tiểu luận các quá trình sản xuất bia

Phần 1: Quy trình công nghệ sản xuất bia1.1: sơ đồ quy trình O2 Nguyên liệu Nghiền Nấu Rừa Bã Lọc khung bàn Hoa viên, hoa cao Dịch trong Đun sôi với hoa houblon Bã hèm Cặn Lắng cặn Làm

TIỂU LUẬN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN

QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIA

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

LỚP:

MSSV:

Lời nói đầu

Bia là một trong những thức uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ thứ V trước Công Nguyên, được ghi chép lại trong các thư tịch cổ đại của Ai cập và Lưỡng Hà Nói một cách tổng thế Bia là thức uống có cồn được sản xuất bằng quá trình lên men Đường lơ lửng trong môi trường lỏng và không được chưng cất sau quá trình lên men Dung dịch Đường không bị lên men thu được từ quá trình ngâm gọi là Hèm của Bia hoặc nước ủ Bia Hạt Ngũ Cốc thông thường là Lúa Mạch được

ủ thành Mạch Nha Các đồ uống có cồn được lên men từ sự lên men đường

có trong các nguồn không phải là ngũ cốc

Về mặt dinh dưỡng, 1 lít Bia có chất lượng trung bình tương đương 25g thịt

bò, bằng 2/3 năng lượng cung cấp từ 1lít sữa, tương đương với nhiệt lượng

500 kcal hoặc 150 g bánh mì loại một Vì vậy Bia được mệnh danh là bánh

mì ướt Quá trình sản xuất bia được gọi là Nấu Bia Do các thành phần sử dụng để sản xuất Bia có sự khác biệt tuỳ theo khu vực nên đặc trưng về hương vị và màu sắc của Bia ở từng nơi cũng thay đổi khác nhau và do đó

có khái niệm Loại Bia hoặc sự phân loại khác Ngày nay Bia đã trở thành một loại thức uống không chỉ được sử dụng trong các buổi tiệc cưới, tiệc họp mặt đoàn viên xum vầy trong những ngày Lễ Tết mà nó còn được xem như một thức uống để giải khát cho mọi người Bia là thức uống được đánh giá

là có lợi cho sức khoẻ nếu biết sử dụng đúng cách

Phần 1: Quy trình công nghệ sản xuất bia

1.1: sơ đồ quy trình

O2

Nguyên liệu Nghiền Nấu

Rừa

Bã

Lọc khung bàn

Hoa viên, hoa

cao

Dịch trong

Đun sôi với hoa houblon

Bã hèm Cặn

Lắng cặn

Làm lạnh nhanh

Men giống

Lên men chính

Sản phẩm

Rửa, tráng cồn Chiết chai/block Rửa, tráng cồn

Chai pet block

Lọc trong bia Lên men phụ

1.2: Nguyên liệu

1.2.1: Malt

Malt là sản phẩm được nảy mầm và sấy khô từ hạt đại mạch Thuộc họ Fordeum Jessen của nhóm thực vật có hạt Trong bia Malt là nguyên liệu chính, rất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Malt sau khi nảy mầm là một sản phẩm rất giàu protein, hệ enzyme, xúc tác cho quá trình sinh học diễn ra trong quá trình nấu và lên men tạo cho sản phẩm có hương vị đặc trưng riêng Ở nước

ta do điều kiện khí hậu không thích hợp cho đại mạch phát triển nên Malt trong sản xuất bia thường nhập ở các nước Đông Âu như Tiệp Khắc, Đức, Ý

1.2.2: Hoa Houblon

Thuộc họ dây leo, là loài sống lâu năm Trong sản xuất bia người ta thường dùng hoa cái vì số lượng phấn hoa nhiều Hoa houblon là thành phần nguyên liệu chính thứ hai sau Malt Giúp cho bia có vị đắng dịu, có bọt mịn xốp, có độ bền sinh học cao, có hương thơm đặc trưng riêng cho bia và tăng tính kháng khuẩn

Thành phần hóa học của hoa 1.2.3: Nước

Nước là một nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất bia chiếm từ 77-90% Nước có vai trò quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của bia đặc biệt là hương vị của bia thành phẩm Nước là một dung dịch loãng của các muối ở dạng ion

-Nhóm cation chiếm nhiều nhất là Ca2+, Mg2+, H+, Na+, Mn2+, Al3+.

- Nhóm anion chủ yếu là nhóm OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-

Yêu cầu đối với nước dùng để sản xuất Bia:

-Độ cứng từ mềm đến trung bình

- Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

-Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l

- Hàm lượng muối clorua 75 - 150 mg/l

-Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l

-NH3 và muối NO2 không có

-Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l

- Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

1.3: Nguyên liệu phụ

1.3.1: Nguyên liệu tinh bột

Nguyên liệu tinh bột Khoảng 90% lượng Bia sản xuất trên thế giới được làm từ Malt và nguyên liệu tinh bột Người ta sử dụng nguyên liệu tinh bột với nhiều mục đích:

- Hạ giá thành Bia

- Tăng cường độ bền keo, những chất chứa nito và polyphenol trong phần lớn các nguyên liệu tinh bột thường không nhiều nhưng làm tăng tính keo

- Sản xuất các loại Bia nhẹ hơn, sáng màu hơn Bia sản xuất hoàn toàn bằng Malt Bảng 3: các nguyên liệu thay thế

Dạng rắn Dạng lỏng

Ngô

Gạo

Lúa miến

Lúa mì

Đại mạch

Tiểu mạch

Yến mạch

Lúa mạch đen

Khoai tây

Sắn hoặc các loại củ khác

Đường

Tinh bột các ngũ cốc kể trên

Mạch Nước xiro tinh bột, đường ngô, ngũ cốc, củ cải

Gạo Đường lỏng của củ cải, mía, tinh bột

Nước xiro Malt Nước xiro đại mạch và các ngũ cốc khác Xiro caramen Tiểu mạch

Chất màu của Malt

1.3.2: Phụ gia

1.3.2.1: NaoH

NaoH dùng để trung hoà và vệ sinh tẩy rửa Yêu cầu: NaOH >96%, NaCl <1,5%, Fe2(CO)3<0,2%

1.3.2.2: Axit

Bảng: một số axit thường dùng

Fe < 0.01%

SO42- < 0.0077%

Điều chỉnh pH và nước xử

lý lên men sữa

H2SO4 d=1.84 (g/l)

95-98% Điều chỉnh pH và nước xửlý lên men sữa

trong quá trình nấu và đường hoá

HNO3 hoặc HNO2 Vệ sinh tẩy rửa và sát

trùng

và vệ sinh tẩy rửa

1.3.2.3: Muối

Bảng: một số muối thường dùng trong sản xuất bia

NaCO3 NaCO3 NaCO3 > 95% NaCl

< 1%

Fe < 0,02%

Xử lý thành phẩm khi pH của Bia quá thấp

NaCl Màu trắng tinh NaCl >99%

H2O ≤ 0,5% Bổ sung vào môi trườngvà dịch lên men khi cần

thiết kích thích tiêu hoá

và ổn định vị của bia CaCl2 Tinh khiết Bổ sung vào dịch đường

hoá để bảo vệ enzyme khỏi tác động của nhiệt độ

CaSO4 CaSO4 Bổ sung vào nồi

Malt và nồi hoa để điều chỉnh nước

Na2S Na2S > 63,5%

Fe < 0,25%

Chất không tan < 1%

% Khử sắt, khử mùi tanh, màu vàng của sắt thường hoà Na2S thành dung dịch 15o Baume

1.3.2.4: Chất trợ lọc: trong sản xuất Bia, chất trợ lọc thường sử dụng nhất hiện nay

là diatomit và peclit

1.3.2.5: Các loại enzim sử dụng trong sản xuất bia

-Enzyme thuỷ phân protein – proteotylic(papain, pepsin)

-Enzyme anthocyanaza, polyphenoloxydaza

- Enzyme xenluloza

-Enzyme endo-glucanaza(Cereflo)

- α- Amylaza(Termamyl)

- Amyloglucosidaza(AMG)

-α-Axetolactat decarboxylaza(Maturex L)

1.3.3: Men

Men Nấm men thường được sử dụng trong sản xuất rượu, bia là saccharomyces Trong sản xuất bia thường sử dụng 2 chủng nấm men là: saccharomyces cerevisia (lên men nổi), saccharomyces carlsbergensis (lên men chìm)

Phần 2: Phân tích quy trình

2.1: Xử lý nguyên liệu

Malt và Gạo trước khi đưa vào sản xuất bia cần phải làm sạch, loại bỏ tạp chất, sau khi làm sạch đạt yêu cầu thì đem nguyên liệu đi nghiền Có thể nghiền khô hay nghiền ướt tuỳ thuộc vào loại thiết bị và công nghệ sản xuất Bia Ở đây chúng em xin đi sâu vào phương pháp nghiền khô

2.1.1: Nghiền Malt

*Mục đích: Nghiền Malt nhằm để dập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước làm cho sự xâm nhập của nước vào trong thành phần nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình sinh lý, sinh hoá trong nguyên liệu khi nấu tạo ra một dịch đường có nồng độ các chất hoà tan cao

- Yêu cầu kỹ thuật:

Sản phẩm khi nghiền gồm: vỏ trấu, tấm lớn, tấm bé và bột mịn Vỏ trấu phải to, không được nghiền mịn vì nếu vỏ trấu mịn sẽ cản trở quá trình lọc và gây vị chát cho bia vì trong vỏ của hạt có cấu tạo từ Cellulza Linhin, các hợp chất Polyphenol

và các chất khoáng, ngoài ra còn có một ít Pentoza, có chất màu và các chất đắng,số lượng tương đối lớn chúng sẽ gây vị đắng không mong muốn làm ảnh hưởng đến chất lượng bia

Tiêu chuẩn khi nghiền là: vỏ trấu 15-18%, tấm thô 18-22%, tấm mịn 30-35%, bột 25-35%, thành phần bột và tấm mịn nhiều gấp 2 -3 lần tấm thô Thiết bị thường

sử dụng là thiết bị nghiền trục với số trục nghiền là 2 trục, 3 trục, 4 trục… thường

sử dụng máy nghiền 4 trục và 6 trục

2.1.2: Nghiền gạo

*Mục đích: Gạo là hạt tinh bột chưa được hồ hoá Rất cứng, ở trạng thái này rất khó thuỷ phân để đạt được mục tiêu cuối cùng là trích ly được nhiều chất hoà tan

từ nguyên liệu thì người ta phải nghiền nhỏ

- Yêu cầu kỹ thuật: Gạo phải được nghiền nhỏ hơn Malt và xay mịn hơn, nhưng nếu quá mịn sẽ gây đục và khó lọc Thiết bị thông dụng của nhóm này là máy nghiền búa

2.2: Nấu

2.2.1: Bản chất của nấu

*Mục đích: Quá trình thuỷ phân nguyên liệu nhằm chuyển hoá các chất có cấu tạo hoá học phức tạp có trong nguyên liệu sang dạng đơn giản Trong đó chủ yếu

là thuỷ phân tinh bột

(C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6

Cơ sở lý thuyết của quá trình thuỷ phân: tạo điều kiện thích hợp nhất về nhiệt độ,

pH, O2, H2O… để hệ Enzyme trong Malt hoạt động mạnh nhất Chúng xúc tác sự phân cách các hợp chất cao phân tử có trong nguyên liệu thành các sản phẩm có cấu tạo phân tử đơn giản, hoà tan trong nước và làm thức ăn cho nấm men Thành phần dịch thuỷ phân thu được gồm: đường, dextrin bậc thấp, acid amin, các sản phẩm protein phân tử thấp và các hợp chất chứa phosphor và khoáng vi lượng

2.2.2: Quá trình nấu

*Nồi gạo:

-Hoà trộn: Bật cánh khuấy nồi gạo và máy hoà trộn bột gạo, cho nước vào máy hoà trộn bột cho vừa ngập trục, khoá bột và van nước lại, mở cho gạo xuống từ từ

và liên tục Bật bơm nạp dịch vào nồi, thực hiện cho đến hết số gạo trong mẻ nấu Thêm 50kg Malt lót vào nồi gạo, tiếp tục bơm thêm nước Dung tích của nồi gạo khoảng 1800-2000 lít Tắt bơm sau đó nạp nguyên liệu là gạo vào Tại nhiệt độ 320C gạo được hoà với nước và bổ sung Malt lót, phụ gia CaCl2 cho vào mỗi mẻ với mục đích phá huỷ liên kết gluten, hạn chế sự khê cháy trong nồi

- Dịch hoá lần 1: Nâng nhiệt độ từ 320C lên 72oC trong 20 phút,bột gạo bị trương

nở, enzyme amilaza trong Malt sẽ thuỷ phân làm giảm bớt độ nhớt

- Hồ hoá: Nâng nhiệt độ từ 720C lên 830C trong 30 phút để hồ hoá tinh bột và làm phá vỡ các hạt tinh bột trong dịch hồ nóng

- Dịch hoá lần 2: hạ nhiệt độ từ 830C -720C cho thêm lượng Malt lót còn lại giữ ở 720C trong 30 phút Quá trình này làm giảm độ nhớt của dịch đã được hồ hoá

