công nghệ sản xuất bia

Phương pháp ly tâm Ưu điểm so với máy lọc thông thường: kỹ thuật thao tác đơn giản. dễ cơ khí hóa. mặt bằng diện tích chiếm ít. năng suất cao chi phí sản xuất thấp. Nhược điểm: bia không đạt được độ trong tinh thể, do độ độ bền keo của sản phẩm không cao bằng các giải pháp làm trong khác.

Phần 3.Công nghệ sản xuất

Bia

Tài liệu tham khảo

1 Hoàng Đình Hòa,1998 Công nghệ sản xuất Malt và Bia.

2 Nguyễn Thị Hiền (chủ biên), 2008 Công nghệ Malt và Bia Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

3 Bùi Ái; Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm; NXB Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh – 2005.

4 PGS.TS Lê Thanh Mai (chủ biên) Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men; NXB Khoa học và Kỹ thuật; 2007.

Sơ đồ khối của quá trình sản xuất tại nhà máy bia

Hình 2 – Mô hình tổng quan hệ tự động hóa chính của nhà máy

Giao diện hệ thống nghiền malt – gạo

Recipe công nghệ chạy sản xuất malt

Phân xưởng nghiền

Phân xưởng nấu

Hệ thống nồi nấu.

Hệ thống Tank lên men bia

Phân xưởng chiết và thanh trùng

Hệ thống lò hơi

Công nghệ C.I.P trong nhà máy

bia, NGK

Các hệ thống tank chứa hóa chất phục vụ CIP trong nhà

Giao diện chính điểu khiển hệ thống làm mềm nước

Thu hồi và lọc CO 2

Mục lục

Chương 1 Giới thiệu chung

Chương 2 Nguyên liệu sử dụng trong sản xuất bia Chương 3 Công nghệ sản xuất bia

Chương 1.Giới thiệu chung về bia

1 Thành phần dinh dưỡng và phân loại bia

-Chứa một lượng cồn từ 1,8 – 7% so với thể tích và khoảng 0.3 – 0.45% khí cacbonic tính theo trọng lượng

1.1 Các thành phần có trong bia.

Giới thiệu chung về bia

Thành phần dinh dưỡng

nước từ 80% - 89% chất hòa tan 5.5 -10.7% trong đó đường và

-Nồng độ diacetyl không vượt quá 0.35 miligam/lít

-enzym: amylaza, proteaza

Ale lên men nổi, ở nhiệt độ 15- 230C.

Lager;

- Lên men chìm, ở nhiệt độ 7-12 °C,

- Lên men thứ cấp lâu ở 0-4 °C

(30-40 °F).

- Bia có hương vị nhẹ và dịu hơn loại bia ale

2.Phân loại bia.

a) Theo phương cách lên men

Giới thiệu chung về bia

b) Bia lên men tự nhiên:dùng men bia hoang dã

c) Loại bia hỗn hợp:

+ Bia hoa quả và rau quả

+ Bia thảo mộc và bia

gia vị bổ sung các chất

chiết ra từ rễ, hạt, lá ,

loại bia nào mà mạch nha của nó đã được hun khói (Rauchbiers ở

Bamberg, Đức).

Giới thiệu chung về bia

Theo màu sắc của bia: bia nâu, bia đen,bia vàng, bia đỏ,

Một số sản phẩm bia nổi tiếng

Giới thiệu chung về bia

Chương 2 Nguyên liệu trong sản xuất bia

Malt, Men, Hoa houblon, Nước

1.1.Định nghĩa và phân loại hạt đại mạch

Đại mạch thuộc nhóm thực vật có hạt, lớp lá một

mầm, thuộc họ lúa mì (hordeum sativum).

 Dựa trên số hàng xung quanh cuống hạt chia

thành:

Đại mạch hai hàng: Hordeum Distichum

Chỉ có 2 bông hoa trên giẻ có khả năng tạo hạt Hạt phát triển tốt, tròn đều.Vỏ trấu

mỏng hơn

1.Hạt đại mạch và malt

Các loại đại mạch

Đại mạch 6 hàng: Hordeum Hexastichum

Trên 1 giẻ có 6 hoa tạo hạt chắc

Trên trục có 2 loại hạt Các hạt ở giữa có dạng đối xứng, các hạt bên hình thoi, gầy hơn và có dạng xoắn đặc biệt

Vỏ thường dày hơn

Sản lượng lớn hơn

1.Hạt đại mạch

 Dựa vào màu sắc lớp aleurone.

Lớp aleurone đại mạch có thể có màu trắng hay xanh lơ,

Dựa vào cấu tạo hạt như râu hạt

Râu nhám van đại mạch râu trơn, dựa trên cuống hoa ta có cuống hoa ngắn, cuống hoa dài hay cuống hoa bị thui chột

Đại mạch mùa xuân và mùa đông

1.Hạt đại mạch

1.2 Công nghệ sấy

1.2.1 Công nghệ sấy malt vàng

Đặc điểm của quá trình sấy malt vàng là giảm nhanh hàm ẩm của malt

trong khi nhiệt độ sấy còn thấp

Cần tiến hành thông gió ở mức tối đa

Độ dày lớp malt: 0,2 - 0,25 m

Chu kỳ sấy là: 24 h

Chế độ sấy chia làm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Sự gia tăng nhiệt độ và thoát ẩm ở giai đoạn đầu xảy ra

chậm Sau khoảng 6 h, nhiệt độ chỉ cần đạt 30 - 35°c còn hàm ẩm phải giảm xuống 20%

Tần suất đảo malt; 2h/lần

Giai đoạn 2: Trong 6 h tiếp theo nhiệt độ tăng lên đến 50°C, còn hàm

ẩm của hạt phải hạ xuống còn 8 - 10%

Tần suất đảo malt; 1h/lần

Giai đoạn 3: Sau 12 h, malt ở tầng hai được đổ xuống tầng một

- nhiệt độ sấy: 75 - 80°c

- hàm ẩm: 3,3 - 3,5%

1.22 Công nghệ sấy malt đen

Yêu cầu công nghệ sấy như sau:

- hạ được hàm ẩm của malt xuống 1,5% ;

- tạo được nhiều melanoid ;

- màu của malt phải nâu, rất sẫm ;

- tạo được nhiều chất chiết hòa tan bổ sung

Nguyên tắc sấy như sau:

-chu kỳ sấy kéo dài; 48h

Đóng từ từ các van thông gió và tăng số lần đảo malt

Tất cả các van thông gió phải mở hết cỡ

Tần suất đảo malt: Thời gian đầu malt được đảo liên tục, còn thời gian sau thì đảo 2 h/lần

Quá trình Malt đen Malt vàng

Ươm mầm

Thời gian 7-9 ngày đêm 6-8 ngày đêm

Đặc điểm Chiều dài rễ 2 lần chiều dài

hạt, chiều dài mầm lá 1 lần chiều dài hạt.

Chiều dài rễ 1.5 lần chiều dài hạt, chiều dài mầm lá ¾ chiều dài hạt

Nhiệt độ khởi đầu 15 0 C 14 0 C

Bảng 2.6: Đặc điểm về chỉ số hoá học của malt đen và malt vàng

Các chỉ số hoá học Malt đen Malt vàng

Thuỷ phần Không vượt quá 5% trọng lượng.

Thời gian đường hoá 20-30 phút, nhiệt độ 70 0 C 10-20 phút ở nhiệt độ 70 0 C

Độ axit pH đường hoá là 5.5-6.5

Đạm hoà tan Malt có chất lượng cao thì chỉ số Kolbach cao hơn 41,

còn nếu thấp hơn 35 thì malt có chất lượng rất kém Đạm fomol 10-12% so với đạm tổng (Nx6.25)

Hoạt lực amylaza 70-120 0 WK 160-340 0 WK

Hoạt lực catalaza 10-25 đơn vị điều kiện 50-80 đơn vị điều kiện

2 Nguyên liệu thay thế malt đại mạch

Nguyên liệu thay thế malt đại mạch

2.1.Nguyên liệu thay thế dạng hạt

2.2.Nguyên liệu thay thế dạng đường

3.Hoa houblon 3.1.Đặc điểm cây houblon

Cây leo, cao 6-7m

-Thu hoạch bằng

tay

-Cây trồng 15 năm

-Humulus lupulus

3.2.Vai trò của hoa houblon trong sản xuất bia

Hương thơm rất đặc trưng Làm cho bia có vị đắng dịu

Tăng khả năng tạo và giữ bọt

Tăng độ bền keo của bia

Ổn định thành phần sinh học của sản phẩm

3.3 Thành phần hóa học của houblon.

Bảng 3.1: Thành phần của houblon tính theo % chất khô

3.2.1.Chất đắng

Chiếm 15-21% theo chất khô của hoa

Vai trò:

+Làm cho bia có vị đắng dịu.

