Đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy bia năng suất 45riệu lít/năm

thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đường.Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại

Muc Luc

Lời nói đầu - 1

PHẦN I - 2

I Tình hình phát triển nghành bia trên thế giới và ở Việt Nam - 2

II Lập luận kinh tế kỹ thuật - 3

1.Chọn địa điểm xây dựng nhà máy - 3

III.Lựa chọn loại bia sản xuất - 6

3.2 Tính và chọn thiết bị - 46

3.2.3.3 Chọn máy chiết chai - 72

Chọn các thiết bị vận chuyển - 75

3.2.5 Hoá chất vệ sinh - 77

Lời nói đầu Bia là một loại đồ uống có độ cồn thấp giàu chất dinh dưỡng có hương thơm đặc trưng,vị đắng dịu lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 (4-5g/l) ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn trong bia còn chứa hệ enzyme khá phong phú,đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylaza giúp con người giải khát một cách triệt để khi uống Vì vậy bia là loại đồ uống hiện rất được ưa chuộng ở nước ta cũng như trên thế giới Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon bia đem lại giá trị dinh dưỡng, một lít bia cung cấp 400 – 450kcal, bia có khả năng kích thích tiêu hoá, giúp cơ thể khoẻ mạnh khi dùng với liều lượng thích hợp và đặc biệt còn có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống nhờ đặc tính bão hoà

CO2

Ở Việt Nam, bia xuất hiện chưa lâu lắm (chỉ khoảng 100 năm), ngành công nghiệp sản xuất bia vẫn còn rất nhiều tiềm năng phát triển Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng bia ở nước ta ngày càng tăng Rất nhiều nhà máy cũng như cơ

sở sản xuất bia được thành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứng hết được nhu cầu thị trường cả về chất lượng cũng như số lượng Hơn nữa bia là một ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh, và là nguồn thu quan trọng cho ngân sách quốc gia

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triển công nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổ chức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêu dùng các loại bia

có chất lượng cao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết

Chính vì vậy em tiến hành thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy bia năng suất 45triệu lít/năm sửa dụng nguyên liệu gạo thay thế tỷ lệ là 25%”

PHẦN I TỔNG QUAN

I Tình hình phát triển nghành bia trên thế giới và ở Việt Nam.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới ngày càng nhiều cùng với nhu cầu và điều kiện đời sống vật chất của mọi người ở khắp nơi trên Thế giới ngày càng tăng.Theo thống kê, các nước Đức, Mỹ có sản lượng bia lớn hơn 10 tỷ lít/năm Mỹ là một nước phát triển, qui mô sản xuất lớn 5 công ty đã chiếm 60% tổng sản lượng bia sản xuất ra ở Canada hai công ty chiếm 94% tổng sản lượng bia sản xuất ra Các nước Đức, Đan Mạch, Tiệp tiêu thụ nhiều hơn 100 lít/người/năm

Châu Phi chỉ một số nước là sản xuất và tiêu thụ nhiều bia Người ta đã thống kê được các nước có sản lượng bia cao nhất ở tất cả các châu lục là: Mỹ, Trung Quốc, Đức, Brazin, Nhật, Anh, Mexico, Tây Ba Nha, Nam Phi 10 nước có mức tiêu thụ bia cao nhất là: Tiệp, Đức, Italia, Úc, Bỉ, Niudilan, Áo, Đan Mạch, Hungari, Anh

Châu Á có các nước phát triển như: Nhật, Trung Quốc và các nước đang phát triển như: Lào, Campuchia, Việt Nam điều có sản lượng sản xuất và tiêu thụ bia ngày càng tăng lên nhưng mức độ tăng trưởng là khác nhau ở các nước khác nhau.Thái Lan 26,5%, Philippin 22%, Malaixia 21%, Trung Quốc 20%

Sản lượng bia ở Trung Quốc, Nhật gần bằng với sản lượng bia ở Đức, Mỹ 8-12 tỷ lít/năm.Nhật có 4 công ty lớn chiếm 40% sản lượng sản xuất ra Trung Quốc có 800 nhà máy có sản lượng lớn hơn 150 triệu lít/năm (chiếm 25% tổng sản lượng sản xuất ra).Mức tiêu thụ ở Nhật 50 triệu lít/người/năm.Mức tiêu thụ ở Singapo 18 - 20 lít/người/năm.

Việt Nam là một nước Đông Nam Á, vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, bia là thứ đồ uống có độ cồn nhẹ, có giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan cao có tác dụng giải khát nên bia rất được ưa chuộng ở Việt Nam

Mức tiêu thụ của người Việt Nam năm 2000 là 10lít/người, tổng sản lượng

1000 triệu lít Năm 2005 tiêu thụ 16 triệu lít/người/năm.Năm 2010 mức tiêu thụ bia của việt nam đạt trên 1,5 tỷ lít, riêng tổng công ty Cổ phần Bia-Rượu-Nước giải khát Sài Gòn đã tiêu thụ tới 1tỷ lít/năm

Mục tiêu:

nguyên liệu trong nước để sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì mẫu mã, phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và có sản phẩm xuất khẩu, tăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới

- Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia sản xuất, bia đạt chất lượng cao từ nguyên liệu trong nước và nhập khẩu

II Lập luận kinh tế kỹ thuật

1.Chọn địa điểm xây dựng nhà máy.

Các nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy:

+ Gần vùng nguyên liệu và nhiên liệu

+ Thuận lợi về giao thông thuỷ, bộ để vận chuyển nguyên liệu, vật liệu và sản phẩm

+ Gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lý để không ảnh hưởng đến môi trường, đến sức khỏe của người dân trong vùng

+ Địa hình bằng phẳng, điạ chất ổn định, không có chấn động.

+ Đủ diện tích bố trí thiết bị và khu vực trong nhà máy, sản xuất, giao thông nội bộ thuận tiện, có đất dự trữ cho mở rộng sản xuất

a Điều kiện tự nhiên.

Thường Xuân, phía Tây bắc giáp với huyện Ngọc Lặc, phía Đông Bắc giáp với

Hóa có biên giới giáp Lào, đây là thị trường đầy hứa hẹn trong tương lại

Tại địa bàn huyện, có khu công nghiệp Lam Sơn là một trong những khu công nghiệp trọng điểm của tỉnh Với diện tích quy hoạch lớn hơn 1000ha, địa hình tương đối cao do vậy mà ít bị ảnh hưởng bởi lũ lụt là một trong những lo ngại của Thanh

Chí Minh, đây là con đường huyết mạch luôn đảm bảo giao thông thông suốt của cả

sâu Nghi Sơn có khả năng tiếp nhận tàu trên 5 vạn tấn thuận lợi cho vận tải biển trong nước và quốc tế, ngoài các tuyến đường bộ thì huyện còn gần sân bay Sao Vàng đây cũng là một điều kiện rất thuận lợi trong tương lai Một lợi thế nữa là tại đây khuyến khích đầu tư các ngành là: thực phẩm, mía đường, hoá chất do vậy mà một loại các chính sách ưu đãi đầu tư của huyện nhằm tạo ra sư thông thoáng cần thiết cũng đã được ban hành

Khí hậu nhiệt đới gió mùa thích hợp cho trồng cây nông nghiệp Hướng gió chủ đạo về mùa đông là Đông bắc và Tây bắc, mùa hè là Đông và Đông nam Nhiệt

kiện tự nhiên như vậy tương đối thuận lợi cho sản xuất

Ngành du lịch và dịch vụ cua tỉnh cũng đang phát triểm bởi có bãi biểm Sầm Sơn và nhiều khu di tích lịch sử nổi tiếng như:Núi Đọ, Đông Sơn, khu di tích Bà

Do đó việc xây dựng nhà máy bia tại khu công nghiệp Lam Sơn là hoàn toàn hợp lý.

b Vùng nguyên liệu

Nguyên liệu chính đầu tiên để sản xuất bia là malt Nguyên liệu này được nhập ngoại Hoa houblon nhập từ Tiệp Khắc, Đức dưới dạng cao hoa và hoa viên

Nguyên liệu thay thế là gạo có thể mua trong tỉnh và tỉnh lân cận

c Nguồn cung cấp điện, nước.

