L ỜI CẢM ƠN
3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam
2.4. Thuyết minh dây chuyền sản xuất
2.4.1. Sơ đồ khối của dây chuyền
Malt Đại mạch
Việt Nam
Nghiền Nghiền
Hòa malt Hòa bột
Đường hóa Lọc dịch đường Dịch đầu Rửa bã Dịch rửa bã Hồ hóa và dịch hóa Nước Termamyl Bã Bã Neutrase Nước
Nấu hoa Lắng trong Dịch Làm lạnh nhanh Lên men chính Xử lý lại Nhân giống Nấm men Lên men phụ Lọc trong bia Hoa houblon Đường Cặn Men giống Men ữ Bão hòa CO2 Xử lý Thu hồi CO2 CO2 tinh khiết Thức ăn gia súc
2.4.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.4.2.1. Nghiền nguyên liệu
a. Nghiền malt
Mục đích: nghiền nhỏ malt để khi đường hóa thu được nhiều chất hòa tan (chất chiết) nhất, có lợi cho sản xuất và chất lượng sản phẩm, hạn chế các chất không có lợi tan vào dịch đường và sử dụng tốt nhất các thành phần của malt (chất ḥa tan, vỏ...).
Cách tiến hành:
Chiết bock Chiết chai dập nắp Thanh trùng Bảo quản lạnh Kiểm tra dãn nhãn Bia hơi thành phẩm Xếp két Bia chai thành phẩm Vệ sinh Thùng chứa sản phẩm Chai
− Nghiền malt: malt được cân định lượng cho từng mẻ nấu rùi được nghiền ướt. Đây là phương pháp nghiền mà malt và nước được phối trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định.
− Ưu điểm của phương pháp nghiền malt ướt: giữ được lớp vỏ malt
được nguyên vẹn, do lớp vỏ malt cũng như các thành phần khác của malt sẽ được hấp thụ nước và trở nên mềm và dai hơn. Các thành phần của malt bị
nghiền ép dễ dàng tách ra khỏi hạt trong khi vỏ trấu hầu như không bị tổn hại, do vậy có lợi cho quá trình tách chiết, trong khi đó thì các thành phần của hạt
được nghiền mịn nên các thành phần được sử dụng tốt hơn. Bên cạnh đó phương pháp này còn tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.
− Nhược điểm của phương pháp này là: giá thành đầu tư khá là đắt so với phương pháp nghiền thông thường.
b. Nghiền đại mạch
Mục đích của quá trình nghiền đại mạch: Nghiền đại mạch tương tự như
nghiền malt. Đại mạch được cân lên từng mẻ và được nghiền bằng máy nghiền búa. Đại mạch được nghiền càng mịn càng tốt để tăng khả năng tiếp xúc giữa các phần tử với enzym, tinh bột dễ chuyển thành dạng hòa tan và trương nở tốt hơn, do vậy enzym dễ phân cắt tinh bột thành đường.
Ưu nhược điểm:
− Ưu điểm của thiết bị nghiền này: thiết bị dễ chế tạo, vận hành đơn giản.
− Nhược điểm: búa chóng hỏng và dễ tạo bụi.
2.4.2.2. Quá trình nấu
Đây là quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất dịch lên men. Trong suốt quá trình đường hóa, bột malt và nước trộn với nhau, các thành phần của malt hòa tan vào nước và ta thu được dịch đường.
Trong đại mạch, hoạt lực diastaza khoảng 37 – 42 WK, chỉ số này thấp hơn so với malt đại mạch nhưng lại là đặc tính mà các nguyên liệu thay thế khác không có được. Đặc biệt là nhiệt độ hồ hóa của đại mạch nằm trong khoảng 55 –
65oC, thấp hơn rất nhiều so với gạo (80 – 85oC) nên dịch hóa ở nhiệt độ thấp và có thể dùng trực tiếp với malt nên tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu.
Quy trình nấu được thực hiện như sau: [5]
a. Nồi hồ hóa
Mục đích: Việc hồ hóa tinh bột là rất cần thiết để cho enzym thủy phân hoàn toàn tinh bột trong quá trình đường hóa. Quá trình này liên quan đến phá vỡ cấu trúc tinh thể amylopectin để lộ ra các hạt tinh bột trong môi trường xung quanh, tiếp đó hạt trương nở và độ nhớt tăng lên. Sản phẩm của quá trình là các dextrin phân tử lượng thấp, một ít glucoza...
Cách tiến hành: Sau khi vệ sinh thiết bị, kiểm tra đường ống, van xả hơi, van xả đáy, bơm nước vào nồi, bật cánh khuấy, đổ bột đại mạch đã xay ở nhiệt
độ thường, cho tiếp chế phẩm Termamyl 120L 0,1% và chế phẩm Cereflo 0,04% vào. Cho CaCl2 vào giúp cho các enzym bền vững nhiệt độ và nâng cao hiệu suất các chất hòa tan. Để dịch ở nhiệt độ 30oC trong 30 phút để enzym õ – glucanaza hoạt động phân giải õ – glucan (các cầu nối 1 – 4 õ – glucozit) trong
đại mạch tạo thành oligosaccarit có 3 – 5 đơn vị glucoza. Từ đó sẽ hạ thấp độ
nhớt của dịch hèm làm dễ dàng sự lọc hay lắng lọc về sau. Cho H2SO4 để điều chỉnh pH = 5,2 – 5,6 làm giảm độ nhớt của cánh khuấy. Ngâm ở 38 – 40oC 30oC/30’ Đại mạch và các enzym 38- 30’ 58-60oC 30’ 100oC 38oC Malt và enzym 52oC 30’ 65oC 30’ 30’ 72oC 78oC 20’ Lọc 30’ Nhiệt độ(oC) Thời gian (phút)
trong vòng 30 phút, sau đó nâng nhiệt độ lên 58 – 60oC giữ trong 30 phút rồi nâng lên nhiệt độ sôi, giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột đồng thời Termamyl hoạt động tốt ở nhiệt độ này sẽ bẻ gẫy tinh bột thành các phần tử tạo điều kiện cho quá trình đường hóa sau này.
Sau đó ta chuyển nồi cháo sang nồi đường hóa làm hai lần bằng thiết bị
bơm. Trong khi dịch cháo bơm sang nồi malt thì cánh khuấy của nồi cháo và nồi malt hoạt động liên tục.
b. Nồi đường hóa
Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp cho enzym hoạt động phân cắt các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất có phân tử lương thấp, các loại đường có khả năng lên men và không lên men tạo thành chất chiết của dịch đường.
Cách tiến hành: Sau khi vệ sinh sạch sẽ bằng nước nóng. Đặc biệt với thiết bị nghiền malt ướt thì malt sau khi đưa ra khỏi máy nghiền được trộn với nước theo đúng tỷ lệ định sẵn, với tỷ lệ malt/nước = 1/4. Nhiệt độ lúc này của dịch là 38 – 40oC, cho tiếp axit H2SO4 để điều chỉnh pH về 5,2 – 5,6. Giữ ở
nhiệt độ này trong khoảng 30 phút để hoạt hóa enzym Hemixelluloza, glucanaza
để thủy phân vỏ glucan hoặc protit phức tạp bao quanh phân tử tinh bột tạo điều kiện cho enzym tấn công vào tinh bột phân cắt các hợp chất cao phân tử dễ
dàng. Sau đó ta tiến hành đường hóa bằng cách nâng nhiệt từ từ theo ba giai
đoạn.
Bơm dịch cháo sang nồi đường hóa sao cho nhiệt độ nồi đường hóa đạt 52oC và giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút, đây là giai đoạn đạm hóa. Ở nhiệt độ
này thích hợp cho enzym proteaza hoạt động nhằm mục đích để thủy phân protein thành axit amin và peptit, nó là nguồn dinh dưỡng cho nấm men hoạt
động. Thành phần này chiếm 5 – 7% so với tổng chất hòa tan trong dịch đường. Ngoài ra thành phần này còn góp phần tạo cho bia có hương vịđậm đà, tham gia vào quá trình giữ bọt cho bia góp phần nâng cao chất lượng của bia.
Sau đó ta bơm nốt phần dịch cháo còn lại sang nồi đường hóa để tăng nhiệt độ nồi đường hóa lên 65oC và giữ ở nhiệt độ này trong vòng 30 phút, đây
là giai đoạn đường hóa 1, nhiệt độ này thích hợp để cho enzym amylaza hoạt
động thủy phân tinh bột thành các đường có khả năng lên men (thường là dextrin).
Sau đó nâng nhiệt độ lên 72oC giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút để enzym amylaza hoạt động rồi nâng nhiệt độ dịch lên 78oC, giữ trong 30 phút rồi bơm sang thiết bị lọc.
Các enzym hoạt đông trong giai đoạn này là:
− Hệ enzym amylaza gồm: α – amylaza, β – amylaza. Chúng phân cắt tinh bột thành dextrin, maltoza, saccharoza... tạo ra nguồn cacbon cho nấm men sử dụng.
− Enzym proteaza thủy phân protit thành albumo, pepton, peptit, axit amin, tạo nguồn nitơ cho nấm men, làm tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt cho bia.
Tên enzym Nhiệt độ tối ưu (topt) oC pH tối ưu (topt)
α– amylaza 70 – 75 5,6 – 5,8
β– amylaza 60 – 65 4,8 – 5,2
proteaza 50 - 60 5,2 – 5,6
Thông qua nhiệt độ và pH ta tận dụng tối đa hoạt động xúc tác của enzym amylaza để thu được nhiều chất hòa tan nhất hay thay đổi độ axit để tăng độ
trong cho bia, tăng khả năng ổn định của bọt, chất lượng của bia. Chính vì vậy ta phải dùng và duy trì ở các nhiệt độ 52oC, 65oC và 72oC và giữ pH = 5,2 – 5,6 để
các enzym đạt hoạt lực mạnh nhất.
2.4.2.3. Lọc dịch đường
Mục đích: Cháo malt sau khi đường hóa xong gồm hai phần: phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả các phần tử nhỏ không hòa tan của malt, phần loãng là dung dịch nước chứa tất cả các chất hòa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”. Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn
trong quá trình lọc, những phần tử này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ.
Điều này rất có ý nghĩa trong khi lọc. Tiến hành lọc:
Trước lúc tiến hành lọc, thiết bị lọc được rửa bằng nước, các mảnh của
đáy, nắp, sàng được ghép thật khít với nhau. Lỗ hở tròn để tháo bã malt và các van xả dịch vào máng được đóng chặt. Sau đó ta cho nước nóng 76oC chảy vào các ống dẫn dịch đường sao cho ngập nước so với lưới lọc khoảng 1 – 1,5cm để đuổi không khí ra ngoài, đồng thời để chứa đầy khoảng không giữa hai lớp đáy của thùng lọc. Ngoài ra còn để hâm nóng thiết bị để khi chuyển dịch đường từ
nồi đường hóa sang không bị giảm nhiệt độ.
Tiếp theo bơm toàn bộ lượng dịch từ nồi đường hóa sang thùng lọc, khi bơm thì bật cánh khuấy theo chiều ngược kim đồng hồ trong khoảng 10 phút.
Đầu tiên các hạt tấm thô và lớp vỏ malt lắng xuống đáy giả trước tạo thành màng lọc dày, phía trên lớp này là lớp rất mỏng những phần tử tinh bột rất bé, min, nhẹ. Sau khi để lắng 15 phút thì dịch lọc đi qua lớp lớp lọc xuống đáy, rồi dịch lọc qua hệ thống ống góp ở đáy đi vào bình trung gian. Tuy nhiên lúc này dịch đường thu được vẫn đục nên ta cho chạy tuần hoàn trở lại cho đến khi đạt
độ trong rồi thì tiến hành bật bơm để chuyển dịch sang nồi nấu hoa houblon
đồng thời cho một lượng dịch lọc hồi lưu trở lại thùng lọc để tăng khả năng lọc hết dịch có trong bã và thu được dịch có độ trong đảm bảo kỹ thuật.
Thời gian lọc dịch đầu thường tiến hành trong 60 phút. Sau khi lọc dịch
đầu ta tiến hành rửa bã, nước dùng để rửa bã cũng là nước ở nhiệt độ 76oC vì tại nhiệt độ này thích hợp cho đường hóa tinh bột còn lại trong phẫn hồ malt cuối cùng. Nếu nhiệt độ xuống thấp hơn sẽ cản trở đến tốc độ rửa bã, còn nếu nhiệt
độ cao hơn sẽ xảy ra hiện tượng hồ hóa tinh bột và trích ly môt số chất đắng và chất chát có trong vỏ trấu làm cho bia bịđục và có vị lạ.
Đầu tiên tiến hành tưới nước nóng 76oC cho đến khi mức nước cao hơn mức bã khoảng 2cm, rồi tiến hành bật cánh khuấy tách rước lần thứ nhất. Tiếp tục rửa bã lần thứ hai, lần thứ ba tương tự như lần đầu. Tổng thời gian rửa bã
khoảng 1 giờ. Quá trình rửa bã tiến hành nhiều lần cho đến khi đạt lượng dịch cần thiết cũng như nồng độ chất hòa tan trong nước rửa bã còn khoảng 0,3 – 0,5% thì dừng lại và xả bã ra ngoài. Bã cuối cùng này được dùng làm thức ăn chăn nuôi.
2.4.2.4. Nấu hoa
Mục đích của quá trình nấu hoa: − Ổn định thành phần nước nha. − Tạo mùi thơm cho nước nha. − Tạo vịđắng cho bia.
− Trích ly bổ sung cho nước nha một số chất hòa tan khác như tinh dầu, protein, keo, tanin.
− Làm mất hoạt tính enzym, đông tụ một số protein làm cho bia sau này trong hơn,
− Thanh trùng và cô đặc nước nha đến nồng độ đường thích hợp với từng loại bia.
Cách tiến hành:
Sau khi trộn lẫn dịch đường ban đầu với dịch rửa bã, dịch được bổ sung thêm đường saccharose ta được hỗn hợp cuối cùng, gọi chung là dịch đường ngọt, có đặc điểm sau:
− Vị ngọt, hương thơm rất nhẹ của melanoit.
− Rất đục do chứa nhiều cặn, đặc biệt là các hạt dạng keo, những phần tử này rất dễ bị biến tính và kết tủa, tiêu biểu là những hạt có phân tử
lượng cao chứa nitơ.
Bia là loại đồ uống có vịđắng dịu với hương thơm rất đặc trưng và độ bền sinh học cao. Để dịch đường ngọt với những tính chất nêu trên trở thành “hợp chất” tiền thân trực tiếp của bia, điều cần thiết là phải đun sôi nó với hoa houblon trong 1,5 – 2 giờ. Quá trình này diễn ra như sau: sau khi bơm dịch
đường từ thùng lọc vào thiết bị đun hoa, dịch lọc được nâng lên nhiệt độ 76 – 78oC bằng hệ thống gia nhiệt trung tâm và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 10
phút nhằm mục đích để enzym amylaza đường hóa nốt tinh bột còn sót lại, sau
đó đun sôi dịch đường và sau khi đun sôi khoảng 10 phút thì cho toàn bộ lượng cao hoa vào để tạo vị đắng cho bia đồng thời nhờ các polyphenol có trong cao hoa kết hợp với các chất keo, protit tạo thành phức chất dễ kết lắng.sau khi đun sôi được 10 phút ra cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi hoa cũng để tạo vị đắng cho bia và các polyphenol có trong hoa viên kết hợp với các chất keo, protit tạo thành phức chất dễ kết lắng để tạo màu cho bia. Cho 1/2 lượng hoa viên còn lại vào nồi trước khi kết thúc quá trình đun sôi khoảng 10 phút để tạo hương cho bia. Tổng thời gian đun hoa là 75 phút.
2.4.2.5. Quá trình lắng
Mục đích: Tạo điều kiện cho sự kết tủa của các cặn thô và cặn lắng của dịch đun hoa nhằm tách các chất này ra khỏi dịch để tránh cho bia khỏi bịđục.
Cách tiến hành: Dịch được bơm từ nồi nấu hoa sang nồi lắng xoáy theo phương pháp tiếp tuyến để tạo thành dòng xoáy. Dưới tác dụng của lực hướng tâm cặn lắng và các chất không hòa tan có khối lượng lớn sẽ bị xoáy vào giữa tâm thùng và lắng xuống đáy thùng.
Thời gian lắng 40 phút, nhiệt độ của dịch nhanh chóng hạ xuống 90oC sau
đó dịch được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh còn cặn lắng xuống được nén chặt ở đáy thùng. Sau khi bơm hết dịch đường ta cho nước vào để xối cặn ra ngoài.
2.4.2.6. Làm lạnh nhanh
Mục đích: Hạ nhiệt độ của dịch đường xuống nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men, tách kết tủa lạnh ra khỏi dịch đường.
Cách tiến hành:
Dùng thiết bị lạnh nhanh đều là dạng trao đổi kiểu tấm bản.
Thiết bị làm lạnh nhanh dịch đường xuống 10 – 12oC là dạng trao đổi nhiệt kiểu tấm bản hai cấp. Dịch đường sau khi lắng trong được bơm qua máy lạnh nhanh. ở cấp một, dịch đường và nước trao đổi nhiệt độ với nhau, dịch vào cấp một có nhiệt độ 90oC, khi đi ra có nhiệt độ 35oC, nước ra có nhiệt độ 60oC.
Ở cấp hai, dịch đường và chất tải lạnh đi ngược chiều nhau. Dịch qua khỏi máy lạnh đạt nhiệt độ 10 – 12oC, dịch này được đưa sang thùng lên men.
2.4.2.7. Quá trình lên men
a. Chuẩn bị men giống
Mục đích: Bia là sản phẩm của quá trình lên men nên công việc chuẩn bị
men giống là hết sức cần thiết, mục đích để tạo lượng giống đủ lên men và hoạt hóa giống.
Men giống: tại nhà máy này em sử dụng nấm men là Saccharomyces carlsbergensis X25. Đây là một chủng nấm men mới được tuyển chọn bằng việc sử dụng những kỹ thuật hiện đại trong công nghệ sinh học với những đặc điểm
ưu việt như sau:
− Có tốc độ phát triển nhanh và mạnh, khả năng lên men > 74%, có thể sử dụng rộng rãi trong nhiều quy trình công nghệ sản xuất bia khác nhau như
sản xuất bia từ 100% malt đại mạch, sản xuất bia có sử dụng nguyên liệu thay