PHẦN II: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN
2.3 Chọn phương pháp nấu
Mục đích của quá trình nấu là: Hoà tan các chất có trong malt, gạo. Sử dụng hệ enzyme của malt để thuỷ phân tinh bột thành đường, dextrin; thuỷ phân protein thành axit amin, peptide, polypeptide... bên cạnh đó còn trích ly các chất chất trong hoa houblon để tạo hương vị đặc trưng cho bia.
Quá trình nấu bia có thể chia làm 5 giai đoạn chính.
- Nghiền nguyên liệu - Hồ hoá và đường hoá - Lọc dịch đường - Nấu hoa
- Lắng xoáy và làm lạnh dịch đường houblon hoá 2.3.1 Nghiền nguyên liệu
2.3.1.1 Nghiền malt:
Có 3 phương pháp nghiền malt thường được dùng là: nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt.
a) Nghiền khô: Là malt sau khi làm sạch được đưa vào máy nghiền mà không bổ sung thêm nước.
Ưu điểm:
- Có thể nghiền trước khi nấu một thời gian lâu - Nguyền tốt malt có độ nhuyễn kém.
- Dễ vệ sinh Nhược điêm:
- Không dữ được nguyên vỏ - Khi nghiền bụi bay ra nhiều.
b) Nghiền ẩm: Là malt sau khi làm sạch được ngâm trong nước rồi mới đem nghiền, như vậy vỏ trấu cũng như các thành phần khác trong malt hút ẩm trở lên mềm và dai hơn. Các thành phần trong malt dễ dàng tách khỏi vở trấu và vỏ trấu được bảo toàn khi nghiền.
Ưu điểm:
- Phần vở trấu được bảo toàn - Phần nội nhũ được nghiền đủ Nhược điểm:
- Không khí xâm nhập vào dịch hèm tạo điều điện cho các phản ứng oxy hóa không mong muốn xảy ra.
c) Nghiền ướt: Chia thành hai loại nghiền ướt có ngâm và không ngâm. Với thiết bị nghiền ướt có ngâm, thì malt sẽ được ngâm trong phếu chứa với nhiệt độ 30-50 oC trong 10-30 phút, sau khi rút hết nước malt sẽ được nghiền nhẹ nhàng bằng đôi trục nghiền to.
Ưu điểm:
- Vỏ trấu được bảo toàn.
- Dung tích chứa trong thùng lọc lớn.
Nhược điểm:
- Nghiền không tốt với các loại malt chưa nhiễn.
- Ngâm không đều.
- Hoạt lực emzym và hoạt lực sinh học không được kiểm soát trong thùng ngâm.
- Chi phí đầu tư lớn.
Với những ưu điểm kể trên nhà máy sử dụng loại nghiền ướt có ngâm với malt cho vào nồi đường hóa và sử dụng loại nghiền khô cho malt lót.
2.3.1.2 Nghiền gạo
Nghiền gạo cũng có thể dùng các phương pháp trên, Nhưng dể đạt được hiệu quả hồ hoá và đường hoá cao yêu cầu gạo phải được nghiền thật mịn do đó giải pháp nghiền gạo phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa là phương pháp đơn giản mà đạt được hiệu quả cao.
2.3.2 Hồ hoá
Với mục đích hồ hóa nguyên liệu thay thế là gạo. Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hóa thủy phân tinh bột. Gạo được nghiền bằng phương pháp nghiền búa rồi cho vào nồi hồ hóa là thiết bị hình trụ, có cánh khuấy được gia nhiệt. Bổ sung malt lót với tỷ lệ 10% lượng gạo.
2.3.3. Đường hoá
Có hai phương pháp nấu bia nói chung là phương pháp ngâm, phương pháp đun sôi từng phần.
a) Phương pháp ngâm chiết: Người ta hòa bột với nước ở một nhiệt độ xác định, sau đó tăng giảm nhiệt độ bằng cách thêm nước nóng hoặc nước lạnh.
Nói cách khác toàn bộ khối nấu được nâng nhiệt và giữ nhiệt tại các mứctheo yêu cầu của công nghệ (45 ÷ 500C, 60 ÷ 650C, 70 ÷750C) trong thời gian thích hợp,sau đó có thể nâng nhiệt độ của toàn khối nấu lên 780C và chuyển sang thiết bị lọc.
Ưu điểm:
- Thời gian nấu ngắn nên ít tốn năng lượng.
- Không cần đầu tư lớn về thiết bị.
Nhược điểm:
- Dịch nấu không được đun sôi nên đường hoá có thể không triệt để - Không phù hợp với nhà máy có nguyên liệu thay thế.
b) Phương pháp đun sôi từng phần:
Người ta trích một phần của khối nấu đem đun sôi và sau đó trộn lẫnvới phần chưa đun sôi nhằm mục đích nâng và giữ nhiệt độ của khối nấu qua các mức theo các yêu cầu công nghệ. Có thể tiến hành đun sôi một lần, hai lần hoặc ba lần.
Ưu điểm:
- Tạo ra bước nhảy nhiệt độ , tránh dừng ở các nhiệt độ trung gian.
- Đun sôi một phần của dịch đường làm tăng năng suất sử dung nguyên liệu.
- Chó phép loại bỏ kết tủa phức protein-tanin do đông tụ.
- Điều chỉnh linh hoạt.
Nhược điểm:
- Phương pháp này thường kéo dài thời gian.
- Giá thành đầu tư cao.
- Năng lượng tố kém.
Nhà máy sử dụng nguyên liệu thay thế vì vậy không thể sử dụng phương pháp ngâm chiết. Nhà máy sử dụng phương pháp pháp đun sôi từng phần nhưng với một số biến đổi như sau:
Nguyên liệu thay thế -gạo được đun sôi trong nồi nấu hồ hóa. Mặt khác malt được thủy phân một phần nhờ enzym của chính mình trong nồi đường hóa, sau đó dịch cháo được bơm sang nồi malt để tiến hành đường hóa. Với phương pháp này sẽ có ưu điểm thời gian nấu được rút ngắn mà vẫn đảm bảo hiệu suất đường hoá.
2.3.4 Lọc dịch đường
Với mục đích tách địch đường với lớp vỏ và những phần nội nhũ hạt không tan Lọc dịch đường có dùng nguyên phân ly hoặc lọc. Có thể dùng các loại thiết bị sau:
a) Thùng lọc (Lauteur tun):
Thường chế tạo bằng thép không gỉ, có dạng hình trụ đáy phẳng nắp hình cầu. Xung quanh hình trị có lớp bảo ôn, Bên trong cách đấy khoảng 10÷15mm có một đáy giả , đáy giả này gồm nhiều mảnh đồng đổ ghép lại.
Hỗn hợp dịch malt sẽ được bơm vào bên trên đấy giả. Dịnh đường qua khác rãnh nhỏ, chảy vào đường ống thu dịch. Còn bã sẽ còn lại trên đáy giả là sẽ được rửa trôi qua cửa xả bã/
Ưu điểm:
- Có khả năng tách loại cặn tốt.
- Chế tạo và vận hành thiết bị đơn giản - Có tính tự động hóa cao
Nhược điểm:
- Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích
b) Máy lọc ép kiểu khung bản:
Thiết bị này gồm những khung bằng gang và những tấm bản dày có những đường rãnh trên mặt khung. Bề mặt tấm bảng được tráng một lớp đồng đỏ mỏng. Nguyên liệu lọc là những mảnh vải thô dày bằng bông hay bằng sợi nhân tạo. Các khung bản này được ép lại với nhau nhờ một trục vít ở giữa.
Dịch sẽ được bơm vào từng khoang, và chảy qua màng lọc chạy vào đường ống thu dịch.
Ưu điểm:
- Lọc nhanh
- Chất lượng dịch lọc tốt, dịch trong hơn, hiệu suất hoa tan tăng 1%
- Hao tổn nước rửa bã thấp - Chiếm ít điện tích
Nhược điểm:
- Sau mỗi lần lọc phải tháo lắp các khung bản do đó tốn nhiều sức lao động hơn
- Tính tự dộng hóa thấp hơn.
- Thiết bị không kín nên dịch đường bị oxy hoá nhiều - Chi phí vận hành và bảo trì cao.
Dựa trên cơ sở ưu nhược điểm của các phương pháp. Nhà máy dùng hượng pháp thùng lọc, vì trong quá trình nghiền, đã nghiền ướt phù phợp với phương pháp này. Hơn nữa phương pháp này có tính tự động hóa cao hơn hai phương pháp còn lại. Tuy lọc chậm hơn phương pháp máy ép khung bản nhưng vì diện tích lọc lớn lên có thể đáp ứng được nhu cầu sản xuất.
2.3.5 Nấu hoa
2.3.5.1 Quá trình cấp nhiệt
Quá trình houblon hoá cần bốc hơi một lượng nước lớn (khoảng 8÷12% so với thể tích chung của dịch đường trong một giờ) Việc cấp nhiệt cho thiết bị là hết sức quan trọng. Có các loại thết bị đun hoa với các kiểu cấp nhiệt như sau:
a) Cấp nhiệt trực tiếp:
Là loại thiết bị cổ điển, dùng than đốt dưới đáy. Thiết bị chế tạo bằng sắt thân hình trụ, đáy hình chỏm cầu, kiểu hở, sau chết tạo bằng dồng để tăng khẳ năng truyền nhiệt.
Ưu điểm:
- Rẻ tiền
- Thời gian đun sôi 2-2,5h làm giảm đáng kể hơi cho phép lượng nước rửa bã lớn.
- Tăng hiệu suất thu hồi chất chiêt.
Nhược điểm:
- Tiêu tốn nhiều năng lượng.
- Tuần hoàn và đảo trộn dịch đường kém.
- Gây ô nhiễm môi trường xung quanh.
b) Cấp nhiệt bằng hơi:
Nước đung tới áp suất 2-3 bar tạo hơi đãn vào áo hơi bao bọc xung quanh đáy nồi nồi nấu. Hơi truyền nhiệt vào dịch đường và ngưng tụ lại trong khi dịch đường đần đến nhiệt độ sôi.
Ưu điểm:
- Hệ thống có tính tự dộng hóa cao
- Không gây thất thoát nhiệt và ô nhiễm môi trường Nhược điểm:
- Cần phải thiết kế nồi chịu được áp suất cao, gây tăng chi phí.
- Dễ gây nhiệt độ bề mặt đáy nồi tăng cao gây cháy dịch đường.
c) Nồi đun hoa với hệ thông cấp nhiệt bên ngoài:
Dịch đường liên tục cho chảy vào hệ thống đương ống trong buồn trao đổi nhiệt, nhờ thế dịch đường được cấp nhiệt. Trong khi dịch đường còn lại được cấp nhiệt dưới áp suất thường thì bên trong bộ trao đổi nhiệt có sự quá áp nhẹ.
Ưu điểm:
- Thời gian đun giảm 20-30% , tiết kiệm năng lượng.
- Tăng hiệu suất chiết chất đắng từ hoa houblon.
- Protein tạo keo kết tủa hoàn toàn.
- Có thể điều chỉnh áp suất hơi nước dễ dàng.
Nhược điểm:
- Cần thêm năng lượng để bơm tuần hoàn - Cần bảo ôn để tránh thất thoát nhiệt
d) Cấp nhiệt bên trong:
Là nhiệt được cấp nhiệt bên trong thiết bị, bộ phận trao đổi nhiệt có dạng ống chùm, dịch đường đi qua ống, còn hơi nóng xung quanh các ống. Do đó hơi đần nguội đi và ngưng tụ lại. Dịch đường phân tán rông ra ngoài nhờ một tấm chắn phia trên chùm ống. Dịch tuần hoàn tốt bên trong nồi đun.
Ưu điểm:
- Giá thành đầu tư thấp hơn, không phải bảo trì, không bảo ôn.
- Không yêu cầu thêm năng lượng điện - Không thêm bức xa nhiệt
- Có thể sử dụng sử dụng áp xuất hơi bão hòa thấp
- Dịch đường sôi không tạo bọt mà không cần rút không khí Nhược điểm:
- Khó làm sạch nồi nấu
- Nếu hơi quá nóng, dịch đường sẽ bị quá nhiệt bởi tốc độ dịch chảy trong ốm chậm.
