GIỚI THIỆU
Các sản phẩm nước giải khát có cồn đã trở thành một phần không thể thiếu trong văn hóa và đời sống con người, đặc biệt trong các dịp lễ tết, hội hè, và các buổi gặp gỡ Bia, trong số đó, là sản phẩm được ưa chuộng nhất trên toàn cầu, phản ánh nhu cầu ẩm thực đa dạng của con người.
Theo Wolfgang Kunze (1996), bia đã xuất hiện từ khoảng 2800 năm trước công nguyên và đã trải qua nhiều biến đổi nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ Hiện nay, có hàng chục ngàn nhà máy sản xuất bia trên toàn thế giới, cung cấp đa dạng các sản phẩm với nguyên liệu và công nghệ khác nhau Mặc dù có sự khác biệt, hầu hết các loại bia đều có những đặc điểm chung như độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng và hương vị hấp dẫn Một trong những sản phẩm độc đáo và phổ biến là bia trái cây, nổi bật với hương vị tươi ngon từ trái cây, mang đến trải nghiệm thưởng thức không thể nhầm lẫn với các loại bia khác.
Ở Việt Nam, bia trái cây vẫn còn là sản phẩm khá mới mẻ, với chỉ một số ít người biết đến và chưa có nhà máy nào sản xuất thương hiệu này Nhằm đáp ứng nhu cầu này, luận văn này tập trung vào việc sản xuất bia trái cây quy mô phòng thí nghiệm Để đảm bảo chất lượng, nguyên liệu được lựa chọn phải có hương vị mạnh và giá trị dinh dưỡng cao, do đó tác giả quyết định sử dụng chanh dây và khóm, hai loại trái cây thơm ngon và giàu dinh dưỡng, phổ biến ở đồng bằng sông Cửu Long, cho các thí nghiệm của mình.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Bia trái cây là loại bia được ủ cùng trái cây, vì vậy việc lựa chọn loại trái cây, thời điểm và tỉ lệ bổ sung rất quan trọng cho chất lượng sản phẩm Do hạn chế về điều kiện và thời gian, trong luận văn này, tác giả chỉ sử dụng dịch ép nước quả làm nguyên liệu bổ sung Mục tiêu của đề tài sẽ tập trung vào việc nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của dịch ép nước quả đến quá trình ủ bia trái cây.
8 Tìm ra tỉ lệ gạo bổ sung và phương pháp thích hợp cho công đoạn đường hóa;
8 Chọn ra loại và tỉ lệ dịch nước ép trái cây thích hợp cho quá trình lên men và chất lượng bia thành phẩm;
8 Chọn giai đoạn bổ sung trái cây phù hợp nhất
8 Khảo sát ảnh hưởng của dạng nấm men, và mật số tế bào nấm men đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BIA
Lịch sử hình thành và phát triển
Theo bài viết từ Encyclopædia Britannica, bia được sản xuất từ đại mạch ở Sumeria và Babylonia khoảng 6000 năm trước Công nguyên Hình ảnh trên các ngôi mộ cổ của người Ai Cập từ 2400 năm trước Công nguyên cho thấy đại mạch và đại mạch nảy mầm được nghiền, trộn với nước và phơi khô thành bánh Khi bánh này được bẻ vụn và trộn lại với nước, nó tạo ra một dung dịch có thể lên men nhờ vi sinh vật trên bề mặt bồn lên men, sản phẩm cuối cùng là một loại nước giải khát tương tự như bia.
Hình 2.1 Sản xuất bia thời cổ đại (a) (Rosecrucian Egyptian, San Jose, California) và trung đại (b) (http://en.wikipedia.org/wiki/Beer)
Kỹ thuật sản xuất bia đã được chuyển đến châu Âu, nơi các nhà sử học La Mã cổ đại như Pliny và Tacitus ghi nhận rằng các bộ tộc Saxon, Celt, người Bắc Âu và Đức đã sử dụng bia (ale) Các thuật ngữ tiếng Anh liên quan đến sản xuất bia như malt, mash, wort và ale có nguồn gốc từ người Anglo-Saxon Trong thời Trung Đại trước thế kỷ VII, bia được coi là một nghề thủ công của các tu sĩ châu Âu Từ đó đến trước cuộc cách mạng Công nghiệp lần thứ nhất, bia trở nên phổ biến hơn nhưng vẫn chủ yếu được sản xuất và buôn bán ở quy mô gia đình.
Sự xuất hiện của houblon (hops) vào thế kỷ XI tại Đức đã mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành sản xuất bia, tạo ra sản phẩm với hương vị đặc trưng và hấp dẫn Đến thế kỷ XV, houblon bắt đầu được giới thiệu ở Hà Lan và sau đó là Anh Vào năm 1420, Đức đã phát triển một loại bia thông qua kỹ thuật lên men chìm, nơi nấm men có xu hướng chìm xuống đáy bồn Loại bia này được gọi là lager, xuất phát từ từ "lagern" trong tiếng Đức, có nghĩa là "tồn trữ" Ngày nay, thuật ngữ lager vẫn được sử dụng để chỉ các loại bia sản xuất bằng nấm men chìm, trong khi ale thể hiện cho các loại bia được sản xuất bằng nấm men nổi.
Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất đã thúc đẩy cơ khí hóa trong sản xuất bia, với việc sử dụng nhiệt kế và đường kế để kiểm soát quy trình sản xuất Các dụng cụ này, được phát minh tại Anh, nhanh chóng lan rộng ra toàn cầu Cuối thế kỷ XIX, kỹ thuật lạnh ra đời tại Mỹ, cho phép sản xuất và bảo quản bia trong mùa hè Vào những năm 1860, Louis Pasteur đã phân lập các vi sinh vật có lợi cho quá trình lên men bia, trong khi nhà sinh vật học Đan Mạch Emile Hansen phát triển phương pháp nuôi cấy nấm men trong môi trường không có vi khuẩn Điều này đã dẫn đến việc phân lập nấm men chìm thuần chủng Saccharomyces carlsbergensis tại Carlsberg vào năm 1883, đánh dấu bước phát triển mạnh mẽ cho ngành công nghiệp bia.
Sản xuất bia thế kỷ XXI đã trở thành một ngành công nghiệp quy mô lớn với các nhà máy hiện đại sử dụng thiết bị thép không gỉ và quy trình vận hành tự động Điều này giúp kiểm soát hiệu quả từng giai đoạn trong quá trình sản xuất Bia được đóng gói đa dạng trong thùng kim loại, chai thủy tinh, lon nhôm và dụng cụ plastic Hiện nay, sản phẩm bia được thương mại hóa toàn cầu, mang đến cho người tiêu dùng cơ hội thưởng thức những hương vị độc đáo từ nhiều nền văn hóa khác nhau.
Các loại bia (beer style) trên thế giới
Bia, mặc dù được sản xuất từ những nguyên liệu tương tự trên toàn thế giới, lại mang những hương vị đặc trưng khác nhau Sự khác biệt này xuất phát từ thành phần khoáng chất của nước, chất lượng malt, loại nấm men, tỉ lệ phối trộn các thành phần và phương pháp sản xuất Bia chủ yếu được phân chia thành hai loại chính: ale (lên men nổi) và lager (lên men chìm), bên cạnh đó còn có các loại bia kinh điển như bia lúa mì, porters, stouts và lambics, mỗi loại mang đến trải nghiệm thưởng thức riêng biệt.
Bia lên men nổi (ale) truyền thống phổ biến ở Anh, Ireland và Scotland, với nhiều loại như bia dịu, đắng, xanh, bia xanh Ấn Độ, bia nâu, bia cũ và rượu đại mạch Hiện nay, bia ale được sản xuất toàn cầu, bao gồm các loại bia đặc sản từ Bỉ, Đức và Mỹ Bia ale hiện đại thường mang hương vị trái cây, kết hợp sự đa dạng về độ đắng, màu sắc, độ ngọt và độ cứng.
