ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT MALT DIASTILIN VỚI NĂNG SUẤT 15.000 TẤN SẢN PHẨM/NĂM. GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng các ngành công nghiệp nói chung và công nghệ thực phẩm nói riêng đã không ngừng hoàn thiện và cho ra đời những sản phẩm rất phong phú và đa dạng về

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thế giới, Việt nam đang dần vươn lên và tự khẳng định mình Với quan điểm ăn no, mặc ấm như ngày xưa không còn nữa mà thay vào đó là không những ăn ngon mà còn mặc đẹp Để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng các ngành công nghiệp nói chung và công nghệ thực phẩm nói riêng đã không ngừng hoàn thiện và cho ra đời những sản phẩm rất phong phú và đa dạng về chủng loại, trong đó có bia - đây là đồ uống được ưa chuộng hầu hết các nước trên thế giới, mà nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt

Malt là một loại bán thành phẩm nhưng rất giàu chất dinh dưỡng Hiện nay, malt chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực: trong công nghiệp sản xuất rượu etylic từ nguyên liệu tinh bột, malt là tác nhân đường hóa tinh bột; trong công nghiệp sản xuất bia, malt vừa là tác nhân đường hóa tinh bột vừa là nguyên liệu chính; công nghiệp sản xuất mật tinh bột (đường nha, mạch nha) và một số ngành sản xuất thức ăn sinh dưỡng, thức

ăn kiêng Trong đó, malt dùng để sản xuất bia là nhiều nhất Có nhiều loại malt khác nhau: malt vàng, malt đen, malt diastilin, malt proteolin và những loại này được dùng để sản xuất các sản phẩm khác nhau

Malt diastilin là loại malt có đặc điểm nổi bật là sử dụng trong trường hợp malt nguyên liệu không được đồ hóa tốt, độ nhuyễn không cao hoặc trong trường hợp dùng nguyên liệu thay thế chưa qua giai đoạn ươm mầm Đây là một loại malt chất lượng cao, ngày càng được sử dụng phổ biến trong nước và trên thế giới

Để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng ở nước ta hàng loạt các nhà máy bia được mọc lên, nhưng nhà máy sản xuất malt lại rất ít, vì vậy nguyên liệu phải nhập từ nước ngoài nên kéo theo giá thành sản phẩm cũng tăng cao Trước tình hình đó, việc thiết kế

và xây dựng nhà máy sản xuất malt là rất cần thiết, do đó em đã được giao đề tài:

“ Thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin với năng suất 15.000 tấn sản phẩm/ năm” Trong quá trình thực hiện đề tài này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của

cô giáo hướng dẫn – TS Bùi Xuân Đông và thầy cô giáo khác cùng bạn bè Em xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó

Có hai loại đại mạch, đại mạch hai hàng và đại

mạch đa hàng Trong công nghiệp sản xuất bia dùng

chủ yếu là đại mạch hai hàng, dấu hiệu đặc trưng của

chúng là hình dáng của hạt rất cân đối

Đối với loại malt diastilin thì được sản xuất từ hạt đại mạch loại 2 có hàm lượng protein cao, loại malt này có chứa hoạt lực cao nhóm enzym diastaza và loại malt này được sử dụng bổ sung trong trường hợp malt nguyên liệu không được đồ hóa tốt, độ nhuyễn không cao, hoặc trong giai đoạn nguyên liệu thay thế chưa qua giai đoạn ươm mầm [1, tr 206]

1.1.1 Cấu tạo của hạt đại mạch

Cấu tạo của hạt đại mạch gồm ba bộ phận chính: vỏ, nội nhũ và phôi

Hình 1.2 Cấu tạo của hạt đại mạch

1.1.1.1 Vỏ

Hầu hết hạt các loại đại mạch được bao bọc bên ngoài bằng lớp vỏ trấu Vỏ trấu được hình thành từ đài hoa Đài hoa dưới hình thành nên vỏ trấu phía ngoài và kết thúc bằng

Hình 1.1 Cây đại mạch

sợi râu, còn đài hoa phía trên hình thành nên vỏ trấu phía trong của hạt Đài hoa là công

cụ bên để bảo vệ các cơ quan trong của hạt trong quá trình hình thành và chuyển hoá của

Lớp vỏ quả và vỏ hạt liên kết chặt với nhau, mối liên kết đó chắc hơn rất nhiều do sự liên kết giữa chúng với lớp vỏ trấu Vỏ trấu là cấu tử chiếm nhiều nhất trọng lượng của

vỏ Ở đại mạch hai hàng có chất lượng cao, lượng vỏ trấu chiếm khoảng 7-8% trọng lượng chất khô của hạt, còn ở đại mạch đa hàng chiếm đến 11% Trọng lượng của vỏ chiếm từ 10,5 - 13% trọng lượng của hạt Kích thước hạt càng bé, tỉ lệ vỏ càng cao so với trọng lượng của khối hạt [1, tr 9]

1.1.1.2 Nội nhũ

Nội nhũ là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt Ngoài cùng của nội nhũ, tiếp giáp với vỏ hạt là lớp alơron Lớp alơron rất giàu protein, chất béo, đường, xelluloza, pentoza, vitamin và chất tro Vì lớp alơron của đại mạch đa hàng dày hơn đại mạch hai hàng cho nên hàm lượng protein của chúng nhiều hơn

Dưới lớp alơron mới đến phần nội nhũ thật của hạt Cấu trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein, xelluloza, chất béo, chất tro và đường [1, tr 10]

Với loại malt diastilin tươi yêu cầu là toàn bộ nội nhũ phải ở trạng thái trắng đục [1,

tr 206]

1.1.1.3 Phôi

Phôi là phần sống của hạt Trọng lượng của phôi chỉ chiếm khoảng 2,2 ÷ 5% so với trọng lượng của hạt Vai trò của phôi có tầm quan trọng đặc biệt không những đối với sự sống lưu truyền của cây mà ngay cả trong công nghệ sản xuất bia

Phôi nằm ở dưới, gần đế của hạt bao gồm phôi lá, phôi rễ và nằm giữa chúng là phôi thân.Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ là ngù Ngù là một màng bán thấm: nó chỉ cho phép các chất hoà tan từ nội nhũ thấm qua để chuyển về phôi và nước từ phía phôi đi vào nội nhũ

Phôi chiếm tỉ lệ không đáng kể so với trọng lượng của hạt Mặt khác trong quá trình chế biến, các thành phần trong phôi hoà tan rất ít vào dịch đường Như vậy đối với công nghệ sản xuất bia, giá trị dinh dưỡng của phôi hầu như không đáng kể, mà vai trò to lớn của nó là ở chỗ: đây là trạm hoạt hoá và là nhà máy sản xuất enzim, mà nếu thiếu nó thì

cơ sở lí thuyết của quá trình sản xuất malt coi như sụp đổ [1, tr 11]

1.1.2 Thành hoá học của đại mạch

Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kĩ thuật canh tác và điều kiện bảo quản

Các chỉ số về thành phần hoá học là nhân tố quyết định chất lượng của đại mạch để xem xét loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt và bia hay không [1, tr 11]

Đại mạch có thuỷ phần cao sẽ làm tăng chi phí vận tải một cách vô ích Người ta đã xác định được rằng, hàm ẩm của đại mạch tăng 1% thì hiệu suất chiết thu hồi giảm 0,76% Hàm ẩm tối đa cho phép khi đưa đại mạch vào bảo quản là 14% [1, tr 12]

1.1.2.2 Gluxit

Gluxit của hạt chia làm bốn nhóm: monosaccharid, disaccharid, trisaccharid và polysaccharid

- Monosaccharid bao gồm : glucoza, fructoza (C6H12O6) và xiloza (C5H10O5)

- Disaccharid chủ yếu là saccharoza và maltoza (C12H22O11)

- Trisaccharid chủ yếu là rafinoza

- Polysaccharid là hợp phần chiếm nhiều nhất trong thành phần gluxit của hạt đại mạch

Chúng bao gồm tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentozan, amilan và các hợp chất dạng keo Ba cấu tử đầu tiên có ý nghĩa quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia

a) Tinh bột:

Hơn một nửa khối lượng chất khô của đại mạch là tinh bột Trong công nghệ sản xuất malt, tinh bột có chức năng là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men

