Đồ án Khảo sát quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy bia Sài Gòn

n đầu để nhằm nâng nhiệt và giữ nhiệt, thông qua các điểm dừng đạm hoá, đường hoá, dịch hoá theo yêu cầu cụ thể của công nghệ. - Toàn bộ khối cháo malt được đường hoá cùng một lúc, từ điểm bắt đầu đến điểm cuối, ở nhiệt độ 75°C, không có giai đoạn đun sôi. - Không nâng nhiệt toàn bộ khối nấu mà giữ nhiệt tuỳ theo yêu cầu cụ thể của công nghệ thông qua các điểm dừng: đạm hoá (50¸52°C); đường hoá (63¸65°C) và dịch hoá (70¸75°C) với những khoảng thời gian tối ưu. Ưu điểm - Hiệu suất đường hoá cao. - Giúp nhà sản xuất dễ thích nghi với biến động khách quan như chất lượng nguyên liệu, thời gian sử dụng thiết bị…. - Chế độ công nghệ đơn giản. - Dễ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Nhược điểm - Vốn đầu tư thiết bị nhiều. - Thời gian đường hoá một mẻ kéo dài. - Năng lượng tiêu tốn nhiều hơn. - Phương pháp cổ điển nên hiệu suất đường hoá thấp. Phạm vi ứng dụng - Sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất bia theo phương pháp lên men chìm. - Rất phổ biến, thường được áp dụng trong các nhà máy bia của nước ta cũng như trên thế giới. - Áp dụng rộng rãi trên thế giới. - Dùng cho hầu hết các dây chuyền sản xuất bia liên tục hoặc các tổ hợp liên đoàn hiện đại sản xuất dịch đường. - Chỉ áp dụng đối với các sản phẩm bia sử dụng 100% nguyên liệu là Malt. - Ở điều kiện nước ta, PP này chưa được áp dụng). 3.2.2.1.3 Lọc Cháo malt sau khi đường hóa kết thúc bao gồm 2 hợp phần: Pha rắn: bao gồm các cấu tử không hòa tan của bột nghiền, được gọi là bã hèm. Pha lỏng: bao gồm nước và các hợp chất thấp phân tử được trích ly từ malt và gạo, được gọi là dịch đường, hoặc nước nha. a. Mục đích Tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ, còn pha rắn – phế liệu, phải loại bỏ ra ngoài. b. Phương pháp thực hiện Để tận thu tối đa lượng chất hòa tan từ bã sang dịch đường, quá trình lọc được tiến hành theo 2 bước: Bước đầu tiên là ép để tách dịch cốt. Bước thứ hai là rửa bã để chiết rút hết tất cả những thành phần dinh dưỡng còn bám lại ở trong đó. Quá trình chiết rút chất hòa tan ở giai đoạn rửa bã dựa trên cơ sở của sự khuếch tán, nghĩa là sự chuyển động phân tử của chúng từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Yêu cầu: dịch đường sau khi lọc và rửa bã phải trong hoàn toàn, nếu không thì sau này bia sẽ có mùi vị khó chịu và kém trong. c. Cấu tạo thiết bị Công ty sử dụng máy lọc khung bản MEURA 2001, sản xuất tại Bỉ. Đặc điểm của máy lọc này là có thể lọc được những dịch bã mịn. Điều này rất hợp lý vì bột nguyên liệu được nghiền bằng máy nghiền búa có kích thước hạt khá nhỏ. Máy lọc này được tự động hoá hoàn toàn, được điều khiển bằng hệ thống máy vi tính. Bộ phận chính của máy lọc ép khung bản là các khung và các bản. Khung và bản đều được chế tạo bằng những hợp chất cao phân tử. Ở 4 góc của khung và bản có các lỗ tròn lớn mà khi ráp các khung và bản lại với nhau, ta được 4 đường ống dẫn dịch cháo vào và dẫn dịch nước nha ra. Khung là hình hộp vuông, rỗng, có bề dày khoảng 7cm, được bọc bằng hai lớp cao su. Ở một cạnh có các ống dẫn khí giúp làm phồng