Mở đầu
Trên thế giới, bia là một trong những đồ uống có cồn được tiêu thụ rộng rãi và là thức uống phổ biến thứ ba nói chung (sau nước và trà). Bia đã trở thành một phần trong văn hóa của nhiều quốc gia và thường gắn liền với các hoạt động truyền thống như lễ hội và trò chơi.1
Bia được sản xuất bằng phương pháp ủ. Bốn thành phần chính của bia là ngũ cốc (ví dụ, lúa mạch, lúa mì, ngô, gạo) là nguồn tinh bột; nước; chất tạo hương vị (ví dụ, hoa bia, gruit, thảo mộc, trái cây) và nấm men. Lúa mạch và hoa bia là các loại ngũ cốc và hương liệu được sử dụng phổ biến nhất. Trong quá trình ủ bia, tinh bột được trộn với nước và chuyển hoá thành chất lỏng chứa nhiều đường được gọi là hèm bia. Sau đó, hèm bia được sử dụng để tạo nên thức uống có cồn bằng cách lên men bằng nấm men.
 |
Vì bia có thành phần chủ yếu là nước, vì vậy thành phần của nước dùng trong quá trình ủ có thể làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nước pha nên sạch và không mùi. Nước có hai nguồn: nước mặt và nước ngầm. Loại thứ nhất có ít khoáng chất hòa tan nhưng thành phần hữu cơ cao hơn, trong khi loại thứ hai thường có lượng khoáng chất hoà tan cao hơn và ít thành phần hữu cơ.2 Để xác định thành phần khoáng chất của nước, nhà sản xuất có thể yêu cầu báo cáo từ các công ty cung cấp nước, gửi mẫu nước đến phòng thí nghiệm hoặc tự thực hiện các thử nghiệm bằng thiết bị phù hợp. Các thông số phổ biến được mô tả dưới đây. Dựa vào những kết quả này, các nhà sản xuất bia có thể điều chỉnh nước theo thông số cần thiết để tạo ra hương vị loại bia tuyệt vời. |
Vì kiểm tra chất lượng nước trong suốt quy trình sản xuất bia là một bước quan trọng để đạt được hương vị và chất lượng tuyệt hảo của bia, máy đo bỏ túi HORIBA LAQUAtwin, máy đo cầm tay đo oxy hòa tan (DO) cũng như điện cực đo oxy hòa tan (DO) được khuyến nghị để các nhà sản xuất bia sử dụng. Không những cách sử dụng đơn giản và dễ dàng, máy bỏ túi LAQUAtwin được thiết kế cảm biến phẳng độc đáo có thể đo với lượng mẫu thấp, chỉ với 0,05 ml trong vài giây. Máy đo cầm tay LAQUA DO được đi kèm các loại điện cực DO, đầu tip DO có thể thay thế dễ dàng và tích hợp cảm biến nhiệt độ, máy đựng trong vali cứng thuận tiện sử dụng tại hiện trường.
|
Các bước trong quá trình nấu bia
|
Giá trị tối ưu
|
Thiết bị HORIBA khuyến nghị
|
|
1. Chuẩn bị dịch nha |
Nước ủ bia |
|
|
A. Nghiền |
Ca2+= 50 – 150 ppm |
|
|
TDS = 500 ppm |
||
|
B. Rửa bã |
Chắt hèm bia |
|
|
pH = < 6.0 |
||
|
2. Nấu dịch nha |
Nghiền |
|
|
pH = 5.2 – 5.5 |
||
|
Hèm bia đi qua dây chuyền |
||
|
pH = < 6.0 |
||
|
3. Làm nguội dịch nha |
Dịch nha đã làm lạnh |
|
|
DO = 6 - 8ppm, 16 ppm hoặc cao hơn tùy thuộc vào từng chủng nấm men và trọng lực ban đầu của dịch nha; có một số chủng nấm men có thể lên tới 20ppm |
||
|
4. Lên men dịch nha |
Dịch nha đã lên men |
|
|
pH = < 4.4 |
||
|
5. Bảo quản bia |
Bia |
|
|
DO = < 50ppb (0.05ppm) |
||
|
K+ = 300 – 500 ppm |
||
Độ cứng của nước
 |
Độ cứng của nước được đại diện bằng lượng canxi và magiê hòa tan trong nước. Canxi là ion chính quyết định độ cứng của nước. Nó có thể khắc phục khả năng đệm của mầm phốt phát, hạ độ pH xuống mức chấp nhận được 3 và thúc đẩy độ trong, hương vị và độ ổn định trong bia thành phẩm.2 Nồng độ canxi lý tưởng trong nước ủ là từ 50 đến 150 ppm.3 Canxi sulfate (CaSO4), còn được gọi là thạch cao, hoặc canxi clorua (CaCl2) có thể được thêm vào để tăng lượng ion canxi trong nước. Magiê cũng góp phần vào độ cứng của nước và do đó ảnh hưởng đến pH, nhưng ở mức độ thấp hơn so với canxi.2 |
Độ kiềm
 |
Độ kiềm là khả năng của nước chống lại sự thay đổi pH khiến cho nước có tính axit hơn. Đây là phép đo nồng độ của tất cả các loại kiềm hòa tan trong nước như cacbonat và bicacbonat và có tác dụng đệm pH trong nước bằng cách trung hòa axit.
