Trong quy trình công nghệ sản xuất Bia. Nước đóng vai trò vô cùng quan trọng, nước chiếm 95% trong sản phẩm bia. Nước là chất xúc tác quá trình trao đổi chất, thực hiện các phản ứng động học, hóa học, lý học và vi sinh trong dây chuyền sản xuất bia và đồ uống nói chung.
Đặc biệt trong qui mô sản xuất, nước được sử dụng để sinh nhiệt và phân phối nhiệt lượng cũng như phối hợp hòa tan chất tẩy rửa vệ sinh thiết bị và môi trường. Sơ đồ sử dụng nước (Hình 1).
Hình 1. Nước sử dụng trong các phân xưởng trong nhà máy bia
Bảng 1. Các Đặc tính chính của nước cho một nhà máy sản xuất bia
Đặc tính của nước
Chỉ tiêu
Cảm quan
Sạch và không màu, không mùi lạ
Độ tinh khiết
Không bẩn
Hàm lượng muối khoáng và vi lượng
Có hàm lượng khoáng vi lượng theo tiêu chuẩn
Chỉ tiêu vi sinh
Không nhiễm vi sinh vật
Độ an toàn
Phải là nước uống được
Quá trình cung cấp nhiều nước là cần thiết với nhà máy sản xuất bia, đó là tại sao, trước đây, nhà máy bia được xây dựng ở những địa điểm có nguồn nước riêng của họ. Những nguồn nước này được sử dụng là nguồn nước giếng khoan, trong khi một số nhà máy khác dựa vào nguồn nước cung cấp của địa phương.
Nguồn nước tự nhiên nguyên bản sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của bia và điều này dẫn đến nhiều công ty nổi tiếng với bia đặc trưng của họ. Ví dụ là Burton-on-Trent có độ đắng cao, Pilsen có bia lager tốt hơn. Chất lượng của nước sẽ ảnh hưởng tới chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế của sản phẩm.
Nguồn nước có thể từ dưới giếng hay ở bề mặt như một bể chứa.
Hình 2 . Hình ảnh của tạo nguồn nước giếng khoan
Hình 3. Hình ảnh của tạo nguồn nước bề mặt
3. Các đặc tính cơ bản và yêu cầu của nước cung cấp cho sản xuất Bia.
Các nguồn nước cung cấp sẽ ảnh hưởng tới các đặc tính của nước
Bảng 2. Các tiêu chuẩn đặc trưng chính và yêu cầu với nguồn nước cấp cho sản xuất bia
Nguồn nước
Hàm lượng muối khoáng
Hàm lượng vi sinh
Khả năng cung ứng
Giếng khoan
Có lượng khoáng hòa tan nhiều trong các địa tầng nơi mà nước đi qua
Có thể thấp bởi nước có thể được lọc qua các địa tầng đá
Rất tốt có thể dùng trong thời gian dài.
Nước bề mặt
Có thể thấp trừ khi các hóa chất nông nghiệp được tẩy rửa chảy xuống.
Có thể cao bởi nhiễm tạp từ đất nông nghiệp
Có thể biến đổi đặc biệt trong mùa khô hạn.
Nguồn nước công cộng
Phụ thuộc vào nguồn nước là giếng khoan hay nước bề mặt.
Có thể thấp nhờ quá trình xử lý của cơ sở xử địa phương
Rất tốt bởi đây là hệ thống của nhà nước điều hành
4. Các phương pháp tiền xử lý nước.
Bảng 4. Một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của nước và phương pháp xử lý
Chỉ tiêu chất lượng
Xử lý
Cảm quan sạch và không màu
Quá trình lọc thường dùng lọc cát hay quá tình kết bông.
Khả năng uống được không nhiễm bẩn
Quá trình lọc thường dùng lọc qua than hoạt tính, hay lọc qua than
Hàm lượng muối khoáng và kim loại có để đáp ứng cho quá trình nấu bia và các quá trình khác.
