Kiểm soát quy trình trong công nghệ sản xuất bia

Kiểm soát quy trình trong công nghệ sản xuất bia

NỘI DUNG CHÍNH

Bia là một loại thức uống giải khát giàu dinh dưỡng, được ưa chuộng khắpthế giới Ở Việt Nam hiện nay, bia đã trở thành một loại thức uống phổ biến, dầndần chiếm một thị phần lớn trên thị trường nước uống Điều này làm cho ngànhcông nghệ thực phẩm nói chung, ngành công nghệ sản xuất bia nói riêng có nhữngbước phát triển mạnh mẽ Nhiều nhà máy và các cơ sở sản xuất bia với quy mô khácnhau được thành lập góp phần làm tăng sản lượng và đa dạng hoá các sản phẩm bia.Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc cạnh tranh giữa các nhà sản xuất, đòi hỏi họphải cải tiến chất lượng bia và giá cả phải phù hợp

Để thành công về phương diện thương mại, nhà máy sản xuất bia cần đạt tiêuchuẩn thế giới về chất lượng và hiệu quả sản xuất Muốn đạt được tiêu chuẩn vềchất lượng, ngoài công nghệ hiện đại thì quá trình kiểm soát từ khâu lựa chọnnguyên liệu đến khâu sản xuất, thành phẩm là một việc rất quan trọng Kiểm soátquá trình là nhân tố quan trọng quyết định đến hiệu quả sản xuất, chất lượng biathành phẩm Vì những lý do này nên nhóm em đã chọn đề tài “Kiểm soát quy trìnhtrong công nghệ sản xuất bia” nhằm giúp mọi người hiểu rõ về các yếu tố cần kiểmsoát trong quá trình sản xuất để có một mẻ bia đạt tiêu chuẩn chất lượng

2 Sự hoạt động của nhà máy:

Nhà máy muốn hoạt động lâu dài phải có quy trình sản xuất thích hợp, làm sao cânđối các thành phần thích hợp của dịch đường, hiệu quả sử dụng nguyên liệu là lớnnhất, tốn ít năng lượng nhất Do vậy mỗi đơn vị của nhà máy sẽ phải cân nhắc vàđưa ra các quá trình sản xuất cụ thể, đặc trưng, nhưng dựa trên cơ sở là cung cấp sảnphẩm có chất lượng cao nhất đến khách hàng

Thành phần chính xác của dịch đường ở nhà máy bia là yếu tố cần thiết cho sự pháttriển men và sự lên men tạo rượu, CO2, sự lên men nhận mùi thơm Dịch đường sẽ

có màu sắc, bọt, hương vị của malt, thế liệu, houblon, nước

Thành phần cuối của dịch đường được giới hạn trước bằng cách xác định lượngnguyên liệu và nước, nhưng thành phần cuối cũng ảnh hưởng đến các hoạt động củanhà máy theo sơ đồ sau:

3 Sơ đồ quy trình sản xuất bia

Quy trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính:

1 Sản xuất dịch đường lên men

2 Lên men bia

3 Hoàn thiện sản phẩm

Trong đó giai đoạn đầu là phức tạp nhất, ảnh hưởng các giai đoạn sau và cả chấtlượng bia thành phẩm Tùy vào điều kiện từng nhà máy mà có quy trình và côngnghệ kiểm soát khác nhau, nhưng mô hình chung ta cần kiểm soát các quá trình củaSản xuất dịch đường sau:

1 Nghiền Malt - Nhằm mục đích phân nhỏ các hạt tinh bột tạo điều kiệnthủy phân

2 Trích ly nước nha - Thủy phân các thành phần trong hạt Malt thành cơchất cho vi sinh vật sử dụng

3 Tách nước nha - Tách pha lỏng khỏi pha rắn bằng thiết bị lọc thùng;lọc khung bản

4 Đun sôi dịch nha - Thanh trùng, đông tụ, cô đặc và trích ly hoaHoublon

5 Tách cặn - Loại bỏ thành phần đông tụ và các mảnh còn lại của HoaHoublon

6 Làm lạnh dịch nha và sục khí - Tạo điều kiện lên men

4 Chuẩn bị nguyên liệu

Ta sấy các hạt đại mạch trên một lò sấy đại mạch hoặc trong lò sấy nói chung Cáchạt sẽ mất đi 15-16% thủy phần Sau đó, ta làm già và chín chúng trong tháp xilohoặc các vựa chảy Các tháp xilo được chế tạo để hạt đại mạch chuyển động vàchúng ta cung cấp oxy bằng một hệ thống hiếu khí Hạt đại mạch trong khi hô hấp

sẽ giải phóng nước và nhiệt, chúng cần được tháo ra bởi vì có thể cản trở sự chín giàcủa hạt đại mạch và lại gây ra sự nảy mầm quá mức cần thiết Các hạt đại mạch tiếp tục được cọ sạch và chuyển qua hệ thống rây nhằm rũ hết vậtbẩn nhờ các cánh quạt.[4]

