Mục đích của đường hĩa nguyên liệu
Nhằm chuyển các thành phần chính của malt và thế liệu thành những chất hịa tan trong nước và loại bỏ những chất khơng hịa tan ra ngồi bao gồm phần lớn là tinh bột, vỏ trấu, một số protein cĩ phân tử lượng cao và một số chất hỗn hợp khác. Các chất tan vào trong dung dịch gọi là chất chiết hay dịch hỗn hợp sau khi đường hĩa. Các chất tan là đường, dextrin, acid vơ cơ và một số protein.
Trong quá trình đường hĩa α–amylase tuần tự phân cắt các chuỗi của amylose và amylopectin thành dextrin cĩ từ 7-12 gốc glucose cịn lại, β–amylase tách 2 gốc từ đuơi cịn lại của α–amylase đã cắt. Trong quá trình đường hĩa cần phải kiểm tra lượng tinh bột và dextrin chưa phân cắt bằng dung dịch iodine 0,02N để tránh trường hợp làm đục cho bia.
Các yếu tố tác động quá trình đƣờng hĩa Chất lượng malt
Protein trong malt thường bị biến đổi nhiều, vì vậy khơng nên giữ nhiệt quá lâu trong nồi malt ở nhiệt độ 50o
C vì sẽ phân hủy quá nhiều protein cao phân tử, làm cho vị của bia nhạt nhẽo hay khơng cĩ hậu vị và độ bền bọt kém.
Nhiệt độ và tỷ lệ nước với bột
Nội nhũ trong malt là phân chuyển hĩa chậm, để tạo điều kiện phá vỡ nội nhũ mà khơng thủy phân protein thì nên trộn bột với nước 32-35o
C do glucanaza cĩ thể hoạt động ở nhiệt độ này và tạo điều kiện cho các enzyme khác hoạt động tấn cơng nội nhũ nhưng khơng hề phân cắt protein xảy ra ở giai đoạn này.
Khuấy
Trong quá trình đường hĩa, khuấy giữ một vai trị quan trọng. Cánh khuấy hoạt động nhờ moto và cĩ thể điều chỉnh tốc độ quay cho phù hợp từng lúc. Khi gia nhiệt cần tăng tốc quay đảm bảo truyền nhiệt đều cho tồn bộ khối dịch. Khi giữ nhiệt thì giảm tốc độ quay để tránh thất thốt nhiệt. Nếu để cánh khuấy quay quá mạnh thì tạo điều kiện cho oxy xâm nhập vào tạo lực kéo, đồng thời làm biến đổi cấu trúc các hợp chất cĩ trong dịch hèm.
Sự oxy hĩa trong quá trình đường hĩa
Khả năng hịa tan của khơng khí vào dịch tùy thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch. Nếu để khơng khí hịa vào dịch đường nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu bia, hương vị bia kém.
Những biến đổi trong nồi đƣờng hĩa
Lượng malt sử dụng nấu cho mẻ lớn là 1500kg cùng với lượng nước 49 hl.
Giai đoạn phối trộn
Khi nồi gạo đạt 88o
C trong quá trình nâng nhiệt lên 100oC bắt đầu bổ sung malt lĩt lần 2, thì nồi malt bắt đầu xuống malt và nước, thời gian nhập liệu vào nồi khoảng 28 phút cùng lúc đĩ cánh khuấy cũng bắt đầu hoạt động.
Sau khi xuống bột malt xong thì tiến hành đổ CaCl2 và acid lactic 150 mg/mẻ vào nhằm mục đích:
+ Bổ sung Ca2+ để tác dụng với muối phosphat trong malt làm tăng độ acid của hồ malt, giúp cho quá trình thuỷ phân tạo dịch đường diễn ra thuận lợi hơn, tăng hiệu suất chất hịa tan.
+ Đặc biệt tăng tính bền nhiệt cho α-amylase, vì Ca2+ tham gia vào quá trình hình thành và ổn định cấu trúc bậc 3 của amylase.
+ Hỗ trợ các quá trình tiếp theo: cải thiện tốc độ lọc hèm, làm tăng tốc độ lắng.
+ Bổ sung acid lactic vào để điều chỉnh pH nồi malt tạo mơi trường thích hợp cho enzyme thuỷ phân tinh bột.
Giai đoạn 65o
C
Xuống bột malt hồn tất thì hỗn hợp được nâng lên 50o
C trong 20 phút và giữ trong thời gian 0-10 phút tùy vào chất lượng nguyên liệu. Nếu kéo dài thời gian đường hĩa ở 50oC sẽ làm cho bọt bia bị phân hủy ở nhiệt độ này làm sản phẩm bia tạo ra ít bọt.
Dịch cháo (nồi gạo) được bơm vào nồi malt trong 15-35 phút, được phối trộn với nhau khoảng 10-15 phút, trong lúc đĩ cánh khuấy hoạt động liên tục để giúp quá trình phối trộn được đều và đạt yêu cầu 65o
C và được giữ ổn định ở 25 phút. Trong nồi phối trộn pH được giữ ở 5,5÷5,7 vì đây là thời điểm đường hĩa, β- amylase sẽ hoạt động mạnh để thủy phân tinh bột thành đường maltose, dextrin. Nhờ cánh khuấy và việc bơm hồ cháo từ nồi gạo từ từ qua nồi malt nên khơng xảy ra hiện tượng tăng cao nhiệt độ cục bộ trong nồi malt làm vơ hoạt enzyme.
Tuy nhiên, β-amylase khơng phân cắt được các liên kết α-1,6 glycoside trong mạch amylopectin. Nên tác dụng của enzyme chỉ phân giải khoảng 64÷65% amylopectin thành maltose, phần cịn lại là các dextrin bậc cao. Sản phẩm chủ yếu trong giai đoạn này là maltose, tức là chất tan lên men được.
Giai đoạn 75o
C
Nâng nhiệt lên từ 65o
C-75oC trong 15 phút và giữ ở 25 phút; đây là thời gian thích hợp cho enzyme α- amylase hoạt động, enzyme này tác động mạnh lên các mạch amylose và amylopeptin của tinh bột, và bẻ gãy liên kết α-1,4 glucoside. Tuy nhiên, enzyme này khơng thể phân hủy các liên kết α- 1,6 glycoside, nhưng với cơ chế tác động của α-amylase lên tinh bột chúng vẫn tiếp xúc được với các liên kết α- 1,4 glycoside cho sản phẩm chủ yếu là dextrin một ít glucose và maltose. Nhờ quá trình này độ nhớt giảm một cách nhanh chĩng.
Giai đoạn 76o
C
Giữ trong 5 phút trước khi bơm sang thiết bị lọc.
Mục đích: duy trì ở khoảng bù trừ nhiệt tổn hao trên đường ống và duy trì sự tồn tại của emzyme α-amylase trong nước nha, để tiếp tục thuỷ phân lượng tinh bột cịn sĩt lại trong bã.
α - amylase tuần tự phân cắt các chuỗi của amylose và amylopectin thành dextrin cĩ từ 7÷12 gốc glucose cịn lại, β - amylase tách 2 gốc từ đuơi cịn lại của α - amylase đã cắt, để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đường khác như maltotriose và glucose cĩ độ dài của chuỗi khác nhau cũng được hình thành.
Đường hĩa tinh bột phải kiểm tra, bởi vì những tinh bột và dextrin chưa phân cắt sẽ là nguyên nhân gây đục cho bia. Mức độ đường hĩa của tinh bột được kiểm tra bằng dung dịch 0,02N iodine.
3.3.3.3. Những yếu tố ảnh hưởng và biện pháp nâng cao hiệu suất của quá trình đường hĩa
Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đƣờng hĩa
o Nhiệt độ
Nhiệt độ thủy phân là một trong những yếu tố quyết định cường độ và chiều hướng tiến triển của các quá trình hệ enzyme. Việc điều chỉnh nhiệt độ chính là giải pháp hữu hiệu nhất cho hoạt động của enzyme trong quá trình đường hĩa và khi đạt tới nhiệt độ tối ưu cho enzyme hoạt động thì cần duy trì nhiệt độ đĩ trong một khoảng thời gian nhất định để enzyme thực hiện xúc tác thủy phân. Từ đĩ, sẽ tạo điều kiện tốt cho quá trình đường hĩa bằng việc phân cắt các cao phân tử được triệt để, hiệu suất thu hồi chất chiết mới cao.
Bên cạnh nhiệt độ, thì sự hồ hĩa tinh bột cũng là một yếu tố khá mạnh ảnh hưởng đến tốc độ đường hĩa. Khi tinh bột đã trải qua quá trình hồ hĩa, đường hĩa sẽ dễ dàng hơn và triệt để hơn khi khơng cĩ quá trình hồ hĩa.
o Ảnh hƣởng của pH
Độ chua pH của dịch cháo là yếu tố khá mạnh ảnh hưởng đến động lực học của quá trình thủy phân và quá trình đường hĩa. Yếu tố này ảnh hưởng khá rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nĩ ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ ion hĩa cơ chất, enzyme và ảnh hưởng đến độ bền protein của enzyme.
Ngay từ đầu độ chua của dịch cháo malt là thấp hơn so với độ chua tối ưu của các enzyme. Do đĩ, cần xử lý nước nấu malt thành dạng nước mềm trước khi đem nấu bởi vì nếu sử dụng nước cứng cacbonat thì độ chua của cháo sẽ giảm tiếp tục, khơng cĩ lợi cho quá trình đường hĩa.
o Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất
Nồng độ cơ chất ảnh hưởng khá mạnh đến chất lượng và khối lượng của các sản phẩm thủy phân do sự phân cắt của nhĩm enzyme amylase. Nếu dịch cháo lỗng thì lượng đường tạo ra càng nhiều và cũng cĩ khả năng lên men được. Nĩi một cách khác, nếu nồng độ bột nghiền trong dịch cháo thấp thì hoạt động của enzyme mạnh hơn. Tận dụng điều này trong sản xuất khi sử dụng nhiều thế liệu chưa nảy mầm để thay thế cho malt mà muốn tăng hiệu suất đường hĩa sẽ dùng nước phối trộn nhiều nước vào.
Khi đường hĩa dịch cháo đậm đặc, lượng đường maltoza thu được sẽ nhiều hơn so với dịch cháo lỗng. Ở dịch cháo đặc, độ bền nhiệt của β-amylase cao hơn và do nồng độ của cơ chất cao thời gian đường hĩa kéo dài thì điều này rất thích hợp cho β-amylase hoạt động vì tốc độ phân cắt của chúng tương đối chậm.
Các biện pháp nâng cao hiệu suất đƣờng hĩa
Để nâng cao hiệu suất đường hĩa trong sản xuất nhằm tăng giá trị thương phẩm và chất lượng bia về sau, ta cần thực hiện một số biện pháp sau:
o Làm mềm nƣớc hoặc bổ sung CaSO4 hoặc CaCl2
Bình thường độ chua của dịch malt thấp hơn rất nhiều so với độ chua cho hệ enzyme thủy phân. Nếu nước nấu malt cĩ độ cứng cacbonat cao thì độ lệch đĩ càng lớn hơn. Vì vậy, việc giảm bớt độ cứng cacbonat và tăng cường độ cứng sunfat cho nước là biện pháp trực tiếp cho việc giảm độ kiềm, tăng độ chua định phân của mơi trường, tạo điều kiện cho hệ enzyme xúc tác.
Cĩ những trường hợp độ cứng cacbonat của nước tuy cao nhưng nếu được dung hịa một lượng CaSO4, CaCl2 thì những tác động làm ảnh hưởng khơng tốt đến quá trình đường hĩa cũng giảm bớt đến mức chấp nhận được. Nhưng khi sử dụng CaSO4 quá liều sẽ gây tác dụng khơng tốt đến độ lên men, tính đệm của dịch đường và làm cho sản phẩm cuối cùng cĩ vị lạ.
o Hạ pH của dịch bột bằng cách acid hĩa
Khi sản xuất bia các loại bia cĩ độ bền cao nhằm bảo quản được lâu ngày mà đặc biệt là các loại bia để xuất khẩu rất quan tâm đến vấn đề pH của dịch bột. sự
lọc, năng cao được hiệu suất đường hĩa và làm cho quá trình kết lắng protit được triệt để hơn.
Một số acid thường sử dụng để giảm pH như: bổ sung acid lactic, acid sunfuric, hoặc một số acid vơ cơ khác.
o Sử dụng chế phẩm enzyme
Ngày nay, để giảm giá thành sản phẩm thì hầu hết các nhà máy đã đưa vào sử dụng một lượng nguyên liệu thay thế khá lớn (chủ yếu là gạo) với tỷ lệ 20-30% và cĩ khi cao hơn. Quá trình phân cắt và đường hĩa nguyên liệu chủ yếu dựa vào nguồn malt cĩ thể sẽ khơng đáp ứng được hiệu suất đường hĩa theo mong muốn. Do đĩ, cần bổ sung hoạt lực của enzyme bằng cách bổ sung chế phẩm enzyme từ bên ngồi.
3.3.4. Lọc dịch đƣờng
3.3.4.1. Mục đích
Dịch cháo sau khi đường hĩa xong gồm 2 phần: pha rắn và pha lỏng
+ Pha rắn gồm các cấu tử khơng hịa tan của bột nghiền, được gọi là bã hèm. + Pha lỏng bao gồm nước và các hợp chất phân tử thấp được trích ly từ malt và gạo, được gọi là dịch đường hoặc nước nha.
Mục đích của quá trình lọc nhằm phân tách phần lỗng riêng ra khỏi pha rắn. Trong quá trình lọc, những phân tử rắn trong cháo sẽ tạo thành một lớp vật liệu lọc phụ.
3.3.4.2. Quá trình lọc dịch đường
Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn
Giai đoạn 1: lọc dịch cốt ra khỏi bã
Trước khi tiến hành chuyển dịch đường qua nồi lọc thì thiết bị này sẽ được vệ sinh sạch; đĩng tất cả các van, cửa xả bã của nồi lọc và nhập khoảng 4hl nước lĩt sau cho ngập lưới lọc khởi động cánh khuấy, mở van nhập dịch, bơm nhập dịch vào nồi và nâng dần độ cao của cánh khuấy lên. Khi dịch gần ngập cánh khuấy thì giảm tốc độ cánh khuấy đến mức thấp nhất mới tắt cánh khuấy nồi lọc, để yên cho lớp lọc ổn định khoảng 10-15 phút khi đĩ bã cĩ thể dày lên 30cm tạo thành lớp lọc tự nhiên.
Khi quan sát dịch cốt đầu thấy trong và đạt 65hl thì tiến hành lọc lấy dịch cốt và chuyển qua nồi trung gian. Quá trình tách dịch cốt chảy ra càng nhanh càng tốt để khơng mất thời gian, đồng thời làm cho bã bị nén lại nên dần dần tốc độ lọc giảm đi. Vì thế cần giữ tốc độ lọc vừa phải để đảm bảo chênh lệch áp suất càng thấp càng tốt để giữ bã tơi xốp.
