Đề tài Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất bia

Bấm & sửa kiểu tiêu đề Bấm & sửa kiểu tiêu đề Mức hai Mức ba Mức bốn Mức năm 23/10/2013 ‹#› TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM…………BÀI TIỂU LUẬN VI SINH THỰC PHẨMĐề Tài :ỨNG DỤNG VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT BIA GVHD : Ths.Vũ Thị Lâm An Nhóm: 3 Tên: MSSV: Nguyễn Thị Quản An 11156096 Đặng Thị Anh 11156018 Ngô Thị Thùy Ân 11156022 Nguyễn Thị Mỹ Diễm 11156098 Mục lục A. Mở đầu B.Tổng quan I. Khái quát II. Nguyên liệu III. Nấm men sử dụng trong sản xuất bia IV. Quy trình công nghệ V. Đánh giá chất lượng bia VI. Sinh vật gây hại trong sản xuất bia C.Tổng kết A. MỞ ĐẦU Vấn đề tìm hiểu và phát hiện những enzyme, vi sinh vật có tác dụng tốt nhằm đưa vào để chế biến những thực phẩm bổ dưỡng cho con người và tạo nên sự đa dạng sản phẩm trên thị trường đang là xu hướng của thế giới. Trong đó sản phẩm bia là một trong những loại đồ uống được ứng dụng từ sự lên men bởi vi sinh vật. Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm hoa houblon và nước với một quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao (4-5g/l) giúp cơ thể giải khát một cách triệt để khi ta uống. Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các quốc gia trên thế giới. Với sản lượng ngày càng tăng B. TỔNG QUANI. LỊCH SỬ •Thời kỳ Ai Cập cổ đại - 5000 TCN, người Sumerien và Assyrien đã sản xuất đồ uống lên men từ các hạt ngũ cốc. - 4000 TCN, bia Ai Cập = bia các nhà quí tộc - 2000 TCN, dưới thời vua Hammourabi, người Babilon đã viết thành sách các nguyên tắc nấu bia. Có từ 2500 TCN, tìm thấy trong ngôi mộ Ai Cập 1500 trước CN - Đã tìm thấy dấu vết sản xuất bia tại Đan Mạch - Các nước châu Âu cũng biết đến sản phẩm bia từ đó - Tạo hương bằng cây, cỏ thảo mộc có vị đắng và hương thơm Thế kỷ thứ VIII - Phát hiện hoa Houblon - Bảo quản bia lâu hơn, tạo hương vị đặc biệt. -Thay thế mọi cỏ thơm khác • Thời kỳ Louis Pasteur -Trong cách mạng Pháp: thời kỳ tàn của các phân xưởng bia nhà thờ - Thời Napoleon: các xưởng bia được khôi phục -1880: bước ngoặc trong ngành sản xuất bia + Louis Pasteur phát hiện ra bản chất của quá trình sản xuất bia + Lên men tự nhiên => tuyển chọn chủng giống (hương vị ổn định, chất lượng tăng) + Bảo quản bia = đun nóng ở 70oC (Thanh trùng Pastuer) • Thời đại hiện nay -Từ đầu TK XX, SX bia đang phát triển mạnh => gặp cú sốc (do chiến tranh) -Từ 1946, NCKH phát triển nhanh, ngành CNSX bia phát triển 2. Sơ lược về bia II. NGUYÊN LIỆU1. Nước Nước có thể coi là nguyên liệu sản xuất bia. Chiếm 77 – 90% trọng lượng bia. Nước đóng vai trò quang trọng, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của bia và đặc biệt là hương vị của bia thành phẩm Các chỉ số quan trọng của nước là: độ cứng, độ oxy hóa và vi sinh vật. Nước dùng trong sản xuất bia là nước mềm 2. Thóc malt: Thóc malt là nguyên liệu chính để nấu bia. Thóc malt là các loại ngũ cốc nảy mầm có hoạt tính enzyme amylaza và proteaza, có mùi thơm của hạt sấy khô. Đại mạch nói chung là giàu protein Để sản xuất bia, thóc đại mạch được ngâm và cho nảy mầm trong những điều kiện được kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, độ ẩm, nhờ đó, chất lượng malt mới thực sự được ổn định và đảm bảo Nhiệt độ cần bảo quản ≤ 300C. Thời hạn tối đa có thể bảo quản: 2 năm. Hiện nay có 2 loại malt: malt vàng và malt đen Ngoài ra còn có một số malt đặc biệt để sản xuất những loại bia đặc biệt: Malt caramen, Malt cà phê, Malt mela. Màu bia phụ thuộc nhiều vào chế độ sấy malt 3. Hoa houblonCây houblon có tên khoa học là Humulus lupulus L. Đây là loại cây leo phân tính, thuộc họ Gai dầu, được trồng ở các nước vùng ôn đới. Hoa của nó được dùng sản xuất bia, tạo hương vị đặc biệt Thành phần hóa học: Chất đắng, Tinh dầu thơm, Polyphenol Vai trò - Tạo vị thơm dễ chịu, vị đắng chát đặc trưng của bia - Sử dụng như chất bảo quản cho bia (tính sát trùng, tính ổn định cho các thành phần của bia; tăng khả năng tạo và giữ bọt) 4. Nấm men Nấm men được dùng trong sản xuất bia thuộc saccharomyces. Trong sản xuất bia, người ta sử dụng cả nấm lên men nổi (Saccharomyces Cerevisiae) và nấm lên men chìm (Saccharomyces carsbergensis, S. uvanium). 5. Các chất phụ gia - Nhóm chất dùng để xử lý nước: muối sulfit hay sulphate natri, hợp chất có chứa chlor, acid… - Nhóm chất dùng để chống oxy hóa cho bia - Các chế phẩm enzyme - Nhóm chất dùng cho quá trình thu hồi bia - Nhóm chất trợ lọc làm trong dịch đường, bia, nước 4. Các nguyên liệu tinh bột Đây là những nguyên liệu phụ dùng trong sản xuất bia nhằm cung cấp tinh bột cùng với thóc malt chuyển thành đường maltoza trong quá trình đường hóa. Các nguồn nguyên liệu này là gạo, ngô, mì, mạch đen, cao lương, sắn và khoai tây I. NẤM MEN SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT BIA1. Đặc điểm hình thái và cấu tạoa) Khái quát Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên. Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces Có hai giống chính là men ale (Saccharomyces cerevisiae) và men lager (Saccharomyces carlsbergensis) b) Cấu tạo c) Thành phần hóa học Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-30% còn lại là chất khô Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có Nitơ khác chiếm 50%, chất béo 1,6%, hydrat cacbon 33,2%, mô tế bào 7,6%, tro 7,6%. Thành phần những chất này không ổn định, nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men 2. Đặc điểm phân loại nấm men a) Nấm men nổi Tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi các tế bào nấm men hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc hình oval với kích thước từ 7 – 10μm Đặc điểm : Sacchromyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt độ lên men từ 10 – 250C. Khi quá trình lên men kết thúc, tế bào kết chùm, thành chuỗi tạo lớp dày nổi lên bề mặt cùng với bọt bia làm cho khả năng tự trong của bia rất chậm, khả năng lắng yếu nên phải lọc cẩn thận. b) Nấm men chìm Lên men ở nhiệt độ thấp dùng trong sản xuất bia lager. Hầu hết các tế bào sau khi nảy chồi thường đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi, hình dạng chủ yếu là hình cầu. Thành phần hoá học của tế bào chứa khoảng 75% nước, 15 – 45% protein của chất khô, 25 – 35% cacbonhydrat, 4 – 7% chất béo, 8 – 9% chất vô cơ Đặc điểm Tế bào Sacchromyces carlsbergensis hình ovan, có kích thước 6-12 μm, sinh sản bằng cách nảy chồi. Rất khó tạo thành bào tử ( nấm men nổi dễ sinh bào tử hơn). Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ lên men từ 6-8oC, nấm men chết ở nhiệt độ 50-600C. Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị. Dễ kết lắng và dễ tách lớp. Dựa vào khả năng kết lắng : + Nấm men bụi + Nấm men kết bông. c) Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm Đặc tính Nấm men nổi S. Cerevisiae Loại bia : Ale Nấm men chìm S.carlsbergensis Loại bia: Lange Nhiệt độ lên men 14 - 250C 6-80C Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn (glucose, fructose), đường đôi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose). Lên men tốt glucose, maltose, galactose, fructose, saccharose, mannose và cả raffinose Khả năng lên men Lên men mạnh trên bề mặt môi trường. Lên men mạnh trong lòng môi trường Khả năng tạo bông, kết lắng Kết bông trên bề mặt, bia khó trong tự nhiên Kết chùm lắng xuống đáy, bia trong tự nhiên 3.Vai trò của 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 dịch đường thành rượu (C2H5OH) và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia, tạo ra các mùi vị đặc trưng cho sản phẩm, tùy vào loại nấm men mà tạo ra các mùi vị khác nhau 4. Giữ giống bia Quá trình giữ giống phải giữ được những tích chất ban đầu của chúng. Giữ được trạng thái tiềm sinh này có thể áp dụng các phương pháp bảo quản ở nhiệt độ thấp 2 – 40C ( không quá 80C), đông khô, ở dạng bào tử hoặc kỵ khí. Bảo quản giống cần thiết ở 5-80C trong bảo hòa CO2 có thể giữ được những tính chất ban đầu, nâng cao được khả năng lên men và cải thiện được mùi vị của bia 5. Nuôi cấy giống men bia Nuôi cấy giống men bia trong sản xuất cũng theo nguyên tắc tăng dần thể tích và số lượng tế bào để đảm bảo khả năng lên men Sử dụng lại men sau khi lên men chính: cặn men ở các thùng lên men chính sau khi đã chuyển dịch vào lên men phụ chia làm 3 lớp : lớp dưới cùng là những tế bào già, lớp giữa là những tế bào trẻ hơn, và lớp trên cùng là những tế bào có kích thước nhỏ. Chỉ nên dùng lại lớp men giữa sau khi được xử lý vì có khả năng lên men mạnh. II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA1. Quy trình sản xuất bia 2. Quá trình lên men a) Quá trình lên men chính Là quá trình chuyển hóa các chất đường và destrin thấp trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ tác dụng của nấm men. C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q Các sản phẩm phụ (các este, acid hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyde, glycerin…) đi vào thành phần hòa tan của dịch lên men. Quá trình lên men chia làm 5 pha: - Pha lag - Pha tăng tốc - Pha lũy thừa - Pha giảm tốc - Pha cân bằng động Kết thúc quá trình lên men chính là sản phẩm bia non có đặc điểm còn đục, mùi vị còn nồng, cảm quan chưa đạt Các thông số cần theo dõi trong quá trình lên men chính: - Hàm lượng đường, pH đầu là 5,2 - 5,6 - pH cuối lên men chính còn 4,4 - 4,5 do H2CO3 sinh ra - Nồng độ ethanol: • Nồng độ ethanol 2% nấm men phát triển bình thường • Nồng độ ethanol 2% - 5%: nấm men giảm tăng trưởng • Nồng độ ethanol > 5 % nấm men chấm dứt tăng trưởng nhưng vẫn lên men • Nồng độ ethanol =12% nấm men chấm dứt lên men - Thời gian lên men: 7 – 10 ngày phụ thuộc vào độ cồn và pH. b) Quá trình lên men phụ Qúa trình lên men phụ thực hiện trong các bình kín ở nhiệt độ từ 0 – 50C. Quá trình lên men xảy ra chậm tiêu hao một lượng đường không đáng kể, dịch lên men lắng đọng và bão hòa CO2. Giai đoạn này gọi là quá trình ủ chín bia. Kết thúc giai đoạn này ta thu được bia là một sản phẩm ở dạng dung dịch bão hòa CO2, có vị thơm ngon dễ chịu nhờ những quá trình chuyển hóa xảy ra ở nhiệt độ thấp. Quá trình lên men phụ là quá trình: - Các phản ứng enzyme và phi enzyme diễn ra dẫn đến ổn định chất lượng bia. - Các hợp chất tạo hương quan trọng hình thành - Diacetyl bị phân hủy xuống