Mục đích quá trình là để nhà máy hiệu chỉnh lượng malt và thế liệu cho nguyên liệusản xuất với điều kiện phân bổ kích thước mẫu tốt nhất để tạo dịch đường có năngsuất cao Những hoạt động chủ yếu để điều chỉnh nguyên liệu như sau:

4.1 Làm sạch malt

Người ta tách bỏ rễ khỏi malt Điều này được thực hiện dễ dàng khi hạt vẫn cònnóng Sau đó, ta để nguyên trong 2-3 tuần (làm già hạt malt) trước khi đem đi nấu

Từ 100 kg đại mạch ban đầu thu được 75 kg malt Tỷ lệ này có thể thay đổi phụthuộc chính vào sự mất nước và khối lượng phần rễ loại bỏ.[2]

Nếu không dùng malt từ lúa mạch, cần có một thiết bị hút bụi (không khí) để loại bỏnhững tạp chất như gỗ, xơ, những hạt giống, rơm, cát Thiết bị Destoner (thiết bịchọn lọc) loại bỏ những tạp chất có kích thước lớn hơn hạt malt vì chúng có thểảnh hưởng đến quá trình nghiền Những thanh nam châm vĩnh cửu được đặt ở các vịtrí chủ yếu để hút kim loại còn sót trong malt, tránh làm hư hỏng máy nghiền và bất

cứ tia lửa nào phát ra cũng sẽ gây nguy hiểm Việc loại bỏ đều đặn các tạp chất khácnhau là cần thiết đề tối thiểu hóa nguy cơ cháy nổ và sâu hại tấn công

4.3 Nghiền malt-Phân loại kích thước hạt mạch nha

Mục đích của quá trình nghiền malt là phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột tạo điềukiện cho quá trình hút nước trương nở, đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bềmặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất củanội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khácnhanh và triệt để hơn.[1]

Những lỗ hổng trên trục nghiền hoặc kích thước tấm chắn trên búa nghiền sẽđược thay đổi tùy theo kích thước yêu cầu của mach nha Điều đó sẽ được đánh giáliên tục bằng việc dùng một cái rây phân loại trong phòng thí nghiệm (plansifter).Cấu trúc của mạch nha quyết định sự biến đổi lớn nhất của phần dịch chiết suốt quátrình dịch hóa Mạch nha nguyên chất giúp tăng hiệu quả dịch hóa, nhưng mạch nhathô cũng giúp cho quá trình thẩm thấu lâu lúc lọc dịch đường

Sự cân đối của vỏ trấu là cần thiết, kích thước vỏ trấu lớn sẽ làm tăng tính hút

ẩm Có thể kiểm soát kích thước vỏ trấu bởi máy cán, nhưng cũng có thể kiểm soátbằng việc thêm hơi nước vào trước khi nghiền Sự hấp thu hơi ẩm này(0.5-1% trọnglượng cuả malt) làm cho trấu mềm dẻo hơn, làm giảm bất lợi lúc nghiền Hàm ẩmtrấu trong điều kiện bất lợi với dung tích >550ml/100g trấu

4.4 Lưu trữ mạch nha

Để sản xuất được 650hl bia cần đến 10 tấn mạch nha được dịch hóa trong 15 phút.

