CÔNG NGHỆ LÊN MEN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA HĨA BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM CƠNG NGHỆ LÊN MEN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALT GVHD: Nguyễn Thị Lan Anh Nhóm: 01 SVTH: Trương Thị Thùy Dung Nguyễn Thị Phương Anh Trần Công Hiếu Trà Trịnh Hạc Trần Thị Thanh Nhàn Đà Nẵng, 2021 Chương 1: TỔNG QUAN Tổng quan nguyên liệu: - Malt sản phẩm chế biến từ loại hạt hòa thảo đại mạch, tiểu mạch, thóc, ngơ, … Sau cho nảy mầm điều kiện nhân tạo sấy đến độ ẩm định với điều kiện bắt buộc Malt loại bán thành phẩm giàu chất dinh dưỡng: chứa 16 -18% chất thấp phân tử dễ hòa tan, chủ yếu đường đơn giản, dextrin bậc thấp, axit amin, chất khoáng, nhóm vitamin đặc biệt có hệ enzim phong phú, chủ yếu proteaza amylaza Malt dùng để chế biến loại thực phẩm có chất lượng cao bột dinh dưỡng cho trẻ em, lọa đồ uống tổng hợp cho người già phụ nữ có thai Dùng tác nhân dịch hóa sản xuất rượu cồn từ tinh bột, làm tác nhân đường hóa sản xuất kẹo mạch nha, … Nhưng có lẻ công dụng lớn malt dùng để sản xuất loại đồ uống có độ cồn thấp Tổng quan công nghệ sản xuất malt: Malt đại mạch nguyên liệu để sản xuất loại bia Q trình quan trọng mà qua hạt đại mạch trở thành hạt malt nảy mầm Mục tiêu lớn trình mầm mục tiêu chủ yếu trình sản xuất malt để hoạt hóa, tích lũy khối lượng hoạt lực hệ enzim có hạt đại mạch Hệ enzyme động lực chủ yếu để phân cắt hợp chất cao phân tử nội nhữ hạt thành sản phẩm thấp phân tử (chủ yếu đường đơn giản, dextrin bậc thấp, axit amin, albumoza, pepton nhiều chất khác) hòa tan bền vững vào nước để trở thành chất chiết dịch đường Mục đích đạt cách tạo điều kiện thật thích hợp độ ẩm, nhiệt độ độ thống khí cho khối hạt cho giống điều kiện hạt nảy mầm tự nhiên lịng đất Khi đặt mơi trường đủ điều kiện thích hợp, theo quy luật tự nhiên phôi hạt phát triển để tạo non nhằm mục đích trì nịi giống Để thực thi việc đó, hệ enzyme có nội nhũ hạt “đánh thức” dậy để đảm nhận công việc hậu cần: thủy phân hợp chất cao phân tử thành sản phẩm thấp phân tử Chương :Quy trình sản xuất Malt Quy trình sản xuất malt gồm bước bản: Bước 1: Sản xuất malt tươi - Ngâm đại mạch - Ươm mầm đại mạch Bước 2: Sản xuất malt thành phẩm - Sấy malt tươi - Tách rễ, làm bóng, đóng gói bảo quản Tạp Chất Quy trình cơng nghệ Đại Mạch Tiếp Nhận Làm phân loại Tạp Chất Bảo Quản Rửa, sát trùng hạt Ngâm Ươm Mầm Sấy malt tươi Tách rễ, mầm Bảo quản thành phẩm Sản phẩm Rễ, mầm Sơ đồ công nghệ sản xuất malt tiếp nhận đại mạch; làm phân loại đại mạch; Bảo quản đại mạch; ngâm đại mạch; ươm mầm sấy malt tươi; tách rễ malt khô; bảo quản malt thành phẩm Thuyết minh quy trình cơng nghệ 2.1 Hạt đại mạch Đại mạch gồm nhiều loại Trong công nghê ̣sản xuất malt người ta chủ yếu dùng đaị mạch hàng, đứng và rất quan tâm tới thành phần hóa học của chúng Người ta nhâp hạt đại mạch loại và để sản xuất malt - Loại 1: tốt nhất có bề dầy hạt lớn 2,5 mm - Loại 2: có bề dầy hạt từ: 2,2 tới 2,5 mm Người ta nhập đại mạch