Công nghệ sản xuất rượu,bia

và nước giải khát

Quy trình sản xuất bia

Quy trình sản xuất bia

Quy trình sản xuất bia

Nguyên liệu sử dụng trong sản xuất bia

• Malt đại mạch

• Hops

• Nước

• Nấm men

• Nguyên liệu có chứa tinh bột ( gạo )

Malt đại mạch

• Không thể làm bia nếu không có malt

• Malt có thể làm từ nhiều loại ngũ cốc khác như: đại mạch, lúa mì, lúa, lúa miến nhưng thích hợp nhất vẫn là đại mạch

• Để sản xuất khoảng 100 lít bia cần 17 kg malt

• Malt đại mạch là sự nảy mầm của hạt đại mạch nhưng được dừng lại ở một thời điểm thích hợp

• Malt đại mạch có hàm lượng protein cao giúp tế bào nấm men phát triển, tạo bọt

• Chọn malt hai hàng hạt: có tỉ lệ vỏ / nội nhũ thấp, hạt lớn

• Đại mạch Làm sạch, phân loại Ngâm

Malt Xử lý Sấy Nảy mầm

Đại Mạch

Đánh giá chất lượng:

Càm quan, hóa lý

Đại Mạch

10

• Two-row summer barley is very good suitable for beer production, but more

expensive

• Six-row barley has a higher yield per ha.

• New varieties under development are very promising

Differentiation

Characteristics of

grains

Characteristics of

husks

Amount of starch

Amount of proteins

Two-row summer barley

Uniform grains

Thin husk

A lot of starch

Less protein

Six-row winter barley

Twisted grains

Plump husk

Less starch

More protein

pH of malt

Quy trình sản xuất malt

Storage Loại hạt gẫy (Cylinder )

Loại sỏi

(Destoner)

Grading Storage

Quạt sàng Rửa malt

Tách nước,

làm ẩm malt

Nảy mầm Tưới malt

Sấy khô Sấy kiệt

Làm lạnh malt

Quy trình sản xuất malt liên tục

Độ ẩm malt mầm

Đầu hạt 39%

Giữa hạt 38%

Cuối hạt 47%

Malt Making

• Đại mạch ngâm trong nước

• Sau đó cho nảy mầm

• Gibberellic acid được giải phóng trong quá trình nảy mầm của hạt, phá vỡ vỏ hạt giải phóng

enzyme amylase

• Enzyme amylase thủy phân tinh bột thành maltose

• Đối với đại mạch thường ươm ở nhiệt độ 13 0C ÷170C, nhưng nếu hàm lượng protein trong

hạt cao thì phải ươm ở nhiệt độ lớn hơn (20 0C ÷23 0C). Độ ẩm thích hợp khoảng 43÷46%.

Cường độ hô hấp và các quá trình sinh hóa xảy ra trong hạt khi ươm phụ thuộc vào tỉ lệ này

có trong khối hạt. Trong thời kì đầu của quá trình ươm mầm, khi xảy ra sự tích lũy enzym lớn

nhất thì sự thông khí rất cần thiết. Khi các enzym đã tích lũy đủ, các quá trình sinh hóa vẫn

tiếp tục, thậm chí nó vẫn tiếp diễn trong điều kiện kìm hãm sự phát triển của mầm. Để thu

được malt có chất lượng tốt cần phải giữ hàm lượng CO2 trong không khí không vượt quá

20%.

• Bên ngoài: mầm và rễ bắt đầu xuất hiện từ từ.

• Bên trong: dưới tác dụng của các enzym có trong hạt hoặc mới được tạo thành khi nẩy mầm

• Sự hòa tan thành tế bào dưới tác dụng của enzym xitase.

• Sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của hệ enzym amylase

• Sự thủy phân protein nhờ protease.

• Sự thủy phân phitin nhờ enzym phitase.

• Sự thủy phân chất béo nhờ enzym lipase.

Malting – Process steps

Các quá trình xảy ra khi ngâm hạt Trong thời gian ngâm hạt những quá trình sau đây xảy ra:

- Sự thẩm thấu và khuếch tán của nước vào hạt.

- Sự hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu ở võ hạt vào môi trường.

- Sự thẩm thấu một số ion và muối hòa tan trong nước vào hạt.

- Sự hút nước và trương nở của tế bào.

- Sự hòa tan các hợp chất thấp phân tử trong nội nhũ vào nước.

- Sự vận chuyển các chất hòa tan về phôi.

- Sự hòa tan tất cả enzym có trong hạt vào nước là sự giải phóng enzym khỏi trạng thái liên kết thành trạng thái tự do.

