Lọc Xay, nghiền Nấu Tồn trữ, bảo quản Malt Gạo Tồn trữ, bảo quản Xay, nghiền Nấu
Đun sôi với hoa houblon Lắng Whilpool Làm lạnh nhanh Lên men Lọc Tồn trữ Chiết chai Thành phẩm
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn 19 4.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT DỊCH ĐƢỜNG 4.2.1. Quy trình sản xuất dịch đƣờng Malt lót Gạo Malt Tách tạp chất Tồn trữ Tách sạn Nghiền Tồn trữ Tách tạp chất Tách sạn Nghiền Nấu Nấu malt Nƣớc 50 o C CaCl2 Lọc Đun sôi Lắng xoáy Làm lạnh nhanh Sục khí Tạp chất Sạn Nƣớc H2SO4 Houblon Caramel, aicd lactic, ZnCl2 Oxy vô trùng Nƣớc nha Bã Rửa bã Nƣớc nóng Hồi cháo
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
20
4.2.2. Mục đích
Chuyển các chất của malt và nguyên liệu thay thế từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ hoạt động của enzyme thủy phân.
4.2.3. Thuyết minh quy trình
Tiếp nhận và xử lý nguyên liệu
Malt và gạo sau khi kiểm tra đạt yêu cầu sẽ đƣợc nhập vào kho chứa. Có hai xilô chứa malt và một xilô chứa gạo, mỗi xilô chứa đƣợc 40 tấn. Ở hai đầu nhập và xuất nguyên liệu đều kiểm tra số lƣợng bằng hệ thống cân tự động.
Mục đích của việc xử lý nguyên liệu: là tách các tạp chất có trong malt và gạo nhƣ đá, kim loại, hạt không đạt… nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn sau.
Nguyên liệu đƣợc đƣa từ xilô bằng xích tải đƣa tới máy sàng, dƣới tác dụng của hệ thống sàng rung các tạp chất có kích thƣớc lớn sẽ đƣợc loại bỏ ra ngoài, sau đó malt và gạo sẽ đi qua nam châm điện để giữ lại các kim loại. Sau đó malt và gạo đƣợc đƣa xuống máy tách sạn để loại bỏ các tạp chất có khối lƣợng riêng lớn hơn malt và gạo nhƣ sỏi, đá…
Malt và gạo sau khi qua máy sàng thì đƣợc chuyển đến hệ thống cân định lƣợng. Quy ƣớc mã cân là 10 kg, nguyên liệu cân xong đƣợc xích tải vận chuyển vào máy nghiền.
Nghiền
Mục đích của quá trình nghiền: nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển của các biến đổi lý, hóa trong quá trình đƣờng hóa, nhằm thu đƣợc lƣợng chất hòa tan lớn nhất.
Gạo: nghiền mịn, đồng đều làm giảm thời gian đun sôi và tinh bột đƣợc hồ hóa tốt. Nhƣng nếu nghiền quá mịn thì độ nhớt khối cháo sẽ tăng dễ bị khét trong quá trình nấu.
Malt: do hạt malt có hai phần vỏ và nội nhủ, vỏ chủ yếu là cellulose, lignin, tanin, chất đắng, tro hòa tan vào dung dịch tạo vị và màu không tốt cho nƣớc nha, gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng sản phẩm. Do vậy, khi nghiền malt cần chú ý cho vỏ cellulose càng nguyên vẹn càng tốt. Phần nội nhủ thì ngƣợc lại nghiền càng nhỏ càng tốt, khi kích thƣớc hạt bé các enzyme thủy phân dễ dàng chuyển thành dạng hòa tan trong nƣớc một cách triệt để, nhƣng phải phù hợp với thiết bị lọc.
Đường hóa nguyên liệu
Mục đích: nhằm chuyển về dạng hòa tan các chất có phân tử lƣợng lớn không hòa tan trong tinh bột. Quá trình thủy phân các chất hữu cơ phức tạp trên là kết quả của sự tác dụng của hệ thống enzyme có sẵn trong malt.
Sự thủy phân tinh bột (sự thủy phân tinh bột đƣợc tiến hành thành 3 giai đoạn)
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
21
Hồ hóa: tinh bột không hòa tan trong nƣớc, không tan trong dung môi hữu cơ trung tính, khi ở trong nƣớc bình thƣờng chúng hút nƣớc và trƣơng nở. Vì thế khi gia nhiệt thể tích của khối tinh bột tăng lên, các hạt tinh bột bị nén chặt lại sau cùng chúng bị vỡ ra và tạo thành một dung dịch có độ nhớt cao. Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào lƣợng nƣớc pha vào và tùy theo cấu trúc của từng loại tinh bột. Sự hồ hóa tinh bột có thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau tùy theo nguồn gốc của chúng, ngƣời ta gọi là nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ ở đó dung dịch đạt độ nhớt cao nhất, đối với gạo nhiệt độ hồ hóa là 80 ÷ 85 o
C.
Dịch hóa: dƣới tác dụng của α – amylase và β - amylase các chuỗi amylose và amylosepectin sẽ nhanh chóng bị cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế độ nhớt giảm rất nhanh. Dịch hóa có nghĩa làm giảm độ nhớt trong dung dịch đã hồ hóa nhờ tác dụng của enzyme.
Đƣờng hóa: α – amylase tuần tự cắt các chuỗi của amylose và amylosepectin thành dextrin có từ 7 ÷ 12 gốc glucose, β – amylase cắt 2 gốc từ đuôi còn lại của α
– amylase đã cắt để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đƣờng khác maltose và
glucose có độ dài của chuỗi khác nhau cũng đƣợc hình thành. Đƣờng hóa tinh bột phải kiểm tra vì những tinh bột và dextrin chƣa phân cắt sẽ là nguyên nhân gây đục bia. Mức độ đƣờng hóa của tinh bột đƣợc kiểm tra bằng dung dịch Iod 0,02 N (dung dịch Iod), việc kiểm tra phải đƣợc thực hiện trên mẫu đã ngâm lạnh.
Một số quá trình xảy ra trong nồi gạo
Bột gạo đƣợc xích tải đƣa xuống ống phối trộn với nƣớc trƣớc khi vào nồi gạo, đầu tiên cho 310 kg bột gạo cùng 7 hl nƣớc vào nồi gạo qua đƣờng ống (nhiệt độ nƣớc lúc này là 30 oC) vừa nhập liệu vừa cho cánh khuấy và bơm tuần hoàn hoạt động để bột hòa đều vào nƣớc. Đồng thời cho một lƣợng acid sulfuric (22 ml) đƣợc cho vào nồi gạo để hạ pH dung dịch (pH = 5,4 ÷ 5,5) tạo môi trƣờng tối thích cho enzyme amylase (có trong malt lót) về sau hoạt động tốt. Hỗn hợp sau đó đƣợc nâng dần lên 72 oC.
Giai đoạn 72 oC lần một Nâng nhiệt từ 30 o
C lên 72 oC trong 15 ÷ 20 phút thì bổ sung 25 kg malt lót. Giữ nhiệt khi đạt 72 oC giữ trong 20 phút, giai đoạn này xảy ra quá trình hồ hóa. Hồ hóa: khi ngâm bột với nƣớc nóng, một lƣợng lớn nƣớc ngấm vào các phân tử tinh bột làm hạt trƣơng nở và thể tích bột tăng lên cuối cùng vỡ ra, hạt tinh bột không liên kết chặt chẽ với nhau nữa tạo điều kiện cho các enzyme amylase tấn công trực tiếp vào tinh bột.
Giai đoạn 83 oC
Nâng nhiệt từ nhiệt 72 oC nâng lên 83 oC mất thời gian 5 phút.