Khi tiếp xúc với nước tinh bột sẽ hút nước và trương nở Ở nhiệt độ cao, nếu lượng nước không tương ứng thì thể tích trương nở chúng sẽ tăng lên rất nhiều và độ nhớt tăng lên mạnh Nhiệt độ mà tại đó hệ số trương nở và độ nhớt của tinh bột đạt giá trị lớn nhất gọi là điểm hồ hóa Tính chất hồ hóa của tinh bột có ý nghĩa rất lớn trong công nghệ sản xuất bia : tinh bột đã được hồ hóa sẽ cho đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn [1, tr 14]

c) Hemixelluloza:

Là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào, hemixelluloza là một phức hệ bao gồm pentozan, hexozan và axit uronic

Dưới tác dụng của nhóm enzim sitaza, nó bị thủy phân thành hexoza và pentoza, quá trình thủy phân này được gọi là sitoliza Quá trình này đóng vai trò rất quan trọng ở giai đoạn ươm mầm vì đây là bước “đột phá” để các enzim khác xâm nhập vào bên trong tế bào [1, tr 15]

d) Saccharit thấp phân tử:

Saccharit thấp phân tử hay saccharit đơn giản trong đại mạch chủ yếu là một số đường đơn và đường kép Cấu tử chiếm nhiều nhất trong nhóm này là saccharoza, đạt tới 1,8% chất khô của hạt Loại đường này được phân bố rất nhiều ở phôi, chiếm đến 5,5% trọng lượng của bộ phận này

e) Các hợp chất pectin dạng keo:

Nói là dạng keo vì khi chúng hòa tan vào nước nóng thì tạo thành dung dịch có độ nhớt rất cao Các hợp chất pectin phân bố ở thành tế bào để tạo ra màng trung gian Trong các hợp chất pectin chiếm nhiều nhất về khối lượng phải kể đến protopectin

Sự tồn tại của các hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dịch đường mang tính chất hai mặt Mặt tiêu cực là làm cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc còn mặt tích cực là làm cho bia có vị đậm đà và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt của sản phẩm

[1, tr 16]

1.1.2.3 Các hợp chất chứa nitơ

Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong đại mạch khoảng 9  11% so với lượng chất khô của hạt Tuy chiếm tỷ lệ thấp nhưng vai trò của chúng đối với công nghệ sản xuất bia thì lại rất quan trọng vì ở chừng mực nào đó, chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng

Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử, chúng được gọi là protit, còn một phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng thấp phân tử, dể hoà tan, có các tính chất khác với nhóm cao phân tử [1, tr 16]

a) Protit

Là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem lô hạt có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt hay không Nếu hàm lượng cao quá, bia dễ bị đục, rất khó bảo quản

Ngược lại nếu quá thấp, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt vị kém đậm đà

và kéo theo nhiều chỉ số non yếu khác Hàm lượng protit tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 810%

Khu vực phân bố của protit ở trong hạt là lớp vỏ alơron và phôi, một phần nhỏ ở lớp

tế bào bao quanh nội nhũ

Sự thuỷ phân là một trong những quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất malt và bia Đặc biệt quan trọng là sản phẩm tạo thành do quá trình tương tác giữa các sản phẩm thuỷ phân của các hợp phần trong nội nhũ như phản ứng melanoid

Khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia cũng như độ bền keo của chúng phụ thuộc vào mức độ thuỷ phân của protit Không những thế, các thông số này còn phụ thuộc vào tỉ lệ giữa các cấu tử sản phẩm tạo thành trong quá trình thuỷ phân

Theo cách phân loại cổ điển, protit trong đại mạch được chia thành hai nhóm: protit đơn giản hay còn gọi là protein và protit phức tạp hay còn gọi là proteid

Trong nhóm protein, các đại diện tiêu biểu là levkozin, edestin, hodein và glutein Trong suốt quá trình sản xuất malt và bia thì levkozin, edestin và một phần nhỏ của hodein hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia, còn những cấu tử khác thì bị kết lắng

và bị thải ra ngoài theo bã malt và cặn lắng

Proteid là những hợp chất được tạo thành từ một phân tử có bản chất protein và một phân tử khác có bản chất là phi protein Đại diện tiêu biểu của nhóm này là nucleoproteid, lipoproteid, glucoproteid và phosphoproteid

Đặc điểm chung của proteid là kém hoà tan hoặc hoà tan không bền vững Trong công nghệ sản xuất bia proteid gây ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm vì thế ta phải loại bỏ tối đa cấu tử này ra khỏi dịch đường [1, tr 17]

b) Các hợp chất chứa nitơ phi protit

Các đại diện tiêu biểu của nhóm hợp chất này là: albumoza, pepton, peptit, polypeptit

và axit amin Albumoza và pepton có vai trò rất lớn trong việc tạo và giữ bọt, đồng thời làm tăng thêm độ đậm đà của bia Mặt trái của hai hợp chất hữu cơ này là ở hàm lượng cao, chúng sẽ làm giảm độ bền keo của bia vì chúng là tác nhân gây đục bia.Peptit là hỗn

hợp nhiều hợp chất mà phân tử của chúng cũng được tạo thành từ các gốc axit amin

nhưng số lượng ít hơn rất nhiều so với albumoza và pepton

Căn cứ vào số gốc axit amin hợp thành, chúng được chia ra dipeptid, tripeptid,

polypeptid chúng dễ hoà tan vào dịch đường để tạo thành dung dịch bền vững và tồn tại

trong bia như là một trong những thành phần dinh dưỡng

Axit amin tự do tồn tại trong đại mạch với một lượng không nhiều: chỉ chiếm

khoảng 0,1% so với lượng chất khô của hạt Tuy chiếm một tỉ lệ rất nhỏ nhưng vai trò

của axit amin trong công nghệ sản xuất bia rất lớn: là nguồn cung cấp nitơ cho nấm

men, là tác nhân chính tạo melanoid, tham gia tạo bọt và tồn tại trong bia như một hợp

phần dinh dưỡng quan trọng [1, tr 18]

1.1.2.4 Các hợp chất không chứa nitơ

Trong nhóm này bao gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ không chứa nitơ và khi được

chiết ly bằng nước thì chúng hòa tan thành dung dịch Các đại diện tiêu biểu trong nhóm

này là: polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng

a) Polyphenol và chất đắng

Polyphenol trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ Phần lớn những hợp chất

hoà tan được và tồn tại trong bia đều là những dẫn xuất của catechin, chúng thuộc nhóm

flavonid Những hợp chất này có tính chất rất có lợi cho công nghệ sản xuất bia là dễ

dàng kết hợp với protit cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền

keo của sản phẩm Mặt khác sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường lại là nhân tố làm

xấu đi hương và vị của bia

Chất chát và chất đắng có trong đại mạch thuộc nhóm lipoid, chúng gây ra vị đắng

khó chịu cho bia

Hầu hết chất đắng, chất chát và các chất màu của hạt đựơc phân bố chủ yếu ở lớp vỏ

Để loại trừ chúng ta ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ [1, tr 19]

b) Fitin

Fitin là muối đồng thời của canxi và magie với axit inozitphosphoric

C6H6O6 (H2PO3)6 Chúng tập trung ở vỏ và chiếm đến 0,9% chất khô của vỏ Khi bị

thuỷ phân sẽ tạo thành inozit C H (OH) và axit phosphoric Hợp chất cuối cùng này

là nguồn cung cấp phospho cho nấm men, đồng thời làm tăng độ chua tác dụng của dịch

cháo ở giai đoạn đường hoá – một phương pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu suất thủy

phân [1,tr 19]

c) Vitamin

Đại mạch chứa các loại vitamin B , B , B , C, PP ; tiền vitamin A, E, axit

pantotenic, biotin, axit pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác Tuy hàm lượng rất ít

nhưng hệ vitamin trong đại mạch đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất

malt vì chúng là nhân tố điều hoà sinh trưởng của mầm [1, tr 19]

d) Chất khoáng

Trong đại mạch bao gồm các chất khoáng sau: SiO2, MgO, CaO, Na2O, 2

3

S O ,

Fe2O3, P2O5, K2O, Cl Các chất khoáng của đại mạch đóng vai trò rất quan trọng trong

quá trình sản xuất malt và bia Đặc biệt có ý nghĩa là nguyên tố phospho vì nó đóng vai

trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường [1, tr 19]

1.1.2.5 Chất béo và lipoid

Hàm lượng chất béo và lipoid trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2,53%

lượng chất khô của hạt Chúng tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron

Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo trong đại mạch là este của glyxerin với các

axit béo bậc cao

Ở giai đoạn ươm mầm, một phần chất béo và lipoid bị thuỷ phân bởi enzim lipaza

Một số sản phẩm thuỷ phân được chuyển đến phôi để nuôi cây non, số còn lại hoặc tồn

tại trong dịch đường hoặc bị ra ngoài theo bã malt

Chất béo và lipid tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của sản phẩm [1, tr 20]

1.1.2.6 Pherment (enzim)

Enzim là những hợp chất hữu cơ, có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất

phức tạp và giữ một vai trò đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia

Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzim rất cao Đến giai đoạn hạt chín hoạt lực của chúng giảm một cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩm 1113% thì hầu hết hệ enzim trong hạt trở thành trạng thái liên kết Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 4344% thì hệ enzim được giải phóng khỏi trạng thái liên kết chuyển thành trạng thái tự do Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực của các enzim đạt đến mức tối đa, nhờ đó mà đến lúc đường hoá chúng có khả năng thuỷ phân gần như hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt Các sản phẩm thủy phân được hòa tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường

Trong hạt đại mạch chứa một lượng enzim rất phong phú, chúng đựơc xếp vào các nhóm khác nhau Theo khóa phân loại trong hóa sinh học, chúng được phân thành hai nhóm chính: hidrolaza và decmolaza

a) Hydrolaza (nhóm enzim thuỷ phân)

Phụ thuộc vào cơ chất bị thuỷ phân, các enzim xúc tác được chia thành các phân nhóm: cacbohydraza, proteaza và esteraza

 Cacbohydraza

Nhóm enzim này thuỷ phân gluxit cao phân tử thành các sản phẩm thấp phân tử hơn Trong nhóm này có hai phân nhóm nhỏ: polyaza và hexozidaza Hexozidaza là những enzim tham gia xúc tác thủy phân disaccharid, trisaccharid và một số glucozid khác, polyaza là những enzim thuỷ phân gluxit cao phân tử chúng bao gồm diastaza, amylaza và sitaza

- Diastaza

Ditastaza phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin Đây là nhóm enzim quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm hai enzim:

-amylaza và -amylaza

+ Enzim  -amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin Nhờ quá trình

phân cắt này, độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kỹ thuật sản xuất bia, quá trình này được gọi là quá trình dịch hóa Trong đại mạch khô, không chứa -amylaza hoạt tính Chúng chỉ được hoạt hoá ở giai đoạn ngâm và ươm mầm, là enzim

chịu nhiệt nhưng -amylaza lại kém chịu chua, nhiệt độ tối ưu của nó là 70°C còn pH= 5,7

+ Enzim  -amylaza tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh và hai đầu

mạch chính của amylopectin Sản phẩm của quá trình phân cắt này là đường maltoza và dextrin Nhiệt độ tối ưu của nó là 630C, còn pH = 4,7

- Sitaza

Sitaza bao gồm hai enzim sitoclactaza và sitolitaza Sitoclastaza thuỷ phân hemixelluloza thành các sản phẩm trung gian còn sitolitaza thuỷ phân các sản phẩm trung gian thành các sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza Nhờ quá trình phân cắt này mà thành tế bào bị phá huỷ, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzim khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực Cũng do thành tế bào bị vỡ mà đến lúc sấy các hạt trở nên xốp Trong kỹ thuật sản xuất malt, hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nhuyễn của bán thành phẩm

- Proteinaza

Nhóm enzim này thuỷ phân protein thành albumoza và pepton Sau đó chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptid và polypeptid Proteinaza được phân bố chủ yếu ở lớp alơron và phôi Trong đại mạch chín chúng nằm ở trạng thái liên kết Ở giai đoạn ngâm hạt và ươm mầm hoạt lực của chúng tăng 35 lần Độ chua thích hợp cho các nhóm enzim này hoạt động là ở pH= 4,6  5,0 còn nhiệt độ là 500C Trong điều kiện sản xuất lượng albumoza và pepton được tạo ra nhiều nhất ở nhiệt độ 580C

- Peptidaza

Peptidaza bao gồm hai enzim: dipeptiaza và polypeptidaza Chúng tác động lên các phân tử của các dipeptit và polypeptid để phân cắt chúng thành axit amin

Hoạt lực của enzim này trong các đại mạch khô là không đáng kể Đến giai đoạn ngâm và ươm mầm, chúng tăng lên 23 lần

Peptidaza hoạt động mạnh nhất ở pH=7,5 và nhiệt độ 50  520C Nếu hạ pH xuống dưới 5, nhóm enzim này trở thành vô hoạt

- Lipaza

Chúng phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các axit béo bậc cao Enzim này được phân bố chủ yếu ở phôi và lớp alơron Trong giai đoạn ươm mầm, hoạt lực của chúng tăng rất nhanh nhưng đến giai đoạn sấy malt thì chúng bị phá huỷ Nhiệt

độ tối ưu cho hoạt động của của lipaza là 350C, còn pH là 5

c) Decmolaza (enzim oxy hoá-khử)

Nhóm enzim decmolaza xúc tác phản ứng oxi hoá khử của quá trình hô hấp và phân

giải yếm khí gluxit (thực chất là quá trình lên men rượu), nghĩa là chúng tham gia quá

trình trao đổi chất của tế bào Nhóm enzim này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt

hoá và phát triển của phôi ở giai đoạn ươm mầm

Một số enzim trong nhóm decmolaza còn tham gia vào phản ứng oxy hóa – khử các

hợp chất polyphenol, protein và các hợp chất khác Và bằng cách đó chúng đã gây ảnh

hưởng gián tiếp đến các chỉ số chất lượng của dịch đường và bia thành phẩm Đại diện

tiêu biểu trong nhóm enzim này là dehydraza, oxydaza và catalaza [1, tr 23]

1.2 Các chất hỗ trợ kỹ thuật

1.2.1 Nước

Trong công nghệ sản xuất malt, nước được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau:

nước dùng để rửa, ngâm đại mạch mạch, vệ sinh phân xưởng v.v nên lượng nước dùng

trong nhà máy rất nhiều

Những yêu cầu cơ bản của nước dùng trong sản xuất malt:

+ Nước phải trong suốt không mùi, không có vị lạ và không chứa sinh vật gây

bệnh Độ cứng của nước tốt nhất là 7 mg đương lượng /lít

+ Độ pH = 6,7  7,3

+ Độ oxy không khí >12mg/lít

+ Chuẩn độ coli  300 ml

+ Chỉ số coli  3

Ngoài ra các ion kim loại nặng cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất malt vì

nó gây cản trở sự hút nước của hạt trong giai đoạn ngâm Yêu cầu: Fe2+< 0,3 mg/l;

Mn2+<0,05mg/l; Pb+ <0,1mg/l; Cu2+ < 3 mg/l; Na+<35 mg/l Đặc biệt là nguyên tố sắt có

ảnh hưởng lớn nhất, ở giai đoạn ngâm trên vỏ hạt bị kết một lớp màng Fe(OH)3 Lớp này

sẽ cản trở tốc độ hút nước của hạt và làm cho hạt có màu nâu [1, tr 45]

1.2.2 Hoá chất

1.2.2.1 Axit gibberellin hay gibberelat natri

Chất điều hòa sinh trưởng axit gibberellin có chức năng là một loại hormol kích thích sinh trưởng ở thực vật, là hợp chất có hoạt tính sinh học cao Lợi dụng đặc điểm này, người ta đã đưa gibberellin vào công nghệ sản xuất malt để kích thích hệ enzyme sang trạng thái hoạt động nhằm chuyển các chất dự trữ thành các chất hòa tan cho mầm sử dụng Hoạt lực của amylaza và proteaza của malt sẽ cao hơn hẳnso với các phương pháp không sử dụng gibberellin Qua trình thủy phân tinh bột và protein trong nội nhũ xảy ra nhanh hơn, triệt để hơn Phôi phát triển nhanh nên thời gian ươm mầm được rút ngắn, malt sản xuất theo công nghệ này có thời gian đường hóa ngắn hơn và hiệu suất đường hóa cũng cao hơn Nói tóm lại, gibberellin tác động nhiều mặt đến quá trình ươm mầm

và chất lượng sản phẩm [1, tr 169]

