Khóa luận Nghiên cứu đặc tính của đại mạch trồng trong nước và sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong công nghệ sản xuất bia

ễ kết lắng trong nước; quay mặt phẳng phân cực sang phải 201,5 - 204,30. Tinh bột đại mạch không tan trong nước lạnh và các dung môi hữu cơ trung tính. Nhiệt độ hồ hoá của nó trong khoảng 61 - 64 °C tuỳ thuộc chủng giống đại mạch. Dưới tác dụng của các axit mạnh hoặc enzym các mối liên kết glucozid bị phá vỡ, tinh bột bị thuỷ phân thành maltoza, dextrin, một lượng nhỏ glucoza và một số oligosaccharid. 2. Celluloza: Celluloza của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử celluloza bao gồm 2.000 - 10.000 gốc glucoza sắp xếp thành mạch dài, xoắn lại thành từng chùm. Celluloza không tan trong nước nóng và hầu như không thay đổi về thành phần và cấu trúc hoá học trong suốt quá trình sản xuất malt và bia. Trong công nghệ sản xuất bia, celluloza không có giá trị về mặt dinh dưỡng nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình lọc dịch đường. 3. Hemicelluloza: Hemicelluloza là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào. Nó là một phức hệ bao gồm pentozan, hexozan và axit uronic. Dưới tác dụng xúc tác của enzym sitaza, hemicelluloza bị thuỷ phân thành hexoza (galactoza, manoza) và pentoza (arabioza, xilôza). Tất cả các đường đơn này hoà tan bền vững vào dịch đường và góp phần tạo thành chất chiết cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men. 1.3.2. Các hợp chất chứa nitơ: Các hợp chất chứa nitơ trong hạt đại mạch tuy chiếm tỷ lệ thấp (8 - 11 %) nhưng lại đóng một vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Vì ở một chừng mực nào đó, chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử gọi là protit, còn một phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng thấp phân tử có tính chất khác với nhóm cao phân tử gọi là nhóm hợp chất chứa nitơ phi protit. 1. Protit: Protit là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột ) để đánh giá đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao quá (> 14% chất khô), bia dễ bị đục, rất khó bảo quản. Ngược lại nếu hàm lượng quá thấp, không cung cấp đủ nitơ cho nấm men hoạt động, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà và kéo theo nhiều chỉ tiêu khác làm ảnh hưởng tới chất lượng bia thành phẩm. Hàm lượng protit tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 8 - 10%. Trong hạt đại mạch protit được phân bố chủ yếu ở lớp alơron và một phần rất nhỏ ở lớp tế bào bao quanh nội nhũ. Protit được chia thành hai nhóm protein và proteid. Protein là nhóm protit đơn giản bao gồm albumin, globulin, hodein và glutein. Trong quá trình sản xuất bia thì chỉ có albumin, globulin và một phần rất nhỏ hodein hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia. Protein có chứa đầy đủ các axitamin không thay thế ( trừ tryptophan). Proteid là nhóm protit phức tạp. Nó là những họp chất được tạo thành từ một phân tử có bản chất protein và một phân tử có bản chất phi protein. Đại diện của nhóm này là nucleoproteid, lipoproteid, glucoproteid và phosphoproteid. Proteid là thành phần khó hoà tan, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia nên cần phải loại bỏ tối đa cấu tử này ra khỏi dịch đường. 2. Các hợp chất chứa nitơ phi protit: Các đại diện tiêu biểu của nhóm này là : albumoza, pepton, peptid, polypeptid và axitamin. Albumoza và pepton có vai trò rất lớn trong việc tạo và giữ bọt, đồng thời làm tăng thêm vị đậm đà của bia .Tuy nhiên nếu có hàm lượng quá cao, chúng sẽ làm giảm độ bền keo và gây đục cho bia. Peptit dễ dàng hoà tan vào dịch đường để tạo thành dung dịch bền vững và tồn tại trong bia như là một trong những thành phần dinh dưỡng. Axit amin tồn tại trong đại mạch với một lượng không nhiều khoảng 0,1% so với lượng chất khô của hạt . Tuy chiếm một tỷ lệ rất nhỏ nhưng vai trò của axit amin trong công nghệ sản xuất bia rất lớn, nó là nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, là tác nhân tạo melanoit và tồn tại trong bia như một hợp phần dinh dưỡng quan trọng. 1.3.3. Các hợp chất không chứa nitơ: Các hợp chất không chứa nitơ bao gồm: polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng. 1. Polyphenol và chất đắng: Polyphenol trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ. Phần lớn những hợp chất polyphenol hoà tan và tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất của catechin . Trong sản xuất bia, những chất này dễ dàng kết hợp với protit cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Mặt khác, sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân tố làm xấu đi hương và vị của bia. Chất chát và chất đắng trong hạt đại mạch thuộc nhóm lipoid là nguyên nhân gây ra vị đắng và vị chát khó chịu cho bia. 2. Fitin: Fitin là muối đồng thời của canxi và magiê với axit inozitphosphoric C6H6O6(H2PO3)6. Chúng tập trung chủ yếu ở vỏ và chiếm đến 0,9% chất khô của vỏ. Khi bị thuỷ phân chúng sẽ tạo thành inozit C6H6(OH)6 và axit phosphoric, cung cấp phospho cho nấm men, đồng thời làm tăng thêm độ chua tác dụng của dịch cháo ở giai đoạn đường hoá , nâng cao hiệu suất thuỷ phân. 3. Vitamin và chất khoáng: Trong hạt đại mạch chất khoáng tập trung nhiều nhất ở phôi là phospho sau đó là Si, K, Ca, Na ... các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia. Đặc biệt là nguyên tố phospho vì nó đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường. Đại mạch chứa các loại vitamin : B1, B2, B6, C, PP, tiền vitamin A, E, axit pantotenic, biotin ... Phần lớn chúng tập chung ở phôi, vỏ hạt, và lớp alơron với hàm lượng rất thấp. I.3.4. chất béo: Hàm lượng chất béo trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2 - 3% so với trọng lượng chất khô của hạt. Chúng tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron. Chất béo có màu vàng nhạt hoăc màu cà phê, có mùi thơm nhẹ, dễ chịu. Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo bậc cao. Chất béo tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của bia thành phẩm. I.3.5. Hệ enzym trong đại mạch: Trong hạt đại mạch có chứa một lượng enzym khá phong phú như : amylaza, proteaza, catalaza, sitaza, lipaza ... proteaza tập chung chủ yếu ở phôi, catalaza có trong nội nhũ, amylaza tập trung chủ yếu ở lớp ngù. Tuy nhiên, phần lớn các enzym này ở trạng thái liên kết và không hoạt động. ii. công nghệ sản xuất bia có sử dụng nguyên liệu thay thế : II.1. ứng dụng của chế phẩm enzym trong công nghệ sản xuất bia : Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, sản lượng đại mạch trên thế giới bị thiếu hụt trầm trọng. Do vậy, các công trình nghiên cứu sử dụng nguyên liệu thay thế nhằm giảm bớt lượng malt trong sản xuất bia đã đươc chú trọng, việc nghiên cứu tìm ra chế phẩm enzym từ vi sinh vật và ứng dụng vào sản xuất đã tạo ra bước ngoặt lớn trong ngành sản xuất bia. Trong sản xuất bia theo phương pháp truyền thống, các hệ enzym thuỷ phân quan trọng có trong malt được tạo ra trong quá trình sản xuất malt (quá trình nảy mầm của hạt đại mạch ). Tuy nhiên quá trình này cũng làm tiêu hao một phần tinh bột của hạt (trung bình khoảng 12% chất khô của hạt). Khi thay thế malt bằng chế phẩm enzym vi sinh vật sẽ làm giảm tổn thất tinh bột và tiết kiệm được loại hạt giống có giá trị cao, khả năng nảy mầm rất lớn (96 %) để dùng cho nông nghiệp. Mặt khác, việc sử dụng các chế phẩm enzym vi sinh vật trong công nghệ sản xuất bia cho phép ta có thể gia tăng thêm tỷ lệ nguyên liệu thay thế mà vẫn đảm bảo được chất lượng của bia. Những enzym có nguồn gốc khác nhau dùng để thay thế cho enzym của malt cần có hoạt lực cao và đặc hiệu, không chứa độc tố và vi sinh vật có hại, thích ứng với các quá trình sản xuất bia. Trong phạm vi khoá luận, em xin giới thiệu một số chế phẩm enzym chủ yếu của hãng Novo Industry - Đan Mạch đã và đang được ứng dụng phổ biến cho công nghệ sản xuất bia. II.1.1. Giới thiệu về Termamyl 120L: [17] Termamyl 120L là chế phẩm dạng nước có chứa a - amylaza chịu nhiệt được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus licheniformis. Enzym này là một endo - amylaza, thuỷ phân mối liên kết 1,4 - a - glucozit trong phân tử amyloza, amylopectin làm tinh bột nhanh chóng bị phân giải thành dextrin và oligosaccharid tan trong nước. Termamyl dễ tan trong nước ở mọi nồng độ trong điều kiện thường dùng, không độc và không có vi sinh vật gây bệnh. Termamyl hoạt động tối ưu trong điều kiện nhiệt độ là 90°C, pH trung tính (pH = 6). Nó có thể hoạt động ổn định ở nhiệt độ 95 - 105°C nếu bổ xung vào dịch 50 - 70 ppm ion Ca2+. Termamyl sẽ bị vô hoạt khi xử lý nhiệt độ ở pH thấp (3,5 - 4,5). Nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của nó có thể duy trì tối thiểu một năm. Trong sản xuất bia, Termamyl được dùng để trợ giúp cho quá trình dịch hoá được dễ dàng. Do độ ổn định nhiệt cao nên quy trình nấu được đơn giản hơn. Termamyl thường được sử dụng với tỉ lệ 0,05 - 0,1 % khối lượng nguyên liệu thay thế. II.1.2. Giới thiệu về Fungamyl 800L: [11] Fungamyl 800L ( thực chất là 1,4 - a - D - glucan glucano - hydrolaza) là chế phẩm dạng nước có chứa a - amylaza, được thu nhận từ giống nấm mốc Aspergillus oryzae. Enym này thuỷ phân mối liên kết a - 1,4 glucozid trong amyloza, amylopectin hoặc trong phân tử dextrin, oligosaccharid tạo thành một lượng lớn đường maltoza. Fungamyl hoàn toàn tan trong nước và an toàn nếu sử dụng theo đúng hướng dẫn. Điều kiện hoạt động tối ưu của nó là ở nhiệt độ 55°C, pH = 5, bị vô hoạt khi xử lý ở nhiệt độ 70°C trong 15 phút. Fungamyl nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của nó sẽ được duy trì ít nhất là một năm. Trong sản xuất bia, Fungamyl được bổ sung vào trong quá trình nấu hoặc trong quá trình lên men để tăng khả năng đường hoá và khả năng lên men của dịch đường. Fungamyl thường được sử dụng với tỷ lệ 0,02 - 0,05 % so với tổng nguyên liệu tuỳ theo yêu cầu sử dụng. II.1.3. Giới thiệu về Neutrase 0,5L: [14] Neutrase 0,5L là một chế phẩm proteaza trung tính có chứa ion Zn2+, được thu nhận từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus subtilic (cũng được ổn định bằng ion Ca2+). Nó phân cắt protein thành peptid hoà tan và axit amin. Neutrase 0,5L không cháy và hoàn toàn tan trong nước. Nó hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 45 - 55°C, pH = 5,5 - 6,5, bị vô hoạt khi xử lý ở nhiệt độ 55°C trong 2 phút. Nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của Neutrase sẽ được duy trì ít nhất là một năm. Trong sản xuất bia, Neutrase được dùng để hỗ trợ các proteaza có trong malt để thuỷ phân các protit có trong nguyên liệu nấu chưa nảy mầm như gạo, ngô, đại mạch... Neutrase không bị ức chế bởi các chất ức chế proteaza có trong malt. Với pH của malt , nó có thể hoạt động ở nhiệt độ 50 - 550C. Neutrase 0,5L thường được dùng với tỷ lệ 0,3 - 0,7 kg / tấn nguyên liệu. II.1.4. Giới thiệu về Ceremix 2XL: [10] Ceremix 2XL là chế phẩm enzym tổng hợp dạng nước có hoạt tính a - amylaza (80KNU/g), b- glucanaza (300BGU/g) và proteaza (0,33AU/g) , được thu nhận bằng cách pha trộn các enzym tiêu chuẩn được tạo ra từ những quá trình lên men riêng rẽ vi khuẩn Bacillus subtilic. Các enzym thành phần của Ceremix hoàn toàn tan trong nước. Ceremix hoạt động tối ưu trong khoảng 65 - 700C và pH = 5 - 7. Nếu được bảo quản ở 5°C thì hoạt tính của Ceremix sẽ được duy trì tối thiểu là một năm. Trong sản xuất bia, Ceremix được sử dụng khi thay thế một phần malt bằng đại mạch với liều lượng thường dùng là 1 - 1,5 kg / tấn đại mạch. II.1.5. Giới thiệu về Ultraflo L: [18] Ultraflo L là một chế phẩm enzim có hoạt tính b - glucanaza chịu nhiệt và một phần hoạt tính pentozanaza, cenlulaza, xylanaza, arabanaza. Nó thuỷ phân các chất gôm có trong malt và đại mạch thành oligosaccharid có từ 3 - 5 gốc Glucoza. Nó được thu nhận từ sự lên men nấm mốc Penicillium emersonii. Ultraflo hoàn toàn tan trong nước, điều kiện hoạt động tối ưu của Ultraflo là ở nhiệt độ 55 - 70°C, pH = 5 - 7 (có thể hoạt động trên 750C). Trong sản xuất bia, Ultraflo được dùng để phân giải các chất gôm có trong nguyên liệu, làm giảm độ nhớt của dịch đường, hỗ trợ cho quá trình lọc dịch đường và bia được dễ dàng hơn. Nó nhanh chóng bị vô hoạt trong quá trình đun sôi dịch đường. Ultraflo thường được dùng với liều lượng là 0,2 - 0,5 lít/tấn nguyên liệu. II.2. Công nghệ nấu bia có sử dụng nguyên liệu thay thế: II.2.1. tình hình sử dụng nguyên liệu thay thế trên thế giới và triển vọng ở Việt Nam: Tới giữa thế kỷ XIX, nguyên liệu chính sử dụng trong sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon và nấm men. Bia được tạo ra có hương thơm dễ chịu của malt và hoa houblon, có mầu vàng sáng. Tuy nhiên, quá trình sản xuất malt đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn và tổn thất chất khô tương đối lớn. Từ năm 1880, trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu , sử dụng các loại ngũ cốc chưa nảy mầm để thay thế một phần malt đại mạch trong sản xuất bia. đến nay, việc sử dụng các loại ngũ cốc này đã trở lên rất phổ biến và đóng góp 10 - 25% tổng sản lượng bia. Một số nước đã sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia với tỷ lệ cao như ở Mỹ dùng gạo 16 % cùng với hỗn hợp ngô 33 %, ở Anh dùng 20 - 25 %, ở Nhật dùng 40 - 50 %, ở úc dùng 30 - 40 %. [12]. Do việc đánh thuế chủ yếu đánh vào bia sản xuất từ hạt nảy mầm, nên một số nước ở châu âu và châu Phi đã sử dụng nguyên liệu thay thế nhằm giảm tỷ lệ malt đưa vào sản xuất. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, do thiếu hụt malt trầm trọng nên tất cả các châu lục đều phải sử dụng các nguồn nguyên liệu thay thế khác nhau như ngô, gạo, đại mạch, tiểu mạch, kê, bo bo, các loại đường, siro... Những nguyên liệu này khác nhau về thành phần hoá học và đặc tính cơ lý. Do đó việc sử dụng các nguyên liệu thay thế khác nhau sẽ làm thay đổi đặc tính công nghệ và thành phần dịch đường, tạo cho bia có hương vị mới. Ngoài ra, theo các nghiên cứu cho thấy malt sản xuất từ đại mạch trên đất Mỹ có hàm lượng nitơ cao hơn malt ở châu âu. Vì có hàm lượng nitơ cao nên khi sử dụng 100 % malt trong sản xuất bia sẽ dẫn đến hiện tượng bia sẽ không bền về tính chất vật lý. Để khắc phục hiện tượng này người ta đã nghiên cứu sử dụng một số loại ngũ cốc có hàm lượng protein hoà tan ít như gạo, ngô... để thay thế một phần malt làm tăng độ bền vững của bia trong bảo quản. Trong malt còn có hoạt lực diastatic cao có khả năng chuyển hoá một lượng tinh bột lớn hơn so với lượng tinh bột có trong bản thân malt nên có thể sử dụng thêm nguyên liệu khác có chứa tinh bột để tăng hiệu suất thu hồi, giảm giá thành sản phẩm. [7]. ở Việt Nam, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ sản xuất bia thì nhu cầu về nguyên liệu, đặc biệt là malt đại mạch cũng rất lớn. Hàng năm chúng ta phải nhập hàng ngàn tấn malt (năm 1991 là 8.400 tấn, năm 1997 là 74.868 tấn ) từ các nước như Pháp, Canada, úc...với chi phí hàng chục triệu USD. Do vậy, xu hướng giảm bớt lượng malt đưa vào sản xuất tiết kiệm ngoại tệ, nâng cao hiệu suất của các nhà máy bia là một vấn đề đã và đang được các nhà công nghệ lưu tâm nghiên cứu và từng bước đưa vào triển khai sản xuất. Hầu hết các nhà máy bia trong nước đều đã sử dụng các nguyên liệu sẵn có như gạo, ngô, đường kính... để làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm giảm bớt những chi phí do phải nhập nguyên liệu và hạ gía thành sản phẩm. II.2.2. những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu và đường hoá: Quá trình nấu - đường hoá thực chất là quá trình thuỷ phân do tác dụng của hệ enzim có trong malt hoặc nguồn enzim thương phẩm bổ xung từ bên ngoài nhằm chuyển hoá các thành phần thành chính của malt và nguyên liệu thay thế (như tinh bột, protein,...) thành các chất hòa tan trong nước nhằm thu được dịch đường có thành phần mong muốn để đảm bảo chất lượng bia sau này nhờ chế độ nhiệt độ thích hợp. Hiệu suất của quá trình thuỷ phân bằng enzym phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất (tinh bột, protein,...), nồng độ và hoạt độ enzim, ..... 1. ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ thuỷ phân là yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng của quá trình enzim. Trong khoảng có ý nghĩa công nghệ, vận tốc của phản ứng thuỷ phân dưới tác dụng của enzim tăng cùng với sự tăng của nhiệt độ và đạt giá trị cực đại ở điều kiện nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ tối ưu không phải cố định mà nó phụ thuộc tương hỗ vào rất nhiều yếu tố khác như pH, nồng độ chất kìm hãm, nồng độ cơ chất, ...ở điều kiện đường hoá trong sản xuất bia, nhiệt độ tối ưu của các enzym thường có sự sai khác với nhiệt độ tối ưu ở môi trường thuần khiết. Điều chỉnh nhiệt độ khối dịch đường hoá, để điều hòa phản ứng là giải pháp hữu hiệu nhất để định hướng tiến triển của quá trình enzym, tạo ra tỷ lệ tương quan giữa các pha sản phẩm như mong muốn khi tiến hành đường hoá. Đáng chú ý là khi đạt đến nhiệt độ tối ưu cần phải duy trì nhiệt độ đó một thời gian để enzym thực hiện quá trình xúc tác thuỷ phân một cách triệt để. Sự thuỷ phân tinh bột trong dịch đường hoá xảy ra dưới tác dụng của 2 enzim a - và b - amylaza mà nhiệt độ tối ưu của a - amylaza là 750C và b - amylaza là 650C. Do đó, có thể dùng nhiệt độ để điều chỉnh tỷ lệ đường lên men và đường không lên men. Maltoza được tạo thành nhiều nhất ở 60 - 650C, còn ở điều kiện 70 - 750C chủ yếu là dextrin. Trong quá trình nấu, khoảng 28 - 40% lượng protein có trong malt được chuyển sang dạng hoà tan đi vào thành phần của dịch đường. Quá trình thuỷ phân protein diễn ra trong khoảng nhiệt độ 40 - 700C, nhưng tốt nhất là ở 45 - 550C. Mức độ thuỷ phân protein ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền hoá lý của bia. Bia sẽ được ổn định khi giảm hàm lượng protein cao phân tử bằng cách kết tủa , hấp phụ hay thuỷ phân bằng enzim proteaza. 2. ảnh hưởng của pH: pH cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân bằng enzym. Các hệ enzym khác nhau có vùng pH tối ưu khác nhau: + a - amylaza : pH = 5,7 + b - amylaza : pH = 4,8 - 5 + Proteaza : pH = 5,2 - 6 Trong quá trình nấu, pH giảm dần. pH bình thường của dịch đường hoá là 5,7 - 5,8. Trong điều kiện nhiệt độ cao, các chất điện ly phân ly mạnh hơn do đó ion H+ tăng lên dẫn đến pH giảm. ở 500C độ chênh lệch pH là 0,2; còn ở 700C là 0,3 so với điều kiện nhiệt độ bình thường. Vùng pH tối ưu cho các enzim có trong malt hoạt động phần lớn nghiêng về vùng axit. ở những điều kiện cần thiết, để điều chỉnh pH người ta có thể điều chỉnh trực tiếp bằng cách thay đổi thành phần hoá học của nước, hoặc có thể dùng axit lactic, H3PO4, ....