Phần I: Nguyên liệu sản xuất bia

I. Đại mạchII. Hoa houblonIII. NướcIV. Các nguyên liệu khác

I. Đại mạch

1. Đặc điểm cấu tạo thực vật

– Đặc điểm

– Cấu tạo hạt

2. Thành phần hóa học của hạt đại mạch

– Các thành phần chính

– Vai trò trong sản xuất Malt và Bia

3. Bảo quản và vận chuyển hạt đại mạch

4. Đánh giá chất lượng đại mạch

Đặc điểm thực vật

• Phân loại theo thời gian thu hoạch– mùa đông – mùa xuân

• Phân loại theo số hàng hạt– 2 hàng– 6 hàng

• Vùng trồng: khí hậu ôn đới– Trung Âu– Canada– Úc

Two Row Barley• Grains only grow on two rows on the ear. Only two of the

six flowers are fertile• Typically has lower protein and enzymes than six row

barley. • Thinner husk compared to six row barley, which means less

tannins that can cause off flavors in beerSix Row Barley• Grains grow on six rows on the ear. All six of the flowers

are fertile. Yields more per acre than two row barley malt.• High in proteins and enzymes. So good with adjuncts like

rice and corn which are weak in proteins and enzymes.• Thick husk and more tannins than two row barley malt.

Cấu tạo hạt đại mạch

Bên ngoài

Bên trong

1. Phôi thân2. Mầm 3. Phôi rễ4. Ngù

(scutellum)5. Lớp biểu mô6. Nội nhũ7. Khoảng trống8. Lớp aloron9. Vỏ hạt10.Vỏ quả11.Vỏ trấu

Nội nhũ

Hạt tinh bột trong nội nhũ

Hạt kích thước lớn 20 -30 µmHạt kích thước nhỏ 3-5 µm (chiếm 75-90% số hạt chứa tinh bột trong nội nhũ, chiếm 3-10% lượng tinh bột của hạt

Cấu trúc thành tế bào tinh bột

Lớp vỏ alơron nội nhũ

• Bao quanh nội nhũ, giàu protein

• Sản xuất enzyme trong quá trình nảy mầm của hạt

P: Các đường vận chuyển gibberellic acid dọc trong lớp aloron, bao quanh nội nhũ

Thành phần hóa học

• Độ ẩm đại mạch: 14-14.5%• Thành phần theo chất khô:

– Cacbohydrate tổng số 70,0 - 85,0%– Protein 10,5 -11,5%– Các chất vô cơ 2,0 - 4,0% – Chất béo 1,5 - 2,0% – Các chất khác 1,0 - 2,0%

• enzyme

Gluxit

• Tinh bột• Cellulose• Hemicellulose• Đường

Tinh bột

• 50 -63% khối lượng hạt đại mạch• Cung cấp năng lượng cho hạt khi nảy mầm • Nguồn cung cấp đường cho dịch đường sau này

2 thành phần chính

-Liên kết 1-4-20-25%

-Liên kết 1-4, 1-6 -75-80%

Cellulose

• 5 -6% khối lương• Tập trung ở lớp vỏ trấu• Vai trò: tạo cấu trúc cho hạt

--liên kết 1-4

Không hòa tan trong nước, rất khó bị phân hủy bởi enzyme không ảnh hưởng tới chất lượng bia

Hemicellulose

-glucan, 80-90%Liên kết -1,3 và1-4 ảnh hưởng tới CNSX Bia??

Pentosan:10 -20%Xylose và arabinose (đường 5 C) Ảnh hưởng tới CNSX Bia?

Vai trò: cấu trúc thành tế bào tinh bột trong nội nhũ

Đường

• Chiếm 1.8 – 2% • Chủ yếu là saccharoza • Glucose, fructose chiếm lượng nhỏ.

Các hợp chất chứa nitơ

• Protein (92%)– Đặc điểm chính: hc cao phân tử, không tan trong nước,

kết tủa khi đun sôi Ảnh hưởng tới CNSX Bia??– Thành phần (phân loại theo độ hòa tan):

• Glutelin: 30%, tan trong kiềm loãng• Prolamin: 37%, tan trong cồn 80%• Globulin: 15%, tan trong dịch muối loãng• Albumin: 11%, tan trong nước

Các hợp chất chứa nitơ

• Các sản phẩm thủy phân của protein (8%)– Đặc điểm chính: kích thước nhỏ hơn protein, hòa tan

trong nước– Thành phần theo kích thước:

• Phân tử lượng cao: albumose, globulose, pepton vai trò??• Phân tử lượng thấp: polypeptide, oligopeptide, amino axit

vai trò??

Chất béo

• 2% trong đại mạch (aloron, mầm)• Chủ yếu là glycerid của axit béo: mạch ngắn, mạch

dài, dạng bão hòa hoặc chưa bão hòa• Vai trò đối với CNSX Bia: dạng chưa bão hòa quan

trọng cho cấu trúc tế bào nấm men, các dẫn xuất có ảnh hưởng tới hương vị bia

• Axit béo mạch trung bình có ảnh hưởng xấu tới khả năng giữ bọt

Thành phầnvô cơ

• Chiếm 2-3%• phôt phát (P2O5) 35%

– Tham gia vào cấu trúc của nhiều thành phần hữu cơ: nucleic, protein...

– Liên quan tới nhiều quá trình sinh hóa • Silicat 25%

– nằm nhiều trong vỏ trấu– Tạo cặn

• Kali K2O 20%

Polyphenol, tanin

• Nằm nhiều trong vỏ trấu và lớp aloron• Ảnh hưởng xấu tới vị và độ bền keo của bia

Vitamine

• B1• B2• C• E

Các enzyme

• Trong đại mạch, hàm lượng thấp

• Chủ yếu là enzyme thủy phân– Các amylaza tinh bột– Các proteinaza protein– Lipaza lipit– Sitaza thành tế bào

Enzym Nhiệt độ tối ưu (oC)

pH tối ưu

Cơ chất tác động

Sản phẩm tạo ra

Beta-glucan solubilaza

62 -65 6.8 Hợp chất phức hợp beta-glucan và protein

Cao phân tử beta-glucan hòa tan

Endo 1-4 beta-glucanaza

40 - 45 4.5 – 4.8 Cao phân tử beta-glucan hòa tan

Thấp phân tử hòa tan beta-glucan, cellobioza

Exo – beta-glucan < 40 4.5 Cellobioza glucose

Endo-peptidaza 45-50 4 – 5.5 Protein Peptid, a.a tự do

Carboxy-peptidaza 50 4.6-4.8 Protein,peptit a.a tự do

aminopeptidaza 45 7.0-7.2 Protein, peptit a.a tự do

peptidaza 45 8.8 dipeptit a.a tự do

Các enzyme

Các enzyme tham gia trong quá trình đường hóa (tiếp)

Enzym Nhiệt độ tối ưu (oC)

pH tối ưu

Cơ chất tác động

Sản phẩm tạo ra

Alpha amylaza 65 -75 5.6 -5.8 Amyloza, amylopectin

Oligosaccharit

Beta-amylaza 60 -65 5.4 – 5.6 amyloza, amylopectin, từ đầu không khử

Maltoza

maltaza 35 - 40 6.0 maltoza Glucose

Dextrinaza giới hạn 55 - 65 5.1 Dextrin giới hạn Dextrin

lipaza 55 -65 6.8 – 7.0 lipid Glycerin, axit béo

Polyphenol oxidaza 60 -65 6.5 – 7.0 polyphenol Polyphenol bị oxi hóa

phosphataza 50 -53 5.0 Hợp chất liên kết phosphat

Phosphat vô cơ

Phân loại và làm sạch hạt

1.Gàu tải2.Máy tách kim loại3.Thùng chứa4.Quạt sàng5.chọn và phân loại hạt6.Cân7.Thiết bị tách bụi

