Tiểu luận công nghệ thực phẩm đại cươngđề tài phân tích vai trò của các quá trình gia công nhiệt trong công nghệ sản xuất bia

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ***** BÁO CÁO TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG Đề tài Phân tích vai trò của các quá trình gia công nhiệt trong công nghệ[.]

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

*****

BÁO CÁO TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐẠI CƯƠNG

Đề tài: P hân tích vai trò của các quá trình gia công nhiệt trong công nghệ sản xuất bia

Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Yến

Lớp: BF2 – 03 – K64 Giáo viên hướng dẫn:

Hà Nội, 12/2021

Mục lục

MỞ ĐẦU 3

I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 4

II CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG NHIỆT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 5

2.1 Quá trình nghiền ẩm malt 5

2.2 Công đoạn chuẩn bị dịch lên men 5

2.2.1 Quá trình hồ hóa: 5

2.2.2 Quá trình đường hóa: 8

2.2.3 Lọc dịch đường 11

2.2.4 Nấu hoa houblon 12

2.3 Quá trình lên men 13

2.4 Quá trình bão hòa CO2 13

2.5 Thanh trùng bia 14

III KẾT LUẬN 14

MỞ ĐẦU

  Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp thu nhận bằng cách lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đườn, chế biến từ malt đại mạch và các hạt giàu tinh bột, protein, khác như gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch, chưa qua giai đoạn ươm mầm, cùng với nước và hoa houblon hoặc các sản phẩm chế biến từ nó Tất cả các loại bia đều chứa một lượng cồn từ 1,8 đến 7,0% so với thể tích và khoảng 0,3 đến 0,5% khí cacbonic tính theo trọng lượng Đây

là hai sản phẩm thường trong quá trình lên men rượu từ các loại dịch đường

đã được houblon hóa, được tiến hành do một số chủng của nấm men saccharomyces

  Ngoài hai sản phẩm thường trực, hay còn gọi là sản phẩm bậc nhất, trong  bia còn chứa vô số các hợp chất khác Một trong số này là các sản phẩm phụ (hay còn gọi là sản phẩm bậc hai) của quá trình lên men, một số khác là sản  phẩm của quá trình dịch đường, không bị biến đổi trong suốt quá trình công nghệ

  Công nghệ sản xuất bia là một quá trình đa mục tiêu, đa yếu tố Các yếu tố ảnh hưởng, tác động đa phương đa chiều lên các mục tiêu cần tối ưu, nhiều lúc không thể hiện đúng hiệu ứng riêng mà là kết quả của một quá trình đồng tác động C

I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

- Nguyên liệu chính trong sản xuất bia + Malt đại mạch: nguồn chất chiết và enzym chủ yếu, tạo màu sắc, hương vị bia, tạo lớp lọc dịch đường sản xuất dịch đường lên men cồn

+ Nước: thành phần chiếm nhiều nhất trong bia, ảnh hưởng tới vị và độ trong của bia

+ Nấm men: Chịu trách nhiệm chuyển hóa chất chiết thành cồn và các hương vị đặc trưng của bia nhờ quá trình lên men yếm khí

+ Hoa bia (Houblon): tạo vị đắng đặc trưng cho bia + Nguyên liệu thay thế (đường, tinh bột, ): Giảm giá thành sản phẩm

và góp phần cải thiệu chất lượng và đa dạng hóa sản phẩm bia

- Bia được tạo thành từ 3 quá trình cơ bản sau:

+ Sự tích lũy enzim, chất màu, hương trong quá trình sản xuất malt + Sự hoạt động của các enzym thủy phân để phân giải các chất phức tạp trong nguyên liệu thành các chất đơn giản như đường, axit amin trong quá trình nấu dịch đường

+ Sự chuyển hóa đường thành cồn, CO2 và các chất tạo hương khác trong quá trình lên men

Sơ đồ công nghệ quy trình sản xuất Bia

Malt

 Nghiền

Gạo

 Nghiền

Hồ hóa Đường hóa

 Nấu hoa

Lắng trong

Làm lạnh nhanh

Lên men

Tàng trữ

Lọc bia

Hoàn thiện sản phẩm

II CÁC QUÁ TRÌNH GIA CÔNG NHIỆT TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

