Sản xuất bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp

· Khoa học thực phẩm

Sản xuất bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp

Nguyễn Văn Tặng – Email: tangnv@ntu.edu.vn

Bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp là bia có hàm lượng cồn tương ứng dưới 0,5% và 0,5-1,5% theo khối lượng. Bài viết này trình bày cơ sở lý luận phát triển bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp và một số phương pháp sản xuất bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp bao gồm: (1) quá trình nấu sử dụng enzyme xellulaza chịu nhiệt cao, sau khi lên men, dịch bia được bổ sung tinh bột thủy phân có chỉ số DE thấp, cuối cùng dịch bia được pha loãng bằng nước đã tách khí và axit hóa; (2) dùng khí để đuổi cồn, đồng thời bổ sung thêm các chất làm tăng mùi vị để bù lại sự tổn thất các chất mùi vị trong bia; và (3) quá trình lên men sử dụng nấm men đột biến ADH âm không thể tạo cồn nhưng có khả năng làm tăng hàm lượng glycerol.

ABSTRACT

The non-alcohol and low-alcohol content beer have alcohol content below 0.5% and 0.5 to 1.5% by weight, respectively. This report presents the reasons of development of non-alcohol and low-alcohol content beer, and some methods for production of non-alcohol and low-alcohol content beer including: (1) preparing a brew using a high-temperature-tolerant cellulose, after fermentation, the brew is supplemented with a low dextrose equivalent (D.E) starch hydrolyzate, finally, the brew is diluted with acidified deaerated water; (2) using a gas to desorb the alcohol, the involved loss of taste in the beer being compensated for substances which improve the taste in the beer; and (3) fermentation process is carried out using an ADH-negative yeast mutant which can not produce alcohol but it is able to increase glycerol content.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, bia có hàm lượng calo thấp đã trở nên phổ biến, đặc biệt đối với những người thừa cân. Tương tự như vậy, nhiều loại bia có nồng độ cồn thấp và bia không cồn cũng được ưa chuộng hơn đối với những người không chịu được hoặc không cho phép sử dụng ở nồng độ cồn cao như phụ nữ mang thai, khi tham gia giao thông,…Trong khi đó, nhiều người tiêu thụ bia lại ưa thích các đặc tính về mùi và vị của loại bia truyền thống vốn có nồng độ cồn đáng kể, thường là 3,2 – 4,2%. Vì vậy, mục tiêu của báo cáo này là trình bày một số phương pháp sản xuất bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp nhưng có hương vị của bia truyền thống.

SẢN XUẤT BIA KHÔNG CỒN VÀ BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP SỬ DỤNG ENZYME XELLULAZA CHỊU NHIỆT CAO, TINH BỘT THỦY PHÂN VÀ NƯỚC ĐÃ TÁCH KHÍ VÀ AXIT HÓA

Trong phương pháp này, trước tiên malt đại mạch được nấu trong một khoảng thời gian với enzyme α-amylaza, sau đó thêm enzyme xellulaza chịu nhiệt cao và nấu thêm một thời gian nữa ở 78 – 800C. Sau khi nấu, dịch nha được tách ra khỏi nồi nấu và lên men bằng nấm men. Sau khi lên men, dịch bia toàn bộ malt được bổ sung tinh bột thủy phân có chỉ số DE thấp và nếu cần thì tiến hành lọc và xử lý màu bằng hoa houblon và malt. Cuối cùng, dịch bia được pha loãng bằng nước đã tách khí và axit hóa sao cho chỉ chứa nồng độ cồn không quá 0,5% theo thể tích.

Các quá trình được quan tâm trong phương pháp sản xuất bia nồng độ cồn thấp bao gồm quá trình nấu malt đại mạch trong nước có pH thấp sử dụng enzyme α-amylaza ở nhiệt độ khoảng 78 – 800C, trong thời gian đủ để hồ hóa hoàn toàn tinh bột trong malt. Trong quá trình hồ hóa, hạt tinh bột trở nên trương phồng và phân tán và thông thường quá trình hồ hóa được tiến hành cho đến khi phần lớn tinh bột trong malt  được hồ hóa và kết thúc khi không còn sự có mặt của tinh bột và dextrin mạch dài.

Enzyme α-amylaza trong malt nhanh chóng bị vô hoạt ở nhiệt độ nấu 78 – 800C và vì vậy enzyme α-amylaza từ vi sinh vật được sử dụng để dịch hóa tinh bột. Sau khi nấu lần đầu với enzyme amylaza, tiến hành nấu lần hai ở nhiệt độ 78 – 800C với enzyme xellulaza có thể hoạt động ở nhiệt độ cao khoảng 800C.

Dịch nha được tách ra khỏi nồi nấu và được lên men bởi nấm men. Sau khi lên men, tiến hành bổ sung dịch tinh bột thủy phân có giá trị DE không quá 25 vào dịch bia để đạt hàm lượng chất rắn trong bia khoảng 4 – 5%. Một tác nhân kết tủa như chất keo silic được bổ sung vào dịch bia để hỗ trợ quá trình kết tủa hầu hết các tế bào nấm men còn lại, và dịch bia sau đó đem lọc và bảo quản lạnh nếu cần. Sau đó, dịch bia được pha loãng bằng nước đã axit hóa để tạo thành bia có nồng độ cồn không vượt quá 0,5% thể tích. Hoa houblon và các chất màu có thể bổ sung vào dịch bia để tạo vị đắng và màu sắc mong muốn và bia sau đó có thể đem thanh trùng và đóng chai hoặc để trong thùng chứa. Một công thức được ưa thích của phương pháp này như sau:

Malt đại mạch xay được nấu ở nhiệt độ 78 – 800C trong nước có pH thích hợp khoảng 5,5 – 7,0, sử dụng enzyme α-amylaza thực phẩm với tỷ lệ từ 0,05 – 0,5% (so với khối lượng malt), loại enzyme α-amylaza như BAN – 120 (Bacillus subtilis) của Novo, TENASE của Miles Laboratories, CANALPHA 600 của Biocon, …Sau khi nấu với amylaza trong khoảng 30 phút thì tiếp tục nấu với enzyme xellulaza chịu nhiệt độ cao khoảng 78 – 800C trong khoảng 30 phút. Enzyme xellulaza chịu nhiệt cao là loại không bị vô hoạt hoàn toàn ở nhiệt độ 800C. Loại enzyme xellulaza thích hợp là LAMINEX của Genencor, vốn là phức xelluloza thu được từ Trichoderma Resei.

Sau khi nấu với enzyme xellulaza, dịch nha được phân tách ra khỏi nồi nấu bằng phương pháp thích hợp như lọc, và được nấu sôi khoảng 20 – 40 phút hoặc hơn. Vì vậy, phụ thuộc vào nhiệt độ lên men, dịch nha được làm nguội đến khoảng 10 – 160C, đồng thời được bão hòa bằng khí tiệt trùng. Ở nhiệt độ cao hơn, như 28 – 400C có thể được sử dụng mặc dù nhiệt độ dưới 300C thường được xem là tối ưu cho sự sinh trưởng và lên men của nấm men. Quá trình lên men hoàn toàn khi có 20 – 30% chất rắn hoà tan trong malt ban đầu chuyển đổi thành CO2 và cồn. Thông thường, quá trình lên men kéo dài từ 2 – 8 ngày. Dịch nha sau khi lên men được bảo quản ở nhiệt độ khoảng 00C để nấm men ổn định.

Sau giai đoạn lên men thích hợp, tinh bột thủy phân có hàm lượng dextrose thấp có độ DE từ 10 – 20 được bổ sung vào dưới dạng dung dịch tiệt trùng. Tinh bột thủy phân có DE thấp được bổ sung với hàm lượng đủ để đạt hàm lượng chất rắn hòa tan trong bia là 10%. Chất keo silic hoặc diatomit được bổ sung vào dịch lên men để kết tủa và kết tụ hầu hết lượng nấm men còn lại và dịch bia sau đó được đem lọc. Quá trình làm lạnh có thể sử dụng vào giai đoạn này nếu cần.

Sau khi lọc, dịch bia được pha loãng đến nồng độ cồn không quá 0,5% (thể tích) bằng nước đã tách khí và axit hóa để đạt dịch không quá 4,5% chất khô hòa tan. Sau khi lên men có thể bổ sung hoa houblon đã xử lý và màu sắc của bia có thể điều chỉnh bằng màu của malt dùng trong thực phẩm. Hoa houblon phổ biến là Pfizer “Isohoublon”, Pfizer “Redihoublon” và các sản phẩm của Kalsec Co., … được bổ sung với hàm lượng đủ để tạo ra vị đắng mong muốn cho bia. Bia sau đó được bổ sung CO2 với tỉ lệ 2,6 – 2,8 thể tích CO2 trên thể tích bia và có thể thanh trùng và giữ trong chai hoặc thùng chứa.

VÍ DỤ: 80 g malt bia xay thô (5% độ ẩm) được nấu trong 320 mL nước cất ở 820C. Nhiệt độ nấu malt là 770C. Không bổ sung thêm enzyme α-amylaza. Quá trình nấu tiến hành ở nhiệt độ 78 – 790C trong 60 phút. Nồi nấu này là mẫu đối chứng.

Một quá trình nấu khác được tiến hành như nồi nấu kiểm chứng trong 30 phút đầu. Sau đó, bổ sung 0,2% xellulaza (Laminex) (khối lượng malt) và tiếp tục nấu ở 780C trong 30 phút nữa. Cả hai nồi nấu được pha loãng đến 400 g bằng nước cất 750C, trộn đều và đem lọc nóng qua giấy lọc Whatman số 1. Tốc độ lọc quan sát được như sau:

Mẫu (100 g dịch nấu)

mL dịch lọc/20 phút

Mẫu kiểm chứngMẫu sử dụng xellulaza

24

68

Dịch hèm của mẫu kiểm chứng dày và giống thạch, còn của mẫu sử dụng xellulaza tương tự như của dịch hèm bình thường.

Các số liệu từ quá trình nấu của mẫu này được trình bày trong bảng bên dưới:

Chỉ tiêu

Mẫu đối chứng

Mẫu sử dụng xellulaza

Tốc độ lọcDịch chiết (% chất khô)% chất rắn hòa tan

Khối lượng (dextrose) trong 100mL dịch nha

Nitơ formol, g/100 mL

Nitơ α-amino, ppm

Độ nhớt dịch  nha, cp, 200C

pH

Chậm

63,48

26,46

3,44

0,0434

283

1,83

5,2

Bình thường

72,46

24,95

3,55

0,0414

269

1,89

5,2

SẢN XUẤT BIA KHÔNG CỒN VÀ BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP SỬ DỤNG KHÍ ĐỂ ĐUỔI CỒN

Trong phương pháp này, cồn được loại bỏ ra khỏi bia có cồn bằng việc sử dụng một khí để đuổi cồn, sự tổn thất các chất mùi vị trong bia được bổ sung lại bằng các chất làm tăng mùi vị. Có thể dùng không khí để đuổi cồn mà O2 trong không khí không làm hư hỏng chất lượng của bia xử lý. Ngoài không khí, CO2 và những khí trơ cũng có thể được sử dụng. Xử lý đuổi cồn được thực hiện ở nhiệt độ từ 15÷50 oC, tốt hơn là từ 20÷40 oC và tốt nhất từ 25÷35 oC. Quá trình xử lý kéo dài trong ít nhất là 1 phút, trong các phương pháp liên tục, xử lý thường kéo dài lâu hơn, từ 45-180 phút.

Một phương pháp thích hợp hơn là sử dụng hơi bão hòa để đuổi cồn. Hơi này được dẫn vào để hấp thu chọn lọc cồn từ bia mà không hấp thu nước và hầu như không hấp thu các chất tạo giá trị cảm quan. Một phương pháp thích hợp hơn nữa là sử dụng không khí bão hòa hơi nước để đuổi cồn, khí xử lý được tuần hoàn để đuổi cồn trong bia. Điều này có sự thuận lợi là khí tuần hoàn có thể được bão hòa hoặc được tăng lên nhờ các chất tạo mùi dễ bay hơi của bia. Do vậy, quá trình khử những chất mong muốn từ bia bị hạn chế hơn nữa. Cồn có thể được thu hồi khỏi khí tuần hoàn bằng sấy lạnh hoặc qui trình thường khác. Ngoài ra, những chất tạo hương vị đặc trưng cho bia có thể được thêm vào theo khí tuần hoàn. Điều này ngăn chặn sự khử không mong muốn các chất mùi trong bia.

Việc loại bỏ cồn là nguyên nhân chính của sự tổn thất mùi vị trong bia. Để bù lại đó, phương pháp đề xuất bổ sung các chất vào bia làm nâng cao chất lượng cảm quan (hương vị và mùi) của bia. Krausen là hợp chất nâng cao hương vị thích hợp nhất. Nó là một dịch nha được lên men nhẹ, có mức độ lên men trung bình từ 1-35%. Trong phương pháp này, krausen được sử dụng có mức độ lên men từ 4-25%, thích hợp hơn là 6-8%.

Để sản xuất bia có độ cồn thấp theo phương pháp này, có thể trộn lẫn bia không cồn thu được với bia thông thường để đạt được độ cồn mong muốn. Tuy nhiên, cũng có thể làm gián đoạn phương pháp ngay khi bia được xử lý hiếu khí thu được độ cồn theo mong muốn.

Bia không cồn hoặc độ cồn thấp được sản xuất theo phương pháp nghiên cứu này đã được nếm vài lần bởi hội đồng chuyên môn mùi vị và được đánh giá hoàn toàn tương đương so với bia thông thường, ví dụ như loại Pilsner. Hơn nữa, nó được đánh giá rất cao so với các loại bia độ cồn thấp khác có mặt trên thị trường. Ngược lại, đặc tính không đặc trưng của bia được tìm thấy mới đây, bia được sản xuất theo phương pháp nghiên cứu này là đặc trưng và giống y hệt bia thông thường.

Ví dụ sau đây mô tả chi tiết hơn những vấn đề của phương pháp này.

Thiết bị được đổ đầy 21,25 lít bia xử lý/mẻ, trộn với nấm men (S.rouxii, DSM 2531; 20 triệu TB/mL) và được thổi khí với lượng không khí xấp xỉ 30m3/giờ. Vách ngăn đôi của thiết bị và không khí được gia nhiệt trước tới nhiệt độ của bia xử lý ở 35oC.

Sau một khoảng thời gian thổi khí là 15 phút, thêm vào 3,75 lít dịch nha ban đầu nồng độ12%, đã được gia nhiệt trước tới 35 oC và việc thổi khí được tiếp tục cho đến khi bia có độ cồn là 0% (xấp xỉ khoảng 75 phút). Tiếp theo không bơm bia vào nữa, làm lạnh xuống nhiệt độ bảo quản, được đổ vào trong thùng bảo quản, thể tích ban đầu của nó được hoàn lại bằng việc thêm nước bão hòa CO2 và bão hòa lại CO2. Sau 3-4 ngày bia được lọc và chiết chai.

Các chỉ tiêu thu được (% khối lượng) như sau

Chỉ tiêu

Bia ban đầu

Bia thành phẩm

Ghi chú

Dịch nha ban đầu

12

12 Liên quan đến luật công bố
Chất chiết thực

4

5 Chất chiết có thể lên men: 1%
Chất chiết biểu kiến

2

5
Hàm lượng cồn

4

0

Sự khác nhau về cảm quan giữa bia ban đầu và bia cuối rất ít.

Bia không cồn sản xuất ở trên được chuyển thành bia độ cồn thấp theo qui trình như sau: 65 phần bia không cồn trộn với 35 phần bia ban đầu sử dụng cho quá trình sản xuất bia không cồn. Tỷ lệ này được pha trộn thành bia có độ cồn xấp xỉ 1,4% khối lượng. Bia này cũng khác rất ít so với bia ban đầu.

SẢN XUẤT BIA KHÔNG CỒN VÀ BIA NỒNG ĐỘ CỒN THẤP SỬ DỤNG NẤM MEN ĐỘT BIẾN ADH-ÂM

Các phương pháp chưng cất, bốc hơi cồn và loại bỏ cồn từ đầu có nhược điểm là vị của bia không cồn hoặc bia nồng độ cồn thấp thu được không tốt bằng bia có độ cồn thông thường. Bia được loại bỏ cồn sau khi sản xuất có vị nhạt và không hài hòa, còn trong sản xuất bia mà cồn bị loại bỏ từ đầu thì có vị khó chịu đặc trưng của dịch nha.

Phương pháp cải tiến để sản xuất bia không cồn hoặc bia nồng độ cồn thấp có hàm lượng glycerol từ 0,3 – 2,0% thể tích có thể cải thiện được hương vị của bia. Mục tiêu này đạt được bằng cách sử dụng nấm men trong quá trình lên men là giống biến đổi gen không thể tạo ethanol nhưng có thể làm tăng hàm lượng glycerol, từ đó thu được bia không cồn hoặc bia nồng độ cồn thấp bằng cách phối trộn với bia có độ cồn thông thường. Nấm men đột biến ADH-âm, đặc biệt là ADH 1-âm thích hợp cho mục đích này.

Giống nấm men đột biến không có enzyme alcohol dehydrogenaza hay được sử dụng trong phương pháp này là nấm men đột biến Saccharomyces cerevisiae ADH-âm, ADH 1-không lại giống. Trong quá trình trao đổi chất kỵ khí của nấm men biến đổi gen được sử dụng trong phương pháp này, hàm lượng acetaldehyt được tạo ra tăng lên trong suốt quá trình lên men. Acetaldehyt là chất độc cho tế bào và nấm men chỉ chịu đựng được ở 1 mức độ nào đó. Khi hàm lượng acetaldehyt lớn tích lũy trong tế bào hoặc trong cơ chất lên men, hoạt động trao đổi chất của nấm men sẽ bị suy yếu.

Mặt khác, ngay cả trong thành phẩm (bia thông thường) chỉ có 1 lượng nhỏ acetaldehyt có thể chịu đựng được, giá trị ngưỡng mùi vị là khoảng 25 ppm.

Vì vậy, acetaldehyt vốn là 1 sản phẩm trao đổi chất phải được loại bỏ ra khỏi bia thu được theo phương pháp này. Điều này có thể thực hiện được, ví dụ bằng cách loại bỏ chúng ra khỏi thành phẩm khi quá trình lên men kết thúc. Tuy nhiên, trong phương pháp này, acetaldehyt đã được loại bỏ trong suốt quá trình lên men là vì nó có tác động nguy hiểm đến tế bào nấm men.

Do đó, trong phương pháp này, quá trình lên men được tiến hành chủ yếu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của acetaldehyt, ví dụ ở nhiệt độ cao hơn 210C. Hơn nữa, cơ chất của quá trình lên men có thể được bơm vào liên tục hoặc gián đoạn theo cách để acetaldehyt bị loại bỏ hiệu quả bởi dòng khí. Nếu quá trình nạp khí có cường độ lớn, acetaldehyt có thể được loại bỏ hiệu quả nếu nạp khí diễn ra 1 lần 1 ngày trong vòng 15 – 30 phút.

Về nguyên tắc, nạp khí có thể diễn ra bằng việc sử dụng khí không làm hại đến quá trình lên men hoặc thành phẩm. Có thể sử dụng không khí hoặc khí trơ, đặc biệt là CO2, dưới điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt. Thiết bị lên men sử dụng ở đây có thể là 1 hệ thống kín,  trong đó khí được nạp vào từ cơ chất chứa bên trong theo cách thích hợp, để khí có thể được dùng lại trong quá trình nạp khí (ví dụ thông qua sấy lạnh).

Phần còn lại, quá trình lên men điều chỉnh được tiến hành theo cách để hàm lượng glycerol tạo thành là tối ưu nhằm làm dịu vị của bia. Hàm lượng thích hợp là từ 0,4 – 1,5% thể tích, thích hợp hơn là từ 0,5 – 1,2% thể tích. Glycerol thừa có thể được trung hòa bằng cách làm giảm giới hạn pha loãng, trái lại nếu thiếu glycerol có thể bù lại bằng cách làm giảm hàm lượng tạp chất trong cơ chất lên men của dịch nha.

VÍ DỤ: Giống nấm men đột biến ADH-âm, ADH 1-không lại giống theo quy trình mô tả ở trên được thêm vào TANK lên men cùng với dịch nha ban đầu có hệ thống rửa khí CO2 kín ở nhiệt độ 25oC. Mật độ tế bào ban đầu là 40 x 106 tế bào/mL. Hàm lượng chất chiết trong dịch nha ban đầu khoảng 11%, giới hạn pha loãng thực khoảng 67%.

Bia được lên men gần như hoàn toàn. Tank lên men được rửa 24h một lần trong vòng 30 phút bằng khí CO2 để loại bỏ acetaldehyt. Việc này được thực hiện một cách tuần hoàn (khoảng 30m3/hl/h).

Sau khi lên men kết thúc, bia đạt được các chỉ tiêu (theo % khối lượng) sau đây:

Dịch nha ban đầu (%):                                                  11

Dịch chiết thực (%):                                                    3,7

Hàm lượng glycerol (%):                                             khoảng 1,5

Ethanol (%):                                                                  0,0

KẾT LUẬN

Sản xuất bia không cồn và bia nồng độ cồn thấp sử dụng enzyme xellulaza chịu nhiệt cao có thể làm tăng nồng độ chất khô của dịch chiết lên tới 15%, quá trình lọc dịch nha sau nấu dễ dàng hơn và lượng dịch nha thu được nhiều gấp 3 lần. Sử dụng khí để đuổi cồn làm cho bia bị tổn thất về mùi vị nên cần phải bổ sung các chất để bù lại sự tổn thất về mùi vị cho bia. Sử dụng nấm men đột biến ADH-âm làm tăng hàm lượng glycerol lên đáng kể, do đó góp phần làm tăng mùi vị cho bia.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bart, V.. 2001. Low alcohol or alcohol free beer and method for producing it. European patent application, EP 2 385 100 A1.

Driondziak K., Fed, P. 1989. Method for the production of low-alcohol or alcohol-free beer. United States patent, 4,814,188.

Driondziak K., Fed, P. 1989. Method for the production of alcohol-free beer. United States patent, 4,882,177.

Pardo AG, Forchiassin F. 1999. Influence of temperature and pH on cellulase activity and stability in Nectria catalinensis. Rev Argent Microbiol, 31(1):31-5.

Pfisterer EA., McCaig R., Fitzpatrick JJ., Graham RM. Non-alcoholic beer. 2004. United States patent.US 6,689,401 B1.

Witt, P. R., Iowa, M. 1988. Preparation of low alcohol beer. United States patent, 4,788,066.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose

http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulase

Non-alcoholic beerBia không cồn (nguồn: flickriver.com)

Low-alcolholic beers

Bia nồng độ cồn thấp (nguồn: jjchristie.wordpress.com)

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

Theo dõi

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 221 other followers

%d bloggers like this: