Kiểm soát quy trình sản xuất bia

NỘI DUNG CHÍNH Lời mở đầu: Bia là một loại thức uống giải khát giàu dinh dưỡng, được ưa chuộng khắp thế giới. Ở Việt Nam hiện nay, bia đã trở thành một loại thức uống phổ biến, dần dần chiếm một thị phần lớn trên thị trường nước uống. Điều này làm cho ngành công nghệ thực phẩm nói chung, ngành công nghệ sản xuất bia nói riêng có những bước phát triển mạnh mẽ. Nhiều nhà máy và các cơ sở sản xuất bia với quy mô khác nhau được thành lập góp phần làm tăng sản lượng và đa dạng hoá các sản phẩm bia. Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc cạnh tranh giữa các nhà sản xuất, đòi hỏi họ phải cải tiến chất lượng bia và giá cả phải phù hợp. Để thành công về phương diện thương mại, nhà máy sản xuất bia cần đạt tiêu chuẩn thế giới về chất lượng và hiệu quả sản xuất. Muốn đạt được tiêu chuẩn về chất lượng, ngoài công nghệ hiện đại thì quá trình kiểm soát từ khâu lựa chọn nguyên liệu đến khâu sản xuất, thành phẩm là một việc rất quan trọng. Kiểm soát quá trình là nhân tố quan trọng quyết định đến hiệu quả sản xuất, chất lượng bia thành phẩm. Vì những lý do này nên nhóm em đã chọn đề tài “Kiểm soát quy trình trong công nghệ sản xuất bia” nhằm giúp mọi người hiểu rõ về các yếu tố cần kiểm soát trong quá trình sản xuất để có một mẻ bia đạt tiêu chuẩn chất lượng. 2. Sự hoạt động của nhà máy: Nhà máy muốn hoạt động lâu dài phải có quy trình sản xuất thích hợp, làm sao cân đối các thành phần thích hợp của dịch đường, hiệu quả sử dụng nguyên liệu là lớn nhất, tốn ít năng lượng nhất. Do vậy mỗi đơn vị của nhà máy sẽ phải cân nhắc và đưa ra các quá trình sản xuất cụ thể, đặc trưng, nhưng dựa trên cơ sở là cung cấp sản phẩm có chất lượng cao nhất đến khách hàng. Thành phần chính xác của dịch đường ở nhà máy bia là yếu tố cần thiết cho sự phát triển men và sự lên men tạo rượu, CO2, sự lên men nhận mùi thơm. Dịch đường sẽ có màu sắc, bọt, hương vị của malt, thế liệu, houblon, nước. Thành phần cuối của dịch đường được giới hạn trước bằng cách xác định lượng nguyên liệu và nước, nhưng thành phần cuối cũng ảnh hưởng đến các hoạt động của nhà máy theo sơ đồ sau:
3. Sơ đồ quy trình sản xuất bia Quy trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính: Sản xuất dịch đường lên men Lên men bia Hoàn thiện sản phẩm
Trong đó giai đoạn đầu là phức tạp nhất, ảnh hưởng các giai đoạn sau và cả chất lượng bia thành phẩm. Tùy vào điều kiện từng nhà máy mà có quy trình và công nghệ kiểm soát khác nhau, nhưng mô hình chung ta cần kiểm soát các quá trình của Sản xuất dịch đường sau: Nghiền Malt - Nhằm mục đích phân nhỏ các hạt tinh bột tạo điều kiện thủy phân Trích ly nước nha - Thủy phân các thành phần trong hạt Malt thành cơ chất cho vi sinh vật sử dụng Tách nước nha - Tách pha lỏng khỏi pha rắn bằng thiết bị lọc thùng; lọc khung bản... Đun sôi dịch nha - Thanh trùng, đông tụ, cô đặc và trích ly hoa Houblon. Tách cặn - Loại bỏ thành phần đông tụ và các mảnh còn lại của Hoa Houblon Làm lạnh dịch nha và sục khí - Tạo điều kiện lên men 4. Chuẩn bị nguyên liệu Ta sấy các hạt đại mạch trên một lò sấy đại mạch hoặc trong lò sấy nói chung. Các hạt sẽ mất đi 15-16% thủy phần. Sau đó, ta làm già và chín chúng trong tháp xilo hoặc các vựa chảy. Các tháp xilo được chế tạo để hạt đại mạch chuyển động và chúng ta cung cấp oxy bằng một hệ thống hiếu khí. Hạt đại mạch trong khi hô hấp sẽ giải phóng nước và nhiệt, chúng cần được tháo ra bởi vì có thể cản trở sự chín già của hạt đại mạch và lại gây ra sự nảy mầm quá mức cần thiết. Các hạt đại mạch tiếp tục được cọ sạch và chuyển qua hệ thống rây nhằm rũ hết vật bẩn nhờ các cánh quạt.[4] Mục đích quá trình là để nhà máy hiệu chỉnh lượng malt và thế liệu cho nguyên liệu sản xuất với điều kiện phân bổ kích thước mẫu tốt nhất để tạo dịch đường có năng suất cao. Những hoạt động chủ yếu để điều chỉnh nguyên liệu như sau: 4.1. Làm sạch malt Người ta tách bỏ rễ khỏi malt. Điều này được thực hiện dễ dàng khi hạt vẫn còn nóng. Sau đó, ta để nguyên trong 2-3 tuần (làm già hạt malt) trước khi đem đi nấu. Từ 100 kg đại mạch ban đầu thu được 75 kg malt. Tỷ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc chính vào sự mất nước và khối lượng phần rễ loại bỏ.[2] Nếu không dùng malt từ lúa mạch, cần có một thiết bị hút bụi (không khí) để loại bỏ những tạp chất như gỗ, xơ, những hạt giống, rơm, cát. Thiết bị Destoner (thiết bị chọn lọc) loại bỏ những tạp chất có kích thước lớn hơn hạt malt vì chúng có thể ảnh hưởng đến quá trình nghiền. Những thanh nam châm vĩnh cửu được đặt ở các vị trí chủ yếu để hút kim loại còn sót trong malt, tránh làm hư hỏng máy nghiền và bất cứ tia lửa nào phát ra cũng sẽ gây nguy hiểm. Việc loại bỏ đều đặn các tạp chất khác nhau là cần thiết đề tối thiểu hóa nguy cơ cháy nổ và sâu hại tấn công. 4.2. Cân malt Malt sẽ được cân liên tục vào ống của thiết bị điện tử hoặc vào máy cân hoặc nó sẽ được đo từng mẻ riêng biệt. Việc kiểm tra khối lượng malt đều đặn là cần thiết để đạt được độ chính xác
0,1% và việc này cần thực hiện liên tục từ việc việc kiểm soát kho malt. 4.3. Nghiền malt-Phân loại kích thước hạt mạch nha Mục đích của quá trình nghiền malt là phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột tạo điều kiện cho quá trình hút nước trương nở, đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần chất của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn.[1] Những lỗ hổng trên trục nghiền hoặc kích thước tấm chắn trên búa nghiền sẽ được thay đổi tùy theo kích thước yêu cầu của mach nha. Điều đó sẽ được đánh giá liên tục bằng việc dùng một cái rây phân loại trong phòng thí nghiệm (plansifter). Cấu trúc của mạch nha quyết định sự biến đổi lớn nhất của phần dịch chiết suốt quá trình dịch hóa. Mạch nha nguyên chất giúp tăng hiệu quả dịch hóa, nhưng mạch nha thô cũng giúp cho quá trình thẩm thấu lâu lúc lọc dịch đường. Sự cân đối của vỏ trấu là cần thiết, kích thước vỏ trấu lớn sẽ làm tăng tính hút ẩm. Có thể kiểm soát kích thước vỏ trấu bởi máy cán, nhưng cũng có thể kiểm soát bằng việc thêm hơi nước vào trước khi nghiền. Sự hấp thu hơi ẩm này(0.5-1% trọng lượng cuả malt) làm cho trấu mềm dẻo hơn, làm giảm bất lợi lúc nghiền. Hàm ẩm trấu trong điều kiện bất lợi với dung tích >550ml/100g trấu. 4.4. Lưu trữ mạch nha Để sản xuất được 650hl bia cần đến 10 tấn mạch nha được dịch hóa trong 15 phút. Để nghiền và dịch hóa cùng lúc sẽ cần đến máy nghiền 40t/h. Thiết bị nghiền khô chỉ được giới hạn tới 10t/h, và để loại trừ điều này cần dùng một cái thùng chứa mạch nha. Với một máy nghiền 10t/h hoàn toàn sản xuất được 12 mẻ bia mỗi ngày. 4.5. Tách bụi và ngăn chặn hiện tượng nổ do bụi Hiện tượng nổ do bụi là một mối nguy luôn xảy ra và không bao giờ được đánh giá thấp. Ở nhiều nước, tháp malt sẽ được phân loại như là vùng nguy hiểm trong quá trình kiểm soát. Bất cứ rủi ro nào do không làm đúng nguyên tắc chắc chắn sẽ dẫn đến việc sa thải công nhân nấu bia. Trách nhiệm nặng nề này có thể được tóm tắt như sau : Ngăn chặn sự tích luỹ các nguyên liệu dễ cháy: điều này sẽ đạt được nếu thiết kế tốt hệ thống tách bụi (cyclones/thiết bị lọc bụi), tách bụi khi nó được tạo ra trong mỗi quy trình hoặc được thải ra từ băng chuyền hay máy nâng. Quá trình sản xuất malt sẽ được phối hợp chặt chẽ để tạm ngưng hoạt động nếu hệ thống tách bui không hoạt động. Các công trình và thiết bị nên được thiết kế không có phần rìa để tránh tích luỹ bụi. Việc quản lí chặt chẽ là cần thiết để ngăn chặn bất cứ sự tích tụ bụi và các nguyên liệu dễ cháy. Tránh bất cứ các nguồn lửa: Cần phải tách đá và các vật cứng khác trong malt (màng /destoner) và những tạp chất có chứa sắt (nam châm) trước khi cho malt vào máy nghiền để tránh phát ra tia lửa. Tránh làm các bề mặt nóng lên và cần phải giám sát tốc độ quay của các trục để tránh sự tăng nhiệt độ bất thường hoặc rung động quá mức. Các băng chuyền và máy nâng cần được giám sát để hoạt động với tốc độ chính xác và không tắc nghẽn. Tất cả các thiết bị phải được nối đất để tránh sự tích tụ tĩnh điện. Kiểm soát hiện tượng nổ: tất cả các điểm có nguy cơ nổ nên được lắp những ống thông khí để tránh hiện tượng nổ gây nguy hiểm cho công nhân và làm hư tháp malt. Trong trường hợp bị nổ, cần có thiết bị cảnh báo để hệ thống ngưng hoạt động một cách an toàn. 4.6. Kiểm soát kho và silo chứa malt Phần lớn malt sẽ được chuyển từng lô 20 tấn vào silo, khoảng 200 tấn cho 2 ngày sản xuất. Trong sản xuất tự động cần có các phần tử cảm biến để biết khi nào hết malt và malt đã được đổ đầy silo hay chưa. Các phần tử cảm biến còn phải phát hiện ra nguy cơ tắc nghẽn do bụi, các silo phải được đặt ngoài trời, có thể chịu được mưa gió. Người ta còn sử dụng 2 máy dò để thăm dò mức malt đầy và mức malt rỗng. Cả 2 máy đều hoạt động tự động giúp việc nhập và tháo malt khỏi silo dễ dàng. Tuy nhiên, việc sử dụng 2 máy này còn nhiều khó khăn nên người ta thay thế bằng một phần tử cảm biến ngầm đặt trên đỉnh silo giúp cho kết quả chính xác hơn. Phần tử này hoạt động bằng cách phát ra một tín hiệu tới bề mặt lớp hạt và đo thời gian tín hiệu quay trở lại. Dựa vào tín hiệu đó, người ta tính toán được khoảng cách từ phần tử này tới bề mặt lớp hạt, sau đó có thể tính được mức hạt trong silo. Vị trí của cảm biến này phải được đặt phù hợp với góc nghỉ khi đổ đầy malt và góc trượt khi silo cạn, vì thế nên đặt giữa bán kính. Cũng cần phải quan tâm đến hình dạng và kích thước thùng vì dựa vào đây người ta có thể xác định được thể tích lượng malt trong silo. Biết được mật độ malt cho phép tính toán được thể tích và khối lượng malt trong silo. 4.7. Lưu lượng hạt và hướng di chuyển Malt được vận chuyển bởi 1 hệ thống băng chuyền ngang và máy nâng dọc. Để tranh nguy cơ cháy nổ, cần tránh sự quá tải và quá nhiệt do lượng malt quá đầy. Tốc độ và lưu lượng trên băng chuyền và máy nâng chủ yếu do tốc độ dòng malt chảy ra từ silo quyết định. Người ta lắp một cái van trượt để giúp đạt được tốc độ yêu cầu, tuỳ thuộc vào lượng malt trong silo. Ngoài ra còn sử dụng một cách quạt tự động để đảm bảo tốc độ dòng malt không thay đổi. Trong dãy băng chuyền còn được lắp đặt một van cảm biến để giúp phát hiện ra sự tắc nghẽn ở đầu ra và chuyển malt tới băng chuyền cuối. 5. Dịch hoá Mục đích của quá trình là hồ hoá mạch nha với nước nóng để hoà tan những thành phần tan được trong nước (hydrat hoá mạch nha) và sau đó điều chỉnh hoạt động của enzym để đạt được thành phần dịch cháo theo yêu cầu. Thành phần của dịch cháo rất quan trọng đối với chất lượng sản phẩm nhưng quá trình kiểm soát thường gặp khó khăn. Tính chất của dịch cháo (màu sắc, pH) đã được xác định trước trong quá trình chọn nguyên liệu và nước để sản xuất bia. Tuy nhiên, điều kiện dịch hoá có thể ảnh hưởng đến sự biến tính của enzym, đặc biệt là carbonhydrat và protein. Theo lý thuyết, thùng dịch hoá sẽ được lắp những phần tử cảm biến để trực tiếp đo sự biến đổi của phản ứng enzym và kiểm soát thành phần cuối của dịch đường hoá. Nhưng do trong dịch cháo có một số chất ăn mòn nên những phần tử này không được sử dụng. Thay vào đó, chúng ta phải đo từng thông số độc lập. Cách kiểm tra đơn giản là dựa vào phản ứng giữa tinh bột và iod, phản ứng này dùng để xác định lượng tinh bột đã chuyển hoá thành gelatin, đã hồ hoá và đường hoá, nhưng cách phân tích trong phòng thí nghiệm này phức tạp và cần phải biết tỉ số giữa dextrin không lên men và đường lên men. Tương tự, tổng lượng nitơ hoà tan của dịch đường hoá và tỉ lệ các thành phần khác (protein, polypeptid, acid amin) cũng không thể đo trực tiếp được. Trạng thái đặc của dịch cháo, pH, thành phần muối cũng ảnh