1. Hồ hóa (nấu gạo+ malt lót)
Quá trình này xảy ra ở nồi nấu gạo. Gạo và malt lót sau khi được pha với nước sẽ nâng và giữu nhiệt đúng thời gian quy định để thuy phan sơ bộ tinh bột thành glucose. Quá trình nay thực hiện nhờ enzyme có sẵn trong malt lót, cung cấp 2 lần.
Cách tiến hành:
Đầu tiên gạo sẽ được pha với nước công nghệ theo tỷ lệ 1:4 Gạo xuống theo phương đứng và nước nóng được phun vuông góc vào nhằm tăng cường độ hòa tan, tránh hiện tượng gạo bị vón cục. Thời gian để xuống hết 1280 kg gạo khoảng 10 phút và nhiệt độ của nồi gạo sau khi pha bột xong khoảng 45oC, pH dịch gạo lúc này khá cao vì vậy cần bổ sung khoảng 230ml acid lactic đề điều chỉnh về khoảng 5.2 – 5.6, đây là pH tối ưu cho enzyme amylase hoạt động.
- Nâng dần nhiệt độ lên khoảng 72oC trong thời gian 15 phút. Trong khoảng thời gian này hạt tinh bột sẽ bắt đầu hút nước và trương nở lên, làm tăng độ nhớt của dịch bột (gọi nôm na là nồi cháo). Giữ ở nhiệt độ 72oC trong 20 phút để -amylase tác dụng lên các phân tử amylose và amylopectin. Kết quả là sau một thời gian ngắn, các phân tử polyme của tinh bột bị cắt thành những phân tử có số gốc glucose ít hơn, tập hợp thành những dạng dextrin khác nhau (gọi là oligosaccharide).
- Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 83oC trong 10 phút và giữ ở nhiệt độ này trong 5 phút để tiếp tục hồ hóa tinh bột. Ở nhiệt độ trên 80oC enzyme amylase đã bị vô hoạt, tuy nhiên kết quả thủy phân tinh bột từ lúc đầu đến thời điểm này đã rất đáng kể.
- Tiếp theo, thêm nước vào hạ nhiệt độ xuống 72oC trong khoảng 5 phút. Khi thời gian hạ nhiệt độ xuống được 2 phút thì đồng thời xuống malt lót lần 2 (100 kg malt) để cung cấp thêm enzyme -amylase giúp cho quá trình hồ hóa triệt để
hơn.Việt thêm nước giúp làm giảm độ nhớt của nồi cháo, hỗ trợ việc thủy phân tinh bột và giai đoạn đun sôi về sau. Ta giữ ở nhiệt độ này khoảng 25 phút.
- Nâng nhiệt độ lên 100oC trong thời gian 20 phút (khi nhiệt độ nồi gạo lên 88oC thì nồi malt bắt đầu hoạt động và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 15 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa và quá trình lọc sau này. Mục đích chính của việc đẩy lên 100oC nhằm phân hủy enzyme amylase và tiêu diệt các vi sinh vật tạp lẫn trong nồi cháo.
Giản đồ nấu bia
Nồi nấu
Cấu tạo:
- Làm bằng thép hợp kim crom-niken. Đường kính 2m, cao 3.5m. Dưới đáy có gắn cánh khuấy quay với tốc độ không quá 3.8m/s, nếu quá nhanh sẽ sinh chuyển động xoáy tác động xấu đến thành phần dịch nấu.
- Hơi nước có p ~ 2.5 bar được đưa vào vùng truyền nhiệt kiểu vỏ áo. Nước ngưng tụ được thu hồi về bồn nước chính ở tầng 2.
- Bên ngoài có lắp kính quan sát + cửa người, đường kính 0.5m.
- Đối với nồi nấu gạo thì có 2 đường nhập liệu dành cho malt lót và bột gạo. Tháo liệu dưới đáy được dẫn trực tiếp qua nồi malt.
- Đối với nồi malt thì có một đường nhập liệu cho malt, 1 ống nhỏ cho phụ gia vào. Tháo liệu dưới đáy dẫn qua máy lọc.
2.Đường hóa + Đạm hóa
- Mục đích quá trình đường hóa: là chiết tối đa các chất có thể hòa tan trong nguyên liệu và thủy phân các chất có phân tử lượng cao, tạo thành những chất đơn giản, hòa tan được với nước tạo thành dịch đường hóa
- Khi nhiệt độ nồi gạo lên 88oC, lúc này nồi malt bắt đầu hoạt động. Bột malt và nước được phun vào cùng một ống dẫn với áp lực lớn nhằm hòa tan vào nhau, tránh hiện tượng vón cục. Đồng thời lúc này cánh khuấy bắt đầu hoạt động để bột malt không lắng xuống đáy, tránh hiện tượng cháy, khét.
- Cùng lúc với quá trình pha bột malt, tiến hành bổ sung thêm 5.6 kg CaCl2.2H2O nhằm làm mềm nước. Ngoài ra Ca2+ có tác dụng làm tăng tính bền và hoạt tính của enzyme -amylase, cải thiện sự kết lắng của nấm men sau này. Thời gian để pha 7500 kg bột malt khoảng 10 phút, khi đó nhiệt độ nồi malt khoảng 45oC. - Nâng nhiệt độ lên 50oC trong thời gian khoảng 5 phút và giữ ở nhiệt độ này trong 5 phút (tùy theo hàm lượng acid amin trong malt mà thời gian đạm hóa dài hay ngắn, nhưng thông thường thời gian này khoảng 30 phút). Trong giai đoạn này enzyme protease thủy phân protein theo trình tự: Protein albumose polypeptide peptone acid amin
- Quá trình thủy phân này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Mặc dù lượng protid và các sản phẩm thủy phân của chúng chiếm một lượng rất bé trong chất hòa tan của dịch đường (5 – 6%) song chúng đóng vai trò tham gia sự hình thành chất lượng bia. Các phân tử protid như amino acid, peptide là nguồn dinh dưỡng không thể thiếu được cho nấm men. Các protide có phân tử lượng trung bình (albumose, peptone, polypeptide...) sẽ tham gia vào việc tạo vị, tạo bọt và giúp cho bia có khả năng giữ bền bọt. Tuy nhiên, các protide có phân tử lượng cao thường là nguyên nhân gây đục bia.
- Quá trình đạm hóa xong thì chuyển sang công đoạn nhập liệu cháo từ nồi gạo sang nồi malt, thời gian hội cháo khoảng 5 phút, kết thúc quá trình hội cháo nhiệt độ khoảng 65oC. Giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 25 phút. Đây là nhiệt độ tối ưu đối với hoạt động của enzyme -amylase, quá trình phân cắt tinh bột triệt để nhất xảy ra ở giai đoạn này.
- Sau giai đoạn này quá trình đường hóa xem như kết thúc, tuy nhiên vẫn còn một số glucid chịu ảnh hưởng của -amylase nên ta tiếp tục nâng nhiệt độ lên 10oC nữa để tăng tốc quá trình đường hóa. Nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 75oC trong vòng 10 phút và giữ nhiệt độ này trong khoảng thời gian 20 phút. Đây là nhiệt độ thích hợp cho -amylase tác dụng lên amylose và amylopeptin của tinh bột tạo thành nhiều gốc glucose từ đó tạo thành những phân tử dextrin khác nhau. Sản phẩm chủ yếu của công đoạn này là dextrin (chính các dextrin này sẽ tạo độ keo, độ bean, độ dày của bọt). Đến đây quá trình đường hóa kết thúc.
- Nâng nhiệt độ lên 76oC với mục đích làm giảm độ nhớt của hồ malt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc. Khi nhiệt độ lên đến 76oC thì được bơm ngay qua máy lọc, tách dịch nha ra khỏi bã hèm.
2.Thiết bị lọc dịch đường.
Mục đích:
Khối cháo sau đường hóa gồm các chất hòa tan và không hòa tan do đó cần phải lọc để tách các chất hòa tan ra khỏi các chất không hòa tan.
Tiến hành:
Trước hết là lọc khối cháo để thu được dịch đường đầu. Dịch đường lọc chảy từ trên xuống qua lưới lọc. Dịch lọc được chảy vào các ống góp và chảy tập trung vào các vòng tròn sau đó chảy vào thùng chứa. Trong vòng 15 phút đầu tiên, dịch đường chảy ra còn đục nên bơm hồi lưu về. Khi dịch đường đạt được độ trong cần thiết thì cho qua thiết bị chứa. Sau khi lọc xong thì tiến hành rữa bã bằng nước
78oC. Quá trình rửa kết thúc khi nồng độ đường trong nước rửa bã hạ xuống còn 1- 1,5%. Bã malt được hệ thống dao cào đẩy ra ngoài.
Các bước thực hiện
Công việc Yêu cầu
Lót nước đáy nồi Nước 800C từ đáy nồi lọc, lượng nước vừa ngập mặt nước Nhập dịch cháo Bơm càng nhanh càng tốt
Chờ lắng Từ 5-10 phút
Dao được nâng lên vị trí cao nhất có thể (200mm và ngừng quay)
Tuần hoàn Độ đục ≤ 40 EBC
Dao cắt ở trạng thái chờ lắng Lọc dịch cốt Độ đường ≥ 160 P
Rửa bả Nhiệt độ nước rửa 75-770C Rửa liên tục hoặc gián đoạn Độ đường sót lại <1,20P Kết thúc lọc bã
xả bá
Nên xả dịch sót để làm khô bả trước khi xả bả
Vệ sinh Không được rác quá nhiều bả trên lưới lọc, dưới lưới lọc
Kiểm tra định kì lưới lọc hàng tuần và hoạt động của các đầu phun dưới lưới
Chú thích: P: Độ đường
3. Houblon hóa
-Quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia mùi thơm và vị đắng đặc trưng. Đồng thời cũng xảy ra một số quá trình khác như sự gia tăng nồng độ, độ axit, cường độ màu, sự tạo thành các chất khử, độ nhớt giảm xuống.
-Dịch đường sau lọc cùng với nước bả có lẩn một số vi sinh vật tạp nhiễm và các hợp chất không tan khác, nhờ quá trình đun sôi để loại các yếu tố bất lợi này, giúp ổn định thành phần hóa họa theo yêu cầu kĩ thuật.
-Thường hỗn hợp dịch đường sau lọc và nước rửa bả có nồng độ đường thấp hơn yêu cầu sản xuất, ta gọi là độ balling. Nhờ quá trình đun sôi này một phần nước sẽ bay hơi dẫn đến độ balling sẽ tăng lên, và nhờ quá trình hạ nhiệt độ dịch đường ta có thể điều chỉnh độ balling đạt yêu cầu.
Nồi đun sôi
Bước Công viêc Yêu cầu
1 Nhận dịch nha
Có thể nhận trực tiếp từ thiết bị lọc dich đường hóa nhận từ nồi trung gian
- Có thể được gia nhiệt trước hoặc không tùy thuộc vào hệ thống thiết bị hiện đại
- Chỉ được gia nhiệt bằng bộ đốt trong khi nước nha ngập quá ống gia nhiệt bên trong
2 Cấp hop cao lần 1
Lương houblon sử dụng được tính toán (1) Khi nhận đủ thể tích trước khi đun sôi Nhiệt độ ≥95oC
Việc cấp hop cao phải đảm bảo kết thúc trước khi đạt 100oC
3 Nâng nhiệt đến Sôi
Quá trình nâng nhiệt từ lúc nước nha ngập ống gia nhiệt trong đến
Khi đạt 100oC (quá trình gia nhiệt này càng nhanh càng tốt
4 Đun sôi Thời gia theo kế hoạch kiểm soát chất lượng (70±10’) khong tách thwofi gian cấp hop lần 2 với các nồi đun bắt buộc phải ngừng cấp hơi trong Thời gian cấp hop)
Độ tan cuối theo yêu cầu của nhà máy
Tỉ lệ bay hơi theo kế hoạch kiểm soát chất lượng( 6 – 10%)
Tỉ lệ bay hơi được tính từ lúc đủ dịch nha ban đầu và ≤100oC đến khi kết thúc đun sôi
5 Cấp hop viên (lần 2)
Thời điểm theo kế hoạch kiểm soát chất lượng (20 – 25 phút) trước khi kết thúc đun sôi
6 Cấp
caramel, cấp kiềm, axit lactic
Cùng thời điểm với cấp hop cao Cùng thời điểm với cấp hop viên
- Tổng lượng α acide bổ sung vào 1 mẻ nấu 1 tấn nguyên liệu là m (kg) trong đó
+ α acide từ hoa houdlon cao = 0,65 × m (kg) + α acide từ hoa houdlon viên = 0,35 × m (kg)
Dựa vào hàm lượng α acide có kết quả pt BSG – BKSCL – CL – HDCV(PT) – 01 – F2 BSG – BKSCL – CL – HDCV(PT) – 01 – F3
Để tính khối lượng hop cao và houdlon viên thực tế cần đưa vào 1 mẻ nấu A (tấn) nghuyên liệu theo công thức:
- Khối lượng houblon cao (kg)= (0,65×m ×A)/a% - Khối lượng houblon viên (kg) = (0,35× m ×A)/b%
Với a% là lượng α acide của houblon cao xác định từ quá trình phân tách. Với b% là lượng α acide của houblon viên xác định từ quá trình phân tách.
Thùng lắng xoáy
Cấu tạo:
Nguyên tắc hoạt động:
Dịch đường được bơm vào thùng với vận tốc lớn theo phương tiếp tuyến với thành trong của thùng tạo nên vùng xoáy. Nhờ có lực hướng tâm, cặn lắng được hút vào tâm thùng và lắng xuống đáy. Cụ thể các bước như sau:
- Trước khi bơm dịch nha vào thùng whirlpool, cần kiểm tra tình trạng vệ sinh, đóng và mở các valve trên đường ống cho phù hợp.
- Kế đến, bơm dịch nha vào thùng lắng, thời gian bơm hết dịch nha từ phân xưởng nấu vào thùng khoảng 20 phút. Sau đó, để yên cho lắng cặn trong thùng khoảng 30 phút.
- Mở valve đường ống lớn tháo nhanh dịch nha. Khi thể tích dịch nha trong thùng còn 50 hl thì mở valve đường ống nhỏ để tháo tiếp dịch nha cho đến hết, điều này để tránh cho sự xáo trộn lớp cặn ở gần đáy thùng. Sau cùng mở valve đáy để xả bỏ cặn lắng, đồng thời dùng nước nóng (100oC) để đuổi hết dịch nha còn dư trong thùng lắng và đường ống.
Các bước thực hiện
Công việc Yêu cầu
Nhận dịch nha Thời gian nhận càng nhanh càng tốt
Chờ lắng Theo kế hoạch kiểm soát chất lượng thời gian 20 ± 5 phút Quan sát nước nha trong nồi quay chậm và gần đứng yên Chuẩn bị chuyển
dịch
Thanh trùng máy giải nhiệt và đường ống chuyển dịch bằng nước nóng 800C
Làm lạnh đường ống với t0 ≤ 100C Chuyển dịch và
giải nhiệt nhanh
Ngay sau khi làm lạnh đường ống xuống t0< 100C
Nhiệt độ giải nhiệt nhanh theo kế hoạch kiểm soát chất lượng (6-80C) Thời gian chuyển dịch ( mang tính định lượng ) ≤1 giờ
Kết thúc chuyển dịch
Vệ sinh nồi lắng xoáy
Phải vệ sinh sạch sẽ cặn nóng và cặn hoa ở nồi lắng xoáy
Làm lạnh
Mục đích:
Dịch nha sau khi lắng cặn sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp, chuẩn bị cho quá trình lên men chính (giá trị nhiệt độ khoảng 8 – 15oC, tùy thuộc vào đời men sử dụng), việc này giúp tăng khả năng hòa tan của oxi vào dịch nha. Bên cạnh đó, quá trình làm lạnh nhanh từ 96oC xuống 8 – 15oC có tác dụng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và ngăn cản quá trình oxi hóa các polyphenol gây sậm màu dịch nha.
Ngay sau khi làm lạnh, dịch nha sẽ được nạp không khí nhằm để bão hòa oxi, tạo điều kiện cho nấm men sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men chính. Lượng oxi cung cấp khoảng 8 – 10 mg/l dịch nha.
Nha nóng (màu đỏ) và chất làm lạnh (màu xanh) di chuyển trong máy
- Máy làm lạnh Alfa Laval là thiết bị trao đổi nhiệt dạng khung bản, thiết bị này bền, hiệu suất cao, đa năng, dễ vệ sinh, đảm bảo vô trùng, được cấu tạo bởi nhiều tấm bản mảnh bằng thép không gỉ. Số tấm bản phụ thuộc năng suất máy.
- Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản này thuộc loại 2 cấp (dùng 2 loại tác nhân lạnh là nước và glycol), làm bằng thép không gỉ. Bốn đỉnh của tấm bản được đục lỗ tròn để khi ghép lại với nhau sẽ tạo thành mương dẫn.
- Cấu tạo của các tấm bản được thiết kế sao cho khi ghép lại thì dịch nha và tác nhân lạnh sẽ chuyển động ngược chiều nhau ở hai mặt của mỗi tấm và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Bên cạnh đó, các đường gân trên bề mặt tấm bản có tác dụng tạo dòng chảy rối, tăng quãng đường chuyển động của lưu chất, dẫn đến tăng diện tích tiếp xúc, dẫn đến tăng hiệu quả của quá trình truyền nhiệt.
Nguyên tắc hoạt động
- Nước nha 96oC bắt đầu được làm lạnh nhờ nước lạnh 2oC. Nước làm lạnh sau khi ra khỏi máy có nhiệt độ là 80oC. Nước nóng sau khi làm lạnh được thu hồi sử dụng trong giai đoạn nấu – đường hóa để tận dụng nhiệt, hoặc gia nhiệt thêm để làm nước rửa bã.
- Sau khi làm nguội sơ bộ, tác nhân lạnh tiếp theo có thể là nước lạnh, glycol, amoniac hoặc cồn và dịch nha được làm lạnh xuống nhiệt độ yêu cầu. Cần kiểm tra máy định kỳ nhằm loại bỏ cặn bám trên các tấm bản, kiểm tra rò rỉ.
Vận hành thiết bị:
- Trước khi bơm dịch nha sau lắng cặn vào thiết bị trao đổi nhiệt, cần kiểm tra các valve trên đường ống, báo phân xưởng động lực cung cấp glycol.
- Mở valve nước và valve glycol làm lạnh. Cài đặt nhiệt độ đầu ra của dịch