Quá trình lọc bia và ổn định chất lượng bia

Quá trình lọc bia và ổn định bia là một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất bia để cải thiện chất lượng và kéo dài được thời gian bảo quản cho sản phẩm. Cùng tìm hiểu tại sao cần lọc bia, các hệ thống lọc bia, vật liệu lọc bia và phương pháp ổn định bia để đảm bảo thành phẩm đạt chất lượng yêu cầu đã đặt ra?

1. Tại sao cần phải lọc bia?

Lọc bia là một bước quan trọng và tốn khá nhiều chi phí trong quá trình sản xuất bia. Nếu không được trải qua quá trình lọc, phần lớn bia không thể đảm bảo độ ổn định trong thời gian dài bảo quản, do các thành phần gây cặn, gây đục vẫn còn tồn tại và phát triển từng ngày. Đặc biệt các loại bia lager yêu cầu về độ trong suốt rất cao, làm cho quá trình lọc trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình sản xuất.

Theo một số kết quả nghiên cứu cho thấy, thời hạn sử dụng của bia có nồng độ wort (dịch nha) ban đầu khoảng 12% là khoảng 1-2 tháng, với điều kiện bảo quản ở nhiệt độ thấp (khoảng 5°C) và không có ánh sáng mặt trời.

Có nhiều nguyên nhân gây đục bia, điển hình là do sự có mặt của các thành phần:

• Vi sinh vật, nấm men, vi khuẩn, nấm mốc,…
• Chất vô cơ: caxi oxalat
• Carbohydrate: tinh bột, beta-glucan, pentosan
• Polyphenol: dimer, trimer,…
• Protein/Polypeptide
• Các ion kim loại, lipid,…

Quá trình lọc bia là quá trình loại bỏ các thành phần gây đục bia và tạo sản phẩm bia trong suốt có độ ổn định sinh học cao. Quá trình lọc bia yêu cầu không được làm giảm độ bền bọt hoặc dẫn đến hòa tan oxy, kim loại hoặc các chất khác.

2. Các công nghệ lọc và hệ thống lọc bia

Lọc bia bắt đầu được sử dụng từ giữa thế kỷ 19, để đảm bảo vận chuyển bia ở khoảng cách xa hơn và có khả năng cạnh tranh so với các loại đồ uống có cồn khác. Ban đầu, người ta sử dụng vải, vụn gỗ hoặc isinglass (một dạng collagen) để lọc bia, tuy nhiên hiệu quả của chúng không tốt như các phương pháp lọc được sử dụng ngày nay.

Cuối thế kỷ 19, bộ lọc cốc ra đời, dùng vật liệu lọc là cotton, được sử dụng rộng rãi vào những năm 50 của thế kỷ trước và ở một mức độ nhỏ vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Sau Thế chiến II, hệ thống lọc precoat filtration phát triển, nó sử dụng vật liệu hỗ trợ gọi là chất trợ lọc. Chất trợ lọc được sử dụng chủ yếu là kieselguhr và perlite.

Trong sản xuất bia, những vật liệu này đã được biết đến và sử dụng từ lâu, tuy nhiên, máy móc không cho phép sử dụng chúng như những phương pháp lọc chính. Cho đến nửa sau thế kỷ 20, đã có những tiến bộ lớn trong lĩnh vực lọc kieselguhr, sự phát triển của thiết bị lọc cho phép tự động hóa quy trình và nâng cao hiệu quả quá trình lọc bia. Hiện nay, phương pháp lọc sử dụng kieselguhr là phương pháp lọc bia được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới.

Một số hệ thống lọc bia mới tiếp tục được phát triển:

Công nghệ lọc bằng tấm EK giúp loại bỏ vi khuẩn, bia đạt độ ổn định lên đến vài tháng mà không cần thanh trùng, tuy nhiên hiệu quả lọc vẫn thấp.

Công nghệ lọc màng được sử dụng vào những năm 1960 và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Ưu điểm của nó là xác định được kích thước lỗ chính xác, giúp loại bỏ các phân tử có kích thước nhất định. Tuy nhiên, chi phí mua thiết bị và thành phần màng mới khá cao. Hiện nay, phương pháp này được sử dụng chủ yếu trong quá trình lọc vô trùng.

3. Vật liệu lọc bia – Chất trợ lọc

Vật liệu lọc được sử dụng trong quá trình lọc bia, mang lại hiệu suất cao hơn cho quá trình này. Vật liệu lọc bia được chia thành 3 nhóm cơ bản:

• Dạng sợi: cotton, vải tổng hợp, cellulose,…
• Dạng hạt và dạng bột: kieselguhr, perlite, silica gel, than hoạt tính, vật liệu kết hợp với cellulose,…
• Dạng xốp: màng nhựa, màng kim loại hoặc màng ceramics,…

3.1. Chất trợ lọc Kieselguhr

Trong số các vật liệu lọc trên, kieselguhr là một “chất trợ lọc” được sử dụng rộng rãi nhất trong các nhà máy sản xuất bia.

Chất trợ lọc là vật liệu được thêm vào quy trình lọc để có chất lượng lọc tốt hơn. Các chất này được sử dụng dưới dạng bột nhão, tạo thành các lớp lọc không nén được, có độ xốp cao và bám vào môi trường lọc (bánh lọc), cho phép bia chảy qua tự do. Quá trình lọc trong các nhà máy bia thường được thực hiện bằng cách sử dụng chất trợ lọc.

Kieselguhr/Kieselgur là một loại đá trầm tích silic mềm bao gồm hóa thạch hoặc bộ xương của vi sinh vật nước mặn hoặc nước ngọt, hơn 15.000 loài có hình dạng khác nhau. Chúng chìm xuống và tạo thành các lớp trầm tích được khai thác, xử lý và phân loại theo kích thước để tạo ra kieselguhr ở nhiều cấp độ khác nhau. Kieselguhr/Kieselgur còn được gọi là đất diatomit, đất tảo cát hay Celite.

Kieselguhr sau khi khai thác được xử lý, biến đổi theo một trong những cách sau:

• Nung: sử dụng cho kieselguhr có hàm lượng sắt thấp, các hạt được nung với sodium carbonate, sodium chloride (chất làm tan chảy) ở nhiệt độ cao từ 800-1200°C, nhiệt độ nung tùy thuộc vào chất lượng kieselguhr ban đầu. Các cặn hữu cơ cũng được loại bỏ trong suốt quá trình nung.

• Xử lý ướt: sử dụng cho kieselguhr có hàm lượng sắt cao, kỹ thuật này gây tốn kém và mất nhiều thời gian hơn. Sắt được loại bỏ bằng acid vô cơ (hydrochloric acid), sau đó sấy khô, nung và phân loại theo kích thước.

Kieselguhr có tính trơ đối với bia, độ xốp cao (1 g kieselguhr có độ xốp lên tới 20m²). Kieselguhr có cấu trúc độc đáo, khó có thể nhân tạo được, khả năng tạo “bánh lọc” nhanh chóng, hiệu suất lọc cao, giá thành phù hợp và mang lại hiệu quả kinh tế cho nhà sản xuất. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm sau:

• Nếu hít phải bụi sẽ gây nguy hiểm cho sức khỏe;
• Kieslguhr không thể phân hủy sinh học, do có nồng độ chất rắn hữu cơ, tốn kém chi phí xử lý sau khi sử dụng;
• Không tái sử dụng được;
• Dễ hấp thụ ẩm và mùi hôi nếu không được bảo quản đúng cách.

Hiện tại, kieselguhr là chất trợ lọc chủ yếu để sử dụng trong quá trình lọc các loại thực phẩm, đồ uống hoặc chất lỏng có độ đục cao như rượu vang, syrup, bia, rượu táo,… và các chất lỏng có độ nhớt thấp. Tuy nhiên, càng về sau việc sử dụng kieselguhr càng được cân nhắc kỹ lưỡng, do các quy định nghiêm ngặt hơn về môi trường và các nhược điểm của nó. Nhiều chất trợ lọc khác được dùng để thay thế cho kieselguhr, có thể kể đến như đá Perlite.

Đọc thêm bài viết liên quan: Thiết bị lọc bia và quy trình vận hành – CNSX bia.

3.2. Đá Perlite

Đá Perlite là một loại thủy tinh núi lửa giãn nở nhiệt, giàu silic, có hàm lượng nước tương đối cao. Sau khi nghiền và phân loại, nó được gia nhiệt nhanh đến khoảng 850°C, quá trình này giúp perlite tăng thể tích lên đến 30 lần, giải phóng nước và tạo thành sản phẩm có cấu trúc xốp.

Perlite có tốc độ dòng chảy và độ thấm cao hơn kieselguhr, nên được sử dụng làm chất trợ lọc bia thay cho kieselguhr thô hoặc hỗn hợp của chúng. Tuy nhiên, hiệu suất lọc Perlite kém hơn kieselguhr, tỷ lệ vi khuẩn gây hư hỏng cho bia đi qua bộ lọc cao hơn, do đó cần phải lọc thứ cấp hoặc tăng nhiệt độ thanh trùng bia.

3.3. Hỗn hợp cellulose và silica gel

Hỗn hợp cellulose và silica gel có thể thay thế hoàn toàn kieselguhr. Giá thành cao hơn nhiều so với kieselguhr tuy nhiên sẽ bù đắp lại bởi chi phí xử lý thấp hơn.

3.4. Tro trấu

Tro trấu có thể giúp giảm thiểu việc thẩm thấu của các ion gây bất lợi cho bia, điều này không chắc chắn rằng bia sau lọc đạt tiêu chuẩn về độ trong, do đó các nhà nghiên cứu khuyến nghị chỉ nên thay thế một phần (khoảng 50%).

3.5. Polymer tổng hợp hoặc hỗn hợp các vi hạt tổng hợp và sợi

Chất lượng lọc và giá trị kinh tế đều cho kết quả tích cực, cả polymer tổng hợp hoặc hỗn hợp các vi hạt tổng hợp và sợi đều có khả năng tái tạo, tuy nhiên chúng cần có hỗn hợp tiền phủ và cấp liệu giống nhau.

3.6. Bột giấy

Bột giấy gồm các vi cầu tích điện dương, giúp loại bỏ các hạt lơ lửng trong bia, hầu hết trong số chúng đều có điện tích âm. Công nghệ này có tiềm năng tự động hóa cao.

4. Phương pháp ổn định chất lượng bia

Trong thực tế, bên cạnh các chất trợ lọc, một số chất ổn định cũng được bổ sung trong quá trình lọc bia nhằm ổn định chất lượng bia thành phẩm, bao gồm:

• PVPP (polyvinylpolypyrrolidone) là một polyamid không hòa tan có chứa cùng nhóm chức ±NH như các protein gây đục bia. Sử dụng PVPP bổ sung vào quá trình lưu trữ hoặc lọc bia để hấp thụ polyphenolic.
• Silica gel được bán dưới dạng xerogel hoặc hydrogel, bao gồm các hạt có cấu trúc xốp cao, diện tích hấp thụ cao. Do chúng có khả năng hấp thụ các protein và polypeptide, được sử dụng để bảo quản bia hoặc làm chất bổ sung (ở mức 0,3 ± 0,8 g/lít bia) cho chất trợ lọc bia. Ngoài ra, có thể kết hợp Silica gel và PVPP giúp quá trình xử lý trở nên đơn giản hơn.
• Axit tannic (hoặc gallotannin) có khả năng kết tủa các protein gây đục, một lượng đáng kể các ion kim loại và lipid, do đó cần thêm một bước xử lý các cặn kết tủa sau đó.
• Papain là một loại enzyme phân giải protein, mang lại lợi ích về mặt chi phí, tuy nhiên papain làm giảm khả năng tạo bọt trong bia.
• Chất ổn định carageenan (từ rong biển), Isinglass (collagen có nguồn gốc từ bong bóng cá), tạo kết tủa các hạt điện tích dương trong bia.
• Chất làm trong polysaccharides, polysilicate hoặc hỗn hợp của chúng: tạo kết tủa các hạt điện tích dương hoặc trung tính như các tế bào nấm men chết, kết tủa lipid, tăng hương vị và ổn định độ bọt trong bia.

Bên cạnh đó, một số chất ổn định mới đã ra đời để tăng cường khả năng ổn định chất lượng bia như:

• Hỗn hợp cellulose và PVPP: có thể tái tạo, an toàn cho môi trường và mang lợi ích về mặt kinh tế.
• Môi trường agarose: có nguồn gốc từ tảo, có khả năng tái tạo, hấp thụ protein và polyphenol, phương pháp này giúp tiết kiệm chi phí hơn một số phương pháp khác, hiện tại nó đã được thương mại hóa thành công.

Nhìn chung, chất ổn định chất lượng bia được bổ sung thực tế tại mỗi nhà máy bia là khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện sản xuất và yêu cầu chất lượng của bia thành phẩm.

5. Kết luận

Lọc bia là công đoạn rất quan trọng trong mỗi dây chuyên sản xuất bia. Công nghệ lọc bia không ngừng phát triển và cải tiến cho đến nay, cùng với đó là sự đa dạng về vật liệu lọc để đáp ứng những yêu cầu cụ thể cho các doanh nghiệp. Việc sử dụng các chất ổn định cũng được kết hợp trong quá trình lọc bia để bia thành phẩm đạt chất lượng cao nhất.

6. Các câu hỏi thường gặp (FAQs)

TỪ VỰNG TIẾNG ANH CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM:

• Beer filtration process: Quá trình lọc bia
• Beer Stabilization: Ổn định bia
• Suspended particulates/ haze particles of beer: Hạt lơ lửng trong bia
• Brewing technology: Công nghệ sản xuất bia
• Beer filtration efficiency: Hiệu quả lọc bia
• Filter material: Vật liệu lọc
• Pre-coat filtration: Lọc tiền phủ
• Membrane filtration: Lọc màng
• Diatomaceous earth (kieselguhr): Đất tảo cát