6. Tình hình sản xuất bia của các nhà máy bia tại Việt Nam
3.2.1.2.Đường hóa nguyên liệu
Đây là khâu quan trọng trong quy trình sản xuất bia. Do vậy, mọi tính toán nguyên liệu cho một mẻ nấu là rất quan trọng. Nếu có sử dụng thế liệu thì phải hồ hóa hoàn toàn trước khi đưa vào nấu chung với malt vì cấu trúc hạt tinh bột của nó còn rất bền chắc.
Ở giai đoạn hồ hóa gạo có cho thêm malt lót, cho một lần và chiếm khoảng 10% tổng lượng malt dự kiến cho mẻ nấu. Để nâng cao hiệu suất và rút ngắn thời gian hồ hóa, nhà máy còn cho thêm chế phẩm enzym trong quá trình hồ hóa. Các chế phẩm enzym này thuộc hệ enzym amylase và protease.
Quá trình đường hóa nguyên liệu là tạo điều kiện tốt cho enzym thủy phân các hợp chất cao phân tử mà quan trọng nhất là tinh bột, protein và các hợp chất chứa phospho tạo chất chiết cho dịch đường.
3.2.1.2.1. Các biến đổi xảy ra trong quá trình nấu
a/ Sự biến đổi của tinh bột:
Trong quá trình nấu nguyên liệu, sự hoạt động của các enzym có sẵn trong nguyên liệu là rất quan trọng. Để cho các enzym này hoạt động tốt thì trong quá trình nấu, ta phải điều chỉnh nhiệt độ thích hợp cho từng loại enzym để chúng tiến hành thủy phân nguyên liệu một cách hiệu quả nhất.
Các biến đổi của tinh bột trong quá trình nấu dưới tác dụng của enzym là: Enzym α – amylase: Hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 70 – 750C, pH khoảng 5,6 – 5,8 tác động lên mạch amylo và amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit của phân tử tinh bột và chuyển thành các destrin, một lượng nhỏ glucose và maltose.
Enzym β – amylase: Hoạt động tốt ở nhiệt độ 60 – 650C, pH khoảng 5,4 – 5,6 tác động lên mạch amylo và mạch nhánh amylopectin, cắt đứt liên kết 1,4 – glucozit theo kiểu từng đôi một và sản phẩm tạo thành là các đường maltose và một lượng nhỏ destrin.
Phương trình tổng quát:
(C6H10O5)n + n H2O = nC6H12O6
Khi nhiệt độ lên tới 80 – 850C thì hầu hết các enzym ngừng hoạt động, nhiệt độ lúc này đóng vai trò hồ hóa tinh bột, hỗ trợ yếu tố công nghệ cho giai đoạn sau.
b/ Sự biến đổi của protid:
Trong điều kiện nhiệt độ khoảng 50 – 520C, pH khoảng 5,2 – 5,4 các enzym protease thủy phân protein tạo albumoza, pepton, polypeptid, peptid, acid amin.
Ngoài ra còn có sự phân cách phân tử acid photphoric ra thành amilopepton. Sự hòa tan các chất malt, gạo và nước tạo chất chiết cho dịch đường, phản ứng giữa muối của nước và photphat của cháo malt.
3.2.1.2.2. Thiết bị đường hóa
Cấu tạo
Nồi nấu là một loại thiết bị hai vỏ, hơi gia nhiệt được cấp vào ở giữa hai lớp vỏ của nồi. Thiết bị nấu có thân hình trụ, đáy hơi lõm, phần trên hình nón, được chế tạo hoàn toàn bằng thép không gỉ, mỗi nồi có hai cánh khuấy ở sát đáy nồi có tác dụng khuấy trộn tránh bị cháy nguyên liệu. Trên phần hình nón có gắn đồng hồ đo áp lực, một cửa kính quan sát lớn và bên trong thiết bị có quả cầu phun nước khi làm vệ sinh thiết bị.
Thiết bị là một nồi hình trụ, đáy lõm được chế tạo bằng thép inox có trang bị thiết bị hệ thống cấp hơi để gia nhiệt. Thể tích nồi malt bằng thể tích nồi hoa houblon, khoảng 6 m3.
Thân nồi được bảo ôn bằng vật liệu cách nhiệt, hệ thống chuyển động và cánh khuấy được đặt ở phía dưới (mục đích chính là tránh dầu mở chảy vào nồi), có cửa quan sát, đèn chiếu sáng, ống thoát hơi, nhiệt kế để đo nhiệt độ và đồng hồ để đo áp suất.
Chiều cao thiết bị là 130 cm, đường kính trong là 180 cm, đường kính ngoài là 184 cm, có áp hơi để gia nhiệt là hai mảnh, mỗi mảnh có đường hơi vào và đường hơi ngưng thoát ra riêng biệt.
Cánh khuấy hoạt động với tốc độ 10 – 15 vòng/phút, áp hơi trên đường ống khoảng 4 – 5 kg/cm2, còn áp suất hơi giữa hai lớp vỏ áo khoảng 2,5 – 3 kg/cm2.
Hình 3.6. Cấu tạo nồi nấu
Nguyên tắc hoạt động
Khi nồi hoạt động xảy ra hai quá trình: Quá trình khuấy trộn và quá trình truyền nhiệt.
Quá trình khuấy trộn: Trong nồi gạo và nồi malt có cánh khuấy, khi cánh khuấy quay thì chất lỏng chuyển động lên tuần hoàn.
Quá trình truyền nhiệt: Hơi đốt được dẫn vào khoảng trống giữa hai lớp vỏ để đun nóng nồi. Hơi nước vào nồi với áp suất là 2 at và vận tốc là 30 – 50 m/s.
3.2.1.2.3. Diễn biến trong quá trình nấu
Hình 3.7. Giản đồ nấu
Quá trình nấu gạo
Gạo sau khi nghiền được đưa vào nồi nấu gạo, tiếp theo cho nước vào, bật cánh khuấy đảo trộn cho đều. Nước cho vào nồi với tỉ lệ 1 : 4 hỗn hợp này chiếm 2/3 nồi nấu. Trước đó người ta đã cho malt lót vào để hỗ trợ cho quá trình thủy phân tinh bột.
Sử dụng malt lót lần 1 khi nấu gạo để chống cháy xém nguyên liệu và cung cấp một ít enzym thủy phân để khi nâng nhiệt độ nồi gạo lên 720C thì tinh bột gạo bắt đầu hút nước để trương nở làm cho các phân tử tinh bột bị phá vỡ cùng với khoảng pH từ 5,6 – 5,8 là điều kiện tối ưu để cho enzym α – amylase hoạt động thủy phân tinh bột. Tuy nhiên với lượng malt lót không nhiều nên lượng destrin, maltose và glucose được tạo ra cũng không nhiều. Sau khi giữ nhiệt tại nhiệt độ này 20 phút thì nồi gạo được nâng lên 830C. Đây là nhiệt độ thích hợp để hồ hóa gạo, giữ ở 830C trong 5 phút để cho tinh bột gạo được hồ hóa hoàn toàn. Sau đó tiếp tục bơm nước nhằm làm loãng dịch cháo đồng thời cho malt lót lần 2 và để hạ nhiệt độ nồi gạo xuống 720C là nhiệt độ thích hợp cho enzym α – amylase có trong malt thủy
phân tinh bột đã hồ hóa thành các destrin, một ít maltose và glucose. Giai đoạn này gọi là giai đoạn dịch hóa. Trong quá trình nấu gạo, muối CaCl2 được cho vào để tạo điều kiện cho enzym α – amylase hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ cao. Sau giai đoạn dịch hóa, nhiệt độ của nồi gạo được tăng lên 1000C và được giữ trong 10 phút. Nhiệt độ càng tăng sẽ làm cho mạch tinh bột càng yếu đi giúp cho các quá trình thủy phân của các enzym sau này dễ dàng hơn.
Quá trình nấu malt Quá trình đạm hóa
Sau khi malt được hòa với nước thì được nâng lên 500C cùng với việc bổ sung acid lactic để điều chỉnh pH (pH = 5,2 – 5,6) thì đây là điều kiện lý tưởng cho enzym hoạt động. Sau quá trình đạm hóa thì protein bị thủy phân albumoza, peptone, polypeptide và các acid amin.
Mặc dù sản phẩm thủy phân protein chiếm tỷ lệ không nhiều (5 – 6 %) trong chất hòa tan của dịch đường nhưng nó lại đóng vai trò quan trọng quyết định đến chất lượng của bia vì các sản phẩm thủy phân của protein có phân tử lượng thấp như peptid và các acid amin sẽ là nguồn cung cấp nitơ chủ yếu cho nấm men trong giai đoạn lên men còn các sản phẩm thủy phân có khối lượng phân tử trung bình như albumoza, pepton, polypeptide sẽ tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt và làm bền bọt cho bia. Tuy nhiên, các phân tử protein nếu chưa được thủy phân trong quá trình nấu sẽ là nguyên nhân làm đục bia sau này.
Quá trình đường hóa
Sau giai đoạn dịch hóa kết thúc ở nồi gạo cũng là thời điểm bước sang giai đoạn đường hóa ở nồi malt. Toàn bộ dịch ở nồi gạo được bơm sang nồi malt tạo thành hỗn hợp có nhiệt độ 650C. Cùng với pH được điều chỉnh bằng acid lactic (pH = 5,4 – 5,6) thì đây là điều kiện tối ưu cho enzym β – amylase hoạt động. Enzym này bắt đầu cắt liên kết α – 1,4 glycozit của tinh bột trong quá trình dịch hóa từ đầu không khử và cắt hai gốc glucoseđể tạo thành đường maltose. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút nhằm thu được nhiều đường maltose. Kết quả của quá trình đường hóa là khoảng 50% maltose được tạo thành và là nguyên liệu cho quá trình lên men. Ngoài ra còn có các đường như saccharose, glucose, fructose.
Sau quá trình đường hóa thì khoảng 1/3 cháo ở nồi malt sẽ được bơm qua nồi gạo. Tại nồi gạo cháo được nâng lên nhiệt độ 1000C để tăng hiệu suất của quá trình nấu. Không nâng nhiệt độ của nồi malt lên 1000C vì tại nhiệt độ này thì các enzym thủy phân có trong malt sẽ bị vô hoạt. Sau khi nâng nhiệt độ nồi gạo được 10 phút thì tiến hành hội cháo lần hai từ nồi gạo sang nồi malt, nhiệt độ tại nồi malt lúc này là 750C cùng với pH trong nồi khoảng 5,6 – 5,8 là điều kiện tối ưu cho quá trình destrin hóa dưới sự xúc tác của enzym α – amylase thì các đường, tinh bột còn sót sẽ bị thủy phân để tạo thành các đường đơn, các destrin có khối lượng phân tử thấp.
Kết thúc quá trình đường hóa, dịch cháo được nâng nhiệt độ lên 760C để thuận tiện cho quá trình lọc vì khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm nhưng nhiệt độ cũng không quá cao trên 800C thì cellulose sẽ bị chuyển về dạng tinh bột làm đục bia và tanin hòa tan sẽ tạo vị đắng chát khó chịu do vậy sẽ làm giảm chất lượng bia sau này. Cũng không hạ nhiệt độ nhỏ hơn 760C vì khi đó dịch cháo sẽ là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật ưa nhiệt phát triển làm giảm chất lượng bia sau này.
Ngoài ra, còn có một số biến đổi hóa lý như
Sự tủa lắng protid: Nhiệt độ cao các protid kém nhiệt sẽ bị tủa lắng. Sự kết tủa này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian đun nóng và pH của dịch.
Sự tạo thành melanoid: Trong cháo có một lượng đường và lượng acid amin đáng kể do các quá trình thủy phân tạo thành. Ở nhiệt độ cao, chúng kết hợp với nhau tạo thành melanoid góp phần quan trọng trong việc tạo màu, mùi, vị và khả năng tạo bọt cho bia.
Sự hòa tan các thành phần khác của malt: Nhiệt độ càng cao thì khả năng hòa tan các chất càng tăng do đó khi nấu những chất đắng, chất chát trong vỏ trấu sẽ bị hòa tan gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia thành phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu
Nhiệt độ: Đây là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình nấu có ảnh hưởng đến
cường độ và sự hoạt hóa của các enzym thủy phân. Mỗi enzym đều có một nhiệt độ tối ưu riêng tức là ở nhiệt độ đó enzym thể hiện hoạt tính mạnh nhất. Do đó, nếu nhiệt độ không thích hợp sẽ ức chế hoạt động của chúng. Từ đó thời gian nấu bị kéo dài, làm hao tốn nguyên liệu và ảnh hưởng đến chất lượng của bia.
pH: Cũng ảnh hưởng đến hoạt lực của enzym. Độ pH của môi trường thấp
thường làm chậm quá trình hoạt hóa của enzym, giảm hiệu suất chất hòa tan, dịch đường bị đục và khó lọc làm cho bia thành phẩm sẫm màu và có vị đắng khó chịu.
Các yêu cầu về nguyên liệu và phụ gia cho một mẻ nấu
• Tiêu chuẩn về malt của nhà máy trước khi đưa vào sản xuất
Bảng 3.1. Tiêu chuẩn về malt của nhà máy Chỉ tiêu Mức quy định Tình trạng bao bì Màu sắc Mùi vị Độ ẩm Độ hòa tan pH nước mout
Thời gian đường hóa Tốc độ lọc
Màu nước mout
Tốt Vàng rơm
Thơm đặc trưng, không có mùi lạ
≤ 5 % ≥ 78% 5,6 – 6,0 10 – 15 phút ≤ 45 phút 3,0 – 4,5 0EBC
• Yêu cầu của nước dùng cho nấu bia
Bảng 3.2. Chỉ tiêu của nước nấu bia Chỉ tiêu Mức quy định TH TA TAC TOH Độ mặn pH Mùi vị Độ trong ≤ 0,5 0F 0 0F ≤ 5 0F 0 0F ≤ 130 mg NaCl/l 6,0 ± 0,1 Không có Trong
Bảng 3.3. Chỉ tiêu nguyên liệu và phụ gia cho một mẻ nấu Nguyên liệu và phụ gia Hàm lượng
Malt Malt lót lần 1 Malt lót lần 2 Gạo Viên hoa Cao hoa CaCl2 Formol Acid lactic Enzym Caramel ZnCl2 520 kg 10 kg 20 kg 250 kg 1,8 kg 0,88 kg 0,5 kg 200 ml 90 ml 0,25 kg 1,3 kg 0,003 kg
• Tỷ lệ phối trộn giữa gạo, malt với nước
Bảng 3.4. Tỷ lệ phối trộn giữa gạo, malt với nước
Công đoạn Lượng nước (lít) Lượng gạo, malt (kg)
Trộn gạo 750 250
Trộn malt 1600 550
• Yêu cầu của nước cấp lò hơi
Bảng 3.5. Chỉ tiêu của nước cấp lò hơi Chỉ tiêu Mức quy định TH TA TAC TOH pH ≤ 0,5 0F 10 0F 10 – 30 0F 3 0F ≤ 6,5
• Tiêu chuẩn về cao hoa của nhà máy
Bảng 3.6. Chỉ tiêu về cao hoa
Màu Vàng sẫm Cảm quan (mắt) Mùi Mùi đặc trưng của hoa houblon Cảm quan (mũi)
α – acid đắng 30 ± 2% Thiết bị chuẩn độ
• Tiêu chuẩn về viên hoa của nhà máy
Bảng 3.7. Chỉ tiêu về viên hoa
Chỉ tiêu Giới hạn Phương pháp đo
Màu Màu xanh ôliu Cảm quan (mắt)
Mùi Mùi đặc trưng của hoa houblon Cảm quan (mũi)
α – acid đắng 8,0 ± 3% Thiết bị chuẩn độ
Độ ẩm < 10% Cân phân tích