để điều chỉnh pH. 3. ảnh hưởng của nồng độ: ở nhiệt độ thường, kết quả phản ứng thuỷ phân phụ thuộc vào nồng độ cơ chất, enzim và các sản phẩm tạo thành. ở nhiệt độ cao, enzim trong dịch chá loãng thường bị ức chế mạnh hơn so với dịch cháo đặc. Theo Oparin, đường và pepton có tác dụng ức chế quá trình kết tủa protein ở nhiệt độ cao, do vậy các sản phẩm thuỷ phân có trong dịch đường là những chất bảo vệ tốt nhất cho các enzim. [ ]. Nồng độ dịch đường ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng các chất hoà tan được tạo thành do tác dụng của enzim amylaza. Nhìn chung nếu dịch đường càng loãng, lượng đường tạo ra 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 cách khác, nếu tỷ lệ nguyên liệu và nước giảm thì hoạt động enzim sẽ mạnh hơn. Khi đường hoá dịch cháo đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ nhiều hơn với dịch cháo loãng. Nguyên nhân của hiện tượng này là ở dịch cháo đặc, độ bền của b - amylaza cao hơn và do nồng độ cơ chất cao nên thời gian đường hoá kéo dài - điều này rất phù hợp cho b - amylaza vì tốc độ phân cắt tinh bột của chúng rất chậm. Hoạt lực của hệ enzim proteaza tăng lên khi nồng độ dịch nấu tăng. Trong dung dịch có nồng độ cao, nồng độ ion H+ tăng lên tạo điều kiện cho hệ enzim proteaza hoạt động. Khi nồng độ cơ chất tăng, dịch đường thu được sẽ chứa nhiều đạm formol hơn so với trường hợp khác. Nồng độ cơ chất là yếu tố chi phối khá mạnh đến tỷ lệ ccs cấu tử sản phẩm tạo thành từ sự thuỷ phân protein, mà quan trọng nhất là tỷ số giữa pha thấp phân tử và pha có phân tử lượng trung bình. Như vậy, tỷ lệ nguyên liệu và nước là một trong những yếu tố quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch nấu và hiệu suất thu hồi. Thực tế cho thấy dịch lọc đầu tiên có nồng độ chất khô ban đầu trong khoảng 14 - 16% là tốt nhất. 4. Một số yếu tố ảnh hưởng khác: Trong thực tế, tuỳ thuộc vào chất lượng malt,thành phần nguyên liệu thay thế, có thể dùng các biện pháp đun sôi 1 lần hoặc nhiều lần, hoặc dùng biện pháp nẫu chín tinh bột trong nguyên liệu thay thế (Ví dụ: gạo, ngô,...). Việc chọn chế độ nấu - đường hoá quyết định chất lượng dịch đường hoá cũng như bia thành phẩm. Khi tăng lượng nguyên liệu thay thế, nồng độ enzim trong malt giảm, chất lượng dịch thuỷ phân giảm làm ảnh hưởng đến thành phần dịch đường và chất lượng bia thành phẩm. Bên cạnh việc bổ xung enzim thương phẩm để tác dụng lên cơ chất một cách hiệu quả hơn, việc chọn chế độ nấu - đường hoá (trong đó có các yếu tố nhiệt độ, thời gian "nghỉ", pH,...) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu I. Nguyên liệu: Malt đại mạch của Australia; Gạo CR 203 mua ngoài thị trường; Đại mạch B3 trồng tại Cao Bằng; Các chế phẩm enzym của hãng Novo Industry - Đan Mạch : Termamyl 120L, Fungamyl 800L, Neutrase 0,5L, Ceremix 2XL, Ultraflo L Hoa houblon dạng viên; Chủng nấm men Saccharomyces carlbergensis lấy tại Xưởng thực nghiệm - Viện nghiên cứu Rượu - Bia - NGK. II. Dụng cụ: Máy so màu quang phổ Beckman DU 530 Máy đo tỷ trọng DA - 300 Máy đo pH Denver - Industry Máy lắc ống nghiệm Bồn điều nhiệt III. Phương pháp nghiên cứu: III.1. Phân tích nguyên liệu hạt : 1. Phương pháp xác định độ ẩm của hạt. Xác định độ ẩm của hạt là thu thành phần phần trăm nước tự do chứa trong hạt theo trọng lượng toàn bộ khối hạt. * Phương pháp sấy đến trọng lượng không đổi. Cân 20g hạt hoặc 5g bột cho vào hộp nhôm có nắp đã biết trước trọng lượng, sấy ở nhiệt độ 1050C và sấy đến trọng lượng không đổi. Lần sấy và cân đầu cách nhau 60 phút, các lần tiếp theo cứ sau 30 phút. Trong trường hợp ở lần sấy sau, trọng lượng hộp nhôm lại lớn hơn ở lần trước, ta dùng kết quả ở thời điểm mà trọng lượng hộp chứa bột bắt đầu tăng. Nếu sai số giữa hai lần cân liên tiếp không quá 0,001g thì kết thúc việc sấy. Độ ẩm của hạt được tính theo công thức : W: Độ ẩm của hạt (%) a: Trọng lượng hộp nhôm và nguyên liệu trước khi sấy (g) b : Trọng lượng hộp nhôm và nguyên liệu sau sấy. (g) c: Trọng lượng hộp nhôm (g) 2. Xác định trọng lượng riêng của hạt. Trọng lượng riêng của hạt đặc trưng về độ chắc, mập, độ chín của hạt. Trọng lượng riêng của hạt còn phụ thuộc vào thành phần tính chất hoá học cấu tạo của hạt. Cách tiến hành : tiến hành đếm 1000 hạt và cân rồi ghi lại kết qủa, mỗi lần thí nghiệm làm 2 mẫu. Lấy kết quả trung bình giữa các mẫu. III.2. Phương pháp thử iot: Dùng iot 0,02 N thử với dịch đường hoá, nếu dịch đường hoá không làm thay đổi màu của iot thì quá trình đường hoá kết thúc. III.3. Phương pháp xác định đường khử (RS) theo maltoza bằng phương pháp Nelson - Somogyi: * Nguyên tắc : Phương pháp dựa trên phản ứng tạo màu giữa RS và Cu (II). * Hoá chất Na2CO3 : 12,5 g KNaC4H4O6 : 12,5 g NaHCO3 : 10 g Na2SO4 : 100g Hoà tan trong 400 ml nước cất rồi định mức tới 500 ml, sau đó lọc nếu cần (1). CuSO4.5H2O : 30 g Hoà tan trong 200 ml nước đã có 4 giọt H2SO4 đặc (2) (NH4)6Mo7O4.4H2O (Amonium molybdate) 12,5 g hoà tan riêng trong 12,5 ml nước, sau đó thêm 10,5 ml H2SO4 đặc Na2HAsO4.7H2O (Sodium arsenate heptahydrate) 1,5 g hoà tan riêng trong 12,5 ml nước, sau đó cho từ từ vào dung dịch Amonium molybdate trên và khuấy liên tục. Định mức dung dịch thành 250 ml và để ở 37°C qua đêm (3) Lấy 25 ml dung dịch (1) + 1 ml dung dịch (2) đ dung dịch (4) * Phương pháp Cho 1 ml dung dịch cần phân tích thêm vào 1 ml hoá chất (4). Hỗn hợp đặt trong bình cách thuỷ được đun sôi trong 20 phút. Sau đó làm lạnh bằng nước lạnh trong 5 phút. Bổ sung thêm 1 ml dung dịch (3) vào hỗn hợp, lắc cho tới khi hết CO2, hỗn hợp để thêm 10 phút trước khi cho thêm 10 ml nước cất. Hỗn hợp phản ứng được đo ở bước sóng l = 600 nm, mẫu trắng làm tương tự thay bằng 1 ml nước cất, so kết quả với dung dịch chuẩn. (Dịch đường pha loãng 1000 lần, bia pha loãng 100 lần) * Dựng đường chuẩn Chuẩn bị dung dịch maltose 8 %: dung dịch A Lấy 2 ml dung dịch A định mức thành 1000 ml bằng nước cất Chuẩn bị 10 ống nghiệm 16mm x 200mm Cho vào các ống nghiệm với thể tích tăng dần từ 0,1 ml đến 1ml Thêm nước cất vào các mẫu cho tới thể tích 1ml Làm các bước thí nghiệm như phần trên Xây dựng đường chuẩn bằng phương pháp đồ thị * Tính kết quả : Đo mật độ quang của dung dịch nghiên cứu, từ đó căn cứ theo đồ thị chuẩn xác định nồng dộ chất nghiên cứu. III.4. Xác định hàm lượng đạm amin tự do theo phương pháp AOAC: Nguyên tắc: Dựa trên phản ứng tạo màu giữa a xít amin và thuốc thử Ninhydrin. Hoá chất: - Chất tạo màu: + Hoà tan trong nước cất: 100g Na2HPO4.12H2O. 60g KH2PO4 5g Ninhydrin 3g Fructoza + Định mức đến 1 lít + Dung dịch chất tạo màu này sẽ bảo quản được trong vòng hai tuần ở điều kiện lạnh trong một chai sẫm màu, pH đạt 6,0 - 6,8. - Dung dịch pha loãng: Hòa tan 2g KIO3 vào 600ml nước cất và thêm 400ml cồn 96%. Phương pháp: - Mẫu thí nghiệm: + Pha loãng mẫu tới nồng độ 1 - 8 mg a-amino nitrogen/1 lít. + Lấy 2ml mẫu đã pha loãng chuyển vào ống nghiệm. + Thêm vào 1ml chất tạo màu (1) và đậy bằng một hòn bi thuỷ tinh để tránh sự mất mát bởi bay hơi. + Đun cách thuỷ 16 phút trong một nồi nước sôi liên tục. + Làm nguội bằng nước ở 20oC trong 20 phút. + Cho vào mỗi ống nghiệm 5ml dung dịch pha loãng (2) + Lắc cẩn thận và đo độ hấp thụ tại l = 570nm trong vòng 30 phút sau khi cho thêm (2) vào. III.5. Xác định nồng độ chất khô bằng máy đo tỷ trọng DA - 300 III.6 Xác định pH trên máy Denver - Instrument: III.7. Xác định hiệu suất trích ly theo phương pháp AOAC: Dụng cụ: Nhiệt kế, cốc 1000ml, đũa thuỷ tinh, phễu f200mm, giấy lọc f320mm. Tiến hành: Cân chính xác 20g bột ngũ cốc (đại mạch) và 5g malt cho vào cốc đã biết trọng lượng. Bổ sung thêm 200ml nước cất ở 460C, dùng đũa thuỷ tinh khuấy đều. Sau đó nâng sôi (thời gian nâng 10' < t < 15'), giữ ở nhiệt độ sôi trong 15 phút. Sau đó làm nguội đến 460C và bổ sung thêm 25g malt, dùng đũa thuỷ tinh khuấy liên tục. Tăng nhiệt độ cốc lên 700C (tốc độ tăng 10C/1 phút). Khi nhiệt độ cốc đạt 700C đổ thêm vào đó 100ml nước cất ở 700C. Cứ 1 , 2 phút một lần lấy mẫu để thử thời gian đường hóa bằng cách lấy một giọt nấu ra đĩa sứ trắng, nhỏ vào đó một giọt dung dịch iôt 0,02N đến khi thu được hỗn hợp dung dịch iôt và mẫu có màu vàng ươm (iôt không đổi màu), coi như đường hoá kết thúc. Thời gian từ khi hỗn hợp trong cốc đạt 700C đến khi không làm đổi màu iôt gọi là thời gian đường hoá. Giữ ở nhiệt độ 700C trong thời gian 1 giờ, sau đó nhấc cốc ra, làm nguội đến nhiệt độ phòng trong khoảng 10 - 15 phút, lau khô vỏ ngoài cốc, bổ sung thêm nước rồi đem cân lại sao cho trọng lượng của dịch trong cốc là 450g. Khuấy cốc đều rồi đem lọc qua phễu có giấy lọc, hoàn lại 100ml dịch lọc ban đầu rồi bắt đầu tính thời gian lọc. Quá trình lọc coi như kết thúc khi bề mặt của bã trên phễu khô. Tính toán: P (800 + 0,6 Mm + 0,4 Mc) Et = _________________________________________ 100 - P Trong đó: Et : Tổng hiệu suất trích ly của malt và ngũ cốc (%) P : Nồng độ chất khô của dịch đường (%) Mm : Độ ẩm của malt (%) Mc : Độ ẩm của ngũ cốc (%) (Et - 0,6 Em) . 100 Ec = ____________________________ 40 Trong đó: Ec : Hiệu suất trích ly của ngũ cốc (%) Em : Hiệu suất trích ly của malt (%) 100 EC E'c = ______________ 100 - MC Trong đó: E'C : Hiệu suất trích ly truyệt đối của ngũ cốc (%) III.8. Phương pháp đường hoá dịch đường trong các nghiên cứu thử nghiệm: Chuẩn bị nguyên liệu: Gạo, malt đại mạch, đại mạch B3 được nghiền bằng máy nghiền đĩa. Sự hồ hoá và dịch hoá tinh bột: Gạo được phối trộn với nước ở nhiệt độ 400C theo tỷ lệ 1/4; dùng đũa khuấy đều. Sau khi bổ xung TERMAMYL và điều chỉnh nhiệt độ của khối nguyên liệu đến 850C, giữ trong 20 phút. Sau đó nâng sôi ,giữ sôi trong 30 phút trước khi làm nguội tới 520C. Nấu và đường hoá: Cân malt và đại mạch vào cốc 1000ml đã biết trọng lượng bổ xung thêm nước theo tỷ lệ 1/4. Sau đó phối trộn với dịch gạo đã hồ hoá (nếu dùng gạo làm thế liệu) và điều chỉnh nhiệt độ về 520C, giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ đến 650C, giữ trong 60 phút; nâng đến 750C giữ trong 30 phút. Kết thúc quá trình đường hoá, ta tiến hành kiểm tra sự tồn tại của tinh bột bằng I2 0,02N. Quá trình lọc dịch đường: Làm nguội dịch trong cốc đến nhiệt độ phòng; sau đó lau khô bên ngoài cốc, bổ xung thêm nước và định lượng dịch trong cốc đến 1000g, rồi lọc vải lọc bông, xác định thời gian lọc và lượng dịch lọc. Dịch lọc thu được ta đem đi phân tích các chỉ tiêu của dịch đường (đạm amin, dextrin, đường...). kết quả và thảo luận I. Đặc tính của đại mạch nội: Hiện nay qua khảo sát các điều kiện canh tác, thổ nhưỡng và lai tạo giống, tại Cao bằng đã tiến hành trồng được một số giống đại mạch bước đầu có nhiều kết quả khả quan về năng suất. Để đánh giá chất lượng của một số giống đại mạch nội và thăm dò khả năng khai thác đại mạch làm nguyên liệu thay thế, đề tài đã tiến hành phân tích một số chỉ tiêu của 3 giống đại mạch đã và đang được trồng ổn định tại Cao Bằng (có ký hiệu là B2, B3, B4) và so sánh với một số loại đại mạch trên thế giới (Giống B4 của Trung quốc và chỉ tiêu trung bình của Châu Âu .[ ].) cùng với một loại nguyên liệu thay thế đang được dùng phổ biến ở nước ta (gạo CR 203). Kết quả phân tích được thể hiện tại bảng 4.1. Bảng 4.1: Các chỉ tiêu hoá lý của đại mạch Chỉ tiêu Đơn vị Đại mạch ngoại Đại mạch nội Gạo B4 Châu Âu B2 B4 B3 Trọng lượng 1000 hạt g 31,61 - 51,31 44,43 45,38 - Độ ẩm % 11,78 14 10,18 8,53 9,12 11,92 Tinh bột % CK 64,3 63 - 65 66,00 64,1 65,7 73,4 Protein % CK 12,20 10 - 12 11,66 12,40 13,52 7,15 Độ hoà tan % 64,51 - 68,71 62,75 68,54 81,31 Độ hoà tan tuyệt đối % CK 73,12 - 76,51 68,6 75,12 92,05 Qua kết quả bảng 4.1. nhận thấy: So với đại mạch B4 của Trung quốc và chỉ tiêu trung bình của Châu Âuu, thì: Các giống đại mạch nội có các đặc tính không sai khác nhiều. Hàm lượng protein tương đương, có phần nhỉnh hơn: B2 là 11,66%, B3 là 13,52%, B4 là 12,40% so với tiêu chuẩn chung là 10 - 12%. Các chỉ tiêu khác như hàm lượng tinh bột và độ hoà tan thì khác nhau không đáng kể, tinh bột khoảng 65%, độ hoà tan tuyệt đối khoảng 69 - 75%. So với giống B4 của Trung quốc thì các giống đại mạch nội có kích thước hạt lớn hơn, màu sẫm hơn. So với các loại gạo đang được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất bia của nước ta, các giống đại mạch đem phân tích có hàm lượng tinh bột là 64,1 - 66% nhỏ hơn hàm lượng tinh bột của gạo 73,4%. Dựa vào độ hoà tan của nguyên liệu ta có thể đánh giá được khả năng chuyển hoá các chất từ dạng không tan sang dạng hoà tan của nguyên liệu thay thế. Các giống đại mạch có độ hoà tan (62,75 - 68,71%) kém gạo (81,31%). Khi dùng làm thế liệu, đại mạch sẽ tạo ra ít chất chiết hơn so với gạo. Do đó hiệu suất thu hồi dịch đường sẽ thấp hơn. Tuy nhiên, đại mạch có một số đặc tính trội hơn so với gạo: + Hàm lượng protein trong hạt đại mạch 11,66 - 13,52% cao hơn so với gạo 7,15% và tương đương với hàm lượng protein của malt 10,72%. Nên có thể khắc phục được hiện tượng nghèo đạm khi tăng tỷ lệ nguyên liệu thay thế. + Cũng giống như malt, vỏ trấu của đại mạch có thể tạo thành lớp màng lọc phụ xốp trợ giúp quá trình lọc dịch đường tốt hơn. Hiện nay, lọc bằng thùng lọc đang dần tỏ rõ những ưu thế hơn so với máy lọc khung bản, nên việc tăng độ xốp trong quá trình lọc sẽ là một trong những hướng ưu tiên của công nghệ sản xuất bia. + Những hạt đại mạch chín đã chứa enzym b - amylaza, cacboxypeptidaza và amylopeptidaza song chúng tồn tại chủ yếu ở dạng liên kết. Lượng enzym này nếu được giải phóng do các tác nhân bên ngoài (do tác dụng của hệ enzim thuỷ phân protein có trong malt hoặc proteaza thương phẩm, hoặc các tác nhân khác) thì trong quá trình nấu - đường hoá nó sẽ cải thiện được chất lượng dịch đường, làm tăng hàm lượng đường khử, tăng hàm lượng đạm hoà tan, giảm được tỷ lệ chế phẩm enzim thương phẩm. Do đó sẽ giảm những ảnh hưởng không tốt của chế phẩm enzim này tới chất lượng sản phẩm và công nghệ. + Gạo có nhiệt độ hồ hoá tương đối cao (70 - 800C) nên phải nấu sơ bộ ở nhiệt độ cao trước khi enzym thuỷ phân hoàn toàn tinh bột. Tinh bột đại mạch có nhiệt độ hồ hoá tương tự như của malt đại mạch (61 - 650C). Do vậy không cần xử lý ở nhiệt độ cao, tiết kiệm được năng lượng, quy trình nấu được rút ngắn. Qua kết quả so sánh đặc tính của các giống đại mạch nội B2, B3, B4 với nguyên liệu thay thế khác, ta thấy các giống đại mạch trên đều đạt các chỉ tiêu về độ ẩm, hàm lượng protein, tinh bột và có thể sử dụng làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia. Trong ba giống đại mạch đã phân tích thì B3 có độ hoà tan, hàm lượng tinh bột cao nhất. Hàm lượng protein cao hơn các mẫu khác song không đáng kể. Vì vậy, có thể sơ bộ đánh giá chất lượng của đại mạch B3 là tốt nhất trong các mẫu đã phân tích. Vì vậy, trong các thí nghiệm tiếp theo, tôi sử dụng đại mạch B3 làm nguyên liệu thay thế. II. Nghiên cứu sử dụng đại mạch nội làm nguyên liệu thay thế trong quá trình nấu - đường hoá: Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất bia và chất lượng sản phẩm: Công thức nấu - đường hoá, chế độ công nghệ (nhiệt độ, thời gian, pH,...) và chất lượng nguyên liệu,.... Tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của chúng là khác nhau. Hiện nay, hầu hết các cơ sở sản xuất bia ở nước ta đều sử dụng công thức nguyên liệu 70% malt + 30% gạo, có thể bổ xung thêm đường kính đến độ đường lên men theo yêu cầu công nghệ (10 - 110Bx). Với tỷ lệ nguyên liệu này, chế độ nấu - đường hoá thường được áp dụng là: Nồi cháo: Giữ 860C trong 30' (Có sử dụng Termamyl 0,1% khối lượng gạo) và giữ sôi trong 60'. Nồi malt: Giữ 520C trong 30 - 45'; giữ 650C trong 45 - 60'; giữ 750C trong 45 - 60'. Kết quả: bia thành phẩm có chất lượng ổn định, phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng. Nhưng độ ổn định chất lượng thành phẩm phụ thuộc phần lớn vào chất lượng nguyên liệu (chủ yếu là malt), mà chất lượng của malt các nhà sản xuất không kiểm soát được (trừ một số nhà máy lớn nhập nguồn hàng ổn định). Vì vậy để góp phần làm tăng độ ổn định và giảm giá thành sản phẩm (đặc biệt là các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ) thì việc nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế có sẵn trong nước là vấn đề được quan tâm nhiều nhất. Đã có nhiều công trình nghiên cứu trong nước đề cập đến vấn đề tăng tỷ lệ gạo thay thế lên 40 - 50% (thậm chí còn hơn nữa) kết hợp với việc sử dụng enzim thương phẩm. Nhưng dịch đường thu được có hàm lượng protein thấp không đáp ứng được nhu cầu sinh trưởng, phát triển của nấm men cũng như dư lượng đạm còn lại để tạo ra giá trị cảm quan của sản phẩm. Để góp phần giải quyết vấn đề này, dựa trên ưu thế của đại mạch, đề tài tập trung nghiên cứu thay thế một phần đại mạch vào sản xuất bia. Do thời gian có hạn, khoá luận chỉ tập trung nghiên cứu xác định công thức nấu có sử dụng giống đại mạch B3 làm nguyên liệu thay thế, với tỷ lệ thay thế 40% so với MĐC. * Đề tài đã tiến hành thí nghiệm với các mẫu sau: MĐC : 70% malt + 30% gạo; MTN1 : 60% malt + 20% gạo + 20% đại mạch B3; MTN2 : 60% malt + 40% đại mạch B3; Để tiến hành thí nghiệm, trước hết ta chuẩn bị dịch đường theo phương pháp đã nêu trong mục 3.7. Kết quả phân tích dịch đường được trình bày trong bảng 4.2. Bảng 4.2: Thành phần dịch đường 110Bx Chỉ tiêu Đơn vị MĐC MTN1 MTN2 1. pH 6,160 6,063 6,055 2. Đường khử (Tính theo Maltoza) g/l 84,80 75,73 73,28 3. Dextrin g/l 25,43 26,54 26,92 4. Tỷ lệ M/D 3,45 2,85 2,72 5. Đạm tổng mg /l 782,81 654,80 699,32 6. Đạm amin mg/l 198,59 141,84 162,55 7. Thời gian lọc 100ml 1'30 2'05 2'15 8. Hiệu suất thu hồi % 68,36 61,15 59,91 Qua kết quả trong bảng 4.2 nhận thấy, so với MĐC: Các MTN đều có hàm lượng đạm amin và đạm tổng thấp hơn. Hiệu suất thu hồi thấp, MTN1 là 61,15% và MTN2 là 59,91% so với MĐC là 68,36%. Tỷ lệ đường maltoza/ dextrin (Tỷ lệ M/D) chỉ đạt khoảng 2,8:1 trong khi đó MĐC là 3,45: 1. Điều đó gây bất lợi cho quá trình lên men. Thời gian lọc kéo dài, dịch đường đục. Để nâng cao chất lượng dịch đường, trong các thử nghiệm tiếp theo, đề tài đã sử dụng một số chế phẩm enzim của hãng NOVO - Đan mạch. 2.1. Nghiên cứu sử dụng enzim trong quá trình nấu - đường hoá: Trong công nghệ sản xuất bia, quá trình đường hoá đóng vai trò quyết định tới chất lượng dịch đường. Khi tăng nguyên liệu thay thế, lượng enzim có trong malt không đủ để thuỷ phân các chất cao phân tử, do đó quá trình đường hoá không triệt để. Để giải quyết vấn đề này cần thiết phải bổ xung enzim đường hoá từ bên ngoài vào. Theo những kết quả đã công bố của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzim của háng NOVO - Đan mạch trong sản xuất bia”, đề tài tiến hành sử dụng enzim theo tỷ lệ sau: TERMAMYL 120L : 0,1% khối lượng gạo; FUNGAMYL 800L : 0,02% khối lượng thế liệu; NEUTRASE 0,5L : 0,06% khối lượng thế liệu; Kết quả được trình bày trong bảng 4.3. Bảng 4.3: Chỉ tiêu chất lượng dịch đường 110Bx (có sử dụng enzim) Chỉ tiêu Đơn vị MTN1 MTN2 1. pH 6,013 5,907 2. Đường khử (Tính theo Maltoza) g/l 86,08 80,95 3. Dextrin g/l 23,76 23,42 4. Tỷ lệ M/D 3,62 3,45 5. Đạm tổng mg /l 826,67 913,30 6. Đạm amin mg/l 280,22 325,30 7. Thời gian lọc 100ml 1’55 2’00 8. Hiệu suất thu hồi % 69,03 67,32 Qua bảng 4.3 nhận thấy: Việc sử dụng enzym Neutrase và Fungamyl vào quá trình đạm hoá và đường hoá đã tăng hiệu suất trích ly nguyên liệu, chất lượng dịch đường tốt, hàm lượng đường khử cao hơn, quá trình lọc được cải thiện. Cụ thể, so với MTN không dùng enzim thì: Hàm lượng đạm tổng hoà tan tăng 20 - 30%%, Hàm lượng đạm amin tăng gần gấp đôi, Hàm lượng đường khử tăng 10 - 14%, Hiệu suất thu hồi tăng khoảng 7 - 8%%, Thời gian lọc 100ml giảm khoảng 10'. Song trong các MTN hàm lượng đạm amin lại quá cao so với MĐC, nên đề tài tiến hành điều chỉnh giảm tỷ lệ chế phẩm Neutrase. ảnh hưởng của tỷ lệ Neutrase tới chất lượng dịch đường hoá được trình bày trong bảng 4.4. Bảng 4.4. ảnh hưởng của enzim đạm hoá tới thành phần dịch đường hoá (Độ đường quy về 110Bx) Chỉ tiêu Đơn vị NEU: 0,01% NEU: 0,02% NEU: 0,03% NEU: 0,04% NEU: 0,05% MTN1 MTN2 MTN1 MTN2 MTN1 MTN2 MTN1 MTN2 MTN1 MTN2 1. pH 6,016 5,996 6,012 6,001 6,072 5,960 6,021 5,964 6,086 5,918 2. Đường khử (Theo Maltoza) g/l 78,38 79,35 85,77 80,38 85,97 79,42 86,02 80,48 86,04 80,51 3. Dextrin g/l 24,72 23,14 23,31 23,03 23,45 22,90 23,36 23,06 23,33 23,06 4. Tỷ lệ M/D 3,17 3,42 3,68 3,49 3,67 3,48 3,68 3,48 3,69 3,49 5. Đạm tổng mg/l 712,70 731,96 777,96 790,14 780,18 795,34 788,92 800,14 792,29 863,71 6. Đạm amin mg/l 164,80 177,36 188,47 196,96 210,14 223,56 246,22 267,16 263,54 300,37 7. Thời gian lọc 100ml 2'00 2'10 2'00 2'10 1'55 2'05 1'55 2'05 1'55 2'00 8. Hiệu suất thu hồi % 68,05 67,21 68,88 67,29 68,90 67,31 68,92 67,31 68,94 67,31 (g/l) Hàm lượng đạm amin 300 250 200 150 100 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 tỷ lệ Neutrase 0,5l MTN1 MTN2 Đồ thị 1 : ảnh hưởng của tỷ lệ enzym đạm hoá (Neutrase 0,5L) đến hàm lượng amin trong dịch đường hoá. Kết quả ở bảng cho thấy: Khi tỷ lệ chế phẩm Neutrase tăng thì hàm lượng đạm amin và đạm tổng hoà tan trong dịch đường tăng lên đáng kể, kéo theo sự tăng nhẹ một số chỉ tiêu khác như đường khử, hiệu suất thu hồi. Điều này có thể giải thích là NEUTRASE đã phân cắt lớp màng protein bao quanh tinh bột và hợp chất khác khiến các cơ chất này lộ ra ngoài, enzim dễ dàng xâm nhập vào cơ chất. Quá trình đường hoá sẽ diễn ra triệt để hơn, thời gian lọc 100ml giảm đi, hiệu suất thu hồi cao hơn. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả, để đảm bảo chất lượng dịch đường cũng như tiến độ lên men tốt, hàm lượng đạm tổng hoà tan vào khoảng 700 - 800 mg/l và hàm lượng đạm amin yêu cầu cho sự phát triển của nấm men là 150 - 238mg/l, dưới mức 150 mg/l nấm men phát triển không triệt để, tạo ra nhiều sản phẩm phụ và nấm men nhanh chóng bị thoái hoá. [ ]. Để chọn hàm lượng đạm hoà tan và đạm amin phù hợp cho lên men và tính tới hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, đề tài đã chọn tỷ lệ NEUTRASE là 0,02% khối lượng nguyên liệu thay thế. Với tỷ lệ này, trong cả 2 MTN hàm lượng đạm amin vào khoảng 180 - 200mg/l và hàm lượng đạm tổng khoảng 780 - 800 mg/l. Dịch đường có chất lượng tương đương MĐC. Qua tất cả các thí nghiệm trên, đề tài nhận thấy: Hàm lượng đạm amin tăng và thời gian lọc tăng khi tăng tỷ lệ đại mạch thay thế. Những mẫu nào có dùng gạo làm nguyên liệu thay thế thì hàm lượng đường khử sẽ cao hơn. Điều này có thể giải thích là do gạo có hàm lượng tinh bột cao hơn và hàm lượng protein thấp hơn so với đại mạch. Nên khi được thuỷ phân triệt để sẽ cho kết quả đạm amin và đường khử như trên. Như vậy, khi sử dụng enzim đường hoá và đạm hoá thì hiệu suất đường hoá tăng lên đáng kể và điều quan trọng hơn cả là ở đây đã thay thế malt bằng gạo và đại mạch đến tỷ lệ 40% mà vẫn đảm bảo sản lượng nấu, chất lượng dịch đường tương đương MĐC. Đó chính là yêu cầu đầu tiên mà đề tài đã đạt được. 2.2. Nghiên cứu sử dụng enzim để giảm thời gian lọc, nâng cao chất lượng dịch đường và bia thành phẩm: Mặc dù khi dùng enzim đường hoá và đạm hoá, chất lượng dịch đường đã được cải thiện đáng kể (có chất lượng tương đương hoặc hơn MĐC). Song so với MĐC, những mẫu thí nghiệm vẫn còn một số tồn tại sau: Dịch đường khó lọc hơn (Thông qua chỉ số thời gian lọc 100ml). Dịch đường đục hơn. Điều này có khả năng là do: Trong dịch đường, b - Glucan tạo thành gel có kích thước nhỏ và tạo thành khối làm dịch đường đục, làm tăng độ nhớt, giảm tốc độ lọc. b - Glucan là polysaccharid, là thành phần chính của vỏ đại mạch và malt. b - Glucan là những polyme mạch thẳng của glucoza với các liên kết b - 1,3 và b - 1,4 glucozid, trong đó liên kết b - 1,4 chiếm ưu thế (gấp 3 lần mối liên kết b - 1,3). Phân tử b - glucan trong đại mạch có thể quá lớn để tạo cấu trúc, mà cấu trúc này vừa đủ chắc để tạo thành gel. Và đây là yếu tố chính quyết định độ nhớt của dịch đường và bia thành phẩm. Quá trình thuỷ phân b - Glucan không tốt thì quá trình lọc sẽ kéo dài. Hơn nữa, nó còn ảnh hưởng tới chất lượng dịch đường, làm cho quá trình lọc bia sau này sẽ khó khăn hơn và vấn đề này còn liên quan tới hương vị và tính ổn định của bia. [ ]. Khi lượng enzim b - Glucanaza trong malt không đủ để thuỷ phân b - Glucan trong nguyên liệu thì giải pháp đơn giản và mang lại hiệu quả kinh tế cao là dùng chế phẩm enzim có chứa hoạt tính b - Glucanaza trong giai đoạn đường hoá. Để giảm hàm lượng b - Glucan, giảm thời gian lọc và cải tiến chất lượng dịch đường, đề tài tiến hành nghiên cứu thử nghiệm chế phẩm enzim Ultraflo L theo đúng sự chỉ dẫn của hãng NOVO - Đan mạch. Kết quả theo dõi ảnh hưởng của Ultraflo với tỷ lệ 0,02% đại mạch đến sự thay đổi thời gian lọc và chất lượng dịch đường của 2 MTN được trình bày ở bảng 4.6. Bảng 4.6:ảnh hưởng của Ultraflo L tới thời gian lọc và chất lượng dịch đường (Độ đường quy đổi về 110Bx) Chỉ tiêu Đơn vị MTN1 MTN2 1. pH 6,005 5,989 2. Đường khử (Theo Maltoza) g/l 86,06 81,08 3. Dextrin g/l 23,49 23,29 4. Tỷ lệ M/D 3,66 3,48 5. Đạm tổng mg/l 800,06 808,34 6. Đạm amin mg/l 193,75 210,16 7. Thời gian lọc 100ml 1'30 1'35 8. Hiệu suất thu hồi % 69,07 67,41 Qua kết quả trên ta nhận thấy: Sử dụng enzim Ultraflo có tác dụng làm giảm thời gian lọc (khoảng 40%) và hiệu suất trích ly tăng lên không đáng kể (khoảng 0,2%). So với MĐC, dịch đường cả 2 MTN có chất lượng tương đương. Song MTN1 có hiệu suất thu hồi cao hơn, hàm lượng đạm tổng và đạm amin đảm bảo chất lượng cho lên men, tỷ lệ M/D cao. Việc sử dụng Ultraflo có tác dụng