Bia lager là một loại bia đa dạng, bao gồm từ những loại nhẹ như Pilsner đến những loại đắng và đậm như Munich Tại Mỹ, bia lager thường được biết đến với màu vàng sáng, hàm lượng CO2 cao và thường được thưởng thức lạnh để tôn vinh sự tươi mát và tinh khiết Về đặc điểm phân loại, bia lager có hàm lượng ester và VDKs thấp, ít houblon, ngoại trừ Pilsner và các loại bia xuất khẩu của Đức Tương tự như bia ale, bia lager có thể được thanh trùng hoặc không, lọc hay không lọc, và có thể được đóng trong lon hoặc chai.
Mặc dù nhiều loại bia phổ biến có nguồn gốc từ châu Âu, nhưng trên thế giới còn rất nhiều sản phẩm bia độc đáo từ các quốc gia khác nhau Không có quy tắc hay kỹ thuật sản xuất bia nào được áp dụng một cách cứng nhắc; thay vào đó, các nhà sản xuất dựa vào kinh nghiệm và kiến thức thực tế để tạo ra những loại bia mang đậm nét đặc trưng riêng Bảng 2.1 (Ted Goldammer, 2000) liệt kê một số loại bia tiêu biểu ở các quốc gia khác nhau.
Bảng 2.1 Các loại bia khác nhau ở một vài quốc gia
Bỉ Flanders Brown, Red Ale, Saison, Strong Golden Ale, Trappist
Anh Barley Wine, Bitter, Brown Ale, Indian Pale Ale, Mild Ale, Old
Ale, Pale Ale, Porter, Imperial Stout, Sweet Stout, Oatmeal Stout Czech Pilsner
Pháp Bière de garde Đức Altbier, Kửlschbier, Bock, Dortmunder Export, Mọrzen, Munich
Dark, Munich Light, Pilsner, Vienna Berliner Weisse, Dunkels Weizen, Hefe Weizen, Kristall Weizen Weizenbock
Mỹ Dark, Diet/Light, Dry, Malt Liquor, Premium, Standard,
NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BIA TRÁI CÂY
Nước
Nước chiếm hơn 90% thể tích trong bia thành phẩm, do đó là nguyên liệu chính yếu trong sản xuất bia Thành phần khoáng chất trong nước có vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị và ảnh hưởng đến chất lượng bia Nước thường được lấy từ nguồn địa phương, và hàm lượng cũng như thành phần khoáng trong nguồn nước ở mỗi vùng khác nhau góp phần tạo ra hương vị đặc trưng cho từng loại bia trên thế giới.
2.1.1 Thành phần hóa học và yêu cầu của nước sản xuất bia
Nước nguyên chất, có công thức hóa học là H2O, thực tế trong sản xuất thường là dung dịch loãng chứa các loại muối ở dạng ion Các ion phổ biến có mặt trong nước bao gồm nhiều loại khác nhau, góp phần vào tính chất và ứng dụng của nước trong các quy trình sản xuất.
8 Cation: H + , Na + , K + , NH + 4 , Ca 2+ , Mg 2+ ,Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+
8 Anion: OH - , Cl - , HCO − 3 , CO 3 2 − ,NO − 2 , NO − 3 , SO 2 4 − , PO 3 4 − , SiO 2 3 −
Ngoài ra, nước còn chứa các hợp chất ở dạng keo vô cơ hoặc hữu cơ (như SiO2) hoặc các chất khí (như O2, N2, CO2…)
Độ cứng của nước được xác định bởi sự hiện diện của các muối canxi (Ca²⁺) và magne (Mg²⁺) Trong quy trình sản xuất bia, nước cần có độ cứng từ mềm đến trung bình, dao động trong khoảng từ 0 đến mức tối ưu cho quá trình sản xuất.
12 o H) với hàm lượng các thành phần được cho ở bảng 2.2
Bảng 2.2 Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia
Muối carbonate Muối magne Muối cloride Muối CaSO4
Các muối có gốc NO 3 − , NO − 2
≤ 0,3 mg/l Không có Không có
Giá trị pH là một trong những chỉ số quan trọng nhất của nước, ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme, khả năng hòa tan chất đắng của houblon, sự phát triển vi sinh vật, và hòa tan các hợp chất hữu cơ trong malt, dịch wort, và bia Thông thường, pH của nước dao động từ 6,5 đến 7 Nước có tính acid yếu chủ yếu là do sự hiện diện của H2CO3 ở dạng tự do.
H2O + CO2 H2CO3 H + + HCO 3 − 2H + + CO 2 3 − Hàm lượng các ion HCO − 3 , CO 2 3 − và OH - gây ra độ kiềm của nước.
2.1.2 Ảnh hưởng của các muối trong nước đến công nghệ và chất lượng bia
Các thành phần muối trong nước có hàm lượng khác nhau, ảnh hưởng đến quy trình công nghệ và chất lượng sản phẩm Sự tương tác giữa các cation và anion đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Ion Ca2+ có mặt trong tất cả các loại nước ngầm, chủ yếu tồn tại dưới hai dạng là Ca(HCO3)2 và CaSO4 Muối bicarbonate có tác động tiêu cực, làm tăng giá trị pH của dịch cháo (mash) khi phản ứng với các muối phosphate có trong malt.
2KH2PO4 + 2NaHCO3 = K2HPO4 + Na2HPO4 + H2O + 2CO2
Tác động không thuận lợi này ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme, dẫn đến giảm hiệu suất thủy phân trong quá trình tạo dịch đường (wort) Ngược lại, muối sulfate của canxi có xu hướng làm giảm pH, điều này lại có lợi cho quá trình đường hóa.
4K2HPO4 + 3CaSO4 = Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4
Ion Mg 2+ có mặt trong nước với hàm lượng thấp hơn Ca 2+, nhưng lại gây ảnh hưởng tiêu cực hơn Điều này là do MgCO3 có khả năng tan, trong khi MgSO4 lại mang đến vị đắng chát khó chịu.
Ion Na+ xuất hiện trong nước dưới các dạng như Na2CO3, NaHCO3, Na2SO4 và NaCl, mỗi loại mang lại những tác động khác nhau Cụ thể, NaHCO3 và Na2CO3 giúp giảm độ acid của dịch cháo, trong khi Na2SO4 với hàm lượng cao có thể tạo ra vị đắng cho bia Đặc biệt, NaCl với nồng độ dưới 200 mg/l lại có tác dụng tích cực đến mùi và vị của bia.
Ion sắt, chủ yếu tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2, có thể gây ra những tác động tiêu cực trong quá trình sản xuất bia Khi hàm lượng ion sắt cao, chúng làm mất cân bằng trong quá trình lên men, dẫn đến mùi vị lạ cho bia Ngoài ra, ion sắt còn xúc tác quá trình oxy hóa, làm giảm độ bền keo và gây đục cho sản phẩm bia.
8 Ion SO 2 4 − : có thể gây cho bia vị đắng – khan khó chịu nếu có mặt với hàm lượng cao
8 Ion Cl - : với hàm lượng vừa phải tạo cho bia có vị hài hòa, dễ chịu
Ion NO3− và NO2− chỉ có muối của canxi và magiê ảnh hưởng đến quá trình sản xuất dịch đường Trong giai đoạn lên men, hàm lượng cao của các ion này sẽ ức chế mạnh mẽ sự phát triển của nấm men.
8 Acid silic: với hàm lượng lớn có thể cản trở quá trình lên men và gây đục
Hiểu rõ vai trò và tác động của các muối trong nước là rất quan trọng trong quy trình sản xuất bia, vì chúng ảnh hưởng đến hoạt tính của nước đối với malt và houblon Phân tích thành phần và hàm lượng muối trong nước cho phép áp dụng các biện pháp xử lý phù hợp và bổ sung khoáng cần thiết, từ đó nâng cao chất lượng bia thành phẩm.
Malt đại mạch
Malt là sản phẩm chế biến từ hạt ngũ cốc ươm mầm, được kiểm soát chặt chẽ về độ ẩm, nhiệt độ và thông gió Trong sản xuất bia, malt đại mạch là thành phần thiết yếu, với quá trình nẩy mầm giúp kích hoạt và tích lũy enzyme trong hạt Các enzyme này chuyển hóa hợp chất cao phân tử thành hợp chất đơn giản hơn, đóng góp vào chất hòa tan của dịch đường Ngoài ra, malt đại mạch cung cấp protein cho nấm men trong quá trình lên men và cũng góp phần tạo hương vị, màu sắc cho sản phẩm bia.
2.2.1 Hạt đại mạch (barley grain) Đại mạch là nguyên liệu chính cho tiến trình sản xuất bia Đây là một loại ngũ cốc (cereal) với nguồn tinh bột rất dồi dào và vỏ trấu (husk) của nó vẫn bám chặt vào hạt thậm chí ngay cả khi đập (threshing) và chế biến thành malt Đại mạch đuợc chia thành hai nhóm: đại mạch hai hàng (two-row barley) và đại mạch nhiều hàng (multi-row barley), thường là sáu hàng Đại mạch hai hàng tuy có hàm lượng enzyme và protein thấp hơn đại mạch sáu hàng nhưng đuợc sử dụng nhiều hơn Nguyên 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 2.2 mô tả bông đại mạch hai hàng và cấu tạo mặt cắt dọc của hạt đại mạch:
Hình 2.2 Bông và mặt cắt dọc hạt đại mạch hai hàng
Nội nhũ trong hạt đại mạch là phần lớn nhất và có giá trị nhất, quyết định chất lượng đại mạch trong sản xuất bia Thành phần chính của nội nhũ bao gồm tinh bột, được cấu tạo từ amylose và amylopectin, cùng với một ít protein, cellulose, chất béo, tro và đường Mặc dù phôi có giá trị dinh dưỡng không đáng kể, nhưng nó đóng vai trò quan trọng như “trạm hoạt hóa” và “nhà máy sản xuất” enzyme trong quá trình nảy mầm để tạo thành malt.
Bảng 2.3 Thành phần hóa học trung bình của malt tính theo % trọng lượng chất khô
Thành phần Phần trăm các chất (%)
Các chất vô cơ Chất béo Các thành phần khác
Các thành phần quan trọng nhất trong đại mạch là:
Carbohydrate là thành phần chủ yếu trong sản xuất và chất lượng sản phẩm, bao gồm cellulose (không tan), hemicellulose (tan trong nước), tinh bột, dextrin, đường và các chất gôm.
Protein là thành phần quan trọng thứ hai trong đại mạch, chỉ sau tinh bột, bao gồm các loại như glutelin, prolamin, globulin và albumin Để sản xuất bia chất lượng, hàm lượng protein tối ưu từ đại mạch là rất cần thiết.
Nồng độ protein trong bia nên duy trì từ 8 đến 10% Nếu protein quá cao, bia sẽ dễ bị đục và khó bảo quản; ngược lại, nếu protein quá thấp, quá trình lên men sẽ không hiệu quả, dẫn đến bia kém bọt và thiếu đậm đà.
Enzyme được chia thành hai nhóm chính: enzyme thủy phân (bao gồm carbohydrase, protease và esterase) và enzyme oxy hóa khử (như dehydrase, catalase và oxydase) Những enzyme này đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng sinh hóa, giúp chuyển đổi hạt đại mạch thành hạt malt và cuối cùng là dịch đường.
2.2.2 Sản xuất malt đại mạch
Quá trình sản xuất malt bao gồm ba bước chính: ngâm đại mạch, ươm mầm đại mạch và sấy malt Mục tiêu của quá trình này là chuyển hóa tinh bột không tan thành đường hòa tan, phân cắt protein phức tạp thành các thành phần dinh dưỡng đơn giản, cần thiết cho sự phát triển của nấm men Đồng thời, quá trình này cũng hoạt hóa và tích lũy hệ enzyme có trong hạt đại mạch.
Làm sạch, phân loại Xử lý
Hình 2.3 Quy trình sản xuất malt đại mạch
Ngâm đạ i m ạ ch giúp tăng cường độ ẩm và kích thích quá trình trao đổi chất ở hạt Sau khi ngâm, hạt sẽ nhú mầm trắng ở đầu và phình to, tăng thêm 1/3 kích thước ban đầu.
Quá trình ươm mầm đại mạch diễn ra trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và oxy thích hợp, cho phép các biến đổi sinh học xảy ra hoàn toàn Trong giai đoạn này, enzyme hoạt động tích cực để phân cắt các chất cơ bản như glucid và protein thành các phân tử đơn giản, cung cấp dinh dưỡng cho phôi mầm Bằng cách hạn chế hoặc ngừng hô hấp của phôi, trong khi enzyme vẫn hoạt động, các hạt đại mạch dần dần chuyển hóa thành malt.
Sấy malt là quá trình quan trọng trong sản xuất bia, trong đó malt tươi (green malt) được sấy ở các nhiệt độ khác nhau Mức độ nhiệt trong lò quyết định màu sắc của malt và lượng enzyme sống còn lại, cần thiết cho quá trình tạo dịch cháo (mash) Mục tiêu của quá trình này là tách triệt để độ ẩm tự do trong hạt malt, đồng thời bảo toàn hoạt tính của các enzyme.
Houblon
Hoa houblon hiện nay được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất bia, không chỉ là chất bảo quản mà còn là tác nhân tạo mùi và vị Chúng mang lại vị đắng dịu và hương thơm đặc trưng, đồng thời gia tăng mùi cho bia Ngoài ra, hoa houblon còn có tính kháng khuẩn, giúp ức chế vi khuẩn Gram dương trong bia thành phẩm Ở nồng độ cao, hoa houblon hỗ trợ quá trình kết tủa protein, cải thiện khả năng tạo và giữ bọt, đồng thời tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
Hình 2.4 Hoa houblon tươi (a) và các dạng houblon chế phẩm (b)
Khi phân tích hoa houblon khô (dry hops), người ta thu được một cách gần đúng các thành phần với phần trăm về khối lượng như ở bảng 2.4:
Bảng 2.4 Thành phần của hoa houblon tính theo % khối lượng
(Manual of Good Practice - Hops and Hop Products (Benitez et al., 1997))
Những thành phần có giá trị trong houblon gồm có:
8 Các hợp chất tạo đắng: nhựa houblon (hop resins),
8 Các hợp chất tạo mùi: tinh dầu houblon (hop oils),
8 Các tannin: hợp chất polyphenol
Các hợp chất tạo đắng trong bia chủ yếu là các acid, bao gồm alpha, beta, gamma và delta acid, là những đồng phân của humulone, lupulone, humulione và hulupone Những hợp chất này không chỉ mang lại vị đắng đặc trưng và dễ chịu cho bia mà còn cải thiện sự ổn định của bọt Mặc dù mỗi nhóm acid có cấu trúc phân tử tương tự nhau, nhưng chúng lại khác nhau về mạch nhánh Thành phần và hàm lượng các acid đắng này phụ thuộc vào giống loài và điều kiện thời tiết.
Hình 2.5 Cấu tạo của alpha (a) và beta (b) acid đắng trong houblon
Bảng 2.5 Các đồng phân alpha và beta acid đắng
Mạch nhánh R α-acid đắng Β-acid đắng
-COCH2CH(CH3)2 Humulone C21H30O5 Lupulone C26H38O4
-COCH(CH3)CH2CH3 Adhumulone C21H28O5 Adlupulone C26H38O4
-COCH2CH2CH(CH3)2 Prehumulone C22H32O5 C27H40O4
-OCH2CH2CH(CH3)CH2CH3 C23H34O5 C28H42O4
Bia có hương vị đặc trưng nhờ vào hơn 300 hợp chất tinh dầu từ houblon, bao gồm mycrene, caryophyllene và humulene Hình 2.6 minh họa cấu trúc của một số tinh dầu houblon.
