ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG LÊN MEN BIA

Có thể cạnh tranh với các loại bia hơi chất lượng kém do các cơ sở sảnxuất sử dụng thiết bị tự tạo, nhiều cơ sở sản xuất rất thủ công lạc hậu, nguyên liệumua rẻ chất lượng kém.. Ứng dụng

Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Bộ Môn Thực Phẩm

Đồ Án Môn Học:

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG LÊN MEN BIA

(NĂNG SUẤT 10.000.000L/NĂM)

CBHD: PGS.TS Đống Thị Anh Đào

SVTH: Nguyễn Văn Dũng

MSSV: 60400465

Tháng 5/2008

MỤC LỤC

Trang

Lời nĩi đầu 1

Mục lục 2

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Mở đầu 4

1.2 Thành lập nhà máy 5

Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 7

2.1 Nguyên liệu 7

2.1.1 Nước 7 2.1.2 Malt 9 2.1.3 Thế liệu 10

2.1.4 Hoa houblon 11

2.1.5 Nấm men 12

2.1.6 Các chất phụ gia 12

2.2 Quy trình công nghệ 13

2.2.1 Phân xưởng nấu 13

2.2.2 Phân xưởng lên men 14

2.2.3 Phân xưởng chiết 16

2.2.5 Sản phẩm bia 17

Chương 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 18

3.1 Tính cân bằng vật chất cho 100kg malt 18

3.2 Định mức tiêu hao nguyên liệu cho 1hl bia 11 o S 20

3.3 Cân bằng vật chất 21

Chương 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 30

4.1 Thiết bị phân xưởng nấu 30

4.2 Thiết bị phân xưởng lên men 30

4.3 Thiết bị phân xưởng chiết 36

Chương 5: NĂNG LƯỢNG 37

5.1 Tính lạnh và chọn máy nén 37

5.2 Nước 39

5.3 Điện39 5.3.1 Xác định phụ tải động lực 40

5.3.2 Tính điện năng dùng cho động lực 40

Chương 6: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG 41

6.1 Diện tích xây dựng 41

6.2 Kết cấu công trình 42

Chương 7: TÍNH KINH TẾ 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

CÁC BẢN VẼ:

1 Bản vẽ quy trình công nghệ (trên file MS Powerpoint) 2 Bản vẽ mặt cắt phân xưởng lên men

3 Bản vẽ thiết bị lên men

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 MỞ ĐẦU:

Bia là một loại nước giải khát khá phổ biến, được tiêu thụ rộng rãi trên khắpthế giới và có lịch sử phát triển rất lâu đời Từ thời xa xưa, người Babilon đã sảnxuất bia từ quá trình lên men bánh mì ẩm Cách đây khoảng 5000 năm, người AiCập cổ đại đã sử dụng lúa mạch để sản xuất bia Bia đã trở thành một thực phẩmquan trọng trong các bữa ăn kiêng hàng ngày của người Ai Cập lúc đó Người HyLạp đã học cách sản xuất bia từ người Ai Cập Các bộ tộc của Đức đã biết sản xuấtbia từ lâu trước khi có sự xâm chiếm của đế chế La Mã Ban đầu người ta sử dụngcác loại thảo mộc và gia vị khác vào việc sản xuất bia Tuy nhiên vào khoảng 1000năm trước công nguyên bia mới thâm nhập vào các tu viện và các tu sĩ đã sử dụnghoa houblon thay cho các thảo mộc vào quá trình sản xuất bia

Từ năm 1833, nhờ các nghiên cứu của Pasteur về quá trình lên men rượuvang, Hansen đã đề nghị phương pháp nhân giống nấm men từ một tế bào thuầnkhiết ban đầu trong canh trường Đến năm 1881 – 1883 nấm men đã được đưa vàosử dụng sản xuất bia lần đầu tiên ở Đan Mạch Từ đó đến nay ngành công nghiệpbia ngày càng được hoàn thiện, phát triển và đã đạt được nhiều thành tựu rực rỡ.Bia là một loại nước giải khát có gas, có độ cồn rất thấp, giàu chất dinhdưỡng, vị đắng và hương thơm rất đặc trưng So với các loại thức uống khác bia cónhiều ưu điểm như:

So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%) Dođó nếu sử dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăngsức 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 (4 – 5g/L), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơnkhát, kích thích quá trình tiêu hóa tốt hơn

Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chấtchứa nitơ, 3 – 4% là các chất khoáng Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chấtđắng, glycerin, acid hữu cơ, một số vitamin như B1, B2, PP.

Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống mộtlượng bia vừa phải mỗi ngày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơthể hưng phấn hơn và hiệu quả làm việc cao hơn

1.2 THÀNH LẬP NHÀ MÁY:

Hiện nay trên thế giới có đến 25 nước sản xuất bia với sản lượng hơn 1 tỷlít/năm Trong đó các nước Đức, Trung Quốc có sản lượng trên 10 tỷ lít/năm Mứctiêu thụ bình quân trên đầu người cao nhất thế giới là Cộng hòa Séc 160lít/người/năm, đứng thứ hai là Cộng hòa Liên bang Đức 127 lít/người/năm

Ngành công nghiệp bia ở nước ta có một quá trình phát triển lâu dài, từ cuốithế kỷ XIX đầu thế kỷ XX với việc người Pháp xây dựng hai nhà máy bia đầu tiên

ở Việt Nam là nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn Song đặc biệt là trong

10 năm trở lại đây, do chính sách đổi mới, mở cửa của nước ta, đời sống của cáctầng lớp nhân dân đã có những bước cải thiện quan trọng, lượng khách du lịch, cácnhà kinh doanh đầu tư nước ngoài vào Việt Nam tăng nhanh càng thúc đẩy sự pháttriển của ngành công nghiệp bia cả về số lượng lẫn chất lượng Chỉ trong một thờigian ngắn đã có những bước phát triển quan trọng thông qua việc đầu tư khôi phụccác nhà máy cũ và xây dựng các nhà máy mới nhưng vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầucủa người tiêu dùng

Ngoài ra, do nước ta có khí hậu nhiệt đới, nóng quanh năm nên nhu cầu vềnước giải khát là rất lớn Các sản phẩm nước giải khát ngày càng đa dạng, phongphú đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Trong đó bia chiếmtới 40% thị trường của nước giải khát trong nước

Việc ra đời nhà máy sẽ có nhiều tác động đến nền kinh tế – xã hội:

Làm tăng thị phần bia trong nước, nâng cao uy tín thương hiệu bia ViệtNam, giảm lượng bia ngoại nhập và có khả năng xuất khẩu

Góp phần giải quyết việc làm cho người lao động trực tiếp tham giavào quá trình sản xuất Ngoài ra còn có đội ngũ lao động tham gia vào các hoạtđộng cung ứng vật tư, dịch vụ tiêu thụ sản phẩm

Tăng thêm ngân sách cho quốc gia

Góp phần thúc đẩy các ngành khác phát triển như nông nghiệp, giaothông, cơ khí, điện tử, bao bì

Có thể cạnh tranh với các loại bia hơi chất lượng kém do các cơ sở sảnxuất sử dụng thiết bị tự tạo, nhiều cơ sở sản xuất rất thủ công lạc hậu, nguyên liệumua rẻ chất lượng kém Nguồn nước nấu bia không đảm bảo vệ sinh nên khôngđảm bảo an toàn vệ sinh chất lượng thực phẩm có ảnh hưởng đến sức khỏe ngườitiêu dùng nhưng do có giá rẻ nên vẫn được một bộ phận nhân dân có thu nhập thấpsử dụng

Ứng dụng những tiến bộ về thiết bị, quy trình công nghệ hiện đại nhằmgiảm giá thành, nâng cao chất lượng sản phẩm để có thể cạnh tranh với các loại biahơi giá rẻ, bia ngoại

Có khả năng mở rộng sản xuất, phát triển nhà máy trong tương lai.Hiện nay nhà nước kêu gọi các nhà đầu tư, các doanh nghiệp đầu tư vào các khucông nghiệp Đưa nhà máy vào các khu công nghiệp sẽ hưởng được nhiều chínhsách ưu đãi của nhà nước như được miễn giảm các loại thuế, có cơ sở hạ tầng hoànchỉnh, giảm được chi phí xây dựng cơ bản ban đầu… Việc phát triển các khu côngnghiệp sẽ kéo theo sự phát triển các đô thị mới, thúc đẩy sự phát triển kinh tế, xãhội các vùng

Dựa vào các nguyên tắc chung khi chọn địa điểm xây dựng nhà máy và xuhướng hiện nay, chọn địa điểm xây dựng nhà máy ở khu công nghiệp Tây Bắc CủChi

