thiết kế và bố trí các thiết bị trong phân xưởng nấu của nhà máy bia có năng suất 30 triệu lítnăm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (843.7 KB, 52 trang )
Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Kỹ thuật Hóa học
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Báo cáo đồ án
THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG NẤU
NĂNG SUẤT 30 TRIỆU LÍT/NĂM
GVHD : PGS. TS. Đống Thị Anh Đào
SVTH :
MSSV : 60700152
Naêm hoïc : 2010 – 2011
i
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................2
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ......................................................................9
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT........................................................................25
CHƯƠNG 4: CHỌN THIẾT BỊ.....................................................................................31
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG PHÂN XƯỞNG NẤU.......................................................45
KẾT LUẬN..................................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................47
ii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất bia chai từ 75% malt đại mạch và 25% gạo...10
Hình 2-2: Giản đồ nấu dịch nha......................................................................................15
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch...........................................................3
Bảng 1-2: Thành phần hóa học của gạo............................................................................5
Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon.............................................................5
Bảng 4-4: Thông số công nghệ của gàu tải nhập liệu vào silo.......................................32
Bảng 4-5: Thông số công nghệ của vít tải nhập liệu vào silo.........................................32
Bảng 4-6: Thông số công nghệ của cân tự động............................................................32
Bảng 4-7: Thông số công nghệ của gàu tải nhập malt cho quá trình nấu.......................34
Bảng 4-8: Thông số công nghệ của gàu tải nhập gạo cho quá trình nấu........................34
Bảng 4-9: Thông số công nghệ của vít tải nhập malt cho quá trình nấu........................34
Bảng 4-10: Thông số công nghệ của vít tải nhập gạo cho quá trình nấu........................35
Bảng 4-11: Thông số công nghệ của máy sàng..............................................................35
Bảng 4-12: Thông số công nghệ của cân tự động..........................................................35
Bảng 4-13: Thông số công nghệ của máy nghiền 6 trục................................................36
Bảng 4-14: Thông số công nghệ của máy nghiền búa....................................................36
Bảng 4-15: Thông số công nghệ của nồi nấu gạo...........................................................38
Bảng 4-16: Thông số công nghệ của nồi nấu malt.........................................................38
Bảng 4-17: Thông số công nghệ của nồi lọc..................................................................39
Bảng 4-18: Thông số công nghệ của bơm (từ nối gạo sang nồi malt)............................40
Bảng 4-19: Thông số công nghệ của bơm (từ nối malt sang nồi lọc).............................40
Bảng 4-20: Thông số công nghệ của thùng chứa dịch nha sau lọc.................................41
Bảng 4-21: Thông số công nghệ của thùng chứa bã.......................................................42
Bảng 4-22: Thông số công nghệ của nồi đun hoa houblon............................................42
Bảng 4-23: Thông số công nghệ của bơm (từ nồi đun hoa sang thiết bị whirpool).......43
Bảng 4-24: Thông số công nghệ của thiết bị lắng whirpool...........................................43
Bảng 4-25: Thông số công nghệ của bơm (từ thiết bị whirpool sang thùng trung gian)44
Bảng 4-26: Thông số công nghệ của bơm .....................................................................44
Bảng 4-27: Thông số công nghệ của thùng chứa trung gian..........................................44
iii
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
LỜI MỞ ĐẦU
Bia là loại nước giải khát có từ lâu đời và được mọi người trên thế giới rất ưa
chuộng. Bia được chế biến từ những nguồn nguyên liệu chính như malt đại mạch, hoa
houblon và một số nguyên liệu thay thế khác…
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công
nghiệp sản xuất bia nói riêng của nước ta đã có một diện mạo mới. Đồng thời, nhu cầu sử
dụng bia ở nước ta ngày càng tăng. Rất nhiều nhà máy cũng như cơ sở sản xuất bia được
thành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứng được hết nhu cầu thị trường cả về
chất lượng cũng như số lượng. Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp
to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng
thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ
sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các
thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia có chất lượng cao,
giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết.
Trên cơ sở đó và trong phạm vi báo cáo đồ án, em xin trình bày khái quát về
nguyên liệu, quy trình sản xuất bia, trình bày khá chi tiết về việc thiết kế và bố trí các thiết
bị trong phân xưởng nấu của nhà máy bia có năng suất 30 triệu lít/năm.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 1
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 1:
Thiết kế phân xưởng nấu
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về bia
Bia là một loại nước giải khát có gas, có độ cồn rất thấp, giàu chất dinh dưỡng, vị đắng
và hương thơm rất đặc trưng. Bia là sản phẩm của quá trình lên men ethanol từ dịch nha,
không qua chưng cất, dịch nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu tinh bột, protein
(như gạo, ngô, đại mạch…), hoa houblon và nước.
So với các loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như:
• So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (5 – 6%). Do đó nếu sử
dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho
cơ thể.
• So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại.
• Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp 400 – 800
kcal.
• Với hàm lượng CO2 khá cao (5 – 6g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kích
thích quá trình tiêu hóa tốt hơn.
• Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3 –
4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin,
acid hữu cơ, một số vitamin như B1, B2, PP.
• Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống một lượng bia vừa
phải mỗi ngày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơ thể hưng phấn
hơn và hiệu quả làm việc cao hơn.
Nhờ có những ưu điểm này mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản lượng
và chất lượng ngày càng được nâng cao.
1.2 Malt đại mạch
Malt đại mạch được xem là nguyên liệu chính sản xuất bia. Đại mạch là một loại ngũ
cốc vùng ôn đới thuộc nhóm thực vật có hạt, lớp một lá mầm, họ hoà thảo.Đại mạch là loại
thực vật một năm. Dựa vào mùa vụ chúng được chia thành 2 nhóm chính: đại mạch mùa
đông (gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè), đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu
hoạch mùa thu).
Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên các bông đại mạch mà chia đại mạch thành 2 loại:
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 2
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
• Đại mạch 2 hàng: Chỉ có một hạt phát triển ở mỗi đốt vì các hoa nhỏ mọc bên cạnh
không sinh sản, từ trên nhìn xuống chỉ có một hạt có thể nhìn thấy ở bên trái và bên
phải. Hạt đại mạch to, đều đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng. Các hạt rất đồng
đều và hàm lượng chất hoà tan tương đối cao. Hạt đại mạch 2 hàng trồng tốt nhất
vào mùa xuân và chúng có tất cả các đặc điểm mong muốn trong sản xuất bia.
•
Đại mạch 6 hàng: có kích cỡ không đồng nhất, bởi vì các hạt thiếu không gian để
phát triển đầy đủ, hàm lượng protease nhiều. Nên không thích hợp sử dụng sản xuất
bia.
Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt xanh, hạt malt
xanh lại tiếp tục qua quá trình sấy khô và tách mầm sẽ thu được các hạt malt dùng cho sản
xuất bia. Sau khi qua quá trình ươm mầm, các enzyme có trong hạt sẽ được hoạt hoá, đồng
thời sản sinh ra một số enzyme mới. Bên cạnh đó, những cơ chất có phân tử lượng lớn như
tinh bột, protein… trong hạt malt sẽ bị thuỷ phân một phần, giúp cho quá trình nấu sau này
dễ dàng hơn.
Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch
Thành phần
Tinh bột
% chất khô
58 – 60
Đường sacharose
3–5
Đường khử
3–4
Các đường khác
2
Hemicellulose
6–8
Cellulose
5
Lipid
2–3
Protein
8 – 11
Acid amin và peptit
3–4
Các hợp chất khác
6–7
Tro
2,2
Một số chỉ tiêu chất lượng đối với malt đại mạch:
• Màu sắc
: màu vàng nhạt
• Mùi
: mùi đặc trưng
• Độ sạch
: hạt gãy < 0.5%
tạp chất < 1%
• Cỡ hạt
: > 85% hạt có kích thước > 2.5 mm
• Độ xốp
: 82%
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 3
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
• Độ ẩm
: 5%
• Thời gian đường hóa
: 10 – 15 phút
• Hàm lượng chất chiết
: 78%
• Hoạt lực amylase
: > 2500oWK
• Chỉ số Kolbach
: > 41%
• Độ nhớt của dịch đường
: 1,3 – 1,5 cP
• pH của dịch đường
: 5,5 – 6
Thiết kế phân xưởng nấu
1.3 Thế liệu
1.3.1 Mục đích
Giảm giá thành sản phẩm.
Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm.
Tạo ra các sản phẩm bia có các mức chất lượng khác nhau.
Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng.
1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu
Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid. Vì vậy các loại ngũ cốc thường được chọn làm thế
liệu trong sản xuất bia.
Khi sử dụng thế liệu, chất lượng của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, mùi
vị của bia. Vì vậy phải quan tâm đến thành phần hóa học của thế liệu.
1.3.3 Chọn thế liệu
Thế liệu là gạo do có những ưu điểm sau:
• Có sẵn ở thị trường trong nước với giá rẻ, chất lượng cao.
• Với hàm lượng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và cellulose ở
mức thấp, khả năng hòa tan tốt có thể đến 90% chất khô.
• Trong nguyên liệu thay thế không có các enzyme thủy phân hoặc có rất ít và không
hoàn chỉnh. Do đó khi sử dụng tỉ lệ nguyên liệu thay thế lớn thì phải bổ sung thêm
chế phẩm enzyme nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân trong khi nấu.
1.3.4 Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng sản xuất bia
Đồng nhất về kích thước.
Không có hạt mốc, mùi hôi.
Màu sắc đồng nhất.
Tạp chất ≤ 2%.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 4
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
Độ ẩm: 12-14 %.
Độ trích ly: 75 – 85%.
Bảng 1- 2: Thành phần hóa học của gạo
Thành phần
Tinh bột
Protein
Chất béo
Cellulose
Chất khoáng
% chất khô
75
6–8
1 – 1,5
0,5 – 0,8
1 – 1,2
1.4 Houblon
Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản có tầm quan trọng thứ hai sau malt trong sản xuất
bia, hiện chưa có nguyên liệu nào có thể thay thế được. Hoa houblon làm cho bia có vị
đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và
ổn định thành phần sinh học của bia. Các hợp chất có giá trị trong hoa phải kể đến chất
đắng, polyphenol và tinh dầu thơm ngoài ra còn một số hợp phần khác.
Houblon là dạng cây leo (tên khoa học là Humulus Iupulus), cao 5-7 m, thường chỉ sử
dụng hoa cái chưa thụ phấn trong sản xuất bia.
Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon
Thành phần
% chất khô
Độ ẩm
10 – 11
2 – 12
α - acid
2 – 10
β - acid
Tinh dầu
0,5 – 2
Polyphenol
2–5
Protein
12 – 18
Lipide
2–4
Cellulose
40 – 50
Pectin
1–2
Tro
1–2
Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất đối với công nghệ sản xuất bia là chất đắng (α
-acid, β-acid), tinh dầu thơm và thứ ba là polyphenol.
• Chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon. Làm cho bia có vị đắng
dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hòa tan vào dịch đường
và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo ra sức
căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Với nồng độ thấp các chất đắng
cũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất
cao và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 5
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
-
Thiết kế phân xưởng nấu
α-acid: gồm humulone (35-70%), cohumulone (20-55%), adhumulone (1015%), prehumulone (1-10%) và posthumulone (1-5%).
-
β-acid: gồm lupulone (30-55%), colupulone (20-55%), adlupulone (5-10%),
prelupulone (1-3%), postlupulone (7% ).
-
α-acid có độ đắng thấp hơn β-acid nhưng độ hoà tan lại tốt hơn. Do vậy, khi
trích ly quan tâm đến α-acid nhiều hơn.
• Tinh dầu: hơn 200 chất (terpen, ether, hợp chất chứa lưu huỳnh…) tạo cho bia có
một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu.
• Polyphenol: dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịch
đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm.
Các dạng sản phẩm hoa Houblon:
• Hoa tươi: có độ ẩm cao(75 – 80%), khó bảo quản nên ít sử dụng.
• Hoa khô: Hoa tươi được sấy khô ở nhiệt độ nhỏ hơn 55 0C, đến độ ẩm 8-10%.
Thường được bào quản ở nhiệt độ 0oC, trong kho kín để hạn chế mất mùi.
• Bột hoa khô: Hoa khô được sấy về độ ẩm 4 – 6%, sau đó nghiền, rây (2- 8mm),
cuối cùng bao gói trong bao bì chân không hoặc sử dụng CO2 hay N2.
• Hoa viên: dùng bột hoa khô tiến hành định hình tạo viên.
• Cao hoa: dùng một số dung môi hữu cơ thích hợp (ethanol, chlorua methylene,
hexane, CO2 lỏng…) để trích ly chất đắng trong hoa ra. Sau đó dùng biện pháp
thích hợp tách dung môi ra thu được dung dịch đậm đặc chất đắng đem cô đặc, ta
được cao hoa. Hàm lượng chất đắng trong cao hoa nhiều hơn, sử dụng thuận tiện
hơn và hiệu quả hơn. Giá trị chất đắng trong 1 kg cao hoa bằng 5 – 6 kg hoa cánh
hay hoa viên. Nhưng hàm lượng tinh dầu thơm trong cao hoa kém, do đó trong quá
trình nấu thường sử dụng phối hợp cao hoa với hoa viên.
1.5 Nước
Trong quá trình sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công
đoạn chính như nấu, lọc, pha loãng dịch đường… Trong thành phần bia thành phẩm, nước
cũng chiếm một lượng lớn (80 – 90%). Bởi vậy, nước dùng trong sản xuất bia phải có chất
lượng tốt, đáp ứng được các chỉ tiêu quan trọng.
• Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi, không vị.
• Chỉ tiêu hóa lý:
-
pH trung tính (6,5 – 7).
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 6
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
-
Độ cứng: càng thấp càng tốt, thường từ 2 – 4mg đương lượng/l.
-
Độ kiềm < 50mg CaCO3/l.
-
Chất khô < 1500mg/l, tối ưu là 500mg/l.
-
Sulfate < 500mg/l.
-
Clorue < 250- 300mg/l.
-
Nitrate < 30mg/l.
-
Fe2+
: ≤ 0,3 mg/l.
• Chỉ tiêu vi sinh: ≤ 100cfu/ml.
Nếu như nước không đạt tiêu chuẩn, phải tiến hành xử lý trước khi đưa vào sản xuất.
1.6 Nấm men
Nấm men sử dụng trong lên men bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống
Saccharomyces có nhiệt độ sinh trưởng là 25 – 30 oC nhưng có thể phát triển được ở 2 –
3oC. Kích thước trung bình 6 – 9µm. Nấm men sinh sản dưới hình thức nẩy chồi và thuộc
loại hiếu khí không bắt buộc. Trong điều kiện có oxy chúng tiến hành quá trình tăng sinh
khối là chính. Trong điều kiện không có oxy chúng tham gia quá trình lên men để tạo
C2H5OH, các sản phẩm lên men khác như: rượu bậc cao, ester, aldehyde, acid hữu cơ… và
CO2.
Sử dụng nấm men chìm Saccharomyces cerevisiae có đặc điểm:
• Lên men nhanh.
• Quá trình lên men xảy ra trong lòng môi trường.
• Nhiệt độ lên men 0 – 10oC.
• Lên men được glucose, mannose, galactose, fructose, sacarose, maltose, melibiose.
• Lên men ôn hòa nhưng triệt để. Có khả năng lên men 100% đường rafinose. Từ
giống thuần chủng, nấm men sẽ được cho qua hệ thống nhân giống rồi đưa vào sản
xuất. Nấm men được thu hồi có thể tái sử dụng đến đời thứ 7, thứ 8.
• Các tế bào nấm men có khả năng kết chùm hoặc chuỗi và lắng nhanh xuống đáy,
giúp quá trình tự làm trong của bia nhanh hơn, tốt hơn.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 7
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
1.7 Enzyme
Sử dụng enzyme α-amylase (Termamyl 120). Termamyl 120 là exo - enzyme chịu
nhiệt được thu nhận từ Bacillus licheniformis do công ty Novo Nordisk cung cấp. Hoạt tính
của enzyme là 120 KNU/g, 1KNU là lượng enzyme cần để phá vỡ 5,26g tinh bột trong 1
giờ dưới những điều kiện chuẩn.
1.8 Các chất phụ gia
Trong qui trình sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu được như đã nói
trên, người ta còn phải dùng đến một số nguyên liệu hoặc các hoá chất phụ, gọi chung là
phụ gia để dễ quản lý. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ, mà hàm lượng các chất phụ
gia sử dụng khác nhau. Các phụ gia này chia làm hai nhóm chính:
• Nhóm phụ gia gián tiếp: Nhóm này gồm tất cả nguyên liệu và hoá chất được sử
dụng trong quy trình công nghệ, song không được phép có trong thành phần của sản
phẩm.Ví dụ: các loại bột trơ lọc (kieselguhr, PVPP - Polyvinyl Pyrrolydone,…), các
hóa chất dùng để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng sản xuất như H2SO4, NaOH…
• Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất được phép có
mặt trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ trong một giới hạn
hàm lượng cho phép. Ví dụ: nhóm hoá chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của
nước công nghệ (nước nấu bia) như HCl, Na2SO4, KOH, CaCl2,…; nhóm các hóa
chất đưa vào ngăn chặn quá trình oxy hoá những thành phần trong bia như acid
ascorbic; nhóm tạo màu cho bia: caramel.
•
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 8
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 2:
Thiết kế phân xưởng nấu
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Quy trình công nghệ
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 9
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
Malt đại mạch
Tạp chất
Gạo
T
Tách ạp
tạp chất
chất
Nghiền
Tách tạp chất
Nghiền
Xử lý thế liệu
Nước
Nấu dịch nha
Nước
Lọc dịch nha và rửa
bã
Nấu dịch nha với
hoa houblon
Houblon
Tách bã houblon
Tạp chất
Nước
Malt lót
Amylase
Bã malt
Bã houblon
Làm lạnh
Không khí
vô trùng
Nấm men
bia
Nhân giống
Cung cấp oxy cho
dịch nha
Cấy giống
CO2
Lên men chính
Bã men
Lên men phụ
Cặn men
Lọc bia
Cặn
Làm lạnh
CO2
Bao bì
Rửa
Bão hòa CO2
Rót chai, đóng nắp
Thanh trùng
Dán nhãn
Bia chai
Hình 2- 1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất bia chai từ 75% malt đại mạch và 25% gạo
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 10
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
2.2.1 Tách tạp chất của malt và gạo
• Mục đích: chuẩn bị
-
Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại… Tách tạp chất là
một quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa sản xuất.
• Các biến đổi của nguyên liệu:
-
Quá trình tách tạp chất không gây ra những biến đổi hóa học bên trong hạt nguyên
liệu.
• Thiết bị
-
Người ta sử dụng thiết bị làm sạch nguyên liệu với hệ thống rây và quạt. Rây sẽ tách
các tạp chất có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ ra khỏi hạt. Còn quạt sẽ tách đi các
tạp chất nhẹ như bụi, rơm rạ… Ngoài ra, người ta còn dùng thiết bị tách từ để loại bỏ
sắt bị lẫn trong nguyên liệu.
2.2.2 Nghiền malt và gạo
• Mục đích: chuẩn bị
-
Malt và gạo được nghiền nhỏ, giảm kích thước, tăng diện tích tiếp xúc với nước giúp
quá trình thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu quả cao.
• Các biến đổi của nguyên liệu
-
Trong quá trình nghiền xảy ra các biến đổi vật lý như kích thước hạt nguyên liệu giảm,
nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát. Các nhà sản xuất thường tiến hành quá trình nấu
dịch nha ngay sau khi nghiền xong nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt tính enyme
trong khối malt.
• Thiết bị và thông số công nghệ
-
Do hạt malt có cấu tạo không đồng nhất
+ Vỏ gồm: cellulose, lignin, các hợp chất polyphenol, các chất đắng, SiO 2. Cellulose
và lignin không tan trong nước, không bị biến đổi dưới tác dụng của enzyme trong
malt. Các hợp chất còn lại thì có thể hòa tan vào nước đi vào thành phần dịch
đường sẽ làm cho bia có vị đắng chát, khó chịu (đặc biệt là polyphenol ). Đây là
những thành phần không mong muốn có trong bia nên không cần phải nghiền mịn
malt. Ngoài ra, vỏ trấu sau này được tận dụng tạo thành một lớp vật liệu lọc rất
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 11
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
hiệu quả, hỗ trợ tốt cho quá trình lọc. Vì vậy phần vỏ không nên nghiền mịn,
nghiền càng thô càng tốt.
+ Nội nhũ: gồm các tế bào tinh bột, liên kết nhau qua lớp kết dính protein và
hemicellulose. Ngoài ra, còn có đường, dextrin và một số hợp chất khác. Do trong
nội nhũ chứa các thành phần chất hòa tan cần thiết cho dịch đường nên cần nghiền
mịn.
-
Như vậy trên cùng 1 hạt malt, 2 vùng khác nhau yêu cầu 2 mức độ nghiền khác nhau.
Không thể cùng lúc thỏa mãn cả 2 yêu cầu. Đồng thời, khi tiến hành nghiền mịn phần
nội nhũ thì quá trình trích ly các chất tan tốt, nhưng quá trình lọc bã lại lâu do trở lực
tăng. Do đó, phải tối ưu hóa quá trình nghiền.
-
Riêng thế liệu gạo chỉ còn lại nội nhũ. Do vậy có thể nghiền càng mịn càng tốt.
-
Qua những yêu cầu nêu trên ta chọn các thiết bị phù hợp.
+ Đối với malt: chọn phương pháp nghiền ướt. Trước khi nghiền, malt được cho qua
hệ thống phun hơi nước ấm có nhiệt độ 58°C để làm ẩm malt, nước hòa trộn với
malt khô tạo thành một hỗn hợp có nhiệt độ 50°C. Nghiền ướt có tác dụng làm
mềm vỏ malt, tránh cho vỏ bị nghiền nát nhiều. Vỏ malt không bị nghiền quá nhỏ
sẽ giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn, cũng như giúp giảm bớt ảnh hưởng của các
chất đắng và chất chát có trong vỏ malt. Ngoài ra, nhiệt độ nghiền không cao nên
không ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính enzyme, giúp tạo môi trường pH thích hợp
cho dịch đường. Người ta sử dụng thiết bị nghiền 6 trục, khoảng cách giữa hai trục
của cặp trục thứ nhất, thứ hai, thứ ba lần lượt là 1,2 – 1,4mm; 0,6 – 0,8mm và 0,3 –
0,5mm. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền malt như sau: trấu 15 – 18%,
tấm lớn 12 – 15%, tấm nhỏ 30 – 35%, bột 25 – 35%.
+ Đối với gạo: sử dụng thiết bị nghiền búa. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền
gạo là: tấm lớn 30 – 35%, tấm nhỏ 40 – 45% và bột 20 – 25%.
2.2.3 Xử lý thế liệu
• Mục đích: chuẩn bị
-
Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho quá trình đường hóa tinh bột xảy ra nhanh hơn và
dễ dàng trong quá trình nấu dịch nha kế tiếp. Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ
hóa và dịch hóa phần tinh bột có trong thế liệu. Các nhà sản xuất có thể sử dụng chế
phẩm enzyme α - amylase từ vi sinh vật hoặc từ trong malt lót để giúp cho giai đoạn
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 12
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
hồ hóa và dịch hóa diễn ra nhanh hơn. Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15% so
với khối lượng thế liệu.
• Các biến đổi của nguyên liệu
-
Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm
tăng độ nhớt của khối nguyên liệu. Khi nhiệt độ tăng đến 100 oC thì cấu trúc hạt tinh
bột bị phá vỡ, giải phóng các sợi amylose và amylopectin ở dạng tự do, đồng thời độ
nhớt khối nguyên liệu sẽ giảm xuống.
-
Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của α - amylase làm
giảm khối lượng phân tử.
-
Hóa học: đường và acid amin tự do có trong nguyên liệu có thể bị phân hủy.
• Thiết bị và thông số công nghệ:
-
Tỷ lệ thế liệu gạo và malt sử dụng là 1:3. Do lượng gạo sử dụng 25% là khá cao nên
enzyme có trong malt lót (chủ yếu là α - amylase có topt= 70 – 75oC và pHopt=5,3 – 5,8)
không đủ phá vỡ triệt để tinh bột nên cần thiết bổ sung chế phẩm enzyme α - amylase
(Termamyl 120L có topt= 90oC và pHopt=5,8 – 6,0), kết hợp dùng nước mềm và chỉnh
pH thích hợp cho enzyme hoạt động ổn định.
-
Thiết bị có hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy có lớp vỏ áo để gia nhiệt, bên trong
thiết bị có cánh khuấy.
• Phương pháp thực hiện: Cho thế liệu gạo và nước vào thiết bị với tỉ lệ 1:4 (w/w) có bổ
sung malt lót và chế phẩm Termamyl 120L 0,1%, bổ sung thêm CaCl 2. Hỗn hợp sẽ được
gia nhiệt nhanh lên đến 72oC và giữ ở nhiệt độ này trong vòng 20-30 phút. Đây là điều
kiện thuận lợi cho α - amylase trong malt hoạt động. Lúc này đã xảy ra quá trình dịch hóa
một phần khối nguyên liệu, giúp giảm độ nhớt. Sau đó tiến hành gia nhiệt lên đến 90 oC và
giữ ở nhiệt độ này trong vòng 20 phút, nhằm tiếp tục hồ hóa và dịch hóa khối nguyên liệu
với sự tham gia của chế phẩm enzyme Termamyl 120L (do α - amylase trong malt đã bị
vô hoạt). Cuối cùng, gia nhiệt lên đến 100 oC và đun sôi trong 20 phút để quá trình hồ hóa
và dịch hóa xảy ra hoàn toàn, giúp cho quá trình đường hóa sau này thuận lợi. Lưu ý:
trong suốt quá trình xử lý thế liệu, cánh khuấy luôn hoạt động.
2.2.4 Nấu dịch nha
• Mục đích: khai thác.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 13
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
-
Thiết kế phân xưởng nấu
Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước
và thủy phân những cơ chất có phân tử lượng cao (tinh bột, protein, β-glucan…) thành
những chất có phân tử lượng thấp (đường, acid amin…) để nấm men bia sử dụng trong
quá trình lên men tiếp theo.
• Các biến đổi của nguyên liệu:
-
Hóa lý: khi bắt đầu quá trình nấu, sự hòa tan và trích ly các chất có phân tử lượng thấp
trong malt vào nước (đường, acid amin, một số vitamin, khoáng…). Khi kết thúc quá
trình nấu, các enzyme sẽ bị đông tụ do tác dụng của nhiệt.
-
Hóa sinh: xảy ra nhiều loại phản ứng, quan trọng nhất là phản ứng thuỷ phân.
+ Hệ protease xúc tác thủy phân protein tạo sản phẩm là các polypeptid và peptid
(endoenzyme), acid amin (exo-enzyme), topt= 45 – 50oC và pHopt= 5,5
+ β-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm là maltose; t opt= 60 – 65oC và
pHopt=5,2 – 5,6.
+ α-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là dextrin và các
oligosaccharide; topt= 70 – 75oC và pHopt=5,3 – 5,8.
+ Thủy phân hemicellulose: sản phẩm β-glucan mạch ngắn.
+ Thủy phân một số hợp chất hữu cơ có chứa acid phosphoric: giải phóng acid
phosphoric.
-
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa
polyphenol.
• Thiết bị và thông số công nghệ
-
Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu đã trình bày ở trên.
Có nhiều phương pháp nấu dịch nha, ở đây chọn phương pháp đun sôi một lần (phần
thế liệu gạo sẽ được xử lý bằng cách đun sôi trong một thiết bị riêng).
-
Sau khi nồi nấu thế liệu hoạt động khoảng 60 phút, thì bắt đầu cho malt và nước vào
thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w). Bổ sung thêm CaCl 2 vào nồi nấu nhằm giúp ổn định
hoạt tính của enzyme α-amylase. Gia nhiệt hỗn hơp lên đến 50oC và dừng ở nhiệt độ
này trong thời gian 30 phút, thực hiện quá trình đạm hóa. Enzyme protease sẽ phân cắt
protein thành những chất có phân tử lượng thấp hơn như pepton, polypeptid và acid
amin. Pepton, polypeptid góp phần làm cho bia có vị đậm đà, tham gia vào quá trình
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 14
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
tạo và giữ bọt cho bia. Acid amin, dipeptid là nguồn dinh dưỡng nitơ rất quan trọng
cho nấm men sinh trưởng và phát triển.
-
Sau đó, tiến hành phối trộn phần thế liệu gạo đã được hồ hóa và đun sôi ở 100 oC vào
thiết bị nấu. Thời gian bơm dịch gạo vào thiết bị nấu khoảng 10 phút. Trong lúc phối
trộn sẽ bổ sung thêm nước để hiệu chỉnh nhiệt độ hỗn hợp trong nồi ở 65oC. Tại đây
giữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút. Ở nhiệt độ này, hai enzyme α - amylase và β amylase sẽ cùng tiến hành phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin. Tiếp theo, gia
nhiệt hỗn hơp lên 72oC và giữ ở 72oC cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa (kiểm
tra bằng phương pháp thử với dung dịch I 2 0,02N). Sau cùng gia nhiệt hỗn hợp lên
78oC rồi bơm qua nồi lọc. Lưu ý: trong suốt quá trình nấu, cánh khuấy luôn hoạt động
và giữ pH = 5,2 – 5,6.
Hình 2- 2: Giản đồ nấu dịch nha
2.2.5 Lọc dịch nha
• Mục đích: khai thác
-
Tách dịch đường ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồng thời hạn chế tối đa sự
oxy hoá dịch đường. Sau đó, tiến hành rửa bã để tận thu phần chất hoà tan còn sót lại
trong bã.
• Biến đổi của nguyên liệu:
-
Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất
không tan).
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 15
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
• Thiết bị và thông số công nghệ:
-
Quá trình lọc được thực hiện bằng nồi lọc đáy bằng với lớp vật liệu lọc là lớp bã. Nồi
lọc được chế tạo từ thép không gỉ có 2 đáy: đáy dưới bằng, đáy trên là lưới gồm nhiều
mảnh nhỏ ghép lại tạo thành các rảnh có kích thước nhỏ, bã malt nằm trên lưới tạo
thành lớp vật liệu lọc. Bên trong thiết bị có bộ phần đánh tơi bã lọc, có cánh khuấy.
-
Trước khi tiến hành lọc, nồi lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước. Dịch đường từ nồi
đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang nồi lọc, đồng thời bật cánh
khuấy và hệ thống đánh tơi bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả. Sau khi
hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao. Dịch đường được để yên 20
phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc. Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch
đường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại nồi lọc. Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoá
van hồi lưu, thu dịch đường. Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do
màng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã
tạo lại lớp màng lọc. Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc. Thời gian ép dịch lọc khoảng
90 phút. Sau đó tiến hành rửa bã.
-
Tiến hành rửa bã gián đoạn, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C, pH=6,5. Sau khi thu hết
dịch đường, khoá van xả dịch, cho lượng nước rửa bã vào, cho cánh khuấy quay với
vận tốc 4 – 5 vòng/phút để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào
dịch. Sau đó tắt cánh khuấy để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm
sang nồi nấu hoa houblon với dịch lọc trước đó. Tiếp tục cho đến khi hàm lượng
đường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx, thường là rửa 2 -3 lần. Thời gian rửa bã khoảng 60 –
120 phút. Lượng nước rửa bã được sử dụng sao cho thu được lượng thể tích dịch cần.
-
Chú ý: chiều cao màng lọc thường là 30 – 60 cm. Tốc độ lọc 0,5 – 4,5 m/s, nước nha
đầu có 16 – 20oPt, 40 – 50% thể tích. Thời gian cho quá trình lọc và rửa bã: thời gian
chuẩn bị 50 – 60 phút, thời gian lọc 60 – 110 phút, thời gian rửa bã 60 – 120 phút, thời
gian tháo bã và vệ sinh 30 – 40 phút.
2.2.6 Đun sôi dịch hoa với hoa houblon
• Mục đích: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên men.
-
Trích ly các chất đắng, tinh dầu, polyphenol từ houblon vào dịch nha, đồng phân hóa
một số chất đắng để tăng độ hòa tan của chất đắng.
-
Góp phần điều chỉnh độ chất khô dịch nha.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 16
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
-
Vô hoạt enzyme, đông tụ các protein kém bền nhiệt.
-
Được xem như quá trình thanh trùng: tiêu diệt vi sinh vật.
-
Đun sôi ở 100oC trong thời gian dài sẽ xảy ra phản ứng Maillard, hình thành một số
hợp chất có lợi làm tăng cường độ màu của bia.
-
Tách một số hợp chất dễ bay hơi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.
• Các biến đổi của nguyên liệu:
-
Vật lý: có sự thay đổi về tỉ trọng của dịch nha.
-
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard (có lợi do tăng độ màu, ổn định độ bền bọt cho
bia), phản ứng đồng phân hóa chuyển các α-acid thành iso α-acid giúp tăng độ hòa
tan, đường và acid amin bị phân hủy, pH giảm 0,1 – 0,2 đơn vị.
-
Hóa lý: Các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra quá trình
đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein trong malt đại mạch và polyphenol trong hoa
houblon sẽ hình thành kết tủa, có sự bay hơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơi
trong dịch nha.
-
Sinh học: hệ vi sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt.
• Thiết bị và thông số công nghệ
-
Thiết bị có dạng hình trụ đứng. Bên trong thiết bị có bộ phận gia nhiệt dạng ống để dẫn
hơi vào.
-
Lượng houblon sử dụng được tính theo lượng alpha acid (7 – 20g alpha acid/hL). Sử
dụng phương pháp bổ sung hoa houblon hai lần: lần 1 khi dịch nha bắt đầu sôi, lần 2 là
15 phút trước khi kết thúc. Với phương pháp này sẽ có ưu điểm là tổn thất tinh dầu ít
hơn.
-
Thiết bị nấu hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu. Ngay từ khi dịch lọc đưa sang
nồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc khoảng
78oC. Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã được
bơm sang nồi hoa thì dịch đường trong nồi cũng vừa sôi. Khi dịch nha vừa bắt đầu sôi
được khoảng 15 phút thì cho toàn bộ cao hoa và một nửa hoa khô vào nồi. Trước khi
kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung phần hoa khô còn lại vào nồi nấu. Tỷ lệ cao
hoa/hoa khô = 1/3. Tổng thời gian đun dịch nha với hoa houblon không quá 2 giờ.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 17
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
2.2.7 Tách bã houblon
• Mục đích: hoàn thiện
-
Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử
không tan ra khỏi dịch nha.
• Thiết bị:
-
Sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn.
-
Dịch đường ra khỏi nồi hoa được bơm vào thùng lắng xoáy theo phương tiếp tuyến với
tiết diện hình tròn của thiết bị với vận tốc 12 – 14m/s. Dưới tác dụng của lực ly tâm và
trọng lực các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống
phần đáy hình trụ. Phần dịch lỏng đã tách cặn nằm phía trên sẽ được tháo ra khỏi
thùng, có nhiệt độ khoảng 95˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh. Cặn tập trung
ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài. Thời gian lắng xoáy
khoảng 20 phút.
-
Dịch nha thu được có các chỉ tiêu:
+ pH = 5,2 – 5,4.
+ Nồng độ chất khô: 10 – 13oPt.
+ Hàm lượng monosaccharide: glucose 7 – 15g/l, fructose 0,5 – 2g/l.
+ Disaccharide: sucrose 2 – 6g/l, maltose 45 – 65g/l (maltose là đường khử chủ lực).
+ Trisaccharide gồm có maltosetriose, raffinose…
+ Dextrin: DP > 10 chiếm 12,5mg/l, DP 4 – 9 chiếm 9,8 mg/.
+ β glucan và gum: 200 – 800 mg/l.
+ Nitơ tổng: 500 – 1100mg/l.
+ Nitơ amin tự do: 100 – 250mg/l xác định theo phương pháp ninhydrine.
+ Phân đoạn nitơ theo Lundin: A (20 – 25%), B (15 – 20%), C (55 – 60%).
+ Các chất khác: acid nucleic, vitamin, khoáng, polyphenol…
2.2.8 Làm lạnh dịch nha
• Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia.
• Các biến đổi của nguyên liệu:
-
Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ 95oC về nhiệt độ lên men.
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 18
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
-
Thiết kế phân xưởng nấu
Hóa lý: một số phân tử protein bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành nên
cặn mịn.
• Thiết bị:
-
Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng.
-
Yêu cầu của quá trình phải thực hiện nhanh và kín để hạn chế quá trình nhiễm vi sinh
vật và hoạt hóa bào tử.
-
Thông thường người ta dùng nước lạnh để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95 oC về 40oC, sau
đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men bia sử dụng.
Nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường dao động
trong khoảng 14 – 18oC.
2.2.9 Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men
• Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia.
• Các biến đổi của nguyên liệu: khi sục không khí vô trùng vào dịch nha, oxy sẽ hòa tan vào
dịch nha.
• Thiết bị và thông số công nghệ:
-
Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha có dạng ống hình trụ được đục lỗ trên thân được
đặt trong thiết bị lên men chính. Người ta sẽ nén không khí vô trùng vào ống trong.
Nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12 mg/l
-
Để cấy giống nấm men, người ta sẽ bơm canh trường nấm men vào đường ống dẫn
dịch nha từ thiết bị nạp oxy đến thiết bị lên men.
2.2.10 Lên men chính
• Mục đích: chế biến.
• Quá trình lên men chính gồm 4 giai đoạn:
-
Giai đoạn 1 (2 ngày đầu tiên): nấm men sẽ nảy chồi, phát triển mạnh dần, sinh khối đạt
cực đại ở cuối ngày thứ hai. Đồng thời là sự giảm dần nồng độ chất hoà tan trong dịch
đường, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều bóng khí to thô bám xung quanh thùng và ở
cuối ngày thứ hai có thể tạo một lớp bọt khí mỏng gồm nhiều bóng khí CO 2 ở bề mặt
môi trường lên men.
-
Giai đoạn 2 (2 ngày tiếp theo): quá trình lên men bắt đầu chuyển từ quá trình lên men
hiếu khí (tăng sinh khối nấm men) sang kiểu lên men kị khí (tạo C 2H5OH và CO2), bọt
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 19
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
bia xuất hiện nhiều và nhanh hơn, bóng khí khô và mịn hơn. Đồng thời là sự giảm
mạnh nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt độ tăng nhanh hơn.
-
Giai đoạn 3 (2 – 3 ngày tiếp theo): trong giai đoạn này sự lên men xảy ra mãnh liệt
nhất thể hiện rõ qua sự giảm nhanh nồng độ chất hoà tan cùng sự tăng rất nhanh nhiệt
độ lên men. Chính trong giai đoạn này môi trường lên men đang tích luỹ nhiều diacetyl
nhất đồng thời khí CO2 thoát ra cũng nhiều nhất. Lúc này cần theo dõi chặt chẽ biến
động của nhiệt độ, ngăn chặn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ lớn nhất của
phương pháp lên men đang áp dụng.
-
Giai đoạn 4 (1 – 2 ngày cuối cùng): giai đoạn này cường độ lên men yếu dần, nồng độ
chất hoà tan giảm chậm nhiệt độ ổn định và theo chiều hướng giảm dần, một bộ phận
nấm men sẽ bắt đầu lắng cùng với những thành phần keo tụ của protein, tannin, nhựa
đắng houblon.
• Các biến đổi của nguyên liệu:
-
Sinh học: sự phát triển sinh khối và tăng về khối lượng nấm men.
-
Hóa sinh:
+ Sự trao đổi chất của nấm men.
+ Trao đổi glucid.
+ Trao đổi các hợp chất nitơ.
+ Trao đổi lipid.
-
Hóa lý:
+ Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: pH giảm dần trong thời kỳ lên men chính.
+ Sự thay đổi thế oxy hóa khử: Do sự tương tác của oxy với các cấu tử trong dịch lên
men, sự tạo thành các chất có tính khử trong thời gian lên men.
+ Sự kết mảng của tế bào nấm men.
+ Sự tạo bọt: Do lượng CO2 tạo ra nhiều sau lên men.
-
Vật lý: sự tỏa nhiệt do trao đổi chất của nấm men.
• Thiết bị và thông số công nghệ:
-
Thiết bị lên men được đặt ngoài trời (tank out door). Nhiệt độ lên men được giữ ổn
định ở 8 – 15oC, áp lực trong thùng lên men được giữ ở 1,2 – 1,5 kg/cm 2. Quá trình lên
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 20
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
men chính kết thúc khi hàm lượng đường lên men còn khoảng 1%. Trong quá trình lên
men chính có tiến hành thu hồi CO2.
-
Khi quá trình lên men chính kết thúc thì nấm men bắt đầu kết lắng, áo lạnh ở phần côn
của thùng lên men sẽ làm việc, nhiệt độ ở vùng này giảm cùng với áp suất trong thùng
được giữ ở 1,2 – 1,5kg/cm2 sẽ thúc đẩy quá trình kết lắng của nấm men nhanh và chặt
hơn. Mở van ở đáy côn, sinh khối nấm men sẽ được bơm đến khu vực xử lý và bảo
quản ở 0 – 1oC để tái sử dụng. Nấm men có thể tái sử dụng đến đời thứ 7. Sau khi thu
hồi nấm men thì sẽ chuyển sang quá trình lên men phụ.
2.2.11 Lên men phụ
• Mục đích: hoàn thiện.
-
Lên men lượng đường còn lại, bão hòa CO2 cho bia tươi, ổn định hương vị, độ trong
sản phẩm.
• Các biến đổi xảy ra:
-
Ở giai đoạn lên men phụ các quá trình xảy ra hoàn toàn giống giai đoạn lên men chính
nhưng với tốc độ chậm hơn do hầu hết nấm men đã kết lắng và nhiệt độ thấp khoảng 0
– 2oC. Lên men phụ là tiếp tục quá trình lên men chính, nhằm chuyển hóa hết phần
đường có khả năng lên men còn sót lại trong bia non.
-
Ở giai đoạn này xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phần và tính chất cảm quan
của sản phẩm như hàm lượng diacetyl giảm, các acid hữu cơ tác dụng với rượu tạo
thành este... Nhiệt độ và thời gian lên men phụ là 2 yếu tố quan trọng nhất ở giai đoạn
này. Nhiệt độ thấp và thời gian dài là những điều kiện quan trọng nhất để thu nhận
được bia có độ bền keo và chất lượng cao.
-
Hóa học:
+ Trong quá trình lên men phụ xảy ra quá trình oxy hóa khử một số thành phần của
bia như: aldehyde, acid, các loại rượu, các chất màu, diacetyl… đồng thời giữa
chúng có sự tương hỗ về mặt hoá học, góp phần tạo nên thành phần và hương vị
của bia.
+ Trong quá trình này một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi các enzyme
protease có sẵn trong bản thân các tế bào nấm men. Sản phẩm tự phân là các
peptid, acid amin, và một vài thành phần của acid nucleid. Các enzyme chủ yếu là
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 21
Đồ án môn học công nghệ thực phẩm
Thiết kế phân xưởng nấu
nhóm enzyme peptidase và protease. Chính các sản phẩm tự phân này có ảnh
hưởng nhiều đến chất lượng của bia.
+ Quá trình thủy phân protein (protelolysis)
-
Hóa lý:
+ Sự kết tủa protein.
+ Sự lắng trong bia.
+ Bão hòa CO2 cho bia.
• Phương pháp thực hiện: Quá trình lên men phụ thực hiện từ 18 – 20 ngày, nhiệt độ lên
men: 0 – 2oC.
2.2.12 Lọc bia
• Mục đích: hoàn thiện: tách các chất keo hoà tan do tính chất bất ổn định chúng sẽ gây hiện
tượng đục bia. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm.
• Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng các cấu tử rắn được loại bỏ ra
khỏi bia.
• Thiết bị và thông số công nghệ:
-
Sử dụng thiết bị lọc dạng cột.
-
Sử dụng chất trợ lọc diatomite để tách các cấu tử mịn hoặc polyphenol.
-
Lọc bia trong điều kiện kín để hạn chế sự thâm nhập của vi sinh vật và oxy không khí
vào bia.
• Cách tiến hành: trong thùng phối trộn, bia và diatomite được khuấy trộn thành huyền phù.
Sau đó huyền phù được bơm qua máy lọc nhiều lần để tạo thành màng lọc trên lưới lọc.
Sau khi tạo được màng lọc thì bắt đầu điều chỉnh các van sao cho đạt được yêu cầu sau:
một phần bia đục được đổ vào thùng phối trộn và huyền phù từ thùng phối trộn bị cuốn
theo bia đục ở đường ống chính và được lọc trong. Trong quá trình lọc phải bổ sung thêm
diatomite với lượng 50 – 100 g/hl.
2.2.13 Làm lạnh bia
• Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình bão hòa CO2
• Các biến đổi của nguyên liệu: giảm nhiệt độ bia sau khi lọc từ 5oC về 0 – 1oC
• Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng
SVTH: Quan Ứng Biêu
Trang 22