Để tăng lượng enzim của malt, hạt được xử lí bằng dung dịch giberelic 16 giờ trước lúc cho vào nảy mầm theo tỉ lệ axit gibbereic hay giberelat natri: 10 mg/1kg đại mạch [1, tr 170]

1.2.2.2 Chất sát trùng Formalin

Để sát trùng hạt người ta cũng có thể dùng nhiều chất khác nhau như formalin,

H2O2, KMnO4, Ca(OH)2 Nhà máy sử dụng formalin để làm sạch hạt, lượng formalin sử dụng là: Cứ 1 tấn đại mạch cần 1 1,5 kg

1.3 Các quá trình sinh hóa cơ bản trong quá trình sản xuất

Xảy ra chủ yếu ở giai đoạn ngâm, ươm và sấy Dưới đây là một số quá trình cơ bản:

1.3.1 Giai đoạn ngâm

Giải phóng enzyme ra khỏi trạng thái liên kết thành trạng thái tự do, bắt đầu dấu hiệu phát triển cây con ở phôi

Sự thẩm thấu và khuếch tán của nước vào hạt, thẩm thấu một số ion và muối hòa tan vào trong hạt; hòa tan một số chất polyphenol, chất chát, chất màu ở vỏ vào môi trường, [1, tr 81]

Sự hô hấp của hạt, có 2 kiểu hô hấp: hiếu khí và kỵ khí

Hiếu khí: C6H12O6  EZ (Oxi) CO2 + H2O + Q

Yếm khí: C6H12O6  2C2H5OH + CO2 + Q

Hệ enzyme oxy hóa khử sẽ phân cắt các hợp chất cao phân tử như gluxit, protein thành các hợp chất thấp phân tử:

Tinh bột  , amylaza   đường glucose, maltoza, dextrin

Hemixenlluloza   sistaza phá vỡ thành tế bào [2, tr 86]

1.3.2 Giai đoạn ươm

Tiếp tục quá trình hô hấp ở ngoài tế bào như ở giai đoạn ngâm,

Xảy ra quá trình oxi hóa cục bộ (monosacairde) tạo axit oxalic, axit xitric:

C6H12O6 + 9 O2  6 (COOH)2 + 6 H2O

Axit oxalic

Hoạt hóa các enzyme:

Hemixelluloza  sistaza pentoza, hexoza [2, tr 111]

Protein  proteaza  axit amin [2, tr 119]

Hệ enzyme amylaza thủy phân tinh bột thành đường đơn giản như: glucoza, maltoza

và dextrin.[1, tr 116]

Enzyme esteraza phân cắt các muối liên kết ester của các hợp chất hữu cơ, đây là nhân tố quyết định độ chua định phân của malt.[1, tr 125]

1.3.3 Giai đoạn sấy

Sấy malt tươi xảy ra nhiều sự biến đổi như: quá trình tách nước, các quá trình enzyme, một số quá trình khác là nguyên nhân của sự tạo thành các chất hương, vị và tăng cường độ màu của sản phẩm.[1, tr 177]

Phụ thuộc vào bản chất của quá trình chuyển hóa trong từng thời điểm, quá trình sấy malt tươi có thể chia làm ba pha chính sau:

Pha sinh lý: thời kỳ này kéo dài từ lúc bắt đầu sấy cho đến khi nhiệt độ đạt 45oC và hàm ẩm đạt 30%, đặc điểm của giai đoạn này là rễ và lá mầm vẫn phát triển Vì độ ẩm và nhiệt độ thích hợp nên quá trình này diễn ra với cường độ khá mạnh

Pha enzyme: giai đoạn này nằm trong khoảng 45 - 70oC và hàm ẩm còn 10% Hoạt động sống của hạt bị ức chế rất mạnh, sự phát triển của rễ và lá mầm bị ngừng lại, nhưng hoạt động của hệ enzyme thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra Kết quả trong hạt tích lũy thêm một lượng chất chiết hòa tan Ở pha này, nếu tốc độ tách ẩm càng nhanh thì tốc độ các quá trình sinh hóa và quá trình enzyme càng chậm, sự tạo thành các chất chiết hòa tan bổ sung càng ít

Pha hóa học: pha này nằm trong thời điểm mà hàm ẩm của hạt giảm từ 10% xuống 6 Các chất này được tạo thành do phản ứng melanoid, caramen và một số phản ứng khác Những quá trình xảy ra ở pha hóa học có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia.[1, tr 178-179]

Quá trình quan trọng nhất ở giai đoạn sấy malt là phản ứng tạo melanoid- một hỗn hợp bao gồm nhều hợp chất ở mức độ rất cao, chi phối chất lượng của bia vàng Và quá trình này xảy ra chủ yếu ở pha hóa học Melanoid là hợp chất mà thành phần chưa được xác định một cách rõ ràng, là hỗn hợp sản phẩm tạo thành do sự tương tác phản ứng giữa các hợp chất chứa nhóm cacbonyl, nhóm amin,… Các phản ứng ngưng tụ là mấu chốt trong chuỗi phản ứng tạo melanoid.[1, tr 180]

1.4 Sản phẩm (malt diastilin)

Malt là loại hạt hòa thảo (hạt cốc) nảy mầm trong những điều kiện nhân tạo (nhiệt

độ, độ ẩm, thời gian) Malt là sản phẩm được chế biến từ các hạt hòa thảo như: đại mạch, tiểu mạch, ngô, thóc,… sau khi cho nảy mầm và sấy trong điều kiện thích hợp

Malt là một loại bán thành phẩm nhưng rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16-18% các chất thấp phân tử dễ hòa tan chủ yếu là đường đơn giản, dextrin bậc thấp, các axit amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và đặc biệt có hệ enzyme phong phú chủ yếu là proteaza và amylaza Trong malt diastilin nhiều nhất là nhóm enzym diastaza

Malt có thể dùng để chế biến các loại thực phẩm có chất lượng cao như: bột dinh dưỡng cho trẻ em, các loại đồ uống hợp cho người già và phụ nữ có thai, dùng làm tác nhân dịch hóa trong công nghệ sản xuất rượu cồn từ tinh bột, làm tác nhân đường hóa trong sản xuất kẹo mạch nha, … Nhưng ứng dụng lớn nhất hiện nay của malt là dùng để

sản xuất các loại đồ uống có độ cồn thấp Malt đại mạch là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất các loại bia.[1, tr 68]

Đặc điểm nổi bật của malt diastilin là sử dụng trong trường hợp malt nguyên liệu không được đồ hóa tốt, độ nhuyễn không cao hoặc trong trường hợp dùng nguyên liệu thay thế chưa qua giai đoạn ươm mầm Hoạt lực tối thiểu của diastilin là 300 Wk Malt diastilin dùng để sản xuất các loại bia.[1, tr 206]

CHƯƠNG 2 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Tạp chất

Mầm, rễ

2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Ta nhập đại mạch loại II nên không cần phân loại, mà đưa vào xilô bảo quản dự trữ Trong đại mạch chứa nhiều tạp chất vô cơ và hữu cơ Do đó phải làm sạch trước khi đem vào sản xuất [2, tr 30]

2.2.2.2 Thiết bị

Khối hạt được làm sạch lần lượt qua hai thiết bị sau: quạt sàng và thiết bị làm sạch bằng từ tính

 Quạt sàng:

Quạt sàng dùng để quạt bụi, thóc lép, các tạp

chất nhẹ, đá, sỏi, … còn sót lại ra khỏi khối hạt

 Cấu tạo:

1 Cửa nguyên liệu vào 5 Đại mạch sạch

2 Cửa tạp chất lớn ra 6 Bụi

3 Rơm, rác 7 Con quay điều

4 Tạp chất bé chỉnh hạt Hình 2.1: Máy quạt

Bộ phận làm việc của quạt sàng bao gồm một vít tải để chuyển hạt đến quạt, một hoặc hai quạt hút (hoặc quạt nén) và hệ thống sàng rung gồm hai hoặc ba sàng Sau khi khối hạt qua mỗi sàng thì được làm sạch dần

 Nguyên tắc hoạt động:

Đại mạch được vít tải đổ vào quạt qua phễu, tại đây có con quay để điều chỉnh lưu lượng của hạt vào một cách đều đặn Hạt được rơi xuống sàng thứ nhất, sàng này bé nhất trong ba sàng của quạt và nằm hơi nghiêng so với hai sàng kia Sàng này có lỗ hình tròn đường kính 10÷20mm hoặc hình bầu dục dài với kích thước 35x8 mm Với kích thước như vậy sàng này sẽ giữ lại các tạp chất lớn như đá, sỏi, … đồng thời lúc này hệ thống quạt hút làm việc, không khí bị hút đi qua lớp hạt sẽ cuốn theo bụi, các tạp chất nhẹ và sau đó chúng được lắng xuống phễu (3), còn bụi cuốn theo không khí theo đường ống để

đi vào Xiclon

Các tạp chất lớn được loại ra khỏi hạt sau khi qua sàng thứ nhất, khốt hạt được tiếp tục rơi xuống sàng thứ hai, sàng này có kích thước lỗ sàng nhỏ hơn sàng thứ nhất, lỗ sàng hình bầu dục có kích thước 25x4,5 mm Sàng thứ hai tiếp tục giữ lại các tạp chất lớn hơn hạt đại mạch Sau khi qua sàng thứ hai hại được đổ xuống sàng thứ ba, sàng này có lỗ hình bầu dục kích thước 20x2 mm hoặc hình tròn đường kính 1÷1,5mm Với kích thước

lỗ sàng như vậy nó sẽ giữ lại đại mạch và cho qua cát, sỏi và các tạp chất bé hơn kích thước của lỗ sàng Các tạp chất được thu gom ở thùng chứa riêng, đại mạch đã được làm sạch thu gom ở một kênh riêng, ở đó chúng được thổi bằng luồng không khí mạnh và như vậy các tạp chất nhẹ, bụi nếu như còn sót lại trong khối hạt sẽ bị loại trừ triệt để

 Thiết bị làm sạch bằng từ tính:

Sau khi khốt hạt ra khỏi quạt sàng thì các tạp chất như rác, bụi, sỏi, … đã bị loại nhưng các mạt sắt, kim loại vẫn còn tồn tại trong khối hạt, vì vậy khối hạt được cho vào thiết bị làm sạch từ tính để loại bỏ các tạp chất kim loại này

Bộ phận làm việc chủ yếu của thiết bị này là thanh nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn nam châm điện từ Mặt phẳng mà hạt phải trượt qua ở máy làm sạch bằng nam châm

vĩnh cửu được đặt với độ nghiêng 450 Để điều chỉnh dòng khối hạt đổ xuống mặt phẳng nghiêng một cách đều đặn người ta

lắp đặt một van hãm

Chú thích:

a) Nam châm vĩnh cửu

b) Nam châm điện từ

sẽ bị giữ lại trên mặt phẳng, còn đại

mạch sẽ rơi xuống phễu và được

chuyển ra ngoài

Để những vật chất có từ tính bị giữ lại trên mặt phẳng thì nam châm dùng để chế tạo thiết bị phải có mật độ từ trường ít nhất là 9000 Gaus đồng thời chiều dày lớp hạt chảy trên mặt phẳng nghiêng không được quá dày, cho phép tối đa là 5mm và tốc độ chảy của chúng chỉ nên vào khoảng 0,5m/s [1, tr 53]

2.2.3 Rửa và sát trùng hạt

2.2.3.1 Mục đích

Đại mạch tuy đã qua giai đoạn làm sạch nhưng vẫn còn nhiễm bẩn, côn trùng và các

vi sinh vật Vì vậy cần được trước khi đưa vào ngâm

Quá trình rửa sẽ là sạch các chất bụi bẩn nhờ chúng tan vào nước hoặc nổi lên trên Ngoài ra nếu trong hạt còn dư lượng thuốc trừ sâu cũng sẽ tan vào nước và ra ngoài Các loại côn trùng và vi sinh vật lẫn trong khối hạt sẽ bị tiêu diệt nhờ quá trình sát trùng hạt Hạt được sát trùng bằng formalin, cứ một tấn đại mạch cần 1-1,5 kg formalin

Hình 2.2: Nguyên tắc hoạt động của máy làm sạch từ tính

2.2.3.2 Thiết bị

Để rửa hạt người ta sử dụng các thiết bị rửa chuyên dùng Nước dùng để rửa phải đảm bảo các tiêu chí về hóa học và sinh học Để hạt được sạch hơn người ta có thể thêm vào nước rửa một số chất như : NaOH- 0,35 kg/m3 nước; Na2CO3- 0,9 kg/m3 nước

Để sát trùng hạt người ta có thể sử dụng nhiều chất khác nhau như: formalin, H2O2, KmnO4 Tuy nhiên, khi sử dụng các chất sát trùng cần chọn những chất không gây ảnh hưởng xấu đến quá trình ươm mầm cũng như chất lượng malt thành phẩm

Nước vôi giúp cho quá trình rửa nhanh hơn, sạch hơn, làm tăng pH môi trường nên hòa tan nhiều hơn các hợp chất polyphenol và chất đắng trong vỏ hạt vào nước Nhưng phải chú

ý rửa thật kĩ nếu không vôi sẽ bám lên bề mặt cản trở quá trình hô hấp và ảnh hưởng xấu đến quá trình ươm mầm [ 3, tr 51]

2.2.4 Ngâm hạt

2.2.4.1 Mục đích

Đại mạch khô với hàm ẩm 13% sau khi bảo quản đưa vào sản xuất malt Ngâm hạt đại mạch để tạo điều kiện để hạt hút thêm một lượng nước tự do sao cho tổng hàm ẩm của hạt đạt khoảng 45% Chỉ với hàm ẩm cao như vậy, quá trình ươm mầm sau này mới đảm bảo được tiến trình bình thường

Quá trình ngâm hạt còn giúp loại bỏ những hạt lép, những hạt không chắt, các tạp chất, bụi, vi sinh vật còn sót lại từ các công đoạn trước

Tuy nhiên quá trình ngâm không chỉ bao gồm cung cấp nước cho hạt thôi mà phải đảm bảo giữ cho hạt không bị ngạt thở, không bị nhạy cảm với nước và giảm tối đa các chất kìm hãm nẩy mầm

Hạt trước khi ngâm hạt có độ ẩm từ 13% vừa đủ để duy trì sự sống Khi độ ẩm của hạt vượt quá 15% thì trong hạt sẽ xuất hiện nước tự do Nước tự do làm cho các chất dinh dưỡng được hoà tan và chuyển đến mầm, làm quá trình hô hấp của hạt xảy ra mãnh liệt Quá trình này làm cho nhiệt độ của khối hạt tăng và là điều kiện thuận lợi cho chất điều hòa sinh trưởng gibberellin kích thích hệ enzyme sang trạng thái hoạt động nhằm chuyển các chất dự trữ thành các chất hòa tan cho mầm sử dụng Do đó, quá trình ngâm

không những tạo ra các chất dinh dưỡng để nuôi mầm mà dẫn đến quá trình sinh hóa trong hạt [2, tr 113]

2.2.4.2 Các phương pháp ngâm hạt

Có nhiều phương pháp ngâm hạt khác nhau, nhưng nó có mục đích chung là tăng độ

ẩm của hạt trong điều kiện cung cấp đủ oxy và thải hết khí CO2 và các sản phẩm trao đổi khác kìm hãm sự phát triển của mầm

Các phương pháp:

- Ngâm lì trong nước

- Ngâm hoán vị nước - không khí

- Ngâm trong dòng liên tục nước - không khí

- Ngâm bằng phương pháp phun nước

- Ngâm bằng phương pháp phun nước - hút khí

Với phương pháp ngâm trong dòng liên tục nước - không khí có nhiều ưu điểm hơn được chọn trong công nghệ này vì phương pháp này có:

- Thời gian mà hạt hút nước đến hàm ẩm cần thiết là ngắn nhất

- Chế độ thông khí đầy đủ, hạt nguyên vẹn

- Trạng thái cơ học và trạng thái sinh lý của hạt tốt, bảo đảm cường lực nẩy mầm của hạt cao [2, tr 114]

2.2.4.3 Thiết bị

a) Cách tiến hành ngâm hạt:

- Ngâm đại mạch khoảng 4-8h trong nước với nhiệt độ là 12oC để độ ẩm đạt 31%

- Sau đó để ráo 10- 20h (tuỳ theo độ mẫn cảm của hạt với nước)

- Tiếp tục ngâm 2-5h trong nước để độ ẩm đạt 38%

Thiết bị ngâm có cấu tạo là thân trụ đáy côn, được chế tạo bằng thép thông thường, bằng inox hay thép trắng Phía dưới gần sát đáy thiết bị có gắn tấm thép đục lỗ mắt sàng hình nón cụt để thuận tiện cho quá trình cung cấp nước ngâm và tháo nước bẩn

c) Nguyên tắc hoạt động:

Đại mạch theo vít tải chuyển vào cửa trên của thiết bị ngâm Khi chuyển đại mạch vào người ta mở rộng van đáy để nước chảy vào qua (4), đồng thời thổi khí vào qua (2) Hạt được đảo trộn và rửa sạch nhờ ống đảo (1): vừa hút hạt lên xuống vừa quay Trong quá trình rửa, người ta bổ sung thêm formalin để sát trùng khối hạt Các hạt lép và rác sẽ nổi lên trên bề mặt được cánh gạt ở phía trên thiết bị gạt vào camera (6) Sau khi rửa xong, nước bẩn được tháo ra ngoài qua (5) và bắt đầu

thực hiện quá trình ngâm

Quá trình ngâm cũng cũng thực hiện tương tự như

trên: người ta cho nước sạch vào qua (4) và khí nén

vào qua (2) Không khí sục đều vào khối hạt nhờ các

lỗ đục mắt sàng và ống đảo (1) nên: hạt được đảo

đều, bảo đảm khả năng cung cấp oxi đều trong khối

hạt và giải phóng CO2 trong khối hạt ra ngoài

Nước ngâm của khối hạt được thay đổi theo chu

kỳ hoặc được cấp liên tục Cuối quá trình ngâm

tiến hành cho axit Gibberelic nhằm tăng tốc độ

nảy mầm

Quá trình ngâm và sát trùng được thực hiện

trong khoảng 40 ÷ 60h [2, tr 94 ], ở đây ta chọn 48 h và nhiệt độ của nước ngâm dao động trong khoảng 15 ÷ 200C

Kết thúc quá trình ngâm nước được tháo ra ở đáy nhờ van khí nén Nguyên liệu được vít tải chuyển qua thiết bị ươm

Các quá trình xảy ra khi ngâm hạt

- Sự thẩm thấu và khuyếch tán của nước vào hạt

Hình 2.3 Thiết bị ngâm

1 - Ống đảo đại mạch; 2 - Đường ống dẫn khí nén; 3 - Đường ống ruột gà sủi khí; 4 - Nước sạch; 5 - Nước bẩn; 6 - Camera gom tạp chất nổi

- Sự hoà tan các chất poliphenol, các chất chát, chất màu ở vỏ hạt vào môi trường

- Sự thẩm thấu một số ion và muối hoà tan trong nước vào hạt

- Sự hút nước và trương nở của tế bào

- Sự hoà tan các hợp chất thấp phân tử trong nội nhủ vào nước

- Sự vận chuyển các chất hoà tan về phôi

- Sự hoà tan tất cả các enzim có trong hạt vào nước hay là sự giải phóng enzim khỏi trạng thái liên kết thành trạng thái tự do

- Sự hoạt hoá hệ enzim oxi hoá khử và hệ enzim thuỷ phân

- Sự hô hấp của hạt

- Sự thủy phân của các chất hữu cơ cao phân tử

- Xuất hiên dấu hiệu ở sự phát triển cây non ở phôi

Trong các quá trình trên thì hô hấp và của hạt và sự hoạt hóa hệ enzym thủy phân là hai quá trình quan trọng nhất [1, tr 81]

2.2.5 Ươm mầm

2.2.5.1 Mục đích:

Tạo hay hoạt hoá hệ enzim trong hạt đại mạch từ trạng thái nghĩ sang trạng thái hoạt động

- Làm thay đổi khả năng thẩm thấu của màng tế bào nội nhũ nhờ enzim sitaza

- Làm biến tính hay hoà tan protêin của tế bào nội nhũ nhờ hệ enzim proteaza

- Làm nội nhũ mềm ra do tác dụng của enzim

Chuyển các chất ở dạng phức tạp sang dạng đơn giản

2.2.5.2 Các quá trình xảy ra khi ươm mầm

Sự biến đổi hình thái

+ Bên ngoài: Mầm và rễ bắt đầu xuất hiện từ từ

+ Bên trong: Dưới tác dụng của các enzim tiến sâu vào các tế bào của hạt để thủy phân các chất có trong hạt

Sự hoạt hóa của các enzim

Sau khi nảy mầm, số lượng và hoạt lực của enzim tăng lên rất nhiều

- Amylaza

+ -amylaza: Tăng lên đáng kể ở ngày thứ ba và thứ tư

+ -amylaza: Tồn tại ở hai dạng liên kết và tự do Trong thời gian ươm mầm, hoạt lực đều tăng lên

+ Amylophotphataza: Cũng tăng lên nhưng không nhiều

- Proteaza: Khi nẩy mầm, hoạt tính tăng lên 4 lần Nhóm này bao gồm các enzim

proteinaza, pectidaza và amydaza

- Xitaza: Hoạt lực tăng lên rất nhiều trong quá trình ươm mầm

- Esteraza: Trong thời kì ươm mầm, hoạt tính của photphataza tăng 7-10 lần Lipaza tăng nhiều vào cuối thời kì ươm mầm

- Các enzim hô hấp: Tăng nhiều, nhưng vẫn ít hơn amylaza

Sự hô hấp

Quá trình hô hấp xảy ra trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí tuỳ thuộc vào các điều kiện của môi trường

Quá trình hô hấp sẽ sinh ra nhiệt, CO2 và làm hao tổn lượng chất khô trong hạt

Sự thay đổi thành phần hoá học

Sự hoà tan thành tế bào dưới tác dụng của enzim xitaza

Sự thuỷ phân tinh bột dưới tác dụng của hệ enzim amylaza

Sự thuỷ phân protein nhờ proteaza

Sự thuỷ phân chất béo nhờ enzim lipaza

2.2.5.3 Các phương pháp ươm mầm

Nhiệm vụ của quá trình là tạo được malt giàu enzyme, chứa các chất hoà tan tốt và

mất mát tinh bột là ít nhất

Có nhiều phương pháp ươm mầm:

- Ươm mầm không thông gió

- Ươm mầm thông gió

+ Ươm mầm thông gió trong catset (trong ngăn)

+ Ươm mầm thông gió trong thùng quay

+ Ươm mầm thông gió trong ngăn có luống di động…

Ở đây ta chọn ta chọn phương pháp ươm mầm trong ngăn có luống di động Phương pháp này tuy tốn nhiều diện tích nhưng có những ưu điểm là dễ cơ khí hóa và tự động hóa các thao tác công nghệ, hệ số sử dụng mặt bằng cao hơn các nhóm thiết bị các hệ khác, chất lượng của malt đồng đều

Không khí sau khi xử lí được chuyển đến (bằng quạt nén hoặc quạt hút ) thiết bị ươm mầm bằng hệ thống mương dẫn Đường đi của không khí hay là độ dài của mương dẫn phải phù hợp với tốc độ di chuyển của không khí Nếu độ dài của mương dẫn quá lớn thì trên đường di chuyển, hơi nước của không khí sẽ ngưng tụ lại trên thành mương Trong trường hợp như vậy, trong mương dẫn nên lắp bổ sung các ống phun mù (3) để tăng cường độ ẩm cho không khí Mương dẫn không khí phải nhẵn ở phía trong và tránh gấp khúc quá nhiều và cũng không nên có những gấp khúc kiểu “tay áo” (góc gấp khúc không được thấp hơn 900)

Buồng xử lí không khí dùng chung một buồng xử lí trung tâm, sau đó không khí được thổi đến các nơi cần sử dụng theo đường ống riêng [1, tr 142]

b) Cách tiến hành ươm trong các luống ươm

Đầu tiên hạt đã ngâm đưa vào luông thứ nhất Sau một ngày lô hạt này được chuyển sang luống thứ hai, còn luống thứ nhất lại đón lô hạt mới từ thiết bị ngâm chuyển sang và

cứ chuyển như vậy cho đến khi đầy các luống Trong đó cư 12h thì đảo hạt một lần

c) Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của luống ươm:

Luống ươm bao gồm một

dãy ngăn hở hình chữ nhật

Các ngăn được cách với nhau

bằng các bức tường lửng bằng

bê tông cốt thép hoặc gạch

tráng xi măng Đáy chính của

ngăn bằng xi măng và hơi

nghiêng để cho nước dễ thoát

Cách đáy chính một khoảng có

đặt đáy lưới bằng kim loại

Tiết diện của các lỗ không nhỏ hơn 10%

Đáy lưới có thể có cấu tạo tháo được đặt cách đáy chính 0,7m Dọc theo các tường ngăn có đặt đường ray cho máy đảo làm việc Số ngăn ươm bằng số ngày ươm.Chiều

Hình 2.5 Thiết bị ươm mầm

cao của lớp hạt trong các ngăn phụ thuộc vào thể tích của hạt nảy mầm và nó thay đổi từng ngày Cuối thời kỳ ươm mầm thể tích của hạt tăng lên khoảng 1,5 lần

Hạt đã ngâm từ thùng ngâm chuyển vào phòng ươm bằng cách tự chảy hoặc nhờ bơm

ly tâm Hạt được phân bố đều trên bề mặt sàn ươm và lúc đầu không thổi khí Khi nhiệt

độ của hạt đạt từ 15170C ta bắt đầu cho không khí ẩm thổi qua lớp hạt từ dưới lên trên Thổi không khí có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục Cứ 12 giờ tiến hành đảo hạt một lần, riêng ở thời kì hạt phát triển mạnh thì sau 8 giờ đảo một lần

Sau khi ươm xong malt tươi được đưa đi xử lý tiếp

Quá trình ươm mầm được thực hiện trong 10 ngày sau đó ta tiến hành đem đi sấy Nhiệt độ ươm mầm dao động trong khoảng 15 ÷ 200C [1, tr 150]

2.2.6 Sấy malt

2.2.6.1 Mục đích:

Giai đoạn cuối cùng của quá trình malt hóa đại mạch là sấy malt tươi Ở giai đoạn này tính chất công nghệ của malt được định hình và ở chừng mực nào đó nó quyết định tính chất cảm quan của sản phẩm

Sấy malt tươi nhằm các mục đích sau:

- Malt tươi có độ ẩm 44%, là đối tượng lý tưởng cho vi sinh vật tấn công, là sản phẩm không bền vững Mục đích chính của quá trình sấy là đưa hàm ẩm của malt xuống còn 6% để chuyển chúng thành sản phẩm bền vững, dễ dàng cho việc vận chuyển, bảo quản

và loại trừ khả năng xâm nhập và phát triển của vi sinh vật

- Trong quá trình sấy, nhiệt độ của khối hạt được tăng dần và tăng rất chậm, còn hàm

ẩm của chúng cũng giảm dần và giảm rất chậm Trong phạm vi nhiệt độ dưới 40oC và hàm ẩm của hạt trên 20% là điều kiện lý tưởng cho hệ enzyme thuỷ phân hoạt động Kết quả của các quá trình enzyme này là một lượng đáng kể các hợp chất cao phân tử được phân cách thành sản phẩm thấp phân tử dễ hoà tan, làm tăng hàm lượng chất chiết hoà tan của thành phẩm

- Song song với việc tách nước còn diễn ra các quá trình sinh hoá, hoá học và hoá lý khác Nó là nguyên nhân của việc tạo thành các chất tạo hương, vị và tăng cường độ màu cho sản phẩm

- Do quá trình sấy được tiến hành ở nhiệt độ cao nên hầu hết các loại vi sinh vật bám trên hạt, hoặc bị tiêu diệt, hoặc chuyển về dạng bào tử, hạn chế đến mức tối thiểu khả

năng hư hỏng do chúng gây ra, làm tăng độ bền sinh học của sản phẩm

- Đối với malt diastilin: malt phải được sấy ở nhiệt độ thấp hơn 500C, với điều kiện sấy như vậy malt sẽ có hoạt lực diastaza rất cao [3, tr 66]

2.2.6.2 Các quá trình xảy ra khi sấy

 Khi nhiệt độ nhỏ hơn 45 o

C

Khi độ ẩm của hạt vẫn còn đủ, tức là lớn hơn 20%, sự sống của hạt và sự phát triển của mầm vẫn còn tiếp diễn Sự phát triển của phôi dừng lại ở 38oC và chết ở 55oC trong môi trường ẩm Kéo theo:

- Sự tăng nhẹ năng lực diastaza

- Tăng hàm lượng đường khử và đường sáccaroza

- Sự hoà tan một phần hợp chất nitơ

- Sự tái tổng hợp trong mầm

 Khi nhiệt độ vượt quá 45 đến 55- 60 o

C

Phôi vô hiệu hoá nhưng hoạt tính vẫn còn, kéo theo

- Tăng lượng đường dextrin, sản phẩm của quá trình phân huỷ tinh bột

- Tăng hàm lượng chất nitơ hoà tan: pecton khi nhiệt độ  50oC; axitamin khi nhiệt độ đạt 45- 50oC Những hợp chất này sẽ được tích luỹ trong malt

- Hoạt lực enzim lớn khi w >20%, yếu khi w= 10-12% và bị vô hoạt ở w= 7-8% Đối với malt diastilin ta chỉ sấy ở nhiệt độ < 50oC sẽ làm tăng hàm lượng enzim

diastaza

2.2.6.3 Thiết bị sấy

Căn cứ vào tính chất tiên lục của dòng malt vào và ra thiết bị sấy được chia thành:

- Thiết bị sấy gián đoạn

- Thiết bị sấy bán liên tục

- Thiết bị sấy liên tục

Căn cứ vào hình dáng của thiết bị và tư thế “nằm” của malt lúc sấy, chúng được chia thành:

- Thiết bị sấy đứng

- Thiết bị sấy nằm ngang

Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ở đây ta chọn thiết bị sấy liên tục [3, tr 63]

2.2.6.4 Cấu tạo và nguyên

ghép lại với nhau theo chiều

cao, tăng sứ chứa hạt giảm

diện tích lắp đặt, khả năng tiếp

của khối hạt như nhau, hạt sau khi sấy có độ đồng đều cao

Quạt ly tâm được thiết kế phù hợp, hiệu suất cao, độ ồn thấp tiêu thụ điện năng thấp Khi không khí cung cấp, cụm thiết bị sẽ chuyển sang chế độ làm mát

Bên cạnh có hệ thống gia nhiệt cho tác nhân sấy

b) Nguyên tắc hoạt động:

Malt tươi từ thiết bị ươm mầm nhờ vít tải đưa vào hệ thống sấy qua cửa nạp liệu đặt phía trên nắp Sau khi nguyên liệu vào được đưa vào tầng chứa hạt, sau đó chúng được chuyển xuống tầng sấy hạt số 1 và số 2, khối malt được sang đều nhờ hệ thống cào, malt

Hình 2.6 Tháp sấy RCD-120 [7]

tươi ban đầu được sấy ở tầng hạt số 1 đến giai đoạn cuối được đổ xuống tầng hạt số 2 nhiệt độ tối đa ở tầng 2 là 500C [1, tr 190]

Không khí trước khi thổi vào khối malt phải được gia nhiệt Nhờ hệ thống van khí nén, không khí sau khí sấy được gia nhiệt và tuần hoàn trở lại

Sau khi sấy tới độ ẩm còn 6 % thì chúng được chuyển xuống vùng thiết bị làm mát để

ổn định nhiệt độ và vùng làm mát cũng có tác dụng để điều chỉnh nhiệt độ của tác nhân sấy

Kết thúc quá trình sấy, khối nguyên liệu được tháo xuống dưới theo vít tải qua thiết bị tách mầm

Tiến hành sấy malt ở nhiệt độ 50oC

Nhiệt độ malt vào là 26oC tương đương với nhiệt độ môi trường

Malt trước khi sấy sẽ có độ ẩm 44% và sau khi sấy xong sẽ đạt độ ẩm là 6%

2.2.7 Tách mầm và rễ cho malt khô:

2.2.7.1 Mục đích

Malt và rễ cần tách khỏi malt, vì chúng có tính chất hút nước mạnh, đồng thời gây ra hương vị không mong muốn cho công nghệ sản xuất bia Nếu không tách rễ ra khỏi malt thì trong quá trình bảo quản chúng sẽ hút nước và phá vỡ sự cân bằng ẩm trong hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật và những quá trình không thuận lợi cho đến chất lượng malt Tách rễ và mầm cần phải tiến hành ngay sau khi sấy, nếu để lâu

rễ sẽ hút nước, khiến cho rễ bị dai khó tách khỏi malt

Malt sau khi sấy xong cần loại bỏ mầm, rễ vì trong thành phần của chúng có nhiều hợp chất có thể gây ra vị đắng khó chịu cho bia

Dừng quá trình nảy mầm và quá trình chuyển hóa tiếp theo

Cung cấp cho malt hương vị phù hợp cho loại bia làm từ chúng [2, tr 142]

Việc loại bỏ rễ cần được tiến hành ngay vì:

- Công đoạn này góp phần làm nguội malt

- Rể có tính háo nước cao khi còn đang nóng

2.2.7.2 Cách thực hiện

a) Cấu tạo

Muốn tách mầm và rễ, người ta dùng máy cắt Máy cắt là một lưới hình trụ quay chậm và đặt hơi nghiêng trong thùng gỗ kín Lỗ lưới dài 25mm và rộng 1,5mm bên trong thùng hình trụ có một trục quay

nhanh, gắn liền với trục có

này mà rễ bị cắt đứt và đi qua

các lỗ lưới ra ngoài Công suất

của máy tách mầm thường là

1000 ÷ 2000 kg/giờ Malt sau

khi tách mầm và rễ đi qua các cân

tự động và đưa đến xilô chứa [1, tr 209]

2.2.8 Bảo quản malt khô

Sau khi sấy và tách rễ xong malt chưa thể dùng ngay để sản xuất bia, vì các lý do sau đây:

- Vỏ giòn, nghiền bị nát, trong quá trình đường hóa sẽ hòa tan một lượng lớn polyphenol làm cho bia kém độ bền keo, dịch đường khó lọc

- Hoạt lực enzyme thủy phân chưa ổn định, quá trình đường hóa diễn ra khó khăn, hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa đạt giá trị cao nhất

1-malt còn rễ; 2-tang quay mắt sàng; 3- xa quay; 4- quạt gió; 5- malt đã tách rễ; 7- vít tải; 8- rễ malt

Hình 2.7: Máy đập rễ malt [1]

Vì những lý do trên đây, trước lúc

trở thành nguyên liệu sản xuất bia,

malt khô nhất thiết phải trải qua giai

đoạn bảo quản, thời gian ít nhất là 3 –

4 tuần

Malt được bảo quản trong xilô

chứa là thích hợp vì trong thời gian

bảo quản, bề mặt tiếp xúc với không

khí ít hạt sẽ hút nước làm tăng hàm

ẩm nên vỏ của hạt sẽ mềm và dẻo, lúc nghiền không bị nát, tạo lớp màng lọc lý tưởng cho quá trình lọc bã malt Cũng do hạt hút thêm nước, thể tích của chúng sẽ tăng lên, đồng thời trong lúc này ở trong hạt xảy ra một số quá trình mà kết quả của chúng là:

- Hoạt lực amylaza và proteaza tăng

- Hàm lượng đạm hoà tan tăng nhưng không đáng kể

Trước lúc bảo quản, nhiệt độ của malt cần hạ xuống 200C

Hình 2.8 Xilô bảo quản malt [8]

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Chọn các thông số ban đầu

3.1.1 Năng suất của nhà máy

Malt thành phẩm 15.000 tấn sản phẩm /năm

3.1.2 Chọn các số liệu ban đầu của nguyên liệu

- Độ ẩm ban đầu của đại mạch khi nhập : W=13%

- Khối lượng riêng của đại mạch:  = 665 kg/m3

- Khối lượng riêng của malt sau khi sấy:  = 600 kg/m3

- Độ ẩm của đại mạch sau khi rửa, ngâm: W= 45%

- Hệ số trương nở thể tích của đại mạch sau khi rửa và ngâm so với đại mạch trước khi ngâm: 1,42 [1, tr 97]

- Độ ẩm của đại mạch sau khi ươm mầm: W= 44%

- Hệ số trương nở thể tích của đại mạch sau khi ươm mầm so với đại mạch trước khi ngâm là: 2 [1, tr 217]

- Độ ẩm của malt sau khi sấy: W= 6%

- Hệ số trương nở thể tích của malt sau khi sấy so với đại mạch trước khi ngâm là: 1,25

3.1.3 Sự hao phí nguyên liệu qua từng công đoạn

Bảng 3.1 Mức hao phí qua từng công đoạn

Công đoạn Làm sạch Rửa và ngâm Nảy mầm Sấy Tách rễ và mầm

Mức tổn thất nguyên liệu trong quá trình sấy sơ bộ, làm sạch, rửa và ngâm, nẩy mầm, sấy và tách mầm và rễ được tính theo phần trăm hàm lượng chất khô trước đó

3.2 Cân bằng vật chất

3.2.1 Tính cân bằng vật chất cho 1.000 kg nguyên liệu

3.2.1.1 Lượng chất khô trong nguyên liệu

100

W100G

3.2.1.2 Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch

Lượng chất khô sau khi làm sạch và phân loại:

3.2.1.3 Lượng nguyên liệu sau khi rửa và ngâm

Độ ẩm nguyên liệu sau rửa và ngâm: W = 45%

Lượng chất khô sau khi rửa và ngâm:

3.2.1.4 Lượng malt tươi sau khi ươm mầm

Độ ẩm malt tươi sau khi ươm mầm: W = 44%

Lượng chất khô sau khi ươm mầm:

V   2 1, 49  2, 98m3

3.2.1.5 Lượng malt sau khi sấy

Độ ẩm còn lại sau khi sấy: W= 6%

Lượng chất khô sau khi sấy:

3.2.1.6 Lượng malt sau khi tách rễ và mầm

Lượng chất khô sau khi tách rễ và mầm:

100



, ,

3.2.1.8 Lượng nước cần thiết cho quá trình rửa và ngâm đại mạch

Ngâm 1000 kg đại mạch khô thì thể tích hữu dụng của thùng là:

665: khối lượng riêng của đại mạch

Cứ 1000 kg đại mạch sẽ chiếm thể tích 0,74 m3 chặt tuyệt đối [1, tr 97]

Lúc đó lượng nước ngâm cần cho vào lúc ban đầu:

1,88 - 0,74 = 1,14 m3

Khi quá trình ngâm kết thúc hạt trương nở 1,25 lần, có nghĩa là khi đó lượng nước chỉ chiếm: 1,88 – 0,741,25= 0,955 m3

Lượng nước cần thiết cho quá trình rửa 1000 kg đại mạch là 2 m3 [1, tr 97]

Lượng nước cần thiết cho cả quá trình ngâm đại mạch là:

2

)(a c n

Trong đó: a: là lượng nước ngâm ban đầu, a=1,14

c: lượng nước ngâm trước khi kết thúc quá trình ngâm hạt, c= 0,955





3.2.1.11 Lượng khí nén cần dùng trong quá trình ngâm và rửa

Ta có lượng khí nén dùng cho 1 tấn đại mạch : 6 m3/h, đây là lượng khí nén chỉ sử dụng cho quá trình hô hấp của hạt [1, tr 85]

Theo bài ta tính được lượng nguyên liệu sau khi làm sạch là 990 kg Vậy lượng khí nén cần là:

3.2.1.12 Lượng không khí điều hòa cần dùng trong quá trình ươm

Qua bảng 7.1 [1, tr 109], ta có lượng O2 hấp thụ (ml) tính theo 100g chất khô qua các ngày ươm như sau:

960860

3.2.2 Kế hoạch sản suất của nhà máy

Nhà máy làm việc một năm 12 tháng, mỗi tuần làm việc 6 ngày (nghỉ chủ nhật) và một ngày làm việc 3 ca Nghỉ các ngày lễ theo quy định của nhà nước, tết và chủ nhật, nếu ngày lễ đúng vào ngày chủ nhật thì nghỉ bù vào ngày sau Riêng đối với phân xưởng sấy malt và ngân rửa do đặc thù của công nghệ nên làm việc liên tục Các thiết bị có thể được vệ sinh vào ngày chủ nhật

Các ngày nghỉ trong năm:

+ Tết Dương Lịch : 1 ngày

+ Tết Âm lịch : 4 ngày

+ Ngày 30-4 : 1 ngày