Quy trình công nghệ sản xuất bia

i mạch này cho chất lượng bia cao, vị bia thơm ngon hơn loại bia được sản xuất từ đại mạch nhiều hàng. Thành phần hoá học của đại mạch Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu từng vùng, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. Các chỉ số về thành phần hoá học của đại mạch là nhân tố quyết định đến chất lượng bia và để kiểm tra xem đại mạch có đủ yêu cầu về sản xuất bia không ta kiểm tra một số thành phần sau: 1.1.2.a Thành phần nước trong đại mạch Nước của đại mạch có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình tự hô hấp và tự nóng lên của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô. Bên cạnh đó thủy phần cao quá mức sẽ cho phép vi sinh vật phát triển mạnh đặc biệt là các loại sinh vật gây thối rửa hạt.Vì vậy để dễ dàng có các biện pháp bảo quản tốt đại mạch tránh bị vi sinh vật xâm nhập thì ta cần phân loại đại mạch theo hàm ẩm như sau: Đại mạch khô: hàm ẩm W<14% Đại mạch trung bình: hàm ẩm W=14,5%-15% Đại mạch ẩm: hàm ẩm W=15,5%-17% Đại mạch ướt: hàm ẩm W>=17% Để tránh hiện tượng thối rửa hạt do hàm ẩm quá cao gây nên trước khi nhập kho đại mạch cần sấy sơ bộ bằng cách thổi luồng khí nóng với nhiệt độ khoảng 380C - 400C. Cần lưu ý không để nhiệt độ lên quá cao vì vậy sẽ hạn chế khả năng nảy mầm của hạt đại mạch. 1.1.2.b Thành phần tinh bột trong đại mạch Tinh bột là thành phần chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như về tầm quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Hơn một nửa lượng chất khô của đại mạch là tinh bột. Trong sản xuất bia tinh bột có hai chức năng là : -Là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi -Là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đường trước khi lên men Tinh bột có các kích thước khác nhau và chia ra làm hai loại, loại hạt có kích thước to, chúng có đường kính 20-30, cònloại hạt bé có kích thước khoảng 2-10. Trọng lượng riêng tinh bột khá cao khoảng 1,5-1,6; nhiệt lượng khoảng 0,27Kcal/kg.0C. Vì vậy trong dung dịch chúng lắng xuống rất nhanh. Tính chất này rất quan trọng trong quá trình chế biến dịch đường. Một đặc điểm khác của tinh bột là khi hòa vào nước và nâng nhiệt độ lên thì tinh bột sẽ hút nước và nở ra vì vậy thể tích tinh bột tăng lên rất nhanh đến một thời điểm nhất định hạt tinh bột bị phá vỡ ra và bắt đầu hình thành dung dịch keo, hiện tượng này gọi là hiện tượng hồ hoá tinh bột. Tinh bột sau khi hồ hoá thì sẽ đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn. 1.1.2.c Thành phần Xenlulo trong đại mạch Xenlulo chủ yếu nằm trong vỏ trấu của đại mạch và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử xenlulo bao gồm 2000-10000 gốc đường đơn glucoza xếp thành mạch dài xoắn lại từng chùm. Do cấu trúc như vậy nên xenluloza đóng vai trò đặc biệt quan trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu sẽ tạo lớp màng lọc lý tưởng. 1.1.2.d Thành phần Polyphenol và chất đắng Polyphenol và chất đắng tập trung chủ yếu trong lớp vỏ đại mạch. Phần lớn những hợp chất hoà tan trong bia đều là những dẫn xuất của Catechin. Những hợp chất này có những tính chất có lợi cho sản xuất bia vì nó dễ dàng kết hợp với Protit cao phân tử để tạo thành phức chất có khả năng dễ kết lắng làm tăng độ bền của keo sản phẩm. Mặt khác sự hoà tan của Polyphenol vào dung dịch đường lại là nhân tố không tốt làm xấu đi hương vị của bia. Để loại bỏ các chất chát Polyphenol thì ta ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ. 1.1.2.e Thành phần Vitamin và chất khoáng Đại mạch chứa trong thành phần của nó các loại Vitamin B1,B2,B6,C và các tiền vị Vitamin khác. Tuy hàm lượng Vitamin rất ít nhưng hệ Vitamin trong đại mạch đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất bia vì Vitamin đóng vai trò là nhân tố điều hoà sinh trưởng của mầm. Ngoài ra trong đại mạch còn có rất nhiều các chất khoáng như P2O5,SiO2, MgO, CaO, Na2O, Fe2O3....chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất bia đặc biệt là nguyên tố Phốt pho đóng vai trò chủ yếu trong hệ hống đệm của dịch đường. 1.1.2.f Thành phần Enzim Enzim là hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất phức tạp và giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, trong giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của nhóm Enzim rất cao, đến giai đoạn hạt chín hoạt lực của Enzim giảm một cách đáng kể và đến lúc sấy hạt đến hàm ẩm 13% thì hầu hết các hệ Enzim trở thành trạng thái liên kết, đến giai đoạn ngâm hạt thì hạt hút nước lúc này hệ Enzim được giải phóng khỏi trạng thái liên kết và chuyển thành trạng thái tự do, đến giai đoạn ươm mầm thì hoạt lực của Enzim đạt đến mức tối đa nhờ đó mà đến lúc đường hóa chúng có khả năng thuỷ phần hầu như toàn bộ các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt thành chất chiết của dịch đường. Ngoài ra trong đại mạch còn có chứa rất nhiều chất khác có ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất bia cũng như chất lượng bia như các hợp chất của Fitin, các hợp chất không có chứa N2 và các hợp chất có chứa N2. Trong công nghiệp sản xuất bia, đại mạch dùng để sản xuất Malt phải có tỷ lệ nảy mầm và cường độ nảy mầm cao (thường tỷ lệ này chiếm khoảng 90%-95%). Malt đại mạch là hạt đại mạch được nảy mầm trong những điều kiện nhân tạo có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Nhiệm vụ của qúa trình nảy mầm là tích luỹ và làm giàu hệ Enzim trong đại mạch mà không làm tiêu hao nhiều tinh bột. Sau quá trình nảy mầm, trong những điều kiện tiêu chuẩn của công nghệ, hạt đại mạch có nhiều thay đổi về thành phần hoá học. Dưới tác dụng của Enzim, Hemilluloza, một số Polisacarit bị thuỷ phân tạo nên Hexoza và Pentoza để xây dựng mô và rễ lá mầm. Các Enzim Amilaza phân huỷ tinh bột (thường có từ 5%-10% tinh bột bị thuỷ phân ở giai đoạn này) tạo nên Glucoza, Malttoza, Maltodetim và một lượng lớn sacaroza, phần lớn các loại đường được tạo nên dần dần bị tiêu hao bởi quá trình hô hấp và xây dựng tế bào mới cho mầm.Số đường còn lại bị giữ trong Malt ở dạng tự do, hàm lượng loại đường này rất lớn gấp 3-4 lần so với hàm lượng của chúng trong đại mạch. Vì vậy hạt malt có vị ngọt còn hạt đại mạch không có vị ngọt. Đồng thời với hoạt động của các Enzim trên, nhóm Enzim Proteinnaza cũng tăng cường hoạt động, chúng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt, các chất cao phân tử và các hợp chất thấp phân tử như Pepton, Peptit, các axít Amin và được chuyển đến mầm dưới dạng chất hoà tan trong nước, song song với hiện tượng thuỷ phân chất đạm dữ trữ trong hạt còn có hiện tượng ngược lại là tổng hợp chất đạm mới. Đến cuối giai đoạn nảy mầm trong hạt đại mạch có khoảng 35%-41% đạm hoà tan, lượng Nitơ Amin sau thời kì nảy mầm có khi lên tới sáu lần so với lúc ban đầu. Như vậy Malt đại mạch dùng trong sản xuất bia có nhiều ưu điểm như đã qua quá trình nảy mầm, nên một phần tinh bột trong đại mạch đã được thuỷ phân và cắt ngắn bớt mạch tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu đường hoá sau này. Đặc biệt là quá trình nảy mầm không chỉ đưa các Enzim có sẵn trong hạt đại mạch từ trạng thái tự do, có hoạt tính cao mà tạo nên hàng loạt các Enzim mới . 