hưởng đến phản ứng enzym nhưng với một công thức cho trước thì các yếu tố này có thể kiểm soát được. Vì thế yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến việc kiểm soát trực tiếp quá trình là nhiệt độ. Trách nhiệm của công nhân nấu bia là phải biết rõ chất lượng malt, thành phần nước sản xuất bia, kiểm soát quy trình cẩn thận, chẳng hạn như, lập tức đo màu sắc dịch đường hoá sau khi dịch hoá và kiểm tra malt nghiền cho mẻ bia kế tiếp. Điều này không chỉ đảm bảo cho màu sắc bia được đồng nhất mà còn giúp cho việc lựa chọn malt có chất lượng cao để sản xuất ra 1 mẻ bia tốt. Ngoài ra phân tích hàm lượng muối và mùi vị nước sản xuất bia trong những tank chứa nước sẽ tránh được sự ô nhiễm từ nguồn cung cấp nước hoặc nhiễm bẫn ở nhà máy bia. 5.1. Vận chuyển malt Nếu thời gian dịch hoá trong chu trình là 15 phút thì những quá trình sau đó phụ thuộc vào sự vận chuyển malt. Ví dụ như tốc độ dòng nước chảy vào thùng dịch hoá, tốc độ của malt cần đạt được là 60 tấn/h. Người ta sử dụng một băng chuyền có tốc độ cố định và có lắp phần tử cảm biến để giúp đạt được tốc độ này. Thùng mạch nha sẽ được lắp một cái máy dò để báo hiệu khi nào mạch nha đã được vận chuyển xong. Ngoài ra thùng malt phải được đặt ở nơi thích hợp để tránh hư hỏng. Khối lượng malt trong thùng cho phép xác định được lượng malt đã được chuyển vào thùng dịch hoá và cảnh báo về sự tắc nghẽn ở cửa ra. 5.2. Lưu lượng nước và nhiệt độ Thông thường, người ta sử dụng thùng hồ hoá trước để hoà tan malt với nước nóng trước khi cho vào thùng dịch hoá. Điều này tránh được sự vón cục của malt, giúp quá trình dịch hoá tốt hơn. Tổng luợng nước nóng cần thiết được tính từ tỉ số giữa khối lượng malt và nước với lượng malt theo công thức cho trước. Tốc độ dòng nước yêu cầu được tính từ tổng lượng nước và thời gian vận chuyển malt. Nhiệt độ của dòng nước nóng sẽ quyết định nhiệt độ của dịch cháo. Nhiệt độ này thường đạt được khi có sự trao đổi nhiệt giữa dòng lạnh và dòng nóng. Người ta còn lắp những máy bơm để duy trì áp lực dòng lạnh và dòng nóng. 5.3. Đồng nhất dịch cháo Trước khi cho malt vào thùng hồ hoá, thùng dịch hoá sẽ được cung cấp đủ nước để máy khuấy trộn quay. Khi dịch hồ chảy vào trong thùng dịch hoá, cần làm cho các thành phần không tan của malt lắng xuống tránh gây tắc nghẽn. Yếu tố cần phải kiểm soát trong quá trình này là nhiệt độ của dịch đường, đảm bảo cho dịch đường có nhiệt độ như nhau trong quá trình đun nóng. Nếu sử dụng máy trộn có hiệu quả, ta sẽ thu được dịch cháo đồng nhất. Để dịch cháo đồng nhất hoàn toàn thì máy trộn cần có vận tốc nhỏ (<2,5m/s). Nếu dịch cháo không đồng nhất sẽ gây ra sự bay hơi của những phần tử có khối lượng phân tử cao và làm protein đông đặc lại. Điều này làm chậm sự tách dịch cháo và làm giảm tính thấm của lớp hạt. 5.4. Nhiệt lượng dịch hoá Nhiệt lượng này được tính theo công thức: Q = U * A* (T U : hệ số trao đổi nhiệt A : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (T: chênh lệch nhiệt độ U được quy định tuỳ thuộc vào vật liệu chế tạo và độ dày của thiết bị. Tuy nhiên, U sẽ bị giảm nếu thiết bị bị tắc nghẽn và cần phải được làm sạch. Diện tích trao đổi nhiệt cũng ảnh hưởng đến nhiệt lượng trong quá trình này. Áp suất hơi và nhiệt độ của thiết bị thường được xác định trước nhưng sự có mặt của không khí sẽ làm cho nhiệt độ giảm xuống và làm giảm (T. Sử dụng hơi nước có nhiệt độ 1440C tại áp suất 3 bar cung cấp cho các ống truyền nhiệt hoặc các tấm nhiệt sẽ gây cháy lớp dịch cháo đứng yên trên bề mặt của chúng và bất cứ sự tắc nghẽn nào cũng sẽ làm hệ số trao đổi nhiệt và tốc độ đun nóng giảm đột ngột. Dịch cháo cần có đủ vận tốc để chảy sang bề mặt thiết bị truyền nhiệt để phân tán nhiệt lượng ra, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ và dịch cháo cũng cần được khuấy trộn để đảm bảo nhiệt độ phân phối đồng nhất khắp nồi nấu. Ngoài ra, cần đảm bảo máy khuấy trộn hoạt động chính xác. Người ta thường sử dụng một đầu dò gắn trên bề mặt truyền nhiệt hoặc một màng chắn có phát tín hiệu dưới đáy nồi để đảm bảo máy khuấy hoạt động tốt. Trước khi cho dịch vào trong thùng, cần vệ sinh thiết bị để làm sạch bề mặt, đảm bảo không có sản phẩm dư, nếu không sẽ gây tắc nghẽn. Trên lớp áo ngoài của thiết bị truyền nhiệt, hơi nước tại 1440C truyền nhiệt lượng cho dịch cháo và ngưng tụ thành nước nóng ở 1000C. Nước ngưng tụ này phải được tách ra để tránh ảnh hưởng đến thiết bị và làm giảm hiệu quả truyền nhiệt. Ngoài ra, không khí lẫn trong hơi nước ở lớp áo truyền nhiệt sẽ làm cho nhiệt độ thấp hơn ban đầu, kết quả là tốc độ truyền nhiệt giảm. Vì vậy người ta sử dụng thiết bị loại không khí tĩnh để làm thông hơi ở lớp áo thiếi bị cho đến khi đạt được nhiệt độ tương ứng với áp suất hơi ban đầu. 5.5. Điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ của dịch cháo được đo bằng nhiệt kế bầu đặt ở thành thiết bị nấu. Khi ngừng cung cấp hơi đốt, nhiệt độ nồi nấu không giảm ngay do tính chất giữ nhiệt của các phân tử. Vì vậy, để tránh sự quá nhiệt của dịch cháo, hệ thống điều khiển nhiệt độ cần ngừng cung cấp nhiệt trước điểm đặt (nhiệt độ cần thiết đã được nghiên cứu trước). 5.6. Điều khiển mực chất lỏng trong thiết bị nấu Mực chất lỏng trong nồi nấu được xác định qua thiết bị đo áp lực dạng màng đặt ở đáy nồi nấu. Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên màng, lực này sẽ truyền đến cầu Weatone. Giá trị hiệu điện thế thu được của cầu Weatone phụ thuộc vào áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên màng. Áp lực thuỷ tĩnh đặt tại một điểm được tạo ra bởi trọng lực của khối chất lỏng bên trên. Với tỷ trọng dung dịch không đổi, áp lực thuỷ tĩnh sẽ tỉ lệ với chiều cao mực chất lỏng. Chiều cao này có giá trị từ 0% (trống) đến 100% (chiều cao mực chất lỏng cho nồi nấu làm việc an toàn).
Tỉ trọng của dịch cháo cũng ảnh hưởng đến việc xác định chiều cao mực chất lỏng trong nồi. Tỉ trọng này phụ thuộc vào lượng malt và nước đã sử dụng. Nếu tỉ lệ này thay đổi sẽ làm sai lệch giá trị mực chất lỏng đo được. Kích thước nồi nấu phải được xác định chính xác vì nó ảnh hưởng đến quá trình tính toán chiều cao mực chất lỏng. Trong quá trình gia nhiệt, máy khuấy làm việc liên tục với vận tốc cao để đảm bảo truyền nhiệt tốt. Tốc độ máy khuấy thay đổi chiều cao mực chất lỏng. Khuấy nhanh chiều cao mực chất lỏng thấp hơn so với khuấy chậm (H11.9). Với máy khuấy vận tốc cao, chiều cao dịch cháo thấp cho quá trình gia nhiệt, thiết bị truyền tín hiệu cho lớp áo giải nhiệt hạ nhiệt độ nồi nấu xuống để đảm bảo an toàn. Nhưng ta thấy dịch cháo trong trường hợp này vẫn có thể không cần giảm nhiệt độ. Dựa vào giá trị đầu dò, ta xác định thời điểm dừng cung cấp hơi đốt cho nồi nấu, xác định mức độ hoạt động an toàn (còi báo hiệu khi mực chất lỏng quá cao) và xác định độ rỗng của nồi nấu (điều chỉnh lượng sản phẩm đi ra). Tuy nhiên, do tính chất nhớt của dịch cháo ảnh hưởng đến độ nhạy của đầu dò. Vì vậy ta cần vệ sinh đầu dò sau mỗi ca sản xuất để giữ cho bề mặt đầu dò sạch. Thiết bị cảm ứng chuyển động có thể xác định sự có mặt của chất lỏng tại một điểm. Thiết bị này đặt ở thành nồi nấu. Nó có 2 đầu dò ngập trong dịch cháo. Dựa vào tính hiệu điện từ đầu dò xác định có chất lỏng tại vị trí đó. Ta cần chú ý sự đóng cặn ở thành nồi nấu sẽ che lấp đầu dò và làm xuất hiện tính hiệu sai. 5.7. Hiệu quả của quá trình Xác định độ nhớt của dịch đường ta có thể suy ra hiệu suất của quá trình đường hoá (trong phòng thí nghiệm). Malt được nghiền trục thì hiệu suất nghiền 100%, còn nghiền bằng búa là 103%. Trong phòng thí nghiệm, malt được nghiền bằng trục có hiệu suất nấu là 70%, nấu 3,2 lit nước/1kg malt sẽ thu hồi dịch đường có nồng độ 20OPlato. Tương tự, malt được nghiền bằng búa hiệu suất nấu là 76%, nấu 2,51 lít nước/1kg malt sẽ thu được dịch đường có nồng độ 24,5Oplato. 6. Lọc rửa dịch đường Mục đích để tách phần lớn dịch đường trong dịch đường hoá. Để đảm bảo chất lượng, dịch đường thu được có độ đục thấp (< 5EBC hay 20 NTU). Lọc dịch cháo là một trong các bước của qui trình sản xuất bia. Nó ảnh hưởng đấn thời gian một chu kì sản xuất của nhà máy. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc:
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH  QUẢN LÍ QUÁ TRÌNH   Lưu lượng dịch cháo Lưu lượng và lượng dịch đường. Sự chênh lệch áp suất 2 bên màng lọc Độ cao của luỡi cao (chiều cao lớp bã trên bề màng lọc) Độ đục của dịch đường Nhiệt độ, lưu lượng và lượng nước rửa Nồng độ dịch đường  Độ nhớt của dịch đường Tính thấm của màng lọc Lưu lượng ra và vào Hơi nước sử dụng Phần đường còn sót lại Hiệu quá của quá trình lọc Chu kì sản xuất.   6.1. Vận chuyển dịch đường từ nồi nấu Sử dụng bơm để đưa dịch đường từ nồi nấu sang thiết bị lọc. Vận tốc của dịch đường trong ống dẫn phải nhỏ hơn 1,5m/s. Ta phải tránh trở lực ma sát do sự thay đổi hướng di chuyển và sự hẹp tiết diện của đường ống dẫn. Đầu ra của ống dẫn vào thiết bị lọc phải tránh tiếp xúc với O2 . 6.2. Lọc dịch đường
K: tính dễ thấm của màng lọc (tiết diện của ống mao quản) P: áp suất chênh lệch giữa hai phía của màng lọc A: diện tích màng lọc U: độ nhớt của dịch lọc L: độ dày màng lọc (chiều dài ống mao quản) Đây là công thức quá trình lọc của D’Arcy được thiết lập dựa trên bộ lọc cát. Tuy nhiên, màng lọc trong thiết bị lọc phải chịu được áp lực cao. Tốc độ, độ nhớt và áp lực hai phía của màng cao sẽ tác động lên màng lọc và giảm tính thấm của nó. Công thức D’Acry không xác định tốc độ lọc của dịch đường chính xác, nhưng nó cho biết các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ lọc. Ta cần phải xác định và điều khiển yếu tố này. Từ công thức D’Acry, ta nhận thấy nếu muốn cải thiện quá trình lọc cần tăng giá trị các thông số ở tử (K,P,A) hay giảm các thông số ở mẫu (U, L). A: tiết diện bề mặt lọc, giá trị này tuỳ thao từng thiết bị lọc. P: sự chênh lệch áp suất hai phía của màng lọc. Sự chênh lệch áp suất trên và dưới màng lọc được xác định liên tục bằng hệ thống đầu dò, để chắc chắn là áp suất này không vượt quá áp suất tối đa cho phép của màng lọc. K: khả năng thấm của màng lọc (tiết diện của ống mao quản). Với sự chênh lệch áp suất tối đa cho phép của màng lọc, thông số này ảnh hưởng mạnh đến tốc độ lọc. Những hạt có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng thấm qua màng và tốc độ lọc nhanh hơn. Kích thước hạt đã được xác định trong quá trình nghiền ( giai đoạnchuẩn bị malt). Tuy nhiên, tính thấm của màng có thể bị giảm do: Tốc độ dòng dịch đường vào màng lọc quá cao Sự tăng độ nhớt do sự đậm đặc của dịch đường, hàm lượng β-glucan trong dịch đường tăng (chất lượng malt ban đầu, nhiệt độ nấu). Sự xuất hiện các prôtêin tạo gel làm tăng trở lực ma sát. Trong thiết bị lọc có hệ thống dao/cào có thể quay tròn, có nhiệm vụ tách lớp bã trên màng lọc. Loại bã làm giảm sự chênh lệch áp suất giữa hai phía màng lọc, nhưng việc này có tác dụng làm giảm độ đục của dịch đường sau khi lọc. Dựa vào độ đục của dịch đường, ta điều khiển độ cao của dao/ cào cho phù hợp (độ dày của lớp bã trên mặt màng lọc). U: Độ nhớt của dịch đường. Độ nhớt dịch đường giảm làm tăng tốc độ lọc và giảm áp lực màng lọc. Tuy nhiên độ nhớt dịch đường phụ thuộc vào loại malt sử dụng, độ đặc của dịch cháo, quá trình nấu, nhiệt độ nấu.
L: độ dày của màng lọc. Màng lọc mỏng sẽ làm tăng tốc độ lọc và chu kỳ sản xuất ngắn. Tuy nhiên quá trình lọc nhanh thì quá trình nấu cũng phải nhanh để đảm bảo tính liên tục của sản xuất, dẫn tới hiệu quả quá trình đường hoá giảm. Độ dày của màng lọc phải đảm bảo của hiệu quả lọc và độ trong của dịch đường. Độ dày màng lọc tuỳ thuộc loại thiết bị lọc sử dụng. Từ những nhận xét trên, ta thấy hiệu quả của quá trình lọc phụ thuộc vào chất lượng malt ban đầu (quá trình nghiền và nấu) và tránh sự tiêu hao lực. Tốc độ lọc bị giới hạn bởi dự chênh lệch áp suất mà có thể tăng lên bằng cách sự dụng dao/ cào bã, nhưng sẽ làm mất một lượng lớn đường. Thiết bị đo độ đục làm việc theo định luật Lam-beer, thể hiện mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng với nồng độ dung dịch. Một chùm ánh sáng hội tụ với bước sóng xác định chiếu xuyên qua mẫu có độ dày xác định đến đầu dò. Đầu dò là một tế bào quang điện, nó cảm ứng với cường độ ánh sáng thu được, chuyển quang năng thành điện năng và truyền đến thiết bị khuyếch đại. Sự giảm của cường độ ánh sáng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất (tan và không tan) trong dung dịch. 6.3. Rửa bã Sau khi dịch đường theo ống dẫn ra ngoài, nước nóng được phun lên màng lọc để rữa bã. Tốc độ, thể tích và nhiệt độ nước sử dụng được điều khiển bằng cách đã được đề cập ở phần dịch hoá (5.2). Tốc độ rửa phải phù hợp với lượng dịch đường đi ra. Rửa giúp cho lớp trên màng lọc không tiếp xúc với không khí. Không khí sẽ oxi hoá chất keo và hình thành một lớp màng khô, không thấm nước trên màng lọc. Dịch đường qua lọc và rửa sẽ loãng, nồng độ đường, độ nhớt và độ đục giảm. Qua quá trình rửa bã, việc thu hồi bã không làm thay đổi chênh lệch áp suất. Tốc độ phun bã lớn có thể rửa lớp bã dày (>200kg/m2) và ta phải cần một lượng lớn nước trong một chu kì sản xuất. 6.4. Tốc độ lọc dịch đường Dịch đường loãng thu đuợc có hàm lượng acid béo và polyphenol cao và thông thường lượng đường còn lại mà có nồng độ dưới 1.0o Plato sẽ bị loại bỏ vì kết thúc quá trình rửa bã khi nồng độ đường trong nước rửa bã còn khoảng 1 độ. Điều quan trọng là cần phải có lượng nhỏ chất lỏng còn lại trong Lauter Tun (thiết bị lọc tách bã bia) lưu ý trong quá trình lọc và chuyển dịch nha vào nồi nên tránh tăng lượng oxy hòa tan vào dịch nha (giảm các phản ứng oxy hóa). Lượng nước dùng rửa ống dẫn và bã sau quá trình lọc là nguồn chất thải chủ yếu của mỗi mẻ bia. Phân tích nhu cầu oxy hóa học và chất lắng là không có giá trị hiện tại, và yếu tố này cùng với hỗn hợp lưu lượng được tạo ra từ nơi khác làm cho việc kiểm tra khó khăn hơn. Tấm chắn làm sạch đơn giản (30mm) hoặc dây ép curoa sẽ loại bỏ một số chất lắng cặn và làm tăng tốc độ lọc. Để quá trình lọc có hiệu quả tốt hơn, nguời ta sử dụng máy siêu lọc (100nm) để loại bỏ lipid phức tạp và poliphenol, làm tăng khả năng thấm qua màng lọc. 6.5. Hiệu suất trích ly từ nồi nấu Theo truyền thống, mức chuẩn trong thùng chứa được xác định bằng thể tích của dịch đường, máy đo độ đường xác định trọng lượng dịch đường một cách chính xác. Khối lượng phần chiết khô khi đó được tính toán và so sánh với khối lượng mạch nha thêm vào. Có một thuận lợi đáng kể khi xác định mật độ trực tiếp từ thiết bị Lauter tun. Ngay lúc đó những chất ăn mòn trong dịch cháo bị tách khỏi dịch đuờng, nó có lợi cho việc đo nồng độ dịch đuờng. Dịch đường đặc từ thiết bị Lauter Tun , sau đó chảy vào đáy giả và thùng dịch cháo cho chúng ta biết trọng lượng dịch cháo. Trong lúc sục khí, sự giảm lực hút tương ứng với việc giảm độ nhớt và đó là yếu tố ảnh hưởng dịch đường . Dịch đường loãng có lượng lipid, polyphenol, acid silic cao, dịch đường dưới 1oPlato sẽ loại bỏ vì lý do về chất lượng. Thiết bị đo mật độ bên trong có thể được sử dụng để kết thúc quá trình đường hoá nếu độ Plato của dịch đường ở dưới giá trị cài đặt . Mật độ bên trong có thể kết hợp với dụng cụ đo thể tích để tính toán tổng khối lượng khô thu được từ Lauter tun hoặc thiết bị lọc dịch cháo. Dụng cụ đo lưu lượng khối lượng sẽ xác định cả 2 thông số: kg dịch chiết khô= hl dịch đường* mật độ* 0Plato (tất cả phép đo thể tích và mật độ phải quy về 20oC. Nếu đo trọng lượng riêng cần đổi về mật độ). Máy đo độ đặc làm việc trên nguyên lý đó là: thời điểm mức dao động của ống chữ U liên quan đến mật độ dòng chảy thay đổi qua nó. Sự dao động ống là ứng dụng dòng 1 chiều tuần hoàn và biên độ dao động được nhận biết được là nhờ cuộn cảm ứng cái mà cung cấp tín hiệu điện về tần số dao động. Thêm vào đó, nhiệt độ cảm ứng xác định trên lưu lượng ống, nó thường biến đổi cùng với modul của ống. 7. Qúa trình đun sôi dịch đường Mục đích quá trình là hoàn thành việc tạo màu và tinh thể đường phụ thuộc vào phần phụ các chất lỏng thêm vào và tạo hương và vị đắng cho dịch đường ở mức độ nhất định nào đó nhờ việc bổ sung hoa hublong. Cần đun sôi để: đồng phân hóa acid hoa hublong, để rút hết lượng mạch nha thừa và hoa dễ bay hơi, để biến tính và đông tụ protein, thúc đẩy phản ứng giữa protein và thành phần của hoa, và cô đặc thành phần dịch đường, tạo các muối, tạo phản ứng màu (Caramen; Melanoidin), tạo hương, xử lý nhiệt đường không lên men, kết thúc quá trình hoạt động sống sót enzyme và vi sinh vật. Kết quả của sự sôi và bay hơi sẽ hiện rõ màu và độ đặc dịch đường tăng, cái đó cần thiết để điều chỉnh mục tiêu dịch đường cần đạt được. Theo lý thuyết, nồi nấu sẽ thích hợp để kiểm tra nội dòng theo con đường đồng phân hóa anpha acid, sự biến mất dimetyl sulfide và đông tụ chất keo kích thước hạt (0.1-10mm) đến cấu trúc đứt gãy (30-70mm). Điều này chưa được thực hành do đó người nấu bia dựa vào kinh nghiệm thực tế để đạt được giới hạn đặc trưng.
Điều khiển quá trình  Điều khiển quá trình   Điều khiển sự bay hơi: (tắt nghẽn bề mặt thiết bị) (áp suất hơi nước/ lưu lượng dòng chảy) (thay đổi mật độ) Mức độ điều chỉnh Tránh vượt quá điểm sôi Bổ sung các phần phụ Bổ sung hoa hop  Đường và màu sắc hình thành Tạo vị đắng Hiệu quả của sự sôi: (phần tử dễ bay hơi và ngưng tụ ở ống xả) (tiêu thụ hoa hop) (bã hình thành- kiểm tra sự đóng cặn) Hỗn hợp muối cuối cùng và pH Kết thúc hoạt động enzyme và vi sinh vật Năng lượng tiêu thụ   7.1. Đun sôi dịch đường ở tâm Với kinh nghiệm kĩ thuật về việc đun sôi thường là đun sôi ở tâm dưới tác dụng của áp lực khí quyển, khi dịch đường sôi tại tâm sẽ có hiện tượng bốc hơi nước trên bề mặt thiết bị nấu đường sẽ tạo ra 2 pha là chất lỏng và hơi. Hỗn hợp pha lỏng và bọt hơi bốc lên có mật độ thấp và chiếm chỗ của dịch đường có mật độ cao hơn. Mật độ khác nhau giữa 2 pha đơn và kép của chất lỏng này nó cung cấp động lực cho siphong nhiệt. Bóng bọt bốc hơi tạo ra màng ranh giới lớn tại nơi tiếp xúc với dịch đường. Việc này sẽ hỗ trợ cho phần chưng cất, sự đồng hóa acid và sự biến tính protein. Cường độ bọt hơi càng cao trong dịch đường sẽ thể hiện tính hiệu quả của sự sôi, bề mặt thiết bị nấu đường phải tương đối cao hơn mức mà dung tích dịch đường khi sôi đạt được (m2/hl). Protein biến tính sẽ chuyển động mãnh mẽ tương ứng với sự biến đổi nhiệt độ cái mà có liên quan đến cường độ điểm sôi. Điều này có khuynh hướng đơn giản hóa đến tốc độ bay hơi và vòng xoay của thùng nấu (số lần mà những thành phần trong thùng nấu tiếp xúc với bề mặt truyền nhiệt ). Sử dụng công nghệ phải đảm bảo các hợp chất hòa lẫn hoàn toàn trong thùng nấu và tất cả dịch đường chuyển qua lò nung nhiều lần. Phép đo nhiệt độ dịch đường trong lò đun phải đo ở phần đáy cho nên đó là phần hơi lạnh của thùng. Nhiệt độ hơi nước thường tác động mạnh lên kiểu protein biến tính. Nhiệt độ hơi nước thấp được xem là lợi thế để giảm tối đa sự thất thoát hơi nóng và cải thiện độ bền bọt của bia hoàn thành. Ngoài ra, với xu hướng tốc độ bay hơi, vùng bề mặt thiết bị đun càng lớn sẽ có lợi cho việc hạ nhiệt độ. 7.2. Tốc độ bay hơi Bề mặt của thiết bị đun quyết định cường độ bọt hơi và nhiệt độ hơi nước nhưng nó đã được cố định bằng kỹ thuật công nghệ. Chủ yếu là điều chỉnh các thông số, vì thế, tốc độ bay hơi trở thành: Q=U*A*
Trong đó: Q: tốc độ biến đổi nhiệt A: diện tích bể mặt nhiệt U:hệ số biến đổi nhiệt
:chênh lệch nhiệt độ Hình 11.13 mô tả mặt cắt ngang qua thành của bề mặt thiết bị đun. Phía bên trái thành, hơi nước đọng lại như lớp màng rũ xuống của hơi ngưng tạo thành lớp ranh giới hơi nước. Bên phải thành, dịch đường và bọt hơi tạo nên lớp ranh giới của 2 pha lưu lượng. Hình 11.13a thể hiện nhiệt độ giữa hơi nước và dịch đường thông qua thiết bị đun. Trong khi đó tốc độ bay hơi phụ thuộc vào
, bề mặt thiết bị đun nóng hiện tại tiếp xúc nhiệt độ với dịch đường nó quyết định tốc độ bay hơi. Nó sẽ phụ thuộc vào toàn bộ hệ số biến đổi nhiệt (U). Hình 11.13b biểu diễn sự tắc nghẽn như thế nào của bề mặt thiết bị đun giảm U và giảm bề mặt tiếp xúc nhiệt độ, chúng làm giảm tốc độ bay hơi. Trái lại, tăng nhiệt độ hơi nước (áp suất), tăng U và phục hồi lại bề mặt tiếp xúc nhiệt độ để đạt được tốc độ bốc hơi. Nhiệt độ hơi nước cao sẽ làm giảm sự tắc ngẽn bề mặt thiết bị đun khi tiếp xúc nhiệt độ với mục đích cho tốc độ bay hơi.
xem như dụng cụ chỉ nhiệt độ tiếp xúc với dịch đường, có hiệu lực duy nhất để tạo ra sự cân đối mặt ngoài thiết bị đun.