Giai đoạn 2: rửa bã
Sau khi tách dịch đường ra khỏi bã thì trong bã vẫn cịn giữ lại một lượng chất hịa tan, do đĩ, mục đích rửa bã là thu hồi chất chiết cịn lại. Nhiệt độ nước rửa bã theo yêu cầu là 76o
C, áp suất ép bã 400-500 mbar, tốc độ bơm nước rửa bã 60- 70% với lượng nước rửa bã 54hl/mẻ chia làm 4 lần rửa:
Lần rửa thứ nhất :0,8 ÷12hl nước Lần rửa thứ hai: 12 ÷15hl nước Lần rửa thứ ba : 12 ÷15hl nước Lần rửa thứ tư : 8 ÷12hl nước
Quá trình rửa bã kết thúc khi độ Plato của nước rửa bã cuối ≤ 1,5o
P (độ Plato), khi lưu lượng dịch lọc giảm dần thì ta hạ cánh khuấy xuống sau khi hết dịch lọc ta đĩng tất cả các van lại. Sau đĩ nâng dần cánh khuấy lên cao nhất và bấm nâng dần lên nửa để hạ dao gạt bả xuống, mở cửa xả bả lọc và hạ dần cánh khuấy xuống để lùa bả ra ngồi và vệ sinh nồi lọc để chuẩn bị cho nồi sau.
3.3.4.3. Những ảnh hưởng đến quá trình lọc
Nhiệt độ: nhiệt độ lọc rất quan trọng. Nếu nhiệt độ tăng thì độ nhớt dung dịch giảm. Nhưng nếu tăng nhiệt độ quá cao sẽ khơng tận dụng được thời gian thuỷ phân của enzyme trong thiết bị lọc.
Áp lực lọc: áp lực lọc cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến độ xốp của lớp bã lọc. Lớp bã đĩng vai trị trợ lọc nhưng nếu lớp bã được nén quá mạnh thì độ xốp sẽ giảm làm cho quá trình di chuyển của nước lọc qua bã khĩ khăn hơn.
Độ dày lớp bã lọc: độ dày lớp bã lọc cũng cĩ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi. Nếu lớp bã lọc quá dày sẽ giảm hiệu suất thu hồi. Nếu trên một bề mặt lưới độ dày lớp bã lọc khác nhau cũng ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch đường, làm giảm độ đường nước rửa bã.
3.3.5. Nồi trung gian
Sau khi lọc thì dịch nha được bơm qua nồi chờ, giữ nhiệt ở 75-76o
C trong khoảng 10 phút để tạo cơ hội cho enzyme tiếp tục thủy phân tinh bột sĩt để khơng làm ảnh hưởng đến độ trong của bia. Sau đĩ nâng nhiệt lên 90oC và chuyển qua nồi đun sơi.
Trong quá trình chuyển dịch lọc sang nồi trung gian khơng giữ và nâng nhiệt làm giảm xuống 70oC sẽ tạo điều kiện cho oxy khơng khí tiếp xúc với dịch đường xảy ra quá trình oxy hĩa, làm chất lượng dịch đường giảm.
3.3.6. Quá trình đun sơi dịch đƣờng với houblon
Mục đích
- Nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia cĩ mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon
- Làm gia tăng nồng độ, độ acid, cường độ màu, độ nhớt giảm và - Loại trừ các chất keo khơng bền vững đặc biệt là sự kết tủa protid…
- Nhờ quá trình đun sơi mà ổn định thành phần hĩa học của dịch đường và tạo điều kiện cho bia cĩ thành phần và tính chất theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Thực hiện
Sau khi hịa dịch đường ban đầu với dịch rửa bã sẽ được hỗn hợp cuối gọi là dịch đường ngọt hay cịn gọi là nước nha. Dịch đường trong nồi chờ được gia nhiệt đến 90-92oC được bơm sang nồi đun sơi để thực hiện quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon.
Houblon cao và viên được cho vào 2 bình tuần hồn chứa bên ngồi gần nồi đun sơi, với dịch đường trong nồi thì tiếp tục được gia nhiệt đến nhiệt độ sơi. Trước