Hình 2.6 Cấu tạo của một vài tinh dầu houblon: mycrene (a), caryophyllene (b), humulene (c)
Tannin là các polyphenol có ảnh hưởng đến hương vị của bia và thành phần protein Chúng có khả năng kết lắng và loại bỏ các hợp chất protein khỏi dịch đường, giúp ổn định thành phần và tăng cường độ bền keo cho bia thành phẩm.
Trên thị trường, hoa houblon phổ biến nhất dưới ba dạng: hoa cánh khô, hoa houblon dạng hạt (viên) và hoa cao trích ly (hình 2.4b)
Nấm men
Nấm men là vi sinh vật đơn bào có khả năng sinh sản qua nảy chồi hoặc phân cắt Trong quá trình sản xuất bia, nấm men chuyển hóa các đường có thể lên men thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác, đồng thời ảnh hưởng đến đặc tính và hương vị của sản phẩm.
Hình 2.8 Nấm men trong sản xuất bia: S cerevisiae (a), S.carlsbergensis (b)
Có hàng trăm giống và loài nấm men khác nhau, và trong quá khứ, chúng được chia thành hai nhóm chính: nấm men nổi (nấm men ale) và nấm men chìm.
Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm (nấm men lager) là hai loại men chính trong quá trình lên men bia Saccharomyces uvarum, thường được biết đến với tên gọi Saccharomyces carlsbergensis, hiện nay được phân loại là một thành viên của Saccharomyces cerevisiae Mặc dù có sự thay đổi trong phân loại, hình thức phân chia cũ vẫn còn phổ biến trong ngành công nghiệp bia.
Nấm men nồi 8 N thuộc nhóm Saccharomyces cerevisiae, có khả năng lên men các loại đường như đường đơn, đường đôi, 33% đường tam và các dextrin đơn giản Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình lên men dao động từ 14 đến 25 độ C Quá trình này diễn ra mạnh mẽ trên bề mặt môi trường, và khi kết thúc, các tế bào nấm men kết chùm và tạo thành lớp dày nổi trên bề mặt, cùng với bọt bia, giúp bia trở nên trong suốt một cách tự nhiên.
Nấm men chìm 8 N thuộc nhóm Saccharomyces carlbergensis, nổi bật với khả năng lên men ở nhiệt độ từ 4 đến 12 độ C Chúng thực hiện quá trình lên men mạnh mẽ nhưng êm dịu trong môi trường, và khi cạn kiệt nguồn carbon, nấm men có xu hướng kết chùm, tạo chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng, giúp làm trong bia một cách hiệu quả Đặc biệt, nấm men này có khả năng lên men đường tam đạt 100%.
Người ta còn chia nấm men ra thành nhóm nấm men chìm vừa phải, thuộc nhóm độc lập Saccharomyces uvarum với các đặc điểm nằm giữa hai nhóm trên
2.4.2 Yêu cầu dinh dưỡng cho nấm men Để phát triển một cách mạnh mẽ, đảm bảo cho quá trình lên men tạo rượu, nấm men đòi hỏi một nguồn dinh dưỡng đầy đủ với thành phần carbohydrate có thể lên men được, nguồn cung cấp nitơ, các vitamin và khoáng chất Các thành phần dinh dưỡng này thông thường hiện diện sẵn trong malt đại mạch hoặc được phát triển bởi các enzyme trong suốt quá trình tạo malt và hình thành dịch cháo
Carbohydrate là các phân tử đường có khối lượng phân tử thấp, bao gồm mono-, di- và oligosaccharide, cần thiết cho sự phát triển của nấm men Trong dịch đường, khoảng 80 ÷ 85% là thành phần có thể lên men như maltose, maltotriose, glucose, sucrose và fructose, trong khi phần còn lại bao gồm các dextrin, beta-glucan, pentosan và oligosaccharide không thể lên men Thời gian lên men phụ thuộc vào khối lượng phân tử của các đường, với sucrose, glucose và fructose có thời gian lên men nhanh nhất, thường chỉ khoảng 24 ÷ 49 giờ.
Nấm men chủ yếu sử dụng các acid amin và peptide, trong khi muối ammoni ít hiện diện trong dịch đường Do đó, acid amin và peptide là những thành phần quan trọng nhất cho sự phát triển của nấm men.
Các vitamin như biotin, acid pantothenic, thiamin và inositol là những thành phần thiết yếu cho sự phát triển và chức năng của nấm men Biotin, có được từ malt trong quá trình tạo dịch cháo, đóng vai trò quan trọng trong carboxyl hóa acid pyruvic và tổng hợp nucleic, protein cũng như acid béo; sự thiếu hụt biotin có thể dẫn đến cái chết nhanh chóng của nấm men Acid pantothenic là yếu tố quan trọng trong chuyển hóa carbohydrate và lipid, cũng như chức năng của màng tế bào; thiếu hụt nó có thể gây ra sự tích lũy hydrogen sulfide Thiamin cần thiết cho phản ứng carboxyl hóa oxo-acid, trong khi inositol là cần thiết cho sự phân chia tế bào, và sự thiếu hụt của các thành phần này sẽ làm giảm khả năng chuyển hóa carbohydrate.
Có 8 khoáng chất quan trọng cho sự phát triển của nấm men, bao gồm phosphate, kali, calci, magne, sulfur và các nguyên tố vết Phosphate hỗ trợ chuyển hóa năng lượng và tăng tốc độ phát triển của nấm men, đồng thời là thành phần thiết yếu trong nhiều hợp chất hữu cơ của tế bào nấm men Calci giúp cải thiện đặc tính kết chùm của nấm men và nên có nồng độ lớn hơn 50 mg/l Magne cần thiết cho sự phát triển của nấm men và hoạt động như một chất kích hoạt enzyme Sulfur là yếu tố quan trọng trong quá trình tổng hợp methionine và cysteine, góp phần hình thành protein, glutathione, coenzyme A và thiamin Ngoài ra, các nguyên tố như kẽm, đồng và mangan cũng cần thiết dưới dạng vết.
Hình 2.9 Hô hấp của nấm men: Hô hấp hiếu khí (a), Hô hấp yếm khí (b)
Hô hấp của nấm men là yếu tố quan trọng trong quá trình lên men, bắt đầu với giai đoạn hô hấp hiếu khí khi có đủ oxy, giúp nấm men phát triển sinh khối và tạo ra nhiều tế bào mới Khi chuyển sang giai đoạn hô hấp yếm khí, nấm men sẽ sản xuất rượu, CO2 và các sản phẩm phụ, góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho bia thành phẩm.
Việc chọn nấm men phù hợp cho sản xuất bia rất quan trọng vì ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế Tiêu chí lựa chọn nấm men phụ thuộc vào thiết bị sản xuất và loại bia, nhưng cần đảm bảo đáp ứng các yêu cầu tối thiểu.
8 Khả năng chống chịu cao (yeast stress tolerance);
8 Có khả năng kết lắng (flocculation);
8 Tốc độ lên men như ý ở nhiệt độ mong muốn;
8 Tạo vị tốt cho thành phẩm;
8 Đặc tính tồn trữ tốt (good storage characteristics);
8 Ổn định với các biến đổi (mutation); và
8 Có khả năng chống lại sự thoái hóa (degeneration)
Nấm men được sử dụng trên thị trường dưới hai dạng: nấm men tươi và nấm men khô.
Thế liệu (các nguyên liệu thay thế đại mạch)
Thế liệu (adjuncts) là các hạt ngũ cốc chưa nảy mầm, như bắp, gạo, lúa mạch đen, yến mạch, lúa miến và lúa mạch, được sử dụng để sản xuất bia thay thế một phần đại mạch Ngoài ra, các thế liệu cũng có thể ở dạng đường như dextrose, đường mía, đường từ củ cải đường, malto dextrin và caramel Mặc dù mục đích chính của việc sử dụng thế liệu là giảm giá thành sản phẩm nhờ tạo ra dịch cháo rẻ hơn, nhưng chúng còn mang lại một số lợi ích khác.
