Thiết kế nhà máy sản xuất bia bằng phương pháp lên men hiện đại với năng suất 90 triệu lit bia năm

LỜI MỞ ĐẦUBia là loại nước giải khát truyền thống có từ lâu đời, bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, malt, gạo, hoa houblon, sau quá trình lên men, sẽ cho ra một loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, độ cồn thấp, mùi vị thơm ngon và bổ dưỡng. So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo được nhiều bọt khi rót, bọt là tính ưu việt của bia. Ngoài ra, trong bia còn chứa một hệ enzim khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hoá amylaza. Ngày nay bia là một trong những loại nước giải khát phổ biến nhất trên khắp thế giới và sản lượng của nó không ngừng tăng lên gắn liền với tên tuổi của những hãng bia lớn như Heineken (Hà Lan), Heninger (Đức), Carlberg ( Đan Mạch), Foster (úc), Tiger (xingapore),…với tổng sản lượng hàng tỉ lít bia mỗi năm, đã tạo công ăn việc làm cho nhiều lao động và thu về những lợi nhuận khổng lồ. Lượng bia sản xuất ngày càng tăng cùng với thiết bị và công nghệ sản xuất ngày càng hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Mặc dù quá trình sản xuất bia phức tạp và dao động một cách đáng kể giữa các nhà sản xuất, tuy nhiên trong suốt quá trình hình thành và phát triển, quy trình công nghệ sản xuất bia vẫn luôn giữ được các nét đặc trưng riêng của mình.Ở nước ta trong khoảng 10 năm trở lại đây, ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và công nghiệp sản xuất bia nói riêng đã có một diện mạo mới với nhiều nhà máy bia ra đời, nhiều sản phẩm mới được giới thiệu rộng rãi... nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ bia đang ngày càng tăng.Vì vậy, nhu cầu xây dựng một nhà máy bia sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, giá cả hợp lý, ổn định để cạnh tranh với các sản phẩm của các công ty nước ngoài đồng thời tiến đến xuất khẩu ra nước ngoài góp phần vào phát triển kinh tế của đất nước. Với những tác dụng của bia đối với đời sống con người và những yêu cầu thực tiễn nên tôi chọn đề tài tốt nghiệp : “Thiết kế nhà máy sản xuất bia bằng phương pháp lên men hiện đại với năng suất 90 triệu lit bia năm”

LỜI MỞ ĐẦU

Bia là loại nước giải khát truyền thống có từ lâu đời, bia được sản xuất từ cácloại nguyên liệu chính là nước, malt, gạo, hoa houblon, sau quá trình lên men, sẽcho ra một loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, độ cồn thấp,mùi vị thơm ngon và bổ dưỡng So với những loại nước giải khát khác, bia cóchứa một lượng cồn thấp và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo được nhiềubọt khi rót, bọt là tính ưu việt của bia Ngoài ra, trong bia còn chứa một hệ enzimkhá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hoá amylaza

Ngày nay bia là một trong những loại nước giải khát phổ biến nhất trênkhắp thế giới và sản lượng của nó không ngừng tăng lên gắn liền với tên tuổi củanhững hãng bia lớn như Heineken (Hà Lan), Heninger (Đức), Carlberg ( ĐanMạch), Foster (úc), Tiger (xingapore),…với tổng sản lượng hàng tỉ lít bia mỗinăm, đã tạo công ăn việc làm cho nhiều lao động và thu về những lợi nhuậnkhổng lồ Lượng bia sản xuất ngày càng tăng cùng với thiết bị và công nghệ sảnxuất ngày càng hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêudùng Mặc dù quá trình sản xuất bia phức tạp và dao động một cách đáng kể giữacác nhà sản xuất, tuy nhiên trong suốt quá trình hình thành và phát triển, quytrình công nghệ sản xuất bia vẫn luôn giữ được các nét đặc trưng riêng của mình

Ở nước ta trong khoảng 10 năm trở lại đây, ngành công nghiệp thực phẩmnói chung và công nghiệp sản xuất bia nói riêng đã có một diện mạo mới vớinhiều nhà máy bia ra đời, nhiều sản phẩm mới được giới thiệu rộng rãi nhưngvẫn không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ bia đang ngày càng tăng

Vì vậy, nhu cầu xây dựng một nhà máy bia sản xuất ra sản phẩm có chấtlượng cao, giá cả hợp lý, ổn định để cạnh tranh với các sản phẩm của các công tynước ngoài đồng thời tiến đến xuất khẩu ra nước ngoài góp phần vào phát triểnkinh tế của đất nước

Với những tác dụng của bia đối với đời sống con người và những yêu cầu thực tiễn

nên tôi chọn đề tài tốt nghiệp : “Thiết kế nhà máy sản xuất bia bằng phương pháp lên

men hiện đại với năng suất 90 triệu lit bia/ năm”

CHƯƠNG I : LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư:

Buôn Ma Thuột hiện nay đã trở thành đô thị loại I của đất nước, nền kinh

tế có những bước phát triển vượt bậc, dân cư tập trung đông đúc Thêm vào đó,các điểm du lịch như Bản Đôn, Thác Gia Long, Hồ Lắc ngày càng thu hútnhiều khách du lịch trong nước và quốc tế, nhu cầu chế biến thực phẩm ngàycàng tăng và không ngừng phát triển, nhất là nước giải khát mà quan trọng nhất

là bia- một loại nước uống được đông đảo người dân và khách du lịch ưa chuộng

1.2 Phương án sản xuất:

Nhà máy bia được thiết kế làm việc theo phương pháp lên men hiện đại sửdụng nguyên liệu là 50% malt đại mạch, 47% ngô và 3% đường saccarozo

1.3 Cơ sở kinh tế kỹ thuật:

Về vị trí địa lý: Địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Tân An,cách Quốc lộ 14 khoảng 1km

Về khí hậu: nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Nhiệt độ trung bình từ

240C - 280C, độ ẩm trung bình là 86%, hướng gió chủ đạo là hướng Đông Bắc

1.3.1 Hệ thống giao thông vận tải:

Về đường bộ, có quốc lộ 14 nối trung tâm thành phố với các tỉnh khác,đến các nước láng giềng như Lào, Campuchia Mặt khác khu công nghiệp cũngkhông xa so với sân bay vì vậy việc vận chuyển nguyên liệu, trang thiết bị củanhà máy cũng như tiêu thụ sản phẩm hết sức thuận lợi và nhanh chóng

1.3.2 Nguồn nguyên liệu

Nguyên liệu dùng để sản xuất bia tại nhà máy là malt đại mạch, ngô đãtách phôi, hoa houblon Điều kiện khí hậu ở nước ta không thích hợp với việctrồng đại mạch và hoa houblon nên hai loại nguyên liệu này phải nhập từ nướcngoài Ngô là nguyên liệu sẵn có tại địa phương cũng như ở các tỉnh lân cận dovậy việc thu mua rất đơn giản, dễ dàng Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là ngômang lại lợi ích kinh tế lớn trong việc thu mua nguyên liệu của địa phương, cũngnhư vận chuyển và hạ giá thành sản phẩm

Ðường là nguyên liệu thay thế thứ hai trong sản xuất bia Chính vì vậychất lượng đường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia Một trong những lợiích căn bản của việc sử dụng đường là tạo ra dịch đường với giá thành rẻ hơn màvẫn đảm bảo chất lượng của bia Nhà máy sử dụng nguồn đường có sẵn tại địaphương và các tỉnh phía nam.

1.3.3 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu

Nguồn điện của nhà máy lấy từ lưới điện quốc gia, thông qua trạm biến ápriêng Ngoài ra, để đảm bảo quá trình sản xuất được liên tục, đề phòng khi mấtđiện nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng

Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng củanhà máy Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu FO được mua từ các trạm xăng dầuđịa phương Ngoài ra, nhà máy còn trang bị kho chứa nhiên liệu dự trữ để đảmbảo cho quá trình sản xuất

1.3.4 Nguồn cung cấp nước

Lượng nước sử dụng trong nhà máy rất lớn với nhiều mục đích khác nhau:nước dùng trong công nghệ, nước dùng để vệ sinh máy móc, thiết bị, nhàxưởng Nguồn cung cấp nước chính của nhà máy là nguồn nước của thành phố,bên cạnh đó nhà máy còn sử dụng thêm nguồn nước từ giếng bơm

Nước từ nguồn nước sinh hoạt thành phố hay nước giếng đều cho qua hệthống xử lý nước trước khi đưa vào sản xuất để đảm bảo yêu cầu trước khi đưavào sử dụng

thuật được cung cấp từ các trường đại học ở : TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Huế,Nha Trang…và tại địa phương.

