Công nghệ và thiết bị tách bia từ nấm men kết lắng sau lên men


GS.TS Đinh Văn Thuận, TS. Đinh Văn Thành, TS. Nguyễn Thị Thanh Ngọc

Trường Đại học Công nghệ Đông Á, Tập doàn POLYCO

Trong sản xuất bia, lượng bã men thu được chiếm một tỷ lệ đáng kể khoảng 2-3% sản lượng bia thành phẩm. Bã men bia chứa khoảng 50% là bia, tuy nhiên lượng bia này bị loại bỏ theo bã men ở hầu hết các nhà máy bia tại Việt Nam. Với khoảng 3,7 tỷ lít bia/năm có khoảng 74 – 100 triệu lít bã men/năm, tương ứng khoảng 37 – 55 nghìn lít bia trong bã men/năm. Do đó, việc thu hồi lượng bia này là rất cần thiết và có ý nghĩa thiết thực. Thu hồi bia từ hỗn hợp men dư thừa đã được nghiên cứu bởi một số hãng như Alfalaval, flottweg và được ứng dụng ở một số nhà máy bia trên thế giới như Molson Coors, Heineken – Romania, ABInbev Mỹ, Efes Thổ Nhĩ Kỳ, ABInbev Argentina, ABInbev Ukraine, Ginsber Trung Quốc, Carlsberg – Anh, Polar Venezuela…. Công nghệ thường được sử dụng đề tách bia là phương pháp tách ly tâm gồm có máy decanter nằm ngang hay ly tâm dạng thùng hoặc phương pháp lọc màng. Tuy nhiên, công nghệ thu hồi bia được các hãng nghiên cứu dựa trên một số công nghệ sau:

Công nghệ lọc màng gốm

      Công nghệ được sử dụng nhằm thu hồi lượng bia trong nấm men thải. Màng gốm tách bia từ men dựa trên sự khác nhau về kích thước hạt. Lọc tách thực hiện dựa trên lọc tiếp tuyến, chất rắn men được bơm nhiều lần qua màng lọc trong một vòng lặp, trong khi đó bia chảy xuyên qua màng lọc. Tuy nhiên lọc màng gốm có một số nhược điểm như: Lực kéo (ứng suất) tới men cao sẽ tác động vào men làm vỡ / làm đứt tế bào men và chất lỏng bên trong tế bào men sẽ lẫn vào bia. Sự ảnh hưởng này làm hương vị bia kém hơn và tuổi thọ ngắn hơn.  Lực kéo (ứng suất) nhiều hơn nghĩa là tế bào men bị phá vỡ nhiều hơn. Lọc Màng Gốm luôn luôn yêu cầu thêm tank chứa trung gian – để cô đặc men lên.  Do đó chi phí đầu tư và vận hành là cao.

Công nghệ máy ly tâm Decanter và Sedicanter

Các máy decanter và các máy li tâm thông thường đã gặp phải vấn đề để đạt được hiệu quả tối ưu trong việc chiết tách. Một Decanter thông thường hoạt động với lực li tâm khoảng 4000G để tách nấm men từ bia.  Men bia được nén chặt lên thành của buồng li tâm và sau đó được  đưa ra thông qua một “vùng khô” trong buồng li tâm  ra  khỏi máy. Vì men bia là một vật liệu rất mềm nên rất khó đạt được độ khô cao khi thu bã men thông qua vùng khô. Máy Sedicanter là một máy li tâm nằm ngang tốc độ cao với buồng li tâm hình nón đôi.  Bã men khô đạt đến 28% trọng lượng mà không làm vỡ tế bào và hầu như  không có  hấp thụ oxy (<0,05 mg). Lượng bia thu hồi có lượng nấm men tự do (0,1-0,3%) với chất lượng tuyệt vời. Nó có thể được pha trộn với bia tươi mà không cần xử lý thêm. Hiệu quả chiết tách của máy Sedicanter cao như là một máy li tâm đĩa. Đồng thời, máy có thể thực hiện chiết tách tỉ lệ chất rắn đầu vào cao và đạt được độ khô cao. So sánh các công nghệ thu hồi bia từ bã men. Nấm men lên men bia được tạo ra trong quá trình sản xuất bia tương đương từ 1 đến 2% của tổng khối lượng sản xuất. Các công nghệ truyền thống để  thu hồi bia  ví dụ như máy li tâm đĩa, màng  lọc hoặc ép lọc,  các phương pháp này  năng suất từ 35  – 65% và thường không  ổn định về chất lượng,  quy trình sản xuất, chi phí bảo trì cao.

Công nghệ máy ly tâm vòi phun Brux

BRUX là máy ly tâm tách men thừa thành dòng bia và men cô đặc. Sự ly tâm (lọc tách) giữa bia và men được tạo ra bởi sự khác nhau tỷ trọng giữa tế bào men và bia trong trống lọc của máy ly tâm. Hoạt động của hệ thống thu hồi là liên tục khi men thừa qua máy ly tâm. Để đạt được thu hồi chiết xuất cao nhất có thể hoặc năng suất của hệ thống, men qua máy ly tâm hai lần với bổ sung nước khử khí (bài khí) giữa hai lần lọc tách – để rửa chiết xuất bia nhiều hơn từ men.

Men được đẩy ra ngoài chu vi của máy ly tâm BRUX 510. Từ đó, men được đẩy qua các ống cô đặc đặc biệt hướng về trung tâm tới vòi phun xoáy lốc (vòi phun vortex), từ đây men ra khỏi máy ly tâm dưới áp lực qua ống bơm gắn liền. Vòi phun xoáy lốc đặc biệt tự động điều chỉnh lưu lượng cô đặc (xem hình bên phải). Do vậy men được xử lý nhẹ nhàng. Bia được lọc trong trên chồng đĩa và ra khỏi máy ly tâm dưới áp lực qua bơm và Chặn Ôxy. Bởi vì máy ly tâm vòi phun làm việc bằng cách này, điều quan trọng là dòng chảy dành để lọc tách có độ đặc tương đối ổn định. Để đảm bảo điều này, một thiết bị chuẩn hóa bia được lắp đặt ở thượng nguồn để pha loãng hỗn hợp men/bia đầu vào tới độ đặc xấp xỉ 25–45% thể tích, sử dụng nước khử khí. Pha loãng đảm bảo sản lượng cao Tác dụng quan trọng của pha loãng cao hơn là sản lượng thu hồi lớn hơn, bởi vì nhiều bia được rửa ra khỏi bùn men. Vòi phun xoáy lốc với đô đặc men đầu ra được giữ ổn định ở sự thay đổi nhỏ của độ đặc men ở dòng chảy đầu vào không đổi.

Hệ thống có nhiều ưu điểm như: Chất lượng bia ưu việt và không làm tăng sự tự phân của men bia do xử lý men nhẹ nhàng: Khả năng sống của men bia trong máy ly tâm là hơn 99% – cùng máy ly tâm này được sử dụng cho men của bánh mì và cho nước lên men trong ngành công nghiệp dược phẩm trong nhiều năm; điều này có nghĩa rằng sự tự phân của men không tăng lên do khả năng sống của men cao, hương vị bia không thay đổi. Máy ly tâm BRUX 510 hoạt động ở tốc độ cao với lực ly tâm G xấp xỉ 15,000 G ở 7488 vòng/phút, do đó lọc trọng bia cao và men còn lại trong bia thu hồi là rất nhỏ <100.000 tế bào/ml. Trong khi đó máy ly tâm của các hãng khác hoạt động ở tốc độ thấp với lực ly tâm G tối đa 10,000 G do vậy men còn lại trong bia thu hồi là cao 0.5 % thể tích. Máy ly tâm BRUX 510 với chuẩn hóa bia đầu vào, có thể hoạt động với dải lưu lượng rộng  20 – 60 hl/h, và tự động điều chỉnh độ đặc của dòng chảy vào, độ đặc của men bia sau khi pha loãng là 30 – 45 % V/V. Máy ly tâm BRUX 510 với vòi phun vortex: sư lọc tách là liên tục và chỉ xả cặn trong quá trình CIP để khả năng sạch tốt hơn, làm cho xử lý men nhẹ nhàng và men cô đặc đầu ra ổn định cao với nồng độ chất rắn 75 – 80 % V/V. Trong khi đó máy ly tâm ngang của các hãng khác với tối đa 25% men sống. Phần tiếp  xúc chất lỏng làm bằng thép không gỉ chất lượng cao và được thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh cao nhất. Các khoang chứa chất rắn được gia công ở thành của trống lọc, tránh sự tích tụ chất rắn không mong muốn và do đó ngăn ngừa ô nhiễm vi khuẩn. Trống lọc được làm kín với môi trường bên ngoài bằng bộ làm kín bằng nước mà cả khí CO2 và nước khử khí đươc điền vào. Điều này loại bỏ nhiễm ôxy vào bia ở đầu ra và giảm thiểu nhiễm ôxy trong máy ly tâm. Vận hành dễ dàng, tiêu thụ điện và chi phí bảo dưỡng thấp. Tiêu thụ điện thấp (21 kW) và mô tơ điện của máy ly tâm được điều khiển bằng bộ biến tần làm cho quá trình khởi động, vận hành trơn tru và ổn định.

Với ưu điểm vượt trội của hệ thống ly tâm vòi phun Brux, phòng Khoa học Công nghệ, trường Đại học Công nghệ Đông Á đã nghiên cứu phân tích tính khả thi của dự án với kết quả thu hồi bia từ bã nấm men bằng công nghệ ly tâm vòi phun Brux đạt khoảng 1,5 – 2,0% so với công suất bia thành phẩm. Với tính hiệu quả cao và thiết thực đó, tháng 6/2017, Tập đoàn Polyco đã tiên phong triển khai ứng dụng thực tiễn tại nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội.