Bia là một loại đồ uống có cồn được sản xuất chủ yếu từ lúa mạch, hoa bia, nấm men và nước. Có nhiều nơi người ta thay thế lúa mạch bằng nguyên liệu khác như gạo, bắp, lúa mì (gọi chung là nguồn tinh bột), và bổ sung thêm những thành phần tự nhiên khác để tạo ra nhiều hương vị và phong cách bia khác nhau.

 

Công nghệ sản xuất bia:

Hình 1. Quy trình sản xuất bia

 

1. Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu (Malt):

+ Bên trong hạt lúa mạch có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng. Thông thường loại hạt có bề ngang từ 2.5mm trở lên sẽ được chọn sử dụng. Các hạt được chọn đồng đều thì giai đoạn nảy mầm sẽ diễn ra đồng đều hơn.

+ Trong giai đoạn nảy mầm, bên trong hạt lúa mạch diễn ra rất nhiều sự biến đổi. Đầu tiên, các thành phần dinh dưỡng như tinh bột và protein bên trong sẽ được phân giải. Lúa mạch đang trong quá trình nảy mầm còn được gọi là “Malt xanh – Green Malt”. Bằng cách tác động theo hướng thúc đẩy hoặc hạn chế quá trình biến đổi này mà người ta tạo ra loại malt có chất lượng phù hợp với loại bia mình mong muốn.

+ Phần rễ của Malt là nguyên nhân tạo ra những mùi vị hỗn tạp. Do đó, sau khi làm khô, người ta nhanh chóng loại bỏ phần rễ này bằng một thiết bị chuyên dụng. Sau đó, người ta cho Malt thành phẩm vào xilô để ủ trong khoảng 1 tháng.

+ Trước khi cho vào lò nấu, Malt sẽ được xay nhỏ, việc này giúp nâng cao hiệu quả chuyển hóa tinh bột thành đường (đường hóa). Tuy nhiên, nếu xay quá nhỏ thì công đoạn lọc sau đó sẽ diễn ra rất chậm.

Hình 2. Lúa mạch

 

2. Công đoạn nấu – Lọc bã:

+ Tinh bột của malt có dạng nhiều phân tử đường glucô kết nối với nhau với kích thước lớn, điều này làm cho men bia sẽ khó thâm nhập vào trong tế bào, các enzym đường hóa cũng không hoạt động được. Do đó cần phải làm cho kích thước phân tử tinh bột nhỏ hơn.

+ Để giúp phân giải và chia nhỏ kết cấu kết tinh của tinh bột, người ta cho malt vào lò nấu và dùng nước sôi để xử lý thành một dạng hồ nhão. Đây gọi là công đoạn “hồ hóa”. Tại đây, Enzyem sẽ làm biến đổi tinh bột đã được hồ hóa của malt thành chất đường. Protein sẽ được phân giải thành Peptide (chuỗi axit amino) - vốn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tạo ra bọt bia – và axít amino vốn là nguồn dinh dưỡng của men bia, đóng góp trong việc sinh sôi men bia và tạo ra thành phần mùi hương cho bia.

Hình 3. Cảm biến nhiệt độ dùng trong lò nấu lúa mạch (Nivelco)

 

Hình 4. Cảm biến áp suất dùng trong lò nấu lúa mạch (Nivelco)

 

+ Sau khi kết thúc quá trình đường hóa, người ta sẽ thực hiện lọc để loại bỏ các chất rắn. Lọc là công đoạn tốn nhiều thời gian nhất trong giai đoạn nấu. Tốn nhiều thời gian bởi cần xay đến kích thước vừa phải, đồng thời cũng không được khuấy trộn quá mức trong giai đoạn đường hóa, điều này nhằm giúp các loại đường đa chứa bên trong không bị phân giải. Ngoài ra, trong giai đoạn phân loại các hạt malt, cũng cần đảm bảo tính đồng nhất về kích thước của chúng.

Hình 5. Nồi nấu lúa mạch

 

3. Công đoạn đun sôi và bổ sung hoa bia:

+ Dịch malt sau khi lọc sẽ được chuyển sang lò đun sôi và cho thêm hoa bia vào. Việc này giúp thu được 04 kết quả dưới đây:

1. Khi đun sôi dịch malt với hoa bia sẽ giúp chiết xuất các thành phần của hoa bia mà chúng giúp tạo ra mùi hương và vị đắng cho bia, đồng thời ngăn chặn các vi sinh vật, tăng cường khả năng duy trì bọt bia.

