Quy trình sản xuất bia

Quá trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính sau:

 Chế biến dịch lên men.

 Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ.

 Lọc bia và chiết bia.

a. Dây chuyền cơng nghệ khâu nấu gồm

 Nghiền nguyên liệu

Mục đích của quá trình nghiền là nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển của các biến đổi lý sinh hĩa trong quá trình đường hĩa, nhằm làm thế nào thu được lượng chất hịa tan lớn nhất. Thiết lập được một điều kiện thích hợp về mối liên hệ giữa nước và các thành phần của bột malt là một điều kiện rất

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 38

quan trọng, cĩ như vậy mới giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt và quá trình hình thành các chất hịa tan hiệu quả nhất.

Mức độ nghiền tối thích của malt là ở mức độ đĩ tỷ lệ bột và vỏ trấu cho phép thu được lượng chất chiết lớn nhất. Nhưng vỏ trấu nếu ta nghiền được càng thơ càng tốt. Để kiểm tra mức độ nghiền thơ hay mịn người ta dùng thiết bị để phân loại là “ Plansicher de pfungstadf”. Bột malt đưa vào sẽ phân ra làm 6 loại:

 2 loại đầu nhằm giữ vỏ trấu.

 Loại thứ 3 và thứ 4 là tấm thơ và nhỏ.

 Loại thứ 5 và thứ 6 là bột và bột thật mịn.

 Trộn nguyên liệu với nước

Quá trình đường hĩa được bắt đầu bằng việc pha trộn bột malt, gạo với nước. Nhằm tránh cho bột malt, gạo bị vĩn cục gây trở ngại cho việc thủy phân tinh bột, người ta sử dụng một thiết bị pha dựa theo nguyên lý Ventury hoặc bằng cơ học gồm một vít xoắn đánh tơi bột trong nước, phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật nấu hoặc pha lỗng, thường người ta áp dụng là: 3,5 - 4 lít nước cho 1kg gạo và 3 - 3,5 lít nước cho 1kg malt.

 Nấu và đường hĩa nguyên liệu

Mục đích là nhằm chuyển về dạng hịa tan tất cả các chất cĩ phân tử lượng cao nằm dưới dạng khơng hồ tan trong bột malt. Chúng sẽ cùng với những chất hịa tan cĩ sẵn tạo thành chất chiết chung.

Quá trình thủy phân các chất hữu cơ phức tạp trên là kết quả của sự tác dụng của hệ thống enzyme cĩ sẵn trong malt.

Ta biết rằng trong bột malt chỉ cĩ 15% chất hịa tan và hiệu suất hịa tan bình thường mẻ nấu đạt từ 78-80%, như vậy cịn từ 62-65% phải chuyển về dạng hịa tan qua quá trình đường hĩa.

Các chất hịa tan cĩ sẵn trong malt thường là: đường, dextrine, các chất vơ cơ và một phần protêin.

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 39

Các chất khơng hịa tan trong malt cần chuyển hĩa gồm phần lớn là tinh bột, vỏ trấu, một phần protêin cĩ phân tử lượng cao và một số chất hỗn hợp khác khi nấu xong sẽ được giữ lại trong bã hèm.

Về mặt hiệu quả kinh tế người ta cố gắng chuyển về dạng chất hịa tan càng nhều càng tốt. Điều này được thể hiện qua việc tính tốn hiệu suất thu hồi và kết quả của phân tích bã hèm khi lọc.

Tuy nhiên, khơng phải chỉ riêng về sản lượng mà ta cũng phải quan tâm về chất lượng, những thành phần cần hạn chế càng ít càng tốt (như tannin trong vỏ trấu), trái lại cĩ những thành phần khác như: đường hay sản phẩm thủy phân của protêin phải đặc biệt quan tâm.

Tĩm lại: mục tiêu của quá trình đường hĩa là tạo ra càng nhiều chất chiết với chất lượng càng cao càng tốt.

Phần lớn các chất hịa tan cĩ được trong quá trình nấu là do kết quả của sự tác dụng của hệ thống enzyme hoạt động trong điều kiện nhiệt độ tối thích.

 Thủy phân tinh bột

Thành phần quan trọng nhất của bia là cồn được sinh ra trong quá trình lên men từ dịch đường. Vì vậy sự thủy phân tinh bột thành maltose rất quan trọng. Thêm vào đĩ các sản phẩm trung gian khơng lên men được như dextrine cũng được hình thành.

Sự thủy phân tinh bột được tiến hành thành 3 giai đoạn khơng thay đổi nhưng hịa lẫn với nhau như sau:

Hồ hĩa  dịch hĩa  đường hĩa

 Hồ hĩa: tinh bột khơng hịa tan trong nước lã, khơng hịa tan trong dung mơi hữu cơ trung tính. Khi ở trong nước lã bình thường chúng hút nước và trương nở ra. Vì thế, khi gia nhiệt thể tích của khối bột tăng lên, các hạt tinh bột bị nén chặt sau cùng chúng bị vỡ ra và tạo thành một dung dịch nhớt. Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào lượng nước pha và tùy theo cấu trúc của từng loại tinh bột.

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 40

Quá trình này gọi là sự hồ hĩa. Hồ hĩa tinh bột cũng giữ vai trị quan trọng trong việc chế biến thức ăn hàng ngày. Ngồi ra, sự hồ hĩa tinh bột cĩ thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau tùy theo nguồn gốc của chúng. Người ta gọi nhiệt độ hồ hĩa là nhiệt độ ở đĩ dung dịch keo đạt độ nhớt lớn nhất. Đối với bột gạo: 80-850C, ngơ: 75-780C.

Hồ hĩa cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình cơng nghệ sau này vì tinh bột được hồ hĩa sẽ đường hĩa nhanh hơn.

 Dịch hĩa: dưới tác dụng của  - amylase, các chuỗi dài amylo và amylopectin sẽ nhanh chĩng cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế nên độ nhớt trong mẻ nấu giảm rất nhanh.  - amylase chỉ cĩ thể cắt từ từ vào cuối mạch của amylo và cuối mạch nhánh của amylopectin và cứ cắt 2 gốc một như vậy. Dịch hĩa cĩ nghĩa là giảm độ nhớt trong dung dịch tinh bột đã hồ hĩa bởi  - amylase.

 Đường hĩa:  - amylase tuầøn tự phân cắt các chuỗi của amylo và amylopectin thành dextrin cĩ từ 7 -12 gốc glucose cịn lại,  - amylase tách 2 gốc từ đuơi cịn lại của  - amylase đã cắt để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đường khác nhau như maltotriose và glucose cĩ độ dài các chuỗi khác nhau cũng được hình thành.

 Lọc dịch đường và rửa bã

Cháo malt sau khi đường hĩa xong gồm 2 phần: phần đặc và phần lỗng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ khơng hịa tan của bột malt. Phần lỗng thì dung dịch nước chứa tất cả chất hịa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”.

Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần lỗng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo malt là trong đĩ cĩ rất nhiều phần tử rắn. Trong quá trình lọc, những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. Điều này cĩ ý nghĩa khá lớn trong khi lọc. Quá trình lọc chia làm 2 giai đoạn:

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 41

 Giai đoạn tách phần tử dịch đường ra khỏi phần đặc và giai đoạn thu hồi những phần hịa tan cịn bám ở phần rắn bằng nước nĩng gọi là rửa bã.

 Tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền malt và mức độ phân hủy của malt, sự cấu tạo của màng lọc và đồng thời phụ thuộc vào một số yếu tố lý học khác nhau như: nhiệt độ, áp suất,…

Nhiệt độ tối thích cho quá trình lọc là 70 -750C. Độ pH tối thích cho quá trình lọc là 5,5.

Trong khi lọc và rửa bã cĩ thể xảy ra hiện tượng oxy hĩa chất polyphenol do tiếp xúc với khơng khí. Để tránh hiện tượng này phải giữ cho bã malt luơn luơn ngập nước.

Thành phần muối của nước dùng rửa bã cũng gây ảnh hưởng nhiềøu đến thành phần của dịch đường và cho cả bia sau này.

 Carbonate và bicarbonat thường gây ảnh hưởng xấu cho dịch đường.

 Ta khơng nên dùng nước cứng để rửa bã vì các chất tannin từ vỏ trấu sẽ hịa tan và gây cho bia cĩ vị đắng khĩ chịu.

 Cần lưu ý rằng, khi rửa bã khơng nên vì sự hao phí chất hịa tan mà rửa quá lâu, vì như thế lượng tannin hịa tan sẽ tăng lên gây cho bia cĩ vị đắng khĩ chịu.

 Mặt khác, nhiệt độ của nước rửa bã khơng được quá 760C vì trong bã hèm cịn chứa nhiều tinh bột, ở nhiệt độ cao cĩ thể gây ra hiện tượng hồ hĩa tinh bột trở lại nhưng khơng đường hĩa kịp nên sẽ gây đục bia sau này.

 Đun sơi dịch đường cùng với hoa houblon

Mục đích của quá trình đun sơi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định

thành phần và tạo cho bia cĩ mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon.

Bia là một loại giải khát cĩ mùi thơm và vị đắng rất đặc trưng, mùi thơm vị đắng đặc trưng này gây nên bởi hoa houblon. Đồng thời hoa houblon cịn giúp cho bia thêm phần bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt. Một trong những phương

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 42

pháp thơng dụng nhằm chiết chất đắng và dầu thơm của hoa houblon là đun sơi trực tiếp dịch đường với hoa.

 Làm lạnh và lắng trong dịch đường

Mục đích của quá trình làm lạnh và lắng trong là giảm nhiệt độ nước nha xuống, đưa oxy từ khơng khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn.

Thơng thường làm lạnh và lắng trong nước nha được tiến hành qua 2 bước:

 Bước 1: giảm nhiệt độ xuống 60-700C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ vì cần ít nhất 2 giờ các cặn bã mới lắng hết. Sau đĩ, bơm phần trong của nước nha (loại bỏ phần cặn ở đáy thùng) sang thiết bị làm lạnh nhanh.

 Bước 2: làm giảm nhanh nhiệt độ xuống tương ứng với nhiệt độ lên men

(khoảng 7-100C). Đến giai đoạn này, số cặn cịn lại tuy khơng nhiều nhưng đĩ là những cặn rất nhỏ, đường kính của chúng thường khơng quá 0,5m và lởn vởn trong dung dịch ở dạng huyền phù, rất khĩ lắng, thậm chí khơng lắng. Phải loại bỏ các kết tủa này bằng ly tâm hoặc cĩ khi sử dụng bột trợ lọc điatomit sau đĩ mới đưa nước nha vào thùng lên men.

Cần lưu ý là khi nhiệt độ nước nha hạ thấp dần là lúc xuất hiện nhiều cơ hội cho các vi sinh vật khác nhau phát triển, đặc biệt nguy hiểm là từ 500C trở xuống. Giai đoạn hạ nhiệt độ từ 50 xuống 200C, nếu khơng được thực hiện rất nhanh thì sẽ tạo điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển của các nhĩm vi sinh vật cĩ hại đối với lên men bia như từ cầu khuẩn Sarxin, vi khuẩn Axetic, vi khuẩn Lactic và trực tràng Ecoli. Do vậy, muốn sản xuất ổn định, chất lượng sản phẩm cao, phải làm lạnh nhanh.

Nhiều quá trình hĩa lý quan trọng xảy ra ở khâu làm lạnh và lắng trong nước nha. Khi bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ dịch cịn cao, trong nước nha xảy ra qúa trình oxy hĩa các hợp chất hữu cơ như Maltoza, Glucoza, Fructoza, các hợp chất chứa nitơ, các chất đắng, Tannin, nhựa Houblon và tạo nên nhiều sản phẩm như các axit Gluconic, Muravic…Mỗi một giờ, một lít nước nha cĩ thể dùng hết 6,4mg O2 cho

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 43

quá trình oxy hĩa. Nhiệt độ nước nha giảm dần đến 450C thì yếu hẳn và ở nhiệt độ dưới 400C thì quá trình oxy hĩa ngừng hồn tồn. Hậu quả của quá trình oxy hĩa là màu của nước nha trở nên thẫm hơn, hương thơm và vị đắng của hoa houblon giảm bớt. Từ nhiệt độ 400C trở xuống, oxy từ khơng khí được hịa tan dần vào dịch thể.

