ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ÁP DỤNG SXSH CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CỦA CTY TNHH SABMILLER VIỆT NAM
4.1.2.5.Lắng trong
− Mục đích lắng trong:
Lắng cặn để loại bỏ tồn bộ cặn thơ và cặn mịn ra khỏi dịch đường nhờ thùng lắng đảm bảo yêu cầu của dịch đường lên men và khơng gây ảnh hưởng đến chất lượng của bia.
− Cách tiến hành
Hiện tại nhà máy đang sử dụng thiết bị lắng xốy Whirlpool. Nguyên tắc hoạt động của máy dựa vào lực hướng tâm.
Dịch đường được bơm vào thùng lắng theo phương tiếp tuyến với thân thùng với tốc độ cao tạo thành dịng chất lỏng xoay trịn. Do cĩ lực hướng tâm lớn, cặn sẽ tập trung ở tâm thùng và lắng xuống đáy.
4.1.2.6. Làm lạnh
− Mục đích làm lạnh
Hạ nhiệt độ đến điểm thích hợp cho nấm men phát triển. Tránh sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật bên ngồi
Đảm bảo sự hịa tan oxy cần thiết cho men phát triển trong giai đoạn đầu trước khi lên men
Đảm bảo sự lắng cặn khi làm lạnh dịch đường, chỉ cĩ làm lạnh nhanh những dẫn xuất globulin mới lắng xuống được.
Như vậy mục đích của quá trình lắng trong và làm lạnh là giảm nhiệt độ dịch đường xuống, đưa O2 từ khơng khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn khơng cĩ lợi.
− Các biến đổi hĩa lý trong quá trình lắng trong làm lạnh:
Khi bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ dịch thể cịn cao, trong dịch đường xảy ra các quá trình oxy hĩa các hợp chất hữu cơ như malttoza, glucoza, fuctoza, chất đắng, các hợp chất chứa nitơ, tanin, nhựa houblon và các sản phẩm được tạo ra như acid gluconic, muravic…
Nhiệt độ dịch đường giảm dần đồng nghĩa với tốc độ oxy hĩa cũng giảm dần, đến 45oC thì quá trình oxy hĩa ngưng hồn tồn. Kết quả của quá trình oxy hĩa là dịch đường cĩ thẫm hơn, hương thơm và vị đắng của houblon giảm. Từ nhiệt độ 40oC trở xuống, oxy từ khơng khí được hịa tan vào dịch thể.
Quá trình làm lạnh hình thành và kết lắng các chất cặn: cĩ thể chia ra làm 2 loại cặn to và cặn nhỏ.
Cặn to: được hình thành trong quá trình đun sơi houblon. Khi làm lạnh dịch đường, chúng kết tủa và lắng xuống đáy. Quá trình tách bỏ cặn này gọi là cặn nĩng.
Cặn nhỏ: tuy khơng nhiều nhưng rất khĩ tách khỏi dịch đượng, cần phải lọc cẩn thận. Nếu khơng được loại bỏ thì cĩ thể ảnh hưởng tồn bộ đến quá trình lên men. Đáng lưu ý, cần loại bỏ các hợp chất protein – tanin, nếu khơng sẽ gây hậu quả làm bia đục rất khĩ khắc phục.
4.1.2.7. Lên men
Đây là giai đoạn quan trọng quyết định cho chất lượng và hiệu suất sản xuất. Cơ sở của quá trình này là chuyển hĩa đường thành rượu và CO2 dưới tác nhân là nấm men.
− Nấm men:
Chủng Saccharomyces Carlsbergensis là tác nhân lên men chủ yếu của nhà máy.
Sự trao đổi chất, sinh sản và lên men là ba chức năng cơ bản nhất của nấm men. Ba quá trình đĩ xảy ra trong tế bào nấm men và song song diễn tiến trong cùng một mơi trường là dịch đường houblon hĩa.Chất lượng của bia được xác định từ các yếu tố sau đây:
Thành phần của dịch đường houblon hĩa bao gồm các cấu tử khơng bị tác động của nấm men như dextrin bậc cao, chất đắng, ...Và các cấu tử bị nấm men hấp thụ như đường, dextrin bậc thấp, axit amin, peptid bậc thấp, lipit …
Các sản phẩm tạo thành trong quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men, được tích lũy trong mơi trường lên men. Đĩ là rượu etylic, khí cacbonic, các loại rượu bậc cao, các acid hữu cơ, các loại aldehyt, các hợp chất ester, diacetyl, và nhiều cấu tử khác.
Nấm men sinh sản bằng phương pháp nảy chồi. Thời gian kéo dài và tốc độ sinh sản của chúng cĩ ý nghĩa rất lớn trong việc điều khiển quá trình lên men sao cho diễn biến của nĩ đúng với quy trình, quy phạm đã đặt ra.
Sự sinh sản và phát triển của tế bào nấm men phụ thuộc vào các yếu tố: mật độ của nấm men gieo cấy ban đầu, trạng thái sinh lý của chúng, nhiệt độ dịch lên men và mơi trường bên ngồi, nồng độ chất hịa tan và pH của dịch đường houblon hĩa…
Lớp tế bào nấm men được sinh ra sau một lần nảy chồi của lớp tế bào mẹ sẽ tạo ra một thế hệ mới. Sau một thời gian nhất định, lớp tế bào thế hệ mới này lại nảy chồi để sinh ra thế hệ tiếp theo. Thời gian cần thiết để một tế bào từ khi tách khỏi tế bào mẹ đến lúc nĩ nảy chồi gọi là chu kỳ sinh sản.
Ở điều kiện nuơi cấy, sự phát triển của nấm men sẽ trải qua 4 giai đọan, hay cịn gọi là 4 pha: pha thích nghi (pha lag), pha logarit, pha cực đai và ổn định, pha suy thối.
Ở pha thứ nhất, cả hai giá trị tốc độ đều cịn rất bé. Ở pha tiếp theo (pha logarit) nét đặc trưng là sự nảy chồi rầm rộ của tế bào. Trị số của mật độ đạt đến giá trị tối đa và ổn định trong một khoảng thời gian nhất định kéo dài sang cả giai đoạn thứ ba. Ở cuối giai đoạn ba mật độ của tế bào giảm mạnh, cịn tốc độ lên men (hấp thụ cơ chất) ở giai đoạn này đạt cực đại. Sang giai đoạn thứ tư, nấm men khơng cịn khả năng sinh sản, chúng bắt đầu lão hĩa, già cỗi. Một lượng nấm men khá lớn, khoảng 5 – 10% bị chết trong pha này, phần lớn số cịn lại bị kết lắng, chỉ cịn một phần rất ít (khoảng 10% so với mật độ cực đại) cịn nổi lơ lững trong dịch lên men.
− Lên men chính: Mục đích:
Nhằm chuyển hĩa các chất hịa tan trong dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các sản phẩm phụ khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giai đoạn này nấm men sinh trưởng mạnh rất cần cung cấp đủ O2 cho nấm men sinh trưởng.
Giai đoạn lên men lượng CO2 sinh ra nhiều nên áp suất trong tank tăng lên một cách nhanh chĩng. Cần phải thu hồi CO2 để sử dụng CO2 vào giai đoạn bảo hịa.
Nhà máy thực hiện quá trình lên men theo phương pháp lên men kín và thu hồi CO2 cùng hệ thống tank cho cả hai quá trình lên men chính và lên men phụ.
Các biến đổi trong quá trình lên men chính:
Quá trình lên men chính để chuyển hĩa dịch đường thành bia non thơng qua những quá trình cơ bản sau:
Quá trình sinh lý: Thể hiện rõ ở giai đoạn đầu, giai đoạn tăng sinh khối của nấm men. Thực chất đây là quá trình lên men hiếu khí, nấm men thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng để sinh sống và phát triển.
Quá trình sinh hĩa: Tăng mạnh dần vào cuối giai đoạn thứ hai. Vào cuối giai đoạn lên men hiếu khí chuyển sang dần kỵ khí. Đây là quá trình chuyển dần sang kỵ khí. Đây là quá trình chuyển hĩa các chất đường thành ethanol và CO2 theo các phương trình sau:
Phương trình hơ hấp: C6H12O6 + O2→ 6CO2 + 6H2O + Q1
Phương trình sinh hố: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q2
Nấm men sử dụng các hydrat cacbon theo quy luật từ những đường đơn giản nhất (đường đơn glucose, fructose), khi đã cạn nguồn đường đơn nấm men sẽ tấn cơng đến các loại đường kép (saccharose), cịn các destrin bậc thấp nấm men chỉ sử dụng một phần, phần cịn lại sẽ được sử dụng trong quá trình lên men phụ.
Quá trình lý hĩa: Trong quá trình lên men chính, quá trình lý hĩa cũng xảy ra mạnh mẽ: pH từ 5,5 – 5,6 ở dịch đường ban đầu giảm dần về pH ở 4,2 – 4,6 trong bia non do sự tạo thành CO2 và các acid hữu cơ, pH thấp, khơng ảnh hưởng đến độ chua của bia. Đặc biệt các acid hữu cơ dễ bay hơi phản ứng với rượu theo phản ứng ester hĩa tạo mùi thơm cho bia.
Do pH của dịch lên men giảm, đã tạo điều kiện cho protein đơng tụ và kết lắng với tế bào nấm men.
Khí CO2 được tạo nên trong quá trình lên men lúc đầu nĩ hịa tan vào dịch sau đĩ tăng dần và tách ra ở dạng khí. Trên bề mặt của các lớp khí cĩ lớp hấp phụ các chất cĩ hoạt tính bề mặt như protein, nhựa hoa houblon. Các chất này là cơ sở để tạo thành các lớp xốp như bơng khí CO2 tạo thành từ lớp xốp này. Khi các túi khí riêng lẻ dính vào nhau, thì tạo nên một lớp bọt tràn kín và xếp dày trên bề mặt của dịch lên men.
Do sự thay đổi của các tác nhân kỹ thuật như: O2, pH, to làm protein bị biến tính (mất dần điện tích) gây keo tụ protein, dẫn đến sự thay đổi lớn đến độ nhớt trong bia, ảnh hưởng đến sự liên kết và độ mịn của lớp bọt trong bia non.
Cách tiến hành:
Giai đoạn đầu, nấm men hơ hấp hiếu khí, tạo sinh khối. Sau đĩ là quá trình lên men yếm khí tạo ethanol và CO2.
Để cung cấp oxy cho nấm men, oxy sẽ được cấp vào dịch đường trên dịng chảy đi vào tank lên men.
Nhiệt độ lên men chính: 8-10oC. Thời gian: 8-9 ngày. Nhà máy sử dụng phương pháp lên men tĩnh và thu hồi CO2.
Cơng đoạn lên men được chia làm 4 giai đoạn như sau:
Giai đoạn 1: Khi dịch đường và men đã được bơm vào tank lên men ở nhiệt độ 9oC thì sau 24 giờ nấm men bắt đầu phát triển. Trong giai đoạn này oxy rất cần cho sự phát triển của tế bào nấm men do vậy lượng oxy cần thiết hịa tan vào dịch đường được đảm bảo bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với dịch đường trong thời gian làm lạnh (khơng khí được vơ trùng bằng tia cực tím trước khi bơm vào dịch đường) hoặc cũng cĩ thể sục khí vơ trùng sau khi đã gieo men giống vào. Lượng oxy hịa tan vào dịch đường khống chế lưu lượng 60 – 80 lít/h. Nếu nồng độ thấp hơn thì tốc độ sinh trưởng của nấm men bị hạn chế. Làm chậm quá trình lên men khơng đảm bảo được hương vị cho bia, cịn nếu nồng độ cao hơn thì nhiều sản phẩm bậc hai như diacetyl. Chất này tạo ra với hàm lượng cao khơng những gây ra tác động mạnh đến hệ thần kinh mà cịn làm cho bia cĩ vị khĩ chịu đắng, mùi khét. Đặc điểm chính của giai đoạn này là tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều, lại ở nhiệt độ thấp nên chúng hịa tan hết vào dịch lên men. Nấm men lúc này đang ở giai đoạn nảy chồi và phát triển làm
giảm lượng chất hịa tan trong dịch lên men với tốc độ khoảng 0,2 – 0,5% mỗi ngày. Giai đoạn này kéo dài từ 24 – 36 giờ.
Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn tạo bọt thấp. Lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và cĩ xu hướng muốn thốt ra ngồi dưới dạng bọt li ti. Trên mặt bong bĩng này hình thành một lớp hấp phụ đơn phân gồm những chất cĩ sức căng bề mặt như protein, chất đắng, polyphenol… làm cho CO2 khơng thể thốt ra khỏi bề mặt của lớp trên cùng để thốt ra ngồi mơi trường mà chúng lại bị hấp phụ với nhau tạo thành bọt. Giai đoạn này chất lượng hịa tan giảm với tốc độ 1% mỗi ngày và kéo dài từ 2 – 3 ngày.
Giai đoạn 3: Trong giai đoạn này quá trình lên men xảy ra mạnh nhất. Tiêu hao cơ chất với tốc độ 1 – 1,5% mỗi ngày đêm. Lượng CO2 tạo ra nhiều và một phần thốt ra ngồi nhưng lại được thu hồi để tái sử dụng tiếp. Bọt lúc này xốp và bồng lên cao, bề mặt bọt trắng dần và chuyển sang màu nâu (do xảy ra sự oxy hĩa các chất trên bề mặt làm thay đổi màu lớp bọt). Giai đoạn này kéo dài từ 3 – 4 ngày.
Giai đoạn 4: (2 ngày tiếp theo) Bọt xẹp dần, màu sắc của lớp bọt cũng bị biến đổi, sự tiêu hao chất hịa tan diễn ra chậm khoảng 0,2 – 0,5% mỗi ngày đêm. Khi thấy hàm lượng chất hịa tan chỉ cịn lại 30 – 35% so với lượng chất chiết ban đầu thì ta dừng quá trình lên men chính lại. Lúc này tế bào nấm men tạo thành những lớp như bơng và lắng xuống đáy. Sản phẩm ở giai đoạn này gọi là bia non.
Để xác định chính xác thời điểm kết thúc lên men chính, KCS sẽ kiểm tra độ đường và độ cồn. Thời gian lên men chính ở nhà máy khoảng 8-9 ngày.
Sau khi biết thời điểm dừng, ta vẫn lưu nấm men thêm 24 tiếng rồi xả hết nấm men.
− Lên men phụ:
Quá trình này được thực hiện khi hàm lượng maltose và các loại đường đơn giản khác ở trong dịch men hầu như đã bọ hấp thụ hết, cịn lại lượng đường khơng cĩ khả năng lên men được (chủ yếu là maltoriose) đang ở khoảng 1 – 1,2%. Lên men phụ ở 0– 2oC.
Mục đích:
lên men đường sĩt, làm trong bia, ổn định và hồn thiện màu sắc, hương vị bia, phân hủy diacetyl hình thành khi lên men chính. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các biến đổi giống như lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn do nhiệt độ thấp và lượng men ít hơn.
Nhiệt độ lên men phụ: 1-2oC, áp suất dư khoảng 0.5-1.8at. Thời gian: 14 – 16 ngày.
Nấm men lên men đường sĩt. Tuy nhiên ta khơng cho lên men hết tịan bộ đường sĩt mà giữ lại một ít để tạo vị cho bia. Bia thành phẩm cĩ độ đường 2.3-2.6 Plato.
Các acid hữu cơ tác dụng với ethanol tạo ester, khử aldehyde. Chuyển diacetyl (cĩ độc) thành acetoin (khơng độc).
Quá trình tự phân của nấm men Trong quá trình này một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi các enzyme proteaza cĩ sẵn trong các tế bào nấm men. Sản phẩm tự phân là các peptid, acid amin, và một vài thành phần của acid nucleic. Chính các sản phẩm tự phân này cĩ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của bia.
Sự kết lắng của xác men, protein, tannin làm cho bia trong.
Nhà máy sản xuất bia theo cơng nghệ lên men một pha, lên men chính và lên men phụ được thực hiện chung một thiết bị. Cơng nghệ này cĩ một số đặc điểm sau
Được tiến hành trong các thiết bị kích thước lớn.
Do kích thước lớn nên các biến đổi thủy động học gây hiệu ứng tích cực cho quá trình lên men.