PHẦN 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA TẠI NHÀ MÁY
3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 1 Nghiền malt
3.2.1 Nghiền malt
• Mục đích: Giảm kích thước nguyên liệu, chuẩn bị cho quá trình nấu dịch nha.
Nhằm phá vỡ cấu trúc hạt, cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thụân lợi cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần nội nhũ nhanh hơn và thúc đẩy các quá trình sinh lý, sinh hoá xảy ra trong nguyên liệu khi nấu nhằm thu được dịch đường có chất lượng tốt nhất từ nguyên liệu ban đầu.
• Khảo sát ảnh hưởng của mức độ nghiền ảnh hưởng đến năng suất lọc: Trong nội nhũ của malt: chứa chủ yếu là tinh bột, dextrin, đường, protein, các sản phẩm thuỷ phân của protein… và nhiều hợp chất khác. Các hợp phần này của nội nhũ là nguồn chính cung cấp chất hoà tan cho dịch đường. Nếu nghiền càng mịn càng dễ trích ly nhưng quá trình lọc sẽ gặp khó khăn và đến lúc rửa bã malt sẽ không thể chiết rút hết các thành phần dinh dưỡng ở trong đó. Tốc độ lọc, chất lượng của quá trình lọc, mặt khác phụ thuộc vào thể tích của lớp lọc, mà đại lượng cuối cùng này lại phụ thuộc vào mức độ nghiền của malt. Điều này được thể hiện rõ trong bảng 2.8.
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của mức độ nghiền malt đến thể tích bột nghiền và thể tích khối bã
Mức độ nghiền Thể tích bột nghiền và bã từ 100 kg malt, m 3 Bột nghiền Bã Nghiền thô(20-25% bột) Nghiền mịn(50-60% bột) Nghiền rất mịn(80-90% bột) 0.28 0.21 0.20 0.2 0.13 0.10 • Vai trò của vỏ trấu: Mục đích của việc giữ vỏ malt nguyên vẹn là để tạo lớp bã lọc
hay lớp màng lọc cho quá trình lọc được thực hiện bằng nồi lọc, giúp quá trình lọc sau này được thực hiện dễ dàng hơn, kết quả tốt hơn. Mặt khác, vì trong vỏ malt có nhiều tannin nên cần tránh làm nát vỏ để hạn chế lượng tannin được trích ly vào trong dịch, làm cho bia có vị đắng rất khó chịu. Do vậy, thiết bị chủ yếu được sử dụng để nghiền malt là máy nghiền trục.
• Máy nghiền bốn trục một sàng: được dùng trong trường hợp malt có độ nhuyễn tốt, hoặc sản xuất các loại bia phổ thông.
• Cấu tạo thiết bị và nguyên tắc hoạt động
• Là máy nghiền bốn trục, một sàng. Có hai cặp trục phân bố trên và dưới, ở giữa là sàng rung phân loại. Khoảng cách giữa hai trục thường khoảng 0,3 – 2,5 mm.
Hình 3.2 : Nguyên lý cấu tạo của máy nghiền bốn trục một sàng
1- Trục cánh khế đẩy malt ; 2 - Cặp rulô thứ nhất ; 3 – Sàng ; 4 - Cặp rulô thứ hai. • Malt từ tank định lượng chảy vào phễu chứa malt. Từ phễu chứa, malt đi qua trục
cánh khế đến trục nghiền. Sau khi được nghiền qua cặp rulô thứ nhất, bột nghiền được đổ xuống sàng. Lọt qua lỗ sàng là bột và tấm bé. Hai pha này được thu gom vào thùng chứa tạm, còn vỏ và tấm lớn nằm lại trên sàng được đổ vào cặp rulô thứ hai để nghiền lại một lần nữa.
• Một số sự cố và cách khắc phục
• Vỏ malt quá nát hoặc không bị nát do khe hở giữa hai trục nghiền quá lớn hoặc quá nhỏ.
• Gạo nghiền không được nhỏ.
• Thiết bị vận hành bị nghẹt do nguyên liệu còn sót lại ở mẻ nghiền trước hoặc cho nguyên liệu vào quá nhiều.
• Điều chỉnh khoảng cách giữa các trục và búa nghiền cho phù hợp. • Lúc nghiền cho malt hoặc gạo vào từ từ để tránh nghẽn dễ cháy motor. • Cần tắc máy khi nguyên liệu đã hết và kiểm tra thiết bị trước khi nghiền.
3.2.2 Phối trộn
• Mục đích: Cho nguyên liệu hòa với nước đê thuận lợi cho việc chuyển dung
dịch qua nồi nâu dễ dàng hơn • Công thức phối trộn
• Tỷ lệ gạo/nước:1kg gạo/ 3lít nước. • Tỷ lệ malt/nước: 1kg malt/ 4lít nước.
• Bia vàng: Tỷ lệ gạo/malt: 1/3. • Bia PET: Tỷ lệ gạo/malt: 3/2.
• Bia lon Big man: Tỷ lệ gạo/malt: 1/16.
• Sử dụng thiết bị phối trộn là nồi nấu gạo dành cho phối trộn gạo, và nồi nấu malt để phối trộn malt.
3.2.3 Nấu gạo
• Bật cánh khuấy nồi gạo, bơm toàn bộ lượng gạo đã được xay đúng yêu cầu và đã được trộn với nước trong nồi phối trộn sang nồi nấu gạo
• Tráng nước lại nồi phối trộn, rồi bơm hết sang nồi nấu gạo. • Cho hóa chất phụ gia vào nồi nấu gạo : CaCl2, …
• Mở van hơi gia nhiệt nồi gạo và tiến hành nấu theo giản đồ yêu cầu.
• Đến giai đoạn hội cháo ta bổ sung nước lạnh vào, hạ nhiệt xuống 76-78 0C, rồi bơm sang nồi malt.
3.2.4 Nấu malt
• Bật cánh khuấy nồi malt
• Bơm toàn bộ lượng malt đã được say đúng lượng yêu cầu và đã được trộn với nước trong nồi phối trộn sang nồi nấu malt
• Tráng nước lại nồi phối trộn rồi bơm hết sang nồi nấu malt • Cho hóa chất, phụ gia vào nồi nấu malt ( nếu có)
• Mở van hơi gia nhiệ nồi malt và tiến hành nấu theo giản đồ yêu cầu .
• Trong môi trường giàu nước các hợp chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này. Các hợp chất cao phân tử của cơ chất như tinh bột, protein, các hợp chất chứa phospho… sẽ bị tác dụng của các enzym tương ứng là amylaza, proteaza, phosphataza…khi nhiệt độ của khối dịch được nâng lên đến các điểm thích hợp cho các enzym này hoạt động. Dưới sự xúc tác của hệ enzym thuỷ phân, các hợp chất cao phân tử sẽ bị phân cắt thành những sản phẩm thấp phân tử và hoà tan vào nước.
• Cấu tạo thiết bị
Hình 3.3 : Cấu tạo nồi nấu malt.
1. Ống thông hơi; 2.Nồi nấu; 3.Cửa quan sát; 4.Nhiệt kế; 5.Cánh khuấy; 6.Áo hơi; 7. Ống dẫn dịch; 8.Van dẫn hơi; 9. Đèn quan sát; 10. Áp kế; V1.Van tuần hoàn dẫn dịch; V2.Van dẫn dịch cháo; V3,V4.Van dẫn dịch.
• Chiều cao nồi nấu là 1,3m, đường kính trong 1,8m, đường kính ngoài 1,84m. Nồi được chế tạo bằng thép không rỉ, gồm hai vỏ, thân hình trụ được bảo ôn bằng lớp vật liệu cách nhiệt. Nồi được trang bị hệ thống cấp hơi để gia nhiệt, hơi gia nhiệt được cấp vào giữa hai lớp vỏ của nồi, áp suất hơi giữa hai lớp vỏ của nồi khoảng 2,5÷3 kg/cm2. Gần đáy nồi có hai cánh khuấy có tác dụng đảo trộn dung dịch, phía dưới có hộp giảm tốc để điều khiển tốc độ cánh khuấy. Phần trên hình nón có ống thoát hơi, đèn chiếu sang, cửa quan sát.
• Khi nấu đồng thời xảy ra hai quá trình: Quá trình khuấy trộn dung dịch và quá trình truyền nhiệt.
• Mục đích của quá trình nấu malt: Kích hoạt tạo điều kiện cho các enzyme có
trong malt hoạt động, chuyển các chất ở trạng thái không hoà tan về hoà tan, là giai đoạn quan trọng quyết định hiệu suất nấu.
• Cách tiến hành
• Gạo được bơm vào nồi nấu gạo, hỗn hợp gạo - nước chiếm thể tích khoảng 2/3 nồi nấu. Hỗn hợp này được tăng nhiệt độ lên khoảng 70 - 720C và giữ trong khoảng thời gian 20 phút để thực hiện quá trình đường hoá, lúc này chủ yếu cho ra loại đường maltose và dextrin. Tiếp tục tăng nhiệt độ lên đến 83 - 850C và giữ trong khoảng thời gian 15 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo. Sau đó dịch gạo được hạ nhiệt độ xuống 720C rồi bổ sung malt lót vào, giữ trong khoảng 15 - 20 phút để dịch hoá hoàn toàn tinh bột gạo. Sau đó tăng nhiệt độ lên 1000C trong 20 phút, rồi cho nước lạnh vào hạ nhiệt độ xuống khoảng 800C
Giản đồ nấu bia
• Trong thời gian nấu gạo, tạo dịch malt có nhiệt độ khoảng 520C, giữ ở nhiệt độ này khoảng 20 phút sau đó cho dịch gạo vào nồi dịch malt ở nhiệt độ 520C tạo ra hỗn hợp nhiệt độ khoảng 640C, giữ ở nhiệt độ này trong khỏang 40 phút sau đó tăng nhiệt độ lên 720C, giữ trong 30phút. Cuối cùng tăng nhiệt độ lên 760C, giữ trong 5 phút rồi bơm sang nồi lọc.
•Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa
• Nhiệt độ: Nó ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ đường hóa, hiệu suất đường hóa và ảnh hưởng đến tỷ lệ, các thành phần của sản phẩm thủy phân. Nếu tăng nhiệt độ thủy phân tới một giới hạn nhầt định thì tốc độ đường hóa tăng, nhưng nếu tiếp tục tăng nhiệt độ lên quá giới hạn thì các enzyme bị giảm hoạt lực và có thể bị mất hẳn hoạt lực dẫn đến quá trình thủy phân chậm lại hoặc ngưng hẳn.
enzyme thích hợp với một pH nhất định.
• Nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất trong hỗn hợp thủy phân là tỷ lệ giữa nước với nguyên liệu. Người ta phải cho nước vào nguyên liệu theo một tỷ lệ nhất định để đạt độ đường của nước nha sau này nằm trong khoảng 12-13,2(0PL). • Các biến đổi trong quá trình nấu
• Thuỷ phân tinh bột bởi enzyme
• Mục đích: phân cắt amyloze, amylopectin, dextrin bậc cao thành đường đơn
giản, dextrin bậc thấp dễ hoà tan vào nước trở thành chất hoà tan của dịch đường.Trong phản ứng này tinh bột đóng vai trò là cơ chất, còn chất xúc tác là nhóm enzyme amylaze có sẵn trong malt.
• Sản phẩm chính của quá trình này là: maltoze, dextrin và một lượng không
đáng kể glucoze.
• Sự thuỷ phân hemixelluloze và một số chất khác: Dưới tác dụng của hệ
enzyme fitaze của malt dẫn đến sự thuỷ phân hemicellulose và một số chất khác của nguyên liệu tạo thành glucose và dextrin.
• Sự thuỷ phân protein: Khi đường hoá,dưới tác dụng của enzyme proteaze thì
protein bị thuỷ phân thành các polypectit phức tạp và không đông tụ.Tiếp đến dưới tác dụng của enzyme polypeptidaze và các polypeptit chuyển thành acid amin.
• Sự thuỷ phân các phospho: Khi đường hoá dưới tác dụng của enzyme fitaze
xảy ra sự phân huỷ các chất phospho và giải phóng acid phosphoric. Các muối phosphate vô cơ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo môi trường đệm và đặt biệt cần thiết cho sự hoạt động bình thường của enzyme, pH tối ưu của enzyme fitaze là 5,2-5,3 và topt = 45 - 50oC
• Các quá trình phi protein: Ngoài các quá trình trên, trong thời gian đường
hoá còn xảy ra nhiều quá trình quan trọng khác mà kết quả của chúng có ảnh hưởng trực tiếp ở mức độ cao đến thành phần và tính chất của thành phẩm. • Sự kết lắng và biến tính protein: Ở điều kiện nhiệt độ cao các protein bị biến
tính và một phần protein bị đông tụ, đây là quá trình có lợi cho công nghệ sản xuất bia vì khi protein bị biến tính và kết lắng thì chúng sẽ loại ra khỏi dịch đường, sẽ làm tăng độ bền keo của bia - tức giảm khả năng gây đục.
• Sự tạo thành melanoid: Quá trình này xảy ra mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt
và xảy ra ít ở giai đoạn đường hoá (do điều kiện về nhiệt độ và các yếu tố khác chưa tối ưu) nhưng cũng có một lượng đáng kể melanoid được tạo thành. • Hoà tan các thành phần chất của malt.
• Phản ứng giữa muối của nước và phosphate của cháo malt.
• Yêu cầu:Tinh bột không còn sót lại trong dich đường để nhận biết tinh bột còn
sót lại hay không thì dung Iod để thử, nếu có màu xành tím thì còn tinh bột còn nếu không đổi màu của Iod thì hết tinh bột.
• Một số sự cố và biện pháp khắc phục
• Sự cố
• Mất điện làm cánh khuấy ngừng hoạt động. Để khắc phục, phải có máy phát điện dự phòng.
• Nhiệt độ tăng quá cao có thể gây vô hoạt enzyme, cháy khét; hoặc nhiệt độ thấp hơn yêu cầu trong giản đồ nấu. Để không xảy ra sự cố này, phải kiểm tra đồng hồ nhiệt độ để điều chỉnh van cấp hơi cho phù hợp.
• Nồi hơi ngưng hoạt động. Lúc này, phải sửa chữa và cho nồi hơi hoạt động lại càng sớm càng tốt. Trong lúc đó, điều chỉnh van cấp hơi để duy trì nhiệt độ nồi nấu hoặc cho nhiệt độ tăng chậm, không để tăng quá nhanh.
• Dịch cháo sẽ bị trào ở nhiệt độ 1000 C. Vậy ta phải quan sát đồng hồ đo nhiệt độ và thêm nước vào để khỏi bị trào.
• Cách khắc phục
• Phải kiểm tra thiết bị trước khi nấu tránh không được bơm nồi malt vào nồi gạo vì thế sẽ bị tiêu diệt hết enzyme.
• Tránh hiện tượng caramen cháy khét.
• Bật cánh khuấy trước khi đổ gạo, tránh hiện tượng làm gãy cánh khuấy. • Giải thích các thông số kĩ thuật
• 720C tạo điều kiện cho enzyme amylase hoạt động phân cách lien kết 1,4- glucozit bất kì ở đầu không khử của tinh bột và dừng lại khi gặp liên kết 1,6- glucozit. Sản phẩm thuỷ phân chủ yếu là dextrin, ít mantose và glucose.
• 850Clàm trương nở tinh bột, làm lỏng lẻo các liên kết 1,4-glucozit, 1,6-glucozit để khi hạ nhiệt độ xuống 720C các enzyme anpha amylase thuỷ phân triệt để tinh bột.
• 1000C thanh trùng và vô hoạt enzyme đồng thời giúp cho tinh bột được hồ hoá hoàn toàn .
• 520 C phát huy tác dụng của enzyme proteaze, phân cắt liên kết peptid để protein thuỷ phân thành peptid, axit amin và peptone đơn giản.
• 64 - 660C tạo điều kiện tối thích cho enzyme b-amylase hoạt động phân cắt liên kết 1,4 glucozit theo từng cặp monosaccharit và ngừng tác dụng khi gặp lien kết 1,6-glucozit, sản phẩm tạo thành là mantose, glucose, dextrin.
• 720C enzym amylase hoạt động phân cắt liên kết 1,4-1,6-glucozit sản phẩm chủ yếu tạo thành là mantose,glucose,dextrin.
• 760C làm giảm độ nhớt của đường tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc, tách bã.