Nguồn điện: Sử dụng điện lưới của mạng lưới điện quốc gia chạy qua khu

vực Mạng lưới điện này cung cấp 24/24 giờ trong ngày, nhưng để đề phòng sự cố mạng lưới, nhà máy bố trí một máy phát điện dự phòng

Nguồn nước: Nước được lấy từ hệ thống giếng khoan Trong nhà máy nước

được dùng vào các mục đích khác nhau Nước nấu bia cần đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu cho công nghệ sản xuất bia Do đó nước phải đi qua một hệ thống xử lý đúng kỹ thuật trước khi cấp cho sản xuất

Bên cạnh đó cần phải xây dựng khu xử lý nước thải để xử lý nước thải của nhà máy tránh gây ô nhiễm đến môi trường xung quanh

d Nguồn cung cấp nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là cho nồi hơi phục vụ cho các mục đích khác nhau như nấu nguyên liệu, thanh trùng Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than nhập về qua cảng Lễ Môn

độ ở địa phương về làm việc, làm giàu trên chính mảnh đất quê hương mình Theo một khảo sát gần đây mức sống hiện tại của địa phương còn thấp so với các tỉnh

khác nên chủ doanh nghệp có thể hạ giá thành của sản phẩm, đó là một nhân tố giúp nhà máy có sức cạnh tranh trên thị trường.

f Vùng tiêu thụ sản phẩm

Bia nhà máy sản xuất ra chủ yếu cung cấp phục vụ nhu cầu các huyện trong tỉnh và các tỉnh lân cận: Nghệ An, Ninh Bình Ngoài ra nhà máy còn có thể mở rộng sản xuất để xuất khẩu sang Lào

g Địa điểm xây dựng nhà máy

Với những thuận lợi trên, việc quyết định chọn địa điểm khu công nghiệp Lam Sơn để xây dựng nhà máy sản xuất bia 45triệu lít/năm sử dụng nguyên liệu gạo thay thế tỷ lệ cao là hoàn toàn hợp lý

III.Lựa chọn loại bia sản xuất

Hiện nay ở Việt Nam lượng bia vàng được tiêu thụ mạnh nhất Do đó em lựa chọn em lựa chọn loại bia sản xuất có chất lượng cao và được tiêu thụ mạnh nhất là bia vàng

Sản phẩm bia sản xuất ra phải đảm bảo đạt được các tiêu chuẩn sau:

* Các chỉ tiêu cảm quan:

- Độ bọt: Khi rót bia ra cốc, bia phải có bọt trắng mịn, từ đáy cốc luôn có các bọt khí

li ti nổi dần lên bề mặt Chiều cao lớp bọt > 2cm, thời gian giữ bọt 5 – 15 phút

- Mùi và vị: Bia phải có độ đắng đặc trưng và hương thơm dịu nhẹ của hoa houblon, không quá nhạt, không có mùi vị lạ

- Màu sắc và độ trong: Bia phải có màu vàng rơm sáng óng ánh, trong suốt, không được có cặn hay vẩn đục

- Đạm tổng: 3,5 – 5 g/l

- Este: 15 – 50 mg/l

Phần II

Lựa chọn nguyên liệu và dây chuyền công nghệ

I. Lựa chọn nguyên liệu.

Nguyên liệu chính dùng cho sản xuất bia trong nhà máy là malt đại mạch, và nguyên liệu dùng để thay thế cho malt là gạo với tỷ lệ 20% nhằm giảm giá thành sản phẩm, hoa houblon tạo hương vị đặc trưng cho bia,nước và các chất phụ trợ khác

1 Malt đại mạch

Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum, có một số ít thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum Đại mạch thường được gieo trồng vào mùa đông hay mùa xuân, được trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga…

Đại mạch có giống 2 hàng và đại mạch đa hàng, trong đại mạch đa hàng lại gồm có đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng Tuy nhiên chỉ có đại mạch hai hàng được dùng trong sản xuất bia Còn đại mạch đa hàng chỉ dùng trong chăn nuôi và các mục đích khác

Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt tươi; hạt malt tươi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạt malt khô tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và được sử dụng

để sản xuất bia Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoàn thiện

hệ enzyme trong hạt đã được hoạt hóa và tăng cường hoạt lực, đặc biệt là hệ enzyme

thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo ra chất chiết của dịch đường.

Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu được nhập từ Úc hoặc một số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu:

- Thời gian đường hoá: 10 – 20phút ở 70˚C

- Đường maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ đường maltose/đường phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51

Bảng thành phần hóa học của malt: [ I ]

11 Chất béo 2,5

2 Gạo

Để hạ giá thành sản xuất, cải tiến mùi vị của bia và nhằm mục đích để được lâu dài, trong sản xuất bia người ta thường trộn lẫn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác để thay thế thóc mầm, cũng có khi dùng tinh bột hoặc các loại đường (gluco, saccaro, malto ) để làm nguyên liệu thay thế

Gạo là nông sản chủ yếu của các nước phương đông như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật, Triều Tiên , thành phần của gạo gồm tinh bột chiếm từ (70 - 75)% chất khô, các loại đường chiếm từ (2 - 5)% chất khô, protit từ (7 - 8)% chất khô, chất béo từ (1 - 1,5)% chất khô, chất khoáng từ (1 - 1,2)% chất khô Ta nhận thấy rằng gạo chứa nhiều tinh bột & ít protit do đó trong quá trình nấu ta thu được một lượng lớn các chất hoà tan (khoảng 90% chất khô)

Qua đó ta thấy gạo là một sản phẩm phụ rất tốt thường được dùng để nấu kết hợp với malt (tỷ lệ thường là 20%) & thu được những loại bia có chất lượng cao

Ngoài gạo người ta còn dùng tiểu mạch, ngô làm nguyên liệu thay thế Tuy nhiên tiểu mạch không có vỏ trấu và khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ tham gia quá trình hydrat hoá để tạo thành phức chất keo tụ Phức chất này

có đặc điểm là rất dai và dẻo, có thể kéo thành sợi được gọi là gluten Vì tính chất quí giá này mà tiểu mạch chỉ được dùng để sản xuất bánh mỳ, vạn bất tắc dĩ mới sử dụng chúng trong sản xuất bia

Còn với ngô thì trong công nghệ sản xuất bia, loại ngô được dùng thay thế malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, protein thấp) và được sử dụng dưới dạng bột đã nghiền nhỏ Một trở ngại lớn khi đưa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm lượng chất béo nhiều, khó lọc và giảm độ bền keo cũng như khả năng tạo bọt của bia Để sử dụng loại cốc này có hiệu quả, trước lúc đưa vào chế biến dịch đường ngô phải qua một công đoạn tách phôi và vỏ Vì vậy em dùng gạo làm nguyên liệu thay thế malt đại mạch cho nhà máy

3 Hoa houblon

Hoa houblon là một loại thực vật thân gỗ, mảnh (như cay nho), cao từ 2 – 3m, có khi đến 5 hoặc 6 m Chúng được trồng theo luống (ươm từ hạt hoặc giâm cành) Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái Trong ngành sản xuất bia người ta chỉ

sử dụng hoa cái chưa thụ phấn, hoa đực không sử dụng được vì nó rất bé và chứa rất

ít hương lupulin

Cấu tạo của hoa houblon có những thành phần chính sau: cuống hoa, cánh hoa và

những hạt lupulin vàng óng tựa phấn hoa Những hạt phấn hoa này chứa chất đắng

và chất thơm của hoa houblon Lượng hạt này phụ thuộc vào giống và điều kiện trồng hoa houblon Người ta đã chứng minh rằng ở điều kiện thời tiết nhiều ánh nắng mặt trời thì hoa sẽ có nhiều hạt lupulin hơn

