Bài giảng Công nghệ sản xuất đồ uống

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐỒ UỐNG GV: Nguyễn Thị Thanh Tịnh PHẦN 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT KHÔNG CỒN Nước giải khát không có gas Nước giải khát có gas CÁC LOẠI NƯỚC GIẢI KHÁT KHÔNG CỒN Nước đã xử lý Syrup Pha chế syrup thành phẩm Phụ gia Bão hòa Phối trộn syrup Pha loãng syrup CO2 với CO2 Rót chai Bão hòa CO2 CO2 Đóng nắp Rót chai Hoàn thiện sản phẩm Đóng nắp Hoàn thiện sản phẩm Pha chế syrup thành phẩm Bảo hòa CO2 Rót đóng nắp và hoàn thiện sản phẩm Các dạng nước giải khát Nước giải khát hương liệu Nước uống tăng lực Nước uống thiên nhiên Công thức chung của các loại nước giải khát gắn mác nguyên chất, tự nhiên Hương liệu + Nước + Màu + Đường hóa học Tháo két chai ra khỏi palet Tháo chai ra khỏi két Kiểm tra chai đã rửa Rửa chai Rót nước giải khát có gas vào chai Kiểm tra chai đã đóng nắp Đóng nắp chai Dán nhãn hoặc in thông tin lên chai Xếp két vào palet Xếp chai vào két Chất lượng sản phẩm Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm theo ba chỉ tiêu sau: Chỉ tiêu hóa lý: tổng hàm lượng chất khô, lượng đường, CO2, độ chua hoặc pH, cường độ màu. Chỉ tiêu cảm quan: màu sắc, độ trong, mùi và vị Chỉ tiêu vi sinh vật: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước giải khát Nước Chất tạo mùi vị và màu sắc Nguyên liệu Một số nguyên nhân làm giảm chất lượng nước giải khát: Nước giải khát bị đục Nước giải khát bị nhầy nhớt PHẦN 2CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA  Malt Nguyên liệu thay thế Nghiền Nghiền Nấu nguyên liệu Lọc dịch nấu Hoa houblon Houblon hóa Lọc dịch houblon hóa Nấm men Làm nguội Nuôi cấy PTN Lên men Nhân giống sản xuất Tàng trữ Lọc dịch lên men Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn Thành phẩm Chương 1NGUYÊN LIỆU 1.1. Malt đại mạch Malt đại mạch là hạt thóc đại mạch được nảy mầm trong điều kiện nhân tạo về nhiệt độ và độ ẩm. 1.1.1. Thành phần hóa học của đại mạch Nước: Là thành phần rất quan trọng ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Nếu hàm ẩm lớn thì: Kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt gây tổn hao chất khô. Tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Tăng chi phí vận chuyển một cách vô ích. Hiệu suất thu hồi chất chiết giảm. Hàm ẩm tối đa cho phép khi đưa đại mạch vào bảo quản là 13%.  Glucid:  Tinh bột: Là thành phần quan trọng nhất chiếm trên 50% khối lượng chất khô. Chức năng của tinh bột trong sản xuất bia và malt: Nguồn thức ăn dự trữ cho phôiCung cấp chất dự trữ cho dịch đường trước lúc lên men Cellulose: Chiếm khoảng 20% chất khô chủ yếu tập trung ở vỏ trấu. Nó đóng vai trò đặc biệt trong quá trình lọc bia sau này. Hemicellulose: Là phức hệ gồm: pentosan, hexosan và acid uronic. Chúng tham gia kiến tạo nên thành tế bào. Trong quá trình ươm mầm nhóm enzyme sitase thủy phân hemicellulose tạo bước đột phá để các enzyme khác có thể xâm nhập vào bên trong tế bào. Các hợp chất pectin và các hợp chất keo: Sự tồn tại các hợp chất pectin và chất keo mang tính chất hai mặt.Mặt tích cực: tạo cho bia vị đậm đà, tăng khả năng tạo và giữ bọt cho sản phẩm. Mặt tiêu cực: tạo cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc. Các hợp chất chứa nitơ: Protein: Đây là chỉ số quan trọng thứ hai để đánh giá xem lô hạt đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt bia hay không. Hàm lượng protein cao: bia dễ bị đục, khó bảo quản. Hàm lượng protein thấp: quá trình lên men không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà và kéo theo một số chỉ số non yếu khác. Hàm lượng protein tốt nhất cho sản xuất bia là 8 – 10%. Các sản phẩm thủy phân của protein đóng vai trò quan trọng đến việc hoàn thiện chất lượng của bia. Protein phức tạp(proteic) kém hòa tan hoặc hòa tan không bền vững nên trong công nghệ sản xuất bia chúng là một trong những tác nhân gây đục bia. Do đó cần phải loại bỏ tối đa cấu tử này ra khỏi dịch đường. Albumose và pepton: Với hàm lượng vừa phải chúng có tác dụng tốt trong việc tạo, giữ bọt và tăng vị đạm đà cho bia. Acid amin: Là nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, tham gia vào phản ứng melanoid. Chúng tồn tại trong bia như là một hợp phân quan trọng. Các hợp chất không chứa nitơ: Polyphenol: Trong đại mạch là dẫn suất của catechin. Chúng kết hợp với protein cao phân tử tạo phức dễ kết lắng. Nhưng việc hòa tan polyphenol vào dịch đường lại ảnh hưởng xấu đến hương vị của bia. Chất đắng và chất chát: Trong đại mạch thuộc nhóm lipid, gây vị đắng khó chịu cho bia. Cần loại trừ bằng cách ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ. Fitin: Là muối đồng thời của canxi, magie và acid inozicphosphoric C6H6O6(H2PO3)6 thường nằm ở vỏ là nguồn cung cấp phospho cho nấm men. Ngoài ra trong đại mạch còn có vitamin, khoáng chất… 1.1.2. Công nghệ sản xuất malt đại mạch Hạt đại mạch Làm sạch Tạp chất Hạt sạch Nước và chất sát trùng Rửa và sát trùng Nước Ngâm Khí nén Không khí điều hòa Nẩy mầm Sấy malt Tách mầm, rễ Bảo quản 1.1.2.1. Rửa, sát trùng và ngâm hạt Hạt sẽ được làm sạch trong quá trình ngâm. Để sát trùng người ta thường dùng: NaOH, Na2CO3, CaO, formalin, H2O2. H2O2 ngoài tác dụng sát trùng còn kích thích thêm sự nảy mầm của hạt, tuy nhiên giá thành đắt. Qúa trình ngâm hạt làm tăng hàm lượng nước tự do giúp các chất dinh dưỡng hòa tan được và chuyển đến mầm, đồng thời tạo điều kiện cho các enzyme rơi vào nội nhũ thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các chất đơn giản cho mầm sử dụng. Tuy nhiên trong quá trình này cần cung cấp đầy đủ O2 và thải CO2 cùng các sản phẩm trao đổi chất khác làm kiềm hãm sự phát triển của mầm. Có 4 phương pháp ngâm hạt: Ngâm trong không khí- nước gián đoạn Ngâm hạt trong luồng không khí và nước liên tục Ngâm hạt trong luồng nước phun Ngâm hạt trong luồng không khí- nước phun 1.1.2.2. Ươm mầm Trong quá trình nảy mầm, bên cạnh những biến đổi về trạng thái còn có các biến đổi về enzyme và thành phần hóa học. Biến đổi về enzyme: Độ ẩm của hạt tăng nên các enzyme được giải phóng và hoạt động, mặt khác một số enzyme mới được hình thành. Hệ enzyme amylase có giá trị nhất trong công nghệ sản xuất bia. Enzyme sitase tác dụng lên thành tế bào của nội nhũ mỡ đường cho các enzyme khác hoạt động. Biến đổi về thành phần hóa học: Dưới tác dụng của enzyme amylase tinh bột bị thủy phân thành glucose, maltose, các dextrin một lượng lớn saccharose và fructose. Chất béo giảm do enzyme lipase thủy phân. Độ acid của malt tăng lên do sự hình thành các enzyme hữu cơ, sự thủy phân các chất nitơ và phosphate. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự nảy mầm Nhiệt độ 12 – 160C Độ ẩm Mức độ thông khí CO2không quá 20% Thời gian ươm mầm 7 ngày 1.1.2.3. Sấy malt Mục đích:  Giảm độ ẩm của malt để bảo quản.  Tạo màu, mùi, vị mới thích hợp cho sản xuất bia. Giai đoạn đầu sấy malt các enzyme hoạt động cao hơn nhiều so với lúc ươm mầm. Dựa vào phương pháp nâng nhiệt và nhiệt độ sấy cao nhất mà ta thu được những loại malt khác nhau. Các quá trình sinh hóa và hóa học xảy ra khi sấy malt: Ở nhiệt độ cao một số enzyme bị tiêu diệt một số khác bị đình chỉ hoạt tính. Ví dụ enzyme sitase ở 600C bị vô hoạt; enzyme β amylase mất hoạt tính nhiều hơn α amylase. Phản ứng quan trọng trong quá trình sấy malt là phản ứng melanodine làm cho màu malt tối hơn và có mùi đặc trưng. Sự tạo thành melanodine còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao phản ứng melanodine xảy ra mạnh nhưng sản phẩm tạo ra ít thơm và ít tan trong nước. Phản ứng menanodine là sự kết hợp giữa gốc cacboxyl(COO-)và nhóm amin(NH2+). Hoạt tính của aminoacid tham gia vào phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, lượng nước và một số yếu tố khác. Ở nhiệt độ sấy khác nhau người ta sẽ thu được các loại malt thích hợp cho từng loại bia như bia vàng, bia đỏ… 1.2. Hoa houblon Hoa houblon là thành phần không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia. Chính hoa đã truyền cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu. Hoa có thể được chế biến thành nhiều dạng khác nhau như: dạng hoa nguyên, hoa khô, hoa khô đã được nghiền và cao hoa. Trong sản xuất bia không nên sử dụng 100% cao hoa mà kết hợp nhiều loại để đạt được sản phẩm chất lượng tốt hơn. Sơ đồ công nghệ sản xuất hoa houblon Hoa tươi Thu hái Phơi, sấy khô Trích ly Cô đặc Cao hoa Ép Xông SO2 Bảo quản(CO2 hoặc N2) Sản phẩm hoa ép CÁC CHẾ PHẨM HOA HOUBLON Hoa houblon khô Hoa houblon dạng viên ép Tinh dầu hoa houblon Chế phẩm hoa houblon: Thành phần hóa học của hoa houblon bao gồm nhiều chất trong đó những chất có giá trị đối với công nghệ sản xuất bia gồm: Nhựa hoa houblon Các chất đắng Tinh dầu Tanin 1.3. Nước Trong nghệ sản xuất bia, nước đóng vai trò rất quan trọng. Nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau từ giai đoạn sử lý nguyên liệu cho đến thành phẩm. Nước trong bia thành phẩm chiếm 77 – 90%. Ảnh hưởng của nước đến chất lượng của bia: * Sự ảnh hưởng của nước đến độ acid của dịch đường và bia: Độ acid tự nhiên do phospho kali tồn tại ở các dạng KH2PO4, K2HPO4 và K3PO4 có trong malt quyết định. KH2PO4 có tính acid: K2PO4- HPO42- + H+ K2HPO4 có phản ứng như một kiềm yếu: HPO42- + H+ + OH- H2PO4- + OH- K3PO4 có phản ứng như một kiềm mạnh: PO43- + H+ + OH- HPO42- + OH- Ngoài ra, độ cứng của nước cũng ảnh hưởng đến pH của dịch đường. Vì vậy trong sản xuất bia tốt nhất nên dùng nước có độ cứng trung bình, không vượt quá 7 mili đương lượng/ lít. Nước có độ cứng quá lớn phải tiến hành xử lý: + Lắng và lọc + Làm mềm(trung hòa và trao đổi ion) + Cải tạo thành phần sinh học của nước: Phương pháp vật lý: siêu lọc Phương pháp hóa lý: tia tử ngoại, sóng siêu âm Phương pháp hóa học: Clo hóa, Ozon hóa Chương 2ĐƯỜNG HÓA NGUYÊN LIỆU 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu Làm sạch và đánh bóng malt Nghiền malt Vỏ malt giữ càng nguyên càng tốt Tạo tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột 2.2. Nấu nguyên liệu: Mục đích: Chuyển các chất của malt và nguyên liệu thay thế từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ hoạt động của các enzyme thủy phân. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi nấu Qúa trình sinh hóa quan trọng xảy ra trong khi nấu là sự thủy phân các chất dưới tác dụng của các enzyme. Tinh bột Các loại đường + Dextrin Protein Acid amin + Pepton + Albumose + Polypeptide Amylase Protease Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân Thủy phân dịch cháo Nhiệt độ Nồng độ dịch cháo Enzyme pH Enzyme α amylase thích hợp ở vùng nhiệt độ 70 -750C, pH= 5.7 sản phẩm thủy phân chủ yếu là dextrin và một ít maltose. Enzyme β amylase thích hợp ở vùng nhiệt độ 63 – 650C, pH= 4.8 sản phẩm thủy phân chủ yếu là đường maltose. Enzyme protease ở nhiệt độ 500C tích lũy các sản phẩm thủy phân có phân tử lượng nhỏ như acid amin. Ở 600C tích lũy sản phẩm có phân tử lượng lớn như polypeptide. pH thích hợp cho enzyme hoạt động là 5.6 – 5.9. Đường hóa khi không sử dụng nguyên liệu thay thế Dựa vào phương thức tiến hành có thể phân thành 2 nhóm: Đường hóa phân đoạn(phương pháp đun sôi) từng phần nhỏ riêng rẽ của khối cháo được đun chín một cách thứ tự sau đó mới hòa chung vào khối cháo.  Đường hóa toàn khối(phương pháp ngâm) toàn bộ khối cháo được đường hóa cùng một lúc, từ lúc đầu đến điểm cuối, ở nhiệt độ 750C không qua thời gian đun sôi. Đường hóa khi có sử dụng nguyên liệu thay thế Trong sản xuất bia nguyên tắc chỉ sử dụng malt đại mạch khô thì sản phẩm sẽ có chất lượng tốt. Tuy nhiên, xét về hiệu quả kinh tế và hạ giá thành sản phẩm người ta đã bổ sung một số nguyên liệu thay thế như bột gạo, bột ngô, bột khoai sẵn…Tỷ lệ nguyên liệu thay thế thông thường 10 – 15%. Nhưng gần đây, với sự hỗ trợ đắc lực của ngành công nghệ enzyme thì tỷ lệ đó đã tăng vọt lên 30%, 40% thậm chí 50%... Các biện pháp nâng cao hiệu suất đường hóa Làm mềm nước và hạ độ kiềm của nó bằng cách bổ sung CaSO4 hoặc CaCl2. Hạ pH của dung dịch bằng cách bổ sung acid lactic. Bổ sung chế phẩm enzyme thủy phân vào dịch bột. 2.3. Lọc dịch đường: Dịch cháo sau khi thủy phân bao gồm chất hòa tan và không hòa tan. Vì vậy, phải lọc để tách các chất không hòa tan ra khỏi dung dịch. Qúa trình này được tiến hành theo hai bước sau: Lọc dịch đường Rửa bã 2.4. Qúa trình houblon hóa: Mục đích: Ổn định thành phần của dịch đường, truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon, làm keo tụ các protein, vô hoạt các enzyme và thanh trùng dịch đường. Tiến hành houblon hóa: Dịch đường Nồi houblon Đun sôi Rửa bã Lọc bã hoa Giải phóng dịch lên men Các quá trình xảy ra khi houblon hóa:  Sự thơm hóa dịch đường Qúa trình hòa tan các chất có giá trị của hoa houblon vào dịch đường, các sản phẩm của phản ứng melanodine và caramen hóa khi đun sôi.  Sự keo tụ và kết tủa protein Các sản phẩm keo và protein phân tử lớn tồn tại trong bia làm giảm độ bền sinh học của bia. Vì vậy, việc keo tụ và kết tủa protein là rất quan trọng. Protein Keo tụ protein H2O Protein Sản phẩm thủy phân nữa vời + Flobafen Protein kết tủa Protein-Tanin hòa tan Làm lạnh Protein-Tanin kết tủa Tanin OXH Sự tăng độ màu của dịch lên men Màu của dịch đường trước khi houblon hóa là do nguyên liệu(chủ yếu do malt quyết định). Tuy nhiên, sau khi houblon hóa đã làm tăng thêm độ màu của dịch đường là do sản phẩm của phản ứng melanodine, caramen và các chất màu của hoa houblon tạo nên. 2.5. Làm lạnh và lắng trong dịch lên men Sau khi đun sôi cần hạ nhiệt độ dịch đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men và bão hòa oxy cho dịch lên men cũng như kết tủa các huyền phù. Qúa trình hạ nhiệt độ là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật gây hại cho bia(vk lên men lactic, vk lên men acetic…). Vì vậy, để tránh sự nhiễm khuẩn, quá trình này cần được làm lạnh nhanh đến nhiệt độ dịch lên men. Các quá trình lý hóa xảy ra khi làm lạnh và lắng trong dịch lên men Sự hòa tan oxy vào dịch lên men Trong suốt quá trình làm lạnh dịch đường luôn hấp thụ oxy. Trong dịch đường nóng oxy liên kết hóa học với các chất có trong dịch đường. Nhìn chung quá trình oxy hóa ảnh hưởng đến chất lượng của bia. Ở nhiệt độ thấp oxy chỉ hòa tan vào trong dịch đường. ٭Nhiệt độ trên 850C quá trình oxy hóa xảy ra mạnh mẽ. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 400C các quá trình oxy hóa bị đình chỉ và oxy dễ dàng hòa tan vào dịch đường. ٭Trong giai đoạn đầu của quá trình lên men chính, cần thiết phải thông khí cho dịch đường để nấm men phát triển sinh khối và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men về sau. Sự tạo thành và tách kết tủa Huyền phù và kết tủa sẽ làm đục bia thành phẩm. Trong dịch lên men tồn tại hai loại huyền phù: huyền phù thô và huyền phù mảnh. Huyền phù thô sinh ra trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon. Sự tồn tại của chúng trong dịch đường làm ảnh hưởng đến vận tốc lên men. Vì vậy chúng sẽ được loại bỏ qua bã hoa và một phần kết tủa khi làm lạnh. Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng huyền phù thô Nitơ trong nguyên liệu Nồng độ dịch đường Hoa houblon Các thông số kỹ thuật của quá trình nấu Huyền phù mảnh xuất hiện trong quá trình làm lạnh dịch đường khi nhiệt độ của dịch lên men nhỏ hơn 600C còn gọi là kết tủa lạnh. Kết tủa mảnh làm cản trở quá trình sinh lý và sinh hóa của nấm men. Ngoài ra nó còn làm cho bia có vị chát và giảm độ bền hóa lý. Nếu sản xuất bia từ dịch lên men được tách hoàn toàn huyền phù sẽ có độ bền hóa lý cao nhưng không hoàn toàn nhằm thu một loại bia vừa đảm bảo độ bền vừa đảm bảo về chất lượng. Sự bay hơi nước Trong quá trình hạ nhiệt độ lên men có một lượng nước nhất định bị bốc hơi. Vì vậy thể tích dịch lên men giảm và nồng độ dịch lên men tăng. Mức độ tăng giảm này phụ thuộc vào phương pháp và thiết bị. Cần phải tính toán sự bay hơi nước để thu được dung dịch có nồng độ đạt yêu cầu. Chương 3LÊN MEN CHÍNH – LÊN MEN PHỤTÀNG TRỮ BIA NON 3.1. Nấm men bia Nấm men bia là loại vi sinh vật đơn bào sinh sản dưới hình thức nảy chồi và phân cắt(vô tính). Kích thước trung bình 6 - 9μm. Các chủng nấm men thường sử dụng trong sản xuất bia: Saccharomyces cerevisiae hansen Saccharomyces carbergensis hansen Tế bào nấm men phát triển sinh khối Saccharomyces cerevisiae hansen: lên men nổi, hoạt động từ 00C - 100C hoặc cao hơn trên bề mặt dịch lên men, có khả năng lên men 1/3 đường rafinose. Saccharomyces carbergensis hansen: có khả năng lên men chìm, hoạt động ở nhiệt độ thấp(<100C) và có khả năng tiêu thụ hoàn toàn đường rafinose. Ngoài ra, chủng Saccharomyces uvarum cũng đang được dùng trong lên các loại bia chất lượng cao. Trước khi đưa vào sản xuất nấm men giống thuần chủng cần được hoạt hóa nhân giống trung gian. Có thể tái sử dụng nấm men đã lên men mẻ trước nhưng phải qua các khấu xử lý làm sạch sau:  Lấy lớp giữa của nấm men lắng trong thùng thu hồi, dùng rây để tách cặn lắng. Hòa tan bằng nước lạnh 1- 20C sục từ dưới lên và cho chảy tràn đến khi nước rửa trong thì thôi. Dùng H2SO4 1% ngâm 40 phút và trung hòa lại bằng NaOH 1.8%. Rửa lại bằng nước lạnh. 3.2. Lên men chính Qúa trình chuyển hóa đường, dextrin…thành rượu, CO2, các sản phẩm phụ khác nhờ hoạt động của vi sinh vật. Như vậy, sau quá trình lên men hàm lượng chất hòa tan trong bia thấp hơn so với dịch đường houblon hóa do các nguyên nhân sau: Do nấm men sử dụng để phát triển sinh khối Do tạo thành các sản phẩm dễ bay hơi Do một phần bị kết lắng M ột số khái niệm về lên men Chất chiết đã lên men Mức độ lên men(độ lên men) Chất chiết không lên men(chất khô sót) Chất chiết có khả năng lên men Chất chiết không lên men Các phương pháp cổ điển lên men dịch đường houblon hóa Lên men chìm gián đoạn trong thiết bị hở Lên men nổi Lên men chìm gián đoạn trong thiết bị hở Diễn biến của quá trình lên men: Giai đoạn đầu: 1-2 ngày đêm  Tạo sinh khối  Hàm lượng chất tan giảm Giai đoạn 2: 2 – 3 ngày đêm  Tốc độ lên men nhanh  Hàm lượng chất tan giảm  Nhiệt độ nhanh Giai đoạn 3: 2 ngày đêm  Đây là quá trình lên men mạnh nhất  Cuối giai đoạn làm lạnh cục bộ về nhiệt độ ban đầuGiai đoạn cuối: 2 – 3 ngày  Tốc độ lên men giảm  Ở đáy thùng lên men là khối lên men kết lắng Lên men nổi Thời gian lên men 5 – 6 ngày Nhiệt độ lên men 250C Lượng tế bào nấm men 6 – 7x 106 tế bào/ 1ml Hoạt hóa nấm men: 18 – 190C, 2 – 4h Sau 3 ngày lên m