Chương 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

 Nước phi công nghệ: không trực tiếp có mặt trong thành phần của sảnphẩm nhưng rất cần thiết trong quá trình sản xuất và cũng ảnh hưởng đến chấtlượng sản phẩm cuối cùng Nước này được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhaunhư nước nồi hơi, nước vệ sinh thiết bị, nước vệ sinh nhà xưởng, thanh trùng Mỗimục đích đòi hỏi một chất lượng riêng, nước được xử lý theo yêu cầu sử dụng.Để kiểm tra và đánh giá chất lượng nguồn nước nguyên liệu trong sản xuất đồuống (ở đây là nước ổi) cần phải dựa vào đồng thời ba nhóm chỉ tiêu: cảm quan,hóa lý và vi sinh Đây là quy định về các chỉ tiêu nước uống của châu Âu, theo quyđịnh 80/778/ECC, ban hành ngày 15.7.1980

Chỉ tiêu của nước dùng trong công nghệ sản xuất đồ uống [8]

Độ dẫn điện 400 μs/cm (20oC)

Tổng chất khô (mức tối đa cho phép) 1500 mg/L

Oxy hòa tan (mức tối đa cho phép) > 75%

NO2- (mức tối đa cho phép) 0.1 mg/L

Nitơ tổng theo Kjeldahl (mức tối đa cho phép) 1 mg.N/L

H2S không phát hiện bằng phương pháp cảm quan

Hydrocarbon hoà tan/ nhũ hoá (mức tối đa cho phép) 10 μg/L

Phenol (mức tối đa cho phép) 0.5 mg/L

Chất hoạt động bề mặt (mức tối đa cho phép) 2000 μg/L

Cd (mức độ tối đa cho phép) 5 μg/L

Cyanide (mức tối đa cho phép) 50 μg/L

Pesticide tổng (mức tối đa cho phép) 0.5 μg/L

Hydrocarbon thơm đa vòng (mức tối đa cho phép) 0.2 μg/L

c Chỉ tiêu vi sinh Mức tối đa cho phép (theo MPN)

Tổng số vi khuẩn hiếu khí (mức khuyến cáo) 100 cfu/L (ở 27oC)

Coliforms tổng số MPN < 1/100ml

Faecal streptococci MPN < 1/100ml

Sulphite reducing clostridia MPN < 1/20ml

( MPN: Most probable Number, phương pháp xử dụng chỉ số xác xuất cao nhất)

2.1.2 Malt:

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại ngũ cốc sau khi cho nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến một độ ẩm nhất định với những điều kiện bắt buộc.Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia Tùy theo chất lượng bia mong muốn mà sử dụng các loại malt thích hợp Malt là loại nguyên liệu không thểthay thế hoàn toàn vì nó tạo ra màu sắc, mùi vị và các giá trị cảm quan khác đặc trưng cho bia

Malt được nhập từ nước ngoài, bảo quản ở 20oC, độ ẩm  7% Thời gian bảo quản tối đa là 2 năm

Chỉ tiêu chất lượng của malt khô:

 Malt có màu vàng rơm, kích thước hình dáng gần giống hạt đại mạch khô

 Không có mùi chua, mốc hay có mùi vị lạ

 Malt có vị ngọt dịu

 Sạch không có lẫn tạp chất, lượng hạt vỡ tối đa là 0,5%, lượng hạt khôngnẩy mầm tối đa là 1%

 Độ hòa tan 70 – 80%

 Thời gian đường hóa ở 70oC là 10 – 20 phút

 Khối lượng riêng 480 – 600 kg/m3

 pH đường hóa 5,5 – 6,5

Thành phần hóa học của malt khô tính theo % chất khô ([1] trang 127):

 Pentosan hòa tan : 1,0

 Hexosan và pentosan không tan : 9,0

Trong sản xuất bia việc dùng thế liệu nhằm các mục đích:

 Giảm giá thành sản phẩm

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

Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu:

 Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid Vì vậy các loại ngũ cốc thường đượcchọn làm thế liệu trong sản xuất bia

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

Chọn 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 vàxelluloza ở mức thấp, khả năng hòa tan tốt có thể đến 90% chất khô

Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng sản xuất bia:

 Không có hạt mốc, mùi hôi

 Màu sắc đồng nhất

 Sạn rác  2%, không có lẫn tạp chất kim loại

 Độ ẩm  12%

Thành phần hóa học của gạo ([1] trang 63):

 Hàm lượng tinh bột : 77,8

 Hợp chất nitơ : 7,9

 Hàm lượng chất béo : 0,5

 Hàm lượng xelluloza : 0,5

 Các hợp chất khác : 26 – 28

Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất đối với công nghệ sản xuất bia là chấtđắng, tinh dầu thơm và thứ ba là polyphenol

a) Chất đắng: là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Vai trò của chất đắng trong công nghệ sản xuất bia là vô cùng to lớn Chúng làm cho bia có vị đắng dịu, giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu, có tính kháng khuẩn nhờ đó làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm Thành phần các hợp phần chất đắng tính theo phần trăm chất khô của hoa:

 - axit đắng: 6 – 9% ; nhựa mềm: 5 – 6%

 - axit đắng: 3 – 4% ; nhựa cứng: 1 – 2%

Trong đó cấu tử quan trọng nhất là  - axit đắng, hàm lượng phải  7%.

b) Tinh dầu thơm: tạo cho bia có một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu

c) Polyphenol: dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịch đường, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm.Các dạng chế phẩm của hoa houblon:

Hoa cánh: hoa sấy khô đến độ ẩm < 13%, được ép chặt thành bánh, bảoquản trong một loại giấy đặc biệt mà không khí không thẩm tích qua được

Hoa viên: để thuận tiện trong bảo quản và vận chuyển người ta nghiềnnát hoa khô thành bột và ép thành viên được gói trong các bọc giấy đặc biệt giốnghoa cánh Chất lượng hoa viên như hoa cánh nhưng hoa viên hiệu quả sử dụng caohơn nên sẽ tiết kiệm hoa hơn

Hoa cao: người ta dùng một số dung môi hữu cơ thích hợp để trích lychất đắng trong hoa ra Sau đó dùng biện pháp thích hợp tách dung môi ra thu đượcdung dịch đậm đặc chất đắng đem cô đặc ta được hoa cao Hàm lượng chất đắngtrong hoa cao nhiều hơn, sử dụng thuận tiện hơn và hiệu quả hơn Giá trị chất đắngtrong 1 kg hoa cao bằng 5 – 6 kg hoa cánh hay hoa viên Nhưng hàm lượng tinh dầuthơm trong hoa cao kém do đó thường sử dụng phối hợp hoa cao với hoa viên hoặchoa cánh

2.1.5 Nấm men:

Nấm men là vi sinh vật đơn bào, có thể sinh sản bằng cách nảy chồi hay phân

đôi Sử dụng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis có đặc điểm:

 Sau khi hoàn tất quá trình lên men có xu hướng lắng xuống đáy, giúp choquá trình tự trong của bia xảy ra nhanh hơn, tốt hơn

 Nhiệt độ lên men 8 – 10oC

 Lên men ôn hòa nhưng triệt để Có khả năng lên men 100% đườngrafinose

 Quá trình lên men xảy ra trong lòng môi trường

Từ giống thuần chủng, nấm men sẽ được cho qua hệ thống nhân giống rồi đưavào sản xuất Nấm men được thu hồi có thể tái sử dụng đến đời thứ 7, thứ 8

Mật độ nấm men gieo cấy vào dịch đường phải đạt từ 10 – 20 triệu tế bào/mLdịch đường.

2.1.6 Các chất phụ gia:

Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ mà các nguyên liệu phụ hay hóa chất này được sử dụng với hàm lượng khác nhau

2.1.6.1 Nhóm phụ gia trực tiếp:

Gồm những nguyên liệu và hóa chất được phép có mặt trong thành phần sản phẩm với một hàm lượng cho phép nhất định

Các hóa chất xử lý độ cứng nước: Al2(SO4)3.16H2O, CaSO4 …

Các hóa chất sát trùng nước và điều chỉnh pH: HCl, Na2SO4, acid lactic, CaCl2,formol…

Chất tạo màu cho bia: caramel

Các hóa chất cần thiết cho việc nhân giống, xử lý và thu hồi nấm men

2.1.6.2 Nhóm phụ gia gián tiếp:

Gồm tất cả các nguyên liệu và hóa chất được sử dụng trong quy trình công nghệ nhưng không được phép có trong thành phần sản phẩm

Các loại bột trợ lọc: PVPP, diatomid…

Các hóa chất dùng để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xưởng sản xuất như H2SO4,KMnO4, NaOH…

Các chất được dùng như tác nhân lạnh như NH3, glycol, nước muối…

2.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

Toàn bộ quy trình công nghệ ở nhà máy được chia làm 3 công đoạn:

 Công đoạn nấu: được thực hiện ở phân xưởng nấu Mục đích nhằmchuyển tất cả cơ chất của nguyên liệu thành các chất hòa tan dưới tác động của

các hệ thống enzym amylase và protease.

 Công đoạn lên men: được thực hiện ở phân xưởng lên men, là quá trìnhchuyển dịch đường thành sản phẩm bia dưới tác dụng của nấm men

 Công đoạn hoàn thiện sản phẩm: được thực hiện ở phân xưởng chiết

2.2.1 Phân xưởng nấu:

Mục đích nhằm chuyển hóa tối đa những chất có phân tử lượng cao nằm dướidạng không hòa tan dự trữ trong nguyên liệu thành những chất thấp phân tử

hòa tan dưới tác động của các hệ thống enzym amylase và protease Những chất

hòa tan này sẽ cùng với những chất hòa tan có sẵn trong bột malt tạo thành dịchđường cho phân xưởng lên men

2.2.2 Phân xưởng lên men:

2.2.2.1 Men giống:

Sử dụng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis lên men ở nhiệt độ

thấp 8oC Men giống được nuôi cấy ở phòng thí nghiệm, được nhân giống trong môitrường thích hợp và đưa vào sản xuất Lượng men cho vào chiếm 1 – 2% thể tích dịch đường

2.2.2.2 Lên men:

Các phương pháp lên men:

 Phương pháp lên men cổ điển

 Phương pháp lên men hiện đại

Trong phương pháp lên men hiện đại lại có nhiều giải pháp công nghệ khác nhau:

 Phương pháp gia tốc lên men trong các thiết bị thân trụ – đáy côn

 Phương pháp lên men liên tục

 Phương pháp lên men bán liên tục

Sản xuất bia theo phương pháp lên men cổ điển thì quá trình lên men được thực hiện trong hai tank lên men chính và phụ riêng biệt Hai tank này được đặt trong hai phòng lên men chính và phụ tương ứng Phương pháp này có ưu điểm là cho bia có chất lượng cao nhưng nhược điểm lớn nhất là chu kỳ lên men chính và phụ kéo dài từ 30 – 45 ngày

Trong điều kiện hiện nay của nước ta thì các phương pháp lên men bán liên tục và lên men liên tục là không phù hợp Do các phương pháp này đòi hỏi những

điều kiện sản xuất hết sức nghiêm ngặt và chặt chẽ Do đó em chọn lên men theo phương pháp gia tốc trong thiết bị thân trụ – đáy côn Thực hiện lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị do đó rút ngắn được chu kỳ sản xuất, công nghệ đơn giản dễ thực hiện, chất lượng men thu hồi tốt Thiết bị này có ưu điểm là ít chiếm diện tích nên tiết kiệm được mặt bằng xây dựng, có thể đặt ngoài trời do đó không cần phòng lên men chính và phụ, do đó giảm được chi phí lạnh, đảm bảo điều kiện lao động cho công nhân, dễ dàng tự động hóa.

2.2.2.2.1 Lên men chính:

Trong quá trình lên men chính, phần lớn các đường và dextrin lên men được sẽ được nấm men chuyển hóa thành C2H5OH, CO2 và các sản phẩm phụ khác với tỉlệ về khối lượng giữa chúng phải hài hòa và cân đối Các thành phần khác của dịchđường cũng chịu tác dụng của nấm men: một phần bị biến thành những hợp chất mới, số khác thì chuyển thành trạng thái không hòa tan và kết lắng dần xuống Cácsản phẩm phụ gồm các hợp chất dễ bay hơi như rượu bậc cao, este, aldehyt… và cáchợp chất không bay hơi như axit hữu cơ, glyxerin…

Nhiệt độ lên men được giữ ổn định ở 8oC, thời gian lên men kéo dài từ 7 – 8 ngày Áp lực trong thùng lên men được giữ ở 1,2 – 1,5kg/cm2 Cuối quá trình lên men chính nồng độ chất hòa tan còn khoảng 3oS Trong quá trình lên men 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 côn của thùng lên men sẽ làm việc, nhiệt độ ở vùng này giảm cùng với áp suất trong thùng được giữ ở 1,2 – 1,5kg/cm2 sẽ thúc đẩy quá trình kết lắng của nấm men nhanh và chặt hơn 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 thu hồi nấm men thì sẽ chuyển sang quá trình lên men phụ

2.2.2.2.2 Lên men phụ:

Ở giai đoạn lên men phụ các quá trình xảy ra hoàn toàn giống giai đoạn lênmen chính nhưng với tốc độ chậm hơn do hầu hết nấm men đã kết lắng và nhiệt độthấp khoảng 0 – 20C Lên men phụ là tiếp tục quá trình lên men chính, nhằmchuyển hóa hết phần đường 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 quan củasản phẩm như hàm lượng diacetyl giảm, các axit hữu cơ tác dụng với rượu tạothành este Nhiệt độ và thời gian lên men phụ là 2 yếu tố quan trọng nhất ở giaiđoạn này Nhiệt độ thấp và thời gian dài là những điều kiện quan trọng nhất để thunhận được bia có độ bền keo và chất lượng cao.

Lên men phụ được thực hiện ở nhiệt độ thấp 0 – 2oC với áp suất cao 1,3 – 1,5kg/cm2 để bão hòa tốt CO2 đồng thời để nấm men tiếp tục kết lắng Nếu áp suấtnhỏ hơn thì phải bổ sung CO2

Thời gian lên men phụ kéo dài 4 – 5 ngày khi nồng độ chất hòa tan còn

khoảng 1 – 2oS thì kết thúc quá trình lên men phụ

2.2.2.3 Lọc bia:

Nhằm loại bỏ các tạp chất, nấm men còn sót, các hạt dạng keo, các phức chất của protein và polyphenol, làm trong bia tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần

cơ học và tăng độ bền bia

Lọc bia dựa trên cơ sở hai quá trình:

 Quá trình cơ học: giữ những phân tử rắn có kích thước lớn hơn kích thướcchiều rộng của vật liệu lọc

 Quá trình hấp phụ: hấp phụ các hạt có kích thước nhỏ, thậm chí các hạthòa tan dạng keo và các hạt hòa tan dạng phân tử Bia sau khi lọc có độ trong tốtchủ yếu là nhờ quá trình này

Bia sau khi lên men phụ, hạ nhiệt độ xuống 0oC và đem đi lọc trong Sử dụng thiết bị lọc khung bản, bột trợ lọc diatomit Bia sau khi lọc được bơm vào thùng tàng trữ chờ chuyển sang phân xưởng chiết

2.2.3 Phân xưởng chiết:

Đây là công đoạn nhằm mục đích hoàn thiện sản phẩm:

 Chiết bia vào chai và thùng bock để thuận tiện cho việc vận chuyển, bảoquản và sử dụng

 Thanh trùng bia tiêu diệt các vi sinh vật bị lây nhiễm trong quá trình sảnxuất nhằm nâng cao độ bền sinh học, kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm

Nhà máy sản xuất ra hai sản phẩm là bia tươi và bia chai do đó sẽ có hai hệ thống chiết bia tương ứng

2.2.3.1 Hệ thống chiết bia tươi:

a Rửa thùng bock: sử dụng thùng bock dung tích 100 lít, được chế tạo bằng hợpkim của nhôm Ở công đoạn này sử dụng máy rửa thùng bock

b Thanh trùng bia: bia từ thùng tàng trữ sẽ được thanh trùng UHT bằng máy traođổi nhiệt tấm bản trước khi chiết Thời gian bảo quản không dài từ 1 – 3 tuần

c Chiết bock: sử dụng máy chiết bock

2.2.3.2 Hệ thống chiết bia chai:

Bia được chiết vào chai thủy tinh 500ml, đóng nắp và được thanh trùng

Pasteur ở 62oC Thời gian bảo quản từ 6 tháng đến 1 năm

Vỏ chai được bốc ra khỏi két theo băng chuyền đến máy súc rửa chai Sau đó được kiểm tra lại bằng máy soi chai Các chai bẩn không làm sạch được hay bị khuyết tật đều được loại bỏ đi Các chai đạt tiêu chuẩn theo băng chuyền đến máy chiết bia và đóng nắp chai Sau khi đóng nắp chai sẽ đi qua máy kiểm tra mực bia trong chai Tiếp theo chai sẽ qua máy thanh trùng, rồi đến máy dán nhãn Sau cùngchai được máy bốc chai xếp vào két

2.2.4 Sản phẩm bia:

Sản phẩm bia của nhà máy có các chỉ tiêu sau:

2.2.4.1 Chỉ tiêu hóa lý:

 Hàm lượng chất hòa tan ban đầu (%) :  10,8oS

 Độ cồn ở 20oC (%) :  4,4

 Hàm lượng CO2 hòa tan (g/l) :  4,5

 Độ chua (ml NaOH 0,1N/10ml bia) : 1,2 – 1,6

 Độ màu (EBC) : 4,5 – 8

 Hàm lượng diacetyl (mg/l) :  0,2

2.2.4.2 Chỉ tiêu cảm quan:

 Màu sắc : vàng rơm sáng

 Độ trong : trong suốt không có tạp chất

 Độ bọt : bọt trắng, đặc, dày, mịn

 Mùi : thơm đặc trưng của bia sản xuất từ malt và houblon

 Vị đắng dịu đặc trưng của malt và hoa houblon

2.2 3 Chỉ tiêu vi sinh:

 Nấm mốc (tế bào/ml bia) :  100

 Vi khuẩn hiếu khí (tế bào/ml bia) :  1000

 Vi khuẩn kị khí : không có

 Vi khuẩn E Coli : không có

Chương 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Ý nghĩa của việc tính cân bằng vật chất:

Tính được lượng đầu vào, đầu ra cho từng công đoạn hay quá trình giúpcho việc chọn thiết bị có công suất phù hợp

Xác định được lượng nguyên liệu cần cho sản xuất từ đó giúp nhà máylập được kế hoạch sản xuất đảm bảo cho quá trình sản xuất liên tục, ổn định

Xác định được tổn thất, phế liệu, phụ liệu cho quá trình sản xuất

Xác định được diện tích kho bãi chứa hợp lý

Tính cân bằng vật chất theo nguyên tắc chung:

Tổng lượng đầu vào = Tổng lượng đầu ra

được tính cho toàn bộ quá trình hay từng công đoạn sản xuất

Giả sử :

 Malt có độ ẩm W = 7% (trọng lượng), hàm lượng glucid 68% (chất khô)

 Gạo có độ ẩm W = 12% (trọng lượng), hàm lượng glucid 89% (chất khô)

 Hiệu suất hòa tan chung cho cả malt và gạo là 75%

3.1 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO 100 KG MALT:

3.1.1 Tính lượng dịch đường đun sôi 11 o S:

Lượng chất khô có trong malt:

Khối lượng dịch đường đun sôi:

Khối lượng riêng của nước ở 20oC 1 = 998,23 kg/m3

Khối lượng riêng của nước ở 100oC 2 = 958,38 kg/m3

Do đó thể tích của nước ở 100oC lớn hơn thể tích nước ở 20oC với cùng khốilượng:

Thể tích dịch đường đun sôi ở 100oC:

3.1.2 Tính lượng dịch đường lên men:

Tổn thất dịch đường khi loại cặn houblon, khi làm lạnh, khi bơm qua đường ống từ 1 – 3% so với dịch đường đun sôi Lấy giá trị trung bình là 2%

Lượng chất hòa tan của dịch đường lên men (10,2oS):

G’2 = G2.(1 – 0,02) = 69,75.0,98 = 68,355 kg

Lượng dịch đường lên men (11oS):

Thể tích dịch đường lên men:

kg683,822

,10

1009,756S

100G

G

o 2

3 C

o

20

dđ

3 C

o 20

dđ

kg/m 81 , 1040

lít 29 , 683

V

m 68329 , 0 81 , 1040

04 , 1 75 , 69 K G

V

) 2 , 10 (

C o 20

dđ

C o 20

dđ

kg/m13,1044)

S11(

với

lít595,1504413

,1

41,621V' G'3

100 355 , 68 11

100 '

23 , 998 K

3.1.3 Tính lượng bia sau lên men:

Thực hiện lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị

Tổn thất ở bộ phận lên men bao gồm:

 Tổn thất khi bơm dịch đường vào thùng lên men 0,1%

 Tổn thất khi lên men, loại nấm men 4%

Vậy tổng tổn thất là 4,1%

Vbia non = V’(1 – 0,041) = 595,15.0,959 = 570,75 lít

3.1.4 Tính lượng bia tàng trữ:

Tổn thất khi tàng trữ bia là 1% so với dịch đường đun sôi do gạn lắng và khi bơmqua đường ống

Vtàng trữ = Vbia non(1 – 0,01) = 570,75.0,99 = 565,04 lít

3.1.5 Tính lượng bia thành phẩm:

Tổn thất so với dịch đường đun sôi:

 Tổn thất khi lọc trong bia 0,25%

 Tổn thất khi chiết bia 0,25%

 Tổn thất khi bơm qua đường ống 0,2%

Tổng tổn thất là 0,7%

Vbia = Vtàng trữ(1 – 0,007) = 565,04.0,993 = 561,08 lít

3.1.6 Hiệu suất của quá trình sản xuất bia:

3.1.7 Định mức tiêu hao malt cho 1 hl bia:

3.2 ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NGUYÊN LIỆU CHO 1 HL BIA 11o S:

Công thức nấu bia: malt chiếm 75% tổng khối lượng nguyên liệu

gạo chiếm 25% tổng khối lượng nguyên liệu

%1,8229,683V

100.100V

100.100

Tỷ lệ giữa malt và gạo được xác định theo hàm lượng glucid tương ứng:

a) Định mức tiêu hao malt:

Gmalt = G.0,6 = 17,823.0,75 = 13,37 kg

b) Định mức tiêu hao gạo:

c) Định mức tiêu hao hoa houblon:

Định mức hoa houblon cánh cho sản xuất 1 hl bia là GH = 190 g/hl Trong đó sử dụng 50% là hoa cánh, 50% là hoa cao

Lượng hoa cánh để sản xuất 1 hl bia:

Ghoa cánh = GH.0,5 = 190.0,5 = 95 g/hl

1 kg hoa cao tương đương với 4 – 6 kg hoa cánh, chọn trung bình là 5kg

Do đó lượng hoa cao để sản xuất 1 hl bia:

3.3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

Nhà máy có năng suất Q = 10.000.000 lít bia 11oS/năm

= 100.000 hl bia 11oS/năm

3.3.1 Tính số mẻ nấu và nguyên liệu cho 1 mẻ:

Trong 1 năm có 4 quí thì quí I là quí có nhu cầu tiêu thụ cao nhất, chiếm 33% kế hoạch sản xuất của cả năm Do đó ta tính lượng nguyên liệu và lựa chọn thiết bị có năng suất theo quí I

Lượng bia sản xuất trong 1 ngày của quí 4:

n

x

Q

L  . , trong đó Q – năng suất cả năm

x – sản lượng của quí, x = 33%

n – số ngày sản xuất trong quý, n = 75 ngày

309 , 1 78

89 malt trong Glucid

%

gao trong Glucid

%

kg 4 , 3 309

, 1

25 , 0 823 , 17 X

4 , 0 G

g/hl195

5,0

1905

5,0.G

cao

Chọn số mẻ nấu trong ngày là i = 2 mẻ/ngày.

Thể tích bia thành phẩm của 1 mẻ nấu là:

Số mẻ nấu trong 1 năm là:

55 , 454 220

a) Định mức nguyên liệu cho 1 mẻ nấu 220 hl bia:

Khối lượng malt:

m11 = l.Gmalt = 220.13,37 = 2941,4 kg

Khối lượng gạo:

m21 = l.Ggạo = 220.3,4 = 748 kg

Khối lượng hoa houblon:

 Hoa cánh: m31 = l.Ghoa cánh = 220.95.10-3 = 20,9 kg

 Hoa cao: m41 = l.Ghoa cao = 220.19.10-3 = 4,18 kg

b) Định mức nguyên liệu cho 1 ngày:

Khối lượng malt:

c) Định mức nguyên liệu cho 1 năm:

Khối lượng malt:

m13 = m11.mi = 2941,4.455.10-3 = 1338,337 tấn

hL2202

440





l

Khối lượng gạo:

Thể tích dịch đường đun sôi/mẻ:

Thể tích dịch đường đun sôi/ngày:

V12 = V11.i = 200,98.2 = 401,96 hl

Thể tích dịch đường đun sôi/năm:

V13 = V11.mi = 200,98.455 = 91445,9 hl

b) Tính cho gạo:

Thể tích dịch đường đun sôi/mẻ:

Thể tích dịch đường đun sôi/ngày:

.100

4,2941.29,683100

V.m

hl9,66100

.100

309.1.748.29,683100

.100

X.m.V