Hoa houblon có dạng hình chùy, dài từ (3 - 4) cm, màu hoa khi chín thường từ vàng đến vàng óng Trọng lượng từng phần của hoa như sau: cánh và nhị hoa (66 - 67)%, hạt lupulin (19 - 20)%, trục hoa (7 - 8)% và cuống hoa (5 - 6)% tính theo % chất khô Hiện nay có trên 100 giống hoa houblon trên thế giới

Thành phần chủ yếu trong hoa houblon: trong hoa houblon có chứa đựng những hợp chất đặc trưng cho loại hoa này như chất thơm, tinh dầu thơm những hợp chất này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong sản xuất bia Ngoài những hợp chất đặc trưng trong hoa còn chứa đựng những hợp chất khác tượng tự các loại thực vật, một vài trong những hợp chất ấy cũng có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật

Thành phần hoá học của hoa houblon được tính ra % chất khô như sau: [ I ]

dịch đường và tồn tại trong bia Các chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt rất lâu Với nồng độ khá thấp, các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất nhanh sự phát triển của vi sinh

vật Vì vậy chúng có tính kháng khuẩn rất cao và nhờ đó làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm

Thành phần chất đắng trong hoa houblon gồm nhiều hợp chất : [ I ]

Khả năng hoà tan của α - acid đắng trong nước khoảng 500 mg/l, trong dịch

đường thì ít hơn và trong bia thì hầu như không đáng kể ở giai đoạn đun sôi dịch đường với hoa houblon các hợp chất humulon không hoà tan trực tiếp vào mà chúng phải trải qua giai đoạn trung gian là quá trình đồng phân hoá Sau đó các chất đồng phân này hoà tan và bị thuỷ phân thành các sản phẩm có độ đắng cao hơn nhiều so với hợp chất nguyên thuỷ

+ β - axit đắng.

Nhóm axit này gồm: lupulon, colupulon, adlupulon, prelupulon Lupulon là hợp chất dạng tinh thể, màu trắng dạng lăng kính hoặc que dài, nóng chảy ở 920C So với humulon thì lupulon kém đắng hơn nhưng tính kháng khuẩn cao hơn

Nếu bị oxy hoá β - axit đắng chuyển thành hulupon, nếu phản ứng kéo dài hulupon

sẽ bị polyme hoá trở thành nhựa mềm và sau đó thành nhựa cứng

+ Nhựa mềm.

Nhựa mềm là polyme của các axit đắng, là chất vô định hình, chưa được xác định

về thành phần hoá học Khả năng hoà tan của nhựa mềm vào dịch đường cao hơn ( -

axit đắng vì vậy chúng tạo ra được lực đắng khá lớn cho bia Đây là hợp phần có giá trị của chất đắng.

+ Nhựa cứng.

Nhựa cứng là polyme của các acit đắng nhưng ở mức độ cao hơn nhiều so với nhựa mềm Chúng được hình thành trong quá trình sấy và bảo quản Cấu tử này hầu như không hoà tan vào nước và dịch đường, chúng thải ra ngoài theo cặn lắng Đây là hợp phần không có giá trị trong công nghệ sản xuất bia

Tinh dầu của hoa houblon hoà tan vào dịch đường, tồn tại trong bia và tạo ra cho

nó một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng, dễ chịu Tinh dầu thơm là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, có mùi thơm rất mạnh Tỷ trọng của chúng là 0,88, dễ hoà tan trong rượu etylic nồng độ cao Trong nước tỷ lệ hoà tan của chúng không đáng kể Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường

Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon có đến 98% lượng tinh dầu bay ra ngoài theo hơi nươc, chỉ còn lại 2% tồn tại ở trong bia Đối với bia vàng thì lượng tinh dầu 2% này quyết định hương thơm của chúng

Chất chát (tanin) trong hoa houblon có ý nghĩa nhất định trong quá trình kỹ thuật

và ảnh hưởng tới chất lượng bia, giúp cho dịch đường trong nhanh và làm kết tủa những chất protit không bền vững, làm tăng độ bền vững của bia Với lượng chất chát vừa phải nó gây bia có vị chát nhẹ, dễ chịu, nếu lượng này nhiều sẽ gây cho bia chát và đắng Người ta sử dụng tanin của hoa houblon để loại các cấu tử protein khó biến tính và kết lắng ra khỏi dịch đường vì chúng tồn tại trong bia sẽ gây đục sau này

Trong hoa houblon có chứa 1 số chất mà những chất ấy có chứa N: protit, albumin, pepton, axitamin, muối amon trong số này có khoảng 44% những chất chứa N có

khả năng kết tủa với axit phospho – wolfram Tiếp đến khoảng 20% là muối amon, amit và 19% amin và những chất khác.

4 Nước

Nước là 1 trong các nguyên liệu chính để sản xuất bia chiếm (77 - 90)% trọng lượng bia thành phẩm Thành phần hoá học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới toàn bộ kỹ thuật sản xuất và ảnh hưởng rất lớn tới đặc điểm, tính chất và chất

mạch thường chứa nhiều muối và chất hữu cơ hơn, nước mưa chứa nhiều khí hơn Phụ thuộc vào thành phần của các lớp đất mà nguồn nước đi qua, những dòng nước mạch có những lượng muối và chất hữu cơ theo tỷ lệ khác nhau

Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn, một phần dùng để đun

sôi, hồ hoá, đường hoá, một phần để rửa men, rửa thiết bị và nấu hơi Nước để rửa men và thiết bị đỏi hỏi phải sạch, không được chứa nhiều các hợp chất hữu cơ và vi sinh vật Đặc biệt đối với các vi sinh vật và vi trùng có ảnh hưởng trực tiếp đến những quá trình kỹ thuật sản xuất bia, phải thường xuyên kiểm tra dưới kính hiển vi

để xác định lượng vi sinh vật có trong nước, nếu lượng này nhiều quá ta phải tiến hành sát trùng

Tác động lớn nhất của nước đến chất lượng sản phẩm, đến pH là do các ion kim loại có mặt trong nước Ion HCO3- là ion kiềm hoá duy nhất Nước dùng sản xuất bia là nước mềm trong không có NH2 ,NO2 , không mùi vị

Các ion trong nước đều có ưu điểm và nhược điểm:

Các ưu điểm thường là:

+ Giảm pH nên tốt cho quá trình đường hoá, nấu hoa ( pH = 5,7 - 5,9)

+ Tạo độ sánh cho bia

+ Các ion Na+,Ca2+, K+ , Mg2+ kết hợp được cặn nóng, cặn lạnh nên tăng khả năng tách cặn

Các nhược điểm: thường tạo ra do quá hàm lượng các ion kim loại như

Fe2+,Fe3+,Mg2+ ,Zn2+,Cu2+, Pb2+, gây ra mùi kim loại, tạo cặn oxy hoá, gây độc men,

gây vị đắng chát nên cần đảm bảo hàm lượng của các ion kim loại trên ở mức rất thấp.

Riêng HCO3- lại làm tăng pH, Cl- lại làm giảm sự kết lắng nấm men nên cần:

+ HCO3- < 400 mg/l

+ Cl- < 200mg/l

Ngoài ra nước còn phải đặt một số chỉ tiêu:

Dùng chế phẩm enzyme Termamyl để phá vỡ màng tinh bột biến chúng thành

trạng thái hoà tan của dung dịch và thuỷ phân một phần tinh bột

Chế phẩm enzyme Termamyl có bản chất là enzyme α - amylaza chịu nhiệt, pH

trung tính, ở dạng lỏng, được sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus

licheniformiss trong phân tử có Ca2+. Nó có khả năng chịu nhiệt cao hơn các chế

phẩm enzyme α - amylaza từ nấm men và nấm mốc, nhiệt độ tối ưu là 90-950C, điều

này rất thuận lợi cho dịch hoá tinh bột gạo vì nhiệt độ hồ hoá gạo là 860C Enzyme này thuỷ phân tinh bột ở mối liên kết α -1,4 glucozit trong phân tử amyloza và

amylopectin Vì vậy tinh bột sẽ nhanh chóng bị phân giải thành dextrin hoà tan trong nước Hàm lượng sử dụng enzymư này là 0,1% so với nguyên liệu thay thế Khi sử dụng enzyme có thể tăng hiệu xuất thu hồi chất hoà tan, tăng tỷ lệ nguyên liệu thay thế, giảm giá thành sản phẩm

5.2 Chế phẩm enzyme Cereflo.

Đây là tên thương mại của enzyme β - glucanaza, hoạt động tối ưu ở pH = 5,5 – 6,0 nhiệt độ 50 – 600C, có tác dụng làm giảm độ nhớt dịch đường, tăng hiệu suất lọc, tăng khả năng trích ly các chất vào dịch đường Vì vậy đưa ngay chế phẩm này vào đầu quá trình đường hoá, nồng độ 0,06% so với nguyên liệu thay thế

5.3 Chế phẩm enzyme Fungamyl.

Đây là enzyme 1,4 α D – glucan glucanohydrolaza, sản phẩm thuỷ phân chủ yếu

là đường maltoza và làm tăng khả năng lên men của dịch đường từ 2-5% Nó hỗ trợ đắc lực cho Termamyl trong vai trò đường hoá tinh bột đã dịch hoá, nhất là khi tỷ lệ nguyện liệu thay thế lớn (từ 35-65%)

Nhà máy sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl

II Quy trình sản xuất bia

Thu hồi men

Bă Hoa

Men giống

2.1 Nghiền nguyên liệu

2.1.1 Nghiền malt

- Mục đích:

Để dập nát malt thành nhiều mảnh, làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước nhằm thúc

đẩy quá trình thuỷ phân và đường hoá xảy ra nhanh & triệt để hơn

- Tiến hành:

Malt được cân cho từng mẻ nấu, thường được nghiền bằng máy nghiền trục Máy gồm 2 đôi trục quay ngược chiều nhau, hạt malt cần nghiền nhỏ rơi vào khe giữa 2 trục Mức độ nghiền nhỏ rất quan trọng vì hạt được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim lớn hơn tạo điều kiện tăng tốc độ cho quá trình thuỷ phân và đường hoá Nhưng đối với malt ta phải nghiền sao cho phần vỏ càng ít bị nát càng tốt, về phần bột cần phải nhỏ để tăng thu hồi chất chiết Nếu vỏ malt bị nghiền nát thì khi nấu các chất amin sẽ hoà tan vào nhiều sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của bia Mặt khác nếu vỏ chấu nhỏ sẽ khó lọc vì lớp vỏ chấu là màng lọc phụ Tuy nhiên mức độ nghiền còn phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu và dạng thiết bị lọc

Yêu cầu về thành phần bột sau khi nghiền:

2.1.2 Nghiền gạo

- Mục đích:

Gạo được nghiền nhỏ để quá trình nấu được nhanh chóng & dễ dàng

- Tiến hành:

Gạo được cân cho từng mẻ nấu sau đó được nghiền bằng máy nghiền búa Do gạo chứa nhiều hàm lượng tinh bột nên càng được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim càng lớn và chuyển thành dạng hoà tan trong nước một cách triệt để.

Malt và gạo sau khi nghiền được chuyển đến phân xưởng nấu để tiến hành quá trình đường hoá

malt lót l?n 1

malt lót l?n 2 Nhi?t d? ( 0 C)

th?i gian ( T)

Hình 1.1 Sơ đồ nấu.

- Phương pháp nấu gạo

Trong nấu gạo để tăng hiệu suất trích ly thì sử dụng enzyme hoặc sử dụng malt lót

Nếu sử dụng malt lót 10% thì enzyme trong malt lót không giữ được hoạt lực (bị vô hoạt) khi ở nhiệt độ hồ hoá của gạo là 860C Vì vậy, phải sử dụng kết hợp với

enzyme có nhiệt độ hoạt động cao hơn 860C Chế phẩm enzyme trên thị trường thoả mãn điều kiện này là Termamyl

- Thiết bị nấu cháo:

Nồi nấu cháo thân hinh trụ, đáy chỏm cầu và đỉnh cầu, được làm bằng thép không

gỉ, cấu tạo hai vỏ có bao hơi bên ngoài để nấu Nồi nấu có cánh khuấy để tăng cường quá trình truyền nhiệt và chống cháy cháo Có nhiệt kế để đo nhiệt độ, van an toàn áp lực, đồng hồ đo áp suất, một đường nước lạnh vào, một đường nước nóng vào, một đường cháo sang nồi malt, một đường nước thải, van xả nước ngưng

Sau đó nâng nhiệt độ khối dịch lên 720C, giữ nhiệt độ này trong thời gian 10 phút

để tạo điều kiện cho enzym α_amylaza hoạt động Sau đó nâng lên 860C ,giữ nhiệt

độ này trong 5 phút Đây là nhiệt độ hồ hoá, ở nhiệt độ này hầu hết tinh bột được hồ

hoá Tiếp theo ta thêm nước để hạ nhiệt độ xuống 720C, rồi cho tiếp 5% malt lót còn lại vào, tiếp tục cho thêm chế phẩm termamyl vào dịch trong 30 phút để thực hiện quá trình dịch hoá Chế phẩm enzyme này sẽ phân cắt nốt mạch tinh bột, làm giảm

độ nhớt cho dịch

Tinh bột trong giai đoạn này tiếp tục được hoạt hoá, độ nhớt giảm để đạt mục đích đun sôi dễ dàng Sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 1000C & giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 15 phút với mục đích để bột chín hết, tạo điều kiện tốt cho quá trình dịch đường hoá ở nồi malt Trong quá trình nấu cánh khuấy luôn hoạt động để tránh hiện tượng sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét

2.3 Quá trình dịch đường hoá.

- Mục đích: là chuyển các chất không tan có trong thành phần chính của malt và

gạo thành những chất hoà tan Trong hạt malt khô có 10% lượng chất khô là những hợp chất phân tử dễ hoà tan sau khi đường hoá, ở trong dịch đường có (70 - 75)% lượng chất khô ở trạng thái hoà tan Có nghĩa là có (50 - 60)% từ các hợp chất

chuyển thành các chất thấp phân tử dễ hòa tan

Vậy quá trình đường hoá là chuyển tất cả các chất cao phân tử ở trong nguyên liệu thành những chất phân tử thấp hơn dễ hoà tan vào trong nước, các chất hoà tan như các loại dịch đường, axit amin Đường hoá là một quá trình sinh hoá phức tạp xảy ra dưới tác dụng của enzim Quá trình này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố nhiệt độ, pH,

độ pha loãng của hỗn hợp thuỷ phân:

+ Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn, không chỉ đến tốc độ đường hoá, hiệu suất dịch

đường hoá mà có ảnh hưởng đến tỷ lệ các thành phần của sản phẩm đường hoá Nếu tăng nhiệt độ thuỷ phân lên một nhiệt độ nhất định thì tốc độ đường hoá tăng lên rất nhanh Nhưng nếu tiếp tục tăng quá giới hạn thì các enzim sẽ bị giảm hoạt lực, quá trình dịch đường hoá sẽ bị chậm lại hoặc ngừng Nhiệt độ tối ưu cho enzim β-

amylaza là ở (63 - 65)0C Nhiệt độ tối ưu cho α- amylaza là (72 - 75)0C, nhiệt độ giới hạn của α - amilaza là 780C Vì vậy điều chỉnh nhiệt độ là yếu tố quan trọng cho quá trình dịch đường hoá để khống chế quá trình lên men về sau

+ Sự thuỷ phân tinh bột: tinh bột là nguồn cacbon chủ yếu để thu chất hoà tan trong quá trình dịch đường hoá malt Sự thuỷ phân tinh bột xảy ra dưới tác dụng của hệ thống men thuỷ phân β,α - amilaza tại khoảng nhiệt độ (60 - 78)0C, sản phẩm tạo thành là glucoza, maltaza, dextrin.