Thiết bị vận chuyển hạt

Thiết bị làm sạch kim loại

Tách kim loại dạng phẳng nghiêng

Tách kim loại trống quay

Thiết bị sàng quạt

1. Đại mạch chưa làm sạch2. Tạp chất lớn3. Tạp chất nhẹ (rơm, rác)4. Tạp chất bé5. Đại mạch sạch6. Bụi bẩn7. Con quay điều chỉnh hạt

Bảo quản đại mạch

• Mục đích: giữ cho hạt đại mạch có chất lượng tốt– Đảm bảo nhiệt độ– Đảm bảo độ ẩm– Đảm bảo sự xâm nhập của các côn trùng, gặm

nhấm• Sấy giảm độ ẩm• Thông gió giảm ẩm, nhiệt độ• Bảo quản trong các kho bằng, silo

Đánh giá chất lượng đại mạch

• Cảm quan– Mùi– Sự ẩm mốc– Màu sắc bên ngoài– Hạt bị vỡ, hỏng– Độ giòn của vỏ trấu– Hình dạng hạt, kích thước hạt– Độ đồng đều– Tỷ lệ hạt nảy mầm– Tỷ lệ các hạt lạ khác

• Đánh giá bằng các phương pháp hóa lý – Phân loại

• Loại hảo hạng: ít nhất 95% hạt trên rây 2,8 mm và cho phép < 2% qua rây 2,2 mm

• Loại tốt: ít nhất có 90% hạt trên rây 2,8 mm và 2 - 4 % lọt qua sàng 2,2 mm

• Loại trung bình: 85% trên rây 2,8 mm và 3 - 4% lọt qua sàng 2,2 mm

Đánh giá chất lượng đại mạch

– Khối lượng 1000 hạt– Giá trị trung bình của 1000 hạt đại mạch tính theo trọng lượng:– Đại mạch nhẹ: 37 - 40 g– Đại mạch trung bình: 41 - 44 g– Đại mạch nặng: > 45 g – Gái trị trung bình 1000 hạt đại mạch tính theo chất khô:– Giá trị trung bình: 38 - 40 g– Giá trị giới hạn: 30 - 45 g

– Dung trọng (khối lượng của 100 lít hạt)– Độ cứng nội nhũ– Hàm lượng nước– Hàm lượng protein…

Đánh giá chất lượng đại mạch

• Đánh giá các chỉ tiêu sinh lý– Hiệu lực nảy mầm:

• Là tỉ lệ phần trăm của các hạt nảy mầm ở 200C sau 3 ngày khi để các hạt giữa 2 tờ giấy lọc vào trong hộp Petri và cho 4ml nước.

– Năng lực nảy mầm:• Là tỉ lệ phần trăm các hạt nảy mầm sau 5 ngày

– Đại mạch tốt: • hiệu lực nảy mầm 90% • đối với năng lực nảy mầm 95%

– Khả năng hút nước

Kiểm tra nảy mầm

II. Hoa houblon

1. Cấu tạo thực vật2. Thành phần hóa học và vai trò3. Một số loại chế phẩm hoa houblon4. Đánh giá chất lượng hoa và tính toán

Hoa houblon

• Thành phần không thể thiếu cho sản xuất bia, tạo hương thơm và vị đắng đặc trưng

• Dạng cây leo• Cần nhiều ánh

sáng, > 13 tiếng/ngày, trong khoảng vĩ tuyến 35 -55 độ

Hoa đựcHoa cái

Diện tích và sản lượng hoa houblon trên thế giới 2010

November 2010 IHGC Economic Commission Report

Tính đến 2010, các nước Mỹ, Trung Quốc và Đức là những nước trồng nhiều hoa huplong nhấtBáo cáo của hiệp hội trồng hoa Húp lông quốc tế

Thu hoạch, sấy hoa

• Thu hoạch cuối tháng 8, thời gian ngắn < 14 ngày

• Bằng tay hoặc máy

• Độ ẩm hoa thu hoạch 80%, sấy ngay lập tức để bảo quản xuống độ ẩm 8 -12% ở nhiệt độ 60oC

• Nén vào trong các túi chứa

• Giảm chất lượng ??

Hoa houblon

Hạt LupulinChứa nhựa hoa và tinh dầu thơm

Cuống chứa nhiều tanin (polyphenol)

Thành phần hóa học

Thành phần % hàm lượng

Nước 6-12

Chất đắng 18.5 (so với chất khô)

Tinh dầu thơm 0.5 (chất khô)

Polyphenol 3.5 (chất khô)

Protein 20 (chất khô)

Khoáng 8 (chất khô)

Cellulose 40-50 (chất khô)

Thành phần nào là quan trọng??

Thành phần chính của nhựa hoa

CÁC CHẤT NHỰA CỦA HOA HOUBLON

(tan trong methanol và trong ête)

Các chất nhựa mềm(tan trong methanol)

Các -axít

Phần các chất còn lại

Các -axít

Các chất nhựa mềm khác chưa xác định

Các chất nhựa cứng(tan trong ête)

Các chất đắng trong hoa houblon

• Độ đắng = -axit + -fraction/9(Công thức Wolmer)

Các axit đắng trong hoa houblon

Tên R %Humulon CH2CH(CH3)2 35 - 70

Cohumulon CH(CH3)2 20 - 30

Adhumulon CH(CH3)CH2CH3

10 - 15

Prehumulon CH2OHCH(CH

3)1 - 10

Posthumulon CH2CH3 1 - 5Tên R %

Lupulon CH2CH(CH)2 30 - 55

Colupulon CH(CH3)2 20 - 55

Adlupulon CH(CH3)CH2CH3

5 - 10

Prelupulon CH2CH2CH(CH

3)2

1 - 3

Postlupulon CH2CH3 -

Tinh dầu thơm

• 200 hợp chất• Carbohydrate• Hợp chất chứa lưu huỳnh• Các hợp chất chứa oxy• Vai trò?

Polyphenol

• 2-5% chất khô• Chứa các chất tanin, flavonol, catechin, anthocyanogen• Vai trò trong sản xuất bia?

– Vị– Đục– Màu– Sát trùng

Các hợp chất khác

• Hợp chất chứa nitơ• Chất béo và chất sáp• Các chất khoáng

Các loại chế phẩm hoa houblon

• Hoa viên: Hoa viên 90, 45, isomeric

Loại 90 Loại 45

Tỷ lệ tính theo trọng lượng

90 - 96% 44 - 52%

Phần dung tích 20 - 30% 10 - 25%

Độ đắng và hương thơm

100 - 106% 200 - 220%

Hàm lượng tanin 100% 50%

Hàm lượng chất rắn 100% 50%

Hàm lượng các chất có hại

100% 50%

Cao hoa

• Chiết xuất bằng dung môi khácnhau– Cồn– CO2

• Cao hoa đã đồng phân hóa

Tính lượng hoa cần thiết

• Đơn vị đắng (BU) = số mg chất đắng / l bia.

• Trong nhà máy bia sản xuất bia đun 40000 lít dịch đường, cần đạt độ đắng = 25 BU trong bia. Đối với bia TP thất thoát 10% và năng suất chiết chất đắng 31%. Câu hỏi: Cần bổ sung bao nhiêu -axit ?

III. Nước

1. Thành phần chính2. Nước sử dụng trong các công đoạn 3. Xử lý nước

Thành phần nước ngầm

Thành phần

Hàm lượng(mg/l)

Thành phần Hàm lượng(mg/l)

Cặn khô 200 - 500 Cl (Dạng liên kết)

10 - 40

CaO 80 - 160 SiO2 5 - 16

NO2 20 - 40 N2O5 ~ 10

SO3 5 - 80 Chất hữu cơ ~ 2

Vai trò các ion: Ca2+

• 5-6 mg/l đến 200-300 mg/l (Tính theo CaO)• Ảnh hưởng quá trình hồ hóa

– pH– Enzyme– Nấm men– Kết tủa phosphat– Trong bia

Vai trò của các ion: Mg2+

• (3 - 4) đến (80 - 100) mg/lít (Tính theo MgO)• Thay đổi pH• MgSO4 ảnh hưởng xấu (vị chát)• Co enzyme

Vai trò của các ion:Na+ và K+

• Na+: 15 - 20 mg/lít (tính theo Na2O)• Ức chế quá trình nảy mầm• Ảnh hưởng đến vị• Tỷ lệ K+/Ca2+ ảnh hưởng đến khả năng lắng nấm men

Vai trò của ion sắt Fe2+

• Màu• Vị chát• Ức chế một số enzyme• Oxy hóa tạo kết tủa không tan• nồng độ Fe+2 trong bia > 0,3 mg/l bọt chuyển màu xám

nhạt, kém bền

Vai trò của ion Mn2+, Zn2+

• Hoạt hóa một số enzyme• Dinh dưỡng nấm men• Lắng nấm men• Ảnh hưởng xuất đến tính bền keo

Vai trò của ion Cl-, SO42-, NO3-

• Vị bia• Malt nảy mầm không đều• Trợ giúp quá trình đường hóa

Thành phần nước SX một số loại bia

ChØ sè

Pilsen (mg/l)

Munich (mg/l)

Dormun (mg/l)

Burton-on-Trent

ChÊt kh«

51 536 984 1226

Ca2+ 7,1 109 237 268

Mg2+ 3,4 21 26 62

HCO3- 14,0 171 174 250

so42 _ 4,8 79 318 638

no3_ RÊt Ýt 53 46 31

Cl_ 5,0 36 56 36

Lượng nước sử dụng cho từng công đoạn sản xuất

biaCông đoạn sản xuất Lượng tiêu thụ

12345678

Sản xuất malt

Sản xuất dịch đườngLàm nguội dịch đườngLên men chínhLên men phụ

Rửa chai và đóng chai Làm lạnhNồi hơi

8 - 22 m3/1 tấn đại mạch8,5 - 10 m3/1 tấn malt3 - 4 hl/1 hl dịch đường2 hl/ 1 hl bia2 hl/ 1 hl bia3 - 3,5 hl/ 1 hl bia0,10 - 0,15 hl/ 1 hl bia1 - 2 hl/ 1 hl bia

Yêu cầu nước SX bia

• Độ cứng từ mềm đến trung bình.• Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l.• Hàm lượng muối Mg+2 không quá 100 mg/l.• Hàm lượng muối clorua 75 - 150 mg/l.• Hàm lượng CaSO4 150 - 200 mg/l

• NH3 và muối NO2 không có.• Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l.• Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ ml.

Xử lý nước

• Loại các chất dạng huyền phù• Loại các chất hoà tan• Diệt vi sinh vật• Cải thiện thành phần nước

– Lắng trong và lọc– Làm mềm nước

• + Phương pháp gia nhiệt• + Phương pháp nguội• + Phương pháp dùng vôi – Sôđa• + Phương pháp trung hoà bằng axit• + Phương pháp trao đổi ion

Hệ thống làm mềm nước

1. Thùng cationic2. Thùng chứa nước mềm3. Bơm ly tâm4. Thùng chứa nước rửa5. Thùng chứa dung dịch hoà tan

muối.6. Thùng chế biến dung dịch

muối

H2O cÇn xö lý

1 1

4 6

5

2

3

IV. Nguyên liệu thay thế

• Tinh bột– Gạo– Ngô– Sắn– Các loại khác

• Đường– Siro– Đường mía