Công nghệ sản xuất bia

Công nghệ sản xuất bia

Mục lục:

Danh mục bảng:

Danh mục hình:

2

Hình 10: Vị trí bơm canh trường nấm men 26

Chương 1: Tổng quan:

1.1 Giới thiệu về bia:

Bia là một loại nước giải khát có cồn được sản xuất bằng cách trính ly nguyên liệu thô trong nước, nấu sôi (thường với hoa houblon), lên men dịch đường không qua chưng cất Nguyên liệu sản xuất bia thường là malt đại mạch, thế liệu, nước, hoa houblon, nấm men bia

1.2 Lịch sử ra đời của bia:

Trước 6000 năm trước công nguyên, bia đã được làm từ đại mạch ở Sumeria và Babylonia

Khám phá những ngôi đền ở Ai Cập - có tuổi khoảng 2400 năm trước công nguyên - cho thấy hạt đại mạch và một phần đại mạch đã nảy mầm được đem nghiền, trộn với nước và nướng thành bánh Trong quá trình nghiền hạt đại mạch và trộn với nước, chất chiết trong hỗn hợp được vi sinh vật trên bề mặt bình chứa lên men.

Kỹ thuật cơ bãn làm bia du nhập châu Âu từ Trung Đông Theo Pliny (thế kỷ 1 trước công nguyên) và Tacitus ( thế kỷ 1 sau công nguyên)- 2 nhà sử học La Mã - , các bộ lạc Saxons, Celts, Nordic và Germanic đã uống bia Trong suốt thời Trung cổ, bia được làm và bao quản một cách thủ công ở các tu viện Hoa houblon được sử dụng ở Đức vào thế kỷ 11, loại bia có hoa houblon này được nhập vào Anh từ Hà Lan ở thế kỷ 15 Năm 1420, bia được sản xuất ở Đức bằng phương pháp lên men chìm, gọi như vậy bởi vì nấm men có xu hướng chìm xuống đáy của thùng / thiết bị lên men Trước đó, một loại nấm men được sử dụng lại

có khuynh hướng nổi lên trên bia thành phẩm, và cho phép bia tràn ra ngoài thùng chứa hoặc tách lớp này ra cách thủ công Nấu bia là nghề thuộc mùa đông, và nước đá được dùng để giữ lạnh cho bia trong những tháng hè Từ beer đã từng được gọi là lager (từ tiếng

Đức lagern, loại bia thượng hạng được ủ ở nơi lạnh 30 ngày hoặc hơn) Ngày nay, thuật ngữ lager được sử dụng để chỉ loại bia sản xuất bằng nấm men chìm, và thuật ngữ ale chỉ

loại bia Anh sản xuất bằng phương pháp lên men nổi.

Cuộc cách mạng công nghiệp mang lại sự cơ giới hóa cho ngành sản xuất bia Sự kiểm soát quá trình tốt hơn, với việc sử dụng nhiệt kế và máy đo độ đường, được phát triển ở Anh và chuyển giao cho châu Âu, nơi phát triển công nghệ làm nước đá và thiết bị làm lạnh cuối

thế kỷ 19 tạo điều kiện cho bia lager sản xuất vào mùa hè Trong những năm 60 của thế kỷ

19, nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur, qua những nghiên cứu của ông về sự lên men,

đã thực hiện nhiều thí nghiệm vi sinh vẩn còn giá trị trong công nghiệp sản xuất bia Nhà thực vật học người Đan Mạch Emile Hansen phát minh ra phương pháp nuôi nấm men trong môi trường không chứa những nấm men khác và vi khuẩn Kỹ thuật canh trường

thuần này nhanh chóng lan rộng khắp châu Âu làm cho bia lager của người Đức nổi trội

trên thị trường châu Mĩ.

Thế kỷ 21 này, sản xuất bia tiến đến quy mô lớn trong công nghiệp Công nghệ bia càng hiện đại hóa với những thiết bị bằng thép không gỉ, được tự động hóa bằng máy tính, những thùng chứa lớn bằng kim loại, lon thủy tinh, hộp nhôm, bình chứa plastic Bia ngày nay được xuất khẩu trên khắp thế giới và được sản xuất dưới chứng chỉ của nước ngoài.

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia thế giới:

1.3.1 Tình hình sản xuất bia:

Theo báo cáo của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 10-8-2010): Trong năm 2009, trừ châu Âu và Bắc Mỹ, các châu lục trên thế giới đều có mức tăng sản lượng so với năm 2008 Cụ thể, tổng sản lượng bia toàn thế giới năm 2009 đạt 181 tỷ lít, tăng 0,76 tỷ lít, hay 0,4 % so với năm 2008 Dưới đây là bảng sản lượng bia của các châu trên thế giới trong năm 2009:

Bảng 1: Tình hình sản xuất bia thế giới năm 2009

4

Trung Quốc, Việt Nam và Ấn Độ được ghi nhận là 3 quốc gia có mức tăng sản lượng hàng năm cao trong năm 2009, lần lượt là 7.0%, 24.3% và 12.3%, và góp phần lớn làm mức tăng sản lượnghàng năm của châu Á lên mức cao nhất so với các châu khác: 5,5 % Với mức tăng sản lượng này cùng với sự suy giảm sản lượng bia châu Âu (5,1 % so với năm 2008): lần đầu tiên châu Á vượt qua châu Âu để trở thành thị trường sản xuất bia lớn nhất thế giới, với sản lượng bia chiếm 32,4 % sản lượng bia thế giới.

Chỉ tính Trung Quốc, nơi có sản lượng bia tăng 21,63 tỷ lít trong vòng 10 năm (1999-2009), đóng góp gần ½ mức tăng sản lượng bia thế giới: 44,08 tỷ lít, hay 32,3 % so với năm 1999 Điềunày cho thấy Trung Quốc là nước đầu tàu cho sự phát triển chung của sản xuất bia thế giới trong thập kỷ qua

Bảng 2: Danh sách các nước dẫn đầu thế giới về sản lượng bia trong năm 2009

Trong số 25 quốc gia sản xuất bia nhiều nhất thế giới năm 2009, Ukraine (hạng 11), Vietnam (hạng 15), and Nigeria (hạng 25) có mức tăng sản lượng bia cao hơn than 22 quốc gia còn lại trong 10 năm qua -258.8% ở Ukraine, 206.7% ở Vietnam, and 190.9% ở Nigeria, và đang có xu hướng phát triển trong tương lai

Chỉ tính riêng trong năm 2009, trong số 25 quốc gia này, Việt Nam là nước có mức tăng hàng năm cao nhất 24,3 % Điều này làm cho vị trí của Việt Nam tăng 6 bậc trong bảng xếp hạng các quốc gia sản xuất bia nhiều nhất thế giới, từ hạng 21 năm 2008 lên hạng 15 năm 2009

1.3.2 Tình hình tiêu thụ bia:

 Theo vùng miền:

6

Theo báo cáo mới nhất của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 22-12-2010): Trong năm

2009, lượng bia tiêu thụ trên toàn thế giới là 177.27tỷ lít, tăng 110 triệu lít, hay 0,1 % so với năm 2008 Sau đây là bảng (3) xếp hạng các nước dẫn đầu về mức tiêu thụ bia trong năm 2009:

Trung Quốc vẫn đang là quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới từ năm 2003 Brazil lần đầu tiên trở thành quốc gia tiêu thụ nhiều bia thứ ba thế giới, với mức tăng 4,4 % so với năm 2008 Nga tụt xuống vị trí thứ tư với mức tăng -8,3 % (so với năm 2008), đây là lần sụt giảm đầu tiên

kể từ năm 1998 Việt Nam đang giữ vị trí thứ 15 trong năm 2009, với mức tăng hàng năm cao nhất: 14,2 % so vớinăm 2008

Bảng 4: Tiêu thụ bia thế giới theo châu lục

Hình 1: Tiêu thụ bia thế giới năm 2009 và qua các năm

Lượng bia tiêu thụ ở châu Á trong năm 2009 đạt 58,07 tỷ lít, gần 1/3 lượng bia tiêu thụ trên toànthế giới, tăng 5,7 % so với năm 2008 Đóng góp đáng kể vào mức tăng này là Trung Quốc, Việt Nam và Ấn Độ, với mức tăng hằng năm lần lượt là 7.8%, 14.2%, 10.0%

Thị trường tiêu thụ bia lớn nhì thế giới- châu Âu- có mức giảm 6,1 % do ảnh hưởng khủng hoảngkinh tế

Bắc Mỹ và Mỹ Latinh đảo vị trí trên bảng xếp hạng với nhau Bắc Mỹ giảm 1,7 % còn 26,864 tỷ lít, trong khi Mỹ Latinh tăng 1,4 % lên đến 27,564 tỷ lít Như vậy, Mỹ Latinh vượt qua Bắc Mỹ

để trở thành thị trường tiêu thụ bia lớn thứ 3 thế giới

8

1.3.3 Theo bình quân đầu người:

Bảng 3: Tiêu thụ bia trên thế giới theo bình quân đầu người:

Người dân Cộng hòa Séc dẫn đầu các dân tộc khác về mức tiêu thụ bia tính trên đầu người trong

17 năm liên tiếp Trong top 35 quốc gia xếp theo lượng bia tiêu thụ trên đầu người thì chỉ có 7 nước tăng so với năm 2008

Bảng 6: Tiêu thụ bia thế giới thao đầu người

Ở châu Á, mức tăng bình quân đầu người đáng chú ý là Trung Quốc và Việt Nam: Trung Quốc tăng 70 %, lên đến 30,2 lít/người/năm; Việt Nam tăng 2,5 lần, lên đến 24,0 lít

1.4 Cơ sở thiết kế phân xưởng sản xuất:

Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang có xu hướng phát triển đưa đến nhu cầu xây dựng 1 nhà máy bia ở Việt Nam Vì vậy, đề tài của em là

“Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon”

1.5 Chọn địa điểm xây dựng nhà máy:

Địa điểm xây dựng nhà máy: khu công nghiệp Mỹ Xuân A tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.

▪ Quy mô : 304 ha

▪ Vị trí : Huyện Tân Thành - Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

Khu công nghiệp Mỹ Xuân A thuộc vùng trọng điểm kinh tế trọng điểm phía Nam thành phố HồChí Minh - Đồng Nai - Bà Rịa Vũng Tàu - Bình Dương Thuận lợi về giao thông đường bộ, đường thuỷ, đường hàng không

Khu công nghiệp nằm cạnh Quốc lộ 51, cách thành phố Hồ Chí Minh 55km, Vũng Tàu 45km, cảng Gò Dầu 2 km, cảng Phú Mỹ 6km

Khu vực có khí hậu ôn hoà (20-30oC), không có bão, không có động đất, cường độ chịu tải đất lớn, rất thuận lợi và tiết kiệm chi phí xây dựng

Hiện nay, đã có nhiều nhà đầu tư Hàn Quốc, Đài Loan, Thuỵ Sĩ, Malaysia, Nhật, Mỹ đầu tư phát triển các nhà máy tại khu công nghiệp, điển hình là các Công ty: Công ty TNHH thép không

rỉ QianDing, Công ty TNHH Công nghiệp gốm sứ Bạch Mã, Công ty Gạch men Hoàng Gia, Công ty TNHH Công nghiệp kính Việt Nam, Công ty Xay lúa mì Việt Nam, Công ty Park Austraylia

* Hệ thống cung cấp và dịch vụ hạ tầng khu công nghiệp

- Cấp điện: Khu công nghiệp có trạm biến áp 110/22KV-2x40MVA phục vụ cho các nhà máy

sản xuất trong khu công nghiệp Trạm biến áp được cấp điện từ nguồn lưới điện quốc gia và từ Nhà máy Điện Phú Mỹ Đảm bão cấp điện 22KV liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng rào nhà máy

- Cấp nước: Nước sạch cung cấp cho các nhà đầu tư được cấp từ các nhà máy nước ngầm Phú

Mỹ công suất 20.000 m3/ngày đêm Đảm bão cấp nước liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng rào Nhà máy

10

- Thông tin: Có hệ thống thông tin liên lạc đầy đủ đảm bão liên lạc trong nước và quốc tế dễ

dàng bao gồm điện thoại, điện thoại di động, Fax, Internet Thời gian thực hiện dịch vụ trong vòng 7-10 ngày

- Khí đốt: Có tuyến ống khí 14 inch dẫn từ Phú Mỹ đến và trạm giảm áp khí đặt tại khu công

nghiệp, từ trạm giảm áp khí sẽ có các tuyến nhánh khí dẫn đến để cấp trực tiếp cho các nhà máy Tuyến nhánh khí có đường kính 3 - 4 inch

- Giao thông trong và ngoài Khu công nghiệp: Đường bê tông nhựa tải trọng H30 Bao gồm các

loại đường có chiều rộng 8m, 15m có hè đường cho người đi bộ kết hợp với hệ thống chiếu sáng,cây xanh tạo cảnh quan sạch đẹp cho Khu công nghiệp

- Hệ thống thoát nước: Trong khu công nghiệp hiện có 2 hệ thống thoát nước riêng biệt, một hệ

thống thoát nước mưa và một hệ thống thoát nước thải công nghiệp

- Xử lý nước thải: Có nhà máy xử lý nước thải chung cho toàn khu công nghiệp với công suất

10,000 m3/ngày đêm, hiện nay đã triển khai giai đoạn I với công suất 4.000 m3/ngày đêm

▪ Thời hạn thuê đất: đến ngày 08/7/2052.

Chương 2 : Quy trình công nghệ sản xuất bia lon

2.1 Nguyên liệu:

2.1.1 Malt đại mạch:

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia Malt đại mạch được sản xuất từ hạt đại mạch Đại mạch thuộc nhóm ngũ cốc và được chia làm 2 loại: đại mạch 2 hàng và đại mạch nhiều hàng (4 hoặc 6 hàng) Trong công nghiệp sản xuất bia, người ta sử dụng chủ yếu là đại mạch 2 hàng

Thành phần hóa học trung bình của hạt đại mạch 2 hàng như sau: độ ẩm 14,5%; tinh bột 54,0%; các chất chiết khác không chứa nitơ 12,0%; protein tổng 9,5%; cenllulose 5%; chất béo 2,5% và khoáng 2,5% (Narsiss, 1980)

Để trở thành malt, hạt đại mạch phải qua các quá trình sau: phân loại, làm ướt, ươm mầm, sấy vàtách mầm Mục đích chính của quy trình sản xuất malt là hoạt hóa và sinh tổng hợp các enzyme trong hạt đại mạch, thủy phân một phần cơ chất trong hạt và tổng hợp một số chất màu và mùi đặc trưng cho malt thành phẩm

Theo Hiệp hội bia châu Âu, chất lượng malt được đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bãn sau: kích thước hạt: ít nhất 85% tổng số hạt được giữ lại trên rây 2,5 và 2,8 mm; khối lượng 1000 hạt: 28 -

28 g; khối lượng 1hL: 48 – 62 kg; độ ẩm: không quá 4,5%; độ trích ly: 79 – 83 %; protein tổng: không quá 12%; nitơ hòa tan: 0,55 – 0,75% so với lượng chất khô; chỉ số Kolbach: 35 – 45 ; nitơamin tự do: không thấp hơn 150 mg/100 g chất khô malt; hoạt lực diastatic: 200 – 300 WK; độ

(Moll, 1991)

Ngoài các chỉ tiêu cơ bản trên, người ta còn dùng các chỉ tiêu khác: tỉ lệ thu hồi malt thô: từ 100 l(hay 100 kg) đại mạch có W=15%, sẽ sản xuất được 90 l (hay 75-78 kg) malt thô (W= 2-4%) Cảm quan: màu: malt vàng có màu vàng rơm, malt đen có màu sẫm hơn, vỏ malt phải óng ánh Kích thước, hình dáng gần giống như hạt đại mạch khô Vị và mùi phải đặc trưng cho từng loại malt, không có mùi vị lạ Nếu có mùi chua hoặc mốc, chứng tỏ malt còn ẩm Malt vàng có vị ngọt dịu (nhẹ) Malt đen có vị cà phê, thơm ngọt mạnh Độ sạch không lẫn tạp chất, hạt không bị

vỡ và không hạt bị bệnh Lượng hạt vỡ tối đa là 0,5% Lượng hạt bệnh tối đa là 1% Lượng hạt không nảy mầm tối đa là 5% Độ acid: pH đường hóa là 5,5-6,5