- Sự hoạt hóa hệ enzym oxy hóa-khử và enzym thủy phân. - Sự hô hấp của hạt.

Malt Making

Kilning

• Malt được sấy ở nhiệt độ từ 60oC – 80oC

• Ngừng quá trình nảy mầm và phản ứng phân hủy hạt nhưng không phá hủy hoạt tính của enzyme amylase

• Sấy ở nhiệt độ cao, bia có màu sẫm

Milling

• Nghiền malt thành bột nhằm tăng diện tích tiếp xúc với enzyme và phá vỡ cấu trúc hạt dễ dàng hơn trong quá trình hồ hóa

Steeping Germination Kilning

Quá trình sản xuất malt đại mạch

Unload from

truck

Transfer to

storage

Storage

Soak in water Steeping for agitate Steeping on floor

Steeping

Lấy malt ngâm Đưa malt lên xe Trải đều malt

Đảo trộn Đo nhiệt độ Đảo trộn

Ngâm

• Khi hạt hút đủ nước, acid Gibberelic hoạt động như một hormon kích thích sản sinh ra enzyme cho quá trình nảy mầm của hạt. Enzyme được sinh ra từ phôi trong vòng 24 giờ từ khi hạt hút đủ nước và có đủ oxy

maltose

Water

gibberellin

-amylase

Starch

glucose

Nội nhũ

Phôi

Vỏ trấu

Germination

H2O

1

sugar

5

enzymes

4

GA

2,3

2 The aleurone responds by synthesizing and secreting digestive enzymes that

hydrolyze stored nutrients in the endosperm. One example

is -amylase, which hydrolyzes starch. (A similar enzyme in our saliva helps in digesting

bread and other starchy foods.)

Aleurone

Endosperm

Water

Scutellum (cotyledon)

GA

GA

-amylase

Radicle

Sugar

2

1 After a seed imbibes water, the embryo releases

gibberellin (GA) as a signal to the

aleurone, the thin outer layer of the endosperm.

3 Sugars and other nutrients absorbed from the endosperm

by the scutellum (cotyledon) are consumed during growth of the embryo

into a seedling.

Germination

Nảy mầm

• Thiết bị ngâm đảo liên tục, chảy tràn để giảm tạp chất, VSV, thoát nhiệt và CO2

• Các enzyme quan trọng là α-amylase, β-amylase, debranching enzyme và glucanase

• Độ ẩm hạt sau khi ngâm là 45% từ hạt ban đầu có độ ẩm 12% (pp cân khối lượng)

Enzyme Nhiệt độ tối thích pH tối thích

Α-amylase

β-amylase

Exopeptidase

Proteinase

Phostphatase

72 – 76

65

60

70

40 – 45

60

45 - 50

5.3 – 5.8

5.6

5.1

5.9

7.8

4.6

5.0 – 5.6

Nhiệt độ và pH hoạt động tối thích của một số

enzyme trong malt đại mạch

Nảy mầm

Sấy & làm sạch

Kilning Smoking

Grist Milling malt

Dressing Malt khô

Tách rễ

Sấy

• Mục đích: Tách bớt nước trong malt tươi ( green malt ) giúp malt ổn định chất lượng trong thời gian bảo quản (đảo liên tục &phun sương)

• Không sấy nhanh ở nhiệt độ cao do tinh bột bị hồ hóa, enzyme mất hoạt tính, tạo bia có màu vàng rơm, tạo aa chủ yếu cho malt

• Bia đen có hàm lượng dinh dưỡng thấp nên lên men ở nhiệt độ cao

• Thiết bị: Sử dụng lò sấy, với tác nhân sấy là không khí nóng

• Làm giảm hàm lượng nước: từ ≥40% → ≤5%

• Kết thúc các quá trình biến đổi và sự nảy mầm trong malt tươi

• Hình thành các hợp chất tạo hương và màu. Quá trình quan trọng nhất ở

giai đoạn sấy malt là phản ứng tạo melanin

• Ở mức độ cao chi phối chất lượng của bia vàng: hương, vị, màu sắc, khả

năng tạo và giữ bọt cho bia

• Hạn chế đến mức tối thiểu khả năng hư hỏng do VSV gây ra, làm tăng độ

bền sinh học của sản phẩm

Sấy

Nhiệt độ sấy Thời

gian (h)

Nhiệt độ của malt (oC) Độ ẩm (%) Quạt

Trên Giữa Dưới Trên Giữa Dưới

1 – 3

4 – 7

8 – 11

12 – 15

16 – 19

20 - 22

20

35

55

71

79

84

28

45

59

73

82

85

37

52

62

78

85

86

41

35

19

7

6

4

39

30

16

6

4.5

4

33

17

8

6

4.5

4

1

1

1

3/4

1/2

1/2

• Sấy từ từ: Sinh ra ezyme chống lại sự tăng nhiệt độ

Khôi phục enzyme

Ổn định cấu trúc bậc 3

Tạo sự bốc hơi nước từ từ

Làm sạch: loại rễ và lá mầm có alkaloid gây vị đắng cho bia

Một số điểm khác biệt trong sản xuất malt vàng và malt

đen

Các yếu tố chính Malt vàng Malt đen

Protein đại mạch 8% – 11% 11% – 13%

Độ ẩm hạt sau ngâm 42% – 44% 44% - 47%

Nhiệt độ giai đoạn

nảy mầm

17oC - 18oC 22oC - 25oC

Xử lí hạt Hạn chế Kéo dài

Chiều dài mầm 2/3 đến 3/4 3/4 đến 1

Sấy Hạt khô nhanh, enzyme

chuyển sang trạng thái nghỉ,

các phản ứng thủy phân

dừng dại, tsấy = 80oC - 85oC

Nhờ tuần hoàn KK ẩm

nên các enzyme vẫn

hoạt động, phản ứng

thủy phân vẫn xảy ra,

tsấy=105oC - 110oC

Sản phẩm của phản

ứng melanodine

Ít Nhiều

Quy trình chế biến hops thành phẩm

Trồng hops Thu hoạch

Làm sạch Sấy, đóng gói Bảo quản, to=3o- 7o

Thu hoạch hops

Làm sạch

Sấy

Thu hoạch

Đóng gói hops

Hops sau thu hoạch Sàng lọc Hops

Đóng gói Hops Kilning

Chất lượng hops

Vai trò hops trong sản xuất bia

Thành phần của hops

Vai trò hops trong sản xuất bia

• Những túi chất đắng nằm gần cuống, có màu vàng. khi chà xát sẽ giải phóng ra tinh dầu thơm và chất đắng – Dễ bị oxi hóa

• Vai trò:

• Tạo vị đắng dịu cho bia

• Tạo bia có hương thơm đặc trưng

• Làm tăng khả năng tạo và giữ bọt

• Làm tăng độ bền keo và ổn định sản phẩm

• Các dạng hops sử dụng trong sản xuất bia

• Sấy khô

• Hops viên

• Hops cao

Thành phần hóa học của hops

Thành phần Tỉ lệ ( tính theo %

chất khô )

Nước

Chất đắng

Polyphenol

Tinh dầu thơm

Protein

Cellulose

Chất khoáng

Các hợp chất khác

11 – 13

15 – 21

2.5 – 6

0.3 – 1

25 – 21

12 – 14

5 – 8

26 – 28

Hops cone & glandular

Chất đắng

• Vai trò:

• Làm cho bia có vị đắng dịu

• Giúp bọt bia bền lâu

• Ức chế sự phát triển VSV và một phần nấm men

• Thành phần:

Chất đắng

Nhựa đắng Acid đắng

α-Acid đắng β-Acid đắng Nhựa mềm Nhựa cứng

6% – 9% 3% – 4% 5% – 6% 1% – 2%

• Gồm hai loại: α-acid đắng, β-acid đắng

• α-acid đắng

– α-acid đắng chiếm số lượng lớn trong lượng chất đắng

– Được đo bằng khối lượng tương đối của acid đắng và khối lượng hoa

hops

– Không tan trong nước nhưng khi đun sôi α-acid đắng thành dạng hòa

tan ( iso-acid đắng )

– 1 BU = 1 mg of isomerized alpha acid trong 1 liter of wort

• β-acid đắng

– Không tan trong nước, chỉ tan khi bị oxi hóa

Chất đắng

OH

OHO

O

humulon(-acid)

OO

HOO

SH

Skunky Beer

h

cis-isohumulon

Boil

Average composition of dried hop

cones is:

a-acids 2.0 -12%

-acids 1.0 -10%

hop oils 0.5-1.5%

polyphenols 2-5%

proteins 15%

cellulose 40 -50%

moisture content 8¸12%

mineral compounds 10%

Công thức cấu tạo chất đắng

Công thức các chất tạo đắng

Công thức các α, β – acid đắng

Tác dung của hops

• Công thức tính lực đắng của Wollmer

• Lực đắng = α-acid đắng + β-acid đắng + nhựa mềm

• BU = Bitterness Unit

• Các loại bia

• Budweiser 7BU

• Bia vàng (lager) 15 – 20 BU

• Bia nhẹ (Mild) 15 – 20 BU

• Bia đắng (bitter) 17 – 35 BU

• Bia đen (stout) 30 – 50 BU

• IPA 40 – 65 BU

• Trên 65 BU quá đắng, không thể uống được

• Khả năng hòa tan chất đắng: S = S0e-kC (S0: trog nước cất)

Độ đắng của hops trong bia

9

Phương pháp sử dụng hops trong nấu bia

• Hops cho vào trong dịch wort theo hai giai đoạn

• Giai đoạn 1 (khi dịch wort sôi): hops được cho vào để trích ly

chất đắng. Thường chỉ có 25% - 35% chất đắng được hòa tan.

Khả năng hòa tan của chất đắng phụ thuộc vào:

– Nồng độ chất tan trong dịch wort

– Mức độ khuấy

– Thời gian đun

– pH của dịch wort

– Hàm lượng α-acid đắng trong hops

– Tỉ lệ loại hops sử dụng

• Giai đoạn hai ( trước khi kết thúc quá trình nấu 15 phút ):

trích ly hương thơm của hops

Cách tính lượng hops sử dụng

• Hàm lượng α-acid đắng trong hops:

5%, 1kg = 50000mg

• Độ đắng yêu cầu: 30mg/lit

• Độ hữu dụng của hops (α-acid đắng)

30%

• Thể tích dịch wort: 820 lit

• Lượng chất đắng cần sử dụng = Vwort

* độ đắng yêu cầu

= 820 lit * 30mg/lit =24600mg

Do khả năng hòa tan của chất đắng là

30% nên lượng chất đắng thực tế: 24600 * 100 / 30 = 82000mg

Lượng hops cần sử dụng: 82000mg /

50000 = 1.64kg hops

Tinh dầu thơm

• Vai trò

• Tạo hương vị đắng đặc trưng của bia

• Là chất bảo quản tự nhiên

• Tăng độ ổn định sinh học

• Thúc đẩy đông tụ của protein

• Tăng độ ổn định keo

• Tăng độ ổn định bọt

• Thành phần

• Gồm 103 hợp chất khác nhau. Chủ yếu là những terpen, rượu, ceton, aldehyde, ester và acid

• Là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, tinh dầu thơm có mùi thơm rất mạnh

• Tỉ trọng khoảng 0.88

• Dễ hòa tan trong ethylic nồng độ cao

• Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường

Lượng hops tạo hương cho bia

• Tinh dầu thơm dễ bay hơi

• Tùy thuộc vào lượng hops sử dụng

• Tỉ lệ sử dụng thường 0.25kg/thùng – 1kg/thùng

• Bia có mùi tốt thường sử dụng là 0.5kg/thùng

• 1 thùng = 164 lit

Shaft

Cover

sheet

Axis

Blossom

Lupulin

56

• Contain larger percentage of

bittering elements

• 7 – 18 % α-acid content

• Relatively low priced

• High α-acid contents may influence

undesirable course bitter flavours

• Typical bitter hops:

• Brewers Gold

• Hallertauer Magnum

• Northern Brewer

• Nugget

Contain large amount of aroma

elements (oils)

3 – 5 % α-acid (more noble soft resins)

Relatively expensive in comparison

Fine bitterness with „hops flavour“

(fine aromatic hops smell)

Typical aroma hops:

• Hallertauer

• Hersbrucker Spält

• Saazer

• Styrian Golding

Division of Hop Types; some hops are „dual

purpose“

Bittering hops Aroma hops

Polyphenol

• Vai trò

• Kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tủ ra khỏi dịch đường

• Làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm

• Thành phần

• Thuộc nhóm flavonoid

• Phong phú về chủng loại, đa dạng về cấu trúc và khác nhau về tính chất

• Ngưng tụ để tạo thành oligome và dễ polymer hóa để tạo thành polymer cao phân tử

Polyphenol

• Proanthocyanidin

– Phân tử Proanthocyanidin có

thể chứa đến 20 monomer.

– Đa số Proanthocyanidin sẽ

bị loại bỏ trong quá trình

lắng,

– Chỉ có những phân tử có

khối lượng phân tử nhỏ

(dimer; trimer..) tồn tại trong

dịch nha góp phần vào việc

bảo quản, chống ôxy hóa và cải thiện hiện tượng đục của

beer đồng thời do chứa điện

tích dương nên chúng có tác

động đến sự ổn định của

hương vi sản phẩm

Flavonoids

• Xanthohumol (XN)

– Màu vàng của Lupulin chứa Xanthohumol chiếm hàm lượng

1,5% so với khối lượng khô của Houblon

– Trước đây chúng không được quan tâm lắm vì là nguyên nhân

gây nên hiện tượng đục beer nên cần phải được loại bỏ.

