III. Chọn chủng nấm men và phương pháp lên men
2. Quá trình hồ hoá và đường hoá
a. Hồ hoá
Mục đích: Do sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 20% nên cần tiến hành hồ hoá và dịch hoá gạo trong thiết bị riêng trước khi đường hoá chung với malt. Vì gạo chưa trải qua quá trình đồ sinh học nên thành tế bào chưa bị phá vỡ rất khó cho việc giải phóng tinh bột để đường hoá. Do đó ta sử dụng lượng malt lót với tỉ lệ 20% so với lượng gạo thay thế nhằm mục đích giảm độ nhớt của dịch cháo giúp cho quá trình nấu dễ dàng hơn, tăng hiệu suất chất chiết và cũng thuận lợi hơn cho quá trình đường hoá sau này.
Tiến hành nấu gạo:
Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng. Bột gạo được phối trộn với nước ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 45˚C trước khi bơm vào nồi với tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactics để hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,4 – 5,6. Cho malt lót vào nồi với lượng bằng 20% gạo và bổ sung thêm nước để tỉ lệ: bột/nước = 1/5. Nhiệt độ của khối dịch giảm xuống khoảng 42 – 43˚C. Bột được trộn đều và giữ ở nhiệt độ 42 – 45˚C trong khoảng 15 phút để tinh bột hút nước trương nở, đồng thời hệ enzyme trong malt đặc biệt là peptidase thực hiện quá trình đạm hoá. Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 10 phút. Tiếp tục nâng nhiệt của khối dịch lên 83˚C và giữ trong 30 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch trong khoảng 30 phút trước khi bơm sang nồi malt. Thời gian nấu một mẻ khoảng 150 phút.
b. Đường hoá
Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp thông qua điều chỉnh nhiệt độ, pH môi trường để hệ enzyme của malt hoạt động, đặc biệt là hệ enzyme thuỷ phân phân cắt các hợp chất cao phân tử trong dịch cháo thành các hợp chất thấp phân tử dễ hoà tan tạo thành chất chiết của dịch đường.
Yêu cầu của quá trình đường hoá là dịch đường thu được chứa hàm lượng chất chiết tối đa và tỉ lệ giữa các thành phần là 80% đường có khả năng lên men.
Trong quá trình đường hoá, tinh bột được thuỷ phân thành các đường đơn giản và dextrin bậc thấp dễ tan; protein được thuỷ phân thành các hợp
chất chứa nitơ chủ yếu là có khối lượng phân tử trung bình: peptide, polypeptide, albumose; các hợp chất chứa phospho như Fitin bị thuỷ phân giải phóng axit phosphoric làm tăng độ chua và lực đệm của dịch đường. Ngoài các quá trình thuỷ phân bởi enzyme, trong quá trình đường hóa còn có thể xảy ra các phản ứng phi enzyme như phản ứng caramel hoá, phản ứng melanoid, sự biến tính protein kém bền nhiệt, hoà tan các chất trong vỏ malt vào dịch đường...
Tiến hành đường hoá:
Trong khi nồi cháo nấu thì vệ sinh nồi malt, khi cháo sôi được khoảng 15 phút thì bơm dịch sữa malt vào nồi đường hoá. Bật cánh khuấy để đảo trộn đều dịch sữa malt. Bổ sung NaCl với nồng độ 200mg/l để tạo cho bia vị đậm đà dễ chịu, bổ sung axit lactics hạ pH của hỗn dịch xuống 5,4 – 5,5 thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân và cũng có tác dụng khử độ cứng của nước còn lại. Bơm dịch cháo sang nồi malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 54-55˚C, thời gian bơm cháo khoảng 5 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 63˚C và giữ trong khoảng 40 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 30 phút. Nâng nhiệt độ khối dịch lên 76˚C, rồi bơm sang thùng lọc. Thời gian đường hoá một mẻ khoảng 130 phút.
3. Lọc dịch đường
Mục đích: Tách dịch đường ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồng thời hạn chế tối đa sự oxy hoá dịch đường.
Lọc dịch đường có 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất là lọc để tách dịch đường ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốt phần chất hoà tan còn sót lại trong bã. Tiến hành lọc:
Trước khi tiến hành lọc, thùng lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước, các mảnh các mảnh của đáy giả phải được ghép thật khít và chặt với nhau. Lỗ tháo bã và các van xả dịch phải đóng chặt. Bơm nước nóng vào các ống dẫn dịch để đuổi không khí đồng thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy của thùng lọc. Dịch đường từ nồi đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang thùng lọc, đồng thời hệ thống cào bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao. Dịch đường được để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Có thể chia lớp bã thành 3 lớp: lớp dưới cùng gồm các phần tử nặng nhất và lớn
nhất, dày khoảng 1cm; lớp giữa gồm vỏ và các phần tử nặng khác; lớp trên cùng là các phần tử mịn và nhẹ, xám, dày khoảng 1cm. Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu. Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, dịch đường được đưa ngay sang nồi nấu hoa. Nếu nồi hoa chưa sẵn sàng thì dịch đường được đưa sang nồi trung gian có vỏ bảo ôn chứa tạm. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian ép dịch lọc khoảng 90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã.
Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 3 lần, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C. Sau khi thu hết dịch đường, khoá van xả dịch, cấp 1/3 lượng nước rửa bã, cho cánh khuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào dịch. Để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi hoa với dịch lọc trước đó. Kết thúc quá trình rửa bã hàm lượng đường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx. Thời gian rửa bã khoảng 60 phút.
Tổng thời gian lọc khoảng 160 phút.
4. Nấu hoa
Mục đích: Quá trình nấu hoa có mục đích chính: diệt enzyme của malt, diệt vi sinh vật; kết lắng các phần tử khó tan phân tán trong dịch đường; trích ly các chất đắng và tinh dầu thơm trong hoa houblon để đem lại hương vị đặc trưng cho bia thành phẩm.
Trong quá trình đun hoa xảy ra một số biến đổi: sự đồng phân hoá các α-axit đắng thành izo α-axit đắng có độ hoà tan cao hơn và lực đắng mạnh hơn, vị đắng dịu hơn; trích ly tinh dầu thơm của hoa tạo hương thơm đặc trưng cho bia vàng; tạo phức tanin-protein cao phân tử tạo màng kéo theo nhiều phần tử khác kết lắng theo làm trong dịch đường, tạo độ ổn định keo cho dịch; vô hoạt các protein enzyme của malt và diệt vi sinh vật tạp làm tăng tính ổn định sinh học của dịch đường đảm bảo quá trình lên men sau này dịch đường chỉ chuyển hoá bởi hệ enzyme của nấm men. Ngoài ra trong quá trình nấu hoa do nhiệt độ cao xảy ra các phản ứng melanoid, phản ứng caramel hoá làm thay đổi tính chất cảm quan của dịch đường đặc biệt là độ màu của dịch đường. Đun hoa còn có tác dụng làm bay hơi một số chất không mong muốn
như dimethyl sulfua và các dẫn xuất; cô đặc dịch đường nhờ quá trình bay hơi nước; pH dịch đường cũng giảm từ 0,2 – 0,3.
Tiến hành đun hoa:
Thiết bị đun hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đưa sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc trên 75˚C. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã được bơm sang nồi hoa thì dịch đường trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch sôi được khoảng 15 phút thì cho toàn bộ lượng hoa cao vào nồi. Sau khi dịch sôi được khoảng 60 phút thì cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Trước khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung nốt 1/2 lượng hoa viên vào nồi. Tỷ lệ: cao hoa/hoa viên = 1/4. Thời gian đun hoa khoảng 90 phút.
5. Lắng xoáy
Mục đích: Quá trình lắng trong cũng đồng thời làm lạnh sơ bộ dịch đường nhằm mục đích tách bỏ các phần tử rắn hay cặn, bã hoa ra khỏi dịch đường, tránh bia không bị đục.
Đặc biệt là cặn nóng được tạo thành từ nhiệt độ trên 60˚C và cần được tách bỏ hoàn toàn vì chúng ảnh hưởng xấu tới quá trình lên men, làm bia kém chất lượng, sinh ra một số axít có hại cho độ bền của bia.
Tiến hành lắng xoáy:
Dịch đường ra khỏi nồi hoa được bơm vào thùng lắng xoáy theo phương tiếp tuyến với vận tốc 12 – 14m/s, dưới tác dụng của lực ly tâm và trọng lực các cặn lắng và bã hoa tách ra tập trung ở giữa thùng và lắng xuống đáy. Dịch ra khỏi thùng có nhiệt độ khoảng 90˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy khoảng 30 phút.
6. Lạnh nhanh
Mục đích: Quá trình làm lạnh nhanh nhằm mục đích hạ nhiệt độ của dịch đường tới nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men đồng thời hạn chế tối đa sự nhiễm tạp vi sinh vật, ảnh hưởng tới lên men và chất lượng bia thành phẩm.
Sau khi ra khỏi thùng lắng xoáy, dịch đường có nhiệt độ 90˚C, được dẫn vào máy lạnh nhanh kiểu tấm bản. Máy được cấu tạo từ những tấm bản gấp sóng chế tạo từ thép hay hợp kim Cr – Ni. Các tấm bản có hình chữ nhật, có 4 tai ở 4 góc, trên mỗi tai có đục lỗ tròn. Kết hợp xen kẽ các tấm bản với các gioăng cao su tạo nên 4 mương dẫn: dịch đường vào máy, dịch đường ra khỏi máy, chất tải lạnh vào máy, chất tải lạnh ra khỏi máy. Dịch đường nóng được bơm vào một trong hai mương dẫn phía trên, chảy thành màng ziczac trên bề mặt các tấm bản trong khoảng trống giữa 2 tấm bản liền kề, dịch đường chảy các khoảng trống cách nhau 1 khoảng trống xen kẽ bởi chất tải lạnh, cuối cùng ra khỏi máy ở mương dẫn dưới ngược phía. Nước lạnh 2˚C được đi theo chiều ngược lại từ mương dẫn vào ở phía dưới qua các khoảng trống mà dịch đường không đi qua rồi ra ở mương dẫn phía trên đối diện. Nước lạnh qua trao đổi nhiệt với dịch đường trở thành nước nóng 70 – 80˚C được thu hồi về thùng nước nóng đưa đi phục vụ cho quá trình nấu.
7. Bão hoà O2 vào dịch lên men
Mục đích: Bổ sung O2 vào dịch đường trước khi lên men nhằm đảm bảo cung cấp đủ lượng O2 ban đầu cho quá trình phát triển tạo sinh khối của nấm men trong giai đoạn tiềm phát, thích nghi và phát triển logarit.
Tiến hành bố sung oxy: Sau khi ra khỏi máy lạnh nhanh, dịch đường có nhiệt độ 8˚C dịch đường được bổ sung oxy dưới dạng không khí nén sục vào đường ống cấp dịch đường đi lên men. Không khi được hút qua màng lọc, đi qua tháp rửa, qua hấp phụ bằng than hoạt tính, khử trùng, lọc xốp trước khi nạp vào dịch. Không khí nén sau làm sạch và khử trùng được bổ sung xuôi theo chiều đường ống dẫn dịch đường vào thùng lên men.
8. Cấp nấm men và tiến hành lên men
Mục đích: Hòa trộn nấm men với dịch đường để nấm men thực hiện quá trình lên men chuyển hoá dịch đường thành bia. Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn: lên men chính, lên men phụ và tàng trữ bia. Lên men chính nhằm mục đích chuyển hoá các thành phần chất tan chủ yếu là các loại đường và dextrin thấp phân tử của dịch đường đã được houblon hoá thành rượu etylic, CO2, glyxerin và các rượu bậc cao khác, axit hữu cơ, este… dưới tác dụng của nấm men. Lên men phụ và tàng trữ nhằm ổn định các thành phần của bia, tạo bọt,
tạo các sản phẩm bậc cao mang hương và vị đặc trưng hài hoà của bia, tăng độ bền keo, ức chế sự phát triển của vi sinh vật…
Quá trình lên men được tiến hành theo phương pháp lên men gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn, phương thức lên men gián đoạn.