vận chuyển vào kho bảo quản chờ chế biến 2.2 Làm 2.2.1 Mục đích Trong quá trình thu hoạch, vân chuyển cũng bảo quản có nhiều tạp chất vô (đất, đá, sỏi, sạn ) và hữu (hạt cỏ dại, xác côn trùng ) có thể rơi vào khối hạt Do đó, để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất và để cho sản phẩm đạt chất lượng cao, đại mạch cần phải làm sạch tạp chất trước đưa vào quy trình sản xuất 2.2.2 Cách tiến hành  Quạt sàng Hình Máy quạt sàng  Cấu tạo: Cửa nguyên liệu vào Đại mạch sạch Cửa tạp chất lớn Bụi Rơm, rác Con quay điều chỉnh hạt Tạp chất bé Quạt sàng dùng để loại bỏ hạt bụi, thóc lép, rơm rạ, các tạp chất nhẹ, đá sỏi và nhiều tạp chất khác có khối hạt Bộ phận làm việc của quạt sàng bao gồm vít tải để chuyển hạt đến quạt, hai quạt hút (hoặc quạt nén) và hệ thống sàng rung gồm hai ba sàng Sau khối hạt qua sàng thì được làm sạch dần  Nguyên tắc hoạt động: Đại mạch được vít tải đổ vào quạt qua phễu, tại có quay để điều chỉnh lưu lượng của hạt vào cách đều đặn Hạt được rơi xuống sàng thứ nhất, sàng này bé nhất ba sàng của quạt và nằm nghiêng so với hai sàng Sàng này có lỗ hình tròn đường kính 10÷20mm hình bầu dục dài với kích thước 35x8mm Với kích thước sàng này giữ lại các tạp chất lớn đá, sỏi, … đồng thời lúc này hệ thống quạt hút làm việc, không khí bị hút qua lớp hạt cuốn theo bụi, các tạp chất nhẹ và sau đó chúng được lắng xuống phễu (3), còn bụi cuốn theo không khí theo đường ống để vào Xiclon Các tạp chất lớn được loại khỏi hạt sau qua sàng thứ nhất, khốt hạt được tiếp tục rơi xuống sàng thứ hai, sàng này có kích thước lỗ sàng nhỏ sàng thứ nhất, lỗ sàng hình bầu dục có kích thước 25x4,5mm Sàng thứ hai tiếp tục giữ lại các tạp chất lớn hạt đại mạch Sau qua sàng thứ hai hại được đổ xuống sàng thứ ba, sàng này có lỗ hình bầu dục kích thước 20x2mm hình tròn đường kính 1÷1,5mm Với kích thước lỗ sàng nó giữ lại đại mạch và cho qua cát, sỏi và các tạp chất bé kích thước của lỗ sàng Các tạp chất được thu gom thùng chứa riêng, đại mạch được làm sạch thu gom kênh riêng, đó chúng được thổi luồng không khí mạnh và các tạp chất nhẹ, bụi nếu còn sót lại khối hạt bị loại trừ triệt để  Thiết bị làm từ tính: Sau khốt hạt khỏi quạt sàng thì các tạp chất rác, bụi, sỏi, … bị loại các mạt sắt, kim loại còn tồn tại khối hạt, vì khối hạt được cho vào thiết bị làm sạch từ tính để loại bỏ các tạp chất kim loại này Bộ phận làm việc chủ yếu của thiết bị này là nam châm vĩnh cửu cuộn nam châm điện từ Mặt phẳng mà hạt phải trượt qua máy làm sạch nam châm vĩnh cửu được đặt với độ nghiêng 450 Để điều chỉnh dòng khối hạt đổ xuống mặt phẳng nghiêng cách đều đặn người ta lắp đặt van hãm Hình Nguyên tắc hoạt động máy làm từ tính  Chú thích: a) Nam châm vĩnh cửu b) Nam châm điện từ Nam châm Tang quay Van điều chỉnh dòng hạt Đại mạch chưa làm sạch 5 Đại mạch làm sạch Dòng hạt qua mặt phẳng nghiêng thì tất cả những vật có từ tính bị giữ lại mặt phẳng, còn đại mạch rơi xuống phễu và được chuyển ngoài Để những vật chất có từ tính bị giữ lại mặt phẳng thì nam châm dùng để chế tạo thiết bị phải có mật độ từ trường ít nhất là 9000 Gaus đồng thời chiều dày lớp hạt chảy mặt phẳng nghiêng không được quá dày, cho phép tối đa là 5mm và tốc độ chảy của chúng nên vào khoảng 0,5m/s 2.3 Rửa sát trùng hạt 2.3.1 Mục đích Hạt đại mạch quá trình thu nhận và bảo quản có các hạt bụi, các bào tử vi khuẩn, nấm mốc bám vào vỏ, các hạt lép, hạt gãy, vỡ… Vì vậy, trước ngâm người ta thường kết hợp rửa và sát trùng khối hạt nhằm mục đích:  Loại bỏ những hạt lép, hạt không đạt tiêu chuẩn, các tạp chất, các mẫu hạt gãy, vụn… mà quá trình làm sạch và phân loại chưa loại bỏ hết  Rửa sạch bụi và số vi sinh vật, côn trùng bám bề mặt hạt  Sử dụng các biện pháp thích hợp để sát trùng khối hạt, tạo điều kiện thuận lợi kích thích nảy mầm của hạt đại mạch Để sát trùng hạt người ta có thể dùng nhiều chất khác như: formalin, H2O2, KMnO4, Ca(OH)2… Tuy nhiên, sử dụng cần lưu ý chọn loại nào và liều lượng để đảm bảo không ảnh hưởng xấu đến quá trình ươm mầm cũng chất lượng malt thành phẩm 2.3.2 Cách tiến hành Rửa và sát trùng đại mạch được tiến hành trước ngâm đại mạch, quá trình này được thực cùng thiết bị với quá trình ngâm Cho nước vào đầy ½ thể tích của thùng ngâm, đổ đại mạch vào thùng đồng thời thổi không khí thật mạnh, sau cho hết lượng đại mạch vào thùng thì liên tục thổi không khí 10 phút, sau đó để yên 1h Tất cả các hạt lép và tạp chất nhẹ lên mặt nước và thu gom vào camera (9) Nước bẩn được tháo khỏi thùng qua cửa (5) Sau đó cho nước sạch vào thùng qua cửa (4) đồng thời cho chất sát trùng vào và khuấy đảo liên tục khí nén Sau 2-3 giờ, nước bẩn cùng chất sát trùng được tháo khỏi thùng Một lần nữa nước sạch được nạp vào thùng, khuấy đảo khoảng 15 phút, sau đó nước bẩn xả khỏi thùng còn đại mạch được chuyển sang chế độ ngâm Nước sử dụng quá trình rữa hạt phải đảm bảo các tiêu về hóa học và sinh học Để hạt sạch người ta thường cho thêm vào nước rữa số chất: NaOH-0,35kg/m3nước, Na2CO3- 0,9kg/m3nước, CaO-1,3kg/m3nước 2.4 Ngâm hạt 2.4.1 Mục đích Hạt đại mạch nhập về có độ ẩm nhỏ (W = 12%), lượng nước này là nước liên kết Với hàm ẩm chúng không đủ khả hoạt hóa phôi để phát triển thành Muốn thực quá trình này, hạt phải hút thêm lượng nước bổ sung nhờ vào việc ngâm hạt Do đó, ngâm hạt là để hạt đại mạch hút thêm lượng nước tự để nâng hàm ẩm lên 43-45%, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ươm mầm sau này Khi ngâm hạt cần chú ý đến: Nhiệt độ nước ngâm, kích thước hạt , hàm lượng protein hạt để điều chỉnh thông số kỹ thuật cho quá trình ngâm hạt đạt hiệu quả cao nhất Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ nước ngâm đối với quá trình sản xuất malt vàng là từ 12–14oC, hạt càng to thì quá trình hút nước chậm nên cần ngâm thời gian lâu và ngược lại Và đặc biệt, đối với hạt có hàm lượng protein cao thì tốc độ hút nước chậm 123456- Ống đảo đại mạch Đường ống dẫn khí nén Đường ống ruột gà sủi khí Nước sạch Nước bẩn Ống phân phối hạt 7- Lưới chắn hạt tháo nước rửa mà không cần tháo hạt 8- Cửa tháo hạt 9- Cửa tháo hạt lép và tạp chất 2.4.2 Cách tiến hành Hiện nay, có nhiều phương pháp ngâm hạt cho hiệu quả cao Trong dây chuyền công nghệ này em chọn ngâm hạt phương pháp hoán vị nước – không khí Nguyên tắc của phương pháp là ngâm hạt thời gian nước sau đó tháo hết nước, để hạt ngâm khan không khí thời gian, sau đó lại ngâm nước,… Cứ thế hoán vị tác nhân ngâm cho đến đại mạch hút đủ lượng nước cần thiết  Nguyên tắc hoạt động thiết bị: Ống trung tâm (1) dùng để đảo trộn hạt, khí nén theo đường ống (2) vào ống trung tâm làm cho tỷ trọng của hỗn hợp hạt - nước ống nhỏ ngoài ống Do đó hỗn hợp hạt - nước ống (1) lên phía và theo ống (6) phân phối bề mặt thiết bị Hỗn hợp hạt - nước bên ngoài ống xuống phía dưới rồi lại theo ống (1) lên phía Cứ thế hạt được đảo trộn để rửa sạch, lưới chắn (7) dùng để giữ hạt muốn tháo nước khỏi thiết bị mà không cần tháo hạt Còn hệ thống ống (3) dùng để cung cấp không khí cho hạt quá trình ngâm  Cách thức thực hiện: Đại mạch thiết bị sau tiến hành quá trình rửa và sát trùng được chuyển sang chế độ ngâm Sau kết thúc quá trình rửa và sát trùng, chúng ta cho nước sạch vào thùng đến vạch định mức và ngâm hạt 6h và cứ thì khối hạt được sục khí phút, tiếp theo khối hạt được ngâm theo chế độ: ngâm nước 6h, “ngâm khan” không khí 4h và cứ thì thổi khí nén vào khới hạt 3÷5 phút Khi hạt ngâm nước u cầu bề mặt hạt thùng phải phẳng và nước ngập hạt ít nhất 0,2m Thời gian ngâm của mẻ là 48h và thay nước lần, nhiệt độ nước ngâm là 12÷140C, hạt đạt đến độ ẩm W=43,5% thì quá trình ngâm kết thúc 2.4.3 Các biến đổi - Sự thẩm thấu cà khuếch tán của nước vào hạt - Sự hòa tan của các chấy polyphenol, chất chát, chất màu vỏ hạt - Sự thẩm thấu số ion và muối hòa tan nước vào hạt - Sự hút nước và trương nở của tế bào - Sự hòa tan các hợp chất thấp phân tử nội nhũ vào nước - Sự vận chuyển các chất hòa tan vào phôi - Sự hòa tan tất cả enzyme có hạt vào nước hay là giải phóng enzyme khỏi trạng thái liên kết vào trạng thái tự - Sự hoạt hóa enzyme oxi hóa khử và enzyme thủy phân - Sự hô hấp của hạt - Sự thủy phân các chất hữu cao phân tử - Xuất dấu hiệu của phát triển non phôi * Lượng nước tự thẩm tích vào bên hạt làm thể tích, khối lượng hạt tăng lên và hạt mềm và dễ thủy phân 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng - Nhiệt của nước ngâm: nhiệt độ nước ngâm càng tăng thì tốc độ hút nước của hạt càng nhanh và ngược lại - Oxi nước ngâm: là yếu tố quyết định đến cường độ hô hấp, giúp giải phóng lượng cần thiết cho phát triển của mầm - Thành phần hóa học và cấu trúc các thành phần đó có hạt: Thành phần hóa học của nước ngâm cũng ảnh hưởng trực tiếp đến vận tốc hút nước của hạt Nước ngâm có pH nghiêng về acid thì dễ hòa tan các thành phần tanin chất đắng vỏ malt Ảnh hưởng đến khả hút nước, hòa tan của các chất polyphenol, chất chát, chất màu của vỏ và cường độ hô hấp của của hạt Các ion kim loại kiềm và kiềm thổ thường hay có mặt nước, nếu hàm lượng của chúng cao thúc đẩy quá trình ngâm hạt nhanh Các ion kim loại nặng nước có khả cản trở hút nước của hạt đặc biệt là ion sắt - Độ lớn của hạt: kích thước của hạt cũng ảnh hưởng đến tốc độ ngâm Hạt to cần ngâm lâu hạt nhỏ, hạt càng dày thời gian ngâm càng lâu Do đó cần phải phân loại trước ngâm - Hàm lượng protein: ảnh hưởng đến tốc độ hút nước của hạt Hạt càng có nhiều protein thì tốc độ hút nước của hạt càng chậm Nguyên nhân là protein khó trương nở và khả hút nước kém Ngoài các yếu tố kể quá trình ngâm hạt còn chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu của vùng gieo trồng đại mạch Đại mạch gieo trồng vùng khí hậu khô, độ ẩm không khí thấp, lượng mưa ít và đất đai kém màu mỡ thì khả hút nước kém so với đại mạch được trồng vùng khí hậu ôn hòa 2.6 Ươm mầm Là khâu quan trong sản xuất malt 2.6.1 Mục đích: - Giải phóng tích lũy hệ enzyme thủy phân - Tạo điều kiện thuận lợi cho hệ enzyme thủy phân phần chất có hạt từ dạng phức sang dạng đơn giản Các trình xảy ươm mầm: - Sự biến đổi hình thái: thể ở: bên ngồi mầm rễ bắt đầu xuất từ từ, bên tác động hệ enzyme có sẵn hạt tạo thành hạt xitaza, proinaza, pectinaza, … tạo thành tế bào bị thủy phân, tức bị hòa tan Nhờ enzyme thủy phân tiến vào tế bào hạt tiếp tuc thủy phân - Sự hoạt hóa ezym nảy mầm: mục đích q trình ươm mầm, q trình loạt enzyme hoạt hóa tích lũy nhiều lên Những enzyme có giá trị α – amylaza β – amylaza  Hệ enzyme amylaza - α – amylaza: hạt bình thường, hoạt tính α – amylaza khơng xuất thời kì nảy mầm ngày thứ 3, thứ hoạt tính α – amylaza tăng nhiều - β – amylaza: chuyển sang trạng thái hoạt động nhờ tác động enzyme proteinaza giải phóng khỏi protein Amilophotphataza giải phóng H PO Trong ươm mầm enzyme tăng không nhiều hai loại Hệ enzyme proteaza tăng lên nhiều ươm, tăng lên khoảng lần loại enzyme chia làm nhóm: protenaza, pepidaza, amidaza Ngồi hệ enzim q trình ươm mầm cịn làm tăng hợp lực enzim khác như: xitaza, esteraza, enzim hô hấp - Sự hơ hấp: q trình ươm mầm, hơ hấp xảy mạnh, trình làm tiêu tốn nhiều chất hữu hidratcacbon Hạt hơ hấp hiếu khí yếm khí tùy lượng oxy khối hạt đặc biệt xảy hơ hấp yếm khí làm hư hỏng mầm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm - Sự thay đổi thành phần hóa học: nhìn chung chất hữu chuyển từ dạng phức tạp sang dạng đơn giản - Dưới tác dụng enzim xitaza chất cấu tạo nên thành tế bào bị thủy phân, tiếp tác dụng hệ enzim amylaza, tinh bột bị thủy phân hàm lượng đường tăng lên - Sự thủy phân protein enzim proteinaza để chuyển protein cao phân tử thành hợp chất có phân tử lượng nhỏ Đầu tiên tạo thành albumoza pepton, sau thành axit amin - Một biến đổi quan trọng thủy phân phitin để tạo thành inozit axits fotforic - Lượng chất béo trình ươm mầm bị giảm phần bị thủy phân tác dụng enzim lipaza để tạo thành glixerin axit béo Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ươm mầm: - Nhiệt độ ươm mầm - Độ ẩm - Tỉ lệ O2 CO2 - Thời gian ươm mầm Các phương pháp ươm mầm: - Phương pháp ươm mầm khơng thơng gió: phương pháp ươm mầm lâu đời sử dụng Phòng ươm mầm sàn xi măng phẳng để đảm bảo ươm mầm tốt nhiệt độ phòng ươm mầm phải đáp ứng yêu cầu cơng nghệ Trong phịng ươm mầm cần đặt quạt đẩy quạt hút để diều khiển khơng khí phịng, ý xung quanh xây kín, qt vơi sơn có cửa nhỏ sơn xanh để tránh ánh mặt trời chiếu vào Nền sàn ươm phải nhẵn để rửa có độ nghiêng – 10% để dễ nước ý bề dày lớp hạt, trình ươm phải đảo hạt tìm cách thơng gió cho khối hạt - Ươm mầm ngăn: thiết bị ươm mầm ngăn xây bê tông thép thông thường inox Cấu tạo chi tiết ngăn khác phụ thuộc vào nguyên tắc thổi khí, nẵng suất, chế độ ươm mầm, - Ươm mầm thùng quay: thiết bị bao gồm dãy thùng quay Dựa vào cấu tạo người ta chia thành thùng quay kín thùng quay hở đặc điểm thùng quay kín cách ly hồn toàn hạt ươm với điều kiện bên Thùng quay hở cấu tạo thùng quay, bên lưới bên có ống lưới trung tâm Khơng khí điều hịa qua ống trung tâm xun qua lớp hạt bên ngồi qua lỗ lưới thùng quay - Ươm mầm ngăn có luống di động: theo phương pháp hạt ươm mầm ngăn dài chia thành nhiều luống số luống ngăn số ngày ươm … thiết bị có ưu điểm sử dụng hết diện tích phịng ươm Tuy nhiên ta khơng thể thay đổi chế độ cơng nghệ suốt q trình ươm lơ hạt đưa vào ươm có chất lượng khác độ ẩm, kích thước, thành phần hóa học chất lượng malt dao động nhiều 2.7 Sấy malt Mục đích: malt tươi có độ ẩm cao nên khơng thể bảo quản Mặt khác mùi vị thành phần hóa học malt tươi khơng thích hợp cho việc sản xuất bia malt tươi khơng có chất màu, chất thơm, nhiều protein nên làm giảm độ bền hóa lý bia Trong mầm malt lại có alcaloit hodein làm cho bia có mùi khó chịu đó, để thỏa mãn yêu cầu sản xuất bia malt cần phải sấy Các trình xảy sấy: - Thời kì sinh lý: nhiệt độ cao thời kì 45 oC Trong hạt, q trình hơ hấp tiếp tục phát triển, rễ mầm tiếp tục phát triển Độ ẩm malt thời kì giảm đến 30% - Thời kì sinh hóa: thời kì nằm khoảng nhiệt độ 45 o−70 o C q trình sống bị ngưng, mầm rễ khơng phát triển malt ngừng hô hấp Trong thời kì trình thủy phân tác dụng enzim phát triển mạnh nhiệt độ thích hợp hầu hết enzim nằm khoảng 45 - 60o C Nhưng tác dụng enzim phụ thuộc vào hàm lượng nước - Thời kì hóa học: thời kì nằm khoảng nhiệt độ 70o −105oC Thời kì đặc trưng tạo thành chất thơm, động tụ protein, làm yếu phá hủy phần enzim - Phương pháp thực hiện: sấy gián đoạn hay sấy liên tục thiết bị nằm ngang hay nằm đứng Công nghệ malt vàng hay malt đen khác thể ở: + Thời gian sấy: malt vàng 24h, malt đen 48h + Nhiệt độ sấy malt đen cao malt vàng nhiều 2.8 Xử lí bảo quản malt khơ Tách mầm, rễ: malt sau sấy xong cần tách hết rễ, mầm chúng làm cho bia có mùi khó chịu Cơng việc cần tiến hành sau sấy lúc mầm rễ cịn giịn nên dễ gãy dễ tách Bảo quản malt khơ: malt vừa sấy xong không nên đem nấu bia lúc malt giịn nên đem nghiền nát nhiều sau khó lọc Đơi cịn làm cho đường hóa khó, lên men dễ làm cho bia đục để tránh tượng này, malt trước đem vào sản xuất bia phải bảo quản – tuần Trong trình bảo quản malt hút ẩm (