19.04.20

1

Sản xuất dịch đường Malt

Nguyên liệu thay thế

Nước, ion, enzyme, acid

Nước

Bã

Hoa huplong, đường

Cặn

Dich đường cho lên men

2

1

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường

Dịch đường sau lọc được đun sôi với hoa hops nhằm các mục đích

— Tách chiết các thành phần chất đắng và chất thơm từ hoa vào dịch

đường, tạo vị đắng và mùi thơm cho sản phẩm

— Kết tủa các protein khả kết với các polyphenol trong hoa, giảm khả

năng gây đục cho bia thành phầm

— Tiêu diệt enzym (còn sót lại sau quá trình đường hóa)

— Tiêu diệt vi sinh vật (nếu bị nhiễm từ ngoài vào)

— Tạo màu cho dịch đường và bia thành phầm (phản ứng maillard)

— Cô đặc tới nồng độ dịch đường theo yêu cầu công nghệ

chính:

3

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

— Sự hòa tan và biến đổi của các chất từ hoa

— Sự keo tụ protein

— Sự bốc hơi nước

— Sự tạo màu và hương vị

— Sự biến đổi DMS (Dimethylsulphide)

4

2

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

— Hòa tan và chuyển hóa chất đắng:

— Apha axit bị đồng phân hóa thành dạng iso - tăng độ hòa tan

— 1/3 alpha axit đắng sẽ còn lại sau quá trình đun sôi

— Quá trình phụ thuộc vào:

— Bản chất của chất đắng

— Thời gian đun sôi hoa: thời gian tăng, hiệu suất chuyển hóa tăng

— pH: pH tăng, chuyển hóa tăng

— Kích thước chế phẩm hoa: nếu nhỏ khả năng chiết tốt hơn

Sự hòa tan và biến đổi các thành phần trong hoa

5

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

— Tại sao phải bổ sung hoa nhiều lần?

— Tinh dầu bị bay hơi trong quá trình đun hoa, do vậy chế phẩm hoa tạo hương thường

chỉ được bổ sung vào dịch đường trước khi kết thúc từ 15 – 20 phút

— Hợp chất polyphenol gồm có tanin, anthocyan… sẽ hòa tan dễ dàng vào dịch và sẽ tạo

các hợp chất phức với protein, .

Sự hòa tan và biến đổi các thành phần trong hoa

6

3

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi Sự keo tụ protein

— Dịch đường còn nhiều protein, có khả năng tạo kết tủa sau này

— Polyphenol từ hoa và malt sẽ kết hợp với protein trong dịch đường

tạo thành các hợp chất không tan trong dịch đường nóng (tạo thành

cặn nóng)

— Thời gian và nhiệt độ đun sôi: nhiệt độ tăng, thời gian dài, thì sự tạo cặn

sẽ lớn

— Sự đảo trộn: sự đảo trộn tốt tăng sự hình thành cặn nóng

— pH: Cặn tạo tốt nhất ở pH 5.2

— Quá trình tạo cặn nóng phụ thuộc

— Thành phần nito khả kết cần thấp sau quá trình sôi ho để tránh tạo căn cho bia thành phẩm

7

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi Sự cô đặc dịch đường

— Nồng độ dịch đường tăng lên trong quá trình đun sôi

(khoảng 2%).

— Trước đây thường chọn mức

độ bay hơi 10 -15%. Tuy nhiên

năng lượng cho quá trình

đun sôi lớn à thu hồi năng lượng hoặc sử dụng nồng độ

dịch đường sau lọc cao hơn

— Ngày nay, mức độ bốc hơi

thường 4-5%.

8

4

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

Sự tăng màu cho dịch đường

— Trong quá trình đun sôi sẽ diễn ra các phản ứng melanoid (giữa axit amin và đường khử) và quá trình oxy hóa các polyphenol, do vậy, màu của dịch đường sẽ sẫm hơn so với dịch đường trước đun sôi

— Sôi mạnh tạo nhiều sản phẩm maillard, sản phẩm phân giải strecker…ảnh hưởng

tới hương vị sản phẩm

Sự thay đổi chỉ số TBI) (thiobarbituric acid index) theo công đoạn sản xuất: - TBI thể hiện mức độ tác

động của nhiệt độ tới dịch đường

- TBI thể hiện mức độ bền

hương vị sản phẩm

9

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi Axit hóa dịch đường

— Do các sản phẩm melanoid tạo thành và do các chất axit đắng

hòa tan trong dịch nên pH của dịch đường giảm từ 5.8-5.9

xuống 5.5 -5.6

— Quá trình keo tụ protein tốt hơn

— Giảm sự sẫm mầu dịch đường

— Tăng khả năng diệt vi sinh vật

— Vị đắng hài hòa hơn

— Ưu điểm

— Nhược điểm: giảm khả năng hoà tan chất đắng từ hoa.

10

5

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi Sự biến đổi dimethysulphide

— DMS là thành phần bay hơi không có lợi, tạo mùi vị không tốt cho bia

— Tiền chất không hoạt động của DMS là SMM (S-methylmethionine) tạo ra

thành phầm

nhiều trong quá trình sản xuất malt, bị chuyển hóa trong quá trình sấy

malt ở nhiệt độ cao tạo ra DMS và tiền chất hoạt động (DMSO). Quá trình

— Cường độ sôi càng mạnh, sự chuyển hóa diễn ra càng mạnh và DMS bay

đun sôi dịch đường, sự chuyển hóa này tiếp tục diễn ra

— Ngưỡng DMS hướng tới: 100 ug/L

hơi càng nhiều

11

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

Sự biến đổi dimethysulphide

12

6

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các quá trình biến đổi

Vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật

— Enzyme còn sót lại sẽ bị vô hoạt, hạn chế sự biến đổi dịch đường

— Vi sinh vật nếu bị nhiễm tạp cũng sẽ bị tiêu diệt nhờ tác dụng của

nhiệt độ cao

Cần thấp để giảm ảnh hưởng tới chất lượng bia. Sôi và bay hơi tốt để loại DMS

DMS 40-60 ug/L

13

Nito khả kết (20-30 mg/L)

Thiobarbituric acid index = thể hiện lượng sản phẩm từ phản ứng maillard

TBI (30—40)

Giảm lượng N khả kết để tăng độ bền keo cho sản phẩm bia. Cần sôi mạnh để tạo kết tủa tốt

Thể hiện mức độ tác động của nhiệt với dịch đường. Cần thấp nên hạn chế cường độ sôi

Theo công nghệ sản xuất bia lager hiện đại

14

7

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đun hoa

— Chế độ đun sôi: nhiệt độ, thời gian và cường độ sôi

— pH của dịch đường

— Sự có mặt các chất khử, ion

— Các chế phẩm hoa sử dụng và cách thức bổ sung hoa trong quá trình

đun hoa

15

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa

— Yêu cầu chung:

— Đảm bảo cường độ sôi mạnh

— Hệ thống gia nhiệt mạnh mẽ

— Sự đảo trộn tốt

— Tỷ lệ thể tích làm việc thấp (60 - 65%)

— Tổn thất nhiệt lớn, để tiết kiệm năng lượng, cần có biện

pháp thu hồi nhiệt

16

8

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa

— Vật liệu:

— Đồng (copper):

— truyền nhiệt tốt, dễ chế tạo, thẩm mỹ

— Xúc tác phản ứng oxy hóa làm tăng màu dịch đường

— Thép không rỉ:

— Rẻ tiền nhưng khó chế tạo do độ cứng

— Chịu được axit và kiềm tốt hơn

— Có thể được làm mỏng hơn

— Khả năng dẫn nhiệt kém hơn đồng

17

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa

— Hình dáng: Đảm bảo sự đảo trộn tốt

Một số ví dụ về đáy của nồi sôi hoa trước đây

18

9

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa - Các phương pháp gia nhiệt

— Gia nhiệt trực tiếp bằng

lò đốt than/dầu — Thủ công

với sử dụng hơi

— Truyền nhiệt kém hơn so

hệ cấp nhiệt

Không còn sử dụng

— Vấn đề thao tác vận hành

19

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa - Các phương pháp gia nhiệt

— Gia nhiệt bằng hơi từ bên ngoài thiết bị (nồi 2 vỏ) — Truyền nhiệt kém — Cần có hệ thống cánh khuấy hoặc có hình dạng đặc biệt

Không còn sử dụng

20

10

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa - Các phương pháp gia nhiệt