+ Các enzim thuỷ phân protit là những enzim chịu nhiệt nếu nhiệt độ lớn hơn

600C thì hoạt lực của chúng giảm xuống rất nhanh, pH tối thích của enzim này là 5,8

- 6,2 Nếu pH < 4,5 thì hoạt lực của chúng giảm đi 80%, nhiệt độ thích hợp cho enzim này là (50 - 55)0C

+ Độ pH cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của enzim, mỗi enzim có pH tối thích riêng, pH tối ưu đối với amylophosphataza là 5,5 - 5,7; với (α - amylaza thì pH tối ưu là 5,5 - 5,7; với ( β- amilaza thì pH tối ưu là 4,8 - 5,0 Độ pH của dịch đường thấp hơn làm cản trở sự hoạt động của nấm men là giảm hiệu suất hoà tan, dịch đường bị đục, khó lọc, bia sẽ có màu sẫm và vị đắng khó chịu Vậy phải điều chỉnh

pH phù hợp để bia có chất lượng cao

+ Nồng độ các chất: nồng độ các chất trong quá trình dịch đường hoá cũng gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình đường hoá Nồng độ dịch đường có thể thay đổi nhờ sự tăng giảm giữa khối lượng nước và bột malt

+ Những quá trình thuỷ phân khác: ngoài những quá trình trên, trong quá trình đường hoá còn xảy ra sự thuỷ phân các axit béo, các hợp chất phospho và các cao phân tử dưới tác động của nhiệt độ và môi trường còn có sự biến tính, keo tụ của protein nhờ đó lại được những pha protein có phân tử lượng lớn ra ngoài, tránh được

sự kết tủa sau này làm đục bia

Trong quá trình đường hoá có sự tạo thành melanoid do đó làm tăng cường độ màu của dịch, tính cảm quan tăng, mùi thơm đặc trưng

+ Phương pháp đun sôi từng phần:

- Ưu điểm: tạo bước nhảy nhiệt độ, tránh dừng ở nhiệt độ trung gian Đun sôi một phần dịch đường để dịch hoá hoàn toàn tinh bột khó hoà tan, tăng hiệu suất hoà tan lên một đến hai lần, do đó làm tăng hiệu suất đường hoá.

- Nhược điểm: thao tác phức tạp, thời gian kéo dài

Vì sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ 25% nên chọn phương pháp đường hoá đun sôi từng phần có bổ sung chế phẩm enzyme Termamyl tỷ lệ 0,075% so với gạo

để dịch hoá, đường hoá nguyên liệu, enzyme Cereflo tỷ lệ 0,06% so với gạo để tăng hiệu suất trích ly các chất vào trong dịch đường

- Thiết bị đường hóa :

Thiết bị đường hóa là một nồi hình trụ đáy chỏm cầu và được chế tạo bằn thép không gỉ

- Tiến hành.

Khi cháo sắp chín 30 phút trước khi quá trình hồ hoá kết thúc, ta tiến hành ngâm malt Bột malt được hoà với nước theo tỷ lệ malt:nước = 1:4 ở nhiệt độ 450C Khuấy đều trong 20 phút nhằm chiết các enzim trong malt khuyếch tán vào nước và hoà đều trong nguyên liệu Sau đó bơm 1/2 khối cháo đã nấu chín, lúc này cánh khuấy làm việc víi tốc độ lớn, đồng thời bơm từ từ để hạ nhiệt độ cháo malt xuống và các men không bị phá huỷ

Sau khi trộn phần cháo đã đun sôi với toàn bộ lượng malt, ta được hỗn hợp dịch có nhiệt độ (50 - 52)0C giữ ở nhiệt độ này thời gian 20 phút Đây là nhiệt độ tối ưu cho men proteaza hoạt động mạnh mẽ và sẽ tạo ra nhiều sản phẩm của protit phân tử lượng thấp, peptit, aminoaxit

Sau đó bơm nốt 1/2 khối cháo còn lại từ nồi hồ hoá sang nồi đường hoá nhiệt độ sẽ đạt (60 - 65)0C, duy trì ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút để thực hiện quá trình đường hoá lần 1 Đây là nhiệt độ tối ưu cho enzim β - amylaza hoạt động phân cắt amylopectin và amyloza thành đường maltoza và một ít dextrin Tiếp theo tăng nhiệt

độ lên 750C và giữ trong thời gian 10 phút, đây là quá trình đường hoá lần 2 Tại

750C là nhiệt độ tối thích cho enzim α- amylaza hoạt động phân cắt amylopectin

dextrin là chủ yếu Sau đó nâng nhiệt độ dịch đường hoá lên 760C và duy trì trong

15 phút Dùng iod để thử đến khi thấy iod đổi sang màu cánh dán thì kết thúc quá trình đường hoá và đưa dịch đường đi lọc

2.4 Lọc dịch đường

- Mục đích

Quá trình này nhằm tách dịch đường ra khỏi bã malt và các tạp chất không tan khác Đặc trưng của dịch đường hoà tan trong đó có chứa rất nhiều phân tử rắn nhỏ trong quá trình lọc các phân tử này sẽ tạo ra một lớp nguyên liệu lọc phụ làm cho dịch đường trong hơn

-Chọn phương pháp lọc bằng thùng lọc đáy bằng:

+ Ưu điểm:

- Có khẳ năng lọc và rửa bã, tháo bã

- Dung tích làm việc của thùng lọc 220 kg/m3 tốc độ lọc nhanh

- Dung dịch lọc không bị oxy hoá bởi không khí

+ Nhược điểm: Thời gian lọc dài hơn và diện tích chiếm chỗ lớn hơn

- Thiết bị lọc đáy bằng:

Thiết bị lọc đáy bằng là một thùng hình trụ (chế tạo bằng đồng hoặc thép trắng) có hai đáy: đáy thật và đáy giả Trên độ cao 10-15 cm từ đáy, thùng lọc được ghép một đáy giả thứ hai Đáy giả bao gồm nhiều mảnh kim loại đục lỗ mắt sàng ghép lại Hình dạng của các mảnh ghép thông thường là hình rẻ quạt Trên đáy giả có

lỗ hở, đường kính từ 200 - 300 mm dùng để tháo bã malt ra ngoài

- Tiến hành

Quá trình lọc được tiến hành theo 2 giai đoạn:

- Tách lọc dịch trong (chứa các chất hoà tan của malt) khỏi bã malt

- Dùng nước nóng (75 - 78)0C để thu hồi những phần tử hoà tan chủ yếu còn bám ở phần bã malt

Trước khi lọc ta tiến hành bơm nước lọc, nhiệt độ của nước từ (75 - 78)0C vào dưới đáy sao cho chiều cao của nước cách mặt sàng là 1 - 1,5cm Nước vào từ dưới chiếm

đầy các ống dẫn và khoảng không gian giữa đáy chính và lưới nên đẩy được không khí ra ngoài Sự có mặt của không khí trong đường ống gây khó khăn cho quá trình lọc Sau khi đường hoá song dịch đường được nâng lên nhiệt độ 760C và được bơm sang thùng lọc, vừa bơm dịch đường đồng thời bật hệ thống cánh khuấy để cào và đảo trộn lớp bã lọc, phân bố đều bã trong thùng Sau đó ngừng khuấy và để thời gian lắng khoảng 20 - 30 phút, ta mở van dẫn dịch xuống bình trung gian Lúc đầu dịch vẫn còn đục được hồi lưu về thùng lọc Khi dịch lọc song thì đóng van hồi lưu và mở van dẫn dịch sang nồi hoa.

Sau khi lọc hết dịch đầu tiến hành rửa bã theo khối lượng dịch cần phải đạt tới Mở van đáy và van xả cấp rửa bã, bơm nước nóng nhiệt độ (75 - 78)0C vào thùng lọc theo 2 đường cấp nước (đường CIP & sục đáy), cho hệ thống dao cào hoạt động 10 phút, ngừng hệ thống dao cào để lắng rửa tương tự như lọc dịch ban đầu

Dùng nước cứng để rửa bã vì vỏ malt có tanin mà tanin thì tan nhiều trong nước mềm sẽ làm cho bia bị đắng Nếu dùng nước có nhiệt độ thấp thì dẫn đến hiệu suất chiết đường thấp Nếu nhiệt độ của nước quá cao sẽ dẫn đến vô hoạt enzim amylaza

và các tinh bột sót được hồ hoá nhưng không được đường hoá và khó lọc Kết quả làm cho dịch lọc bị đục dẫn đến bia bị đục

Trong quá trình rửa bã nhiệt độ của nước rửa là (75 - 78)0C để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật, chú ý không để bã khô mới cấp tiếp nước lọc, để bã khô sẽ gây chát bia và nhiều phản ứng phụ khác và để tránh hiện tượng oxy hoá chất tanin của

vỏ malt tạo màu sẫm cho bia Thuỷ phân và thu hồi nốt lượng chất tan còn sót lại trong bã, đây là nhiệt độ mà độ nhớt của dịch đường thấp nhất không gây cản trở quá trình lọc

Tiến hành rửa bã đến khi nào đủ lượng dịch sang nồi hoa theo yêu cầu, đồng thời kiểm tra độ đường sót ở bã đạt mức thấp nhất là (1 - 1,5)0S thì sẽ kết thúc quá trình lọc

2.5 Đun sôi dịch đường với hoa houblon

• Mục đích

Để trích ly các thành phần chính của hoa houblon vào dịch đường chủ yếu là chất đắng, tinh dầu thơm và polyphenol Trong những sản phẩm thuỷ phân của protein có những chất cao phân tử, những chất này sớm hay muộn cũng sẽ bị thuỷ phân và gây đục cho bia.

- Polyphenol trong hoa houblon có khả năng kết lắng với các cấu tử này để tạo ra kết tủa, để loại chúng ra ngoài làm tăng độ bền keo cho sản phẩm sau này, lượng protein cao phân tử trong dịch đường được loại trừ tốt thì chất lượng bia càng cao

- Trong quá trình nấu hoa có một vài sự biến đổi về thành phần và tính chất của dịch đường

- Nồng độ dịch đường: do bay hơi nước khi đun sôi dịch đường mà nồng độ dịch đường tăng lên thích hợp với từng loại bia

- Độ màu của dịch đường: làm cho màu sắc nước thay đổi từ nhạt sang đậm vì hiện tượng caramen hoá các sự hình thành melanol và các chất màu của hoa houblon chuyển từ hoa vào dịch

- Do tanin và chất đắng hoà tan vào dịch đường nên khi đun sôi các chất này kết hợp với protid tạo thành kết tủa lắng xuống dưới và kéo theo các chất khác làm cho dịch đường trong hơn

- Phương pháp nạp hoa:

Có rất nhiều phương pháp nạp hoa, tuỳ theo yêu cầu, kỹ thuật nấu hoa và loại hoa

sử dụng mà ta có các phương pháp nạp hoa khác nhau Ở đây ta sử dụng hai loại hoa: cao hoa và hoa viên Do đó ta chọn phương pháp nấu hoa trong thiết bi chiu áp thường ở áp suất khí quyển với kỹ thuật nấu như sau:

+ Phần 1: toàn bộ cao hoa được cho vào khi dịch đường đun sôi được 15 phút nhằm mục đích mang lại cho bia có vị đắng của hoa houblon đồng thời nhờ các polyphenol có trong cao hoa kết hợp với các chất keo, protit tạo thành những chất dễ lắng

+ Phần 2: cho 1/2 lượng hoa viên vào dịch đường khi đã đun sôi được 60 phút nhằm tạo vị đắng và tăng khả năng giữ bọt cho bia đồng thời bổ xung thêm

polyphenol vào dịch đường và tạo màu cho bia Tạo độ bền keo và tăng khả năng giữ bột cho bia thành phẩm.

+ Phần 3: Cho lượng hoa viên còn lại(1/2) vào dịch đường khoảng 10 phút trước khi kết thúc nấu hoa nhằm tạo hương, vị đậm đà cho bia thành phẩm

• Tiến hành

Khi dịch đường được bơm từ thùng lọc sang thùng đun hoa thì lập tức gia nhiệt độ, nâng nhiệt độ của dịch đường lên (70 - 75)0C cho amylaza kịp thuỷ phân hết các tinh bột còn sót lại đến khi kết thúc rửa bã thì dịch đường ở trong mỗi nồi đun hoa cùng vừa sôi, khi dịch đường sôi ta phải tăng cường hơi sao cho khối lượng dịch đường sôi ở cường độ mạnh nhất đảm bảo lượng nước bay hơi trong quá trình đun nấu từ (4

- 8)% Nồng độ dịch đường sau khi rửa bã thường thấp hơn nồng độ dịch đường yêu cầu cho men từ (1,5 - 2)% thời gian đun hoa còn phụ thuộc vào nồng độ dịch đường

đã đạt chưa

Toàn bộ quá trình kết thúc là lúc nhiệt độ phải đạt (100 - 106)0C một số protein sẽ

bị kết tủa ở nhiệt độ này do đó làm tăng độ trong và độ bền của bia Hoa được cho vào dưới dạng hoa viên tuỳ theo yêu cầu mà lượng hoa khác nhau, vì hoa này rất quý hiếm nên phải tiết kiệm khi sử dụng Thời gian nấu trung bình từ 1- 2 tiếng, gia nhiệt nhanh nhằm đạt hiệu suất kết tủa protein không đông tụ cao nhất và nhằm cô đặc giảm thể tích dịch đường

Kết thúc quá trình nấu hoa dịch đường trong hơn, sẫm màu hơn, có hương đặc trưng và có vị đắng pha ngọt Dịch này sẽ được bơm vào thùng lắng xoáy nhằm loại

Thiết bị lắng xoáy có cấu tạo đơn giản, vận hành dể dàng, dựa vào lực ly tâm và trọng lực nên có thể đạt hiệu quả cao trong việc phân ly ba hoa và cặn lắng khác ra khỏi dịch đường Để tránh nhiễm tạp khi lắng xoáy thì ống hơi ở thùng lắng xoáy thiết kế có đường kính bằng khoảng 1/10 đường kính thùng để dòng hơi bốc lên đủ mạnh để ngăn ngừa sự tạp nhiễm Để tăng hiệu quả phân ly thì đường ống đưa dịch đường vào lắng xoáy phải thiết kế thu nhỏ để tăng vận tốc dòng chảy trước khi vào tiếp tuyến với thành thùng ở vi trí cách đáy 1/3 chiều cao thùng nhằm tận dụng hiệu quả lực ly tâm Đường ống cấp dịch cũng nên thiết kế đoạn cong lên nhằm tách bớt một phần cặn của dịch và ổn định dòng dịch Dịch trong được tháo ra bằng cả đường ống tiếp tuyến cách 1 khoảng và cả phía đáy nhằm tránh kéo theo bã Bã hoa được tháo ra ở đáy thùng bằng việc ả nước vào thùng, để tháo bã dể dàng thiết kế đáy thùng hơI nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang chừng 3-50.

• Tiến hành:

Dịch đường bơm vào thùng theo tiếp tuyến với thân thùng tạo dòng xoáy dồn căn lắng vào đáy thùng và hứng ở đáy thiết bị Nguyên tắc tách cặn là dựa vào sức hút của lực hướng tâm, thời gian lắng khoảng 30 phút Mặt khác quá trình lắng xoáy cũng là quá trình làm lạnh nhanh sơ bộ dịch đường từ 1000C xuống 850C trong thời gian ngắn Kết thúc quá trình lắng, dịch đường được đưa đi làm lạnh nhanh

2.7 Quá trình làm lạnh nhanh

• Mục đích

Quá trình làm lạnh nhanh là đưa nhiệt độ dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men bia theo yêu cầu kỹ thuật, làm lạnh nhanh để tránh các vi sinh vật trong môi trường nhiễm vào dịch đường lên men

Mặt khác tạo điều kiện cho việc kết lắng các hợp chất hữu cơ kém chịu nhiệt và tạo điều kiện cho việc bão hoà oxy cần thiết cho quá trình lên men

- Chọn thiết bị:

Máy lạnh nhanh tấm bản có cấu tạo là những tấm bản gấp sóng, chế tạo từ thép

không gỉ Các tấm bản có hình chữ nhật, có bốn tai ở bốn góc Trên mỗi tai đục

thủng một lỗ tròn Với cấu tạo của từng bản như vậy, khi lắp chúng lên khung máy thì sẽ tạo thành bốn mương dẫn: dịch đường vào máy, dịch đường ra khỏi máy, tác nhân lạnh vào máy, tác nhân lạnh ra khỏi máy Thông thường thì dịch đường nóng được bơm vào một trong hai mương dẫn phía trên, còn lúc đi ra khỏi máy thì theo mương dẫn dưới ngược phía Tác nhân lạnh đi vào mương dẫn kia ở phía trên, ngược

thể là một cấp cũng có thể là hai cấp

• Tiến hành

Phần làm lạnh sơ bộ dùng nước làm lạnh giảm nhiệt độ dịch đường từ (65 - 73)0C xuống còn (25 - 30)0C (nước làm lạnh ở đây là 20C)

Phần làm lạnh thứ 2 lạnh nhanh dùng dung dịch glycol làm chất tải lạnh, hạ nhiệt

độ từ (25 - 30)0C xuống còn (15 - 16)0C Nhiệt độ dịch đường sau khi qua thiết bị làm lạnh nhanh đạt đến nhiệt độ tối ưu cho nấm men phát triển rồi trộn với men giống (tỷ lệ men giống là 10% tổng lượng dịch lên men) rồi bơm vào tank lên men Trước khi bơm vào tank lên men người ta bão hoà dịch đường bằng oxy đã khử trùng

2.8 Quá trình lên men

- Chọn chủng nấm men.

Ở đây để thực hiện quá trình lên men chuyển hóa dịch đường hoa hublon hóa thành

bia vàng em chọn chủng nấm men chìm sacharomyces carlbergensis.

Đặc điểm: nấm men sacharomyces carbergensis, tế bào nấm men hình cầu hay

hình bầu dục, kích thước trung bình 3- 15 micromet, sản sinh chủ yếu bằng phương thức nảy chồi, có khả năng lên men ở nhiệt độ thấp nên giảm được sự nhiễm tạp và tạo được bia có chất lượng cao bền sinh học, nó có khả năng lên men các loại đường glucose, fructose, maltose… và đặc biệt do nấm men có khả năng tổng hợp được enzym melibiase nên lên men được hoàn toàn đường rafinose, vào cuối quá trình lên men nó kết lắng dưới đáy do tính chất tạo chùm của tế bào, thuận lợi cho việc tách men sau quá trình lên men để quay vòng tái sử dụng nấm men

Nguồn men giống:

Nấm men cấp cho quá trình lên men có thể lấy từ chủng gốc trải qua 2 giai đoạn nhân men trong phòng thí nghiệm và nhân men sản xuất Trong giai đoạn nhân men trong phòng thí nghiệm chủng nấm men gốc được bảo quản dạng đông khô hay bảo quản lạnh trong các ống thạch nghiêng được cấy chuyển ra bình tam giác 100ml, rồi sang bình 1000ml, bình 5l, bình 20l trên môI trường nước chiết malt có bổ sung các chất dinh dưỡng chủ yếu là d0ạng muối khoáng Mỗi cấp cấy chuyển môi trường trong thời gian 24h ở 22 – 250C, nếu nuôi lắc thì thời gian có thể ngắn hơn Sang giai đoạn nhân giống sản xuất nấm men được nuôi trong các canh trường có dung tích tăng dần 100l, 300l… cho đến khi đủ lượng cấp cho lên men Trong giai đoạn nhân giống sản xuất môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy nấm men thường dùng trực tiếp dịch đường sau lạnh nhanh từ phân xưởng nấu có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng, nhiệt độ nhân giống là 16 – 200C, trong quá trình nuôi có sục khí ở thời gian đầu để nấm men phát triển sinh khối mạnh Mật độ dịch men giống sau nhân giống phải đạt khoảng 100 – 120 triệu tế bào/ ml

Ngoài ra có thể tái sử dụng sữa men kết lắng sau lên men Sau khi lên men chính, người ta tiến hành tháo sữa men Thông thường cứ 1000 l dịch đường cho khoảng 20l dịch sinh khối nấm men sệt, độ ẩm 85 – 88% Dịch này được chia thành 3 lớp: Lớp dưới cùng là lớp cặn bẩn, lớp trên cùng là lớp tế bào chết thường dùng làm thức

ăn gia súc, chỉ có lớp giữa có màu trắng ngà là nấm men sạch, có thể tái sử dụng Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 6 – 8 lần, tùy thuộc chất lượng nấm men Để tái sử dụng nấm men kết lắng cần rửa, bảo quản, hoạt hóa men

Rửa men: dịch bã men thu được sau lên men chính được lọc và rửa nhiều lần bằng

nước vô trùng ở 1-20C để loại bỏ cặn bẩn và xác nấm men cho đến khi đạt yêu cầu Sữa men sạch được kiểm tra để xác định chất lượng, hoạt lực sau đó bảo quản trong nước lạnh ở nhiệt độ 0 – 20C

Hoạt hóa: trước khi sử dụng để nấm men phát triểm tốt cần phải tiến hành hoạt bóa

giống bằng cách sau:men sữa bằng 4:1 sục không khí vô trùng vào dịch đồng thời

thời tăng dần nhiệt độ tới gần nhiệt độ lên men Khi có nhiều tế bào phát triển và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc quá trình hoạt hóa.

- Chọn phương thức lên men:

Bia chai có nồng độ dịch đường trước lên men là 120Bx ở đây em chọn phương thức lên men gián đoạn theo mẻ, phương pháp lên men gia tốc trong các thiết bị lên

men kín thân trụ đáy côn, sử dụng chủng nấm men thuộc loại sacharomyces

carbergensis chu kỳ lên men là 18 ngày ở giai đoạn lên men chính dịch lên men được duy trì ở nhiệt độ 80C trong thời gian 6 ngày, sau lên men chính bia non được làm lạnh xuống 40C để nấm men dể dàng kết lắng và được tháo ra ngoài Cuối cùng

hạ nhiệt độ dịch lên men xuống 20C và tiến hành lên men phụ và tàng trữ để lão hóa bia non thành bia tiêu chuẩn đông thời bảo hòa C02 cho bia

- Chọn thiết bị:

Tank lên men: Dịch đường được đưa vào thiết bị theo đường ống nạp dịch ở dưới đáy tank Sau khi lên men, bia tạo thành cũng lấy ra theo đường ống đó Trong quá trình lên men khí chính là CO2, nhưng nếu lượng CO2 tạo ra nhiều sẽ được xả ra nhờ van điều áp Trong quá trình lên men việc giữ nhiệt và hạ nhiệt được thực hiện nhờ

hệ thống áo lạnh Cặn và men lắng trong thiết bị được tháo ra ở đáy

Men giống được đưa vào yêu cầu phải là nấm men thuần khiết, không lẫn tế bào lạ Truyền men giống vào nước nha là cho giống men vào đường để cho men cùng chảy vào thùng lên men, để cho tế bào nấm men phân bố đều trong toàn bộ khối dịch đường ban đầu tạo điều kiện cho men sinh trưởng và phát triển.