Để nghiền và dịch hóa cùng lúc sẽ cần đến máy nghiền 40t/h Thiết bị nghiền khôchỉ được giới hạn tới 10t/h, và để loại trừ điều này cần dùng một cái thùng chứamạch nha Với một máy nghiền 10t/h hoàn toàn sản xuất được 12 mẻ bia mỗi ngày

4.5 Tách bụi và ngăn chặn hiện tượng nổ do bụi

Hiện tượng nổ do bụi là một mối nguy luôn xảy ra và không bao giờ được đánh giáthấp Ở nhiều nước, tháp malt sẽ được phân loại như là vùng nguy hiểm trong quátrình kiểm soát

Bất cứ rủi ro nào do không làm đúng nguyên tắc chắc chắn sẽ dẫn đến việc sa thảicông nhân nấu bia Trách nhiệm nặng nề này có thể được tóm tắt như sau :

1 Ngăn chặn sự tích luỹ các nguyên liệu dễ cháy: điều này sẽ đạt đượcnếu thiết kế tốt hệ thống tách bụi (cyclones/thiết bị lọc bụi), tách bụi khi nóđược tạo ra trong mỗi quy trình hoặc được thải ra từ băng chuyền hay máynâng Quá trình sản xuất malt sẽ được phối hợp chặt chẽ để tạm ngưng hoạtđộng nếu hệ thống tách bui không hoạt động Các công trình và thiết bị nênđược thiết kế không có phần rìa để tránh tích luỹ bụi Việc quản lí chặt chẽ làcần thiết để ngăn chặn bất cứ sự tích tụ bụi và các nguyên liệu dễ cháy

2 Tránh bất cứ các nguồn lửa: Cần phải tách đá và các vật cứng kháctrong malt (màng /destoner) và những tạp chất có chứa sắt (nam châm) trướckhi cho malt vào máy nghiền để tránh phát ra tia lửa Tránh làm các bề mặtnóng lên và cần phải giám sát tốc độ quay của các trục để tránh sự tăng nhiệt

độ bất thường hoặc rung động quá mức Các băng chuyền và máy nâng cầnđược giám sát để hoạt động với tốc độ chính xác và không tắc nghẽn Tất cảcác thiết bị phải được nối đất để tránh sự tích tụ tĩnh điện

3 Kiểm soát hiện tượng nổ: tất cả các điểm có nguy cơ nổ nên được lắpnhững ống thông khí để tránh hiện tượng nổ gây nguy hiểm cho công nhân

và làm hư tháp malt Trong trường hợp bị nổ, cần có thiết bị cảnh báo để hệthống ngưng hoạt động một cách an toàn

4.6 Kiểm soát kho và silo chứa malt

Phần lớn malt sẽ được chuyển từng lô 20 tấn vào silo, khoảng 200 tấn cho 2 ngàysản xuất Trong sản xuất tự động cần có các phần tử cảm biến để biết khi nào hếtmalt và malt đã được đổ đầy silo hay chưa Các phần tử cảm biến còn phải phát hiện

ra nguy cơ tắc nghẽn do bụi, các silo phải được đặt ngoài trời, có thể chịu được mưagió.

Người ta còn sử dụng 2 máy dò để thăm dò mức malt đầy và mức malt rỗng

Cả 2 máy đều hoạt động tự động giúp việc nhập và tháo malt khỏi silo dễ dàng Tuynhiên, việc sử dụng 2 máy này còn nhiều khó khăn nên người ta thay thế bằng mộtphần tử cảm biến ngầm đặt trên đỉnh silo giúp cho kết quả chính xác hơn Phần tửnày hoạt động bằng cách phát ra một tín hiệu tới bề mặt lớp hạt và đo thời gian tínhiệu quay trở lại Dựa vào tín hiệu đó, người ta tính toán được khoảng cách từ phầntử này tới bề mặt lớp hạt, sau đó có thể tính được mức hạt trong silo Vị trí của cảmbiến này phải được đặt phù hợp với góc nghỉ khi đổ đầy malt và góc trượt khi silocạn, vì thế nên đặt giữa bán kính Cũng cần phải quan tâm đến hình dạng và kíchthước thùng vì dựa vào đây người ta có thể xác định được thể tích lượng malt trongsilo Biết được mật độ malt cho phép tính toán được thể tích và khối lượng malttrong silo

4.7 Lưu lượng hạt và hướng di chuyển

Malt được vận chuyển bởi 1 hệ thống băng chuyền ngang và máy nâng dọc Đểtranh nguy cơ cháy nổ, cần tránh sự quá tải và quá nhiệt do lượng malt quá đầy.Tốc độ và lưu lượng trên băng chuyền và máy nâng chủ yếu do tốc độ dòng maltchảy ra từ silo quyết định Người ta lắp một cái van trượt để giúp đạt được tốc độyêu cầu, tuỳ thuộc vào lượng malt trong silo Ngoài ra còn sử dụng một cách quạt tựđộng để đảm bảo tốc độ dòng malt không thay đổi Trong dãy băng chuyền cònđược lắp đặt một van cảm biến để giúp phát hiện ra sự tắc nghẽn ở đầu ra và chuyểnmalt tới băng chuyền cuối