Giai đoạn lên men chính diễn ra trong khoảng 6 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia chai và diễn ra trong vòng 5 ngày ở nhiệt độ 8˚C đối với bia hơi. Trong giai đoạn này nấm men hoạt động mạnh toả nhiều nhiệt, lượng CO2 tạo thành nhiều nên cần phải cấp nhiều glycol để làm lạnh và tiến hành thu hồi CO2 để đảm bảo áp suất trong thùng lên men khoảng 0,7 – 0,8at. Kết thúc giai đoạn này hàm đường còn lại trong bia non là 3˚Bx. Khi đó hạ nhiệt độ khối dịch xuống 4˚C và tháo nấm men kết lắng. Cuối cùng hạ nhiệt độ khối dịch xuống 2˚C và tiến hành lên men phụ và tàng trữ bia trong khoảng 15 ngày đối với bia chai và 10 ngày đối với bia hơi, duy trì áp suất khoảng 1 – 1,2at. Ở giai đoạn này lượng nấm men còn lại rất ít, hoạt lực giảm mặt khác do nhiệt độ rất thấp nên quá trình chuyển hoá các hợp phần của khối dịch rất chậm.
9. Lọc bia
Mục đích: Bia sau khi lên men đã được làm trong tự nhiên (nhờ quá trình lắng khi lên men phụ) nhưng chưa đạt mức độ cần thiết. Do đó, cần phải lọc tiếp để loại bỏ hoàn toàn cặn, kết tủa... nhằm tăng độ bền của bia, tăng giá trị cảm quan, ổn định các thành phần cơ học.
Bia tiêu chuẩn sau quá trình lên men được đi qua thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản trao đổi nhiệt với chất tải lạnh là glycol để ổn định nhiệt độ bia ở –1˚C trước khi lọc. Để thực hiện quá trình lọc trong bia sử dụng thiết bị lọc ống inox và thiết bị lọc ống xốp để lọc tinh đối với sản phẩm bia chai. Thiết bị lọc ống có một giàn ống, trên các ống này có đục lỗ cỡ 0,04µm.
Quá trình lọc gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tạo màng lọc và giai đoạn lọc.
Giai đoạn tạo màng lọc: Bột trợ lọc diatomide được hoà với nước và bơm vào thiết bị lọc để tạo màng lọc. Sử dụng 2 loại bột trợ lọc là Hyflosuppercell và Standarlsuppercell mỗi loại 5kg cho một lần tạo áo lọc.
Giai đoạn lọc: Bơm bia vào để tiến hành lọc, trong giai đoạn đầu dịch bia ra còn đục nên cần tuần hoàn khoảng 15 phút. Trong quá trình lọc bột trợ lọc diatomide và vinyl polypyriolidone được bổ sung bằng bơm định mức. Ngoài ra, đối với sản phẩm bia chai trong quá trình lọc còn bổ sung các hoá chất
chống oxy hoá, chống đục như: polyclarlc, vicant, collupulin cùng với bột trợ lọc lần 2.
Bia sau lọc được bơm sang các tank chứa bia trong để ổn định và bão hòa CO2.
10. Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm
Mục đích: Tăng chất lượng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng, tăng thời gian bảo quản bia, ổn định các thành phần trong bia...
* Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2 diễn ra như sau:
Bơm một lượng CO2 vào trước để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài, tránh không để bia bị oxy hóa do tiếp xúc với O2. Sau đó, bơm bia đã lọc vào tank từ dưới lên. Khi đã bơm hết bia, tiến hành bão hòa CO2 cho tới khi hàm lượng CO2 trong bia đạt 4,5 – 5 g/lít. Trong quá trình tàng trữ bia, duy trì áp suất trong tank ở ≈1,8 kg/cm2 và thu hồi CO2 khi cần thiết.
11. Hoàn thiện sản phẩm