Đồ án Thiết kế quy trình công nghệ nhà máy sản xuất bia 22 triệu lít/năm

ại lợi ích kinh tế cho nhà đầu tư và cho cả địa phương. CHƯƠNG II GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu chính nhà máy dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nước và nguyên liệu thay thế là ngô đã tách phôi. 2.1. Malt đại mạch: Malt đại mạch là hạt đại mạch đã nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm nhân tạo xác định. Malt đại mạch qua quá trình nảy mầm sẽ tích luỹ một lượng lớn các enzim trong hạt, chủ yếu là amylaza. Ngoài amylaza trong hạt còn tích luỹ các enzim khác như proteaza, xitaza... Trong sản xuất bia, malt đại mạch vừa là tác nhân đường hoá (nhờ hệ enzim có trong malt) vừa là nguyên liệu chính dùng để nấu bia, để tạo nên sản phẩm bia. Yêu cầu của malt đại mạch trong sản xuất bia: -Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, có màu vàng sáng đều, không được có mùi vị lạ, không được mốc và không hôi khói. -Kích thước hạt malt phải đồng điều: Hạt trên sàng 2,8 mm và 2,5 mm chiếm 94%, hạt dưới sàng 2,2 mm không quá 0,5%. -Khối lượng riêng của malt trong khoảng 520-600g/l -Độ ẩm của malt không quá 6%. -Độ chiết của malt: 75-82%. -Thời gian đường hoá: 10-35 phút, hoạt lực amylaza đạt 100-300 đơn vị, hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt nhưng hàm lượng protein phải nằm trong khoảng 9-12%, nếu cao hơn bia sẽ đục, rất khó bảo quản, còn nếu thấp hơn thì bia kém bọt, vị kém đậm đà. Nhà máy sử dụng malt nhập ngoại từ các nước Anh, Đan Mạch, Pháp chủ yếu là của Anh. Malt sau khi về nhà máy được kiểm tra chất lượng sau đó được bảo quản ở kho chứa, thời gian dự trữ khoảng một tháng, trong quá trình bảo quản thường xuyên theo dõi nhiệt độ, độ ẩm trong kho để xử lý kịp thời. 2.2. Hoa houblon: Hoa houblon là nguyên liệu không thể thay thế trong công nghệ sản xuất bia. Chính hoa houblon đã truyền mùi thơm và vị đắng dễ chịu cho bia. Trong công nghệ sản xuất bia hoa houblon được sử dung dưới nhiếu dạng khác nhau: -Dạng hoa nguyên cánh: Làm tăng chất lượng của bia, lực đắng hoa nguyên ít nhưng thơm hơn các dạng khác, tuy nhiên việc bảo quản hoa nguyên khó khăn, vận chuyển không thuận lợi và không kinh tế đối với nước không sản xuất được. -Dạng chế phẩm: Dạng cao hoa, hoa viên, dạng đồng phân. Nhà máy sử dung 1/3 lượng hoa dưới dạng cao hoa và 2/3 còn lại là hoa nguyên cánh. Thành phần của hoa houbon gồm nhiều chất khác nhau nhưng những chất có giá trị quan trọng là nhựa houblon, tanin và tinh dầu. +Nhựa hoa houblon bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm, nhựa mềm gồm có nhựa mềm và nhựa mềm. Trong nhựa mềm có các axit đắng như: -axit đắng. Vị đắng của bia chủ yếu là do axit đắng tạo nên còn các dẫn xuất tạo nên vị đắng hài hoà dễ chịu. +Tanin: Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước, dễ bị oxy hoá nên nó bảo vệ nhựa hoa houblon, đặc biệt là axit đắng khỏi bị oxy hoá, tham gia vào việc hoàn thiện vị cho bia. Trong quá trình nấu bia, hầu hết các 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 khoảng10-20% là polyphenol của hoa, góp phần giữ bọt cho bia, tăng khả năng sát trùng dịch đường và bia. +Tinh dầu của hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydrat cacbon và nhiều hợp chất chứa oxy dạng tecpen. Chính tinh dầu làm cho hoa có mùi thơm đặc trưng, tuy nhiên nó chuyển vào bia với lượng không đáng kể vì nó không hoà tan trong nước nhưng lại dễ bay hơi theo hơi nước. Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay hơi, chỉ còn 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 oxy hoá, do đó không dùng hoa củ để sản xuất bia, vì các sản phẩm chuyển hoá của tinh dầu nếu đưa vào bia sẽ làm giảm chất lượng của bia. Nhà máy sử dụng hoa nguyên cánh và cao hoa, để giữ cho chất lượng của hoa không thay đổi thì hoa sau khi nhập về được bảo quản trong kho ở nhiệt độ thấp (gần 00C), kho được cách ẩm cách nhiệt tốt. 2.3. Nước: Nước là một nguyên liệu quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm khoảng 90%. Trong nhà máy bia nước được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: Xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, thanh trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp...Do đó lượng nước dùng trong nhà máy bia rất lớn. Tuy lượng nước dùng để nấu bia không nhiều nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bia, do đó nước dùng để nấu bia phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau: -Nước dùng để nấu bia trước hết phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không có mùi vị lạ và không chứa vi sinh vật gây bệnh. -Nước có độ cứng trung bình 5-6mg đương lượng/lit, pH=6,8-7,3. Độ oxy hoá không vượt quá 1-2mg/lit, hàm lượng cặn không vượt quá 600 mg/lit. -Các chỉ tiêu sinh học: Chuẩn độ Coli 300ml, chỉ số Coli 3. -Hàm lượng tối đa của kim loại: Sắt : 0,3mg/lit Mangan: 0,05mg/lit Magiê: 125mg/lit Chì :0,1 mg/lit Đồng: 3mg/lit Kẽm :5mg/lit Flo : 1mg/lit Selen :0,05mg/lit Nitrat: 35mg/lit Sunphat: 60-80mg/lit không vượt quá 250mg/lit . -Không được có mặt xianua, thuỷ ngân, bari, crom, amoniac, sunphuahydro, nitric. Nước có ảnh hưởng lớn đến tiến trình công nghệ và chất lượng sản phẩm, đối với quá trình nấu bia nó làm thay đổi pH của dịch cháo do đó ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân xảy ra trong khi nấu bia, nếu pH tăng quá trình thuỷ phân giảm do các enzim thuỷ phân hoạt động thích hợp ở pH axit, bia được sản xuất từ dịch đường có pH khá cao thường có vị đắng khó chịu và giảm độ bền sinh học. Ngược lại, nếu nước làm tăng độ axit tự nhiên, độ axit tự nhiên tăng trong một giới hạn nào đó thì khả năng hoạt động của enzim tăng lên, tăng khả năng thuỷ phân trong quá trình nấu, nhưng độ axit tăng quá mức sẽ ức chế hoạt động của các enzim. Đối với quá trình lên men, nếu nước chứa nhiều sắt làm chu kỳ sinh trưởng và phát triển của nấm men bị rút ngắn, làm quá trình lên men bị xáo trộn, nếu nước chứa nhiều ion Nitrat làm ức chế hoặc tiêu diệt tế bào nấm men, làm đình chỉ quá trình lên men . Đối với chất lượng sản phẩm: Vì nước chiếm khoảng 90% khối lượng sản phẩm nên nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. 2.4. Ngô: Ngô có các loại như ngô răng ngựa, ngô đá, ngô bột. Nhà máy sử dụng ngô bột đã tách phôi với hàm lượng tinh bột từ 77-84%. Việc sử dụng ngô làm nguyên liệu thay thế sẽ làm giảm giá thành sản phẩm, đa dạng hoá sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, giúp chủ động nguồn nguyên liệu vì ngô thường có nhiều ở các địa phương, giúp tiêu thụ nông sản ở địa phương. Yêu cầu của ngô đưa vào sản xuất phải có màu trắng đục (hàm lương tinh bột cao), kích thước hạt đồng đều, hạt ngô sạch, đã tách phôi hoàn toàn. Ngô được thu mua từ các cơ sở chế biến ở các vùng trồng ngô ở. Khi nhập về nhà máy ngô được bảo quản trong kho chứa. Để đảm bảo chất lượng của ngô thời gian bảo quản dự trữ là 10 ngày và thường xuyên kiểm tra nhiệt độ, độ ẩm trong kho chứa để kịp thời xử lý. CHƯƠNG III CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1.Sơ đồ công nghệ sản xuất bia: Malt Ngô đã tách phôi Làm sạch Làm sạch Nghiền 10% so với lượng ngô Nghiền Nước Hoà malt Hoà bột Nước Hơi Đạm hoá Hồ hoá Hơi Đun sôi Hơi Hội cháo Hơi Đường hoá Lọc dịch đường Bã hèm Hoa houblon Houblon hoá Hơi Tách bã hoa Bã hoa Lắng trong Cặn Chất tải lạnh Làm lạnh Nuôi cấy Men giống Lên men chính C02 Men cái Lên men phụ và tàng trữ bia Nấm men giống Lọc bia Xử lý Ổn định bia Hoạt hoá Chai đạt tiêu chuẩn Chiết-Đóng nắp Thanh trùng Dán nhãn Thành phẩm 3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: 3.2.1. Nguyên liệu: Malt và ngô đã tách phôi trước khi nhập vào kho chứa phải qua khâu kiểm tra chất lượng. 3.2.2. Làm sạch: 3.2.2.1. Mục đích: Malt và ngô đã tách phôi trước khi đem vào sản xuất bia cần phải có quá trình làm sạch để tách hết bụi bẩn, các tạp chất lớn như lông chim, lá khô, loại bỏ tạp chất kim loại lẫn trong nguyên liệu, đối với malt còn để loại bỏ phần rễ, mầm còn sót lại để đảm bảo malt và ngô đã tách phôi được sạch, khích thước hạt đồng đều, không ảnh hưởng đến chất lượng của bia, thuận lợi cho quá trình nghiền. 3.2.2.2. Tiến hành: Nguyên liệu malt và ngô đã tách phôi sau khi định lượng để đấu trộn đúng tỉ lệ và đúng lượng thì được đưa qua máy làm sạch, sau đó qua bộ phận tách từ để loại bỏ tạp chất có từ tính rồi cho vào máy nghiền. 3.2.3 Nghiền nguyên liệu: 3.2.3.1. Mục đích nghiền: Mục đích của việc nghiền malt là nhằm phá vỡ cấu trúc của hạt, tạo điều kiện thuận lợi và thúc đẩy các quá trình sinh, lí, hoáï xảy ra trong nguyên liệu khi nấu để thu được một dịch đường có nồng độ các chất cao nhất từ nguyên liệu ban đầu. 3.2.3.2. Yêu cầu kỹ thuật khi nghiền malt: Đối với malt: - Vỏ malt giữ được càng nguyên càng tốt, yêu cầu này xuất phát từ 2 lí do sau: -Thứ nhất, trong vỏ trấu, ngoài thành phần chủ yếu là xenluloza, không có khả năng hoà tan, thì còn có một số chất có khả năng hoà tan vào dịch đường khi nấu, làm thay đổi vị và màu của dịch đường như các chất tanin, các chất đắng, các chất khoáng hoà tan... và kết quả là sẽ làm giảm chất lượng của bia. Nếu giữ nguyên được vỏ malt thì sẽ ngăn chặn được việc chuyển các chất này từ vỏ vào dung dịch. -Thứ hai là, vỏ malt càng nguyên càng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc, nâng cao vận tốc và hiệu suất lọc. -Nội nhủ chứa những chất cần thiết cho dịch đường, sau này trở thành những chất khô cần thiết cho dịch lên men, do đó nội nhủ phải được nghiền nhỏ. Tuy nhiên nếu tỷ lệ bột và tấm mịn, nhất là bột quá cao thì lọc dịch đường sẽ khó khăn và cuối cùng cũng làm giảm hiệu suất thu hồi. Vì vậy, khi nghiền cần tạo tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột phù hợp với từng loại thiết bị lọc Nhà máy sử dụng thiết bị lọc khung bản nên tỷ lệ này cần là : Vỏ: 9 - 12% Tấm thô: 12 - 15% Tấm mịn: 30 - 35% Bột: 40 - 45% [VIII-41] *Đối với ngô cần nghiện mịn để tăng cường sự thuỷ phân. 3.2.3.3. Phương pháp thực hiện : Có 3 phương pháp nghiền malt là nghiền khô, nghiền ẩm, nghiền ướt. Chọn nghiền ẩm cho malt, tức là malt trước khi vào máy nghiền được làm sạch và tách khỏi các tạp chất có từ tính, rồi được phun ẩm bổ sung 2% bằng nước nóng để làm tăng độ dai của vỏ, giữ vỏ nguyên hơn. Sử dụng máy nghiền hai cặp trục để nghiền malt và máy nghiền búa để nghiền ngô. 3.2.4. Nấu nguyên liệu : 3.2.4.1. Mục đích : Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động của các hệ enzim thuỷ phân. 3.2.4.2. Phương pháp nấu: Có hai phương pháp nấu bia là phương pháp ngâm và phương pháp đun sôi. Đặc trưng của phương pháp ngâm là toàn bộ khối nấu được nâng nhiệt và giữ nhiệt tại các mức theo yêu cầu của công nghệ (45 - 500C, 60 - 650C, 70 -750C) trong thời gian thích hợp, sau đó có thể nâng nhiệt độ của toàn khối nấu lên 780C và chuyển sang thiết bị lọc. Ưu điểm của phương pháp ngâm là thời gian nấu ngắn nên ít tốn năng lượng nhưng có nhược điểm là khối nấu không được đun sôi nên đường hoá có thể không triệt để. Còn đặc trưng của phương pháp đun sôi là trích một phần của khối nấu đem đun sôi và sau đó trộn lẫn với phần chưa đun sôi nhằm mục đích nâng và giữ nhiệt độ của khối nấu qua các mức theo các yêu cầu công nghệ. Có thể tiến hành đun sôi một lần, hai lần hoặc ba lần. Ưu điểm của phương pháp đun sôi là phá vỡ triệt để cấu trúc tế bào tinh bột nên tăng hiệu suất của quá trình thuỷ phân và cũng ngược lại với phương pháp ngâm, phương pháp đun sôi có những nhược điểm là thời gian nấu kéo dài, tốn nhiều năng lượng, dưới tác dụng của nhiệt độ cao có thể xảy ra một số phản ứng phụ không cần thiết. Vì nhà máy có sử dụng 15% nguyên liệu thay thế nên dựa trên việc phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp ta thấy sử dụng phương pháp đun sôi và chỉ đun sôi một lần là hợp lý nhất. 3.2.4.3 Tiến hành nấu: Sau khi nghiền xong, nguyên liệu nên được đem đi nấu ngay vì nếu để lâu bột nghiền sẽ bị chua làm giảm chất lượng bột nghiền, ảnh hưởng đến chất lượng của bán thành phẩm và thành phẩm sau này. Các bước tiến hành: Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu: nước nấu là: Malt: Nước = 1 kg: 3,5 lít Ngô: Nước = 1 kg: 4,5 lít Nồi ngô: Ngô đã nghiền mịn với 10% bột malt lót (so với tổng lượng ngô) được đem vào phối trộn với nước ấm 320C theo đúng tỷ lệ trên và bật cánh khuấy để khuấy trộn 5 phút. Khi phối trộn xong, nhiệt độ chung của nồi nấu sẽ hạ xuống khoảng 300C, bổ sung axít lactic để hạ pH xuống còn 5,6. Sau đó nâng nhiệt độ của khối nấu lên 660C với tốc độ khoảng 10C/phút và giữ nhiệt độ này 30 phút để hồ hoá tinh bột. Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi trong 30 phút và giữ sôi 30 phút. Trong suốt quá trình nấu ngô phải khuấy trộn liên tục để tránh khê sít ở đáy nồi, vận tốc của cánh khuấy trong khoảng 30 - 40 vòng/phút. Nồi malt : Khi nồi ngô đã bắt đầu nâng nhiệt để đun sôi thì nồi malt cũng cho nước ấm 320C vào trước rồi tiến hành xuống bột hoà malt trong 10 phút. Dùng axít lactic để hạ pH của môi trường đến 5,6 rồi tiến hành nâng nhiệt độ lên 520C cũng với tốc độ nâng 10C/phút, giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hoá. Phải tính toán sao cho khi nồi cháo ngô đun sôi xong thì quá trình đạm hoá ở nồi malt cũng vừa kết thúc. Bơm cháo ngô sang nồi malt để hội cháo, mất khoảng 10 phút. Khi hội cháo xong thì điều chỉnh nhiệt độ chung của toàn khối sao cho đạt 630C, giữ ở 630C trong 30 phút để tạo điều kiện cho enzim -amylaza thuỷ phân tinh bột. Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ của khối dịch lên 730C trong vòng 10 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để enzim a_amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột. Cuối cùng nâng nhiệt độ của toàn khối nấu lên 780C trong vòng 5 phút rồi sau đó bơm dịch đi lọc. SƠ ĐỒ NÂNG VÀ GIỮ NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH NẤU 30’ 30’ 30’ 10’ 30’ 30’ 10’ 30’ 10’ 30’ 5’ °C 30’ Cháo ngô Cháo malt Dịch cháo hỗn hợp 3.2.5. Lọc dịch đường : 3.2.5.1. Mục đích: Dịch đường hoá bao gồm các chất hoà tan và chất không hoà tan nên cần phải lọc để tách các chất hoà tan ra khỏi các chất không hoà tan. 3.2.5.2.Tiến hành lọc dịch đường : Quá trình lọc dịch đường gồm hai giai đoạn: Lọc dịch và rửa bã. Sử dụng thiết bị lọc ép khung bản để lọc dịch đường. Trước khi lọc tiến hành bơm nước nóng 800C vào đầy khoảng không gian giữa khung và bản để thử độ kín của thiết bị và làm nóng thiết bị để tránh tổn thất nhiệt khi bơm dịch cháo vào. Sau đó mở các van để tháo nước nóng ra và dịch cháo được bơm vào ngay. Trong vòng 10 - 15 phút đầu tiên, dịch đường chảy ra còn đục nên bơm hồi lưu về nồi đường hoá. Khi dịch đường đạt được độ trong cần thiết thì cho qua thiết bị houblon hoá. Sau khi lấy hết dịch cốt thì tiến hành rửa bã để thu hồi các chất hoà tan còn sót trong bã. Dùng nước nóng 780C để rửa bã và nước rửa bã cho chảy chung vào nồi houblon hoá. Việc rửa bã kết thúc khi nồng độ chất khô trong nước rửa còn khoảng 1%. Nếu rửa kỹ quá thì làm cho dịch đường bị loãng và các chất chát, chất đắng của vỏ nguyên liệu sẽ chuyển vào dịch đường làm cho bia có mùi vị khó chịu. Yêu cầu dịch đường thu được phải trong hoàn toàn, nếu dịch đường đục sẽ làm giảm chất lượng của bia và có thể đó cũng là nguyên nhân làm cho bia kém trong. Sau khi rửa xong thì bã được tháo và đưa ra ngoài còn thiết bị phải vệ sinh, sát trùng để chuẩn bị cho mẻ lọc sau. 3.2.6. Houblon hoá : 3.2.6.1. Mục đích của việc houblon hoá: Mục đích đun sôi dịch đường với hoa houblon là để ổn định thành phần của dịch đường, truyền cho bia có mùi và vị của hoa houblon, làm cho dịch đường đạt nồng độ theo yêu cầu, làm keo tụ các protein, vô hoạt các enzim và thanh trùng dịch đường. 3.2.6.2. Tiến hành houblon hoá : Việc houblon hoá dịch đường được tiến hành sao cho đảm bảo các yêu cầu sau: 1). Đủ độ đắng cho bia nhưng chi phí hoa ít nhất. 2). Đủ các chất và thời gian cần thiết để kết lắng protein. 3). Đảm bảo được lượng hương thơm tồn tại trong hoa. 4). Dễ thao tác và hiệu quả kinh tế cao nhất. Thiết bị houblon hoá về cấu tạo cũng giống với thiết bị nấu nhưng bề mặt truyền nhiệt lớn hơn viì cần bốc hơi một lượng lớn hơi nước trong quá trình houblon hoá, về vật liệu cấu tạo thì tốt nhất là làm bằng thép không gỉ. Quá trình houblon hoá được tiến hành như sau : Dịch đường sau khi lọc được cho thẳng vào nồi houblon hoá. Khi dịch vừa lấp đầy đáy nồi thì bắt đầu cấp nhiệt để nâng và giữ nhiệt độ của dịch đường ở khoảng 70-750C nhằm tạo điều kiện cho enzim a_amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột sót. Khi nước rửa bả chảy vào gần hết thì bắt đầu nâng nhiệt sao cho khi giọt nước cuối cùng rơi vào nồi thì dịch đường cũng bắt đầu sôi. Nhà máy sử dụng hoa houblon với lượng 2g /lít dịch đường ở hai dạng hoa nguyên cánh và dạng cao hoa. Dạng hoa nguyên cánh chiếm 2/3 lượng hoa, dạng cao hoa chiếm 1/3. Việc cho hoa vào nồi theo thứ tự như sau để đảm bão đủ lực đắng, đủ thời gian và mùi thơm: Cao hoa cho vào lúc dịch đường vừa bơm đầy nồi nấu. 1/2 lượng hoa nguyên cánh cho vào sau khi sôi 30 phút. 1/2 lượng hoa nguyên cánh còn lại cho vào lúc trước khi kết thúc quá trình nấu 30 phút. Chỉ số đầu tiên và cơ bản để xác định điểm kết thúc quá trình houblon là nồng độ của dịch đường, còn chỉ số khác là sự có mặt của các kết tủa protein và độ trong của dịch đường. Tổng thời gian đun sôi là khoảng 2 giờ. 3.2.7. Tách bã hoa: Sau khi đun sôi xong, dịch đường được chuyển sang thùng lọc bã hoa để tách dịch đường ra ngoài còn bã thì được giữ lại bên trong. Sau khi giải phóng hết dịch đường, thiết bị houblon hoá được tráng qua nước nóng, nước tráng này được dùng để rửa bã hoa, nước rửa bã được dùng vào việc đường hoá mẻ sau hoặc bổ sung vào dịch đường ở phân đoạn nấu hoa. Bã được thu gom và chuyển ra ngoài như một loại phế thải. Dịch đường nóng nhờ bơm ly tâm chuyển đến thiết bị lắng trong và làm lạnh. 3.2.8. Lắng trong và làm lạnh: 3.2.8.1. Mục đích: Mục đích của quá trình lắng trong và làm lạnh là hạ nhiệt độ dịch đường đến nhiệt độ lên men, kết tủa các huyền phù và bão hoà ôxy cho dịch đường. 3.2.8.2.Yêu cầu của quá trình lắng trong và làm lạnh: Vì dịch lên men là môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển ở nhiệt độ thấp mà đặc biệt nguy hiểm là từ 400 - 200C bởi vì đây là nhiệt độ thích hợp nhất cho sự phát triển của các vi sinh vật gây hại cho bia như vi khuẩn lên men axetic, vi khuẩn lên men lactic.... Do đó để tránh nhiễm khuẩn cho dịch lên men, giai đoạn làm nguội từ nhiệt độ ban đầu đến khoảng 600 - 700C có thể tiến hành chậm. Còn giai đoạn từ 200 - 400C đến nhiệt độ lên men cần tiến hành nhanh và trong thiết bị làm lạnh kín là tốt nhất. 3.2.8.3.Phương pháp tiến hành lắng trong và làm lạnh: Tiến hành lắng trong trong thiết bị Whirlpool và làm lạnh bằng thiết bị làm lạnh bản mỏng với chất tải lạnh là nước lạnh 10C và glycol. Thiết bị Whirlpool có ưu điểm là đảm bảo vô trùng vì dịch đường khi đưa vào thiết bị là vừa đun sôi xong, còn ra khỏi thiết bị cũng ở nhiệt độ rất cao, khoảng 900C và thời gian để lắng trong chỉ khoảng 20 phút. Dịch đường vào thiết bị ở nửa phần dưới và theo phương tiếp tuyến với vận tốc khoảng 10 - 14m/s, dịch đường sẽ chuyển động tròn trong thiết bị. Các kết tủa sẽ lắng xuống tâm của thiết bị. Sau khi để lắng 20 phút, dịch trong được đưa đi làm lạnh đến nhiệt độ lên men còn cặn được loại bỏ. Tại thiết bị làm lạnh, dịch lên men nóng tiến hành trao đổi nhiệt gián tiếp với nước lạnh 10C trước, sau đó trao đổi nhiệt với glycol và nhiệt độ của dịch đường hạ xuống còn khoảng 80C. 3.2.9.Lên men: Lên men là quá trình rất quan trọng trong công nghệ sản xuất bia, nó quyết định đến chất lượng của sản phẩm, ảnh hưởng đến năng suất của nhà máy. 3.2.9.1.Lên men chính: Quá trình lên men xảy ra qua 2 giai đoạn: Lên men chính và lên men phụ. Hai giai đoạn này phân biệt nhau ở các điểm: Các quá trình sinh lý, sinh hoá, hoá lý ở giai đoạn lên men chính xảy ra mạnh hơn, và yêu cầu công nghệ ( nhiệt độ lên men, nồng độ nấm men sử dụng ...) của 2 giai đoạn này cũng khác nhau. a. Mục đích của quá trình lên men chính: Nhờ tác động của enzim vi sinh vật để chuyển hoá đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm khác góp phần tạo nên hương vị cho bia. b. Các quá trình xảy ra khi lên men chính: Khi lên men chính xảy ra các quá trình sinh lý, sinh hoá, hoá lý như sau: Quá trình sinh lý: Quá trình sinh lý thể hiện ở sự sinh sản và phát triển của tế bào nấm men. Dịch lên men là môi trường đủ các chất dinh dưỡng cho quá trình đó. Nấm men sinh trưởng mạnh nhất trong thời kỳ đầu của quá trình lên men chính. Đây là giai đoạn để tăng số lượng tế bào đảm bảo cho quá trình lên men bia, và trong điều kiện lên men bình thường sự sinh trưởng của nấm men kết thúc xa trước khi lên men chính xong. Quá trình sinh hóa: Quá trình sinh hoá cơ bản trong lên men chính là sự chuyển các đường lên men thành rượu và CO2, phần không lên men được chủ yếu là dextrin, protein và các chất khoáng. Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu và CO2 thì trong quá trình lên men còn tạo ra các sản phẩm như glyxerin, axít hữu cơ, rượu bậc cao, este, aldehit... Trong các sản phẩm phụ đó, có những sản phẩm ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của bia như: glyxerin, axít hữu cơ, este, aldehit (hàm lượng thấp). Những chất làm giảm chất lượng của bia như: rượu bậc cao, diketol, H2S, aldehit (hàm lượng cao). Việc lên men phụ và tàng trữ bia sau này sẽ làm giảm một phần các chất có ảnh hưởng xấu đó. Quá trình hóa lýï: Trong quá trình lên men chính, xảy ra những biến đổi hoá lý sau: +Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: pH của môi trường thay đổi trong quá trình lên men, cụ thể là pH giảm đáng kể từ pH=5,6 của dịch lên men xuống còn khoảng 4,2. Sự giảm này là do sự tạo thành CO2, các axít hữu cơ mà chủ yếu là axít suxinic và axít lactic. Các axít làm thay đổi năng lực đệm nên dẫn đến thay đổi pH. Trong dịch đường, chất đệm chủ yếu là muối phosphat: NaH2PO4, Na2HPO4, muối này giữ cho pH ổn định trong khoảng lớn hơn 5,5. Trong quá trình lên men, nấm men hấp thụ những muối này và tạo thành các axít hữu cơ, tạo hệ đệm mới với pH = 4,2 -5,67. +Sự thay đổi thế oxy hoá khử: Trong quá trình lên men thế oxy hoá khử giảm dần và giảm mạnh trong thời kỳ lên men chính. +Sự hoà tan CO2 và tạo bọt: Quá trình lên men tạo 2 sản phẩm chính là CO2 và rượu. Lượng CO2 sinh ra trong quá trình lên men chính là rất lớn, một phần nhỏ (khoảng 0,2%) hoà tan vào bia, còn phần lớn là thải ra ngoài dưới dạng bong bóng khí, các bong bóng này nổi lên bề mặt, dính lại với nhau và tạo thành bọt khí. +Sự kết màng của các tế bào nấm men: Hiện tượng này xảy ra vào cuối thời kỳ lên men chính, khi nấm men kết tụ kéo theo các chất lơ lửng trong bia làm bia trong hơn. Ở cuối thời kỳ lên men chính phải hạ nhiệt độ bia non xuống để nấm men kết lắng tốt hơn. 3.2.9.2. Lên men phụ và tàng trữ bia non : a. Mục đích: Lên men phụ và tàng trữ bia là tiếp tục của quá trình lên men chính nhằm chuyển hoá hết phần đường có khả năng lên men còn lại trong bia để bổ sung thêm CO2 cho bia và hoàn thiện chất lượng bia b. Các quá trình xảy ra khi lên men phụ và tàng trữ bia: + Sự hoà tan và liên kết của CO2 trong bia Trong bia non chứa khoảng 0,2% CO2 mà yêu cầu hàm lượng CO2 trong thành phẩm không nhỏ hơn 0,3% do đó phải bổ sung thêm CO2 cho bia. CO2 sinh ra khi lên men phần đường còn lại trong bia là nguồn bổ sung CO2 cho bia thành phẩm. CO2 sinh ra khi lên men tồn tại ở trạng thái vật lý đặc biệt, nó vừa có dạng một dung dịch keo của các bong bóng nhỏ, vừa có dạng liên kết với glixerin, axit lactic ... tạo thành các hợp chất không bền và dĩ nhiên là cả ở trạng thái khí. Giữa các dạng khác nhau đó của CO2 có trong bia tồn tại sự cân bằng động như sau: CO2 liên kết Û CO2 hoà tan Û CO2 dạng khí. + Sự làm trong bia: Bia non còn chứa nhiều tế bào nấm men và các chất huyền phù khác cho nên còn đục. Nhiệt độ lên men phụ thấp hơn nhiệt độ lên men chính nên xảy ra quá trình đông tụ các hợp chất cao phân tử. Kết thúc quá trình lên men phụ, tuy bia cũng chưa được làm trong hoàn toàn nhưng đủ tạo điều kiện thích hợp cho quá trình lọc bia về sau. + Quá trình ôxy hoá khử và sự hoàn thiện chất lượng của bia: Sự khuếch tán thêm ôxy vào bia non khi chuyển nó sang thiết bị lên men phụ tạo điều kiện tốt cho quá trình ôxy hoá các chất có trong bia non như axit amin, các tanin... làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia, trước tiên nó làm cho vị của bia bị giảm sút, màu của bia tối hơn. Trong quá trình tàng trữ bia non còn xảy ra các phản ứng ôxy khử giữa các chất có trong bia làm tăng thêm hàm lượng este, rượu bậc cao, và giảm đi hàm lượng diaxetyl có trong bia. Sau khi tàng trữ vị của bia trở nên mềm và dịu hơn. Sự tự phân của nấm men đã tạo ra các sản phẩm như peptit, aminoaxit, các vitamin... có ảnh hưởng tốt đến chất lượng của bia. Bằng thực nghiệm, người ta đã chứng minh rằng bia non nếu tàng trữ ít thì vị của nó sẽ không đạt yêu cầu nhưng nếu tàng trữ quá lâu thì vị của nó sẽ nhạt, bọt ít và mau tan. 3.2.9.3. Phương pháp lên men : Cơ sở lựa chọn phương pháp lên men : Có nhiều phương pháp lên men như: +Lên men cổ điển. +Lên men một pha. +Lên men liên tục. Nhà máy sử dụng phương pháp lên men liên tục vì chu kỳ lên men được