Trong quá trình làm lạnh sẽ hình thành và kết lắng các chất cặn. Cĩ thể chia cặn nước nha ra làm 2 loại: cặn to và cặn nhỏ. Loại cặn to hình thành lúc đun sơi hoa houblon. Khi làm lạnh nước nha, chúng kết tủa và lắng xuống. Quá trình tách bỏ cặn này thường được gọi là tách cặn nĩng. Loại cặn to thường hấp phụ một lượng khá lớn sắt, đồng và các kim loại nặng khác. Điều này cĩ lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men và tránh cho bia khỏi bị đục do hiện tượng caloit hĩa. Thành phần của loại cặn nhỏ trung bình là 35% cặn tannin và 65% cặn - glubulin. Cặn nhỏ tuy khơng nhiều nhưng khĩ tách khỏi dung dịch. Nếu cặn nhỏ khơng bị loại bỏ khỏi nước nha thì chúng cĩ thể bao phủ lên bề mặt tế bào nấm men, hạn chế khả năng thẩm thấu của tế bào, gây khĩ khăn cho quá trình khuyếch tán các loại đường vào bên trong tế bào và do đĩ ảnh hưởng lên tồn bộ quá trình lên men, đặc biệt là phải loại bỏ các hợp chất protêin-tannin, nếu khơng chúng cĩ thể gây đục cho bia, đĩ là việc rất khĩ khắc phục.

Sau khi nước nha được làm lạnh đến mức cần thiết và đã được tách cặn, ta bơm vào thùng lên men để chuẩn bị cấy giống nấm men. Trên đường chảy về thùng lên men, nếu cĩ một luồng khơng khí vơ trùng hĩa vào nước nha rồi cùng chảy về thùng lên men sẽ rất tốt. Như vậy nước nha sẽ giàu oxy, nấm men sẽ sinh trưởng và phát triển tốt hơn, rút ngắn được thời gian lên men và tạo được sản phẩm cĩ chất lượng cao hơn. Thiết bị để cung cấp khơng khí vơ trùng là một máy nén khí thổi khơng khí qua một hệ thống lọc và khử trùng khơng khí rồi dẫn vào luồng nước nha đang được bơm vào thùng lên men.

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 44

b. Lên men dịch đường

Sản xuất bia thuộc lĩnh vực lên men cổ điển ( như lên men rượu, một số axit hữu cơ, một số dung mơi hữu cơ…). Đĩ là một quá trình hĩa sinh, vi sinh tương đối đơn giản so với các ngành lên men thuộc lĩnh vực lên men hiện đại như sinh tổng hợp các axit amin, các enzym…

Trong sản xuất bia, quá trình lên men cĩ hai dạng: lên men nổi và lên men chìm. Hai dạng lên men này khác nhau chủ yếu ở chỗ sử dụng hai loại nấm men khác nhau. Nấm men chìm thì lên men chính ở 6-90C, cịn nấm men nổi thường cĩ nhiệt độ lên men chính cao hơn. Tại nhà máy áp dụng phương pháp lên men chìm.

 Các giai đoạn lên men

 Giai đoạn bắt đầu:

Xuất hiện bọt trắng mịn và bám vào thành thùng và từ từ phủ kín bề mặt bia non. Bọt này được xuất hiện từ 8 đến 16 giờ sau khi cấy men. Nếu thời gian này bị kéo dài hơn thì nên bổ sung nấm men hoặc tăng nhiệt độ lên men, thơng thường nhiệt độ lên men của nấm men bắt đầu từ 6-70.

Nếu các biện pháp trên khơng hiệu quả thì cần kiểm tra lại hàm lượng O2, và hàm lượng O2 thơng thường  6mg/l.

 24 giờ sau, bia non được chuyển từ thùng lên men trung gian sang tăng lên men. Mục đích là để loại bỏ kết tủa lạnh, cặn bẩn, các tế bào men yếu, chết lắng ở đáy thùng.

 48 giờ sau lớp bọt mịn dày hơn và bao phủ tồn bộ bề mặt lên men, lớp trên mặt cĩ màu nâu.

 72 giờ sau lớp bọt tăng kích thước và bọt trở nên thơ hơn, màu sẫm hơn. Đây là giai đoạn lên men mãnh liệt nhất và nhiệt độ dịch lên men cũng tăng lên do quá trình lên men tỏa nhiệt, nên cần làm lạnh để duy trì nhiệt độ từ 8-90C.

Chương 3 Tổng quan về nhà máy sản xuất bia Bạch Đằng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGAØNH MƠI TRƯỜNG_SVTH: TRẦN VĂN DUNG Trang 45

 Giai đoạn tiếp theo gọi là giai đoạn “Krausen collapsing”. Mức độ lên men ít