Quá trình đường hóa - Các yếu tố ảnh hưởng

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Ngày …..tháng…..năm 2004 Người nhận xét ( Ký tên, đóng dấu ) Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Mục lục Lới nói đầu 4 Phần I. Tổng quan 5 I.1. Tóm tắt lịch sử phát triển của CNSX Bia 5 I.2. Công nghệ sản xuất bia 7 I.3. Giới thiệu về quá trình đường hóa 12 Phần II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 13 II.1. Đối tượng nghiên cứu 13 II.1.1. Nguyên liệu 13 II.1.2. Tỷ lệ nguyên liệu thay thế 13 II.1.3. Nhiệt độ, thời gian đường hóa và pH môi trường… 14 II.1.4. Nồng độ cơ chất 16 II.1.5. Chế phẩm Enzim 17 II.2. Phương pháp nghiên cứu 17 Phần III. Thảo luận kết quả 18 Kết luận 20 Lời nói đầu Thực tập cuối khóa (TTCK) là đợt thực tập cuối cùng trước khi thi tốt nghiệp để giúp sinh viên củng cố, bổ sung những kiến thức còn thiếu sót trong các đợt thực tập cơ bản và nâng cao trước đó. Đây là đợt thực tập theo chuyên đề nên đòi hỏi sinh viên phải tìm hiểu vấn đề sâu hơn, chi tiết hơn. Sau đó phân tích, đánh giá kết quả thu hoạch được bằng những kiến thức đã được học để đưa ra kết luận tổng quát nhất về nội dung nghiên cứu. Hơn nữa, việc tự liên hệ thực tập sẽ giúp cho sinh viên tiếp cận gần hơn với thực tế sản xuất, giúp họ tự tin hơn trong công việc - điều này là đặc biệt cần thiết đối với sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp. Với mục đích như vậy, Trường Cao Đẳng Kinh Tế – Kỹ Thuật – Công Nghiệp I luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp cho sinh viên tự đi liên hệ TTCK để hoàn thành chuyên đề nghiên cứu của mình. Cũng như các sinh viên khác, bản thân em đã chọn được cho mình một địa chỉ tin cậy để liên hệ TTCK, đó là Công ty Liên Hợp Thực Phẩm (Hà Đông – Hà Tây). Được thành lập cách đây khá lâu, với bề dày truyền thống trong sản xuất, kinh doanh của mình, Công ty luôn là đơn vị dẫn đầu trong việc sản xuất các mặt hàng thực phẩm của Hà Tây như: bánh, kẹo, mứt tết,…cùng các loại đồ uống như: bia, rượu vang, nước giải khát có ga,… Mặt khác, Công ty cũng là một địa chỉ tốt cho sinh viên của nhiều trường Đại học, Cao đẳng… đến tìm hiểu, học tập, thực tập nâng cao kiến thức, tay nghề. Ngoài việc sắp xếp cho em tìm hiểu thực tế tại nhà nấu, các cán bộ kỹ thuật với hiểu biết và kinh nghiệm của mình đã giúp đỡ cho em rất nhiều trong khi thực hiện chuyên đề: Quá trình đường hóa – các yếu tố ảnh hưởng. Tuy nhiên, do thời gian thực tập ngắn, cộng với nội dung cần nghiên cứu khá nhiều, kiến thức còn hạn chế, mặc dù bản thân có cố gắng nhưng bài báo cáo chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót kính mong sự nhận xét và góp ý để bài viết lần sau được tốt hơn. Hà nội : Tháng 06 – 2004 Sinh viên: Đoàn phạm Tuân Phần I. tổng quan I.1. Tóm tắt lịch sử phát triển của cnsx bia Bia - loại đồ uống lên men bổ dưỡng, có độ cồn thấp, vị đắng dịu và hương thơm đặc trưng của Malt đại mạch và hoa Houblon. Bia có chứa nhiều chất bổ dưỡng như: Gluxit, Đạm, Vitamin, Enzim… Đặc biệt, sự có mặt của CO2 trong bia làm giảm nhanh cơn khát, nồng độ rượu nhẹ trong bia tạo nên cảm giác dễ chịu, các enzim trong bia giúp tiêu hoá nhanh thức ăn. Bia cung cấp một lượng Calo khá lớn: 400– 450 kcal/lít. Trong bia chứa 80 – 90 % là nước, 3 – 6% etylic, 10 – 15 % chất hoà tan, và 0,3 – 0,4% CO2 và một số chất khác. Công nghệ sản xuất bia đã ra đời trên thế giới cách đây hàng ngàn năm. Các hãng bia nổi tiếng trên thế giới như: Heineken, Tiger, Carlsberg, San Miguel…đều có những dây chuyền công nghệ vô cùng hiện đại – tự động hoàn toàn, hoạt động theo trương trình cài đặt sẵn trên máy tính. Bia mới du nhập vào Việt Nam cách đây hơn một trăm năm. Nghành công nghệ sản xuất bia của chúng ta còn rất non trẻ so với thế giới. Tuy nhiên, với sự năng động, tích cực đầu tư vào trang thiết bị, nghiên cứu công nghệ…chúng ta đã có được những sản phẩm bia có chất lượng tốt đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng, có thể cạnh tranh trên thị trường như: bia Hà Nội, bia Sài Gòn, Halida… Lịch sử phát triển của nghành sản xuất bia có thể chia làm hai giai đoạn: giai đoạn tiền Pasteur và giai đoạn hậu Pasteur. Thời điểm để phân chia hai giai đoạn là lúc ra đời của thuyết về lên men rượu vang của Lauis Pasteur. Đặc điểm của giai đoạn thứ nhất là sự phát triển của công nghệ theo kinh nghiệm sản xuất, còn của giai đoạn thứ hai dựa trên sự phát triển của công nghệ dưới ánh sáng của khoa học kỹ thuật, mà trước hết là công nghệ sinh học. Những thành tựu lớn nhất đã đạt được trong lĩnh vực sản xuất bia có thể tóm lược như sau: ứng dụng kỹ thuật Gen và công nghệ tế bào để tạo các dòng, chủng đại mạch mới. Nghiên cứu chế độ canh tác, điều kiện gieo trồng và ác yếu tố ảnh hưởng khác để đại mạch thu được có các pha của protein cân đối, đặc biệt hàm lượng protein khả kết giảm đến mức tối thiểu, làm tăng độ bền keo của bia. Nghiên cứu các biện pháp để làm tăng khả năng nảy mầm, kích thích mầm phát triển nhanh, tăng cường hoạt lực enzim thủy phân, làm tăng độ nhuyễn của malt, quá trình đồ hóa đồng đều và triệt để, rút ngắn thời gian ươm mầm, giảm bớt hao tổn chất khô và nâng cao hiệu suất hòa tan của chất chiết. Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các loại chế phẩm enzim để thúc đẩy các quá trình: đường hóa nguyên liệu, lọc bã malt, kết lắng protein, khử nhanh các sản phẩm bậc hai (chủ yếu là diaxetyl và rượu bậc cao)rút ngắn thời gian lão hóa, và lọc bia thành phẩm. Nghiên cứu các giải pháp công nghệ ươm mầm một số các loại hạt khác như thóc, tiểu mạch…và công nghệ sản xuất dịch đường khi sử dụng các loại malt nói trên và thay thế malt đại mạch bằng các loại nguyên liệu hạt không ươm mầm như: gạo, ngô…nhằm giải quết các vấn đề: Hiệu suất đường hóa. Hiệu suất lên men. Độ bền keo của bia. Các chất tạo hương và tạo màu cho sản phẩm. Khả năng tạo và giữ bọt của bia. 5. Lai tạo và gây đột biến bằng kỹ thuật gen để tạo ra các chủng nấm men mới có các đặc tính công nghệ: - Lên men nhanh, triệt để. - Tạo các sản phẩm bậc hai ở mức thấp, đặc biệt là diaxetyl và rượu bậc cao. - Chịu được nhiệt độ cao, cường độ khuấy đảo cưỡng bức mạnh mà không chóng già, thoái hóa, có thể tái sử dụng để lên men sau nhiều thế hệ. - Dễ dàng kết lắng khi lên men chính kết thúc. - Có khả năng sinh tổng hợp chất thơm trong quá trình hoạt độngcủa chúng. - Có sức chống chịu cao, khả năng sinh sản mạnh, đề kháng tốt khi quá trình lên men bị nhiễm khuẩn. 6. Nghiên cứu các biện pháp công nghệ nhằm chế biến hoa Houblon thành các loại thương phẩm dễ vận chuyển, bảo quản và nâng cao hệ số sử dụng chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm của hoa. 7. Tìm kiếm các giải pháp vầ thiết bị phù hợp tính năng với công nghệ, giảm giá thành đầu tư, tăng công suất theo tỷ suất đầu tư, dễ thao tác vận hành, khả năng tự động hóa cao, mẫu mã đẹp. Công nghệ sản xuất bia là quá trình rất phức tạp, dù dây chuyền công nghệ mà thao tác bằng phương pháp thủ công hay trên tổ hợp thiết bị hiện đại, tự động hóa hoàn toàn, làm việc theo chương trình cài đặt sẵn trên máy tinh thì công nghệ đều phải trải qua các giai đoạn: a. Chế biến dịch đường houblon hóa. b. Lên men chính để chuyến hóa dịch đường thành bia non, lên men phụ và tàng trữ bia non để lão hóa thành bia tiêu chẩn. c. Hoàn thiện sản phẩm bia. I.2. công nghệ sản xuất bia a. Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Gạo Malt Nghiền Nghiền Đường hoá Nấu cháo Lọc thô Nấu hoa Lắng Lạnh nhanh Lên men chính Lên men phụ Lọc tinh Nạp CO2 enzim Muối Nấm men CO2 Bã Bã hoa Cặn nóng Nấm men Hoa Houblon Men sữa Cặn men Cặn mịn Bia thành phẩm Bột trợ lọc Hoàn thiện sản phẩm b. thuyết minh dây chuyền công nghệ 1. Nguyên liệu sản xuất bia. TQ: Bia = Malt đại mạch + hoa Houblon + H2O Các nguyên liệu dùng trong sản xuất bia bao gồm: Nước, Malt, hoa houblon, nguyên liệu thay thế: gạo, đường… và các phụ liệu khác: muối, enzim…Trong các loại nguyên liệu sản suất bia thì: Malt, hoa Houblon, enzim là phải nhập khẩu từ nước ngoài 1.1. Malt Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia. Thành phần và tính chất của malt là những yếu tố quyết định vị, hương, màu sắc, khả năng tạo bọt và độ bền của bia. * Chỉ tiêu kỹ thuật của Malt: - Hàm ẩm: W=10-12%. - Có mùi thơm tự nhiên và vị ngọt đặc trưng của Malt. - Có màu vàng rơm, sáng bóng, không bị mọt, mốc. 1.2. Hoa Houblon Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản sau Malt đại mạch. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, tăng khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Do những tính năng đặc biệt như vậy, hoa houblon giữ vai trò độc tôn và là loại nguyên liệu “không thể thay thế” trong ngành công nghiệp sản xuất Bia. Hoa được chế biến và bảo quản dưới các hình thức sau : *Hoa bánh: nguyên bông (hoa cái) màu vàng xanh, vàng tươi được ép thành bánh. *Hoa viên: sấy xong đem xay thành bột rồi viên lại. Thông thường: 1kg hoa viên =1,3 kg hoa cánh. *Cao hoa: hoa vừa sấy được ngâm vào dung môi toluuen để tách lấy chất hoà tan (chủ yếu là chất đắng) rồi cô đặc dung dịch này thành cao hoa. Thông thường: 1kg cao hoa =5 – 8 kg hoa cánh 1.3.Nước Nước là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia .Trong bia thành phẩm nước chiếm 80 – 90% trọng lượng. Thành phần và tính chất của nước có ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình công nghệ và chất lượng của bia thành phẩm.Vì vậy nước trong sản xuất bia phải đạt được những yêu cầu sau: Trong suốt, không có mùi vị lạ. Đã được sử lý mềm, có độ cứng tạm thời = 0,7 mđlg/l. Hàm lượng NH+4 và NO2- : Không có Hàm lượng Fe2+ cho phép là 0,2 –0,5 mg/l Vi sinh vật : 100 tế bào/ml. Ecoli và vi sinh vật độc không có Các kim loại nặng: á kim ,Hg,Pb…không có PH=6,8-7,2 1.4.Gạo Trong công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm, người ta đã đưa một số loại nguyên liệu khác để thay thế malt đại mạch. Các loại nguyên liệu dùng để thay thế malt đại mạch chủ yếu là tiểu mạch, gạo và ngô. Tỷ lệ thay thế trung bình hiện nay là 30-40%. Gạo là loại nguyên liệu thay thế được dùng nhiều hơn cả. *Các chỉ tiêu kỹ thuật của gạo: - Độ ẩm: < 14%. - Độ hoà tan: 70- 80%. - Hàm lượng tinh bột: 75-80% so với chất khô. - Trắng đồng đều, mang mùi thơm đặc trưng của gạo, không có mùi mốc lạ, không lẫn tạp chất. 2. Quá trình chế biến dịch lên men. 2.1. Nghiền nguyên liệu. Mục đích: Tăng bề mặt tiếp xúc của nguyên liệu với nước thúc đẩy nhanh quá trình thuỷ phân, đường hoá tinh bột. 2.2. Hồ hoá (nấu cháo). Mục đích: Phá vỡ màng tế bào tinh bột tạo điều kiện cho enzim hoạt động thực hiện quá trình đường hoá được thực hiện dễ dàng. 2.3. Đường hoá. Mục đích: Nhằm chuyển về dạng hoà tan tất cả những chất có phân tử lượng cao trong bột Malt dưới dạng không hoà tan và cùng với chất hoà tan có trong tinh bột tạo thành những chất chiết của dịch . 2.4. Lọc thô và rửa bã. Mục đích: Tách riêng phần dịch lỏng chứa chất hoà tan ra khỏi phần bã. Rửa bã nhằm mục đích thu phần dịch đường còn sót trong bã. 2.5. Nấu dịch đường với hoa Houblon. Mục đích: Nhằm ổn định các thành phần của dịch đường và chiết các chất hoà tan của hoa Houblon vào dịch đường làm cho bia có hương thơm và vị đắng đặc trưng. Mặt khác khi nấu, một phần protein bị kết tủa nên tránh được bia bị đục do hàm lượng protein cao. Đồng thời xảy ra một số quá trình khác như sự gia tăng nồng độ, độ axit, cường độ màu, sự tạo thành chất khử. 2.6. Làm nguội, lắng trong, lạnh nhanh. Mục đích: Loại bỏ các tạp chất kết tủa, cặn trong dich sau quá trình lọc hoa, thu hồi dịch trong để lên men. Đưa nhiệt độ khối dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men 3. Quá trình lên men : Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men. TQ: nấm men C6H12O6 C2H5OH + CO2 Đồng thời trong quá trình lên men còn có quá trình tạo axit hữu cơ, rượu bậc cao, các este... Những sản phẩm này đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc tạo hương vị cho bia. Quá rình lên men diễn ra hai giai đoạn : Lên men chính. Lên men phụ và tàng trữ. Mục đích: Chuyển các đường và dextrin bậc thấp thành rượu etylic, cacbonic và các sản phẩm phụ dưới tác dụng của nấm men 4. Hoàn thiện sản phẩm. Sau một thời gian được “ủ” ở điều kiện nhiệt độ thấp, thành phần hoá học và tính chất cảm quan của bia đã được định hình. Tuy nhiên, để trở thành hàng hoá thương mại, bia cần được xử lý qua các công đoạn sau đây : Làm trong để tăng thêm giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia. Bổ sung thêm CO2 cho đạt hàm lượng cần thiết nhằm làm tăng chất lượng cảm quan, chống oxy, chống kết lắng và là môi trường tốt để bảo quản bia. Sau quá trình này, chúng ta có thể sử dụng bia dưới dạng bia hơi. Để có thể sử dụng bia thời gian lâu hơn, ta cần tiến hành thêm các công đoạn sau Chiết bia vào chai và thùng bock để dễ vận chuyển và bảo quản. Thanh trùng để diệt nấm men nhằm nâng cao độ bền sinh học cho sản phẩm. 4.1.Quá trình lọc bia. Mục đích: Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết vì vậy mục đích của lọc bia là làm cho bia trong suốt, sáng lấp lánh, tăng độ bền sinh học, hoá học cho bia. 4.2.Nạp Co2. Mục đích: Do quá trình lên men và lọc tinh lượng CO2 thát thoát nhiều nên ta phải bão hoà thêm CO2 để đạt nồng độ cần thiết. 4.3. Hoàn thiện bia hơi. Bia nạp CO2 xong được tàng trữ ở 0 - 20C. Sau 3 – 4 giờ thì mới chiết vào bock. Bock phải sạch, thường có dung tích 20, 25 lít…trong quá trình chiết bock phải đảm bảo: bia phải đầy bock, không sủi bọt, hao phí ít nhất. 4.4. Hoàn thiện bia chai. 4.4.1. Yêu cầu đối với chai: Có độ dầy đồng đều, không có bọt khí, phải chịu được áp suất cực đại 10kg/cm2 ở nhiệt độ 1000C. Chai phải được rửa sạch, không có mùi lạ, không có nước đọng. Dung tích của chai: 0,5; 0,65lít 4.4.2. Chiết chai, đóng nút: Chiết bia vào chai dựa trên nguyên tắc chiết đẳng áp. 4.4.3. Thanh trùng bia chai: Mục đích: Đình chỉ hoạt động của nấm men, tiêu diệt vi sinh vật xâm nhiễm. 4.4.4. Dán nhãn: Trước khi dán nhãn chai được làm khô vỏ rồi chạy theo băng tải qua máy dán nhãn tự động. 4.4.5. Xếp két, nhập kho: Mỗi két 24 chai, mỗi chồng két không quá 5 hàng. 5. Chỉ tiêu chất lượng cho sản phẩm. 5.1. Chỉ tiêu cảm quan. 5.1.1. Độ bọt: Khi rót vào cốc: - Chiều cao bọt > 1 cm, thời gian tan hết bọt >1 phút (bia hơi). - Chiều cao bọt > 2 cm, thời gian tan hết bọt >2 phút (bia chai). - Dưới đáy cốc phải có bọt nhỏ li ti. 5.1.2. Mầu sắc: Bia có màu vàng óng ánh, trong suốt. 5.1.3. Mùi vị: Bia có mùi thơm và vị đắng đặc trưng. 5.2. Chỉ tiêu hoá lý. 5.2.1. Hàm lượng chất hoà tan: Bia hơi : 100Bx 0,2. Bia chai: 120Bx 0,2. 5.2.2. Hàm lượng cồn: Bia hơi : 3 0,5%. Bia chai: 4 0,5%. 5.2.3. Hàm lượng CO2: Bia hơi : 3 g/l. Bia chai: 4 g/l. 5.2.4. Độ chua: 1,5 0.5 (số ml NaOH 0,1N/ 10ml bia). 5.3. Chỉ tiêu sinh học. Không có vi khuẩn, nấm men, trực khuẩn Ecoly trong bia. 5.4. Các chỉ tiêu khác. Hàm lượng nước: 80 – 90%. Hàm lượng axit hữu cơ: 0,1 – 0,15%. Hàm lượng Glyxerin: 0,1 – 0,3%. I.3. giới thiệu về quá trình đường hóa Thực chất của quá trình đường hóa là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzim. Trong thành phần của các sản phẩm thủy phân thì đường và dextrin chiếm nhiều nhất về khối lượng. Vì vậy ta thường gọi toàn bộ quá trình thủy phân ở giai đoạn này bằng tên gọi đơn giản là quá trình đường hóa. I.3.1. Vai trò của đường hóa trong công nghệ sản xuất bia. Đường hóa cùng với lên men là hai khâu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia. Không có quá trình đường hóa sẽ không chuyển được những chất có phân tử lượng cao trong bột Malt dưới dạng không hoà tan về dạng hoà tan (tinh bột chuyển thành đường) và cùng với chất hoà tan khác có trong tinh bột tạo thành những chất chiết của dịch lên men. I.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đường hóa Nguyên liệu. Tỷ lệ nguyên liệu thay thế. Nhiệt độ, thời gian đường hóa và pH môi trường đường hóa. Nồng độ cơ chất. Enzim Phần ii. đối tượng và phương pháp nghiên cứu ii.1. đối tượng nghiên cứu II.1.1. Nguyên liệu. Các loại nguyên liệu khác nhau yêu cầu chế độ đường hóa là khác nhau. Với nguyên liệu chưa ươm mầm, hàm lượng enzim trong nó rất ít không đủ để thực hiện hết các phản ứng thủy phân sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình đường hóa, chất lượng dịch đường. Sự hồ hoá tinh bột của nguyên liệu thay thế cũng là một yếu tố ảnh hưởng khá mạnh tới tốc độ đường hoá.Tinh bột đã qua khâu hồ hoá thì quá trình đường hoá sẽ dễ dàng hơn và triệt để hơn so với trường hợp không hồ hoá. Riêng đối với nước dùng để nấu nguyên liệu cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình đường hóa. Nếu nước chưa được làm mềm thì muối bicacbonat sẽ gây ảnh hưởng bất lợi vì chúng làm giảm độ chua định phân của dịch cháo khi chúng tác dụng với các muối phosphat trong malt, khi đó pH của dịch cháo tăng, khả năng hoạt động của enzim sẽ bị giảm và do đó hiệu suất thủy phân cũng giảm theo. Ngược lại với muối bicacbonat, muối sunfat của canxi laih làm tăng độ chua định phân của dịch cháo. Tác động này rất có lợi cho quá trình đường hóa. Nước Dịch đường pH Cường độ màu ml I2 0,1N/100ml Hiệu suất chiết % Không xử lý: - Độ cứng chung: 14,90H - Độ cứng cacbonat: 13,40H Đã làm mềm: - Độ cứng chung: 40H - Độ cứng cacbonat: 3,20H Đã thạch cao hóa 6,18 5,64 5,78 0,27 0,17 0,23 69,82 72,1 71,6 Bảng 1: ảnh hưởng của sự làm mềm và thạch cao hóa cho nước đến một số chỉ tiêu chất lượng của dịch đường. II.1.2.Tỷ lệ nguyên liệu thay thế. Bia là loại đồ uống có vị ngọt nhẹ, đắng dịu với thành phần và nhiều tính chất đặc trưng. Để sản xuất ra chúng, về nguyên tắc là phải sử dụng malt khô chế biến từ đại mạch. Để giảm giá thành sản phẩm, người ta đã đưa các loại ngũ cốc khác váo thay thế một phần malt đại mạch. Việc đưa nguyên liệu hạt chưa ươm mầm vào sản xuất bia buộc chúng ta phải có nhũng giải pháp công nghệ thích hợp thì mới đảm bảo được hiệu suất đường hóa, chất lượng dịch đường cũng như chất lượng sản phẩm. Trước đây thì lượng thay thế thường là 10 – 15%, nhưng trong những thập kỷ gần đây, được sự hỗ trợ đắc lực của các loại chế phẩm enzim thì tỷ lệ đó đã tăng vọt lên 30% - 50%, thậm chí còn cao hơn nữa. Loại hạt tốt nhất để thay thế malt đại mạch là gạo. Nếu tỷ lệ nguyên liệu thay thế ít thì quá trình đường hóa ít bị ảnh hưởng. Nếu tỷ lệ nguyên liệu thay thế lớn sẽ gây ảnh hưởng lớn quá trình đường hóa vì: - Lượng tinh bột sống qua nhiều, thành tế bào của chúng chưa bị phá vỡ, rất khó đường hóa. - Hoạt lượng enzim trong malt không đủ để đường hóa hết tinh bột của gạo. Để đường hóa tốt trong trường hợp này ta phải: - Dùng chế phẩm enzim để tăng cường hoạt lực thủy phân. - Dùng nước mềm và hạ pH của ước xuống pH = 5,3 – 5,4 bằng cách axit hóa. - Malt đại mạch phải nghiền thô, gạo được nghiền mịn và được hồ hóa trước khi đem đường hóa. II.1.3. Nhiệt độ, thời gian đường hóa và pH môi trường. Nhiệt độ, thời gian đường hóa luôn gắn liền với pH của môi trường đường hóa. II.1.3.1. Nhiệt độ. Mỗi một enzim xúc tác đường hóa đều có nhiệt độ hoặc vùng nhiệt độ tối ưu riêng của mình, nghĩa là tại đó nó sẽ xúc tác phản úng thủy phân với cường độ mạnh nhất. ở điều kiện đường hóa nguyên liệu trong công nghệ sản xuất bia, nhiệt độ tối ưu của các enzim thường không trùng lặp với nhiệt độ tối ưu ở môi trường thuần khiết (môi trường có sự quy định nghiêm ngặt về thành phần và tính chất). Vì tác động của các yếu tố khác như: pH, nồng độ cơ chất, nồng độ chất kìm hãm…ở mức độ ít hay nhiều mà nhiệt độ tối ưu của các enzim sẽ có sự sai lệch so với lý thuyết. Ví dụ: vùng nhiệt độ 48 – 520C là vùng tối ưu của proteaza. 70 – 750C là vùng tối ưu của α-amylaza 60 – 630C là vùng tối ưu của β-amylaza 700C là nhiệt độ tối ưu cho amylophosphataza Đường hóa ở 60 - 630C tạo ưu thế cho sự hình thành maltoza, còn ở 70 – 750C thì dextrin chiêm ưu thế Nhiệt độ đường hóa , 0C Thành phần chất chiết (% Tổng gluxit) Tỷ số Đường / Dextrin Đường (maltoza) Dextrin 62,5 65,0 70,9 75,0 78,64 70,28 62,72 59,93 21,36 29,72 37,28 40,07 1 : 0,27 1 : 0,42 1 : 0,59 1 : 0,67 Bảng 2: ảnh hưởng của nhiệt độ đường hóa đến hàm lượng đường và dextrin ở chế độ công nghệ bình thường, dịch đường thu được có thành phần: 93% là gluxit (trong đó 70% là đường maltoza và các loại dextrin bậc thấp lên men được như maltotrioza, maltotetraoza và maltopentaoza, 20% dextrin không lên men được, 3% là các loại gluxit khác), còn lại 7% là protein và nhiều cấu tử khác. Điều chỉnh nhiệt độ để điều hòa phản ứng là giải pháp hữu hiệu nhất khi tiến hành đường hóa nguyên liệu bởi vì ứng với một loại bia cần sản xuất sẽ có một yêu cầu cụ thể về thành phần và tính chất của dịch đường (hàm lượng đường, dextrin, tỷ số đường/dextrin, hàm lượng đường có khả năng lên men, hàm lượng đạm tổng, đạm hòa tan, đạm amin…) mà việc điếu chỉnh các chỉ số trên hoàn toàn có thể thực hiện được thông qua điều chỉnh nhiệt độ. II.1.3. 2. pH của môi trường Độ chua tác dụng (pH) của dịch cháo là yếu tố ảnh hưởng khá mạnh đến quá trình đường hóa vì: ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ ion hóa cơ chất, enzim và độ bền protein của enzim. Đa số enzim bền trong giới hạn pH từ 5-9. Độ bền của chúng có thể tăng lên khi trong môi trường có sự hiện diện cửa cơ chất, coenzim hoặc Ca2. Cũng giống như nhiệt độ, mỗi enzim đều có pH tối ưu riêng của mình, các enzim khác nhau thì có pH tối uu khác nhau. Bình thường độ chua tác dụng của dịch cháo malt thấp hơn (pH cao hơn) độ chua tối ưu của các enzim , dao động trong khoảng pH = 6,0-6,5. Nếu trong quá trình sản xuất ta lại sử dụng nước cứng cacbonat thì độ chua tác dụng của dịch còn giảm nữa. Độ chua của môi trường thấp sẽ không có lợi cho phản ứng enzim, kết quả cuối cùng là cơ chất bị phân cắt không triệt để, hiệu suất thu hồi chất hòa tan thấp, khó lọc bã, dịch đường đục, bia thành phẩm có độ bền keo kém, hương và vị không hài hòa, không đặc trưng. Để khắc phục tình trạng này ta phải có biện pháp tích cực để ngăn chặn sự giảm độ chua hoặc phải tăng cường độ chua bằng biện pháp nhân tạo. Những giải pháp có thể là: - làm mềm nước trước khi sử dụng. - tăng độ chua của dịch cháo bằng cách bổ sung thêm axit lactic hoặc CaCl2 hoặc CaSO4. Trong điều kiện đường hóa độ chua tác dụng tối ưu của dịch cháo malt cho hoạt động của enzim là: - với α- amylaza pH = 5,5 – 5,8 - với β- amylaza pH = 4,8 – 5,0 - với amtlophosphataza pH = 5,7 – 5,7 Như vậy pH tối ưu cho cả nhóm amylaza là khoảng pH = 5,4 – 5,6. Nếu pH 8,0 thì sẽ xảu ra quá trình ức chế không thuận nghịch, enzim dần dần bị tê liệt đến vô hoạt và sau đó thì phân tử của chúng sẽ bị biến dạng. Điểm pH tối ưu của amylaza phụ thuộc nhiều yếu tố trong đó mạnh nhất là nhiệt độ môi trường. Khi tăng nhiệt độ của dịch cháo thì pH tối ưu của enzim cũng tăng theo, đặc biệt là đối với β- amylaza vì enzim này có pH tối ưu thấp hơn rất nhiều so vơi pH của dịch cháo. Khi tăng nhiệt độ thì pH tối ưu của β- amylaza cũng tăng lên và càng tiệm cận vơi pH thực của dịch cháo, do đó sẽ có ảnh hưởng tích cực đến hoạt động của enzim này. Điều này có nghĩa là nếu đường hóa tiến hành ở pH thấp thì lượng đường maltoza tạo thành sẽ tăng lên, hàm lượng dextrin sẽ giảm. Bằng thực nghiệm đã chứng minh nếu pH của dịch cháo giảm từ 6 xuống 5,2 thì hàm lượng đường maltoza trong chất chiết tăng 6% . Trong một khoảng giới hạn xác định, nếu giảm pH của môi trường thì hiệu suất đường hóa sẽ tăng lên, còn thời gian đường hóa sẽ được rút ngắn. pH Thời gian đường hóa Hiệu suất đường hóa (% theo chất khô) 6,4 5,6 5,3 5,1 4,8 25 15 15 35 40 76,89 78,21 78,86 79,41 79,06 Bảng 3: Sự phụ thuộc giữa pH môi trường với thời gian và hiệu suất đường hóa II.1.3.3. Thời gian đường hóa Thông thường thời gian đường hóa càng dài thì lượng chất chiết thu được càng nhiều, hàm lượng chất tan còn sót trong bã thấp. Tuy nhiên điều này không có nghĩa là hiệu suất của quá trình đường hóa cao, hơn nữa nó cũng ảnh hưởng đến tính kinh tế trong qua trình sản xuất. Do đó cần phải kết hợp nhiệt độ, thời gian và pH của môi trường đường hóa một cách hợp lý để hiệu suất quá trình đạt được là cao nhất, chi phí sản xuất, hao phi thấp nhât. II.1. 4. Nồng độ cơ chất. ở nhiệt độ thấp, tiến trình của phản ứng enzim phụ thuộc vào nồng độ của enzim, nồng độ cơ chất và sản phẩm tạo thành. Khi nhiệt độ cao dần, enzim ở trong dịch cháo loãng sẽ bị ức chế mạnh hơn trong dịch cháo đặc. Nồng độ cơ chất ảnh hưởng khá mạnh đến khối lượng và chất lượng của các sản phẩm thủy phân do sự phân cắt của nhóm amylaza. Nhìn chung thì nếu dịch cháo càng loãng thì lượng đường tạo ra theo tỷ lệ cơ chất càng nhiều, đặc biệt là nhóm đường thấp phân tử có khả năng lên men được. Tuy nhiên tương quan đó không phải là tỷ lệ thuận. Nói một cách khác là nếu nồng độ bột nghiền (cơ chất) thấp thì hoạt động của enzim sẽ mạnh hơn. Lợi dụng tính chất này khi đường hóa các lô malt có chất lượng kém hoặc trong trường hợp dùng nguyên liệu chưa ương mầm (nồng độ enzim thấp) để thay thế malt đại mạch, muốn làm tăng hiệu suất đường hóa thì biện pháp rẻ tiền nhất là dùng lượng nước phối trộn nhiều hơn. Khi đường hóa dịch cháo đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ nhiều hơn so với dịch cháo loãng. Nguyên nhân của hiện tượng này là ở dịch cháo đặc, độ bền nhiệt của β- amylaza cao hơn và do nồng độ của cơ chất cao nên thời gian đường hóa kéo dài (điều này rất phù hợp cho β- amylaza vì tốc độ phân cắt tinh bột của chúng nói chung là chậm). Khác với amylaza, khi dịch cháo bị loãng, hoạt động của nhóm enzim proteaza lại kém đi. Trong dịch cháo đặc, khio nhóm proteaza hoạt động, lượng các hợp chất chứa nitơ hòa tan bền vững sẽ tạo ra nhiều hơn so với dịch cháo loãng. Khi nồng độ cơ chất tăng, dịch đường thu được sẽ chứa đạm formol cao hơn. Nồng độ cơ chất là yếu tố chi phối khá mạnh đến tỷ lệ các cấu tử sản phẩm tạo thành từ sự thủy phân protein, mà quan trọng nhất là tỷ số giữa pha có phân tử lượng thấp và pha có phân tử lượng trung bình. II.1.5. Chế phẩm Enzim Để giảm giá thành sản phẩm, hầu hết các nhà máy bia đều sử dụng một lượng nguyên liệu thay thế khá lớn ( >30% - chủ yếu là gạo). Trong trường hợp này thì lượng enzim có trong malt không thể đường hóa hết lượng cơ chất thay thế. Hơn nữa sự thiếu hụt hoạt tính enzim của nguyên liệu hạt chưa được ươm mầm tạo ra sự khó khăn trong việc đường hóa. Biện pháp hữu hiệu nhất để giải quyết vấn đề này là phải tăng cường hoạt lực của enzim bằng cách bổ xung thêm chế phẩm enzim từ ngoài vào. Các kết quả thực nghiệm của các nhà khoa học cũng cho thấy rằng với sự hỗ trợ của chế phẩm Sitaza, quá trình đường hóa xảy ra nhanh và triệt để, quá trình lọc bã dễ dàng, dịch đường lên men tốt, bia có độ trong và chất lượng đảm bảo Các chỉ số Dịch đường Mẫu kiểm chứng 100% malt Malt + đại mạch + chế phẩm A.oryzae Hàm lượng chất hòa tan % Maltoza g/100g chất hòa tan Nitơ mg/100 ml Tổng Hòa tan bền vững Amin pH Độ chua định phân ml NaOH/100 ml 11,22 58,5 93 91 23 5,5 1,7 11,16 61,9 120 114 32 5,4 1,8 Bảng 4: II.2. phương pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết với kết quả thục tế tìm hiểu được tại xưởng sản xuất để phân tích, đánh giá, đưa ra kết luận. Phần iii. Thảo luận kết quả Sau quá trình tìm hiểu thực tế tại nhà nấu - phân xưởng sản xuất bia – Công ty Liên Hợp Thực Phẩm đã thu nhận được một số kết quả sau: Nguyên liệu sử dụng: Malt đại mạch: nhập từ úc. Lượng đường hóa: 1000 kg/mẻ. Nguyên liệu thay thế: gạo. Lượng hồ hóa: 450 kg/mẻ Tỷ lệ Malt / gạo = 70 / 30. Tỷ lệ nguyên liệu thay thế khá lớn với mục đích hạ giá thành sản phẩm. Sử dụng malt lót khi nấu với tỷ lệ: 5% malt đường hóa (50 kg). Đưa malt vào quá trình hồ hóa nguyên liệu gạo nhằm tận dụng enzim có sẵn trong malt để xúc tác cho qua trình phân cắt mạch tinh bột diễn ra nhanh hơn. Nước sử dụng: đã được xử lý (làm mềm và bổ xung thêm CaSO4 hoặc CaCl2) có pH = 6,8 – 7,0. Việc sử dụng nước mềm, đặc biệt là nước có độ cứng cacbonat thấp là một trong những điều kiện quan trọng nhất để nâng cao hiệu suất đường hóa và chất lượng sản phẩm. Tỷ lệ phối trộn: nước/malt = nước/gạo = 5. Tỷ lệ phối trộn của nước với nguyên liệu lớn nhằm hạ nồng độ bột nghiền (cơ chất) của môi trường đường hóa thấp xuống. Khi đó khả năng hoạt động của enzim sẽ mạnh hơn, quá trình đường hóa sẽ nhanh hơn, tăng hiệu suất đường hóa. Chế độ đường hóa: 0C 190 0 72 62 52 30 15 30 70 80 125 135 185 200 Phút 78 30 15 40 45 10 Nhận xét: Khi ta ngâm malt ở nhiệt độ 300C trong 15 phút làm cho hạt tinh bột hút nước, nó trương nở làm cấu trúc màng tế bào dần bị phá vỡ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp theo. * ở vùng nhiệt độ 48-520C là vùng tối ưu cho enzim proteaza hoạt động. Đây là giai đoạn đạm hoá, có xảy ra các quá trình sau : proteaza pectinaza Protit ắắắđ sản phẩm trung gian (allumoza + peptin) ắắắđ Các sản phẩm gồm: - axit amin - Các sản phẩm trung gian để tạo bọt, giữ bọt và làm cho bia có vị đậm đà. - Hợp chất thấp phân tử dùng để cung cấp thức ăn cho nấm men. * ở vùng nhiệt độ 60-620C là vùng tối ưu cho enzim amilaza xúc tác thuỷ phân 1-4 glucozid tạo thành các đường glucoza, phần lớn là maltoza và các dextrin. Đây là giai đoạn đường hoá I, trong giai đoạn này có xảy ra quá trình: b - amilaza Tinh bột ắắắắđ Maltoza + Dextrin - Maltoza được tạo ra là chủ yếu nên duy trì thời ._.