CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin nên phần tổng quan chủ yếu sẽ đề cập tới nguyên liệu sản xuất (đại mạch), sản phẩm (malt diastilin), và một số chất phụ gia hoặc hỗ trợ kỹ thuật phục vụ cho quá trình sản xuất.1 Hạt đại mạch Đại mạch giống gieo trồng thuộc nhóm thực vật có hạt, phân nhóm bí tử, lớp một lá mầm, họ lúa mì. Có hai loại đại mạch, đại mạch hai hàng và đại mạch đa hàng. Trong công nghiệp sản xuất bia dùng chủ yếu là đại mạch hai hàng, dấu hiệu đặc trưng của chúng là hình dáng của hạt rất cân đối. Cây đại mạch Đối với loại malt diastilin thì được sản xuất từ hạt đại mạch loại 2 có hàm lượng protein cao, loại malt này có chứa hoạt lực cao nhóm enzym diastaza và loại malt này được sử dụng bổ sung trong trường hợp malt nguyên liệu không được đồ hóa tốt, độ nhuyễn không cao, hoặc trong giai đoạn nguyên liệu thay thế chưa qua giai đoạn ươm mầm.1 Cấu tạo của hạt đại mạch Cấu tạo của hạt đại mạch gồm ba bộ phận chính: vỏ, nội nhũ và phôi.2 Cấu tạo của hạt đại mạch 1.
Vỏ Hầu hết hạt các loại đại mạch được bao bọc bên ngoài bằng lớp vỏ trấu. Vỏ trấu được hình thành từ đài hoa. Đài hoa dưới hình thành nên vỏ trấu phía ngoài và kết thúc bằng SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 2 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. Bùi Xuân Đông sợi râu, còn đài hoa phía trên hình thành nên vỏ trấu phía trong của hạt.
Đài hoa là công cụ bên để bảo vệ các cơ quan trong của hạt trong quá trình hình thành và chuyển hoá của nó. Thành phần hoá học của vỏ trấu chủ yếu là xelluloza kết chặt lại nhờ chất khoáng và lignin. Dưới lớp vỏ trấu là lớp vỏ quả, được cấu tạo từ ba lớp tế bào - cứ một lớp xếp ngang thì tiếp đến là một lớp xếp dọc. Với cấu trúc như vậy lớp vỏ quả sẽ rất dai và bền vững.
Dưới lớp vỏ quả là lớp vỏ hạt bao gồm hai lớp tế bào. Tế bào của lớp ngoài có thành rất dày, lớp trong thì trong suốt. Lớp vỏ hạt có vai trò như một màng bán thấm: chỉ cho nước thấm vào bên trong hạt đồng thời giữ các chất hoà tan trong hạt không cho thấm ra bên ngoài. Lớp vỏ quả và vỏ hạt liên kết chặt với nhau, mối liên kết đó chắc hơn rất nhiều do sự liên kết giữa chúng với lớp vỏ trấu.
Vỏ trấu là cấu tử chiếm nhiều nhất trọng lượng của vỏ. Ở đại mạch hai hàng có chất lượng cao, lượng vỏ trấu chiếm khoảng 7-8% trọng lượng chất khô của hạt, còn ở đại mạch đa hàng chiếm đến 11%. Trọng lượng của vỏ chiếm từ 10,5 - 13% trọng lượng của hạt. Kích thước hạt càng bé, tỉ lệ vỏ càng cao so với trọng lượng của khối hạt.
Nội nhũ Nội nhũ là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt. Ngoài cùng của nội nhũ, tiếp giáp với vỏ hạt là lớp alơron. Lớp alơron rất giàu protein, chất béo, đường, xelluloza, pentoza, vitamin và chất tro. Vì lớp alơron của đại mạch đa hàng dày hơn đại mạch hai hàng cho nên hàm lượng protein của chúng nhiều hơn.
Dưới lớp alơron mới đến phần nội nhũ thật của hạt. Cấu trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein, xelluloza, chất béo, chất tro và đường. [1, tr 10] Với loại malt diastilin tươi yêu cầu là toàn bộ nội nhũ phải ở trạng thái trắng đục. [1, tr 206] SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 3 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS.
Bùi Xuân Đông 1. Phôi Phôi là phần sống của hạt. Trọng lượng của phôi chỉ chiếm khoảng 2,2 ÷ 5% so với trọng lượng của hạt. Vai trò của phôi có tầm quan trọng đặc biệt không những đối với sự sống lưu truyền của cây mà ngay cả trong công nghệ sản xuất bia.
Phôi nằm ở dưới, gần đế của hạt bao gồm phôi lá, phôi rễ và nằm giữa chúng là phôi thân.Tiếp giáp giữa phôi và nội nhũ là ngù. Ngù là một màng bán thấm: nó chỉ cho phép các chất hoà tan từ nội nhũ thấm qua để chuyển về phôi và nước từ phía phôi đi vào nội nhũ. Phôi chiếm tỉ lệ không đáng kể so với trọng lượng của hạt. Mặt khác trong quá trình chế biến, các thành phần trong phôi hoà tan rất ít vào dịch đường.
Như vậy đối với công nghệ sản xuất bia, giá trị dinh dưỡng của phôi hầu như không đáng kể, mà vai trò to lớn của nó là ở chỗ: đây là trạm hoạt hoá và là nhà máy sản xuất enzim, mà nếu thiếu nó thì cơ sở lí thuyết của quá trình sản xuất malt coi như sụp đổ. Thành hoá học của đại mạch Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kĩ thuật canh tác và điều kiện bảo quản. Các chỉ số về thành phần hoá học là nhân tố quyết định chất lượng của đại mạch để xem xét loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt và bia hay không.
Nước Thuỷ phần của đại mạch có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô. Thủy phần cao quá mức cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt nhất là các loại vi khuẩn hoại sinh, gây thối rữa cho hạt.
Đại mạch có thuỷ phần cao sẽ làm tăng chi phí vận tải một cách vô ích. Người ta đã xác định được rằng, hàm ẩm của đại mạch tăng 1% thì hiệu suất chiết thu hồi giảm 0,76%. Hàm ẩm tối đa cho phép khi đưa đại mạch vào bảo quản là 14%. [1, tr 12] SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 4 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS.
Bùi Xuân Đông 1. Gluxit Gluxit của hạt chia làm bốn nhóm: monosaccharid, disaccharid, trisaccharid và polysaccharid. - Monosaccharid bao gồm : glucoza, fructoza (C6H12O6) và xiloza (C5H10O5). - Disaccharid chủ yếu là saccharoza và maltoza (C12H22O11).
- Trisaccharid chủ yếu là rafinoza. - Polysaccharid là hợp phần chiếm nhiều nhất trong thành phần gluxit của hạt đại mạch. Chúng bao gồm tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentozan, amilan và các hợp chất dạng keo. Ba cấu tử đầu tiên có ý nghĩa quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia.
a) Tinh bột: Hơn một nửa khối lượng chất khô của đại mạch là tinh bột. Trong công nghệ sản xuất malt, tinh bột có chức năng là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi và là nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men. Khi tiếp xúc với nước tinh bột sẽ hút nước và trương nở. Ở nhiệt độ cao, nếu lượng nước không tương ứng thì thể tích trương nở chúng sẽ tăng lên rất nhiều và độ nhớt tăng lên mạnh.
Nhiệt độ mà tại đó hệ số trương nở và độ nhớt của tinh bột đạt giá trị lớn nhất gọi là điểm hồ hóa. Tính chất hồ hóa của tinh bột có ý nghĩa rất lớn trong công nghệ sản xuất bia : tinh bột đã được hồ hóa sẽ cho đường hóa nhanh hơn và triệt để hơn. [1, tr 14] b) Xelluloza: Xelluloza của hạt đại mạch được phân bố chủ yếu ở lớp vỏ trấu và chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Xelluloza không tan trong nước, hầu như không thay đổi về thành phần và cấu trúc trong suốt tiến trình công nghệ sản xuất malt.
Và nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng. [1, tr 15] c) Hemixelluloza: Là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào, hemixelluloza là một phức hệ bao gồm pentozan, hexozan và axit uronic. SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 5 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Dưới tác dụng của nhóm enzim sitaza, nó bị thủy phân thành hexoza và pentoza, quá trình thủy phân này được gọi là sitoliza.
Quá trình này đóng vai trò rất quan trọng ở giai đoạn ươm mầm vì đây là bước “đột phá” để các enzim khác xâm nhập vào bên trong tế bào. [1, tr 15] d) Saccharit thấp phân tử: Saccharit thấp phân tử hay saccharit đơn giản trong đại mạch chủ yếu là một số đường đơn và đường kép. Cấu tử chiếm nhiều nhất trong nhóm này là saccharoza, đạt tới 1,8% chất khô của hạt. Loại đường này được phân bố rất nhiều ở phôi, chiếm đến 5,5% trọng lượng của bộ phận này.
e) Các hợp chất pectin dạng keo: Nói là dạng keo vì khi chúng hòa tan vào nước nóng thì tạo thành dung dịch có độ nhớt rất cao. Các hợp chất pectin phân bố ở thành tế bào để tạo ra màng trung gian. Trong các hợp chất pectin chiếm nhiều nhất về khối lượng phải kể đến protopectin. Sự tồn tại của các hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dịch đường mang tính chất hai mặt.
Mặt tiêu cực là làm cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc còn mặt tích cực là làm cho bia có vị đậm đà và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt của sản phẩm. Các hợp chất chứa nitơ Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ trong đại mạch khoảng 9 11% so với lượng chất khô của hạt. Tuy chiếm tỷ lệ thấp nhưng vai trò của chúng đối với công nghệ sản xuất bia thì lại rất quan trọng vì ở chừng mực nào đó, chúng quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các hợp chất này tồn tại dưới dạng cao phân tử, chúng được gọi là protit, còn một phần rất nhỏ tồn tại dưới dạng thấp phân tử, dể hoà tan, có các tính chất khác với nhóm cao phân tử.
[1, tr 16] a) Protit Là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem lô hạt có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt hay không. Nếu hàm lượng cao quá, bia dễ bị đục, rất khó bảo quản. SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 6 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 2 GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Ngược lại nếu quá thấp, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt vị kém đậm đà và kéo theo nhiều chỉ số non yếu khác.
Hàm lượng protit tốt nhất cho mục đích sản xuất bia là 810%. Khu vực phân bố của protit ở trong hạt là lớp vỏ alơron và phôi, một phần nhỏ ở lớp tế bào bao quanh nội nhũ. Sự thuỷ phân là một trong những quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất malt và bia.