Với những những ưu điểm nổi bật kể trên, cũng như hiệu quả thực tế của phương pháp này. Nhà máy dùng thiết bị cấp nhiệt bên trong.
2.3.5.2 Quá trình cho hoa vào nồi nấu
Nhiều phương pháp cho hoa vào nồi nấu, tất cả chỉ xoay quanh việc tạo cho hiệu xuất trính ly cao nhất.
Nhà máy chọn phương pháp nấu bổ sung hoa 3 lần để đạt hiệu suất trích ly cao:
Phần 1: Bổ sung cao hoa khi dịch sôi khoảng 15 phút. Phần cao hoa này có hàm lượng axít đắng và tanin cao nhằm tạo vị đắng, kết tủa các đạm cao phân tử trong dịch đường.
Phần 2: Bổ sung 1/2 lượng hoa viên khi dịch sôi được khoảng 60 phút.
Phần 3: Bổ sung 1/2 lượng hoa viên trước khi đưa sang nồi lắng xoáy 10 phút.
Phần hoa viên có hàm lượng axít đắng thấp hơn cao hoa mà chủ yếu để cung cấp tinh dầu thơm tạo hương cho bia.
2.3.6 Lắng trong và làm lạnh dịch đường houblon hoá
Trong dịch đường sau khi đun sôi với hoablon có chứa các cặn ở dạng huyền phù và cặn từ hoablon. Để có thể cấy giống nấm men cần thiết phải làm trong dịch tách bỏ cặn và làm lạnh tới nhiệt độ lên men
2.3.6.1 Lắng trong
Với mục đích loại bỏ các cặn nóng, có những hệ thống sau:
a) Thùng nóng:
Là một thiết bị hình trụ có chiều cao thấp, thùng mở nắp có bề mặt tiếp xúc giữa dịch và không khí lớn. Để dịch trong hai giờ để nguội tự nhiên đến 60oC rồi cho đi làm lạnh tiếp.
Nhược điểm:
- Nguy cơ nhiễm vi sinh vật lớn - Thu hồi nhiệt kém
b) Ly tâm:
Quá trình phân tách sẽ loại bỏ các chất rắn ở dạng huyền phù trong chất lỏng bằng cách sử dụng lực li tâm.
Ưu điểm:
- Lưu lượng lớn.
- Khả năng tự động hóa cao.
- Gọn nhẹ.
Nhược điểm:
- Chi phí lớn trong việc mua máy và bảo trì
c) Lọc:
Người ta dùng máy lọc với các chất trợ lọc diatomit, có thể tiến hành lọc ở nhiệt dộ nóng, lạnh hay nhiệt độ bình thường.
Ưu điểm:
- Chất lượng dịch lọc tốt, lọc được cả cặn nóng và cặn lạnh.
Nhược điểm:
- Giá tác nhân lọc đắt - Khó thao tác
d) Thùng lắng xoáy ( Whirlpool):
Thùng lắng xoáy có đáy hơi nghiêng so với mặt phẳng ngang (1,5o ). Dịch bơm vào với vận tốc lớn theo phương tiếp tuyến với thành thùng, vị trí dịch vào ở 1/3 chiều cao thùng.
Ưu điểm:
- Thiết bị đơn giản.
- Ít tốn kém cho việc lắp đặt và sử dụng.
Nhược điểm:
- Tổn thất dịch đường lớn (2 -3%)
- Nếu vận hành không tốt thì việc phân tách tạp chất và dịch cũng không tốt.
Từ những nhận xét trên nhà máy xử dụng phương pháp thùng lắng xoáy Whirlpool.
2.3.6.2 Làm lạnh dịch đường
Phổ biến hiện nay là thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản. Thiết bị này kín bao gồm nhiều tẩm bản mảnh bằng thép không gỉ. Các tấm bản này được ghép chặt với nhau trên một khung. Trong đó phân thành 2 loại thết bị trao đổi nhiệt một cấp và hai cấp
Ưu diểm:
- Bền, hiệu suất cao, đa năng - Dễ vệ sinh, đảm bảo vô trùng.
- Gọn nhẹ.
Vì vậy máy sử dụng phương pháp làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản.một cấp