Ứng dụng của hệ thống 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. Qui 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 cụ thể như sau:
- Sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau khi nấu
- Dịch đường sau quá trình húp lông hoá có nhiệt độ khoảng 80oC. Cần phải tiến hành hạ nhiệt độ một cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6đến8oC. Tốc độ làm lạnh khoảng 30đến45 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 1oC hạ nhiệt độ dịch đường từ 80oC xuống khoảng 20oC.
– Sử dụng glycol (hoặc nước muối) có nhiệt độ thấp khoảng -8oC để hạ nhiệt độ dịch đường từ 20oC xuống 8oC. Kỹ thuật lạnh hiện đại sử dụng glycol để làm lạnh vì nước muối gây ăn mòn hư hỏng thiết bị điện.
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.
Ứng dụng của hệ thống lạnh trong sản xuất bia, nước ngọt
1.Quá trình lên men bia
Quá trình lên men bia được thực hiện ở một phạm vi nhiệt độ nhất định khoảng 6đến8oC. Quá trình lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Trong quá trình lên men dung dịch toả ra một lượng nhiệt lớn.
Quá trình lên men đường houblon hoá diễn ra qua hai giai đoạn:
- Lên men chính: Kéo dài từ 7 đến 12 ngày đối với các loại bia vàng và 12 đến 18 ngày đối với các loại bia đen. Nhiệt độ lên men là 6 đến 8oC.
- 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 đến 2oC.
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 các kết quả nhận được chất lượng sẽ rất kém.
2. Bảo quản và nhân men giống
- Một khâu vô cùng quan trọng cần lạnh 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.
3.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 cácbonic có thể biểu diễn bằng phương trình tổng quát của Gay – Lussac như sau:
- Khí CO2 lại rất cần cho trong qui 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 20 kG/cm2 cần thiết phải hạ nhiệt độ bảo quản xuống rất thấp cỡ -30 đến -35oC.
4.Làm lạnh nước 1oC
- 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 hoá đến khoảng 20oC. Việc sử dụng nước 1oC 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 1oC 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 1oC qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản.
5.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 vv..
Ứng dụng của hệ thống lạnh trong sản xuất bia, nước ngọt giúp quá trình sản xuất, lưu trữ, bảo quản và sử dụng được đảm bảo an toàn vệ sinh và tính ổn định.
Sưu tầm