đồ án thiết kế nhà máy bia

Bia là một loại đồ uống có độ cồn thấp giàu chất dinh dưỡng có hương thơm đặc trưng,vị đắng dịu lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 5 – 6 g/l ngoài việc cung cấp một lượng calorie khá lớn trong bia còn chứa hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylase giúp con người giải khát một cách triệt để khi uống. Vì vậy bia là loại đồ uống hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thế giới.

DANH MỤC HÌNH ii

DANH MỤC BẢNG ii

LỜI MỞ ĐẦU v

TỔNG QUAN 6

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 14

LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHÂT 26

TÍNH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 34

KẾT LUẬN 66

Hình 2-1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất bia chai từ 70% malt đại mạch và 30% gạo 14

Hình 2-2: Giản đồ nấu dịch nha 18

Hình 4-3: Nồi nấu gạo 43

Hình 4-4: Nồi nấu malt 45

Hình 4-5: Thiết bị lọc đáy bằng 47

Hình 4-6: Thùng chứa dịch nha sau lọc 50

Hình 4-7: Nồi đun sôi với hoa houblon 52

Hình 4-8: Thiết bị lắng whirlpool 54

Hình 4-9: Thiết bị lọc 60

Hình 4-10: Thiết bị bơm 61

Hình 4-11: Thiết bị bão hòa CO2 63

DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch 7

Bảng 1-2: Thành phần hóa học của gạo 8

Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon 9

Bảng 1-4: Cơ sở hạ tần của khu công nghiệp tây bắc củ chi 12

Bảng 4-5: Thông số kĩ thuật gàu tải 35

Bảng 4-6: Thông số kĩ thuật vít tải 36

Bảng 4-7: Thông số kĩ thuật bơm 36

Bảng 4-8: Thông số kĩ thuật gàu tải 38

Bảng 4-9: Thông số kĩ thuật gàu tải 38

Bảng 4-10: Thông số kĩ thuật vít tải 40

Bảng 4-11: Thông số kĩ thuật vít tải 40

Bảng 4-12: Thông số kĩ thuật sàng 41

Bảng 4-14: Thông số kĩ thuật máy nghiền 41

Bảng 4-15: Thông số kĩ thuật máy nghiền búa 42

Bảng 4-16: Thông số kĩ thuật nồi nấu 44

Bảng 4-17: Thông số kĩ thuật nồi nấu 45

Bảng 4-18: Thông số kĩ thuật nồi lọc 47

Bảng 4-19: Thông số kĩ thuật bơm 48

Bảng 4-20: Thông số kĩ thuật bơm ly tâm 49

Bảng 4-21: Thông số kĩ thuật nồi 50

Bảng 4-22: Thông số kĩ thuật thùng chứa bã 51

Bảng 4-23: Thông số kĩ thuật nồi đun 52

Bảng 4-24: Thông số kĩ thuật bơm 53

Bảng 4-25: Thông số kĩ thuật thiết bị lắng 54

Bảng 4-26: Thông số kĩ thuật bơm 55

Bảng 4-27: Thông số kĩ thuật thiết bị làm lạnh 55

Bảng 4-28: Thông số kỹ thuật của tank lên men 57

Bảng 4-29: Thông số kỹ thuật của thùng chứa nấm men bẩn 59

Bảng 4-30: Thông số kỹ thuật của thùng bảo quản nấm men sạch 60

Bảng 4-31: Thông số kĩ thuật thiết bị lọc 60

Bảng 4-32: Thông số kỹ thuật của bơm 61

Bảng 4-33: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm lạnh 62

Bảng 4-34: Thông số kỹ thuật của máy bão hòa CO2 62

Bảng 4-35: Thông số kỹ thuật của bơm (từ tank tàng trữ đến bộ phận chiết) 63

Bảng 4-36: Thông số kỹ thuật của thiết bị gắp chai 64

Bảng 4-37: Thông số kỹ thuật của thiết bị rửa chai 64

Bảng 4-38: Thông số kỹ thuật của thiết bị đóng nắp 64

Bảng 4-40: Thông số kỹ thuật của thiết bị dán nhãn 65

Bia là một loại đồ uống có độ cồn thấp giàu chất dinh dưỡng có hương thơm đặc trưng,vịđắng dịu lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 5 – 6 g/l ngoài việc cung cấp một lượng

calorie khá lớn trong bia còn chứa hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kíchthích tiêu hóa amylase giúp con người giải khát một cách triệt để khi uống Vì vậy bia là loại

đồ uống hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thế giới

Theo báo Tuổi Trẻ số ra ngày 25/5/2011 cho biết: Lượng bia tiêu thụ trong năm 2010 là 2,5 tỉlít Trong đó, có những thương hiệu đạt con số tiêu thụ 1 tỉ lít/năm Dự kiến năm 2015 lượngbia tiêu thụ sẽ đạt 4 tỉ lít/năm Do tốc độ tiêu thụ bia tăng nhanh nên nhiều nhà máy bia cócông suất hàng trăm triệu lít/năm “đua” nhau đi vào hoạt động Trong đó, Sabeco đã đưa vàohoạt động ba nhà máy sản xuất bia tại Quảng Ngãi và Hà Nam với tổng công suất xấp xỉ 300triệu lít/năm cho loại bia lon và bia hơi Theo công bố của Sabeco, doanh nghiệp này đãhoạch định mục tiêu tăng trưởng sản xuất giai đoạn 2011-2015 có tốc độ tăng trưởng bìnhquân giá trị sản xuất công nghiệp đạt 14-16%/năm, sản lượng bia tăng 13-15%/năm và sẽ đạt1,8 tỉ lít vào năm 2015

Tham gia với cuộc chạy đua đầu tư bia với các doanh nghiệp trong nước còn có các doanhnghiệp nước ngoài Những năm gần đây hàng loạt nhãn hiệu bia ngoại nhập khẩu đã đổ bộvào thị trường VN Tại các siêu thị, cửa hàng bán lẻ bia ngoại nhập được bày bán phổ biếnnhư các thương hiệu bia sản xuất trong nước Các loại bia như Corona, Budweiser, BitBurger, Leffe Brown, Hoegaarden White, MOA, Cooper, Bavaria xuất xứ Mexico, Đức, Bỉ,

Hà Lan đã trở nên quen thuộc với nhiều người, cho dù giá các loại bia này cao gấp 2-3 lần

so với bia sản xuất trong nước Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà máy bia Việt Nam (VBL)với thương hiệu bia Heiniken dự kiến sẽ nâng công suất sản xuất bia của nhà máy tại quận 12

từ 280 triệu lít/năm lên 420 triệu lít/năm trong vòng 12 tháng tới

Từ các thông tin trên, ta thấy nhu cầu tiêu thụ bia trong cả nước là rất lớn Đây là một thịtrường rất giàu tiềm năng và cần tiếp tục khai thác Trên cơ sở đó, em thực hiện đề tài: “Thiết

kế phân xưởng lên men bia năng suất 30 triệu lít/năm” với tỉ lệ malt : thế liệu gạo là 3 : 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về bia

Bia là một loại nước giải khát có gas, có độ cồn rất thấp, giàu chất dinh dưỡng, vị đắng vàhương thơm rất đặc trưng.Bia là sản phẩm của quá trình lên men ethanol từ dịch nha, không quachưng cất, dịch nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu tinh bột, protein (như gạo, ngô, đạimạch…), hoa houblon và nước

So với các loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như:

• So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%) Do đó nếu sử dụng biađúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể

• So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại

• Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp 400 – 800 kcal

• Với hàm lượng CO2 khá cao (0,4 – 0,5g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kíchthích quá trình tiêu hóa tốt hơn

• Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3 – 4% làcác chất khoáng Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin, acid hữu cơ, một

số vitamin như B1, B2, PP

• Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống một lượng bia vừa phải mỗingày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơ thể hưng phấn hơn và hiệu quảlàm việc cao hơn

Nhờ có những ưu điểm này mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản lượng vàchất lượng ngày càng được nâng cao

1.2 Malt đại mạch

Malt đại mạch được xem là nguyên liệu chính sản xuất bia Đại mạch là một loại ngũ cốcvùng ôn đới thuộc nhóm thực vật có hạt, lớp một lá mầm, họ hoà thảo.Đại mạch là loại thực vậtmột năm Dựa vào mùa vụ chúng được chia thành 2 nhóm chính: đại mạch mùa đông (gieo hạtmùa đông, thu hoạch mùa hè), đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu hoạch mùa thu).Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên các bông đại mạch mà chia đại mạch thành 2 loại:

• Đại mạch 2 hàng: Chỉ có một hạt phát triển ở mỗi đốt vì các hoa nhỏ mọc bên cạnh khôngsinh sản, từ trên nhìn xuống chỉ có một hạt có thể nhìn thấy ở bên trái và bên phải Hạt đạimạch to, đều đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng Các hạt rất đồng đều và hàm lượng chấthoà tan tương đối cao Hạt đại mạch 2 hàng trồng tốt nhất vào mùa xuân và chúng có tất

cả các đặc điểm mong muốn trong sản xuất bia

• Đại mạch 6 hàng: có kích cỡ không đồng nhất, bởi vì các hạt thiếu không gian để pháttriển đầy đủ, hàm lượng protease nhiều Nên không thích hợp sử dụng sản xuất bia

Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt xanh, hạt malt xanh lạitiếp tục qua quá trình sấy khô và tách mầm sẽ thu được các hạt malt dùng cho sản xuất bia Saukhi qua quá trình ươm mầm, các enzyme có trong hạt sẽ được hoạt hoá, đồng thời sản sinh ra một

số enzyme mới.Bên cạnh đó, những cơ chất có phân tử lượng lớn như tinh bột, protein… tronghạt malt sẽ bị thuỷ phân một phần, giúp cho quá trình nấu sau này dễ dàng hơn.

Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch

Tạo ra các sản phẩm bia có các mức chất lượng khác nhau.

Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng

1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu

Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid Vì vậy các loại ngũ cốc thường được chọn làm thế liệutrong sản xuất bia

Khi sử dụng thế liệu, chất lượng của thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc, mùi vị củabia Vì vậy phải quan tâm đến thành phần hóa học của thế liệu

1.3.3 Chọn thế liệu

Thế liệu là gạo do có những ưu điểm sau:

• Có sẵn ở thị trường trong nước với giá rẻ, chất lượng cao

• Với hàm lượng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và cellulose ở mứcthấp, khả năng hòa tan tốt có thể đến 90% chất khô

• Trong nguyên liệu thay thế không có các enzyme thủy phân hoặc có rất ít và không hoànchỉnh Do đó khi sử dụng tỉ lệ nguyên liệu thay thế lớn thì phải bổ sung thêm chế phẩmenzyme nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân trong khi nấu

1.3.4 Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng sản xuất bia

Houblon là dạng cây leo (tên khoa học là Humulus Iupulus), cao 5-7 m, thường chỉ sử dụng

hoa cái chưa thụ phấn trong sản xuất bia

Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon

Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất đối với công nghệ sản xuất bia là chất đắng (α -acid,

β-acid tinh dầu thơm và thứ ba là polyphenol

• Chất đắng: Là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làm cho bia có vị đắng dịu, tạo

ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia Khi hòa tan vào dịch đường và tồn tại trongbia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp chobia có khả năng giữ bọt lâu Với nồng độ thấp các chất đắng cũng có khả năng ức chế rấtmạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất cao và do đó làm tăng độ bền củabia thành phẩm

- α-acid: gồm humulone (35-70%), cohumulone (20-55%), adhumulone (10-15%),prehomulone (1-10%) và posthumulone (1-5%)

- β-acid: gồm lupulone (30-55%), colupulone (20-55%), adlupulone (5-10%),prelupulone (1-3%), postlupulone (7% )

- α-acid có độ đắng thấp hơn β-acid nhưng độ hoà tan lại tốt hơn Do vậy, khi trích lyquan tâm đến α-acid nhiều hơn

• Tinh dầu: hơn 200 chất (terpen, ether, hợp chất chứa lưu huỳnh…) tạo cho bia có một mùithơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu

• Polyphenol: dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịchđường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm

Các dạng sản phẩm hoa Houblon:

• Hoa tươi: có độ ẩm cao(75 – 80%), khó bảo quản nên ít sử dụng

• Hoa khô: Hoa tươi được sấy khô ở nhiệt độ nhỏ hơn 550C, đến độ ẩm 8-10% Thườngđược bào quản ở nhiệt độ 0oC, trong kho kín để hạn chế mất mùi.

• Bột hoa khô: Hoa khô được sấy về độ ẩm 4 – 6%, sau đó nghiền, rây (2- 8mm), cuối cùngbao gói trong bao bì chân không hoặc sử dụng CO2 hay N2

• Hoa viên: dùng bột hoa khô tiến hành định hình tạo viên

• Cao hoa: dùng một số dung môi hữu cơ thích hợp (ethanol, chlorua methylene, hexane,

CO2 lỏng…) để trích ly chất đắng trong hoa ra Sau đó dùng biện pháp thích hợp táchdung môi ra thu được dung dịch đậm đặc chất đắng đem cô đặc ta được hoa cao Hàmlượng chất đắng trong cao hoa nhiều hơn, sử dụng thuận tiện hơn và hiệu quả hơn Giá trịchất đắng trong 1 kg cao hoa bằng 5 – 6 kg hoa cánh hay hoa viên Nhưng hàm lượng tinhdầu thơm trong hoa cao kém do đó thường sử dụng phối hợp cao hoa với hoa viên

1.5 Nước

Trong quá trình sản xuất bia, nước được sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công đoạnchính như nấu, lọc, pha loãng dịch đường… Trong thành phần bia thành phẩm, nước cũng chiếmmột lượng lớn (80 – 90%) Bởi vậy, nước dùng trong sản xuất bia phải có chất lượng tốt, đáp ứngđược các chỉ tiêu quan trọng

• Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi, không vị

• Chỉ tiêu vi sinh: ≤ 100cfu/ml

Nếu như nước không đạt tiêu chuẩn, phải tiến hành xử lý trước khi đưa vào sản xuất

1.6 Nấm men

Nấm men sử dụng trong lên men bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces

có nhiệt độ sinh trưởng là 25 – 30oC nhưng có thể phát triển được ở 2 – 3oC Kích thước trungbình 6 - 9µm Nấm men sinh sản dưới hình thức nẩy chồi và thuộc loại hiếu khí không bắt buộc.Trong điều kiện có oxy chúng tiến hành quá trình tăng sinh khối là chính Trong điều kiện không

có oxy chúng tham gia quá trình lên men để tạo C2H5OH, các sản phẩm lên men khác như: rượubậc cao, ester, aldehyde, acid hữu cơ… và CO2

Sử dụng nấm men chìm Saccharomyces cerevisiae có đặc điểm:

• Lên men nhanh

• Quá trình lên men xảy ra trong lòng môi trường.

• Nhiệt độ lên men 0 – 10oC

• Lên men được glucose, mannose, galactose, fructose, sacarose, maltose, melibiose

• Lên men ôn hòa nhưng triệt để Có khả năng lên men 100% đường rafinose Từ giốngthuần chủng, nấm men sẽ được cho qua hệ thống nhân giống rồi đưa vào sản xuất Nấmmen được thu hồi có thể tái sử dụng đến đời thứ 7, thứ 8

• các tế bào nấm men có khả năng kết chùm hoặc chuỗi và lắng nhanh xuống đáy, giúp quátrình tự làm trong của bia nhanh hơn, tốt hơn

1.7 Các chất phụ gia

Trong qui trình sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu được như đã nói trên,người ta còn phải dùng đến một số nguyên liệu hoặc các hoá chất phụ, gọi chung là phụ gia để dễquản lý Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ, mà hàm lượng các chất phụ gia sử dụng khácnhau Các phụ gia này chia làm hai nhóm chính:

• Nhóm phụ gia gián tiếp: Nhóm này gồm tất cả nguyên liệu và hoá chất được sử dụngtrong quy trình công nghệ, song không được phép có trong thành phần của sản phẩm.Vídụ: các loại bột trơ lọc (kieselguhr, PVPP - Polyvinyl Pyrrolydone,…), các hóa chất dùng

để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng sản xuất như H2SO4, NaOH…

• Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất được phép có mặt trongthành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ trong một giới hạn hàm lượng chophép Ví dụ: nhóm hoá chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nước công nghệ (nướcnấu bia) như HCl, Na2SO4, KOH, CaCl2,…; nhóm các hóa chất đưa vào ngăn chặn quátrình oxy hoá những thành phần trong bia như acid ascorbic; nhóm tạo màu cho bia:caramel

1.8 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy

như đã nói ở trên ta thấy một nhà máy bia cần phải đặc ở nơi có nguồn nước tốt và có giao thongthuận lợi cho việc vận chuyển bia, các nguyên liệu cũng như nơi phải có nguồn lao động dồi dào

và chất lượng cao Qua khảo sát tại khu công nghiệp tây bắc củ chi tphcm Với vị trí địa lí nhưsau: khu công nghiệp tây bắc củ chi tọa lạc ở trung tâm huyện củ chi cách trung tâm thành phố32km về phía tây, cách cảng sài gòn 36 km, nằm sát đường suyên á do đó thuận lợi cho việc giaothong qua lại giữa tphcm với campuchia, thái lan

HẠ TẦNG CƠ SỞ VÀ CÁC THÔNG TIN KỸ THUẬT

Tổng diện tích: 220,643Ha được phân bổ như sau:

Bảng 1-4: Cơ sở hạ tần của khu công nghiệp tây bắc củ chi

01 ĐẤT XÂY DỰNG NHÀ MÁY , XÍ NGHIỆP 133,243 60,47

Đường giao thông được trải nhựa

- Đường chính dài 3,2Km, mặt đường rộng 23m

- Đường nội bộ, mặt đường rộng 15m được bố trí cho mỗi khu đất đảm bảo cho cáclọai xe Container ra vào thận lợi

Hệ thống giao thông bên trong và bên ngoài Khu Công Nghiệp kết hợp với nhau tạo thànhmột hệ thống giao thông hoàn chỉnh, thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hoá

Hệ thống điện trung thế 22Kv thuộc mạng lưới quốc gia

Hệ thống thoát nước mưa, nước bẩn được bố trí trước hàng rào xí nghiệp để đấu nối với hệthống của các xí nghiệp, trong Khu Công Nghiệp có nhà máy xử lý nước thải tập trung và xử

lý nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp trong Khu Công Nghiệp thải ra

Có nhà máy và hệ thống cung cấp nước sạch dẫn đến hàng rào các xí nghiệp

TIỆN ÍCH CÔNG CỘNG

Có trạm y tế để khám và chữa bệnh cho các chuyên gia và công nhân

Có trạm phòng cháy và chữa cháy

Có sân thể thao, công viên để các chuyên gia và công nhân giải trí, thư giãn

Có trạm bưu điện phục vụ đầy đủ các dịch vụ về bưu chính và viễn thông và các lines điệnthoại cung cấp đầy đủ đến các xí nghiệp

Có văn phòng giao dịch, trao đổi ngoại tệ

Có văn phòng hải quan để giải quyết các vấn đề và các thủ tục xuất nhập khẩu

DỊCH VỤ TRONG KHU CÔNG NGHIỆP

Dịch vụ tuyển dụng lao động, chuyên viên và đào tạo tay nghề

Dịch vụ kho bãi và vận chuyển container

Dịch vụ xuất nhập khẩu

Dịch vụ thu gom rác dân dụng, công nghiệp và các chất thải rắn

Dịch vụ cung cấp nước sạch và xử lý nước thải

Dịch vụ cung ứng xăng dầu và chất đốt, gas

Các dịch vụ khác theo yêu cầu của nhà đầu tư

- Qua khảo sát trên ta thấy ở khu công nghiệp tây bắc củ chi là địa điểm rất thích hợp cho việcđặc nhà máy

- diện tích của nhà máy bia là 47 ha

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.9 Quy trình công nghệ

Hình 2-1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất bia chai từ 70% malt đại mạch và 30% gạo

Nấu dịch nhaLọc dịch nha và rửa

bãNấu Tách bã Làm lạnhCung cấp oxy cho dịch nhaCấy giốngLên men chínhLên men phụLọc biaLàm lạnhBão hòa CO2Rót chai, đóng nắpThanh trùng

NướcNướcHoublon

CO2Nhân giống

Bã malt

Bã houblon

CO2

Bã menCặn menCặn

Bia chaiBao bì

Không khí

vô trùng

Tạp chất

Tách tạp chất Nghiền

Tạp chất

Tách tạp chất Nghiền

Xử lý thế liệu

NướcMalt lótTạp chất

Nấm men

bia

Dán nhãnRửa

1.10 Thuyết minh quy trình công nghệ

1.10.1 Tách tạp chất của malt và gạo

• Mục đích: chuẩn bị

- Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại…Tách tạp chất làmột quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa sản xuất

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Quá trình tách tạp chất không gây ra những biến đổi hóa học bên trong hạt nguyênliệu

• Thiết bị

- Người ta sử dụng thiết bị làm sạch nguyên liệu với hệ thống rây và quạt và nam thiết bị

có từ tình để tách kim loại Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hoặc quánhỏ ra khỏi hạt Còn quạt sẽ tách đi các tạp chất nhẹ như bụi, rơm rạ…Ngoài ra, người

ta còn dùng thiết bị tách từ để loại bỏ sắt bị lẫn trong nguyên liệu

1.10.2 Nghiền malt và gạo

• Mục đích: chuẩn bị

- Malt và gạo được nghiền nhỏ, giảm kích thước, tăng diện tích tiếp xúc với nước giúpquá trình thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu quả cao

• Các biến đổi của nguyên liệu

- Trong quá trình nghiền xảy ra các biến đổi vật lý như kích thước hạt nguyên liệu giảm,nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát Các nhà sản xuất thường tiến hành quá trình nấudịch nha ngay sau khi nghiền xong nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt tính enymetrong khối malt

• Thiết bị và thông số công nghệ

- Do hạt malt có cấu tạo không đồng nhất

+ Vỏ gồm: cellulose, lignin, các hợp chất polyphenol, các chất đắng, SiO2 Cellulose

và lignin không tan trong nước, không bị biến đổi dưới tác dụng của enzyme trongmalt Các hợp chất còn lại thì có thể hòa tan vào nước đi vào thành phần dịchđường sẽ làm cho bia có vị đắng chát, khó chịu(đặc biệt là polyphenol) Đây lànhững thành phần không mong muốn có trong bia nên không cần phải nghiền mịnmalt Ngoài ra, vỏ trấu sau này được tận dụng tạo thành một lớp lọc rất hiệu quả,

hỗ trợ tốt cho quá trình lọc Vì vậy phần vỏ không nên nghiền mịn, nghiền càng thôcàng tốt

+ Nội nhũ: gồm các tế bào tinh bột, liên kết nhau qua lớp kết dính protein vàhemicellulose Ngoài ra, còn có đường, dextrin và một số hợp chất khác Do trongnội nhũ chứa các thành phần chất hòa tan cần thiết cho dịch đường nên cần nghiềnmịn

- Như vậy trên cùng 1 hạt malt, 2 vùng khác nhau yêu cầu 2 mức độ nghiền khác nhau.Không thể cùng lúc thỏa mãn cả 2 yêu cầu.Đồng thời, khi tiến hành nghiền mịn phần

nội nhũ thì quá trình trích ly các chất tan tốt, nhưng quá trình lọc bã lại lâu do trở lựctăng Do đó, phải tối ưu hóa quá trình nghiền.

- Riêng thế liệu gạo chỉ còn lại nội nhũ Do vậy có thể nghiền càng mịn càng tốt

- Qua những yêu cầu nêu trên ta chọn các thiết bị phù hợp

+ Đối với malt: chọn phương pháp nghiền ướt Trước khi nghiền, malt được cho qua

hệ thống phun hơi nước ấm có nhiệt độ 58°C để làm ẩm malt, nước hòa trộn vớimalt khô tạo thành một hỗn hợp có nhiệt độ 50°C Nghiền ướt có tác dụng làmmềm vỏ malt, tránh cho vỏ bị nghiền nát nhiều Vỏ malt không bị nghiền quá nhỏ

sẽ giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn, cũng như giúp giảm bớt ảnh hưởng của cácchất đắng và chất chát có trong vỏ malt Ngoài ra, nhiệt độ nghiền không cao nênkhông ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính enzyme, giúp tạo môi trường pH thích hợpcho dịch đường Người ta sử dụng thiết bị nghiền 6 trục, khoảng cách giữa hai trụccủa cặp trục thứ nhất, thứ hai, thứ ba lần lượt là 1,2 – 1,4mm; 0,6 – 0,8mm và 0,3 –0,5mm Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền malt như sau: trấu 15 – 18%,tấm lớn 12 – 15%, tấm nhỏ 30 – 35%, bột 25 – 35%

+ Đối với gạo: sử dụng thiết bị nghiền búa Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiềngạo là: tấm lớn 30 – 35%, tấm nhỏ 40 – 45% và bột 20 – 25%

1.10.3 Xử lý thế liệu

• Mục đích: chuẩn bị

- Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho quá trình đường hóa tinh bột xảy ra nhanh hơn và

dễ dàng trong quá trình nấu dịch nha kế tiếp Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồhóa và dịch hóa phần tinh bột có trong thế liệu Các nhà sản xuất có thể sử dụng chếphẩm enzyme α - amylase từ vi sinh vật hoặc từ trong malt lót để giúp cho giai đoạn

hồ hóa và dịch hóa diễn ra nhanh hơn Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15% sovới khối lượng thế liệu

• Các biến đổi của nguyên liệu

- Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làmtăng độ nhớt của khối nguyên liệu Khi nhiệt độ tăng đến 100oC thì cấu trúc hạt tinhbột bị phá vỡ, giải phóng các sợi amylose và amylopectin ở dạng tự do, đồng thời độnhớt khối nguyên liệu sẽ giảm xuống

- Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của α - amylase làmgiảm khối lượng phân tử

- Hóa học: đường và acid amin tự do có trong nguyên liệu có thể bị phân hủy

• Thiết bị và thông số công nghệ:

- Tỷ lệ thế liệu gạo và malt sử dụng là 3:7 Do lượng gạo sử dụng 30% là trung bình nên

ta chỉ sử dụng enzyme có trong malt lót (chủ yếu là α - amylase có topt= 70 – 75oC và

pHopt=5,3 – 5,8) mà không cần dùng chế phẩm enzyme

- Thiết bị có hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy có lớp vỏ áo để gia nhiệt, bên trongthiết bị có cánh khuấy

• Phương pháp thực hiện: trộn gạo với lượng bột malt khoảng 20% so với lượng gạo vàonước 500c và giữ nhiệt độ này trong 20 phút Tỷ lệ bột nước là 4 :1 Tiếp đó tang dần nhiệt

độ lên 72-750c với tốc độ 1 phút tang 1 độ và giữ trong 10 phút Sau đó tiếp tục tăng đến

850c và giữ trong 15 phút để tinh bột gạo được hồ hóa sau đó đun sôi khối cháo trong

30-40 phút

1.10.4 Nấu dịch nha

• Mục đích: khai thác

- Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước

và thủy phân những cơ chất có phân tử lượng cao(tinh bột, protein, β-glucan…) thànhnhững chất có phân tử lượng thấp(đường, acid amin…) để nấm men bia sử dụng trongquá trình lên men tiếp theo

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Hóa lý: khi bắt đầu quá trình nấu, sự hòa tan và trích ly các chất có phân tử lượng thấptrong malt vào nước (đường, acid amin, một số vitamin, khoáng…) Khi kết thúc quátrình nấu, các enzyme sẽ bị đông tụ do tác dụng của nhiệt

- Hóa sinh: xảy ra nhiều loại phản ứng, quan trọng nhất là phản ứng thuỷ phân

+ Hệ protease xúc tác thủy phân protein tạo sản phẩm là các polypeptid và peptid(endoenzyme), acid amin (exo-enzyme), topt= 45 – 50oC và pHopt= 5,5

+ β-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm là maltose; topt= 60 – 65oC và

pHopt=5,2 – 5,6

+ α-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là dextrin và cácoligosaccharide; topt= 70 – 75oC và pHopt=5,3 – 5,8

+ Thủy phân hemicellulose: sản phẩm β-glucan mạch ngắn

+ Thủy phân một số hợp chất hữu cơ có chứa acid phosphoric: giải phóng acidphosphoric

- Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóapolyphenol

• Thiết bị và thông số công nghệ

- Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu đã trình bày ở trên

Có nhiều phương pháp nấu dịch nha, ở đây chọn phương pháp đun sôi một lần (phầnthế liệu gạo sẽ được xử lý bằng cách đun sôi trong một thiết bị riêng)

- Sau khi nồi nấu thế liệu bắt đầu sôi thì bắt đầu cho malt và nước với nhiệt độ 500c vàothiết bị nấu với tỷ lệ nước bột là 1:4 (w/w) Giữ nhiệt hỗn hơp ở nhiệt độ này trongthời gian 30 phút, thực hiện quá trình đạm hóa Enzyme protease sẽ phân cắt proteinthành những chất có phân tử lượng thấp hơn như pepton, polypeptid và acid amin.Pepton, polypeptid góp phần làm cho bia có vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo vàgiữ bọt cho bia Acid amin, dipeptid là nguồn dinh dưỡng nitơ rất quan trọng cho nấmmen sinh trưởng và phát triển

- Sau đó, tiến hành phối trộn phần thế liệu gạo đã được hồ hóa và đun sôi ở 100oC vàothiết bị nấu Thời gian bơm dịch gạo vào thiết bị nấu khoảng 10 phút Trong lúc phốitrộn sẽ bổ sung thêm nước để hiệu chỉnh nhiệt độ hỗn hợp trong nồi ở 65oC Tại đâygiữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút Ở nhiệt độ này, hai enzyme α - amylase và β -amylase sẽ cùng tiến hành phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin Tiếp theo, gianhiệt hỗn hơp lên 72oC và giữ ở 72oC cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa (kiểmtra bằng phương pháp thử với dung dịch I2 0,02N) Sau cùng gia nhiệt hỗn hợp lên

78oC rồi bơm qua nồi lọc Lưu ý: trong suốt quá trình nấu, cánh khuấy luôn hoạt động

• Biến đổi của nguyên liệu:

- Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chấtkhông tan)

• Thiết bị và thông số công nghệ:

- Quá trình lọc được thực hiện bằng nồi lọc đáy bằng với lớp vật liệu lọc là lớp bã Nồilọc được chế tạo từ thép không gỉ có 2 đáy: đáy dưới bằng, đáy trên là lưới gồm nhiều

mảnh nhỏ ghép lại tạo thành các rảnh có kích thước nhỏ, bã malt nằm trên lưới tạothành lớp vật liệu lọc Bên trong thiết bị có bộ phần đánh tơi bã lọc, có cánh khuấy

- Trước khi tiến hành lọc, nồi lọc cần được vệ sinh kỹ bằng nước Dịch đường từ nồiđường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lần sang nồi lọc, đồng thời bật cánhkhuấy và hệ thống đánh tơi bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặt đáy giả Sau khihết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao Dịch đường được để yên 20phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịchđường còn đục nên ta cho hồi lưu trở lại nồi lọc Khi dịch đường bắt đầu trong thì khoávan hồi lưu, thu dịch đường Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần domàng lọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bãtạo lại lớp màng lọc Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc Thời gian ép dịch lọc khoảng

90 phút Sau đó tiến hành rửa bã

- Tiến hành rửa bã gián đoạn, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C, pH=6,5 Sau khi thu hếtdịch đường, khoá van xả dịch, cho lượng nước rửa bã vào, cho cánh khuấy quay vớivận tốc 4 – 5 vòng/phút để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vàodịch Sau đó tắt cánh khuấy để yên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơmsang nồi nấu hoa houblon với dịch lọc trước đó Tiếp tục cho đến khi hàm lượngđường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx, thường là rửa 2 -3 lần Thời gian rửa bã khoảng 60 –

120 phút Lượng nước rửa bã được sử dụng sao cho thu được lượng thể tích dịch cần

- Chú ý: chiều cao màng lọc thường là 30 – 60cm Tốc độ lọc 0,5 – 4,5 m/s, nước nhađầu có 16 – 20oPt, 40 – 50% thể tích Thời gian cho quá trình lọc và rửa bã: thời gianchuẩn bị 50 – 60 phút, thời gian lọc 60 – 110 phút, thời gian rửa bã 60 – 120 phút, thờigian tháo bã và vệ sinh 30 – 40 phút

1.10.6 Đun sôi dịch hoa với hoa Houblon

• Mục đích: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên men

- Trích ly các chất đắng, tinh dầu, polyphenol từ houblon vào dịch nha, đồng phân hóamột số chất đắng để tăng độ hòa tan của chất đắng

- Góp phần điều chỉnh độ chất khô dịch nha

- Vô hoạt enzyme, đông tụ các protein kém bền nhiệt

- Được xem như quá trình thanh trùng: tiêu diệt vi sinh vật

- Đun sôi ở 100oC trong thời gian dài sẽ xảy ra phản ứng Maillard, hình thành một sốhợp chất có lợi làm tăng cường độ màu của bia

- Tách một số hợp chất dễ bay hơi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Vật lý: có sự thay đổi về tỉ trọng của dịch nha

- Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard (có lợi do tăng độ màu, ổn định độ bền bọt chobia), phản ứng đồng phân hóa chuyển các α-acid thành iso α-acid giúp tăng độ hòatan, đường và acid amin bị phân hủy, pH giảm 0,1 – 0,2 đơn vị

- Hóa lý: Các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra quá trìnhđông tụ protein, sự tạo phức giữa protein trong malt đại mạch và polyphenol trong hoahoublon sẽ hình thành kết tủa, có sự bay hơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơitrong dịch nha.

