Tài liệu Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN KÍNH Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ LÃM MSSV: 1311110468 Lớp: 13DTP03 TP. Hồ Chí Minh, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP QUY MÔ PHÒNG THÍ NGIỆM Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN KÍNH Sinh viên thực hiện: BÙI THỊ LÃM MSSV: 1311110468 Lớp: 13DTP03 TP. Hồ Chí Minh, 2017 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: 1. Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Nguyễn Kính 2. Các số liệu trích dẫn trong ĐATN là trung thực, quá trình thực hiện đồ án nghiêm túc, có trách nhiệm. 3. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng, lấy từ những nguồn có uy tín. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên Bùi Thị Lãm ii Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI CẢM ƠN Hoàn thành đồ án cũng là khi kết thúc những năm học đại học, có được kết quả này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, động viên từ gia đình, thầy cô và bạn bè. Trước hết con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ. Cha mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng và luôn tin tưởng, tiếp sức cho con trong mỗi việc con làm, mỗi bước con đi. Con xin cảm ơn tất cả mọi người thân trong gia đình. Gia đình đã tạo cho con những điều kiện tốt nhất để con được học tập. Em xin cảm ơn các thầy cô trong trường, đặc biệt là thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường. Thầy cô đã dạy kiến thức, dạy nhân cách sống, để em được hoàn thiện mình hơn. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Kính. Thầy đã hướng dẫn em rất tận tâm trong thời gian em làm đề tài. Thầy cũng đã góp ý, hướng dẫn em hướng đi tốt nhất trong tương lai. Tôi gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè. Các bạn đã tranh luận, trao đổi, giúp đỡ tôi hiểu những vấn đề tôi chưa rõ để tôi hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong được sự góp ý của quý thầy, cô để đồ án được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! iii Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................... viii LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. Giới thiệu chung về bia. .......................................................................................3 1.2. Tổng quan về malt. ...............................................................................................4 1.3. Tổng quan về Hoa houblon. .................................................................................7 1.4. Tổng quan về nấm men. .......................................................................................9 1.4.1. Nhóm nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae). .........................................9 1.4.2. Nhóm nấm men chìm (saccharomyces carlbergensis). ...............................10 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men. .............................................11 1.5. Thành phần hóa học của bia. ..............................................................................14 1.5.1. Nước .............................................................................................................14 1.5.2. Chất hòa tan ................................................................................................14 1.5.3. Các chất dễ bay hơi .....................................................................................15 1.6. Gía trị của bia .....................................................................................................15 1.6.1. Giá trị kinh tế ...............................................................................................15 1.6.2. Giá trị dinh dưỡng .......................................................................................15 1.6.3. Bia đối với sức khỏe con người ...................................................................16 1.7. Tình hình sản xuất bia và tiêu thụ bia. ...............................................................17 1.7.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới ...........................................17 1.7.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trong nước.............................................20 1.8. Tổng quan tình hình nghiên cứu bia nồng độ cồn thấp trong và ngoài nước. ...21 1.8.1. Trong nước...................................................................................................21 1.8.2. Ngoài nước...................................................................................................22 1.9. Các sản phẩm bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp. .....................................23 1.9.1. Các loại bia không cồn ................................................................................24 1.9.2. Các loại bia có nồng độ cồn thấp. ...............................................................25 iv Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................26 2.1. Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu .............................................................26 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................................26 2.1.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................26 2.1.1.2. Dụng cụ .................................................................................................28 2.1.1.3. Thiết bị ...................................................................................................28 2.1.1.4. Hóa chất: ...............................................................................................28 2.2. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................28 2.2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...............................................................28 2.2.2. Quy trình dự kiến .........................................................................................29 2.2.3. Sơ đồ nghiên cúu..........................................................................................38 2.2.4. Thí nghiệm khảo sát: ...................................................................................39 2.2.4.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát chế độ nước ....................................................39 2.2.4.2. Thí nghiệm 2: khảo sát nhiệt độ đường hóa. .........................................41 2.2.4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát pH đường hóa. ................................................43 2.2.4.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát thời gian đường hóa. ......................................45 2.2.4.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát lượng nấm men ban đầu. ................................47 2.2.4.6. Đánh giá cảm quan sản phẩm ...............................................................50 2.2.4.7. Đánh giá chất lượng sản phẩm. ............................................................50 2.3. Phương pháp phân tích. ......................................................................................52 2.4. Phương pháp xử lý số liệu. .................................................................................52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................53 3.1. Kết quả khảo sát chế độ nước. ...........................................................................53 3.2. Kết quả khảo sát nhiệt độ đường hóa .................................................................55 3.3. Kết quả khảo sát PH đường hóa. ........................................................................58 3.4. Kết quả khảo sát thời gian đường hóa. ...............................................................59 3.5. Kết quả khảo sát lượng nấm men ban đầu. ........................................................61 3.6. Kết quả đánh giá cảm quan giữa mẫu khảo sát và các sản phẩm trên thị trường.......... ..............................................................................................................69 3.7. Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm: .............................................................71 v Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................77 PHỤ LỤC ..................................................................................................................79 vi Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CÁC BẢNG BẢNG 1.1: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẠI MẠCH................................... 5 BẢNG 1.2: THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA HOA HOUBLON. ........................ 7 BẢNG 1.3: SẢN LƯỢNG BIA TÍNH THEO TRIỆU HL. ................................... 18 BẢNG 1.4: TÌNH HÌNH TIÊU THỤ BIA TRÊN THẾ GIỚI NĂM 2004 ........... 19 BẢNG 2.1. CHỈ TIÊU HÓA LÍ VÀ HÓA HỌC CỦA MALT ............................ 26 BẢNG 2.2. CHỈ TIÊU HÓA LÍ VÀ HÓA HỌC CỦA HOA HOUBLON ........... 27 BẢNG 2.3. DỤNG CỤ SỬ DỤNG CHO NGHIÊN CỨU .................................... 28 BẢNG 2.4. THIẾT BỊ DÙNG TRONG NGHIÊN CỨU ...................................... 28 BẢNG 2.5: CHỈ TIÊU CẢM QUAN..................................................................... 50 BẢNG 2.6: CHỈ TIÊU HÓA LÝ ........................................................................... 51 BẢNG 2.7: CHỈ TIÊU VI SINH ............................................................................ 51 BẢNG 3.1: KẾT QUẢ KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ NƯỚC ......................................... 54 BẢNG 3.2: KẾT QUẢ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA. ....................... 56 BẢNG 3.3: KẾT QUẢ KHẢO SÁT PH ĐƯỜNG HÓA. ..................................... 58 BẢNG 3.4: KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CỦA CÁC MẪU THEO THỜI GIAN ...................................................................................................................... 62 BẢNG 3.5: TỈ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN THEO THỜI GIAN . 63 BẢNG 3.6: TỈ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN CHẾT THEO THỜI GIAN. ..................................................................................................................... 64 BẢNG 3.7: TỶ LỆ (%) SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN NẢY CHỒI THEO THỜI GIAN ............................................................................................ 65 BẢNG 3.8: KẾT QUẢ CẢM QUAN CHO ĐIỂM 3 MẪU KHẢO SÁT. ............ 67 BẢNG 3.9: KẾT QUẢ SO HÀNG THỊ HIẾU CỦA 5 SẢN PHẨM BIA. ........... 69 BẢNG 3.10: CHỈ TIÊU CẢM QUAN................................................................... 71 BẢNG 3.11: CHỈ TIÊU HÓA LÝ ......................................................................... 71 BẢNG 3.12 : CHỈ TIÊU VI SINH ......................................................................... 72 vi Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CÁC HÌNH HÌNH 1.1: HOUBLON CAO ................................................................................... 9 HÌNH 1.2: HOUBLON VIÊN.................................................................................. 9 HÌNH 1.3: NẤM MEN ............................................................................................ 10 HÌNH 1.4: MỘT SỐ LOẠI BIA KHÔNG CỒN ..................................................... 24 HÌNH 1.5: MỘT SỐ LOẠI BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP ...................................... 25 HÌNH 2.1. QUY TRÌNH DỰ KIẾN CHẾ BIẾN BIA ............................................. 29 HÌNH 2.2: SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP .... 38 HÌNH 2.3: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ NƯỚC. ................................................. 40 HÌNH 2.4: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA ................................. 42 HÌNH 2.5: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT PH ĐƯỜNG HÓA. .............................................. 44 HÌNH 2.6: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT THỜI GIAN ĐƯỜNG HÓA................................ 46 HÌNH 2.7: SƠ ĐỒ KHẢO SÁT SỐ LƯỢNG TẾ BÀO MẤM MEN BAN ĐẦU. . 48 HÌNH 3.1: DỊCH ĐƯỜNG KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ĐƯỜNG HÓA. ................... 56 HÌNH 3.2: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ BRIX Ở CÁC MỐC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU. .................................................................................................. 57 HÌNH 3.3: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN SỰ THAY ĐỔI °BX THEO CÁC MỐC THỜI GIAN Ở 640C ........................................................................................................... 60 HÌNH 3.4: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN HÀM LƯỢNG ĐƯỜNG CỦA CÁC MẺ THEO THỜI GIAN ............................................................................................................. 62 HÌNH 3.5: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN THEO THỜI GIAN.................................................................................................. 63 HÌNH 3.6: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN CHẾT THEO THỜI GIAN ...................................................................................... 64 HÌNH 3.7: BIỂU ĐỒ THỂ HIỆN TỈ LỆ % SỐ LƯỢNG TẾ BÀO NẤM MEN NẢY CHỒI THEO THỜI GIAN ....................................................................................... 65 HÌNH 3.8: ĐỒ THỊ THỂ HIỆN ĐIỂM TRUNG BÌNH CỦA 3 MẪU CẢM QUAN. .................................................................................................................................. 68 HÌNH 3.9: ĐỒ THỊ THỂ HIỆN MỨC ĐỘ ƯA THÍCH CỦA CÁC MẪU CẢM QUAN. ..................................................................................................................... 70 vii Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT LSRD: Least significant difference (sự khác biệt có ý nghĩa nhất). TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh TS: Tiến sĩ ThS: Thạc sĩ viii Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm LỜI MỞ ĐẦU  Đặt vấn đề Bia là loại nước giải khát được lên men từ dịch của malt đại mạch, có hương vị houblon, và có lịch sử lâu đời. Bia là loại đồ uống phổ biến và giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa: amylaza. Được sản xuất từ một quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, hàm lượng CO2 khá cao (4 ÷ 5g/lít) giúp cơ thể giải khát một cách triệt để khi uống. Người ta có thể uống bia trong những bữa ăn, trong những lúc nói chuyện với nhau hay những buổi tiệc lớn nhỏ. Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 g thịt bò hoặc 150 g bánh mì loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal. Vì vậy bia được mệnh danh là bánh mì nước ngoài [6]. Ngoài ra bia còn có vitamin B1, B2, nhiều vitamin PP và axit amin rất cần thiết cho cơ thể. Theo Hopkins, trong 100 ml bia 10% chất khô có: 2,5 – 5 mg vitamin B1, 35 – 36 mg vitamin B2 và PP. Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích [6]. Trong những năm gần đây, bia có hàm lượng calo thấp đã trở nên phổ biến, đặc biệt đối với những người thừa cân. Tương tự như vậy, nhiều loại bia có nồng độ cồn thấp cũng được ưa chuộng hơn đối với những người không chịu được hoặc không cho phép sử dụng ở nồng độ cồn cao như phụ nữ mang thai, khi tham gia giao thông, …Trong khi đó, nhiều người tiêu thụ bia lại ưa thích các đặc tính về mùi và vị của loại bia truyền thống vốn có nồng độ cồn đáng kể, thường là 3.2 – 4.2%. Bia không cồn nói riêng và bia có độ cồn thấp nói chung là những sản phẩm đã được nghiên cứu và đi vào đời sống tại nhiều nước trên thế giới và khu vực. Tại các nước phát triển, ý thức chấp hành luật giao thông của người dân rất cao, người 1 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm ta sử dụng bia không cồn không những vì lý do an toàn giao thông, mà còn như là một loại nước giải khát có hương vị của bia và an toàn cho sức khoẻ. Theo ông Nguyễn Văn Việt, Chủ tịch Hiệp hội Bia-Rượu-Nước giải khát Việt Nam phát biểu: “Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, bia không cồn có thể giảm nguy cơ mắc bệnh tim, các vấn đề về gan, dư đạm (bệnh gout), giảm gia tăng nguy cơ mắc một vài dạng ung thư và dĩ nhiên làm giảm dư vị khó chịu khi uống rượu bia. Nhiều chuyên gia dinh dưỡng cũng công nhận và tuyên bố, bia không cồn là thứ đồ uống tuyệt vời trong chế độ tiếp nước hàng ngày cho cơ thể”. Mặc khác, do nồng độ cồn trong các loại bia trên thị trường hiện nay còn khá cao. Nếu uống vượt mức cho phép sẽ rất dễ xảy ra các tệ nạn xã hội. Chính vì thế mà em quyết tâm nghiên cứu đề tài này. Với mục tiêu tạo ra loại thức uống vừa tăng tính giải khát vừa ngăn ngừa được một số bệnh lý thường gặp. Đồng thời bia nồng độ cồn thấp còn mang tính giao tiếp khá cao mà không lo ngại về các vấn nạn xã hội. Với mong muốn trên, tôi xin thực hiện đề tài này. Do kiến thức còn hạn chế, vì vậy tôi rất mong muốn nhận được sự góp ý của thầy cô, các bạn để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài.  Mục tiêu nghiên cứu Tạo ra sản phẩm bia có nồng độ cồn thấp.  Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu quy trình sản xuất bia. - Tiến hành khảo sát các thông số kỹ thuật, cơ sở khoa học để hoàn thiện quy trình sản xuất bia. - Kiểm tra sản phẩm và các chỉ tiêu chất lượng cần đạt.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu - Là thức uống được ưa thích trên thế giới.. - Thích hợp cho những người uống bia không chịu được độ cồn cao. - Là loại thức uống khá mới đã và đang được nghiên cứu ở thị trường bia Việt Nam. 2 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về bia. Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà (Mesopotamia). Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia. Các hỗn hợp này thông thường được gọi là gruit. Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảng thế kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia." Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là ale, còn việc sử dụng hoa bia thì đồ uống đó gọi là bia. Bia có chứa hoa bia được nhập khẩu vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồng trên quốc đảo này từ năm 1428. Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp - Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất - mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia". Tuy nhiên, vào thế kỷ 16, ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, và tất cả ale và bia đều sử dụng hoa bia. Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đã trở thành sự thật. Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùng với sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuất bia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn. Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng, các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch 3 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout). Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ. Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến tính của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra bia gọi là bia không cồn. 1.2. Tổng quan về malt Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia “malt là linh hồn của bia” điều đó trở thành phương ngôn của người làm bia. Chỉ có malt tốt mới làm dịch đường có chất lượng cao và một sản phẩm bia với tất cả các đặc tính hấp dẫn, đạt các chỉ tiêu về hoá lý, cảm quan cũng như đảm bảo tính ổn định về mặt sinh học. Malt là hạt đại mạch nẩy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Nó là sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16 - 18% các chất phân tử lượng thấp dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn, dextrin bậc thấp, các axit amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú - chủ yếu là proteaza và amylaza. Cấu trúc hạt đại mạch gồm 3 bộ phận chính: vỏ hạt, phôi và nội nhũ. Hàm lượng trung bình thành phần hóa học tính theo hàm lượng chất khô như sau: 4 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Bảng 1.1: Thành phần hóa học của đại mạch Thành phần Tỉ lệ (% chất khô) Cacbonhydrat tổng số 70 – 85% Protein 10.5 – 11.5% Các chất vô cơ 2 – 4% Chất béo 1.5 – 2% Các chất khác 1 – 2% “Nguồn: khoa học malt và bia của GSTS Nguyễn Thị Hiền”. Những yêu cầu chất lượng đối với đại mạch dùng trong sản xuất bia:  Yêu cầu về cảm quan: Tất cả các hạt thóc phải thuộc một loại đại mạch, đồng nhất về kích cỡ, không lẫn cát đá, rơm rác và những hạt thuộc loại thóc khác. Hạt thóc phải có vỏ mỏng, màu vàng nhạt óng ánh, không có vết trên vỏ. Đại mạch tốt phải có mùi thơm của rạ rơm, khi cắn hạt thóc thấy có mùi tinh bột và hơi ngọt.  Yêu cầu về sinh lý: Lực nảy mầm phải đạt 80 ÷ 85% Trọng lượng tuyệt đối thường 35 ÷ 45 g/1000 hạt Khả năng nảy mầm 90 ÷ 95%  Yêu cầu về thành phần hóa học: Vỏ: Không vượt quá 7 ÷ 9% trọng lượng hạt Hàm lượng ẩm: W = 10 ÷ 15% Hàm lượng protid 8 ÷ 14% chất khô của hạt Hàm lượng glucid chiếm 55 ÷ 62% trọng lượng hạt (hoặc 63 ÷ 68% trọng lượng chất khô). Trước khi đưa vào sản xuất bia, đại mạch phải trải qua một quá trình gọi là “malting” hóa (sản xuất malt), malt là tên gọi của ngũ cốc nảy mầm (đại mạch, tiểu 5 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm mạch, hạt gạo, thóc gạo). Malt được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo, ở nhiệt độ và độ ẩm nhất định. Qua quá trình nảy mầm, một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch chủ yếu là nhóm enzyme amylase, ngoài ra còn có enzyme protease và các enzyme khác là chất xúc tác sinh học. Các loại enzyme trong malt: Hệ thống enzyme này gồm có: α-amylase, β-amylase và amilophosphatase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ.  Hệ thống enzym thủy phân tinh bột Với enzyme α-amylase cơ chất của nó là tinh bột và dextrin, từ đó tạo ra sản phẩm là maltose và các dextrin mạch ngắn. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pH= 5.8, t0 = 72 – 76 0C.[8] Với enzyme β-amylase, nó có trong hạt đại mạch ở dạng liên kết cũng như dạng tự do, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần. Với sự tham gia của enzyme này, tinh bột đại mạch sẽ bị phân cắt thành đường maltose. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pH= 5.5 – 5.8, t0 = 62 – 650C [8].  Hệ thống enzyme protease: Trong hạt đại mạch, toàn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên kết, hầu như không hoạt động. Nhưng khi chuyển qua giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính chung của hệ enzyme protease tăng nhanh. Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein nguyên thủy để tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit, với pH = 5.1, t0 = 50 – 550C [8]. Peptidase: nó sẽ phân cắt các peptit có sẵn trong hạt đại mạch và những peptit trong malt do proteinase phân giải để tạo thành các acid amin trong hạt malt, với pH= 7.3 – 7.9, t0= 40 – 450C. 6 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Amidase: chúng sẽ tấn công các muối amit để hình thành NH3 và acid amin, góp phần làm thay đổi tính chất và hàm lượng của protein trong hạt malt, các enzyme amidase có pH= 7.3 – 8.0, t0= 45 – 500C [8].  Hệ thống enzyme esterase (phosphatase): Hệ thống enzyme esterase (phosphatase) gồm có: saccharophosphatase, phytase, glyxerophosphatase, nucleotidase… tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình ester hoá trong quá trình nảy mầm. Phytase: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng ra rượu inozit và axit phosphoric tự do. Phytase có pHopt = 5.0 – 5.5, topt = 40 – 500C. Các enzyme khác như: saccharophosphatase, glyxerophosphatase, nucleotidase sẽ phá các mối liên kết ester tương ứng của các hợp chất hữu cơ có chứa phosphate và giải phóng ra acid phosphoric tự do.[8] 1.3. Tổng quan về Hoa houblon. Là nguyên liệu cơ bản thứ hai sau đại mạch trong công nghệ sản xuất bia. Hoa có tác dụng: Làm cho bia có vị đắng, vị thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những đặc tính cực kì đặc biệt như vậy nên hoa houblon vẫn giữ vai trò độc tôn và là nguyên liệu không thể thay thế trong ngành sản xuất bia. Hoa houblon có tên khoa học là Humulus lupylis, thuộc họ dây leo, sống lâu năm (30 ÷ 40 năm), có chiều cao trung bình 10 - 15m. Hiện nay trên thế giới đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác nhau. Loại thực vật này chỉ thích hợp với khí hậu ôn đới nên được trồng nhiều ở Đức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc,… Bảng 1.2: Thành phần hóa học của hoa houblon. Thành phần Tỉ lệ (tính theo % chất khô) 7 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm Nước 11 ÷ 13% Chất đắng 15 ÷ 21% Polyphenol 5 ÷ 5,6% Protein 15 ÷ 21% Cellulose 12 ÷ 14% Chất khoáng 5 ÷ 8% Tinh dầu thơm 0,3 ÷ 1% Các chất còn lại 26 ÷ 28% “Nguồn: Bài giảng công nghệ sản xuất rượu, bia & NGK, Bùi Thị Huỳnh Hoa”. Trong hoa houblon có ba thành phần cơ bản là: Chất đắng, tinh dầu thơm và polyphenol. Hoa houblon được sử dụng sản xuất bia có 2 dạng là: Houblon viên: Cánh hoa houblon sau khi thu hoạch được sấy khô, xoay nhuyễn và ép thành viên, được đựng trong bao giấy nhôm đã hút chân không để bảo quản, khối lượng mỗi bao là 5kg. Loại chế phẩm này chứa ít chất đắng nhưng lượng tinh dầu nhiều chủ yếu dùng trích ly hương. Houblon cao: Đã qua quá trình trích ly và cô đặc nhựa houblon nên hàm lượng α – acid đắng rất cao (50%), dùng để tạo vị đắng đặc trưng cho bia. Được chứa trong hộp khối lượng 1 kg. Ưu điểm của việc sử dụng hai chế phẩm này: - Tăng hệ số sử dụng hữu ích các chất đắng và các cấu tử khác. - Giảm hao phí chất đắng trong quá trình bảo quản. - Lượng đem sử dụng được cân đong chính xác hơn. - Lược bỏ hệ thống lọc bã hoa trong nhà máy 8 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm - Giảm bớt lượng chất màu và các cấu tử bất lợi khác cho chất lượng bia . Hình 1.1: Houblon cao Hình 1.2: Houblon viên 1.4. Tổng quan về nấm men Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia. Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa đường thành rượu và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia. Nấm men trong sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces. Căn cứ vào tính chất và diễn biến quá trình lên men người ta chia thành 2 loại nấm men: 1.4.1. Nhóm nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae)  Với các đặc tính: Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ lên men: 10 ÷ 250C Lên men mạnh, quá trình lên men xảy ra trên bề mặt của môi trường. Khi quá trình lên men kết thúc, các tế bào kết chùm, chuỗi, tạo thành lớp dày trên bề mặt cùng với lọc bia, bia tự trong chậm. Khả năng lên men đường tam (rafinase) kém (chỉ đạt 33%). 9 Nghiên cứu chế biến bia nồng độ cồn thấp quy mô phòng thí nghiệm 1.4.2. Nhóm nấm men chìm (saccharomyces carlbergensis).  Với các đặc tính: Nhiệt độ lên men: 0 ÷ 10oC Quá trình xảy ra trong lòng môi trường nên khả năng lên men tốt. Có khả năng lên men hoàn toàn (vì có thể lên men đường tam hoàn toàn). Khi lên men xong, các tế bào kết thành chùm hoặc chuỗi kết lắng xuống đáy thùng lên men rất nhanh, nhờ vậy bia tự trong nhanh hơn lên men nổi. Lên men mạnh trong lòng môi trường, khi hết nguồn cacbon trong môi trường, có xu hướng kết chùm, chuỗi và lắng nhanh xuống đáy thùng lên men, làm trong bia nhanh. Lên men được glucose, maltose, galactose, fructose, saccharose. Đặc biệt rafinose và các dextrin đơn giản, lên men tốt, thậm chí ở nhiệt độ thấp từ 6 ÷ 10oC (các giống khác không có khả năng này). Không lên men được các đường: lactose, inulin, kxilose, arabinose, cellobiose, manit, socbit… Hình 1.3: Nấm men Ngoài ra chủng nấm men này còn có khả năng tái sử dụng tốt (6 ÷ 8 đời), tỷ lệ tế bào chết < 10%. Hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở các nhà máy bia trên thế giới. Sinh sản tốt ở nhiệt độ 8 ÷ 250C. Ở nhiệt độ thấp (2 ÷ 80C) chúng sinh sản chậm, nhưng vẫn lên men chậm vì khả năng tạo bào tử nấm men này yếu. Trong môi trường có đầy đủ vitamin (đặc biệt là vitamin B6). Chúng sẽ phát triển tốt nhưng ảnh hưởng của từng loại vitamin lên nấm men là không giống nhau. Khả năng kết lắng của từng nấm men phụ thuộc vào nhiều yếu tố: cấu tạo thành tế bào nấm men, hàm lượng Nitơ hòa tan trong môi trường, nhiệt độ, trị số điện tích của tế bào và pH của môi trường (thường 8.0 ÷ 4.0). Trong sản xuất bia hiện nay có 2 phương pháp lên men: lên men kỵ khí và lên men hiếu khí. 10