Đối với bia, chúng ta phải phân biệt giữa độ đục có thể đảo ngược (đục lạnh) và độ đục không thể đảo ngược (đục vĩnh viễn). Cầu hydro giữa các phân tử polyphenol và polypeptide được hình thành bởi các nhóm hydroxyl của polyphenol và nguyên tử oxy của nhóm peptide. Các liên kết khá yếu và có thể bị phá vỡ dễ dàng bởi nhiệt độ. Nếu nhiệt độ nằm trong khoảng từ +5 đến – 2°C, phản ứng của các hợp chất phenol và protein sẽ tạo ra cặn đục – dạng sương mù (Hình 1b). Quá trình diễn ra một cách thuận nghịch và biến mất khi nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng +20°C. Trong khi các hợp chất flavanol phân tử lượng thấp trong phản ứng với tanin không ảnh hưởng tới các cặn đục, do cặn vĩnh viễn này được hình thành trong phản ứng với các tanin bị đã bị oxy hóa (hình 1c). Người ta thường cho rằng sự hình thành cặn đục vĩnh viễn thường do quá trình oxy hóa, đặc biệt là sự hình thành liên kết cộng hóa trị.

Như vậy, khi bia đã đóng lon hoặc chai tiếp xúc với các điều kiện khắc nghiệt trong quá trình bảo quản còn thời hạn sử dụng (ví dụ như thay đổi nhiệt độ nghiêm trọng, nơi bị tác động nhiều của ánh sáng) và nếu nó được bảo quản trong thời gian quá dài, các protein hòa tan sẽ bị kết tủa bởi các polyphenol gây ra hiện tượng đục. Quá trình được mô tả lại trong sơ đồ hình 2. Cặn lạnh xuất hiện nếu bia được làm lạnh xuống 0°C hoặc thậm chí thấp hơn, nhưng nó sẽ biến mất nếu được làm nóng từ 20°C trở lên. Tuy nhiên, nó lại là tiền thân của các cặn vĩnh viễn, vẫn xuất hiện nếu bia được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài hơn khi quá trình hình thành các hạt tạo thành cặn vĩnh viễn lớn hơn các hạt tạo thành cặn đục lạnh.

Một số giải pháp kỹ thuật loại bỏ cặn bia

Độ đục tăng lên nhanh chóng trong bia đã đóng lon/chai và sự suy giảm chất lượng trong quá trình bảo quản có thể được theo dõi và kiểm soát bằng cách đặt ra kế hoạch đảm bảo chất lượng kết hợp với các biện pháp khắc phục phù hợp. Quá trình lọc và ổn định đều không được coi là biện pháp để sửa chữa những sai sót mắc phải trong quá trình sản xuất. Vì vậy, ngay từ đầu, cần phải thực hiện kiểm soát chặt chẽ chất lượng của tất cả các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng bia, đặc biệt là những yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định của các thông số cảm quan bia. Với công nghệ sản xuất bia hiện nay để loại bỏ “cặn tương lai” thì cần tác động vào các yếu tố sau:

 - Nhóm yếu tố nội tại:  loại bỏ polyphenol,  loại bỏ protein,  loại bỏ oxy,  loại bỏ Fe hòa tan

 - Nhóm yếu tố môi trường:  tránh ánh sáng  tránh rung lắc  tránh sốc nhiệt.

Đục bia được đo bằng  chiết  quang kế trong phòng thí nghiệm với hai độ hấp thụ góc (25° và 90°). Các chỉ tiêu kiểm soát bia như trong bảng sau:

Chiến lược được chấp nhận hiện nay là thay đổi các quy trình vận hành của sản xuất bia để thích ứng với sự thay đổi của nguyên liệu thô và tiến hành ổn định bia với silica gel (dạng xerogel hoặc hydrogel) và PVPP (dạng hoàn nguyên – regular use PVPP hoặc dạng không hoàn nguyên – single use PVPP). Các chất ổn định được thêm vào cùng với kieselguhr, tức là ở giai đoạn lọc trước. Những chất ổn định này có thể cải thiện chất lượng lọc và đồng thời giảm lượng Kieselguhr. Tuy nhiên, không được quên rằng việc bổ sung chúng làm tăng tải trọng của bề mặt lọc (tính bằng kg/m²), bất kể các loại bộ lọc. Về lý thuyết thì chỉ cần 1 trong 2 chỉ tiêu Sensitive protein (T125) hoặc polyphenol (P40) đạt yêu cầu thì độ ổn định bia sẽ đạt, tuy nhiên thực tế sản xuất thì cần nên đảm bảo cả 2 đều nên nằm trong ngưỡng giá trị chấp nhận đối đa hoặc tốt hơn là nên nằm trong giá trị tối ưu (hình 3). Theo một số khuyến cáo, để bia ổn định với hạn sử dụng 12 tháng, giá trị T125 và P40 nên nằm trong khu vực 30/30, có thể tốt hơn khi gần 40 về phía T125.

Thông thường, ổn định được thực hiện với silica gel. Silica gel đại diện cho một nhóm các chất hấp phụ có độ xốp cao bao gồm silica dạng keo. Silica gel phục vụ cho việc loại bỏ các phân đoạn protein và khói mù bia, tức là để đạt được sự ổn định hóa lý tối ưu. Silica gel có thể được thêm vào ở các giai đoạn khác nhau của quy trình sản xuất. Thời điểm và số lượng phụ thuộc vào chất lượng sản phẩm, công nghệ áp dụng và cơ sở vật chất kỹ thuật của nhà máy. Hình 4 được phác thảo một trong những khả năng sử dụng silica gel. Silica gel cũng có thể được thêm vào trong quá trình bơm bia non từ tank lên men sang tank bia chín, tới tank tàng trữ, và tank khi bia chín trước khi lọc với kieselguhr. Silica gel có thể được thêm vào cùng với kieselguhr hoặc với PVPP không hoàn nguyên.

Phản ứng của PVPP dựa trên sự hình thành cầu nối hydro giữa nhóm carbonyl của polyamit và nhóm phenolic của polyphenol (Hình 5). Liên kết này tạo ra sự hấp phụ của polyphenol trên chất ổn định không hòa tan. Lượng PVPP được sử dụng để ổn định bia bị giới hạn bởi tính chất vật lý của nó. PVPP có thể được nén, với liều lượng cao hơn có thể gây ra sự gia tăng áp suất không kiểm soát được trong quá trình lọc và làm tắc nghẽn bộ lọc. Để thêm PVPP vào dòng bia, trước tiên cần chuẩn bị dung dịch 10% trong nước ấm. Tùy thuộc vào loại bộ lọc, các giá trị của lớp phủ trước thay đổi trong khoảng từ 175 đến 225 g/m². Tải trọng bề mặt cho phép của bộ lọc không được vượt quá. Với sự ổn định đơn lẻ, tổng của tất cả các lượng được sử dụng không được vượt quá lượng do nhà sản xuất thiết bị lọc quy định. Khả năng hấp thụ nước của PVPP là 6 l/kg. Mặc dù có thể dễ dàng tính toán tải trọng tối đa của các phần tử lọc trên cơ sở các thông số danh nghĩa, nhưng liều lượng thực tế của PVPP phụ thuộc vào chất lượng của nguyên liệu thô lọc và quy trình công nghệ. Liều thông thường nằm trong khoảng 20-50 g/hl.

Ngoài PVPP không hoàn nguyên, các nhà máy bia lớn còn có hệ thống ổn định bia bằng cách sử dụng PVPP hoàn nguyên và quá trình ổn định được thực hiện trên một bộ lọc riêng biệt với bộ lọc nến. Quá trình ổn định dừng lại khi bánh lọc trên sàng ngang hình tròn lấp đầy khoảng trống giữa các sàng.