tới dưới mức quy định 0,2 mg/l là chỉ tiêu quyết định thời gian lên men phụ - Bão hòa bia bằng CO2 tăng vị và khả năng tạo bọt, ức chế sự phát triển của vi sinh vật có lợi. 3. Một số yếu tố liên quan tới quá trình lên men và chất lượng bia a) Giống khởi động Nếu nồng độ men bia trong thời gian đầu quá thấp hoặc giống yếu hay bị già men có khả năng nảy chồi tiếp và thời gian đạt được định mức là rất dài. b) Nhiệt độ Nhiệt độ nuôi cấy có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và lên men của men bia Trường hợp lên men ở nhiệt độ cao sẽ thu được: + Thời gian lên men ngắn + Mật độ tế bào nấm men đạt được cao + Lên men triệt để hơn, nhưng sản phẩm bậc hai tạo ra nhiều hơn + Lượng sinh khối cao c) pH của dịch lên men PH của dịch đường trước khi lên men là 5,5 -5,6 và trong quá trình lên men chính sẽ giảm dần 4,4- 4,5 . Trong thời gian lên men phụ các axit hữu cơ có mặt trong dịch sẽ phản ứng với các loại rượu và tạo thành các este có ảnh hưởng tới việc tạo mùi của bia. Do vậy, pH của dịch bia sẽ tăng dần trở lại. d) Diaxetyl, axetoin và 2,3-butandiol Axetoin nếu vượt quá 2,3 mg/l cũng tạo ra hương vị không tốt cho bia. Nếu lượng men giống đưa vào lên men lớn và nấm men sớm phát triển mạnh sẽ thúc đẩy quá trình khử diaxetyl thành 2,3-butandiol. Diaxetyl là hợp chất không có lợi trong bia, nó thường gây nên mùi và vị khó chịu cho bia. e) Oxy và thế oxy hóa khử Oxy có ảnh hưởng rất mạnh đến hoạt tính của nấm men, đặc biệt là hoạt tính của các enzyme oxygenaza- các enzyme tham gia vào tổng hợp các axit béo và các sterol. IV. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BIA THÀNH PHẨM  1. Chỉ tiêu cảm quan  Màu sắc: Màu sắc của bia được tạo thành là do phản ứng maillard. Tùy vào từng loại malt mà ta có các màu sắc khác nhau. Mùi: dễ chịu, không có các mùi lạ Vị: Vị của bia thì đặc trưng cho từng loại bia. Hài hòa, dễ chịu, không có vị lạ Độ trong: yêu cầu chung đối với mọi loại bia là phải trong suốt. Độ bền bọt: Bọt của bia được hình thành do sự giải phóng CO2 trong bia Nhỏ, đều, trắng, xốp. Bọt bền, thời gian tồn tại dài Chỉ tiêu hóa lý - Hàm lượng etanol, rượu bậc cao, este và các axit hữu cơ - Glyxerin - Các chất khoáng - Hàm lượng các chất chứa nitơ Chỉ tiêu vi sinh Quan tâm tới tổng vi sinh vật hiếu khí, nấm men, nấm sợi và một số vi sinh vật gây bệnh (E.coli, Coliforms, S.aureus, Cl perfringens…). VI. SINH VẬT CÓ HẠI TRONG SẢN XUẤT BIA Nấm men Trong sản xuất bia thường gặp những men dại, chúng khác với men bia ở hình thái, sự tạo thành bào tử dễ dàng,hoặc không tạo bào tử. Chúng làm cho bia có mùi vị khó chịu và làm đục bia. Các men dại của bia gồm có: + Saccharomyces pasteurianus : có hình tròn, hình oval dài, dễ tạo thành bào tử sau 24-48h. Làm cho bia có mùi lạ và vị đắng, bia bị vẫn đục và khó sáng màu + Saccharomyces turbidans :có hình oval tạo thành bào tử sau 24-48h. Bị nhiễm giống này từ không khí, làm thay đổi vị bia và bia bị đục mạnh. - Các men dại của bia gồm có +S. wilianus và apiculatus( hanseniaspora). Tế bào hình quả chanh,thường gặp ở các loại quả. Ức chế men giống,tạo cặn,gây cho bia có mùi khó chịu. + Candida(mycoderma.) Chúng phát triển trên bề mặt dịch lên men và bia khi có đủ không khí và tạo thành màng. Các men này không lên men rượu mà lại oxy hóa rượu và acid hữu cơ thành nước và khí cacbonic. Tạo màng, tạo cặn, làm cho bia có mùi vị khó chịu. + Torulopsis thường gọi là torula bia có tế bào tròn, không tạo bào tử, lên men rượu nhẹ làm đục bia làm hỏng vị của bia,tạo điều kiện cho vi khuẩn pedicoccus và Sarcina phát triển. - Các men dại của bia gồm có + Pichia dễ liên kết 2 tế bào hoặc 1 số tế bào thành chuỗi ngắn, không tạo bào tử. Chúng dễ phát triễn khi bề mặt dịch lên men có đủ không khí, dễ làm vẫn đục bia, lam cho bia có mùi vị este hoa quả, thảo dược. Xác định men dại: Men giống dễ phát triển trên môi trường là dịch malt không có hoa houblon đã thanh trùng có 2% acid tactric. Sau 24-48h thấy bắt đầu lên men là có thể có men dại. Người ta còn cấy dịch men cần thử lên khối thạch cao và men dại sẽ sinh bào tử sau 40h, còn giống men bia không sinh bào tử. 2.Vi khuẩn Vi khuẩn có thể phát triển trên dịch men và bia với nhiều chủng loại thuộc các nhóm có đặc tính sinh lý khác nhau. Trong số các tạp khuẩn của bia có các vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm. Các trực khuẩn của vi khuẩn Gram dương sinh catalaza ít gặp trong bia. Tạp khuẩn ở bia thường gặp là những nhóm sau: 2.1 Vi khuẩn lactic (Lactobacterium): rất nguy hại cho bia. Dễ làm chua và đục bia. Có 2 nhóm là cầu khuẩn và trực khuẩn, dễ lên men đường và tạo thành acid lactic. Chúng có các đặc tính sau đây: gram(+) không tạo bào tử, chuyển động, phân hủy gelatin, không tạo catalaza, không khử nitrat thành nitric, chịu được độ rượu cao, kị khí và phát triển khi bão hòa CO2 trên mặt dịch lên men, chịu được độ acid cao . Lactobacterium pasteurianum: trực khuẩn dài rất mảnh, làm đục và chua bia. Nguyên nhân làm chua bia còn có thể do 1 số vi khuẩn lactic khác. Pediococcus hay là sarcina của bia: rất nguy hiểm trong sản xuất bia, cầu khuẩn liên kết 2,4 hoặc thành chuỗi, không tạo bào tử, gram dương, kị khí. Kích thước của tế bào 0,6-1,5µm. Nó nhiễm vào men giống và làm đục bia, tạo cho bia có mùi mật ong khó chịu, vì nó tạo ra chất diaxetyl, làm cho nấm men bị lắng cặn quá sớm và chết. Xác định Pediococcus Phương pháp soi kính. Phương pháp sinh học: Cho các dịch nghiên cứu vào nước amoiac – nấm men và giữ ở tủ ấm 250C. Sau vài ngày đem cặn ra soi kính xem Pedicoccus. Phương pháp Betgece – Geller: Môi trường là bia không có hoa houblon với tinh bột chưa đường hóa và có hàm lượng rượu là 6%.cho vào môi trường này 1 lượng lớn các mẫu nghiên cứu. Giữ ở 25oC trong 5 ngày, sau đó lấy cặn soi kính hiển vi và xác định sự có mặt của Pedicoccus đang phát triển.   - Trực khuẩn đường ruột :Escherichia coli dễ phát triển trong dịch lên men và có thể tồn tại rất lâu trong bia. Làm dịch bị đục mạnh, giảm hoạt tính của men giống. Số lượng vi khuẩn này là chỉ số vệ sinh trong sản xuất. 3. Nấm mốc Các nấm mốc thường gặp là Aspergillus, Penicillium, Rhzopus. Aspergillus dễ thấy ở hạt bị vỡ và hoa houblon. Penicillium và Rhzopus ký sinh ở thóc malt, làm thóc malt bị thẫm màu và làm giảm hoạt lực của enzyme gây khó khăn ho quá trình đường hóa, dịch đường có độ axit cao C. TỔNG KẾT Lên men bia là giai đoạn quan trọng quyết định chất lượng của bia và hiệu suất sản xuất Việc sản xuất ra một loại nước giải khát lên men rất bổ dưỡng như bia là một thành công rất lớn của con người. Bia là một loại nước giải khát lên men rất bổ dưỡng. Bia có độ rượu nhẹ hàm lượng rượu khoảng 3 - 6%, có ga hàm lượng CO2 khoảng 3 - 4 g/l, có bọt mịn xốp, có hương vị thơm ngon rất đặc trưng. Ngoài ra, bia còn chứa một số chất bổ dưỡng THANK YOU,….!