khung lên để ép chặt khối cháo lại. Bản được xếp xen kẽ với khung, có kích thước tương tự như khung nhưng mỏng hơn, khoảng 6cm. Phía trong lòng bản đặc, trên đó có khía rãnh để tạo hướng chảy cho dịch nha. Hai bên là hai tấm lưới lọc. Dịch cháo theo lỗ liên thông tràn vào các khoảng trống giữa khung và bản (gọi là camera). Toàn bộ khung và bản được xếp liên tục, xen kẽ trên giàn máy nhờ có hai tay treo ở hai cạnh bên. Giàn máy bao gồm bộ phận ép thuỷ lực và hai đai dọc, tấm đầu lắp cố định, tấm đuôi có thể chuyển động tịnh tiến. Phía dưới có một máng hứng bã có vis tải để đẩy bã ra ngoài. d. Cách tiến hành Trước khi lọc cho chạy nước nóng khoảng 760C nhằm mục đích: Đảm bảo máy lọc không nhiễm vi sinh và các tạp chất lạ. Thử độ kín và nâng nhiệt cho máy, tránh mất nhiệt khi bơm dịch cháo, làm giảm tốc độ lọc vì độ nhớt tăng. Chạy nước nóng cho máy 20–30 phút, sau đó bơm dịch cháo vào. Áp lực lọc được tăng dần đến 20–30 KN/m2. Khi hỗn hợp huyền phù đầy khung lọc, khí sẽ thổi vào tấm cao su làm chúng phồng ra tạo áp lực nén chặt khối cháo, khi đó khối cháo trong camera sẽ được lọc qua lớp vải lọc rồi theo các đường rãnh tập trung về van xả dịch. Dịch cốt được lọc trong khung khoảng 25 phút, thu khoảng 185 ± 10hl/mẻ, độ đường khoảng 25 ± 2 Balling. Dịch sau khi lọc được dẫn vào bồn trung gian. Phía dưới gầm máy có máng hứng bã malt. Dọc theo máng có vis tải để đẩy chúng ra ngoài. Nhiệt độ của dịch nha trong suốt quá trình lọc được giữ ổn định ở khoảng 76oC để giảm độ nhớt và tạo điều kiện cho enzyme thủy phân tiếp tục lượng tinh bột còn sót, nếu lọc ở nhiệt độ thấp hơn thì độ nhớt của dịch lọc cao, khó lọc. Sau khi lọc hết dịch đường ban đầu, quá trình rửa bã được tiến hành ngay bằng nước nóng ở 760C. Quá trình diễn ra tương tự như giai đoạn lọc dịch cốt. Nước rửa bã vào cùng với đường dịch cháo đi vào. Không nên dùng nước nóng hơn vì sẽ làm vô hoạt hệ enzyme amylase, tinh bột sót đã được hồ hóa nhưng không được đường hóa sẽ làm đục dịch đường và sản phẩm bia sau cùng sẽ khó trong. Lượng nước rửa bã được tính toán tùy thuộc độ đường của dịch cốt thu được. Khi nồng độ chất hòa tan trong dịch bã giảm xuống mức 0,6 – 1,5% thì quá trình rửa bã kết thúc. Thời gian rửa bã khoảng 20–25 phút. Nước rửa bã được nhập chung với dịch cốt ban đầu. Lượng dịch nha thu được sau khi ép dịch cốt và rửa bã lần một là 460hl. Lượng nước dùng để rửa bã lần hai là 130hl. Lượng nước bổ sung thêm vào sau khi lọc là 30hl. Như vậy dịch nha thu được sau quá trình lọc chuẩn bị đun sôi là khoảng 620hl. Sau khi lọc thì dịch nha được bơm vào bồn trung gian giữ nhiệt ở khoảng 75oC để chờ bơm qua nồi nấu với hoa houblon, trong thời gian khoảng 10 phút. Việc giữ dịch nha ở bồn trung gian và duy trì ở nhiệt độ này giúp tạo cơ hội cho enzyme tiếp tục thủy phân tinh bột sót đồng thời ngăn chặn sự xâm nhập của vi sinh vật vào dịch nha. Nếu nhiệt độ dịch đường không được để nguội quá 70oC sẽ tạo điều kiện cho oxy không khí tiếp xúc với dịch đường, xảy ra phản ứng oxy hóa, làm chất lượng dịch đường bị giảm. e. Thông số kỹ thuật Năng suất: 9500 kg/mẻ. Số bộ khung bản: 51 Kích thước khung: dài 2m và rộng 1,8m Đông cơ kéo vỉ: công suất 0,55kw, tốc độ 1400 vòng/phút Động cơ bơm dầu: công suất 3kw, tốc độ 1415 vòng/phút Động cơ vis đuổi hèm: công suất 11kw, tốc độ 1440 vòng/phút Bồn hèm: thể tích 28m3 Máy lọc hoạt động theo 2 bước: B1:Bơm đầy (130 phút, mực nước bắt đầu 20hl, mực nước kết thúc 80hl) B2:Rửa bã (110 phút) f. Bồn trung gian B1:Làm đầy dung tích khoảng 150hl) B2: Kết thúc – rửa bã (60 phút) B3: Bổ sung nước (30 phút, dung tích 10hl) B4: Rửa bồn – cho xuống WK (5 phút, dung tích 5hl) B5: Chờ xuống hết – kết thúc g. Sự cố và cách khắc phục Sự cố Cách khắc phục Thiếu gió Tạm dùng hệ thống thổi hèm, thông báo cho phân xưởng động lực để cung cấp gió. Thiếu nước giải nhiệt bơm lên lọc Báo phân xưởng động lực bơm nước, súc và rửa van ống nước giải nhiệt tại bơm. Bơm cháo từ nồi malt sang máy lọc bị trục trặc Sửa chữa bơm. Cúp nước Do nhà máy sử dụng nước cấp thành phố nấu nên nếu cúp nước, nhà máy chỉ còn đủ nước để hoạt động thêm nửa ngày, toàn bộ hệ thống phải dừng lại. Đun sôi dịch đường với hoa houblon a. Mục đích Trích ly các thành phần hữu ích của hoa houblon vào dịch đường ngọt: chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon để biến đổi dịch đường ngọt thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa – đặc trưng cơ bản về tính chất cảm quan của bia sau này. - Chất đắng: Hòa tan rất yếu trong nước, trong dịch đường càng yếu hơn. Gồm: + a-nhựa cứng: hầu như không hòa tan + b-nhựa mềm: hòa tan tốt hơn axit tương ứng của nó (b-axit đắng) + a-axit đắng (humulông và các đồng phân): hòa tan tương đối tốt + b-axit đắng (lupulông và các đồng phân): hòa tan không đáng kể Mục đích của đun sôi: Thay đổi cấu trúc của chất đắng, làm tăng khả năng hòa tan Chú ý: 85-95% chất đắng trong bia là do a-axit đắng cùng các đồng phân của nó gây nên. Khả năng tạo bọt và độ bền sinh học của bia tùy thuộc nhiều vào a-axit đắng. - Tinh dầu: giúp cho bia có mùi thơm dễ chịu. Khi đun sôi, phần lớn (77¸88%) tinh dầu sẽ bị khuếch tán trong hơi nước và bay hơi ra ngoài, phần còn lại sau đó bị mất trong quá trình lên men (90¸96%), tồn tại một lượng rất nhỏ ở dạng khá bền và tạo mùi thơm đặc trưng cho bia. Keo tụ và kết tủa protein vô định hình Các chất keo trong dịch đường gồm: dextrin, protein, pectin, pentozan, chất chát, ... Khi đun sôi, chúng ở dạng keo hòa tan. Khi nhiệt độ tăng lên thì các phần tử keo dính lại với nhau và xảy ra hiện tượng keo tụ, đặc biệt là protein. Mức độ kết tủa protein có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng bia. Những phần tử protein không ổn định còn tồn tại lại trong dịch đường là một trong những nguyên nhân chính gây đục bia. Các yếu tố ảnh hưởng: pH (tối ưu ở 5,2¸5,5), thời gian đun sôi (tối ưu ở 90¸120ph), nồng độ chất hòa tan càng thấp thì protein keo tụ càng hoàn toàn... Đối với malt có hoạt tính enzym yếu thì sự keo tụ gặp khó khăn. Tăng độ bền keo của dung dịch đường Polyphenol của hoa houblon khi hòa tan vào dịch đường ở nhiệt độ cao sẽ tác dụng với các hợp chất protein cao phân tử để tạo thành các phức chất dạng màng nhầy. Các phức chất màng nhầy tạo thành mảng, dễ kết lắng và sẽ kéo theo các phần tử cặn ly ty trong dịch đường kết lắng theo. Với quá trình này, độ bền keo của dịch đường tăng lên và thành phần sinh học của nó được ổn định. 3.2.2.2 Phòng APV (tên thiết bị làm lạnh Alfa Laval) 3.2.2.2.1 Lắng a. Mục đích Dịch nha thu được sau quá trình houblon hoá chứa các chất cặn như: bã houblon, các protein, phức protein - polyphenol, các chất đắng kết tủa,… Nếu không loại chúng ra khỏi dịch nha, thì ở quá trình lên chính, các thành phần này sẽ kết lắng và làm bẩn nấm men, dẫn đến giảm hiệu quả của quá trình lên men hoặc gây khó khăn cho công đoạn thu hồi và xử lý nấm men. Ngoài ra, việc tách cặn còn tránh làm nghẹt thiết bị trao đổi nhiệt ở công đoạn tiếp theo. Quá trình kết lắng làm trong dịch nha, làm tăng giá trị cảm quan của bia. b. Cấu tạo thiết bị Gồm 2 thùng lắng được đặt nghiêng 50 để thuận lợi cho việc lắng và làm vệ sinh thùng. Hai thùng lắng hoạt động liên tục thùng nào hết thì thùng kia được bơm lên. Sau khi hết 1 mẻ thì phải vệ sình thùng bằng xút(NaOH) và rửa sạch bằng nước nóng, 2 mẻ thì vệ sinh bằng axit (axit gốc chanh), xút và nước nóng Hình 3.3: Thùng lắng Dung tích thiết kế: 600hl Dung tích sử dụng: 550 – 555hl c. Nguyên tắc hoạt động Quá trình lắng cặn xảy ra theo nguyên lý lắng, xoáy hướng tâm. Dịch nha được bơm vào thùng lắng theo phương tiếp tuyến với vỏ thùng, ngay trước khi vào thùng lắng, đường ống đột ngột co thắt lại làm tăng tốc độ chuyển động của dịch nha vào bên trong thùng. Khi đó, chuyển động xoáy tròn của khối chất lỏng bên trong thùng có tác dụng làm cho các hạt cặn lắng xuống và tập trung vào tâm của đáy thùng. Bên cạnh đó, do thành phần cặn trong dịch nha có tính keo (protein, phức proein - polyphenol, bã houblon) nên trong quá trình lắng, chúng dễ dàng lôi kéo và tập hợp các thành phần cặn với nhau, tạo điều kiện cho quá trình lắng xảy ra tốt hơn. Hình 4.3: Nguyên tắc lắng d. Cách tiến hành Trước khi bơm dịch nha vào thùng lắng, cần kiểm tra tình trạng vệ sinh, đóng và mở các van trên đường ống cho phù hợp. Kế đến, bơm nha vào thùng lắng, thời gian bơm hết dịch nha từ phân xưởng nấu vào thùng khoảng 20 phút. Sau đó, để yên cho lắng cặn trong thùng khoảng 30 phút. Việc để yên cho lắng trong 30 phút còn có tác dụng để ổn định mức chất lỏng trong thùng lắng, điều này giúp cho người vận hành tránh được sự nhằm lẫn khi quan sát mức chất lỏng ở trước và sau khi lắng. Mở van đường ống lớn tháo nhanh dịch nha. Khi thể tích dịch nha trong thùng còn 50 hl thì mở van đường ống nhỏ để tháo tiếp dịch nha cho đến hết, điều này để tránh cho sự xáo trộn lớp cặn ở gần đáy thùng. Sau cùng mở van đáy để xả bỏ cặn lắng, đồng thời dùng nước nóng (100oC) để đuổi hết dịch nha còn dư trong thùng lắng và đường ống. 3.2.2.2.2 Làm lạnh nhanh a. Mục đích Đưa nước nước nha từ nhiệt độ 96 - 98oC (sau khi ra khỏi thùng lắng cặn) về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men: Sử dụng men mới: 15oC Sử dụng men thu hồi: 8oC Cần phải hạ nhanh nhiệt độ dịch đường vì: Ở vùng nhiệt độ từ 40¸50oC rất dễ tạo cơ hội cho vi sinh vật ưa nhiệt xâm nhập vào dịch đường, gây chua cho dịch đường (như các loại vi khuẩn lactic, acetic..). Tăng hiệu quả kinh tế. b. Cấu tạo thiết bị và nguyên tắc hoạt động Thiết bị do nhà cung cấp Alfa Laval, Đức sản xuất. Là loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm (plate heat exchanger), được ứng dụng rộng rãi để thanh trùng hay gia nhiệt/làm lạnh các loại chất lỏng trong công nghệ sữa, thức uống, thực phẩm dạng lỏng hay nhớt. Thiết bị này cũng như hầu hết tất cả các thiết bị trong dây chuyền đều được điều khiển tự động tại bảng điều khiển chung với cả hệ thống trong khu vực APV. Các van được điều chỉnh bằng tay. Hình 5.3: Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt gồm nhiều tấm kim loại gợn sóng (corrugated metal plate) ghép chặt với nhau tạo thành 4 khu vực trao đổi nhiệt riêng biệt, gọi là 4 vỉ trao đổi nhiệt. Hai vỉ liên tiếp ngăn cách với nhau bằng 1 tấm kim loại dày gọi là tấm nối (connection plate). Ngoài cùng của thiết bị có 2 tấm kim loại dày hơn, to hơn tấm nối gồm thứ nhất là tấm khung (frame plate) được hàn chặt và bắt ốc vào bộ khung, thứ hai là tấm chịu áp (pressure plate). Người ta bố trí các thanh kim loại (tightening bolt) ở 2 bên thiết bị, có đai ốc ép chặt tấm khung và tấm chịu áp để giữ cho các tấm trao đổi nhiệt ép kín lại với nhau. Các tấm truyền nhiệt được bố trí sao cho phân phối các dòng chảy vào giữa các khe song song ngược chiều. Quá trình xảy ra trong thiết bị là truyền nhiệt gián tiếp qua tấm kim loại mỏng giữa 2 dòng lưu chất chuyển động ngược chiều theo 2 cơ chế. Truyền nhiệt đối lưu trong lòng mỗi dòng lưu chất. Truyền nhiệt do dẫn nhiệt qua tấm kim loại. Các tấm được chế tạo có dạng lượn sóng để tạo dòng chảy rối, làm tăng hiệu quả truyền nhiệt. Hình 6.3: Cơ chế truyền nhiệt giữa dịch nha và nước b. Cách tiến hành Thiết bị được chia làm 4 vùng: Vùng 1: dùng tác nhân giải nhiệt là nước. Sử dụng từ nguồn nước cấp của thành phố. Sau khi trao đổi nhiệt, nước được bơm vào bồn để tận dụng làm vệ sinh thiết bị, Vùng 2 và 3: dùng tác nhân giải nhiệt cũng là nước. Sau khi trao đổi nhiệt, nước sẽ được giải nhiệt lại bằng 2 tháp giải nhiệt đặt ở ngoài trời trên sân thượng của phân xưởng, sau đó nó được bơm tuần hoàn trở lại để giải nhiệt lại nước nha. Vùng 4: chất tải lạnh là glyclol được cấp bằng van điều chỉnh lưu lượng 1 cách tự động. Nhiệt độ dịch nha được làm lạnh xuống nhiệt độ yêu cầu. Bảng 5.3: Nhiệt độ các vùng trong thiết bị làm lạnh Nhiệt độ (oC) Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 Vùng 4 H2O Dịch nha H2O Dịch nha H2O Dịch nha Glycol Dịch nha Đầu vào 32 96 32 70 32 50 -12 35 Đầu ra 76 70 43 50 43 35 14 8 -15 Ưu điểm của việc sử dụng glycol làm chất tải lạnh: - Không màu, không mùi khi lẫn vào thực phẩm. - Không ăn mòn thiết bị. c. Sự cố và cách khắc phục Sự cố Cách khắc phục Dịch nha và nước bị trộn lẫn. Kiểm tra lại và đặt đúng vị các đường ống, các khớp nối, các tấm trao đổi nhiệt, các miếng đệm. Rò rỉ giữa các tấm trao đổi nhiệt Đánh dấu vùng rò rỉ, kiểm tra tấm trao đổi nhiệt hư hỏng, đồng thời kiểm tra luôn chiều dài giữa tấm không và tấm chịu áp để xem việc xiết thanh trụ (tightening bolt) có quá chặt hay quá lỏng không Sau đó: Đặt các tấm đệm lại đúng vị trí nếu bị lỏng, lệch; thay các tấm đệm tấm trao đổi nhiệt, thay các thanh trụ (tightening bolt) nếu hỏng. Lắp đặt các tấm đúng vị trị A-B-A, ghép các bộ phận đúng vị trí. Bề mặt của tấm trao đổi nhiệt bị dơ bẩn làm hiệu quả truyền nhiệt kém Cọ rửa bằng bàn chải và dội nước. Dùng vòi phun áp suất mạnh. Sự cố về trao đổi nhiệt Đo nhiệt độ vào, ra thiết bị, tốc độ dòng chảy của cả nước và dịch nha (nếu có thể). Tính toán xem quá trình trao đổi nhiệt có đạt yêu cầu hay không. Nếu khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị giảm thì cần làm sạch tấm trao đổi nhiệt do có thể bị cặn bẩn, có thể dùng vệ sinh tự động hay tháo mở thiết bị để vệ sinh bằng tay. Sục không khí vô trùng a. Mục đích Khi đun sôi dịch nha với hoa houblon, hầu như toàn bộ lượng oxy trong dịch nha đã bay ra ngoài theo hơi nước. Do đó, ta phải nạp không khí vô trùng có chứa oxy để nấm men sống và phát triển , đặc biệt là quá trình sinh sản ở giai đoạn đầu để đảm bảo lượng sinh khối tối đa cho quá trình lên men. b. Cách tiến hành Trên đường ống bơm dịch nha về tank, người ta sẽ sục không khí vô trùng vào thẳng trong đường ống, với nồng độ 8 -10ppm (8 -10mg/lít dịch nha). Tuy dịch nha được nạp vào tank nhiều lần cho đến khi đủ dung tích nhưng O2 chỉ được sục vào trong lần đầu tiên. Cách xử lý không khí trước khi sục vào dịch nha: không khí được dẫn qua bình lọc bông gòn giữ bụi cơ học rồi khử trùng bằng tia cực tím. 3.2.2.3 Xưởng lên men 3.2.2.3.1 Men giống Công ty bia Sài Gòn sử dụng chủng men S. carlsbergensis là chủng lên men chìm ở nhiệt độ thấp. 3.2.2.3.2 Nhân men giống - Quá trình nhân men giống nhằm chuẩn bị lượng men giống ban đầu cần thiết, đồng thời hoạt hoá tính năng của nấm men. 3.2.2.3.3 Cấy men Cung cấp nấm men, chuẩn bị cho quá trình lên men chính. a. Cách tiến hành Cũng trên đường ống bơm dịch nha về tank, người ta sẽ cấy nấm men vào thẳng trong đường ống đồng thời với sục khí và cũng chỉ cấy trong lần nạp dịch nha đầu tiên. Lượng nấm men bổ sung vào dịch nha được tính sao cho khi châm đủ dịch nha vào tank (cả tank cổ điển lẫn tank out door - TOD) thì mật độ nấm men khoảng 20 triệu tế bào/ml dịch nha Ưu điểm của việc cấy nấm men vào thẳng ống dẫn nước nha: làm cho nấm men phân bố đều vào toàn bộ khối nước nha ban đầu và tạo điều kiện cho chúng sinh trưởng nhanh hơn. Nấm men dùng để cấy có 2 dạng: Nấm men mới Nấm men thu hồi Chế phẩm Maturex L a. Đặc điểm Là chất lỏng màu nâu có tỷ trọng khoảng 1,2g/ml Bản chất: là enzyme a - acetolactate decarboxylase b. Tác dụng Diacetyl là một chất được tạo thành từ a - acetolactate nhờ phản ứng nonenzymatic oxidative decarboxylation, như là một chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp các acid amin valine và leucine Quá trình khử diacetyl là rất quan trọng để có thể đạt được hương vị bia như mong muốn. Lên men chính a. Mục đích Chuyển hóa đường và các dextrin bậc thấp thành etanol, CO2 và một số sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men. b. Các biến đổi chính * Sinh học: sự sinh sản, trao đổi chất của nấm men. Nấm men chuyển hoá phần lớn đường và một ít dextrin bậc thấp thành etanol, CO2 và một số sản phẩm phụ (aldehyde, ester, rượu cao phân tử, acid