5 Dịch hoá

Mục đích của quá trình là hồ hoá mạch nha với nước nóng để hoà tan nhữngthành phần tan được trong nước (hydrat hoá mạch nha) và sau đó điều chỉnh hoạt

động của enzym để đạt được thành phần dịch cháo theo yêu cầu Thành phần củadịch cháo rất quan trọng đối với chất lượng sản phẩm nhưng quá trình kiểm soátthường gặp khó khăn.

Tính chất của dịch cháo (màu sắc, pH) đã được xác định trước trong quátrình chọn nguyên liệu và nước để sản xuất bia Tuy nhiên, điều kiện dịch hoá cóthể ảnh hưởng đến sự biến tính của enzym, đặc biệt là carbonhydrat và protein

Theo lý thuyết, thùng dịch hoá sẽ được lắp những phần tử cảm biến để trựctiếp đo sự biến đổi của phản ứng enzym và kiểm soát thành phần cuối của dịchđường hoá Nhưng do trong dịch cháo có một số chất ăn mòn nên những phần tửnày không được sử dụng Thay vào đó, chúng ta phải đo từng thông số độc lập.Cách kiểm tra đơn giản là dựa vào phản ứng giữa tinh bột và iod, phản ứng nàydùng để xác định lượng tinh bột đã chuyển hoá thành gelatin, đã hồ hoá và đườnghoá, nhưng cách phân tích trong phòng thí nghiệm này phức tạp và cần phải biết tỉ

số giữa dextrin không lên men và đường lên men Tương tự, tổng lượng nitơ hoà tancủa dịch đường hoá và tỉ lệ các thành phần khác (protein, polypeptid, acid amin)cũng không thể đo trực tiếp được

Trạng thái đặc của dịch cháo, pH, thành phần muối cũng ảnh hưởng đếnphản ứng enzym nhưng với một công thức cho trước thì các yếu tố này có thể kiểmsoát được Vì thế yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến việc kiểm soát trực tiếp quá trình

là nhiệt độ

Trách nhiệm của công nhân nấu bia là phải biết rõ chất lượng malt, thànhphần nước sản xuất bia, kiểm soát quy trình cẩn thận, chẳng hạn như, lập tức đomàu sắc dịch đường hoá sau khi dịch hoá và kiểm tra malt nghiền cho mẻ bia kếtiếp Điều này không chỉ đảm bảo cho màu sắc bia được đồng nhất mà còn giúp choviệc lựa chọn malt có chất lượng cao để sản xuất ra 1 mẻ bia tốt Ngoài ra phân tíchhàm lượng muối và mùi vị nước sản xuất bia trong những tank chứa nước sẽ tránhđược sự ô nhiễm từ nguồn cung cấp nước hoặc nhiễm bẫn ở nhà máy bia

5.1 Vận chuyển malt

Nếu thời gian dịch hoá trong chu trình là 15 phút thì những quá trình sau đóphụ thuộc vào sự vận chuyển malt Ví dụ như tốc độ dòng nước chảy vào thùngdịch hoá, tốc độ của malt cần đạt được là 60 tấn/h Người ta sử dụng một băngchuyền có tốc độ cố định và có lắp phần tử cảm biến để giúp đạt được tốc độ này

Thùng mạch nha sẽ được lắp một cái máy dò để báo hiệu khi nào mạch nha

đã được vận chuyển xong Ngoài ra thùng malt phải được đặt ở nơi thích hợp đểtránh hư hỏng Khối lượng malt trong thùng cho phép xác định được lượng malt đãđược chuyển vào thùng dịch hoá và cảnh báo về sự tắc nghẽn ở cửa ra

5.2 Lưu lượng nước và nhiệt độ

Thông thường, người ta sử dụng thùng hồ hoá trước để hoà tan malt với nướcnóng trước khi cho vào thùng dịch hoá Điều này tránh được sự vón cục của malt,giúp quá trình dịch hoá tốt hơn Tổng luợng nước nóng cần thiết được tính từ tỉ sốgiữa khối lượng malt và nước với lượng malt theo công thức cho trước Tốc độdòng nước yêu cầu được tính từ tổng lượng nước và thời gian vận chuyển malt

Nhiệt độ của dòng nước nóng sẽ quyết định nhiệt độ của dịch cháo Nhiệt độnày thường đạt được khi có sự trao đổi nhiệt giữa dòng lạnh và dòng nóng Người tacòn lắp những máy bơm để duy trì áp lực dòng lạnh và dòng nóng

5.3 Đồng nhất dịch cháo

Trước khi cho malt vào thùng hồ hoá, thùng dịch hoá sẽ được cung cấp đủnước để máy khuấy trộn quay Khi dịch hồ chảy vào trong thùng dịch hoá, cần làmcho các thành phần không tan của malt lắng xuống tránh gây tắc nghẽn Yếu tố cầnphải kiểm soát trong quá trình này là nhiệt độ của dịch đường, đảm bảo cho dịchđường có nhiệt độ như nhau trong quá trình đun nóng

Nếu sử dụng máy trộn có hiệu quả, ta sẽ thu được dịch cháo đồng nhất Để dịchcháo đồng nhất hoàn toàn thì máy trộn cần có vận tốc nhỏ (<2,5m/s) Nếu dịch cháokhông đồng nhất sẽ gây ra sự bay hơi của những phần tử có khối lượng phân tử cao

và làm protein đông đặc lại Điều này làm chậm sự tách dịch cháo và làm giảm tínhthấm của lớp hạt

5.4 Nhiệt lượng dịch hoá

Nhiệt lượng này được tính theo công thức:

Q = U * A* T

U : hệ số trao đổi nhiệt

A : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

T: chênh lệch nhiệt độ

U được quy định tuỳ thuộc vào vật liệu chế tạo và độ dày của thiết bị Tuynhiên, U sẽ bị giảm nếu thiết bị bị tắc nghẽn và cần phải được làm sạch Diện tíchtrao đổi nhiệt cũng ảnh hưởng đến nhiệt lượng trong quá trình này Áp suất hơi vànhiệt độ của thiết bị thường được xác định trước nhưng sự có mặt của không khí sẽlàm cho nhiệt độ giảm xuống và làm giảm T Sử dụng hơi nước có nhiệt độ 1440Ctại áp suất 3 bar cung cấp cho các ống truyền nhiệt hoặc các tấm nhiệt sẽ gây cháylớp dịch cháo đứng yên trên bề mặt của chúng và bất cứ sự tắc nghẽn nào cũng sẽlàm hệ số trao đổi nhiệt và tốc độ đun nóng giảm đột ngột

Dịch cháo cần có đủ vận tốc để chảy sang bề mặt thiết bị truyền nhiệt đểphân tán nhiệt lượng ra, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ và dịch cháo cũng cầnđược khuấy trộn để đảm bảo nhiệt độ phân phối đồng nhất khắp nồi nấu

Ngoài ra, cần đảm bảo máy khuấy trộn hoạt động chính xác Người ta thườngsử dụng một đầu dò gắn trên bề mặt truyền nhiệt hoặc một màng chắn có phát tínhiệu dưới đáy nồi để đảm bảo máy khuấy hoạt động tốt Trước khi cho dịch vàotrong thùng, cần vệ sinh thiết bị để làm sạch bề mặt, đảm bảo không có sản phẩm

dư, nếu không sẽ gây tắc nghẽn

Trên lớp áo ngoài của thiết bị truyền nhiệt, hơi nước tại 1440C truyền nhiệtlượng cho dịch cháo và ngưng tụ thành nước nóng ở 1000C Nước ngưng tụ nàyphải được tách ra để tránh ảnh hưởng đến thiết bị và làm giảm hiệu quả truyềnnhiệt Ngoài ra, không khí lẫn trong hơi nước ở lớp áo truyền nhiệt sẽ làm cho nhiệt

độ thấp hơn ban đầu, kết quả là tốc độ truyền nhiệt giảm Vì vậy người ta sử dụng

thiết bị loại không khí tĩnh để làm thông hơi ở lớp áo thiếi bị cho đến khi đạt đượcnhiệt độ tương ứng với áp suất hơi ban đầu.