– Tuy nhiên, gây đây người ta đang nghiên cứu và thấy rằng nó

có khả năng chống ung thư và kháng khuẩn. Vì thế

Xanthohumol được cho rằng có giá trị trong y học.

• Isoxanthohumol (IX)

– Xanthohumol hòa tan kém trong nước, thành phần

này nhanh chóng bị kết tủa và chỉ có 1 phần rất nhỏ

tồn tại trong beer thành phẩm.

– Khi trình đun sôi chuyển sang một dạng đồng phân

gọi là Isoxanthohumol có khả năng hòa tan tốt hơn

chất này đã được chứng minh trong phòng thí

nghiệm có khả năng chống ung thư

8-Prenylnaringenin (8-PD)

• Còn được gọi là “Hopein”

• Những người phụ nữ làm công

việc thu hoạch hoa bằng tay có

hiện tượng rối lọan kinh nguyệt

• Thủ phạm là do 8- PN vì chúng

có họat tính như một kích thích tố

nữ với hoạt độ cao hơn estrogen

• Dẫn đến khả năng chống ung thư

các bộ phân như vú, tử cung,

tuyến tiền liệt

Tinh dầu dễ bay hơi

• Chủ yếu của tinh dầu Houblon

là Terpene.

• Terpene trong tinh dầu Houblon

có 3 dạng:

– monoterpene myrcene;

– α-humulene;

– β-caryophyllene.

• Dường như chỉ có Myrcene có

tác dụng tích cực đến hương

thơm của Beer

Các loại hops Variety Yield Maturity Trait Cone Structure Picture

Crystal high mid to late aroma medium, oval

Fuggle low early aroma small, light

Galena high mid-season alpha medium-compact,

plump

Hallertauer low early aroma loose, small, light

Liberty moderate mid-season aroma small, plump, dense

Mt. Hood moderate mid-season aroma medium, compact

Northern

Brewer moderate mid-season alpha medium, loose

Nugget high mid-season alpha long, tight

Perle moderate early alpha/aroma loose, medium long

Saaz very low early aroma small, light

Tettnanger low early aroma small, compact

Willamette moderate mid-season aroma medium, round, light

Nấm men bia

• Lên men nổi (ale): Saccharomyces cerevisiae – Nổi lên trong quá trình lên men, tạo thành bọt (sự kết bông)

– Thông thường lên men khoảng 1 tuần

• Lên men chìm (lager): Saccharomyces carlsbergensis – Lắng dưới đáy bồn lên men

– Thông thường thời gian lên men khoảng 2 tuần

– Hoạt động trong điều kiện lạnh hơn nên thời gian dài hơn so với lên men nổi

Saccharomyces

cerevisiae

Saccharomyces

carlsbergensis

Weiss Ale

Lab Lager

Khác nhau giữa lên men nổi

và lên men chìm

Cấu tạo tế bào nấm men

• Vỏ tế bào

• Phần trong nội tế bào ( vỏ và protoplasma )

1. Vỏ ngoài tế bào (cell wall )

2. Vỏ trong tế bào ( plasma membrane )

3. Xitoplasma ( cytoplasm )

4. Volutin ( volutin granule )

5. Nhân tế bào ( nucleolus )

6. Ty thể ( mitochondrion )

7. Ribosome ( ribosomes )

8. Không bào ( vacuole )

Cấu tạo của nấm men

• Vỏ ngoài tế bào (cell wall ): màng mỏng, trong suốt, có tính đàn hồi, bảo vệ tế bào khỏi tác động bên ngoài, điều chỉnh mức độ thẩm thấu các chất dinh dưỡng vào tế bào và thải các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài

• Vỏ trong tế bào ( plasma membrane ): màng plasma rất mỏng (8mm), điều chỉnh vận chuyển chất dinh dưỡng vào tế bào

• Cytoplasm: hệ thống keo, độ nhớt phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng giúp vận chuyển các sản phẩm trao đổi chất tốt hơn

• Volutin granule: quan hệ tới sinh trưởng của nấm men, xuất hiện khi nấm men nảy chồi, tạo màng tế bào. Tiếp xúc với xanhmethylen: volutin tế bào sống có màu đỏ, tế bào chất có màu xanh

• Nhân tế bào (nucleus): bao bọc bởi màng bao nhân, bên trong chứa nucleoplasm trong suốt và cromosome. Cromosome thực hiện chức năng di truyền, trao đổi chất, kiểm soát sự phân hóa tế bào, tổng hợp protein, lipoprotein, và các quá trình khác. Khi nảy chồi nhân sẽ tách làm hai.