Giữ nhiệt ở nhiệt độ 83 oC đƣợc giữ trong 5 phút, đây là nhiệt độ tối ƣu để thúc đẩy quá trình hồ hóa diễn ra nhanh hơn triệt để hơn. Giai đoạn này gần nhƣ toàn bộ
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
22
tinh bột đã đƣợc hồ hóa. Kết thúc giai đoạn 83 oC độ nhớt tăng, khối cháo sệt lại, phần lớn enzyme bị vô hoạt và tiếp tục hạ nhiệt độ xuống 72 oC.
Giai đoạn 72 oC lần hai
Hạ nhiệt độ từ 83 oC xuống 72 oC mất thời gian 5 phút lúc này phải ngƣng cấp hơi và cho vào 1,5 hl nƣớc (nhiệt độ khoảng 50 oC), khi hạ nhiệt đến 77 o
C cho vào phần malt lót (25 kg) còn lại để bổ sung enzyme amylase nhằm giảm độ nhớt và tránh khét cho nồi gạo.
Giữ nhiệt khi nhiệt độ đạt 72 oC giữ trong 20 phút, ở 72 oC là nhiệt độ thích hợp cho enzyme amylase hoạt động tiếp phần tinh bột còn lại và đƣợc hồ hóa, mạch tinh bột đƣợc phân cắt thành dextrin mạch ngắn làm cho độ nhớt, độ sệt của khối cháo giảm xuống. Lúc này cánh khuấy và bơm tuần hoàn chạy để cho tinh bột và enzyme tiếp xúc với nhau. Nâng nhiệt để tiếp tục quá trình thủy phân.
Giai đoạn 100 oC
Nâng nhiệt tiếp tục cấp hơi để nâng lên 100 oC mất khoảng 20 phút.
Giữ nhiệt khi đạt nhiệt độ giữ trong 15 phút, đây là giai đoạn sử dụng tác nhân vật lý cung cấp nhiệt cần thiết để phá vỡ hạt tinh bột đã hồ hóa, đồng thời ở nhiệt độ này dịch cháo đƣợc tiệt trùng.
Một số quá trình xảy ra ở nồi malt Giai đoạn phối trộn
Khi nồi gạo đạt 88 oC trong quá trình nâng nhiệt lên 100 oC thì bột malt đƣợc xích tải đƣa xuống ống phối trộn trƣớc khi vào nồi malt, quá trình phối trộn đƣợc thực hiện giữa 900 kg malt và 18 hl nƣớc (nhiệt độ nƣớc khoảng 50 oC). Khi bắt đầu quá trình xuống bột malt thì cánh khuấy hoạt động đồng thời bổ sung 1,2 kg CaCl2 và 500 ml acid lactic. Bổ sung Ca2+ để 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 bã hèm, làm tăng tốc độ lắng. Bổ sung acid lactic vào để điều chỉnh pH nồi malt tạo môi trƣờng thích hợp cho enzyme hoạt động.
Giai đoạn 65 o
C
Dịch từ nồi gạo đƣợc bơm sang nồi malt, lúc này nhiệt độ hỗn hợp tăng dần đến 65 oC và đƣợc giữ trong 20 phút, khống chế pH = 5,5 ÷ 5,6 đây là nhiệt độ và pH thích hợp cho enzyme β – amylase hoạt động. Dƣới tác dụng của enzyme β –
amylase phân cắt liên kết 1,4 – glucoside và 1,6 – glucoside của mạch amylose và
amylosepectin, sản phẩm chủ yếu của giai đoạn này là maltose là chất tan lên men đƣợc. Do vậy, việc điều chỉnh thời gian nhƣ thế nào để thu đƣợc phần trăm maltose thích hợp có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ.
Kết thúc giai đoạn này thực hiện quá trình nâng nhiệt lên 75 o
C. Giai đoạn 75 o
C Nâng nhiệt từ 65 o
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
23
Giữ nhiệt tại nhiệt độ 75 oC giữ trong 10 phút vì đây là nhiệt độ thích hợp cho enzyme α – amylase hoạt động, enzyme này tác động mạnh lên các mạch amylose và amylosepectin và phân cắt liên kết 1,4 – glucoside. Tuy nhiên, enzyme này không phân cắt đƣợc liên kết 1,6 – glucoside, nhƣng với cơ chế tác động của α –
amylase nên tinh bột vẫn tiếp xúc đƣợc với các liên kết 1,4 – glucoside và cho sản
phẩm chủ yếu là dextrin một ít glucose và maltose. Nhờ quá trình này độ nhớt giảm một cách nhanh chóng.
Để quá trình đƣờng hóa xảy ra triệt để, để tiếp tục đƣa dịch malt lên 76 o
C. Giai đoạn 76 o
C
Giữ trong 5 phút trƣớc khi bơm sang thiết bị lọc.
Mục đích: duy trì ở khoảng bù trừ nhiệt tổn hao trên đƣờng ống và duy trì sự tồn tại của enzyme trong nƣớc nha để tiếp tục thủy phân lƣợng tinh bột còn sót lại trong bã.
Lọc dịch đƣờng
Cháo malt sau khi đƣờng hóa xong gồm hai pha: pha rắn và pha loãng. Pha rắn bao gồm tất cả những phân tử nhỏ không tan của bột malt, pha loãng là dung dịch nƣớc chứa tất cả chất hòa tan gọi là nƣớc nha.
Mục đích của quá trình lọc: nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi pha rắn. Trong quá trình lọc những phân tử rắn trong cháo sẽ tạo thành một lớp vật liệu lọc phụ.
Quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn
Giai đoạn 1: lọc dịch cốt ra khỏi bã, trong quá trình lọc bã đóng vai trò nhƣ một lớp trợ lọc. Dịch đƣờng có nhiệt độ 76 oC đƣợc bơm qua thiết bị lọc. Bản lọc đƣợc bơm căng khí tạo một áp lực ép dịch đƣờng ra khỏi bã, dịch đƣờng qua khỏi lớp vải lọc và theo rãnh trên khung lọc vào đƣờng ống chung đi qua nồi chờ, lƣợng nƣớc cốt thu đƣợc khoảng 28 hl.
Giai đoạn 2: rửa bã, sau khi lọc dịch ra khỏi bã còn một lƣợng đáng kể các chất chiết. Rửa bã nhằm thu hồi lƣợng chất còn trong bã, tăng hiệu suất thu hồi. Nƣớc rửa bã có nhiệt độ 75 oC, quá trình rửa bã kết thúc khi oP của nƣớc rửa bã cuối ≤ 1,5
oP. Bã hèm đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc. Nồi chờ
Mục đích của nồi chờ để hòa trộn dịch lọc cốt và dịch rửa bã thành dịch đƣờng ổn định. Tại nồi chờ ta từ từ nâng nhiệt nƣớc nha lên 90 ÷ 92 oC nhằm tiết kiệm thời gian đun sôi trong nồi đun sôi và đồng thời tiêu diệt vi sinh vật nhiễm vào trong quá trình lọc, để nó không phát triển trong lúc chờ nƣớc nha đƣa qua nồi đun sôi.
Nồi đun sôi
Mục đích: là đun sôi nƣớc nha với hoa houblon. Hòa tan chất đắng, chất thơm, chất tạo mùi vị và màu cho bia. Tiệt trùng nƣớc nha. Làm bay hơi bớt nƣớc đƣa về nồng độ đƣờng 13 oP và pH = 5,3 thích hợp cho quá trình lên men.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
24
Ở nhiệt độ cao polyphenol sẽ liên kết với protein tạo phức chất, khi lắng xuống nó sẽ kéo theo các mảng li ti khác làm tăng độ bền sinh học của bia và độ trong của nƣớc nha.
Polyphenol, chất đắng, chất chứa nitơ trong nƣớc nha 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 đƣờng hóa.
Lắng trong
Mục đích: nƣớc nha sau khi đun sôi với hoa houblon có chứa nhiều cặn kết tủa ở dạng huyền phù, phức protein – polyphenol và cặn hoa houblon nên cần làm trong nƣớc nha để không ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm. Nếu không loại bỏ chúng ra khỏi nƣớc nha thì chúng sẽ kết lắng và làm bẩn nấm men, gây khó khăn trong việc xử lý và thu hồi nấm men, dẫn đến giảm hiệu quả của quá trình lên men.
Nƣớc nha sau khi đun sôi đƣợc đƣa qua thiết bị lắng xoáy với vận tốc lớn theo phƣơng tiếp tuyến với thành thùng. Nƣớc nha sẽ quay bên trong không gian thùng và thùng đầy lên, cặn tập hợp ở giữa và theo ống xả cặn ra ngoài, còn nƣớc nha trong sẽ đƣợc lấy ra ngoài ở phía dƣới thùng lắng xoáy để chuyển qua thiết bị làm lạnh.
Làm lạnh nƣớc nha
Mục đích: sau khi đun sôi cần hạ nhiệt độ nƣớc nha đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình nấm men, nƣớc nha đƣợc làm lạnh nhanh xuống nhiệt độ 6 ÷ 8 oC. Trong quá trình hạ nhiệt phải đảm bảo các yếu tố sau:
Nƣớc nha cần phải đảm bảo vô trùng.
Nƣớc nha phải trong và đƣợc loại bỏ các kết tủa nóng.
Đảm bảo loại trừ ít nhất một phần kết tủa lạnh để các keo không lơ lửng trong bia non.
Sục khí vô trùng vào nƣớc nha
Mục đích: cung cấp đủ lƣợng oxy cần thiết cho tế bào nấm men trong giai đoạn phát triển sinh khối trong quá trình lên men.
Nƣớc nha đƣợc bơm nhiều lần vào tank lên men nhƣng chỉ sục không khí ở mẻ đầu tiên, với liều lƣợng 8 ÷ 10 mg/l.
Nếu thiếu oxy trong dịch lên men thì quá trình lên men sẽ chậm lại hoặc bị đình chỉ do sự già hóa các tế bào nấm men do thiếu sự sinh sản.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
25
Bảng 4.2: Chỉ tiêu của nƣớc nha trƣớc khi qua lên men
Chỉ tiêu Tiêu chuẩn
Độ đục (% NEP) Độ plato (o P) Độ màu (EBC) pH Độ đắng (BU) Tinh bột sót Lƣợng oxy sục vào (mg/l) Nhiệt độ nƣớc nha (o C) < 1500 12,6 ÷ 13,4 8 ÷ 9 5,25 ÷ 5,5 37 ÷ 40 Không 8 ÷ 10 6 ÷ 8
(Nguồn: Tài liệu bia Sài Gòn Cần Thơ)
4.3. QUÁ TRÌNH LÊN MEN 4.3.1. Mục đích 4.3.1. Mục đích
Mục đích của quá trình lên men là chuyển hóa đƣờng thành rƣợu và CO2.
4.3.2. Quy trình lên men
Nƣớc nha lạnh Lên men chính Lên men phụ Lọc cơ học Lọc hấp phụ Lọc an toàn Pha bia Nƣớc nấu bia Lọc 1 Nấm men Malturex - L Bột trợ lọc, vicant PVPP Lọc 2 Bồn chứa Làm lạnh nhanh Gia nhiệt Bia tƣơi Bão hòa CO2
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
26
4.3.3. Thuyết minh quy trình
Lên men chính
Mục đích: chuyển hóa đƣờng trong nƣớc nha lạnh thành rƣợu ethylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác nhƣ ester, aldehyd, rƣợu bậc cao.
Lên men chính xảy ra trong 5 ÷ 7 ngày, nhiệt độ lên men 7 ÷ 9 oC và áp suất 0 bar. Mẻ nƣớc nha đầu tiên có nhiệt độ 6 oC (bù mất nhiệt), nấm men đƣợc cấy vào