Ảnh hưởng của thành phần muối trong nước đến quá trình công nghệ sản xuất bia

Bài báo cáo
công nghệ sản xuất rược, bia, nước giải khát
GVHD: Huỳnh Thị Ái Vân
Nhóm: 6
Lớp: 50TP1
Đề tài
Ảnh hưởng các thành phần của muối trong nước đến quá trình công nghệ sản xuất bia
I. Giới thiệu
Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn như để ngâm đại mạch trong sản xuất malt, hồ hóa, đường hóa, rửa men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi.
Hàm lượng các chất hòa tan trong dịch đường trước lúc lên men là 10 – 13%(trọng lượng) đối với bia vàng và 16 – 22% ở bia đen. Như thế có nghĩa là trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm 77 – 90%.
Nước được cung cấp cho nhà máy sản xuất bia chứa một phần nhỏ các khóang chất cùng chất hữu cơ cũng như một phần các chất khí hòa tan trong nó. Chính vì lẽ đó chúng ta cần quan tâm đến loại nguyên liệu chiếm số lượng nhiều nhất này nhằm đáp ứng các yêu cầu về công nghệ và các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm.
II. Thành phần hóa học của nước trong sản xuất bia
Độ cứng
Nước là một dung dịch loãng của các muối ở dạng ion. Nhóm các cation chiếm nhiều nhất là Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+ và Al3+, còn nhóm anion chủ yếu là OH−, HCO3−, Cl−, SO42−, NO3−, NO2−, SiO32− và PO43−
Các muối của canxi và magie là những hợp chất gây ra độ cứng của nước.
Độ cứng cacbonat, hay còn gọi là độ cứng tạm thời được xác định bởi các muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie ở trong nước( CaCO3, Ca(HCO3)2, MgCO3, Mg(HCO3)2).
Độ cứng phi cacbonat hay còn gọi là độ cứng vĩnh cửu được xác định bởi hàm lượng các muối CaCl2, MgCl2, CaSO4 và MgSO4 ở trong nước.

Độ cứng của nước được đo bằng độ. Có 4 loại độ đo được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay là: độ Đức(oH), độ Pháp, độ Anh và độ Mỹ.
Độ cứng của nước còn có thể đo bằng mili đương lượng viết tắt là meq (miliequivalent). 1mili đương lượng tương ứng với 20,04 mg Ca2+ hoặc 12,16 mg Mg2+ trong 1 lít nước.

1 meq/l = 2,804 0H
pH
pH của nước dao động trong khoảng 6,5 – 7
Tính acid yếu của nước bằng sự hiện diện acid cacbonic tự do chứa trong đó. Nếu loại bỏ hoàn toàn acid cacbonic (H2CO3) tự do trong nước nó sẽ có phản ứng kiềm nhẹ, nguyên nhân là do các muối cacbonat và bicacbonat hòa tan.
Độ chua tác dụng của nước là yếu tố ảnh hưởng rất mạnh đến hiệu suất đường hóa của malt. Hàm lượng các ion HCO3−, CO32−, OH− gây ra độ kiềm cho nước.
3. Ảnh hưởng thành phần của muối đến tiến trình công nghệ và chất lượng sản phẩm
3.1 Ảnh hưởng của ion Ca2+
Canxi tồn tại nhiều nhất ở các dạng muối CaHCO3 và CaSO4. Tác động của 2 loại muối này đến tiến trình công nghệ ảnh hưởng trái ngược nhau.
Muối bicacbonat gây ảnh hưởng xấu đến quá trình đường hóa, nó làm giảm độ axit của dịch hồ hóa và đường hóa, chúng làm giảm độ chua định phân của dịch cháo khi chúng tác dụng với các muối photphat của malt.
Phản ứng
2KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 + Ca3(PO4)2 → 2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2
Nếu pH của dịch cháo tăng, khả năng hoạt động của enzyme sẽ bị giảm và do đó hiệu suất thủy phân cũng giảm theo.