II.1 Quá trình nghiền ẩm malt   Nghiền malt ở trạng thái ẩm là công nghệ nghiền mà hạt malt trước lúc đi vào máy nghiền thì được phun ẩm bổ sung thêm 2% bằng nước nóng (sôi) hoặc bằng hơi Nếu phun ẩm bằng hơi thì nhiệt độ của hơi không vượt quá 105℃

  Phun ẩm cho malt trước lúc nghiền nhằm hai mục đích:

  + Làm cho vỏ ẩm để bảo toàn trạng thái sau khi nghiền   + Làm trương nở các sợi dạng keo của nội nhũ

  Thiết bị nghiền malt ẩm không có gì khác so với nghiền malt khô, nghĩa là có thể sử dụng máy nghiền bốn trục, sáu trục, hai trục hoặc ba

và năm trục

  Thành phần cơ học thích hợp nhất của bột nghiền cho mục đích đường hóa và lọc bã, được xác định qua thực tế sản xuất Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tó, nhưng quan trọng nhất là công nghệ đường hóa và lọc bã, đặc điểm hệ thuống thiết bị ở hai phân đoạn này và đặc điểm của chủng loại bia cần được sản xuất Đề đảm bảo sự ổn định của chất lượng sản  phẩm và chế độ làm việc của thiết bị nghiền, trong thời gian sử dụng ta cần phải đảm bảo các yêu cầu về kĩ thuật sau đây:

  + Máy nghiền phải đặt thật chính xác ở phương nằm ngang có móng thật chắc, lắp đặt thật cân sao cho khi hoạt động

  + Tất cả các bộ phần và các chi tiết cấu trúc của máy nghiền có liên quan đến việc định hình cơ học của các phần bột nghiền (như sàng phân loại, hình dạng và số lượng đường khương tuyến của rulo, ) cần phải  phù hợp và động bộ với hệ thống thiết bị lọc ở phân xưởng sản xuất dịch đường

  + Theo định kì bán nguyệt (1/2 tháng) hoặc theo tháng, cần phải kiểm tra độ song song của các rulo bằng thước hiệu chỉnh bạch kim, đồng thời xác định thành phần cơ học của bột nghiền bằng hệ thống rây ở phòng thí nghiệm

  + Malt trước lúc đưa vào nghiền phải làm sạch và phân loại Điều tối

kị là đem nghiền một lúc các lô hạt có kích thước khác nhau Điều này đặc biết quan trọng trong trường hợp nghiền ầm Phải đảm bảo nhịp độ đồng đều của malt đổ xuống các cặp rulo

  + Thường xuyên kiểm tra sự chuyển động của các sàng phân loại, đặc  biết kiểm tra độ chặt hoặc độ linh động ở tất cả các chỗ có khớp nối Sau một ca làm việc phải làm vệ sinh cẩn thận

II.2 Công đoạn chuẩn bị dịch lên men II.2.1.Quá trình hồ hóa:

  Gạo sau khi được nghiền nhỏ sẽ được xử lý hồ hóa trước khi mang đi đường hóa Mục đich của quá trình hồ hóa là dùng nhiệt độ cao để nấu chín tinh bột gạo và nhờ sự hoạt động của enzim thủy phân trong 10% Malt lót để phân cắt các hợp chất cao phân tử có trong gạo, phá vỡ màng tế  bào của tinh bột và làm đứt các liên kết giữa chúng để tạo ra các cấu tử thấp phân tử để dễ hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường Các loại gạo khác nhau có độ bền của màng tế bào không giống nhau do đó đối với mỗi mẻ nguyên liệu phải có chế độ hồ hóa thích hợp   Thiết bị hồ hóa: sử dụng nồi nấu 2 vỏ để hồ hóa nguyên liệu phụ (gạo) trước khi chuyển sang nồi đường hóa.Nồi hồ hóa có thân hình trụ làm  bằng Inox, có lớp bảo ôn bên ngoài giữ nhiệt Bên trong thiết bị có:

+ 4 cánh khuấy hình mái chèo đặt so le nhau, 1 cánh khuấy chân vịt ở đáy nồi Hệ thống cánh khuấy giúp khuấy bột tiếp xúc với nhiệt độ để  bột chín đều và không bị vón cục, cánh khuấy chân vịt khuấy bột ở đáy nồi tránh bị cháy bột