Vì dưới tác dụng của amylaza các chuỗi amilopeptit tiếp tục phân cắt nhỏ lại và làm giảm độ nhớt của dịch cháo

- Hồ hoá triệt để: nâng nhiệt độ từ 720C lên 1000 C trong 20 phút, các hạt tinh bột còn lại sẽ bị trương nở hoàn toàn

*Nồi Malt:

- Hoà trộn: Sau khi thực hiện nấu nồi gạo được 70 phút thì tiến hành khởi động nồi Malt Tại thời điểm dịch hoá lần hai, bơm bột Malt được hoà trộn với nước có kết hợp với khuấy đều theo tỉ lệ Malt và nước 1:3 theo thể tích Dung tích cuối cùng khoảng 2500-2600 lít

- Đạm hoá: Thời gian gia nhiệt cho nồi Malt: Từ 300C-500C là 15 phút Cứ 1 phút lên 10C, giữ ở 500C khoảng 20 phút để thực hiện đạm hoá dịch Malt Thời điểm kết thúc đạm hoá tại nồi Malt phải tính toán sao cho trùng với thời điểm kết thúc

hồ hoá triệt để ở nồi gạo

- Đường hoá: Tại thời điểm kết thúc đạm hoá và hồ hoá triệt để tiến hành bơm chuyển dịch hồ hoá từ nồi gạo sang nồi Malt kết hợp bơm nước lạnh hoà trộn vào nồi Malt tạo thành hỗn dịch sao cho khi kết thúc bơm tại nồi dịch phải đạt 650C, dung tích hỗn hợp khoảng 5500-6000 lít Giữ 20 phút để đường hoá hỗn hợp dịch -Dextrin hoá: Sau khi đường hoá xong nâng nhiệt lên 750C, cứ một phút nâng lên 10C giữ ở 750C khoảng 20 phút để dextrin hoá, số tinh bột còn lại dùng Iod để kiểm tra tới khi thấy màu vàng rơm sau đó nâng nhiệt lên 760C/5 phút

2.3: lọc dịch đường

Dùng máy lọc khung bản

Dịch đường sau khi Đường gồm 2 phần: phần lỏng và phần rắn phần rắn bao gồm tất cả những phân tử nhỏ không hoà tan

Phần lỏng chứa tất cả các chất hoà tan của mẻ nấu gọi là dịch đường.

*Mục đích: Tách pha lỏng ra khỏi pha rắn, tức là tách thu lấy dịch đường để tiếp tục thực hiện các bước tiếp theo của tiến trình công nghệ, còn pha rắn loại ra ngoài

Quá trình này có bước rửa bã nhằm tận thu lượng đường, đạm và các chất hoà tan khác, giảm lượng phế thải trong sản xuất, nâng cao hiệu suất chiết

*Quá trình lọc dịch đường: Có thể chia làm 3 giai đoạn:

-Giai đoạn 1: Tuần hoàn dịch đường

Tấm lọc là tấm bản bằng kim loại có mạng lưới rãnh liên thông được bọc bằng vật liệu lọc là (bố lọc)

Mở van đáy nồi Malt, và mở van ở 2 đầu của máy lọc trước tiên bơm nước vào camera ở nhiệt độ 800C để thử độ kín của máy, sau đó mở các van để tháo nước

ra, tiếp theo ta bơm dịch cháo vào khung, dịch cháo sẽ đi qua các bản có phủ lớp vải lọc, lớp vải lọc này sẽ cho dịch đường qua các bản và giữ bã lại trên vải lọc, ở giai đoạn đầu từ 10-15 phút dịch đường bị đục là vì kích thước của tấm vải lọc còn lớn nên dịch ra bị đục ta phải bơm trở lại nồi đường hoá để lọc lại

- Giai đoạn 2: Khi dịch đường đã trong ta không tuần hoàn về nồi Malt nữa mà bơm qua nồi hoá

- Giai đoạn 3: Giai đoạn rửa bã Ta sử dụng nước ở nhiệt độ 700C-750C để rửa bã nhằm chiết rút hết chất hoà tan còn lại có trong bã và đồng thời đáp ứng đủ dung tích cho nồi houblon hoá (10000 lít)

2.4: Houblon hóa

*Mục đích: Quá trình này nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm,

vị đắng đặc trưng của hoa Houblon

Trích ly chất đắng tinh dầu thơm, polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa Houblon vào dịch đường tạo mùi thơm, vị đắng đặc trưng, giữ bọt cho bia

- *Nồi houblon.