1.3.7 Nguồn tiêu thụ sản phẩm

Thị trường tiêu thụ trong nước, đặc biệt là thị trường tiêu thụ tại khu vựcTây Nguyên nói chung và tại địa phương nó riêng nói riêng đang tăng mạnhtrong những năm gần đây và tương lai Dần dần, được mở rộng ra ở các tỉnhmiền Trung và phía Nam Bên cạnh đó, có thể xuất khẩu sang các các nước nằmtrong khu vực Đông Nam Á, như Indonesia, Malaysia, Lào, Campuchia…

1.3.8 Hợp tác hóa

Hiện nay trong khu công nghiệp Tân An có rất nhiều xí nghiệp, nhà máy

do vậy sẽ dễ dàng cho việc hợp tác hoá và liên hợp hoá giữa nhà máy với các nhàmáy khác Điều đó sẽ thuận lợi cho việc sử dụng chung những công trình cungcấp điện, nước, hơi, công trình giao thông vận tải…cũng như vấn đề tiêu thụ sảnphẩm và phế phẩm như bã malt, nấm men bia là nguồn nguyên liệu cho nhà máysản xuất thức ăn gia súc, các cặn lắng, bã hoa là nguyên liệu cho nhà máy sảnxuất phân bón… làm giảm bớt vốn đầu tư, chi phí của nhà máy và làm cho giáthành sản phẩm giảm xuống, tăng khả năng cạnh tranh của nhà máy

Tóm lại, với những điều kiện thuận lợi về vị trí địa lí, giao thông vận tải,nguồn lao động, tiêu thụ sản phẩm… thì việc xây dựng nhà máy bia tại khu côngnghiệp Tân An, Tỉnh ĐăkLăk là hoàn toàn hợp lí, hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quảkinh tế cao

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu sản phẩm

Bia là một loại nước giải khát lên men có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng cóhương thơm và vị đắng đặc trưng Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia làmalt đại mạch, hoa houblon và nước Ở nước ta một số nhà máy có thể dùng một

số nguyên liệu thay thế malt như ngô, gạo… với tỉ lệ thích hợp để giảm chi phísản xuất đồng thời tạo sản phẩm bia đặc trưng Ngoài việc cung cấp một lượnglớn năng lượng, trong bia còn chứa một hệ enzym khá phong phú, đặc biệt lànhóm enzym kích thích tiêu hoá amylaza Đặc biệt khí cacbonic bão hoà trongbia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống Nhờ những ưu điểmbia được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới và sản lượng của nó ngày càng tăng

2.1.1 Thành phần hóa học của bia [5, tr.315]

Nước là thành phần chính của bia, bên cạnh đó là rượu etylic, rượu bậccao, một ít este, axit cacbonic, glyxerin, các hợp chất chứa nitơ…

Hàm lượng axit cacbonic không phụ thuộc vào sự lên men, nó chỉ phụthuộc vào nhiệt độ tàng trữ bia, áp suất đối kháng và sự khuấy trộn khi chiết biahay phụ thuộc vào hàm lượng khí bổ sung vào trong bia Bình thường hàm lượng

CO2 trong bia vào khoảng 0,35 – 0,4%

Các hợp chất chứa nitơ chiếm khoảng 8 -10% dịch chiết Các chất khoáng,chiếm 3 – 4% dịch chiết, nhưng hàm lượng thay đổi theo thành phần nguyên liệuđặc biệt là nước Trong đó, có khoảng 1/3 là muối của Na và K, 1/3 là muối của

Bia phải có mùi thơm, đắng đặc trưng của hoa houblon và malt, không cómùi vị lạ và chua

2.1.1.2 Yêu cầu của malt đại mạch [7, tr.32]

- Màu: malt có màu vàng tươi, sáng

- Kích thước hình dáng phải đồng đều, tương tự như hạt đại mạch khô, hạttrên sàng 2,8 mm

- Vị và mùi: phải có mùi đặc trưng, không có mùi vị lạ Nếu có mùi chua haymốc chứng tỏ malt bị ẩm, matl phải có vị ngọt dịu (nhẹ)

- Độ sạch: không tạp chất, hạt không bị vỡ và không có hạt bị bệnh, hạt vỡtối đa 0,5 %, hạt bị bệnh tối đa 1 %, hạt không nảy mầm tối đa 5 %

- Trọng lượng khô tuyệt đối: 28÷38g/1000 hạt (theo trọng lượng),25÷37g/1000 hạt (theo chất khô tuyệt đối)

- Độ ẩm của malt không quá 6%

- Thời gian đường hoá: từ 10÷35 phút

- Về thành phần hoá học của malt, quan trọng nhất là hàm lượng tinh bột.Hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt nhưng hàm lượng protein phải nằm tronggiới hạn cho phép từ 9÷12% Nếu hàm lượng protein cao thì bia dễ bị đục, khóbảo quản, nếu thấp hơn thì bia sẽ kém bọt và có hương vị kém đậm đà

2.2.1.3 Nguồn thu nhận và phương pháp bảo quản

Nước ta không sản xuất được malt do đó phải nhập ngoại Nhà máy thunhận malt chủ yếu từ Úc rồi được đưa về nhà máy và bảo quản trong kho Thờigian bảo quản dự trữ là 1 tháng

2.2.2 Hoa houblon

2.2.2.1 Vai trò

Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia Hoahoublon truyền cho bia có vị đắng dễ chịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khảnăng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của bia

Trong sản xuất bia người ta sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì hoa đã thụphấn sẽ tạo hạt làm giảm chất lượng bia Hoa được sử dụng dưới nhiều dạngkhác nhau: dạng hoa nguyên cánh, hoa viên, cao hoa…

Nhà máy sử dụng hoa houblon ở dạng cao hoa và hoa viên Sử dụng hoanguyên có ưu điểm là bảo toàn được chất lượng, nhưng đồng thời cũng có nhượcđiểm là giá thành cao, khó bảo quản

2.2.2.2 Thành phần hóa học của hoa houblon [7, tr33]

Trong hoa houblon bao gồm nhiều chất khác nhau, nhưng những chất cógiá trị đối với công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các chất tanin, tinh dầu.Ngoài ra, hoa houblon còn chứa một số chất khác như, protein, mỡ sáp, các hợpchất fiprotein, xenluloza các chất này có thể tham gia ít hoặc hoàn toàn khôngtham gia vào quá trình sản xuất bia

- Nhựa hoa là thành phần chính, bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm: nhựamềm gồm có  -nhựa mềm và  -nhựa mềm, trong nhựa mềm gồm các dạngaxit đắng là α,β,γ,δ- axit đắng Vị đắng của bia chủ yếu là do α- axit đắng tạonên, còn các dẫn xuất của β- axit đắng tạo nên vị đắng hài hoà dễ chịu

- Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước,

dễ bị oxi hoá nên nó bảo vệ nhựa hoa houblon Trong quá trình nấu bia, hầu hếttanin của hoa houblon liên kết với protein của malt, do đó hàm lượng polyphenol

ở trong bia chủ yếu là của malt và chỉ khoảng 10÷20% là polyphenol của hoa

- Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hyđratcacbon vànhiều hợp chất chứa oxi dạng tecpen Tinh dầu hoa houblon không hoà tan trongnước nhưng dễ bay theo hơi nước Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượngtinh dầu bị bay hơi, chỉ tồn tại khoảng 2% để tạo hương thơm cho bia Trong quátrình bảo quản, tinh dầu sẽ dần mất đi do bay hơi và bị oxi hoá Do đó không

dùng hoa cũ để sản xuất bia vì các sản phẩm chuyển hoá của tinh dầu nếu đưavào bia sẽ làm giảm chất lượng bia.