cải tiến hữu hiệu tốc độ lọc, giảm thời gian lọc, giảm hẳn độ đục. Điều này được giải thích, là do những tế bào vỏ của malt và đại mạch có cấu tạo chủ yếu là b - Glucan, khi những b - Glucan này được thuỷ phân hoàn toàn có thể giải phóng nhiều cacbonhydrat bậc thấp và hoà tan trong nước, giảm độ nhớt dịch đường và tăng nhẹ hiệu suất trích ly. Qua tất cả những thí nghiệm trên, mặc dù đã chọn được MTN1 có chất lượng tốt hơn song để so sánh nên đề tài sẽ tiến hành theo dõi lên men đối với 2 MTN này. Dịch đường sau khi nấu và đường hoá theo chế độ trên, tiến hành sôi hoa 15' và bổ xung hoa viên (1g/l). Sau đó tiếp tục đun sôi 15' rồi lọc bã hoa. Dịch đường được làm nguội và điều chỉnh về 10,50Bx. Tiến hành thanh trùng dịch và bổ xung nấm men sữa (0,1%). Lên men chính ở nhiệt độ 120C , sau khi độ đường giảm xuống còn 2,50Bx thì gạn phần trong đóng vào chai đã thanh trùng rồi giữ ở 20C trong 10 ngày. Bảng 4.7: Kết quả phân tích bia thành phẩm Chỉ tiêu Đơn vị MĐC MTN1 MTN2 pH 4,318 4,400 4,386 Cồn %m %V 3,12 3,92 3,18 4,00 3,18 4,00 Chất tan còn lại %m 4,09 3,99 4,03 Chất tan biểu kiến 2,50 2,48 2,51 Chất tan ban đầu 10,20 10,36 10,26 axit 1,15 1,10 1,20 Đường khử (Theo maltoza) g/l 10,80 10,52 10,26 Đạm amin mg/l 28,12 32,56 44,54 Đạm tổng mg/l 342 336 448 Màu (l = 430nm) 5,05 4,875 4,55 Độ đục OD800 0,010 0,013 0,014 Hiệu suất lên men biểu kiến % 75,49 76,06 75,53 Qua quá trình theo dõi lên men và phân tích kết quả phân tích bia thành phẩm, nhận thấy: 2.3. Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong quá trình nấu bia: Để xác định hiệu quả của việc sử dụng đại mạch nội trong sản xuất bia đề tài tiến hành so sánh các mặt sau: 1. Về hiệu quả kinh tế: Trong sản xuất bia, vấn đề giảm giá thành sản phẩm mà chất lượng bia được tăng lên hoặc không đổi là vấn đề được nhà nghiên cứu và sản xuất quan tâm hàng đầu. Bảng 4.8. So sánh hiệu quả kinh tế Giá nguyên liệu sử dụng cho 100lít dịch đường (10,50Bx). Mẫu đối chứng : Nguyên liệu Khối lượng (kg) Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng) Malt đại mạch 9,24 5500 50.820 Gạo CR 203 3,7 3000 11.100 Termamyl 120l 0,0037 120.000 444 Tổng số tiền 62.364 Mẫu TN1 : 60% malt + 20% gạo + 20% đại mạch nội Nguyên liệu Khối lượng (kg) Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng) Malt đại mạch 7,92 5.500 43.560 Gạo CR 203 2,47 3.000 7.410 Đại mạch nội 2,92 2.000 5.840 Termamyl 120l 0,2.10-2 120.000 240 Ultraflo L 0,6. 10-3 180.000 108 Fungamyl 800L 0,1. 10-2 265.000 265 Neutrase 0,5L 0,1.10-2 190.000 195 Tổng số tiền 57.618 Qua kết quả trên ta thấy, chi phí nguyên liệu khi sử dụng 20% đại mạch nội cho sản xuất 100 lít bia giảm 4.796 đồng so với mẫu đối chứng. Một nhà máy bia với công suất 5 triệu lít/năm, nếu sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế sẽ tiết kiệm được 237.300.000đồng/năm. kết luận Quá trình nghiên cứu đặc tính của đại mạch nội và sử dụng đại mạch nội làm nguyên liệu thay thế công nghệ sản xuất bia đã cho một số kết qủa sau : 1. Đã đánh giá được chất lượng của một số giống đại mạch nội được trồng ổn định ở Cao Bằng (B2, B3,B4). Các giống đại mạch nay có các đặc tính không sai khác nhiều so với các giống đại mạch trên thế giới, cụ thể là giống đại mạch B4 của Trung Quốc và chỉ tiêu trung bình của Châu Âu. So với các nguyên liệu thay thế khác như gạo đại mạch nội có một số đặc tính trội hơn. Đó là, hàm lượng Protein của đại mạch 11,66 - 13,525 cao hơn so với gạo 7,15% và tương đương với hàm lượng Protein của malt 10,725. Lượng vỏ trấu của đại mạch giúp cho quá trình lọc dịch đường tốt hơn. 2. Đã nghiên cứu tìm ra được chế độ nấu và tỷ lệ sử dụng đại mạch nội thích hợp. Tỷ lệ đại mạch và nguyên liệu : 60% malt, 20% gạo, 20% đại mạch B3 là tốt nhất khiđược náu theo quy trình sau : 850C/20' à sôi/30' 650C/90' à 750C/15' 520C/30' (gạo + nước +enzym) (malt + đại mạch + nước + enzym) Dịch đường thu được có : hàm lượng đạmamin 141,84mg/l, hàm lượng đạm tổng là 654,8mg/l, hàm lượng đường khử là 75,73g/l, tỷ lệ M/D 2,85 g/l hiệu suất thu hồi là 61,15 %. 3. Đã nghiên cứu những ảnh hưởng của các chế phẩm enzym đến quá trình nấu và đường hoá và tìm ra được tỷ lệ enzym thích hợp. Termamyl 120L : 0,1% khối lượng gạo Fungamul 800L : 0,02% khối lượng thế liệu. Neutrase 0,5L : 0,02 % khối lượng thế liệu. Ultraflo L : 0,02 % khối lượng đại mạch. 4. Qua kết qủa nghiên cứu khi dùng nguyên liệu thay thế là 20% đại mạch B3, 20% gạo và 60% malt/1lít bia đã đem lại hiệu quả kinh tế không những đạt yêu cầu về chất lượng mà còn giảm được chi phí phải nhập ngoại malt đại mạch tiết kiệm được ngoại tệ nâng cao hiệu quả kinh tế cho các nhà sản xuất bia. Hiệu quả kinh tế xã hội, việc sử dụng đại mạch nội trong công nghệ sản xuất bia sẽ góp phần làm phát triển nông nghiệp và tạo công ăn việc làm cho đồng bào các dân tộc của các tỉnh miền núi. Tài liệu tham khảo 1. Hoàng Đình Hoà. Công nghệ sản xuất malt và bia NXB khoa học kỹ thuật - 1998 2. Hồ Sưởng. Công nghệ sản xuất bia NXB khoa học kỹ thuật - 1982 3. Kreteuts VL, Iarovenko VL(Quách Đỉnh dịch) Sử dụng chế phẩm enzym trong công nghiệp thực phẩm. NXB khoa học kỹ thuật 1982 4. Lê Ngọc Tú. Enym vi sinh vật. NXB khoa học kỹ thuật 1982. 5. Nguyễn Điền. Nông nghiệp thế giới bước vào thế ký XXI NXB nông nghiệp 1995. 6. Nguyễn Đình Thưởng. Tài liệu thí nghiệm công nghiệp lên men bia Trường đại học Công nghiệp nhẹ - 1974 7. Niên giám thống kê 1994 NXB thống kê - 1998. 8. Phan Văn Bản Trồng đại mạch chế biến malt thay thế nguyên liệu nhập ngoại. Đặc san hiệp hội Rượu - Bia -Nước giải khát - 2000. 9. Ceremix 2XL Novo - Industry Denmark 1991 10. Fungamyl 800L Novo - Industry Denmark 1991 11. Word Beer production (1986, 1996). J.Brewers digest October 1991. 12. Malleski NG, Desikacha H.SR Studies on comparative malting characteristies Of some tropical cereals and millets J. inst. Brew 1986. No2 V92 (P174-176) 13. Neutrase 0,5L Novo - Industry Denmark 1991. 14. Palmak GH Cereal science and technology A berdeer University press 1989 15. palmak GH Malting wort Production and fermentation Brewing science and technology, vol 2, the institute of brewing 1990. 16. Termamyl 120L. Novo - Industry Denmark 1991 17. Ultraflo L Novo - Industry Denmark 1991 18. Weig AJ Barley brewing Naardeen Interational 1997