thiết bị máy móc vật tư đặc thù trong công nghệ sản xuất bia

I.Khái niệmBia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lênmen.. Cácnguồn tinh bột n

Mục lục

Mở đầu……… 2

I.Khái niệm……… 2

II.Nguyên vật liệu chính………

2.1.Nước………

2.2.Mạch nha………

2.3.Hoa bia (Hublon)………

2.4.Men bia………

2.5.Các chất phụ gia………

3 3 4 5 8 9 III.Quy trình công nghệ sản xuất bia 3.1.Sơ đồ quy trình………

3.2.Thuyết minh quy trình………

3.2.1.Quy trình công nghệ ở phân xưởng nấu………

3.2.1.1.Làm sạch………

3.2.1.2.Cân………

3.2.1.3.Nghiền………

3.2.1.4.Hồ hóa………

3.2.1.5.Đường hóa………

3.2.1.6.Lọc –Tách bã………

3.2.1.7.Hublon hóa………

3.2.2.Quy trình công nghệ ở phân xưởng lên men… 3.2.2.1.Lắng trong.………

3.2.2.2.Làm lạnh nước nha………

3.2.2.3.Quá trình lên men………

3.2.2.4.Quá trình lọc………

3.2.3.Quy trình công nghệ ở phân xưởng chiết……

9 10 11 11 11 11 11 12 13 14 15 15 15 16 16 18 18 IV.Thiết bị máy móc vật tư đặc thù trong công nghệ sản xuất bia………

4.1.Thiết bị gàu tải………

4.2.Thiết bị tách tạp chất………

4.3.Thiết bị nghiền………

4.4.Thiết bị đạm hoá,hồ hoá,đường hoá,Hubon hoá

4.5.Thiết bị lọc khung bản………

4.6.Thiết bị lắng trong………

4.7.Thiết bị làm lanh nhanh………

4.8.Tank lên men………

4.9.Máy bão hoà CO2………

19 19 20 21 21 22 23 23 23 24 Kết luận……… 25

1

I.Khái niệm

Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của

đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lênmen Nói một cách khác, bia là loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịn xốp và

có hương vị đặc trưng của hoa houblon Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia có tácdụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia còn chứamột lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhóm B như vitamin B1,B2, PP .) Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết cácnước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng Đối với nước ta bia đã trở thànhloại đồ uống quen thuộc với sản lượng ngày càng tăng và đã trở ngành côngnghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta

Quá trình sản xuất bia được gọi là nấu bia Do các thành phần sử dụng để sản xuấtbia có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màusắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phânloại khác

2

II.Nguyên vật liệu chính

Thành phần chính của bia là nước,lúa mạch đã mạch nha hóa, hoa bia và men bia.Các thành phần khác, chẳng hạn các chất tạo mùi vị hay các nguồn tạo đường khácđược thêm vào như là các phụ gia Các phụ gia phổ biến là ngô và lúa gạo Cácnguồn tinh bột này được ngâm ủ để chuyển hóa thành các loại đường dễ lên men

và làm tăng nồng độ cồn trong bia trong khi bổ sung rất ít hương vị

2.1 Nước

Do thành phần chính của bia là

nước (chiếm từ 80 - 90%) nên

nguồn nước và các đặc trưng của

nó có một ảnh hưởng rất quan

trọng tới các đặc trưng của bia

Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng

hoặc thậm chí được xác định theo

đặc trưng của nước trong khu vực

sản xuất bia Mặc dù ảnh hưởng

của nó cũng như là tác động tương

hỗ của các loại khoáng chất hòa

tan trong nước được sử dụng

trong sản xuất bia là khá phức tạp,

nhưng theo quy tắc chung

thì nước cứng là phù hợp hơn cho

sản xuất các loại bia sẫm màu như

bia đen, trong khi nước mềm là

phù hợp hơn cho sản xuất các loại

bia sáng màu, chẳng hạn như

bia pilsener của Cộng hòa Séc

2.2 Mạch nha

Định nghĩa:

Tất cả những hạt ngũ cốc, nếu được ươm mầm với sự kiểm soát chặt chẽ củacác điều kiện kỹ thuật (độ ẩm, nhiệt độ và mức độ thông gió), sử dụng trongcông nghệ sản xuất bia đều có thể gọi chung là mạch nha hay malt (như maltthóc, malt bắp, malt lúa mì…)

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt hòa thảo như đại mạch, tiểumạch, thóc, ngô… sau khi cho nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ

ẩm nhất định với điều kiện bắt buộc

Malt là một loại bán thành phẩm và giàu chất dinh dưỡng: 16 – 18% chất thấpphân tử dễ hòa tan + hệ enzyme đặc biệt phong phú, chủ yếu là amylase vàprotease

Mạch nha được tạo ra từ hạt ngũ cốc bằng cách ngâm chúng vào trong nước,cho phép chúng nảy mầm và sau đó làm khô hạt đã nảy mầm trong các lò sấy.Hạt ngũ cốc đã mạch nha hóa tạo ra các enzym để chúng chuyển hóa tinh bộttrong hạt thành đường có thể lên men

Thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau được áp dụng để tạo ra các màu mạchnha khác nhau từ cùng một loại ngũ cốc Các loại mạch nha sẫm màu hơn sẽsản xuất ra bia sẫm màu hơn Ngày nay, trong phần lớn các trường hợp, haihoặc nhiều loại mạch nha được phối hợp để sản xuất bia

Vai trò của Malt

Malt cung cấp toàn bộ lượng glucid (chủ yếu dưới dạng tinh bột) để chuyểnhóa thành đường, và từ đường chuyển hóa thành cồn và các chất khác Đểgiảm giá thành, người ta có thể sử dụng ngũ cốc làm thế liệu, và lượng tối đa

là 50% chứ không thể thay thế hoàn toàn malt Malt chứa đầy đủ enzymamilaza để thủy phân tinh bột Nếu sử dụng thế liệu nhiều thì lượng enzymnày cung cấp không đầy đủ và ta buộc phải bổ sung enzym từ bên ngoài vào,

chủ yếu là enzym từ vi sinh vật Malt cung cấp khá đủ lượng protein và cóchứa hệ enzym proteaza để thủy phân chúng Trong giai đoạn ươm mầm, hệenzym này được hoạt hóa mạnh mẽ Khi chuyển sang giai đoạn nấu, chúngthủy phân protein tạo thành các phức chất có khả năng giữ CO2 tốt, tạo vị biađặc trưng.

STT Chỉ tiêu kiểm tra Tiêu chuẩn

1 Ngoại quan Màu vàng rơm, không có mốc, khôngsâu mọt

2.3 Hoa bia (Hublon)

Định nghĩa

Hoa bia là thực vật dạng dây leo (Humulus lupulus), sống lâu năm (30-40năm), có chiều cao trung bình từ 10-15 m Hoa houblon có hoa đực và hoa cáiriêng cho từng cây Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn

Thành phần hóa học - Nước : 11 -13% - Chất đắng : 15 -21% - Polyphenol :

2,5 -6% - Protein : 15 – 21% - Cellulose : 12 -14% - Tinh dầu thơm : 0,3 –1% - Chất khoáng : 5 – 8% - Các hợp chất khác : 26 – 28%

Hình ảnh hoa bia

Vai trò của hoa bia trong sản xuất bia

Hoa bia chứa một số tính chất rất phù hợp cho bia:

 Cung cấp vị đắng để cân bằng vị ngọt của đường mạch nha,

 Tạo ra hương vị từ mùi hoa cho tới mùi cam quít hay mùi thảo mộc,

 Hoa bia có các hiệu ứng kháng sinh giúp cho hoạt động của men bia tốt hơntrước các loại vi sinh vật không mong muốn

 Việc sử dụng hoa bia giúp cho việc duy trì thời gian giữ bọt lâu hơn (tạo rabởi các chất cacbonat hóa bia)

Vai trò của chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làmcho bia có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia Khihòa tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất cóhoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọtlâu Với nồng độ thấp các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh các visinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất cao và do đó làm tăng độ bền củabia thành phẩm - Nhóm acid đắng có 2 loại : + Alpha-acid: gồm humolone

(35-70%), cohumolone (20-55%), adhumolone (10-15%), prehomulone 10%) và posthumolone (1-5%) + Beta-acid: gồm lupulone (30-55%),colupulone (20-55%), adlupulone (5-10%), prelupulone (1-3%), postlupulone.Vai trò của tinh dầu thơm: Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất:terpen, ester, cetone và các hợp chất chứa lưu huỳnh - Tinh dầu phấn hoahoublon chiếm từ 0,17 – 0,65% trọng lượng hoa, trong đó khoảng 3/4 là cáccấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và 1/4 là các cấu tử có mang oxy, đại diệnchính là geraniol (C10H18O) - Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxyhoá, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi khôngphù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi - Các hợp chất trong tinh dầu có thểtồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8), hoặc dướidạng aldehyd, ceton, rượu,… Khi hòa tan vào dịch đường, tinh dầu tồn tạitrong bia và tạo ra cho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu.Vai trò của tannin :Với hàm lượng trung bình khoảng 4% trọng lượng hoa,tannin có 1 vai trò nhất định trong quá trình công nghệ, từ đó có ảnh hưởngtrực tiếp hay gián tiếp đến chất lượng bia Trong quá trình đun sôi dịch đườngvới hoa houblon, trước hết tannin được tách ra dưới dạng hòa tan Sau đó, dođiều kiện nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, chúng sẽ bị oxy hoá và trùngngưng ở các mức độ khác nhau, các phân tử trùng ngưng sẽ hình thành mốiliên kết đẳng điện với các protein trong dịch đường, hình thành những phứctannin – protein, tạo ra dạng kết tủa nóng trong quá trình này Mặt khác, mộtdạng phức tương tự, nhưng trọng lượng phân tử nhỏ hơn, khi hạ nhiệt độxuống chúng sẽ kết tủa lại tạo thành kết tủa nguội trong dịch đường Tóm lại,tannin có ảnh hưởng tốt đến quá trình công nghệ: giúp dịch đường trongnhanh hơn và kết tủa các thành phần protein không bền, làm tăng độ bền keocủa bia, nhưng mặt khác tannin cũng làm kết tủa các protein bền làm giảmkhả năng tạo bọt của bia.

(1-2.4 Men bia

Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Các giống men bia cụthể được lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau, nhưng có hai giốngchính là men ale (Saccharomyces cerevisiae) và men lager (Saccharomyces uvarum), với nhiều giống khác nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất Men

bia sẽ chuyển hóa đường thu được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn và cacbonđiôxít (CO2) Trước khi các chức năng của men bia được hiểu rõ thì mọi quátrình lên men đều sử dụng các loại men bia hoang dã Mặc dù còn rất ít loạibia, chẳng hạn như bia lambic vẫn dựa trên phương pháp cổ này nhưng phầnlớn các quá trình lên men ngày nay đều sử dụng các loại men bia được nuôicấy và có độ tinh khiết cao Trung bình, hàm lượng cồn trong bia là khoảng 4-6% rượu theo thể tích, mặc dù nó có thể thấp tới 2% và cao tới 14% trong một

số trường hợp nào đó Một số nhà sản xuất bia còn đưa ra loại bia chứa tới20% cồn

Hình ảnh men bia

- Các hóa chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nước công nghệ.

- Các hóa chất đưa vào để ngăn chặn quá trình oxy hóa những thành phầntrong bia

- Các hóa chất dùng để điều chỉnh pH

- Chất tạo màu cho bia: caramen

Nhóm phụ gia gián tiếp

Gồm tất cả nguyên liệu và hóa chất được sử dụng trong quy trình công nghệnhưng không được phép có mặt trong sản phẩm

- Các bột trợ lọc: PVPP, kizelgua,

- Các hóa chất để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng

- Các chất được dùng như tác nhân làm lạnh NH3, glycol, nước muối

III.Quy trình công nghệ sản xuất bia

bãRửa bã

CaramenCao

hèm

Cặn thải

O2 tinh khiếtNấm men

Xử lý nấm menTái sử dụng men

3.2.Thuyết minh quy trình

3.2.1.Quy trình công nghệ ở phân xưởng nấu

Gạo và malt được cho vào gàu tải và làm sạch

10

3.2.1.1 Làm sạch

Nguyên liệu (gạo và Malt) được đưa vào đầu vào của máy tách rác Do lực rung,nguyên liệu sẽ lọt qua lớp lưới trên của máy, còn tạp chất lớn sẽ bị giữ lại trên lớplưới dưới và được đưa ra ngoài Khi xuống lớp lưới phía dưới, các tạp chất nhưcát, bột mịn sẽ lọt qua lớp lưới này sau đó nhờ hệ thống quạt hút, các tạp chất này

sẽ được hút ra ngoài Còn nguyên liệu tốt (vẫn còn sạn có đường kính tươngđương như hạt gạo, Malt) sẽ nằm phía trên lớp lưới, từ đây nguyên liệu sẽ đượcchuyển xuống máy sàng và tách sạn

Tại máy tách sạn, nguyên liệu được đưa vào đầu cao hơn Khí thổi vào vừa đủ đểnâng hạt lên, còn sạn nặng hơn nằm dưới Khi sàng rung, nhờ độ rung của sàng,hạt di chuyển về đầu thấp đổ xuống dưới, còn sạn đi về hướng ngược lại vào thùngchứa Máy cũng được nối với quạt hút bụi như máy tách rác

3.2.1.2 Cân

Nguyên liệu sau khi làm sạch được đi qua hệ thống cân tự động để định lượng chomỗi mẻ nấu Trong nhà máy tỷ lệ gạo là 25% và Malt là 75% Do đó mỗi mẻ nấuthông thường là 2500kg gạo và 7500kg Malt (đối với gạo mỗi lần cân là 14kg cònđối với Malt là 30kg)

3.2.1.3 Nghiền

Nghiền gạo và Malt nhằm phá vỡ cấu trúc tinh bột của hạt, nghiền hạt thành nhiềumảnh nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, giúp cho sự xâm nhập của nước vàocác thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình hồ hóa và các quá trình thủyphân khác nhanh và triệt để hơn

Đối với gạo thì được nghiền càng mịn càng tốt khả năng tiếp xúc giữa cơ chất vàenzyme càng cao, hiệu quả thủy phân càng triệt để

11

Đối với Malt, có một lớp vỏ trấu bên ngoài, nếu nghiền quá thô sẽ có lợi cho việclọc bã Malt nhưng độ đường hóa sẽ không hoàn toàn Ngược lại nếu nghiền quámịn vỏ trấu sẽ bị nát, khả năng lọc sẽ kém và trong quá trình nấu và lọc các chấttrong vỏ trấu (tannin, polyphenol, lignin…) sẽ ảnh hưởng tới chất lượng bia thànhphẩm.

Nguyên liệu theo hệ thống gàu tải vào thùng chứa rồi vào máy nghiền búa Sau khiqua máy nghiền nhờ động lực của quạt hút dưới máy nghiền, nguyên liệu được hútqua cửa vào, qua phần gờ hình tam giác Ở đây gió được thổi vuông góc với dòngnguyên liệu để những nguyên liệu nhẹ sẽ thay đổi góc rơi, rơi vào thùng nghiềncòn những hạt sanh và tạp chất nặng sẽ được giữ lại và rơi vào thùng chứa tạp chấtcủa máy

Nguyên liệu xuống phía dưới bị đập nát bởi các búa đập với vận tốc 3000 vòng/phút Để tránh trường hợp búa đập bị mòn một phía, máy có hộp đổi chiều để thayđổi chiều quay của búa

Bột gạo và bột Malt sau đó sẽ được đưa vào thùng chứa trung gian để chuẩn bị choquá trình hồ hóa và đạm hóa

3.2.1.4 Hồ hóa

Trước khi nhập liệu bột gạo, cho nước vào nhằm chống cháy Malt (lúc này cánhkhuấy trong nồi bắt đầu hoạt động) Sau đó cho một lượng Malt lót vào (bằng10% trọng lượng gạo) và được chia làm hai lần Lần thứ nhất cho khoảng 53,85%tổng số Malt lót (140kg Malt) giúp cho sự hồ hóa tinh bột dễ dàng hơn Vì trongMalt có hệ enzyme amylaza, đặc biệt là ở gai đoạn đầu có enzyme α–amylase,enzyme này cắt phân tử tinh bột thành những phần mạch ngắn hơn, làm cho nồigạo không bị vón cục, tránh khê, khét Thời gian xuống Malt lót khoảng 1 phút.Sau khi xuống Malt lót xong tiến hành nhập liệu gạo.Gạo và nước được xuốngcùng một lúc với áp lực mạnh nhằm hòa tan bột gạo trong nước, tránh hiện tượnggạo bị vón cục Thời gian để xuống hết 2500kg gạo khoảng 12 phút và nhiệt độ

12

của nồi gạo sau khi xong công đoạn pha bột gạo, nhiệt độ khoảng 460C Do trongcông thức nấu tỷ lệ bột gạo là 25% nên ph dịch bột tăng lên, do đó bổ sung 100ml

H2SO4 (2%) để điều chỉnh ph dịch bột về khoảng 5,2→5,6, là ph tối ưu cho enzimeamylase hoạt động, rút ngắn thời gian lọc, nâng cao hiệu suất đường hoá, đồngthời làm cho quá trình kết tủa protein sau này triệt để hơn Tăng giảm nhiệt độ phùhợp nhiều lần để hồ hóa tinh bột

3.2.1.5 Đường hóa

Đường hoá là quá trình chuyển tối đa những chất không hoà tan dự trữ trong Malt,thông qua các hệ thống enzyme (amylaza, proteaza) có sẵn trong hạt Malt bằngcon đường thuỷ phân

Mục đích quá trình đường hoá là chiết tối đa các chất có thể hoà tan trong nguyênliệu và thuỷ phân các chất có phân tử lượng cao, tạo thành những chất đơn giản,hoà tan được với nước tạo thành dịch đường hoá

Khi nhiệt độ nồi gạo lên 880C, đồng thời lúc này nồi Malt bắt đầu hoạt động BộtMalt và nước được phun vào cùng một ống dẫn với áp lực lớn, nhằm hoà tan bộtMalt vào nước, tránh hiện tượng vón cục Đồng thời lúc này cánh khuấy bắt đầuhoạt động để bột malt không lắng xuống đáy, tránh hiện tượng cháy, khét vàchống vón cục Cùng lúc với quá trình pha bột Malt, tiến hành bổ sung thêm

0.07% CaCl2.2H2O (5,3kg) nhằm làm mềm nước và hạ nhiệt độ của nước Ngoài

ra Ca2+ có tác dụng làm tăng tính bền và tăng tính hoạt động của enzim α-amylaza,cải thiện sự kết lắng của nấm men Ngoài ra còn bổ sung 5,66kg acid lactic để điềuchỉnh pH của môi trường về pH=5,2→5,6, thích hợp cho enzyme amylaza hoạtđộng Thời gian để pha 7500kg bột malt khoảng 18 phút, khi đó

nhiệt độ nồi malt khoảng 450C

Nâng nhiệt độ lên 500C trong thời gian khoảng 8 phút và giữa ở nhiệt độ nàykhoảng 2 phút (tuỳ theo hàm lượng acid amin trong Malt mà thời gian đạm hoá dàihay ngắn, nhưng thông thường thời gian này khoảng 0→30 phút) Trong giai đoạnnày xảy ra sự thuỷ phân protein do tác động của enzyme proteaza sẽ diễn ra

13