Quá trình tái sinh được thực hiện với kiềm nóng (NaOH 1,2-1,6%, 65°< T <85°C), giúp loại bỏ các polyphenol được hấp phụ trên PVPP. Nước nóng (50°< T <70°C) được sử dụng để loại bỏ lượng kiềm dư thừa khỏi bánh ổn định, trong khi rửa lạnh, có tính axit (0,5-1% axit photphoric) làm giảm giá trị pH xuống dưới 7. Rửa lần cuối bằng nước lạnh sạch nước có ga loại bỏ các dư lượng khoáng chất. Sau khi hoàn thành quá trình tái sinh, PVPP được lấy ra khỏi sàng bằng cách xoay phần tử lọc, nhờ đó nó rơi xuống đáy lọc. Sau đó, nó được bơm đến máy thu, được định lượng cho các hoạt động ổn định tiếp theo.

Dùng Silicagel dạng Xerogel (Stabiquick Strong – Hãng Stabifix, Đức) để loại bỏ sensitive protein là giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất vì Stabiquick Strong có thể dùng như bột trợ lọc, giảm được chi phí bột trợ lọc, hấp thu có chọn lọc sensitive protein với gốc proline mà không làm suy giảm độ bền bọt. Giá thành cạnh tranh hơn so với các giải pháp khác như dùng enzym proline. Hơn nữa, việc sử dụng enzym trong quá trình sản xuất bia không được phép ở tất cả các quốc gia. Trong khi, lợi ích sử dụng từ các sản phẩm chất ổn định của hãng Stabifix là đáng tin cậy và được phê duyệt theo luật định của Đức. Sử dụng các sản phẩm Stabifix không hòa tan vào bia, và được loại bỏ hoàn toàn khỏi bia, không có bất cứ phản ứng hóa học nào diễn ra, và chắc chắn rằng không có chất phụ gia hay sản phẩm phản ứng hóa học nào còn sót lại trong bia.

Ổn định bia cũng có thể đạt được với sự hỗ trợ của axit ascorbic; tuy nhiên, việc sử dụng nó không được phép ở một số quốc gia. Axit ascoricic cải thiện tính ổn định keo của bia nhưng không giải quyết được vấn đề tiếp xúc quá nhiều với không khí trong quá trình đóng gói. Liều lượng 2-8 g/hl được thêm trực tiếp vào bia và không có trường hợp nào trước hoặc trong quá trình lọc. Sắt từ kieselguhr có ảnh hưởng bất lợi đến khả năng khử của axit ascorbic.

Như vậy, tiết kiệm là cần có giải pháp tổng thể để tối ưu hóa toàn bộ quy trình chứ không phải là giảm chi phí ở một công đoạn nào đó để rồi phải tốn hơn nhiều lần cho xử lý khủng hoảng. Lời khuyên là nên sử dụng Stabiquick theo liều lượng khuyến cáo để mang sản phẩm chất lượng tốt đến người tiêu dùng.

Để đạt được sự ổn định keo của bia, cần phải loại bỏ các phức hợp protein - polyphenolic hoặc ngăn chặn sự hình thành của chúng. Quá trình ổn định không được gây ảnh hưởng xấu đến các đặc tính cảm quan của bia như hình thức, mùi, vị và bọt. Việc xử lý kết hợp với silica gel và PVPP đã trở thành một quy trình tiêu chuẩn để tạo ra sản phẩm có chất lượng rất cao. Và dùng Silicagel dạng Xerogel (Stabiquick Strong) để loại bỏ sensitive protein là giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất vì Stabiquick Strong có thể dùng như bột trợ lọc, giảm được chi phí bột trợ lọc, hấp thu có chọn lọc sensitive protein với gốc proline mà không làm suy giảm độ bền bọt. Giá thành cạnh tranh hơn so với các giải pháp khác như dùng enzym proline.

Nguồn: Công ty CPCN Bia Rượu NGK Việt Nam - Vinabeco