Thuyết minh quy trình

3. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy

1.1.2.2. Thuyết minh quy trình

a. Nghiền nguyên liệu

 Nghiền malt

 Mục đích

Phá vỡ màng tinh bột để quá trình đường hoá được tốt hơn. Yêu cầu của quá trình nghiền malt là vỏ còn nguyên vẹn và tách ra khỏi nội nhũ, lượng tấm thô nhỏ. Độ mịn và bản chất bột nghiền phụ thuộc vào máy lọc, nguyên liệu thay thế và chất lượng malt. Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị lọc là thùng lọc đáy bằng, nghiền theo phương pháp nghiền ướt, sử dụng máy nghiền có 2 cặp rulô. Malt được đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, được gầu tải này đưa lên thiết bị cân malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và được đưa lên đổ vào thùng chứa. Từ đây malt được chuyển dần xuống máy nghiền đồng thời được phun nước 65˚C để thực hiện quá trình nghiền

 Nghiền gạo

Đặc điểm chung của các loại nguyên liệu chưa được ươm mầm như gạo là chưa trải qua quá trình đồ hoá. Cấu trúc thành tế bào và các hạt tinh bột của chúng còn rất chắc, khó bị thuỷ phân. Do đó yêu cần nghiền thật nhỏ và hồ hoá ở nhiệt độ cao để thu được nhiều chất chiết. Gạo được đổ vào phễu hứng và được gầu tải đưa lên đổ xuống máy nghiền búa, bột gạo sau nghiền được đưa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và được đưa lên cao, được vít tải đưa qua thiết bị phối trộn với nước ấm rồi đổ vào nồi hồ hoá. Bột gạo trong quá trình nghiền và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiều bụi nên ở những vị trí này có bố trí đường ống thông với túi lọc và xyclon tách bụi.

b. Quá trình hồ hoá và đường hoá

 Hồ hoá

 Mục đích

Do sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 25% nên cần tiến hành hồ hoá và dịch hoá gạo trong thiết bị riêng trước khi đường hoá chung với malt. Tạo điều kiện cho emzyme tiếp xúc với cơ chất để dễ dàng phân cắt thành đường.

 Tiến hành

Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng. kiểm tra đường ống, van xả hơi, van xả đáy, bơm nước vào nồi, bật cánh khuấy. 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 lactic để hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,4 – 5,6. Cho tiếp chế phẩm Termamyl 120L 0,01%. Cho CaCl2 vào giúp cho các enzym bền vững nhiệt độ và nâng cao hiệu suất các chất hòa tan. Nhiệt độ trong nồi lúc này khoảng 40˚C. Sau đó mở van cấp nhiệt để nâng nhiệt độ lên 50 – 52oC, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian 20 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 70 – 72oC, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 30 phút. Cuối cùng nâng nhiệt độ lên 100oC và giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút nhằm mục đích để cho tinh bột được hồ hóa hoàn toàn.

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 photpho 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

Trong khi nồi cháo nấu thì vệ sinh nồi malt. Sau đó chuyển malt vào nồi và cung cấp nước ấm có nhiệt độ 40 – 45oC vào nồi theo tỷ lệ malt/nước = 1/4. Bổ sung NaCl với nồng độ 200mg/l để tạo cho bia vị đậm đà dễ chịu, bổ sung axit lactic 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. Sau đó nâng nhiệt độ lên 50 – 52oC và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút nhằm tạo điều kiện cho enzyme proteaza có trong malt thực hiện quá trình đạm hóa. Bơm dịch cháo từ nồi hồ hóa sang nồi malt hoà trộn với dịch bột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 65˚C, thời gian bơm cháo khoảng 10 phút và giữ ở nhiệt độ này trong trong khoảng 25 phút. Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72 - 75˚C và giữ trong khoảng 40 phút. Cuối cùng nâng nhiệt độ khối dịch lên 78˚C và giữ trong khoảng 30 phút, rồi bơm sang thùng lọc.

Biểu đồ gia nhiệt cho quá trình nấu nước nha được thể hiện trên hình 1.2

c. 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 tách 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. 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 150 phút.

d. 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 iso 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 bằng hệ thống gia nhiệt trung tâm. 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.

e. 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.

 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 hướng 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.

f. Làm 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.

 Tiến hành

Dịch sau khi lắng trong được đưa qua máy làm lạnh nhanh dạng khung bản. Khi qua thiết bị làm lạnh, dịch đường sẽ trao đổi nhiệt với chất tải lạnh là nước có nhiệt độ 2-30c làm giảm nhiệt độ của dịch đường. Dịch đường và nước sẽ trao đổi ngược chiều nhau.

Nước sao khi trao đổi nhiệt sẽ được thu hồi về tank chứa để sử dụng cho nhà máy để tiết kiệm nhiệt.

Việc làm lạnh được tiến hành nhanh và trong điều kiện vô trùng để hạn chế sự biến đổi xấu và sự phát triển của vi sinh vật lây nhiễm.

Chất sử dụng để làm lạnh nước là glycol. Glycol sẽ trao đổi nhiệt với nước để hạ nhiệt độ của nước xướng còn 2-30c.

g. 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.

 Tiến hành

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 với liều lượng 5 – 6 mg O2/lít dịch. Oxy cung cấp cho quá trình bão hòa phải được vô trùng để tránh lây nhiễm vi sinh vật.

h. Quá trình chuyển men và lên men

 Mục đích

Cung cấp đầy đủ lượng nấm men để chuyển hóa hết đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ khác.

 Tiến hành

Chủng nấm men sử dụng trong sản xuất bia là Saccharomyces carlsbergenis.

Nấm men sau khi được nhân giống được chuyển vào dịch đường sao cho lượng men bổ sung vào khoảng 15 triệu tế bào sống/ml.

Quá trình lên men gồm 2 giai đoạn:

Quá trình lên men chính

 Mục đích:

Là quá trình chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch đường thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác nhờ sự phát triển của nấm men. Sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non, bia non đục và có hương bị đặc trưng tuy nhiên hàm lượng diaxetyl còn cao.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28 calo

Đặc điểm của quá trình lên men chính là sự tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh mẽ, một lượng lớn đường chuyển thành rượu, CO2 và một số sản phẩm khác như rượu bậc cao, glyceryl góp phần làm nên hương vị cho bia.

 Tiến hành

Tank lên men trước khi nhận dịch phả được chạy vệ sinh sạch sẽ. Quá trình lên men chính bắt đầu tính khi tank đã nhận đầy dịch đường.

Nhiệt độ của quá trình lên men chính luôn lược duy trì ở nhiệt độ 8oC trong thời gian 6-7 ngày và duy trì áp suất dư 0,5 bar. Trong quá trình lên men thì CO2 sinh ra sẽ duy trì áp suất trong tank.

Từ khi tank lên men đầy thì khoảng 5 - 6h sau thì CO2 sinh ra mới tinh khiết. sau đó tiến hành thu hồi CO2.

Trong thời gian lên men. Mỗi ngày lấy mẫu kiểm tra độ platô (oP). Độ platô ngày càng giảm. Để xác định thời điểm kết thúc qúa trình lên men chính người ta dựa vào độ chênh lệch độ đường platô (δoP) của 3 ngày liên tiếp. Nếu δoP 0,15 thì kết thúc quá trình lên men chính. Nếu chỉ số δoP không đạt thì tiếp tục quá trình lên men.

Sau khi kết thúc quá trình lên men chính thì tiến hành hạ nhiệt độ xuống 2˚C để tiến hành lên men phụ. Trong thời gian này tiến hành thu hồi men để tái sử dụng hoặc thải bỏ làm thức ăn gia súc.

Quá trình lên men phụ

 Mục đích

Lên men phụ còn có tác dụng phân hủy điaxetyl làm cho điaxetyl giảm xuống tới mức quy định là 0,2 mg/l, đó là chỉ tiêu quan trọng để kết thúc quá trình lên men phụ.

Sau khi lên men chính hoạt động của nấm men giảm dần vì nguồn dinh dưỡng trong môi trường giảm dần, một số sản phẩm tạo thành như axit hữu cơ, ethanol ức chế quá trình lên men. Kết thúc quá trình lên men chính lúc này bia non chưa chín (hương vị còn nồng, mùi nấm men đắng và ít hấp dẫn) do vậy cần lên men phụ. Ở đây sản phẩm tạo thành ít, những phản ứng sinh lý, phi enzym và enzym được xảy ra làm chất lượng bia tăng, mùi vị bia hài hòa hơn do tạo chất thơm quan trọng hơn, phản ứng các chất làm bia ổn định, có mùi vị hài hòa. Khi bia chín phản ứng lên men xảy ra chậm do chất dinh dưỡng cạn.

Tuy nhiên các phản ứng này xảy ra với tốc độ chậm, nhiệt độ thấp hơn so với lên men chính, số lượng tế bào nấm men ít hơn và giảm đến cuối quá trình lên men phụ là 4 – 5 triệu tế bào/ml dung dịch.

 Tiến hành

Sau khi kết thúc quá trình lên men chính thì hạ nhiệt độ xuống 2oC và tiến hành lên men phụ. Ở giai đoạn này nấm men tiếp tục lắng xuống đáy tank và ta tiến hành thu hồi men để tái sử dụng hoặc thải bỏ.

Thường xuyên theo dõi và kiểm tra chỉ số VDK. Khi chỉ số VDK < 0,15ppm thì kết thúc quá trình lên men phụ. Thời gian lên men phụ kéo dài khoảng 2 tuần.