Công nghệ sản xuất rượu, bia và nước giải khát

125 trang vanle 3030

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Công nghệ sản xuất rượu, bia và nước giải khát", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

cong_nghe_san_xuat_ruou_bia_va_nuoc_giai_khat.pdf

Nội dung text: Công nghệ sản xuất rượu, bia và nước giải khát

Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK MỤC LỤC Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC 1 1.1 NGUYÊN LIỆU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 1 1.1.1 Ngô (bắp) 1 1.1.2 Sắn 2 1.1.3 Khoai 2 1.1.4 Các nguyên liệu khác 3 1.1.5 Mật rỉ đường 3 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 4 1.2.1 Sơ đồ tổng quát 4 1.2.2 Các phương pháp sản xuất điển hình 5 1.2.2.1 Quy trình sản xuất etanol từ nguyên liệu chứa nhiều tinh bột 5 1.2.2.2 Chưng cất và tinh chế cồn etylic 13 1.2.2.3 Tổn thất trong sản xuất và hiệu suất rượu 24 Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO 28 2.1 TỔNG QUAN, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 28 2.1.1 Nhóm vang không có gas 29 2.1.1 Nhóm vang có gas 29 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VANG NHO TRẮNG, CHAMPAGNE VÀ RƯỢU NGUYÊN LIỆU CHO COGNAC 29 2.2.1 Đặc tính chung của nhóm rượu 29 2.2.2 Giới thiệu quy trình công nghệ 29 2.2.3 Những quá trình lên men vang nho trắng không bình thường, nguyên nhân gây ra và phương pháp khắc phục 37 2.3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VANG NHO ĐỎ 39 Chương 3 KỸ THUẬT SẢN XUẤT BIA 48 122
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK I. NGUYÊN LIỆU DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT BIA 49 4.1 Malt 48 4.1.1 Đại mạch 49 4.1.2 Làm sạch và phân loại 52 4.1.3 Rữa và sát trùng 52 4.1.4 Ngâm hạt 53 4.1.5 Ươm mầm 58 4.1.6 Sấy malt 65 4.1.7 Các tác nghiệp công nghệ sau khi sấy 70 4.1.8 Các chỉ tiêu chất lượng của malt bia 71 4.1.9 Sản xuất một số loại malt đặc biệt 72 4.2 Hoa houblon 74 4.2.1 Vai trò của hoa houblon đối với công nghệ bia 74 4.2.2 Các chất có giá trị của hoa houblon đối với công nghệ bia 74 4.2.3 Bảo quản hoa houblon 77 4.2.4 Các dạng chế phẩm hoa houblon 77 4.3 Nước 78 4.3.1 Sự ảnh hưởng của nước đến tiến trình công nghệ 78 4.3.2 Sự ảnh hưởng của nước đến chất lượng của bia 79 4.3.3 Những yêu cầu cơ bản của nước dùng để nấu bia 79 4.4 Nguyên liệu thay thế 80 4.4.1 Nguyên liệu giàu tinh bột 80 4.4.2 Các nguyên liệu giàu đường 80 II. KỸ THUẬT SẢN XUẤT BIA 81 4.1 Quy trình công nghệ 81 4.2 Làm sạch nguyên liệu 81 4.3 Nghiền nguyên liệu 81 123
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 4.3.1 Mục đích của quá trình nghiền 81 4.3.2 Yêu cầu của việc nghiền nguyên liệu 82 4.3.3 Cách tiến hành 82 4.4 Nấu nguyên liệu 83 4.4.1 Mục đích 83 4.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu 83 4.4.3 Các quá trình xảy ra khi nấu bia 84 4.4.4 Các phương pháp nấu bia 85 4.5. Lọc dịch đường 86 4.5.1 Mục đích 86 4.5.2 Cách tiến hành 86 4.6 Houblon hóa 87 4.6.1 Mục đích 87 4.6.2 Các quá trình xảy ra 87 4.6.3 Cách tiến hành houblon hóa 88 4.7 Lắng trong và làm lạnh dịch lên men 90 4.7.1 Mục đích 90 4.7.2 Các quá trình xảy ra 90 4.7.3 Phương pháp thực hiện 91 4.8 Lên men dịch đường 91 4.8.1 Mục đích của quá trình 91 4.8.2 Các quá trình xảy ra 92 4.8.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 93 4.8.4 Phương pháp thực hiện 86 4.9 Làm trong bia (lắng, lọc, ly tâm ) 100 4.10 Ổn định bia 102 4.11 Chiết bia 103 124
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 4.12 Các phương pháp nâng cao độ bền cho bia 104 4.12.1 Khái niệm về độ bền 104 4.12.2 Các phương pháp xử lý bia 104 4.13 Các chỉ tiêu chất lượng của bia 106 4.13.1 Thành phần hóa học của bia 106 4.13.2 Các chỉ số cảm quan của bia 107 Chương 4 KỸTHUẬT SẢN XUẤT NƯỚC GIẢI KHÁT 109 1 Đồ hộp chôm chôm 110 1.1 Qui trình công nghệ 110 1.2 Thuyết minh quy trình 110 2. Kỹ thuật chế biến cam, quýt 117 2.1 Quy trình công nghệ 117 2.2 Thuyết minh quy trình 103 Mục lục, tài liệu tham khảo 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Ái - Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, NXB Đh Quốc gia TP HCM. 2. Từ Triệu Hải ,CaoTích Vĩnh – kỹ thuật chế biến trái cây ,Nhà xuất bản thống kê 2001. 3. Nguyễn Văn Tiếp Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau quả . NXB Thanh niên 2000. 4. Nguyễn Văn Tiếp , Công nghệ sau thu hoạch và chế biến rau quả, NXB KH&KT ,1996. 5. PGS. Trần Minh Tâm , Bảo quản và chế biến nông sản sau thu hoạch, NXB Nông nghiệp TP HCM.1997. 125
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC Nguyên tắc cơ bản Có thể sử dụng tất cả nguyên liệu chứa đường lên men được hoặc nguyên liệu chứa gluxit có thể chuyển hoá thành thành đường lên men được để sản xuất rượu etylic. Dựa trên nguyên tắc đó, người ta chia ra ba nhóm nguyên liệu sau: - Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: gạo, ngô, khoai, sắn, lúa mì, đại mạch - Nguyên liệu chứa đường: rỉ đường, nước mía, trái cây chín - Nguyên liệu chứa nhiều cellulose: rơm rạ, gỗ vụn, mùn cưa 1.1 Nguyên liệu và yêu cầu kỹ thuật Trên thực tế, chỉ có hai nhóm nguyên liệu đầu được sử dụng trong sản xuất, nhóm thứ ba do hiệu quả kinh tế kém nên không được sử dụng. Ở nước ta, gạo là cây lương thực chính, vì vậy không chủ trương dùng gạo để nấu rượu mà khuyến khích dùng ngô, sắn, khoai thay thế. 1.1.1 Ngô (bắp) Được trồng nhiều ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới như Trung Mỹ, Châu Á , Hạt ngô có chứa nhiều tinh bột, một ít đường, dùng để sản xuất rượu etylic rất tốt. Cấu tạo của hạt ngô gồm phôi và nội nhũ. Phôi chiếm từ 12 ÷15% trọng lượng hạt còn lại là nội nhũ. Tinh bột ngô chủ yếu nằm trong nội nhũ, trong đó gồm 10÷15% amylose và 85÷90% là amylopectin. Ngoài ra trong nội nhũ còn 0.5÷06% acid béo. Các hợp chất chứa Nitơ trong hạt ngô hầu hết protein, phần lớn thuộc nhóm zein, ngoài ra còn có prolamin, glutelin; albumin hầu như không có; globulin chiếm khoảng 0.4% trọng lượng hạt. Zein là dạng protein không đầy đủ vì thiếu các acid amin không thay thế như: triptophan, lysin. Đặc biệt, hàm lượng chất béo ở ngô nhiều hơn những loại ngũ cốc khác và tập trung chủ yếu ở phôi (chiếm 30÷40 trọng lượng phôi), chất béo này đa số là acid chưa 1
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK no, màu vàng nhạt, chiếm 72% tổng lượng chất béo, thường ta tách phôi ra để làm bơ nhân tạo hay dầu ăn, hạt ngô đã tách phôi dùng để nấu rượu. Gluxit trong ngô gồm có: - Tinh bột: 43.47 – 61.8%; - Đường: 1.76 – 4.62%; - Destrin và pectin: 1.09 – 14.67%. Bảng 1.1 cho biết thành phần % một số hạt ngũ cốc. Bảng 1.1 Loại Thành phần nước Protid Chất béo Gluxit Cellulo Tro Ngô 14.0 10.0 4.6 67.9 2.2 1.3 Thóc 12.0 6.7 1.9 63.8 10.4 5.2 Đại mạch 14.0 10.5 2.1 66.4 4.5 2.5 Lúa mì 14.0 12.0 1.7 68.2 2.0 1.6 1.1.2 Sắn (khoai mì) Thường được trồng nhiều ở vùng đất đồi, không cần nhiều đến chăm bón, năng suất trung bình 8 – 10tấn/ha, thời gian sinh trưởng từ 10-12 tháng. Có nhiều loại sắn khác nhau như sắn đắng, sắn ngọt hoặc dựa vào màu sắc chia ra sắn vàng và sắn trắng. Thành phần hoá học của sắn tươi và khô như bảng 1.2 Bảng 1.2 Loại Thành phần nước Protid Chất béo Gluxit Cellulo Tro Sắn tươi 70.25 1.2 0.41 26.58 1.11 0.54 Sắn khô 13.12 0.205 0.41 74.74 1.11 1.69 Đặc biệt chú ý là trong sắn có acid HCN rất độc, với hàm lượng 0.007 – 0.24% trọng lượng, HCN thường tập trung ở vỏ và xơ. Sắn càng đắng thì càng chứa nhiều HCN. Để tách HCN ta có thể ngâm trong nước sạch hoặc nước vôi. 1.1.3 Khoai Trên thế giới khoai được dùng như một nguyên liệu chính để sản xuất cồn etylic. Loại khoai được dùng phổ biến nhất là khoai lang, ngoài ra thỉnh thoảng 2
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK cũng có dùng khoai tây. Thành phần hoá học khoai lang, khoai tây (% khối lượng) theo bảng 1.3. Trong tinh bột khoai lang có chứa từ 13-25% là amylose và 77-87% là amylopectin. Khoai lang tươi rất khó bảo quản, thường ta phải cắt lát phơi khô hoặc sấy. Bảng 1.3 Loại Thành phần nước Protid Chất béo Gluxit Cellulo Tro Khoai tây tươi 74.9 1.99 0.15 20.8 0.98 1.09 Khoai lang tươi 68.1 1.6 0.50 27.9 0.90 1.00 Khoai lang khô 12.9 6.1 0.50 76.7 1.4 2.4 1.1.4 Các loại ngũ cốc khác Ở nước ta thường dùng một số ngũ cốc như: ngô, khoai, sắn, tấm, cám gạo Thành phần (%) một số hạt ngũ cốc phổ biến như bảng 1.4 Bảng 1.4 Loại Thành phần nước Protid Chất béo Gluxit Cellulo Tro Gạo giã 12.6 9.00 0.5 77.0 0.40 0.50 Gạo xay 11.6 9.10 2.45 74.79 0.65 1.41 Tấm 11.8 8.90 1.00 77.0 0.60 0.70 Cám 12.5 13.17 10.12 38.72 14.05 11.44 1.1.5 Mật rỉ đường Là phế liệu chứa nhiều đường không kết tinh trong sản xuất đường mía hoặc củ cải đường. Thông thường tỉ lệ rỉ đường trong sản xuất đường mía khoảng 3-3.5% trọng lượng mía. Tuỳ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, công nghệ sản xuất thành phần rỉ đường dao động như sau: nước 15-20%, chất khô 80-85%. Trong đó 60% là đường (40% sacarose, 20% fructose và glucose), 40% chất phi đường). Thành phần phi đường có khoảng 30-32% chất hữu cơ và 6-10% chất vô cơ. Trong những hợp chất hữu cơ gồm các chất chứa nitơ ở dạng acid amin: acid aspactic, glutamic, leuxin, izoleuxin. Ngoài ra còn một số vitamin. 3
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Mặt khác, trong rỉ đường luôn có mặt vi sinh vật với mật độ rất lớn. Thường gặp nhất là các vi sinh vật gây màng và gây chua, dẫn tới làm giảm chất lượng rỉ đường. Vì vậy, trong sản xuất ta hay dùng flosillicate natri 2%oo so với trọng lượng rỉ đường để bảo quản. Ưu điểm của việc sử dụng rỉ đường để sản xuất cồn etylic so với những nguyên liệu khác là: - Giá rẻ. - Khối lượng lớn, dồi dào. - Sử dụng tiện lợi. - Nguồn cung cấp ổn định. - Không vi phạm chính sách lương thực. 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 1.2.1 Sơ đồ tổng quát Hình 1.1 4
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Tuỳ thuộc vào điều kiện ban đầu, các điều kiện khách quan, chủ quan ở mỗi nơi sẽ áp dụng những phương pháp đặc trưng riêng. Ở mỗi phương pháp đều có thể áp dụng theo 3 chiều hướng: gián đoạn, bán liên tục, liên tục. 1.2.2 Các phương pháp sản xuất điển hình 1.2.2.1 Quy trình sản xuất etanol từ nguyên liệu chứa nhiều tinh bột Dựa trên cơ sở sử dụng nấm mốc chia ra 2 phương pháp. A. Phương pháp Amylo: Đây là phương pháp cổ điển. Nấm mốc dùng đường hoá tinh bột được nuôi cấy ban đầu trong phòng thí nghiệm ở điều kiện môi trường đặc, nhưng khi đưa vào sử dụng thì nấm mốc phát triển và đường hoá trong môi trường tương đối loãng (nấm được nuôi và phát triển theo phương thức chìm sâu). Hiện nay phương pháp này vẫn còn dùng phổ biến ở một số nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Phương pháp Amylo có những đặc điểm sau: - Nhờ đường hoá khá triệt để nên hiệu suất rượu so với nguyên liệu cao. - Tuy nhiên, do chu kỳ một mẻ rượu kéo dài nên năng suất hạn chế. - Nhược điểm lớn của phương pháp này là kén chọn nguyên liệu: chỉ thích hợp với gạo, bắp (do độ nhớt thấp khi hồ hoá). Mặt khác do thiết bị dùng đường hoá (nấm mốc) và lên men (nấm men) nên chế độ kiểm soát vi sinh vật rất chặt chẽ. Sơ đồ quy trình công nghệ 5
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hình 1.2 Thực hiện: Bột và nước được phối trộn theo một tỉ lệ thích hợp ( 1.5:3) ở 0 thùng ngâm (15-30phút), đồng thời dùng H2SO4 33 Be (4-6lit/tấn bột) hoặc HCl 200Be (8-9lít/tấn bột), sau đó chuyển qua nồi nấu có cánh khuấy, áp lực nấu trong nồi đạt từ 3.5-4.2at, thời gian nấu từ 60-90phút tuỳ loại bột. Sau khi nấu thành cháo chín, cháo được chuyển qua thùng ủ (thùng đường hoá và lên men). Dùng nước dội nguội thùng ủ để hạ nhiệt độ khối cháo từ 1000C xuống còn khoảng 390C, kiểm tra độ chín của cháo (bằng tốc độ lọc cháo, độ Bal từ 12- 18%). Mở van nén khí, đưa bình cầu 1lit mốc giống vào thùng ủ, tiến hành đường hoá từ 35-40h, đồng thời liên tục mở khí nén. Kiểm tra khi độ đường đạt 50-60g/l thì tiếp thì tiếp tục đưa một bình cầu đựng 1lit nấm men vào, mở mạnh van nén khí để hạ áp nhiệt độ xuống còn khoảng 320C, nén khí liên tục trong 24h để phát triển sinh khối nấm men, đồng thời tiếp tục quá trình đường hoá. Kiểm tra thấy độ đường đạt 90-100g/l thì dừng khí nén, thực hiện quá trình lên men kỵ khí để sinh etanol. Sau 72-96h tiến hành kiểm tra độ rượu, đường sót, acid, nhiệt độ và tình trạng nấm men để quyết định thời điểm kết thúc thời điểm lên men. 6