Bởi vì bề mặt thiết bị nung bị bám bẩn nên không thể đo và dự đón trước, điều chỉnh nhiệt độ của hơi nước kết quả chỉ có thể thay đổi lưu lượng (lò nung có thể làm sạch sau quá trình nấu bia để duy trì hệ số U, nhưng hiện tượng bám bẩn này qua vài lần sử dụng có thể làm giảm dung tích). Vài cải thiện thích hợp về tích tụ bẩn có thể thực hiện được bằng cách định lượng mật độ thay đổi trong lúc đang sôi và điều chỉnh lưu lượng hơi nước để đạt được tốc độ bay hơi theo yêu cầu. Hiển nhiên, điều đó sẽ phức tạp bởi nhiều phần chiết hoặc sự bổ sung hoa hublong trong lúc sôi. Đồng thời, có thể điều chỉnh khối lưu lượng của hơi nước thiết bị đun dịch đường. Sự bay hơi 1kg nước từ dịch đường yêu cầu 1kg hơi nước để cô đặc (enthalpy hơi nước cần phải nhỏ, mật độ dịch đường, tổn hao hệ thống). Đo lường và điều chỉnh sự ngưng tụ khối lưu lượng của hơi nước không đổi tại thiết bị đun để đảm bảo sự bay hơi phù hợp. Như sự thể hiện hình 11.14, nếu khối lưu lượng hơi nước có khả năng chảy giọt làm giảm lưu lượng bởi sự bám bẩn, nó sẽ điều chỉnh van điều khiển hơi nước để khôi phục lưu lượng cho chỉ tiêu cần đạt được. Điều này sẽ dẫn đến kết quả tăng áp suất hơi nước và nhiệt độ trong lò, nó sẽ khôi phục bề mặt tiếp xúc nhiệt độ đáp ứng yêu cầu tốc độ bay hơi. Cuối cùng, điều chỉnh hơi nước van sẽ mở hoàn toàn và không thể đáp ứng đòi hỏi khối lưu lượng hơi nước và lò nung sẽ cần phải làm sạch. Lưu lượng hơi nước có thể đặc trưng bởi phép đo lưu tốc màng kế hoặc lưu lượng kế ventury. Cả 2 làm việc trên nguyên tắc của đường co thắt (độ mở hoặc hội tụ hình nón) tạo ra sự tăng tốc độ và động năng và giảm năng lượng áp lực. Chênh lệch áp suất qua độ co thắt đó tương ứng với tốc độ lưu lượng hơi nước. Áp suất phân nhánh ngược dòng và xuôi dòng tại vị trí chính xác cho phép xác định chênh lệch áp suất. Dựa vào sự hiểu biết để bổ sung đường kính ống dẫn, đường kính chỗ co thắt, và chênh lệch áp suất để tính toán tốc độ lưu lượng hơi nước. Những dụng cụ đo đó yêu cầu phải tiếp xúc áp suất hơi nước và lưu lượng hơi nước phân thành lớp. Nó có ý nghĩa trong việc thiết lập hệ thống mạng ống đạt được chỉ tiêu ống thẳng có chiều dài tối thiểu một cách chính xác cho ống ngược dòng và xuôi dòng. Nếu không có sự tiếp xúc áp suất hơi nước và lưu lượng phân lớp, khi đó phải thiết lập dụng cụ đo dòng xoáy. Lưu lượng hơi nước chuyển động vòng quanh là lưu lượng làm nghẽn yếu tố hình dạng và không tạo thành xoáy nước trên bề mặt của nó. Tốc độ tạo thành và loại bỏ xoáy nước tỉ lệ tốc độ lưu lượng. Những dòng lưu lượng kết hợp với nhau bởi những cái luồng sẽ tạo nên chuyển động xoáy trên bề mặt chất lỏng. Như đã nói trong mục “nhiệt lựợng dịch hoá”, tất cả các yếu tố quan trọng lò nung dịch đường (bộ trao đổi nhiệt, lớp vỏ bảo vệ, bộ lọc và thùng nung) là ống dẫn lưu có hiệu quả trong việc dẫn nước hồi lưu để tránh sự đun nóng không có hiệu quả .
7.3. Mức điều chỉnh Bằng mức tối thiểu nào đó, thùng nấu phải thích hợp với mức cao nhất của đầu dò (mức cao nhất để nó làm việc an toàn) và đầu dò trống (không có kết quả trong mạng lưới đường ống) để đọc đầu ra liên tục của mực chất lỏng, màng chắn ống áp suất có thể đặt tại đáy thùng. Cũng như việc mô tả cho thùng ủ, điều này chỉ có thể là hướng tốt nếu có động lực chuyển động và nếu mật độ dịch đường thay đổi. Theo truyền thống, lò đun thiết đặt thu lại phần chiết từ dịch ngâm và phải chuẩn cẩn thận để biết được dung tích theo mực dung tích ở trong lò đun. Bởi vì hình dạng và thiết bị cố định bên trong lò, dung tích lò làm mực chất lỏng để tính toán khó khăn hơn và kết quả việc lấy mẫu mang tính chất đặc trưng được xác thực bởi dụng cụ đo cùng một lượt các dung tích riêng biệt của nước tại nhiệt độ 20oC và định mức. Trạng thái thùng nấu, thể tích dịch đường đo ở 100oC và tính cho phần chiết phải điều chỉnh lớn hơn 20oC, định rõ nhiệt độ, mật độ (dịch đường sẽ được chấp nhận khi chiếm được 4% thể tích từ 100 ở 48oC). 7.4.Tránh nhiệt độ sôi cao Nhiệt độ sôi cao của nồi nấu là một rủi ro nghiêm trọng đến toàn bộ hoạt động của nhà máy và cần phải tránh giá trị này. Tại vì khi nhiệt độ sôi cao làm dịch đường tạo bọt và phun trào. Thông thường, ngăn chặn sự tạo bọt bằng cách mở cửa thông của nồi đun để tạo ra hơi lạnh đi xuống. Thường xuyên kiểm tra hoạt động, điều chỉnh lượng hơi cung cấp để tránh nhiệt độ cao. Thực hiện việc mở cửa khi đun sôi thì làm tăng tính không an toàn xung quanh nồi nấu, cho nên những nhà máy bia hiện nay lắp thêm hệ thống cửa thông để đảm bảo việc đun sôi được an toàn. Ngoài ra, nồi nấu còn được lắp ráp với một hệ máy dò chất lỏng đặt ở vị trí bên dưới của cửa thông. Khi đầu dò phát hiện ra độ sôi cao, thì cửa thông sẽ đóng một cách tự động để cung cấp hơi nước, đây là một kỹ thuật hoàn thiện, có tính an toàn và ngăn cản sự lọt không khí phía trên nồi nấu, nhưng nếu ngừng sôi lâu thì sẽ tốn nhiều thời gian trong nồi nấu. Kỹ thuật chính để ngăn chặn bọt bằng cách điều chỉnh hướng đi của dịch đường từ máy rãi dịch đường dù ở bên trong hay bên ngoài lò. Kỹ thuật này ít dùng nhưng rất có kết quả, vì trên bề mặt dịch đường trao đổi tiếp tuyến với bên trong xi phong nhiệt, xi phong nhiệt luôn luôn ngăn chặn sự xoay tròn của dịch. Máy rưới dịch đường sẽ rất có hiệu quả khi điểm sôi dòng chảy mạnh. Nhưng bộ lọc bên trong nồi nấu đòi hỏi phải hoàn toàn đầy dịch đường và toàn bộ phải trên 96oC. Sử dụng quá nhiều hơi nước đưa vào bộ lọc trước những điều kiện trên (điều kiện của bộ lọc) xảy ra sẽ gây ra sự tăng của bọt, trừ phi có tác động của máy rãi dịch đường thì nhiệt độ sôi chắc chắn sẽ cao. Sự sôi trào của dịch đường từ khoảng 100oC là một rủi ro quan trọng trong thời gian sôi ở nhiệt độ cao. Có một xu hướng ngày càng tăng, để loại trừ sự đốt nóng bên trong ống xoắn ruột gà của nồi nấu và đốt cháy lớp áo dịch đường ở dưới đáy nồi đun, là có thể sử dụng sự nâng dịch đường đến gần điểm sôi trước khi sử dụng áp suất hơi nước lớn vào bộ lọc. Để tránh nhiệt độ sôi cao, hơi nước cần được điều chỉnh cẩn thận ở bộ lọc cho đến khi nhiệt độ thùng đạt được lớn hơn 96oC. Như một sự lựa chọn, dịch đường nạp vào có thể được nung sơ bộ với thiết bị trao đổi nhiệt, vì thế bình lọc hơi nước hoàn toàn được áp dụng khi trong thùng đạt mức 2/3. 7.5.Thêm vào các chất lỏng khi cần thiết Chất lỏng có thể là đường mía hoặc syrup sẽ được đo và chuyển sang nồi nấu bằng lưu lượng khối lượng hay lưu lượng thể tích. Chẳng hạn, cho thêm suryp vào để tăng thêm nồng độ dịch đường, cho đó hiệu quả tạo ra lượng cồn cao hơn. Lưu lượng khối lượng hay lưu lượng thể tích được tính bằng %(w/w), hay độ brix của đường và đòi hỏi phải được trích khô bằng công thức. 7.6. Lượng hoa bia cần dùng và phương pháp nạp Trong toàn bộ một mẻ bia người ta dùng khoảng 650 g/hl lượng hoa bia với 10% α – acid, và để đạt được 65% dịch đường thì hoa bia sử dụng 35kg loại 90 viên, đạt được vị đắng của dịch đường là 35 EBU. Hoa bia viên thì được mua phổ biến là 20/25 kg trong những túi chân không để bảo vệ hoa bia khỏi bị hỏng bởi oxi, ngoài ra còn để hoa bia được giữ kín trước khi sử dụng.Vì lí do này mà cách vận chuyển hoa bia không được phát triển và phương pháp phổ biến nhất là cân chuyển bằng tay, bằng cân công nghiệp. Chất lượng được chỉ ra bằng công thức để đền bù cho sự mất mát của α – acid trong hoa qua quá trình chuyển. Kinh nghiệm lạc quan về cách sử dụng hoa bia từ vị đắng của hoa bia được duy trì và mùi thơm của hoa bia sẽ quyết định đến việc phối trộn các loại hoa bia khác nhau.Thêm hoa bia vào nồi nấu xuyên qua lỗ thông hơi thì có thể, nhưng độ an toàn của hệ thống có thể phá vỡ nhiệt độ sôi. Trước khi cân, hoa bia được đặt vào trong một thùng áp lực nhỏ để sau đó nó có thể được rửa ra khỏi dịch đường từ nồi nấu ở thời điểm thích hợp.Việc mở bằng tay như là một “quả bơm hoa” phải được làm trong một hệ thống kín nghiêm ngặt để ngăn chặn áp suất sôi cao của dịch đường gây ra sự phun của dịch đường. Hoa bia viên có thể được nghiền ở mức nhỏ nhất và được thổi vào nồi nấu bằng một băng tải thổi khí, tránh sự tiếp xúc của người nấu bia với nhiệt độ sôi của dịch đường và những điều ảnh hưởng đến hoạt động của nồi nấu. Hoa sẽ được cho vào nồi sau khi sôi 20 phút và cho vào thành nhiều lần thường người ta cho hoa vào nồi 2 lần. 70- 80 % hoa sẽ cho vào nồi sau khi sôi 20- 30 phút, lượng còn lại sẽ được cho vào nồi trước khi kết thúc đun sôi 20- 30 phút. Với hoa viên do có hàm ẩm thấp nên cần làm ẩm trước khi cho vào nồi (ngâm trong dịch nha) để tránh hiện tượng trào bọt (do hiện tượng giản nở thế tích khí). Với hoa dạng cao do độ nhớt nên cần gia nhiệt sơ bộ (45- 50oC) trước khi cho vào nồi hoặc dùng hơi nước trực tiếp để gia nhiệt Hoa bia thì rất là đắt tiền và có ảnh hưỏng đến quá trình sôi như (nhiệt độ sôi, tốc độ bay hơi, mật độ dịch đường và pH của dịch đường), do vậy đòi hỏi phải cân nhắc lượng hoa bia dùng trong dịch đường. Hoa bia dùng trong dịch đường loại 90 viên nên đạt 60 -70% ở giá trị cân cuối cùng. 7.7. Loại bỏ chất dễ bay hơi Tính hiệu quả của dimethyl sulfide là làm chuyển đổi DMS tự do và sau đó tăng nhiệt độ trong lúc sôi là một thông số tới hạn, nhưng dùng phép phân tích chứng thực có thể là một phương pháp đã cũ. Kinh nghiệm xác định tốc độ bay hơi và thời gian sôi sẽ ảnh hưởng lợi nhuận đòi hỏi giá trị dư lại và tất nhiên sẽ phụ thuộc vào công nghệ. Gần đây sự phát triển được đề nghị tăng diện tích về lò đun để đạt được giá trị vừa ý và loại bỏ giá trị thấp hơn tốc độ bay hơi. 7.8. Sự hình thành cặn Ở cuối giai đoạn đun sôi, ta có thể dễ dàng định tính sự đông tụ của protein tốt như thế nào và khả năng tách loại chúng trong quá trình lọc dịch đường. Sự kiểm tra cặn ở cuối điểm sôi được thực hiện trên 1lít dịch đường bằng một xilanh cách điện dùng để đo các chất rắn đã lắng động. Sau 5 giây, dịch đường phải có màu trong và sáng, cặn được kết lắng dưới mức 100 ml/l. Khi kiểm tra sự đóng cặn không có hiệu quả dẫn đến sự gạn lọc dịch đường nóng kém, cho nên phải nhanh chóng tìm ra nguyên nhân này. Nếu kiểm soát nhiệt độ sôi chính xác, thì nguyên nhân lớn nhất làm đục dịch đường là lúc tách hạt ngâm. Điều này là do kiểm soát hoạt động của hơi nước không đầy đủ hoặc là sự đồng hóa của chất lượng malt thay đổi. 8. Lắng dịch đường nóng và làm lạnh Mục đích của quá trình là tách rời và giảm nóng ở cuối điểm sôi để sản phẩm dịch đường được sáng màu và sau đó được làm lạnh, oxy hóa trong khi chuyển đến thùng lên men. Qúa trình điều khiển được nêu ở hình 8.1 8.1. Lắng nóng dịch đường Ở cuối giai đoạn đun sôi, kích cỡ hạt nóng bị phá vỡ (30- 80mm) thì đủ để tách ra bằng sự đóng cặn.Tuy nhiên sự bố trí thời gian để hạn chế sự hình thành andehydes và duy trì sự biến đổi trước DMS đến DMS. Qúa trình đóng cặn có thể tăng tốc thêm bằng máy ly tâm, nhưng thiết bị lắng xoáy tâm đã được công nhận rộng rãi trong công nghệ lọc dịch đường nóng. Dịch đường làm đặc ở cuối giai đoạn đun sôi thì khoảng chừng 6000 – 8000 mg/l. Nếu dịch đường này được kiểm tra lắng cặn đầy đủ, sau đó hoạt động của thiết bị xoáy tâm sẽ làm giảm đi chất rắn của dịch huyền phù nóng và bé hơn 100 mg/l (<0.5ml/l xylanh). HÌNH 8.1.Qúa trình lắng nóng dịch đường Sự di chuyển dịch đường từ nồi nấu đến thiết bị lắng xoáy tâm là điều then chốt. Để giảm đến mức tối thiểu sự vỡ của cặn lớn, vận tốc đường ống dẫn và vận tốc đầu vào tiếp tuyến lắng xoáy tâm ít nhất là 5m/s. Để đảm bảo khối lượng được tăng cưòng mạnh mẽ và sự xoay tròn đầy đủ thì cần thời gian vận chuyển ngắn khoảng 10 giây. Để tốc độ và khối lượng lưu lượng lớn thì đòi hỏi đường kính vận chuyển phải lớn và có ý nghĩa trong việc tránh thất thoát dịch đường.
8.2. Làm lạnh dịch đường Ở cuối quá trình lắng nhiệt độ của dịch nha khoảng 95oC cần được làm lạnh đến nhiệt độ 8- 22oC (tùy theo công nghệ và giống nấm men lên men). Quá trình này được kết hợp với sục khí để phục vụ cho tăng sinh khối của vi sinh vật. Quá trình làm lạnh cần được thực hiện nhanh và bảo đảm tránh nhiễm trùng Hiện nay, làm lạnh dịch đường thì đòi hỏi dùng thiết bị trao đổi nhiệt khung bản và dùng nước như chất lỏng làm nguội, để trở thành nước nóng nấu bia, có ý nghĩa về việc tiết kiệm năng lượng. Đây là một quá trình có hai hay chỉ một giai đoạn. Trong quá trình 2 giai đoạn, nước môi trường ở 15oC được sử dụng để làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ trung gian và nước lạnh môi trường trở nên nóng đến 85oC và có thể tận dụng cho mẻ bia sau. Trong giai đoạn 2, một mạch kín của nước đóng băng ở 1-2oC được dùng để giảm bớt nhiệt độ trung gian của dịch đường để nhiệt độ đi ra là10oC. Trong quá trình làm lạnh một giai đoạn, nước lạnh môi trường được làm lạnh trước đến 4oC, vì thế nhiệt độ dịch đường thoát ra và phục hồi được nhiệt độ của nước nấu bia trong hệ thống làm lạnh một giai đoạn và nó liên quan đến hệ thống nước của nhà máy và hệ thống trao đổi nhiệt khác. 8.3. Lưu lượng dịch đường Dịch đường nóng từ thiết bị lắng xoáy tâm được bơm với tốc độ cần thiết để thực hiện sự di chuyển trong 1h đến thùng lên men (FV). Lưu lượng dịch đường và tổng thể tích dịch đường được đo bởi một máy đo Magflow, máy này dùng để điều chỉnh sự thay đổi tốc độ của máy bơm dịch đường.Tốc độ máy bơm được kiểm soát bằng sự duy trì hằng số lưu lượng, điều chỉnh sự giảm áp suất thủy tĩnh trong thiết bị lắng xoáy tâm và tăng áp suất thủy tĩnh trong thùng lên men. Ngoài ra, đến giai đoạn cuối của sự di chuyển dịch đường, chúng ta cần phải giảm tốc độ di chuyển dịch đường để ngăn ngừa sự phá vỡ thiết bị lắng xoáy tâm hình nón và sự xâm tràn của bã rắn vào thiết bị. 8.4. Nhiệt độ của dịch đường Nhiệt độ dịch đường ở đầu ra của thiết bị làm lạnh được đo bởi điện trở trong của bầu nhiệt kế, và tín hiệu điều chỉnh được gửi đến van tiết lưu lạnh để đạt được nhiệt độ dịch đường cần thiết. Trong phần “ Đun sôi dịch đường” hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bị ảnh hưởng do sự tắc nghẽn. Khi sự tắc nghẽn tăng lên thì hệ số trao đổi nhiệt giảm xuống, và cần phải có lưu lượng dòng lạnh lớn để đạt nhiệt độ đầu ra theo mong muốn. Mặc dù, mục tiêu của nhiệt độ đầu ra của dịch đường có thể đạt được, nhưng ống thoát cấp dưới của nhiệt độ hơi nóng quá thấp so với sự phục hồi của hơi nóng trong thùng bia. Quy tắc CIP của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm là cần thiết để duy trì nhiệt độ dòng nóng hồi lưu theo yêu cầu và giúp cân bằng lượng nước của nhà máy. Với mọi thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, có một mối nguy hiểm từ sự hư hỏng của miếng đệm dẫn đến sản phẩm/chất lỏng làm nguội thay thế lẫn nhau. Cách thiết kế cẩn thận sẽ rất cần thiết để đảm bảo sự khác nhau về áp suất giữa sản phẩm và chất lỏng làm nguội không thể vượt quá giá trị giới hạn (2 - 4 bar) và làm nguyên nhân gây hư hỏng của miếng đệm (hoặc tấm trao đổi nhiệt) . Phân tích mối nguy hiểm là cần thiết chẳng hạn tìm ra hậu quả của sự thất thoát. Ví dụ, tốt nhất là sử dụng chất tải lạnh ở -50C (chất sinh ra hơi lạnh) nhằm duy trì sản phẩm ở áp suất cao để không có bất kỳ sự thất thoát nào từ hơi nước tới chất tải lạnh. Bộ phận làm lạnh dịch đường thường phải được quan tâm bởi vì “chất tải lạnh”, hơi lạnh liên quan tới hơi nóng của những mẻ bia sau này.
Mặc khác, thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm trong nhà máy bia còn làm nóng bên cạnh tính làm lạnh (thành phần hơi nóng trong thùng, làm nóng CIP, dịch đường hóa sơ bộ trong nồi nấu). Nói chung, hơi nước sẽ được sử dụng như là môi trường đun nóng và là mối quan tâm hàng đầu để tránh sự nhiễm bẩn của hơi nước cô đặc hồi lưu đến nồi chưng cất. Tuy nhiên, nếu năng lượng tích trữ được sử dụng, thì mạch kín của nước 960C sẽ trở thành môi trường đun nóng cho những thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm, và tích lũy trực tiếp mối nguy hiểm bên trong nhà máy bia được tăng lên rõ rệt. Nếu thường xuyên đánh giá cảm quan và phân tích lượng nước bia và năng lượng dự trữ (nếu dùng được) sẽ là chỉ tiêu để nhận ra vấn đề này. 8.5. Độ đục và làm lạnh gián đoạn Mặc dù dịch đường nóng từ thiết bị lắng xoáy tâm có thể đo độ trong bằng mắt, nhưng nó vẫn chứa những chất rắn (cặn bã) của dịch đường với kích thước hạt 0.1 đến 1 mm, chất rắn này khi ở dưới 600C trở nên hòa tan kém và tạo ra độ đục của dịch đường, và theo thời gian sẽ kết tủa ở giai đoạn làm lạnh gián đoạn (đặc biệt nếu nồi nấu đang làm việc). Dụng cụ đo độ đục bên trong là một sự biểu thị tức thời của những cấp độ khác nhau của chất rắn, cung cấp sớm những cảnh báo của giá trị cao khác thường. Đây là ảnh hưởng tiêu cực lên hoạt động lên men, sự gạn lọc bia và biểu hiện vấn đề kiểm soát quy trình chưa hiệu quả hoặc sự biến đổi không thể chấp nhận trong chất lượng malt. 8.6. Độ dẫn điện Độ dẫn điện phù hợp đối với mỗi loại mẻ bia cho biết rằng hỗn hợp nước bia của mẻ này là phù hợp và mẻ bia này không hoàn toàn chứa chất nhiễm bẩn như là các chất hóa học. Một dụng cụ đo trực tiếp độ dẫn điện từ bộ phận làm lạnh dịch đường được bổ sung nhằm tăng độ tin cậy để quá trình diễn ra bình thường. Dụng cụ đo độ dẫn điện đo nồng độ ion của một chất lỏng. Hệ thống đo độ dẫn cảm ứng bao gồm một cuộn dây truyền phát ra một từ trường xoay chiều để gây ra một hiệu điện thế trong chất lỏng. Các ion có mặt trong chất lỏng có khả năng tạo ra dòng điện, dòng điện này tăng khi nồng độ ion tăng. Dòng điện trong chất lỏng phát ra một từ trường xoay chiều trong cuộn dây nhận, dụng cụ này hoạt động đều đặn và được dùng để quyết định giá trị độ dẫn điện. 8.7. Sự oxy hóa dịch đường Như chúng ta đều biết, để phát triển bình thường ở các giai đoạn tiềm phát và logarit, nấm men cần hấp thụ một lượng oxy cần thiết. Vậy lượng này là bao nhiêu? Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng quan trọng nhất là chất lượng sinh học của nấm men và thành phần của dịch đường. Ví dụ, thành phần sterol, các acid béo chưa no và chủng nấm men, v