Bia sau quá trình lên men phụ dù đã qua quá trình lọc tách cặn và tách xác men nhưng vẫn còn chứa nhiều nấm men dư thừa và các chất kết tủa khác có nguồn gốc từ quá trình nấu, đường hóa và đun sôi dịch đường với hoa Houblon hoặc được tạo ra từ quá trình lên men. Để có được một sản phẩm được người tiêu dùng chấp nhận cần làm trong bia, có nghĩa tách các thành phần cặn kết tủa và nấm men dư thừa ra khỏi bia tạo cho bia sản phẩm đạt chất lượng cao.
Thông thường có các phương pháp làm trong bia như sau:
- Lắng: dựa trên tác dụng của trọng lực, bản thân các hạt cặn, kết tủa sẽ lắng dần và tách ra khỏi bia.
- Ly tâm: sử dụng lực ly tâm để tách các chất kết tủa có khối lượng lớn ra khỏi bia.
- Lọc: sử dụng bộ phận lọc (màng lọc, lớp lọc) để phân tách cặn ra khỏi dịch bia.
Trong 3 phương pháp trên, phương pháp lọc là có hiệu quả và thông dụng nhất.
1. LẮNG TRONG BIA
Nếu bia được giữ ở nhiệt độ thấp trong một khoảng thời gian đủ dài, các hạt cặn sẽ lắng dần và làm bia cho bia trở nên trong (tuân theo định luật Stoke). Theo định luật này, những hạt lớn và nặng sẽ lắng nhanh hơn những hạt nhỏ nhẹ, và các hạt sẽ lắng tốt nhất trong chất lỏng có tỷ trọng và độ nhớt thấp.
Phương pháp lắng trong tuy đơn giản và có thể kết hợp đồng thời với quá trình lên men phụ (ở nhiệt độ thấp) có tách cặn và men định kỳ nhưng thời gian cần thiết để đảm bảo bia có một độ trong nhất định thường dài. Hiện nay, xu hướng làm trong bia này thường được sử dụng trong các cơ sở sản xuất bia “nhà hàng” với thời gian để lắng khá lâu. Hơn nữa phương pháp này không thể tách được cặn triệt để, đặc biệt là những dạng cặn lơ lửng.
2. LY TÂM
Sử dụng biện pháp ly tâm, các hạt huyền phù và nấm men dưới tác dụng của lực ly tâm sẽ văng ra xa, nhờ vậy tách được chúng ra khỏi bia.
Phương pháp này được sử dụng khi lượng nấm men có trong bia cần lọc rất nhiều (lên men nổi, chu kỳ lên men ngắn).
Máy ly tâm cần đảm bảo phải kín (không có sự xâm nhập của không khí), giá thành của máy hợp lý.
Sử dụng máy ly tâm để làm trong bia có ưu điểm rút ngắn thời gian và có thể sử dụng trước khi đưa bia vào lên men phụ. Với phương pháp ly tâm cho phép giảm lượng nấm men xuống ít hơn 500 000 tế bào/ml.
Tuy vậy, máy li tâm ít được sử dụng để làm trong bia trong công đoạn cuối vì dưới tác dụng của lực ly tâm, có thể bia sẽ bị nóng lên (nhiệt độ của bia có thể tăng lên từ 1-20C) và do một số nhược điểm như sau:
- Vốn đầu tư cao; Máy ly tâm cần được bảo dưỡng thường xuyên.
- Có nguy cơ hoà tan O2; Hao hụt nhiều.
Áp suất tăng đột ngột (cần thiết phải có thùng điều khiển áp suất.
3. LỌC BIA:
Phương pháp thông thường nhất trong các nhà máy bia.
Quá trình lọc bia
Lọc – là quá trình tách pha rắn ra khỏi chất lỏng. Thực hiện bằng việc loại bỏ các chất tạo cặn và nguyên nhân tiềm tàng như các chất bẩn, nấm men và các vi sinh vật khác.
Hạt có kích thước lớn hơn 0,1µm(micromet: nấm men, vi sinh vật, protein đã đông tụ, các hạt lớn khác).
Hạt mịn có kích thước > 0.01 mm (Các hạt keo, các hợp chất protein/tannin, nhựa hoa houblon, polysaccharit dạng keo, sáp).
Các hạt mịn nhất có kích thước <0,001 mm (Các chất dạng phân tử).
Các phương pháp lọc
Lọc cổ điển lọc (lọc bằng sàng, rây) - Các hạt bị giữ lại nằm trên bề mặt của vật liệu lọc.
Lọc theo chiều sâu và do quá trình hấp thụ lọc – các hạt đi qua vật liệu lọc; các hạt mịn nhất được giữ lại do lực tích điện.
Thẩm thấu ngược - do sự khác biệt về nồng độ, các hạt nồng độ cao hơn sẽ được trao đổi với các bên của nồng độ thấp hơn thông qua một lớp chất lọc bán thấm.
Kỹ thuật lọc:
+ với lưu lượng không đổi (thay đổi của áp lực).
+ Với áp suất không đổi (thay đổi của lưu lượng dòng chảy).
Kích thước
Những yếu tố ảnh hưởng đến lọc
Những tính chất của dịch lọc.
ü Độ nhớt.
ü Mật độ hạt.
ü Kích thước hạt.
ü Bề mặt.
ü Hình dạng.
ü Số lượng pha rắn.
ü Loại độ đục.
Các yếu tố do tác nhân lọc.
ØThể tích và chiều rộng của lỗ lọc.
ØHình dạng.
ØTrở lực dòng chảy.
ØKhả năng nén ép của lớp lọc.
Øhiệu lực hấp phụ
Chênh lệch áp suất.
ØTốc độ dòng chảy.
ØCấu trúc lớp lọc.
Tổng quát về quá trình lọc.
Bộ lọc có phủ chất trợ lọc (bộ lọc +chất trợ lọc)
Thiết bị lọc dạng thùng lọc: bộ lọc được phủ chất trợ lọc lên lưới lọc, có dạng nằm ngang, Nằm ngang và có thể quay được (ZHF); hình thẳng đứng.
Lọc nến (Các nến được ràng buộc bằng dây, nến được làm bằng kim loại bện lại, nến dạng đĩa có rãnh).
Thiết bị lọc khung bản: Thiết bị lọc được phủ lớp chất trợ lọc (bộ lọc được giữ cố định).
Các thiết bị lọc khác.
- Lọc theo Module:
* bộ lọc mô-đun (bộ lọc đĩa).
* dòng chất lỏng chảy đi qua (màng lọc).
* Mô-đun bộ lọc gắn kết với nhau (Thiết bị lọc nến).
- Thiết bị lọc qua khung lọc: Thiết bị lọc qua lớp lọc (lọc vô trùng).
- Thiết bị lọc khối.
Chất trợ lọc.
Đất trợ lọc Diatomit (DE).
Mô hình Bộ lọc nến và quá trình loại bỏ đất trợ lọc
• Bộ khung cấu trúc của tảo cát đã chết trơ; làm bằng SiO2 (qua sàng phân loại -> loại kích thước mịn,vừa phải và thô DE).
• Nguy cơ sức khỏe do bụi! (hút bụi, túi máy hút hết ở túi đựng -> mang mặt nạ chống bụi, Bộ lọc không khí).
• Liều lượng sử dụng đất đất trợ lọc Diatomit -> 80-200g/hl.
• Tái chế bằng cách luyện lại (Thu hồi đến 40%, tiết kiệm chi phí lên đến 30%).
Đá trân châu ( Perlite).
• Đá trân châu là loại nhôm silicat (nguồn gốc núi lửa) (quá trình nung nóng, trương nở, đốt cháy, nghiền nhỏ -> Cho loại bột nhẹ và bột thô).
Tác nhân ổn định
• Silica gel → Protein
• PVPP → Tannin (có thể được tái sinh với xút).
Nguyên tắc
Độ bám dính của chất trợ lọc DE với các bộ lọc thông qua cầu nối (chiều rộng lưới bộ lọc 80μm, DE mịn ở 3-4 μm).
- Phủ chất trợ lọc cơ bản (70% DE thô) tuần hoàn với nước loại khí/bia loại khí.
- Phủ chất trợ lọc cơ bản (chất trợ lọc ĐE có kích thước trung bình chịu áp lực).
- Cho liên tục lớp chất trợ lọc mịn để giữ cho lớp lọc xốp (DE mịn).
Loại bỏ chất trợ lọc DIATOMIT
Bột trợ lọc
Có 2 dạng chất trợ lọc có nguồn gốc khác nhau:
* Kieselguhr hay diatomit
Đây là một dạng hóa thạch của một loại tảo đơn bào có chứa Silic oxit, gọi là diatomit với 15000 loại khác nhau. Đá diatomit thô chứa từ 25 đến 60% nước tuỳ theo từng vùng. Kích thước của nó có thể thay đổi từ 1 đến 200mm (hình 5.1). Độ xốp là một tính chất rất quan trọng của diatomit, hơn 90% bề mặt của các hạt nhỏ là các khoảng trống.
Diatomit thô chưa nung, có màu xám. Sau khi nung nó trở thành màu hồng. Đối với một số loại, có thể tạo ra bằng cách nung diatomit có liên kết với các vỏ, mai của một số động vật biển có chứa nhiều silic và bổ sung thêm từ 3 đến 10% kiềm nóng chảy với mục đích cải thiện vận tốc lọc của diatomit. Diatomit nung với vôi có màu trắng, hạt có kích thước từ 2 đến 3 mm.
Có rất nhiều thông số đánh giá chất lượng của diatomit:
- Độ thẩm thấu; Độ xốp; Tổn thất khi nung; Thành phần chất tan.
Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng một số bột diatomit có các thông số tốc độ lọc tương đối và độ trong tương đối so với loại diatomit Filter Cel (coi tốc độ lọc và độ trong tương đối là 100%).
* Coi loại diatomit Filter cel có tốc độ lọc và độ trong của dịch thu được là 100%.
* Peclit.
Ở trạng thái tự nhiên peclit là nham thạch đặc, chủ yếu có ở Châu Mỹ, Hy Lạp. Đây là một chất khoáng bao gồm natri, kali và nhôm silicat.
Khi nung peclit đến 800-1100OC, nước liên kết được giải phóng và vật liệu nở ra từ 20 đến 30 lần. Nghiền và phân loại theo kích thước hạt cho phép thu nhận các sản phẩm có chất lượng và đặc tính khác nhau về kích thước hạt và độ thẩm thấu. Ngược với kieselguhr, cấu trúc của peclit không xốp, hiệu quả lọc của peclit dựa trên cấu trúc tế bào của nó. Hơn nữa ở pH thấp, peclit có thể bị hòa tan và giải phóng các ion sắt, vì vậy peclit thường được sử dụng trong lọc dịch đường khi pH của dịch đường từ 5,4 – 5,5.
*Thiết bị hoà bột và bổ sung bột trợ lọc.
Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của thiết bị hoà và bổ sung bột trợ lọc.
Thiết bị này gồm một bình chứa dịch bột hoà trộn (1), nhờ cánh khuấy (2) để tạo ra trạng thái huyền phù của bột trợ lọc. Dịch huyền phù này được bơm bằng một bơm ly tâm tạo lớp bột phủ (6). Trong quá trình lọc bia, bột trợ lọc được bơm bổ sung đều đặn bằng bơm định lượng (4) theo đường (7) và qua một kính quan sát. Bộ phận (5) là một vit để điều chỉnh lưu lượng của bơm định lượng.
CÁC LOẠI LỌC NẾN
Loại nến
• nến đươc nối lại bằng dây thép (xấp xỉ. khoảng cách 60 mm).
• kim loại bện vải nến - không dễ bị mài mòn cơ học.
• rãnh đĩa nến - "rất" ổn định, không thể phá hủy. Những ngọn nến được gắn chặt vào một tấm kim loại đục lỗ có ốc vít và kết nối ren.
- Đường kính: 25-35mm.
- Chiều dài: 1.5-2.4m.
- Bề mặt lọc: 10-150m² = 60-700 nến.
Quá trình thực hiện của bộ lọc nến
Quá trình thực hiện
Phủ chất trợ lọc.
Tuần hoàn (10-15min); sau đó thay nó bằng bia.
Tiến hành lọc bia với liều lượng tăng lên dần (áp lực tăng 0.3-0.5bar/h) lên đến áp lực tối đa; thay bằng nước loại khí.
Loại bỏ cặn bằng sử dụng khí nén hoặc bơm nước áp lực.
Làm sạch thông qua rửa ngược với dòng khí khô thổi vào.
Tiệt trùng (80OC, thêm axit nitric chống lại sự tắc nghẽn của các khớp nến do muối của nước).
Mô hình bề mặt lọc được tính toán cho cột lọc thẳng đứng
Các hệ thống lọc khác
Thiết bị lọc tầng. (lớp lọc làm bằng cellulose và dùng chất trợm lọc và giữ nó bởi một khung, làm việc hiệu quả)
+ Bộ lọc tầng (thay đổi giữa lớp lọc/tấm, ví dụ như bộ lọc khử trùng).
+ Bộ lọc phủ chất trợ lọc theo lớp (lớp hỗ trợ như các chất mang cho quá trình phủ chất trợ lọc Diatomit).
Bộ lọc Module (bộ lọc tầng hình thùng chứa, một số phần của bộ lọc (mô-đun) trên một trục rỗng tương tự như ZHF, ví dụ như bộ lọc khử trùng hoặc PVPP để ổn định bia).
Bộ lọc nến có tháp lọc sâu (Quá trình lọc trong thùng hình trụ, một số nến với nhiều lớp lọc (thường là PVPP) như là bộ lọc khử trùng nước, bộ lọc nhỏ hơn cho bia).
Bộ lọc màng (Các màng có đục lỗ nhỏ, quá trình lọc cho dòng dịch chảy qua, nguyên tắc chảy tuấn hoàn, ví dụ như cho quá trình khử rượu, xử lý nước).
Quá trinh lọc ép trong buồng kín (nấm men được ép ra trong các giai đoạn lọc và sấy khô bên trong buồng sấy đến bao gói).
Các hệ thống thiết bị phụ trợ có thể ứng dụng
Các hệ thống khác như:
Thiết bị định lượng (Nếu có thể thêm bộn phận định lượng tự động bổ sung bột trợ lọc Diatomit).
Thùng chứa bột trợ lọc thải ra.
Thùng chứa trước và sau khi lọc.
Bia đã lọc được bảo quản ngay trong thùng chứa bia sạch trước khi đưa đi chiết bia.
Hệ thống bão hòa CO2 phải được điều chỉnh chính xác hàm lượng CO2 cho bia.
Có hệ thóng khử khí của nước để pha đấu vào bia nấu (tỷ trọng) nồng độ cao.
Các hệ thống ứng dụng hiệu quả trong quá trình lọc bia