12

Thành phần chính của malt thô (% chất khô):

độ bền hóa lý của bia và góp phần đa dạng hóa các sản phẩm bia trên thị trường

Nhóm thế liệu chứa đường gồm có sacácharose tinh thể, các loại syrup có chứa glucose và maltose từ quá trình thủy phân tinh bột Nhóm thế liệu chứa tinh bột gồm các loại ngũ cốc (đại mạch, bắp, gạo, lúa mạch, lúa miến, triticale), các loại củ (khoai tây, khoai lang, khoai mì…) Ở nước ta, gạo được xem là thế liệu phổ biến nhất

Gạo (Oryza sativa) có độ ẩm trung bình 10 – 13% Thành phần hóa học (tính theo chất khô) của

gạo gồm có: tinh bột 75 – 81%, đường 2 – 5%, cellulose 0,6 – 0,8%, protein tổng 7 – 11%, chất béo 1,6 – 2,5% và khoáng 1,0 – 1,2% (Kalunhans, 1992) Ưu điểm của gạo so với các loại thế liệu khác là cung cấp một hàm lượng chất chiết rất cao cho dịch nha do hàm lượng gluxit và protein khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô) Thực tế và thực nghiệm cho thấy có thể dùng gạo thay cho malt đến 50% ( nếu malt có hoạt tính enzyme tốt) Quá trình đường hóa và lọc vẫn tiến triển bình thường Tuy nhiên, khi sử dụng gạo với tỷ lệ cao thì sẽ làm mất cân đối tỷ lệ hàm lượng C và N trong dịch nha nên sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá trình lên men bia

2.1.3 Houblon (Humulus lupulus)

Houblon thuộc nhóm thực vật lưỡng tính, dạng dây leo Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái

chưa thụ phấn Hoa đực không được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất

đắng cũng rất kém

i) Thành phần hóa học của hoa houblon đã sấy khô như sau: độ ẩm 10 – 14%;  -acid: 2 –12%; -acid: 2 – 10 %; tinh dầu: 0,5 – 2,0%; polyphenol : 2 – 5%; chất béo: 2 – 4%; protein tổng: 12 – 18%; cenllulose: 40 – 50%; pectin: 1 – 2% (Moll, 1991).

Trong sản xuất bia, người ta chỉ quan tâm đến các thành phần  -acid và -acid, tinh dầu và polyphenol trong hoa houblon vì chúng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia Ngoài ra, các thành phần khác như tanin, protein, đường khử… cũng có ý nghĩa nhất định trong các bước côngnghệ

 Chất đắng

Chất đắng là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon do tạo cho bia có vị đắng đặc trưng và

dễ chịu, tham gia vào sự tạo bọt và giúp bia bão quản được lâu (do khả năng kháng sinh chủ yếu đối với nhóm vi khuẩn gram + trong vùng pH= 4,3 – 4,4) Người ta chia toàn bộ chất đắng trong hoa houblon thành 3 phần  ,  và , trong đó:

vậy tổng độ đắng trong bia =

9



Khả năng kháng sinh của  chỉ bằng 1/3 của  Nếu cho độ kháng sinh của là 1, thì tổng độ kháng sinh gây nên bởi các chất đắng trong bia là:  3.

ra kết tủa nguội trong dịch đường

Tanin ảnh hưởng cả lợi lẫn hại đến quá trình công nghệ Nó kết tủa các phần protein không bền trong bia, giúp dịch đường trong nhanh hơn, tăng độ bền keo của bia Mặt khác nó cũng kết tủa

cả những phần protein bền, làm giảm khả năng tạo bọt của bia Nếu hàm lượng tanin có trong biavừa phải (0,012 – 0,028%) thì sẽ gây cho bia có vị chát và đắng dễ chịu, nhưng nếu cao hơn, sẽ

gây ra cho bia có vị chát đắng khó chịu Do đó, tùy theo hàm lượng tanin trong hoa nhiều hay ít,

ta có thể rửa qua nước nóng một vài lần để loại bớt tanin trước khi đun sôi dịch đường với hoa

 Tinh dầu:

Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester, ketone, các hợp chất chứa lưu huỳnh… Trong đó chủ yếu (3/4) là các cấu tử thuộc nhóm terpen (C5H8)n và (1/4) các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O)

Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hóa, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi

Các dạng tinh dầu có nhóm –OH dễ tác dụng với axit béo tạo thành este phức tạp Trong quá trình bão quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn tới chỗ thay đổi tính chất gây thơm có lợi cho bia

Tinh dầu hoa tan rất yếu trong nước (0,4 mg/l), khó tan trong cồn thấp độ, song tan hoàn toàn trong cồn tuyệt đối và ester Đa phần các cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt độ phòng

Trong quá trình đun sôi dịch đưởng với hoa houblon, đại bộ phận những cấu tử gây hương đều bay hơi hết, tuy nhiên vẫn có một số cấu tử bị biến đổi và hình thành những sản phẩm mới bền hương, góp phần tạo hương thơm đặc trưng cho bia

ii) Sử dụng:

Các nhà sản xuất có thể sử dụng houblon dưới dạng hoa tươi, hoa khô, hoa viên hoặc cao hoa Để thuận tiện và dễ sử dụng, ta dùng hoa viên và cao hoa

Hoa khô: từ hoa tươi đem sấy (to < 55oC) tới W= 8 – 10%; bão quản ở 0oC trong kho kín

Hoa viên: nghiền hoa khô thành bột, ép định hình thành dạng hình trụ đường kính khoảng 5 mm,

có nhiều dạng:

• Hoa viên loại 90: từ 100 kg hoa thu được 90 kg sản phẩm

• Hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric): các α-axit đã được đồng phân thành iso α-axit.Cao hoa:

• Cao hoa “hữu cơ”: dùng dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen clorua, tricloetylen, etanol)trích ly chất đắng và tinh dầu trong hoa houblon , sau đó tách dung môi

• Cao hoa chiết bằng CO2: chứa 95-99 % α-axit đắng, nhiều tinh dầu hơn các loại cao hoa khác

Chỉ tiêu chế phẩm hoa viên loại 45:

16

•Chỉ tiêu cảm quan:

- Màu xanh lá mạ hơi vàng

-Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu

-Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn

•Chỉ tiêu hoá học:

-Hàm lượng axit đắng 8% (loại đắng) hay 6% (loại thơm)

Chỉ tiêu chế phẩm cao hoa:

Theo Kalunhans và cộng sự (1992) thì yêu cầu chất lượng nước trong sản xuất bia như sau:

Sacacharomyces pastorianus (hay Sacácharomyces carlsbergensis): loài nấm men chìm, được

lai giữa 2 loài Sacácharomyces bayanus và Sacácharomyces cerevisiae

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon:

18

Tạp chất

Tạp chất

NướcNấu dịch nha

Nước

Lọc dịch nha và rửa bãNấu dịch nha với hoa houblon

Không khí

Cấy giống

Nấm men biaNhân giốngLên men chính

Lên men phụ

Cặn men

Lọc biaC

ặn

Làm lạnh

Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất bia lon

2.3 Giải thích quy trình công nghệ:

2.3.1 Tách tạp chất của malt và gạo:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị.

Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại… Tách tạp chất là một quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: sự giảm khối lượng của khối nguyên liệu

Rót lon và ghép nắp

Thanh trùngLàm khô lon

In hạn sử dụng

Bia lon

Hóa học: thành phần hóa học của cả khối nguyên liệu có sự thay đổi do quá trình đã tách được các tạp chất nhưng thành phần hóa học bên trong hạt nguyên liệu lại không có sự thay đổi.

Sinh học: giảm số lượng vi sinh vật cho cả khối nguyên liệu

Thiết bị:

Hệ thống rây, quạt, thiết bị tách từ Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hay quá nhỏ rakhỏi hạt Còn quạt sẽ tách đi những tạp chất nhẹ như rơm rạ, bụi… Thiết bị tách từ để loại bỏ sắt

bị lẫn trong nguyên liệu

1-bộ phận điện từ; 2- thùng quay; 3- phễu nạp liệu;

4- cửa thoát tạp chất từ; 5-cửa tháo nguyên liệu đã được làm sạch Hình 4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách từ dạng thùng quayPhần chính của thiết bị là bộ phận điện từ (1) sẽ tạo ra từ trường nhờ dòng điện Thùng quay (2) được làm bằng nhôm hoặc đồng thau sẽ quay xung quanh bộ phận điện từ (1) Nguyên liệu cần tách từ nạp vào phễu (3) sẽ rơi xuống thùng quay (2) Các tạp chất từ sẽ bám vào thùng quay và được tách ra theo cửa (4) Nguyên liệu đã tách từ sẽ thoát ra ngoài theo cửa (5)

2.3.2 Nghiền malt và gạo:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị.

20

Malt và gạo sẽ được nghiền nhỏ để việc thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệuquả cao.

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát

Cần thực hiện ngay quá trình nấu dịch nha sau khi nghiền nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt tính enzyme trong malt

Thiết bị và thông số công nghệ:

Để nghiền malt ta sử dụng thiết bị nghiền 4 trục Còn để nghiền gạo ta sử dụng thiết bị nghiền búa

Trong thiết bị nghiền trục, các hạt malt bị tác động ép và cắt khi đi qua khe hẹp giữa 2 trục ép Thiết bị nghiền có các rãnh để tăng sự ma sát Quá trình lọc sau này sử dụng nồi lọc nên không nghiền mịn malt, tránh tắc bã lọc Khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ nhất là 1,3 – 1,5mm, khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ 2 là 0,25 – 0,4mm Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền malt như sau: trấu 15 – 18%; tấm lớn 12 – 15%; tấm bé 30 – 35%; bột 25 – 35%

Gạo cần được nghiền mịn trên thiết bị nghiền búa Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền gạolà: tấm lớn 30 – 35%, tấm bé 40 – 45% và bột 20 – 25%

Hình 5: Thiết bị nghiền búa

2.3.3 Xử lý thế liệu:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị.

Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho giai đoạn đường hóa tinh bột xảy ra nhanh và dễ dàng trongquá trình nấu dịch nha tiếp theo Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ hóa và dịch hóa phần tinh bột có trong thế liệu Ta sử dụng chế phẩm  -amylase từ vi sinh vật hoặc trong malt lót để giúp cho giai đoạn hồ hóa và dịch hóa diễn ra nhanh Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15%

so với khối lượng thế liệu

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớtcủa khối nguyên liệu Khi nhiệt độ tăng đến 100oC thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ, giải phóng

22

các sợi amylose và amilopectin ở dạng tự do, đồng thời độ nhớt của khối nguyên liệu sẽ giảm xuống.

Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của  -amylase làm giảm khối lượng phân tử

Hóa học: đường và acid amin tự do trong nguyên liệu có thể phân hủy

Sinh học: tiêu diệt, ức chế vi sinh vật.

Thiết bị và thông số công nghệ:

Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt Bên trong thiết bị có cánh khuấy

Phương pháp thực hiện: cho thế liệu gạo với nước vào thiết bị với tỷ lệ 1:3 (w/w) và bổ sung malt lót Gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến 72 oC và giữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút Sau đó, gianhiệt nhanh hỗn hợp đến sôi và đun sôi trong 30 phút Cánh khuấy luôn hoạt động liên tục trong suốt quá trình xử lý thế liệu

2.3.4 Nấu dịch nha:

Mục đích công nghệ: khai thác

Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thủy phân những cơ chất có phân tử lượng lớn (tinh bột, protein,  -glucan…) thành những chất có phân tử lượng thấp (đường, acid amin…) để nấm men bia sử dụng trong quá trình lên men tiếp theo

Các biến đổi của nguyên liệu:

Hóa lý: sự hòa tan của đường, acid amin, enzyme, một số vitamin và khoáng Sự đông tụ protein

_ -amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là các dextrin và các

oligosacácharide; Topt = 70 – 75oC, pHopt = 5,3 – 5,8

_Ngoài ra, còn có sự xúc tác của  -glucanase, phosphatase…

Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa polyphenol

Thiết bị và thông số công nghệ:

Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu.Phương pháp nấu dịch nha: đun sôi 1 lần:

Cho malt và nước vào thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w) Gia nhiệt hỗn hợp đến 50oC và dừng ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút Trộn phần thế liệu đã đun sôi vào thiết bị nấu và hiệu chỉnh nhiệt độ hỗn hợp trong nồi ở 63oC, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 20 – 30 phút Sau

đó, gia nhiệt hỗn hợp đến 72oC và giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa (kiểm tra bằng phương pháp thử với dung dịch I2 0.02N) Sau cùng, gia nhiệt hỗn hợplên 78oC rồi bơm qua nồi lọc

Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan).

Thiết bị: Nồi lọc

Cách thực hiện: bơm dịch nha vào thiết bị, cho cánh khuấy hoạt động trong một thời gian ngắn rồi tắt cánh khuấy để bã malt lắng trên lưới lọc và hình thành lớp vật liệu lọc Cần hồi lưu phần dịch lọc đầu tiên cho đến khi dịch lọc đạt độ trong theo yêu cầu thì bắt đầu thu nhận dịch nha

Để rửa bã, ta bơm nước nóng (78oC) vào thiết bị Cho cánh khuấy hoạt động để đánh tơi bã, giúp hòa tan các chất chiết còn sót lại trong bã vào nước rửa Sau đó, tắt cánh khuấy và chờ tái hình thành lớp vật liệu lọc rồi thu nhận phần dịch lỏng tương tự như trên Thời gian lọc khoảng 3– 4h/mẻ

Hình 7: Nồi lọc dịch nha

2.3.6 Đun sôi dịch nha với hoa houblon:

Mục đích công nghệ: khai thác vả chuẩn bị cho quá trình lên men.

Quá trình này nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch nha, hiệu chỉnh nồng độ chất khô cho dịch nha, đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men bia

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: gia tăng nhiệt độ, thay đổi tỷ trọng của dịch nha

Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân hóa các  -acid thành iso alpha acid, phản ứng phân hủy đường và acid amin…

Hóa lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein malt đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành nên kết tủa, sự bayhơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha.

Sinh học: hệ vi sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt

Thiết bị và thông số công nghệ:

Thiết bị có dạng hình trụ đứng Bên trong có hệ thống gia nhiệt dạng ống để dẫn hơi vào Tổng thời gian đun sôi dịch nha với houblon không kéo dài quá 2 giờ Houblon được bổ sung 1 lần vào thiết bị cùng thời gian với nạp dịch nha

Hình 8: Nồi nấu dịch nha với hoa houblon 2.3.7 Tách bã houblon:

Mục đích công nghệ: Hoàn thiện.

Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử không tan ra

khỏi dịch nha

Thiết bị:

26

Sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn Người ta bơm dịch nha vào theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình tròn của thiết bị Các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống phần đáy hình trụ; sau đó, tháo phần dịch lỏng đã tách cặn nằm phía trên ra bên ngoài.

2.3.8 Làm lạnh dịch nha:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia.

Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ nhiệt độ 95oC về nhiệt độ lên men (100C)

Hóa lý: một số phân tử protein sẽ bị đông tụ torng quá trình làm lạnh và hình thành nên cặn mịn (tủa lạnh)

Thiết bị:

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng Thông thường, người ta dùng nước để hạ nhiệt độdịch nha từ 95oC về 40oC, sau đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men bia sử dụng Nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường dao động trong khoảng 6 – 15oC

2.3.9 Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia.

Các biến đổi của nguyên liệu:

Hóa lý: sự hòa tan oxy vào trong dịch nha

Thiết bị và thông số công nghệ:

Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha có dạng 2 ống hình trụ đồng trục và được đặt lồng vào nhau.Ống trong (đường kính nhỏ) được đục lỗ trên than ống Ta nén không khí vô trùng vào ống trong Ống ngoài dẫn dịch nha Tùy theo nồng độ chất khô và nhiệt độ của dịch nha, ta sẽ tính toán lưu lượng bơm dịch nha và áp suất nén không khí vào thiết bị sao cho nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12mg/L

Để cấy giống nấm men, trong quá trình bơm dịch nha từ thiết bị nạp oxy đến thiết bị lên men, người ta sẽ bơm canh trường nấm men vào đường ống dẫn dịch nha giữa hai thiết bị này