Thiết bị

3. Lọc và rữa bã malt

3.5. Thiết bị

3.5.1. Thùng lọc

Thường chế tạo bằng thép không gỉ, có dạng hình trụ đáy phẳng và nắp hình cầu, nắp được nối liền với ống thông hơi có van điều chỉnh và trên nắp có cửa để công nhân có thể ra vào vệ sinh hoặc quan sát bên tron nồi khi cần thiết.

Thành phần hình trụ (không kể đáy) có lớp bảo ôn. Bên trong cách đáy khoảng 10 – 15 mm có một đáy giả làm bằng đồng đỏ dày khoảng 3,5 – 4,5 mm, đáy giả gồm nhiều mảnh nhỏ ghép lại hình thành một lớp đáy có các rãnh từ 20 – 30 mm và rộng 0,4 – 0,7 mm. Tổng số diện tích tất cả các rãnh chiếm 18 – 28% diện tích đáy theo thiết kế hiện đại. Trên mỗi mảnh tạo thành đáy giả người ta để hở một lỗ tròn để tháo bã malt, lỗ này có cửa đóng chặt. Trên đáy chính có nhiều ống nhỏ dùng thu dịch lọc đến đường ống thu dịch lọc. Đường kính các ống này từ 25 – 45 mm. Số ống phụ thuộc vào kích thước của nồi, nhưng không được quá 25, nếu nhiều hơn sẽ gây khó khăn cho việc lọc.

3.5.2. Máy lọc ép khung bản

Hiện nay trong nhiều nhà máy bia trên thế giới, kể cả nhà máy bia của ta, người ta thay thế nồi lọc bằng máy lọc ép kiểu khung bản.

Thiết bị này gồm những khung bằng gang và những tấm bản dày có đường rãnh trên mặt khung. Bề mặt tấm bản được tráng một lớp đồng đỏ mỏng. Khung giữ vai trò chứa bã lọc và là nơi nhập huyền phù vào. Bản tạo ra bề mặt lọc với các rãnh dẫn nước lọc. Khung và bản được xếp liên tiếp nhau trên giá đỡ, giữa khung và bản là vách ngăn lọc.

Thiết bị lọc khung bản

Cấu tạo khung và bản lọc

Nguyên liệu lọc là những tấm vải thô dày bằng bông hay sợi nhân tạo. Các khung và tấm bản được ép lại với nhau nhờ một trục vít giữa và có sự bít kín tốt khi ghép khung và bản. Khung và bản có dạng hình tròn hay vuông, thông dụng là hình vuông với kích thước từ 0,8 x 0,8 m đến 1,6 x 1,6 m, tùy năng suất nhà máy. Thông dụng nhất là loại khung có diện tích 1,2 m2. Số khung và bản phụ thuộc vào công suất nhà máy, thường từ 10 – 60 cái, số bản ít hơn số khung 1 cái, 1 đầu máy lọc ép có 1 tấm cố định. Phần trên mỗi khung, bản có một lỗ tròn, khi

các khung bản này xếp lại với nhau thì các lỗ tròn này sẽ tạo thành một ống dẫn dịch hèm sẽ đi vào máy lọc tho ống này. Trên mỗi góc phía trên và một góc phía dưới (chéo nhau) của mỗi khung bản có một lỗ tròn, khi ghép lại sẽ tạo thành 2 đường dẫn, 2 đường dẫn này được nối liền với những đường rãnh trên bề mặt tấm bản. Mỗi tấm bản có một vòi thu dịch lọc hay dịch sau rửa bã.

Ưu – nhược điểm:

 Ưu điểm: lọc nhanh hơn, chất lượng dịch đường tốt hơn, dịch đường trong hơn, hiệu suất hòa tan tăng 1%, hao tổn nước rửa bã ít hơn, nguyên liệu lọc chiếm ít diện tích hơn (so với nồi lọc).

 Nhược điểm: sau mỗi lần lọc phải tháo các khung bản do tốn nhiều sức lao động hơn.

3.5.3. Máy lọc khung bản thế hệ mới

Cấu tạo

Hệ thống này được phát triển bởi MEURO đi tiếp những công trình của giáo sư Hermia đã cải tiến những tính năng của phương pháp lọc ép truyền thống và khắc phục những nhược điểm cơ bản (cải thiện độ đục của dịch lọc, sự ăn mòn thiết bị).

Sử dụng khung bản bằng polypropylen và những màng bằng chất dẻo đàn hồi cho phép ép lớp bã làm chiều dày của nó giảm đi (4 cm) so với việc sử dụng vật liệu truyền thống.

Thiết bị lọc được tạo nên từ các mođun lọc. Các mođun lọc này có kích thước bên ngoài là 2 x 1,8 m, được tạo nên từ một khung được phân chia bởi hai màng chất dẻo đàn hồi và được cài vào giữa hai khung những đường dẫn phủ lên một màng lọc.