hữu cơ,…). + Giai đoạn sinh trưởng hiếu khí: Đây là giai đoạn đầu của quá trình lên men. Ở giai đoạn này nấm men nảy chồi và phát triển rất nhanh, đạt cực đại là ở cuối ngày thứ 3 đồng thời giảm nhanh nồng độ chất hòa tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng dần và sự xuất hiện của nhiều bóng khí to phủ kín bề mặt dịch nha. + Giai đoạn sinh trưởng kị khí: Trong giai đoạn này nấm men vẫn tiếp tục sinh trưởng nhưng trong điều kiện không có O2 và nồng độ đường thấp. Quá trình lên men bắt đầu chuyển từ kiểu lên men hiếu khí sang lên men kỵ khí (tạo C2H5OH, CO2 và một số sản phảm phụ khác). * Hóa sinh: các quá trình trao đổi glucid, trao đổi các hợp chất chứa nitơ, trao đổi lipid. Trong quá trình lên men diễn ra sự trao đổi glulcid ở tế bào nấm men chủ yếu bao gồm: Sự thủy phân của các loại đường disacharide, trisaccharide,…thành glucose dưới xúc tác của một số enzym tương ứng như: maliase, invertase melibiase,… Chuyển hoá glycose thnh etanol và CO2. Ngoài ra còn chuyển hoá các loại đường khác thành các loại rượu như propylic, izopropylic, amilic… Sự trao đổi lipid Trong quá trình sinh trưởng và phát triển hiếu khí thường kèm theo quá trình tổng hợp các acid béo và sterol ở nấm men. Các chất này là thành phần quan trọng của tế bào. Sự trao đổi các hợp chất nitơ Các hợp chất nitơ có trong dịch nha gạo gồm: các phân đoạn protein, các muối amoni, các purite, nucleotide… Trong số các hợp chất này thì các muối amoni vô cơ và các acid amin sẽ được nấm men sử dụng như nguồn cung cấp nitơ phục vụ cho quá trình sinh trưởng và trao đổi chất. * Hoá học: quan trọng nhất là sự tác dụng của acid hữu cơ và rượu tạo ester. Sự thay đổi hàm lượng chất khô trong quá trình lên men, nấm men sử dụng đường trong dịch nha để tăng sinh khối và lên men ethanol. Do đó nồng độ chất khô trong dịch lên men sẽ giảm dần. Người ta dựa vào sự thay đổi Balling làm thông số điều khiển quá trình lên men. Độ Balling trước quá trình lên men là 13o Balling (Độ Balling nguyên thủy). Tùy theo từng loại bia mà kết thúc quá trình lên men chính và lên men phụ có độ Balling khác nhau. Sự thay đổi pH Sau khi kết thúc quá trình lên men chính pH giảm còn khoảng 4,4÷4,5. Hiện tượng giảm pH trong quá trình lên men là do sự hình thành acid H2CO3 (do CO2 sinh ra trong quá trình lên men hòa tan vào nước), sự vận chuyển ion H+ qua màng tế bào và hình thành nên các acid hữu cơ. Trong quá trình trao đổi chất của nấm nem như acetic, acid, formic, acid lactic, acid citric … Sự thay đổi hàm lượng khoáng chất trong quá trình lên men, nấm men đã sử dụng một số kim loại cần cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men như: Ca2+; Mg2+; Fe2+; Mn2+; Co2+; K+; Ni2+ và Zn2+. Dịch nha được xem là nguồn cung cấp các thành phần khoáng cần thiết cho nấm men. Vì vậy trong quá trình nấu dịch nha cần bổ xung thêm Ca2+ và Zn2+ * Sự tạo thành các ester: Các ester được tạo thành vào cuối giai đoạn lên men chính nhờ phản ứng ester hóa giữa alcol và các acid hữu cơ sinh ra trong quá trình lên men. Các loại ester này tạo nên hương đặc trưng cho bia thành phẩm. * Hoá lý Sự hình thành bọt: Bọt được tạo thành trong quá trình lên men chính nhờ sự giải phóng các khí ở dạng không liên kết đặc biệt là CO2. Do bản chất của dịch nha là hệ keo gồm các hợp chất có tính hoạt động bề mặt như protein, palyphenol, chất đắng…Các chất này tạo nên một lớp hấp phụ trên bề mặt các bóng khí do đó khí khó thoát khỏi bóng này và tạo thành bọt mịn. Những bọt này có xu hướng thoát lên trên bề mặt tạo nên sự khuấy trộn trong quá trình lên men. Sự hòa tan khí CO2: Độ hòa tan của CO2 trong dịch lên men thấp hơn trong nước đồng thời hàm lượng CO2 sinh ra tăng nhanh cùng hàm lượng ethanol. Do đó, một phần CO2 tồn tại trong dịch men dưới dạng liên kết với một số thành phần khác như protein, ester. Phần CO2 còn lại có xu hướng thoát lên trên bề mặt tạo lên sự tự khuấy đảo dịch lên men (diễn ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình giữ ổn định nhiệt). Các acid hữu cơ tạo thành làm giảm pH: pH từ 5,3 ¸ 5,6 ở dịch đường ban đầu giảm về pH = 4,2 ¸ 4,6 trong bia non. Do thay đổi các tác nhân kỹ thuật như O2, pH, to sẽ dẫn tới sự keo tụ protein do các protein biến tính dần (mất dần điện tích). Điều này dẫn tới sự thay đổi lớn độ nhớt trong bia non, ảnh hưởng đến sự liên kết và độ mịn của lớp bọt trong bia non. * Vật lý: quan trọng nhất là quá trình tỏa nhiệt. Do đó, trong thiết bị lên men phải có hệ thống làm lạnh để điều chỉnh nhiệt độ dịch lên men. Nhiệt độ lên men Trong quá trình lên men chính yếu tố nhiệt độ đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men và từ đó ảnh hưởng đến chất lượng của bia non. Nhiệt độ trong quá trình lên men tăng dần do quá trình trao đổi chất của nấm men kèm theo hiện tượng giải phóng nhiệt. Do đó, để đảm bảo nhiệt độ luôn ổn định người ta thường điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình lên men một cách tự động. Việc điều chỉnh nhiệt độ tùy thuộc vào đời men + Đối với men mới luôn giữ ổn định ở 150C + Men thu hồi lần 1 sẽ giữ ổn định ở 12oC + Men thu hồi lần 2 sẽ giữ ổn định ở 9oC + Đối với men thu hồi lần 3 tới lần 8 sẽ giữ ổn định ở 8oC Sau khi kết thúc lên men chính hạ nhiệt độ từ từ xuống 2oC nhằm tạo điều kiện cho quá trình lắng men và tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lên men phụ. Áp suất lên men Áp suất lên men tăng dần do sự tạo thành khí CO2 và từ quá trình chuyển hóa đường glucose. Do đó tank lên men có nắp thiết bị điều áp tự động. Trong suốt quá trình lên men, nồng độ chất khô bị giảm Nấm men tiêu tốn một phần để cung cấp năng lượng cho việc phát triển sinh khối. Một số sản phẩm tạo thành là những hợp chất dễ bay hơi. Một phần bị kết lắng. 3.2.2.3.5.1 Các giai đoạn chủ yếu trong quá trình lên men chính a. Giai đoạn 1: gồm 2 ngày đầu tiên Nấm men sẽ nẩy chồi, phát triển mạnh dần và sinh khối đạt cực đại ở cuối ngày thức hai. Sự giảm dần nồng độ chất hoà tan trong dung dịch đường (giảm 0,3 - 0,5%). Nhiệt độ tăng dần (tăng 0,50C). Xuất hiện nhiều bóng khí to, thô bám xung quanh thùng, và ở cuối ngày thứ 2 có thể tạo ra một lớp bọt mỏng gồm nhiều bóng khí CO2 ở trên bề mặt môi trường lên men (bọt nhỏ, mịn và trắng). b. Giai đoạn 2: gồm 2 ngày kế tiếp Quá trình lên men bắt đầu chuyển từ lên men hiếu khí (để t