2. Cô đặc dịch malt để đạt đến nồng độ quy định.

3. Làm kết tủa các chất protein có tính kết tủa bên trong dịch bia.

4. Làm mất khả năng hoạt động của các enzym còn sót lại trong dịch malt, đồng thời giúp diệt khuẩn triệt để dịch malt.

+ Vị đắng sẽ được sinh ra nhờ công đoạn nấu sôi. Hoa bia được cho là thành phần tạo ra vị đắng, tuy nhiên chỉ bỏ hoa bia vào thôi thì chưa thể tạo ra vị đắng này. Chỉ khi nấu sôi lên, một loại axít có trong hoa bia bị biến đổi và tạo ra vị đắng. Phương pháp đo vị đắng của bia được tính toán thông qua việc đo lường chất Isohumulone vốn được hình thành qua công đoạn nấu sôi. Tuy nhiên, cho dù cùng một đơn vị vị đắng nhưng nếu chủng loại hoa bia, cách sử dụng hoa bia, dịch malt... khác nhau thì sẽ cho ra vị đắng khác nhau về tính chất cũng như cường độ.

+ Cách đưa hoa bia vào nấu sôi cũng làm thay đổi mùi hương của bia. Có thể cho toàn bộ hoa bia vào ngay từ đầu khi mới đun sôi, hoặc có thể chia làm nhiều phần để đưa vào từ từ. Để tạo ra mùi hương mạnh của hoa bia, người ta có thể thêm vào một phần hoa bia tại thời điểm ngay trước khi kết thúc công đoạn đun sôi.

Hình 6. Hoa bia

 

4. Công đoạn kết lắng:

+ Sau khi nấu sôi, sẽ đến công đoạn lọc bỏ các chất rắn chứa trong dịch malt. Công việc này được thực hiện bằng một thiết bị hình trụ có tên gọi là whirlpool. Người ta đổ dịch malt vào trong thiết bị này và cho quay tròn, lực ly tâm sinh ra sẽ gom các chất rắn lại chính giữa. Trước đây, khi người ta còn sử dụng hoa bia nguyên dạng để cho vào nấu thì ở công đoạn này sẽ sử dụng lưới lọc, tuy nhiên hiện nay, khi hoa bia đã được gia công thành dạng viên thì chỉ cần sử dụng bồn whirlpool mà thôi.

 

5. Công đoạn làm lạnh và lên men:

+ Dịch malt sau khi trải qua công đoạn nấu sôi sẽ được làm lạnh. Tại công đoạn này, dịch malt sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ bắt đầu lên men, rồi được cung cấp các enzym cần thiết cho sự sinh trưởng của men bia.

+ Sau khi làm lạnh dịch malt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình lên men (trường hợp lên men chìm là 8-10^OC, trường hợp lên men nổi là 15-20^OC) và cho enzym vào thì người ta sẽ cho men bia vào dung dịch này.

+ Men bia được cho vào sẽ hấp thụ đường và làm lên men đường. Dưới tác động lên men của enzym có trong men bia, đường sẽ chuyển hóa thành cồn (ethanol) và khí CO2. Khoảng 1 tuần sau đó, bia non được hình thành.

+ Lượng men bia cho vào nếu ít quá thì quá trình lên men sẽ diễn ra chậm, làm mất cân bằng hương vị, ngược lại nếu nhiều quá cũng sẽ làm mất mùi vị của bia.

 

6. Công đoạn ủ:

+ Bia non sau khi hình thành sẽ được chuyển sang bồn ủ. Trong giai đoạn lên men trước đó, tại thời điểm khi có khoảng 85% hàm lượng đường có tính lên men được lên men thì công đoạn này kết thúc. Bia được chuyển sang bồn trữ (lên men sau). Lúc này lượng men nổi trên mặt và men chìm xuống dưới có tỷ lệ khoảng 1:2 là tốt nhất. Nếu men nổi trên mặt ít thì gây ảnh hưởng đến giai đoạn lên men sau, ngược lại nếu men trên mặt nhiều quá thì việc lọc bia bị nghẽn, làm ảnh hưởng đến hương vị của bia. Bia non khi được chuyển sang bồn trữ sẽ được cho lên men lại. Khi đó, các men bia chìm bên dưới sẽ lại sinh sôi bên trong bia non. Sau đó, bia được làm lạnh đến dưới 0 độ C rồi tiếp tục ủ trong nhiều chục ngày tiếp theo. Để công đoạn lên men sau được diễn ra một cách có hiệu quả, trong bia non nhất thiết phải có phần chiết xuất có tính lên men và phải còn một lượng men bia thích hợp. Trong giai đoạn ủ, khí CO2 sinh ra sẽ được phân giải, tuy nhiên do hàm lượng CO2 chứa trong bia cần một độ chính xác khá cao nên người ta gắn thêm 1 thiết bị điều chỉnh áp suất khí gas để đẩy phần gas dư thừa ra khỏi bồn ủ, giữ cho áp suất này ở mức nhất định. Do đặc tính của khí CO2, nhiệt độ càng thấp thì hàm lượng khí CO2 càng gia tăng. Thời gian ủ bia sẽ khác nhau tùy vào từng loại bia, từng chủng loại men … tuy nhiên tiêu chuẩn cơ bản trong trường hợp lên men chìm là khoảng 1 tháng.

Hình 7. Cảm biến siêu âm đo mức bia trong bồn (Nivelco)

 

7. Công đoạn lọc:

Men bia và các chất cặn trong quá trình ủ sẽ được lọc bỏ. Ở công đoạn lọc này, người ta thường dùng vật liệu lọc những tấm lưới có lỗ rất nhỏ. Sau khi lọc và được xử lý nhiệt để diệt khuẩn, bia sẽ được đóng gói để xuất xưởng. Vỏ chai, lon… cũng được trải qua các công đoạn kiểm tra nghiêm ngặt trước khi chiết bia vào.

 

8. Công đoạn đóng gói:

+ Chai bia rỗng sau khi được thu hồi về sẽ đi qua máy súc rửa và diệt khuẩn. Trong giai đoạn súc rửa, người ta dùng xút NaOH để phân giải và tẩy sạch các chất bẩn bám trên chai, đồng thời phân giải keo dán của nhãn chai để bóc tách nhãn ra. Sau khi rửa và diệt khuẩn bằng xút, chai sẽ được súc rửa nhiều lần bằng dòng nước áp lực cao.

+ Chai bia được tái sử dụng nhiều lần, do đó trước khi rót bia vào chai, cần phải kiểm tra chai kỹ lưỡng. Những chai vỡ, nứt, xước nhiều… sẽ bị loại ra khỏi dây chuyền.

+ Lon rỗng sau khi được nhà sản xuất lon kiểm tra bên trong và bên ngoài sẽ được giao đến nhà máy bia trong tình trạng được bao bọc kín khí. Tại đây, sau khi thiết bị kiểm tra tự động kiểm tra mặt trong của từng lon,một dòng nước áp lực cao sẽ được sử dụng để súc rửa lon.Ngay sau khi súc rửa xong, lon rỗng sẽ được chiết bia vào.

+ Quy trình đóng lon được thực hiện bằng cách thay thế phần không khí trong lon bằng khí CO2 với áp suất tương đối. Việc tạo ra áp suất bằng khí CO2 như vậy có tác dụng giúp bia không bị nổi bọt và giúp loại bỏ phần khí oxy nằm trong lon vốn là tác nhân gây oxy hóa, làm giảm chất lượng bia.

+ Khi nhiệt độ thay đổi, dung dịch bia sẽ nở ra, áp suất bên trong lon sẽ tăng lên. Do đó, khi chiết rót, phần phía trên của lon luôn được chừa lại một khoảng trống chứa không khí. Khi công việc chiết rót vừa kết thúc, người ta kích thích bề mặt nước bia để làm sinh ra bọt, bọt này sẽ giúp đuổi khí oxy (không khí) còn lại trong lon ra bên ngoài, ngay khi đó, nắp lon sẽ được đóng lại.

+ Lon bia đã được chiết bia xong sẽ có nhiệt độ rất thấp, không thể đưa vào thùng carton ngay mà phải qua công đoạn dùng nước ấm để đưa nhiệt độ lon bia trở về bình thường. Sau đó lon sẽ đi qua công đoạn đóng thùng carton.

+ Mặt trong của lon được tráng 1 lớp keo epoxy, nhờ lớp này mà dung dịch bia trong lon và chất liệu làm lon hoàn toàn được ngăn cách với nhau. Keo epoxy này là loại vật liệu hoàn toàn không gây ra bất kỳ tác động gì đến chất lượng bia.

Hình 8. Cảm biến tiệm cận dạng siêu âm trong dây chuyền chiết rót (Nivelco)