CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
3.3 Khu lên men
3.3.1 Quá trình lên men
a, Mục đích
Q trình lên men chính là q trình chuyển hóa các chất đường và dextrin bậc thấp thành C 2H5OH, CO 2 và một số sản phẩm như este, glyxerin, diacetyl, aldehyd góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm bia dưới tác dụng của nấm men
Saccharomyces carlsbergensis.
Lên men chính: chính chuyển hóa các chất đường, dextrin phân tử lượng thấp
thành rượu etylic, cacbonic, glyxerin và một số các sản phẩm rượu bậc cao, aldehyt, este, …có trong bia thành phẩm, nhằm định hình hương vị của bia. Sau q trình lên men chính thì dịch đường houblon hóa được chuyển thành bia non. Bia non đục, có mùi vị đặc trưng, khơng thích hợp cho giải khát có hàm lược diaxetyl cao gây đau đầu.
Qúa trình lên men chính chia làm 3 giai đoạn ở nhiệt độ lên men khác nhau:
- Giai đoạn 1: Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men trong điều kiện có Oxy, nấm men thực hiện q trình lên men hiếu khí tạo ra năng lượng cho q trình sinh trưởng, phát triển và tăng sinh khối.
C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + ATP Thời gian: Kéo dài 2-3 ngày sau khi đầy tank lên men Plato: 14,0 →9,0oP
Nhiệt độ lên men: 8oC Áp suất: 0 bar
- Giai đoạn 2: Giai đoạn này xảy ra q trình lên men yếm khí, nấm men tiếp tục chuyển hóa đường trong dịch nha thành Alcohol, CO2 và năng lượng thấp. C6H12O6 →Alc + CO2 + ATP
Đây là giai đoạn lên men mạnh nhất và cũng là giai đoạn khử mạnh diacetyl, aldehyde, DMS, H2S,…
Thời gian: 3-4 ngày Plato: 9,0 →2,9oP
Nhiệt độ lên men: 10,4oC
Áp suất: Cài 0,3 bar khi plato đạt 3,4oP
- Giai đoạn 3: Polyphenol, dạng keo protide kết hợp alpha acid đắng làm giảm vị đắng và mùi dịu nhẹ. Tại đây thì độ màu giảm và bão hòa CO2.
Thời gian: Kết thúc sau khi thu hồi men Plato: 2,9 → 2,7oP
Nhiệt độ lên men: 5oC Áp suất: 0.3 bar
Lên men phụ: là giai đoạn tiếp theo của q trình lên men chính nhằm chuyển
hóa lượng đường cịn sót lại có khả năng lên men tồn tại trong bia. Bên cạnh đó là q trình khử diaxetyl, tích trữ CO2, làm giảm lượng aldehyt, hàm lượng rượu bậc cao, phản ứng tạo este tạo hương thơm cho bia tăng độ ổn định của bia. Quá trình lên men phụ thực chất là q trình hồn thiện sản phẩm bia non và làm cho bia có hương vị hài hịa hơn.
Thời gian: kéo dài sau lên men chính đến lúc độ plato giảm về khoảng
b, Thiết bị
Hình 3.16 Tank lên men
Cấu tạo
Hình 3.17 Cấu tạo tank lên men
Nhà máy có 16 tank lên men với thể tích mỗi tank khoảng 4100 hl. Thân tank hình trụ với đáy cơn có độ dốc khoảng 60-70 °. Được chế tạo bằng hợp kim thép khơng rỉ có chứa các thành phần chrom, nikel, molypdel. Lớp vỏ kép bên ngoài để dung dịch lạnh glycol đi qua. Lớp vỏ này được hàn vào phần thân trụ và đáy cơn của tank. Mỗi tank lên men có 3 khoang làm lạnh, khoang trên cùng, khoang giữa và
khoang đáy cơn với hai đầu dị nhiệt. Mỗi khoang có một vai trị nhất định trong diều khiển nhiệt độ của dịch lên men trong tank.
Nguyên tắc hoạt động
Cụm van đỉnh tank được gắn vào cửa người chui ở đỉnh tank. Cụm bao gồm van chân không, van quá áp và quả cầu CIP thông với hệ van dằn áp về đường thu hồi CO2. Van chống quá áp và van chống chân không bảo vệ tank trong trường hợp áp suất trong tank quá cao hoặc âm q sâu.
Q trình lên men chính và phụ thực hiện trong một tank. Trên tank có 3 áo lạnh. Áo lạnh dưới đáy giúp quá trình tế bào nấm men lắng xuống. Q trình lên men có xảy ra hiện tượng đối lưu.
Dịch nha lạnh sau khi được cấp O2 và nấm men theo đường ống dẫn vào tank lên men, dịch đi từ dưới lên.
c, Cách tiến hành
Chuẩn bị tank lên men, đường cấp dịch nha, đường châm men: Kiểm tra tank lên men cần nạp dịch. Trước khi tiến hành nhận mẻ dịch đầu tiên, báo nhân viên KCS lấy mẫu nước rửa cuối quá trình vệ sinh tank lên men, đường ống châm men, dịch nha kiểm tra vi sinh. Kết nói cầu từ đầu chờ đường ống chyển djch vào đáy tank lên men. Kết nối cầu từ đường cấp men vào đáy tank chứa men ( mở van tay đáy và đỉnh để cấp khí vơ trùng vào tank chứa men trong quá trình bơm men.
Chuẩn bị men cấy: Men sử dụng phải đảm bảo đạt yêu cầu theo yêu cầu kỹ thuật, tỷ lệ chết ≤ 10%, đời men tái sử dụng ≤ F7. Lượng men sử dụng được tính theo cơng thức M = A/X*V
Trong đó M: khối lượng men cần cấy (kg)
A: Mật độ tế bào mong muốn sau 1h đầy tank (15-20 triệu tế bào/ml) V: Thể tích nước nha lạnh vào tank lên men.
Nhận dịch, châm men: Khi whirlpool giữ nhiệt đạt 20 phút, tự động chuyển sang bước dịch đuổi nước trên đường ống. Nạp dịch vào tank lên men đạt 20hl thì định lượng men vào. Lưu lượng khí đảm bảo ≥6 ppm Oxy cho ít nhất 50% dung dịch ban đầu của tank. Qúa trình chuyển nước nha, kiểm sốt và điều chỉnh các thông số sau đạt giá trị cài đặt
Nhiệt độ nước nha vào tank 7 – 9 ℃, đầy tank ≤9℃. Thời gian chuyển dịch ≤24h.
Hệ số chứa đầy ≤82%.
Kiểm sốt q trình lên men: Kết thúc nạp dịch vào tan, đóng van cấp lạnh, sau 1h cài đặt nhiệt độ của tank lên men theo nhiệt độ hiển thị. Mở van cấp lạnh vùng trên, cài đặt nhiệt độ lên men chính. Thực hiện q trình lên men chính. Khi khí CO2
sinh ra mạnh, đo hàm lượng CO2 khi đạt ≥ 99.7% đối với tank đầu tiên kết nối đỉnh tank lên men và đường ống thu hồi CO2. Các tank sau hàm lượng CO2 có thể thấp hơn, mở van tay tiến hành thu hồi CO2.
Kiểm tra và điều khiển nhiệt độ lên men: Điều chỉnh nhiệt độ trong tank lên men bằng khoang lạnh trên cùng. Kiểm soát nhiệt độ và áp suất tank lên men hàng ngày từ khi bắt đầu lên men chính cho đến khi chuyển bia đi lọc. Nếu áp suất trong tank khơng đạt như u cầu thì sạc thêm CO2 cho đủ áp suất.
Kiểm sốt q trình lên men chính: Nhiệt độ lên men chính 8 - 10℃. Khi bắt đầu lên men chính, áp dụng nhiệt độ lên men chính từ 8-9℃ đến khi độ đường xuống cịn khoảng 6-7.6 °P thì nâng nhiệt cho đến khi kết thúc lên men chính. Thời gian lên men chính 4 – 7 ngày. Bia chai Special 21 mong muốn giữ nhiệt độ 5℃ cho đến ngày thứ 13 tính từ khi đầy tank. Nhiệt độ trước khi lọc ít nhất 48 giờ -1÷0 ℃
Áp suất 0.3-1 bar. Chu kì lên men ≥ 21 ngày.