Đồ án Ứng dụng của enzyme protease trong sản xuất bia

hạt. Nhờ quá trình này mà một chất dinh dưỡng cao phân tử bị phân cắt thành sản phẩm thấp phân tử. Một phần các chất thấp phân tử này được chuyển về phôi để nuôi cây non, phần còn lại tồn tại trong hạt để sau này biến thành chất hòa tan của dịch đường. Phôi nằm ở phía dưới gần đế của hạt bao gồm phôi lá , phôi rễ và nằm giữa chúng là phôi thân. Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ là lớp ngù. Ngù là một lớp màng bán thấm: nó chỉ cho phép các chất hòa tan từ nội nhũ thấm qua để chuyển về phôi và nước từ phía phôi đi vào nội nhũ. 1.1.3. Thành phần hoá học của malt Thành phần hóa học của malt đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kĩ thuật canh tác và điều kiện bảo quản.Thành phần hóa học của malt là nhân tố quyết định chất lượng của đại mạch để xem xét loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Ø Nước Thủy phần của đại mạch có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng làm hao tổn chất khô. Thủy phần cao quá mức cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Đặc biệt nguy hiểm là các loại vi khuẩn hoại sinh gây thối rữa cho hạt. Đại mạch có thủy phần cao sẽ làm tăng chi phí vận tải một cách vô ích. Người ta xác định được hàm ẩm của đại mạch tăng 1% thì hiệu suất thu hồi chiết giảm 0.76%, hàm ẩm tối đa cho phép của đại mạch khi đưa vào bảo quản là 13%. Ø Gluxit Gluxit được chia làm bốn nhóm: mono, disacharide, trisacharide và polysacharide. Monosaccharide trong đại mạch bao gồm glucoza, fructoza và xitaza. Trong thành phần của disaccharide thì chủ yếu là saccharoza và maltoza còn thành phần của trisaccharude là đường rasinoza. Polysaccaride là hợp phần chiếm nhiều nhất trong thành phần gluxit của hạt đại mạch. Chúng bao gồm tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentoza, amylan và các hợp chất hợp kẹo. Ba cấu từ có ý nghĩa quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia. Tinh bột Tinh bột là cấu từ chiếm vị trí hơn một nửa khối lượng chất khối lượng chất khô của đại mạch là chủng giống có chất lượng cao thì cao thì con số này có thể lên đến 70%. Trong công nghệ sản xuất malt và bia thì tinh bột có hai chức năng: - Thứ nhất nó là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi. - Thứ hai nó là nguồn cung cấp hoà tan cho dịch đường trước lúc lên men. Tinh bột được phân bố ở nội nhũ và một phần rất ít ở phôi. Chúng tồn tại dưới dạng những khối lập thể, có kích thước khá bé ta gọi là hạt tinh bột. Hạt tinh bột của đại mạch có hai kích cỡ: hạt to và hạt bé. - Hạt to là hạt có kích thước đường kính khoảng 20 - 30 um, dạng hình cầu hoặc hình ovan. - Hạt loại bé có dạng hình cầu hay hình que, kích thước khoảng 2 - 10um. Tinh bột của hạt đại mạch có tỷ trọng 1.5 - 1.6, nhiệt lượng riêng là 0.27 kcal/kg, dễ kết lắng trong nước, quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang bên phải có giới hạn góc quay là 201.5 - 204.30 Tinh bột không tan trong nước lạnh và các dung môi hữu cơ trung tính,khi tiếp xúc với nước thì tinh bột sẽ hút nước và trương nở. Tính chất hồ hóa của tinh bột có ý nghĩa rất lớn trong công nghệ sản xuất bia vì tinh bột đã qua hồ hóa sẽ được đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn. Tinh bột gồm hai polysaccharide hợp thành: amyloza và amylopectin: - Amyloza: chiếm từ 17 - 24% bao gồm từ 60 - 600 gốc glucoza liên kết với nhau qua cầu oxi và đến 1.4 - glucozit và tạo mạch thẳng: phía đầu là cực kín còn đầu kia là cực aldehit. Mạch amylose được xoắn theo vòng và có cấu trúc không gian giống một chiếc lò xo. Khi tiếp xúc với dung dịch ion thì