quá trình và thiết bị đường hóa trong sản xuất bia

Nguyên nhân là do sự ma sát của chúng trong thời gian vận chuyển hoặc xáo trộn vị trí, hoặc do sự cọ xát một số hạt bị gãy, dập, hoặc do bảo quản, kho hở, các tạp chất lớn có thể vào,, v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

MỤC LỤC

1 Chuẩn bị nguyên liệu 5

1.1 Làm sạch và đánh bóng malt: 5

1.2 Những yêu cầu công nghệ cho việc nghiền malt: 5

1.3 Thiết bị nghiền 4 trục 1 sàng 6

1.3.1 Sơ đồ thiết bị 6

1.3.2 Nguyên lý làm việc 6

1.4 Thiết bị nghiền malt ướt 7

1.4.1 Sơ đồ thiết bị 7

1.4.2 Nguyên tắc hoạt động 7

2 Nấu nguyên liệu 8

2.1 Các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi nấu: 8

2.2 Thiết bị nồi nấu malt, gạo: 8

2.2.1 Sơ đồ thiết bị 8

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 9

2.3 Các phương pháp đường hóa khi không sử dụng nguyên liệu thay thế: 9

2.3.1 Đường hóa theo pp phân đoạn: 9

2.3.2 Đường hóa theo phương pháp toàn khối: 12

2.4 Đường hóa khi có sử dụng nguyên liệu thay thế: 13

2.4.1 Trường hợp thay thế ít 13

2.4.2 Trường hợp thay thế nhiều 13

2.5 Các biện pháp nâng cao hiệu suất đường hóa 14

3 Lọc dịch đường 14

3.1 Thiết bị thùng lọc 15

3.1.1 Sơ đồ thiết bị 15

3.1.2 Nguyên tắc hoạt động: 16

3.2 Thiết bị lọc khung bản 17

3.2.1 Cấu tạo 17

3.2.2 Nguyên tắc hoạt động: 17

4 Đun sôi dịch đường với hoa houblon: 18

4.1 Những quá trình hóa lý xảy ra khi đung sôi: 18

4.1.1 Sự thơm hóa dịch đường: 18

4.1.2 Sự keo tụ và kết tủa protein: 18

4.1.3 Sự tăng độ màu của dịch lên mên: 19

4.2 Tiến hành houblon hóa 19

4.3 Thiết bị houblon hóa 21

4.3.1 Sơ đồ thiết bị 21

4.3.2 Nguyên lí hoạt động 21

5 Làm lạnh và lắng trong dịch lên men 22

5.1 Mục đích 22

5.2 Các quá trình hóa lí xảy ra khi làm lạnh hoặc lắng trong : 22

5.2.1 Sự hòa tan oxy vào dịch lên men : 22

5.2.2 Sự tạo thành và tách kết tủa : 22

5.2.3 Sự bay hơi nước : 23

5.3 Phương pháp tiến hành 23

5.3.1 Tách cặn toàn bộ dịch đường ở nhiệt độ cao 23

5.3.2 Tách cặn cục bộ dịch đường ở nhiệt độ cao 24

5.3.3 Tách cặn toàn bộ dich đường ở nhiệt độ thấp 24

5.4 Thùng đa chức năng lắng lạnh 25

5.4.1 Sơ đồ thiết bị 25

5.4.2 Nguyên lí làm việc 25

5.5 THIẾT BỊ THÙNG LẮNG Whirlpool 26

5.5.1 Sơ đồ thiết bị 26

5.5.2 Nguyên lí hoạt động : 26

5.6 Thiết bị làm lạnh bản mỏng: 27

5.6.1 Cấu tạo 27

5.6.2 Nguyên tắc hoạt động: 27

1 Chuẩn bị nguyên liệu

1.1 Làm sạch và đánh bóng malt:

Malt qua thời gian bảo quản thường bị bẩn Nguyên nhân là do sự ma sát của chúng trong thời gian vận chuyển hoặc xáo trộn vị trí, hoặc do sự cọ xát một số hạt bị gãy, dập, hoặc do bảo quản, kho hở, các tạp chất lớn có thể vào,, vì vậy, trước khi đưa vào nấu phải cần cho qua qua máy để làm sạch hết bụi và loại bỏ mầm, rễ malt còn xót lại trong nguyên liệu Tiếp theo đó để loại bỏ các tạp chất kim loại có thể có trong nguyên liệu, malt cần phải đưa vào nam châm từ Malt sau khi làm sạch xong cần phải tiến hành nghiền

1.2 Những yêu cầu công nghệ cho việc nghiền malt:

Mục đích chính của việc nghiên malt là nhằm phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi và thúc đẩy quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu khi nấu nhằm thu được một dịch đường có nồng độ các chất cao nhất từ nguyên liệu ban đầu

Mức đọ nghiền nguyên liệu đóng một vai trò quan trọng trong quá trình nấu bia Cho nên khi nghiền malt cần bảo đảm các yêu cầu sau:

− Vỏ malt giữ được càng nguyên càng tốt Nếu nghiền nhỏ thì các chất có trong

vỏ như tanin, chất đắng và các chất khoáng sẽ hòa tan vào nước và trong khi nấu, chúng chuyển vào dung dịch làm thay đổi vị trí và màu của các bán thành phẩm Kết quả sẽ làm giảm chất lượng của bia Mặt khác, vỏ malt nghiền quá kỹ sẽ làm giảm vận tốc lọc dịch đường do khi nghiền quá mịn, lớp bã sẽ bịt kín bề mặt lọc và làm giảm khả năng lọc của thiết bị Kết quả sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi do các chất hòa tan còn sót lại trong bã

nhiều

Đê giữ nguyên vỏ malt, nhiều nhà máy tiến hành làm ẩm malt trước rồi nghiền sau

− Khi nghiền cần tạo một tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn, và bột:

Malt sau khi nghiền là một hốn hợp của các hạt khác nhau về kích thước và hình dạng bên ngoài: Chúng gồm có vỏ, tấm thô, tấm mịn, và bột Tỷ lệ các thành phần này ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất chiết của nguyên liệu Mặt khác, tỷ lệ này còn phụ thuộc vào thiết bị lọc Nếu thiết bị lọc ép thì nguyên liệu có thể nghiền mịn hơn là dùng thùng lọc Cụ thể như sau:

- Phần bột mịn (8) lọt qua lỗ sàng (5), đi ra ngoài Hỗn hợp bột và vỏ (7) được tách ra đến cặp trục rulo thứ 2 (4) sau khi nghiền lần 2, thành phần bột nghiền thành : vỏ 20%, tấm 50%, bột mịn 30%.

1.4 Thiết bị nghiền malt ướt

1.4.1 Sơ đồ thiết bị

• Công nghệ nghiền Malt ướt là công nghệ tiên tiến trong sản xuất Bia

• thiết kế của máy nghiền malt ướt thì rất đơn giản

• Chỉ với hai cặp trục nghiền và các cơ cấu chấp hành đơn giản

• Sử dụng cho các nhà máy Bia sản xuất với công nghệ nghiền malt ướt nhằm tăng công suất lọc, tăng mẻ nấu đạt mục tiêu tăng công suất nhà máy

• Và điều quan trọng là đem lại chất lượng tốt hơn hẳn so với công nghệ nghiền khô lạc hậu

• Máy nghiền Malt ướt đảm bảo giữ nguyên vỏ Malt sau nghiền nhằm tăng kích thước lớp lọc lên đến 15-20%

• Giảm thời gian lọc đến 15-20%

• Giảm các chất chiết không mong muốn từ vỏ malt làm chát Bia như các tanin,

polycophenon xuống 2%

1.4.2 Nguyên tắc hoạt động

• Malt đã định lượng được chứa trong thùng chứa malt Sau đó được chuyển tới khoang phun ẩm với lưu lượng được điều chỉnh bằng trục điều chỉnh lưu lượng malt Ở khoang phun ẩm nhiệt độ nước phun vào là 630C

• Malt ẩm tiếp tục đưa xuống cặp trục nghiền Ngay sau khi nghiền,bột nghiền được cấp thêm nước để hòa trộn bột nghiền và hỗn hợp bột nghiền được bơm vào nồi nấu

• Sau mỗi mẻ,tất cả các bộ phận tiếp xúc với malt được vệ sinh bằng các vòi CIP

• Ưu điểm của hệ thống này là sau khi nghiền vỏ trấu được bảo toàn và phần nội nhũ được nghiền đủ.Toàn bộ quá trình nghiền mất 30 phút

2 Nấu nguyên liệu

2.1 Các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi nấu:

Qúa trình hóa sinh quang trọng xảy ra trong quá trình nấu là sự thủy phân các chất dưới tác dụng của enzyme

- Tinh bột dưới tác dụng của enzyme tạo thành đường và các dextrin với phân tử lượng khác nhau

+ Dextrin có vai trò quan trọng trong hoàn thiện vị của bia

- Protein có trong malt khi đường hóa chuyển vào đường từ 28-40%

+ Hàm lượng protein có trong dịch lên men ảnh hưởng tới chất lượng của bia.+ Các sản phẩm thủy phân của protein: albumose, pepton, polypeptide, acid amin

+ Trong đó: Albumose, pepton, polypeptide: tạo bọt, tăng vị cho bia

• Peptide, acid amin: tham gia tạo melanoidin và dinh dưỡng cho nấm men

Vì vậy sự tồn tại của các chất lên men và không lên men có vai trò vô cùng quan trọng

- Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình thủy phân:

+ Nhiệt độ: ảnh hưởng tới quá trình thủy phân và tỷ lệ của các sản phẩm tạo thành Muốn tạo được tỉ lệ các sản phẩm thủy phân thích hợp thì dựa vào độ bền nhiệt và nhiệt độ tối thích của các loại enzyme

Enzyme β-amylase tối thích ở nhiệt độ 63-650C và dưới tác dụng của enzyme này sản phẩm thủy phân chủ yếu là đường maltose

Enzyme α-amylase thích hợp ở vùng nhiệt độ từ 70-750C và sản phẩm chủ yếu là dextrin và một ít đường maltose

2.2 Thiết bị nồi nấu malt, gạo:

2.2.1 Sơ đồ thiết bị

Nồi có cấu tạo 2 lớp:

Lớp trong thân nồi chính chứa dịch nấu, trên thân nồi lắp các đường ống nối với đường cấp dịch, nước vào nồi.Lớp ngoài cho hơi vào để gia nhiệt dịch nấu bên trong

Bên ngoài có phủ một lớp sợi thủy tinh cách nhiệt Phía trên có các đường ống để cấp hơi vào và bộ phận ngưng tụ ở phía dưới

Ở giữa đáy nồi có cánh khuấy được truyền động bởi môto giảm tốc gắn bên ngoài Đỉnh nồi dạng hình nón có lắp ống thoát hơi ra ngoài, có cửa nạp nguyên liệu và áp kế theo dõi áp suất

2.3 Các phương pháp đường hóa khi không sử dụng nguyên liệu thay thế:

Căn cứ vào pp tiến hành,công nghệ đường háo có 2 nhóm : đường hóa phân đoạn(pp đun sôi) và đường hóa toàn khối(pp ngâm)

• Đường hóa phân đoạn:từng phần nhỏ riêng lẻ của khối cháo được đường hóa và đun chín 1 cách thứ tự sau đó hòa chung vào khối chính

• Đường phân toàn khối: là toàn bộ khối cháo được đường hóa 1 lúc,từ khi bắt đầu đến khi kết thúc,ở 75 0C, không qua giai đoạn đun sôi

2.3.1 Đường hóa theo pp phân đoạn:

