Mục đích: xác định khối lượng nguyên liệu cho mỗi mẻ nấu. Tỷ lệ là 75% malt và 25% gạo.
Bảng 3.3. Khối lượng mẻ nấu và thành phần phụ gia bổ sung trong quá trình nấu
Nồi
nấu Nguyên liệu
Đơn vị tính
Số lượng
Thời điểm cho
vào nồi Chi chú
Tank nhỏ Tank lớn Nồi gạo Gạo kg 945 1040
Acid lactic ml 171 187 Ngay khi xuống
bột gạo
Nồi malt
Malt kg 2825 3120
Acid lactic ml 300 500 Ngay khi xuống
bột malt
pH = 5,5 – 5,6
CaCl2 kg 3,77 4,16
E.Ultraflo Max ml 266 294 Bỏ sau 10 phút
xuống bột malt
Đang sử dụng 100g/ 1 tấn malt Nồi
chờ E.Termamyl SC ml 171 187 Khi bắt đầu rữa bã
Đang sử dụng 45g/ 1 tấn malt
Nồi đun sôi
Houblon cao kg 1,827 2,008 50 phút đầu, khi
đạt 95 – 97oC. Houblon viên Batch Houblon viên HPE kg 2,866 2,175 3,200 2,363 Sau 20 – 25 phút cuối. Acid lactic ml 1600 2000 pH = 5,3
Caramel ml 1800 2500 Độ màu nước nha
đạt 9,0 EBC
ZnSO4 gr 9,5 10,4
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 30 3.2.2.4 Quá trình hồ hóa
Mục đích: làm thể tích hạt tăng lên và trương nở các hạt tinh bột trong dịch hồ nóng, làm cho các liên kết trong tinh bột trở nên lỏng lẻo, không kết chặt với nhau nữa, tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme amylase thủy phân tinh bột thành các dextrin đơn giản, maltose và một lượng không đáng kể glucose, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa.
Hình 3.4. Nồi nấu malt và gạo
(Nguồn: http://www.congnghethucpham1112.blogspot.com)
Thao tác và thông số của quá trình hồ hóa
Giai đoạn pha bột gạo: sau khi bột gạo được cân sẽ được vít tải vận chuyển vào nồi nấu. Bột gạo sẽ được hòa từ từ vào nước ở 30oC cùng với malt lót, lượng malt lót cho vào nhằm tránh tình trạng bột gạo dính vào đáy nồi gây khét. Quá trình bổ sung malt lót vào nồi chia ra làm hai lần:
Lần đầu: được bổ sung vào giai đoạn pha bột gạo, malt lót cho vào nhằm mục đích cung cấp enzyme amylase cho quá trình dịch hóa, α – amylase phân cắt ngẫu nhiên các phân tử tinh bột tại vị trí liên kết α – 1,4 glycoside làm cho phân tử tinh bột giảm nhanh số gốc glucose và trở thành các dextrin mạch ngắn hơn. Sự hình thành các dextrin mạch ngắn này làm giảm nhanh độ nhớt của dịch cháo.
Giai đoạn 72oC lần 1: nâng nhiệt lên 72oC, giữ nhiệt trong thời gian 15 – 20 phút, khi đó amylose hòa tan mạnh, hoạt động của enzyme tăng lên (chủ yếu là hệ enzyme amylase). Làm cho tinh bột bị thủy phân một phần, còn amylopectin thì hấp thụ nhiều nước tạo nên sự trương nở của tinh bột. Ở 72oC là nhiệt độ thích hợp cho enzyme α – amylase hoạt động. Enzyme này thủy phân tinh bột thành các maltose, glucose, maltotriose và các dextrin phân tử thấp. Giai đoạn này gọi là dịch hóa một
phần tinh bột và làm giảm độ nhớt của tinh bột dưới tác dụng của enzyme α – amylase. Chú thích: 1. Ống hơi 2. Đèn quan sát 3. Cửa quan sát 4. Vệ sinh CIP 5. Thành 6. Lớp cách nhiệt 7. Cánh khuấy 8. Động cơ
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 31
Nhờ tác dụng của enzyme amylase có trong malt lót mà tinh bột bị phân cắt thành các dextrin mạch ngắn và làm giảm được độ nhớt cho dịch cháo, khi đó dịch cháo được dịch hóa một phần.
Giai đoạn 83oC: tiếp tục nâng nhiệt độ của nồi gạo lên 83oC và giữ nhiệt trong 5 phút. Tại nhiệt độ này là giai đoạn tối ưu cho quá trình hồ hóa tinh bột. Ở giai đoạn này các phân tử tinh bột hút nước trương nở, mạch tinh bột được duỗi thẳng ra giúp cho quá trình thủy phân triệt để hơn. Ở nhiệt độ này thì độ nhớt của dịch cháo tăng cao nên có thể bị khét trong quá trình nấu, sau 5 phút giữ nhiệt ta hạ nhiệt độ nồi gạo đồng thời bổ sung phần malt lót còn lại vào nồi.
Giai đoạn 72oC lần 2: hạ nhiệt độ xuống 72oC và được giữ trong 15 – 20 phút đồng
thời bổ sung lượng malt lót còn lại vào nồi nhằm cung cấp thêm enzyme α – amylase giúp cho tinh bột được hồ hóa triệt để hơn và làm giảm độ nhớt của nồi
cháo giúp cho quá trình đun sôi dễ dàng hơn. Sản phẩm của quá trình dịch hóa chủ yếu là các dextrin mạch ngắn và một lượng nhỏ maltose, glucose và maltotriose. Cuối cùng là nồi gạo được nâng nhiệt độ lên 100oC nhằm hồ hóa hoàn toàn lượng tinh bột còn chưa được hồ hóa đồng thời nâng nhiệt độ của nồi malt trong quá trình hồi cháo.
3.2.2.5 Quá trình đường hóa
Mục đích: trích ly tối đa các chất có thể hòa tan trong nguyên liệu để thực hiện quá trình đường hóa toàn bộ dịch cháo trong nồi malt. Thủy phân các chất có phân tử lượng cao tạo thành những chất đơn giản hòa tan được với nước tạo thành dịch đường, làm nguồn thức ăn cho nấm men để tạo ra rượu và CO2, nhờ sự có mặt của hệ enzyme thủy phân có sẵn trong nguyên liệu.
Thao tác và thông số của quá trình đường hóa:
Malt được nghiền ướt sẽ được bơm qua nồi nấu ở nhiệt độ 50oC, là nhiệt độ thích hợp cho enzyme protease hoạt động thủy phân protein cao phân tử 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. Tỷ lệ peptid, acid amin, protein còn có vai trò quan trọng trong việc tạo và giữ bọt cho bia thành phẩm. Trong giai đoạn đạm hóa, nồi 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.
Quá trình hồi cháo: sau khi kết thúc giai đoạn đạm hóa, lúc này nhiệt độ nồi gạo đạt 100oC và giữ trong 1 phút, thì tiến hành hồi cháo từ nồi gạo qua nồi malt, lúc này các cánh khuấy trong nồi hoạt động liên tục để hòa trộn dịch malt và gạo, thời gian hồi cháo khoảng 10 phút. Khi kết thúc quá trình hồi cháo nhiệt độ nồi malt là 65oC.
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 32
Giai đoạn 65oC: giữ nhiệt ở 65oC trong 35 phút, đây là nhiệt độ tối ưu đối với hoạt động của enzyme β – amylase. Enzyme này sẽ phân cắt tinh bột thành một lượng lớn maltose, cung cấp chất hòa tan cho quá trình lên men. Maltose được nấm men sử dụng trong quá trình lên men, cắt mạch amylase và amylopectin từ đầu không khử tại vị trí của liên kiết α – 1,4 glycoside, mỗi lần thủy phân 2 phân tử glucose tạo ra đường maltose. Đây là giai đoạn quan trọng trong quá trình đường hóa. Nếu giai đoạn này đường hóa không đạt hiệu quả, hàm lượng maltose thấp sẽ ảnh hưởng đến tốc độ lên men và vị của bia.
Giai đoạn 75oC: nâng nhiệt lên 75oC và được giữ trong 25 phút việc nâng nhiệt độ lên 75oC là nhiệt độ thích hợp cho enzyme α – amylase hoạt động, nhờ đó enzyme α – amylase được tiếp tục thủy phân tinh bột còn sót lại thành đường đơn, maltose và các dextrin mạch ngắn. Giai đoạn 75oC giúp thủy phân hoàn toàn tinh bột thành các chất hòa tan trong dịch đường, không còn tinh bột vì tinh bột ảnh hưởng đến quá trình lên men và chất lượng bia thành phẩm. Nồi nấu malt được nâng nhiệt lên 76oC và giữ trong 1 phút nhằm bù mất nhiệt trong quá trình bơm dịch đường qua nồi lọc. Trong quá trình lọc vẫn đảm bảo nhiệt độ thích hợp cho α – amylase tiếp tục hoạt động, tránh tuyệt đối tinh bột còn sót lại và làm giảm độ nhớt của nồi malt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc.
Malt và gạo được tiến hành đường hóa theo sơ đồ đường hóa Hình 3.5.
Hình 3.5. Sơ đồ đường hóa nguyên liệu của nhà máy Bia Sài Gòn – Miền Tây
72oC 72oC 83oC 100oC 65oC 75oC 76oC 50oC Malt lót Xuống bột gạo Xuống malt ( o C) 10 30 50 70 90 110 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Thời gian (s) N hi ệt đ ộ
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 33
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa:
- Chất lượng malt: protein trong malt thường bị biến đổi nhiều theo từng lô nguyên liệu, chất lượng malt càng tốt thì quá trình thủy phân protein tạo ra các peptid và acid amin cao, là nguồn thức ăn cung cấp đạm cho nấm men phát triển sinh khối.
- Nhiệt độ: là một trong những điều kiện quan trọng để hệ enzyme thủy phân hoạt động tốt. Nhiệt độ tối thích cho các hệ enzyme thủy phân hoạt động thì sẽ thu được chất hòa tan cao.
- pH: cũng là một nhân tố quan trọng giống như nhiệt độ, là một điều kiện để enzyme tăng hoạt tính thủy phân. Ngoài ra pH còn có vai trò trong quá trình lọc, lên men,…
- Khuấy trộn: trong quá trình đường hóa, khuấy trộn giữ một vai trò quan trọng. Khi gia nhiệt cần phải tăng tốc độ khuấy trộn đảm bảo nhiệt độ được đồng đều trong toàn bộ khối cháo. Trong quá trình đường hóa, các cánh khuấy phải hoạt động đồng đều không quá mạnh hay quá chậm vì có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dịch đường.
- Sự oxy hóa trong quá trình đường hóa: khả năng hòa tan của không khí vào dịch cháo phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dịch đường. Nếu để lượng không khí hòa tan vào dịch nhiều sẽ làm sẫm màu dịch đường và màu cho bia, hương bia giảm. Nguyên nhân chính để không khí xâm nhập vào dịch cháo là do dịch cháo chảy vào thiết bị từ trên xuống, vận tốc các cánh khuấy cao và tạo xoáy khi bơm dịch.
3.2.2.6 Lọc lauter
Mục đích: phân tách phần lỏng riêng ra khỏi phần đặc. Ngoài ra, trong quá trình lọc còn tách dịch đường với vỏ trấu và những phần nội nhũ không tan. Bên cạnh đó, lọc còn loại những chất không mong muốn ra ngoài theo bã như kim loại nặng, tannin, lipid,…
Hình 3.6. Hệ thống lọc lauter
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 34
Tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền malt và mức độ phân hủy của malt, cấu tạo của màng lọc, nhiệt độ, áp suất, độ nhớt, độ chua. Nhiệt độ lọc thích hợp cho quá trình lọc là 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 tác động ngược lại.
Nguyên tắc lọc: sử dụng sự chênh lệch áp suất ở phía trên và phía dưới màng lọc, dịch sẽ tự chảy qua lớp lọc để ra ngoài.
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 hydratcacbon dạng polymer 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 của dịch đường: khi hạ pH xuống đến mức nào đó thì tốc độ lọc sẽ giảm và pH tối ưu quá trình lọc là 5,6
Rửa bã: là giai đoạn thứ hai của quá trình lọc dịch đường.
Trong dịch rửa bã hàm lượng đường maltose 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.
3.2.2.7 Quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon
Mục đích: hòa tan chất đắng, chất thơm, chất chát tạo mùi vị và màu cho bia. Ngoài ra, tiệt trùng dịch wort, 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 mãng nhỏ li ti khác làm tăng độ bền sinh học của bia và độ trong của dịch đường.
Hình 3.7. Dịch đường được đun sôi
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 35
Polyphenol trong hoa houblon có vai trò kết lắng, loại bỏ các hợp chất protit cao phân tử ra khỏi dịch đường, làm ổn định và tăng độ bền keo của bia thành phẩm. Chất đắng làm cho bia có vị đắng dịu, giúp bọt bia bền lâu và ức chế sự phát triển của vi sinh vật.
3.2.2.8 Quá trình đun sôi
Sau khi lọc dịch đường sẽ được bơm qua nồi chờ trước khi được bơm qua nồi đun sôi. Đồng thời bổ sung thêm chế phẩm enzyme termamyl SC vào nồi chờ, giúp thủy phân tinh bột còn sót lại trong quá trình đường hóa và được gia nhiệt nhẹ. 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 sau khi bơm qua sẽ tiếp tục gia nhiệt, 10 phút trước khi dịch đường bắt đầu sôi sẽ bổ sung một lượng caramel nhằm tăng độ màu của dịch đường. Khi dịch đường bắt đầu sôi lên 95 – 97oC, bổ sung ZnSO4, houblon cao vào nồi rồi tiến hành đun trong 50 phút và được bơm tuần hoàn trong 10 – 15 phút để houblon cao, ZnSO4 hòa tan đều vào dịch đường. Khoảng 10 phút sau cho acid lactic vào và được 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. Quá trình đun vẫn tiếp tục đun, 20 phút trước khi dừng đun sẽ cho houblon viên và caramel vào bình houblon 2 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.
Sự gia tăng màu
Trong quá trình đun sôi do sản phẩm của phản ứng caramel và maillard làm tăng độ màu của dịch đường. Phản ứng caramel do sử dụng đường maltose và glucose. Các hợp chất caramel được hình thành có bản chất keo, vị đắng nhẹ và có màu nâu. Phản ứng maillard là phản ứng giữa đường khử và acid amin tạo thành các sản phẩm melanoidin. Một số sản phẩm của phản ứng maillard như furfuraldehyd, hydroxymethylfurfural gây ra một số vị không mong muốn khi đun sôi dịch đường.
3.2.2.9 Lắng xoáy
Mục đích: tách cặn hoa và kết tủa nóng làm trong dịch đường, để quá trình lên men thuận lợi, đồng thời làm tăng giá trị cảm quan cho bia sau này.
Dịch đường ở 98 – 100oCđược bơm sang nồi lắng xoáy theo phương tiếp tuyến sát thành nồi lắng xoáy và dịch đường chảy theo hình xoắn ốc dọc theo thiết bị, các cặn và các chất không hòa tan sẽ được xoáy vào giữa nồi. Thời gian bơm dịch từ 10 – 15 phút (nếu để lâu thì dịch đường sẽ bị oxy hóa). Để lắng trong 30 phút nhằm ổn định dòng xoáy, tạo điều kiện cho cặn, kết tủa lắng xuống đáy nồi hoàn toàn. Sau
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 36
khi lắng xong dịch nha được chuyển qua thiết bị làm lạnh nhanh và bơm qua tank lên men. Nhiệt độ dịch nha sau khi ra khỏi thiết bị lắng xoáy là 98oC.
3.2.2.10 Làm lạnh nhanh, sục khí O2
Mục đích: đưa dịch đường từ nhiệt độ 98 – 100oC (sau khi lắng xoáy) về nhiệt độ 7 – 9oC, thích hợp cho quá trình lên men, tạo điều kiện cho nấm men hoạt động, làm tăng khả năng bảo hòa oxy trong dịch nha, đồng thời tiêu diệt một số vi sinh vật. Dịch nha sau khi quá trình lắng xoáy sẽ được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản với tác nhân làm lạnh là nước ở 2oC. Với thiết bị này, dịch nha sẽ được làm