3.2.5.1. Mục đích công nghệ
Nhằm loại bỏ các chất không hòa tan hình thành trong quá trình houblon hóa, hoàn thiện các chỉ tiêu về chất lượng kỹ thuật (to, nồng độ oxy hòa tan, độ trong, màu sắc…) cho dịch lên men bia
3.2.5.2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hiện
Mức độ trong, nhiệt độ và nồng độ oxy phân tử của dịch houblon hóa, là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình lên men và thu hồi bia có chất lượng cao. Các koloid không bền vững trong dịch thủy phân, phần lớn kết tủa trong houblon hóa, một phần kết tủa không thuận nghịch (khoảng 20 70 g/hl) khi to
60oC (tủa nóng) và kết tủa thuận nghịch (khoảng 5 6 g/hl) khi to 6 9oC (tủa lạnh) Có thể loại các kết tủa bằng cách lọc, lắng hay ly tâm, thông dụng và hữu hiệu nhất là lắng với các điều kiện kỹ thuật (như giảm to, tăng vận tốc và khả năng gom tụ các phần tử lắng…) trong thùng lắng trong xoáy tâm hay thùng lắng kín có làm lạnh…
Nhiệt độ thích hợp của dịch houblon hóa cho lên men bia trong khoảng 8 9oC (lên men theo phương pháp truyền thống) và trong khoảng 12 16oC (lên men theo phương pháp gia tốc). Việc giảm nhiệt độ, được kết hợp trong quá trình lắng trong dịch houblon hóa.
Do tác dụng của nhiệt và cường độ sôi, khi houblon hóa, làm O2 thoát hết ra khỏi dung dịch. Tuy có nhiều kết luận khác nhau về ảnh hưởng của oxy trong dịch houblon hóa đến quá trình lên men và chất lượng bia, nhưng thực tế sản xuất đã chứng tỏ với một nồng độ thích hợp (khoảng 6 8mg/l) bảo đảm cho sự ổn định và phát triển cân bằng của nấm men, chất lượng bia tốt hơn. Việc bổ sung oxy đúng liều lượng và thời điểm trước khi lên men, được thực hiện trong các điều kiện thích hợp về nhiệt độ, vô trùng… theo phương pháp khuếch tán không khí vào dịch houblon hóa, bằng các dụng cụ thông thường hay chuyên dùng (injector).
Các quá trình trên thường kết hợp thực hiện đồng thời hay thứ tự trong các quá trình công nghệ của sản xuất.
3.2.5.3. Thiết bị thực hiện quá trình
Thiết bị lắng làm việc gián đoạn, ở áp suất thường, theo nguyên lý tạo ra dòng chuyển động xoáy tâm có tốc độ cao, các phần tử kết tụ bị gom lại và lắng theo trọng lực ở tâm thiết bị, tự phân thành các vùng có độ trong tăng dần từ dưới lên trên theo thời gian. Thu dần dịch trong theo những lượng nhất định của các vùng kể từ trên xuống theo thời gian. Kỹ thuật thực hiện một chu kỳ làm việc của thiết bị như sau:
Mở các van liên thông và bơm dịch từ thiết bị houblon hóa vào cửa (2). Khi hết dịch houblon hóa, đóng các van liên thông và ngừng bơm. Khoảng 40 45 phút sau, lần lượt mở (5) rồi (4) và khởi động bơm (7) đưa dịch trong đi làm lạnh.
Hết dịch trong, xả đáy (6) lấy riêng phần đục bằng bơm (7), sau đó thu gom cặn lắng trên bề mặt đáy (3), tập trung lại theo quy định, vệ sinh whirpool chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.
24
Hình 3.14. Thùng lắng whirpool
1. Thân thùng 4,5. Cửa thu dịch trong 7. Bơm
2. Đường dịch vào 6. Cửa xả đáy 8. Đường nước nóng 3. Đáy nghiêng có lỗ
Thiết bị làm lạnh (plate cooler)
Hình 3.15. Cấu tạo máy làm lạnh nhanh
Thiết bị làm việc liên tục, tác nhân lạnh của khu vực (A) là nước lạnh, còn của khu vực (B) thường là glycol. Sơ đồ nguyên lý trao đổi nhiệt (làm việc) của máy được trình bày trên hình 3.16.
25
Hình 3.16. Sơ đồ nguyên lý của máy làm lạnh nhanh dạng tấm bản
Ở khu vực (A), dịch houblon hóa có to 78 94oC (khoảng 173 200 oF) vào liên tục theo (7), nước lạnh có to 10 21oC (khoảng 50 70 oF) vào liên tục theo (11), hai dòng lưu chất đi ngược chiều và trao đổi nhiệt cho nhau qua bản ngăn cách. Kết quả dịch houblon hóa ra khỏi khu vực (A) có nhiệt độ 40 60oC và vào ngay khu vực (B), còn nước ra theo (12) có nhiệt độ 74oC (khoảng 165 oF).
Ở khu vực (B), glycol có nhiệt độ (-1) oC (khoảng 30 oF) vào liên tục theo (9), đi ngược chiều với dịch houblon hóa từ (A) sang (to 40 60oC), hai dòng lưu chất trao đổi nhiệt cho nhau qua bản ngăn cách. Kết quả dịch houblon hóa ra khỏi máy theo (8) liên tục, có nhiệt độ 10oC (khoảng 50 oF ) và được cho ngay vào các thiết bị lên men, còn glycol ra theo (10) có nhiệt độ 4 5oC (khoảng 410F).
3.2.5.4. Yêu cầu kỹ thuật của quá trình
Dịch đường sau khi lắng trong và làm lạnh phải đạt độ trong và nhiệt độ cần thiết cho quá trinh lên men
3.2.6. Quá trình lên men bia
3.2.6.1. Mục đích công nghệ
Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hóa các chất đường và dextrin thấp phân tử trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác dưới tác dụng của nấm men:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Đồng thời, còn tạo các sản phẩm phụ như: este, acid hữu cơ, rượu bậc cao, aldehyd, glyxerin…hòa tan vào dịch lên men tạo thành bia non.
Lên men phụ là tiếp tục lên men phần đường còn lại sau lên men chính, bão hòa CO2 cho bia và tăng cường mùi vị cho bia.
26 3.2.6.2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hiện
Khi tiến hành lên men dịch đường houblon hóa, một lượng lớn cơ chất, chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ. Ngoài các glucid bị tác động mạnh, các thành phần khác của dịch đường cũng chịu những sự thay đổi lớn. Một phần trong đó bị nấm men đồng hóa và bị biến đổi thành những hợp chất khác nhau, còn một số khác thì chuyển đổi thành trạng thái không hòa tan và bị tách ra ngoài dưới dạng kết lắng. Tất cả những điều đó dẫn đến một sự thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hòa tan của dịch đường.
Quá trình lên men được chia thành năm giai đoạn:
− Giai đoạn đầu (sau một ngày): khi men bia được cấy vào bia, nấm men trải qua một giai đoạn thích nghi. Cần cung cấp một lượng oxy nhất định cho nấm men hấp thu.
− Giai đoạn 2 (1 2 ngày): quá trình sinh sản và trưởng thành theo sự phân chia các tế bào. Dấu hiệu lên men có thể nhìn thấy qua các hạt bọt khí CO2, một lớp bọt màu vàng nhạt (hoa houblon, protein và cặn mịn) nổi lên trên bề mặt dịch đường. Các tế bào men ăn đường dự trữ dưới dạng glycogen để dùng sau đó, hàm lượng chất hòa tan giảm 2 2,5%, nhiệt độ tăng 1 1,5%.
− Theo sau là một giai đoạn tăng trưởng rất nhanh dấu hiệu lên men nhận biết rõ qua lượng CO2 tăng dần, cứ 90 180 phút một thế hệ mới được sinh ra; ba thế hệ nấm men lên tới hàng trăm triệu tế bào trong một mililít. Bọt dầy với kích thước lớn bắt đầu ngả màu xám, cuối giai đoạn này bọt bắt đầu xẹp xuống. Hàm lượng chất hòa tan giảm 2,5 3%, nhiệt độ có chiều hướng tăng rất mạnh. Rượu chưa được tạo ra.
− Giai đoạn 4 (2 3 ngày cuối): Các tế bào sinh sản chậm lại.Thực sự đây là lúc ta nhận thấy chúng lên men giải phóng nhiều CO2 ào ạt, sử dụng lượng đường đã ăn vào để cho ra thành phần rượu. Hàm lượng chất hòa tan giảm khoảng 0,8 1,0% còn nhiệt độ giảm 3 4oC. Đồng thời trong quá trình đó màng tế bào trao đổi chất hình thành nhiều sản phẩm phụ. Rượu được tạo ra và pH giảm từ từ vào khoảng 4,5 4,8.
− Giai đoạn 5: là giai đoạn bình ổn. Để yên sau vài ba ngày, phần lớn chất được kết tụ lắng từ từ xuống đáy bình chứa. Bia bớt đục, không còn thấy nhiều bọt khí phóng từ đáy lên, các tế bào được sinh trưởng vẫn lơ lửng, trở nên yếu ớt trong dịch bia non. Nếu thời gian này để trong không khí, tiếp xúc với oxy, bia sẽ nhiễm khuẩn. Do vậy bia phải được chứa trong thùng kín.
3.2.6.3. Thiết bị thực hiện quá trình
Thiết bị lên men bia có nhiều dạng khác nhau về vật liệu chế tạo, cấu tạo, hình dáng, kích cỡ và nguyên tắc làm việc…
Combitank (thiết bị lên men liên hợp) là một dạng thiết bị lên men đặc trưng cho công nghệ sản xuất bia theo phương pháp lên men gia tốc, đang ngày càng được sử dụng phổ biến. Các dạng combitank hầu như chỉ khác nhau về dung tích, hệ thống các trang thiết bị điều khiển và kiểm tra, giám sát chế độ làm việc.
27
Cấu tạo combitank (hình 3.17)
Hình 3.17. Cấu tạo combitank
1. Thân; 9. Đường nạp liệu, tháo sản phẩm; 2. Các vùng chứa tác nhân lạnh; 10. Đường xả đáy
3. Cảm biến nhiệt; 11. Đường xả khí CO2; 4. Lớp bảo ôn 12. Đường thu hồi khí CO2; 5. Ống chống nhiễm khí, trào bọt; 13. Đường cấp dịch vệ sinh
6. Đồng hồ áp lực; 14. CIP;
7. Van an toàn 15. Cửa quá sát, sửa chữa;
8. Van lấy mẫu; 16, 17. Đường tác nhân lạnh vào, ra
Kỹ thuật lên men chính
Thực hiện lên men theo chế độ kỹ thuật (to, pH, , sự biến đổi chất khô hòa tan theo , áp lực… theo từng phương pháp). Trong quá trình, nấm men phát triển, tự đảo trộn do CO2 và sự chênh lệch nhiệt độ trong khối dịch lên men. Kết thúc lên men chính khi nồng độ chất khô hòa tan trong bia non còn khoảng 30 35% so với lượng chất khô ban đầu.
Kỹ thuật lên men phụ
Điều chỉnh nhiệt độ của quá trình lên men phụ xuống 1 2oC bằng cách điều chỉnh lưu lượng tác nhân lạnh thủ công hay tự động theo chương trình làm việc của thiết bị.
28
Tốc độ giảm nhiệt độ phụ thuộc vào phương pháp, kỹ thuật, chế độ xả cặn hay thu hồi nấm men, loại bia thành phẩm… trong sản xuất. Một trong các cách cho hiệu quả quá trình công nghệ và chất lượng sản phẩm cao, ổn định, được áp dụng nhiều là giảm nhiệt độ xuống 1 2oC (lên men truyền thống) hay xuống 7 8oC trong 36
48h, rồi tiếp tục giảm xuống 1 2oC (lên men gia tốc), kết hợp có điểm dừng nhiệt độ và xả cặn hay thu hồi nấm men.
Chế độ kỹ thuật lên men: to = 0,5 2oC, P 1,2 1,5 kg/cm2, Thời gian 4 6 ngày. Kết thúc quá trình lên men phụ khi bia tươi có nồng độ chất khô hòa tan giao động trong khoảng 18 22 % so với lượng chất khô ban đầu, với các loại bia chất lượng cao chỉ số này thường đặc trưng bằng độ lên men thực tế nhỏ hơn độ lên men biểu kiến là 1 2 %, tính theo chất khô.
3.2.6.4. Yêu cầu kỹ thuật của quá trình
− Hàm lượng chất hòa tan 2,5 – 3 0Bx
− Hàm lượng cồn 4,5 – 5,3 % v/v (tùy từng loại bia)
− Độ chua không lớn hơn 1,5