Đề tài Ứng dụng lên men trong công nghệ sản xuất bia

i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: Tên tác giả 1. Nguyễn Thị Cẩm Nguyên 2. Nguyễn Cẩm Tiên 3. Ngô Thị Thuỳ Xuân 4. Nguyễn Ngọc Hải Âu 5. Lê Thị Hiền 6. Nguyễn Thị Thuỳ Trang 7. Nguyễn Thị Út Thôi Giảng viên hướng dẫn: Liêu Mỹ Đông TP.Hồ Chí Minh, năm 2016 ii BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC STT CÔNG VIỆC NGƯỜI THỰC HIỆN THỜI GIAN KẾT QUẢ 1 Các thành phần của bia Nguyên, Tiên 20- 28/10/2016 Tìm được trong bia có 4 thành phần chính: nước, men bia, malt, hoa houblon. + lieu/bai-giang-cac-phuong- phap-va-ky-thuat-len-men- 25037/ 2 Các phương pháp lên men bia Xuân ,Âu 20- 28/10/2016 Có 2 phương pháp chính: cổ điển và hiện đại + lieu/tieu-luan-len-men-bia- 9680/ + cao-nghien-cuu-khoa-hoc- nang-cao-qua-trinh-len-men- trong-san-xuat-bia-nong-do- cao--788484.html 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bia Hiền 20- 28/10/2016 Các yếu tố ảnh hưởng: nồng độ chất hòa tan, nhiệt độ, chất lượng nấm men, cường độ khuấy đảo, + an/de-tai-nghien-cuu-su-len- men-bia-24584/ iii 4 Lên men dịch nha trong thiết bị lên men BIOSTAT của hãng BRAUN (Đức). Trang, Thôi 20- 28/10/2016 Tìm bài báo khoa học về các phương pháp để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men [1]. Ngô Thị Phương Dung, “Khảo sát khả năng lên men và tính chịu cồn của nấm men”, Tạp chí khoa học, tr.374-382,2009. [2] Lê Quốc Đạt, Lê Văn Việt Mẫn, Võ Thị Luyến, “Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình lên men bia ở nồng độ cao ”, Hội nghị khoa học và công nghệ lần 9. [2]. Lê Quốc Đạt, Lê Văn Việt Mẫn, Võ Thị Luyến, “Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình lên men bia ở nồng độ cao ”, Hội nghị khoa học và công nghệ lần 9. 5 Tổng kết Nguyên 10/11/2016 iv LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật việc ứng dụng những thành tựu công nghệ mới vào thực tiễn sản xuất diễn ra mạnh mẽ và có những bước đột phá. Có thể nói, sự đổi mới liên tục về công nghệ đã trở thành yếu tố then chốt để duy trì sức cạnh tranh cho doanh nghiệp trên thị trường. Công nghệ sản xuất bia cũng không nằm ngoài xu hướng đó. Bia là một mặt hàng có tính cạnh tranh cao trên thị trường đồ uống nói riêng cũng như thị trường tiêu thụ nói chung. Các doanh nghiệp trên thị trường hiện nay cũng không ngừng đổi mới công nghệ nhằm tăng lợi nhuận cho mình cũng như đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Không chỉ là loại đồ uống chứa cồn thấp, giàu chất dinh dưỡng, cung cấp một lượng calori khá lớn mà bia còn chứa hệ enzyme phong phú trong đó có enzyme amylase kích thích tiêu hóa. Với các thành phần cơ bản như nước, malt đại mạch, hoa houblon, men, bia mang lại tính cảm quan khá tốt cho người tiêu dùng. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng, các nhà sản xuất không ngừng tìm tòi và nghiên cứu các phương pháp sản xuất mới không chỉ tăng lợi nhuận mà còn nâng cao được chất lượng sản phẩm. Vì vậy mà việc ứng dụng công nghệ lên men trong sản xuất bia có những bước tiến mới nhằm phục vụ các yêu cầu trên. v LỜI CẢM ƠN Cảm ơn tất cả các thành viên trong nhóm đã tìm tài liệu cũng như cùng nhau làm bài để có thể hoàn thiện được bài báo cáo. Cảm ơn sự hợp tác của tất cả mọi người cùng nhau thảo luận và đưa ra ý kiến cho đề tài của nhóm. Cảm ơn mọi người đã đọc cũng như lắng nghe bài báo cáo của nhóm về đề tài nghiên cứu “ Ứng dụng lên men trong công nghệ sản xuất bia”. Đề tài là một sự tìm kiếm tài liệu và chọn lọc ra những kiến thức có thể khái quát được phần nào về kiến thức cho các bạn. Tuy nhiên, trong quá trình làm ra quyển báo cáo này, chắc chắn sẽ có nhiều sai xót, và rất mong các bạn sẽ thông cảm và bỏ qua. Nhóm chúng tôi luôn sẵn sàng và trân trọng lắng nghe những lời góp ý của các bạn. Xin chân thành cảm ơn! vi MỤC LỤC BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC ......................................................................... ii LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ iv LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix Chương 1: MỞ ĐẦU................................................................................................... 1 Lí do chọn đề tài ............................................................................................... 1 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2 Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................. 2 Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 3 Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ......................................................................... 4 So sánh các loại bia .......................................................................................... 4 So sánh bia vàng, bia đen ................................................................................. 5 So sánh nấm men nổi và nấm men chìm .......................................................... 7 Các phương pháp lên men bia .......................................................................... 9 Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ......................................................... 10 Nội dung ......................................................................................................... 10 3.1.1. Nguyên liệu ............................................................................................. 10 3.1.2. Công nghệ lên men bia ............................................................................ 24 3.1.2. ..................................................................................................................... 24 3.1.3. Các phương pháp lên men bia ................................................................. 29 3.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.......................................... 35 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 38 vii 3.2.1. Nguyên liệu ............................................................................................. 38 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 38 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 40 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sử dụng cơ chất của nấm men ........................................................................................................................ 40 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình sinh trưởng của tế bào nấm men ........................................................................................................................ 41 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến nồng độ sản phẩm chính................. 42 Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến quá trình hình thành các sản phẩm phụ ......................................................................................................................... 43 4.4.1. Diacetyl ................................................................................................... 43 4.4.2. pH của dịch lên men ................................................................................ 44 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 45 Kết luận .......................................................................................................... 45 Kiến nghị ........................................................................................................ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 46 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các loại bia Việt Nam ................................................................................. 1 Hình 2.1: Bia đen porter Zywiec và bia vàng Hoavener ............................................. 5 Hình 2.2: Nấm men Saccharomyces Cerevisiae ......................................................... 8 Hình 3.1: Đại mạch 2 hàng ....................................................................................... 13 Hình 3.2: Đại mạch nhiều hàng................................................................................. 14 Hình 3.3: Hạt đại mạch hai hàng ............................................................................... 14 Hình 3.4: Quy trình sản xuất bia ............................................................................... 24 Hình 4.1: Sự biến đổi của hàm lượng đường khử trong quá trình lên men .............. 41 Hình 4.2: Sự biến đổi của hàm lượng diacetyl trong quá trình lên men ................... 43 Hình 4.3: Sự biến đổi pH của dịch lên men trong quá trình lên men ....................... 44 ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng so sánh sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng .................................. 6 Bảng 2.2: So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm ................................ 8 Bảng 3.1: Tính theo phần trăm trọng lượng chất khô ............................................... 15 Bảng 3.2: Thành phần hóa học hoa Houblon ............................................................ 17 Bảng 3.3: Thành phần nguyên liệu chuẩn bị dịch nha .............................................. 38 Bảng 4.1: Hiệu suất tổng hợp sinh khối của nấm men tính theo đường khử (triệu tế bào/g) ......................................................................................................................... 42 Bảng 4.2: Hiệu suất sinh tổng hợp ethanol tính theo đường khử (%) ....................... 42 1 Chương 1: MỞ ĐẦU Lí do chọn đề tài Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Nói một cách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và có hương vị đặc trưng của hoa houblon. Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhóm B như vitamin B1, B2, PP. . .). Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Đối với nước ta bia đã trở thành loại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành công nghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta. Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia. Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màu sắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phân loại khác. Hình 1.1: Các loại bia Việt Nam Nước ta nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới có ưu điểm là thị trường giải khát lớn. Mặt khác, các nhà sản xuất bia lon xuất khẩu không nhiều. Do chính sách 2 mở cửa của nhà nước các thương hiệu bia nước ngoài tràn ngập vào thị trường Việt Nam tạo ra sức cạnh tranh rất lớn. Vì vậy, nước ta cần tạo ra một loại bia có chất lượng cao và giá thành sản phẩm ổn định, đẩy mạnh xuất khẩu. Để tạo ra được bia đạt chất lượng thu hút sự quan tâm của nhiều người thì quá trình lên men bia là một trong những nhân tố quan trọng. Chất lượng của bia được xem như là kết quả từ các quá trình hoạt động của nấm men. Vì thế, để có được bia chất lượng đáp ứng được nhu cầu người tiêu dùng thì đây cũng là vấn đề của nhiều nhà sản xuất kinh doanh cũng như những người học công nghệ. Mục tiêu nghiên cứu Sau đây là phần tìm hiểu thông tin chi tiết về công nghệ sản xuất bia nói chung cũng như quá trình lên men bia nói riêng với các mục tiêu sau:  Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình lên men bia nồng độ cao  Nghiên cứu cải thiện quá trình lên men nồng độ cao trong sản xuất bia Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học: đề tài góp phần phát hiện ra những yếu tố về mặt sinh học, lí học cũng như là hóa học ảnh hưởng đến quá trình lên men bia ở nồng độ cao.  Ý nghĩa thực tiễn: đề tài giúp phát hiện ra những mặt lợi cũng như hạn chế mà phương pháp lên men mang lại. Qua đó, chúng ta có thể phát huy, duy trì những mặt lợi cũng như là hạn chế những mặt hại để thúc đẩy tăng năng suất, cũng như là tạo ra một sản phẩm chất lượng đáp ứng được nhu cầu của người dân. Ngoài ra, nó còn là động lực để thúc đẩy sự cạnh tranh về đổi mới phương pháp lên men để tạo ra sản phẩm tốt nhất cho công ty mình. 3 Đối tượng nghiên cứu  Bia, các loại nấm men  Công nghệ sản xuất bia, các phương pháp lên men ứng dụng trong lên men bia. 4 Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU So sánh các loại bia Có nhiều loại bia khác nhau, mỗi loại bia được coi là thuộc về một kiểu bia cụ thể nào đó. Kiểu bia là mác dán miêu tả hương vị tổng thể và thông thường là nguồn gốc của bia, phù hợp với hệ thống đã tiến hóa qua các lần thử và các sai số qua nhiều thế kỷ.Yếu tố chính để xác định loại bia là men bia sử dụng trong quá trình lên men. Phần lớn kiểu bia thuộc về một trong hai họ lớn: ale-sử dụng lên men nổi hoặc lager-sử dụng lên men chìm. Bia có đặc trưng pha trộn của cả ale và lager được gọi là bia lai. Đồ uống chứa cồn sản xuất từ việc lên men đường thu được từ các nguồn không phải là ngũ cốc nói chung không được gọi là "bia", mặc dù chúng cũng được sản xuất bằng cùng một phản ứng sinh học gốc men bia. Mật ong lên men được gọi là rượu mật ong, nước táo lên men được gọi là rượu táo, nước lê lên men được gọi rượu lê, còn nước nho lên men được gọi là rượu vang. Ale: Ale là bất kỳ loại bia nào được sản xuất bằng lên men nổi, và nó thông thường được lên men ở nhiệt độ cao hơn so với bia lager (15-23oC). Các men bia ale ở các nhiệt độ này tạo ra một lượng đáng kể các ester, các hương liệu thứ cấp và các sản phẩm tạo mùi khác, và kết quả là bia tạo ra có mùi vị của hoa hay quả tương tự (nhưng không chỉ có thế) như táo, lê, dứa ,cỏ, cỏ khô, chuối mận hay mận khô. Các khác biệt về kiểu giữa các loại ale là nhiều hơn so với các loại lager, và nhiều loại bia ale rất khó để phân loại chúng. Lager: Lager là loại bia được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới. Chúng có nguồn gốc từ vùng Trung Âu, có tên gọi này là từ lagern ("lưu trữ") trong tiếng Đức. Men bia lager là loại lên men chìm, thông thường được lên men ở nhiệt độ 7- 12°C (45-55°F) ("pha lên men"), và sau đó được lên men thứ cấp lâu ở 0-4°C (30- 40°F) ("pha lager hóa"). Trong giai đoạn lên men thứ cấp, lager được làm trong và chín. Các điều kiện lạnh cũng kiềm chế việc sản xuất tự nhiên các ester và các phụ phẩm khác, tạo ra hương vị "khô và lạnh hơn" của bia. 5 Các phương pháp hiện đại để sản xuất bia lager đã được Gabriel Sedlmayr và Anton Dreher khai phá. Gabriel Sedlmayr trẻ là người đã hoàn thiện bia lager màu nâu sẫm ở nhà máy bia Spaten tại Bavaria còn Anton Dreher là người bắt đầu sản xuất bia lager, có lẽ là màu đỏ hổ phách tại Wien khoảng những năm 1840-1841. Với việc kiểm soát quá trình lên men đã được hoàn thiện hơn, phần lớn các nhà sản xuất bia lager chỉ sử dụng thời gian lưu trữ lạnh ngắn, thông thường từ 1 đến 3 tuần. Phần lớn bia lager ngày nay dựa trên kiểu Pilsener , được sản xuất lần đầu tiên năm 1842 tại thành phố Plzen, ở Cộng hòa Séc. Các loại bia lager Pilsener ngày nay có màu sáng và được cacbonat hóa nồng độ cao, với hương vị mạnh của hoa bia và nồng độ cồn 3-6% theo thề tích. Các thương hiệu bia Pilsner Urquell hay Heineken là các ví dụ điển hình về bia pilsener. Hình 2.1: Bia đen porter Zywiec và bia vàng Hoavener So sánh bia vàng, bia đen Trên thị trường hiện nay có hai loại bia là: bia vàng và bia đen. Với loại bia vàng thì ở nước ta đang rất phát triển và thịnh hành, còn bia đen thì chỉ mới du nhập vào nước ta ở thập niên 90, tuy vẫn chưa quen với mùi vị của nó nhưng hiện nay bia đen cũng đang dần chinh phục thị trường Việt Nam. Trong tương lai nó sẽ phát triển mạnh và đem lại nguồn thu lớn đóng góp vào nền kinh tế nước nhà. Dù bia vàng vẫn là sản phẩm truyền thống, nhưng bia đen đang mang lại một chút sành điệu cho người tiêu dùng, thậm chí trở thành ưu thế cho những thương hiệu mới tham gia thị trường. 6 Bảng 2.1: Bảng so sánh sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng Bia đen Bia vàng Nấm men: Saccharomyces Cerevisiae Nấm men: S. pastorianeus, S. uvarium, S.carbergensis Phương pháp lên men nổi Phương pháp lên men chìm Malt đen có màu nâu sẫm, hương vị ngọt đậm do sấy ở nhiệt độ 105oC trong thời gian 48 giờ. Malt vàng do sấy ở nhiệt độ 85oC, thời gian sấy là 24 giờ, có vị đắng dịu hương thơm ngát nhưng rất nhẹ nhàng, hương này do hoa houblon quyết định. Bia đen có độ nhớt cao Bia vàng có độ nhớt thấp hơn bia đen Nước thường sử dụng là nước cứng Nước thường sử dụng là nước mềm Ngoài ra, bia vàng có thành phần hoa bia (houblon) nhiều hơn, trong khi bia đen có thành phần lúa mạch nhiều hơn và lại là loại lúa mạch được sấy khô cho có màu đen (còn gọi là carafamalt). Chính đặc điểm này tạo nên sự khác biệt về tính chất sản phẩm: bia đen có chất đạm cao hơn, bia vàng nhiều vitamin (B2, B6, B9) hơn. Bia tươi uống ngon nhất ở nhiệt độ 12oC. Nếu để bia nguội đi quá nhiệt độ này, bia đen uống vẫn còn vị ngọt trong khi bia vàng lại đắng.  Bia đen tốt cho sức khỏe Một phát hiện mới đây của các nhà khoa học cho thấy, sản phẩm bia đen có màu tối rất tốt cho sức khỏe: mở rộng mao mạch, giảm nguy cơ đóng cục máu gây ra bệnh tim và đột quỵ. Sở dĩ bia đen có công dụng trên là vì thời gian ủ chúng lâu hơn ba lần loại bia thường. Ngoài ra, trong bia còn chứa nhiều bột nha mạch rất tốt cho sức khỏe. Tuy nhiên không vì thế mà bạn uống bia một cách bừa bãi. Các nhà khoa học cho rằng tốt hơn hết các bạn chỉ nên uống 2 cốc/ngày. Kết luận này do kết luận của các chuyên gia y học của Trường Đại học Wisconsin và các viện nghiên cứu rượu bia ở Mỹ và Anh đưa ra. 7 So sánh nấm men nổi và nấm men chìm Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường saccharoze. Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm. Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi. Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấm men kết bông. Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Còn nấm men nổi không có khả năng này. Nấm men nổi nổi lên trên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính. Trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính, làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men nổi. Như