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 1- Phiễu ngâm nguyên liệu; 2- Cửa nạp nguyên liệu vào nồi nấu; 3- Nồi nấu; 4- Hệ thống truyền động; 5- Van an toàn; 6- Bình dầu chống tắt ống dẫn ra áp kế; 7- Áp kế; 8- Ống xả hơi thừa; 9- Ống hơi chính; 10- Ống hơi phụ thuộc vào nồi; 11- Ống lấy mẫu; 12- Ống dẫn khối nấu sang thùng ủ; 13- Bình chứa acid; 14- Ống nước 1- trục khuấy; 2- cánh khuấy máy chèo; 2’- cánh khấy mỏ neo; 3,3’- vòng xả nước làm nguội; 4- ống dẫn cháo vào; 5- ống cấy nấm mốc, nấm men; 6- ống đo nhiệt độ; 7- bình lọc khí; 8- kính quan sát; 9- bình lọc CO2; 10- ống sang hèm từ thùng này sang thùng khác khi hư hỏng; 10’- ống ráp với ống sang hèm; 11- ống ra từ đáy có thể ráp với ống dẫn hèm ra 2 ống dẫn hơi khí nén; 12,12’- ống thăm dò. 7
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK B. Phương pháp Mycomalt Mycomalt là chế phẩm của nấm mốc, được nuôi cấy trên bề mặt của môi trường đặc gồm cám bổi hoặc bột ngô và trấu. Lượng chế phẩm thô dùng đường hoá khá lớn, thường từ 10-12% so với trọng lượng nguyên liệu tinh bột, lượng nấm men dùng để lên men chiếm khoảng 10% so với thể tích dịch đường lên men. So với phương pháp Amylo, phương pháp Mycomalt có một số ưu điểm sau: - Ít bị chua, không đòi hỏi chế độ vô trùng nghiêm ngặt. - Rút ngắn chu kỳ sản xuất, tăng năng suất dây chuyền. - Thích hợp cho quy mô sản xuất công nghiệp quy mô nhỏ, vừa. Nhược điểm: - Tốn nhiều diện tích để nuôi cấy nấm mốc (1m2 chỉ nuôi được 10-16 kg). - Tốn nhiều bột ngô, trấu, cám để nuôi cấy nấm mốc. - Thao tác nuôi cấy nấm mốc phức tạp, vất vả hơn. - Tốn nhiều thiết bị lên men, đường hoá. - Cần có máy lạnh để làm nguội nhanh dịch đường hoá từ 600C xuống 300C. Phương pháp này thường sử dụng giống mốc Asp.Ussami ( Asp.Niger). Đặc điểm của giống mốc này là đường hoá tốt, song dịch hoá kém nên trong sản xuất rượu đang có xu hướng kết hợp với Asp. Oryzae hoặc Asp.Awamory. Để sản xuất etanol theo phương pháp Mycomalt, trước hết phải sản xuất ra mycomalt theo các bước sau: a. Sản xuất giống trong phong thí nghiệm: - Làm môi trường. + Ống nghiệm: Nước nấm vàng đường hoá + nước malt + agar. + Bình tam giác: 100g bột ngô + 30g trấu giã nhỏ + 120g nước cất, hấp trong 2h, lấy ra 25-26g cho vào bình tam giác loại 500ml, vô trùng ở áp suất 1,5at trong 30phút. Sau khi phân lập để hộp petri vào tủ ấm 2-3 ngày, khi khuẩn lạc mọc thành bào tử lấy hộp petri đó ra, chọn khuẩn lạc nào có tơ màu vàng, phía dưới có tơ cơ màu vàng nhăn nheo, bào tử có màu nâu bạc đem cấy vào 3-4ống 8
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK nghiệm thạch. Để có giống mốc ổn định người ta tiến hành cấy truyền và bảo quản lạnh (không quá 4 ngày). b. Sản xuất mốc trung gian: Phối chế nguyên liệu: Bột ngô nhỏ100% + Trấu nhỏ 35% + nước 75% (theo trọng lượng bột ngô và trấu); hoặc Bột ngô to 100%, bột ngô nhỏ 20%, trấu nhỏ 20%, nước 80% (theo trọng lượng bột ngô và trấu). Sau khi trộn đều xong, cho qua máy đánh tơi rồi đưa đi hấp ở áp suất thường trọng 3h đối với bột ngô nhỏ, 2h đối với bột ngô to. Làm nguội và trộn giống: Sau khi hấp xong, nguyên liệu được lấy ra cho qua máy đánh tơi và dùng quạt để làm nguội. Khi nhiệt độ giảm xuống 36-380C, trộn giống mốc vào theo tỉ lệ 0.3% so với trọng lượng nguyên liệu. Chú ý, trộn giống giống cho thật đều. Khi nhiệt độ giảm xuống 30-310C, cho nguyên liệu đã trộn giống vào khay và đưa vào phòng ủ mốc. Lúc đầu ta ủ mốc trong đống nguyên liệu lớn nhằm giữ nhiệt, ẩm cho giống phát triển, cứ 3 giờ đảo trộn một lần, nhiệt độ phòng ủ là 29-300C, độ ẩm giữ ở 95-100%. Sau 6h ủ đống lớn ta chia thành đống nhỏ trên khay, độ dày 1.5-2cm, nhiệt độ phòng ủ khoảng trên 300C, giữ ổn định độ ẩm, nhiệt độ trong giống khoảng 330C, sau 9-10h ủ đống nhỏ giống sẽ kết bánh. Khi giống kết bánh ta tiến hành bẻ bánh nhỏ, nhiệt độ phòng duy trì 29-310C, nhiệt độ giống khoảng 33-350C. Sau 5-10h thì tiến hành đậy vải sạch, ướt. Thời gian đậy vải ướt phụ thuộc vào môi trường khô hay ẩm, nhiệt độ trong phòng cao hay thấp. Thường sau khi đậy vải ướt thì tơ phát triển nhanh từ màu trắng thành màu vàng. Đến giai đoạn giống phát triển mạnh thì không nên đậy vải vì nhiệt độ giống sẽ tăng nhanh, nấm dại phát triển. Sau 32- 40h, bào tử bắt đầu chín đen. Sau 40-50h tiếp tục tăng nhiệt độ phòng lên 360C để nhiệt độ của giống không thay đổi quá nhanh. Khi giống chín đến bào từ đen hết thì sấy giống ở nhiệt độ 38-400C và độ ẩm cuối cùng của giống 14-15%. Bảo quản: Giống lấy ra chưa dùng hết phải được bảo quản tốt bằng cách sấy giống khô và đựng vào bao giấy khô và sạch. c. Sản xuất mycomalt (giống sản xuất) 9
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Quá trình này cũng gần giống như sản xuất mốc trung gian, với các công thức phối trộn như sau: Bột ngô nhỏ100% + Trấu nhỏ 35-40% + nước 50-55% (theo trọng lượng bột ngô và trấu); hoặc Cám 100%, bột ngô nhỏ 25-30%, trấu nhỏ 30%, nước 48-50% (theo trọng lượng bột ngô và trấu). Cách tiến hành giống như sản xuất mốc trung gian. Quy trình sản xuất etanol từ nguyên liệu bột theo phương pháp mycomalt Hình 1.5 Nấu sơ bộ: tỉ lệ nước nóng/bột; 1.8-2.5L/kg, lượng acid tương tự như phương pháp Amylo, nấu ở nhiệt độ 60-900C trong khoảng thời gian 30-75phút. Nấu chín: áp suất nấu 3.5 – 5at, nhiệt độ 110-1200C trong 40-90phút. Sau đó giảm áp suất xuống còn 0.2-0.5at và nhiệt độ giảm xuống khoảng 102-1050C trong 40-50phút. Đường hoá: bổ sung mycomalt 10-12% trọng lượng nguyên liệu, kiểm tra hàm lượng đường và pH như phương pháp Amylo. Lên men: Bổ sung men giống 1lit giống phân lập trong bình tam giác cho một tấn nguyên liệu ban đầu. Sau 72-96h tiến hành kiểm tra độ rượu, đường sót, pH để tiến hành dừng quá trình lên men. 10
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Quy trình sản xuất etanol từ rỉ đường bằng phương pháp mycomalt Hình 1.6 Ở khâu pha loãng sơ bộ để thực hiện acid hoá và xử lý tạp chất trong mật rỉ cần tuân thủ: - Nồng độ mật rỉ khống chế từ 50-600Bx; - Lượng acid cho vào từ 0.35 - 0.4% trọng lượng mật rỉ; - Lượng clorua vôi 0.01 - 0.05%; - Lượng KmnO4 không quá 5ml/1000l mật rỉ 50%; - Thời gian acid hoá: 4-6h (2-3h cho khí nén, 2-3h cho lắng). Với phương pháp lên men một nồng độ, vì là phương pháp đơn giản dễ áp dụng nên được sử dụng phổ biến. Song, đây là phương pháp có nhiều nhược điểm: - Cùng một nồng độ dịch mà phải thực hiện hai nhiệm vụ là gây giống và lên men nên nồng độ rượu trong dấm chín thấp. 11
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Không chủ động kiểm soát được chất lượng men giống trước khi lên men kỵ khí tạo etanol. Do vậy, hiệu suất lên men thường thấp, chất lượng rượu không cao. Để khắc phục những nhược điểm nêu trên đây, người ta chuyển sang phương pháp lên men với hai nồng độ khác nhau: - Nồng độ loãng: dùng để nuôi và gây men giống. - Nồng độ đặc: dùng để lên men sinh rượu. Điều kiện kỹ thuật cần tuân thủ khi pha loãng lên men có nồng độ loãng: - Nồng độ mật rỉ được pha về 10-120Bx, trong đó đường chiếm 6-8%. - Lượng (NH4)2SO4 cho vào tỷ lệ 0.35-0.4% so với trọng lượng mật rỉ. - Super – phosphat cho vào với tỷ lệ 1% so với trọng lượng mật rỉ. - Độ chua 0.8-10. - Nhiệt độ 27-300C. Điều kiện kỹ thuật cần tuân thủ khi pha dịch lên men có nồng độ đặc: - Nồng độ mật rỉ được pha về 30-320Bx, trong đó đường chiếm 18-23%. - Lượng (NH4)2SO4 cho vào tỷ lệ 0.18-0.2% so với trọng lượng mật rỉ. - Super – phosphat cho vào với tỷ lệ 0.4-0.5% so với trọng lượng mật rỉ. - Độ chua 0.6-0.80. - Nhiệt độ 27-300C. Bằng phương pháp lên men hai nồng độ, kết hợp với điều kiện lên men gián đoạn, bán liên tục hay liên tục sẽ nâng cao được hiệu suất tổng thu hồi, đồng thời chất lượng cồn thu hồi sẽ tốt. Một số sự cố thường xảy ra trong quá trình lên men và biện pháp xử lý: a. Lên men chậm Nguyên nhân: - Nhiệt độ dịch lên men quá thấp, men giống sinh sản chậm. - Thiếu chất dinh dưỡng. - Số lượng tế bào nấm men sống không đủ. Biện pháp xử lý: - Theo dõi ổn định nhiệt độ. - Bổ sung chất dinh dưỡng: cám, (NH4)2SO4 , Ca3(PO4)2 12
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Tăng cường thoáng khí cho trong giai đoạn lên men. b. Độ acid tăng nhanh Nguyên nhân thường do vi khuẩn gây acid xâm nhập. Biện pháp xử lý: - Bổ sung nấm men khoẻ vào. - Nâng hàm lượng H2SO4 hoặc cho thuốc sát trùng thích hợp. Biện pháp đề phòng: - Tăng cường công tác quản lý, gây men tốt, làm vệ sinh thiết bị. - Tăng cường sát trùng, thay giống men mới. c. Sinh màng (thường gặp khi lên men rỉ đường) Nguyên nhân: Vi khuẩn sinh màng xâm nhập. Khắc phục: nâng cao độ acid khi lên men; giảm bớt (NH4)2SO4 , Ca3(PO4)2. d. Lên men quá nhanh (tăng nhiệt độ) Nguyên nhân: - Đường sót tăng. - Nhiệt độ lên men cao. - Khi lên men có vi khuẩn xâm nhập. Nấm men chết nhiều. Xử lý: - Tăng cường kiểm tra nhiệt độ lên men, dội nguội kịp thời. - Xử lý, kiểm soát vi khuẩn Khi quá trình lên men rượu đã chấm dứt, toàn bộ dịch đường đã chuyển thành dấm chín, chất lượng của dấm chín được đánh giá qua những chỉ tiêu kỹ thuật như: độ lên men, hàm lượng chất đường lên men, độ acid, hàm lượng etanol 1.2.2.2 Chưng cất và tinh chế cồn etylic Chưng cất là quá trình phân tách những thành phần riêng biệt trong hỗn hợp chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau. Hơi của những chất lỏng đó ở nhiệt độ khác nhau có áp suất riêng phần khác nhau, hơi chất lỏng nào có áp suất riêng phần lớn thì chất lỏng đó sôi ở nhiệt độ thấp hơn và dễ bay hơi hơn. Nếu ở áp suất thường, nhiệt độ sôi của rượu nguyên chất là 780C và nước là 1000C, do đó rượu dễ bốc hơi hơn nước. 13
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Dấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyt, và các rượu bậc cao. Các chất hoà tan không bay hơi như: destrin, protein, các chất vô cơ cùng với một ít đường maltose chưa lên men và các chất không hoà tan như: vỏ trấu, xác nấm men. Do đó, dấm chín là một hỗn hợp nhiều cấu tử. Hiện nay, lý thuyết về chưng cất chỉ mới nghiên cứu hệ hai cấu tử, mặt khác, thành phần chủ yếu của dấm chín là nước và rượu etylic. Vì vậy, ta xem dấm chín như là một hỗn hợp 2 cấu tử. a. Tiến hành chưng cất và tinh chế rượu etylic Dịch đường sau khi lên men rượu xong đem đi chưng cất gọi là dấm chín. Dấm chín là một hỗn hợp rất phức tạp, gồm nhiều thành phần, trong đó có chất rắn không hoà tan, nước, etanol và các tạp chất bay hơi. Thành phần của dấm chín phụ thuộc nhiều và nguyên liệu ban đầu. Khi sản xuất etanol từ nguyên liệu ngũ cốc, trong dấm chín có nhiều vỏ trấu, do đó, sự chuyển động trong các mâm và ống chảy truyền của các thiết bị rất khó khăn. Hàm lượng rượu trong dấm chín dao động phụ thuộc vào loại nguyên liệu và phương pháp công nghệ, thông thường từ mật rỉ có thể đạt 7-10% (thể tích), tinh bột khoảng 6-10% (thể tích). Dấm chín từ thùng lên men nhờ bơm đưa lên thùng tạm chứa, rồi từ đây sẽ đưa vào tháp chưng cất. Rượu etylic và toàn bộ các tạp chất bay hơi của dấm chín bốc thành hơi và ngưng tụ thành cồn thô, phần còn lại chứa các chất rắn và huyền phù gọi chung là bã rượu. Trong bã rượu có chứa các chất khô phụ thuộc vào nguyên liệu, như hàm lượng chất thô trong bã rượu nấu từ khoai tây là 4.5%, từ bắp là 6.8%, và từ rỉ đường là 5.5%. 14
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Bảng 1.8 thành phần bã rượu Thành phần theo % Đã sấy khô Nước bã Hàm lượng nước 5.7 4.7 10.2 8.5 Tinh bột và dextrin 25.7 12.1 37.4 34.7 Cellulose 3.3 6.6 0 0.2 Protid 34.1 45.8 14.6 29.5 Chất béo 10.2 8.7 10.3 9.5 Tro 5.3 3.0 5.6 8.7 Chất phi đạm hoà tan 15.7 19.1 21.9 18.9 Thành phần hoá học của cồn thô cũng phụ thuộc vào từng nguyên liệu: về nồng độ rượu yêu cầu không được thấp hơn 88% (theo thể tích); về cảm quan thì cồn thô là dung dịch không màu, có mùi vị đặc biệt từ rỉ đường hay ngũ cốc. Hàm lượng tạp chất trong cồn thô yêu cầu phải đạt theo bảng 1.9 Bảng 1.9 Trong cồn thô Tạp chất Từ ngũ cốc Từ rỉ đường Aldehyt (tính theo cồn khan) % (thể tích) không hơn 0.03 0.05 Ester (tính theo acetat etyl) mg/l (trong cồn khan) không lớn hơn 500 700 Rượu metylic (tính theo cồn khan), % (thể tích) không lớn hơn 0.13 - b. Các loại tháp chưng cất: Để chưng cất dấm chín, trong công nghệ sản xuất etanol người ta thường dùng thiết bị chưng cất một tháp hoặc 2 tháp. 15
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Thiết bị chưng cất loại 1 tháp (hình 1.7). Hình 1.7 Tháp cất gồm 2 phần: phần dưới (B) là tháp dấm chín, phần trên (A) là tháp rượu. Tháp dấm chín có nhiệm vụ tách rượu etylic khỏi dấm chín theo nguyên tắc chưng cất đơn giản. Trong tháp đặt từ 15-22 đĩa (loại chóp nếu dấm chín từ rỉ đường, loại lưới nếu dấm chín từ nguyên liệu bột). Phần dưới cùng của tháp dấm chín là bộ phận bốc hơi làm nhiệm vụ tách rượu khỏi dấm chín; hơi đi vào thiết bị còn bã tháo ra khỏi thiết bị. Tháp rượu A có nhiệm vụ cô đặc hỗn hợp rượu – nước ở thể hơi bốc lên từ dấm chín. Tháp rượu gồm từ 15-18 đĩa loại lưới hoặc chóp. 16
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Sơ đồ làm việc của hệ thống thiết bị chưng cất loại 1 tháp Hình 1.8 1- bơm dấm chín; 2- bầu hơi; 3- bình ngưng tụ (hầm dấm); 4- bình làm lạnh; 5- bầu quan sát rượu; 6- bộ phận điều chỉnh bã rượu; 7- thùng chứa bã; 8- bơm bã rượu; 9- bình ngưng tụ rượu sót; 10- bầu quan sát rượu; 11- áp kế; 12- ống dẫn nước; 13- bộ phận điều chỉnh hơi nóng; 14- bộ phận chân không; 15- chứa sản phẩm. Quá trình làm việc thiết bị H 1.8 Dấm chín từ bơm 1 qua thiết bị ngưng tụ 3 và được nhiệt ngưng tụ của hơi rượu – nước hâm nóng đến 750C, theo đường ống đi vào đĩa trên cùng của tháp dấm chín B. Chất lỏng ngưng tụ từ đĩa trên của tháp rượu A cũng từ từ chảy xuống. Dấm chín chảy từ đĩa trên cùng của tháp B xuống tới bộ phận bốc hơi. Hơi rượu - nước từ tháp dấm chín bốc hơi cô đặc gần 30% và qua tháp rượu tiếp tục được cô đặc. Phần trên cùng của tháp rượu có nồng độ chừng 88-90%v. Hơi rượu qua thiết bị ngưng tụ phần lớn ngưng tụ thành thể lỏng và chảy hoàn lưu về đĩa trên cùng của tháp rượu A. Rượu có nồng độ càng cao thì lượng hồi lưu vào thiết bị càng nhiều. Tỷ số giữa lượng rượu hồi lưu và lượng rượu cất ra gọi là hệ số hồi lưu. Khi nồng độ rượu 88%v theo thể tích thì hệ số hồi lưu là 2.5. Phần hơi rượu sau khi qua bình ngưng tụ 3 mà chưa được ngưng tụ sẽ tiếp tục qua bình làm lạnh 4 để tiếp tục ngưng tụ thành sản phẩm lỏng. Sản phẩm cất được ban đầu gọi là cồn thô sẽ qua bầu quan sát 5 để kiểm tra độ rượu rồi chảy qua bộ phận đong rượu ở bồn chứa sản phẩm 15. 17
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Ở phía dưới của tháp dấm chín B hơi nóng được vào tháp qua bộ phận điều chỉnh hơi 13, bã rượu từ bộ phận bốc hơi của tháp qua bộ phận tháo bã tự động 6 tháo vào thùng chứa bã 7 rồi nhờ bơm 8 bơm đi. Hơi của bã từ bộ phận tháo bã tự động 6 bốc ra được ngưng tụ và làm lạnh nhờ bộ phận ngưng tụ kiểm tra 9, qua bầu quan sát 10 để kiểm tra độ rượu sót trong bã. Lượng rượu còn sót lại trong bã tháo ra thường là 0.015-0.018%v - Thiết bị chưng cất loại 2 tháp Hình 1.9 A- đoạn cô đặc rượu; B- tháp dấm chín; C- đoạn cất rượu sót; D- thiết bị ngưng tụ; E- thiết bị làm lạnh; T- thiết bị tách bọt; 1 – dấm chín; 2- bã rượu; 3- hơi nóng; 4- cồn thô; 5- nước thải. Ưu điểm của thiết bị này so với thiết bị một tháp nồng độ chất khô của bã rượu rất cao và chiều cao của thiết bị không cao lắm. Hệ thống gồm 2 tháp; tháp 1 là tháp dấm chín B; tháp 2 chia làm 2 đoạn, đoạn cô đặc A và đoạn cất rượu sót C. Dấm chín được hâm nóng ở bình ngưng tụ D rồi chảy xuống ngăn trên cùng của tháp dấm chín B, chảy qua các ngăn từ trên xuống dưới và được hơi nóng 3 đun nóng ở phần dưới cùng của tháp. Bã rượu được ống dẫn bã 2 tháo ra, còn hơi rượu từ tháp dấm chín bốc lên qua bộ phân tách hơi T vào đoạn cất 18
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK rượu C và cô đặc ở đoạn cô đặc rượu A. Hơi rượu đã cô đặc qua thiết bị ngưng tụ tiếp tục qua thiết bị làm lạnh E để thành sản phẩm cồn thô. Hơi nóng 3 đưa vào phần dưới tháp làm bốc hơi rượu, còn nước ngưng 5 được tháo ra ngoài. Hơi nóng dùng để chưng cất cồn thô thường hao tốn từ 16-20kg hơi cho 100kg dấm chín. Năng suất tháp chưng cất phụ thuộc vào tốc độ hơi, đường kính của tháp và tỷ số hồi lưu. - Thiết bị chưng cất lấy dầu fuzel Hình 1.10 A- tháp dấm chín; B- tháp rượu; D- bình ngưng tụ; E- bình làm lạnh cồn thô; F- bầu quan sát dầu fuzel; E1- thiết bị làm lạnh rượu; O1- bộ phận gạn dầu fuzel; O2- bộ phận ly dầu fuzel. Nồng độ rượu cồn thô khi lấy dầu fuzel là 94-95%v . Để có được nồng độ của cồn thô lớn thì tháp cất phải làm việc với tỷ số hồi lưu lớn, mặc dù số đĩa của tháp rượu lớn. Để tăng tỷ số hồi lưu, người ta thường tăng cường làm lạnh ở bình ngưng tụ, như vậy năng suất của tháp cất sẽ giảm và sự hao tổn hơi sẽ tăng. Rượu fuzel (hỗn hợp rượu – nước) được lấy ra từ bốn đĩa cuối cùng của tháp rượu. Khi tháp cất làm việc được 10-12h, nồng độ dầu fuzel sẽ chảy vào bộ 19
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK làm lạnh E1 rồi qua bầu quan sát F. Vì dầu fuzel được lấy riêng theo từng đĩa , do đó bộ làm lạnh có 4 ống ruột gà làm lạnh và trong bầu quan sát có 4 ống hình trụ để kiểm tra mẫu. Như vậy, có thể căn cứ vào đó để xác định xem nồng độ dầu fuzel ở đĩa nào là cực đại. Cho nước vào bầu quan sát F để làm dầu fuzel nhũ tương (dầu đục, trắng), sau đó qua bộ phận gạn, lắng O1 dầu nhẹ nổi lên trên, dung dịch rượu – nước nặng lắng xuống dưới, dầu nổi lên trên được rửa sạch bằng nước, sau đó được đưa vào bộ phận ly dầu O2 để phân ly lần cuối cùng giữa dầu với nước – rượu. Hỗn hợp rượu – nước cho chảy vào nước dấm chín. Lượng dầu fuzel thu được thường khoảng 35lít/dal (quy về cồn khan) trong cồn thô. c. Tinh luyện cồn thô: Từ dấm chín, sau khi qua chưng cất ta thu được cồn thô. Trong cồn thô có chứa nhiều tạp chất độc hại, đồng thời nồng độ rượu chưa đạt yêu cầu. Vì vậy, muốn thu được cồn etylic thực phẩm (cồn tinh luyện), ta cần phải tinh luyện cồn thô. Cồn thô thường được tinh chế trong các thiết bị loại 1 tháp làm việc gián đoạn hoặc hai tháp làm việc liên tục. - Thiết bị tinh chế loại 1 tháp làm việc gián đoạn (h 1.13) 20
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Nồi cất là một thùng hình trụ làm bằng thép đáy phẳng, nắp hình chóp có ống hơi ở giữa. Trong nồi cất có hai ống ruột gà để liên tục đun nóng và đảo trộn. Trên nắp có cửa quan sát, ống dẫn cồn thô và dẫn nước. Phía dưới nồi cất có van để tháo nước thải, ngoài ra nồi cất còn lắp ống thuỷ, nhiệt kế và van chân không hay van thông ra không khí. Để đảm bảo sáp suất hơi được ổn định, trên đường ống dẫn hơi vào tháp có lắp bộ phận điều chỉnh hơi. Tháp tinh chế gồm nhiều đoạn bằng đồng hay bằng gang lắp với nhau bởi vành đai, mỗi đoạn có nhiều đĩa loại chóp hay loại lưới. Khoảng cách giữa hai đĩa thường từ 140- 230mm, số đĩa trong tháp khoảng 42-52đĩa. Sau quá trình tinh luyện, ta sẽ thu được một số sản phẩm sau: + Phần đầu là ester-aldehyt nhiều nhất, ta gọi là cồn đầu. + Phần 2 là cồn loại III, có đặc điểm chứa tạp chất đầu nhiều hơn cồn thô ban đầu. + Phần 3 là cồn loại II, có chất lượng như cồn thô. + Phần 4 là cồn loại I, còn gọi là cồn tinh, có nồng độ 95.5%v. 21
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK + Phần 5 là cồn cuối, chứa nhiều tạp chất cuối. + Phần 6 là dầu fuzel, dùng để tách chất thơm và làm dung môi hữu cơ. - Thiết bị tinh chế loại 2 tháp làm việc liên tục (h 1.14) Thiết bị gồm 2 tháp: tháp aldehyt và tháp tinh chế. Nhiệm vụ của tháp aldehyt là tách cấu tử dễ bay hơi hơn etanol ra khỏi cồn thô, chủ yếu là ester và aldehyt. Cồn thô đã tách ester – aldehyt còn chứa dầu fuzel ở phần dưới của tháp aldehyt liên tục chảy vào tháp tinh chế; ở tháp tinh chế cồn thô được tiếp tục tách dầu fuzel và tạp chất đầu ra. Tháp aldehyt gồm 2 phần: phần dưới B là phần bốc hơi các tạp chất đầu có từ 15-20 đĩa. Tuy nhiên, cùng bốc hơi với các tạp chất đầu còn có sự bốc hơi của một phần tạp chất giữa và cuối cùng. Phần trên A là phần cô đặc các tạp chất đầu có khoảng 15-20 đĩa. Tháp tinh chế cũng gồm 2 đoạn: đoạn dưới B là phần chưng, đoạn trên A là phần luyện. Ở phần chưng hơi, rượu etylic, các tạp chất được bay hơi lên, còn dầu fuzel tập trung ở mấy đĩa dưới. Ở phần tinh luyện, hơi rượu – nước được cô đặc và rượu etylic được tách khỏi tạp chất đầu. Sơ đồ làm việc của thiết bị 22
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hình 1.14 Cồn thô sau khi được pha loãng với nước để có nồng độ khoảng 40-50%v ở thùng chứa cao vị, liên tục chảy vào đĩa trên cùng của phần bốc hơi tháp aldehyt 1. Hơi nước được cho vào trực tiếp ở dưới đáy tháp. Tạp chất đầu tách khỏi cồn thô được cô đặc ở các đĩa phía trên cùng của tháp aldehyt. Hơi tạp chất, sau khi được cô đặc ở các đĩa, sẽ tiếp tục qua thiết bị ngưng tụ 3, hơi ngưng tụ thành thể lỏng được hồi lưu về tháp, một phần còn lại của hơi đi qua bình làm lạnh 4, ngưng tụ thành thể lỏng và hoàn lưu một phần về tháp, phần khác được qua bình làm lạnh cồn đầu 7 và vào bầu quan sát cồn đầu 8. Tháp aldehyt làm việc với tỷ số hồi lưu rất lớn, cồn đầu đã tách ester-aldehyt sẽ được chuyển qua tháp tinh chế 2 ở đoạn B. Ở tháp tinh chế, một số tạp chất đầu còn sót lại được bốc hơi tiếp lên phần tinh luyện Aldehyt, còn dầu fuzel bị giữ lại dưới tháp ở các đĩa có nồng độ 40-55v. Các tạp chất trung gian dẽ bay hơi bốc hơi cao hơn so với tạp chất cuối và thường tập trung ở các đĩa có nồng độ 70- 23
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 80%v. Rượu fuzel là tạp chất trung gian được lấy ra ở phần trên của đoạn chưng B qua thiết bị làm lạnh 13, còn phần dưới của đoạn B hơi dầu fuzel bốc lên vào thiết bị ngưng tụ làm lạnh 11 rồi qua bộ phận tách dầu 12, còn hỗn hợp rượu nước ở bộ phận tách dầu lạy chảy vào phần chưng của tháp tinh chế. Rượu sau khi đã tách tạp chất trung gian và tạp chất cuối được bốc lên phần tinh luyện của tháp tinh chế. Đi qua các đĩa, hơi rượu dần dần được cô đặc, qua bình ngưng tụ 5 và hồi lưu về tháp. Phần hơi chưa ngưng tụ còn chứa một ít tạp chất đầu sẽ tiếp tục được làm lạnh và ngưng tụ về ở bình 6 và hồi lưu về tháp tinh chế. Một phần nhỏ không đạt yêu cầu chất lượng sẽ được chuyển tiếp về tháp aldehyt hoặc chứa riêng vào một thùng chứa cồn đầu. Cồn etylic đủ tiêu chuẩn sẽ được lấy ra ở đĩa thứ tư đến đĩa thứ sáu tính từ tháp, qua bình làm lạnh 9 và bầu quan sát 10 vào bồn chứa cồn tinh chế. Hệ thống thiết bị tinh chế cồn etylic làm việc liên tục thường thu được cồn 97-98% cồn tinh chế, 0.4% ester-aldehyt, 0.35% dầu fuzel và 0.8-1.2% rượu fuzel so với thể tích cồn thô. Ưu điểm lớn của hệ thống này là tăng cao được năng suất, giảm bớt sự hao tổn hơi và đạt hiệu suất tinh chế cao. Thường 1 dal cồn tinh chế tốn khoảng 25-32 kg hơi và chừng 10 dal nước. - Tinh chế cồn tuyệt đối: Cồn etylic sau khi tinh chế thực chất vẫn là hỗn hợp rượu-nước đẳng phí (Hỗn hợp đẳng phí là hỗn hợp gồm 2 chất lỏng tan lẫn không thể tách riêng được nữa từ các phương pháp chưng cất thông thường). Vì vậy, với phương pháp chưng cất tinh chế ở áp suất thường ta chỉ đạt đến nồng độ cao nhất là 95.57% khối lượng. Nếu chưng cất chân không ở áp suất 0.0525at thì hỗn hợp đẳng phí không hình thành và qua chưng cất ta có thể thu cồn tuyệt đối 100% khối lượng. Tuy nhiên, vấn đề tạo chân không trong thiết bị chưng cất rất khó khăn, nên việc chưng cất không dễ dàng thu được cồn tuyệt đối ít được ứng dụng. Phương pháp ứng dụng phổ biến là dùng chất thứ ba để tạo thành một hỗn hợp ba cấu tử có điểm sôi chung để chưng cất lấy cồn tuyệt đối. Hỗn hợp ba cấu tử thường được dùng là rượu-nước-benzen. 1.2.2.3 Tổn thất trong sản xuất và hiệu suất rượu 24
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hiệu suất rượu thường được tính theo đơn vị trọng lượng tinh bột hay đường lên men được chứa trong nguyên liệu. Trong sản xuất, hiệu suất rượu thường được tính theo dal trên một tấn tinh bột chứa trong nguyên liệu hoặc hàm lượng đường của rỉ đường cũng tính theo tinh bột. Hiệu suất lý thuyết là hiệu suất lớn nhất được tính từ phương trình hoá- sinh học của sự lên men rượu. C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 180.1 92.1 88 Đây là cách viết đơn giản nhất để dễ tính toán cho quá trình lên men. Từ phương trình trên, ta sẽ tính được 100kg đường hexose (glucose hay fructose) nhận được 51.14kg cồn etylic và 48.86kg CO2. Biết rằng trọng lượng riêng của cồn tuyệt đối (cồn khan) ở nhiệt độ tiêu chuẩn là 200C là d = 0.78927. Như vậy cứ 100k đường hexose qua lên men theo lý thuyết có thể nhận được 64.79lít cồn khan (51.14/0.78927) hoặc một tấn đường hexose nhận được 64.79 dal cồn khan. Hiệu suất rượu tính theo đường đôi disaccarit (saccarose hay maltose) sẽ tăng lên tương ứng với sự tăng trọng với sự tăng trọng lượng phân tử khi thuỷ phân. C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6 342.2 360.2 Do đó, hiệu suất rượu tăng lên theo hệ số 1.0526 lần (360.2/342.2) và cứ 100kg đường disaccarit nhận được 68.21lít cồn tuyệt đối (64.79 x 1.0526), hoặc một tấn đường disaccarit nhận được 68.21 dal cồn tuyệt đối. Đối với polysaccarit (tinh bột) hệ số tăng hiệu suất rượu tính theo phản ứng thuỷ phân: (C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6 162.1n 180.1n Hệ số tăng của hiệu suất rượu là 1.11104 (180.1/162.1) và cứ một tấn tinh bột sẽ nhận được 71.98 dal cồn tuyệt đối (64.79 x 1.11104). Khi sản xuất cồn etylic từ rỉ đường sacarose trong rỉ đường thường tính theo lượng tinh bột tương đương. Phương trình thuỷ phân tinh bột thành disaccarit như sau: 25
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 2(C6H10O5)n + 3H2O = nC6H12O6 324.2n 342.2n Từ phương trình trên, ta thấy một phân tử gam (342.2g) cần hai phân tử gam tinh bột ( 324.2g), do đó hệ số chuyển đường saccarose sang tinh bột sẽ là 0.9474 (324.2/342.2), khi tính toán thường lấy tròn là 0.95. Ví dụ: một tấn rỉ đường có chứa 47.6% đường, chuyển sang tinh bột tương đương là: 0.476tấn x 0.95 = 0.452tấn. Hiệu suất rượu thực tế nhỏ hơn so với hiệu suất rượu lý thuyết, vì có tổn thất các chất đường lên men và tổn thất một số rượu tạo thành khi lên men. Hiệu suất rượu thực tế thường dao động khoảng từ 81.5-93% so với hiệu suất lý thuyết. Hiệu suất rượu thực tế 1- Hiệu suất lên men 2- Hiệu suất chưng cất 3- Hiệu suất thực tế Thường hiệu suất lên men khoảng 86%, hiệu suất chưng cất khoảng 98% và hiệu suất thực tế là 80-85%. 26
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Ví dụ: có một phân xưởng rượu mỗi ngày dùng 100.000lít dịch đường với nồng độ đường 11%. Sau khi lên men, nồng độ rượu trong dấm chín là 6.1% khối lượng và khi cất được 6227 lít cồn 96%v (~ 95.57% khối lượng) Ta tính được: Hiệu suất thực tế = 86.1 x 98 = 84.38% 27
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Chương 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU VANG NHO 2.1 TỔNG QUAN, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Rượu vang nho là sản phẩm của sự lên men rượu etylic từ dịch nước trái nho hoặc hỗn hợp dịch nho sau khi nghiền. Rượu vang nho có thể sản xuất từ giống nho riêng biệt, cũng có thể được sản xuất từ hỗn hợp hai hay ba giống nho khác nhau, vì vậy sản phẩm vang nho có số lượng tổng loại rất phong phú, đa dạng. Dựa vào nguồn gốc của giống nho, có thể chia thành hai nhóm cơ bản là: - Nho trắng: trái nho khi chín vỏ không có màu hoặc màu vàng lục nhạt. - Nho đỏ: trái nho khi chín co màu đỏ-tím ở những độ đậm, nhạt khác nhau. Về mặt công nghệ, sản phẩm vang nho được chia ra hai nhóm lớn: nhóm vang có gas (CO2) và nhóm vang không có gas. 2.1.1 Nhóm vang không có gas Có thể chia thành các nhóm nhỏ sau: * Nhóm rượu vang phổ thông: Hoàn toàn lên men, không được bổ sung etylic trong quá trình công nghệ, bao gồm 2 loại: - Vang khô (lên men cạn kiệt) chứa hàm lượng etanol tích tụ do lên men có thể từ 9-14%v và hàm lượng đường sót không quá 0.3%. - Vang bán ngọt: chứa hàm lượng etanol do lên men tự nhiên từ 9-12%v và đường sót từ 3-8%. * Nhóm rượu vang cao độ: là loại vang có hàm lượng etanol cao hơn so với nhóm vang phổ thông. Có thể dùng cồn tinh luyện để nâng cao hàm lượng etanol trong quá trình công nghệ. Nhóm này cũng gồm có hai loại: - Vang nặng: có hàm lượng etanol từ 17-20%v, trong đó etanol tích lũy do lên men không ít hơn 3%v, hàm lượng đường trong sản phẩm từ 1-4%. 28
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Vang khai vị: hàm lượng etanol từ 12-17%v, trong đó etanol tích lũy do lên men không ít hơn 1.2%v. Ngoài ra, tùy thuộc vào hàm lượng đường (độ ngọt) trong rượu khai vị, có thể tồn tại các dạng sau: + Khai vị bán ngọt: với etanol từ 14-16%v và đường từ 5-12%. +Khai vị ngọt: với etanol từ 15-17%v, đường từ 14-20%. + Khai vị rất ngọt: với etanol từ 12-17%v, đường từ 21-35%. 2.1.1 Nhóm vang có gas Có thể chia thành 2 nhóm a. Rượu vang có gas tự nhiên (do lên men tạo ra): Để giữ được gas (CO2) tự nhiên trong sản phẩm, người ta thực hiện quá trình lên men thứ (lên men phụ) trong các thiết bị kín. Kết quả cho ra rượu Champagne với các mức độ chất lượng khác nhau. b. Rượu vang có gas nhân tạo (nạp gas vào sản phẩm): Người ta có thể tạo ra nhiều loại rượu vang khác nhau theo thị hiếu hoặc yêu cầu của khách hàng, thị trường tiêu thụ. Tuy nhiên, nhóm vang có gas tự nhiên thường có độ rượu từ 10-12%v và độ ngọt từ 3-5%, còn nhóm vang gas nhân tạo thường có độ rượu từ 9-12%v, độ ngọt từ 3-8%. 2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VANG NHO TRẮNG, CHAMPAGNE VÀ RƯỢU NGUYÊN LIỆU CHO COGNAC 2.2.1 Đặc tính chung của nhóm rượu Đặc tính chung của nhóm rượu này là những giá trị cảm quan như hương vị, màu sắc thường hài hòa, êm dịu và nhẹ nhàng so với những loại rượu khác. Vì có đặc tính chung như vậy nên việc xác định đúng độ chín kỹ thuật của trái nho là rất quan trọng, đặc biệt không phép nho quá chín sẽ dẫn đến thừa đường lên men và thiếu acid làm cho sản phẩm có độ rượu cao và không có sự hài hòa giữa hương, vị, màu sắc. Đặc biệt, rượu vang nho có dấu hiệu bị oxy hóa sẽ dẫn đến giảm chất lượng. 2.2.2 Giới thiệu quy trình công nghệ 29
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Dựa trên sơ đồ quy trình công nghệ, ta có thể chia quá trình sản xuất rượu thành công đoạn lớn như sau: 1. Xử lý nguyên liệu từ chùm trái nho đến dịch nho thô (còn lẫn vỏ và thịt trái nho). 2. Tách riêng nước nho thành từng phần: - Nước dịch nho: xử lý để chuẩn bị lên men thành rượu vang khô. - Bã trái nho: xử lý thu hồi dịch trái nho còn sót lại và chuẩn bị lên men thành rượu vang nguyên liệu. 3. Tiến hành lên men để được hai sản phẩm là rượu vang khô và rượu vang nguyên liệu. 30
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hinh 2.1 31
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Đặc điểm công nghệ riêng biệt của vang nho trắng là: Dịch nước nho phải được tách riêng ra khỏi phần xác (cuống chùm nho, cuống trái nho, hột nho và vỏ nho), sau đó mới tiến hành lên men dịch nước nho, nhờ vậy mà vang nho trắng mới có mùi, vị, màu sắc hài hòa, tinh tế hơn vang đỏ. Cũng chính vì vậy mà vang nho trắng rất nhạy cảm với mùi vị ngoại lai. Mặt khác, nho trắng luôn có hiệu suất rượu vang thấp hơn so với vang đỏ. Để thực hiện quy trình công nghệ sản xuất vang nho trăng ta cần tuân thủ các bước: * Thu hoạch nho chín: Nho trắng phải được thu hoạch đúng thời điểm đạt độ chín kỹ thuật; tại thời điểm này, trong trái nho phải có hàm lượng đường và acid theo một tỷ lệ cân đối và thích hợp nhất cho mục tiêu sản xuất vang nho. Để đảm bảo cho sản phẩm có chất lượng cao, do trong quá trình thu hái nho chín bao giờ cũng có một số chùm nho bị dập, nên việc tách riêng và xử lý quả dập là rất cần thiết. * Tiếp nhận nho chín: Nho chín sau khi thu hoạch phải được vận chuyển nhanh chóng về các nhà máy sản xuất rượu vang. Tại đó, nhân viên tiếp nhận nguyên liệu sẽ tiến hành cân,, phân loại theo từng giống nho, loại nho (nho chín kỹ thuật, nho chín tới, và nho quá chín). Việc tiếp nhận giống nho rất quan trọng, bởi vì có những giống nho chất lượng thấp. Về công nghệ có thể như nhau, nhưng muốn có vang nho chất lượng cao thì cần phải có những giống nho chất lượng cao. Mỗi giống nho riêng biệt sẽ cho ra những sản phẩm vang có hương vị rất riêng biệt và sẽ mang giá trị cảm quan đặc trưng của giống nho đó. Trong trường hợp dùng kết hợp hai hay ba giống nho khác nhau để sản xuất thì nó không còn giữ được cảm quan đặc trưng nhưng hương vị có thể hài hòa hơn. Song song với công việc tiếp nhận nho, cần phải lấy mẫu, ép tách nước nho xác định hàm lượng đường, acid có trong nguyên liệu, ghi nhận và chuyển kết quả cho bước tiếp theo. * Làm dập trái nho: Nho sau khi được tiếp nhận và kiểm tra mẫu, cần được nhanh chóng đưa sang máy xé dập để tránh kéo dài thời gian lưu giữ nơi tiếp nhận nguyên liệu có 32
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK thể giảm chất lượng do lên men tự phát, nhất là những ngày trời nóng ở khoảng 300C. Tuỳ chấtc vào nguyên liệu nho chín và sản phẩm thuộc loại chất lượng nào, ta sẽ lựa chọn giải pháp xé dập trái nho thích hợp. Vì là nho trắng, nên khi xé dập cần lưu ý tránh tối đa việc băm quá nát các cuống chùm nho và trái nho, hạt nho để hạn chế việc gia tăng chất chát trong dịch nước nho. Điều này sẽ làm giảm chất sản phẩm vang nho. Mặt khác, cũng cần phải lưu ý là phần thịt trái nho phải được xé nhuyễn, vì có như vậy ta mới thu được dịch trái nho. Ngày nay, trong công nghệ sản xuất vang nho, người ta thường sử dụng những máy xé hoặc ép dập rất hiện đại, vừa bảo đảm không làm dập nát những phần gây chát cho dịch nho, đồng thời hiệu suất thu hồi dịch nho rất cao. Sau khi xé dập hoặc ép trái nho, dịch nho cần phải được nhanh chóng tách khỏi bã và ngăn chặn sự lên men tự phát. * Tách cặn nước nho: Dịch nước nho trắng mới ép xong thường khá đục bởi những phần tử bị dập cuống, vỏ, hạt và kể cả phần thịt quả chưa được ép kiệt, cùng với những chất hữu cơ, vô cơ không tan trong nước nho. Thông thường, để loại bỏ những chất cặn trên, khi bơm nước nho vào bồn ta nên bơm bằng đường từ dưới lên cho đến khi đầy (giảm không khí, giảm áp sau này). Khi lên men thì sẽ có hiện tượng tạo thành khí CO2 có xu hướng đi lên trên bề mặt bồn lên men tạo thành lớp bọt, đồng thời nó sẽ kéo theo những phần tử cặn. Ở thời điểm lên men mạnh nhất nó có thể đẩy lớp cặn tràn ra ngoài. Ta gọi trường hợp này là tách cặn tự nhiên. Trong công nghệ sản xuất vang nho trắng hiện nay, ta thường áp dụng những giải pháp kỹ thuật sản xuất cưỡng bức để nâng cao hiệu quả lắng cặn. Trước hết, ta có thể dùng máy ly tâm chuyên dùng để làm trong nước nho nhưng phải hạn chế tối đa sự oxy hóa nước nho, nhưng bằng cách này thì ta không thể loại được những vi sinh vật dại có trong nước nho, do đó, việc dịch nho lên men tự phát có thể xảy ra. Một giải pháp khác cũng phổ biến, hiệu quả hơn là việc sulfit hóa nước nho trước khi lên men. Bằng cách này, nước nho vừa được làm trong, đồng thời còn ngăn chặn được sự lên men tự phát. Việc xử lý nước nho với SO2 thường được kéo dài12-24h và phải tiến hành ngay khi tách nước nho khỏi bã nho. 33
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Thường ta dùng từ 15-30g SO2 cho 100lít nước nho. SO2 có thể được nạp dưới dạng lỏng nguyên chất hoặc dưới dạng dung dịch của các muối sulfit. Khi ta tiến hành sulfit hóa nước nho, sau 12-24h thì những phần tử cặn sẽ từ từ lắng xuống đáy bồn, phần dịch nho trong sẽ ở trên lớp cặn. Phần cặn cũng chia thành 2 lớp: lớp cặn nằm trên gồm chủ yếu là các hợp chất pectin; lớp cặn nằm dưới gồm cuống dập, vo và hạt nho. Dịch nho sau khi đã tách cặn được tiến hành lên men vang. Thực nghiệm đã cho thấy, dịch nho tách cặn kỹ thường không cho sản phẩm nho có mùi vị tốt nhất, do đó, tốt nhất nên giữ lại lớp cặn nhẹ của dịch nho trong khi lên men. Ngày nay, cách xử lý cặn tốt nhất là dùng nhiệt độ thấp (4-50C). Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều năng lượng. * Lên men dịch nước nho: Sau khi đã xử lý cặn dịch nước nho, cần được bơm nhẹ nhàng phần dịch trong sang các bồn lên men (cần chú ý tránh làm xáo trộn lớp cặn dưới đáy bồn). Song song với việc bơm dịch nho sang bồn lên men, cần nạp ngay vào bồn một lượng tanin tinh khiết được hòa tan với nước nóng hoặc nước nho nóng với liều lượng 10g cho 100lít dịch nước nho. Tanin có tác dụng kết tủa những phần protein có trong nước nho giúp rượu vang thành phẩm trong hơn đồng thời chống hiện tượng đục rượu khi bảo quản. Khi xong các bước tanin hóa ta tiến hành cấy men giống thuần vào bồn lên men tỷ lệ 2% so với thể tích dịch nước nho. Quá trình lên men vang nho có thể tiến hành trong các bồn gỗ, bê tông cốt thép, hoặc thùng kim loại. Cần lưu ý quá trình lên men vang nho được tiến hành ở chế độ nhiệt độ càng ổn định càng tốt (tốt nhất là 18-220C), vì vậy, mọi yếu tố khách quan đều nhắm đến mục đích chính là đạt được sự ổn định và tối ưu của nhiệt độ. Thông thường, sau khi tiếp giống nấm men thuần vào bồn lên men khoảng 12h thì xuất hiện những dấu hiệu của đầu tiên của quá trình lên men, đó là những bọt khí CO2 bám trên thành bồn và từ từ hình thành những ốc đảo bọt trên bề mặt nước nho. Các ốc bọt đảo này lớn dần và bao phủ bề mặt. Quá trình lên men mạnh dần ở những giờ tiếp theo. Thông qua việc theo dõi biến động 34
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK nhiệt độ, lượng CO2 thoát ra, độ dày màu sắc của lớp bọt và nhất là tốc độ giảm dần của hàm lượng đường ta sẽ xác định được thời điểm cực đại của quá trình lên men. Sau đó, quá trình lên men sẽ yếu dần cho đến khi kết thúc quá trình lên men chính (là thời điểm bắt đầu lên men phụ). Một chu kỳ lên men chính vang nho trắng có thể kéo dài từ từ 7-10 ngày. Ở thời kỳ lên men phụ, lượng đường sót tiết tục bị chuyển hóa nhưng rất yếu và chậm chạp. Quá trình lên men phụ thường kéo dài khoảng 2-3 tuần, cũng có thể dài hơn tùy thuộc vào hàm lượng đường ban đầu trong dịch trái nho và hoạt độ của nấm men thuần. Cần lưu ý, việc kéo dài thời gian lên men phụ của vang nho không phải bao giờ cũng cho kết quả tốt hơn, ngược lại đôi khi lượng đường sót lại sẽ là nguồn sống cho vi sinh vật gây hại. Đây chính là nguyên nhân của một số rượu hỏng. Một sản phẩm vang được coi là lên men hoàn toàn khỏe mạnh nếu hàm lượng đường sót ít hơn 1g/lít. * Kiểm soát quá trình lên men: Việc kiểm soát quá trình lên men luôn đặt ra một cách nghiêm ngặt. Trước hết, chế độ kiểm soát phải chặt chẽ, thường xuyên, liên tục. Chế độ kiểm soát phải tiến hành hàng ngày, mỗi ngày 2 lần, vào buổi sáng và buổi chiều bằng phương tiện kiểm tra chuyên dụng là thước đo tỷ trọng có kèm nhiệt kế (đường kế) để theo dõi biến động của hai thông số là lượng đường lên men, nhiệt độ lên men. Kết quả đo được ghi lại trên một phiếu theo dõi cho từng bồn. Căn cứ vào các số liệu đo được của từng phiếu, ta theo dõi và biết được diễn biến trong từng bồn trong suốt thời gian lên men để có thể điều chỉnh, kiểm soát quá trình lên men một cách hiệu quả nhất. Tốt nhất là khống chế nhiệt độ ổn định 18-220C, và tuyệt đối không cho nhiệt độ vượt quá 360C. Song song với việc theo dõi hai thông số đo hàm lượng đường và nhiệt độ ta cần lấy mẫu kiểm tra vi sinh vật (khi cần) để xác định chất lượng của nấm men giống với các thông số: - Tổng lượng tế bào nấm men trong 1ml dịch đang lên men (cùng thời điểm lấy mẫu kiểm tra các thông số khác). - Tỷ lệ tế bào sống trong tổng lượng tế bào đếm được. 35
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Tỷ lệ nấm men đang nẩy chồi trong tổng lượng nấm men sống. - Phát hiện những vi sinh vật dại nhiễm vào dịch đang lên men (nấm men dại, nấm mốc, vi khuẩn ) Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất ta thường dùng phương pháp nhuộm màu với xanh metylen để xác định nhanh số lượng tế bào nấm chết, qua thông số này ta cũng sơ bộ đánh giá được chất lượng và tình trạng nấm men. Việc xác định acid bay hơi cũng có thể cho ta biết tình trạng lên men trong bồn có bình thường hay không. Hàm lượng acid bay hơi cao là là dấu hiệu cho biết trong bồn lên men đã có nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật. Trong trường hợp như vậy cần phải tiến hành xử lý ngay bằng cách sulfit hóa bổ sung, sau đó tiến hành bổ sung giống nấm men khỏe vào tiếp tục lên men. * Tách vang nho ra khỏi cặn bùn Khi quá trình lên men phụ (còn gọi là lên men thứ) kết thúc, vang nho trong bồn dần dần chuyển sang trạng thái tĩnh, sự xáo động yếu dần, các phần tử cặn lơ lửng không hòa tan sẽ từ từ kết lắng xuống đấy bồn lên men, hình thành một lớp cặn cặn rất mịn gọi là cặn bùn. Để xác định đúng thời điểm tiến hành tách cặn bùn tốt nhất cần phải biết lượng đường lên men đã được nấm men sử dụng cạn kiệt (bằng cách đo độ đường sót), đồng thời xác định lượng glucogen trong tế bào nấm men còn khoảng 2/3 tổng lượng tế bào (bằng cách nhuộm màu và đếm). Chính thời điểm này tách vang nho ra khỏi cặn bùn là tốt nhất. Mỗi bồn lên men cần được xác định thời điểm tách cặn bùn một cách riêng rẽ, độc lập. Trước lúc tiến hành tách vang nho ra khỏi cặn bùn, cần kiểm tra xem quá trình kết lắng và tự trong của vang nho đã thực sự kết thúc hay chưa. Điều này thường được thực hiện như sau: Lấy ½ cốc rượu vang từ trong bồn ra, đặt ở nơi có nhiều ánh sáng và nhiệt độ phòng hơi cao hơn nhiệt độ trung bình (khoảng 1-20C), để tự do như vậy trong 48h, sau đó quan sát độ trong, màu sắc và thử mùi, vị của rượu vang. Nếu màu không có những biến đổi đáng kể so với ban đầu thì coi như đã kết thúc quá trình tự lắng và tự trong. Trường hợp ngược lại, vang nho có thể có 36
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK màu sẫm hơn hoặc nhạt hơn so với ban đầu; mùi vị cũng thay đổi đáng kể, khi đó ta cần phải xử lý rượu vang trước khi tách ra khỏi cặn bùn. Hiện tượng thay đổi màu sắc của vang nho thường xuất phát từ sự kết tủa của các phức sắt. Để loại bỏ nguyên nhân này, ta có thể cho vào bồn lên men acid tartric với liều lượng 50g/100lít rượu vang hoặc acid citric 30g/100lít rượu vang., sau đó tiến hành tách vang ra khỏi cặn bùn. Nếu nguyên nhân xuất phát từ enzymecủa nấm men, thì ta tiến hành sulfit hóa bổ sung 3-5g/100lít rượu vang rồi tách cặn. Vang nho sau khi tách khỏi cặn bùn được bơm vào bồn trữ khác (các bồn này phải được xử lý sạch trước khi tiếp nhận vang nho). Khi bơm vào bồn trữ nên bơm vào phía dưới đáy bồn, càng đầy càng tốt, khi đó khoảng không khí trong bồn là ít nhất (lượng O2 trong bồn là tối thiểu). Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ oxy hóa các thành phần của rượu vang, giúp ổn định các giá trị cảm quan. Đối với trái nho trắng, người ta có thể tận thu chất đường còn sót lại trong bã sau khi tách nước nho đồng thời bổ sung đường, nước cho lên men riêng, sản phẩm thu được gọi là vang nguyên liệu dùng cho việc chưng cất rượu cognac. Hơn nữa, cũng từ trái nho trắng, khi có nhu cầu sản xuất rượu Champagne (có gas tự nhiên), thì việc thực hiện quá trình champagne hóa sẽ được làm tiếp theo. Đối với vang nho được tiến hành ở các bồn lớn, để cho champagne có chất lượng tốt ta tiến hành lên men thứ và tách cặn bùn trong điều kiện đặc biệt ở các chai chịu áp lực, hoặc các bồn chịu được áp suất với thời gian kéo dài ở nhiệt độ thấp. 2.2.3 Những quá trình lên men vang nho trắng không bình thường, nguyên nhân gây ra và phương pháp khắc phục Trong điều kiện nhiệt độ lên men thích hợp, ổn định; liều lượng sulfit hóa đầy đủ và men giống thuần tốt thì quá trình lên men xảy ra bình thường và lượng đường có trong nước nho sẽ được lên men triệt để. Song, trong thực tế không ít trường hợp quá trình lên men vang nho diễn biến một cách bình thường, nhưng trong sản phẩm vang nho vẫn còn sót lại một hàm lượng đường lên men đáng kể, là tiền đề dẫn đến sự phát triển của vi sinh vật và hư hỏng 37
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK rượu sau này. Nguyên nhân thường gặp nhất là sự biến động bất thường của nhiệt độ trong bồn lên men. Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao trong bồn lên men đều dẫn đến dư thừa đường sót trong rượu vang non. Nhưng phổ biến hơn và nguy hiểm hơn vẫn là do nhiệt độ quá cao. Ta biết rằng khi lên men, đường trong dịch nho chuyển hóa thành etanol và CO2, đồng thời giải phóng nhiệt lượng, nghĩa là khi phân giải 1g mol (180) đường sẽ giải phóng 23.4kCal. Do đó, khi lên men dịch nho với hàm lượng đường 18%, về lý thuyết, sẽ làm dịch nho tăng lên 23.40C (nếu nhiệt lượng được giải phóng bị giữ lại hoàn toàn trong bồn lên men). Nhiệt lượng giải phóng sẽ đạt được cực đại khi quá trình phân giải các chất đường lên men hoàn toàn. Bồn lên men càng lớn thì nhiệt lượng sinh ra càng lớn. Sự phụ thuộc được thống kê trong bảng sau: Bảng 2.1 Sự gia tăng nhiệt độ tùy thuộc và thể tích bồn lên men Bồn lên men 9000lít Bồn lên men 35 000lít Thời 0 0 0 gian lên t C Trọng t C Trọng t C Trọng men lượng lượng lượng (ngày) riêng(g/l) riêng(g/l) riêng(g/l) 0 16 1 083 17 1084 22 1084 1 17 1 078 16 1064 27 1060 2 18 1 074 23 1050 35 1030 3 22 1 050 26 1043 37 1020 4 27 1 025 33 1022 36 1020 5 30 1 000 35 1005 35 1010 6 29 1 000 34 1000 34 1005 7 28 988 33 997 34 1000 Ta có thể phòng chống hiện tượng gia tăng nhiệt độ quá cao khi lên men vang nho trắng bằng nhiều cách: - Cách đơn giản, dễ thực hiện và hiệu quả là phải thu hái trái nho vào những giờ có nhiệt độ thấp trong ngày, hoặc hạ bớt nhiệt độ nho mới thu hoạch qua đêm, nếu có kho mát bảo quản thì càng tốt. - Khi tiến hành lên men nên thực hiện trong các bồn có dung tích nhỏ. Tuy nhiên, cách này hạn chế khi gặp những nhà máy vang có công suất lớn. - Ở những vùng có nhiệt độ trung bình cao, thường dùng bồn lên men bằng vật liệu kim loại và mặt ngoài bồn lên men được giải nhiệt bằng nước. 38
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Sulfit hóa dịch nho trước khi lên men để diệt men dại, vi khuẩn sinh nhiệt khác. - Ngày nay, ngành kỹ thuật lạnh đã đạt trình độ cao nên người ta đã ứng dụng công nghệ này để kiểm soát nhiệt độ rất ổn định và tối ưu trong quá trình lên men. 2.3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VANG NHO ĐỎ Sự khác nhau lớn nhất giữa giữa nho trắng và nho đỏ là ở chỗ: trái nho đỏ các hàm lượng sắc tố đỏ rất cao, đồng thời hàm lượng chất chát (thuộc nhóm polyphenol) trong cuống, vỏ cũng lớn hơn nho trắng từ 5-10 lần. Về mặt công nghệ, người ta sẽ căn cứ trên sự khác biệt này để đưa ra những giải pháp thích hợp, từ đó cho ra những sản phẩm vang nho đỏ phong phú hơn về cảm quan. Một cách tổng thể, công nghệ sản xuất vang nho đỏ được thực hiện qua các bước sau: 1- Thu hái nho: Cần xác định độ chín kỹ thuật (chủ yếu là bằng kinh nghiệm cảm quan, hàm lượng đường khoảng 14-18%), thời điểm hái trong ngày để giữ nho có chất lượng tốt nhất. 2- Tiếp nhận tại nhà máy: Phải phân loại (tốt, quá chín, còn xanh, dập, thối ), giống nho mà nhà máy thường sử dụng để ổn định công nghệ 3- Xử lý: Có thể xử lý theo nhiều cách: làm dập, xé, nghiền, chà, ép 4- Lên men hỗn dịch 5- Kiểm tra và kiểm soát quá trình lên men 6- Tách bã ra khỏi dịch nho đã lên men. 7- Ép bã tận thu rượu vang. 8- Tách vang nho ra khỏi cặn bùn. Nói chung, quy trình sản xuất vang nho đỏ tổng quát là như nhau. Song, tùy vào điều kiện cụ thể người ta có thể thêm, bớt hoặc thay đổi một số bước 39
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK công nghệ cho phù hợp với thực tế. Ngày nay, người ta thường sử dụng quy trình có hoặc không có tận thu chất chát và sắc tố cho rượu vang. a- Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất vang đỏ không trích ly chất màu và chất chát. Hình 2.2 40
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK b- Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất vang đỏ có trích ly chất màu và chất chát. Hình 2.3 41
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Ở đây ta xét kỹ hơn bước lên men hỗn dịch nho. Các bồn lên men sau khi tiếp nhận hỗn dịch nho (dịch nho và bã) đầy khoảng 4/5 thể tích bồn lên men, ngay lập tức phải tiến hành sulfit hóa với liều lượng 10-20g/100lít dịch. Ta dùng cách bơm hoàn lưu đến khi dịch nho chuyển sang màu sẩm tối hơn lúc đầu, lúc đó SO2 đã khuếch tán đều trong hỗn dịch nho và nó đã liên kết với các chất màu làm sẩm tối dịch nho. Sử dụng SO2 trong trường hợp này nhằm 2 mục đích: - Ngăn chặn quá trình lên men tự phát. - Thay đổi hàm lượng các chất màu, chất chát trong sản phẩm vang đỏ ở các mức độ khác nhau, từ đó dẫn đến các sản phẩm vang nho có cảm quan khác nhau. Tùy thuộc và liều lượng sulfit hóa mà trích ly được hàm lượng chất chát và chất màu sẽ khác nhau. Bảng 2.2 Trong dịch nho Trong rượu vang sau thời gian Hàm Trước lên men Sau lên men 3 tháng 6 tháng 9 tháng 16 tháng lượng Tổn Tổng Tổng Tổng Tổng Tổng SO g 2 chất chất chất chất chất đưa Chất Chất chất Chất màu màu màu Chất màu Chất Chất màu vào màu màu màu màu và và và màu và màu màu và dịch (mg/ (mg/l và (mg/l) chất chất chất (mg/l) chất (mg/l) (mg/l) chất nho(m l) ) chất chát chát chát chát chát g/l) chát (g/l) (g/l) (g/l) (g/l) (g/l) (g/l) 25 169 0.49 520 0.91 302 0.97 277 0.91 269 0.99 217 0.81 50 218 0.62 447 0.84 243 0.93 253 0.85 193 0.99 222 0.75 75 256 0.66 491 1.01 367 1.05 287 0.93 264 1.03 223 0.75 100 299 0.78 510 1.19 423 1.11 352 1.03 322 1.16 265 0.84 150 363 0.72 513 1.02 423 0.89 324 0.84 352 0.78 275 0.71 200 249 0.82 624 1.17 478 1.01 353 0.94 328 1.02 - - 300 518 0.19 703 1.27 552 1.19 434 0.97 383 1.09 333 1.04 0 174 0.4 380 0.92 317 0.95 236 0.79 212 0.82 204 0.84 Thông thường, ta phải kết hợp giữa sulfit hóa và nhiệt độ để có thể đạt được mục tiêu công nghệ. Thực nghiệm cho thấy điều kiện tối ưu như bảng sau: Bảng 2.3 Nhiệt độ lên men Hàm lượng SO2 Nhiệt độ lên men Hàm lượng SO2 (0C) (mg/l) (0C) (mg/l) 15 80 21-25 150 16-20 100 ≥26 180 42
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Sau khi sulfit hóa khoảng 2h, ta nạp men giống thuần khiết với tỷ lệ khoảng 2% so với thể tích hỗn dịch nho. Lúc đầu, các phần bã nặng hơn nên sẽ chìm xuống đáy bồn hoặc lơ lửng trong dịch nho. Khi quá trình lên men xảy ra thì khí CO2 sinh ra sẽ bám vào các phần tử bã ngày càng nhiều, đến một lúc nào đó sẽ đẩy lớp bã này lên bề mặt ta thường gọi là “nón bã”. Lớp "nón bã" này có phần dưới ngập vào dịch nho, phần trên tiếp xúc với không khí. Điều này dẫn đến hiện tượng hoạt động của nấm ở phần trên bồn lên men thuận lợi hơn, quá trình lên men nhanh hơn ở phần dưới và tất nhiên ở phần này nhiệt độ cũng cao hơn. Vì vậy, để kiểm soát tốt quá trình công nghệ ở giai đoạn này ta cần phải đảo "nón bã" hàng ngày từ 1-3 lần để quá trình lên men đồng đều, đồng thời các chất màu, chất chát trong "nón bã" sẽ được trích ly tốt hơn. Trong thực tế sản xuất, tùy điều kiện mỗi nơi người ta có thể chọn một trong những kiểu lên men sau: 1- Lên men hở với "nón bã" nổi: Hình 2.4 Kiểu lên men này được thực hiện trong những bồn lên men hở miệng, không có nắp. Đặc điểm kiểu lên men này là ở phần "nón bã" luôn tiếp xúc với không khí, đồng thời nhiệt độ ở đây cũng cao hơn. Đây là điều kiện lý tưởng để các vi khuẩn gây chua xâm nhập. Trong trường hợp này ta phải thường xuyên đảo trộn "nón bã" ít nhất 3 lần một ngày để làm giảm thời gian tiếp xúc của "nón bã" với không khí, tăng cường thời gian ngập của "nón bã" trong dịch để hiệu quả trích ly chất màu và chất chát cao hơn. Kiểu lên men này cho ra rượu vang có hàm lượng acid bay hơi cao và chất lượng rượu không ổn định. 43
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 2- Lên men hở với "nón bã" chìm Hình 2.5 Kiểu lên men này cũng sẽ được thực hiện ở những bồn lên men hở miệng nhưng có một nắp lưới cài bên trên có thể điều khiển lên, xuống đến 1/ chiều cao bồn lên men. Sau khi nạp đầy 4/5 bồn hỗn dịch nho, ta cài nắp lưới lên trên tại mực nước dịch nho trong bồn lên men. Nhờ vậy, trong quá trình lên men lớp "nón bã" luôn ngập trong dịch lên men, không tạo cơ hội cho cho vi khuẩn lạ xâm nhập, đồng thời trích ly được chất chát, chất màu nhiều hơn. Kiểu lên men này khắc phục được nhược điểm kiểu lên men thứ nhất nên chất lượng rượu ổn định hơn. 3- Lên men kín với "nón bã" nổi Hình 2.6 Kiểu lên men này được thực hiện bởi những bồn lên men kín miệng, trên miệng có một lỗ nhỏ để nạp hỗn dịch nho và thoát khí CO2 trong quá trình lên 44
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK men. Kiểu lên men này có thể loại bỏ tối đa sự xâm nhập của không khí vào bồn lên men, song việc kiểm soát quá trình lên men bên trong bồn lại khá phức tạp nên không được áp dụng nhiều. 4- Lên men kín với "nón bã" chìm Hình 2.7 Tương tự như kiểu lên men thứ 3 nhưng trong thùg có nắp lưới điều chỉnh cho "nón bã" ngập trong dịch lên men. 5- Lên men kín, tự động dội tắm cho "nón bã" Hình 2.8 45
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Bồn lên men được thiết kế đặc biệt, gồm có 2 phần A và B, nối giữa hai phần này là lỗ C với đường kính khoảng 60cm. Phần A có dạng hình ly với thể tích bằng 1/7 phần B. Sau khi nạp đầy hỗn dịch nho qua lỗ C, ta sẽ đặt một ống đồng T có đường kính 12cm từ trên cửa C đến đáy bồn. Ống đồng bịt kín đầu dưới nhưng được đục nhiều lỗ nhỏ xung quanh ống. Dịch nho sẽ theo những lỗ nhỏ đi lên trên mặt ống đồng và tự động chảy xuống phần A. Để cho "nón bã" không nổi lên quá phần trên của B, dưới lỗ E ta đặt một lưới chặn "nón bã". Khi xảy ra quá trình lên men ở phần B, áp suất sẽ từ từ tăng lên, sẽ đẩy dịch lên men vào trong ống đồng đi lên phía trên A và tự động hình thành quá trình tắm cho "nón bã", đồng thời làm đồng nhất quá trình lên men ở phần A và B. Dựa trên ý tưởng bồn lên men trên đây, các thế hệ bồn lên men vang nho ngày càng hoàn thiện hơn rất nhiều. Ngày nay, nhiều nhà máy sản xuất vang nho được trang bị những hệ thống bồn lên men liên tục có thể kiểm soát các công đoạn tự động hoàn toàn, nhờ vậy mà năng suất rượu cao và chất lượng ổn định. Ở đây ta tìm hiểu một số thiết bị lên men hiện đại. Hình 2.9 1- Động cơ điện phục vụ cho việc tháo bã; 2- Van phao rượu vang non; 3- Thân bồn; 4- Bơm để hoàn lưu; 5- Ống dẫn hoàn lưu; 6- Cửa nạp liệu; 7- Cơ cấu phun đều dịch nho; 8- Cơ cấu tháo bã; 9- Cửa tháo bã. 46
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Bơm 4 có thể có năng suất từ 0.14-0.5dm3/s tùy theo thể tích của bồn, mỗi vòng hoàn lưu khoảng 5-10phút. Quá trình bơm hoàn lưu có thể kéo dài 2- 4h. Thông thường bồn lên men kiểu này có thể tích 50-100m3. Hình 3.10 1,3- Các vị trí đặt nghiêng bồn; 2- Vị trí chịu tải; 4- Vị trí chịu tải kim loại; 5,9-Sàn phục vụ thao tác; 6- Nắp; 7- Bộ phận thông với khí quyển; 8,11- Các cửa nạp liệu và tháo bã; 10- Van tháo vang non; 12- Van xả đáy. Tiến hành tách vang non ra khỏi bã Sau khi quá trình lên men chính kết thúc, việc tách rượu vang non ra khỏi bã sớm hay muộn tùy theo từng trường hợp cụ thể. Việc tách muộn có lợi là tăng chất trích ly trong vang nhưng cũng làm tăng các chất chát, đắng thô trong cuống nho làm cho vị vang giảm. Vì vậy, xu hướng chung là sau khi kết thúc quá trình lên men chính thì tiến hành tách bã ngay. Cần lưu ý rằng, yếu tố nhiệt độ ở giai đoạn kết thúc lên men chính cũng sẽ quyết định việc tách bã sớm hay muộn. Nếu nhiệt độ cao thì các quá trình xảy ra càng nhanh, tiến hành tách bã nhanh, nếu nhiệt độ thấp thì tiến hành chậm hơn. 47
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Chương 3 KỸ THUẬT SẢN XUẤT BIA I. NGUYÊN LIỆU DÙNG ĐỂ SẢN XUẤT BIA 4.1 Malt Malt là hạt hòa thảo (đại mạch)nẩy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Nó là sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng: chứa 16-18% các chất phân tử lượng thấp dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn, destrin bậc thấp, các acid amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và đặc biệt có hệ enzym phong phú - chủ yếu là protease và amylase. Malt được dùng để chế biến nhiều thực phẩm có chất lượng cao như bột dinh dưỡng cho trẻ em, các loại đồ uống tổng hợp cho người già và phụ nữ có thai nhưng có lẽ công dụng lớn nhất của malt là dùng để sản xuất các loại đồ uống có độ cồn thấp, nhất là bia. Malt dùng trong sản xuất bia với 2 mục đích, vừa là tác nhân đường hóa vừa là nguyên liệu. Trong sản xuất bia chủ yếu là dùng malt đại mạch vì: - Đại mạch dễ điều khiển quá trình ươm mầm. - Đại mạch cho tỉ lệ enzym cân đối thích hợp cho công nghệ bia. - Vỏ đại mạch dai nên nghiền ít nát và tạo lớp trợ lọc rất xốp. - Malt đại mạch cho bia có hương vị đặc trưng hơn so với các loại malt khác. - Riêng đối với một số nước thì đại mạch dễ trồng hơn so với các loại lúa mạch khác. 48
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK 4.1.1 Đại mạch Đại mạch giống gieo trồng (Hordeum sativum - jessen) thuộc nhóm thực vật có hạt (Spermophita), phân nhóm bỉ tử (Angiospermae), lớp một lá mầm (Monocotyledonae), họ lúa mì (Gramineae). Hình 3.1 Đại mạch Đại mạch gồm nhiều loại. Trong công nghệ sản xuất malt bia dùng chủ yếu là đại mạch 2 hàng, bông đứng và các chỉ số thành phần hóa học của chúng là rất quan trọng. Thành phần hóa học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. 49
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Nước: là thành phần có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Đại mạch có thủy phần càng cao thì hiệu suất thu hồi chất chiết càng bị giảm và khó bảo quản. Hàm ẩm tối đa của đại mạch khi bảo quản không nên vượt quá 13% là tốt nhất. Hình 3.2 Đại mạch khô - Gluxid: là hợp phần chiếm khối lượng nhiều nhất trong thành phần chất khô của hạt đại mạch. Nó bao gồm mono-, di-, tri- và polysaccharid. + Monosaccharid là các loại đường glucose, fructose, xilose. + Disaccharid thì chủ yếu là saccharose và maltose. + Trisaccharid thì chủ yếu là rafinose. + Polysaccharid bao gồm tinh bột, cellulose, hemicellulose, pentosen, amilan và các hợp chất dạng keo. Trong đó, 3 cấu tử đầu tiên có ý nghĩa quan trọng nhất đối với công nghệ sản xuất bia. Tinh bột là cấu tử chiếm vị trí số một về khối lượng cũng như về ý nghĩa đối với công nghệ sản xuất bia. Hơn một nửa khối lượng chất khô của đại mạch là tinh bột. Trong một số trường hợp, nếu đại mạch là chủng giống có chất lượng cao thì con số đó có thể lên tới 70%. Đối với công nghệ sản xuất malt và bia, tinh bột có hai chức năng: nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và cung cấp chất hòa tan cho dịch lên men. Cellulose của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Cellulose không tan trong nước, hầu như không thay đổi về thành phần và cấu trúc trong suốt tiến trình công nghệ sản xuất bia. Nó đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng. 50
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hemicellulose là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào. Dưới tác dụng xúc tác của nhóm enzym xitase, hemicellulo bị thủy phân thành hexose (galactose và manose) và pentose (arabinose và xilose). Tất cả những đường đơn này hòa tan bền vững vào dịch đường và tạo thành chất chiết, là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho nấm men. - Các hợp chất chứa nitơ: hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong hạt đại mạch (tính theo chất khô) chiếm khoảng từ 8÷13,5% và nó đóng một vai trò quan trọng đối với công nghệ bia vì nó có ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của sản phẩm. Khi sản xuất malt bia chỉ sử dụng những loại đại mạch có hàm lượng protein từ 9 đến 11,5%. - Chất béo và lipoid: hàm lượng của chúng trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2,5÷3%. Chất béo và lipoid tồn tại trong bia sẽ làm giảm độ bền keo của sản phẩm. Hình 3.3 Lipoid - Các hợp chất không chứa nitơ: trong nhóm này bao gồm các hợp chất hữu cơ và vô cơ không chứa nitơ, khi được chiết ly bằng nước chúng hòa tan thành dung dịch. Các đại diện tiêu biểu cho nhóm này là: + Polyphenol và chất đắng: những hợp chất thuộc nhóm này dễ dàng kết hợp với protid cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Mặt khác, sự hòa tan của polyphenol vào dịch đường lại là nguyên nhân làm xấu đi hương và vị của bia. + Fitin: là muối của canxi và magie với acid inozitphosphoric C6H6O6(H2PO3)6, nó tập trung chủ yếu ở vỏ và chiếm khoảng 0,9% chất khô của vỏ. Khi bị thủy phân nó sẽ tạo thành inozid C6H6(OH)6 và acid phosphoric. 51
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK + Vitamin: đại mạch chứa nhiều loại vitamin như B1, B2, B6, C, PP2 + Chất khoáng: trong đại mạch chứa nhiều loại khoáng khác nhau . - Enzym: trong hạt đại mạch chứa một lượng enzym khá phong phú như amylase, fitase, protease, sitase, các enzym oxy hóa-khử 4.1.2 Làm sạch và phân loại - Làm sạch: trong quá trình thu hoạch, vận chuyển cũng như bảo quản có nhiều tạp chất vô cơ (đất, đá, sạn, sỏi ) và hữu cơ (hạt cỏ dại, xác côn trùng ) có thể rơi vào khối hạt. Do đó, để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất và để cho sản phẩm đạt chất lượng cao, đại mạch cần phải làm sạch tạp chất trước khi đưa vào sản xuất. - Phân loại: hạt đại mạch đem vào sản xuất cần bảo đảm tính đồng đều. Độ đồng đều của khối hạt càng cao thì quá trình ngâm và ươm mầm càng đạt hiệu quả. Chính vì thế phải tiến hành phân loại đại mạch trước khi ngâm. Dựa vào kích thước họ chia hạt đại mạch ra làm 3 loại (theo kích thước lỗ sàn): + Loại I có bề dày hạt lớn hơn 2,5mm. + Loại II có bề dày hạt từ 2,2 đến 2,5mm. + Loại III có bề dày hạt nhỏ hơn 2,2mm. Loại I và II dùng để sản xuất malt bia, còn loại III là phế liệu (có thể sử dụng làm TAGS hoặc vào các mục đích khác). 4.1.3 Rữa và sát trùng 4.1.3.a Mục đích - Loại bỏ những hạt lép, hạt không đạt tiêu chuẩn, các tạp chất, các mẫu hạt gãy, vụn, mà trong quá trình làm sạch và phân loại chưa loại bỏ hết. - Rữa sạch bụi và một số vi sinh vật, côn trùng bám trên bề mặt hạt. - Sử dụng biện pháp thích hợp để sát trùng khối hạt, tạo điều điều kiện thuận lợi cho các quá trình công nghệ tiếp theo. 4.1.3b Cách tiến hành 52
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Để rữa hạt người ta sử dụng các thiết bị rữa chuyên dùng. Nước dùng để rữa hạt phải bảo đảm các chỉ tiêu về hóa học và sinh học. Để hạt sạch hơn người ta có thể cho thêm vào nước rữa một số chất như: NaOH - 0,35kg/m3 nước; 3 3 Na2CO3 - 0,9kg/m nước; CaO - 1,3kg/m Để sát trùng hạt người ta cũng có thể dùng nhiều chất khác nhau như formalin (HCHO), H2O2, KMnO4, Ca(OH)2 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 của malt thành phẩm. Nước vôi giúp cho quá trình rữa hạt nhanh, 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 rữa hạt kỹ nếu không vôi sẽ bám trên bề mặt hạt gây cản trở quá trình hô hấp và ảnh hưởng xấu đến quá trình ươm mầm. Còn H2O2, KMnO4 ngoài việc sát trùng còn có tác dụng xúc tác các quá trình sinh hóa xảy ra trong khi ươm mầm. 4.1.4 Ngâm hạt 4.1.4a Mục đích Hạt trước khi ngâm có độ ẩm nhỏ (khoảng 13-14% ). Lượng nước này trong hạt phân bố ở tế bào, có nhiệm vụ liên kết các phân tử dạng keo, chúng không thể dịch chuyển từ tế bào này sang tế bào khác - tức là chúng không tham gia vào quá trình chuyển đổi năng lượng. Lượng nước này gọi là nước liên kết hay nước cấu trúc. Với hàm ẩm thấp như vậy chúng không đủ khả năng hoạt hóa phôi để phát triển thành cây non (nẩy mầm). Muốn thực hiện quá trình này, hạt phải hút thêm một lượng nước bổ sung trong quá trình ngâm hạt. Như vậy mục đích của quá trình ngâm hạt là tạo điều kiện để hạt hút thêm một lượng nước tự do, sao cho tổng hàm ẩm của hạt đạt trên 40%. Chỉ với hàm ẩm cao như vậy quá trình ươm mầm sau này mới bảo đảm tiến trình bình thường. Hàm ẩm của hạt sau khi đã hút nước đủ điều kiện cho mầm phát triển gọi là mức độ ngâm. Để sản xuất malt vàng, mức độ ngâm của của đại mạch cần đạt 43-45%, còn malt đen là 45-47%. 53
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Hình 3.4 hạt Malt 4.1.4b Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm hạt * Nhiệt độ của nước ngâm: Là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ hút nước của hạt (còn gọi là tốc độ ngâm). Trong một giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ của nước ngâm tăng thì tốc độ hút nước của hạt tăng. Sở dĩ như vậy vì khi nhiệt độ của nước ngâm tăng sẽ làm tăng sự trương nở của các hệ keo hữu cơ (protein, tinh bột, cellulose) và tăng vận tốc khuếch tán của nước do sự chuyển động phân tử tăng, độ nhớt của nước giảm. Thực nghiệm đã chứng minh rằng khi ngâm hạt đến độ ẩm 45% nếu nhiệt độ của nước ngâm là 50C thì thời gian cần thiết là 120h, nếu nhiệt độ 100C thì cần 96h, còn 150C thì 72h và 200C là 48h. Qua nghiên cứu họ đã chỉ ra rằng nhiệt độ của nước 12-140C là nhiệt độ thích hợp nhất để ngâm đại mạch. Nếu ngâm ở nhiệt độ nhỏ hơn 100C thì sự phát triển của mầm bị kìm hãm, còn nếu ngâm ở nhiệt độ cao hơn sẽ dẫn tới sự phát triển phong phú của vi sinh vật. Mặt khác, ở nhiệt độ cao tốc độ hút nước của hạt tăng lên, dễ xảy ra hiện tượng phôi bị "úng" làm mất khả năng nẩy mầm của hạt. Đồng thời khi tăng nhiệt độ của nước ngâm cường độ hô hấp của hạt sẽ tăng lên rất nhiều và kéo theo những quá trình khác xảy ra với tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng ngâm "ấm" (ngâm ở nhiệt độ 180C và cao hơn) không những rút ngắn được chu kỳ ngâm mà còn làm cho chất lượng của malt tốt hơn. Nhưng quá trình ngâm chỉ thực hiện khi sử dụng chất sát trùng mạnh và thông khí tích cực cho hạt. Ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngâm đến tốc độ hút nước của hạt được minh họa bằng số liệu trong bảng 1. 54
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Bảng 1: Động học quá trình hút nước của hạt ở nhiệt độ khác nhau Thời gian Hàm ẩm của hạt (%) ngâm (h) 100C 10,60C 21,30C 0 13,1 13,1 13,1 16 29,5 32,8 31,2 40 36,4 39,3 42,1 68 39,2 42,5 44,9 87 41,4 44,0 46,7 112 43,3 46,2 48,2 * Độ lớn của hạt: Kích thước của hạt cũng ảnh hưởng đến tốc độ ngâm. Hạt to cần phải ngâm lâu hơn hạt nhỏ. Cùng ngâm như nhau, hạt đại mạch có bề dày 28mm đạt độ ẩm yêu cầu sau hạt có bề dày 22mm là 25h. Trong hạt dày quãng đường đi của nước dài hơn trong hạt mỏng. Cho nên hạt càng dày thời gian ngâm hạt càng lâu. Chỉ có những hạt bằng nhau về kích thước thì khi ngâm mới đạt độ ẩm như nhau về tốc độ và sau này cũng mọc mầm đều nhau. Do đó, cần phải phân loại hạt theo kích thước trước khi ngâm. Các loại hạt khác nhau có thời gian ngâm cũng không giống nhau. Như khi sử dụng nước ngâm có nhiệt độ 12-130C thì thời gian ngâm của hạt kê là 3 ngày, đại mạch 2 ngày, yến mạch 1,5 ngày và mạch đen là 1 ngày. Quá trình hấp thụ nước của hạt diễn ra không đều, lúc đầu thì nhanh và sau đó chậm dần Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ ẩm của hạt khi ngâm 55
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Khi độ ẩm của hạt đạt 40% thì sự hút nước của hạt bị chậm lại. Đối với đại mạch khi ngâm 24, 48, 72, 96 giờ thì độ ẩm của hạt tăng tương ứng là 39, 43, 45 và 47%. * Hàm lượng protein: Hàm lượng protein có trong hạt đại mạch cũng ảnh hưởng đến tốc độ hút nước của hạt. Nói chung, hạt càng chứa nhiều protein thì tốc độ hút nước càng chậm. Nguyên nhân của hiện tượng này là protein khó trương nở và khả năng hút nước cũng kém. Hạn chế này sẽ được khắc phục nếu như khối lượng vỏ trấu của hạt cao. * Thành phần hóa học của nước ngâm: Là một yếu tố ảnh hưởng khá mạnh đến khả năng hút nước, sự hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu của vỏ và cường độ hô hấp của hạt. Các ion kim loại kiềm và kiềm thổ thường hay có mặt trong nước. Nếu hàm lượng của chúng cao sẽ thúc đẩy quá trình ngâm hạt nhanh hơn. Chúng hòa tan một lượng đáng kể các hợp chất polyphenol, chất đắng và chất chát ở vỏ hạt vào nước. Chính nhờ sự hòa tan đó mà nước sẽ thấm vào hạt nhanh hơn. Các ion kim loại nặng ở trong nước có khả năng cản trở sự hút nước của hạt, đặc biệt là ion sắt. Với hàm lượng cao, chúng sẽ tạo ra một màng bao phủ bề mặt hạt và sẽ cản trở sự xâm nhập của nước vào bên trong, cản trở sự tiếp xúc với oxy, hạn chế sự giải thoát khí cacbonic khi hạt hô hấp. Ngoài ra, ion sắt còn có thể tham gia phản ứng hóa học với các chất màu để tạo thành các phức chất và làm biến màu của hạt. Hầu hết các muối hòa tan trong nước ngầm hạt, dù ở mức độ ít nhiều chúng đều ảnh hưởng đến sự phát triển của mầm non sau này. Ngoài các yếu tố đã kể trên, quá trình ngâm hạt còn chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu của vùng gieo trồng đại mạch. Đại mạch gieo trồng ở vùng khí hậu khô, độ ẩm không khí thấp, lượng mưa ít và đất đai kém màu mỡ có khả năng hút nước kém hơn so với đại mạch được trồng ở vùng khí hậu ôn hòa. Khả năng thích ứng với điều kiện sống của thực vật có liên quan đến cấu trúc vi thể của tế bào. Thực vật sống ở vùng khô cằn, kể cả hạt của chúng phải có cấu tạo 56
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK tế bào phù hợp sao cho khả năng thoát nước là ít nhất, mà quá trình hút nước và nhả hơi nước là 2 quá trình thuận nghịch của tế bào thực vật. 4.1.4c Các quá trình xảy ra khi ngâm hạt Trong thời gian ngâm hạt những quá trình sau đây xảy ra: - Sự thẩm thấu và khuếch tán của nước vào hạt. - Sự hòa tan các chất polyphenol, chất chát, chất màu ở võ hạt vào môi trường. - Sự thẩm thấu một số ion và muối hòa tan trong nước vào hạt. - Sự hút nước và trương nở của tế bào. - Sự hòa tan các hợp chất thấp phân tử trong nội nhũ vào nước. - Sự vận chuyển các chất hòa tan về phôi. - Sự hòa tan tất cả enzym có trong hạt vào nước hay là sự giải phóng enzym khỏi trạng thái liên kết thành trạng thái tự do. - Sự hoạt hóa hệ enzym oxy hóa-khử và enzym thủy phân. - Sự hô hấp của hạt. - Sự thủy phân các chất hữu cơ cao phân tử. - Xuất hiện dấu hiệu của sự phát triển cây non ở phôi. Trong các quá trình trên thì hô hấp của hạt và sự hoạt hóa hệ enzym thủy phân là 2 quá trình quan trọng nhất. 4.1.4d Các phương pháp ngâm hạt Để ngâm hạt đại mạch có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau nhưng khi chọn giải pháp công nghệ cho việc ngâm hạt cần đáp ứng các yêu cầu: thời gian ngâm ngắn nhất, chế độ thông khí đầy đủ và bảo đảm hạt nguyên vẹn, đảm bảo cường lực nẩy mầm của hạt về sau. Tùy điều kiện cụ thể có thể chọn cách ngâm phù hợp. * Ngâm 1 lần trong nước: Đây là phương pháp rất cổ điển và hiện nay rất ít được sử dụng trong công nghiệp. Với phương pháp này hạt được ngâm liên tục trong nước và không 57
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK có thông khí cho hạt. Việc cung cấp oxy cho khối hạt hô hấp được tiến hành bằng cách thay nước định kì. Nhược điểm của phương pháp này là hạt rửa không được sạch, oxy cung cấp không đều, khí cacbonic sinh ra khi hạt hô hấp không được giải phóng triệt để, không bảo đảm vệ sinh và vi sinh vật dễ dàng xâm nhập gây hư hỏng sản phẩm. * Ngâm hoán vị nước - không khí: Đặc trưng của phương pháp này là hạt lúc được ngâm trong nước lúc được ngâm trong không khí. Mỗi chu kì kéo dài từ 3 đến 6 giờ phụ thuộc vào dạng hạt và những yếu tố khác có ảnh hưởng đến tốc độ ngâm. Trong quá trình ngâm (kể cả ngâm trong nước và ngâm trong không khí) có thổi khí nén vào khối hạt * Ngâm trong dòng nước-không khí liên tục: Phương pháp này có thể thực hiện theo 2 phương án: - Hai đường dòng nước và không khí tách biệt nhau. - Dùng nước đã bão hòa không khí để đưa vào khối hạt. * Ngâm bằng phương pháp phun nước: Hạt sau khi rửa và ngâm sơ bộ thì tháo hết nước bẩn và để van đáy ở trạng thái mở. Tiếp tục phun nước sạch vào khối hạt. Khi nước phun vào khối hạt nó sẽ hút theo không khí và chảy qua lớp hạt. Phía trên miệng thùng ngâm, nước cứ phun liên tục và ở van đáy, nước cũng tháo ra liên tục. Bằng cách đó khối hạt luôn luôn tiếp xúc với nước và oxy, còn khí cacbonic cũng liên tục đẩy ra khỏi khối hạt. * Ngâm bằng phương pháp phun nước-hút khí: Đây là phương pháp kết hợp giữa việc làm ẩm hạt bằng cách phun nước liên tục và giữ hạt luôn ở trong điều kiện hiếu khí bằng cách hút hết khí trong khối hạt khi ngâm. 4.1.5 Ươm mầm 4.1.5a Mục đích 58
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Giải phóng và tích lũy các hệ enzym thủy phân. - Tạo điều kiện để các hệ enzym thủy phân một phần các chất có trong hạt từ dạng phức tạp sang dạng đơn giản. 4.1.5b. Các quá trình xảy ra khi ươm mầm: Khi ươm mầm, trong hạt nẩy mầm cũng xảy ra các biến đổi sinh hóa và sinh lí giống như khi nẩy mầm tự nhiên trong đất. Khi đủ ẩm, đủ oxy, có nhiệt độ thích hợp mầm sẽ chuyển từ trạng thái nằm im sang trạng thái hoạt động và dẫn tới những biến đổi trong hạt. * Sự biến đổi hình thái: - Bên ngoài: mầm và rễ bắt đầu xuất hiện từ từ. - Bên trong: dưới tác dụng của các enzym có sẳn trong hạt hoặc mới được tạo thành khi nẩy mầm như xitase, proteinase, pectinase thành tế bào bị thủy phân - tức nó bị hòa tan. Nhờ đó mà các enzym thủy phân có thể tiến sâu vào các tế bào của hạt để thủy phân các chất có trong hạt. * Sự hoạt hóa các enzym: Trong các hạt chưa nẩy mầm các hệ enzym thủy phân không có hoặc có rất ít và bị hấp phụ bởi các cấu trúc nguyên sinh chất của tế bào nên ở trạng thái không hoạt động. Trong quá trình nẩy mầm các enzym có sẳn được giải phóng và hoạt hóa, đồng thời có một số enzym mới được tạo thành và tích lũy. Chính vì thế, sau khi nẩy mầm số lượng và hoạt lực của các enzym tăng lên rất nhiều. - Amylase: là một nhóm bao gồm ba enzym: + α-amylase: Trong hạt đại mạch hầu như không xác định được hoạt lực của nó, nhưng nó đã thể hiện được hoạt lực vào những thời điểm đầu tiên của quá trình ươm mầm, còn đến ngày thứ 3 hoặc thứ 4 hoạt lực của chúng tăng một cách đáng kể. + β-amylase: Loại enzym này đã có trong hạt đại mạch ở cả 2 dạng liên kết và tự do. Trong thời gian ươm mầm hoạt lực của 2 dạng đều tăng lên, hoạt lực tự do tăng 3÷4 lần còn hoạt lực chung tăng 1,5÷2 lần. 59
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK + Amylophosphotase: Trong quá trình ươm mầm hoạt lực của các enzym thuộc nhóm này cũng tăng nhưng không nhiều so với các enzym kể trên. - Protease: Khi nẩy mầm hoạt tính của hệ enzym này tăng lên 4 lần. Trong nhóm này bao gồm các enzym như proteinase, peptidase và amydase. - Xitase: Đóng một vai trò rất lớn trong việc hòa tan các chất bên trong hạt. Theo một số tác giả thì loại enzym này trong đại mạch khô chỉ phát hiện vết của chúng, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt lực của chúng cũng tăng lên rất nhiều. - Esterase: Một số các enzym trong nhóm này được tăng cường hoạt động. Trong thời kì ươm mầm, hoạt tính của phosphotase tăng lên 7÷10 lần. Enzym lipase được tăng nhiều vào cuối thời kì ươm mầm. - Các enzym hô hấp: Hoạt tính của chúng cũng được tăng nhiều trong khi nẩy mầm nhưng mức độ tăng so với hệ enzym amylase thì ít hơn. * Sự hô hấp: Năng lượng cung cấp cho hạt nẩy mầm là do quá trình hô hấp sinh ra. Khi hô hấp hạt đã sử dụng các chất hữu cơ dự trữ, chủ yếu là hidratcacbon, một ít protein và chất béo để sinh năng lượng. Chính vì thế, sau khi nẩy mầm lượng vật chất khô có trong hạt hao phí có thể trên 10%. Trong đó một phần lớn tiêu tốn cho sự hô hấp và một ít cho sự tổng hợp tế bào. Hô hấp trong nẩy mầm có thể xảy ra yếm khí hoặc hiếu khí phụ thuộc vào các điều kiện của môi trường. Trong quá trình hô hấp của tế bào thực vật sẽ xảy ra quá trình oxy hóa hoàn toàn và không hoàn toàn đường. Do có sự sinh nhiệt trong khi hô hấp nên nhiệt độ của lớp hạt nẩy mầm tăng lên nhiều, do đó cần phải giải phóng nhiệt trong khi ươm mầm. * Sự thay đổi thành phần hóa học: Trong khi ươm mầm, dưới tác dụng của các enzym nội tại, trong hạt đã xảy ra hàng loạt các phản ứng sinh hóa dẫn tới làm thay đổi các thành phần hóa học của hạt: - Sự hòa tan thành tế bào dưới tác dụng của enzym xitase. 60
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Sự thủy phân tinh bột dưới tác dụng của hệ enzym amylase. - Sự thủy phân protein nhờ protease. - Sự thủy phân phitin nhờ enzym phitase. - Sự thủy phân chất béo nhờ enzym lipase. 4.1.5c Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ươm mầm Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt là nhiệt độ, độ ẩm, tỉ lệ oxy và CO2, thời gian ươm mầm. - Nhiệt độ: là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất vì cường độ hô hấp và sự biến đổi của hạt đều phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi ươm mầm ở nhiệt độ thấp (12÷16oC), sự phát triển của mầm và rễ lúc đầu xảy ra yếu nhưng về sau phát triển đều hơn; sự tạo thành và tác dụng của các enzym tiến triển chậm. Còn khi ươm mầm ở nhiệt độ cao thì mầm rễ phát triển nhanh và chất khô tiêu tốn nhiều. Do đó, tùy từng loaüi hạt mà chọn nhiệt độ ươm cho thích hợp. Đối với đại mạch thường ươm ở nhiệt độ 13÷170C, nhưng nếu hàm lượng protein trong hạt cao thì phải ươm ở nhiệt độ lớn hơn (20÷230C). - Độ ẩm: Các loại hạt khác nhau, độ ẩm thích hợp cho ươm mầm không giống nhau. Đối với đại mạch độ ẩm thích hợp khoảng 43÷46%. Điều quan trọng là phải giữ ẩm cho hạt trong khi ươm luôn đạt mức thích hợp. Trong quá trình nảy mầm, nếu hạt bị khô sẽ làm giảm hoạt tính của enzym và làm chậm quá trình thủy phân các chất. Ngược lại, nếu hạt quá ẩm mầm sẽ bị thối và chết. -Tỉ lệ oxy và CO2: Cường độ hô hấp và các quá trình sinh hóa xảy ra trong hạt khi ươm phụ thuộc vào tỉ lệ này có trong khối hạt. Trong thời kì đầu của quá trình ươm mầm, khi xảy ra sự tích lũy enzym lớn nhất thì sự thông khí rất cần thiết. Khi các enzym đã tích lũy đủ, các quá trình sinh hóa vẫn tiếp tục, thậm chí nó vẫn tiếp diễn trong điều kiện kìm hãm sự phát triển của mầm. Để thu được malt có chất lượng tốt cần phải giữ hàm lượng CO2 trong không khí không vượt quá 20%. Nếu hàm lượng CO2 cao hơn thì sự hô hấp bình thường của hạt bị ngừng, hoạt động sống của mầm bị đình chỉ hoàn toàn và hạt bắt đầu tự phân. - Thời gian ươm mầm: Các loại hạt khác nhau có thời gian ươm cũng khác nhau và nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ ươm mầm. Qua nghiên cứu họ đã chỉ ra rằng 61
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK thời gian ươm mầm thích hợp đối với malt bia khoảng từ 6 đến 9 ngày. Trong khi ươm mầm không để lá mầm thoát ra khỏi vỏ. Diệp lục tố của lá mầm sẽ làm cho bia có vị đắng rất khó chịu. Chính vì lí do này mà ở các khu vực ươm mầm tuyệt đối không cho ánh sáng mặt trời chiếu vào. 4.1.5d. Đặc điểm về kĩ thuật ươm mầm các loại malt: Malt dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất bia được chia làm 2 loại: malt vàng và malt đen. Malt vàng dùng để sản xuất các loại bia vàng, malt đen dùng để sản xuất các loại bia đen. - Malt vàng: Đặc điểm nỗi bật của malt vàng là có màu vàng sáng, có vị ngọt nhẹ nhàng và hương thơm dịu, đặc trưng của malt. Khi sản xuất malt vàng, điều cần thiết là phải tạo ra được điều kiện để tích lũy được hoạt lực enzym thật cao, đặc biệt là amylase, còn hàm lượng acid amin thì ở mức độ vừa phải và hàm lượng đạm hòa tan chỉ cần đạt ở mức độ đủ. Để đáp ứng được yêu cầu đó, trước tiên cần chọn loại đại mạch có hàm lượng protein thấp nhưng có khả năng nẩy mầm cao. Thủy phần của đại mạch khi ngâm không nên vượt quá 42÷43%. Quá trình ươm mầm tiến hành ở nhiệt độ 13÷18oC và phải có chế độ thông gió thật tốt. Thời gian ươm mầm khoảng 6÷8 ngày. Nếu sử dụng đại mạch có hàm lượng protein cao thì khi ngâm nên để cho hạt hút nước đến hàm ẩm 44÷46%, còn nhiệt độ ươm đạt mức tối đa 20÷220C. - Malt đen: Đặc điểm nổi bật của malt đen là có màu sẩm, hương và vị ngọt đậm. Để sản xuất malt đen, trong thời gian ươm mầm phải tạo được điều kiện sao cho tích lũy được nhiều đạm amin và đường. Do đó, hàm ẩm của hạt khi ngâm phải đạt mức cao, không thấp hơn 45% và phải tăng cường được hoạt độ của nhóm protease. Nhiệt độ ươm mầm trong những ngày đầu khống chế ở khoảng 15÷180C, còn ở giai đoạn sau có thể tăng đến 220C. Sau một thời gian ươm, lúc đã thấy rễ phát triển tốt ta phải có biện pháp tích lũy CO2 trong sàn ươm nhằm hạn chế hao tổn chất khô. Thời gian ươm mầm của malt đen trong khoảng 7÷9 ngày đêm. 4.1.5e. Phương pháp ươm mầm: * Ươm mầm không thông gíó: 62
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Đây là phương pháp ươm mầm lâu đời nhưng đến nay vẫn có nhiều nước sử dụng. Phòng ươm mầm là 1 sàn được xây dựng ngầm hoặc bán ngầm hoặc xây nổi trên mặt đất. Có thể xây dựng theo kiểu nhà 1 tầng hoặc nhiều tầng. Chiều cao tầng nhà 3÷3,5m; xung quanh xây kín, quét vôi hoặc sơn, có cửa sổ nhỏ chống ánh sáng để tránh mặt trời chiếu vào. Nền của sàn ươm phải nhẵn để dễ rửa và có độ nghiêng 5÷10% để dễ thoát nước. Phía cuối của sàn ươm có trang bị băng tải hoặc vít tải để chuyển dịch malt tươi từ sàn ươm đếïn lò sấy. Hệ thống thiết bị vận chuyển này phải đặt ở độ sâu thấp hơn mặt bằng sàn ươm. Nhiệt độ trong khu vực ươm mầm phải giữ ở khoảng 10÷120C, còn độ ẩm không khí không thấp hơn 90%. Trước khi chuyển qua sàn, hạt phải để ráo nước trong 2÷3h. Độ cao luống hạt 30÷50cm phụ thuộc vào mức độ ngâm, nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong phòng. Mức độ ngâm thấp thì nhiệt độ giảm hoặc nước ngâm có nhiệt độ thấp thì đánh luống cao và ngược lại. Trong quá trình ươm mầm phải giữ nhiệt, giữ ẩm ở mức thích hợp cho khối hạt và phải đảo hạt để thông gió cho nó. * Ươm mầm có thông gió: Nguyên lí của phương pháp ươm mầm thông gió là trong quá trình ươm mầm người ta tiến hành thổi không khí điều hòa về nhiệt độ và độ ẩm cho khối hạt đang ươm nhằm: - Cung cấp oxy cho khối hạt. - Điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm cho khối hạt. - Giải phóng CO2 ra khỏi khối hạt. 63
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK * Ươm mầm trong catset (trong ngăn): Hình 3.6 1- ngăn nảy mầm; 2- lưới thép đáy ngăn; 3- bộ phận đảo trộn; 4- bộ phận làm ẩm không khí; 5- không khí vào ngăn nảy mầm; 6- quạt gió; 7- cảm ứng nhiệt độ. Thiết bị ươm mầm có dạng hình hộp chữ nhật được chế tạo từ thép thông thường hoặc bằng inox, đồng lá, thép trắng hoặc có thể bằng bê tông lưới thép. Cấu tạo chi tiết của các catset có thể khác nhau phụ thuộc vào nguyên tắc thổi khí, năng suất, chế độ ươm mầm Trong quá trình ươm mầm phải tiến hành đảo hạt nhờ các máy đảo. Tần số đảo malt phụ thuộc vào bề dày lớp hạt và trạng thái của hạt. * Ươm mầm trong thùng quay: Hình 3.7 1- thùng quay; 2- giá đỡ; 3- lưới thép; 4- cửa nạp đại mạch; 5- cửa không khí vào; 6- ống khí trung tâm; 7- cửa không khí ra. 64
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Bộ phận chính của thiết bị ươm mầm này là 1 thùng quay được. Chúng gồm nhiều loại, khác nhau về cấu tạo, phương pháp vận hành, nhưng có một điểm chung là đảo malt nhờ sự quay của thùng. Việc đưa không khí sạch vào và dẫn không khí bẩn ra khỏi khối hạt được thực hiện bằng quạt hút đặt ở phía sau thùng quay. c. Ươm mầm trong ngăn có luống di động, liên tục: Hình 3.8 Thiết bị là một ngăn ươm dài và được chia thành nhiều luống. Số luống trong ngăn ươm bằng số ngày ươm mầm. Kích thước của ngăn ươm phụ thuộc vào năng suất của nhà máy và kích thước của phòng ươm. Trong khi ươm mầm, sau mỗi lần đảo, cả luống malt bị chuyển dịch về phía sau một khoảng và giải phóng mặt bằng ở phía trước. Tiếp theo, lô hạt mới được nhập vào chỗ mặt bằng vừa giải phóng và cứ như thế cho đến khi kết thúc quá trình ươm mầm. Thực hiện: Đại mạch khô liên tục đưa vào máy rửa, tại đây hạt được sát trùng, đồng thời tách bỏ hạt lép, rơm rạ, sau đó được chuyển qua hệ thống ngâm tưới phun liên tục trong 48h. Khi đã ngâm xong, nhờ gàu tải hạt liên tục đưa đến các ngăn ươm mầm, ở mỗi ngăn hạt nẩy mầm từ 12-24h, liên tục được đảo trộn bằng cách chuyển từ ngăn này sang ngăn khác cho đến ngăn cuối cùng thì hoàn tất quá trình ươm mầm, từ đó malt tươi được gàu tải chuyển đến lò sấy. 4.1.6 Sấy malt 4.1.6a Mục đích của quá trình - Đưa malt về độ ẩm bảo quản được. 65
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK - Tạo cho malt có chứa các chất sinh màu, sinh mùi thích hợp cho công nghệ bia. 4.1.6b Các quá trình xảy ra trong khi sấy malt Phụ thuộc vào các quá trình xảy ra trong malt khi sấy, chia quá trình sấy malt ra làm ba pha: sinh lí, enzym và hóa học. * Pha sinh lí: Thời kì này kéo dài từ lúc bắt đầu sấy cho đến khi nhiệt độ đạt 45oC và hàm ẩm giảm đến 30%. Đặc điêím 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 enzym: Giai đoạn này nằm trong khoảng từ 450C đến 700C và hàm ẩm còn 10% (đối với malt vàng), còn trên 20% (đối với malt đen). Đặc điểm của giai đoạn này là 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 enzym thủy phân vẫn tiếp tục diễn ra, đặc biệt mạnh ở thời gian đầu của pha này. Kết quả ở 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 học và quá trình enzym càng chậm, sự tạo thành các chất chiết hòa tan bổ sung càng ít. Trong thời kì này, dưới tác dụng của enzym amylase một ít tinh bột được đường hóa. Dưới tác dụng của enzym protease một số protein bị thủy phân và còn nhiều quá trình enzym khác. Các quá trình này phụ thuộc rất lớn vào độ ẩm và khi độ ẩm của hạt còn 15% thì các quá trình này bị đình chỉ. * Pha hóa học: Pha này nằm trong khoảng nhiệt độ từ 700C đến 1050C và độ ẩm giảm xuống dưới 4%. Thời gian kéo dài của pha này phụ thuộc vào tốc độ các phản ứng xảy ra trong nội nhủ. Đặc điểm của những phản ứng xảy ra ở giai đoạn này là sự tạo thành các chất thơm, vị đặc trưng, các chất màu và sự biến tính của protein. 66
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK Khi nhiệt độ tăng quá 750C, các quá trình enzym sẽ đình chỉ hoạt động. Nguyên nhân là do một phần các enzym bị phá vỡ cấu trúc phân tử, một phần bị hấp phụ vào protein để tồn tại ở trạng thái liên kết, một phần chúng bị giảm hoạt lực do quá trình mất nước. Enzym xitase hoàn toàn bị phá vỡ cấu trúc khi nhiệt độ còn ở 600C, ở 750C hoạt độ amylase giảm một cách đáng kể, còn enzym protease tăng mạnh ở giai đoạn đầu của quá trình sấy nhưng ở vùng nhiệt độ này hoạt lực của chúng giảm xuống đến mức tối thiểu. Sự tạo thành các hợp chất cho màu và cho hương có thể xảy ra ở vùng nhiệt độ 60÷700C hoặc thấp hơn nhưng với tốc độ không đáng kể, chúng được tạo thành chủ yếu ở vùng nhiệt độ 100÷1050C. Các chất này được tạo thành do các phản ứng tạo melanoidin, caramen và một số các 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. Hương, vị và màu sắc cuối cùng của malt được hình thành chủ yếu ở giai đoạn này. Đồng thời chất lượng cảm quan của bia, kể cả khả năng tạo bọt và độ bền keo của chúng cũng được quyết định ở giai đoạn này. 4.1.6c Thiết bị và chế độ công nghệ sấy malt - Thiết bị sấy: Các loại thiết bị dùng để sấy malt thường được gọi là lò sấy. Lò sấy có rất nhiều loại. Dựa vào tính liên tục của dòng malt vào và malt ra được chia thành: + Lò sấy gián đoạn. + Lò sấy bán liên tục. + Lò sấy liên tục. Dựa vào hình dáng của lò và tư thế "nằm" của lớp malt lúc sấy chúng được chia thành: + Lò sấy đứng. + Lò sấy nằm ngang. Dựa vào số tầng sấy, lò sấy nằm ngang chia thành: + Lò sấy nằm ngang 1 tầng. 67
Công nghệ sản xuất rượu, bia và NGK + Lò sấy nằm ngang 2 tầng. + Lò sấy nằm ngang 3 tầng. - Công nghệ sấy: Nếu kết hợp đúng đắn giữa nhiệt độ sấy và độ ẩm của malt vào từng thời điểm sấy sẽ giúp cho sấy malt mau khô và giảm tối thiểu sự mất mát hoạt tính của các enzym. Thời gian sấy malt không những dựa vào tốc độ thải ẩm, sự bảo toàn hoạt tính enzym mà còn phải dựa vào các biến đổi sinh hóa và hóa học theo yêu cầu. Quá trình sấy malt chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn tách nước và giai đoạn sấy khô. Trong giai đoạn đầu thì hàm ẩm trong hạt nhanh chóng và dễ dàng hạ xuống còn khoảng 8÷10%. Còn sự giảm ẩm của giai đoạn sau tiến triển rất chậm vì lúc này ẩm liên kết bền vững với các chất keo của hạt. Tùy vào từng loại malt mà ta chọn chế độ công nghệ sấy thích hợp: + Sấy malt vàng: Đặc điểm của quá trình sấy malt vàng là loại nhanh hàm ẩm của malt trong khi nhiệt độ sấy còn ở khá thấp. Muốn đạt được điều này phải tiến hành thông gió ở mức tối đa. Malt tươi được đưa vào trải đều trên sàn trên với chiều dày lớp malt từ 14-22cm, nhiệt độ của sàn này tăng lên từ từ và lượng ẩm của hạt tách ra với tốc độ tăng dần. Sau 6 giờ nhiệt độ hạt đạt 30-350C và hàm ẩm còn khoảng 20%. Giai đoạn giảm ẩm xuống còn 8÷10% tiến triển trong khi nhiệt độ tăng dần lên 45÷500C, còn giai đoạn giảm ẩm xuống còn 3,3÷3,5% thì nhiệt độ tăng dần đến tối đa 70÷800C. Chu kì sấy malt vàng kéo dài 24 giờ (thiết bị hình 3.9). + Sấy malt đen: Tất cả những phẩm chất của malt đen được hình thành ngay từ giai đoạn ngâm và ươm. Đến giai đoạn sấy nó được tăng cường thêm và định hình cho trạng thái cuối cùng. Malt được nạp vào lò sấy giống như malt vàng, chiều dày lớp malt lúc đầu là 22-30cm, ở giai đoạn đầu kéo dài khoảng 14h, nhiệt độ tăng từ từ đến 400C và malt được đảo trộn 24/1lần, hàm ẩm giảm xuống còn 20%. 2-3h tiếp theo nhiệt độ tăng dần lên 60-650C, số lần đảo trộn tăng lên, sau 24h thì sấy xong ở tầng trên. Ở tầng dưới, malt bắt đầu sấy ở nhiệt độ 500C và độ ẩm trong malt là 20%. Quá trình sấy này chia làm 2 thời kỳ: • Thời kỳ thứ nhất: kéo dài 9-10h nhiệt độ luôn giữ ở 50-550C, độ ẩm hạ từ 8-10%. Lúc đầu hạt malt được đảo trộn liên tục và sau đó là cứ 2h/1lần. 68