• Ty thể (mitochondrion): chứa enzyme thủy phân protein, lipid, glucid. Là nơi tạo ATP và ADP và acid nucleotide

• Ribosome: chứa cacid ribonucleic và các phức hệ enzyme, tạo protein

• Không bào (vacuole): chứa dịch tế bào, chứa các sản phẩm trung gian

• Glycogen granule: chứa glycogen của nấm men. LÀ chỉ tiêu đánh giá chất lượng nấm men

Quy trình sản xuất nấm men

Lên men nổi & lên men chìm

• Lên men nổi (ale): Saccharomyces cerevisiae

• Khó quan sát hiện tượng nảy chồi, chồi không tách khỏ tế bào mẹ, khi trưởng thành thường kết thành chuỗi

• Chỉ có khả năng lên men 1/3 đường trisaccharide ( raffinose, maltotriose )

• Lên men trên bề mặt, cần nhiều O2 hơn

• Khả năng kết lắng chậm

• Nhiệt độ lên men: 14oC – 25oC

• Lên men chìm (lager): Saccharomyces carlsbergensis

• Do chồi tách khỏi tế bèo mẹ khi trưởng thành nên dễ lắng

• Có khả năng lên men hoàn toàn đường trisaccharide vì có enzyme spectrum

• Lên men dưới đáy thiết bị, nhu cầu O2 ít hơn so với lên men nổi

• Nhiệt độ lên men: 4oC – 12oC

Quy trình lên men

Đường hóa

Lọc Ổn định bia

Kiểm tra dịch đường hóa

Lên men

Maltriose

wall membrane

S G1 G2

G3

D-glucose

D-fructose

D-glucose

D-fructose

sucrose

Maltose

glucose- 6-photphat

fructose- 6-photphat

ATP

ADP

yearst metabolism

cytosol

Cấu tạo của nấm men

• Hình dạng: hình bầu dục

• Kích thước: 4μm - 10μm

• Sinh sản: nảy chồi

• Sinh dưỡng: Tiếp nhận

thức an bằng con đường

hấp thụ chọn lọc trên bề

mặt của tế bào sau đó

khuyếch tán vào bên trong

– Oxy, hidro, carbon

– Nitơ

– Chất khoáng và vitamin

khả năng lên men (khí CO2 tăng)

Hô hấp của nấm men

carbohydrate

metabolism

oxoacid pool

transamination

aminoacid

protein: tạo chồi

sugar

aminoacid

aldehyde

NADH

NAD+

CO2

oxoacid

alcohol &

fusel alcohol

R

CH-NH2

COOH

R

C=O

COOH

R

CHO

R

CH2OH

NH2 CO2

H2O

The major sugar catabolic pathways in yeast cells

Không giữ áp trong những ngày lên men

đầu tiên do pyruvate tạo oxaloacetate

Hô hấp của nấm men alcohol &

fusel alcohol

CH3-CH-OH

CH-OH

CH3

carbohydrate

metabolism

α-acelolactate

CH3 – CHOH – CHOH - CH3

Maltose

diacetyl

Valine

NADH

NAD+

CO2

CH3-COH-COOH

C=O

CH3

α-acelolactate

CH3-COH-COOH

C=O

CH3

CH3-C=O

C=O

CH3 2H+

2,3-butandiol

Hô hấp của nấm men

Hô hấp của nấm men

• Nấm men ở trong bia

chịu nồng độ cồn thấp

hơn rượu do:

• Nhiệt độ lên men thấp

• Ức chế của α-acid đắng

• Khi nồng độ cồn cao, tế bào nấm men tiết niêm

dịch làm thay đổi điện

tích và tạo mạng lắng

xuống đáy

• Quá trình kết lắng của

nấm men ảnh hưởng đến

chất lượng bia do quá

trình tự phân giải của

chúng tạo H2S và NH3

Hô hấp của nấm men

Hô hấp của nấm men

aminoacid

energy

flavor

compound

new yeast

CO2

growth

alcohol &

fusel alcohol

heat

more yeast

sugar

oxy

vitamin &

inorganic acid

yeast wort beer

The major sugar catabolic pathways in yeast

cells

Ethanol fermentation in Zymomonas mobilis

86

Summary of bacterial pathways leading to spoilage aroma

and flavor compounds of wine

Time course of a typical Streptomyces

fermentation for an antibiotic

Sự kết lắng của nấm men

Glucose Glucose 6-phosphate

Fructose 1,6-bisphosphate Pyruvate

1 Glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 Pyruvate + 2ATP + 2NADH

1 Pyruvate

Citric acid cycle 2CO2 + 3NADH +1FADH2

Fermentation 1Ethanol + 1 CO2 + 1ATP + 1H2O

Yeast glycolysis

Frucose 6-phosphaste

Overall reaction:

Respiration and fermentation

Biomass

The yeast biochemical reactions

ATP

Độ giảm tỉ trọng của dung dịch chính là hàm lượng CO2 mất đi

Life cycle of Saccharomyce cerevisiae

Nấm men sinh sản vô tính, thể đơn bội

hay lưỡng bội

Thể đơn bội gồm 2 loại: a and .