Ưu điểm

 Thời gian lọc ít hơn 2h nên hiệu suất sử dụng cao.

 Dịch lọc trong, độ đục thấp hơn 1 đơn vị EBC.

 Lượng oxy xâm nhập thấp.

 Có thể dùng máy nghiền búa nghiền malt bởi không cần vỏ trấu làm lớp lọc.

 Dễ vận hành.

3.5.4. Máy lọc ép với màng MK 15/20

Cấu tạo

Máy lọc ép màng MK 15/20 được thiết kế cho phép lọc 6 – 12 tấn malt, với lượng nhỏ hơn 2 – 3,5 tấn dùng loại thấp hơn MK 12/12 với kích thước bản 1,2 x 1,2 m.

Máy lọc ép màng MK 15/20 khác máy lọc MEURA một số điểm sau:

• Giá đỡ vững chắc đỡ toàn bộ máy lọc và các khung bản treo trên đó mà không có tấm đỡ cuối. Các màng có thể thay thế và các khung treo trên giá. Các khung đều làm từ polypropylen, các tấm màng gồm tấm đỡ với bản bằng polypropylen, đúc cả hai mặt để có thể chịu lực ép từ bên ngoài để vắt bã.

• Vải lọc phủ kín mỗi khoang và tấm màng. Tấm vải lọc không được treo qua tấm bản nhưng phủ qua lỗ phía đáy máy lọc cùng với gioăng cao su ở cả hai mặt. Các tấm vải lọc trước tiên được kéo căng ra đến giữa lỗ, sau đó nhanh chóng ép hai tấm bản và cài khóa, như vậy

• Khi ghép vào với nhau, lỗ phía dưới hình thành đường dịch hèm vào. Mỗi bản có một lỗ nhỏ để dịch hèm chảy vào các bản khoang lọc và bản màng. Dịch hèm chảy đầy khoảng không giữa hai tấm bản và dịch lọc chảy qua lớp vải lọc. Chỉ khi máy lọc đầy, dịch lọc mới có thể chảy tới đường dịch phía trên. Dòng dịch này chảy qua đường tạo thành trên các tấm bản. Nước rửa bã được dẫn vào từ phía dưới và chảy theo đường của dịch rửa.

• Bã được nén đến độ dày 4 cm, có thể nén chặt hơn nữa, nhưng bã tạo cuc khó vận chuyển.

• Giá treo trên đỉnh là hoàn toàn mới, yêu cầu có khoảng không phía trên máy lọc.

Ưu điểm

 Các tấm bản không bị nghiêng, không bị đung đưa bởi chúng được treo trên một cái giá đặc biệt.

 Không cần tấm đỡ bên cạnh nên đường dịch vào từ 2 bên không bị cản trở.

 Dễ lắp vải lọc, vệ sinh dễ dàng.

4. Đun sôi với hoa houlon4.1. Mục đích: 4.1. Mục đích:

Mục đích của quá trình này là nhằm làm ổn định dịch đường, ổn định thành phần các chất trong bia thành phẩm. Dịch đường sau khi lọc cùng với nước rửa bã hòa tan thường bị đục nhiều hay ít, trong dịch đường có chứa một số chất keo không ổn định do các vi sinh vật hay các enzym hoạt động còn sót. Nhờ quá trình đun sôi này làm vô hoạt toàn bộ hệ thống enzym và vô trùng dịch đường tạo điều kiện cho quá trình lên men, nhờ đó làm ổn định thành phần dịch đường và tạo điều kiện cho bia có thành phần và tính chất đúng theo yêu cầu kĩ thuật.

Quá trình này trích ly chất đắng, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào trong dịch đường, tạo cho bia có mùi thơm và vị đắng đặc trưng, dễ chịu của hoa houblon. Đồng thời khi hòa tan vào dịch

đường và tồn tại trong bia, các chất đắng trong hoa houblon (humulone, lupulone…) có hoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia thêm bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt và giữ bọt lâu. Một trong những phương pháp thông dụng nhằm chiết chất đắng và dầu thơm của hoa houblon là đun sôi trực tiếp dịch đường với hoa.

Đồng thời cũng trong lúc này cũng xảy ra một số quá trình khác như sự gia tăng nồng độ, độ axit, cường độ màu, sự tạo thành các chất khử, độ nhớt giảm xuống… Thường hỗn hợp dịch đường sau khi lọc và nước rửa bã có nồng độ thấp hơn nồng độ yêu cầu để sản xuất một loại bia nhất định. Nhờ quá trình đun sôi này một phần nước sẽ bay hơi, khi đó nồng độ dịch đường sẽ tăng lên. Đây cũng là quá trình hòa tan các thành phần của hoa vào dịch đường và loại trừ các chất keo không bền vững.

Làm keo tụ phần lớn protein bất ổn định và các chất không hòa tan khác của dịch đường, tạo nên “tủa nóng” và lắng xuống đáy nồi đun sôi. Sự kết tủa protit cũng góp phần quan trọng cho việc làm trong bia sau này. Tuy nhiên, những chất chát (tanin) không bị oxi hóa cũng tạo thành phức với protein, tồn tại trong dịch đường dưới dạng “tủa nguội”. Đây chính là nguyên nhân làm cho bia thành phẩm bị đục.

4.2. Tiến trình nấu

Quá trình đun sôi gồm các giai đoạn: nhập liệu; gia nhiệt; sôi; chuyển sang nồi lắng. Đây là quá trình sử dụng năng lượng nhiều nhất trong cả quy trình (24- 54 mJ/ hl, chiếm 18% tổng năng lượng). Tổng năng lượng dùng cho cả quá trình sản xuất bia từ 145- 285 mJ/Hl. Trong qúa trình đun sôi lượng nước bốc hơi để đạt nồng độ chất khô thích hợp. Trước đây 30 năm lượng nước bốc hơi khoảng 12- 20% nhưng ngày nay số này chỉ còn từ 4- 8%. 99% năng lượng phục vụ cho quá trình sôi; 1% năng lượng tổn thất do nước bốc hơi.

Dịch nha sau khi lọc được mang đi đun sôi với hoa houblon. Dịch nha có thể được đưa trực tiếp vào nối nấu hoa hoặc cho vào nồi trung gian nếu thấy cần. Lưu ý trong quá trình lọc và chuyển dịch nha vào nồi nên tránh tăng lượng oxy hòa tan vào dịch nha (giảm các phản ứng oxy hóa), đồng thời cần đun sôi mạnh

Nồi nấu có hệ thống cấp nhiệt cho dich nha từ 65- 78oC lên đến nhiệt độ sôi (trên 100oC). Thời gian đun sôi từ 30- 120 phút (thường khoảng 90 phút). Các phụ liệu và hoa Houblon được cho vào trong quá trình đun sôi.

 Phương thức bổ sung hoa:

Hoa có thể được đưa vào một lần hay chia làm 4 phần. Đối với bia có độ đắng thấp (20-24 BU) và mùi thơm đậm hơn, hoa thường được thêm vào một lần vào lúc đầy nồi hoặc thêm vào sau khi sôi 20 phút. Việc thêm hoa sau khi sôi 20 phút xúc tiến phản ứng của polyphenol trong malt với các hợp chất cao phân tử chứa Nitơ trong suốt giai đoạn nấu, vì vậy có thể giảm thiểu việc mất chất đắng.

Nếu hoa được thêm 2 lần, 70-80% tổng số hoa nên thêm sau khi sôi 20 phút và phần còn lại nên được thêm trước khi kết thúc quá trình đun sôi 10-30 phút. Do đó, chất đắng của hoa được chiết ra để đồng phân hóa tối đa lượng α-acid của chúng và làm bay hơi những thành phần không mong muốn. Việc thêm hoa ở giai đoạn sau nhằm làm tăng chất lượng mong muốn của bia để kết thúc quá trình nấu, duy trì được lượng tinh dầu mong muốn cho bia. Thêm hoa chậm tạo ra một mùi thơm riêng biệt và mạnh mẽ. Việc thêm hoa sớm có thể làm giảm lượng bọt trong bia.

Thông thường trong nấu hoa người ta chia lượng hoa thành 3 phần:

Phần thứ nhất, khoảng ¼ lượng tổng số được cho vào sau khi dịch sôi khoảng 15-20 phút, có nghĩa là khi bắt đầu có sự đông tụ. Đây là phần sản phẩm houblon đắng nhất, ít thơm nhất và giàu tanin nhất được đưa vào trước tiên.

Phần thứ hai cũng là phần chính với một nửa lượng tổng số được đưa vào sau lần thứ nhất 30 phút. Phần này sẽ mang lại cho bia vị đắng quan trọng nhất của hoa houblon.

Trong khoảng 30-15 phút trước khi kết thúc nấu, đưa nốt phần thứ ba vào. Đây là phần hoa houblon thơm nhất giữ lại trong bia một mùi thơm đặc trưng của hoa houblon.

Trong quá trình cấp hoa houblon được khoảng 45 phút thì bổ sung axit lactic để điều chỉnh pH. Đồng thời kiểm tra độ Balling, nếu không đạt 13oBalling thì phải tăng thời gian đun sôi hoặc giảm bớt lượng nước rửa.

