Giai đoạn 50oC: Hoà trộn bột malt vào nước ở nhiệt độ 50oC. Đây là giai đoạn đạm hoá, protein cao phân tử sẽ được thuỷ phân thành các đoạn peptid ngắn và acid amin. Acid amin là nguồn thức ăn cung cấp đạm cho nấm men phát triển sinh khối, là một cơ chất của phản ứng maillard hình thành màu cho dịch đường. Tỉ lệ peptide, acid amin, protein còn có vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho bia thành phẩm. Trong giai đoạn đạm hoá, nồi nấu malt được bổ sung CaCl2, cung cấp ion Ca2+ và ion Cl- cho dịch cháo, giúp tăng khả năng bền nhiệt của hệ enzyme amylase.
Giai đoạn 65oC, giữ trong 35 phút: Dịch cháo từ nồi gạo được bơm qua nồi malt. Nhiệt độ của nồi malt sau khi hồi cháo là 65oC, nhiệt độ thích hợp cho β-amylase hoạt động. Sản phẩm của quá trình thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng của β-amylase là đường maltose. Maltose được nấm men sử dụng trong quá trình lên men. Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình đường hoá cũng như toàn bộ quy trình sản xuất. Nếu giai đoạn này đường hoá không đạt hiệu quả, hàm lượng maltose thấp sẽ ảnh hưởng đến độ lên men và vị của bia. Khi nồi malt đạt 65oC được 10 phút thì đo pH để xác định pH tối ưu cho quá trình đường hóa.
Giai đoạn 75oC, giữ trong 25 phút: Nồi malt được gia nhiệt đến 75oC. Nhiệt độ 75oC thích hợp cho α-amylase hoạt động. Enzyme α-amylase tiếp tục thuỷ phân phần tinh bột còn sót thành đường đơn, maltose, và các dextrin mạch ngắn. Giai đoạn 75oC giúp thuỷ phân hoàn toàn tinh bột thành các chất hoà tan trong dịch đường, không
còn tinh bột vì tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm. Nồi nấu malt được nâng lên 76oC nhằm bù mất nhiệt trong quá trình bơm dịch đường qua máy lọc. Trong quá trình lọc vẫn đảm bảo nhiệt độ thích hợp cho α-amylase tiếp tục hoạt động, khi giữ nhiệt 75oC được 10 phút thì tiến hành đo tinh bột tránh tuyệt đối tinh bột còn sót lại. Malt và gạo được tiến hành đường hoá theo sơ đồ đường hoá như Hình 3.3.
Hình 3.3: Sơ đồ đường hoá nguyên liệu của nhà máy bia
(Tài liệu kỹ thuật của Công ty Bia Sài gòn – Miền Tây) 3.2.4.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hoá
Chất lượng malt: Nếu hàm lượng acid amin được tạo ra trong quá trình nảy mầm đủ cho nấm men sử dụng, tạo màu cho bia thì không nên giữ giai đoạn 50oC quá lâu. Nếu giữ quá lâu thì lượng protein cao phân tử bị thuỷ phân quá nhiều làm cho bia có vị nhạt nhẽo hay không có hậu vị và độ bền bọt kém.
Nhiệt độ: Nhiệt độ là một trong những điều kiện quan trọng để hệ enzyme thuỷ phân hoạt động tốt. Nhiệt độ tối thích cho các hệ enzyme thuỷ phân hoạt động thì sẽ thu được chất hoà tan cao.
Giá trị pH: pH cũng có vai trò như nhiệt độ là một trong những điều kiện để enzyme tăng hoạt tính thuỷ phân. Ngoài ra pH còn có vai trò trong quá trình lọc, lên men…
Khuấy trộn: Trong quá trình đường hoá, khuấy trộn giữ một vai trò quan trọng. Khi gia nhiệt cần tăng tốc độ khuấy trộn đảm bảo nhiệt độ được đồng đều trong toàn bộ khối cháo. Trong quá trình đường hoá, nếu cánh khuấy quá mạnh sẽ tạo điều kiện cho oxy xâm nhập vào và tạo lực kéo, đồng thời làm biến đổi cấu trúc các hợp chất có trong dịch hèm. Nếu sử dụng cánh khuấy quá ngắn sẽ gây phân tách khối dịch cháo
dẫn đến chênh lệch nhiệt độ làm giảm hiệu suất chiết. Cánh khuấy phải được thiết kế phù hợp và vận hành đúng.
Sự oxy hoá trong quá trình đường hoá: Khả năng hoà tan của không khí vào dịch cháo phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch đường. Nếu để không khí hoà tan vào dịch nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu bia, hương bia giảm. Một số nguyên nhân chính để không khí xâm nhập vào dịch cháo:
- Dịch cháo chảy vào thiết bị từ trên xuống. - Vận tốc cánh khuấy cao.
- Tạo xoáy khi bơm dịch.
3.2.5 Lọc dịch đường
3.2.5.1 Mục đích của quá trình lọc dịch đường
Lọc nhằm tách dịch đường với vỏ malt và những phần nội nhũ không tan. Ngoài ra, quá trình lọc còn mong muốn loại theo bã những chất không mong muốn như kim loại nặng, tanin, lipid,…
3.2.5.2 Quá trình thực hiện
Sau khi kết thúc quá trình đường hóa trong nồi malt tồn tại hai phần. - Pha rắn: Gồm các cấu tử không hòa tan gọi là bã hèm.
- Pha lỏng: Gồm nước và các chất hòa tan trong mẻ nấu được trích ly từ malt và gạo được gọi là dịch đường hay dịch nha.
Trong quá trình lọc dịch luôn giữ ở nhiệt độ ổn định 75 ÷ 77oC, để đảm bảo enzyme α-amylase vẫn hoạt động tốt nhằm tiếp tục thủy phân lượng tinh bột còn sót lại và làm giảm độ nhớt giúp tăng vận tốc lọc dịch, nếu nhỏ hơn sẽ có tác động ngược lại. Nhà máy sử dụng thiết bị lọc Lauter. Đây là thiết bị lọc hiện đại nhất, hiệu suất thu hồi cao và thu được dịch đường trong.
Quá trình lọc chia thành hai giai đoạn:
Giai đoạn 1: Lọc dịch cốt ra khỏi bã. Bơm nước từ đáy nồi để lót, lượng nước khoảng 6 hL với nhiệt độ là 80oC. Dịch đường hoá có nhiệt độ 76oC được bơm qua thiết bị lọc, thời gian bơm là 8 ÷ 10 phút. Sau đó chờ lắng khoảng từ 5 ÷ 10 phút rồi bơm tuần hoàn (đến độ đục <40ºEBC bắt đầu chuyển sang lọc). Dịch đường qua lớp vải lọc và theo rãnh trên khung lọc vào đường ống chung đi qua nồi chờ.
Giai đoạn 2: Rửa bã, sau khi lọc dịch ra khỏi bã trong bã còn lại một lượng đáng kể các chất chiết. Rửa bã nhằm thu hồi hoàn toàn lượng chất chiết còn trong bã, tăng hiệu suất thu hồi. Nước rửa bã có nhiệt độ 75oC, quá trình rửa bã kết thúc khi oPlato của nước rửa bã cuối ≤ 1,5oP. Bã hèm được sử dụng làm thức ăn gia súc.
Tốc độ lọc và độ trong của dịch đường phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm, dẫn đến tốc độ lọc tăng lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng quá cao sẽ xảy ra hiện tượng biến tính và kết tủa protein. Do đó, làm cho độ nhớt cao, chúng sẽ bám trên màng lọc, tạo thành kết tủa dẻo, cản trở nhiều đến tốc độ lọc. Mặt khác, nhiệt độ cao thuận lợi cho quá trình hồ hóa tinh bột chưa hòa tan còn sót trong bã. Bột hồ hóa có độ nhớt cao, làm giảm tốc độ lọc. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao sẽ làm mất hoạt lực của hệ enzyme amylase. Do đó, hệ enzyme amylase sẽ không thủy phân tinh bột sót còn lại.
Trong quá trình lọc dịch thì lượng dịch ở nồi trung gian phải giữ nhiệt độ cao hơn 70oC, tránh sự oxy hóa các chất trong dịch đường như các loại đường khử DE, các acid amin… làm ảnh hưởng đến quá trình lên men, chất lượng sản phẩm sau này chủ yếu về mặt cảm quan. Nước rửa bã có nhiệt độ 75oC, nếu nhiệt độ cao hơn 78oC sẽ làm cho enzyme amylase bị vô hoạt, lượng tinh bột sót đã được hồ hóa nhưng chưa được đường hóa sẽ làm đục dịch đường và sản phẩm bia sau này sẽ khó trong. Đồng thời các chất khác của malt hòa tan vào dịch đã qua đường hóa sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia sau này. Vỏ malt chứa nhiều tanin, polyphenol, chất đắng… Sự oxy hóa các hợp chất này làm tăng độ màu không tốt cho dịch đường lên men. Nhiệt độ càng cao, pH càng tăng và thời gian đun nấu kéo dài thì lượng hòa tan của các chất kể trên càng lớn.
Độ nhớt: Độ nhớt của dịch đường ngoài nhiệt độ còn phụ thuộc vào nồng độ đường và thành phần riêng của nó. Nếu dịch đường có chứa nhiều hydrat cacbon dạng polyme như β-glucan hoặc các chất dạng keo thì độ nhớt của nó tăng đáng kể, do đó làm giảm tốc độ lọc.
Độ chua pH của dịch đường: Khi pH hạ xuống đến mức nào đó thì tốc độ lọc sẽ giảm và pH tối ưu cho quá trình lọc bã malt là khoảng 5,5.
Rửa bã: Là giai đoạn thứ hai của quá trình lọc dịch đường. Trong dịch rửa bã hàm lượng đường malt thấp nhưng hàm lượng protein, polyphenol, chất chát và các chất khoáng lại cao hơn (chủ yếu là SiO2). Dịch rửa bã thu được càng nhiều thì thành phần của nó càng bị thay đổi và càng về cuối thì chất lượng dịch đường càng giảm. Nước rửa bã cũng ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng của dịch đường.
3.2.6 Đun sôi dịch đường với hoa houblon
3.2.6.1 Mục đích của đun sôi dịch đường với hoa houblon
Nhằm làm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm và vị đắng đặc trưng của hoa houblon. Đồng thời cũng xảy ra một số quá trình khác như sự gia tăng nồng độ, độ acid, cường độ màu, sự tạo thành các chất khử, độ nhớt giảm xuống,… Nhằm
chiết chất đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon trong quá trình đun sôi trực tiếp dịch đường với hoa.
Làm bay hơi bớt nước, giảm pH để đưa dịch đường về nồng độ đường 13oPlato và pH = 5,3 thích hợp cho quá trình lên men. Ở nhiệt độ cao polyphenol sẽ liên kết với protein tạo phức chất. Khi lắng xuống nó sẽ kéo theo các mảng nhỏ li ti khác làm tăng độ bền sinh học của bia và độ trong của dịch đường. Polyphenol, chất đắng, chất chứa nitơ trong bia là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính cao, tạo độ bền bọt trong bia. Bay hơi một số chất dễ bay hơi hình thành trong quá trình đường hoá.
3.2.6.2 Tiến hành đun sôi
Sau khi lọc dịch đường được bơm qua nồi chờ trước khi được bơm qua nồi đun sôi. Nồi chờ giúp ổn định dịch đường, đồng thời bổ sung thêm enzyme Termamyl SC vào nồi chờ, giúp thủy phân tinh bột còn sót lại trong quá trình đường hóa và nồi chờ được gia nhiệt nhẹ, tiết kiệm thời gian. Dịch đường trong nồi chờ được gia nhiệt đến khoảng 90oC. Dịch đường được bơm qua nồi đun sôi thực hiện quá trình đun sôi dịch đường với houblon. Dịch đường tiếp tục được gia nhiệt, 10 phút trước khi dịch đường bắt đầu sôi bổ sung một lượng caramel nhằm tăng độ màu của dịch đường. Đến khi dịch đường bắt đầu sôi (nhiệt độ 95 ÷ 97oC), bổ sung ZnSO4 và houblon cao vào nồi đun sôi tiến hành đun. Bơm tuần hoàn houblon cao trong 10 ÷ 15 phút để hoà đều lượng houblon cao và ZnSO4 trong dịch đường. Houblon cao được cho vào nồi với thời gian dài nhằm tăng hiệu suất trích ly chất đắng trong houblon cao. Khoảng 10 phút sau cho acid lactic vào, bơm tuần hoàn trong 2 phút. Acid lactic có tác dụng hạ pH dịch đường xuống pH = 5,3 là pH thích hợp cho quá trình lên men. Tiếp tục đun, 20 phút trước khi dừng đun cho houblon viên vào bình houblon hai và bơm tuần hoàn 5 phút. Houblon viên có hàm lượng tinh dầu thơm cao, có tác dụng tạo hương cho bia. Quá trình đun sôi được thực hiện trong 70 phút. Nếu thể tích bốc hơi không đạt thì có thể kéo dài thời gian đun, nhưng không được kéo dài quá 10 phút.
3.2.7 Lắng và làm lạnh nước nha
Mục đích: Loại bỏ cặn làm trong dịch đường. Phần cặn houblon không được nhà máy
tái sử dụng mà thải bỏ. Làm lạnh nước nha là hạ nhiệt độ nước nha về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men (7 ÷ 9oC).
Lắng nước nha: Nước nha sau khi được đun sôi chứa một lượng cặn nóng ở dạng huyền phù và cặn houblon. Nước nha được bơm vào bồn lắng ở 1/3 chiều cao của thiết bị tính từ đáy lên và được bơm theo hướng tiếp tuyến với thành bồn lắng. Khi bơm vào trong bồn lắng, dịch đường xoáy tròn trong thiết bị, các kết tủa sẽ dịch chuyển vào tâm của dòng chảy, phần dịch đường trong xoáy ở thành thiết bị. Dịch đường trong được lấy ra khỏi thiết bị ở vị trí khoảng 1/2 và dưới đáy thiết bị. Phần cặn lắng sẽ được thải bỏ qua đường xả cặn.
Làm lạnh nước nha: Vì nhà máy sử dụng phương pháp lên men chìm nên quá trình lên men thực hiện ở nhiệt độ thấp. Dịch đường được giảm nhiệt nhanh xuống 7oC. Khi hạ nhiệt độ dịch đường phải tránh sự nhiễm khuẩn và giảm nhiệt nhanh qua đoạn nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật không mong muốn phát triển. Nhiệt độ thấp còn làm tăng khả năng hoà tan oxy vào dịch đường cung cấp cho sự tăng trưởng sinh khối trong quá trình lên men.
Một số tiêu chuẩn nước nha của nhà máy: Chất lượng nước nha phải đảm bảo một số tiêu chuẩn của nhà máy và được thể hiện ở Bảng 3.2.
Bảng 3.2: Tiêu chuẩn nước nha trong nhà máy
Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giá trị mong muốn Tiêu chuẩn Mức chấp nhận dưới Mức chấp nhận trên Độ đục % - <1500 - ≤1200 Độ màu EBC 8,5 8,0 ÷ 9,0 7,5 11,0 Độ hòa tan oPlato 13,0 12,8 ÷ 13,3 12,6 13,4 pH 5,3 5,25 ÷ 5,5 5,2 5,6 Độ đắng BU 38 37,0 ÷ 40,0 36,0 40,0 Tinh bột còn sót Không Không - không
(Nguồn: Tài liệu Công ty cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Tây)
3.2.8 Lên men
Mục đích: Quá trình lên men là chuyển hoá đường thành rượu (ethanol), CO2 và một số sản phẩm phụ dưới tác dụng của nấm men.
Cấy và thu hồi nấm men: Nấm men được cấy vào tank lên men ngay sau khi bơm mẻ nước nha đầu. Nấm men được sử dụng trong quá trình lên men của nhà máy từ thế hệ thứ 3 đến thứ 8. Nấm men được thu hồi sau giai đoạn lên men chính, khi nấm men không quá thế hệ thứ 8 và tỉ lệ nấm men chết đạt yêu cầu. Hoạt hoá men sữa là khâu cực kỳ quan trọng để duy trì thật tốt nấm men vừa thu được sau khi lên men chính và dùng để cấy giống cho mẻ tiếp theo.
Lên men chính: Lên men chính xảy ra trong khoảng 5 ÷ 7 ngày. Nhiệt độ tank lên men 7 ÷ 9oC và áp suất 0 bar. Mẻ nước nha đầu tiên có nhiệt độ là 6oC, tránh hiện tượng tăng nhiệt, sau đó nấm men được cho vào dịch đường. Khí CO2 trong giai đoạn đầu của quá trình lên men chính được thu hồi sử dụng cho các công đoạn sau. Đến cuối của giai đoạn lên men chính tiến hành dằn áp, với P = 0,4 ÷ 0,6 bar, đồng thời hạ nhiệt độ dịch bia xuống 4 ÷ 5oC. Trong thời gian lên men cần xả cặn men để loại bỏ kết tủa, xác nấm men gây mùi vị xấu cho bia.
Để hạn chế đến mức chấp nhận được việc tạo ra diacetyl trong quá trình lên men bia. Nhà máy đã sử dụng chế phẩm sinh học vào quá trình lên men. Thực tế công ty đã áp
dụng một cách hiệu quả chế phẩm sinh học (Malturex L), chất phụ gia này được cho cùng lúc cấy men vào trong dịch nha được chuyển từ nhà nấu qua tank lên men. Chế phẩm sinh học này bản chất là một enzyme. Được sử dụng trong quá trình lên men với lượng sử dụng cho tank nhỏ là 1350 mL, đối với tank lớn là 2700 mL. Vì bản chất là một enzyme nên có thể kiểm soát diacetyl trong quá trình lên men bia, bằng phản ứng decarboxylation với sự tham gia của nấm men. Chuyển hóa trực tiếp α- acetolactate thành acetoin mà không qua chất trung gian là diacetyl. Nhờ Malturex mà dễ dàng kiểm soát diacetyl trong quá trình lên men để đạt được chỉ tiêu về diacetyl trong bia thành phẩm.
Hình 3.4: Công đoạn lên men
Các giai đoạn trong quá trình lên men chính:
- Giai đoạn tăng trưởng sinh khối: Giai đoạn này chủ yếu là sự tăng số lượng tế bào nấm men đồng thời rượu ethanol cũng được sinh ra trong giai đoạn này nhưng với lượng rất nhỏ.
- Giai đoạn lên men cực đại: Mật số tế bào nấm men đã tăng cao, quá trình lên men yếm khí tạo rượu ethanol và CO2 diễn ra nhanh chóng, chất hoà tan giảm rất nhanh,