1.1. Thiết bị lên men:
Để lên men dịch đường, trong công nghiệp sản xuất bia người ta sử dụng các dạng thùng dạng hở hoặc dạng kín được chế tạo từ nhiều lạo vật liệu khác nhau.
Thùng gỗ là loại cổ điển nhất. Hiện nay không nước nào sử dụng loại thùng này để sản xuất nữa. Có chăng đâu đó hiện tại đâu đó vẫn còn thì đó là do người ta giữ lại để làm
kỉ niệm hoặc ghi lại dấu ấn như một chứng cứ truyền thống cho nghành công nghiệp độc đáo này ở địa phương mình mà thôi.
Betông cốt thép là vật liệu rất thông dụng để chế tạo các thùng lên men. Loại hình thùng lên men này rất phổ biến ở thế kỉ XIX. Hiện tại nhiều nhà máy bia trên thế giới vẫn còn sử dụng hệ thống thiết bị lên men kiểu này. Thùng được xây theo kiểu hình hộp chữ nhật, hoặc hình tròn, hoặc hình lập phương nhưng thông dụng nhất là loại hình hộp chữ nhật. Thể tích của thùng phụ thuộc vào công suất sản xuất của nhà máy, nhưng bình thường thì từ 30 – 120 m3. Chiều sâu của thùng lên men nói chung không nên vượt quá 2,5 – 3 m. Người ta thường xây từng cặp áp sát nhau, trên đó có lối đi để công nhân phục vụ. Số thùng lên men trong một nhà máy không có quy định, nhưng thông thường nếu nhà máy bé thì số thùng bằng số ngày lên men, dung tích mỗi thùng bằng dung tích dịch dườngđược sản xuất trong một ngày. Nếu nhà máy có công suất lớn, số thùng lên men có thể là bội số của chu kì lên men.
Trước đây, người ta xây bể dạng hở, vào thời gian muộn hơn thì xây bể dạng hở nhưng phía trên được che kín bằng kính để dễ quan sát quá trình lên men.
Phần nổi phí bên ngoài của bể lên men phải ốp gạch tráng men hoặc tráng bằng các loại vật liệu chống ẩm, chống acid khác. Phia trong của bể phải tráng các loại vật loại chống ăn mòn. Trong công nghiệp sản xuất bia, các loại vật loại thông dụng dùng để tráng gồm có: nhựa bia, nhựa ebonite, nhựa tankolit, nhựa eproxyl, nhựa kolbit và các loại khác.
Việc tráng và phủ các lớp nhựa trên mặt thiết bị là công việc rất khó khăn, tỷ mỷ và phức tạp. Để đảm bảo độ bền của các lớp tráng, công việc đòi hỏi phải làm đúng quy trình quy phạm của công nghệ, theo hướng dẫn của chuyên gia.
Trong mỗi thùng lên men đều có lắp đặt một hệ thống ống “ruột gà” để làm lạnh cục bộ dịch lên men trong quá trình lên men chính. Ống thường được chế tạo bằng đồng hoặc bằng thép không gỉ. Đường kính của thùng từ 30 – 50 mm. Độ dài của ống, tức là mặt tải lạnh phải tính toán thế nào đó để bảo đảm tỉ suất khoảng 0,2 – 0,3 m2 diện tích tải lạnh cho 1 m3 dịch lên men. Đường ống dẫn lạnh được uốn gấp khúc khoảng xecpentin. Có thể gấp thành 1, 2 hoặc nhiều xecpenin để đặt ở các vị trí khác nhau ở thùng lên men. Để tiện cho việc thao tác công nghệ và vệ sinh, các xecpenin thường đặt sát vào thành của thùng.
Chất tải lạnh dùng để làm lạnh cục bộ dịch lên men, thông thường là nước lạnh 0,50C.
Nhựa bia là một hỗn hợp bao gồm 70 – 90% nhựa thông, 2 – 6% paraffin, 2 – 5% dầu béo thực vật và một ít sáp hoặc hắc ín. Nhiệt độ nóng chảy của nhựa bia là 500C, còn nhiệt độ sôi là 1700C.
Ebonit là loại nhựa hữu cơ, được sử dụng với dạng tấm có kích thướt lớn, độ dầy 10 – 12 mm. Các tấm được dán xuống đáy và thành thùng. Khoảng hở giữa hai tấm được hàn kín bằng ebonit nóng chảy.
Tancolit là loại nhựa hữu cơ có thông dụng khá phổ biến. Nó bao gồm hai loại : abit và gebit. Loại thứ nhất bao gồm 80% parafin và 20% serezin, còn loại thứ hai bao gồm 45% hắc ín, 40% paraffin, 12% serezin và 3% nhựa thông. Nếu để tráng các loại thùng bêtong cốt thép thì phải dùng hỗn hợp của hai loại nói trên.
Eproxyl là loại nhựa hữu cơ sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Hầu hết các trang thiết bị chứa, đựng trong nghành thực phẩm đểu có thể dùng eproxyl để chống ăn mòn. Giá thành tráng eproxyl tương đối rẻ hơn đối với các vật liệu khác.
Thùng lên men bằng bêtông hoặc bêtông cốt thép có ưu điểm là hệ số truyền nhiệt thấp, giá thành rẻ và chất lượng của bia khi len men trong các thiết bị đó thì không hề thua kém các loại thiết bị khác. Nhược điểm của loại thùng này là thao tác vất vả, đặc biệt là khi thu hoạch men kết lắng, sau khi bơm bia non đi lên men phụ và tàng trữ. Công việc vệ sinh, chống nhiễm khuẩn cũng phải thực hiện nghiêm túc và vất vả hơn. Bên cạnh đó khả năng cơ khí hóa và tự động hóa các thao tác cũng khó khăn hơn so với các loại thùng kim loại. Hiện tại trên thế giới có khoảng ¼ tổng lượng bia hằng năm là đang được lên men trong các thùng bêtông cốt thép.
Kim loại là loại vật liệu đa năng dùng để chế tạo nhiều loại thiết bị, trong đó có loại thiết bị lên men cho nghành sản xuất các sản phẩm lên men. Các kim loại thông dụng trong sản xuất bia là thép không gỉ, thép thường CT3, đồng, nhôm và nhiều loại hợp kim khác. Để chế tạo thiết bị lên men, kim loại có chất lượng cao nhất là thép không gỉ. Thép thường CT3 có thể dùng để chế tạo thùng lên men chính và lên men phụ, nhưng để tránh sự ăn mòn, gây cho bia có mùi tanh, phía trong của thùng phải phủ các vật liệu tráng như đã nói ở trên.
Thùng lên men chính bằng kim loại có thân hình trụ, đáy hình côn, tư thế đứng. Kích thướt của thùng này phụ thuộc vào công suất của nhà máy. Thùng lên men phụ có dạng hình trụ, xếp nằm ngang, tựa lên đế là các bệ bêtông cốt thép. Các thùng lên men phụ có thể xếp chồng lên nhau tạo thành hai hoặc ba lớp.
Tùy thuộc vào từng thời kì phát triển của công nghệ mà tính năng của thùng lên men thay đổi theo. Ở thời kì lên men hở còn thịnh hành thì thùng lên men dùng để chỉ một công cụ để chứa, không hơn không kém. Đến thời kì lên men chính được ứng dụng rộng rãi thì tính năng công nghệ của chúng cũng được đề cao hơn. Đến thời kì sản xuất bia theo công nghệ lên men một pha, lên men gia tốc, hoặc lên men liên tục thì thiết bị lên men hoàn toàn mang đặc thù của thiết bị công nghệ: nó chi phối tiến trình công nghệ và ảnh hưởng trực tiếp ở mức độ cao đến chất lượng của sản phẩm.
1.2. Làm lạnh và thông gió mặt bằng lên men:
Công đoạn lên men chính thường được sắp xếp mặt bằng nằm dưới hoặc cạnh phân đoạn “làm lạnh và lắng trong dịch đường” và nằm trên hoặc cạnh mặt bằng của công đoạn lên men phụ.
Trước đây, ở các nhà máy được xây dựng từ thế kỉ hoặc trong thế kỉ thứ XIX , khi công nghệ làm lạnh ở mức sơ khai thì các hầm lên men được xây ngầm ở dưới mặt đất. Khi công nghệ lạnh phát triển, việc bảo đảm mặt bằng lên men ở nhiệt độ thấp không còn là vấn đề nan giải nữa thì mặt bằng lên men được bố trí trong các nhà bao che kín, nằm hoàn toàn trên mặt đất. Ngày nay với công nghệ lên men gia tốc được tiến hành trong các thùng lớn thân trụ, đáy côn, thể tích từ hàng chục đến hàng ngàn m3, với hệ thống áo lạnh cục bộ, bảo ôn toàn thân, cách nhiệt tốt, thì mặt bằng lên men có thể được sắp xếp ngoài trời, không cần một thứ bao che nào cả.
Mặt bằng lên men phải được sắp xếp ở khu vực thoáng và khô ráo. Trong khu vực lên men chính nhiệt độ phải ổn định từ 6 – 80C, chế độ thông gió cũng phải ổn định, bảo đảm việc giải thoát CO2 ra ngoài khu vực. Độ ẩm tương đối của không khí trong mặt bằng lên men là khoảng 75% còn hàm lượng CO2 tối đa cho phép là 0,5%. Nền nhà, tường bao che và trần phải được cách nhiệt tốt. Nền nhà, tường bao che còn phải phủ các loại vật liệu chống thấm và chống acid ăn mòn. Tốt nhất là tường ốp gạch tráng men, còn nền lát bằng gạch chống acid hoặc bêtong có láng bóng ximawng mác cao trên bề mặt, hoặc phủ bằng asphan.
Chiều cao hợp khối của phân xưởng lên men, nói chúng phụ thuộc vào chiều cao của thiết bị, nhưng nếu nhìn theo quan điểm kinh tế ở góc độ hao phí lạnh ít nhất, thì không nên cao quá, chỉ khoảng 4,3 – 4,5 m và độ cao tối đa là 5 – 5,5 m.
Để bảo đảm nhiệt độ trong mặt bằng lên men chính luôn luôn ổn định ở 6 – 80C, ta phải thường xuyên cấp lạnh vào đó. Có 2 phương pháp làm lạnh không gian lên men: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp bằng không khí. Ở các nhà máy cũ, việc làm lành mặt bằng lên men được thực hiện bằng cách bơm chất tải lạnh chạy qua đường ống lắp đặt trong khu vực lên men. Các đường ống này có thể bắc thành giàn, nhiều đường ống chạy song song, hoặc uốn gấp khúc kiểu xecpentin. Chất tải lạnh sẽ trực tiếp làm lạnh không khí ở trong phòng lên men. Phương pháp làm lạnh này có nhiều nhược điểm trên đường ống bị đóng băng một lớp khá dày làm cho hiệu suất truyền lạnh kém. Mặc khac do lớp băng đóng này, thỉnh thoảng những giọt nước lạnh lại giỏ xuống đầu công nhân gây cảm giác khó chịu trong lúc làm việc. Phương pháp làm lạnh này hiện nay không sử dụng nữa. Thay vào đó là phương pháp làm lạnh gián tiếp bằng không khí. Cách này được tiến hành như sau: bơm chất tải lạnh chạy qua các xecpentin ở trong camera lạnh. Gắn chặt với các xecpentin là giàn tỏa lạnh bao gồm các cánh kim loại hình vuông hoặc hinhf chữ nhật xếp thứ tự trên các đoạn ống của xecpentin. Phía sau giàn tỏa lạnh đặt quạt để thổi không khí vào phòng lên men. Không khí, khi được thổi qua giàn tỏa lạnh thì bản thân nó được làm lạnh và đi vào phòng lên men. Nhờ có không khí lanh thổi vào, nhiệt độ trong khu vực lên men được giữ ổn định theo yêu cầu của công nghệ.