Là một hệ thống vô cùng quan trọng trong giai đoạn sản xuất bia, hãy cùng khám phá công năng cũng như quy trình sản xuất của hệ thống: Đun sôi nhiệt độ cao – high temperature wort boiling (HTWB)
Đun sôi dịch nha nhằm các mục đích sau:
- Đồng phân hóa và thu hồi iso alpha axit.
- Hình thành cặn nóng và tủa protein nhạy cảm.
- Hình thành hợp chất tạo màu.
- Hình thành hợp chất tạo mùi từ phản ứng Maillard.
- Bay hơi các hợp chất không mong muốn.
- Giảm pH dịch nha.
- Tiệt trùng dịch nha.
- Vô hoạt enzym và cố định thành phần dịch nha cho quá trình lên men.
Tất cả các mục đích trên có thể được thực hiện ở nhiệt độ cao, thời gian ngắn và đặc biệt có thể tiến hành liên tục. Hệ thống đun sôi dịch nha nhiệt độ cao (High-temperature wort boiling – HTWB) có thể thay thế nồi đun sôi gián đoạn theo mẻ. Tại nhiệt độ cao 130-140oC thì dịch nha chỉ cần 5 phút để đạt các mục đích công nghệ như trên.
Dịch nha được gia nhiệt qua 3 bộ trao đổi nhiệt, với 2 bộ đầu tiên sử dụng hơi thu hồi ra trong quá trình bay hơi để tiết kiệm năng lượng. Dịch nha sau lọc hèm được đưa vào nồi chờ có nhiệt độ 72oC. Tại đây, dịch nha được bổ sung hoa bia, chất điều chỉnh màu và nước điều chỉnh tỷ trọng. Từ nồi chờ, dịch nha được bơm qua HTWB đến nồi lắng xoáy. Sau quá trình trao đổi nhiệt, dịch nha được nâng nhiệt độ lên 140oC và được giữ nhiệt độ này trong 3 phút bằng cách đi qua ống được bảo ôn. Tiếp theo, dịch nha đến 2 bồn giảm áp, bay hơi nối tiếp (Bồn đầu có áp suất cao và bồn 2 có áp suất khí quyển), tại đây dịch nha quá nhiệt (superheat) sẽ sôi và bay hơi loại bỏ các hợp chất không mong muốn. Hơi được thu hồi sử dụng lại cho 2 bộ gia nhiệt đầu tiên, chỉ có bộ gia nhiệt thứ 3 mới sử dụng hơi nguyên sinh. Hệ thống HTWB được CIP tự động.
Hệ thống sử dụng 2 nồi lắng xoáy: một nồi CIP và một nồi nhận dịch nha. Ở nhiệt độ cao 135-140oC các phản ứng hóa học được đẩy nhanh như:
- Đồng phân hóa alpha axit.
- Hình thành DMS.
- Hình thành cặn protein phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ cần 1,5 – 2 phút.
- Tỷ lệ bay hơi được yêu cầu khoảng 7% để đảm bảo đổi DMS.
Sau đây là so sánh hiệu quả của các phương pháp đun sôi:
| Hệ thống đun sôi | Mức độ tác động của nhiệt | Tương thích với thiết bị khác | Giảm các hợp chất dễ bay hơi(a) | Chi phí vận hành | Chi phí đầu tư |
| Đun sôi áp khí quyển truyền thống | |||||
| Thông áp, không thu hồi hơi thứ | -(b) | – | – | – | – |
| Ngưng tụ, thu hồi nhiệt từ hơi thứ | – | +++ | +++ | + | + |
| Nén hơi thứ để tái sử dụng | – | – | +++ | + | + |
| Đun sôi áp suất thấp (Low pressure boiling) | |||||
| Thường | + | – | ++/+++ | ++ | +++ |
| Dynamic | ++ | – | ++ | ++ | +++ |
| HTWB | ++ | – | ++/+++ | +++ | +++ |
| Đun sôi nhiệt lượng thấp + đuổi khí (Low thermal load + stripping) | |||||
| Steam stripping (Meura) | +++ | +++ | + | +++ | ++ |
| Film stripping (Krones) | +++ | + | ++ | +++ | ++ |
| Vacuum stripping (Ziemann) | +++ | +++ | ++ | +++ | +++ |
| Vacuum stripping (Nerb) | +++ | ++ | ++ | +++ | +++ |
| Vacuum stripping (Schultz) | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ |
(a) Dựa trên tỷ lệ đun sôi
(b) Phương pháp đun sôi truyền thống, nồi đun sôi thông áp khí quyển: phương pháp đối chứng để so sánh.
(c) Các nồi đun sôi truyền thống không được thiết kế để chịu áp suất, trong khí đó nồi đun sôi trong phương pháp Low pressure boiling lại tốn chi phí hơn do phải chịu được áp và an toàn trong vận hành.
| Hệ thống đun sôi | Nhiệt độ sôi (oC) | Thời gian sôi (phút) | Tỷ lệ bay hơi (%) | |
| Đun sôi áp suất khí quyển truyền thống | 100 | 60-80 | ~8 | |
| Đun sôi áp suất thấp (Low pressure boiling | ||||
| Thường | 103-104 | 55-65 | 6-7 | |
| Dynamic | 103-104 | 45-50 | 2,5-4 | |
| HTWB | 130-140 | 2,5-3 | 6-8 | |
| Đun sôi nhiệt lượng thấp + đuổi khí (Low thermal load + stripping) | ||||
| Steam stripping (Meura) | 100 | 40-45 | 2,5-4 | |
| Film stripping (Krones) | 100 | 35 | 5-6 | |
| Vacuum stripping (Ziemann) | 100 | 40-50 | 6
|
|
| Vacuum stripping (Nerb) | 103 | 50-60 | 4,7-5,4 |
| Vacuum stripping (Schultz) | 97,5 | 60 | 8 |