+ Có hoạt tính sinh học cao

+ Tạo ra sức căng bề mặt làm cho bia có khả năng giữ bọt lâu

+Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

Thành phần hóa học: phân loại theo sơ đồ

Chất đắng (tan trong ete dietyl)

Axit đắng (hợp chất tinh thể) Nhựa đắng(hợp chất vô định hình)

Lực đắng của houblon được tính theo wollmer : Lực đắng = α- axit đắng +

3.2.2.Tinh dầu thơm

Chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu.

Tỷ trọng: 0,88

Dễ hòa tan trong etylic nồng độ cao,

Bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường.

Thành phần hóa học

Bao gồm 103 hợp chất khác nhau,

Phần lớn là terpen, rượu, xeton, andehid, este và axit Nhóm hydrocacbon chiếm 75%, sau đó là các loại rượu, phần cón lại là những hợp chất khác.

3.2.3.Polyphenol

Vai trò: Được dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất

protid cao phân tử ra khỏi dịch đường.

Humulon chiết ly : axit đắng 30%

• Humulon đồng phân hóa : α- axit đắng đã được

+ Loại 45:cần thêm các công đoạn phức tạp hơn Khi

đó, bột HOP được xử lí một cách cơ học để có được chỉ

số đắng đồng đều Nguyên liêu thô sấy để đạt đên độ

ẩm 7-8%, sau đó làm sạch, lạnh sâu, nghiền và phân

tách Tại đây, các thành phần không mong muốn như

cành, cọng hoặc cuốn hoa bị loại bỏ để tách biệt với

hoạt chất lupulin tạo vị đắng.

Sự khác nhau nấm men chìm và nấm men nổi

Nấm men chìm Nấm men nổi Hình dạng Hình cầu, tế bào sau khi nảy

chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi.

Hình cầu hoặc ovan, sau nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành như chuỗi Khả năng lên men với đường

raffinoza

Sử dụng hoàn toàn sử dụng được 1/3

Quá trình trao đổi chất của

nấm men

quá trình lên men quá trình hô hấp

Nồng độ enzym Thấp hơn Cao hơn

Khả năng tạo bào tử Lâu hơn, hạn chế hơn Nhanh hơn

Công nghệ lên men chìm lắng xuống đáy thiết bị

khi kết thúc lên men chính.

nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men

chính Chủng nấm men S carlsbergensis S cerevisiae

Phân loại chia ra 2 loại: men bụi và

nấm men kết bông Nhiệt độ lên men 4 – 12 0 C 14 – 25 0 C

Ưu nhược điểm Dễ lọc, dễ thu hồi để tái sử

dụng

Khó lọc, khó thu hồi để tái

sử dụng Thời gian lên men 8-9 ngày 5-6 ngày

Ứng dụng Sản xuất bia vàng, bia có độ

cồn thấp

Sản xuất bia đen, bia có độ cồn cao

Chương 3 Công nghệ sản xuất bia

1 Chuẩn bị dich đường

+ Nghiền malt và nguyên liệu thay thế

+ Nấu đường hóa malt và nguyên liệu thay thế+ Lọc dịch đường

2 Nấu hoa, làm trong và làm lạnh dịch đường

+ Nấu dịch đường với hoa houblon

+ Làm trong và làm lạnh dịch đường

3 Lên men chính và lên men phụ

+ Lý thuyết về quá trình lên men

+ Vấn đề men giống trong sản xuất bia

+ Kỹ thuật lên men

+ Lên men phụ và tàng trữ bia

4 Hoàn thiện sản phẩm

+ Làm trong bia

+ Bão hòa CO 2

Quy trình sản xuất bia qua 3 giai đoạn:

 Quy trình ở phân xưởng nấu

 Quy trình ở phân xưởng lên men

 Quy trình ở phân xưởng chiết

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia

I Quy trình ở phân xưởng nấu

Quá trình nấu bia có thể chia làm 5 giai đoạn chính.:

- Nghiền nguyên liệu

- Hồ hoá và đường hoá

- Lọc dịch đường

- Nấu hoa

- Lắng xoáy và làm lạnh dịch đường houblon hoá

Xưởng nấu bia

Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ sản xuất dịch đường:

1 - cân; 2 - nghiền malt; 3 - thùng chứa tạm bột nghiền; 4 – nước; 5 - thùng phối trộn; 6 – đường hóa; 7 - lọc bã malt; 8 - hoa houblon; 9 - đun sôi dịch đường với hoa; 10 - tách bã hoa; 11 - thùng làm nguội dịch