• Ưu điểm:-hiệu suất đường hóa cao

• Nhược điểm: -vốn đầu tư thiết bị nhiều

- Thời gian đường hóa 1 mẻ kéo dài -Năng lượng tiêu hao nhiều

• Căn cứ vào số phân đoạn có 3 pp đường hóa: tam phân đoạn,nhị phân đoạn và nhất phân đoạn

2.3.1.1 Phương pháp tam phân đoạn:

• Pp này có kết quả tốt đối với malt có chất lượng xấu,bởi qua 3 lần đun sôi phần đặc của khối nấu,tinh bột sẽ được hồ hóa hầu như triệt để và được thủy phân

• PP này tốn thời gian,tốn hơi,màu bia tối hơn vì vậy thường để sản xuất bia đen hoặc bia vàng có chất lượng hảo hạng hay bia vàng chất lượng cao

• CTH

• Bơm 1/3 lượng nước ở tₒ=38-40oC

• Cánh khuấy làm việc liên tục

• Đồng thời cho malt và phần nước còn lại

• Nhiệt độ chung khối dịch bột là 370C

• Cánh khuấy làm việc trong 5 phút, dừng 10 phút

• Bơm 1/3 dịch đặc từ thiết bị phối trộn sang tb đường hóa

• Đun sôi ở 370C, tốc độ nâng nhiệt 10C/phút

• Cánh khuấy làm việc liên tục

• Khi đạt 50-550C giữ 10 phút Sau đó nâng nhiệt đến 70-750C để quá trình đường hóa hoàn toàn và cho sôi trong 20-30 phút

• Bơm toàn bộ khối cháo trở về tb phối trộn

• Cánh khuấy hoạt động liên tục, nhiệt độ của toàn khối bây giờ đạt 50-540C

• Cánh khuấy ngừng làm việc,để yên 10-15 phút để bã lắng

• Bơm 1/3 khối lượng bã kết lắng sang nồi đường hóa

• Cánh khuấy làm việc liên tục và nâng nhiệt khối cháo lên 70-750C

• Duy trì nhiệt độ từ 10-15 phút, Tiếp tục nâng nhanh nhiệt độ đến điểm sôi

• Đun sôi 30 phút(bia đen),15-20 phút(bia vàng)

• Bơm khối cháo đun sôi lần 2 sang thiết bị phối trộn.

• Nhiệt độ toàn khối nấu là 64-650C

• Cánh khuấy ngừng hoạt động 10-15 phút

• Bơm 1/3 cháo đặc từ tb phối trộn sang tb đường hóa Cánh khuấy hoạt động

• Nâng nhiệt độ khối cháo lên 75-770C

• Đun sôi 10-15 phút

2.3.1.2 Phương pháp nhị phân đoạn:

- Là pp thông dụng trong sx bia vàng

o Bột malt trộn với nước ở 50-520C

o Cánh khuấy ngừng làm việc,để yên khối bột trong 20 phút

o Bơm 1/3(hoặc 2/5) dịch đặc ở tb phối trộn sang tb đường hóa

o Nâng nhiệt đoạn nhất lên 70-720C,trong 15-25 phút đường hóa kết thúc

o Nâng nhiệt độ khối cháo đến điểm sôi, sôi trong 15-30 phút

o Bơm quay trở lại tb phối trộn, nhiệt độ lúc này là 63-650C

o Cánh khuấy dừng làm việc,để yên 20phút

• Bơm 2/5 dịch cháo đặc ở tb phối trộn sang tb đường hóa ,được đoạn nhị

• Nâng nhiệt độ lên 70-750C qt đường hóa diễn ra trong 15-20 phút

• Đun sôi 20phút và bơm quay trở lại tb phối trộn

• Nhiệt độ khối cháo tăng lên 73-750C

• Duy trì nhiệt độ đến khi qt đường hóa kết thúc

2.3.1.3 Phương pháp nhất phân đoạn:

• Bột malt trộn với nước ở 520C, sau 20 phút đạm hóa được chuyển sang tb đường hóa

• Nâng nhiệt 63-650C

• QT đường hóa xong, dừng cánh khuấy, để yên 20 phút,pha rắn được kết lắng

• Phần dịch lỏng được hút và bơm về nồi phối trộn

• Đun sôi phần đặc 40 phút

• Bơm cháo đặc được đun sôi trở về tb phối trôn

• Nhiệt độ chung của dịch là 770C.Duy trì nhiệt độ khối cháo

2.3.2 Đường hóa theo phương pháp toàn khối:

Được sử dụng rộng rãi do công nghệ đơn giản cho nên dể cơ giới hóa ,tự động hóa

Có hai phương pháp đường hóa toàn khối là:

- Phương pháp tăng dần nhiệt độ

- Phương pháp giảm dần nhiệt độ

2.3.2.1 Phương pháp tăng dần nhiệt độ

Bột malt được trộn đều với nước ở 450C, sau đó để yên nhiệt độ này trong 60 phút Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 62-650C và duy trì nhiệ đọ này đến khi đường hóa kết thúc

Hoặc có thể trộn bột malt với nước ở nhiệt độ thường sau đó nâng dần lên 750C Tại các điểm 520C, 620C cần duy trì thời gian nghĩ cần thiết để đạm hóa và đường hóa

2.3.2.2 Phương pháp giảm dần nhiệt độ

Tiến hành đường hóa ở một nhiệt độ không đổi

Bột malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 750C Sau khi đánh nhuyễn, nhiệt đọ chung của khối cháo là 700C Để yên khối cháo cho nhiệt độ giảm dần cho đến khi đường hóa kết thúc

Cách này chỉ áp dụng khi malt có hoạt lực enzyme rất cao còn protein hầu như thủy phân triệt để ở giai đoạn ươm mần

2.4 Đường hóa khi có sử dụng nguyên liệu thay thế:

Mục đính: Hạ giá thành sản phẩm

Gồm có hai trường hợp:

- Trường hợp thay thế ít

o Hầm nhừ nguyên liệu

o Đường hoá theo kiểu phân đoạn

- Trường hợp thay thế nhiều

Là biện pháp nấu chín bột dưới áp suất cao trong các thiết bị kín và chịu lực

Bột nghiền mịn được trộn đều với nước ở nhiệt đọ 500C với ti lệ 1:2-2,5 Bổ sung một lượng malt bằng 5-7% lượng nguyên liệu thay thế Đun sôi và nâng áp lực trong thiết bị lên 2kG/cm2, giữ trong 15 phút sau đó nâng lên 3kG/cm2 trong 5-10 phút Cháo gạo đã hầm nhừ được đưa sang phối trộn Ở nồi malt trước đó 30 phút, lượng malt trộn đều với nước ở 50 °C Sau khi đưa dịc cháo qua thì hỗn hợp đạt nhiệt độ 650C Từ đây có thể thực hiện quá trình đường hóa theo một trong các phương pháp đường hóa

2.4.1.2 Đường hóa theo kiểu phân đoạn

Ở nồi đường hoá, toàn bộ lượng bột gạo và 25% lượng bột malt được trộn với nước ở nhiệt độ 50 0C Hạ pH của dịch bột xuống 5,3- 5,5 bằng acid lactic hoạc acid phosphoric Cánh khuấy ngừng làm việc và để yên khối cháo ở nhiệt độ này trong 30-40 phút Sau đó nâng dần nhiệt độ lên 63-730C trong thời gian là 30-40 phút Tiếp tục nâng nhanh lên nhiệt

độ sôi và cho sôi mạnh trong 25 phút, sau đó bơm sang nồi phối trộn Lúc này ở nồi phối trộn đã có dịch bột malt, nhiệt độ của nó đang 500C sẽ tăng vọt lên 650C Đun sôi gạo lần này được xem là đoạn nhất Từ đây về sau có thể tiến hành theo phương pháp nhất phân đoạn hay nhị phân đoạn