4 thể đơn bội

mọc chồi Tế bào mọc chồi (a, )

a/ (thể lưỡng bội) a x

phân bào

mate

bắt đầu chu trình mới

Typical pattern of growth cycle during

batch fermentation

Đường:

• Pha thích nghi môi trường

• Pha gia tốc

• Pha phát triển logarithm

• Pha giảm tốc độ

• Pha ổn định

• Pha chết nhanh

• Pha chết theo hàm số mũ ko O2

• Pha tồn tại

Đường:

• Pha chuyển pha

• Pha chết theo hàm số mũ có O2

• Pha tồn tại

Nếu đưa nấm men vào ít, cần có thời

gian nấm men thiết lập trạng thái cân

bằng động, sự phát triển sinh khối

mạnh, diacetyl sinh ra nhiều

Typical pattern of growth cycle during

batch fermentation

Nhân giống chu kì 1,2,3:

Nấm men chưa làm quen với môi

trường, sp bậc hai nhiều

Nhân giống chu kì 3,4: chất lượng bia

tốt nhất

Nhân giống chu kì cuối: tế bào thoái

hóa, kết lắng chậm, diaccetyl sinh nhiều không có tế bào trẻ sinh ra enzyme

chuyển hóa đường, không tạo ra rượu

bậc cao → sinh hương

Growth cycle of

yeast during beer

fermentation

Kiểm tra chất lượng nấm men

• Khả năng sinh trưởng

– Mật số tế bào nấm men (cfu/ml )

– Tỉ lệ tế bào nảy chồi: 10% - 15%

– Tỉ lệ tế bào chết: <4%

– Tỉ lệ tế bào có chứa glycogen (storage granule): >70%

• Khả năng kết lắng: ảnh hưởng đến chất lượng bia do quá

trình phân giải tế bào nấm men chết tạo mùi H2S

• Hoạt lực của nấm men cao

– Giảm nồng độ chất khô hòa tan

– Hàm lượng rượu

– Khả năng lên men các loại đường (raffinose)

Counting cells using hemocytometer under

the microscope

Each large square = 10-4 ml

measure

% alcohol

Measuring

original gravity

Measuring

final gravity

Hydrometer

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của

nấm men

• Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Ảnh hưởng của pH

• Ảnh hưởng của nồng độ dịch lên men (hô hấp cổ chai )

• Ảnh hưởng của nồng độ O2

• Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ bổ sung (lên men từ rỉ

đường dưới dạng (NH4)2SO4

Hiệu ứng hô hấp cổ chai ( Crabtree effect )

glucose

glycosis pathways

pyruvate

Ethanol + CO2 H2O + CO2

pyruvate

dehydogenas

e

pyruvate

decarboxylase

glucose

repression

glucose

induction

( I ) ( II )

• Làm giảm pH:

• CO2 → H2CO3

• Quá trình phát triển sinh khối sinh

ra oxoacid, deamin hóa, acid béo

• Phá vỡ hệ hê đệm photphat, cung

cấp photpho cho qt dường phân glucose (mg/l) %

eth

an

ol t

ạo r

a

1

2

3

4

250 500 750 1000

( II )

( I )

Thế liệu

• Yêu cầu: Hàm lượng glucid cao, trữ lượng lớn,

dễ tìm, đồng đều về kích cỡ, thành phần hóa học

tương đối giống nhau, giá thành thấp, dễ bảo

quản, đảm bảo điều kiện vi sinh

• Tỉ lệ thay thế: <30%

• Ưu điểm: Giảm giá thành sản phẩm, hạn chế

hiện tượn đục mờ ( do không trải qua quá trình

đạm hóa nên prtein cao phân tử ít )

• Nhược điểm: giảm chất lượng sản phẩm

– Bắp có chứa tinh dầu nên làm bi có mùi xà

phòng do lipid bị oxi hóa

Nhiệt độ hồ hóa của một số thế liệu

Tinh bột Nhiệt độ hồ hóa

oC oF

Maize ( corn )

Waxy Maize

Sorghum

Millets

Barley

Barley, small granule

large granule

Barley malt

Wheat

Rye

Oats

Rice

Rice, short grain

long grain

62 -77

62 – 80

69 – 75

54 – 80

60 – 62

51 - 92

60 – 65

64 – 67

52 – 66

49 - 61

52 – 64

61 - 82

65 – 68

71 - 74

143 – 171

143 – 176

156 – 167

129 – 176

140 – 144

124 – 198

140 – 149

147 – 153

126 – 147

142 – 180

149 – 155

160 – 165

130 – 160

145 – 176

Cấu tạo hạt tinh bột

Cassava starch (10μm)

Rice starch (2μm)

Corn starch (10μm) Oat starch (5μm)

Potato starch (50μm) Buckwheat starch (2μm)

Nhiệt độ hồ hóa nằm trong một khoảng do mỗi nguyên liêu có các hạt kích thước khác

nhau và chúng không đồng đều. Hồ hóa hạt lớn trước do hạt nhỏ bị nén chặt

Nghiền nhỏ: làm tăng khả năng thủy phân, tăng khả năng trương nở hút nước

Nước

• Kiểm tra chất lượng nước:

• Cảm quan

– Màu sắc

– Mùi vị

– Độ trong

• Hóa lý

– Hàm lượng cặn, huyền phù

– pH

– Độ cứng

– Các ion

– Chỉ số BOD, COD

• Vi sinh

– E.Coli

– Chuẩn số E.coli

– Chỉ số E.coli

– Coliform

Ảnh hưởng của pH

Hoạt tính của enzyme

Khả năng hòa tan chất đắng của hops

Sự phát triển VSV

Khả năng hòa tan các chất hữu cơ trong malt,

dịch wort . . .

Ảnh hưởng của K2HPO4 & KH2PO4 trong malt

K2HPO4+3CaSO4→Ca3(PO4)2+ 2KH2PO4 +

3K2SO4: KH2PO4 hạ pH tạo cho nấm men

phát triển, cung cấp photphat cho quá trình

dường phân của nấm men

2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 → K2HPO4 + CaHPO4 +

2H2O + 2CO2: K2HPO4 không làm giảm pH

Muối calci tăng khả năng bền nhiệt của nấm men

Muối clorua giúp hoạt hóa amylase giúp tăng

hiệu suất thủy phân

104

• Obstruction of enzyme

reactions

• Lower extract yield

• Increased wort viscosity

• Dark wort and beer colour

• Higher solution of harsh hops

bitterness (hard, coarse taste)

• Slower fermentation

• Lack of coagulation of protein

and tannins

• Lowered stability of beer

Effect of higher pH

5153BI.tif

105

Advantages of an optimal pH

Optimization and shortening of mashing times

• Better extract solution

• More fermentable sugars

• Higher final attenuation

• Low colouration

• Lowering of viscosity

• Good protein solution

Better fermentations

Smoother bitterness (beer taste)

Disadvantage

• Lower yield of bitter substance

Tiêu chuẩn nước

Tiêu chuẩn nước

108

Hardness of water

• Hardness of water is expressed by the amount of dissolved ions

of calcium and magnesium. Displayed in degree hardness (°)

• Definition in Germany:

1°d = 10 mg CaO/l or also 7,19 mg MgO/l (= 0,357 mval/l)

• Hardness of water has a big influence in the quality of beer

Hardness mmol/l °d Description

1 0 - 0,7 0-4 Very soft

2 0,7 -

1,4

4-8 Soft

3 1,4 -

2,1

8-12 Medium

hard

4 2,1 -

5,3

12-30 Hard

5 > 5,3 > 30 Very hard

Country Unit Definition

German

hardness

1 ° dH 10 mg CaO/l

French

hardness

1 ° fH 10 mg CaCO3/l

English

hardness

1 ° eH 14,3 mg

CaCO3/l

American

hardness

1 ° aH 1 mg CaCO3/l

nước với tỷ lệ lúa mạch

Very thick mashes ( < 2 l/kg or 1

qt/lb) are difficult to stir and extract

recoveries are reduced while starch

conversion is slowed Traditional

English mashes for example tend to

be rather thick (2-2.5 l/kg; 1 - 1.25

qt/lb) while German mashes tend to

be on the thinner side (3.5 - 5 l/kg;

1.75 - 2.5 qt/lb). One reason for the

difference is the equipment that these

mashes are used in. Traditional

English brewing uses a single

unheated mash tun that was also used

for lautering while German brewers

used directly heated mash vessels that

require stirring the mash.