— Gia nhiệt bằng hệ thống gia nhiệt bên ngoài sử dụng hơi

— Gia nhiệt tốt

— Cấu tạo hệ ống

— Có sự đảo trộn tốt — Cồng kềnh, tốn năng lượng cho bơm

— Ít sử dụng hiện nay

chùm gia nhiệt bên ngoài nồi — Dịch đi trong ống — Hơi đi ngoài ống

21

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa - Các phương pháp gia nhiệt

(gia nhiệt trung tâm)

— Truyền nhiệt tốt

— Đảo trộn tốt (nhờ cách bố trí hệ thống truyền nhiệt và hình dạng thiết bị)

— Không cần cánh khuấy

— Phổ biến hiện nay

— Gia nhiệt bằng hơi bên trong

22

11

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa – sử dụng hệ gia nhiệt trung tâm

23

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Thiết bị đun hoa – sử dụng hệ gia nhiệt trung tâm

Dịch đường trong ống truyền nhiệt

Bộ phận gia nhiệt trung tâm

24

12

19.04.20

Thiết bị đun hoa – sử dụng hệ gia nhiệt trung tâm

— Nhược điểm: không đồng đều về nhiệt trong giai đoạn đầu, đồng phân hoá

hoa kém; nước bay hơi tạo bọt lớn lớn gây cản trở dịch chaỷ trong ống, có thể tạo cặn cháy trên bề mặt ống

25

Thiết bị đun hoa

— Stromboli (Steineker)

Phổ biến tại các nhà máy lớn ở Việt Nam: Có bơm tuần hoàn đảo trộn dịch, hạn chế sự cháy dịch trong ống truyền nhiệt, tăng khả năng bay hơi nước và mùi lỗi do sự phun dịch tạo màng.

26

13

19.04.20

Thiết bị đun hoa — Stromboli

27

Thiết bị đun hoa — Jet star ® (Hupmann)

cửa điều tiết

Giai đoạn bốc hơi, cửa điều tiết đóng à dịch tạo thành màng trên bề mặt

Giai đoạn truyền nhiệt, cửa điều tiết mở à sự tuần hoàn diễn ra trong khối dịch

28

14

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

— Cần chú ý tới:

— Số lượng cần bổ sung? — Các loại chế phẩm cần bổ sung? — Thời điểm bổ sung các chế phẩm vào dịch đun sôi?

29

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

— Số lượng từng loại chế phẩm hoa:

— Tùy thuộc đặc tính các chế phẩm: hàm lượng a axit

— Độ đắng (Bitterness units) = mg chất đắng/ lít bia

— Yêu cầu độ đắng, hương thơm của thành phẩm

— Ví dụ: 25 BU à 25 mg chất đắng/lít bia

lượng chế phẩm cần sử dụng.

— Từ hàm lượng a axit của chế phẩm có thể tính toán ra

30

15

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

— Hoa cánh (nguyên)

— Hoa viên hoặc hoa nghiền thành bột

— Cao hoa

— Một số loại hoa khác: đã đồng phân hóa, đã được cải biến để bền hơn

— Các chế phẩm hoa sử dụng (xem phần nguyên liệu)

với ánh sáng…

— Cao hoa chứa nhiều axit đắng luôn được bổ sung đầu tiên

— Hoa viên và hoa cánh (chứa nhiều tinh dầu hương thơm) được bổ

— Cách bổ sung:

sung cuối quá trình đun sôi.

31

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

— Một số nhà máy vẫn sử dụng hoa nguyên

— Nhược điểm là tạo bã hoa, dẫn tới tốn nhân công xử lý và tổn thất

— Với hoa cánh (ít sử dụng hiện nay).

dịch đường (trong bã hoa). Bã hoa phải được tách ra sau quá trình

đun sôi bằng lọc hoặc có thể được cho vào các rỏ chứa trong quá

— Một số nhà máy sử dụng cách nghiền nhỏ ngay trước khi bổ sung

— Bã hoa sau đó có thể được bổ sung vào trước quá trình lọc cho mẻ

trình đun sôi

sau và được xử lý như bã malt

32

16

19.04.20

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

— Thường được bán trong các bao bì dạng hộp thiếc, hoặc các túi giấy

— Sử dụng hoa viên hoặc bột hoa

— Chế phẩm thường ghi rõ lượng alpha axit, do vậy dễ sử dụng

bạc có điền đầy khí trơ trong bao bì

— Độ nhớt cao, nên cần được pha loãng với nước 40 -50oC trước khi

— Sử dụng cao hoa

— Các lọ thiếc chứa cao hoa có thể được nhúng trực tiếp vào thùng nấu

được bổ sung vào nồi hoa

— Hoa thường được bổ sung thông qua các thùng định lượng

33

Sản xuất dịch đường – đun sôi dịch đường

Bổ sung các chế phẩm hoa

Thùng bổ sung hoa

34

17

19.04.20

Sản xuất dịch đường Malt

Nguyên liệu thay thế

Nước, ion, enzyme, acid

Nước

Bã

Hoa huplong, đường

Cặn

Dich đường cho lên men

35

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Mục đích

— Cặn nóng

— kích thước 30 -80 µm, dễ bị phá nhỏ bởi lực cắt (shear force) thành

— Tách cặn nóng và bã hoa ra khỏi dịch đường sau đun sôi hoa

— Thành phần trọng cặn nóng: 50-60% protein, 20-30% tanin, 15-20%

kích thước nhỏ hơn

— Hàm lượng 6 – 8 g/L

nhựa đắng và 2-3% chất tro

36

18

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Ảnh hưởng của cặn nóng

— Không có lợi cho bia thành phầm

— Gây ra ảnh hưởng xấu:

— Dịch đường đục

— Có thể làm giảm hiệu quả lên men do bao bọc bề mặt tế bào nấm men,

làm chậm quá trình lên men

— Gây khó lọc bia

— Tăng khả năng nhiễm tạp

— Nguy cơ gây đục cho bia cao

— Cần phải giảm xuống < 0.1 g/L, phần còn lại được tách ra dưới

dạng cặn lạnh

37

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Các phương pháp làm trong dịch đường

— Bể lắng hoặc thùng lắng — Ly tâm — Lắng xoáy à phổ biến hiện nay

38

19

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Lắng trong bể hoặc thùng

— Nhiễm tạp vi sinh vật

— Bể lắng mở, có diện tích bề — Thùng lắng kín, lớp dịch mặt lớn sao cho độ dày lớp trong thùng dày 1- 2m dịch 15 – 20cm — Thời gian lắng lâu hơn, — Thời gian lắng: 0.5 – 2h nhưng hạn chế được sự — Nhược điểm: nhiễm tạp

— Tốn diện tích

— Gọn hơn

— Tốn nhân công

— Tháo dịch phía trên ít làm ảnh

— Khi tháo dịch trong dễ làm

hưởng tới lớp cặn

đảo trộn cặn

39

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Ly tâm liên tục

40

20

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Lắng xoáy

— Thiết bị hình trụ đứng, đường dịch vào theo phương tiếp tuyến, nhờ

đó cặn tập trung vào giữa thùng, dịch trong được lấy ra theo đường

tháo dịch bên thành thùng

— Đáy nghiêng 2%

— Tỷ lệ D/H (của khối dịch đường trong thùng) = 1.5:1 – 5:1. Thường sử

dụng tỷ lệ 3:1

— Có cách nhiệt để hạn chế tổn thất nhiệt

— Đường dịch vào ở vị trí cao 1/3 thùng để tạo độ xoáy tốt nhất

— Tốc độ bơm vào < 3.5 m/s. Cao quá sẽ dẫn tới tạo lực kéo lớn làm xé

nhỏ các cặn

41

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Lắng xoáy

42

21

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Lắng xoáy

— Thời gian để lắng 20 -30 phút

— Dịch trong có thể được tháo ra trong quá trình lắng qua các đường ống bên

ở các độ cao khác nhau

— Tốc độ tháo dịch cuối cần giảm dần để hạn chế sự xáo trộn cặn

43

Sản xuất dịch đường – làm trong dịch đường

Lắng xoáy

— Cặn được tháo ra nhờ hệ thống CIP bố trí ở đáy thùng lắng xoáy,

trong đó chứa 75% là dịch đường

— Giảm lượng dịch đường bằng tăng khả năng kết lại của cặn như

chỉnh pH 5.2, bổ sung chất trợ lắng carrageenan (whirlfloc)…

— Tận dụng lại phần dịch đường này nhằm hạn chế ảnh hưởng tới

— Sử dụng cho mẻ nấu tiếp theo, nhưng có thể ảnh hưởng xấu tới

môi trường, giảm tổn thất

— Lên men, chưng cất tạo sản phẩm rượu

sản phẩm

44

22

19.04.20

— Hệ thống lắng xoáy

Calypso — Mới, chưa phổ biến — Có tác dụng loại DMS

tốt

45

Sản xuất dịch đường Malt

Nguyên liệu thay thế

Nước, ion, enzyme, acid

Nước

Bã

Hoa huplong, đường

Cặn

Dich đường cho lên men

46

23

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

Mục đích

— Tới nhiệt độ lên men

— Tạo điều kiện cho việc bão hòa oxy (cho sự phát triển của nấm

— Giảm nhanh nhiệt độ

men). Khí oxy nếu sục vào dịch ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra các phản

— Tạo cặn lạnh ra do quá trình làm lạnh dịch đường

ứng oxy hóa làm giảm chất lượng dịch đường và bia

— Tại sao cần nhanh?

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

47

Thiết bị làm lạnh nhanh

— Thiết bị làm lạnh: dạng tấm bản mỏng

Bản mỏng

Dịch đường và tác nhân làm lạnh di chuyển trong thiết bị

48

24

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

Thiết bị làm lạnh nhanh

— Các bản mỏng có khả năng dẫn nhiệt tốt

— Khe giữa các bản hẹp

— Bề mặt bản được tạo sóng, tăng thời gian dịch đi trong thiết bị và tăng diện tích trao đổi nhiệt

— Dịch đường và tác nhân làm lạnh được dẫn vào thiết bị ngược chiều

Dịch đường

Chất tải lạnh

— Chiều đi của dịch thay đổi liên tục, theo từng block

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

49

Thiết bị làm lạnh nhanh

— Làm lạnh một cấp: sử dụng nước lạnh 1-2oC. Đơn giản hơn, chi phí rẻ hơn

— Làm lạnh 2 cấp: sử dụng nước 16oC (cấp 1) và glycol -1 oC (cấp 2) (hình dưới)

— Nhiều nhà máy có thể sử dụng nước thường (25-30oC) cho cấp 1 và nước lạnh

2oC cho cấp 2

50

25

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

Tạo và loại bỏ cặn lạnh

— Cặn lạnh được tạo ra khi nhiệt độ dưới 60oC,

— Kích thước nhỏ 0.5 um, Khó lắng (do kích thước nhỏ)

phân trung gian của Pr)

— Thành phần chính là polyphenol-protein (sản phẩm thủy

men tốt, giảm khả năng lên men của nấm men, giảm độ

bền bọt cho bia (cặn có chứa các axit béo).

— Khả năng bám dính lên các bọt khí hoặc bề mặt nấm

— Ở 5oC, vẫn còn 14% cặn lạnh ở dạng hòa tan

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

51

Tạo và loại bỏ cặn lạnh

— Cặn lạnh được loại bỏ bằng kết bông có sục khí kết hợp với hoạt hóa nấm men (sử dụng trước đây)

— Ngày nay, các nhà máy

thường tách cặn lạnh trong tank lên men (đáy tank dạng côn) khi lên men và tàng trữ; một phần nhỏ bị tách ngay trong thiết bị lạnh nhanh

52

26

19.04.20

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

Sục khí Oxy

trình lên men (cho sự hình thành màng tế bào, không phải cho

sự hô hấp)

— Oxy cần cho sự nhân lên của nấm men trong giai đoạn đầu quá

— Nồng độ yêu cầu (tùy chủng nấm men): 8 – 9 mg/l

— vô trùng (lọc 0.2 um hoặc xử lý UV).

— Loại mùi, ẩm bằng than hoạt tính và silicagel

— Khí phân tán nhỏ để tiếp xúc tốt với dịch đường

— Sử dụng không khí hoặc oxy tinh khiết (khi cần oxy cao hơn):

— Phương pháp sục khí phổ biến sử dụng ống venturi

Sản xuất dịch đường – làm lạnh nhanh dịch đường

53

Sục khí Oxy

Dịch đường sẵn sàng cho quá trình lên men

54

27

19.04.20

Sản xuất dịch đường – Thu hồi năng lượng

Hệ thống thu hồi năng lượng

1. dịch đường sau lọc 2. Thùng chứa

tạm

3. Trao đổi nhiệt 4. Nồi hoa 5. Thu nhiệt hơi

thứ

6. Thùng nước

nóng

7. Lạnh nhanh 8. Lắng xoáy 9. Bã hoa 10. Bơm về lọc thùng

55

28