Quá trình sản xuất bia

BioMedia

1. Nấu bia

Tất cả các loại bia đều được sản xuất theo một quy trình dựa trên một công thức đơn giản. Chìa khóa của quá trình sản xuất bia là ngũ cốc đã được “malt hóa”, tùy đặc điểm truyền thống vùng miền mà loại ngũ cốc được sử dụng có thể là đại mạch, lúa mì hay đôi khi là lúa mạch đen.

Malt được sản xuất bằng cách cho hạt ngũ cốc nảy mầm, sau đó sấy khô trong các lò nung hoặc nướng. Quá trình nảy mầm tạo ra một số enzyme, đáng chú ý là α amylase và β amylase sẽ tham gia vào quá trình chuyển hóa tinh bột trong ngũ cốc thành đường. Phụ thuộc vào mức độ quá trình sấy mà malt sẽ có các màu sắc khác nhau và có ảnh hưởng lớn đến màu sắc cũng như hương vị của bia. Các nhà máy sản xuất bia thường mua malt và đây không phải là một quá trình thực hiện trong cùng nhà máy.

Malt được nghiền trong máy nghiền malt nhằm mục đích phá vỡ một phần nội nhũ, tăng diện tích bề mặt và phân tách các phần nhỏ hơn khỏi vỏ trấu. Phần bột thu được sẽ được hòa trộn với nước nóng trong 1 thiết bị gọi là “mash tun- nồi đường hóa” cho quá trình đường hóa. Trong suốt quá trình này enzyme trong malt phá vỡ rất nhiều tinh bột thành đường- một nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men. Quá trình đường hóa diễn ra 1-2 giờ và trong suốt quá trình này dựa vào một số vọng nhiệt độ (thời gian chờ ở 1 nhiệt độ nào đấy) sẽ tạo điều kiện các enzyme khác nhau hoạt động, phụ thuộc vào loại malt sử dụng, mức độ biến đổi của chúng và theo mong muốn của người sản xuất. Sự hoạt động của các enzyme biến đổi tinh bột của ngũ cốc thành các dextrin và tiếp đó là các đường có khả năng lên men như maltose.

Trong quá trình đường hóa, ở nhiệt độ 40oC (104oF) hoạt hóa enzyme beta – glucanase sẽ phá vỡ beta- glucana dính trong quá trình đường hóa, giúp dịch đường trở nên trong và dễ lọc hơn ở công đoạn tiếp theo. Nhiệt độ đường hóa ở 49-55oC (120-130oF) hoạt hóa một số loại enzyme thủy phân protein, giúp thủy phân các protein có thể gây đục cho bia và tạo ra các axit amin cần cho sự phát triển của nấm men. Tuy nhiên nếu việc thủy phân protein này diễn ra quá mãnh liệt khiến bia không được “tròn vị”. Tiếp theo là vọng nhiệt độ 65-71oC (149-160oF) nhằm chuyển hóa tinh bột trong malt thành đường sẽ được sử dụng bởi nấm men ở các công đoạn sau. Thời gian chờ ở vọng nhiệt độ này càng lâu sẽ càng tạo ra những loại đường phân tử thấp, dễ lên men, trong trường hợp này sẽ tạo ra bia có vị bia nhạt hơn và hàm lượng cồn cao hơn. Tuy nhiên nếu thời gian chờ ở vọng nhiệt độ này ngắn sẽ tạo ra nhiều loại đường phân tử cao khó bị lên men bởi nấm men hơn do đó bia tròn vị, đậm đà hơn và hàm lượng cồn ít hơn. Cuối cùng nhiệt độ nồi đường hóa được nâng lên khoảng 75oC (165-170oF) – nhiệt độ kết thúc đường hóa để bất hoạt enzyme. Nước bổ sung có thể được phun vào bã malt để có thể chiết thêm đường.

Để phân tách dịch chiết khỏi bã malt, sau quá trình đường hóa, dịch cháo malt được bơm sang nồi lọc là những thiết bị có đáy giả có rãnh hoặc các dạng khác để thực hiện nhiệm vụ này. Sau khi lọc, dịch thu được gọi là dịch nha. Dịch nha này được bơm chuyển sang môt nồi khác gọi là nồi đun hoa. Tại nồi đun hoa dịch nha được đun sôi với hoa houblon và một số các thành phần khác như phụ gia, dịch siro (dịch đường). Quá trình đun sôi ức chế hoàn toàn hoạt tính các enzyme, kết tủa protein và isome hóa nhựa hoa, cô đặc và tiệt trùng nha. Hoa houblon tạo vị đắng, hương, vị cho bia.

Dịch nha được làm lạnh và bơm sang các tank lên men có kiểm soát nhiệt độ cùng với dịch men sữa, nấm men sẽ chuyển hóa đường trong malt thành cồn, CO2 và các thành phần khác thông qua quá trình gọi là lên men hay đường phân. Sau 1-3 tuần, bia tươi được làm lạnh tới gần nhiệt độ đóng băng. Nấm men được rút ra và bia có thêm thời gian để “chín” (ủ phụ). Sau thời gian ủ phụ từ 1 tuần cho tới 1 vài tháng, bia được đem đi lọc để loại bỏ nấm men, cặn còn sót lại. Sau đó bia tươi có thể được sử dụng ngay hoặc đưa đi chiết rót/bao gói.

Có 4 loại bia chính được phân biệt dựa trên sự khác nhau của các chủng nấm men được sử dụng trong quá trình sản xuất bia:

• Bia Ale (sử dụng nấm men lên men nổi): nấm men lên men nổi có khả năng lên men ở nhiệt độ ấm trong khoảng 12-20oC (60-68oF) và đôi khi ở 24oC (75oF). Nấm men lên men nổi thuần khiết thường tạo bọt trên bề mặt tank lên men và chính vì lý do này mà chúng được gọi là lên men nổi mặc dù vẫn có 1 số chủng nấm men bia ale lắng xuống đáy tank lên men. Bia ale có thể được uống trong vòng 3 tuần sau khi bắt đầu quá trình lên men, tuy nhiên một số loại bia có thêm quá trình ủ chín trong một vài tháng hoặc 1 vài năm. Bia ale có màu sắc thay đổi từ đục xám đến đen.

• Bia Lager (sử dụng nấm men lên men chìm): các loài nấm men tự nhiên chưa được hiểu biết 1 cách đầy đủ cho đến khi Emil Hansen (làm việc trong nhà máy sản xuất bia Carlsberg ở Đan Mạch) phân lập được tế bào nấm men đơn lẻ vào những năm thế kỷ 19, những người làm bia ở Bavaria đã có hàng thập kỷ lựa chọn những chủng nấm men lager có khả năng lên men ở điều kiện lạnh bằng cách cất giữ bia của họ vào trong các hang lạnh trên các dãy núi cao An- pơ. Quá trình chọn lọc tự nhiên đã giữ lại những chủng nấm men có khả năng lên men bia trong các hang lạnh. Một số các chủng nấm men Baravia này được đánh cắp và mang trở lại nhà máy Carlsberg trong khoảng thời gian Hansen làm việc.

Nấm men bia lager có xu hướng tụ lại xuống đáy tank lên men và vì thế được gọi là nấm men lên men chìm. Nấm men chìm có khả năng lên men ở nhiệt độ thấp hơn so với nấm men lên men nổi, xung quanh 10oC (50oF). Sau đó bia được ủ phụ 30 ngày hoặc dài hơn ở nhiệt độ gần với điểm đóng băng. Trong suốt quá trình lưu trữ hay ủ chín bia, hương và vị của bia trở nên hài hòa hơn. Các hợp chất sulfur sinh ra trong quá trình lên men sẽ biến mất. Sự phổ biến của bia lager là nhân tố chính dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống làm lạnh trong những năm đầu thế kỷ 20.

Ngày nay bia lager được biết đến với rất nhiều các loại khác nhau nhưng nổi tiếng nhất là bia Pilsner có nguồn gốc từ Pilsen, cộng hòa Séc. Sẽ là một sai lầm khi nói tất cả các loại bia lager đều có màu sáng, màu của bia lager biến đổi từ màu nhẹ đến tối đen, giống bia ale.

• Bia lên men tự nhiên (bởi nấm men dại): những loại bia này ngày nay chủ yếu được sản xuất ở Brussels, Bỉ. Chúng được lên men bởi các chủng nấm men dại sống ở 1 phần sông Zenne chảy qua Brussels và thường được gọi là bia Lambic

• Bia hỗn hợp: những loại bia này được pha trộn giữa bia lên men tự nhiên và bia ale hay lager hoặc chúng là bia ale hoặc lager lên men bởi cả các chúng nấm men dại.

2. Quá trình sản xuất bia

Có 7 bước chính trong một quá trình sản xuất bia đó là: đường hóa, lọc, đun sôi, lên men, ủ phụ, lọc và chiết.

• Đường hóa

Đường hóa là một quá trình trộn lẫn ngũ cốc đã ngiền (thường là ngũ cốc đã trải qua quá trình malt hóa) và đun nóng hỗn hợp này và chờ ở các vọng nhiệt độ nhất định để các enzymes trong malt phá vỡ tinh bột trong ngũ cốc thành đường mà chủ yếu là maltose.

• Lọc

Lọc là quá trình phân tách chất chiết thu được trong quá trình đường hóa ra khỏi bã ngũ cốc (bã bia). Quá trình này được thực hiện 2 loại thiết bị: nồi lọc- là 1 thùng rộng với đáy giả hoặc lọc đường hóa – lọc khung bản. Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn: dịch lọc đầu thu được chất chiết mà chưa có sự pha loãng bã bia và dịch lọc sau chất chiết được tận thu bằng cách rửa bã bia với nước nóng.

• Đun sôi

Quá trình đun sôi chất chiết thu được gọi là dịch nha, nhằm giúp dịch nha trở nên vô trùng, tránh sự nhiễm khuẩn. Trong suốt quá trình đun sôi, hoa bia (hoa houblon) được thêm vào giúp tạo độ đắng, hương và vị của bia và trong suốt quá trình sôi, giúp các protein trong nha kết tụ và pH của nha giảm xuống. Cuối cùng quá trình này giúp bay hơi các hương không mong muốn (off flavor) gồm các tiền chất của dimethyl sulfide

Quá trình sôi cần được diễn ra đồng đều và đồng nhất về mức độ sôi, quá trình này thường được diễn ra 50-120 phút phụ thuộc vào cường độ sôi, chế độ bổ sung hoa và thể tích dịch nha mà nhà sản xuất mong muốn

• Thiết bị đun sôi hoa: loại nồi đun sôi hoa đơn giản nhất là đun sôi bằng ngọn lửa trực tiếp, tuy nhiên thiết bị này gây ra sự caramel hóa và rất khó để vệ sinh. Hầu hết các nhà máy sản xuất bia sử dụng nồi đun sôi hoa được gia nhiệt bằng hơi nóng. Hơi nóng sản xuất bởi một hệ thống lò hơi khác dưới áp xuất.

• Thu hồi năng lượng: quá trình đun sôi hoa sử dụng rất nhiều năng lượng, và thật là lãng phí nếu để năng lượng này bị thoát ra ngoài. Con đường đơn giản nhất là thu hồi năng lượng này với bằng các nồi ngưng hơi.

• Lắng xoáy

Cuối quá trình sôi hoa, nha được bơm vào các nồi lắng xoáy theo phương tiếp tuyến nhằm kết tủa các protein và lượng sinh khối từ hoa vào phần giữa nồi lắng xoáy. Phần cặn này sẽ được loại bỏ. Nồi lắng xoáy được thiết kế riêng rẽ, đường kính lớn để tăng cường quá trình lắng, đáy nghiêng và đường ống tiếp dịch theo phương tiếp tuyến gần đáy nồi. Nồi lắng xoáy không được có phần gồ ghề làm giảm tốc độ quay của dịch từ đó giảm khả năng lắng. Ngoài ra, việc sử dụng thiết bị lọc hoa (thiết bị lọc bằng thép không gỉ) giúp cặn hoa được lọc ra tốt hơn, giảm giá thành thiết bị và giảm diện tích sàn.

• Làm lạnh nha

Sau quá trình lọc hoa, dịch nha được hạ lạnh xuống nhiệt độ lên men trước khi tiếp giống nấm men. Ở các nhà máy hiện đại quá trình này được thực hiện thông qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm. Chất tải lạnh thường là nước. Dịch nha có thể được làm lạnh từ 95oC xuống 20oC và làm nóng tác nhân làm lạnh (nước) từ 10-80oC. Sau quá trình làm lạnh, oxy được bão hòa vào dịch nha để cung cấp cho nấm men trong quá trình lên men.

• Lên men: quá trình lên men được thực hiện trong các tank lên men và được bắt đầu ngay khi nấm men được định lượng vào dịch nha lạnh. Trong suốt quá trình này nấm men chuyển hóa các loại đường trong dịch nha thành cồn và CO2. Các tank lên men có nhiều dạng khác nhau từ các tank cực lớn giống như các silo lưu trữ cho đến những bình kính dung tích cỡ 5 gallons. Hầu hết các nhà máy bia ngày nay dùng các tank lên men thân trụ và đáy côn (CCT), đáy côn có góc nghiêng 60oC cho phép nấm men lắng xuống đáy. CCT có thể thực hiện cả quá trình lên men chính và ủ phụ trong cùng 1 tank. Cuối mỗi quá trình lên men, nấm men và các chất rắn khác lắng xuống đáy và dễ dàng được rút khỏi tank.

Các tank lên men hở cũng được sử dụng nhưng chủ yếu là để trưng bày và ở châu Âu trong quá trình lên men bia từ lúa mỳ. Các tank lên men thường được làm từ thép không gỉ với phần đáy nghiêng và được đặt dựng đứng, đối lập với các tank ủ chín bia thường được đặt nằm ngang. Ngày nay có rất ít các nhà máy bia vẫn còn sử dụng các tank lên men gỗ để lên men vì gỗ rất khó vệ sinh và dễ nhiễm khuẩn và phải quét hắc ín lại trên dưới mỗi năm.

• Ủ chín bia

Khi các loại đường được sử dụng gần hết trong quá trình lên men bia, quá trình lên men chậm dần và nấm men bắt đầu lắng xuống đáy tank. Trong giai đoạn này, bia được làm lạnh xuống nhiệt độ quanh điểm đóng băng, nhằm kích thích quá trình kết lắng của nấm men và các protein. Các hương không mong muốn như các hợp chất phenolic trở nên không tan trong bia lạnh và hương vị của bia trở nên hài hòa hơn. Trong suốt thời gian này áp suất được duy trì trên tank để bia không nhạt.

Nếu các tank lên men có phần áo lạnh quanh chúng, trái với cả khu vực lên men được làm lạnh thì quá trình ủ chín có thể được thực hiện trong cùng 1 tank lên men, một số trường hợp khác, quá trình ủ phụ này có thể được thực hiện ở các tank khác.

• Lọc bia

Lọc bia là quá trình loại bỏ nấm men, cặn, giúp ổn định hương, vị bia và mang đến cho bia sự trong sáng. Tuy nhiên không phải tất cả bia đều được lọc. Máy lọc bia có nhiều loại khác nhau như lọc đĩa hay lọc nến sử dụng bột trợ lọc là đất tảo cát gọi là Kieselguhr. Việc lọc bia có thể được chia thành 3 cấp độ là lọc thô, lọc mịn và lọc vô trùng, trong đó bia sau khi lọc thô bia vẫn còn độ đục nhất định (nhưng vẫn trong hơn bia chưa lọc), lọc mịn mang đến một cốc bia trong vắt mà bạn có thể đọc báo qua chúng và lọc vô trùng khiến hầu hết các loại vi khuẩn được loại bỏ khỏi bia

• Máy lọc tấm: máy lọc này sử dụng môi trường lọc đã được làm sẵn, cho phép các phần tử có kích thước nhỏ hơn lỗ lọc (sẵn có) đi qua. Các tấm này đặt trong khung máy lọc, được tiệt trùng (có thể bằng nước nóng) và sau mẻ lọc bia chúng trở nên bí, có thể được phun rửa ngược để tái sử dụng hoặc vứt đi và thay thế bằng các tấm mới

• Máy lọc Kieselguhr: sử dụng bột trợ lọc để tạo lớp lọc và khá phức tạp trong vận hành tuy nhiên lượng bia lọc được khá lớn trước khi thải bột, tái sử dụng nến lọc.

• Thành phẩm (chiết chai, bao gói)

Chiết chai là quá trình rót bia vào chai, keg, lon hoặc các đồ chứa khác có dung tích lớn hơn.

• Lên men thứ cấp: là lần lên men sau khi lên men chính. Một số loại bia có tới 3 lần lên men

Lên men trong chai: một số loại bia có thêm quá trình lên men diễn ra trong chai, có sự bão hòa CO2 diễn ra một cách tự nhiên, đây có thể là quá trình lên men thứ 2 hoặc thứ 3. Loại bia này thường được đóng chai cùng với một lượng dịch nấm men sống nhất định. Trong trường hợp bia không còn đường có khả  năng lên men, đường có thể được bổ sung thêm. Kết quả của quá trình này là CO2 được tạo ra và được giữ lại trong chai và  bão hòa vào bia một cách tự nhiên

Ủ phụ trong thùng to-nô: bia trong thùng to- nô được quản lý một các cẩn thận để không có sự bão hòa CO2.

Nguồn: http://www.sterkensbrew.be/ 

Dịch và tổng hợp: BioMedia VN