Nồng độ canxi phải được cân bằng với nồng độ carbonate-bicarbonate thấp vì chúng có tác dụng chống lại canxi. Những ion này nên được giữ ở mức dưới 50ppm. Các bicacbonat là chất đệm kiềm mạnh, có thể làm tăng pH của hỗn hợp lên quá mức giới hạn nếu tồn tại ở nồng độ lớn.3 |
pH
|
pH là một chỉ tiêu rất quan trọng trong các giai đoạn khác nhau của bia ủ bia nghiền, dịch nha và bia thành phẩm. Hầu hết các nguồn nước cấp cho thành phố đều nghiêng về hơi kiềm. Khi nước được kết hợp với các loại ngũ cốc trong hỗn hợp nghiền, pH của hỗn hợp này thấp hơn so với pH của nước. Thành phần khoáng chất (gồm canxi, magiê, cacbonat và bicarbonate) của nước và quá trình axit hóa tự nhiên trong quá trình nghiền các loại hạt mạch nha làm tăng pH. Phạm vi pH lý tưởng của mash là 5,2 đến 5,5, tốt nhất là 5.2 giúp hoạt động của enzyme được cải thiện nhằm tối ưu biến đổi tinh bột thành đường lỏng, còn gọi là dịch nha.4 Sau khi nghiền, hạt được trút hết nước và rửa sạch. Quá trình này được gọi là rửa bã. Khi quá trình rửa bã được tiến hành, pH của dịch nha tăng lên do hỗn hợp thay đổi. pH của dịch nha đạt dưới 6 vì pH cao hơn sẽ xuất hiện tannin, silicat và các hợp chất khác từ hạt dẫn đến hương vị bị chát và làm bia đục. |
Dịch nha thu được sau đó chuyển vào nồi đun. Trong quá trình đun sôi, canxi photphat vẫn bị kết tủa (miễn là vẫn còn canxi) và pH giảm đi, giống như trong quá trình nghiền. pH cần đạt sau khi đun sôi từ 5,0 đến 5,2. Phạm vi pH này sẽ giúp trích xuất đặc tính tốt nhất từ hoa bia, tối đa hóa lượng hoa houblon bị biến dạng và giữ cho màu sắc ở mức nhạt tối thiểu. Một nhiệm vụ quan trọng khác của việc đun sôi là keo tụ cặn nóng. pH tối ưu cho sự hình thành cặn là 5,2. Nếu các mảnh cặn lớn, chứng tỏ các hạt cặn nhỏ đã xuất hiện từ khi bắt đầu bước đun sôi, lúc đó có thể xác định là pH nằm trong phạm vi phù hợp.5 Cần loại bỏ cặn nóng để dịch nha giữ được độ tinh khiết.
Khi men được thêm vào dịch nha, quá trình lên men bắt đầu khi đường đường biến thành rượu và carbon dioxide. Trong quá trình lên men, pH tiếp tục giảm do nấm men lấy các ion amoni (bazơ mạnh) và bài tiết axit hữu cơ (bao gồm axit lactic). Chủng nấm men được chọn có thể ảnh hưởng đến pH ở sản phẩm bia cuối, loại bia thuần lager nhất = pH 4.2 - 4.6, một số loại ales = pH 3.8, bia chua khoảng pH = 3.0. pH tối ưu dưới 4,4 đẩy nhanh quá trình chín bia nhanh hơn, độ trong của bia tốt hơn, ổn định sinh học tốt hơn và hương vị bia tinh tế hơn.5
Natri
 |
Natri là một ion cần thiết trong bia quyết định độ phức tạp của hương vị sản phẩm cuối cùng. Phạm vi là 0-150 ppm Na+. Các nhà sản xuất bia chuyên nghiệp sử dụng quy trình làm sạch đơn giản hoặc kỹ thuật làm sạch tại chỗ (CIP) để làm sạch thường xuyên hiệu quả và nhanh chóng. CIP là một loại chất tẩy rửa hoặc chất khử trùng tuần hoàn thông qua một quả bóng phun trong thiết bị đi kèm. Các nhà sản xuất bia sẽ làm sạch mỗi khi dịch nha hoặc bia được chuyển từ khoang chứa ra. Ví dụ, nồi đun phải được làm sạch sau khi đun sôi và chuyển qua bộ trao đổi nhiệt và vào thiết bị lên men. Chất tẩy rửa có natri hydroxit (thường được gọi là xút) là hoạt chất được sử dụng rộng rãi nhất trong các nhà máy bia.10 Bất kỳ dư lượng natri nào trong thiết bị sau quá trình làm sạch / CIP có thể được kiểm tra bằng cảm biến và máy đo ion chọn lọc. |
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
 |
Nước sản xuất lấy từ nguồn nước cấp có thể chứa các loại chất rắn hòa tan (TDS) gồm khoáng chất, muối và chất hữu cơ. TDS là một chỉ số về chất lượng nước và, như đã đề cập ở trên, thành phần khoáng chất của nước ảnh hưởng đến pH nghiền trong quá trình sản xuất bia. Mức TDS được đề xuất trong nước là 500ppm.6 Lượng TDS trong nước có thể được ước tính bằng máy đo TDS, đo độ dẫn của dung dịch và chuyển đổi thành TDS bằng hệ số. Mặc dù TDS không chỉ rõ thành phần khoáng chất chính xác của nước, nhưng có thể được sử dụng để theo dõi mọi thay đổi trong nước. |
Độ dẫn điện (EC)
|
Độ dẫn điện (EC), thường được gọi đơn giản là độ dẫn, là chỉ tiêu đo khả năng dẫn điện của dung dịch. Nước tinh khiết không có độ dẫn (đọc không phải bằng 0 nhưng rất thấp) vì không có các ion hòa tan trong đó. Càng nhiều ion hiện diện trong dung dịch, giá trị độ dẫn càng cao. Đo độ dẫn điện của nguồn nước trong sản xuất bia giúp chứng minh độ tinh khiết của nước và đo lường ban đầu trước khi nhà sản xuất có thể thực hiện bất kỳ điều chỉnh nào, ví dụ như bổ sung khoáng chất. |
Oxy hòa tan (DO)
|
Sau khi đun sôi trong nồi đun, dịch nha không còn oxy. Sau đó dịch nha được làm lạnh nhanh xuống dưới 80°F (27°C) trước bước oxy hóa để hấp thụ oxy tốt hơn. Lượng oxy hòa tan cần thiết phụ thuộc vào loại chủng và nồng độ ban đầu của nấm men. Các loại dịch nha ale và lager truyền thống thường có nồng độ không cao hơn 1045 (12°P) và cần chỉ số oxy hòa tan từ 6 đến 8 ppm. Với nồng độ nấu bia ban đầu cao, nồng độ có thể tăng lên tới 1080 (20°P) và yêu cầu nồng độ oxy hòa tan từ 16 ppm trở lên.7 Các chủng nấm men hiện đại có thể cần tới 20ppm DO.
Sau khi oxy hóa, nấm men được đưa vào cùng dịch nha. Nấm men sử dụng oxy để phát triển và sinh sản trước khi lên men vào dịch nha. Oxy là điều kiện cần thiết để sản xuất axit béo không bão hòa và sterol cho thành tế bào nấm men. Thành tế bào tốt giúp tăng cường khả năng chịu đựng nấm men bia. Nấm men khỏe mạnh chuyển hóa chất dịch nha thành rượu và carbon dioxide mà không mất đi mùi vị hoặc tạo mùi hôi.8 Sau khi quá trình lên men hoàn tất, bia không chứa oxy và phải được bảo vệ khỏi tiếp xúc với oxy để ngăn chặn quá trình oxy hóa và ôi thiu. Hầu như không thể tránh tiếp xúc oxy trong quá trình sang chiết, đóng chai và đóng hộp, nhưng lượng oxy thấp, không đủ để men khỏe mạnh phát triển.7 Các nhà sản xuất bia phải đảm bảo tổng lượng oxy dưới 50 ppb (0,05ppm) ở mỗi dạng đóng gói. |
 |
Kali
 |
Mầm lúa mạch chứa từ 4 - 6 g / kg kali, phần lớn đã được hòa tan trong quá trình nghiền; trong bia, nồng độ kali dao động trong khoảng từ 300 - 500 ppm (mg/L). Trên 500 ppm, bia có thể bị mặn. Kali có tác dụng như một loại muối. Tỷ lệ kali / canxi còn ảnh hưởng đến quá trình keo tụ nấm men.9 |
Tài liệu tham khảo
1. Beer – Wikipedia (Accessed on 27 May 2019 at https://en.wikipedia.org/wiki/Beer
2. Brewing Water (Accessed on 27 May 2019 at beerandbrewing.com/brewing-water/)
3. The Power of pH (Accessed on 27 May 2019 at byo.com/article/the-power-of-ph/)
4. Mash pH and Why It Matters for All Grain Beer Brewing (Accessed on 27 May 2019 at beersmith.com/blog/2015/05/07/mash-ph-and-why-it-matters-for-all-grain-beer-brewing/)
5.The Principles of pH (Accessed on 27 May 2019 at byo.com/article/the-principles-of-ph/)
6. Reading a Water Report (Accessed on 27 May 2019 at howtobrew.com/book/section-3/understanding-the-mash-ph/reading-a-water-report)
7. The Role of Oxygen in Brewing (Accessed on 27 May 2019 at http://www.ibdlearningzone.org.uk/article/show/pdf/494/)
8. Aeration Basics (Accessed on 27 May 2019 at https://www.morebeer.com/articles/Wort_Oxygenation_Aeration)
9. Handbook of Homebrewing by William Hardwick, page 142.
10. The Dirt on Brewery Cleaning (Accessed on 27 May 2019 at www.morebeer.com/articles/Brewery_Cleaning)
