III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
6. Lên men dịch nấu
6.3.3. Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men chính
♦ Sự biến đổi các chất khô hòa tan:
Trong nước nha có đầy đủ các chất dinh dưỡng cho nấm men như: hydratcacbon, protein, các vitamin và muối khoáng…
Sau khi chuyển nấm men giống vào nước nha, sau thời gian ngắn của thời kỳ tiềm phát, nấm men nảy chồi và phát triển mạnh số lượng tế bào trong dịch tăng lên rõ rệt, vừa phát triển, vừa lên men, tiêu hao cơ chất và tạo ra các sản phẩm.
Sự lên men các loại đường khác nhau diễn ra theo một tuần tự nhất định do sự thẩm thấu của các loại đường này vào tế bào nấm men. Saccharoza cũng được chuyển hóa ngay ở giai đoạn đầu của quá trình lên men và phải nhờ enzyme β-fructofuranosidaza thủy phân thành đường đơn fructoza và glucoza. Khi trong nấm men không còn fructoza và gluoza nữa thì nấm men lúc này sử dụng đến maltoza. Dưới tác dụng của enzyme α-glucosidara, maltoza chuyển hóa thành glucoza. Maltoza hầu như được tiêu hao hết trong quá trình lên men.
Các sản phẩm của quá trình này: glycerin, acetaldehyd, acid pyruvic, acid acetic, diacety, 2,3-butylenglycol và một ít lượng acetoin, acid citric.
Song song với quá trình này là quá trình lên men rượu bậc cao từ các acid amin như: tryptophylic, propylic, isoamylic, amylic, izomutylic, tirosol. Quá trình này cũng hình thành một số chất không có lợi như : C4, diacetyl, gây nên mùi khó chịu.
♦ Quá trình biến đổi hóa lý:
Dịch nha lúc mới cấy nấm men thường có độ pH 5,3–5,6. Còn pH ở cuối giai đoạn lên men chính khoảng 4,2–4,5.
Số lượng các sản phẩm oxy hóa ngày càng giảm mạnh, trong khi các sản phẩm của quá trình khử oxy tích tụ ngày một nhiều. Nấm men phát triển kìm hãm các quá trình oxy hóa, chúng hấp thụ oxy hòa tan trong dịch nha, tiêu hao cho phản ứng trao đổi chất. Trong giai đoạn lên men mạnh, tất cả oxy hòa tan trong dịch nha được nấm men sử dụng hết.
♦ Sự đông tụ các protein và sự hình thành bọt:
Quá trình lên men tạo ra cồn, este đã làm cho môi trường pH giảm tạo điều kiện cho các protein đông tụ và kết lắng một phần tế bào nấm men. Khí carbonic được tạo ra trong quá trình lên men, lúc đầu thì hòa tan trong dịch nhưng sau đó tan dần và tách thành các túi khí. Trên bề mặt các túi khí xuất hiện các lớp hấp phụ có hoạt tính bề mặt như: nhựa Houblon, protein. Khi các túi khí riêng rẽ đứng gần nhau thì tạo nên bọt, dần dần tràn kín và dày trên bề mặt dịch men.
Quá trình lên men chính được chia làm 4 giai đoạn:
• Giai đoạn đầu:
Tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch men, giai đoạn nấm men nảy chồi, hàm lượng chất hòa tan giảm khoảng 0,2-0,5% mỗi ngày đêm, nhiệt độ tăng khoảng 0,5oC, độ balling khoảng 6,8-7,6%, giai đoạn này kéo dài từ 1 đến 5 ngày.
• Giai đoạn thứ hai:
Có rất nhiều bọt trắng, đặc, tốc độä giảm các chất trích ly khoảng 0,5-1% mỗi ngày đêm, nhiệt độ tăng 1-1,5oC, độ balling trung bình khoảng 5-6,5%. Thời kỳ này kéo dài từ 2-3 ngày.
Quá trình lên men xảy ra mạnh mẽ nhất. Tốc độ tiêu hao cơ chất 1-1,5% ngày đêm, nhiệt độ lên men tăng nhanh, phải thường xuyên theo dõi và khống chế ở mức nhiệt <9oC, độ balling trung bình khoảng 3,3-4,5; bọt xốp và bồng lên rất cao, giai đoạn này kéo dài 2-3 ngày.
• Giai đoạn cuối:
Bọt xẹp xuống dần, bề mặt dịch được phủ một lớp bọt màu nâu, tiêu hao cơ chất giảm, diễn ra với tốc độ chậm, khoảng 0,2-0,5 mỗi ngày đêm, nhiệt độ giảm 3-4oC. Tế bào nấm men lắng dần xuống đáy compitank lên men, dẫn đến việc chấm dứt từ từ quá trình lên men chính. Lúc này, 90% lượng chất khô đã được lên men hết. Dịch lên men trong dần từng phần, nhất là phần trên. Quá trình lên men chính coi như kết thúc. Sản phẩm thu được là bia non.
♦ Độ chua:
Khi lên men, do sự hình thành CO2, acid hữu cơ, chủ yếu là acid lactic của nấm men, nên pH của nước nha giảm.
Khi sử dụng nhiều nguyên liệu sống, nhất là đường, đều không làm cho nước nha có tính chất đệm nhiều, cho nên pH của bia sẽ thấp hơn 4.
Khi lên men đến ngày thứ 2, pH của bia là 4,4.
pH thấp có tác dụng cản trở sự phát triển của trực khuẩn và Sarcina, ngược lại không cản trở được hình thành các cặn keo.
Các loại acid dễ bay hơi không làm ảnh hưởng gì nhiều đến sự thay đổi pH, chỉ tác dụng với cồn cao cấp và ester để sinh ra hương của bia.
♦ Chất đạm:
Khi lên men, lượng đạm bị mất đi 1/3 là do: Sự tổng hợp của nấm men.
Sự hấp phụ theo bọt nổi trên bề mặt bia. Kết tủa do pH hạ thấp.
Sự kết hợp với tanin, resine.
Nấm men cũng thải ra 1/3 lượng đạm mà nó tổng hợp. Lượng đạm mà nấm men đã tổng hợp bằng 50% lượng đạm của nước nha.
6.3.4. Thiết bị lên men - Compitank:
Đây là thiết bị dùng để thực hiện quá trình lên men chính và lên men phụ.
HÌNH 6: CẤU TẠO CỦA COMPITANK
Cấu tạo hình trụ đứng, có đáy hình chóp, hệ thống làm lạnh trong tank theo hệ thống ruột ga vòng quanh tank.
Compitank gồm 3 lớp:
- Lớp trong tiếp xúc với dịch lên men bằng thép không rỉ.
- Bao quanh phần hình trụ bên trong compitank là lớp vỏ áo lạnh dạng ruột gà bằng sắt. Có một lớp vỏ chóp nón tạo quanh bên ngoài, đáy chóp chứa chất tải lạnh là cồn.
- Lớp vỏ áo lạnh được chia làm 3 vùng riêng biệt để khống chế nhiệt độ thích hợp cho từng vùng compitank, các ngăn lạnh có chung đường ống cấp lạnh vào và ra.
6.3.5. Tiến trình lên men chính:
Trước khi lên men:
Trước khi lên men, ta phải làm vệ sinh tank.
Trước tiên, nước được bơm vào theo van (8) đến quả cầu vệ sinh. Quả cầu vệ sinh phun tia nước đều lên xung quanh, tank được trang sạch.
Nước theo van (1) được xả bỏ ra ngoài.
Sau đó, dùng dung dịch soude 2% bơm vào tank để tráng sạch những cặn bẩn, cho chạy tuần hoàn khoảng 30 phút, xả bỏ, rồi cho nước vào tráng lại trong 20 phút.
Cuôí cùng cho thuốc sát trùng 2‰ chạy tuần hoàn 15 phút xả bỏ, cho nước vào lần nữa, xả bỏ.
Tiến trình lên men:
Nước nha sau khi qua máy giải nhiệt thì nhiệt độ còn khoảng 8-9oC được đưa vào các tank lên men chính.
Cùng với dòng nước nha vào tank lên men, ta sục không khí đã khử trùng và làm sạch vào nước nha, đồng thời cho men giống vào các ốp để bơm hòa cùng với nước nha trên đường về tank lên men.
Lượng men cho vào: 20x106 tế bào men/1ml nước nha.
Không khí (O2) được sục vào nước nha để cho men giống sinh trưởng và phát triển. Khí này được lọc bằng thiết bị gồm 2 phần: không khí đi qua phần thứ I là các ống hình trụ bên trong có nhét bông gòn để giữ lại tất cả các tạp chất và bụi bặm. Sau đó đi qua
ống bên trong có gắn neon cực tím, neon này phát ra tia tử ngoại có tác dụng tiêu diệt toàn bộ các vi sinh vật có trong khí này.
Khi bơm nha vào tank, phải bơm 2 lần, sau đó bắt đầu tính thời gian lên men. Thời gian lên men chính kéo dài 7-10 ngày. Nhiệt độ khoảng 5-8oC.
Tùy theo độ giảm của balling mà người ta hạ nhiệt độ trong tank lên xuống bằng cách điều chỉnh lưu lượng glucol đi vào.
Hằng ngày phải điều chỉnh độ đường sao cho độ đường giảm mỗi ngày từ 0,5-1,5 plato. Khi plato còn 2.8-3 thì cho lên men phụ.
Trong quá trình lên men chính, áp suất trong tank lên men từ 0,4-0,6 kg/cm2. Quá trình này sản sinh nhiều CO2.
6.4. Lên men phụ và tàng trữ bia:6.4.1.Mục đích: 6.4.1.Mục đích:
Tiếp tục lên men phần chất khô còn lại sau khi lên men chính, làm tăng mùi vị cho bia và bão hòa CO2.
Làm ổn định lượng chất bia.
Đưa bia non về nhiệt độ thấp từ 0-2oC nhằm hạn chế sự xâm nhập, phá hoại của vi sinh vật.
Thu về một loại nước uống bão hòa CO2,vị dễ chịu và có hương thơm.
6.4.2. Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men phụ:
♦ Ở nhiệt độ thấp, diacetyl sẽ giảm dần đi.
♦ Trong suốt quá trình nổi bọt, CO2 góp phần đẩy O2 ra làm giảm thế oxy hóa khử: hạn chế các vi sinh vật hiếu khí phát triển, thành hiện tượng oxy hóa làm giảm chất lượng bia.
♦ Khi đã lên men hết lượng chất khô còn lại, vị ngọt sẽ biến mất. Vị đắng sẽ dần mất hết do sự tác dụng tương hỗ giữa các protein và tanin hình thành nên các phức chất, kết tủa. Vị cay tê sẽ biến mất và nấm men sẽ lắng xuống đáy khi quá trình lên men kết thúc.
♦ CO2:
Khi lên men phụ thì CO2 được bổ sung vào. Hàm lượng CO2 sau khi lên men phụ là: 0,4-0,45%, với áp suất là 03 atm, nhiệt độ: 0oC.
♦ Oxy và rH:
rH là mức hòa tan oxy trong bia. Trong nước nha, rH bình thường là 20 và sau khi lên men chính chỉ còn 10-11. Sự có mặt của oxy trong bia ảnh hưởng rất xấu đến mùi vị và tính ổn định của bia. Nó làm cho bia đục do keo và tạo điều kiện cho nấm men phát triển sau khi chiết.
♦ Các biến đổi khác:
Resine của Houblon bị khử nhiều do pH giảm xuống và do hấp phụ vào men bia và dính vào bọt.
Chất đắng bị giảm 50% sau khi lên men chính và một phần nữa càng giảm đi khi lên men phụ càng lâu.
Màu cũng bị giảm bớt đi theo bọt, theo men bia, và tác dụng oxy hóa tanin.
6.4.3. Yêu cầu kỹ thuật sau khi lên men phụ:
Màu sắc vàng, trong suốt.
Bia không được lẫn những vật lạ.
Bọt trắng, mịn, xốp, dày và có độ bền bọt.
Mùi vị bia có mùi thơm đặc trưng của Houblon và đại mạch.
6.4.4. Tiến trình lên men phụ:
Bia non được chuyển vào các thùng lên men kín đặt ở nhà lạnh nhiệt độ thấp 0-1oC gọi là nhà men phụ.
Quá trình lên men phụ diễn ra rất chậm, tiêu hao một lượng đường không đáng kể. Trong quá trình này bia được lắng trong và bão hòa CO2. Nhiều khi trong quá trình lên men đường đã kết thúc mà quá trình chín bia vẫn tiếp tục diễn ra. Do đó giai đoạn lưu bia trong nhà men phụ còn được gọi là giai đoạn lên men phụ và ủ chín bia .
Các tế bào nấm men còn sót lại nhanh chóng lắng xuống và được lấy ra qua vale xả đáy.
Bia non có sự cay nồng của nấm men, lượng CO2 ít khoảng 0,2%. Thời gian lên men phụ khoảng 7 ngày.
Trong quá trình lên men phụ có những hợp chất rất không bền là este của acid carbonic được hình thành, chính những chất này làm cho khí CO2 có khả năng thoát ra khỏi bia một cách từ từ mỗi khi bị đột ngột làm mất áp suất cao trong dụng cụ chứa bia.
Các este chỉ được tạo nên khi lên men phụ được tiến hành trong thiết bị kín có áp suất dư tức áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Acid carbonic có thể được liên kết với glycerin và glycol tạo nên este. Acid này cũng có thể liên kết với acid lactic, acetone tạo thành: 2,3-butylen glycol.
Trong sản xuất bia, CO2 không chỉ tồn tại ở dạng khí hòa tan mà còn tồn tại ở dạng liên kết. Có mối liên kết rất linh động, có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác và ngược lại.
Lên men phụ sử dụng sự lắng trong nhờ hạ nhiệt độ từ lên men chính sang lên men phụ.
Nhiệt độ của lên men chính làm cho các hạt tồn tại không hòa tan mà lởn vởn, khi gặp nhiệt độ thấp thì nhựa Houblon, các hợp chất tamin, protein cũng đông tụ. Nấm men chịu ảnh hưởng của nhiệt độ thấp và nồng độ CO2 cao nên cũng lắng xuống, hấp
phụ lên bề mặt tế bào các chất huyền phù khác nhau rồi kéo xuống đáy, tiếp tục quá trình lên men một cách từ từ.
Nhờ các hiện tượng trên, bia dần dần trong trong thời gian lắng trong, tạo các este bão hòa CO2. Do đó, bia ngon hơn và độ bền của bia lớn hơn, dễ dàng cho quá trình lọc sau này.
6.4.5. Xử lý một số sự cố:
Kết tủa protein cao phân tử: dùng tanin. Phân hủy protein: dùng protease.
Tách cặn bẩn: dùng bentonit, diatonit.
Loại ảnh hưởng của O2: dùng acid ascorbic, ditionit. Tăng độ bền của bia: dùng polyamit.
7. Thu hồi CO2:
Khí CO2 sinh ra trong quá trình lên men chính sẽ được thu hồi và xử lý để loại bỏ tạp chất khử mùi rồi nén lại cho hóa lỏng, nạp vào chai chứa để mang đi sử dụng lại.
7.1. Sơ đồ dây chuyền thu hồi CO2:
7.2. Các giai đoạn chính của việc thu hồi CO2:7.2.1. Tập trung khí CO2 từ các bồn lên men: 7.2.1. Tập trung khí CO2 từ các bồn lên men:
Áp suất tối đa của bồn lên men chính là 1,2-13 kg/cm2.
Quá áp suất yêu cầu, lượng CO2 và các tạp chất được đưa tập trung và được nước rửa.
Sau khi lọc thô, nước rửa CO2 được chứa trong phao chứa dự trữ.
7.2.2. Nén làm sạch, khử trùng:
Máy nén CO2 lên một áp lực nhất định thích hợp cho kỹ thuật tiếp theo. Làm lạnh sơ bộ: để dễ loại nước, dầu khi CO2 qua máy nén.
Các giai đoạn làm sạch CO2 đã nén:
- Tách nước và dầu ngưng.
- CO2 qua than để khử mùi.
Trang 44 Tank lên men Cột tách nước ngưng 1 Rửa nước Tách bọt Ballon chứa Lọc than Máy nén Cột tách nước ngưng 2 Phao
CO2 dùng cho tank TBF (Bia thành phẩm) Dùng cho bia chai và bia lon
- CO2 qua một số chất khan nước để loại hết nước còn lẫn với CO2 đồng thời tiêu diệt các vi sinh vật.
7.2.3. Hóa lỏng:
Tiến hành hóa lỏng CO2 với áp lực cao, rồi đưa vào bình chứa.
7.2.4. Sử dụng CO2 tinh khiết:
Dùng lại cho công nghệ bia. Bổ sung cho tàng bia.
7.3. Quy trình thu hồi CO2:
Trong 2 ngày đầu, mở van xả khí của compitank lên men để loại bỏ tạp chất trong giai đoạn đầu của quá trình lên men.
Đến ngày thứ 3 nối van xả khí vào đường ống thu hồi khí CO2 để thu khí vào các phao chứa.
Tiến hành thu hồi triệt để cho đến khi độ đường còn 3,8-4,5oS thì ngưng thu hồi.
7.4. Quy trình nén nạp CO2 vào chai:
Làm lạnh sơ bộ khí trong quá trình thu hồi các tank bằng cách cho qua thùng chứa nước để loại bỏ tạp chất, cặn bã. Sau đó cho qua bình chứa Silicagen để hút ẩm sau đó đi vào phao chứa.
Khi lượng khí trong phao đã đủ để nạp vào chai thì tiến hành quá trình nén nạp vào chai.
8. Lọc bia:8.1. Mục đích: 8.1. Mục đích:
Làm cho bia có độ trong sáng đúng yêu cầu chất lượng. Tách triệt để các phần tử rắn lắng, khuyếch tán trong bia.
Làm ổn định, gia tăng độ bền vững sinh hóa học cho bia.
Loại bỏ hầu hết các vi sinh vật kể cả nấm men. Bởi vì sau khi lên men phụ vẫn còn tồn tại gây nên đục bia.
8.2. Nguyên lý:
Loại bỏ khả năng kết tủa của hệ keo làm bia ổn định. Dùng lắng lọc ly tâm hay bột trợ lọc.
8.3. Yêu cầu bia sau khi lọc:
Bia phải có màu vàng óng ánh khi ánh sáng đi qua. Bia phải có độ bền vững hóa học cao.
Kỹ thuật pha trộn trước và sau khi lọc các mẻ bia khác nhau phải đảm bảo chất lượng đồng nhất.
Luôn giữ áp suất đối nghịch trên bề mặt bia từ 0,5-1 kg/cm3. Không để oxy tiếp xúc với bia.
8.4. Quy trình lọc:
Sử dụng máy lọc tấm: gồm 15 tấm, thể tích máy là 1000 lít. Vận tốc trung bình là