Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong sản xuất bia – nước ngọt

Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận được bằng cách lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch vv…), nước và hoa húp lông. Quy trình công nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh mới đảm bảo yêu cầu.

Đối với nhà máy sản xuất bia hiện đại, lạnh được sử dụng ở các khâu sau:

Dùng để làm lạnh nhanh dịch đường sau khi nấu

Dịch đường sau quá trình húp lông hoá có nhiệt độ khoảng 80℃ cần phải tiến hành hạ nhiệt độ một cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6 – 8℃. Tốc độ làm lạnh khoảng 30 – 45 phút. Nếu làm lạnh chậm một số chủng vi sinh vật có hại cho quá trình lên men sẽ kịp phát triển và làm giảm chất lượng bia. Để làm lạnh dịch đường người ta sử dụng thiết bị làm lạnh nhanh. Quá trình đó được thực hiện qua hai giai đoạn:

• Dùng nước 1℃ hạ nhiệt độ dịch đường từ 80℃ xuống khoảng 20℃.
• Sử dụng glycol (hoặc nước muối) có nhiệt độ thấp khoảng -8℃ để hạ nhiệt độ dịch đường từ 20℃ xuống 8℃. Kỹ thuật lạnh hiện đại sử dụng glycol để làm lạnh vì nước muối gây ăn mòn hư hỏng thiết bị.

Như vậy, trong quá trình hạ nhiệt này đòi hỏi phải sử dụng một lượng lạnh khá lớn. Tính trung bình đối với một nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm mỗi ngày phải nấu khoảng 180m3 dịch đường. Lượng lạnh dùng để hạ nhiệt rất lớn.

Quá trình lên men bia

Quá trình lên men bia được thực hiện ở một phạm vi nhiệt độ nhất định khoảng 6 – 8℃. Quá trình lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Trong quá trình lên men dung dịch tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Quá trình lên men đường houblon hóa diễn ra qua hai giai đoạn:

• Lên men chính: kéo dài từ 7 – 12 ngày đối với các loại bia vàng và 12 – 18 ngày đối với các loại bia đen. Nhiệt độ lên men là 6 – 8℃.
• Lên men phụ và tàng trữ: Kéo dài ít nhất 3 tuần đối với tất cả các loại bia. Nhiệt độ lên men phụ là 1 – 2℃.

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình lên men và chất lượng sản phẩm. Khi nhiệt độ cao sẽ dẫn đến các tác động như sau:

• Thời gian lên men nhanh.
• Mật độ tối đa đạt được cao hơn khi nhiệt độ thấp.
• Lên men triệt để nhưng hàm lượng các sản phẩm bậc hai (đặc biệt là diaxetyl) tạo ra nhiều hơn.
• Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết lại nhiều hơn và tốc độ suy giảm các đặc tính công nghệ cũng nhanh hơn.
• Tỷ lệ giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm

Mỗi loại nấm men đều có nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển lên men. Khi không đảm bảo các yêu cầu về nhiệt độ, kết quả nhận được chất lượng sẽ thấp.

Bảo quản và nhân men giống

Một khâu vô cùng quan trọng trong nhà máy bia là khâu bảo quản và nhân men giống. Men giống được bảo quản trong những tank đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Tank cũng có cấu tạo tương tự tank lên men, nó có thân hình trụ bên ngoài có các áo dẫn glycol làm lạnh. Tuy nhiên kích thước của tank men nhỏ hơn tank lên men rất nhiều, nên lượng lạnh cần thiết cho tank men giống không lớn.

Làm lạnh đông CO₂

Trong quá trình lên men nhờ các quá trình thuỷ phân mà trong các tank lên men sinh ra rất nhiều khí CO₂. Quá trình phát sinh khí CO₂ thể hiện ở phản ứng dưới đây. Kết quả cuối cùng của quá trình chuyển hoá (lên men) từ đường hexoza đến rượu etylic và khí cacbonic có thể biểu diễn bằng phương trình tổng quát của Gay – Lussac như sau:

C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂

Khí CO₂ lại rất cần cho trong quy trình công nghệ bia như ở khâu chiết rót và xử lý công nghệ ở tank lên men. Khí CO₂ thoát ra từ các tank lên men trong các quá trình sinh hoá cần phải được thu hồi, bảo quản để sử dụng vào trong dây chuyền công nghệ. Để bảo quản CO₂ tốt nhất chỉ có thể ở thể lỏng, ở nhiệt độ bình thường áp suất ngưng tụ của CO₂ đạt gần 100at. Vì vậy, để giảm áp suất bảo quản CO₂ xuống áp suất dưới 20kG/cm² cần thiết phải hạ nhiệt độ bảo quản xuống rất thấp cỡ -30 đến -35℃. Dưới đây trình bày sơ đồ làm lạnh CO₂:

Làm lạnh nước 1℃

Nước lạnh được sử dụng trong nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt được sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau khi được houblon hóa đến khoảng 20℃. Việc sử dụng nước 1℃ là một giải pháp rất hữu hiệu và kinh tế trong các nhà máy bia hiện đại. Phụ tải nhiệt của các mẻ nấu theo thời gian trong ngày không đều và liên tục mà có dạng hình xung.

Khi các mẻ nấu hoàn thành yêu cầu phải tiến hành làm lạnh rất nhanh. Rõ ràng nếu sử dụng làm lạnh trực tiếp thì công suất máy lạnh sẽ rất lớn. Việc sử dụng nước lạnh 1℃ để hạ lạnh nhanh dịch đường cho phép trữ một lượng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đường của các mẻ nấu một cách nhanh chóng. Điều này cho phép không cần có hệ thống lạnh lớn nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu. Nước được làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1℃ qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản.

Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men và điều hoà

Trong một số nhà máy công nghệ cũ, bia được bảo quản lạnh trong các hầm làm lạnh, trong trường hợp này cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm bảo quản. Có thể sử dụng lạnh của glycol để điều hoà không khí trong một số khu vực nhất định của nhà máy, các phòng bảo quản hoa …

Cùng chủ đề:

Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong điều hòa không khí Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong y tế và sinh học Cryo Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong công nghiệp hóa chất