Các muối carbonate bị loại bỏ nhờ quá trình đun sôi hay quá trình khử ion hóa . Khi thiếu các muối có thể được thêm vào thùng chứa nước hay trong các quá trình. Ví dụ canxi clorua có thể được thêm vào quá trình nấu bia.
Không bị nhiễm tạp VSV vì nó ảnh hưởng tới chất lượng bia và người sử dụng bia.
Khử trùng bởi tia tia (UV), quá trình lọc vô trùng, thanh trùng theo phương pháp Pasteur hay bổ sung chất khử trùng.
Luôn sẵn nước
Nguồn nước có thể bị thay đổi nên có nước dự trữ
Quá trình khử khoáng bằng Ion hóa (loại bỏ các muối)
Trong hệ thống trao đổi ion thường thấy trong nhà máy bia. Những cột này gồm các nhựa đặc biệt có thể trao đổi các ion ít gây hại. Những nhựa này có thể tái chế lại khi hết, chúng thường được rửa sạch bằng axit vô cơ.
Trong sơ đồ minh họa hình 4. các muối carbonate bị loại bỏ bởi các cột trao đổi và CO2 được hình thành. Nó bị loại bỏ khí qua tháp khử khí.
Hình 4. Sơ đồ quá trình khử Ion hóa (loại bỏ các muối) bằng cột trao đổi ion.
Các phương pháp xử lí sơ bộ ban đầu:
5. Phương pháp khử trùng nước.
Phương pháp khử trùng nước phụ thuộc vào độ ô nhiễm và quá trình sử dụng nước tiếp theo Nếu nước bị ô nhiễm nặng cần lọc và tiếp theo là quá trình xử lí nhiệt.
Nếu nước dùng cho các công đoạn nấu bia bình thường, quá trình khử trùng cần bổ sung một chất khử trùng như khí clo, hypoclorit hay ClO2.
Nếu nước chỉ sử dụng cho những giai đoạn sau như pha loãng bia nồng độ cao nên khử trùng bằng tia đèn UV hoặc quá trình lọc vô trùng
6. Nước sử dụng cho thành phẩm
6.1 Nước thành phẩm sử dụng trong quá trình nấu (đường hóa - dịch hóa nguyên liệu, lên men, lọc, tàng trữ, hoàn thiện sản phẩm).
Các muối hòa tan và vi lượng trong nước ảnh hưởng tới hương vị của bia, độ cân bằng pH của quá trình và sản phẩm cuối, chúng cung cấp nhiều khoáng vi lượng cho nấm men phát triển.
Các tác dụng chính của muối và vi lượng trong nguồn nước:
Nước thành phẩm dùng trong các quá trình sản xuất hình 5 và bảng 5
Hình 5. Nước thành phẩm sử dụng trong các quá trình sản xuất bia .
Bảng 5.Yêu cầu chất lượng của nước sau xử lý
Nguồn nước sử dụng
Yêu cầu chất lượng
Xử lý
Quá trình nấu bia.
Nước được dùng để phối trộn với malt, hoa, cho công đoạn nấu
Nước chứa các muối cần thiết để đảm bảo điều kiện tối ưu cho enzym hoạt động hiệu quả
Các muối ví dụ canxi sunphat, canxi clorua hay các muối NaCl có thể được bổ sung vào tank chứa nước hay quá trình nấu bia.
Nước rửa bã malt
Nước được dùng để tráng dịch chiết còn sót lại ở vỏ malt
Nước không hòa tan các thành phần không mong muốn trong vỏ malt.
Có thể được điều chỉnh độ pH
Quá trình dịch hóa, đường hóa
Nước được dùng để điều chỉnh nồng độ dịch đường.
Nước không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn.
Nước có thể lấy từ tank nước nóng và được làm lạnh thông qua thiết bị làm lạnh dịch đường
Bổ sung trong lên men và tàng trữ
Nước được dùng để phối trộn và bổ sung làm vật liệu lắng, lọc
Nước không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn. Với những giai đoạn cuối nước không chứa oxy hòa tan
khử trùng nước khử oxy nước
Bổ sung trong quá trình lọc.
Nước dùng để trộn và thêm vào chất trợ lọc
Nước không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn. Với những giai đoạn cuối nước không chứa oxy hòa tan
khử trùng nước.
khử oxy nước
Phân tán trong quá trình lọc.
Nước dùng để điều chỉnh nồng độ thích hợp trong bia nông độ cao
Nước không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn. Với những giai đoạn cuối nước không chứa oxy hòa tan
khử trùng nước.
khử oxy nước
Phun trong quá trình chiết bia
Nước dùng để phun vào chai đẩy CO2
Nước không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn. Với những giai đoạn cuối nước không chứa oxy hòa tan
khử trùng nước.
khử oxy nước
6.2. Quá trình khử oxy trong nước.
Nước sử dụng cho sản xuất bia nồng độ cao, để pha bia tới nồng độ xác định.
Nước được sử dụng để pha bia tới nồng độ xác định cần thiết được trình bày hình 6. Nước không nhiễm các vi sinh vật và nước không chứa oxy hòa tan .
Phân xưởng khử oxy trong nước được thiết kế với nước bổ sung như sau
Hình 6. Sơ đồ khử khí của nước
Phân xưởng được minh họa có những đặc điểm.
Một hệ thống lọc để đảm bảo rằng tia khử trùng UV có hiệu quả .
Hệ thống khác có thể loại bỏ oxy bằng nước nóng. Nước khử trùng được đun nóng hay lọc qua màng siêu lọc
6.3. Nước phục vụ cho quá trình vệ sinh, tẩy rửa thiết bị.
Nước sản xuất là nước dùng để:
Nước sản xuất có các yêu cầu khác nhau với mỗi công đoạn công nghệ. (bảng 6).
Bảng 6. Yêu cầu Nước phục vụ cho quá trình sản xuất
Hệ thống xử lý
Tác động xử lý
Hiệu quả xử lí
Hệ thống CIP
Hình thành các cặn trong hệ thống phân phối của CIP và quả cầu phun do có sự tồn tại của các muối carbonate trong nước.
Chất tẩy hư hại bởi sự tồn tại của các muối carbonate.
Quá trình loại bỏ các muối carbonate Lựa chọn chất tẩy rửa tốt nhất với loại nước sử dụng
Rửa chai, bom, keg
Hình thành các cặn ở đầu phun chất tẩy rưa. Quá trình làm hỏng chất tẩy bởi sự tồn tại của các carbonate.
Quá trình loại bỏ các muối carbonate. Lựa chọn chất tẩy rửa hiệu quả
Tráng sạch nhà máy và bao bì sau khi tẩy rửa
Tránh Sản phẩm hay nhà máy tái nhiễm độc do vi sinh vật.
Quá trình khử trùng nước
Khử trùng Pasteur bằng kiểu Hầm Tunel
Hình thành các cặn bẩn ở đầu phun nước của hầm khử trùng Pasteur do sự tồn tại của các muối carbonate
Hình thành nấm mốc trong thiết bị khử trùng Pasteur kiểu hầm Tunel do nhiếm tạp VSV.
Rỉ sét nắp chai do nước.
Quá trình loại bỏ các carbonate.
Loại bỏ mốc, kìm hãm hình thành rỉ sét bằng bổ sung thêm vào nước một số hóa chất thích hợp
6.4. Nước phục vụ hệ thống nồi hơi và làm lạnh.
Nước dùng trong dịch vụ công nghiệp là nước dùng trong quá trình tạo hơi ở nồi hơi,trong tháp làm lạnh như là một phân của phân xưởng lạnh và dùng làm vệ sinh nói chung...
Nước nồi hơi: Các yêu cầu chủ yếu cho nước cho nồi hơi là không lắng cặn trên bề mặt đốt nóng và không ăn mòn nhà xưởng. Do đó, loại bỏ các muối carbonate là cần thiết, quá trình khử khóang ( qua cột trao đổi ion). Để tránh ăn mòn chất bổ trợ cần dùng để loại oxy khỏi nước và điều chỉnh độ pH
Tháp làm lạnh: Nước sử dụng cho tháp làm lạnh dễ bị hư do sự phát triển của vi khuẩn. Đó là nguồn VSV gây bệnh tới con người một cách thông qua các giọt nước hình thành trong nhà máy. Hệ thống phải được duy trì trong điều kiện sạch và chất diệt khuẩn được dùng hay kiểm soát các vi sinh vật điều khiển qua phương pháp điện tử.
6.5 Sản xuất nước khử khí (deairation water-DA)
Việc sản xuất nước khử khí (hàm lượng oxy thấp) trong nhà máy bia bắt đầu khi việc nấu bia nồng độ cao trở nên phổ biển. Tuy nhiên, ngày nay, nước khử khí không chỉ được dùng để pha bia mà còn được dùng trong các bước khác của quy trình công nghệ có tiếp xúc với sản phẩm như pha bia, tách men, bài không khí ra khỏi thiết bị lọc, chiết... nhằm tránh oxy thâm nhập, gây hại cho bia.
Có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ không khí mà mục tiêu chính là tách oxy ra khỏi nước như đã đun nóng, hút chân không, sục khí khác như CO2 hay N2 vào thế chỗ... và tốt nhất là kết hợp các phương pháp trên với nhau. Khi tăng nhiệt độ hoặc giảm áp suất, trên bề mặt chất lỏng sẽ làm giảm hàm lượng bão hòa của các chất khí trong chất lỏng đó. Tương tự, việc sục thêm các chất khí khác vào làm hàm lượng bão hòa của chất khí ban đầu giảm đi.
Đa số các hệ thống khử khí đều thiết kế trên cơ sở kết hợp một vài trong các nguyên lý. Cấu tạo và hoạt động của một hệ thống khử khí sử dụng nhiệt và CO2 để đuổi oxy tại cột tiếp xúc hai pha lỏng-khí
Hình 7 Sơ đồ hệ thống sản xuất nước khử khí
khử khí sử dụng bùi nhùi thép không rỉ để việc CIP được dễ dàng hơn. Ngoài ra, hệ thống còn có các bộ phận khác như: thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản gồm ba phân đoạn riêng biệt, bơm cấp nước, trạm cấp CO2, cấp hơi nóng, tank chứa... Nước sau khi được năng nhiệt lên 70-80C (bằng hơi nóng ở phân đoạn gia nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt) được đưa tới quả cầu phun trên đỉnh tháp để phân tán đều trên bề mặt của khối chất đệm trong ruột tháp. Khi CO2, thổi từ dưới lên trên sẽ hòa tan, thể chỗ và đuổi oxy ra khỏi nước. Nước sau khi ra khỏi tháp được hạ nhiệt thông qua việc trao đổi nhiệt với nước đầu vào ở phân đoạn giữa của thiết bị trao đổi nhiệt. Tiếp theo, nước được làm lạnh bằng glycol đến 1-20C, Nước phải tuần hoàn cho đến khi đạt nồng độ oxy < 0,02 mg/1 mới được đưa về tank chứa.
Hệ thống cấp nước cho sản xuất bia
Hệ thống cấp nước trong nhà máy bia phục vụ sản xuất, nấu bia bao gồm chủ yếu là các thiết bị chủ yếu:
Sơ đồ hệ thống cấp nước trong nhà máy bia
1/ Sản xuất bia lý thuyết và thực hành - Master of Science (Ing.) Trần Công Tước (2016)
2/ Công nghệ sản xuất bia và Nước giải khát: GS.TS Nguyễn Thị Hiền và các CTV - ĐHBK Hà nội - Nhà xuất bản lao động (2016).
GS.TS: Nguyễn Thị Hiền; PGS.TS: Trương Thị Hòa
Link nội dung: https://appstore.edu.vn/cong-nghiep-san-xuat-ruou-bia-nuoc-ngot-o-nuoc-ta-co-dac-diem-phan-bo-chu-yeu-la-a44950.html