PH ẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Chương 12. HOÀN THIỆN VÀ BAO GểI SẢN PHẨM 1. LÀM TRONG BIA
1.1. Lọc trong 1. Nguyên tắc
Để quá trình lọc thành công, bia đi vào máy lọc phải chứa không quá 0,2 triệu tế bào/ml, và do vậy, các quá trình lắng men trước khi chiết có vai trò đặc biệt. Động lực của quá trình lọc là sự chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra của máy lọc. Sự chênh lệch áp suất này phản ảnh trở lực lọc, và sự tăng nhanh của nó là chỉ báo cho sự cần thiết dừng một quá trình lọc.
Một yếu tố quan trọng là bia phải được làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ càng lạnh thì càng đông tụ được nhiều cặn, và các cặn này sẽ tan trở lại khi nhiệt độ tăng. Vì vậy, để tách được chúng thì bia sau ủ chín phải được hạ nhiệt và giữ ổn định ở khoảng -2 đến -1oC trong một thời gian, và trong quá trình lọc. Độ đục của bia sau lọc phải < 0,5 độ EBC. Một quá trình lọc tốt phải ít gây tổn thất màu, chất khô, chất đắng và bọt.
Một vấn đề khác là phải ngăn sự xâm nhập của ôxy vào bia sau giai đoạn ủ chín và trong suốt quá tình lọc. Kết thúc giai đoạn ủ chín, hàm lượng ôxy trong bia phải không vượt quá 0,001 mg/l. Hàm lượng này có thể được duy trì thông qua một sự vận hành thích hợp. Nước sử dụng để hòa bột trợ lọc phải được khử ôxy/không khí; bia được đẩy qua quá trình lọc bằng CO2; đường dẫn và thiết bị chứa phải được loại hết không khí trước khi đón nhận bia.
Phương trình biểu diễn quá trình lọc:
Trong đó Q là tốc độ dòng bia (ml/giây), φ là hệ số thấm, P là chênh lệch áp suất (dyne/cm2), A là diện tích vật liệu lọc (cm2), M là độ nhớt của dịch lọc (poise), và L là bề dày lớp vật liệu lọc (cm). Phương trình này cần được lưu ý để việc thiết kế và vận hành các hệ thống lọc bia đạt hiệu quả cao nhất.
Theo đó, công suất máy lọc có thể được nâng lên bằng cách tăng φ, vốn liên quan đến thành phần của vật liệu lọc. Hoặc theo cách khác là tăng chênh lệch áp suất, tăng diện tích bề mặt lọc, giảm bề dày lớp vật liệu lọc và giảm độ nhớt dịch lọc. Việc giảm độ nhớt dịch lọc nếu bằng cách tăng nhiệt độ sẽ làm tái hòa tan cặn lạnh. Độ nhớt cao của bia thường là do sự có mặt của các β-glucan và α-glucan phân tử lớn và nấm men. Độ nhớt cao sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình lọc, và nếu hiện tượng này xảy ra thì cần thiết phải kiểm tra lại chất lượng malt và hoạt động của nhà nấu.
Ngoài sức cản cơ học tác dụng lên các hạt có kích thước lớn, lọc còn giúp loại bỏ được nhiều hạt phân tán nhỏ, các hạt keo, các phân tử lớn nhờ khả năng hấp phụ
164
của vật liệu lọc. Nhiều chất tan ở dạng phân tử lớn và hạt keo được tách khỏi bia, dẫn đến sự giảm nhẹ của hàm lượng chất tan và khả năng giữ bọt của sản phẩm.
Trong quá trình lọc, chất phân tán có thể được tách khỏi pha lỏng bởi một trong 2 cơ chế: cơ chế lọc bề mặt và có chế lọc bề sâu (Hình 12.1).
Hình 12.1. Hai cơ chế tách loại hạt phân tán trong quá trình lọc
- Lọc bề mặt (hay còn gọi là cơ chế sàng): trong đó các hạt được giữ lại trên bề mặt vật liệu lọc do có kích thước lớn so với mao quản lọc. Theo đó, bã có xu hướng tích lũy dần cùng với sự tăng của trở lực lọc và cho độ trong của nước lọc.
- Lọc bề sâu: do cấu trúc của vật liệu lọc hoặc có sự hỗ trợ của bột trợ lọc, đường đi
của chất lỏng qua vật liệu lọc được kéo dài, qua đó các hạt có kích thước nhỏ hơn mao quản lọc (có thể cỡ 1/10) vẫn có thể được giữ lại do sự hấp phụ (đặc biệt là hấp phụ tĩnh điện).
Phương pháp lọc được dùng phổ biến nhất hiện nay là lọc sử dụng bột trợ lọc, với ưu điểm là chi phí thấp nhưng linh hoạt và cho hiệu quả lọc trong cao.Trong đó, vật liệu lọc là vải dệt từ sợi cellulose dùng kết hợp với bột trợ lọc (kieselguhr hoặc perlite). Kieselguhr là bột chế biến từ trầm tích của tảo silic - một loại vi sinh vật tiền sử. Hạt kieselguhr có tính trơ về mặt hóa học cao, có cấu trúc lỗ rất phù hợp cho lọc bia. Pelite là vật liệu từ dung nham núi lửa, ít được sử dụng hơn.
Ngoài ra, còn có các hệ thống lọc sử dụng vật liệu lọc dạng khối ép từ sợi bông trộn amian, tuy vật liệu như vậy có khả năng hấp phụ tốt nhưng hiện ít được sử dụng.
Bên cạnh đó, màng lọc các cấp (từ vi lọc đến nano lọc) đang được triển khai như một phương thức lọc thế hệ mới.
Bố trí của một hệ thống lọc sử dụng bột thông thường như ở Hình 12.2.
1.1.2. Lọc sử dụng bột trợ lọc
Theo cách này, vai trò làm trong bia là của bột trợ lọc, thông thường là kieselguhr hoặc pelite, có kích thước rất nhỏ, từ 2 đến 4 micromete. Trong đó, việc phủ bột sơ bộ và tiếp
bột có ý nghĩa đặc biệt.
Kỹ thuật lọc sử dụng bộ trợ lọc thường được áp dụng cho:
- Máy lọc khung-bản - Máy lọc dạng nến - Máy lọc dạng đĩa
165
Máy lọc dạng khung-bản được sử dụng phổ biến ở nước ta và nhiều quốc gia ở châu Âu. Máy gồm các tấm thẳng đứng bao bọc bằng vải chế tạo từ sợi cellulose gấp lại trên đỉnh để hai mặt của bản đều được bao phủ (Hình 12.3). Mỗi bản được ghép chen bởi một khung có vai trò giữ lớp phủ của bột trợ lọc, bia và bột bổ sung cùng với bã. Bia đi qua lớp bộ kieselhurhs, sau đó qua vải lọc vào trong khoang trống trong các bản kim loại và từ đó đi ra ngoài. Vải lọc loại này có thể dùng được nhiều lần. Sau mỗi mẻ lọc, vải được gỡ ra và xả bỏ bột trợ lọc bằng tia nước cao áp.
Hình 12.2. Hệ thống lọc sử dụng bột trợ lọc
Hình 12.3. Máy lọc dạng khung-bản.
(a) hình nhìn ngang,
(b) cơ chế tự động di chuyển các đĩa khi lắp và tháo máy, (c) bố trí bản và khung và đường đi của bia.
166
Máy lọc dạng nến cũng được sử dụng phổ biến. Máy được cấu trúc bởi các cột (nến) bằng vật liệu xốp bố trí bên trong một khoang lọc (Hình 12.4). Các nến lọc thường có đường kính 20 – 35 mm và độ dài có thể đến 2.5 m, được bọc bởi vật liệu có tính thấm, theo đó bia đi từ bên ngoài vào trong nến, từ đó đổ về khoang thu gom nước lọc. Diện tích lọc trong máy có thể lên đến 180 m2.
Hình 12.4. Cấu tạo máy lọc dạng nến: (a) thân máy, (b) cấu tạo của một nến lọc.
Hình12.5. Cấu tạo máy lọc đĩa
Qui trình vận hành hệ thống lọc sử dụng bột trợ lọc (tham khảo):
- Đắp bột sơ cấp: nước đã được bài khí được hoà với bột thô tạo thành huyền phù với áp suất 2 đến 3 bar đi vào máy lọc. Một lớp bột trợ lọc thô được hình thành có tác dụng ngăn giữ không cho bột tinh đi vào nước lọc. Lớp bột sơ cấp có vai trò quan trọng trong việc phát triển của khối lọc giai đoạn sau này.
167
- Đắp bột thứ cấp (tạo lớp an toàn): Lớp này đảm bảo nước lọc ngay lần đi qua khối lọc đầu tiên đã đủ trong. Để phủ lớp này, bột được trộn cùng nước đã được bài khí hoặc bia, kích thước bột lớp này mịn hơn so với bột phần trước. Cần chú ý phủ bột đồng đều khắp bề mặt vật liệu lọc. Những khu vực lớp bột dày mỏng sẽ làm cho dòng chảy không đồng đều và khả năng bia đục cao.
Tổng lượng bột dùng cho phủ sơ cấp và thứ cấp khoảng 1000 g/m2 và dày khoảng 1,5 đến 3,0 mm. Thời gian phủ bột khoảng 10 đến 15 phút. Tiếp tục bơm hoàn lưu nước không có bột để ổn định lớp bột đắp (cho đến khi nước qua lớp bột đạt độ trong nhất định).
- Để chuyển sang chế độ lọc, bia được bơm vào thay dần nước. Bột trợ lọc được máy định lượng bơm vào bia theo nhằm hạn chế sự gia tăng của trở lực lọc và ổn định lưu lượng bia qua máy. Kết cấu kích cỡ bột thường gồm 2/3 là bột trung bình và 1/3 bột mịn. Lượng bột bổ sung nằm trong khoảng 60 đến 120 g/hl bia. Ổn định tốc độ lọc là cần thiết để tránh thay đổi áp suất hoặc dòng chảy đột ngột làm vỡ các cầu bột trợ lọc (tạo dòng chảy tự do qua lớp lọc). Mức tăng chênh lệch áp lực giữa dòng vào và dòng ra được điều chỉnh để không vượt quá 0,2-0,3 bar/giờ. Khi chênh lệch áp suất giữa dòng vào và ra khỏi máy đạt đến giá trị an toàn (đối với lọc tấm là 2 đến 5 bar) thì cần dừng quá trình.
- Kết thúc lọc bằng cách thay bia dòng ra bằng nước đã bài khí. Bột trợ lọc được tháo bỏ dưới dạng bột nhão hoặc dịch lỏng. Sau đó là vệ sinh thiết bị.