Với hoa viên do có hàm ẩm thấp nên cần làm ẩm trước khi cho vào nồi (ngâm trong dịch nha) để tránh hiện tượng trào bọt (do hiện tượng giản nở thể tích khí). Với hoa dạng cao do độ nhớt nên cần gia nhiệt sơ bộ (45- 50oC) trước khi cho vào nồi hoặc dùng hơi nước trực tiếp để gia nhiệt. Ở một số nhà máy lớn có hệ thống tự động phun nước nóng và đồng hóa cao hoa trước khi cho vào dịch để đun sôi. Ở những nhà máy nhỏ thường hòa trực tiếp cao hoa trong dịch đang đun sôi.

Một số biện pháp làm tăng khả năng hòa tan chất đắng trong quá trình đun sôi và tiết kiệm hoa houblon nhằm nâng cao hệ số sử dụng hoa houblon:

- Nghiền hoa trước khi đun sôi với dịch đường. - Chiết hoa houblon với dịch đường.

- Chiết hoa houblon với dung dịch kiềm. - Tái sử dụng hoa houblon.

Sau khi đun sôi nước đường với hoa houblon, ta tiến hành lọc và tách bã hoa. Nước đường trong được bơm và vận chuyển sang bộ phận làm nguội, trong bã còn lại một lượng đáng kể nước đường (6-7 lít/1kg hoa), lượng nước thừa này có thể thu hồi bằng cách rửa bã với nước nóng đến khi nồng độ chất hòa tan hạ xuống dưới 2,5%.

 Tính lượng hoa houblon cần thiết:

Lượng hoa cần thiết nằm trong một giới hạn khá rộng từ 100-700g/100 lít. Khối lượng này phụ thuộc vào chất lượng hoa, loại hoa bia sẽ sản xuất và thành phần của nước để dùng chế biến. Hàm lượng chất đắng trong dịch đường thường từ 65 – 100mg/l, trong bia từ 35 – 100mg/l. Khi ta dùng nước mềm (ít thành phần

vào nồi đun sôi dạng chưa ép hoặc dạng đã ép thành bánh hoặc ở dạng đã nghiền nhỏ.

Lượng chất đắng tùy thuộc từng loại bia, thường tính theo công thức: Đơn vị đắng (BU) = số mg chất đắng/ l bia

4.3 Các quá trình hóa lí xảy ra trong khi nấu

4.3.1 Sự hòa tan và chuyển hóa các hợp chất chính trong hoa houblon

Nhựa đắng

Hoa houblon chứa các axit α, β ít đắng và kém hòa tan. Khi đun nóng các α axit này sẽ hòa tan, chuyển thành các dạng đồng phân có khả năng hòa tan tốt hơn: độ hòa tan của iso-α axit là 120ppm.

Mặt khác các đồng phân của axit α, β này có độ đắng rõ rệt hơn các axit α, β. Khả năng hòa tan của các nhựa đắng này được cải thiện khi pH tăng. Ở pH cao, chất đắng hòa tan nhiều hơn song lại cho cảm giác khó chịu.

Trong quá trình nấu cũng loại bỏ ít hay nhiều các nhựa đắng dưới dạng liên kết với protein.

Dịch đường chế biến theo phương pháp ngâm chiết chứa nhiều nitơ có khả năng đông tụ. Trong nước nha có tanin của hoa houblon và của malt, tanin của houblon có hoạt tính hóa học cao và có độ hòa tan lớn trong nước, các chất này làm kết tủa protein cao phân tử. Do đó khi tăng lượng hoa houblon trong nước nha thì lượng protein kết tủa cũng tăng. Nếu protein không đông tụ hết sẽ kìm hãm quá trình lên men. Vì protein hấp thụ trên bề mặt tế bào nấm men gây những khó khăn trong quá trình sản xuất bia như khó lọc, bị đục khi ướp lạnh.

Tinh dầu

Tinh dầu trong hoa houblon tạo ra mùi thơm đặc trưng của hoa houblon tươi. Độ tan của chúng trong nước vào khoảng 50mg/l. Trong quá trình sôi của dịch đường, tinh dầu bị lôi cuốn theo hơi nước và bị mất từ 50-80% sau 30 phút

và từ 90-95% sau 3 giờ. Thành phần tinh bột thay đổi cùng với thành phần không bay hơi còn lại của tinh dầu tạo mùi thơm dễ chịu, đặc trưng cho bia. Chính vì lí do này nên những sản phẩm houblon thơm chứa nhiều tinh dầu như houblon tươi, khô hay viên được đưa vào sau cùng để tránh mất tinh dầu. Tuy nhiên, lần cho cuối cùng này phải được thực hiện ít nhất là 10 phút trước khi dừng quá trình đun sôi để đảm bảo việc chuyển hóa cần thiết các nhựa đắng, đồng thời hạn chế sự