- Sinh học: hệ vi sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt

• Thiết bị và thông số công nghệ

- Thiết bị có dạng hình trụ đứng Bên trong thiết bị có bộ phận gia nhiệt dạng ống để dẫnhơi vào

- Lượng houblon sử dụng được tính theo lượng alpha acid (7 – 20g alpha acid/hL) Sửdụng phương pháp bổ sung hoa houblon hai lần: lần 1 khi dịch nha bắt đầu sôi, lần 2 là

15 phút trước khi kết thúc Với phương pháp này sẽ có ưu điểm là tổn thất tinh dầu íthơn

- Thiết bị nấu hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻ nấu Ngay từ khi dịch lọc đưa sangnồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừa phải để duy trì nhiệt độ dịch lọc khoảng

78oC Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tới khi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã đượcbơm sang nồi hoa thì dịch đường trong nồi cũng vừa sôi Khi dịch nha vừa bắt đầu sôiđược khoảng 15 phút thì cho toàn bộ cao hoa và một nửa hoa khô vào nồi Trước khikết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung phần hoa khô còn lại vào nồi nấu Tỷ lệ caohoa/hoa khô = 1/3 Tổng thời gian đun dịch nha với hoa houblon không quá 2 giờ

- Sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn

- Dịch đường ra khỏi nồi hoa được bơm vào thùng lắng xoáy theo phương tiếp tuyến vớitiết diện hình tròn của thiết bị với vận tốc 12 – 14m/s Dưới tác dụng của lực ly tâm vàtrọng lực các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuốngphần đáy hình trụ Phần dịch lỏng đã tách cặn nằm phía trên sẽ được tháo ra khỏithùng, có nhiệt độ khoảng 95˚C được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh Cặn tập trung

ở đáy thùng khi bơm hết dịch được xối nước xả bã ra ngoài Thời gian lắng xoáykhoảng 30 phút

- Dịch nha thu được có các chỉ tiêu:

+ pH = 5,2 – 5,4

+ Nồng độ chất khô: 10 – 13oPt

+ Hàm lượng monosaccharide: glucose 7 – 15g/l, fructose 0,5 – 2g/l

+ Disaccharide: sucrose 2 – 6g/l, maltose 45 – 65g/l (maltose là đường khử chủ lực).+ Trisaccharide dồm có maltosetriose, raffinose…

+ Dextrin: DP > 10 chiếm 12,5mg/l, DP 4 – 9 chiếm 9,8 mg/.

+ β glucan và gum: 200 – 800 mg/l

+ Nitơ tổng: 500 – 1100mg/l

+ Nitơ amin tự do: 100 – 250mg/l xác định theo phương pháp ninhydrine

+ Phân đoạn nitơ theo Lundin: A (20 – 25%), B (15 – 20%), C (55 – 60%)

+ Các chất khác: acid nucleic, vitamin, khoáng, polyphenol…

1.10.8 Làm lạnh dịch nha

• Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ 95oC về nhiệt độ lên men

- Hóa lý: một số phân tử protein bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành nêncặn mịn

• Thiết bị:

- Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

- Yêu cầu của quá trình phải thực hiện nhanh và kín để hạn chế quá trình nhiễm vi sinhvật và hoạt hóa bào tử

- Thông thường người ta dùng nước lạnh để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95oC về 40oC, sau

đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men bia sử dụng.Nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường dao độngtrong khoảng 14 – 18oC

1.10.9 Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men

• Mục đích: chuẩn bị cho quá trình lên men bia

• Các biến đổi của nguyên liệu: khi sục không khí vô trùng vào dịch nha, oxy sẽ hòa tan vàodịch nha

• Thiết bị và thông số công nghệ:

- Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha có dạng ống hình trụ được đục lỗ trên thân đượcđặt trong thiết bị lên men chính Người ta sẽ nén không khí vô trùng vào ống trong.Nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12 mg/l

- Để cấy giống nấm men, người ta sẽ bơm canh trường nấm men vào đường ống dẫndịch nha từ thiết bị nạp oxy đến thiết bị lên men

1.10.10 Lên men chính

• Mục đích: chế biến

• Quá trình lên men chính gồm 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 (2 ngày đầu tiên): nấm men sẽ nảy chồi, phát triển mạnh dần, sinh khối đạtcực đại ở cuối ngày thứ hai Đồng thời là sự giảm dần nồng độ chất hoà tan trong dịchđường, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều bóng khí to thô bám xung quanh thùng và ở

cuối ngày thứ hai có thể tạo một lớp bọt khí mỏng gồm nhiều bóng khí CO2 ở bề mặtmôi trường lên men

- Giai đoạn 2 (2 ngày tiếp theo): quá trình lên men bắt đầu chuyển từ quá trình lên menhiếu khí (tăng sinh khối nấm men) sang kiểu lên men kị khí (tạo C2H5OH và CO2), bọtbia xuất hiện nhiều và nhanh hơn, bóng khí khô và mịn hơn Đồng thời là sự giảmmạnh nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt độ tăng nhanh hơn

- Giai đoạn 3 (2 – 3 ngày tiếp theo): trong giai đoạn này sự lên men xảy ra mãnh liệtnhất thể hiện rõ qua sự giảm nhanh nồng độ chất hoà tan cùng sự tăng rất nhanh nhiệt

độ lên men Chính trong giai đoạn này môi trường lên men đang tích luỹ nhiều diacetylnhất đồng thời khí CO2 thoát ra cũng nhiều nhất Lúc này cần theo dõi chặt chẽ biếnđộng của nhiệt độ, ngăn chặn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ lớn nhất củaphương pháp lên men đang áp dụng

- Giai đoạn 4 (1 – 2 ngày cuối cùng): giai đoạn này cường độ lên men yếu dần, nồng độchất hoà tan giảm chậm nhiệt độ ổn định và theo chiều hướng giảm dần, một bộ phậnnấm men sẽ bắt đầu lắng cùng với những thành phần keo tụ của protein, tannin, nhựađắng houblon

• Các biến đổi của nguyên liệu:

- Sinh học: sự phát triển sinh khối và tăng về khối lượng nấm men

- Hóa sinh:

+ Sự trao đổi chất của nấm men

+ Trao đổi glucid

+ Trao đổi các hợp chất nitơ

+ Trao đổi lipid

- Hóa lý:

+ Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: pH giảm dần trong thời kỳ lên men chính.+ Sự thay đổi thế oxyhóa khử: Do sự tương tác của oxy với các cấu tử trong dịch lênmen, sự tạo thành các chất có tính khử trong thời gian lên men

+ Sự kết mảng của tế bào nấm men

+ Sự tạo bọt: Do lượng CO2 tạo ra nhiều sau lên men

- Vật lý: sự tỏa nhiệt do trao đổi chất của nấm men

• Thiết bị và thông số công nghệ:

- Thiết bị lên men được đặt ngoài trời (tank out door) Nhiệt độ lên men được giữ ổnđịnh ở 8 – 15oC, áp lực trong thùng lên men được giữ ở 1,2 – 1,5 kg/cm2 Quá trình lênmen chính kết thúc khi hàm lượng đường lên men còn khoảng 1% Trong quá trình lênmen chính có tiến hành thu hồi CO2

- Khi quá trình lên men chính kết thúc thì nấm men bắt đầu kết lắng, áo lạnh ở phần côncủa thùng lên men sẽ làm việc, nhiệt độ ở vùng này giảm cùng với áp suất trong thùngđược giữ ở 1,2 – 1,5kg/cm2 sẽ thúc đẩy quá trình kết lắng của nấm men nhanh và chặthơn Mở van ở đáy côn, sinh khối nấm men sẽ được bơm đến khu vực xử lý và bảo

quản ở 0 – 1oC để tái sử dụng Nấm men có thể tái sử dụng đến đời thứ 7 Sau khi thuhồi nấm men thì sẽ chuyển sang quá trình lên men phụ.

1.10.11 Lên men phụ

• Mục đích: hoàn thiện

- Lên men lượng đường còn lại, bão hòa CO2 cho bia tươi, ổn định hương vị, độ trongsản phẩm

• Các biến đổi xảy ra:

- Ở giai đoạn lên men phụ các quá trình xảy ra hoàn toàn giống giai đoạn lên men chínhnhưng với tốc độ chậm hơn do hầu hết nấm men đã kết lắng và nhiệt độ thấp khoảng 0– 2oC Lên men phụ là tiếp tục quá trình lên men chính, nhằm chuyển hóa hết phầnđường có khả năng lên men còn sót lại trong bia non

- Ở giai đoạn này xảy ra các quá trình nhằm ổn định thành phần và tính chất cảm quancủa sản phẩm như hàm lượng diacetyl giảm, các acid hữu cơ tác dụng với rượu tạothành este Nhiệt độ và thời gian lên men phụ là 2 yếu tố quan trọng nhất ở giai đoạnnày Nhiệt độ thấp và thời gian dài là những điều kiện quan trọng nhất để thu nhậnđược bia cóđộ bền keo và chất lượng cao

- Hóa học:

+ Trong quá trình lên men phụ xảy ra quá trình oxy hóa khử một số thành phần củabia như: aldehyde, acid, các loại rượu, các chất màu, diacetyl…đồng thời giữachúng có sự tương hỗ về mặt hoá học, góp phần tạo nên thành phần và hương vịcủa bia

+ Trong quá trình này một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi các enzymeprotease có sẵn trong bản thân các tế bào nấm men Sản phẩm tự phân là cácpeptid, acidamin, và một vài thành phần của acid nucleid Các enzyme chủ yếu lànhóm enzyme peptidase và protease Chính các sản phẩm tự phân này có ảnhhưởng nhiều đến chất lượng của bia

+ Quá trình thủy phân protein (protelolysis)

- Hóa lý:

+ Sự kết tủa protein

+ Sự lắng trong bia

+ Bão hòa CO2 cho bia

• Phương pháp thực hiện: Quá trình lên men phụ thực hiện từ 18 – 20 ngày, nhiệt độ lênmen: 0 – 2oC

• Thiết bị và thông số công nghệ:

- Sử dụng thiết bị lọc dạng đĩa lọc

- Sử dụng chất trợ lọc diatomite để tách các cấu tử mịn hoặc polyphenol

- Lọc bia trong điều kiện kín để hạn chế sự thâm nhập của vi sinh vật và oxy không khívào bia

• Cách tiến hành: trong thùng phối trộn, bia và diatomite được khuấy trộn thành huyền phù.Sau đó huyền phù được bơm qua máy lọc nhiều lần để tạo thành màng lọc trên lưới lọc.Sau khi tạo được màng lọc thì bắt đầu điều chỉnh các van sao cho đạt được yêu cầu sau:một phần bia đục được đổ vào thùng phối trộn và huyền phù từ thùng phối trộn bị cuốntheo bia đục ở đường ống chính và được lọc trong Trong quá trình lọc phải bổ sung thêmdiatomite với lượng 50 – 100 g/hl

1.10.13 Làm lạnh bia

• Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình bão hòa CO2

• Các biến đổi của nguyên liệu: giảm nhiệt độ bia sau khi lọc từ 5oC về 0 – 1oC

• Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

1.10.14 Bão hòa CO2

• Mục đích:

- Bảo quản: bão hòa CO2 ức chế hoạt động vi sinh vật

- Hoàn thiện: Chuẩn hóa hàm lượng CO2 cho sản phẩm bia chai (hàm lượng 0,5%)

• Mục đích: hoàn thiện: Giúp quá trình vận hành dễ dàng, thuận tiện hơn

• Nguyên tắc chiết rót: Khác với sản phẩm dạng nước, trong thành phần bia có nhiều hợpchất hữu cơ và vô cơ hòa tan khác nhau, nhiều hợp chất keo, và khí CO2 tồn tại dưới dạngliên kết không chặt chẽ Các mối liên kết này phải được giữ ổn định tránh gây trào bia vàtổn thất CO2 Bia không bao giờ được rót ở áp suất bão hòa CO2 mà chiết rót theo nguyêntắc đẳng áp (phải đạt được trạng thái cân bằng áp suất giữa bồn chiết bia và bao bì chiếtrót), để bia có thể chảy vào bao bì một lượng đúng bằng trọng lượng riêng của nó

• Cách tiến hành:

- Vỏ chai được bốc ra khỏi két theo băng chuyền đến máy súc rửa chai Sau đó đượckiểm tra lại bằng máy soi chai Các chai bẩn không làm sạch được hay bị khuyết tậtđều được loại bỏ đi Các chai đạt tiêu chuẩn theo băng chuyền đến máy chiết bia vàđóng nắp chai Tại đây, băng tải sẽ vận chuyển chai vào vị trí khớp với các vòi chiết,chai được con đội nâng lên bịt kín chai vào van chiết bằng vòng ép cao su Lúc này

chai được hút chân không và đưa CO2 và sao cho áp lực CO2 trong chai và bồn chiếtbằng nhau Bia sẽ được chiết vào chai theo nguyên tắc đẳng áp Sau khi đóng nắp chai

sẽ đi qua máy kiểm tra mực bia trong chai

- Vì chai bia được sử dụng lại nhiều lần nên quá trình làm sạch chai trước khi rót bia làhết sức quan trọng Quá trình làm sạch chai được tiến hành như sau: Tráng chai bằngnước ấm → Phun dung dịch kiềm loãng → Ngâm rửa bằng dung dịch kiềm nóng(1–2% NaOH, 60–650C) → Rửa nước lần 1 → Rửa nước lần 2 → Rửa bằng nước sạch →Kiểm tra

1.10.16 Thanh trùng

• Mục đích: kéo dài thời gian bảo quản và ổn định chất lượng của sản phẩm

• Các biến đổi của nguyên liệu: các vi sinh vật và enzyme trong bia sẽ bị vô hoạt

• Phương pháp thực hiện: thanh trùng trong bao bì bằng thiết bị thanh trùng liên tục tunel.Chai bia được băng tải đưa vào thiết bị thanh trùng qua 5 vùng: vùng gia nhiệt (45oC),vùng thanh trùng (63oC), vùng làm nguội (45oC), vùng làm mát (35oC), vùng làm lạnh(25oC) Thời gian lưu của sản phẩm trong vùng thanh trùng là 20 – 30 phút Nước đượcphun cho vùng nào thì được thu gom ngay vào bể chứa tương ứng phía dưới Cả bể đượcgia nhiệt thường xuyên

1.10.17 Dán nhãn

• Mục đích công nghệ: hoàn thiện

• Thiết bị: sử dụng thiết bị dán nhãn hoạt động tự động theo phương pháp liên tục

Do nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, ở miền nam khí hậu có 2 mùa khácnhau vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ bia các mùa cũng khác nhau Mùa hè do thời tiết nóng nực nênnhu cầu sử dụng bia cao, trong khi mùa đông do thời tiết lạnh nhu cầu về bia giảm Do đó nhàmáy phải có kế hoạch sản xuất một cách hợp lý để lượng bia sản xuất ra tiêu thụ hết tránh lãngphí.

-Một năm nhà máy sản xuất 300 ngày, trung bình mỗi tháng sản xuất 25 ngày, những ngày cònlại để duy tu, bảo dưỡng máy móc thiết bị.tuy nhiên để tiện cho việc tính toán ta chỉ tính trungbình còn mỗi ngày

Năng suất trung bình một ngày: 30000000/300 = 100000(lít)

Mỗi ngày nấu 5mẻ, năng suất một mẻ khoảng: 20000(lít)

1.12 Tính cân bằng vật chất

Trong quá trình sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là không thể tránh khỏi nên trong trong quátrình tính toán ta đều phải tính đến lượng tổn thất ở từng công đoạn.Lượng tổn thất phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ thiết bị

Malt có hàm ẩm 6%, hiệu suất hoà tan 80%

Gạo có hàm ẩm 13%, hiệu suất hoà tan 85%

Tổn thất trong các quá trình lần lượt là:

- Nghiền: 0,5%

- Hồ hoá, đường hoá và lọc: 3% chất hoà tan

- Nấu hoa: 10% lượng dịch do nước bay hơi

- Lắng xoáy và lạnh nhanh: 2,5%.

- Lên men: 5%

- Lọc bia :1,5%

- Bão hoà CO2: 0,5%

- Chiết chai: 4%; chiết bock: 1%

Từ đó ta có các thong số cụ thể như sau:

1.12.1 Lượng bia sản xuất được với 70 kg malt và 30 kg gạo

Nguyên liệu

Độ ẩm(% khốilượng)

Độ trích ly( % chấtkhô)

Khối lượngriêng (kg/m3)

PHÂN XƯỞNG NẦU

Đơn vị tính Bia 12oS

Đối với malt

Lượng chất chiết thu được, Gccm = Gckm*0.80 kg 52,38

Đối với gạo

Lượng chất chiết thu được, Gcc = Gccbd*(1-0.03) kg 72,22

Lượng dịch nha thu được, Gdn = Gcc/0.12 kg 601,81

Thể tích dịch nha nóng, Vdnn = Vdn*1.04 lit 596,99

Thể tích dịch nha thu được ở phân xưởng nấu:

PHÂN XƯỞNG LÊN MEN

Đơn vị tính Bia 12oS

Thể tích bia 120s sau khi lên men, Vbslm = Vdn

Thể tích 28ias au lọc, Vbsl = Vbslm (1-0.016) lít 537,15

Tổn thất trong quá trình chiết rót, thanh trùng % 2,2

Thể tích bia 120s sau khi rót, thanh trùng

1.12.2 Lượng malt, gạo và hoa houblon cần dùng để sản xuất 100 (l) bia

Tính cân bằng vật chất cho 100 lit bia

Tổng cộng 19,04 kg

Lượng houblon cần dùng

Bia có độ đắng là 32BU, nghĩa là có 32mg chất đắng / lít bia

Hiệu suất chiết chất đằng trong hoa là 30%

Tổn thất trong quá trình nấu là 5%

Đơn vị tínhLượng chất đắng cần cho 100 lit bia 0,16

Lượng nguyên liệu sử dụng cho 1 mẻ

Hoa khô, mhk (Xem như hoa khô có lượng chất khô hòa tan

30%, có độ ẩm 8%; cao hoa tan hoan toàn) 22,86 kg

Lượng nước trong malt, Gn1 = mm*0.06 159,90 kg

Lượng chất khô trong malt, Gckm = mm - Gn1 2505,09 kg

Lượng chất tan trong malt, Gctm = Gckm*0.80 2004,07 kg

Lượng chất không tan trong malt, Gktm = Gckm*0.20 501,02 kg

Gạo

Lượng chất khô trong gạo, Gckg = mg - Gn2 993,66 kg

Lượng chất tan trong gạo, Gctg = Gckg*0.85 844,61 kg

Lượng chất không tan trong gạo, Gktg = Gckg*0.15 149,05 kg

Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ

Khối lượng nguyên liệu sử dụng, m = mm + mg 3807,13 kg

Lượng dịch đường đun sôi trong 1 mẻ, Vs = Vdn*m/100/1000 22,73 m3

Thể tích dịch đường lên men trong mỗi mẻ, Vlm=Vs (1-0.05) 21,59 m3

Thể tích dịch đường lên men trong mỗi ngày, Vlm * k 107,96 m3

Thể tích dịch đường lên men trong một năm, Vlm * k * 300 32387,66 m3

Lượng bia thu được sau quá trình lọc

Lượng bia 1 mẻ, Vbtt = (Vbsl*m)/100/1000 20,45 m3

Bã houblon

Lượng houblon không hòa tan, mkth = mhk*0.92*0.7 14,72 kg

Lượng bã thu được từ 1 mẻ, mkth = mh1m/(1-0.85) 98,13 kg

Bã men

Số chai

Số chai bị tổn thất trong quá trình bảo quản, n1 = n*0.002 120 chai

Số chai bị tổn thất trong quá trình rửa, n2 = n*0.01 600 chai

Tổn thất chai trong quá trình rót, đóng nắp, thanh trùng 1 %

Số chai bị tổn thất trong quá trình rót, đóng nắp, n3 = n*0.01 600 chai

Tổn thất chai trong quá trình xếp vào két 0,1 %

Số chai bị tổn thất trong quá trình xếp vào két, n4 = n*0.011 60 chai

Số chai thực tế cần dùng trong 1 mẻ, nt = n+n1+n2+n3+n4 61380 chai

Số pallet dùng trong 1 mẻ, Npm = Nkm/nk 64 pallet

Số nắp

Số nắp cần cho việc đóng nắp so với số chai thành phẩm 104 %

Tiêu hao cho mỗi mẻ SNm = 1.04*(n+n3+n4) 63086 nắp

Lượng diatomit trong quá trình lọc bia

Phụ liệu trong quá trình vệ sinh thiết bị

Nước clo

Lượng nước clo cần sử dụng cho 10m3 sản phẩm 1.6 kg

Lượng clo cần cho 1 mẻ, Gcl = 1.6*Vtp/10 3,2 kg

NaOH

Lượng NaOH cần sử dụng cho 10m3 sản phẩm 1,7 kg

Lượng NaOH cần cho 1 mẻ, Gnaoh = 1.7*Vtp/10 3,4 kg

Phụ liệu trong quá trình rửa chai

Sulphanol

Lượng tiêu thụ cho 10 triệu lit sản phẩm 225 kg

NaOH

Lượng NaOH dùng để rửa 1 triệu chai thành phẩm 1100 kg

Lượng NaOH dùng để rửa chai trong 1 năm 101,277 tấn