chúng bị hấp thu vào khoảng không của chiếc lò xo này và tạo phức chức phản quang màu xanh. Khi cấu trúc lò xo này bị phá vỡ thì tính chất này cũng không còn. Amyloza có dạng tinh thể có phân tử lượng khoảng 10.000 - 100.000 đơn vị, dễ hòa tan trong nước nóng để tạo thành dung dịch không bền vững với độ nhớt khá thấp. Dưới tác dụng của enzyme amyloza mạch amyloza này sẽ bị phân cách thành các đường đơn giản maltoza và glucoza. - Amylopectin: chiếm khoảng 76- 83% được tạo nên bởi khoảng 2.000 gốc đường glucoza, xếp thành một trục chính, trên đó có nhiều mạch nhánh. Tại những điểm phân nhánh các gốc đường glucoza liên kết với nhau qua cầu nối oxi – 1.6 - glucozit, còn các điểm khác thì mối nối liên kết là oxi - 1.4 glucozit. Amylopectin là chất vô định hình với khối lượng phân tử từ 400.000 – 1.000.000 đơn vị. Nó không hòa tan trong nước nóng mà chỉ tạo thành hồ với tác dụng của dung dịch ion thì amylopectin chuyển thành màu tím. Trong mối trương giàu nước tinh bột bị thủy phân bởi hệ enzim amylaza để tạo thành đường dextrin, đường kép mantoza, một lượng ít glucoza và một số oligozaccharide này cùng với các dextrin bậc thấp hòa tan bền vững vào nước để trở thành chất hòa tan của dung dịch đường trước lúc lên men. Xelluloza Xenlluloza của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở vỏ trấu và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Xenlluloza bao gồm khoảng 2.000 - 10.000 gốc glucoza, xấp xếp một mạch dài, xoắn lại thành từng chùm nên cấu trúc của xenllucoza rất dai và rất khó bị phân cắt trong môi trường thường. Xenllucoza không tan trong nước, hầu như không thay đổi gì về thành phần và cấu trúc trong suốt quá trình sản xuất bia. Xenllucoza đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc phụ rất hữu hiệu góp phần lọc trong bia hơn. Hemixelluloza Hemixelluloza là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào, là một phức hệ bao gồm pentozan, hexozan và acid uronic. Dưới xúc tác của nhóm enzyme sitaza thì hemixelloza bị thủy phân thành hexoza (galactoza và manoza) và pentoza (arabinoza và xiloza), chúng hòa tan bền vững vào dung dịch đường và tạo thành chất chiết là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho nấm men sử dụng. Quá trình phá vỡ thành tế bào bởi enzyme sitaza đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn ươm mầm vì đây là bước đột phá để các enzyme khác xâm nhập vào bên trong tế bào. Các hợp chất pectin và các hợp chất dạng keo Các hợp chất dạng pectin được phân bố thành tế bào tạo ra màng trung gian chủ yếu là protopectin. Các chất dạng keo khi chúng hòa tan vào nước nóng thì tạo thành dung dịch có độ nhớt cao vì bản chất của nó là một hydratcacbon nên khi thủy phân cho sản phẩm là đường đơn galactoza và xitoza. Sự tồn tại của hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dung dịch đường mang tính chất hai mặt: Mặt bất lợi gây cho dung dịch có độ nhớt cao nên khó lọc, mặt có lợi tạo cho bia có vị đậm đà, tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt của sản phẩm. Saccharide thấp phân tử Saccharide chủ yếu là một số đường đơn và đường kép, cấu tử chiếm nhiều nhất là saccharoza tới 1,8% chất khô của hạt. Loại đường này phân bố ở phôi chiếm đến 5,5% trọng lượng của bộ phận này. Lượng glucoza và fructoza trong hạt đại mạch là không đáng kể, tổng lượng đường ngược khoảng 0,3 - 0,4% trong đó trọng lượng glucoza cao hơn một ít so với fructoza. Các loại đường đơn trong hạt đại mạch không nhiều nhưng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển của phôi đặc biệt ở giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm. 1.3.3. Các hợp chất chứa nitơ Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ tuy chiếm tỷ lệ thấp trong đại mạch khoảng 9 - 10% so với lượng chất khô của hạt nhưng nó có vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia vì nó ở chừng mực nào đó chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử chúng được gọi là protit, còn một phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng phân tử thấp, dễ hòa tan, có các tính chất khác với nhóm cao phân tử. Protit Protit là chỉ số quan trọng thứ hai sau tinh bột để đánh giá xem lô hạt đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao quá bia dễ bị đục, rất khó bảo quản, nếu quá thấp quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà và kéo theo nhiều chỉ số non yếu khác. Hàm lượng protit tốt nhất cho sản xuất bia là 8 - 10%. Protit phân bố chủ yếu ở lớp vỏ alơron và phôi, một phần nhỏ ở tế bào xung quanh nội nhũ. Sự thủy phân protit là một trong những quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất malt và bia vì các sản phẩm của quá trình này đều đóng vai trò nhất định, đặc biệt là sản phẩm tạo thành do quá trình tương tác giữa sản phẩm thủy phân của các hợp phần trong nội nhũ như melanoid-một hỗn hợp vàng óng, có vị ngọt và thơm dịu, là nhân tố quyết định hương và vị của bia đen. Khả năng tạo bọt và giữ bọt cũng như độ bền keo của chúng phụ thuộc vào mức độ thủy phân của protit và tỉ lệ các cấu tử sản phẩm tạo thành trong quá trình thủy phân. Protit trong đại mạch được chia thành hai nhóm: protit đơn giản hay gọi là protein và protit phức tạp còn gọi là proteid. Các đại diện tiêu biểu của protein là levkozin, edestin, hodein và glutein. Còn proteid là những hợp chất được tạo thành từ một phân tử có bản chất prtein và một khác có bản chất phi protein đại diện là nucleoproteid, lipoproteid, glucoproteid và phosphoproteid. Đặc điểm của proteid là kém hòa tan không bền vững gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm do đó cần loại bỏ tối đa cấu tử này khỏi dịch đường là cần thiết nhưng cũng rất khó khăn. Các hợp chất chứa nitơ và phi protit Các đại diện tiêu biểu của nhóm này là albumoza, penton, pentid, polypentid và acid amin. - Albumoza và penton có vai trò rất lớn trong việc tạo và giử bọt, đồng thời làm tăng thêm vị đậm đà của bia, nhưng ở hàm lượng cao sẽ làm giảm độ bền của keo của bia gây đục bia. - Peptid là hỗn hợp nhiều hợp chất mà phân tử của chúng cũng được tạo thành từ các gốc acid amin nhưng ít hơn nhiều so với albumoza và penton. Căn cứ vào số gốc acid amin hợp thành, chúng được chia ra: di-, tri- và polypeptid chúng dễ dàng hòa tan vào dịch đường tạo thành dung dịch bền vững tồn tại trong bia như một thành phần dinh dưỡng. - Acid amin tự do tồn tại trong đại mạch với một lượng không nhiều khoảng 0.1% so với lượng chất khô của hạt. Tuy chiếm tỉ lệ nhỏ nhưng vai trò của nó trong công nghệ sản xuất bia lại rất lớn: là nguồn cung cấp chất nitơ cho nấm men, là tác nhân chính tạo melanoid, tham gia tạo bọt và tồn tại trong bia như một thành phần dinh dưỡng quan trọng. 1.3.4. Các hợp chất không chứa nitơ Bao gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ không chứa nitơ, chúng hòa tan thành dung dịch khi chiết ly bằng nước các đại diện tiêu biểu polyphenol, chất đắng, fitin, acid hữu cơ, vitamin và chất khoáng. Polyphenol và chất đắng Polyphenol tập trung chủ yếu ở lớp vỏ hạt đại mạch, phần lớn là những hợp chất hòa tan được và tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất của catechin thuộc nhóm flavonid. Những hợp chất này dễ dàng kết hợp protit cao phân tử để tạo phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Tuy nhiên sự hòa tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân tố làm xấu đi hương vị của bia. Chất chát và chất đắng trong đại mạch thuộc nhóm lipoid là nhân tố chính gây ra vị đắng khó chịu cho bia. Hầu hết các chất đắng, chất chát, polyphenol và các chất màu của hạt được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ, muốn loại trừ chúng thì ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ. Fitin Fitin là muối đồng thời là của canxi và magie với acid inozitphosphoric C6H6O6(H2PO3)6. Chúng tập trung chủ yếu ở lớp vỏ và chiếm 0,9% chất khô của vỏ. Khi bị thủy phân sẽ tạo thành inozit C6H6(OH)6 và acid phosphoric. Hợp chất cuối cùng này là nguồn cung cấp phospho cho nấm men, đồng thời làm tăng độ chua tác dụng của dịch cháo ở giai đoạn đường hóa. Vitamin Trong đại mạch có nhiều loại Vitamin B1, B2, B6, C, tiền vitamin A, E, acid pantotenic, biotin, acid pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác. Mặc dù chiếm tỷ lệ ít nhưng chúng có vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt vì chúng là nhân tố điều hòa sinh trưởng của mầm. Chất khoáng Các chất khoáng trong đại mạch đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia đặc biệt là phospho vì nó đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường. 1.3.5. Chất béo và lipid Hàm lượng chất béo và lipoid trong hạt đại mạch giao động trong khoảng 2,5 - 3% lượng chất khô của hạt. Chúng tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron. Chúng là những dầu béo màu vàng - cà phê nhạt, có mùi thơm rất nhẹ và dễ chịu. Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo. Thành phần chủ yếu của các loại chất béo trong đại mạch là este của glyxerin với các acid béo bậc cao. Ở giai đoạn ươm mầm một phần chất béo và lipoid bị thủy phân bởi enzyme lipaza, một số sản phẩm thủy phân được chuyển đến phôi để nuôi cây non, số còn lại tồn tại trong dịch đường hoặc bị thải ra ngoài theo bã malt. Chất béo và lipoid tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của sản phẩm. 1.3.6. Enzyme Enzyme là những hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất phức tạp và giữ vai trò đặc biệt trong công nghệ sản xuất bia. Trong hạt đại mạch có chứa một lượng enzyme khá phong phú, chúng được xếp vào hai nhóm: nhóm enzyme thủy phân và nhóm enzyme oxi hóa khử. Ø Nhóm enzyme thủy phân (Hydrolaza) Cacbohydraza Nhóm enzyme này thủy phân các glucoxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử hơn. Trong nhóm này có chia nhóm nhỏ là polyaza và hexozidaza. - Hexozidaza là những enzyme tham gia xúc tác thủy phân disacharide, trisacharide và một số glucozid khác thành các đường đơn. - Polyaza là những enzyme thủy phân gluxit cao phân tử amylaza (diastaza) và sitaza. +Amylaza phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin. Amylaza bao gồm hai enzyme là - amylaza và β - amylaza. * Enzim - amylaza phân cắt các tinh bột thành glucoza và dextrin làm cho độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống, chúng chỉ được hoạt hóa trong giai đoạn ngâm và ươm mầm. Là enzyme chịu nhiệt tốt nhất, nhiệt độ tối thích là 700C, pH=5,7. * Enzim β - amylaza tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh và hai đầu mạch chính của amylopectin. Sản phẩm của quá trình phân cắt này là đường maltoza và dextrin. Nhiệt độ thích hợp cho enzyme hoạt động là 630C, pH = 4.7. + Sitaza gồm hai enzyme sitolactaza và sitolitaza. Enzyme đầu thủy phân hemixelluloza thành các sản phẩm trung gian, còn enzyme sau thủy phân các sản phẩm trung gian thành các sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza. Nhờ có quá trình phân cách này mà tế bào mới bị phá hủy tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực. Proteaza Thủy phân các sản phẩm trung gian và một số trong các chất này tiếp tục bị phân cách đến các sản phẩm cuối cùng là acid amin và amoniac NH3. Proteinaza thúy phân thành albumoza và pepton, chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptit, polypeptid. Enzyme hoạt động tốt ở pH = 4.6 - 5.0 và nhiệt độ là 500C. Peptidaza gồm hai enzyme dipeptidaza và polypeptidaza, chúng tác động lên dipeptid và polypeptid để phân cắt chúng thành acid amin. Enzyme này hoạt động mạnh nhất ở pH = 7.5 và nhiệt độ là 50 - 520C. Nếu pH < 5 enzyme này trở thành vô hoạt. Amidaza cắt nhóm amin khỏi acid amin để tạo thành acid hữu cơ và giải phóng NH3. Chúng có thể phá vỡ liên kết peptid (- CO-NH-) của các amin để phá hủy chúng. Esteraza Enzyme này phân cắt mối liên kết este giữa các hợp chất hữu cơ khác nhau hoặc các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Chúng chia làm hai nhóm: lipaza và phospataza. - Lipaza phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các acid bậc cao. Enzyme này được phân bố chủ yếu ở phôi và lớp alơron, nhiệt độ tối ưu cho hoạt động là 350C, pH = 5. - Amilophosphataza tham gia hỗ trợ thủy phân tinh bột, chúng cắt mối liên kết este của acid phosphoric trong phân tử amylopectin nhờ vậy mà tinh bột được hồ hóa một cách dễ dàng. Nhiệt độ tối ưu là 700C, pH = 5,6. - Fitaza có chức năng phá vỡ liên kết este giữa acid phosphoric với inozit, tức là chúng tham gia thủy phân fitin. Quá trình này đóng vai trò quan trọng vì H3PO4 được giải phóng sẽ làm tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường. Ø Nhóm enzyme oxy hóa khử (Decmolaza) Nhóm enzyme này xúc tác phản ứng oxy hóa khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit, nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của tế bào. Nhóm enzyme này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hóa và phát triển của phôi ở giai đoạn ươm mầm. Một số enzyme khác trong nhóm này còn tham gia vào phản ứng oxy hóa khử các hợp chất poliphenol, protein và các hợp chất khác vì vậy chúng đã gây ảnh hưởng gián tiếp đến các chỉ số chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm tiêu biểu là dehidraza, oxydaza và catalaza. 1.3.7. Yêu cầu về chất lượng Malt dùng để sản xuất bia phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng đồng đều. Không được có mùi vị lạ, không mốc, không hôi khói. - Kích thước hạt malt phải đồng đều: hạt trên sàng 2,8 mm và chiếm 94%, hạt dưới sàng 2,2 mm không quá 0,5%. - Khối lượng riêng của malt: 520 ÷ 600 g/l - Độ ẩm của malt không quá 6% - Malt có thời gian đường hoá 10 ÷ 35 phút, hoạt lực amylaza là 100 ÷ 300 đơn vị. Malt sau khi nhập từ nước ngoài về được bảo quản trong kho với thời gian dự trử sản xuất khoảng một tháng. 1.2. Nguyên liệu thay thế đại mạch 1.2.1. Giới thiệu chung về nguyên liệu thay thế Hình 1.14. Nguyên liệu thay thế Ngoài đại mạch là nguyên liệu chủ yếu được dùng trong sản xuất thì trong công nghiệp sản xuất bia người ta còn đưa ra một số nguyên liệu khác để thay thế. Mục đích: - Giảm giá thành sản phẩm. - Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm. - Tạo ra chủng loại bia có mức độ phẩm chất khác nhau. - Đáp ứng yêu cầu đơn đặt hàng của người tiêu dùng. Các loại nguyên liệu thay thế có thể được chia làm hai nhóm: nhóm dạng hạt và nhóm dạng đường. Nhóm dạng hạt thường là các hạt thường loại cốc dùng để thay thế malt đại mạch chủ yếu là gạo, ngô, tiểu mạch…Các loại hạt này thường đưa vào chế biến cùng với bột malt dưới dang bột nghiền mịn. Nhóm dạng đường thường là đường saccharoza và glucoza. Đường saccharoza có nhiều trong mía và củ cải đường, lượng saccharoza đưa vào thay thế không quá 20% so với lượng chất khô đã được trích ly từ malt vào dịch đường. Hai loại đường này đưa vào sử dụng ở dạng hạt tinh luyện. Còn đường glucoza (đường thủy phân) thu nhận bằng cách thủy phân tinh bột khoai tây hoặc tinh bột ngô bằng acid sau đó trung hòa ,lọc, cô chân không đến 77 - 84% chất khô. Lượng đường thủy phân thường dùng là 10 - 15%. 1.2.2. Vai trò của nguyên liệu thay thế Thực tế hiện nay thì có nhiều nhà máy bia sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo điển hình là nhà máy bia Tân Hiệp Phát với tỷ lệ malt/gạo là 8/2.Gạo được coi là thế liệu hàng đầu trong sản xuất bia do hàm lượng gluxit và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô). 1.2.3. Đặc tính của nguyên liệu thay thế Cũng giống như malt đại mạch hạt khác bao gồm các bộ phận : Vỏ trấu, vỏ hạt, vỏ quả, lớp alơron, nội nhủ và phôi. Trong thành phần chất khô của gạo thì tinh bột chiếm 75% protein 8% , chất béo 1- 1,5%, xenluloza 0,5- 0,8%, chất khoáng 1- 1,2% . Qua thành phần của gạo ta thấy hàm lượng tinh bột cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và xenluloza ở giới hạn thấp vì vậy có thể nói gạo là một loại nguyên liệu thay thế khá lý tưởng cho việc sản xuất bia với lượng gạo thay thế đến 20% hoàn toàn có thể sản xuất được các loại bia có chất lượng hảo hạng. 1.2.4. Yêu cầu chất lượng của nguyên liệu thay thế Màu sắc đồng nhất . Không có hạt mốc,không có mùi lạ. Tỉ lệ tạp chất < 2%. Hàm lượng tinh bột > 65%. Hàm lượng protein 8%. Chất béo 1,9%. Xenluloza 0,9%. Độ hòa tan 79 - 80%. 1.3. Nước 1.3.1. Vai trò của nước trong công nghệ sản xuất bia Nước có vai trò quan trọng nó ảnh hưởng đến chất lượng của bia đặc biệt là hương vị của thành phẩm. Với một tỷ lệ lớn 77- 90% trong bia thành phẩm, nước được xem là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia vì hàm lượng các chất hòa tan trong dung dịch đường trước lúc lên men là 10 – 13% trọng lượng đối với bia vàng và 16 –22% ở bia đen. Hình 1.15. Nước 1.3.2. Nước sử dụng trong nhà máy bia Ø Nước dùng để ngâm đại mạch Yêu cầu quan trọng nhất đối với nước dùng để ngâm đại mạch là không chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật. Mặc dù khi đại mạch đưa vào thùng ngâm không được sạch lắm song vi sinh vật trong nước gây tác dụng xấu đối với dại mạch nhanh hơn nhất là trong thời gian hạt bắt đầu trương nở. Ảnh hưởng của thành phần các muối trong nước đối với quá trình ngâm đại mạch qua hai chiều hướng: hòa tan các chất trong vỏ hạt và sau đó các muối hòa tan ngấm vào bên trong hạt. Muối trong nước ảnh hưởng đến những quá trình bên trong thời kì bắt đầu này mầm. Qua đó cho thấy ảnh hưởng của muối đến quá trình ngâm hạt rất phức tạp. Do đó nước dùng để ngâm đại mạch phải là nước mềm với môi trường acid yếu (pH = 6 – 7) riêng trong bước rửa hạt nên dùng nước có độ cứng tạm thời cao. Nếu nước có nhiều sắt và mangan nên loại bỏ bớt trước khi ngâm vì nó ảnh hưởng xấu trực tiếp đến hạt. Để rửa hạt tốt hơn và sát trùng nhiều trường hợp người ta cho thêm Ca(OH)2 vào nước ngâm. Ø Nước dùng để sản xuất dịch đường Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng đến mùi vị và một vài tính chất của bia. Các biacacbonat và cacbonat trong nước sẽ hòa tan những chất đắng trong vỏ malt tạo vị đắng khó chịu cho dịch đường và bia đặc biệt là NaCO3 và NaHCO3. Tất cả bicacbonat và cacbonat có trong nước dùng để chế biến dịch đường đều làm kém chất lượng của thành phẩm vì chúng có ảnh hưởng xấu đến các quá trình hồ hóa và đường hóa. Ø Nước dùng để rửa men và thiết bị Giống như nước dùng để ngâm đại mạch, nước dùng để rửa men và thiết bị đòi hỏi phải sạch không chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật. Đặc biệt các vi sinh vật và vi khuẩn có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất bia, nên phải dùng thường xuyên kiểm tra bằng kính hiển vi, nếu lượng này nhiều quá phải sát trùng nước. Nước dùng để rửa thiết bị không được chứa NH3 các nitrit, nên dùng nước có độ cứng thấp đến độ cứng trung bình. Các cơ sở làm bia thường dùng hơi nước trực tiếp để gia nhiệt phải đảm bảo hơi nước đạt chất lượng thực phẩm. 1.3.3. Yêu cầu chất lượng của nước đối với công nghệ sản xuất bia Nước dùng trong lên men nói chung phải đạt tiêu chuẩn dùng cho nước uống, không có mùi vị lạ, không màu, trong suốt, đặc biệt không cho phép có mùi amoniac, vết của kim loại nặng (thủy ngân, bari…). Chỉ tiêu Yêu cầu Mùi vị Tinh khiết, không mùi Độ đục 1 – 9% pH 6.8 – 7.2 Độ mặn 11.7 mg/l Độ cứng tạm thời 0.72 mg/l Độ cứng vĩnh cửu 0.26 – 0.72 mg/l Độ kiềm tổng ≤ 4.0 (0F) Độ cứng tổng cộng ≤ 5.0 (0F) Hàm lượng muối CO32- <50 mg/l lit H2O Hàm lượng muối Mg2+ <100 mg/l lit H2O Hàm lượng clorua 75 – 100mg/l Hàm lượng CaSO4 130 – 200 mg/l lit H2O Hàm lượng Fe2+ < 0.2 – 0.5 mg/l Vi sinh vật <100 tế bào / 1 lít H2O Chỉ số E.coli < 3 tế bào/ 1 lit H2O NH3 và muối NO3- , NO2- Không được có Bảng 1.2. Một số chỉ tiêu chất lượng 1.4. Hoa houblon Hình 1.16. Hoa houblon 1.4.1. Vai trò Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia. Làm cho bia có vị đắng dễ chịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Trong sản xuất bia người ta sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì hoa đã thụ phấn sẽ tạo hạt làm giảm chất lượng bia. Hoa được sử dụng dưới nhiều dạng khác nhau: dạng hoa nguyên cánh, hoa viên, cao hoa,… Tuy nhiên, không sử dụng 100% cao hoa vì sẽ làm cho mùi, vị của bia bị giảm sút. Nhà máy sử dụng hoa houblon ở dạng hoa nguyên và dạng viên. Sử dụng hoa nguyên có ưu điểm là bảo toàn được chất lượng, nhưng đồng thời cũng có nhược điểm là giá thành cao, khó bảo quản. 1.4.2. Thành phần hoá học - Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau, nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa hoa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số các chất khác như: protein, mỡ, sáp, các tạp chất phi protein. - Nhựa hoa là thành phần chính, bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm: Trong nhựa mềm gồm các dạng axit đắng là α, β, γ, δ - axit đắng. Vị đắng của bia chủ yếu là do α - axit đắng tạo nên, còn các dẫn xuất của β - axit đắng tạo nên vị đắng hài hoà dễ chịu. - Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước, dễ bị oxi hoá nên nó bảo vệ nhựa hoa houblon. Trong quá trình nấu bia, hầu hết tanin của hoa houblon liên kết với protein của malt, do đó hàm lượng polyphenol ở trong bia chủ yếu là của malt và chỉ khoảng 10÷20% là polyphenol của hoa. - Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hyđratcacbon và nhiều hợp chất chứa oxi dạng tecpen. Tinh dầu hoa houblon không hoà tan trong nước nhưng dễ bay theo hơi nước. Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay hơi, chỉ tồn tại khoảng 2% để tạo hương thơm cho bia. Trong quá trình bảo quản, tinh dầu sẽ dần mất đi do bay hơi và bị oxi hoá. Do đó không dùng hoa cũ để sản xuất bia vì các sản phẩm chuyển hoá của tinh dầu nếu đưa vào bia sẽ làm giảm chất lượng bia. 1.5. Men bia Hình 1.17. Nấm men bia 1.5.1. Vai trò Nấm men có khả năng chuyển hóa đường thành cồn ethylic, khí cacbonic, nước, các sản phẩm trung