2.2.2.3 Bảo quản hoa nâng cao hiệu quả sử dụng

Để bảo quản tốt cần giữ hoa trong các điều kiện sau:

- Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách nén chặt cácbánh hoa trong các thùng kín hoặc bảo quản chúng trong môi trường chân khônghoặc khí trơ

- Xông SO2 để hạn chế sự oxi hoá và phát triển của vi sinh vật

- Bảo quản ở nhiệt độ thấp (gần 00C) vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chếcác quá trình hoá học, hạn chế sự phát triển vi sinh vật

2.2.3.2 Yêu cầu của ngô nấu bia [5, tr.85]

- Ngô phải có màu trắng đục, hạt có kích thước đồng đều

- Hạt ngô sạch, được tách phôi hoàn toàn và được nghiền mịn

Ngô được dùng trong sản xuất bia dưới dạng hạt lứt, hạt dẹt hoặc tinh bột…Quy trình làm hạt lứt bao gồm các thao tác sau: làm sạch, làm ướt, bơm hơi, nẩymầm, rây, hút khí, rang, loại bỏ cám, hút khí, sàng nghiền, dần, rây, sấy Sảnphẩm là hạt ngô mảnh với hàm lượng chất béo < 1% và kích thước hạt (0,152 –1,27mm)

2.2.3.3 Nguồn thu nhận và phương pháp bảo quản

Ngô được cung cấp từ các huyện địa phương đồng thời được lấy từ cáctỉnh lân cận Ngô đã tách phôi được bảo quản trong các xilô Xilô có bề mặt tiếp

xúc với không khí ít nên hạn chế sự xâm nhập của ẩm và vi sinh vật gây bệnh.Thời gian dự trữ là 10 ngày.

Nước thực chất là một dung dịch loãng của các muối ở dạng ion:

- Nhóm cation chiếm nhiều nhất là: Ca2+, Mg2+,H+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+

- Nhóm anion chủ yếu là: OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO4Các muối của canxi và magie là nguyên nhân gây độ cứng của nước

3-2.2.4.2 Những yêu cầu cơ bản của nước dùng nấu bia [3, tr.36]

- Nước để nấu bia trước hết phải trong suốt, không màu, có vị dễ chịu, không

có mùi lạ và không chứa các vi sinh vật gây bệnh

- Độ cứng trung bình của nước 5 - 6 mg đương lượng/lít

- pH = 6,8 - 7,3

- Độ oxy hoá không vượt quá 1 - 2 mg/l

- Hàm lượng cặn khô không vượt quá 600 mg/l

- Chuẩn độ coli > 300, chỉ số coli < 3

2.2.4.4 Sự ảnh hưởng của nước đến chất lượng bia [7, tr.38]

Ion SO42- làm cho bia có vị chát, tuy nhiên độ chát này chỉ nhận ra khilượng Ion SO42- nhiều, còn Ion SiO32- với hàm lượng 10 - 30 mg/l có thể xáo trộnquá trình lên men và kết quả làm đục bia Ion SiO32- có nhiều ở trong malt, còntrong nước không đáng kể Ion NO3- nhiều cũng ảnh hưởng đến vị của bia Mặtkhác trong quá trình lên men 

Các ion Mg2+ và Na+ đều làm cho bia có vị không bình thường Người tathấy nếu dùng nước mềm hoặc nước có độ cứng trung bình để nấu bia thì các ion

có trong nước ảnh hưởng đến chất lượng của bia

2.3.5 Ðường

Ðường là nguyên liệu thay thế thứ hai trong sản xuất bia Chính vì vậychất lượng đường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia Một trong những lợiích căn bản của việc sử dụng đường là tạo ra dịch đường với giá thành rẻ hơn màvẫn đảm bảo chất lượng của bia Ðường có thể sử dụng để làm tăng nồng độ dịchđường trong nồi nấu hoa

Ðiều này có những ưu điểm sau:

- Thành phần chủ yếu của đường là saccaroza >98%

- Thành phần tạp chất rất thấp Do dó không ảnh hưởng nhiều đến tính chất đặctrưng của sản phẩm bia: mùi, vị

Ở đây nhà máy sử dụng đường saccaroza của nhà máy đường Biên Hòalàm nguyên liệu thay thế trong đề tài của mình

- Saccharomyces cerevisiae (giống nấm men nổi).

- Saccharomyces carlsbergensis (giống nấm men chìm).

Tuy nhiên ta sử dụng nấm men Saccharomyces carlsbergensis để sản

xuất Giống này có nguồn gốc từ nước ngoài, đã được huấn luyện thích ứng lênmen chìm

Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để sản xuất bia:

- Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một đời mengiống có thể sử dụng được 6-10 chu kỳ lên men

- Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ,

pH, thành phần môi trường

- Số lượng men giống ít nhất phải đạt từ 8 - 10.106 tế bào/1cm3 khi cho vào

để lên men dịch đường [6, tr.434]

2.2.6.2 Enzym [5, tr.110]

Sử dụng enzym Termanmyl để thủy phân tinh bột Đây là chế phẩm dạng

lỏng có chứa α-amylaza được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus Lichenformis, là loại

enzyme endo amylaza có khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 1200C Enzyme nàyxúc tác thủy phân liên kết α - 1,4 glucozit một cách ngẫu nhiên vì vậy tinh bộtnhanh chóng bị thủy phân thành các dextrin phân tử lượng thấp, hòa tan trongnước, giảm độ nhớt tinh bột đã được hồ hóa

2.2.6.3 Các chất phụ gia

Nhóm các chất phụ gia được sử dụng dưới dạng nguyên liệu phụ nhằmkhắc phục những yêu cầu kỹ thuật cần thiết mà trong quá trình sản xuất chưa đạttới, ta có các phụ gia chủ yếu sau:

- Nhóm các phụ gia xử lý nước: Than hoạt tính, các muối Na2SO4, Na2SO3,NaCl, Al2(SO4)3, axit lactic, nhóm ion vô cơ, các chất này làm mềm nước

- Phụ gia để vệ sinh thiết bị: Dung dịch CIP, dung dịch Clo, NaOH, HNO3…

- Chất trợ lọc: Diatomit với định lượng nhất định dùng để lọc trong bia saukhi lên men xong

- Nhóm các chất để điều chỉnh pH: H2SO4, axit Lactic, H3PO4…

2.3.Các quá trình sinh lí, sinh hóa cơ bản trong sản xuất bia

Trong quá trình sản xuất bia xảy ra rất nhiều quá trình sinh lí hóa làm thayđổi tính chất, thành phần hóa học cũng như chất lượng của bia Sự thay đổi này

có thể tác động tích cực hoặc tiêu cực đến chất lượng của bia thành phẩm Do đócần phải nắm rõ các quá trình đó để có biện pháp duy trì, phát triển các điều kiệnthuận lợi và hạn chế các quá trình bất lợi Gồm một số quá trình cơ bản sau:

2.3.1 Các quá trình xảy ra khi nấu

Các quá trình xảy ra trong khi nấu được chia làm 2 nhóm là: quá trìnhenzym và quá trình phi enzym

2.3.1.1 Quá trình enzym [6, tr.241, tr.274]

- Sự thuỷ phân tinh bột: Tinh bột đưới tác dụng của hệ enzym amylaza sẽ bị

thuỷ phân thành đường và các dextrin với phân tử lượng khác nhau Đường có ýnghĩa lớn với quá trình lên men còn các dextrin tuy không lên men được nhưng

nó góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện vị của bia

- Sự thuỷ phân protein: Dưới tác dụng của enzym proteaza thì protein bị thủyphân thành các axit amin và các sản phẩm có phân tử lượng lớn hơn như peptit,peptone, polypeptit Các sản phẩm thấp phân tử của quá trình thuỷ phân như axitamin và peptit là nguồn dinh dưỡng nitơ cho nấm men, còn pha có phân tử lượngtrung bình như pepton và polipeptit tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo vàgiữ bọt cho bia Tuy nhiên nếu hàm lượng của chúng quá cao sẽ làm cho bia dễ

bị đục và khó bảo quản

- Sự thuỷ phân fitin: Dưới tác dụng của hệ enzym fitaza xảy ra sự thuỷ phânfitin tạo thành axit phosphoric và các sản phẩm khác Axit phosphoric là nguồndinh dưỡng cung cấp cho nấm men và đóng vai trò quan trọng trong việc tạo môitrường đệm thích hợp cho các enzym hoạt động

- Sự thuỷ phân hemixenluloza và một số các chất khác: Dưới tác động củaenzym xitaza dẫn đến sự thuỷ phân hemixenluloza và một số chất khác củanguyên liệu để tạo thành glucoza, xiloza, arabinoza Sự thuỷ phân này mang 2 ýnghĩa là vừa bổ sung chất hoà tan cho dịch đường, vừa phá bỏ hàng rào chắn, tạođiều kiện thuận lợi cho các enzym khác dễ dàng tác động

2.3.1.2 Quá trình phi enzym [6, tr.274]

- Sự kết lắng và biến tính của protein: Dưới tác động của nhiệt độ cao, mộtphần protein bị biến tính và đông tụ Đây là yếu tố có lợi cho công nghệ sản xuấtbia vì sẽ loại được những protein dễ bị biến tính ra khỏi dịch đường làm tăng độbền keo của bia tức là giảm được khả năng gây đục

- Sự tạo thành melanoid: Đây là một phản ứng đặc biệt quan trọng trong côngnghệ sản xuất bia Tuy phản ứng này gây ra hao tổn axít amin và đường khửnhưng với một lượng melanoid vừa phải lại góp phần nâng cao giá trị cảm quancho sản phẩm sau này Quá trình tạo thành melanoid đã xảy ra một cách mạnh

mẽ ở giai đoạn sấy malt, đến giai đoạn đường hoá, điều kiện về nhiệt độ và cácyếu tố khác chưa tối ưu cho quá trình trên nhưng dù sao thì một lượng đáng kểmelanoid cũng được tạo thành Ngoài ra trong quá trình nấu còn xảy ra phản ứnggiữa các muối của nước và photphat có trong khối cháo, xảy ra sự hoà tan cácthành phần dễ hoà tan của malt vào dung dịch

2.3.2 Các quá trình xảy ra khi lên men [8, tr.82]

2.3.2.1 Lên men chính

Trong quá trình lên men chính, dưới tác dụng của enzym vi sinh vật đểchuyển hoá phần lớn đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm khác góp phần tạonên hương vị cho sản phẩm

- Quá trình sinh lý: thể hiện ở sự sinh trưởng và phát triển của tế bào nấmmen Đây là quá trình quan trọng để đảm bảo đủ số lượng tế bào cho quá trìnhlên men, tuy nhiên cũng cần phải có giới hạn vì nếu tiêu tốn chất khô nhiều choquá trình này sẽ không đủ để đáp ứng được yêu cầu công nghệ Quá trình nàythường xảy ra mạnh trong thời kì đầu của quá trình lên men chính và kết thúcsớm trước khi lên men chính xong

- Quá trình sinh hoá: Đây là quá trình cơ bản trong lên men bia, là quá trìnhchuyển hoá các chất có trong dịch đường nhờ tác động của nấm men bia Trong

đó quá trình quan trọng nhất là chuyển đường thành rượu và CO2 Ngoài ra trongquá trình lên men còn xảy ra nhiều phản ứng khác sinh ra các sản phẩm phụ nhưlà: glyxerin, các axít hữu cơ, các rượu bậc cao, aldehyt, este, diaxetyl …

- Quá trình hoá lý: Trong quá trình lên men do sự tích lũy các axit hữu cơlàm pH môi trường giảm, thế oxi hoá giảm vì nấm men sử dụng hết O2, đồng thời

có quá trình tạo thành bọt do CO2 được giải phóng ra…

2.3.2.2 Lên men phụ

Trong quá trình lên men phụ, phần đường còn lại tiếp tục được lên men đểtạo thành rượu, CO2 và các sản phẩm khác Đồng thời lúc này hàm lượngdiaxetyl tạo thành ở giai đoạn lên men chính được nấm men khử và chuyển thànhaxetoin, các axit hữu cơ tác dụng với rượu để tạo thành các ester, tức là ở đây xảy

ra các quá tình nhằm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm.Gồm các quá trình cơ bản sau:

- Sự hòa tan và liên kết CO2 trong bia: Trong bia non chứa khoảng 0,2% CO2

mà yêu cầu hàm lượng CO2 trong bia thành phẩm không nhỏ hơn 0,3%, do đóphải bổ sung thêm CO2 cho bia, CO2 sinh ra khi lên men phần đường còn lạitrong bia là nguồn bổ sung CO2 cho bia thành phẩm CO2 có trong bia tồn tại sựcân bằng động như sau:

CO2 liên kết  CO2 hòa tan  CO2 dạng khí

- Sự làm trong bia: Bia non chứa nhiều tế bào nấm men và các chất huyềnphù khác cho nên còn đục Nhiệt độ lên men phụ thấp hơn nhiệt độ lên menchính nên xảy ra các quá trình đông tụ các hợp chất cao phân tử

- Quá trình oxi hóa khử và sự hoàn thiện chất lượng của bia: Sự khuếch tánthêm oxi vào bia non khi chuyển nó sang thiết bị lên men phụ tạo điều kiện tốtcho quá trình oxi hóa các chất có trong bia non như axit amin, các chất tanin…làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia Trong quá trình tàng trữ bia non cònxảy ra các phản ứng oxi hóa khử giữa các chất có trong bia làm tăng thêm hàmlượng este, rượu bậc cao và giảm đi hàm lượng diaxetyl có trong bia

Sau khi tàng trữ vị của bia trở nên dịu hơn Sự tự phân của nấm men đãtạo ra các sản phẩm như peptit, aminoaxit, các vitamin có ảnh hưởng tốt đếnchất lượng của bia

CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Năm 2012 SVTH: Đường Thị Thanh Hiền – 10SHLT

A.Lactic, CaCl2

Chiết chai, đóng nắp

Ổn định Lọc bia

Diatomit Sữa men

Xử lí, hoạt hóa

Lắng trongĐường 3%

O2, Matures

Xử lí

CO2Lên men Làm lạnhChất tải lạnhNấm men giốngNhân giốngMen giốngSữa men

Xử lí, hoạt hóaLọc bia

Nắp

Rửa và sát trùng Nhãn Chai

Đồ án tốt nghiệp - 16 - GVHD: Th.S Phan Thị Bích Ngọc

3.2 Thuyết minh dây chuyên công nghệ

3.2.1 Làm sạch

Malt và ngô đã tách phôi trong quá trình vận chuyển và bảo quản

có thể lẫn các tạp chất (bụi bẩn, lá khô, rơm, đá nhỏ…), và vụn kim loại.Chúng sẽ gây hư hỏng máy xay và ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm Đểloại bỏ tạp chất, sử dụng sàng Còn để loại bỏ sắt và các hợp kim có từtính thì sử dụng nam châm điện đặt trước máy nghiền nguyên liệu

3.2.2 Nghiền nguyên liệu

3.2.2.1 Mục đích

Phá vỡ cấu trúc tế bào hạt, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, tạo điềukiện hồ hóa nhanh và enzyme dễ dàng tiếp cận cơ chất.Nhờ đó thực hiệnquá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn

Thiết bị: Nghiền malt bằng máy nghiền trục với 2 cặp trục nghiền,còn ngô được nghiền bằng máy nghiền búa

Tại máy nghiền malt: Malt đi vào phễu nạp liệu, nhờ trục điều tiết và trụcrải liệu sẽ đi vào cặp trục nghiền 1 Các hạt đạt kích thước yêu cầu sẽ rơi qua sàngrung và đi ra ngoài, còn các hạt có kích thước chưa đạt yêu cầu sẽ tiếptục qua cặp trục nghiền 2 và nghiền cho đến khi đạt yêu cầu

Tỷ lệ bột nghiền [6, tr 234]

- Vỏ và tấm lớn: 30÷40%

- Tấm bé và bột: 60÷70%

Lắng trongĐường 3%

O2, Matures

Xử lí

CO2Lên men Làm lạnhChất tải lạnhNấm men giốngNhân giốngMen giốngSữa men

Xử lí, hoạt hóaLọc biaDiatomit

Ổn định

Xử lí, hoạt hóa

BulongLưỡi dao

Hệ thống phun nướcPhễu chứa malt ngâmCửa gạt malt

Các cặp trục nghiềnTrục dảo bột

Đường ống dẫn nước để nghiềnNước rửa thiết bị

Hình 3.1 : Máy nghiền malt khô Hình 3.2 : Nguyên lí và cấu tạo sáu trục bốn hàng máy nghiền malt ẩm

Hình 3.3: Cấu tạo máy nghiền búa

3.2.3 Nấu nguyên liệu

3.2.3.1 Mục đích

Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hòa tan sang

3.2.3.2 Tiến hành

Nấ u b i a c ó b a p h ư ơ n g p h á p : p h ư ơ n g p h á p n g â m , p h ư ơ n g

p há p đ u n s ô i v à phương pháp kết hợp Ở đây, nhà máy sử dụng 50%nguyên liệu thay thế nên tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp Phối trộnnguyên liệu và nước nấu theo tỷ lệ:

Malt : nước = 1 kg : 4 lít

Ngô : nước = 1 kg : 4,5 lít

* Tại nồi ngô:

Bột ngô và 10% bột malt lót (so với khối lượng ngô) đem vào phốitrộn với nước ấm 600C theo tỷ lệ trên Bổ sung chế phẩm enzymTermamyl Bật cánh khuấy để khuấy trộn trong 10 phút B ổ su n g a x i t

H2SO4 đ ể đ i ề u ch ỉ n h p H = 5 , 3 v à 0, 5 g CaCl2/1kg bột để bảo vệ enzymedưới tác động của nhiệt độ Tiếp đó cấp hơi để nâng nhiệt độ của khối nấulên 700C trong 10 phút và giữ ở nhiệt độ này khoảng 20 phút để hồ hóa tinhbột Rồi nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi trong 30 phút và giữ sôi

20 phút Sau đó chuẩn bị đem đi hội cháo Trong suốt quá trình nấu ngô cánhkhuấy luôn hoạt động để tránh cháy nồi

* Tại nồi malt:

Khi bắt đầu nâng nhiệt để đun sôi nồi ngô thì cũng bắt đầu pha bột

ở nồi malt Cho nước ấm 45-500C vào, sau đó xuống bột hòa malt trong

10 phút Dùng axit lactic điều chỉnh pH của khối nấu đến 5,3 và bổ sung thêmCaCl2 Sau đó dùng hơi để nâng nhiệt độ khối nấu lên 520C trong khoảng 10 phút

và giữ ở nhiệt độ này 20 phút để thực hiện quá trình đạm hóa nhờ enzymeproteaza trong malt Tính toán sao cho khi nồi cháo ngô đun sôi xong thì quá trìnhđạm hóa ở nồi malt cũng vừa kết thúc

*Hội cháo:

Bơm cháo ngô sang nồi malt để hội cháo, bơm từ từ để nhiệt độ khôngtănglên đột ngột và bơm trong thời gian khoảng 10 phút Điều chỉnhnhiệt độ toàn khối nấu sao cho đạt 650C và giữ ở 650C trong 25 phút để tạođiều kiện cho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột Sau đó, tiếp tục nâng

phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột Cuối cùng nâng nhiệt

độ toàn khối dịch lên 780C trong vòng 5 phút và bơm dịch đi lọc

Nồi ngô Nồi malt Hội cháo

Hình 3.4 Sơ đồ nâng và giữ nhiệt khi nấu

Quá trình lọc dịch đường gồm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn lọc dịch đường

- Giai đoạn rửa bã

Khi tiến hành rửa bã để t ă n g c ư ờ n g q u á t r ì n h k h u y ếc h t á n c ác

ch ấ t h ò a t a n và o d u n g d ị c h t h ì c ầ n dùng nước nóng 780C để rửa(nước rửa bã cũng được chảy vào nồi houblon hóa) Không nên dùng nước

có nhiệt độ cao hơn 780C để rửa bã vì sẽ làm vô hoạt enzyme và tốn năng lượng.Kết quả làm cho dịch lên men bị đục và bia cũng bị đục theo

Dịch đường sau khi lọc xong phải đảm bảo về độ trong Khi đã rửabã xong thì tiến hành tháo bã và vệ sinh sát trùng thiết bị

Nhà máy sử dụng thiết bị lọc thùng để lọc dịch đường Thiết bị có dạnghình trụ, đáy phẳng, nắp hình cầu

Hình 3.6: Thiết bị lọc đáy bằng

3.2.5 Houblon hóa

3.2.5.1 Mục đích

- Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon

- Ổn định thành phần dịch đường và có nồng độ theo yêu cầu

Nhà máy dùng 70% cao hoa, 30% hoa viên Tỷ lệ hoa dùng là 2 g/l [8].

Cho hoa vào nồi theo phương án:

- 70 % cao hoa cho vào lúc dịch đường bắt đầu sôi

- 30 % cao hoa còn lại cho vào khi sôi được 30 phút

Dịch cháo vàoDịch đường raCánh khuấy bã

Và trước khi kết thúc ở nồi hoa khoảng 10 phút ta tiến hành bổ sung 3%đường vào Tổng thời gian quá trình đun sôi khoảng 80 phút

3.2.6 Lắng trong

3.3.6.1 Mục đích

- Tách cặn cho dịch đường

3.2.6.2 Tiến hành

Tiến hành lắng trong trong thiết bị Whirlpool được chế tạo bằng thép không

gỉ Trên thân có cửa vệ sinh, có nhiệt kế, có ống thủy tinh báo mức… Đáy thùng

có độ nghiêng 8-10oC Nối tiếp cổ thùng là đường ống thoát hơi cao 4-5m Bề mặtbay hơi rộng, ống thoát hơi cao sẽ tạo ra sức hút rất mạnh Với cấu tạo như vậy,việc hạ nhiệt độ từ 100oC xuống 90oC chỉ xảy ra trong 15-20 phút

Dịch đường sau tách bã hoa được bơm vào thiết bị lắng qua cửa số (6) theophương tiếp tuyến với thành thiết bị với vận tốc khoảng 10 - 14m/s làm cho cảkhối dịch lắng xoáy tròn dưới tác dụng của lực hướng tâm Nhờ đó cặn bị hút vàotâm thùng và lắng xuống đáy Sau khi chuyển hết dịch đường vào thiết bị, để yêntrong 20 phút để quá trình lắng tiếp tục Dịch nha trong ở phía trên được tháo raqua cửa số (3), phần dưới vẫn tiếp tục lắng và dịch trong còn lại tiếp tục được tháoqua cửa số (4) Sau đó phần cặn hoa được lấy ra qua đường ống (5) Đường ống số(7) dùng để dẫn dung dịch CIP vệ sinh sau houblon hoá

Hình 3.7 Thùng lắng whirlpool

Sau khi lắng dịch đường được bơm đi làm lạnh còn cặn thì loại bỏ

Ống thoát hơi

Vỏ thùng3,4 Ống tháo dịch đường

5 Cửa tháo bã

6 Dịch đường vào

7 Đường nước vệ sinh

8 Cửa làm vệ sinh

3.3.7.1 Mục đích

- Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men

- Bão hòa oxy cho dịch lên men

3.3.7.2 Tiến hành

Dịch đường sau khi hạ đến 900C ở thiết bị lắng Whirpool và đượcbơm đưa sang thiết bị làm lạnh nhanh là thiết bị trao đổi nhiệt bảnmỏng Dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính là 100C, với chấttải lạnh là nước 20C Thiết bị làm lạnh bản mỏng có ưu điểm là dễ thao tác, hiệuquả cao, rất kín, làm lạnh dịch đường trong một thời gian rất ngắn nêntránh được sự nhiễm khuẩn cho dịch đường

Lên men cần lượng sinh khối nấm men lớn, nên cần tạo điều kiện

để nấm men giống sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lênmen Hàm lượng O2 cấp vào dịch đường là 7 mg/l dịch lên men Nếu thiếu O2 thìlên men chậm và không triệt để Ở nhiệt độ thấp và nồng độ chất hòa tanthấp thì việc hòa tan O2 vào dịch đường càng nhiều Do đó tiến hành cấp

O2 ngay sau khi dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu (O2 phảiđảm bảo vô trùng) Đồng thời để rút ngắn chu kỳ lên men và làm giảmhàm lượng diaxetyl thì tiến hành bổ sung Maturex L

Hình 3.8: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng

Trong quá trình lên men, một lượng lớn chất hòa tan trong dịchlên men (chủ yếu đường và dextrin bậc thấp) được chuyển hóa thànhrượu C2H5OH, CO2 và một số sản phẩm phụ khác dưới tác dụng của nấm men:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q

Các sản phẩm phụ tạo thành như: aldehit, este, axit hữu cơ, rượubậc cao, glyxerin,… Chúng hòa tan và tồn tại trong dịch lên men như lànhững hợp phần chất của bia sau này Quá trình lên men chính chuyển dịchđường thành bia non

3.2.8.2 Nuôi cấy nấm men giống

Nấm men giống được sử dụng dưới 2 dạng: Nấm nen giống thuầnkhiết và sữa men

* Nuôi cấy nấm men giống thuần khiết:

N ấ m m e n t h uầ n k h i ế t l à n ấ m m e n t h u n hậ n t ừ m ộ t t ế bà o

G ồ m ha i g ia i đoạn: Nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nuôi cấy trong sảnxuất Để sản xuất, men giống được nuôi cấy trước tiên ở phòng thínghiệm Nấm men giống được nuôi cấy tuần tự từ thể tích nhỏ (10 ml)cho đến 5÷10 lít Sau đó, tiếp tục nhân giống trong các thi ết bị chuyêndùng để nuôi từ cấp 1 cho đến khi đủ lượng giống theo yêu cầu Trongquá trình nuôi cấy men giống, cần khống chế các điều kiện kỹ thuật như:Nhiệt độ, pH của dịch đường, nồng độ dịch đường, thành phần môi trường

dinh dưỡng, tính vô trùng… một cách nghiêm ngặt [8].

* Thu hồi và xử lý sữa men:

Sau khi lên men chính xong, các tế bào nấm men kết tủa trên đáy thiết bịlên men thành lớp dày Trong thực tế sản xuất, thường thu lại lớp nấm men ởgiữa Do lớp trên cùng và dưới cùng là các tạp chất và tế bào chết Cả hai lớp này

có màu đen xá m h o ặc n â u x á m, cầ n p hả i l o ạ i b ỏ L ớ p g i ữ a có m à u

t r ắ n g n gà , k ế t d í n h dạ n g bông, đây là lớp sinh khối bao gồm các tế bàosống Lớp này cần được tách riêng ra, rửa sạch và đưa đi bảo quản với các mụcđích khác nhau Việc tái sử dụng được thực hiện cho đến khi nấm men giống cóhoạt lực lên men yếu hoặc bị nhiễm khuẩn Nấm men sử dụng thườngkhông quá 8 đời Sinh khối thu được có thể được sử dụng trực tiếp làm

giống cho mẻ lên men tiếp theo hoặc rửa và bảo quản Để tách các tạpchất có kích thước lớn có thể dùng rây rung từ tính với 50 dao động/s.Nấm men sau khi rây sạch cặn thô được bơm vào thùng , sau đó cho nước

vô trùng ở nhiệt độ 2÷40C vào và khuấy đều Để yên 40 phút thì nấm menkhỏe sẽ kết lắng, còn nước đục phía trên gồm cặn mịn và tế bào chết đổ ra ngoàibằng cách cho nghiêng thùng để nước chảy theo miệng rót (lặp lại 3÷4lần) Cho nước lạnh 0,50C vào giữa hai lớp vỏ để bảo quản [6, tr 449].

Thiết bị nuôi cấy men giống gồm các thùng hình trụ bằng thép không rỉ.Trước khi nạp vào tank lên men, nấm men đặc được trộn lẫn với dịch đường trongmột thùng chuyên dụng gọi là thùng hoạt hóa nấm men với thời gian 60 phút.Thùng có thân hình trụ, đáy hình hình côn hoặc bán cầu, đáy có van xả

men và vệ sinh [6, tr 441].

3.2.8.3 Tiến hành lên men [8]

Qúa trình lên men chính và lên men phụ cùng tiến hành trong một thiết bị

và thiết bị được đặt ngoài trời

Dịch đường sau khi lọc được làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảnmỏng đến nhiệt độ khoảng 100C Sau đó dịch đường được thông khí vô trùng với0,3 – 0,4g oxy cho 10lit dịch lên men và tiếp theo chuyển vào thiết bị lên men

Dịch đường đưa vào thiết bị lên men có thể chia làm 2-3 lần trong ngàyđêm Khi dịch đường chiếm khoảng 2-3% thể tích thiết bị lên men thì cho nấmmen giống vào Men sử dụng ở đây có độ ẩm 88% và theo tính toán 0,01 lit mencho 10 lit dịch đường Yêu cầu phải sử dụng men có hoạt lực cao Tiếp theo chodịch đường vào đầy 85% thể tích tank lên men thì ngừng và cho lên men

Hai ngày đầu nhiệt độ của dịch lên men sẽ tăng đến 140C, với nhiệt độ nàythì quá trình lên men chính sẽ kết thúc trong 5-7 ngày Hàm lượng chất chiết sẽgiảm từ 11,5% xuống còn 2,2-2,6% khối lượng Nhiệt độ lên men yêu cầu khôngvượt quá 140C Trong ba ngày tiếp theo của quá trình lên men, nhiệt độ ở vùngtrên của vùng trụ phải giữ ở 13-140C, còn vùng dưới 10-130C Với nhiệt độ nàycủa dịch lên men người ta tiến hành điều chỉnh áp suất của thiết bị và giữ áp suấtthứ trong thiết bị đạt 0,4-0,5at Qúa trình lên men chính sẽ kéo dài 7 ngày

Khi kết thúc quá trình lên men chính tức là nồng độ của dịch lên men giảmcòn 2,2-2,6% khối lượng, thì ta tiến hành làm lạnh phần chóp của thiết bị đến 20C

và giữ ở nhiệt độ này trong hai ngày đêm để kết tủa men Sau giai đoạn này thì mởhết các áo lạnh ở phần trụ để làm lạnh bia non đến 0-20C và tiến hành lên menphụ Lên men phụ kéo dài 7-9 ngày Sau khi lên men phụ kết thúc thì đưa kết tủamen ra ngoài

Tổng thời gian lên men khoảng 16 ngày

Sau khi tách hết kết tủa nấm men thì người ta tiến hành cacbon hóa cho biavới 0,1kg CO2/100lit bia Bia đã bảo hòa CO2 được giữ trong thiết bị lên menkhoảng 1-2 ngày ở nhiệt độ 0 - 0,50C Sau đó ba làm lạnh đến 00C rồi lọc và rótvào chai Bia đưa ra khỏi thiết bị lên men phải nhờ áp lực của CO2

Thiết bị lên men sau khi được giải phóng phải tiến hành rửa, sát trùng vàrủa lại bằng nước sạch rồi mới lên men mẻ sau Thiết bị này có trang bị lớp cáchnhiệt nên đặt ngoài phòng sản xuất

Thùng hòa bột và bơm định lượng bột trợ lọc được lắp với máy lọc Bột trợ lọc được trộn với nước vô trùng 20C theo tỷ lệ nhất định tạo thành dịch huyền phù

Nhờ bơm định lượng, dịch huyền phù được bơm vào máy lọc đểtạo thành lớp lọc trên bề mặt giấy lọc Sau khi tạo xong lớp màng lọc thì

bia được đưa vào máy lọc Khoảng không giữa các khung sẽ là nơi chứa huyềnphù bột trợ lọc và bia cần lọc Bia trong được lọc và đi qua các tấm bản rangoài, nếu độ trong chưa đạt yêu cầu thì mở van cho hồi lưu trở lại đếnkhi bia đi ra trong thì bơm vào tank ổn định Khi máy lọc vượt quá 5 barthì tạo lại màng lọc.

3.2.10 Ổn định bia

Bia sau khi lọc là một chất lỏng bão hòa CO2, khi chuyển bia từthùng lên men phụ đi lọc và vào thùng chứa thì khả năng giữ CO2 củabia bị giảm Để khôi phục lại sự bão hòa CO2 ban đầu, sau khi lọc biaphải giữ một thời gian nhất định dưới áp suất của CO2 Sau khi lọc, bia đượcđưa vào tank ổn định và giữ ở nhiệt độ 0,5÷10C dưới áp suất của CO2 trong thờigian 4÷12 h Để tránh không khí xâm nhập thì nên dùng CO2 để đưa bia

Rửa chai bao gồm các công đoạn: Ngâm sơ bộ (400C), ngâm lần 2(600C),ngâm trong xút nóng (800C), phun rửa bằng xút nóng (500C), phunrửa bằng nướcthường (250C ) , và p h u n r ử a b ằ n g n ư ớc s ạc h v ô t r ù n g( 1 50C) Tổng thời gian lưuc h a i t r o n g m á y r ử a k h o ả n g 1 5 p h ú t Đ ể

ch a i đ ư ợ c s án g b ó n g, b ổ s u n g 0 , 5 % P 3-Stabilon BP-C [5, tr 301] 3.2.12 Thanh trùng

Trong bia thành phẩm có chứa các tế bào nấm men tinh khiết và có thể cócác vi sinh vật lạ khác, do đó cần phải thanh trùng bia

Nhà máy sử dụng máy thanh trùng kiểu tunel

Cách tiến hành như sau:

- Bia chai được băng tải vận chuyển vào thiết bị thanh trùng Tại đây bia lầnlượt qua các vùng nhiệt độ tăng dần 28°C, 40°C, 52°C, 68°C nhờ hơi cấp vào đểtránh hiện tượng sốc nhiệt, hạn chế sự biến tính, thay đổi chất lượng bia.

- Sau vùng thanh trùng bia được hạ nhiệt độ dần từ 52°C, 40°C, 28°C Tạivùng hạ nhiệt này các chai bia được thổi sạch nước bám trên vỏ chai trước khiđược chuyển đển máy dán nhãn

Tổng thời gian thanh trùng là 55 phút

3.2.13 Hoàn thiện

Sau khi thanh trùng xong, chai bia được qua máy dán nhãn, rồi được máybốc vào két sau đó đưa vào kho bảo quản để tiêu thụ

CHƯƠNG IV: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU

4.1.Chọn các số liệu ban đầu:

- Năng suất của nhà máy : 90 triệu lít/năm

- Các thông số trạng thái ban đầu của nguyên liệu:

+Độ ẩm của malt : 4%

+Độ ẩm của ngô : 12,5%

+Độ ẩm của đường : 0,06%

+Độ chiết của malt : 82%

+Độ chiết của ngô : 84%

+Tạp chất trong đường: 1%

Bảng 4.1: Bảng thể hiện tỉ lệ hao hụt qua từng công đoạn

Mức hao hụt trong quá trình làm sạch, nghiền, nấu, lọc, lắng trong và làmlạnh tính theo phần trăm chất khô của nguyên liệu trước đó Còn hao hụt trong quátrình lên men, lọc bia, ổn định và chiết rót và thanh trùng được tính theo phần trămthể tích trước đó Lượng hoa houblon sử dụng: 2g/lit dịch đường đem đun sôi.

4.2.Tính cân bằng sản phẩm:

4.2.1.Chọn số mẻ nấu trong một ngày:

Theo sơ đồ nấu ở hình 3.4, thời gian nấu một mẻ là 165 phút Nhưng nồingô và nồi malt nấu song song nên chỉ có mẻ đầu nấu 165 phút còn các mẻ nấutiếp theo chỉ mất 115 phút Chọn thời gian bơm sang thiết bị lọc là 20 phút thì số

mẻ nấu trong ngày là:

29 , 10 1 20

115

) 20 165 ( 60 24

do đặc thù của công nghệ nên làm việc liên tục Vệ sinh thiết bị vào ngày chủ nhật

4.2.2.Biểu đồ sản xuất của nhà máy:

Bảng 4.2: Biểu đồ sản xuất của nhà máy

Cả năm

4.2.3.1.Lượng chất khô trong nguyên liệu :

- Nguyên liệu: + Malt: 47100,52 1004





= 49,5 (kg) + Ngô: 40100,7212100,5 = 46,54 (kg)

4.2.3.3.Lượng nguyên liệu hạt còn lại sau khi nghiền:

- Nguyên liệu: + Malt: 47100,04 1004





= 49 (kg) + Ngô: 40100,3112100,5 = 46,07 (kg)

4.2.3.4.Lượng chất khô của hạt chuyển vào dịch đường khi nấu:

Tổng lượng chất khô chuyển vào dịch đường sau nấu:

38,57+33,86 =72,43(kg)

4.2.3.5.Lượng chất khô còn lại sau quá trình nấu và lọc :

62 , 70 100

5 , 2 100 43 ,

4.2.3.6.Thể tích của dịch đường khi đun sôi :

Nồng độ chất khô của dịch đương sau khi lắng trong và làm lạnh là 11,5%, trong quá trình houblon hoá có một lượng nước bay hơi làm nồng độ của dịch

đường tăng khoảng 1-1,5% [2, tr341], ta chọn 1%, còn quá trình làm lạnh, nồng

độ của dịch đường tăng khoảng 0,4-1,2% [3, tr81] ta chọn 0,5%, do đó cần phải

khống chế nồng độ dịch đường trước khi houblon hoá là: 11,5-1-0,5 = 10%

Khối lượng riêng của dịch đường 10% ở 20ºC là: 1039,98 (kg/m³) [1 , tr58]

Khối lượng dịch đường từ 100 kg nguyên liệu ban đầu sau khi bổ sung

10

100 ) 100

1 100 3 62 , 70

Thể tích của dịch đường trước khi đun sôi (quy về 20ºC):

10 3

98 , 1039

9 , 735

 (m³) =707,61(lít)

Vì hàm lượng chất chiết nhỏ hơn nhiều so với hàm lượng nước trong dịch đườngnên ta tính thể tích dịch đường theo thể tích nước.Ta có:

Thể tích riêng của nước ở 20ºC là: 1000,77.10-6m³/kg [1, tr 11]

Thể tích riêng của nước ở 1000C là: 1043,43.10-6 m³/kg [1,tr 12]

Thể tích dịch đường khi đun sôi là: 737 , 73

10 77 , 1000

10 43 , 1043 61

, 707

2 , 1 100 100

1 100 3 62 ,

4.2.3.8.Lượng dịch đường còn lại sau khi houblon hóa:

Lượng đường còn lại sau houblon là: 661

1 10

100 71 , 72







(kg)Khối lượng riêng dịch đường 11% ở 200C là :1044,13 kg/m³ [1, tr 58]

Thể tích dịch đường sau khi houblon hoá ở 1000C:

3

6

10 10

43 ,

Lượng chất khô còn lại sau quá trình lắng trong: 72 , 13

100

8 , 0 100 71 ,

4.2.3.9.Khối lượng của dịch đường sau lắng trong:

627 , 22 ( )

5 , 11

100 13 ,





4.2.3.10.Thể tích của dịch đường sau lắng trong:

Sau lắng trong, nồng độ dịch đường là 11,5%

Khối lượng riêng của dịch đường 11,5% ở 200C là 1046,22 kg/m³ [1, tr 58]

Thể tích của dịch đường sau lắng trong ở 200C là :  103 

22 , 1046

22 , 627

599,51(lít)Sau khi lắng trong, nhiệt độ dịch đường lúc này giảm còn khoảng 900C thì

có sự giảm thể tích của dịch và ta coi sự giảm này cũng là sự giảm thể tích riêngcủa nước theo nhiệt độ

Thể tích riêng của nước ở 200C là :1000,7710-6 m³/kg [1, tr 12]

Thể tích riêng của nước ở 900C là :1035,9010-6m³/kg

Thể tích của dịch đường sau lắng trong : 620 , 55

10 77 , 1000

10 90 , 1035 51

, 599

4.2.3.11.Thể tích của dịch đường sau làm lạnh (dịch lên men):

Lượng chất khô còn lại sau làm lạnh:

71 , 91

100

3 , 0 100 13 ,

Thể tích dịch lên men ( bỏ qua sự co thể tích do nhiệt):

22 , 1046

10 5

, 11

100 91 ,

4.2.3.14.Lượng bia còn lại sau khi ổn định:

4.2.3.15.Lượng bia sau chiết rót và đóng nắp:

568 , 32 ( )

100

2 100 92 ,

4.2.3.17.Lượng bã nguyên liệu :

Thông thường cứ 100 kg malt, sau khi nấu và lọc thu được khoảng 130

-150 kg bã ướt có chứa 70 -80% hàm lượng nước [2; tr205], vì nguyên liệu ở đây

gồm: malt và ngô nên ta chọn là 100kg nguyên liệu ban đầu tạo ra 120 kg bã ướt

có độ ẩm 75% Lượng nguyên liệu sau khi nghiền: 49 + 46,07 = 95,07(kg)

Lượng bã ướt thu hồi được: 114,08

100

120 07 , 95

4.2.3.19.Lượng bã hoa houblon :

Lượng bã chiếm khoảng 60% so với lượng hoa đem nấu Vậy lượng bã ướt

) 80 100 ( 100

100 60 44 , 1

4.2.3.20.Lượng cặn lắng khi lắng trong và làm lạnh:

Thường cứ 1 lít dịch đường đun sôi thì lượng cặn lắng là 0,05 gam Vậylượng cặn thu được là : 721,5 0,05 = 36,08(g)

4.2.3.21.Lượng men giống đặc cần dùng:

Men giống được đưa vào lên men với tỷ lệ khoảng 1% [2, tr245] do đó ta

chọn 1lít men giống đặc độ ẩm 80% cho 100 lít dịch lên men Do đó lượng men

giống cần dùng là : 5 , 98

100

1 68 , 597





(lít)

4.2.3.22.Lượng CO 2 thu được :

Độ lên men biểu kiến đối với bia vàng từ 60% đến 65% [4, tr61], độ lên

Vậy lượng chất khô hòa tan đã lên men là : 41 , 71

100

58 91 , 1 7





(kg)Phần lớn các chất lên men được trong dịch lên men là disaccarit Nên quátrình lên men được biểu diễn bởi phương trình :

C12H22O11 + H2O  2C6H12O6

342

2C6H12O6  4 C2H5OH + 4CO2 + Q 176

Lượng CO2 sinh ra : 21 , 47

342

176 71 , 41





(kg)Vậy lượng CO2 tự do thu hồi được :21,47 – 2,27 = 19,2(kg)

4.2.3.23.Lượng men thu hồi :

Thường cứ 100 lít dịch lên men thì thu được 2 lít bã men có độ ẩm 85%,trong số đó chỉ có một nữa dùng làm men giống, số còn lại được sử dụng vào mục

đích khác Lượng men thu hồi để làm giống: 5 , 03

2 100

85 , 0 2 68 , 597

1 , 0

 = 0,037432 (lít) = 37,43 (ml)

4.2.4.Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày :

Như đã tính ở phần (4.2.3.17), từ 100 kg nguyên liệu ban đầu sản xuất được551,27 lít bia thành phẩm Như vậy, với năng suất 90 triệu lít/năm thì lượng

nguyên liệu cần dùng cho một năm là: 16325938 , 29

27 , 551

100 10

4.2.4.1.Lượng nguyên liệu ban đầu:

-Ngô: 25158 , 01

100

67 , 53527 47

, 49

, 46

, 46

, 721

, 660

, 620

, 597

, 588

, 582





(lít)

4.2.4.10.Lượng bia sau ổn định:

310417 , 67

100

67 , 53527 92

, 579

, 568

, 551

, 1

, 114

, 4

, 5

, 5

, 19

0,037432 21241,83

7,95 (lít)

4.2.5.Chi phí bao bì:

4.2.5.1.Lượng vỏ chai:

Nhà máy dùng chai có dung tích 500ml để chứa bia

Lượng vỏ chai cần dùng trong một ngày là: 590164

5 , 0

295082

 (chai) Chu kỳ quay vòng chai là 30 ngày và lượng chai hao hụt là 5%/ chu kỳ Lượng chai cần sử dụng trong 1 chu kỳ là: 590164  30  17704920 (chai) Lượng chai cần cung cấp trong một năm:

17704920 + 17704920 0 , 05  12=28327872(chai)

4.2.5.2.Số lượng nhãn:

Nhà máy sử dụng 1nhãn/1 chai với lượng hao hụt nhãn là 3%/năm

Lượng nhãn cần dùng cho một năm: 185400000

100 5 , 0

) 3 100 ( 10

Lượng hao hụt nắp khoảng 3%/năm

Lượng nắp cần dùng cho một năm: 185400000

100 5 , 0

) 3 100 ( 10

Nhà máy sử dụng loại két 20 chai/két

Theo (4.2.5.1) thì số chai cần trong 1 ngày là: 590614 chai

Vậy, số két cần trong 1 ngày là: 29508

20

590614

Lượng két hao hụt là 2% /vòng quay

Lượng két cần cung cấp trong một năm: 29508 + 29508 0 , 02  12 =366423(két)

h1

HD

4 Dịch đường đun sôi (l) 39488,97 394889,67 120441349,4

5 Dịch đường sau houblon hóa (l) 35330,94 353309,38 107759360,9

6 Dịch đường sau lắng trong (l) 33216,6 332165,95 101310614,8

7 Dịch lên men (l) 31992,42 319924,18 97576874,9

8 Bia sau lên men (l) 31512,81 315128,1 96114070,5

9 Lượng bia sau lọc (l) 31197,53 311975,32 95152472,6

12 Lượng bia thành phẩm (l) 2950,82 295082 90000010

13 Lượng bã nguyên liệu (kg) 6106,44 61064,37 18624632,9

14 Lượng hoa nguyên cánh (kg) 77,08 770,8 235094

15 Lượng bã hoa (kg) 231,24 2312,4 705282

16 Lượng CO2 thu hồi (kg) 1027,73 10277,31 3134579,55

17 Lượng men giống (l) 321,01 3200,96 976291,17

18 Lượng men bã thu hồi (l) 321 2720,81 829847,5

5.1 Công đoạn xử lý nguyên liệu

5.1.1 Tính xilô chứa nguyên liệu

Xilô có dạng hình trụ, đáy hình nón có góc nghiêng

α = 60o,đượcchếtạobằngthép, chọnhệsốchứađầy φ = 0,90

d D d D h

m : khối lượng nguyên liệu cần xử lí, kg

ρ : khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3

Với: d là đường kính ống tháo liệu

333 000

5.1.1.1.Tính xilô chứa malt:

Dự tính malt nhập về đủ để sản xuất trong 30 ngày và được bảo quản trong 8 xilô

Theo Bảng 4.3, lượng malt cần dùng trong 1 ngày là: 26763,84 (kg).

Vậy lượng malt bảo quản của 1 xilô trong 30 ngày:

4 , 100364 8

30 84 , 26763

4 , 100364

333 000

Suy ra: - Đường kính phần hình trụ : D = 4,16(m)

- Đường kính ống tháo liệu : d = 0,42 (m)

- Chọn chiều cao ống tháo liệu : h = 0,5 (m)

- Chiều cao phần hình trụ : h2 = 12,48 (m)

- Chiều cao chóp : h1 = 3,24 (m)

Vậy chiều cao của xilô chứa:

H = h1 + h2 + h = 3,24+ 12,48 + 0,5 = 16,22 (m)