Việc sử dụng các thế liệu trong sản xuất bia không chỉ giúp tăng cường tính ổn định vật lý mà còn cải thiện khả năng chịu lạnh và màu sắc của bia Tính ổn định vật lý này chủ yếu đến từ việc sử dụng các nguyên liệu ít protein, giúp duy trì sự ổn định của chất keo Trong số các nguyên liệu, gạo và bắp có hàm lượng protein rất thấp, trong khi đại mạch lại chứa nhiều protein Ngoài ra, các thế liệu khác cũng có chứa rất ít hợp chất polyphenol, góp phần vào chất lượng của sản phẩm bia.
Các thế liệu có thể điều chỉnh khả năng lên men của dịch đường bằng cách thêm trực tiếp đường hoặc syrup vào nồi nấu, thay vì thay đổi nhiệt độ và thời gian của dịch cháo.
Các thế liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tạo mùi cho sản phẩm, ví dụ như gạo mang lại vị trung tính, trong khi bắp có thể làm bia trở nên nhạt Đường bán tinh luyện góp phần tạo vị ngọt cho bia, mang lại cảm giác khoái cảm Ngoài ra, các thế liệu còn ảnh hưởng đến tỉ lệ carbohydrate/nitơ, từ đó tác động đến việc hình thành các sản phẩm phụ như ester và rượu cao phân tử.
Các thế liệu như đường sậm màu có vai trò điều chỉnh màu sắc của bia, trong khi gạo và tinh bột sáng giúp làm giảm độ đậm màu của malt, tạo ra các loại bia có màu sắc sáng hơn.
Một số nguyên liệu như đại mạch và lúa mạch được sử dụng để cải thiện các đặc tính hóa học trong sản xuất bia, nhờ vào khả năng tạo ra glycoprotein giúp tăng cường tính ổn định của bọt Trong khi đó, những nguyên liệu có hàm lượng protein thấp hơn lại mang lại tính ổn định keo tốt hơn, vì chúng hòa tan các protein gây đục trong bia.
Mục đích chính của việc sử dụng các thế liệu là nâng cao nồng độ bia, giảm chi phí sản xuất và rút ngắn thời gian chế biến.
Việc bổ sung các thế liệu có thể mang lại một số bất lợi, đặc biệt khi hàm lượng quá cao Điều này dẫn đến khó khăn trong việc tạo dịch đường, do thiếu hụt các hợp chất nitơ, từ đó làm giảm sự phát triển của nấm men.
(a) Bắp (b) Lúa miến (c) Lúa mạch (d) Gạo
Trái cây
Việc thêm trái cây vào bia không chỉ làm tăng hương vị hấp dẫn mà còn tạo sự hòa hợp giữa mùi vị của bia và vị độc đáo của trái cây, từ đó gia tăng tính đa dạng và dinh dưỡng cho sản phẩm Trái cây đóng vai trò chính là thành phần tạo vị, đồng thời cung cấp đường hỗ trợ quá trình lên men Trái cây có thể được bổ sung dưới nhiều dạng như tươi, lạnh đông, purê, nước ép hay sirô trong các giai đoạn sản xuất bia, phổ biến nhất là trong giai đoạn lên men chính hoặc lên men phụ Bia trái cây thường áp dụng quá trình lên men nổi (ale style) nhiều hơn so với lên men chìm (lager style).
Các loại trái cây được sử dụng trong sản xuất bia trái cây rất phong phú và đa dạng Việc lựa chọn hoặc kết hợp các thành phần trái cây khác nhau tạo ra những sản phẩm với hương vị độc đáo Thông thường, những loại quả có hương thơm mạnh như lê, táo, nam việt quốc và mâm xôi được ưu tiên Ngoài ra, một số trái cây khác như dâu tây, chanh, chuối và nho cũng được sử dụng để tạo nên sự phong phú cho sản phẩm.
Việt Nam có sự đa dạng phong phú và độc đáo về trái cây, mặc dù không sở hữu một số loại trái cây đặc trưng như châu Âu Các loại trái cây như chuối, xoài, cam, khóm, chanh dây, bưởi, mít, sơri, mận và cóc có thể được ứng dụng để sản xuất bia trái cây Thông tin về thành phần hóa học của một số trái cây này được trình bày trong bảng 2.6.
Bảng 2.6 Thành phần hóa học một số trái cây ở Việt Nam (tính trên 100 g phần ăn được)
Vitamin (IU, mg) Trái cây
B1 mg B2 mg C mg PP mg
Chuối Nho Ổi Mít Táo ta Xoài Cam Khóm Mận Dâu tây
Trong nghiên cứu này, tôi đã chọn hai loại quả phổ biến ở Việt Nam là khóm và chanh dây, nổi bật với hàm lượng dinh dưỡng cao và hương vị đặc trưng, để tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu.
Khóm, một loại nông sản quan trọng, đứng thứ ba sau chuối và các loại quả họ citrus, đóng góp hơn 20% tổng sản lượng trái cây ở các nước nhiệt đới Nguồn gốc của khóm được cho là từ lưu vực sông Amazon, với Brazil và Paraguay là hai quốc gia đầu tiên thuần hóa giống khóm.
Khóm, hay còn gọi là trái dứa, ban đầu được người dân vùng Caribbe gọi là Anana, có nghĩa là “trái cây ngon tuyệt” Tên gọi “khóm” xuất phát từ châu Âu, do người ta nhận thấy hình dáng của nó tương tự như trái thông, với phần thịt bên trong giống như quả táo.
Khóm có tên khoa học là Annas comosus, thành viên loài Ananas, họ Bromeliaceae
Một số giống khóm được trồng phổ biến nhất hiện nay là giống Queen (Hoàng Hậu), Cayenne và Spanish (Tây Ban Nha) (hình 2.12) Đặc điểm của chúng như sau:
8 Gi ố ng Queen : Thịt quả vàng đậm, giòn, thơm, quả nhỏ, mắt quả lồi
8 Gi ố ng Cayenne : Quả to, thịt quả vàng ngà, nhiều nước, ít thơm và kém ngọt hơn giống Queen
8 Gi ố ng Spanish : Quả có kích thước trung bình, mắt sâu, thịt quả vàng nhạt có chỗ trắng, vị chua, hương kém thơm và rất nhiều nước
(a) Khóm Queen (b) Khóm Cayenne (c) Khóm Spanish
Hình 2.12 Các giống khóm phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới
Hiện nay, Thái Lan, Philippines, Brazil và Trung Quốc là những quốc gia hàng đầu trong sản xuất khóm trên toàn cầu Ngoài ra, Ấn Độ, Nigeria và Kenya cũng góp mặt trong danh sách các nước sản xuất khóm đáng chú ý.
Indonesia, México và Costa Rica cũng đóng góp trên 50% tổng sản lượng khóm trên toàn thế giới
Bảng 2.7 Thành phần hóa học và giá trị năng lượng của khóm (tính trên 100 g ăn được)
Năng lượng cung cấp: 500 kcal
Khóm, một loại trái cây phổ biến ở Việt Nam, được trồng rộng rãi trên khắp cả nước, nhưng chủ yếu tập trung ở các tỉnh phía Nam, chiếm tới 90% sản lượng toàn quốc Các tỉnh như Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ, Tiền Giang và Long An là những vùng trồng khóm nổi bật nhất.
Khóm, một loại quả nhiệt đới, nổi bật với giá trị dinh dưỡng và năng lượng cao, chứa khoảng 81 ÷ 87% nước, 4,59 ÷ 12% saccharose, cùng các loại đường như glucose và fructose Nó cũng giàu vitamin nhóm B và vitamin C, cùng với các khoáng chất thiết yếu như Fe, Na, K, P, Mg Đặc biệt, khóm còn chứa nhiều acid hữu cơ như acid citric, acid ascorbic, và malic, tạo nên hương vị chua thơm đặc trưng.
Khóm chứa bromelain, một enzyme protease quan trọng giúp cắt đứt các liên kết acid amin trong protein, từ đó thúc đẩy quá trình tiêu hóa Ngoài ra, bromelain còn có tác dụng điều trị bong gân và căng cơ bằng cách giảm sưng tấy và giảm đau, hỗ trợ hạn chế các triệu chứng thấp khớp.
Khóm là nguồn cung cấp dồi dào vitamin C, một chất chống oxy hoá quan trọng giúp bảo vệ cơ thể khỏi gốc tự do và tăng cường hệ thống miễn dịch Vitamin C cũng đóng vai trò trong việc xây dựng và tái tạo mô, giúp vết thương nhanh chóng lành lại Ngoài ra, cơ thể cần vitamin C để chuyển hoá chất béo và cholesterol, hấp thu sắt, cũng như tổng hợp acid amin và collagen Đặc biệt, khóm không chứa acid béo, rất ít natri và hoàn toàn không có cholesterol.
2.6.2 Chanh dây (Lạc tiên – Passion fruit)
Chanh dây có tên khoa học là Passiflora edulis Sims, thuộc họ Passifloraceae (họ
Chùm Bao), bộ Violales Chanh dây (P edulis) được chia làm 2 dạng (forms) tùy theo màu vỏ trái (hình 2.12):
Dạng trái tím (forma eduli) có vỏ màu tím đến tím sậm, kích thước nhỏ (đường kính 4 ÷ 5 cm) với tua dây, nhánh và gân lá xanh Loại trái này rất phổ biến ở vùng khí hậu mát mẻ, đặc biệt ở độ cao từ 1200 đến 2000 m, như tại Đà Lạt và Tây Nguyên, nơi mang lại hương vị trái ngon nhất Tuy nhiên, khi trồng ở độ cao dưới 1000 m, dạng trái tím sẽ không ra hoa.
Dạng trái vàng (forma flavicarpa) có vỏ màu vàng chanh và kích thước lớn hơn so với dạng trái tím Đặc điểm nổi bật bao gồm tua dây, nhánh và gân lá có màu ửng đỏ tím, cùng với hoa lớn có tràng màu tím sậm hơn Loại cây này phát triển mạnh mẽ và chịu nóng, thích hợp với vùng có độ cao từ 0 đến 800 m, đặc biệt là ở đồng bằng sông Cửu Long.
(a) Chanh dây tím (b) Chanh dây vàng
Hình 2.13 Hai dạng chanh dây
Chanh dây, có nguồn gốc từ nam Brazil, đã được di thực sang Úc và châu Âu từ thế kỷ XIX, và có thể đã được người Pháp mang đến cao nguyên Lâm Viên vào đầu thế kỷ XX.
Chanh dây là một loại cây ăn trái đầy triển vọng ở các nước đang phát triển, đặc biệt tại đồng bằng sông Cửu Long, nơi cây được trồng rải rác ở Cần Thơ, Tịnh Biên (An Giang) và Hòn Đất (Kiên Giang) Trái chanh dây có kích thước lớn hơn trái nhãn Lòng, dao động từ 4 đến 10 cm, và được biết đến như một loại trái cây giải khát thơm ngon, có vị hơi chua nhờ vào hàm lượng vitamin C phong phú.
Thành phần dinh dưỡng của chanh dây được cho ở bảng 2.8
Bảng 2.8 Thành phần hóa học của chanh dây (trên 100 g phần ăn được)
Thành phần Đơn vị Giá trị trên 100 g phần ăn được
Kẽm, Zn mg 0,10 Đồng, Cu mg 0,086
(USDA Nutrient Database for Standard Reference, 2001)
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA TRÁI CÂY
Các quá trình quan trọng trong sản xuất bia trái cây
Quá trình nghiền malt nhằm mục đích làm nhỏ các hạt để tăng diện tích tiếp xúc với nước, từ đó thúc đẩy sự xâm nhập của nước vào nội nhũ và tăng tốc độ đường hóa cũng như các quá trình thủy phân Tuy nhiên, cần cân nhắc giữa hiệu suất trích ly các chất hòa tan và khả năng lọc dịch, bởi nếu malt được nghiền quá mịn, hiệu suất trích ly sẽ cao nhưng lại gây cản trở cho quá trình lọc do phần cháo trong màng lọc bị nén chặt, dẫn đến thất thoát các thành phần dinh dưỡng trong quá trình rửa bã malt.
Malt có thể được nghiền bằng ba phương pháp: nghiền khô, nghiền ẩm với phun nước và nghiền cùng nước Lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào mục đích và điều kiện cụ thể Trong đó, nghiền ẩm hạt malt là phương pháp phổ biến nhất, vì kích thước vỏ trấu lớn hơn và nội nhũ nhỏ hơn, giúp tối ưu hóa quá trình đường hóa và lọc sau này Đối với nguyên liệu chưa ươm mầm, việc nghiền nhỏ và xử lý ở nhiệt độ hồ hóa cao là cần thiết để tinh bột dễ dàng chín trước khi tiến hành đường hóa cùng malt.
3.2.2 Đường hóa nguyên liệu (mashing) Đây là quá trình chuyển hóa tinh bột có trong thành phần của malt và các thế liệu đã được nghiền nhỏ để tạo thành các phân tử đường có thể lên men và không lên men được dưới sự xúc tác của các enzyme thủy phân Thành phần của dịch đường tạo ra phụ thuộc vào từng loại bia với cách phối trộn khác nhau
Malt và thế liệu nghiền mịn được trộn với nước trong thiết bị đường hóa, tạo ra môi trường giàu nước giúp các hợp chất thấp phân tử hòa tan và tham gia vào dịch đường Các hợp chất cao phân tử như tinh bột và protein sẽ bị phân cắt thành các hợp chất thấp phân tử dưới tác động của enzyme thủy phân trong malt ở nhiệt độ thích hợp Quá trình đường hóa diễn ra trong khoảng thời gian xác định với các mức nhiệt độ khác nhau để kích hoạt enzyme, phân cắt carbohydrate và protein Các enzyme này, bao gồm phytase, enzyme proteolytic và carbohydrase, đóng vai trò quan trọng trong từng biến đổi hóa học cụ thể trong dịch cháo Hai biến đổi quan trọng trong giai đoạn này là quá trình acid hóa và phân cắt protein.
8 Thủy phân protein: các enzyme proteinase và peptidase bẻ gãy các liên kết peptide trong phân tử protein để tạo thành các các peptide và acid amin
Chuyển hóa tinh bột là quá trình quan trọng nhất trong giai đoạn này, trong đó các enzyme alpha-, beta- và glucoamylase đóng vai trò xúc tác, giúp phân cắt các mạch amylose và amylopectin thành các hợp chất đường đơn giản và dextrin bậc thấp.
Sản phẩm được tạo ra dưới sự xúc tác của alpha-amylase chủ yếu là dextrin phân tử lượng thấp, cùng với một lượng nhỏ alpha-maltose và glucose Beta-amylase chuyển đổi tinh bột thành maltose và dextrin phân tử lớn, trong khi glucoamylase cắt từng phân tử glucose trong mạch amylose và amylopectin, nhưng khả năng này bị hạn chế ở vị trí phân nhánh Sự kết hợp của các enzyme này giúp 60 ÷ 80% tinh bột được chuyển hóa thành các đường có khả năng lên men.
Hình 2.15 Sơ đồ đường hóa hai giai đoạn
Hình 2.16 Sơ đồ đường hóa ba giai đoạn
Hình 2.17 Cơ chế phân cắt của các enzyme amylase
Trong giai đoạn này, các quá trình enzym như thủy phân phytin và hemicellulose diễn ra, trong đó enzyme phytase đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân các hợp chất phosphate Quá trình này dẫn đến sự giải phóng acid phosphoric, giúp giảm pH của dịch cháo và tăng cường hiệu suất đường hóa.
Sự thủy phân hemicellulase cung cấp thêm chất hòa tan cho dịch đường và tạo điều kiện cho các enzyme khác hoạt động tốt
Các quá trình phi enzyme trong giai đoạn đường hóa có ảnh hưởng lớn đến thành phần và tính chất của sản phẩm cuối Những quá trình này bao gồm kết lắng và biến tính protein, tạo thành melanoidin, hòa tan các chất tan, cũng như phản ứng giữa muối nước và phosphate trong cháo malt.
Quá trình đường hóa chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng như nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme và cơ chất, thời gian đường hóa, phương pháp thực hiện, cũng như các thành phần trong dịch cháo như chất lượng malt, khối lượng nước và các ion trong nước Đường hóa có thể được thực hiện qua hai phương pháp cơ bản: đường hóa phân đoạn (bao gồm nhất phân đoạn, nhị phân đoạn và tam phân đoạn) và đường hóa toàn khối với sự thay đổi nhiệt độ tăng dần hoặc giảm dần.
Lọc bã malt (lautering)
Sau khi đường hóa, tất cả tinh bột trong malt được phân cắt thành hai hợp phần chính: pha rắn và pha lỏng Pha rắn, hay bã malt, bao gồm các thành phần không hòa tan như protein, tinh bột chậm biến đổi, chất béo, silicate và tannin Trong khi đó, pha lỏng, hay dịch đường, bao gồm nước và các hợp chất thấp phân tử được chiết xuất từ malt Mục tiêu của quá trình này là tách pha rắn khỏi pha lỏng để tạo ra dịch đường tinh khiết, giúp cho các quy trình tiếp theo diễn ra thuận lợi hơn Độ trong của dịch trích ly đường phụ thuộc nhiều vào chất lượng của malt sau khi nghiền.
Nấu dịch đường với hoa houblon (wort boiling)
Quá trình houblon hóa dịch đường, hay còn gọi là nấu dịch đường với hoa houblon, giúp trích xuất hương thơm và vị đắng đặc trưng cho bia Nhiệt độ cao trong quá trình nấu không chỉ làm kết tủa và đông tụ các protein, mà còn tăng cường độ bền và khả năng giữ bọt cho dịch đường Ngoài ra, quá trình này còn tiêu diệt vi sinh vật, đảm bảo tính an toàn cho sản phẩm cuối cùng.
3.4.1 Các biến đổi xảy ra
8 Trích ly và hòa tan các thành ph ầ n c ủ a houblon vào d ị ch đườ ng
Các chất đắng trong hoa houblon có khả năng hòa tan yếu trong dịch đường, nhưng khi được đun sôi, chúng chuyển đổi thành dạng đồng phân hóa (iso) giúp hòa tan tốt hơn và tạo ra vị đắng mạnh mẽ hơn Những acid đắng này cũng góp phần tạo sức căng bề mặt, tham gia vào quá trình tạo bọt và giữ bọt cho bia Quá trình này phụ thuộc vào thời gian đun sôi, như được chứng minh trong bảng 2.9.
Bảng 2.9 Sự thay đổi chất đắng theo thời gian đun sôi
Hàm lượng chất đắng (mg/l)
Thời gian đun sôi (phút) trong dịch đường trong bia
Khi hoa houblon được đun sôi, các tinh dầu trong hoa sẽ khuếch tán vào nước và bay hơi, hoặc bị mất trong quá trình lên men Dù lượng tinh dầu còn lại rất nhỏ, nhưng chúng vẫn tạo ra hương thơm dịu đặc trưng cho bia.
Các hợp chất polyphenol trong hoa houblon, thuộc nhóm flavonoid, khi hòa tan trong dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tương tác với protein cao phân tử, tạo thành các phức chất keo giúp lắng cặn hiệu quả Điều này không chỉ tăng độ bền keo mà còn cải thiện tính ổn định sinh học của bia Ngoài ra, các hợp chất này còn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho sản phẩm, góp phần nâng cao chất lượng bia.
Khi nhiệt độ tăng, các chất keo trong dịch đường như dextrin, protein, pectine, pentosan và tannin kết dính lại với nhau, dẫn đến hiện tượng keo tụ Đồng thời, pH của dịch đường gần với điểm đẳng điện của một số protein, khiến chúng biến tính và kết tủa Quá trình này rất quan trọng, vì các protein không ổn định còn lại trong dịch đường là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng đục bia.
Trong quá trình nấu đường với houblon, một lượng lớn các chất khử được hình thành, làm thay đổi trạng thái oxy hóa khử của hệ thống Sự thay đổi này góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện màu sắc, độ trong, độ bền keo và độ bền sinh học.
Sự hòa tan các chất màu từ houblon và oxy hóa tannin trong malt tạo ra melanoidin, làm tăng cường độ màu cho bia Đồng thời, nhiệt độ cao (>100 o C) và thời gian kéo dài (60 ÷ 90 phút) dẫn đến việc phá hủy hệ enzyme trong nguyên liệu và tiêu diệt vi sinh vật, đảm bảo tính vô trùng cho dịch đường.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi trong dịch đường bao gồm nhiệt độ, pH, thời gian nấu, sự xâm nhập của oxy (O2), lượng protein khả kết, thành phần hóa học của nước, nồng độ các chất hòa tan, loại hoa, điều kiện canh tác, cũng như thời gian và chế độ bảo quản.
Sau khi lọc tách bã malt, dịch đường được trộn với dịch rửa bã và đưa vào nồi đun sôi Quá trình này được tính toán sao cho dịch đường trong nồi vừa sôi khi kết thúc việc rửa bã malt Houblon thường được nạp hai lần: lần đầu tiên sau 75 ÷ 90 phút để trích ly các chất đắng và polyphenol, và lần thứ hai khoảng 10 ÷ 15 phút trước khi kết thúc đun sôi để trích ly tinh dầu tạo hương.
Sau giai đoạn này, người ta có thể bổ sung trái cây vào.
Lắng trong và làm lạnh dịch đường
Trong quá trình houblon hóa dịch đường, một lượng lớn protein và tannin được lắng đọng, tạo thành cặn lắng cùng với khoáng chất và các hợp chất khác Cặn lắng này cần được tách ra khỏi dịch đường Sau đó, dịch đường trong sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ phù hợp cho hoạt động của nấm men trong quá trình lên men Có thể sử dụng thiết bị lắng cặn và làm lạnh riêng biệt hoặc kết hợp thành thiết bị lắng đa chức năng để thực hiện quy trình này.
Lên men
Quá trình lên men chính, đặc biệt là sự lên men rượu, diễn ra dưới tác dụng của nấm men trong điều kiện thích hợp, chuyển hóa các đường đơn giản và dextrin thành ethanol, khí carbonic cùng các sản phẩm phụ như rượu bậc cao, ester, aldehyde và acid hữu cơ, góp phần vào thành phần của bia Một số hợp chất sẽ lắng xuống dưới dạng kết tủa, trong khi các hợp chất mùi và vị từ trái cây được trích ly và hòa tan vào dịch đường, tạo nên hương vị độc đáo cho bia Nấm men cũng sử dụng các đường có sẵn trong trái cây để thực hiện các chuyển hóa cần thiết trong giai đoạn lên men và trong thời gian ổn định sản phẩm, giúp bia ngày càng trở nên hấp dẫn hơn về mùi vị.
3.6.1 Cơ chế của quá trình lên men
Phương trình tổng quát của sự chuyển hóa đường hexose thành rượu như sau:
Quá trình chuyển hóa từ đường thành ethanol theo sơ đồ Embden – Meyerhof bao gồm chuỗi phản ứng sinh hóa phức tạp với sự tham gia của nhiều enzyme Ở giai đoạn đầu, các hợp chất đường – phosphate được hình thành, cuối cùng tạo ra fructo-1,6-diphosphate Tiếp theo, hợp chất này được chuyển hóa ở giai đoạn thứ hai thành acid pyruvic, sau đó acid pyruvic bị carboxyl hóa thành acetaldehyde và CO2, và cuối cùng chuyển hóa thành ethanol.
Hình 2.18 Tóm tắt cơ chế chuyển hóa đường glucose thành ethanol
3.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Quá trình lên men chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác nhau, trong đó các yếu tố quan trọng nhất là:
Chất lượng của nấm men là yếu tố quyết định đến sự thành công của quá trình lên men và hương vị đặc trưng của từng loại bia Các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá nấm men bao gồm tốc độ và mức độ lên men, hàm lượng sản phẩm bậc hai, khả năng kết lắng, mức độ thoái hóa và khả năng chống chịu Nấm men chất lượng cao không chỉ nâng cao chất lượng bia mà còn có thể được tái sử dụng nhiều lần.
8 L ượ ng n ấ m men ban đầ u
Mật độ nấm men trong quá trình sản xuất bia rất quan trọng; nếu quá cao, nấm men sẽ nhanh chóng đạt trạng thái cân bằng động, dẫn đến sản phẩm kém hương vị Ngược lại, nếu mật độ nấm men quá thấp, khả năng nảy chồi sẽ giảm, làm cho quá trình lên men yếu và kéo dài, gây tăng sản phẩm bậc hai và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng bia Thông thường, trong quá trình lên men nổi, lượng nấm men nên dao động từ 5.10^6 đến 8.10^6 tế bào/ml, trong khi đó, ở quá trình lên men chìm, lượng nấm men lý tưởng là từ 8.10^6 đến 12.10^6 tế bào/ml.
8 N ồ ng độ d ị ch đườ ng houblon hóa
Đường houblon hóa nên được duy trì ở mức 11 ÷ 12% để tối ưu hóa sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men Nồng độ đường quá cao có thể ức chế hoạt động của nấm men, trong khi nồng độ quá thấp sẽ làm chậm quá trình phát triển của chúng.
8 Nhi ệ t độ d ị ch lên men
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lên men, bởi mỗi loại nấm men có nhiệt độ phát triển tối ưu khác nhau Do đó, việc tạo ra điều kiện nhiệt độ lý tưởng là cần thiết để đảm bảo sự phát triển và hoạt động hiệu quả của nấm men trong quá trình lên men.
Áp suất trong quá trình lên men ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ bão hòa CO2 và quy trình công nghệ sản xuất bia Áp suất cao có thể ức chế hoạt động của nấm men và hạn chế sinh khối, nhưng vào giai đoạn cuối, áp suất tăng lại giúp hạn chế quá trình oxy hóa và tăng độ bền cho bia Do đó, áp suất được kiểm soát ở giai đoạn đầu từ 0,2 đến 0,5 kg/cm² (có thể hạ xuống 0 kg/cm²) và ở giai đoạn sau từ 1,2 đến 1,5 kg/cm².
8 Hàm l ượ ng oxy hòa tan
Nấm men cần oxy để phát triển và tạo sinh khối, do đó, việc sục oxy vào dịch đường houblon hóa là cần thiết để tăng tốc độ sinh sản của nấm men Điều này không chỉ đảm bảo tốc độ lên men mà còn ảnh hưởng đến hương vị của bia Thông thường, nồng độ oxy hòa tan được duy trì trong khoảng 6 đến 7 mg/l.
8 C ườ ng độ khu ấ y đả o d ị ch lên men
Xáo trộn dịch lên men có thể tăng tốc độ lên men, nhưng cũng tạo ra nhiều sản phẩm bậc hai không mong muốn, làm giảm chất lượng hương vị của sản phẩm Phương pháp này thường chỉ phù hợp với bia lên men từ mật rỉ, nơi mà khả năng phát triển của nấm men tương đối thấp.
8 N ồ ng độ c ủ a s ả n ph ẩ m lên men
Khả năng chịu đựng nồng độ cồn của nấm men thay đổi tùy thuộc vào khả năng thích ứng và trạng thái sinh lý của chúng Thông thường, nấm men không thể nảy chồi khi nồng độ ethanol đạt 5%, và quá trình lên men sẽ bị ngừng hoàn toàn khi nồng độ đạt 12%.
3.6.3 Các sản phẩm bậc hai và các biến đổi khác
Trong quá trình lên men, ngoài ethanol và CO2, còn có các sản phẩm phụ như glycerin, rượu bậc cao, acid hữu cơ, ester, aldehyde, hydro sulfide, mercaptan và nhiều hợp chất khác với hàm lượng thấp Những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hương vị của bia, có thể ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến chất lượng sản phẩm.
Trong quá trình lên men, bên cạnh các biến đổi sinh hóa, một số biến đổi hóa lý quan trọng bao gồm sự giảm đột ngột pH của dịch lên men, thay đổi thế oxy hóa khử, giảm cường độ màu, sự tạo bọt và kết mảng của nấm men.
Lên men phụ - ủ chín bia
Bia non là sản phẩm của quá trình lên men chính, trong đó diễn ra quá trình lên men phụ với tốc độ chậm để tiêu thụ lượng đường còn lại Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ thấp và kéo dài trong các thiết bị kín, giúp bia "chín" một cách hoàn hảo Trong giai đoạn này, người sản xuất có thể bổ sung trái cây dưới dạng purê đã tiệt trùng vào bia non trước khi chuyển sang bồn lên men phụ.
Trong giai đoạn này, các quá trình biến đổi tương tự như trong giai đoạn lên men chính, nhưng cần được ổn định trong thời gian dài để cải thiện chất lượng và giá trị cảm quan của sản phẩm Các thành phần có trong trái cây được trích ly và sử dụng để hình thành các tính chất đặc trưng cho sản phẩm.
Các biến đổi quan trọng xảy ra khi ủ chín bia là:
8 S ự hòa tan và liên k ế t c ủ a CO 2 trong bia
CO2 không chỉ giúp bia tạo bọt tốt mà còn đóng vai trò là chất bảo quản, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Trong bia, CO2 tồn tại dưới hai dạng: một phần nhỏ ở dạng tự do và phần lớn còn lại ở dạng liên kết, bao gồm hấp phụ và hóa học Điều này cho phép CO2 được bão hòa với một lượng lớn hơn trong bia.
8 S ự thay đổ i th ế oxy hóa kh ử
Hàm lượng oxy hòa tan giảm xuống, kéo theo sự giảm nồng độ các diacetyl Khi nồng độ này ≤ 0,2 mg/l, bia mới gọi là chín
Quá trình sản xuất bia kéo dài khiến nhiệt độ giảm, giúp bia dần ổn định Trong giai đoạn này, các sản phẩm oxy hóa và phản ứng ester hóa được khử, làm cho keo protein của nấm men lắng xuống cùng với một lượng nhựa đắng từ houblon Sự xuất hiện của trái cây góp phần tạo ra hương vị đặc trưng cho bia, đồng thời làm cho bia trở nên trong hơn.
Hoàn thiện sản phẩm
Sau quá trình ủ, bia trở thành một thực phẩm an toàn với thành phần hóa học và hương vị đặc trưng Để đạt được các tiêu chuẩn kỹ thuật mong muốn, bia cần trải qua các công đoạn xử lý tiếp theo.
Bia trước khi làm trong có tính ổn định thấp do sự hiện diện của nấm men, carbohydrate cao phân tử và các phức chất protein – polyphenol Để làm trong bia, người ta thường sử dụng phương pháp ly tâm hoặc lọc, đồng thời bổ sung enzyme hoặc bột trợ lọc để cải thiện hiệu quả của quá trình này.
Đóng chai là bước cuối cùng trong quá trình sản xuất bia trái cây, sau đó cần ủ ở nhiệt độ thấp trong khoảng 6 đến 8 tháng Công đoạn này giúp ổn định các thành phần màu, mùi, vị, từ đó nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm bia.