1.2 Tiểu mạch Hạt tiểu mạch gần giống hạt đại mạch về thành phần chất, chỉ một điều khác là hạt tiểu mạch không có lớp vỏ trấu. Hạt tiểu mạch chiếm 60%-65% tinh bột; 2,5%-3% Saccaroza; 2,5% Glucoza; 12%-13%Protein;1,5%-2% chất béo..., khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ dàng tham gia vào quá trình Hydrat hoá tạo thành phức chất keo tụ. Phức chất này rất dai dẻo và có thể chuyển thành dạng sợimột cách dễ dàng. 1.3 Ngô Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay thế Malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục và sử dụng dưới dạng bột đã nghiền nhỏ. Nhưng có một trở ngại lớn khi đưa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm lượng chất béo nhiều,nên làm cản trở quá trình lọc và làm giảm độ bền keo cũng như tăng khả năng tạo bọt của bia, vì vậy để sử dụng loại cốc này một cách có hiệu quả thì trước lúc đưa vào chế biến dịch đường, ngô phải qua một giai đoạn tách phôi và vỏ, để làm được việc này ta ngâm ngô vào trong nước ấm 500C có chứa SO2 ở nồng độ 0,1-0,2%. Thời gian ngâm khoảng 30giờ-50giờ với mục đích làm hạt ngô mềm ra để khi tách phôi hạt ngô được nguyên vẹn. Khí SO2 là tác nhân vừa ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật, vừa có tác dụng làm cho màng Protein bị trương lên, phân rã ra và khuếch tán vào dung dịch. 1.4 Thóc nguyên lỉệu thay thế chính trong công nghệ sản xuất bia 1.4.1 Đặc trưng chung của thóc Cây lúa là cây lương thực chính của gần nửa dân số thế giới, đặc biệt được trồng nhiều ở các nước vùng Đông Nam á. Sản lượng thóc trên toàn thế giới tập trung chủ yếu ở Châu á . Năm 1991 tổng sản lượng thóc trên toàn thế giới là 521,4 triệu tấn thì sản xuất 478,6 triệu tấn, Châu Phi 12,3 triệu tấn và châu đại dương 0,8 triệu tấn. Việt nam mấy năm gần đây sản lượng lúa tăng lên đáng kể và sản lượng xuất khẩu ngày càng tăng. Lúa là cây ưa ẩm và ấm nên trồng nhiều ở châu thổ, các vùng nhiệt đới và ôn đới. 1.4.2 Cấu tạo và tính chất của hạt thóc Cấu tạo của hạt thóc bao gồm vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt,lớp Alơrông,nội nhũ và phôi. Tuỳ thuộc vào giống lúa và điều kiện phát triển của cây lương thực mà vỏ trấu của hạt thóc dao động trong khoảng lớn 10%-33% trọng lượng toàn hạt. bình thường thành phần vỏ trấu chiếm 17%-22%. Vỏ quả của hạt thóc rất mỏng gồm nhiều các tế bào vàng đục và nâu hồng. Nội nhũ của hạt thóc phụ thuộc vào loại giống và điều kiện phát triển mà có màu trắng hoặc màu đục. Độ trắng trong của hạt không phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Hạt thóc có kích thước nhỏ hơn hạt đại mạch, trọng lượng của hạt thóc khoảng 15-35 g, còn trọng lượng hạt đại mạch 30-35 g. Lớp Alơrông của hạt thóc chỉ là một lớp tế bào còn lớp Alơrông của đại mạch có 4 lớp tế bào. 1.4.3 Thành phần hoá học của hạt thóc 1.4.3.a Các chất Gluxit Gluxit ở trong gạo chủ yếu dưới dạng tinh bột và chiếm khoảng70%-80% trọng lượng gạo. Tinh bột gạo tẻ chứa 17% Amilaza và 83% amilopectin. Tinh bột gạo có kích thước nhỏ nhất so với các loại tinh bột của các câykhác.Nhiệt độ hồ hoá tinh bột thay đổi từ 75-850C phụ thuộc vào loại gạo và điều kiện canh tác. 1.4.3.b Các chất chứa Nitơ Hàm lượng protein trong gạo là 6%-8%. Thành phần protein của gạo chủ yếu là Gluxit, Protein, trong gạo chứa 18 axit Amin mà trong đó có nhiều axit Amin không thay thế. 1.4.3.c Các chất tro, Vitamin và Lipit trong gạo Chất tro chủ yếu tập trung ở vỏ quả và vỏ hạt và chủ yếu là Phốtpho, thường ở dạng liên kết của phitin, Nucleprotein. ở trấu chất tro chủ yếu là Oxit Silic. Ngoài ra,trong thóc có chứa nhiều Vitamin nhóm B, chủ yếu ở phôi và vỏ. So với các loại ngũ cốc khác thì thì chất béo trong thóc rất ít chỉ khoảng 1%-2%. Những đặc tính của gạo khác với đại mạch có tá dụng đến quá trình nấu bia là tinh bột của gạo bền hơn tinh bột của đại mạch khi bị Amilaza tác dụng. Trong thời gian thuỷ phân 4 giờ ở nhiệt độ 650C dưới tác dụng của Amilaza tinh bột gạo thuỷ phân 31,3% còn tinh bột đại mạch thuỷ phân 96,3%. Để thuỷ phân được tốt thì tinh bột gạo cần được hồ hoá và đường hoá tốt. Về thành phần hoá học, gạo có hàm lượng tinh bột lớn nên dịch chiết nhiều. Nhưng trong gạo hàm lượng hợp chất Nitơri nhiều nên trong nấu bia cần có những biện