đường; 12 - máy làm lạnh dịch đường; 13 - ly tâm dịch đường; 14 - dịch

đường houblon hóa đã làm lạnh, chuyển đi lên men

1.1.Một

số định

nghĩa

Cơ sở khoa học

Hiệu suất đường hóa (%)

sử dụng hệ enzym thủy phân

(dịch nha, nước mu)là hỗn hợp bao gồm:

nước và các cấu tử hòa tan

là tỷ số giữa khối lượng chất khô của chất chiết dịch đường và tổng số chất khô của nguyên liệu đem vào đường hóa

Dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

các cấu tử hòa tan bao gồm: đường, dextrin bậc thấp, axit amin và các sản phẩm protein thấp phân tử, các hợp chất chứa photpho, các chất khoáng, các chất vi lượng,

- 93% chất hữu cơ và 7% chất vô cơ…

Chất chiết

1 Sản xuất dịch đường

Thúc đẩy các quá trình sinh lý, sinh hoá xảy ra trong nguyên liệu khi nấu

Phương pháp

+ nghiền khô+ nghiền ẩm+ nghiền ướt

Ưu và nhượcđiểm

1 Sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

Hình 3.5 Máy nghiền malt khô 4 trục một sàng và 6 trục bốn sàng

Nghiền

ẩm

Phương pháp và mục đích

Thiết bị

Hạt malt được phun ẩm bổ sung thêm 2%

bằng nước nóng (sôi) hoặc bằng hơi <1050C

Mục đích: - làm cho vỏ ẩm để bảo toàn trạng

thái sau khi nghiền;

- làm trương nở các sợi dạng keo của nội nhũ

Ưu và nhượcđiểm

1 Sản xuất dịch đường

Nghiền

ẩm

Phương pháp và mục đích

Thiết bị

Nghiền ướt tức là malt được nghiền cùng với nước theo tỷ lệ phối trộn nhất định

Ưu điểm:

Vỏ trấu được bảo toàn

Dung tích chứa trong thùng lọc lớn

Nhược điểm:

Không tốt với các loại malt chưa nhuyễn

Ngâm không đều

Hoạt lực emzym và hoạt lực sinh học không được kiểm soát trong thùng ngâm

Chi phí đầu tư lớn

Millmaste, Mamo

Ưu và nhược điểm

1 Sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

1.2

Đường

hoá

Định nghĩa

là quá trình thủy phân chuyển tối đa những chất không hoà tan dự trữ trong malt và nguyên liệu thay thếthành những chất hòa tan với nước tạo thành dịch đường hoá

Phương pháp

Toàn khối

Tăng nhiệt độTam phân đoạn

Giảm nhiệt độ

Hình 3.6.Vị trí tác động của enzym α – amylase và β- amylase

1 Sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

Ứng dụng

Sử dụng nhiều trong sản xuất:

- Bia đen

-Bia vàng chất lượng hảo hạng

-Bia vàng chất lượng cao nhưng độ nhuyễn của malt không tốt

-Bia có bổ sung nguyên liệu thay thế

1 Sản xuất dịch

đường

Hình 3.6 Giản đồ nấu bia

Bột gạo, nước, H 2 SO 4 và malt lót

Hình 3.6.Sơ đồ nấu tam phân đoạn

1 Sản xuất dịch đường

Giai đoạn 1:

-Thiết bị được vệ sinh sạch sẽ nhờ hệ thống CIP

-Dùng một ít nước để lót nồi và bổ sung malt lót lần 1

-Nước ( 500C) lưu lượng 2200l và 0,2 kg H2SO4 trong một mẻ

được hòa tan với bột gạo ( 500 kg) tại bộ phận phối trộn được đặt phía trên của thiết bị

-Bổ sung enzym α- amylase (Termamyl) (300 ml)

-Nâng nhiệt lên 72ºC thời gian nâng nhiệt là 30 phút và giữ nhiệt

độ này khoảng 20 phút

-Nâng nhiệt độ lên 83ºC, giữ nhiệt độ này khoảng 5 phút

-Hạ nhiệt độ xuống 72ºC, giữ nhiệt trong vòng 25 phút và bổ sung malt lót lần 2

-Đun sôi 100ºC trong vòng 15 phút

-Kết thúc quá trình sôi,van hơi được khóa lại

-Kiểm tra xem tinh bột sót

- Chuyển sang nồi đường phối trộn.Thời gian bơm khoảng 10 phút trong 2 lần

-Còn với sản xuất bia chai nước sử dụng cho nồi đường hóa là 6750 lít nước ở 40 – 450C + hòa tan 0.3 kg axit axit lactic + 200 ml enzym

Cereflo, bột malt xuống với khối lượng 1350 kg, ngâm trong 20 phút  

- Nâng nhiệt 520C với thời gian 20 phút

1 Sản xuất dịch đường

Giai đoạn 3:

Bơm số còn lại của nồi gạo sang nồi malt và để nhiệt độ là 650C

- Thời gian để 650C là 45 phút đối với bia hơi, 60 phút với bia chai

- Nâng nhiệt độ lên 720C và giữ phút 20 phút Thử Iot không còn màu xanh là được

- Nâng nhiệt độ lên 780C và giữ 10 phút

Kết thúc quá trình đường hoá ta tiến hành bơm dịch sang nồi lọc

1 Sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

độ nhuyễn trên mức trung bình

Các bước thực hiện:

• Bột malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 45 0C

• Sau khi đánh nhuyễn bột với nước thì cánh khuấy ngừng quay và toàn bộ dịch bột để yên ở nhiệt độ 45°C trong thời gian 60 ph Nâng nhiệt độ lên 62 - 65 0C và duy trì nhiệt độ này trong 30 - 45 ph

• Nâng nhiệt độ lên 70 0C và dừng ở đây 30 ph

• Nâng lên 75 0C và duy trì ở nhiệt độ này cho đến lúc đường hóa kết thúc

1 Sản xuất dịch đường

1.2.2.Đường hóa theo phương pháp toàn khối

b) Phương án giảm dần nhiệt độ

•Chỉ áp dụng cho malt có hoạt lực amylaza rất cao và độ nhuyễn

proteaza rất tốt

•Cách tiến hành như sau :

-Bột malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 75 0C

Cánh khuấy tiếp tục làm việc thêm 15 ph thì dừng lại

Cả khối cháo để yên, cho nhiệt độ giảm dần đến khi đường hóa kết thúc Quá trình này kéo dài khoảng 60 ph

1 Sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

Hạ pH của dịch

Bổ sung chế phẩm enzim

nhằm tăng cường khả năng xúc tác thủy phân cơ chất

Loại chế phẩm enzim của nấm sợi Aspergillus oryzae được sử dụng rộng rãi nhất

bổ sung axit lactic với liều lượng 0,06 - 0,1% so với khối lượng nguyên liệu

1.4 Thiết bị ở phân đoạn sản xuất dịch đường

1 Sản xuất dịch đường

Hình 2.11: Nồi nấu malt Hình 2.12: Cánh khuấy của nồi

nấu malt

b) Thiết bị dường hóa (nồi đường hóa)

Vai trò: là để đường hóa và đun sôi từng phần (thông thường là 1/3

phần) của khối cháo hoặc trong trường hợp sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao thì dùng để hồ hóa lượng nguyên liệu này

Hình 4.10 Nguyên tắc cấu tạo của nồi đường hóa:

1 - ống thoát hơi; 2 - cánh khuấy; 3 - hộp giảm tốc; 4 - van tháo dịch; 5 - bơm dịch; 6 - van hơi; 7 - van giảm áp; 8 - phân phối hơi; 9 - hơi ngưng; 10 - van đuổi không khí; 11 - áp kế; 12 - đưòng ống dẫn dịch từ nồi phối trộn;

13 - nhiệt kế; 14 - ký đồ nhiệt

1 Sản xuất dịch đường

1.5.Kết luận

Hopkin đã rút ra các kết luận sau đây :

-Tinh bột bị thủy phân và tạo thành nhiều chất chiết nhất là ở nhiệt độ 65

- 68 0C;

Hàm lượng đường khử được tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 60 - 62 0C;

- Hàm lượng đường có khả năng lên men tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ

65 0C;

- Hàm lượng đạm hòa tan bền vững tạo thành nhiều nhất ở 50 - 55 0C;

- Hàm lượng đạm formol tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 50 - 55 0C;

- Hàm lượng các hợp chất cao phân tử chứa nitơ tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 55 - 60 0C;

-Tính đệm của dịch đường bền vững nhất ở nhiệt độ 50 - 600C ;

- pH = 5, hàm lượng chất chiết tạo thành nhiều nhất ;

- pH = 5,5, hàm lượng maltoza tạo thành nhiều nhất và tốc độ lọc bã

malt cũng lớn nhất ;

- pH = 5,75 dịch cháo được đường hóa nhanh nhất

1 Sản xuất dịch đường