Muối sunphat của canxi lại làm tăng độ chua định phận của dịch cháo. Tác động này rất có lợi cho quá trính đường hóa.
Phản ứng
4K2HPO4 + 3CaSO4 → Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4.
Muối của Ca2+ giúp bảo vệ enzyme amylaza khỏi bị ức chế do nhiệt độ, làm cho quá trình hồ hóa diễn ra mạnh. Đồng thời kích hoạt các protein và các amylaza trong quá trình đảo trộn và tăng năng suất đảo trộn theo phản ứng:
Protein + Ca2+ Protein caxi + 2H+
Các ion Ca2+ trong nước làm kết tủa diphotphat tan của dịch đường ở dạng hydroxyapatit theo phản ứng sau :
4CaHPO4 + 2H2O 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 = 4Ca2+ + 8H2PO4

Trong quá trình lọc dịch đường, caxi làm giảm pH, tăng tốc độ lọc và ngăn cản quá trình chiết các hợp chất màu, mùi, các hợp chất silic và các hợp chất làm tế bào co lại.

Trong quá trình nấu dịch đường với hoa houblon, caxi trợ giúp quá trình đông tụ các hợp chất Protein, làm giảm màu dịch đường và khả năng đường phân của các α-axit đắng của hoa houblon.

Trong quá trình lên men, caxi làm tăng khả năng lắng của nấm men.

Trong quá trình tàng trữ, ion caxi làm tăng quá trình làm trong bia.

Trong quá trình nấu malt, oxalat kết tủa thành caxi oxalat,để tránh bị tàng ra ngoài hay đục do oxalat cần có lượng ion caxi > 4,5 lần ion oxalat.
 
3.2 Ảnh hưởng của ion Mg2+

Muối của Mg2+ với H2CO3 có ảnh hưởng xấu hơn so với muối của ion caxi, vì Mg2+ bị hòa tan một phần và muối MgSO4 có vị đắng, do đó ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia ( Nếu có nhiều trong bia sẽ gây cho bia có vị đắng khó chịu).

Trong quá trình lên men, Mg tham dự vào trong một Co- enzyme quan trọng: decacboxyl hóa của axit pyruvic thành axetaldehyt và CO2.

Magie không ảnh hưởng tới vị của bia với hàm lượng MgSO4 7,1 meq.
3.3 Ảnh hưởng của ion Na+
Na+ có trong nước thường dưới dạng Na2CO3, Na2SO4 hay NaCl.

Na2CO3 có phản ứng kiềm do đó làm giảm pH của dịch cháo.

Na2SO4 có trong bia làm cho bia có vị đắng

NaCl dưới 200mg/l có ảnh hưởng tốt đến mùi vị của bia. Tuy nhiên nếu liều lượng quá nhều sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia.

Na+ có thể có tác dụng ức chế với quá trình nảy mầm và có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của malt.
3.4 Ảnh hưởng của ion K+

Kali trong nước có một hàm lượng nhỏ, có tác dụng tương tự như Na2O.
Nồng độ K+ trong nước nấu bia không được vượt quá 10mg/l.
Hàm lượng K+ 300- 500 mg/l bia từ malt.
Tỷ lệ K+ /Na+ ảnh hưởng tới khả năng lắng của nấm men.
K+ có thể ức chế nhiều loại enzyme trong quá trình sản xuất bia.
K+ gây ra vị mặn cho bia. Nếu hàm lượng muối kali trong nước quá nhiều sẽ làm giảm mùi vị đạc trưng của bia.
3.5 Ảnh hưởng của ion Fe2+
Sắt có trong nước thường dưới dạng Fe(HCO3)2. Nếu hàm lượng sắt tương đối lớn sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia.
Nồng độ cho phép Fe2+ có trong nước không quá 0,2 – 0,5 mg/l.
Trong sản xuất malt, nếu dùng nước chứa sắt để ngâm malt làm cho vỏ malt có màu xám.
Trong quá trình sản xuất bia, các muối sắt gây ảnh hưởng xấu, nồng độ sắt trong nước làm bia chỉ được phép < 0,1 mg/l.
Sắt ở dạng Fe2+ khi có oxy sẽ chuyển thành Fe3+ tạo kết tủa không tan.
Fe2+ ức chế một số loại enzyme.
Fe2+ có mặt trong quá trình sản xuất bia sẽ loại bỏ theo bã.
Trong quá trình lên men, Fe2+ chỉ vói nồng độ 1 mg/l đã làm thoái hóa nấm men.
Khi nồng độ Fe2+ trong bia >0,3 mg/l sẽ làm cho bọt bia chuyển sang màu xám nhạt, làm bia đậm màu hơn, độ bền keo giảm và Fe2+ hoạt động như một chất xúc tác oxy-khử
3.6 Ảnh hưởng của ion Cu2+ và Mn2+
Cu2+: đồng mang lại những bất lợi như Fe2+, thậm chí còn độc hơn với nấm men.

Mn2+:
Mangan có ảnh hưởng tích cực tới protein.
Mangan hoạt hóa một số enzyme.
Với các enzyme của nấm men, mangan hoạt động như một nhóm ngoại.
Trong nước dùng sản xuất bia, nồng độ mangan không được vượt quá 0,2 mg/l.
Mangan ảnh hưởng tiêu cực tới độ bền keo của bia.

3.7 Ảnh hưởng của ion Zn2+ và NH4+
Muối của ion Zn:
Zn2+ có tác dụng tốt trong quá trình lên men đặc biệt đối với sự tổng hợp protein, sự tăng trưởng của nấm men, thúc đẩy quá trình lên men và giảm lượng H2S.
Nồng độ Zn2+ trong dịch đường từ 0,08 – 0,2 mg/l.
Nồng độ Zn2+ > 0,6 mg/l ảnh hưởng tiêu cực tới quá trình lên men và tính bền keo.
Muối của ion NH4+:
Sự có mặt của muối amon chứng tỏ rằng có sự nhiễm tạp các hợp chất hữu cơ.
Muối amon có thể bị khử thành nitrat.

3.8 Ảnh hưởng của muối Bicacbonat
Bicacbonat làm tăng pH của dịch đường theo phản ứng sau:

HCO3− + H+ → H2O + CO2
H2PO4− + HCO3− HPO4−
Ca(HCO3) t CaCO3 + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 t MgCO3 + H2O + CO2
Độ kiềm 100mg/l làm tăng pH trong quá trình khuấy trộn và làm giảm năng suất khuấy trộn 0,2 – 0,3%.
Nước rửa bã có tính kiềm sẽ chiết ra các hợp chất hắc, các hợp chất màu và các nguyên tố khoáng cá hại cho chất lượng bia. Có thể chấp nhận được độ kiềm 50 mg/l.



CO2 xuất hiện trong khi khuấy trộn.
CO2 phân phối theo cách sau:
3.9 Ảnh hưởng của muối Sunfat (SO4)
Hàm lượng các sunfat trong bia thay đổi trong giới hạn từ một vài gam đến 200 – 250 g/l.
Hàm lượng sunfat cao sẽ làm cho bia có vị đắng không đặc trưng.
Nồng độ sunfat quá cao trong nước sản xuất malt làm giảm tốc độ thấm ướt và làm cho quá trình nảy mầm không ổn định và đồng đều.
Ảnh hưởng c ủa muối sunfat
phân hủy protein.
phân hủy tinh bột.
trợ giúp quá trình đường hóa.
tăng cường làm trong dịch đường.
tạo vị đắng nhẹ cho bia
IV. NƯỚC SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT BIA

4.1 Yêu cầu đối với nước dùng để sản xuất bia.
Độ cứng từ mềm đến trung bình.
Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l.
Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l.
Hàm lượng muối cloru 75 – 150 mg/l.
Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l.
NH3 và muối NO2 không có.
Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l.
Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml.

3.10 Ảnh hưởng của Clorua (Cl- )
Cl- có thể ức chế khả năng lắng của nấm men. Nếu nồng độ Cl- >500mg/l có thể gây kéo dài thời gian nhân giống nấm men và gây khó khăn cho quá trình làm trong bia ở giai đoạn tàng trữ bia.
Với nồng độ <300mg>Khi Cl- kết hợp với Ca2+ và Mg2+ cho ra các loại bia có độ sánh và vị ngon.
 


Nước rửa bã cần phải điều chỉnh độ kiềm < 50 mg/l và độ pH=6,5
pH của dịch đường trước khi nấu phải là 5,4 để thu được dịch đường sau khi nấu có pH = 5,2.
Nước cọ rửa và rửa nấm men phải được tiệc trùng và loại bỏ mùi lạ
Nước pha loãng bia (bia có độ khô cao) cần phải có những đặc tính sau:
Hàm lượng O2 hòa tan <0,05 mg/l.
Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia cần pha loãng một chút.
Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia.
Không có vi sinh vật và mùi lạ.
4.2 Nước sử dụng trong các công đoạn sản xuất malt và bia:

Nước dùng để ngâm đại mạch
Không chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật.
Dùng nước mềm, với môi trường acid yếu (pH=6-7).
Nước có quá nhiều sắt và mangan, thì nên loại bỏ bớt trước khi ngâm, vì chúng có ảnh hưởng xấu trực tiếp đến hạt.
Thêm Ca(OH)2 vào nước ngâm để sát trùng.

2. Nước dùng để sản xuất dịch đường
Nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hồ hóa, đường hóa
Thành phần muối trong nước đi vào dịch đường, ảnh hưởng đến mùi vị và một vài tính chất của bia.
Các muối trong nước tác dụng tương hỗ với các thành phần trong malt và gây nên sự biến đổi thành phần và tính chất của dịch đường và bia.
Các bicacbonat và cacbonat trong nước sẽ hòa tan những chất đắng trong vỏ malt tạo vị đắng khó chịu cho dịch đường và bia.
Đặc biệt Na2CO3 và NaHCO3 hòa tan các chất chất trong malt gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia.


Độ acid giảm xuống sẽ gây cản trở quá trình lắng trong các protein trong dịch đường; đồng thời các chất humulon và đồng phân của nó sẽ hòa tan ở dạng phân tử, kết quả làm cho bia có vị đắng khó chịu
Độ acid của hồ malt và dịch đường giảm xuống đặc biệt gây tác động xấu đối với sản phẩm loại bia vàng , vì malt vàng có độ phân hủy thấp và độ acid thấp.
Các sunfat canxi và sunfat magie làm tăng độ acid của hồ malt và dịch đường

Tất cả các bicacbonat và cacbonat có trong nước dùng để chế biến dịch đường đều làm kém chất lượng của thành phẩm vì chúng có ảnh hưởng xấu đến các quá trình hồ hóa và đường hóa.
3. Nước dùng để rửa men và thiết bị

Sạch, không chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật


Nước dùng để rửa thiết bị không được chứa NH3 và các nitri
Tiêu thụ nước trong sản xuất malt và bia
Kết luận
Bia là thức uống rất được ưa chuộng hiện nay và trong công nghệ sản xuất bia, nước là yếu tố quyết định đến chất lượng và mùi vị đặc trưng của từng loại bia. Trong đó thành phần của muối trong nước được xem là nhân tố chính. Cho nên chúng ta cần lựa chọn nguồn nước cho phù hợp để tạo ra sản phẩm bia đạt chất lượng tốt nhất.
Danh sách nhóm
Uông Thị Hiền
Nguyễn Thị Thắm
Nguyễn Thị Sáu
Trịnh Thái Bình
Trịnh Thị Thanh Huyền
Võ Huỳnh Phụng Hân
Đào Thị Loan
Lê Mạnh Phương
Phạm Sơn Hà
Phạm Khắc Trung
Nguyễn Thanh Bình