Lọc Bia

Giới thiệu

Lọc bia là quy trình không bắt buộc đối với tất cả các loại bia. Các dòng bia lên men chìm (Lager bia, bia sáng màu,..) đều yêu cầu lọc sau quá trình ủ chín và tàng trữ. Sự có mặt của một ít tế bào nấm men, các chất keo tụ khác lơ lững (như protein-polyphenol) không làm bia  kém đi sự thơm ngon vốn có của nó, và quá trình lọc sẽ làm cho bia trở nên bắt mắt hơn. Tuy nhiên, các dòng bia lên men nổi (Ale), bia sẫm màu thì không yêu cầu quá trình lọc vì quá trình này sẽ làm giảm đi mùi thơm đặc trưng của bia (đối với bia Ale), hoặc không cần thiết (đối với bia sẫm màu).

Đối với, bia công nghiệp thì quá trình lọc bia thông thường sẽ kèm theo quá trình chuẩn hóa độ chất lượng và ổn định bia bằng cách sử dụng

  • Nước khử khí để điều chỉnh nồng độ
  • Iso alpha axit để điều chỉnh độ đắng
  • Caramel để điều chỉnh độ màu
  • Cao malt (Malt extract) để điều chỉnh vị
  • Tinh dầu hoa bia hoặc các chế phẩm hương từ hoa bia để điều chỉnh mùi, hương
  • Metabisulphite, Ascorbic axit (vitamin C) để chống oxy hóa
  • Sử dụng PVPP để hấp thu polyphenol
  • Sử dụng Silicagel, tannic axit, enzym papain… để phân cắt, hấp thu protein.

Có nhiều phương pháp lọc trong bia khác nhau và nguyên tắc chung là cho bia đi qua màng lọc để giữ lại toàn bộ hạt cặn nhỏ li ti.

Các phương pháp lọc khác nhau ở cấu tạo màng lọc sẽ được nói rõ ở các phần sau.

Lý thuyết quá trình lọc

Màng lọc là tấm chắn với các khe nhỏ li ti hoặc các đường dẫn nhỏ li ti, cho phép chất lỏng đi qua và giữ lại các hạt cặn do có kích thước lớn hơn khe lọc, ngay cả khi hạt cặn có kích thước nhỏ hơn khe lọc cũng có thể được giữ lại do hiện tượng nêm chèn, do hiện tượng hấp phụ, do hiện tượng bắt cầu hay tạo vòm,…

hấp phụ

Định luật Darcy

Henry Philibert Gaspard Darcy (sinh ngày 10/6/1803, mất 03/01/1858) là một kỹ sư người Pháp, ông đã có nhiều đóng góp quan trọng trong thủy lực học. Vào năm 1855-1856, ông tiến hành các thực nghiệm về quá trình lọc với thiết bị hình trụ và vật liệu lọc là cát. Ông đã tìm ra sự phụ thuộc của dòng lọc vào diện tích mặt lọc, chiều dày lớp cát, và tính chất riêng của lớp cát, chiều cao cột nước trên mặt lớp cát. Khi ông khái quát các kết quả thu được để thiết lập nên định luật quá trình lọc. Để tưởng nhớ đến đóng góp của ông, định luật này được đặt tên là Định luật Darcy và đơn vị của độ thấm là Darcy đã được đặt theo tên ông.

Định luật Darcy được mô tả bằng công thức sau:

Định luật lọc

Trong đó:

V  là lưu lượng lọc/m2,

k là hệ số thẩm thấu của vật liệu lọc.

Δp là chênh áp trước vào sau màng lọc

P là kích cỡ cặn,

µ là độ nhớt của dịch lọc

d là độ dày của màng lọc.

Các hình thức lọc

Căn cứ cách thức hạt cặn bị giữ lại ở màng lọc, quá trình lọc được chia thành hai loại: lọc bề mặt (surface filter), lọc sâu (deep filter) và lọc chéo dòng (crossflow filter).

Màng lọc bề mặt – tất cả cặn đều được giữ lại trên bề mặt màng – xảy ra trong trường hợp các hạt cặn (thường ở trạng thái rắn) có kích thước lớn hơn lỗ lọc của màng. Trong một số trường hợp kiểu lọc này được gọi là lọc tương đối vì nhà sản xuất không thể đảm bảo rằng tất cả các lỗ lọc trên màng có cùng một kích thước như nhau và có một mức độ nhất định các hạt cặn cần loại bỏ đi qua màng lọc.

lọc bề mặt

Màng lọc bề mặt có số lỗ lọc cố định nên lưu lượng lọc sẽ giảm dần (tuyến tính) theo thời gian lọc.

Màng lọc sâu có màng lọc là một cấu trúc xốp với các khe lọc chạy xuyên qua chiều dày màng lọc. Các hạt cặn được giữ lại cả trên bề mặt và bên trong phần “thịt” của màng. Màng lọc dạng này thông thường chỉ sử dụng 1 lần hoặc phải tốn nhiều chi phí phục hồi (regeneration). Một số trường hợp, màng lọc kiểu này gọi là màng lọc tuyệt đối (Absolute membrance).

Do cấu trúc xốp màng lọc chiều sâu có vô số khe hở đan xen nhau nên sự suy giảm tốc độ lọc tương đối chậm trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên càng về sau khi các khe lọc chính lần lượt bị tắc thì tốc độ lọc sẽ giảm rất nhanh, chênh áp tăng cao và quá trình lọc kết thúc.

Các hình thức lọc sử dụng trong nhà máy bia

Tùy theo mục đích lọc, mà chúng ta sẽ lựa chọn hình thức lọc cho phù hợp. Căn cứ lựa chọn là kích thước hạt cặn cần loại bỏ, tốc độ dòng lọc. Sau đây, là hình phân loại các hình thức lọc: