luận văn công nghệ thực phẩm NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ THANH TRÙNG BIA KIỂU BẢN MỎNG”

Trong quy trình cụng nghờ sản xuất bia, khâu thanh trùng đóng vai trò quantrọng, quyết định chất lượng, thời gian bảo quản sản phẩm, giúp sản phẩmkhông bị hư hỏng mà vẫn giữ được chất lư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐẶT VẤN ĐỀ 3

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 5

1.1 Tầm quan trọng của việc thanh trùng bia 5

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia ở trong và ngoài nước 5

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia tại Viện Công Nghiệp Thực Phẩm 10

1.1.3 Đặc điểm của bia 11

1.1.3.1 Thành phần hóa học trong bia 11

1.1.3.2Nước 14

1.1.4 Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm 15

1.1.4.1 Quy trình dây chuyền sản xuất 15

1.1.4.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 17

1.2.3 Vệ sinh thiết bị (hệ thống CIP) [2] 25

1.2 Nhữn biến đổi của bia trong quá trình bảo quản 26

1.2.1 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 26

1.2.2 Những biến đổi của bia trong quá trình bảo quản 28

1.3 Các phương pháp thanh trùng bia 28

1.3.1.phương pháp thanh trùng pasteurisation 30

1.3.2.Phương pháp tiệt trùng Sterilisation 30

1.3.3.phương pháp tiệt trùng UHT 30

1.4.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 30

1.4.1.Mục đích nghiên cứu 30

1.4.2.Nhiệm vụ nghiên cứu 31

CHƯƠNG II 32

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẤU TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THANH TRÙNG 32

2.1 Tình hình nghiên cứu các thiết bị đã có ở trong và ngoài nước 32

2.1.1 Một số loại máy thanh trùng được sử dụng phổ biến: 32

2.2 Lựa chọn thiết bị thanh trùng bia 52

2.2.1 Nguyên lý cấu tạo 53

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 53

CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH THANH TRÙNG 55

3.1 Cơ sở tính toán quá trình thanh trùng 55

3.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình thanh trùng 60

3.1.2 Thời gian và nhiệt độ thanh trùng cho phép 61

3.2 Lý thuyết tính toán một số bộ phận của thiết bị thanh trùng 63

3.2.1 Lý thuyết tính toán về bộ phận trao đổi nhiệt 63

3.2.2 Lý thuyết tính toán công suất bơm 65

CHƯƠNG IV 68

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA THIẾT BỊ THANH TRÙNG BIA 68 4.1 Thiết bị gia nhiệt 68

4.1.1 Số liệu tính toán 68

4.1.2 Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản 68

4.2 Tính toán công suất bơm 71

4.2.1 Tính toán công suất bơm bia 71

4.2.2 Tính toán công suất bơm nước 77

CHƯƠNG V: 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

5.1 Kết luận: 84

5.2 Kiến nghị: 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi nhu cầu sống của con người được cải thiện thì nhu cầu ăn uống ngàycàng cao, không những về số lượng mà cả về chất lượng, không những ăn no màphải ngon Vì vậy việc có những thực phẩm vừa đáp ứng được thị hiếu, Vừa đápứng dinh dưỡng là vấn đề cần thiết, cũng từ đó mà ngành công nghệ thực phẩm

đã ra đời và ngày càng phát triển Cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu vềthực phẩm và đồ uống của người tiêu dùng ngày càng tăng Trong đó Bia là mộtloại nước giải khát có nhiều lợi ích cho sức khỏe con người

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao

và có độ cồn thấp, mùi vị thơm ngon và bổ dưỡng Bia chứa khoảng 3,5- 5,5%alcohol, trong bia có khoảng 17 loại acid amin (chất đạm) và một hệ men kháphong phú, nhất là men tiêu tinh bột amylase Ngoài ra bia còn có nhiều giá trịdinh dưỡng như kích thích tiêu hóa, ăn uống ngon miệng, tăng điều kiện bổdưỡng, đặc biệt có khả năng làm tăng nhịp tim, tăng sức co bóp cơ tim làm tănglưu thông máu

Trong những năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăngnhanh, cùng với sự phát triển của công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia cónhững bước tiến nhảy vọt Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vàosản xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết

bị, và mang lại hiệu quả kinh tế cao Ngày nay ngành sản xuất bia Việt Namcũng như các nhà máy bia liên doanh hay cỏc hóng bia nước ngoài luôn khôngngừng mở rộn, cải tiến xây dựng các nhà máy mới phù hợp và nâng cao chấtlượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung, với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thịtrường

Trước đây ở Việt Nam chỉ có hai nhà máy bia lớn ở Sài Gòn và Hà Nội, sảnlượng hàng năm hàng triệu lít Trong những năm đổi mới nhiều nhà máy bia củanước ngoài hoặc liên doanh với Việt Nam, có công nghệ và thiết bị tiên tiến đã

ra đời Đồng thời, hầu như các tỉnh đều có cơ sở sản xuất bia cỡ trung và cỡ nhỏ,

đã làm cho sản lượng chung tăng lên rất nhiều và đã đáp ứng được nhu cầungười tiêu dùng

Trong quy trình cụng nghờ sản xuất bia, khâu thanh trùng đóng vai trò quantrọng, quyết định chất lượng, thời gian bảo quản sản phẩm, giúp sản phẩmkhông bị hư hỏng mà vẫn giữ được chất lượng, hương vị mong muốn Các thiết

bị thanh trùng được sử dụng tiêu diệt các loại vi khuẩn có hại trong sản phẩmlàm tăng thời hạn bảo quản sản phẩm

Để tìm hiểu sâu sắc hơn về công nghệ cũng như thiết bị sản xuất bia và xuất

phát từ nhu cầu thực tiễn Tôi mạnh dạn thực hiện đề tài: “NGHIấN

CỨU,TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA THIẾT BỊ THANH TRÙNG BIA KIỂU BẢN MỎNG”

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Tầm quan trọng của việc thanh trùng bia

Thanh trùng là khâu rất quan trọng, quyết định chất lượng và thời gian bảoquản sản phẩm Nhờ tác dụng của nhiệt độ cao, vi sinh vật và enzyme trong bia

bị tiêu diệt, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Đây là phương pháp cất giữthục theo nguyên lý tiêu diệt mầm mống gây hư hại thực phẩm (nguyên tắc đìnhchỉ sự sống) bằng nhiều phương pháp khỏc: dựng dòng điện cao tần, tia ion hóa,siêu âm, lọc thanh trùng, tác dụng của nhiệt

Các thiết bị thanh trùng được sử dụng tiêu diệt các loại vi khuẩn có hại trongsản phẩm nhằm làm tăng thời hạn bảo quản sản phẩm Khi thanh trùng bằngnhiệt thì thanh trựng cũn nhằm mục đích làm chín thực phẩm thay thế cho quátrình nấu chín

Thanh trùng được áp dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp sản xuất đồhộp rau quả, thịt cá, sữa và công nghiệp sản xuất bia rượu, nước giải khát, Việc thanh trùng được thực hiện trước hoặc sau khi chế biến, có thể trực tiếphoặc gián tiếp Thanh trựng giỳp thực phẩm có thể bảo quản được lâu hơn,không bị hư hỏng mà vẫn giữ được chất lượng, hương vị như lúc đầu

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia ở trong và ngoài nước

 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia ở trên thế giới.

Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì biađược sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng HIện nay trên thế giới cútrờn 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lớt/năm, trong đó, Mỹ, Đức,mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lớt/năm, Trung Quốc 7 tỷ lớt/năm

Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiếntiến trong năm 2004 như sau: Cộng hòa Czech hơn 150 lớt/người/năm, Đức 115lớt/người/năm, Úc khoảng 110 lớt/người/năm

Tổng lượng tiêu thụ trên thế giới năm 2003 khoảng 144,296 triệu kl, năm

2004 khoảng 150,392 triệu kl (tăng 4,2%) Lượng bia tiêu thụ tăng hầu khắp cỏcvựng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tănglên Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philipin với tốc

độ tăng đến 11,2%

Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh,các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á đang dầngiữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới

Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu có giảm, thì ở Châu Á, trước kia nhiềunước có mức tiêu thụ trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 6,5%/năm.Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipincông nghiệp bia Châu Á Từ năm 1980 đến năm 1990 sản lượng bia tăng từ22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm Đây là những nước cótốc độ tăng nhanh trong khu vực Các nước xung quanh ta như Singapore đạt 18lit/người/năm, Philipin đạt 20 lớt/người/năm (theo số liệu của Viện rượu - bia -nước giải khát Việt Nam)

Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy

sự tăng trưởng của ngành 69,8 triệu lớt lờn 1230 triệu lít, tức là tăng 17 lần

Hình 1.1 Biểu đồ phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng (2004)

(Nguồn từ Kirin news – Nhật Bản)

Thời kỳ từ 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 20% (theo số liệu của Việnrượu - bia - nước giải khát Việt Nam) Đến năm 2004, tổng lượng bia tiêu thụ ởTrung Quốc là 28.640 triệu lít, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới

Tổng lượng bia tiêu thụ của các nước khu vực Châu Á trong năm 2004 đạt43.147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003 Do thị trường bia trên thế giớiđang phát triển một cách năng động, các hãng bia sử dụng các chiến lược kinhdoanh khác nhau Tại Mỹ và Châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lượckinh doanh bia là dành thị phần giảm chi phí sản xuất Ngược lại, tại TrungQuốc là nơi thị trường đang tăng trưởng (nhất là đối với các loại bia chất lượngcao) chiến lược là phát triển sản xuất, tăng sản lượng và nâng cao chất lượng

 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia tại Việt Nam

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà

máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đó cólịch sử trên 100 năm

Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởngGDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư mà ngành côngnghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao Chẳng hạn như năm 2003,sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với

công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lớt/năm, nộp ngân sáchnhà nước khoảng 3650 tỷ đồng.

Số lượng cơ sở sản xuất giảm xuống so với những năm cuối thập niên 1990,đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở sản xuất so với 469 cơ sở tính từ năm

1998 Điều này là do yêu cầu về chất lượng bia, về mức độ vệ sinh an toàn thựcphẩm ngày càng cao, đồng thời do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn

có thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến nờn cú sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ

sở sản xuất quy mô nhỏ, chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phásản hoặc chuyển sang sản xuất sản phẩm khác Trong các cơ sở sản xuất bia đú,

cú Sabeco chiếm năng suất trên 200 triệu lớt/năm, Habeco năng suất trên 100triệu lớt/năm, 15 nhà máy bia có năng suất trên 15 triệu lớt/năm và khoảng 165

cơ sở sản xuất có năng lực dưới 1 triệu lớt/năm

Hai tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Sài Gòn là hai đơn

vị đóng góp tích cực và giữ vai trò chủ đạo trong ngành bia Theo báo cáo củacác tỉnh thành phố trực thuộc trung ương và của hai tổng công ty, riêng năm

2003, doanh thu của ngành Bia Rượu Nước giải khát đạt 16.497 tỷ đồng, nộpngân sách nhà nước 5000 tỷ đồng, tạo điều kiện việc làm và thu nhập ổn địnhcho trên 20.000 lao động Sản lượng bia tiêu thụ toàn quốc đạt 1290 triệu lít, đạt78,8% công suất thiết kế, trong đó Habeco và Sabeco đạt 472,28 triệu lít (chiếm36,61% toàn ngành bia) Hai tổng công ty đã phát huy hết năng suất, phải giacông tại một số địa phương nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngườitiêu dùng

Nếu xét theo địa phương, năng lực sản xuất bia chủ yếu tập trung vào cácthành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh chiếm 23,2% tổng năng lực sản xuấtbia toàn quốc, thành phố Hà Nội chiếm 13,44%, thành phố Hải Phòng chiếm7,47% Các nhà máy bia được phân bố trên 49 tỉnh thành của cả nước, trong đó

có 24 tỉnh thành có sản lượng trên 20 triệu lớt/năm Đến nay còn một số tỉnhthành chưa có nhà máy bia như: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Đồng Tháp

Những thương hiệu bia sản xuất tại Việt Nam đang chiếm ưu thế, đứng vữngtrên thị trường và có khả năng tiếp tục phát triển mạnh trong quá trình hội nhập,

đó là: Sài Gòn, Sài Gòn special, 333, Hà Nội, Heineken, Tiger, Halida Lượngbia thuộc các thương hiệu này đạt 713,8 triệu lít chiếm 55,24% thị phần tiêu thụ.Mảng thị trường bia cao cấp cũng đã xuất hiện một số loại bia nhập khẩu và cácnhà hàng bia tươi (tại Hà Nội, cũng như thành phố Hồ Chí Minh cú trờn 10 nhàhàng bia tươi) với sản lượng nhỏ nhưng đang ngày càng được ưa chuộng

Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lớt/năm đều có hệ thống thiết bịhiện đại, tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia pháttriển mạnh như: Đức, Đan Mạch Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệulớt/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ côngnghệ tiên tiến vào sản xuất

Năm 2003, kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu cho ngành sản xuất bia (chủyếu là malt và hoa houblon) khoảng 76 triệu USD Tổng công ty Habeco đã thửnghiệm trồng thử đại mạch ở một số nơi nhưng chưa có kết quả do sự không phùhợp về thổ nhưỡng và về khí hậu Hiện tại đó cú một nhà máy sản xuất malt đạimạch với công suất trên 50.000 tấn/năm và có khả năng mở rộng lên 100.000

tấn/năm (trích dẫn từ báo cáo tổng kết hoạt động nhiệm kỳ II từ 3/2001 đến

3/2005 của Hiệp hội Rượu Bia Nước giải khát Việt Nam).

Các nước Á Đông tuy hiện tại có mức tiêu thụ bia chưa cao bình quân

khoảng 20 lớt/người/năm ngoại trừ một số nước như Nhật Bản đạt 50 lớt/người/năm Nhưng đây là một thị trường đông dân cư, sản lượng bia ở

Trung Quốc và Nhật Bản cũng gần bằng sản lượng bia của Đức, Mỹ Ở ViệtNam bia mới chỉ xuất hiện từ đầu thế kỉ 20, nhưng là một nước nằm trong vùngnhiệt đới cận xích đạo đã tạo điều kiện thuận lợi để ngành công nghiệp bia tồntại và ngày càng phát triển Từ ban đầu chỉ có các nhà máy bia nhỏ là nhà máybia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gòn, hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ởhầu khắp các tỉnh trong cả nước, sản lượng của các nhà máy cũng ngày càng

tăng Hiện nay năng suất của nhà máy bia Hà Nội đã đạt trên 100 triệu lớt/năm

và đang tiếp tục tăng năng suất tới 200 triệu lớt/năm vào năm 2010, năng suấtcủa nhà máy bia Sài Gũn đó đạt trên 350 triệu lớt/năm và dự kiến sẽ là 780 triệulớt/năm vào năm 2010 Bên cạnh đó rất nhiều thương hiệu bia ngoại đã xuấthiện ở nước ta như Tiger, Heineken Mức tiêu thụ bia bình quân ở Việt Namhiện còn thấp khoảng 15lớt/người/năm và sẽ hứa hẹn nhiều tiềm năng để ngànhsản xuất bia phát triển

 Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2020

Do mức sống ngày càng tăng, mức tiêu thụ ngày càng cao Không kể cácnước Châu Âu, Châu Mỹ có mức tiêu thụ bia theo đầu người rất cao do cú thúiquen uống bia từ lâu đời, các nước Châu Á tiêu dùng bình quân 17lớt/người/năm

Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia,rượu Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dânuống rượu bia nên tiêu thụ bình quân đầu người ở mức thấp Việt Nam không

bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển Theomột số nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ

50% đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị trường cácnước Đông Nam Á

Năm 1995 dân số Việt Nam là 74 triệu người, năm 2000 có khoảng 81 triệungười và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người Do vậy dự kiến mức tiêu thụbình quân theo đầu người vào năm 2005 cũng chỉ đạt 13 lớt/người/năm, sảnlượng bia đạt khoảng 1300 triệu lít, bình quân tăng 18%/năm Năm 2005 mứctiêu thụ bình quân 17 lớt/người/năm, sản lượng 1,5 tỷ lít và năm 2020 đạt mứctiêu thụ 25 lớt/người/năm

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm bia tại Viện Công Nghiệp Thực Phẩm.

Viện Công Nghiệp Thực Phẩm nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao côngnghệ về các sản phẩm liên quan đến thực phẩm, cũng như thiết bị máy móc của

bộ công nghiệp Việt Nam Nghiên cứu triển khai khoa học công nghệ chế biếnnông sản, thực phẩm,đặc biệt là công nghệ sinh học trong công nghiệp thựcphẩm (bao gồm cả đồ ăn và đồ uống), xưởng bia của viện công nghiệp thựcphẩm nghiên cứu ứng dụng và phát triển sản phẩm mới để thực hiện chức năngnghiên cứu kỹ thuật bia, rượu, nước giải khát và đào tạo chuyên ngành Xưởngbia của viện cú cỏc nhiệm vụ sau: Hệ thống Pilot được sử dụng trong triển khaisản xuất thử nghiệm sản phẩm mới, các đề tài nghiên cứu phát triển Các kết quảnghiên cứu trước hết được ứng dụng sản xuất ở quy mô Pilot Sau khi kết quảsản phẩm được khẳng định phù hợp với mục tiêu và yêu cầu đề ra sản phẩm mới

sẽ được triển khai áp dụng vào sản xuất Tổ chức nghiên cứu phát triển kỹ thuậtlĩnh vực bia, rượu, nước giải khát theo kế hoạch của Bộ Công Nghiệp và các đềtài nghiên cứu của Viện, theo kế hoạch và hợp đồng ký kết Nghiên cứu ứngdụng tiến bộ kỹ thuật công nghệ, thiết bị, vật liệu Thực hiện chuyển giao vàphối hợp giám sát chất lượng việc sản xuất sản phẩm Tổ chức và thực hiện côngtác đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật, nghiệp vụ và công nhân, thường trựcQuỹ hỗ trợ khoa học kỹ thuật do Viện lập Bia sản xuất tại xưởng bia của việnCông Nghiệp Thực Phẩm sẽ được tiêu thụ tại chỗ, cung cấp trực tiếp cho cácnhà hàng, quán giải khát Sản lượng bia sản xuất tại viện Công Nghiệp ThựcPhẩm phụ thuộc theo mùa, vào mùa đông xưởng bia gần như không sản xuất màchỉ sản xuất cầm chừng, vào mùa hè, khả năng tiêu thụ bia lớn lên quá trình sảnxuất bia tại xưởng bia gần như liên tục

1.1.3 Đặc điểm của bia

1.1.3.1 Thành phần hóa học trong bia

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, bia ra đời từ khoảng 7000 năm

trước Công nguyên, bắt nguồn từ các bộ lạc cư trú ven bờ sông Lưỡng Hà,

sau đó được truyền sang các châu lục khác thông qua quá trình trao đổi, buônbán giữa các bộ lạc Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chấtlượng cho bia, người ta nhận thấy hoa houblon mang lại cho bia hương vị rấtđặc biệt và nhiều đặc tính quý giá Hiện nay, hoa hublon vẫn là nguyên liệukhông thể thay thế trong sản xuất bia Đến thế kỷ XIX Louis Pasteur xuất bảncuốn sách về bia đã tạo ra ngành công nghiệp sản xuất bia dưới ánh sáng khoahọc, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác quy trình công nghệsản xuất bia đang ngày càng trở nên hoàn thiện.

So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3– 80)

và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưuviệt của bia, là yếu tố để phân biệt bia với những loại nước giải khát khác Vềmặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 gramthịt bò hoặc 150 gram bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là

500 kcal, bằng 2/3 năng lượng được cung cấp từ cùng một thể tích sữa Ngoài

ra, trong bia còn chứa vitamin B1, B2, B5, B6, rất nhiều vitamin PP và các axitamin cần thiết cho cơ thể, các chất khoáng và nguyên tố vi lượng khác TheoHopkins, trong 100 ml bia 10% chất khụ cú: 2,5 – 5mg vitamin B1, 35 – 36mgvitamin B2 và PP.Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộcđược rất nhiều người ưa thích

Bia thích hợp dùng cho người lớn, khi uống với lượng vừa phải sẽ mang đếncho người sự sảng khoái, dễ chịu, trợ giúp cho tiêu hóa và tăng sức đề kháng cho

cơ thể Với xu thế hiện nay người tiêu dùng sử dụng bia ngoài chức năng lànước giải khát mà còn là chất có giá trị dinh dưỡng cao, tăng hàm lượngvitamin, chất chống oxi hóa là nhờ nấm men có trong bia Chính vì vậy Trongnhững năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăng nhanh, cùngvới sự phát triển của ngành công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia đó cúnhững bước tiến nhảy vọt Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vào sản

xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị,

và mang lại hiệu quả kinh tế cao

Bia là sản phẩm của quá trình lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường.Nguyên liệu là malt đại mạch và các hạt giàu tinh bột, protein chưa qua giaiđoạn ươm mầm, nước và hoa houblon Tất cả các loại bia đều chứa một lượngcồn từ 1,8 ữ 7% so với thể tích và khoảng 0,3 ữ 0,5% khí CO2 tính theo trọnglượng Đây là hai sản phẩm thu được khi lên men rượu từ các loại dịch đường đãđược houblon hóa; được tiến hành do nấu men Saccharomyces Ngoài ra, trongbia cũn cú cỏc sản phẩm bậc hai Các cấu tử trên đều tham gia trực tiếp vào địnhhình hương, vị và nhiều chỉ tiêu chất lượng của bia thành phẩm

Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt như: đại mạch, tiểu mạch,thúc, ngụ, …sau khi cho nảy mầm và sấy Malt chứa nhiều chất dinh dưỡng:đường đơn giản, dextrin, axit amin, chất khonags, vitamin và đặc biệt là hệenzym phong phú (chủ yếu là proteaza amylaza)

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất các loại bia Quá trình quantrọng nhất là sự nảy mầm Mục tiêu lớn nhất của quá trình nảy mầm là để hoạthóa, tích lũy về khối lượng và hoạt lực của enzym có trong hạt Hệ enzym tácđộng phân cách các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt thành các sảnphẩm thấp phân tử, hòa tan bền vững vào nước để trở thành chất chiết của dịchđường Để đình chỉ sự sống của mầm non mà không ảnh hưởng tới hệ enzym,người ta sấy malt tươi từ từ trong khoảng 24 ữ48 giờ

Thành phần và tính chất của malt quyết định hương vị, màu sắc, khả năng tạobọt và độ bền của bia Các quá trình công nghệ để sản xuất malt gồm hai bước:

Sản xuất malt tươi và sản xuất malt thành phẩm.

Thành phần hóa học của malt tính theo phần trăm chất khô

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của malt [1]

Tinh bột 58

Trong việc sản xuất bia nồng độ cao, nước có ý nghĩa rất quan trọng trongviệc pha loãng bia thành các nồng độ theo yêu cầu

Yêu cầu của nước dùng để sản xuất bia: [1]

− Độ cứng từ mềm đến trung bình

− Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l

− Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l

− Hàm lượng muối clorua 75 – 150 mg/l

− Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l

− NH3 và muối NO2 không có.

− Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l

− Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

− Số lượng tế bào E.coli không quá 3 tế bào/ml

Đối với nước pha loãng bia (bia nồng độ cao) cần phải có thờm cỏc yếu

tố sau:

− Hàm lượng O2 hòa tan < 0,05 mg/l

− Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia cần pha loãng

− Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia

− Không có vi sinh vật và mùi lạ

Bảng 1.2: Hàm lượng cỏc húa chất xử lý nước uống và dư lương cho phép

(Quy định của CHLB Đức về nước uống và nước sử dụng trong thực phẩm)

Hóa chất Mục đích

Lượng cho phép tối đa (mg/l)

Lượng dư cho phép (mg/l)

1.1.4 Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm

Thuyết minh quy trình:

Nguyên liệu gồm: Malt, hoa houblon phải đảm bảo chất lượng tốt về thành phầnhóa học cũng như về các chỉ tiêu vi sinh vật

- Cân: Sau đó định lượng các thành phần nguyên liệu

- Tank trộn: Nguyên liệu được xác định xong rồi được đưa vào tank trộn

1.1.4.1 Quy trình dây chuyền sản xuất

Hình 1.2 Quy trình dây chuyền sản xuất.

Hồ hóa Đường hóa

1.1.4.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất

Nghiền nguyên liệu

a Nghiền malt

Mục đích: nghiền nhỏ malt để khi đường hóa thu được nhiều chất hòa tan(chất chiết) nhất, có lợi cho sản xuất và chất lượng sản phẩm, hạn chế các chấtkhông có lợi tan vào dịch đường và sử dụng tốt nhất các thành phần của malt(chất ḥoa tan, vỏ )

b Nghiền đại mạch

Mục đích của quá trình nghiền đại mạch: Nghiền đại mạch tương tự nhưnghiền malt Đại mạch được cõn lờn từng mẻ và được nghiền bằng máy nghiềnbúa Đại mạch được nghiền càng mịn càng tốt để tăng khả năng tiếp xúc giữacác phần tử với enzym, tinh bột dễ chuyển thành dạng hòa tan và trương nở tốthơn, do vậy enzym dễ phân cắt tinh bột thành đường

Quá trình nấu

Đây là quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất dịch lên men Trongsuốt quá trình đường hóa, bột malt và nước trộn với nhau, các thành phần của malt hòa tan vào nước và ta thu được dịch đường

Trong đại mạch, hoạt lực diastaza khoảng 37 – 42 WK, chỉ số này thấp hơn

so với malt đại mạch nhưng lại là đặc tính mà các nguyên liệu thay thế khác không thể có được Đặc biệt là nhiệt độ hồ hóa của đại nằm trong khoảng 55 –

560C, thấp hơn rất nhiều so với gạo (80 – 850C) nên dịch hóa ở nhiệt độ thấp và

có thể dùng trực tiếp với malt nên tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu

a Nồi hồ hóa

Mục đích: Việc hồ hóa tinh bột là rất cần thiết để cho enzym thủy phân hoàn toàn tinh bột trong quá trinh đường hóa

b Nồi đường hóa

Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp cho enzym hoạt động phân cắt các hợp

chất cao phân tử thành các hợp chất có phân tử lương thấp, các loại đường cókhả năng lên men và không lên men tạo thành chất chiết của dịch đường.

Các enzym hoạt đông trong giai đoạn này là:

− Hệ enzym amylaza gồm: α – amylaza, β – amylaza Chúng phân cắt tinhbột thành dextrin, maltoza, saccharoza tạo ra nguồn cacbon cho nấm

Lọc dịch đường

Mục đích: Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng rakhỏi phần đặc Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắntrongquá trình lọc, những phần tử này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ Điều này rất có ý nghĩa trong khi lọc

Nấu hoa

Mục đích của quá trình nấu hoa:

− Ổn định thành phần nước nha

− Tạo mùi thơm cho nước nha.

− Tạo vị đắng cho bia

− Trích ly bổ sung cho nước nha một số chất hòa tan khác như tinh dầu,protein, keo, tanin

− Làm mất hoạt tính enzym, đông tụ một số protein làm cho bia sau nàytrong hơn,

− Thanh trùng và cô đặc nước nha đến nồng độ đường thích hợp với từngloại bia

Quá trình lên men

a Chuẩn bị men giống

Mục đích: Bia là sản phẩm của quá trình lên men nên công việc chuẩn bịmen giống là hết sức cần thiết, mục đích để tạo lượng giống đủ lên men và hoạthóa giống

b Quá trình lên men chính

Mục đích: Là quá trình chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch đường thànhrượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác nhờ sự phát triển của nấm men.Sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non, bia non đục và có hương bịđặc trưng tuy nhiên hàm lượng diaxetyl còn cao

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28 calo

Đặc điểm của quá trình lên men chính là sự tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh

mẽ, một lượng lớn đường chuyển thành rượu, CO2 và một số sản phẩm khác nhưrượu bậc cao, glyceryl góp phần làm nên hương vị cho bia Thời gian lên menchính là 8 ngày.

c Quá trình lên men phụ

Mục đích: Sau khi lên men chính hoạt động của nấm men giảm dần vì nguồndinh dưỡng trong môi trường giảm dần, một số sản phẩm tạo thành như axit hữu

cơ, ethanol ức chế quá trình lên men Kết thúc quá trình lên men chính lúc nàybia non chưa chín (hương vị còn nồng, mùi nấm men đắng và ít hấp dẫn) do vậycần lên men phụ Khi bia chín phản ứng lên men xảy ra chậm do chất dinhdưỡng cạn Tuy nhiên các phản ứng này xảy ra với tốc độ chậm, nhiệt độ thấphơn so với lên men chính, số lượng tế bào nấm men ít hơn và giảm đến cuối quátrình lên men phụ là 4 – 5 triệu tế bào/ml dung dịch cấy Lên men phụ còn có tácdụng phân hủy diaxetyl làm cho diaxetyl giảm xuống tới mức quy định là 0,2mg/l, đó là chỉ tiêu quan trọng để kết thúc quá trình lên men phụ Lên men phụcòn có mục đích để các cacboxyl hóa bão hòa bia bằng CO2 để tăng vị và khảnăng tạo bọt, ức chế sự phát triển của vi sinh vật ngoại có hại

Lọc trong bia

a Quá trình pha loãng

Bia nồng độ cao thường được pha chế với nước vô trùng đã khử oxy đếnnồng độ công tương ứng với bia được sản xuất theo phương pháp truyền thống.Các nhà máy bia có công suất nhỏ nhưng lại nhiều thiết bị lên men thì có thể phaloãng dịch lên men nồng độ cao ngay trước khi tiến hành lên men, quá trình nàyyêu cầu nhiệt độ xuống thấp, do đó phải làm lạnh trước khi phối trộn Cũng cóthể pha loãng trước giai đoạn lọc bia, lúc này sẽ làm giảm độ nhớt, tăng tốc độlọc Nhưng phổ biến nhất tại các nhà máy vẫn là pha loãng trong quá trình lọcbia thành phẩm

b Lọc trong bia

Mục đích: quá trình lọc nhằm tách cặn lơ lửng, tỏch cỏc tế bào nấm mensống và xác tế bào non để tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làmtăng độ bền sinh học, độ bền keo của bia Lọc bia dựa trên hai quá trình:

− Quá trình cơ học nhằm giữ lại các phẩn tử rắn kích thước to hơn các lỗhoặc khe của lưới lọc

− Quá trình hấp thụ đối với các phần tử có kích thước rất bé như các chất keohòa tan dưới dạng phân tử, các nấm men và vi sinh vật Ngoài các chất gây đụcbia quá trình hấp thụ cũng làm giảm bớt một phần các chất protein, chất nhựahoublon, chất màu, cồn bậc cao, este vì vậy bia được trong

Bão hòa CO2

Mục đích: bão hòa CO2 để được hàm lượng cần thiết nhằm làm tăng giá trịcảo quan, chống oxy hóa, chống kết lắng và tạo môi trường tốt để bảo quảnbia

Hoàn thiện sản phẩm

a Hoàn thiện bia hơi

Bia sau khi bão hòa CO2 được chiết vào thùng bock, trước khi chiết phảiđược kiểm tra chất lượng nếu đạt yêu cầu thì mới tiến hành chiết bock Biathành phẩm được chiết vào cỏc thựng bock có dung tích như sau: 100 lít, 50 lít,

25 lít để thuận tiện cho việc vận chuyển ta chọn thùng bock 50 lít

b Hoàn thiện bia chai

Chai đựng bia được thổi từ các loại thủy tinh chất lượng cao có màu nâu hayxanh nhạt để ngăn cản các tia bức xạ mặt trời chiếu vào có thể gây cho bia cómùi lạ, đồng thời gây mất màu bia Chai dùng để chiết bia cú cỏc thể tích khácnhau thông thường là 330 ml, 450 ml, 650 ml

c Chiết chai

− Phân loại chai: Chai trước khi đưa vào sản xuất cần phải phân loại nhằmloại bỏ những chai không đúng chủng loại, không đúng tiêu chuẩn về hình dạng,

kích thước, màu sắc, loại bỏ những chai sứt vỡ, xước nhiều, loại bỏ những chaiquá bẩn.

− Dỡ két ra khỏi palet: két được giữ trên palet được chằng giữ với nhau bằngcỏc múc, trước khi dùng xe nâng đưa palet lờn goũng vào máy dỡ palet cần phảithỏo cỏc múc này ra Tại máy dỡ palet, từng hàng két (9 kột/lần) được dỡ xuốngbàn máy và vận chuyển theo goũng kột tới máy gắp chai ra khỏi két

− Gắp chai ra khỏi két: Khi két mang chai được vận chuyển theo goũng kộttới trước máy gắp chai ra khỏi két, mỗi lần gắp tối đa 4 két, khoảng 80 chai, cácđầu gắp hút chai và đặt chỳng lờn bàn máy Từ bàn máy, chai theo goòng chaiđến máy rửa chai

− Máy rửa chai tự động bao gồm nhiều khu vực phun tia dung dịch xút vànước sạch để tráng chai Rửa chai là giai đoạng vô cùng quan trọng vỡ nú làkhâu đầu tiên thể hiện chất lượng sản phẩm Chai sau khi rửa phải đảm bảo cácyêu cầu sau:

+ Chai phải sạch về mặt hóa lý và đảm bảo về mặt an toàn vi sinh

+ Giảm đến múc tối thiểu mức tiêu hao năng lượng và nước

+ Giảm việc sử dụng hóa chất

+ Giảm thiểu sự ảnh hưởng đến môi trường

− Máy rửa két: Sau khi máy gắp chai gắp hết chai ra, kột khụng sẽ

theo goũng kột tới máy rửa két, trên đường đi, két được lộn ngược nhằm loại bỏnhững rác bẩn bám trong két, sau đó nó đi qua máy rửa két

− Kiểm tra chai rỗng: Chất lượng sản phẩm sẽ không được dảm bảo nếu việckiểm tra chai sau khi rửa không chính xác Việc loại ra các chai không đảm bảoyêu cầu kỹ thuật (chai bẩn, chai dính dẩu mỡ, sơn, xi măng, vôi cát, sứt mẻ,xước toàn thân, không đúng chủng loại, còn lẫn xước, xỳt, cú dị vật ) sẽ giúpcho việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, tránh lãng phí sản phẩm, lãng phí sứclao động, thời gian, đảm bảo an toàn cho máy chiết chai − Quá trình chiết chai,

đóng nút và kiểm tra độ đầy vơi: Quá trình chiết có ảnh hưởng tới chất lượngsản phẩm thể hiện ở thời gian bảo quản và khả

năng ổn định của bia Do đó khi chiết cần phải đảm bảo giữ được chất lượng sảnphẩm sau khi chiết Đối với bia, cũng như những đồ uống có ga khác, điều đầutiên cần quan tâm là phải chiết đẳng áp, sản phẩm chảy vào chai được dẫn tới sỏtđỏy hoặc chảy theo thành chai xuống, tránh làm xáo trộn sản phẩm Sự tiếp xúccủa sản phẩm với oxy không khí sẽ dẫn tới những ảnh hưởng xấu, vì vậy cầnphải đẩy hết không khí ra ngoài bằng cách hút chân không trước khi tạo áp suấtđối

− Thanh trùng bia: Bia thành phẩm vẫn còn chứa một số tế bào còn sống (nấm

men thuần chủng, các vi sinh vật lạ khác), một số vi sinh vật ngoại lai như vikhuẩn axetic, nhóm coli và nhiều loại khác Không thể phát triển được trong bia

vì không có oxy Một số loài nấm men dại, vi khuẩn lactic thuộc nhóm Sarcira(pediococus) dễ dàng phát triển trong bia Xử lý nhiệt là giải pháp đơn giản, hiệuquả Thanh trùng là gia nhiệt chai bia đến nhiệt độ thích hợp, trong khoảng thờigian cần thiết để tiêu diệt hoàn toàn tế bào nấm men còn sót lại trong bia sau khilọc, đảm bảo tế bào nấm men không hoạt động trở lại (ở nhiệt độ 20 – 250C) gâyđục cho bia, kéo dài thời gian bảo quản cho bia Giá trị PU đặc trưng, đơn vị PUthể hiện hiệu quả của quá trình thanh trùng trong một khoảng thời gian xác định.Tuỳ theo đặc tính về công nghệ mà người ta quy định về giá trị PU đặc trưngcủa từng quá trình thanh trùng khác nhau Thông thường, giá trị PU đặc trưngđược quyết định dựa trên đặc tính của sản phẩm, dụng cụ chứa sản phẩm Mộtgiá trị PU được chính thức quy định cho một quá trình thanh trùng khi đã đượcthông qua các thí nghiệm cuối cùng về vi sinh vật Tại cuối quá trình nấu, dịchđường đã được vô trùng, do vậy, các vi sinh vật gây hư hỏng bia chỉ có thể xâmnhập vào sản phẩm do thiếu vệ sinh trong các công đoạn từ lên men đến ra sảnphẩm cuối cùng

- Các thao tác vệ sinh thiết bị không đảm bảo về thời gian nồng độ hóa chất

sử dụng…

- Thiết bị lọc bia không đủ kín hoặc quá tải

- Sự nhiễm tạp của khí nén sử dụng trong quá trình chiết

- Do người vận hành và thao tác đưa vào từ trang phục lao động của họ

Có nhiều tác nhân liên quan đến hiệu quả của một quá trình thanh trùng.Trong quá trình thanh trùng bia, các tác nhân đó có thể là: độ nhiễm tạp vi sinh,chủng loại vi sinh vật, hàm lượng cồn, đường, pH, độ oxy và CO2 hòa tan

Một số nhóm vi sinh vật có thể gây hư hỏng cho bia:

Một số biện pháp để loại bỏ được vi sinh vật có hại trong bia thường được sửdụng ngoài các biện pháp phòng ngừa trên đó là sử dụng nhiệt để xử lý bia trướchoặc sau khi rót bia vào bao bì như:

trựng, tránh đổ vỡ, mắc kẹt lại và thường xuyên kiểm tra nhiệt độ trên bảng điềukhiển, nếu có sự bất thường phải báo ngay cho người có trách nhiệm Thiết bịthanh trùng thường có nhiều khoang, mỗi khoang phun nước nóng ở một nhiệt

độ khác nhau Quá trình thanh trùng cần đảm bảo nhiệt độ của chai đi vào và đi

ra khỏi thiết bị là bằng nhau, đồng thời không quá chênh lệch so với nhiệt độmôi trường

− Bia sau thanh trùng sẽ theo băng tải vào bộ phận dán nhãn, bắn chữ, sau đóqua máy xếp két và lưu kho hoặc đưa ngay đến các nơi tiêu thụ

Dán nhãn, in hạn sử dụng: sau khi thanh trùng bia được kiểm tra đi trên băngtải đến máy dán nhãn phải được ghi ngay ngắn, hồ dán phải cho thêm CuSO4 0,1% để chống gián Đây là khâu hoàn thiện sản phẩm, một trong những khâu hết sức quan trọng Nhãn hiệu hàng hóa thể hiện trình độ sảnxuất, chất lượng sản phẩm, quy cách, chủng loại cũng như thương hiệu của mỗi doanh nghiệp Người tiêu dùng luôn đòi hỏi những sản phẩm không những ngon, hợp khẩu vị

mà còn phải đẹp, văn minh

Thu hồi và xử lý CO 2

Mục đích: CO2 là sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men, thu và xử lý CO2

tinh khiết để phục vụ cho quá trình bão hòa CO2 sau này cho bia thành phẩm,

CO2 sử dụng cho nhà máy không hết thì ta có thể bán ra thị trường

1.2.3 Vệ sinh thiết bị (hệ thống CIP) [2]

− Dùng NaOH 0,1% ngâm 10 phút để rửa các chất bẩn hữu cơ rồi xả, sau đó bơm nước nóng - xả, bơm nước lạnh - xả.

− Dùng HNO3 0,1% ngâm 30 phút để rửa các chất bẩn vô cơ rồi xả, sau đó

bơm nước nóng - xả, bơm nước lạnh - xả Chú ý hạn chế sử dụng vỡ nú có tính

chai 12oBx và 40% bia hơi 10oBx cần phải xác định các chỉ tiêu chất lượng củabia thành phẩm.

􀂙 Chỉ tiêu cảm quan

− Màu sắc: vàng rơm, óng ánh

− Độ trong: trong suốt

− Hương: thơm dịu, đặc trưng của hoa houblon

− Vị: đắng dịu, đặc trưng của hoa houblon

− Trạng thái bọt: trắng mịn

− Thời gian giữ bọt: 5 – 25 phút

􀂙 Chỉ tiêu hóa lý

− Độ đường ban đầu: 10 – 13% trọng lượng trong đó bia hơi 10oBx

và bia chai 12oBx

− Hàm lượng cồn: bia hơi: 3,5%; bia chai 5% (v/v)

− Hàm lượng diaxetyl: bia hơi < 0,2 mg/l; bia chai < 0,1 mg/l

− Độ màu tính theo số ml I2 0,1N trung hòa 100ml bia: 0,5 ml

− Hàm lượng glyceryl: bia hơi: 0,1 – 0,2; bia chai: 0,1 – 0,2

− Hàm lượng axit hữu cơ: bia hơi: 0,1 – 0,15; bia chai: < 0,1

− Vi sinh vật hiếu khí: < 100 tế bào/ml bia hơi

− Vi khuẩn yếm khí: không có

− E.coli: không có

− Vi trùng gây bệnh đường ruột: không có

− Nấm mốc: ≤ 5 tế bào/ml

− Riêng bia chai đảm bảo không có vi sinh vật bên trong.

1.2.2 Những biến đổi của bia trong quá trình bảo quản

Là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao nên bia là môi trường thuận lợi cho sựphát triển của vi sinh vật Ở bia, hệ sinh vật được chia làm 2 loại: Hệ sinh vậtbình thường (trong bia tươi bình thường và tốt đó cú cỏc loại vi khuẩn lactic,propionic, trực khuẩn đường ruột và cả vi khuẩn gây thối rữa, nấm mốc và lênmen) và hệ sinh vật không bình thường hồm những vi sinh vật làm xấu chấtlượng bia (làm thay đổi màu, mùi vị của bia) Hệ sinh vật làm thay đổi bia trongquá trình bảo quản, phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và thành phần lúc đầu của

hệ sinh vật

1.3 Các phương pháp thanh trùng bia

Yêu cầu kỹ thuật và phân loại

a) Yêu cầu kỹ thuật

Cỏc máy thanh trùng bằng tác dụng của nhiệt độ phải đáp ứng các yêu cầu kỹthuật như sau:

- Phải tiêu diệt được tất cả các loại vi khuẩn có hại trong sản phẩm, đảm bảolượng vi khuẩn còn sống sót thấp đến mức không thể phát triển để làm hỏng sảnphẩm

- Không được làm giảm giá trị sản phẩm bao gồm cả về giá trị dinh dưỡng vàgiá trị cảm quan

- Theo cách làm việc: thiết bị thanh trùng làm việc liên tục, thiết bị thanh trùng làm việc gián đoạn

Hiện nay có rất nhiều phương pháp thanh trùng: thanh trùng bằng phươngpháp nâng cao nhiệt độ, thanh trùng bằng thuốc sát trùng, bằng siêu âm, bằngcác tia ion hóa, trong đó phương pháp thanh trùng bằng cách nâng cao nhiệt độ

là có nhiều ưu điểm và đang được sử dụng phổ biến hơn cả

Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm có hai bộ phận chính: bộ phận gia nhiệt

và bộ phận thanh trùng

- Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ cung cấp nhiệt để tạo ra nhiệt độ cần thiếtcho bộ phận thanh trùng Để gia nhiệt người ta thường dùng hơi nước, khi đóthiết bị gồm có: lò hơi, hệ thống ống dẫn dẫn hơi nước nóng, van an toàn, vanđiều chỉnh áp suất hơi,

- Bộ phận thanh trựng cú nhiệm vụ chuyển nhiệt từ thiết bị sang cho sảnphẩm Khi thanh trùng trực tiếp các loại sản phẩm không đóng gói như bia, sữa,nước rau quả,…bộ phận thanh trùng là những bản kim loại mỏng (hình 6 20a)một mặt tiếp xúc với hơi nước nóng một mặt tiếp xúc với sản phẩm hoặc có thể

là điện cực, trong đó nhiệt được sinh ra do năng lượng của từ trường

Khi thanh trùng sản phẩm đóng gói (đựng trong bao bì như hộp sắt, chai, lọ,can nhựa,…) bộ phận thanh trùng có thể là nồi hơi, trong đó hơi nước được đưavào từ lò tạo hơi hoặc buồng chứa hơi trong đó hơi nước được cấp vào trực tiếp

từ các cột nước nóng

Hình 1.6 Bộ phận thanh trùng

a) b) c) d) a) dạng bản mỏng; b) dạng điện cực; c) dạng nồi hơi; d) dạng buồng hơi

Các thiết bị thanh trùng đều làm việc theo nguyên lý nâng cao nhiệt độ hợp

lý để có thể tiêu diệt được hoàn toàn vi trùng, hệ sinh vật thông thường, hệ sinhvật gây bệnh với điều kiện làm thay đổi ít nhất đến cấu trúc, tính chất hóa lý,

hóa sinh, hệ enzym và các chất dinh dưỡng, vitamin của bia

Căn cứ vào nhiệt độ thanh trùng mà người ta chia ra 3 phương pháp: phươngpháp thanh trùng ở nhiệt độ thấp (pasteurisation), phương pháp thanh trùng ởnhiệt độ cao (Sterilisation) và phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ siêu cao(Ultra Hight Temperature, UHT), trong đó phương pháp thanh trùng ở nhiệt độcao và nhiệt độ siêu cao còn được gọi là phương pháp tiệt trùng

1.3.1.phương pháp thanh trùng pasteurisation

Nguồn nhiệt cung cấp là nước nóng hoặc hơi nước nóng Nhiệt độ thanhtrùng bia khoảng 750C và thời gian thanh trùng là 30 phút Phương pháp này cónhược điểm là chậm và gián đoạn nhưng có ưu điểm là không làm thay đổi đặctính của bia Tuy nhiên các vi sinh vật ưa nhiệt (spore) thì vẫn còn sống sót Đó

là nguyên nhân gây tăng số lượng vi sinh vật cho bia sau quá trình thanh trùng

1.3.2.Phương pháp tiệt trùng Sterilisation

Nguồn nhiệt chủ yếu là hơi nước quá nhiệt Nhiệt độ thanh trùng khoảng115- 1300C thời gian 15s đến 20s Phương pháp này có thể tiêu diệt hầu hết visinh vật có trong sản phẩm Mức độ tiêu diệt tiêu diệt vi sinh vật ở phương phápnày cao hơn so với phương pháp thanh trùng ở nhiệt độ thấp

1.3.3.phương pháp tiệt trùng UHT

Nguồn nhiệt chủ yếu là hơi quá nhiệt Nhiệt độ thanh trùng khoảng

135-1500C, thời gian thanh trùng ngắn, khoảng 2- 8s Phương pháp nàycos thể tiêudiệt toàn bộ vi sinh vật có trong sản phẩm nhưng không làm ảnh hưởng đáng kểđến chất lượng của bia vì thời gian thanh trùng rất ngắn

1.4.Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

1.4.1.Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu nhằm cải tiến hệ thống thiết bị thanh trùng tại cơ sở sản xuất.

- Lựa chọn thiết bị thanh trùng phù hợp.

- Nghiên cứu các thông số cơ bản nhằm: Nâng cao chất lượng sản phẩm,

đảm bảo các thành phần dinh dưỡng và cấu trúc bia sau khi thanh trùng

1.4.2.Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu hệ và ứng dụng hệ thống thanh trùng biatrong và ngoài nước

- Tìm hiểu đặc điểm, thành phần cơ bản và các biến đổi của bia trong quátrình bảo quản

- Nghiên cứu lựa chọn sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị thanh trùngbia

- Xỏc định các thông số cơ bản của hệ thống

- Tính toán thiết kế các bộ phận chính của hệ thống

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

CẤU TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ THANH TRÙNG

2.1 Tình hình nghiên cứu các thiết bị đó cú ở trong và ngoài nước

Về cấu tạo thiết bị thanh trùng gồm hai bộ phận chính: bộ phận gia nhiệt và

bộ phận thanh trùng

- Bộ phận gia nhiệt có nhiệm vụ cung cấp nhiệt để tạo ra nhiệt độ cần thiếtcho bộ phận thanh trùng Để gia nhiệt người ta thường dùng hơi nước, khi đóthiết bị gồm có: lò hơi, hệ thống dẫn hơi nước nóng, van an toàn, van điều chỉnh

- Phạm vi sử dụng: Sử dụng trong thanh trùng nước quả hoặc sữa, bia trước

khi rót vào hộp, chai

Cấu tạo Khi nói đến thiết bị, ta phải nói đến thành phần cơ bản của nó: đó là

các tấm trao đổi nhiệt cơ bản, chúng được coi như phần tử cơ bản của thiết bị,các tấm truyền nhiệt (các bản mỏng) được ghép song song với nhau Mỗi bảnmỏng đều có vách định hướng, có gờ cao su và hai lỗ thủng Khi xếp và ép cácbản mỏng lại các lỗ tạo ra 2 rãnh thông kín và giữa các bản mỏng các khoangkín, sao cho thực phẩm thanh trùng xen kẽ với các khoang chứa chất tải nhiệt.Các khoang nước thực phẩm thanh trựng thụng với nhau bằng một rãnh thông,còn các khoang mang chất tải nhiệt được thông với nhau bằng rãnh thông còn

lại Do dịch thực chảy trong khoang kín bằng một lớp mỏng, lại được truyềnnhiệt từ 2 mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh Tùy theo hình dạng kíchthước, đặc điểm cấu tạo của các tấm mà ta có cường độ trao đổi nhiệt khác nhaucũng như sơ đồ nối khác nhau Vấn đề là ở chỗ để sản xuất ra các tấm chuẩnbằng phương pháp dập, cần tạo ra cỏc khuõn dập lớn và các loại thiết bị phụ trợkhác nhau nhằm xử lý nhiệt và gia công tấm theo đúng như thiết kế Đây là mộtviệc đòi hỏi nhiều lao động và tay nghề cao.

Các bản mỏng thường làm bằng thép không gỉ dày 1mm theo phương phápdập tạo hình sóng nhằm tăng cường bề mặt truyền nhiệt, đặc biệt tăng hệ sốtruyền nhiệt do chảy rối ngay cả khi hệ số Reynon nhỏ ( Re = 180 ữ 200)

Hình 2.1 Thiết bị thanh trùng bản mỏng

Ưu điểm của loại này:

- Có hệ số truyền nhiệt rất lớn (K = 2500 W/m2 oC) Đối với chất lỏng ít nhớtthì hệ số truyền nhiệt của nó lớn gấp hơn ba lần so với loại ống chùm có vỏ bọc(K = 4000  5000) W/m2 oC Hệ số K lớn là do lớp chất lỏng mỏng và chảy rối.Cũng nhờ đó mà chênh lệch nhiệt độ giữa hai chất lỏng ở hai phía của tấmtruyền nhiệt chỉ từ (25) (0C)

- Cấu tạo nhỏ gọn nhưng có bề mặt truyền nhiệt lớn

- Chế độ nhiệt ổn định khi làm việc

- Có thể tăng thêm hay giảm bớt bề mặt truyền nhiệt bằng cách lắp thêm hoặcgiảm bớt số tấm truyền nhiệt một cách nhanh chóng và dễ dàng.

- Dễ tháo, lắp khi làm vệ sinh bề mặt truyền nhiệt bằng phương pháp cơ học

- Bia khi bị xử lý nhiệt độ cao dẫn tới thay đổi hương vị của sản phẩm, đặcbiệt là thời gian xử lý nhiệt kéo dài, thanh trùng kiểu tấm bản là một biện pháprút ngắn thòi gian xử lý nhiệt độ Bia có thể nâng tới nhiệt độ 68 – 720C trongthời gian 50 giây, sau đó được làm lạnh trở lại

Nhược điểm: của thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản là không chịu được áp suất

cao, nhiệt độ cao hoặc quá thấp Giới hạn áp suất và nhiệt độ mà đệm kín có thểchịu được là:

P ≤ 1,5 MN/m2; -1500C < t < 4500CThiết bị trao đổi nhiệt tấm bản được sử dụng nhiều trong các dây chuyền côngnghệ sản xuất bia, nước giải khát, điều hòa không khí, chế biến thủy sản, chếbiến thịt Trong trường hợp chế biến thủy sản hoặc thịt gia súc cắt nhỏ đóngkhay, thì tấm truyền nhiệt thường là hợp kim nhôm, phẳng và nhẵn, có chiều dàykhoảng 3cm, chiều rộng và dài tính bằng m Tác nhân lạnh bay hơi bên trongtấm để làm đông lạnh thịt, thủy sản trong khay đặt giữa hai tấm Các tấm bayhơi được treo liên tiếp với nhau và nâng lên hạ xuống nhờ hệ thống thủy lực.Các tấm bay hơi được đặt trong tủ bọc cách nhiệt, vì vậy nú cũn được gọi là tủlạnh đông nhanh tiếp xúc

Ngoài ra ta cũng phải kể đến những khó khăn khi dựng cỏc loại thiết bị nàynhư: khi sử dụng các thiết bị hàn thành khối hoặc lắp ghép, cần phải thườngxuyên kiểm tra hệ số truyền nhiệt cũng như trở kháng thủy lực của hệ thống, vìkhi sử dụng lâu, do cặn bẩn đóng lại trên bề mặt ống, gây ra các trở kháng phụlàm giảm hệ số truyền nhiệt Khi trở kháng thủy lực đã lên tới mức tối đa cầnphải tráng rửa thiết bị, nếu không thiết bị sẽ bị hư hỏng

Khi sử dụng thiết bị kiểu lắp ghép, cần chú ý đến doăng làm kín Trong quátrình làm việc do bị lão hóa, doăng sẽ bị sơ cứng, gây rò rỉ gây tách rời ra khỏi

tấm kim loại Vì vậy nhiệt độ và áp suất chung của thiết bị này bị hạn chế, từ

-300C đến 1500C ữ 2000C và áp suất thay đổi từ 10 đến 16 at

Hình 2.2 Bộ phận trao đổi nhiệt

Việc thiết kế các thiết bị kiểu tấm phải đáp ứng những yêu cầu sau đây:

kiện đã cho

- Thiết kế tấm cơ bản làm cơ sở để thiết kế một loạt các tấm dùng cho cáccông suất khác nhau

- Tính toán và thiết kế loại thiết bị có bề mặt trao đổi nhiệt khác nhau với

số lượng các tấm cơ bản cho trước

thiết bị kiểu tấm từ các kim loại khác nhau

Luôn luôn phải lưu ý tấm cơ bản là một chi tiết rất phức tạp, cùng một lúcphải thực hiện nhiều chức năng truyền nhiệt, cơ học, thủy khí, công nghệ

Đặc điểm của tấm cơ bản như sau:

a Cấu tạo dập nổi, mặt cắt bề mặt trao đổi nhiệt

b Hình dạng các lỗ khoan ở góc, nơi đầu vào và đầu ra của môi chất và kếtcấu làm giảm trở lực đầu ra và vào của môi chất.

f Thiết bị xử lý cum tấm trong trường hợp hỏng doăng

Cần phải nhấn mạnh rằng, không thể thỏa mãn cùng một lúc các yêu cầu nóitrên để chế tạo ra một tấm cơ bản chuẩn

Các tấm cơ bản có thể được phân loại như sau:

Các dạng tấm truyền nhiệt như sau :

a) b)

Hình2.3 Tấm có cấu trúc trỳc gõy dòng chảy rối

a) Hai tấm có cấu trúc gây dòng chảy rối bằng nhựa

b) Hai tấm với cấu trúc gây dòng chảy rối bằng kim loại

Vì trong thiết bị kiểu tấm số lượng tấm nhiều, nờn kờnh dẫn cho môi chấtchuyển động cũng nhiều Có thể lắp ghép cỏc kờnh chuyển động theo nhiềucách khác nhau, theo một vòng hay nhiều vòng Bản thân các thiết bị có thể làmột đơn nguyên hay nhiều đơn nguyên hoặc hỗn hợp Thiết bị một đơn nguyên

là thiết bị trong đó chỉ có hai môi chất tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt.Thiết bị nhiều đơn nguyên hay thiết bị hỗn hợp là thiết bị trong đó có nhiều môichất tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt Ta xét thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấmmột đơn nguyên Kênh dẫn được tạo ra giữa hai tấm cạnh nhau Sau khi đi quaống góp dọc, môi chất đi vào kênh dẫn song song với nhau Tập hợp nhiều kênhdẫn trong đó môi chất lưu động theo một hướng nhất định gọi là cụm, đặc điểmcủa cụm là môi chất chuyển động theo một chiều giống nhau, sau khi ra khỏicụm 1, môi chất đi vào cụm 2 chuyển động theo chiều ngược lại Về nguyên tắc,

số kờnh trờn 2 cụm có thể giống hoặc khác nhau

Có nhiều cách phân bố cỏc kờnh của môi chất:

a Sơ đồ đối xứng: số kênh của 2 môi chất như nhau

b Sơ đồ không đối xứng: số kênh của 2 môi chất khác nhau.Để giữ tốc độchuyển động đồng đều của 2 môi chất, cần làm sao cho tỷ số lưu lượng của 2môi chất tỷ lệ thuận với số kênh chuyển động của chúng

c Sơ đồ hỗn hợp, số cụm của môi chất khác nhau Việc bố trí các tấm dựatrên quan điểm cách nhiệt cho đơn nguyên và giảm tối đa tổn thất nhiệt ra môitrường xung quanh Nếu ta ghép trong một thiết bị lớn nhiều thiết bị trao đổinhiệt một đơn nguyên, thì ta sẽ được một thiết bị trao đổi nhiệt nhiều đơnnguyên hay thiết bị hỗn hợp

Tóm lại, sơ đồ cấu trúc thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm nhiều đơn nguyên cóthể tóm tắt như sau: