Đồ án Thiết kế phân xưởng nấu của nhà máy bia với năng suất 35 triệu lít-Năm

Lời Mở Đầu ((( Sự phát triển của ngành Công Nghiệp Thực Phẩm nói chung và ngành Công Nghiệp Lên men nói riêng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, góp phần làm đa dạng hóa nguồn thực phẩm cho xã hội và sản xuất ra nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp lên men cũng càng ngày phát triển và đặt được nhiều thành tựu to lớn, không ngừng hoàn thiện về số lượng và chất lượng. “Bia” là một sản phẩm lên men được nhiều người ưa thích, với độ cồn thấp, hương thơm đặc trưng, vị đắng dễ chịu của hoa houblon. Bia có tác dụng giải khát, cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng, kích thích tiêu hóa,… Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là: Malt đại mạch, hoa houblon, nấm men, nước. Với một quy trình khá đặc biệt. Ngoài ra để tăng hiệu quả kinh tế, giảm giá thành sản phẩm cũng như đa dạng hóa sản phẩm, các nhà máy sản xuất bia còn dùng một số loại nguyên liệu thay thế như: Đại mạch chưa nảy mầm, gạo, ngô đã tách phôi,... Bia được sản xuất rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng và chất lượng ngày càng cao. Ở Việt Nam, bia còn là một mặt hàng đem lại lợi nhuận cao cho nền kinh tế quốc dân. Trong những năm gần đây mặt hàng này đang được chú trọng đầu tư và phát triển ở nước ta, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu rất lớn của người tiêu dùng. Vì thế việc xây dựng thêm nhà máy bia là một nhu cầu thiết thực góp phần vào nền kinh tế đất nước. Tôi xin trình bày phần thiết kế phân xưởng nấu của nhà máy bia bằng phương pháp lên men liên tục với năng suất 35 triệu lít/năm.Với sự hướng dẫn của KS Ngô Thị Minh Phương, giảng viên khoa Công Nghệ Hoá Học trường Cao Đẳng Công Nghệ. Đà Nẵng,ngày 04 tháng 05 năm 2009 Sinh viên thực hiện Phạm Thị Thoa Chương 1: Giới thiệu nguyên liệu Nguyên liệu dùng để sản xuất bia là: Malt đại mạch, hoa houblon, nước, nấm men, ngoài ra người ta còn dùng một số nguyên liệu thay thế như: Đại mạch chưa nảy mầm, gạo, ngô đã tách phôi,… để sản xuất một số loại bia. 1.1. Malt đại mạch Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia. Qua nhiều năm liền nghiên cứu họ đã thấy rằng: Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hào thảo khác. Malt dùng cho sản xuất bia phải sạch có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, có màu vàng sáng đều. Không được có mùi lạ, không hôi mốc và không hơi khói. Kích thước của các hạt phải đều, yêu cầu hạt trên sàng 2,8 mm và 2,5 mm chiếm 94 % và dưới sàng 2,2 mm, không vượt quá 0,5 %. Khối lượng riêng của malt bia dao động 520-600 g/l. Khối lượng của 1000 hạt chiếm khoảng 28-36 g. Độ ẩm của malt sau khi sấy 2-3,5 % và trong thời kỳ bảo quản không vượt quá 6 %. Độ chiết của malt là hàm lượng của các chất chuyển vào dung dịch trong quá trình đường hóa đặt 75-82 %. Malt dùng để sản xuất bia có thời gian đường hóa 10 -35 phút, hoạt lực amylaza đặt 100-300 đơn vị. Thành phần hóa học trung bình của malt bia tính theo phần trăm chất khô là: Tinh bột 58 % Đường khử 4 % Saccazoza 5 % Pentoza hoà tan 1 % Pentoza không hòa tan và henxozan 9 % Xenluloza 6 % Chất chứa Nitơ 10 % Chất béo 2,5 % Chất khoáng 2,5 % Ngoài ra trong malt con chứa một ít các chất inozit, các chất màu, các tanin và chất đắng. Trong malt còn chứa các enzym thủy phân như: (-amylaza, β-amylaza, protemaza, pitaza, peptidaza, xitaza, amylophotaza,… Trong đó các loại enzym peptidaza, fitaza, xitaza là nhạy cảm với nhiệt độ hơn cả, do đó các loại enzym này chỉ tồn tại trong các loại malt sấy nhẹ. 1.2. Hoa Houblon 1.2.1. Vai trò Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia. Nó làm cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Người ta có thể sử dụng cao hoa, hoa viên hoặc hoa nguyên cánh. Nhà máy bia thường sử dụng cao hoa và hoa viên. 1.2.2. Thành phần hóa học của hoa houblon Thành phần hóa học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa hoa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số chất khác như: protein, mỡ ,sáp, các hợp chất phiprotein. - Nhựa hoa houblon là thành phần chính rất quan trọng, nó bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm. Trong sản xuất bia quan trọng hơn vẫn là nhựa mềm và chủ yếu nhất là (-acid đắng. Các chất đắng có trong bia là do nhựa hoa huoblon tạo nên, ngoài tác dụng truyền vị đắng cho bia nó còn có tác dụng sát trùng, chúng ức chế sự phát triển của vi khuẩn gram dương, ở nồng độ cao ức chế được vi khuẩn gram âm nhưng không ảnh hưởng đến sự phát triển của men bia. - Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol dễ hoà tan trong nước, dễ bị oxi hóa nên nó bảo vệ nhựa houblon. Trong quá trình nấu bia, hầu hết tanin của hoa houblon liên kết với protein của malt, do đó hàm lượng polyphenol ở trong bia chủ yếu là của malt và chỉ khoảng 10 – 20 % là polyphenol của hoa houblon. - Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydrat cacbon và nhiều hợp chất chứa oxi dạng tecpen. Tinh dầu houblon không hòa tan trong nước nhưng dễ bay hơi theo hơi nước. Trong quá trình sản xuất khoảng 98 % lượng tinh dầu bị bay hơi chỉ còn khoảng 2 % tồn tại trong bia tạo hương thơm cho bia. Trong quá trình bảo quản, tinh dầu sẽ mất dần do bay hơi và bị oxi hóa, do đó không dùng hoa cũ để sản xuất bia và các sản phẩm chuyển hóa của tinh dầu nếu đưa vào bia sẽ làm giảm chất lượng của bia. 1.2.3. Phương pháp bảo quản và nâng cao hiệu quả sử dụng hoa Để bảo quản tốt cần giữ hoa trong các điều kiện sau: Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong thùng kín hoặc môi trường khí trơ. Xông S02 để hạn chế sự oxi hóa và phát triển của vi sinh vật. Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0oC vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chế các quá trình hóa học hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Cách ẩm tốt Nếu bảo quản được trong các điều kiện trên thì hoa có thể bảo quản trong 2 năm mà chất lượng không thay đổi. Hiệu quả sử dụng các chất đắng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khi đun sôi hoa với dịch đường, quan trọng nhất là thời gian và cường độ đun sôi, lượng hoa sử dụng và pH của dịch đường. Nếu tiến hành houblon hóa trong điều kiện tối ưu thì lượng chất đắng sử dụng được trong giai đoạn này khoảng 80 – 85 % còn 15 – 20 % ở lại trong bã hoa. Đối với nhà máy sử dụng 1/3 là cao hoa và 2/3 la hoa viên. Sau khi nhập về hoa được bảo quản ở nhiệt độ là 0oC. 1.3. Nấm men bia Tế bào nấm men chứa đến 80 % là nước. Bởi vậy trong nấm men bia ép tỉ lệ giữa trọng lượng ướt và trọng lượng khô là 4 : 1. Nguyên tố chủ yếu là Cacbon chiếm < 50 % chất khô. Các nguyên tố khác như Oxi (30-35 %), Nitơ (7,5%), hydro (5%) và photpho (1%). Hàm lượng chất khoáng tổng số khoảng 5 – 10 % chất khô của tế bào. Trong tế bào còn bao gồm rất nhiều vết các thành phần khác như Al, Ca, Cu, Fe, Pb, Na, K, S, Mg, Ni,… Các nhóm thành phần chính gồm các chất cao phân tử, đó là protein (40-45%) chất khô, cacbonhydrat (30-35%), axit nucleic (6-8%) và lipit (4-5%). Thành phần chính xác của các nhóm cao phân tử trong mỗi chủng nấm men khác nhau do điều kiện nuôi cấy, pha phát triển. Nấm men được sử dụng để sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống saccharomyces. Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúng là 25÷300C, nhưng một số loài trong số này vẫn phát triển tốt ở nhiệt độ 2÷30C. Nấm men ngừng hoạt động ở 400C và có thể chết dần ở nhiệt độ rất thấp. Nấm men có thể phát triển trong môi trường có hoặc không có oxy và đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất bia, vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm. Nấm men có hai loại: + Saccharomyces cerevisiae : Thuộc loại nấm men nổi, chúng phát triển và thực hiện quá trình lên men bia được ở nhiệt độ tương đối cao từ 12÷130C trở lên. Trong quá trình lên men thì tế bào của chúng nổi lơ lửng trong dịch lên men và tập trung trên bề mặt dịch. + Saccharomyces carlsbergensis Hansen : Đây là loại nấm men thực hiện quá trình lên men chìm, phát triển tốt ở nhiệt độ 6÷70C. Trong quá trình phát triển tế bào của chúng kết dính vào nhau thành chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị khi hạ nhiệt độ dịch lên men nên chúng rất dễ lấy ra khỏi thiết bị lên men để tái sinh men sử dụng. Kích thước của tế bào nấm men từ 6 ÷ 9 (m, sinh sản dưới hình thức nảy chồi và phân cắt. Trong sản xuất bia hiện nay, cũng như yêu cầu về công nghệ sản xuất bia ngắn ngày. Chủng nấm men nổi vẫn được áp dụng rộng rãi, vì các đặc tính của chúng dần dần được cải thiện như : lên men được nhiệt độ thấp, có khả năng kết lắng tốt, lên men nhanh các loại đường. Chính vì vậy nhà máy thiết kế sử dụng chủng nấm men saccharomyces cerevisiae. Do yêu cầu về công nghệ cũng như sự phát triển của ngành công nghệ sinh học chủng men bia nhà máy sử dụng là Saccharomyces cerevisiae. Cần có các đặc tính sau : 1/ Độ thuần khiết sinh học Chủng men bia thuần khiết là những chủng được tách ra từ một tế bào, đảm bảo tính đồng nhất về mặt di truyền. Việc sử dụng các chủng thuần khiết là tối thiểu bởi lẽ nó hạn chế sự thoái hóa giống trong quá trình sản xuất. 2/ Khả năng phát triển Theo quan điểm của các nhà sản xuất bia thì nấm men ở pha loãng càng loãng càng tốt. Các điều kiện thành phần dịch đường, độ thông khí, tỷ lệ nấm men cấy, nhiệt độ lên men cũng như đặc tính di truyền của nấm men sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men. 3/ Khả năng lên men Năng lực lên men của một chủng nấm men bia phản ánh số lượng hyđratcacbon mà nó có thể lên men được. Tế bào nấm men phân giải nguồn hyđratcacbon trong môi trường để sinh tổng hợp các thành phần tế bào, tăng sinh khối, đồng thời thực hiện các phản ứng chuyển hóa để tạo ra các sản phẩm của quá trình lên men. 4/ Khả năng kết lắng Kết lắng sớm hay muộn là đặc điểm di truyền của từng chủng nấm men mà đặc điểm đó có thể bị ảnh hưởng bởi những yếu tố bên ngoài như thành phần các chất trong dịch đường, hàm lượng ion Ca2+. Một số nhà nghiên cứu cho rằng thích hợp nhất cho quá trình lên men là loại nấm men có độ kết lắng vừa phải, 90% kết lắng còn 5 ÷ 10% không kết lắng. 1.4. Nước Hàm lượng nước trong bia thành phẩm chiếm khoảng 77- 90%. Trong nhà máy bia, nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau như: Xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, thanh trùng vệ sinh thiết bị, vệ sinh xí nghiệp. Do đó lượng nước dùng trong nhà máy bia rất lớn. Lượng nước dùng để trực tiếp nấu bia không những đòi hỏi có đầy đủ các tiêu chuẩn nước uống mà còn phải có những yêu cầu riêng đáp ứng trong công nghệ sản xuất bia. 1.4.1. Thành phần hoá học trong nước sản xuất : Nước là dung dịch loãng của các loại muối ở dạng ion. Nhóm cation nhiều chất là: Ca2+, Mg2+, H+, K+, Na+, Fe2+, Mn2+, Al3+. Còn nhóm anion chủ yếu là OH-, CO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO23-, PO43-... Các muối của canxi và magiê là những hợp chất gây ra độ cứng của nước. 1.4.2. Những yêu cầu cơ bản của nước dùng nấu bia Nước để nấu bia trước hết phải đảm bảo yêu cầu của nước uống: trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh. - Độ cứng trung bình của nước 5- 6 mg đương lượng/lít - pH = 6,8- 7,3 - Độ axit không vượt quá 1- 2 mg/l. - Hàm lượng cặn khô không vượt quá 600 mg/l. Các chỉ tiêu sinh học: Chuẩn độ coli > 300, chỉ số coli < 3. Hàm lượng kim loại có trong nước : Fe không quá 0,3mg / lít. Mn không quá 0,05 mg/ lít. Mg không quá 120 mg /lít. Zn không quá 5 mg / lít. Flo không quá 1 mg / lít. As không quá 0,05 mg / lít. Cu không quá 3 mg / lít. Pb không quá 0,1 mg / lít. Se không quá 0,05 mg/ lít. Nitrat không quá 35 mg / lít. 1.4.3. Sự ảnh hưởng của nước đến độ axit của dung dịch đường và bia Độ axit tự nhiên của các bán thành phẩm và thành phẩm trong sản xuất bia do các phosphat kali có trong malt quyết định. Trong malt bia chứa các muối KH2PO4, K2HPO4, K3PO4. Nếu trong nước giàu ion HCO3- tức là nước có độ cứng tạm thời cao thì trong quá trình nấu độ axit tự nhiên của dung dịch đường giảm bởi các phản ứng sau: 2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 = CaHPO4 + K2HPO + 2H2O + 2CO2 Nếu trong nước giàu Ca(HCO3)2 thì phản ứng sẽ xảy ra: 4KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 = Ca3(PO4)2 + 2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2 Hoặc phản ứng xảy ra với Mg(HCO3)2: 2KH2PO4 + Mg(HCO3)2 = MgHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2 4KH2PO4 + 3Mg(HCO3)2 = Mg3(PO4)2 + 2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2 Sự giảm độ axit tự nhiên (tăng pH) của các bán thành phẩm có ảnh hưởng xấu đến công nghệ nấu bia như quá trình đường hoá khó khăn, dịch đường lọc chậm kém trong cường độ tạo các kết tủa trong khi houblon hoá xảy ra chậm, kết qủa có thể giảm hiệu suất thu hồi. Bia sản xuất từ dịch đường có pH cao thường có vị đắng khó chịu và giảm độ bền sinh học. Ngược lại với ion HCO3- các ion Ca2+ và Mg2+sẽ làm tăng độ axit tự nhiên của các bán thành phẩm theo các phản ứng sau: 4K2HPO4 + 3CaSO4 = Ca3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4 Ngoài ra các ion Ca2+ và Mg2+ có thể phản ứng với phosphat hữu cơ và các protein làm tăng độ axit của dịch đường: Protein H + Ca2+ = proteinat Ca + 2H+ Chính vì thế nên nước nấu bia tốt nhất có độ cứng trung bình, không vượt quá 7mg đượng lượng/lít. Nếu nước có độ cứng quá lớn phải tiến hành xử lý. 1.4.4. Sự ảnh hưởng của nước đến chất lượng của bia Ion SO42- làm cho bia có vị chát, tuy nhiên độ chát này chỉ nhận ra khi lượng Ion SO42- nhiều, còn Ion SiO32- với hàm lượng 10 - 30 mg/l có thể xáo trộn quá trình lên men và kết quả làm đục bia. Ion SiO32- có nhiều ở trong malt, còn trong nước không đáng kể. Ion NO3- nhiều cũng ảnh hưởng đến vị của bia. Mặt khác trong quá trình lên men NO3- bị khử thành NO2- rất độc đối với nấm men. Với nồng độ 25mg/l NO2- đã có ảnh hưởng đến vị của bia. Các Ion Fe2+, Fe3+ sẽ làm cho bia đục, có vị khó chịu, màu bia đậm và bọt màu nâu. Cho nên hàm lượng sắt trong nước không quá 0,2 - 0,5 mg/l. sự ảnh hưởng của mangan lên bia cũng giống như sắt và có phần mãnh liệt hơn. Các ion Mg2+ và Na+ đều làm cho bia có vị không bình thường. Người ta thấy nếu dùng nước mềm hoặc nước có độ cứng trung bình để nấu bia thì các ion có trong nước ảnh hưởng đến chất lượng của bia. 1.5. Nguyên liệu thay thế Trong sản xuất bia, ở một số nơi người ta sử dụng nguyên liệu thay thế nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh. Chọn nguyên liệu thay thế là ngô vì ở nước ta ngô là cây lương thực được trồng nhiều sau lúa,có nhiều loại ngô khác nhau như ngô răng ngựa, ngô đá, ngô bột, ngô nổ,... Nhà máy sử dụng nguyên liệu thay thế là ngô đã tách phôi với hàm lượng tinh bột 77-84 %. Phôi ngô dùng để ép tách dầu ngô. Hạt ngô bao gồm các thành phần sau: Lớp vỏ quả 5-7 % khối lượng hạt Lớp vỏ hạt 2 % khối lượng hạt Lớp alơrông 6-8 % khối lượng hạt Phôi 10-11 % khối lượng hạt Nội nhũ 75% khối lượng hạt Trong thành phần nội nhũ bao gồm tinh bột, protein, chất béo, đường, tro, xenluloza,... trong đó tinh bột chiếm nhiều nhất. Yêu cầu của ngô đưa vào sản xuất bia: phải có màu trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, hàm lượng protein thấp),kích thước hạt đồng đều, hạt ngô sạch, đã tách phôi hoàn toàn. Khi nhập về nhà máy, ngô được bảo quản trong kho chứa, thường xuyên kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm để kịp thời xử lý, thời gian bảo quản là 10 ngày. Chương 2: Chọn Và Thuyết Minh Dây Chuyền Sản Xuất 2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ phân xưởng nấu của nhà máy bia Sơ đồ dây chuyền công nghệ phân xưởng nấu của nhà máy bia 2.2. Chọn phương án sản xuất 2.2.1. Các phương pháp lên men 2.2.1.1. Lên men cổ điển: Đây là phương pháp lên men có từ lâu đời quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong hai thiết bị riêng biệt. Thời gian lên men phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan ban đầu của dịch đường và chế độ nhiệt trong thời gian lên men đó. Quá trình lên men chính thực hiện ở áp suất thường, còn quá trình lên men phụ được thực hiện dưới áp suất dư 0,3-0,7 atm. Tỉ lệ nấm men giống được sử dụng khoảng 0,4-0,61/100 lít dịch đường. Thiết bị lên men được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau và thường có thân dạng hình trụ đáy côn hoặc chỏm cầu. Ưu điểm: Bia có chất lượng cao và ổn định Nhược điểm: Thời gian lên men dài 2.2.1.2. Lên men 1 pha (lên men hiện đại) Là quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng một thiết bị. Phương pháp lên men này được thực hiện trong nhiều loại thiết bị có hình dạng khác nhau. Sự điều chỉnh nhiệt độ lên men nhờ vào các áo lạnh có trong thiết bị. Tỷ lệ nấm men giống được sử dụng cao hơn so với phương pháp cổ điển. Thời gian lên men cũng được rút ngắn lại. Với phương pháp lên men này sẽ giảm bớt tổn thất và các chi phí cho quá trình sản xuất Ưu điểm: Chu kỳ lên men ngắn có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến dung dịch bị chuyển hóa, chuyển động nhanh, tiếp xúc nhiều nấm men suy ra khả năng thời gian lên men ngắn. Nhược điểm: Sản phẩm phụ tạo ra nhiều hơn đặc biệt là hàm lượng diacotyl nhiều. 2.2.1.3. Lên men liên tục Là quá trình lên men được thực hiện trong một dãy thiết bị được nối với nhau bằng các ống chảy truyền. Phương pháp này cũng giảm được chi phí và rút ngắn thời gian lên men so với phương pháp lên men cổ điển.Tuy nhiên phương pháp này sẽ dẫn tới nhiễm khuẩn hàng loạt. 2.2.2. Chọn phương án sản xuất Chọn phương pháp lên men liên tục vì chu kỳ lên men rút ngắn, do đó có những ưu điểm nổi trội như: Tăng năng suất lao động nên giảm được giá thành sản phẩm, giảm được vốn đầu tư, nấm men luôn luôn tồn tại và phát triển trong điều kiện ổn định, do đó phát huy được ở mức cao nhất năng lực của chúng... 2.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 2.3. 1. Làm sạch 2.3.1.1. Mục đích Nguyên liệu malt và ngô đã tách phôi trước khi đưa vào sản xuất bia cần phải làm sạch để tách hết bụi bẩn, loại bỏ các tạp chất nặng và các tạp chất nhẹ, làm kích thước hạt đồng đều, không ảnh hưởng đến chất lượng của bia, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền. 2.3.1.2. Tiến hành Nguyên liệu malt và ngô đã tách phôi sau khi định lượng để đấu trộn đúng tỷ lệ và đúng lượng thì được đưa qua máy làm sạch, sau đó đưa qua bộ phận tách từ để loại bỏ tạp chất có từ tính rồi cho qua máy nghiền. 2.3.2. Nghiền nguyên liệu 2.3.2..1. Mục đích Phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi và thúc đẩy các quá trình sinh lý hoá xảy ra trong nguyên liệu khi nấu. 2.3.2.2. Yêu cầu * Malt - Vỏ malt: Cấu tạo từ xenlulo và một số chất khác. Xenlulo không biến đổi khi nấu còn các chất khác khi nấu chuyển vào dung dịch làm giảm chất lượng của bia nên yêu cầu khi nghiền vỏ malt được giữ càng nguyên càng tốt. - Tạo một tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột. Trong nội nhũ chứa tinh bột, một số hidratcacbon khác và protein. Nếu nghiền mịn thì tỷ lệ tấm bột và tấm mịn cao. Khi nấu, dưới tác dụng của enzim thuỷ phân, chúng chuyển sang dạng hoà tan vào dung dịch nhưng khi nghiền quá mịn thì khó lọc. * Ngô Đối với ngô tiến hành nghiền nhỏ để trong quá trình nấu các chất tinh bột, protein chuyển sang dạng hoà tan nhanh hơn. 2.3.2.3. Phương pháp sản xuất Có thể nghiền khô, nghiền ẩm, nghiền ướt. Chọn nghiền khô, sử dụng máy nghiền Đối với malt do viện nghiên cứu dầu mỡ Liên Xô thiết kế. Đối với ngô dùng máy nghiền búa mã hiệu UMM_0,3 2.3.3. Nấu bia 2.3.3.1. Mục đích Chuyển các chất của malt và nguyên liệu thay thế từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động của enzim thuỷ phân. 2.3.3.2. Các quá trình xảy ra khi nấu Quá trình sinh hoá quan trọng xảy ra trong lúc nấu là sự thuỷ phân các chất dưới tác dụng của enzim thuỷ phân. a/ Quá trình enzym - Sự thuỷ phân tinh bột: Tinh bột dưới tác dụng của enzim sẽ bị thuỷ phân tạo thành đường và các dextrin không lên men được nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thiện vị của bia. Mỗi enzim trong malt có nhiệt độ tối thích khác nhau. Enzim ( -amylaza có nhiệt độ tối thích 63- 65oC, sản phẩm thuỷ phân chủ yếu là đường maltose và một ít dextrin. Còn enzim ( -amylaza có nhiệt độ tối thích là 70- 75oC và sản phẩm thuỷ phân là dextrin và một ít maltose. Nhịêt độ giới hạn của ( -amylaza là 78oC. nếu quá giới hạn này nó sẽ bị khử hoạt tính hoàn toàn. Mỗi loại enzim có 1 pH tối thích, riêng ( -amylaza có pH tối thích là 5,7 và của ( -amylaza pH = 4,8. Tuy nhiên pH tối thích của các enzim amylaza còn phụ thuộc vào nhiệt độ và ngược lại pH môi trường cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ tối thích của enzim. Qua nghiên cứu người ta thấy enzim amylaza hoạt động ở nhiệt độ 65oC có pH tối thích là 5,6. Giá trị pH môi trường phụ thuộc vào nguyên liệu và nước dùng nấu. Nồng độ tinh bột và các chất trong khối nấu củng ảnh hưởng đến hoạt động của enzim. Nồng độ của các chất tăng thì vận tốc thuỷ phân xảy ra càng chậm. - Sự thuỷ phân hemixelluloza và một số chất khác:Dưới tác dụng của hệ enzim fitata của malt dẫn đến sự thuỷ phân hemixelluloza và một số chất khác của nguyên liệu tạo thành glucose, các dextrin . - Sự thuỷ phân protein:Khi dùng đường hoá, dưới tác dụng của enzim proteaza thì protein bị thuỷ phân thành các polypeptit phức tạp và không đông tụ. Tiếp đến dưới tác dụng của enzim polipeptidaza các polipeptit chuyển thành axit amin. - Sự thuỷ phân các phospho:Khi đường hoá, dưới tác dụng của enzim fitaza xảy ra sự phân huỷ các chất phospho và giải phóng axit phosphoric. Các muối photphat vô cơ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo môi trường đệm và đặc biệt cần thiết cho sự hoạt động bình thường của enzim, pH tối thích của enzim fitaza là 5,2 và nhiệt độ tối thích là 48oC. b. Quá trình phi enzym Trong thời gian đường hóa, xảy ra các quá trình quan trọng không enzym mà kết quả của chúng có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. - Biến tính protein: Khi protein bị biến tính và kết lắng, chúng sẽ được loại ra khỏi dịch đường, làm tăng độ bền của bia, giảm khả năng gây đục. - Phản ứng melanoid: Một lượng melanoid tạo thành góp phần nâng cao chất lượng của bia. - Sự hòa tan các thành phần của malt vào dịch: Trong quá trình đường hóa ngoài các chất đã có sẵn trong malt và các chất tạo thành trong quá trình như: Đường, acid amin,... còn có các chất chát, chất đắng, polyphenol,... hòa tan trong nước và tạo thành chất chiết của dịch đường. Cần khống chế những chất không có lợi cho dịch đường. 2.3.3.3. Phương pháp nấu Có hai phương pháp nấu: -Phương pháp ngâm: Đặc trưng của phương pháp này là toàn bộ khối nấu được nâng nhiệt và giữ nhiệt tại các mức theo yêu cầu công nghệ (45- 50, 63- 65, 70- 75oC) trong thời gian thích hợp. Sau đó có thể nâng khối nấu lên nhiệt độ 780C. -Phương pháp đun sôi: Đặc trưng của phương pháp này là trích một phần đặc của khối nấu đem đun sôi và sau đó trộn lẫn với các phần chưa đun sôi nhằm mục đích để nâng và giữ nhiệt độ của khối nấu qua các mức theo yêu cầu công nghệ. Có thể tiến hành đun sôi 1 lần, 2 lần, 3 lần. *Phương pháp đun dôi 3 lần: Ưu điểm: Phương pháp này cho kết quả tốt, đặc biệt với malt có chất lượng xấu. Nhược điểm: Tốn năng lượng, nhiều thiết bị, thời gian dài, màu bia tối. * Phương pháp đun sôi 2 lần: Phương pháp này đặc biệt thích hợp cho bia vàng. Đun sôi lần 1 bắt đầu ở 52oC, lần 2 ở 64oC. sau hội cháo lần 1 nhiệt độ toàn khối nấu đạt 64oCvà sau lần 2 đạt 75oC * Phương pháp đun sôi1 lần: Trích một phần đi đun sôi từ nhiệt độ 75oC và sau khi hội cháo nhiệt độ của toàn khối dịch sẽ đạt 78oC. Ưu điểm: Phá vỡ triệt để cấu trúc tinh bột, thuỷ phân dễ dàng, hiệu suất tăng. Ta chọn phương pháp đun sôi 1 lần. 2.3.3.4. Tiến hành nấu: Sau khi nghiền nguyên liệu xong phải đem nấu ngay. 1/ Sơ đồ quá trình nấu malt và ngô NỒI NGÔ NỒI MALT Sơ đồ quá trình nấu malt và ngô: 2/ Sơ đồ nâng và giữ nhiệt của quá trình nấu Sơ đồ nâng và giữ nhiệt của quá trình nấu 3/ Các bước tiến hành: Nấu bia : Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu : nước nấu là: Malt:nước = 1kg:4,0 lit Ngô:nước = 1kg:4,5 lit * Nồi ngô: Ngô đã nghiền mịn cùng với 10% bột malt lót (so với tổng lượng gạo cần dùng cho một mẻ nấu) được đem vào phối trộn với nước ở 45oC trong nồi phối trộn có cánh khuấy. Bổ xung chế phẩm enzym với hàm lượng 0,2 % so với lượng ngô đem nấu. Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu lên 75oC trong vòng 35 phút và giữ nhiệt 25 phút. Rồi nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi trong 20 phút, sau đó giữ sôi 20 phút. * Nồi malt: Đem lượng malt còn lại của mẻ nấu vào nồi phối trộn với nứơc ở nhiệt độ 35oC trong 5 phút.Tiếp theo, nâng nhiệt độ khối nấu lên 55oC trong 10 phút , giữ ở nhiệt độ này 20 phút rồi tiến hành hội cháo.