Trong quá trình lọc khung bản dịch đường được bơm sang nồi hoa Houblon cho đến thể tích đạt 4500-5500 lít ta bắt đầu gia nhiệt cho nồi houblon Khi bắt đầu sôi nhiệt độ khoảng 980C cho 1kg cao hoa houblon và 1kg caramen treo nhúng trong dịch nha đun sôi để hoà tan Ta cũng có thể cho hoa houblon vào dịch đường bằng cách hoà vào nước rửa cuối giai đoạn rửa bã Tiếp tục quá trình ta đun sôi cho đến khi dịch lọc đạt 9800 lít ta cho tiếp hoa Houblon mỡ vào nhằm tăng mục đích tạo mùi thơm cho bia, và tiếp tục đun sôi 10 phút nữa để trích hết các cấu tử còn lại trong hoa, kết thúc quá trình nấu houblon ta bơm dịch sang thùng lắng để lắng cặn

2.5: Lắng đọng dung dịch đường

*Mục đích: lắng cặn nhằm để loại bỏ toàn bộ cặn thô và cặn mịn (có chứa các hợp chất phức tạp) ra khỏi dịch đường nhờ thùng lắng để không gây ảnh hưởng xấu đến các giai đoạn tiếp theo

*Quá trình lắng (thùng lắng Wirlpool)

Dịch đường được bơm từ nồi houblon sang thùng lắng được hạ nhiệt độ từ 1000C xuống 900C trong vòng 15-20 phút Dịch đường từ nồi houblon được bơm sang thùng lắng theo đường ống được cấu tạo gấp khúc đột ngột co lại làm cho dịch đường bơm vào thùng có vận tốc lớn tạo nên dòng xoáy bên trong thùng lắng theo phương tiếp tuyến, làm cho các hạt cặn lắng xuống đáy một cách dễ dàng hơn Quá trình lắng trong vòng 30 phút

2.6: Làm lạnh nhanh và sục khí Oxy

*Mục đích Làm lạnh nhanh để đưa dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men hoạt động đồng thời tang khả năng hòa tan Oxy vào dịch đường phục vụ cho giai đoạn đầu tạo sinh khối của nấm men Làm lạnh nhanh còn tác dụng tráng vi sinh vật nhiễm vào dịch đường lên men

*Quá trình làm lạnh nhanh: Dịch đường từ thùng lắng được bơm sang thiết bị làm lạnh có nhiệt độ khoảng 900C ta giải nhiệt bằng nước có nhiệt độ 320C Sau giải nhiệt bằng nước thì dịch đường có nhiệt độ khoảng 560C, ta tiếp tục giải nhiệt bằng cồn lạnh có nhiệt độ -70C÷-100C để dịch đường đạt nhiệt độ 120C thích hợp

đi lên men ban đầu

2.7: Quá trình lên men

Bản chất quá trình lên men :Quá trình lên men Bản chất của quá trình là một quá trình phức tạp thông qua hoạt động chuyển hoá các chất trong dịch lên men của nấm men màhình thành nên tính chất đặc trưng của bia sau này

2.7.1: Quá trình lên men chính

Lên men chính là quá trình rất quan trọng có tính quyết định lên sản phẩm bia

*Mục đích: Nhằm chuyển hoá các chất có trong dịch đường thành C2H5OH, CO2,

và một số chất khác như: rượu cao, este, hợp chất thơm… tạo mùi vị đặc trưng cho bia thông qua hoạt động của nấm men

*Quá trình lên men chính qua 4 thời kỳ:

- Thời kỳ đầu: Nấm men bắt đầu làm quen với môi trường mới, nó hấp thụ oxy sinh sản và phát triển Trong tank lên men lúc này xuất hiện các bóng bọt bám xung quanh thành tank, và trên bề mặt dịch lên men

- Thời kỳ 2: Quá trình lên men bắt đầu mạnh dần trên bề mặt, dịch lên men bắt đầu xuất hiện các lớp bọt màu vàng nhạt

- Thời kỳ 3: Đây là thời kỳ nấm men phát triển mạnh nhất và hiệu xuất của quá trình này là lớn nhất Nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng có trong dịch đường

và sinh ra Etharnol và CO2 Hàm lượng chất khô giảm một cách rõ rệt, hàm lượng cồn, CO2 tăng lên nhanh chóng