pháp thích hợp. 1.5 Hoa Hublông Hoa Hublông là nguyên liệu cơ bản, rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Hoa Hublông làm bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và làm ổn định độ bền sinh học của sản phẩm, do những đặc tính đặc biệt như vậy nên hoa Hublông luôn giữ vai trò duy nhất về tạo mùi cho bia trong công sản xuất bia. Thành phần hoá học của hoa Hublông phụ thuộc vào chủng loại giống , điều kiện khí hậu, đất gieo trồng, kỹ thuật canh tác.... Thành phần hoá học của hoa Hublông bao gồm: Nước : 11%-13%; Protêin: 15%-21%; Xenlulôza: 12%-14%; Chất khoáng: 5%-8%; Tinh dầu thơm: 0,3%0-1%; Hợp chất khác: 26%-28%; Trong các phành phần chính được nêu ra ở trên có trị nhất là chất đắng và tiếp theo là tinh dầu thơm.chương 2 : quy trình công nghệ sản xuất bia Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, là sản phẩm của quá trình lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường lấy từ Malt, gạo và các loại hạt giàu tinh bột và protein... như Ngô, Tiểu mạch. Bia có hàm lượng cồn từ 1,7%-7% và khoảng 0,3%-0,5% khí CO2 tính theo trọng lượng, đây là hai sản phẩm thường trực của hai quá trình lên men dịch đường đã Hublông hoá. Công đoạn sản bia nói chung đi theo những bước chính sau: Hình 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia Quy trình sản xuất bia Ban đầu Malt đem đi nghiền nhằm tạo những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển các biến đổi lí, sinh hoá trong quá trình đường hoá, nhằm làm thế nào để thu được lượng chất hoà tan lớn nhất. Vì thế thiết lập một diều kiện thích hợp về mối quan hệ giữa nước và những thành phần của hạt Malt là một điều rất quan trọng và thực hiện được quá trình này thì sẽ giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt hơn đồng thời quá trình hình thành chất hoà tan có hiệu quả nhất.Với ý nghĩa như vậy Malt cần thiết phải nghiền mịn. Mức độ nghiền thích hợp của Malt phụ thuộc vào cấu trúc của nó tức là phụ thuộc vào độ nhuyễn của hạt. Nếu Malt kém nhuyễn thì chế độ nghiền mịn với nội nhũ là cần thiết để thu nhận được hàm lượng chất chiết lớn nhất. Còn nếu Malt có độ nhuyễn tốt thì mức độ nghiền có thể thô hơn. Mức độ nghiền còn phụ thuộc vào thiết bị và phương pháp lọc bã. Nếu lọc bã bằng phương pháp dùng máy lọc ép khung bản thì ta có thể nghiền ở mức độ mịn hơn, còn nếu lọc bã bằng thùng lọc đáy bằng thì mức độ nghiền Malt phải thô hơn. Malt sau khi được nghiền được chuyển đến công đoạn đường hoá nguyên liệu nghiền. Mục đích của quá trình đường hoá là nhằm chuyển về dạng hoà tan tất cả những chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không hoà tan của bột Malt, chúng sẽ cùng với chất hoà tan trong tinh bột tạo thành chất chiết của dịch đường. Trong trong Malt thường có sẵn 15% chất không hoà tan điều này nói lên rằng phần lớn chất trong Malt ở dạng không hoà tan. Thông thường hiệu suất chất hoà tan trong dịch đường là từ 75%- 78% chất khô của Malt, nghĩa là trong quá trình đường hoá hàm lượng chất hoà tan sẽ tăng từ 60%-63%. Sự phân cắt các chất hữu cơ phức tạp trong Malt là kết quả của sự tác dụng của hệ thống men sẵn có trong Malt. Thực chất của các quá trình ở giai đoạn này là sự thủy phân các hợp chất cao phân tử dưới xúc tác của Enzim, trong thành phần sản phẩm thuỷ phân chiếm nhiều nhất về khối lượng là là đường và Dextrim. Vì lý do này mà ta gọi toàn bộ quá trình thuỷ phân ở giai đoạn này là bằng tên gọi đơn giản là quá trình đường hoá. Cháo Malt sau khi nấu xong được đưa sang công đoạn lọc dịch đường. Cháo Malt sau khi đường hoá xong gồm hai phần: Phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hoà tan của bột và phần loãng là dung dịch nước chức năng tất cả những chất hoà tan của Malt, ta gọi là dịch đường. Mục đích của quá trình lọc là nhằm tách phần lỏng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo Malt là trong đó có 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 có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc. Quá trình lọc cháo Malt tiến triển theo hai giai đoạn. Giai đoạn tách phần dịch đường ra khỏi phần đặc, và giai đoạn thu hồi những phần hoà tan còn bám ở phần bã lọc bằng nước rửa bã. Lúc đầu lớp màng lọc không giữ lại được tất cả những phần tử rắn rất nhỏ nằm trong dung dịch đường, những phần tử này đi qua lớp màng lọc và làm cho dịch đường ban đường bị đục, nhưng sau đó những phần tử rắn rất nhỏ này dần dần tụ lại trên màng lọc, tạo lên một lớp màng lọc phụ, do vậy càng về sau dịch đường lọc được càng trong. Tốc độ lọc phụ thuộc vào mức độ nghiền Malt, mức độ phân huỷ Malt, cấu tạo màng lọc,đồng thời phụ thuộc vào một số yếu tố lý học như nhiệt độ, áp suất v..v...Để đảm bảo tốc độ lọc điều hoà và nhanh ta cần phải tạo điều kiện cho sự phân bố đều các phần tử rắn trên toàn bộ bề mặt của lớp màng lọc. Muốn vậy trong khi lọc ta phải liên tục khuấy trộn lớp cháo Malt. Nếu ta dùng máy lọc ép thì cháo Malt được khuấy trộn đều bằng một máy khuấy đặc biệt trước khi vào máy lọc.Nếu dùng thùng lọc thì có cánh khuấy đặt ngay trong thùng. Nhiệt độ thích hợp của quá trình lọc là 70-750C. Người ta đã chứng minh rằng nồng độ axit cũng gây ảnh hưởng đến tốc độ lọc, ví dụ nếu rửa bã bằng nước lã sau 5 phút thì thu được 190ml nước lọc, nhưng nếu rửa bã bằng nước lã đã được axit hoá thì lượng nước lọc thu được là 355 ml, ngược lại nếu rửa bằng nước đã kiềm hoá-chỉ thu được 90 ml nước lọc. độ axit thích hợp của cháo Malt trong khi lọc là PH=5,5. Trong khi lọc có thể xảy ra hiện tượng oxy hoá chất Tamin của vỏ Malt, muốn tránh hiện tượng này cần giữ cho bã Malt luôn luôn ngập dưới nước, Thành phần muối của nước dùng để rửa bã cũng gây ảnh hưởng nhiều đến thành phần và tính chất cuả dịch đường sau khi lọc và của bia sau này. Bicacbonat và cacbonat thường gây ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng của dịch đường, ngược lại độ cứng cacbonat không bé hơn 2,1 thì kết quả vẫn tốt. Ta cần chú ý rằng khi rửa bã không nên tránh tổn thất chất hoà tan mà rửa quá lâu, như vậy lượng Tamin hoà tan sẽ tăng lên gây cho bia đắng. Mặt khác nhiệt độ trong khi lọc được quá 780C vì trong quá trình lọc bia vẫn còn một lượng tinh bột không hoà tan,ở nhiệt độ cao này có thể xảy ra hiện tượng hồ hoá tinh bột nhưng không đường hoá kịp và do đó làm cho bia đục. Cháo Malt sau khi đường hoá xong được chuyển sang công đoạn đun sôi với hoa Hublông. Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa Hublông là nhằm làm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa Hublông. Đồng thời trong lúc này cũng xảy ra một số quá trình khác như sự khử hay độ nhớt hạ xuống... Một số trong những quá trình ấy đã làm thoả mãn những yêu cầu về kỹ thuật song bên cạnh đó có một số quá trình lại gây tác dụng ngược lại mà ta không mong muốn. Nước đường sau khi lọc cùng với nước rửa bã thường bị đục và trong nước thường có chứa một số chất keo không ổn định hoặc các vi sinh vật còn sót vì thế qua quá trình đun sôi này ta loại trừ được những yếu điểm trên, làm ổn định thành phần hoá học của dịch đường và tạo điều kiện cho bia có thành phần và chất lượng đạt yêu cầu. Ngoài ra quá trình đun sôi dịch đường với hoa Hublông còn giúp cho bia có độ bền sinh học và khả năng tạo bọt tốt. Một trong những biện pháp thông dụng nhất hiện nay là đun sôi trực tiếp dịch đường với ha Hublông. Toàn bộ sản phẩm của quá trình nấu dịch đường với hoa Hulbông chuyển sang công đoạn làm lạnh và lắng trong dịch đường. Dịch đường sau khi đun sôi với hoa Hublông cần làm nguội đến nhiệt độ thích hợp cho từng loại bia trước khi lên men. Đồng thời quá trình này sẽ tạo thuận lợi cho quá trình bão hoà thêm một lượng Oxi đối với nước đường và trên cơ sở đó có những phương án làm nguội dịch lên men. Trong quá trình đun sôi nước đường với hoa Hublông lượng oxi trong nước đường bị giải phóng hầu hết và để bảo đảm mức độ bảo hoà Oxi thích hợp với nước đường thì ta phải có những phương án làm nguội dịch lên men thích hợp. Mức độ trong của dịch đường trước khi cho lên men là một trong những yếu tố quan trọng để thu được bia có chất lượng cao. Trong quá trình làm lạnh thì một số chất hoà tan sẽ dần sần bị lắng xuống và bị kết tủa hiện tượng này gọi là kết tủa lạnh. Thành phần của kết tủa lạnh bao gồm những phức chất của protit, chất chát và chất đắng của hoa Hublông và vì thế khi thực hiện quá trình làm lạnh dịch đường đạt yêu cầu về kỹ thuật thì bia sẽ có mùi vị dễ chịu, mặt khác, kết tủa lạnh trong rất nhiều trường hợp sẽ làm hạn chế một số loại nấm men không có lợi cho quá trình lên men sau này Sau công đoạn làm lạnh thì đến công đoạn lên men dịch đường. Trong quá trình lên men chính phần lớn các chất đường dưới tác dụng của nấm men chúng chuyển thành rượu Etilíc, CO2 và một số loại sản phẩm phụ khác. Ngoài các Gluxit ra, một số thành phần quan trọng của nước đường cũng chịu tác dụng của nấm men và tạo ra những thành phần mới. Trong quá trình lên men một số chất không bay hơi như các axit hữu cơ, Glixerin trở thành chất hoà tan trong bia. Qua đó ta nhận thấy rằng hàm lượng chất hoà tan của bia nhỏ hơn của dịch đường. Nguyên nhân của sự khác nhau này là do quá trình sinh hoá và do cả quá trình kết tủa và lắng. Độ lên men của bia phụ thuộc vào một số yếu tố như tỷ lệ khối lượng giữa thành phần chất hoà tan, điều kiện lên men. Như vậy công đoạn len men đã kết thúc quá trình sản xuất bia tuy nhiên còn một số công đoạn phụ khác như tàng trữ bia và vận chuyển bia mà ta không đề cập đến. CHƯƠNG 3 : TíNH TOáN THIếT Kế NồI ĐƯờng hoá 3.1 Quá trình đường hoá Nguyên liệu sau khi nghiền nhỏ sẽ được hoà trộn với nước trong thiết bị đường hoá. Nước sẽ được cung cấp vào nồi đường hoá với một lượng vừa đủ tuỳ thuộc vào chủng loại bia và đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Trong môi trường giàu nước các hợp chất thấp phân tử có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường sau này. Các hợp chất chứa Phốtpho sẽ bị tác động bởi nhóm enzim và khi nhiệt độ của khối dịch tăng lên đến nhiệt độ thích hợp thì dưới sự tác động của hệ enzim thuỷ phân các hợp chất cao phân tử bị phân cắt thành sản phẩm thấp phân tử và hoà tan vào nước để trở thành chất chiết của dịch đường, thực chất các quá trình ở giai đoạn này là sự thuỷ phân các hợp chất cao phân tử dưới sự xúc tác của enzim 3.2 Thiết bị đường hoá Chức năng của nồi đường hoá là để đường hoá và đun sôi từng phần khối cháo Malt, kết cấu của nồi đường hoá không phức tạp, nồi đường hoá là một nồi hình trụ đáy lồi , bên ngoài có sử dụng áo hơi để gia nhiệt, áp suất hơi trong lớp áo hơi thường phải đạt 2,5-3 kg/cm2 . Hệ thống truyền động và cánh khuấy của nồi được sử dụng là cánh khuấy hình mỏ neo vì phù hợp với yêu cầu làm việc của nồi. Tất cả các chi tiết thiết bị phụ kiện như van an toàn áp kế, chuông báo mức,ký đồ nhiệt đều trang bị đầy đủ trong nồi đường hoá. 3.3 Các phương pháp đường hoá Có nhiều phương pháp đường hoá nhưng chia thành hai phương pháp chính sau: Phương pháp đun sôi từng phần. Phương pháp ngâm. Trong đó phương pháp đun sôi từng phần là phương pháp cổ điển nhưng vẫn hay được sử dụng hơn cả, và đến nay một số nước ở Trung Âu có truyền thống nấu bia vẫn sử phương pháp này. Phụ thuộc vào thành phần của hồ malt chia ra để đường hoá người ta chia ra làm ba phương pháp khác nhau là: 1. Phương pháp đun sôi ba phần . 2. Phương pháp đun sôi hai phần. 3. Phương pháp đun sôi một phần. 3.3.1 Phương pháp đun sôi ba phần Phương pháp tiến hành như sau: Khoảng 1/3 lượng nước cần thiết đổ vào nồi hồ hoá, còn lại 2/3 thì trộn với bột Malt ở thùng trộn sơ bộ sau đó đưa vào nồi hồ hoá. Nhiệt độ nước dùng trộn bột Malt khoảng 38-400C. Nhiệt độ nước cần phải điều chỉnh sao cho khi trộn thì một hỗn hợp có nhiệt độ 35-370C . Sau khi trộn đều toàn bộ bột Malt với nước ta để như vậy một thời gian ngắn để cho các thành phần rắn lắng xuống dưới. Sau đó khoảng 1/3 khối lượng hồ Malt bơm sang nồi đường hoá, phần hồ Malt này ta gọi là thứ 1. Ta bắt đầu từ từ tăng nhiệt độ lên đến 50-550C và ta giữ ở nhiệt độ này khoảng 5-10 phút. Khoảng thời gian nghỉ này người ta gọi là thời gian nghỉ Protit bởi vì trong thời gian này men protaza sẽ hoạt động và tạo thành sản phẩm protit có phân tử lượng thấp. Sau khi nghỉ nhiệt độ tăng lên đến 70-730C ở nhiệt độ này sẽ kết thúc sự đường hoá của Malt. Bình thường phần hồ Malt thứ nhất sẽ đường hoá trong 15-20 phút sau đó tăng nhiệt độ lên để đun sôi cháo malt trong khoảng 20 phút, do đun sôi mà các hạt tinh bột còn lại sẽ bị nát ra và bắt đầu tạo thành hồ tinh bột. Cả quá trình nấu phần thứ một mất khoảng 2 giờ. Sau khi cháo Malt của phần 1 được đun sôi, ta bơm ngược vào nồi hồ hoá lúc này cánh khuấy trong nồi hoạt động với tốc độ lớn nhất, đồng thời bơm từ từ như vậy sẽ hạ thấp nhiệt độ của cháo Malt xuống, nếu không làm như vậy men sẽ bị phá huỷ hay ngừng hoạt động. Sau khi trộn đều phần Malt thứ 1 đã đun sôi với toàn bộ hồ Malt ta có được hỗn hợp có nhiệt độ từ 50-520 ta để yên hỗn hợp này trong một thơì gian ngắn và sau đó tiếp tục bơm 1/3 khối lượng hỗn hợp này sang nồi đường hoá. Phần này ta gọi là phần hồ Malt thứ hai. Nhiệt độ phần hồ Malt thứ hai tăng lên đến 70-72 0C. Sau khi đường hoá ta lại tăng nhanh nhiệt độ và đun sôi nếu malt phân hủy tốt ta không cần nghỉ ở 70-720C. Đun sôi khoảng 20 phút, sau đó cháo Malt lại bơm ngược trở về nồi hồ hoá, ta cần giữ đúng yêu cầu như lần bơm trước. Sau khi trộn đều phần thứ hai với toàn bộ khối hồ Malt nhiệt độ hỗn hợp tăng lên đến 62-630C. Cả quá trình nấu phần thứ hai mất khoảng 1giờ 30phút. Sau đó bơm phần thứ ba sang nồi hồ hoá và tăng nhiệt độ lên đến 75-770C nhằm đường hoá lần cuối cùng, cả quá trình nấu phần thứ ba hết khoảng 1 giờ.Lúc này toàn bộ nhiệt độ phần cháo Malt hạ xuống 750Cvà toàn bộ phần cháo Malt sẽ bị đường hoá và bơm sang bộ phận lọc. Nhiệt độ cuối cùng của cháo Malt không được tăng lên quá 770C,vì ở nhiệt độ cao hơn nhịêt độ này sẽ gây ra hiện tượng hồ hoá tinh bột của những phần tinh bột không bị phân huỷ. Toàn bộ thời gian nấu của phương pháp này mất khoảng 5giờ. Hình 2: Đồ thị phương pháp đun sôi ba phần 1. Nhiệt độ từng phần cháo Malt 2. Nhiệt độ những phần còn lại trong nồi hồ hoá 3.3.2 Phương pháp đun sôi hai phần Đây là phương pháp thông dụng nhất đặc biệt là đối với sản xuất bia vàng. Phương pháp này tiến hành như sau: Hoà lẫn bột malt với nước ở nhệt độ 50-520C và để yên trong khoảng 30 phút cho các phần tử rắn lắng xuống. Trong khoảng thời gian này các men protoza có điều kiện thuận lợi để hoạt động. Sau đó khoảng 2/3 hồ malt được bơm vào nồi đường hoá và bắt đầu đun nóng để nâng nhiệt độ lên đến 70-720C. Quá trình đường hoá sau 15-20 phút lại tiếp tục được đun nóng đến nhiệt độ sôi. Cháo Malt được đun sôi trong 15-30 phút. Thời gian đun sôi phụ thuộc vào mức độ phân huỷ Malt và loại bia cần sản xuất .nếu Malt phân huỷ kém và bia sản xuất là loại bia đen thì thời gian đun sôi dài. Sau khi trộn phần thứ một đã đun sôi với phần còn lại trong nồi hồ hoá ta điều chỉnh nhiệt độ này khoảng 650C và giữ ở nhiệt độ này 15-20 phút trong thời gian này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho men Amilaza hoạt động. Sau đó ta bơm tất cả sang nồi đường hoá và nâng nhiệt độ lên đến 70-720C. sau khi đường hoá xong ta đun sôi trong khoảng 15-20 phút. Toàn bộ quá trình này mất khoảng 4 giờ. Hình 3: Đồ thị phương pháp đun sôi hai phần 1, Nhiệt độ từng phần cháo Malt 2, Nhiệt độ từng phần còn lại trong nồi hồ hoá 3.3.3 Phương pháp đun sôi một phần Phương pháp này ứng dụng khi chế biến dịch đường có hàm lượng hoà tan thấp. Phương án này tiến hành như sau: toàn bộ bột Malt được hoà lẫn với nước và bơm toàn bộ vào nồi đường hoá, đun nóng và nâng nhiệt độ lên đến 700C để cho Malt đường hoá. Sau khi đường hoá xong ta bơm dịch đường hoá này sang vào bộ phận lọc dịch đường.Toàn bộ phương pháp này mất khoảng 3 giờ. Chú ý trong quá trình đường hoá các cánh khuấy phải hoạt động liên tục để tránh sự quá nhiệt cục bộ và làm cho bột Malt và gạo không bị bám dính vào đáy nồi gây khê cháy. Ngoài ra còn có rất nhiều phương pháp khác nhưng ứng dụng thực tế rất ít như: Phương pháp đường hoá rút ngắn thời gian. Phương pháp đường hoá với sự gia tăng nhiệt độ. Phương pháp đường hoá với sự giảm nhiệt độ. Trên đây là các phương pháp đường hoá mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau nên vì thế chọn phương án thiết kế ta cần quan tâm đến yêu cầu về sản phẩm, nguyên liệu đầu vào và môi trường sản xuất. Hiện nay ở nước ta do nhu cầu về bia và thu nhập bình quân đầu người còn thấp nên trong sản xuất bia người ta chú ý nhiều đến giảm giá thành sản phẩm nhằm thu hút khách hàng; chính vì vậy việc ứng dụng một phương pháp sản xuất đơn giản , ít tốn kém mà chất lượng bia vẫn đạt yêu cầu là phương pháp cần phải thực hiện để đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng. Chính vì thế trong từng công đoạn sản xuất cần phải chú ý lựa chọn thiết bị và phương pháp tiến hành phù hợp .Trong công đoạn đường hoá này ta chọn phương pháp đường hoá theo phương pháp đun sôi một phần. Phương pháp này tiến hành đơn giản và ít tốn kém mà hiệu quả khá cao, chính vì thế nó đáp ứng được yêu cầu của nhà sản xuất. 3.4 Tính toán thông số công nghệ quá trình đường hoá Thành phần tinh bột chiếm khoảng 75% trong malt và chiếm khoảng 80% trong gạo về khối lượng. Trong quá trình thuỷ phân gạo và Malt hoà tan hoàn toàn vào nước tạo thành huyền phù. Phần còn lại ở dạng không hoà tan trở thành bã lọc trong quá trình lọc dịch đường. Bảng phân phối liệu Năng suất 3000 lít/ngày Nguyên liệu Khối lượng(Kg) Trọng lượng(Kg/m3) Gạo 150 750 Malt 300 650 Đường 10 1130 Nước 2300 974.89 3.4.1 Khối lượng riêng bã khô Khối lượng riêng bã khô là khối lượng của các chất sẽ tạo thành bã trong quá trình lọc Khối lượng riêng bã khô tính theo công thức: [Trang5-I] Trong đó: x1:Phần trăm Malt không hoà tan. x2:Phần trăm gạo khônng hoà tan. :Khối lượng riêng của Malt,Kg/m3. :Khối lượng riêng của gạo,Kg/m3. Malt và gạo không hoà tan hoàn toàn trong nước khi tham gia vào quá trình đường hoá. Trong thực tế có 80% gạo và 75% Malt hoà tan, còn lại là phần không hoà tan. Từ đó ta tính được khối lượng Malt và gạo không hoà tan. Khối lượng Malt không hoà tan: m1= (Kg) Khối lượng gao không hoà tan. m2= Vậy ta suy ra phần trăm Malt không hoà tan. x1= Phần trăm gạo không hoà tan: X2=100%-71,4%=28,6% Vậy: -3 =676(kg/m3) 3.4.2 Khối lượng riêng huyền phù Khối lượng riêng huyền phù tính theo công thức Trong đó : :Khối lượng riêng của huyền phù;Kg/m3. :Khối lượng bã khô;Kg/m3. :khối lượng riêng của nước ở 750C;Kg/m3. C1:nồng độ pha rắn trong huyền phù. Nhiệt độ nước lấy ở vì ở nhiệt độ 750C vì ở nhiệt độ này quá trình đường hoá tinh bột xảy ra với hiệu suất cao nhất . Tra sổ tay quá trình và thiết bị trong công nghiệp hoá chất ta có: =974,9(Kg/m3) Nồng độ pha rắn trong huyền phù: C1=.100%=.100% C1= Vậy: Suy ra : . 3.4.3 Tính toán thể tích huyền phù và thể tích nồi đường hoá Thể tích huyền phù và thể tích nồi đường hoá được tính như sau: V1=Thể tích Malt._.