+ Động cơ khuấy giúp cánh khuấy hoạt động được gắn ở trên đỉnh của nồi

+ Hệ thống đường ống cấp hơi khi nấu, trên ống hơi có những lỗ nhỏ giúp cho quá trình phun hơi vào nồi đều hơn, tránh cháo chị chín cục

 bộ ở nơi được cấp hơi nhiều

+ Hệ thống đường ống, van xả nguyên liệu vào và ra, ống thoát hơi khi nấu

+ Ngoài các bộ phận chính kể trên, trên thân nồi có gắn đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ, van lấy mẫu đi kiểm tra, cửa và đèn quan sát bên trong nồi

 Nhà máy Bia Hà Nội sử dụng malt lót để hỗ trợ quá trình thủy phân bột gạo thành đường đơn giản và các dextrin bậc thấp Tỉ lệ phối trộn bột với nước theo tỉ lệ 1:4

  Sau khi đã vệ sinh thiết bị sạch sẽ và kiểm tra tổng thể động cơ, tiến hành bơm nước vào nồi nấu, cho cánh khuấy hoạt động và tiến hành cấp hơi Khi lượng nước trong nồi được khoảng 20cm ta tiến hành xuống bột Gạo + 10% Malt lót (lấy từ lượng Malt nấu) và bắt đầu nâng nhiệt độ 45℃

Nhờ các vít tải nguyên liệu từ các Xilo bột được đưa vào nồi hồ hóa, tốc

độ cánh khuấy lúc này đạt 60% khuấy trộn đều nguyên liệu với nước tránh hiện tượng vón cục của bột gạo và malt Khi nhiệt độ trong nồi đạt 45℃  điều chỉnh lượng hơi vào để giữ nhiệt độ 45℃ trong vòng 15 phút (quá trình ngâm bột)

Sau đó ta bắt đầu nâng nhiệt độ nồi hồ hóa lên 86℃, điều chỉnh lượng hơi vào giữ ở nhiệt độ này trong vòng 19 phút tốc độ cánh khuấy đạt 90%

trong vòng 2 phút Sau tiếp tục duy trì nhiệt độ này trong vòng 28 phút với vận tốc cánh khuấy đạt 60% Sau khoảng thời gian quy định ta bắt đầu hạ nhiệt độ nồi hồ hóa xuống 72℃ trong 5 phút, tốc độ cánh khuấy đạt 90% rồi giữ nhiệt độ 72℃ trong vòng 30 phút tốc độ cánh khuấy đạt 90% Dưới tác dụng của hệ enzym trong Malt lót sẽ thủy phân tinh bột gạo, phá vỡ lớp thành tế bào và chuyển hóa một số chất cao phân tử thành dạng thấp phân

tử dễ hòa tan Tiếp tục gia tăng nhiệt để tăng nhiệt độ lên 95℃ lúc này hơi

ở đáy đạt 75%, hơi đỉnh là 50%, tốc độ cánh khuấy là 90% Tiếp theo nâng nhiệt độ lên 98℃ hơi đáy là 60%, hơi đỉnh là 40% rồi lên 99,9℃ hơi đáy

là 40%, hơi đỉnh là 30%

  Đun sôi nồi cháo ở 100℃ trong 60 phút lúc đó hơi đáy là 15%, hơi đỉnh

là 15%, tốc độ cánh khuấy đạt 100% Để nồi cháo sôi bùng lên làm chín hoàn toàn tinh bột, lớp thành tế bào bột gạo bị phá vỡ hoàn toàn Kiểm tra chất lượng dịch cháo trước khi chuyển 40% lượng cháo trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa Lượng cháo còn lại trong nồi tiếp tục duy trì ở nhiệt

độ 100℃ trong vòng 30 phút rồi chuyển nốt lượng cháo trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa Mục đích của việc chuyển cháo từng phần nhằm thủy  phân triệt để lượng tinh bột gạo thành các đường đơn giản

  Kết thúc quá trình hồ hóa tiến hành vệ sinh thiết bị để chuẩn bị cho mẻ nấu mới

  Dịch cháo được coi là chín nếu: Cháo có mùi thơm nhẹ đặc trưng của gạo, màu vàng rơm, nếu cháo có màu tối sẫm, mùi khét, vị đắng là cháo bị cháy, mùi ngái thì nguyên liệu chưa chín

  Ngoài kiểm tra bằng cảm quan còn kiểm tra bằng hóa học Kiểm tra độ lod bằng cách lấy dịch cháo rồi thả lod (theo tính toán) vào dịch, nếu dịch cháo chuyển sang màu vàng là được, thông thường hay kiểm tra theo kinh nghiệm của cán bộ, công nhân nấu hoặc lấy một ít dịch cháo đổ qua lớp vải lọc nếu dịch chảy đều và róc là được

  Các sự cố thường gặp:

+ Trong quá trình hồ hóa hay xảy ra hiện tượng cháo bị trào ra ngoài do nhiệt độ cao trong quá trình đun sôi Để khắc phục sự cố này tiến hành cấp nước lạnh vào, mở van xả hơi, tạm thời ngưng cấp hơi Sau đó mới

từ từ điều chỉnh lại vào nồi

+ Cháo bị vón cục, bột rơi vào các ổ trục cánh khuấy, van xả dịch bị tắc, cháo bị dính dầu mỡ Khi van xả bị tắc phải tiến hành ngừng xả kiểm tra lại van Cháo bọ cháy ít trộn lẫn vào các mẻ nấu khác, nếu bị cháy nhiều phải bỏ đi để đảm bảo yêu cầu công nghệ

+ Trong nhà máy Bia Hà Nội sử dụng hệ thống nấu với độ tự động hóa cao do đó rất ít xảy ra các sự cố về công nghệ trong quá trình sản xuất

+ Để đạt được hiệu quả cao trong quá trình hồ hóa thường bổ sung muối kiềm và muối trung tính để tạo độ chua và pH thích hợp cho Enzim hoạt động khác để giảm nhiệt độ hồ hóa (nhà máy Bia Hà Nội

sử dụng muối CaCl2) Có nhiều biến đổi làm thay đổi bản chất của nguyên liệu trong quá trình hồ hóa vì vậy trong quá trình hồ hóa phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra đặc biệt là tăng, giữ nhiệt độ phù hợp tránh các sự cố xảy ra và nâng cao hiệu suất thu hồi

II.2.2.Quá trình đường hóa:

  Mục đích của quá trình đường hóa nguyên liệu là thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử hòa tan tạo thành chất chiết của dịch đường tạo điều kiện cho nấm men hoạt động

  Cơ sở lý thuyết của quá trình đường hóa:

+ Quá trình thủy phân tinh bột bằng enzym là để phân cắt amyloza, amylopectin và dextrin bậc cao thành đường đơn giản, dextrin bậc thấp

dễ hoà tan vào nước trở thành chất hòa tan của dịch đường

  + Quá trình thủy phân protein: Sản phẩm thấp phân tử của quá trình thủy phân (axit amin, peptid) là nguồn dinh dưỡng nito cho nấm men, pha

có phân tử lượng tử trung bình (albumoza, pepton và polypeptid) góp phần nhỏ cho tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho bia   Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân và cơ cấu của sản phẩm: + Ảnh hưởng của nồng độ và hoạt lực enzym

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ + Ảnh hưởng của pH + Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất + Ảnh hưởng của thời gian đường hóa + Ảnh hưởng của các chất hỗ trợ hoặc ức chế enzym Các quá trình thủy phân khác

+ Thủy phân beta – glucan + Thủy phân hemixenluloza Các quá trình phi emzym:

+ Sự kết lắng và biến tình protein + Sự tạo thành melanoid

+ Hòa tan các thành phần của malt + Phản ứng giữa muối của nước và phosphat của cháo malt Phương pháp đường hóa: Các phương pháp đường hóa là:

+ Phương pháp đường hóa ngâm chiết (đường hóa theo phương pháp toàn khối)

+ Phương pháp đun sôi từng phần (đường hóa theo phương pháp phân đoạn)

So sánh ưu, nhược điểm giữa hai phương pháp

Đường hóa toàn khối Đun sôi từng phần

Ưu điểm Chế độ công nghệ đơn giản

cho nên dễ cơ giới hóa tự động các quá trình sản xuất

Hiệu suất đường hóa cao

 Nhược điểm Chỉ áp dụng trong nhữngtrường hợp Malt có độ

nhuyễn trên mức trung bình

Vốn đầu tư của thiết bị nhiều, thời gian đường hóa của một mẻ kéo dài và năng lượng tiêu tốn nhiều hơn so với với phương  pháp toàn khối Ngoài ra đun sôi nhiều lần làm tăng các chất không có lợi cho  bia, nhiệt độ lên cao quá

mà không khống chế sẽ gây màu sẫm, ảnh hưởng đến cảm quan của bia

  Thành phần của dịch đường gồm 93% chất hữu cơ chủ yếu là đường và dextrin bậc thập, 7% các chất vô cơ

  Thiết bị đường hóa là để đường hóa và đun sôi từng phần của khối cháo Thiết bị đường hóa được trang bị áo hơi để gia nhiệt, áp suất hơi trên đường ống là 4 – 5kg/cm3, áp suất hơi giữa hai vỏ thường phải đạt là 2,5-3kg/cm3, hệ thống truyền động và cánh khuấy được đặt ở phía dưới để tránh dầu mỡ chảy, các đường ống nước nóng, lạnh, cửa quan sát, van an toàn, nhiệt kế, áp kế, được bố trí trên thân thiết bị

  Thiết bị đường hóa và hồ hóa có cấu tạo như nhau, chỉ khác nhau về kích thước:

+ Kích thước nồi đường hóa là 2.5m x 2.8m + Tốc độ cánh khuấy từ 16-32 vòng/phút

.Yêu cầu của quá trình đường hóa:

+ Tinh bột phải được thủy phân hoàn toàn đến đường và dextrin, không làm đổi màu dung dịch iot

+ Thủy phân hoàn toàn tinh bột để thu hồi tối đa lượng cần thiết + Tinh bột không được thủy phân hoàn toàn sẽ gây hiện tượng đục bia (keo, nhớt) trong quá trình bảo quản

  Trước khi kết thúc quá trình hồ hóa 20 phút, người ta bắt đầu vận hành nồi đường hóa Đầu tiên kiểm tra vận hành an toàn thiết bị, vệ sinh lại thiết bị sau

đó cấp nước vào nồi theo tính toán của phòng công nghệ Nước cấp vào nồi đường hóa được lấy từ tank chứa nước 32℃, sau đó bật cánh khuấy, malt bột trong các xilo chứa bột được vít tải đưa vào nồi đường hóa phối trộn cùng nước theo lượng đã tính toán tùy thuộc vào từng mẻ nấu Tỷ lệ phối trộn của Malt và nước là 1:5 hỗn hợp Malt nước được hệ thống cánh khuấy trộn đều và được duy trì ở nhiệt độ 30℃ trong nồi hồ hóa 15 phút (quá trình ngâm Malt nhằm mục đích giải phòng các enzim khỏi trạng thái nghỉ chuyển sang trạng thái hoạt động nâng cao hiệu suất đường hóa) Quá trình đường hóa được diễn

ra theo 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn đạm hóa: Kết thúc quá trình ngâm malt sau 15 phút hỗn hợp Malt và nước trong nồi đường hóa đang ở nhiệt độ 30℃, tốc độ cánh khuấy trong nồi đạt 90%, người ta tiến hành phóng 40% cháo ở nồi hồ hóa sang nồi đường hóa làm nhiệt độ trong nồi đường hóa tăng

từ 30℃ lên 52℃ và duy trì nhiệt độ này trong nồi đường hóa trong 30  phút Trong quá trình đạm hóa enzim pectinaza và proteaza hoạt động mạnh thủy phân protit đơn giản và phức tạp thành albumni, pepton,  polypeptit và sau đó thành các axit amin Các sản phẩm này giúp cho  bia có khả năng giữ bọt tốt, tạo hương vị đậm đà Đặc biết các axit amin là nguồn cung cấp thức ăn chứa nito cho nấm men hoạt động trong quá trình lên men Khoảng nhiệt độ thích hợp cho các enzim hoạt động thủy phân tạo nhiều đạm hòa tan bền vững và các axit amin là

48-52℃ + Giai đoạn đường hóa: Sau khi kết thúc 30 phút của quá trình đạm hóa, ta bơm nốt lượng cháo trong nồi hồ hóa sang nồi đường hóa làm cho nhiệt độ của nồi đường hóa tăng từ 52℃ lên 65℃, bắt đầu quá trình đường hóa Quá trình đường hóa kéo dài 30 phút Trong khoảng nhiệt độ này enzim β − amylaza hoạt động mạnh phân cắt hợp chất amyloza và amylopectin thành đường maltozo, dextrin và một ít glucozo Kết thúc quá trình đường hóa nâng nhiệt độ lên75 ℃ và duy trì nồi đường hóa ở nhiệt độ này trong vòng 40 phút để tiến hành giai đoạn dịch hóa