5.5 Điều khiển nhiệt độ

Nhiệt độ của dịch cháo được đo bằng nhiệt kế bầu đặt ở thành thiết bị nấu

Khi ngừng cung cấp hơi đốt, nhiệt độ nồi nấu không giảm ngay do tính chất giữnhiệt của các phân tử Vì vậy, để tránh sự quá nhiệt của dịch cháo, hệ thống điềukhiển nhiệt độ cần ngừng cung cấp nhiệt trước điểm đặt (nhiệt độ cần thiết đã đượcnghiên cứu trước)

5.6 Điều khiển mực chất lỏng trong thiết bị nấu

Mực chất lỏng trong nồi nấu được xác định qua thiết bị đo áp lực dạng màng đặt ởđáy nồi nấu Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên màng, lực này sẽ truyền đến cầuWeatone Giá trị hiệu điện thế thu được của cầu Weatone phụ thuộc vào áp lực thuỷtĩnh tác dụng lên màng

Áp lực thuỷ tĩnh đặt tại một điểm được tạo ra bởi trọng lực của khối chất lỏng bêntrên Với tỷ trọng dung dịch không đổi, áp lực thuỷ tĩnh sẽ tỉ lệ với chiều cao mựcchất lỏng Chiều cao này có giá trị từ 0% (trống) đến 100% (chiều cao mực chấtlỏng cho nồi nấu làm việc an toàn)

Tỉ trọng của dịch cháo cũng ảnh hưởng đến việc xác định chiều cao mực chất lỏngtrong nồi Tỉ trọng này phụ thuộc vào lượng malt và nước đã sử dụng Nếu tỉ lệ nàythay đổi sẽ làm sai lệch giá trị mực chất lỏng đo được.

Kích thước nồi nấu phải được xác định chính xác vì nó ảnh hưởng đến quá trìnhtính toán chiều cao mực chất lỏng

Trong quá trình gia nhiệt, máy khuấy làm việc liên tục với vận tốc cao để đảm bảotruyền nhiệt tốt Tốc độ máy khuấy thay đổi chiều cao mực chất lỏng Khuấy nhanhchiều cao mực chất lỏng thấp hơn so với khuấy chậm (H11.9) Với máy khuấy vậntốc cao, chiều cao dịch cháo thấp cho quá trình gia nhiệt, thiết bị truyền tín hiệu cholớp áo giải nhiệt hạ nhiệt độ nồi nấu xuống để đảm bảo an toàn Nhưng ta thấy dịchcháo trong trường hợp này vẫn có thể không cần giảm nhiệt độ

Dựa vào giá trị đầu dò, ta xác định thời điểm dừng cung cấp hơi đốt cho nồi nấu,xác định mức độ hoạt động an toàn (còi báo hiệu khi mực chất lỏng quá cao) và xác

định độ rỗng của nồi nấu (điều chỉnh lượng sản phẩm đi ra) Tuy nhiên, do tính chấtnhớt của dịch cháo ảnh hưởng đến độ nhạy của đầu dò Vì vậy ta cần vệ sinh đầu dòsau mỗi ca sản xuất để giữ cho bề mặt đầu dò sạch.

Thiết bị cảm ứng chuyển động có thể xác định sự có mặt của chất lỏng tại mộtđiểm Thiết bị này đặt ở thành nồi nấu Nó có 2 đầu dò ngập trong dịch cháo Dựavào tính hiệu điện từ đầu dò xác định có chất lỏng tại vị trí đó Ta cần chú ý sự đóngcặn ở thành nồi nấu sẽ che lấp đầu dò và làm xuất hiện tính hiệu sai

5.7 Hiệu quả của quá trình

Xác định độ nhớt của dịch đường ta có thể suy ra hiệu suất của quá trình đường hoá(trong phòng thí nghiệm) Malt được nghiền trục thì hiệu suất nghiền 100%, cònnghiền bằng búa là 103% Trong phòng thí nghiệm, malt được nghiền bằng trục cóhiệu suất nấu là 70%, nấu 3,2 lit nước/1kg malt sẽ thu hồi dịch đường có nồng độ

20OPlato Tương tự, malt được nghiền bằng búa hiệu suất nấu là 76%, nấu 2,51 lítnước/1kg malt sẽ thu được dịch đường có nồng độ 24,5Oplato

6 Lọc rửa dịch đường

Mục đích để tách phần lớn dịch đường trong dịch đường hoá Để đảm bảo chấtlượng, dịch đường thu được có độ đục thấp (< 5EBC hay 20 NTU) Lọc dịch cháo

là một trong các bước của qui trình sản xuất bia Nó ảnh hưởng đấn thời gian mộtchu kì sản xuất của nhà máy Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH QUẢN LÍ QUÁ TRÌNHLưu lượng dịch cháo

Lưu lượng và lượng dịch đường

Sự chênh lệch áp suất 2 bên màng lọc

Độ cao của luỡi cao (chiều cao lớp bã trên bề màng lọc)

Độ đục của dịch đường

Nhiệt độ, lưu lượng và lượng nước rửa

Nồng độ dịch đường

Độ nhớt của dịch đườngTính thấm của màng lọcLưu lượng ra và vào Hơi nước sử dụngPhần đường còn sót lạiHiệu quá của quá trình lọcChu kì sản xuất

6.1 Vận chuyển dịch đường từ nồi nấu

Sử dụng bơm để đưa dịch đường từ nồi nấu sang thiết bị lọc Vận tốc của dịchđường trong ống dẫn phải nhỏ hơn 1,5m/s Ta phải tránh trở lực ma sát do sự thayđổi hướng di chuyển và sự hẹp tiết diện của đường ống dẫn Đầu ra của ống dẫn vàothiết bị lọc phải tránh tiếp xúc với O2

6.2 Lọc dịch đường

L

U

A P

K: tính dễ thấm của màng lọc (tiết diện của ống mao quản)

P: áp suất chênh lệch giữa hai phía của màng lọc

A: diện tích màng lọc

U: độ nhớt của dịch lọc

L: độ dày màng lọc (chiều dài ống mao quản)

Đây là công thức quá trình lọc của D’Arcy được thiết lập dựa trên bộ lọc cát Tuynhiên, màng lọc trong thiết bị lọc phải chịu được áp lực cao Tốc độ, độ nhớt và áplực hai phía của màng cao sẽ tác động lên màng lọc và giảm tính thấm của nó Côngthức D’Acry không xác định tốc độ lọc của dịch đường chính xác, nhưng nó chobiết các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lọc Ta cần phải xác định và điều khiển yếu tốnày Từ công thức D’Acry, ta nhận thấy nếu muốn cải thiện quá trình lọc cần tănggiá trị các thông số ở tử (K,P,A) hay giảm các thông số ở mẫu (U, L)

A: tiết diện bề mặt lọc, giá trị này tuỳ thao từng thiết bị lọc

P: sự chênh lệch áp suất hai phía của màng lọc Sự chênh lệch áp suất trên vàdưới màng lọc được xác định liên tục bằng hệ thống đầu dò, để chắc chắn là áp suấtnày không vượt quá áp suất tối đa cho phép của màng lọc

K: khả năng thấm của màng lọc (tiết diện của ống mao quản) Với sự chênhlệch áp suất tối đa cho phép của màng lọc, thông số này ảnh hưởng mạnh đến tốc độlọc Những hạt có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng thấm qua màng và tốc độ lọc nhanhhơn Kích thước hạt đã được xác định trong quá trình nghiền ( giai đoạnchuẩn bịmalt) Tuy nhiên, tính thấm của màng có thể bị giảm do:

 Tốc độ dòng dịch đường vào màng lọc quá cao

 Sự tăng độ nhớt do sự đậm đặc của dịch đường, hàm lượng β-glucantrong dịch đường tăng (chất lượng malt ban đầu, nhiệt độ nấu)

 Sự xuất hiện các prôtêin tạo gel làm tăng trở lực ma sát

Trong thiết bị lọc có hệ thống dao/cào có thể quay tròn, có nhiệm vụ tách lớp bãtrên màng lọc Loại bã làm giảm sự chênh lệch áp suất giữa hai phía màng lọc,nhưng việc này có tác dụng làm giảm độ đục của dịch đường sau khi lọc Dựa vào

độ đục của dịch đường, ta điều khiển độ cao của dao/ cào cho phù hợp (độ dày củalớp bã trên mặt màng lọc)

U: Độ nhớt của dịch đường Độ nhớt dịch đường giảm làm tăng tốc độ lọc vàgiảm áp lực màng lọc Tuy nhiên độ nhớt dịch đường phụ thuộc vào loại malt sửdụng, độ đặc của dịch cháo, quá trình nấu, nhiệt độ nấu

L: độ dày của màng lọc Màng lọc mỏng sẽ làm tăng tốc độ lọc và chu kỳ sảnxuất ngắn Tuy nhiên quá trình lọc nhanh thì quá trình nấu cũng phải nhanh để đảmbảo tính liên tục của sản xuất, dẫn tới hiệu quả quá trình đường hoá giảm Độ dàycủa màng lọc phải đảm bảo của hiệu quả lọc và độ trong của dịch đường Độ dàymàng lọc tuỳ thuộc loại thiết bị lọc sử dụng.

Từ những nhận xét trên, ta thấy hiệu quả của quá trình lọc phụ thuộc vào chất lượngmalt ban đầu (quá trình nghiền và nấu) và tránh sự tiêu hao lực Tốc độ lọc bị giớihạn bởi dự chênh lệch áp suất mà có thể tăng lên bằng cách sự dụng dao/ cào bã,nhưng sẽ làm mất một lượng lớn đường

Thiết bị đo độ đục làm việc theo định luật Lam-beer, thể hiện mối quan hệ giữacường độ ánh sáng với nồng độ dung dịch Một chùm ánh sáng hội tụ với bước sóngxác định chiếu xuyên qua mẫu có độ dày xác định đến đầu dò Đầu dò là một tế bàoquang điện, nó cảm ứng với cường độ ánh sáng thu được, chuyển quang năng thành

điện năng và truyền đến thiết bị khuyếch đại Sự giảm của cường độ ánh sáng tỉ lệthuận với nồng độ các chất (tan và không tan) trong dung dịch

6.3 Rửa bã

Sau khi dịch đường theo ống dẫn ra ngoài, nước nóng được phun lên màng lọc đểrữa bã Tốc độ, thể tích và nhiệt độ nước sử dụng được điều khiển bằng cách đãđược đề cập ở phần dịch hoá (5.2) Tốc độ rửa phải phù hợp với lượng dịch đường

đi ra Rửa giúp cho lớp trên màng lọc không tiếp xúc với không khí Không khí sẽoxi hoá chất keo và hình thành một lớp màng khô, không thấm nước trên màng lọc.Dịch đường qua lọc và rửa sẽ loãng, nồng độ đường, độ nhớt và độ đục giảm Quaquá trình rửa bã, việc thu hồi bã không làm thay đổi chênh lệch áp suất Tốc độphun bã lớn có thể rửa lớp bã dày (>200kg/m2) và ta phải cần một lượng lớn nướctrong một chu kì sản xuất

6.4 Tốc độ lọc dịch đường

Dịch đường loãng thu đuợc có hàm lượng acid béo và polyphenol cao vàthông thường lượng đường còn lại mà có nồng độ dưới 1.0o Plato sẽ bị loại bỏ vì kếtthúc quá trình rửa bã khi nồng độ đường trong nước rửa bã còn khoảng 1 độ

Điều quan trọng là cần phải có lượng nhỏ chất lỏng còn lại trong Lauter Tun(thiết bị lọc tách bã bia) lưu ý trong quá trình lọc và chuyển dịch nha vào nồi nêntránh tăng lượng oxy hòa tan vào dịch nha (giảm các phản ứng oxy hóa)

Lượng nước dùng rửa ống dẫn và bã sau quá trình lọc là nguồn chất thải chủyếu của mỗi mẻ bia Phân tích nhu cầu oxy hóa học và chất lắng là không có giá trịhiện tại, và yếu tố này cùng với hỗn hợp lưu lượng được tạo ra từ nơi khác làm choviệc kiểm tra khó khăn hơn

Tấm chắn làm sạch đơn giản (30mm) hoặc dây ép curoa sẽ loại bỏ một sốchất lắng cặn và làm tăng tốc độ lọc Để quá trình lọc có hiệu quả tốt hơn, nguời tasử dụng máy siêu lọc (100nm) để loại bỏ lipid phức tạp và poliphenol, làm tăng khảnăng thấm qua màng lọc

6.5 Hiệu suất trích ly từ nồi nấu

Theo truyền thống, mức chuẩn trong thùng chứa được xác định bằng thể tíchcủa dịch đường, máy đo độ đường xác định trọng lượng dịch đường một cách chínhxác Khối lượng phần chiết khô khi đó được tính toán và so sánh với khối lượngmạch nha thêm vào