2.4.2 Trường hợp thay thế nhiều

Để thực hiện tốt cần bổ sung thêm chế phẩm enzyme, đồng thời nguyên liệu thay thế phải nghiền mịn, dùng nước mềm và hạ pH của nước xuống 5,3-5,4 bằng phương pháp acid hóa

Ở trong nồi đường hóa, toàn bộ bột gạo và 10% bột malt được trộn đều với nước ở nhiệ độ 450C Bổ sung 25% lượng chế phẩm enzyme cần dùng Khuấy đều dịch bột và cho acid lactic vào và đến khi pH hạ xuống 5,3 Để yên khối cháo trong nhiệt độ 450C trong 15

phút Nâng nhanh lên 52 °C để trong 20 phút Tiếp tục nâng lên 70 °C để trong 15 phút Sau

đó đun sôi trong 30 phút Sau khi dịch bột chín, khối cháo được bơm trộn sang nồi phối trộn Ở đây, phần bột malt cùng với chế phẩm enzyme được trộn đều với acid lactic ở 30

°C, pH= 5,5 Sau khi bơm dịch cháo sang nhiệt độ chung của khối cháo mới là 50-520C Cánh khấy làm việc liên tục và duy trì nhiệt độ này trong 15 phút Sau đó nâng nhiệt độ dần lên 56 °C, duy trì trong 10 phút Tiếp tục nâng nhiệt độ dần lên 63 °C và từ đây thực hiện theo một trong các phương pháp đồng hóa

2.5 Các biện pháp nâng cao hiệu suất đường hóa

Hiệu suất đường hóa là đại lượng được tính bằng tỷ số giữa khối lượng chất khô đã chuyển hóa thành các sản phẩm thấp phân tử, hòa tan vào nước trở thành chất chiết của dịch đường và tổng số chất khô của nguyên liệu đem vào đường hóa Đại lượng này tính bằng phần trăm (%)

Để nâng cao hiệu suất đường hóa, trong thực tế sản xuất người ta thường có các giải pháp công nghệ như sau:

 Làm mềm nước và hạ nhiệt độ của nó bằng cách bổ sung CaSO4 hoặc CaCl2

 Hạ pH của dung dịch bằng cách bổ sung acid lactic

 Bổ sung chế phẩm enzyme vào dịch bột nhằm tăng cường khả năng xúc tác thủy phân cơ chế

3 Lọc dịch đường

Dịch đường hóa bao gồm các chất hòa tan và không hòa tan Do đó, cần phải lọc để tách các chất hòa tan ra khỏi các chất không hòa tan

Quá trình lọc được tiến hành theo hai bước: Lọc dịch đường và rửa bã

Tấm lọc thông thường là các lưới kim loại dạng mắt sàn hoặc tấm bản bề mặt có lưới rãnh liên thông, được lọc bằng vật liệu lọc Trong cả hai trường hợp thì lỗ hổng của tấm lọc

có kích thước khá lớn Do đó mà những phút đầu tiên của quá trình lọc bã, dịch đường chảy

ra rất đục Sau một thời gian nhất định, trên tấm lọc đã được phủ một lớp lọc phụ, sẽ làm tăng thêm khả năng lọc, dịch đường chảy qua có độ trong cao hơn lúc đầu

Lớp lọc phụ hình thành chủ yếu do bã malt Trong lớp bã đó được tạo thành rất nhiều mương dẫn ngoằn nghèo với kích thước (đường kính và độ dài) và mật độ khác nhau phụ thuộc vào mức độ nghiền nguyên liệu

Các yếu tố ảnh hưởng:

 Mức độ nghiền malt: malt được nghiền đúng kĩ thuật thì phần bã trấu sẽ tạo ra một lớp trợ lọc xốp Malt nghiền quá mịn sẽ dẫn đến tình trạng tắc các mao dẫn, giảm tốc

độ lọc