy nghiền trục, với điều kiện nguyên liệu hạt được ngâm sơ bộ trước Trong quá trình này, nước được bổ sung thêm, cho phép nghiền và ngâm bột diễn ra đồng thời, thường sử dụng máy nghiền đôi trục.
Nghiền ướt mang lại nhiều lợi ích so với nghiền khô, bao gồm việc rút ngắn thời gian và bảo vệ tốt hơn hoạt tính enzyme khỏi các tác động bất lợi về cơ, lý Phương pháp này cũng thuận lợi cho việc tự động hóa và thực hiện các quy trình công nghệ tiếp theo Hình 3.8 minh họa quá trình nghiền của máy nghiền ướt với thiết kế đôi trục.
Hình 3.8 Sơ đồ máy nghiền ướt 1 đôi trục
1.1.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của quá trinh
Sản phẩm nghiền cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật thiết yếu để quá trình thủy phân đạt hiệu suất tối ưu, cả về số lượng và chất lượng.
Mức độ hư hỏng các enzyme và hao hụt chất khô ít nhất
Không để xảy ra các quá trình chuyển hóa không có lợi cho các quá trình tiếp theo và chất lượng sản phẩm
Để tối ưu hóa hoạt động của enzyme trong nguyên liệu, cần thiết lập chế độ nhiệt độ và pH lý tưởng Các enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các hợp chất cao phân tử như amylose, amylopectin và protein thành các chất có phân tử lượng thấp hơn như glucose, maltose và acid amin Những chất này hòa tan vào dịch đường và trở thành nguồn dinh dưỡng quan trọng cho nấm men trong giai đoạn lên men.
3.2.2.2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hiện
Các biến đổi xảy ra trong quá trình đường hóa: 3 quá trình quan trọng là:
Tiêu chuẩn chất lượng bia thành phẩm
Các chỉ tiêu cảm quan
Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cảm quan
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
1 Màu sắc Màu vàng đặc trưng, tự nhiên của bia
2 Trạng thái Chất lỏng trong, không có tạp chất
3 Bọt Khi rót ra cốc có bọt màu trắng mịn
4 Mùi Mùi thơm đặc trưng tự nhiên của bia, không có mùi lạ
5 Vị Đắng dịu, đậm đà và hấp dẫn, không có vị lạ
Các chỉ tiêu hóa lý
Bảng 3.5 Các chỉ tiêu hóa lý
Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
1 Hàm lượng chất hòa tan ban đầu, tính theo % khối lượng ở 20 0 C 12 ± 0,2 TCVN 5565 – 1991
2 Hàm lượng etanol, tính theo % thể tích ở 20 0 C, không nhỏ hơn 5 TCVN 5562 – 1991
3 Hàm lượng CO2 tính theo g/lit, không nhỏ hơn 5 TCVN 5563 – 1991
4 Độ chua, tính theo ml NaOH 1N để trung hòa 100ml bia, không lớn hơn 1,6 TCVN 5564 - 1991
5 Hàm lượng chất đắng, BU 21 ± 2 TCVN 6059 – 1995
6 Hàm lượng diaxetil, mg/l, không lớn hơn 0,1 TCVN 6058 – 1995