Một điều kiện cần lưu ý là trong quá trình lên men nhiệt độ của dịch đường tăng lên do đó phải thường xuyên làm lạnh thùng lên men Nếu nhiệt độ tăng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia vì vậy phải khống chế nhiệt độ trong một thời hạn nhất định

Trong quá trình lên men người ta thường xuyên kiểm tra độ đường, độ màu, sự tạo bọt, khi lên men chính được một ngày thì tiến hành thu hồi CO2, khi lên men được 24h thì kiểm tra độ đường

Để kiểm tra xem quá trình lên men kết thúc hay chưa người ta sử dụng phương pháp:

- Quan sát độ bọt: khi quá trình lên men chính kết thúc thì trên bề mặt bia có một lớp bọt đều

- Nồng độ chất hoà tan: nếu sau 1 ngày nồng độ chất hoà tan trong bia giảm (0,1 - 0,2)% thì quá trình kết thúc

- Độ trong : nếu sau 24h bia trong hoàn toàn thì quá trình lên men chính kết thúc Lên men chính kết thúc ta hạ nhiệt độ xuống 40C trong 24h rồi hạ nhiệt độ xuống

20C để lên men phụ và tách men sữa ra

2.8.2 Lên men phụ và tàng trữ

Là quá trình lên men tiếp các loại đường cao phân tử chủ yếu là maltoza, dextrin, ngoài ra nó có tác dụng sau:

+ ổn định thành phần chất lượng của bia, tạo ra hương vị bia và giữ bọt

+ Khử rượu bậc cao và aldehyt đến mức cho phép

+ Một số este đặc trưng được tạo thành do axit tác dụng với rượu làm cho bia thơm

+ Nhiệt độ và áp suất tương đối cao làm cho bọt bia được tạo ra ở dạng liên kết bền vững hơn, lâu tan và mịn.

+ Do tiến hành ở nhiệt độ thấp, thời gian kéo dài dẫn đến các chất hữu cơ, xác men,

bã men lắng xuống làm cho bia trong, thuận tiện cho quá trình lọc bia

Quá trình lên men phụ được thực hiện ngay trong cùng một thiết bị lên men chính Sau khi kết thúc quá trình lên men chính tiến hành hạ nhiệt độvà thu hồi nấm men Sau thu hồi nấm men tiến hành hạ nhiệt độ xuống 1 – 20C và quá trình lên men phụ bắt đầu Toàn bộ quá trình lên men phụ được tiến hành khoảng 12 ngày, mỗi ngày đều xả cặn men do còn trong dịch bia non lắng xuống Với điều kiện nhiệt độ thấp, nồng độ chất hoà tan nhỏ đảm bảo cho CO2 hoà tan tốt trong bia Trong toàn bộ quá trình lượng chất hoà tan giảm (2 - 2,5)°Bx

2.9 Quá trình lọc trong bia

• Mục đích

Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết Nguyên nhân là trong bia còn có nấm men, các hạt phân tán cơ học, các hạt dạng keo, phức chất protein – polyphenol, nhựa đắng và nhiều hạt ly ty khác Vì vậy làm trong bia để tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia

Nguyên tắc lọc trong bia được xây dựng trên hai quá trình:

- Giữ chặt bằng lực cơ học tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ hổng của vật liệu

- Hấp phụ các hạt có kích thước bé hơn, thậm chí các hạt hoà tan dạng keo và các hạt hoà tan dạng phân tử Hiệu quả của quá trình hấp phụ phụ thuộc trước hết vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, sau đó là thời điểm của quá trình lọc

- Chọn máy lọc:

Dựa vào ưu điểm của máy lọc cộng với thực tế sản xuất thì việc lựa chọn máy lọc khung bản có sử dụng bột trợ lọc (diatomit) là hợp lí hơn cả

+ Thiết bị lọc:

Máy lọc bia dùng bột trợ lọc diatomit là máy lọc bản, có tấm lọc là vải lọc công nghiệp Bộ phận chính của máy lọc ép là các khung và bản, chế tạo bằng gang hoặc các kim loại khác

Khung là một hình hộp vuông, rỗng, phía trên mỗ khung có một lỗ tròn, phía trong

củ nó có một hoặc hai vách liên thông với khoảng không ở trong khung Các lỗ tròn, hổng của khung sẽ tạo thành một mương kín khi các khung và bản được xếp khít vào nhau Mương kín này đóng vai trò như một đường ống, và nười ta sử dụng đường ống này để bơm dịch vào máy lọc Dịch theo các vách liên thông sẽ tràn vào khoảng không của khung Nhờ được che kín bằng bằng hai bản ở hai bên cho nên khoảng không này trở thành một camera chứa dịch

Bản của máy lọc cũng có kích thước tương ứng như khung nhưng bề dày bé hơn, phía trong lòng của bản không rỗng như khung mà đặc, trên đó được khía rãnh để tạo mương chảy cho dịch ở hai đỉnh của một đường chéo có hai lỗ tròn Các lỗ tròn của bản có số thứ tự là lẻ được liên thông với bề mặt của bản, còn bản có số thứ tự chẵn thì các lỗ tròn không có vách liên thông Khi các bản được lắp khít với khung, các lỗ tròn này sẽ tạo thành hai đường ống kín gọi là đường ống cạnh trên và dường ống cạnh dưới Hai đường ống cạnh này dùng để bơm nước rửa vào máy lọc Phía góc dưới của đường chéo kia có gắn rôbinê để tháo dịch đường Các rãnh trên hai mặt của bản có thể được bố trí rất khác nhau nhưng các dòng chảy này phải được tập trung về phía góc và có vách liên thông với rôbinê dẫn dịch

Toàn bộ khung và bản được xếp liên tục và xen kễ lên giàn máy nhờ có hai tai treo

ở hai cạnh bên Giàn máy gồm hai vai dọc, thớt thủ và thớt đuôi Thớt thủ được lắp

cố định, còn thớt đuôi có thể chuyển động tịnh tiến: tiến – lùi dọc theo hai vai của máy nhờ vitme trung tâm, qua bộ phận tay quay hoặc bơm thuỷ lực Phía dưới gầm máy có hai máng: một để hứng dịch lọc và một hứng bã Dọc theo máng hứng bã có vít tải để đẩy bã ra ngoài Khi tiến hành lọc bã, tất cả các bản được bọc kín hai mặt bằng vải lọc

• Tiến hành lọc

Trước khi lọc phải tiến hành vệ sinh máy lọc và chuẩn bị bằng cách: giấy lọc được giặt sạch bằng nước lã và luộc bằng nước sôi, sấy khô, lắp vào máy ép chặt, lúc này cho nước 950C chạy trong 1 giờ để thử độ kín và khử trùng, sau đó cho nước lạnh vô trung để làm giảm nhiệt độ của máy lọc xuống

Khi lọc thì hoà trộn bia và bột diatomit vào thùng hoà trộn và được khuấy thành huyền phù, sau đó bơm quay vòng vào máy lọc nhiều lần để tạo màng trên lưới lọc Sau khi tạo được màng rồi thì bắt đầu tiến hành lọc

2.10 Bão hoà CO2.

Trong quá trình lên men một lượng lớn CO2 thoát ra nhưng vẫn còn nhiều CO2 hoà tan trong bia Quá trình lọc, CO2 thoát đi nhiều, để bia thành phẩm có lượng CO2

theo yêu cầu cần thiết thì phải nạp thêm CO2 vào bia

Sau khi lọc xong nhiệt độ bia lên đến 7 – 80C, cho nên thùng nạp CO2 phải có hệ thống nước muối bao quanh nhằm hạ nhiệt độ bia non xuống 1 – 20C Bia được bơm vào theo đường ống từ dưới lên để tránh sủi bọt, chiếm 80% thể tích thùng Khi đã bơm xong, đóng các van lại, mở van nạp CO2 vào thùng CO2 trước khi đưa vào thùng đã được xử ly qua bình chứa KMnO4 0,1%, bình chứa bông và than hoạt tính,

áp suất nạp CO2 là 4 – 5kG/cm3 Thời gian tăng áp lực là 15 – 30 phút, giữ ở áp suất này trong khoảng 12 giờ Để lượng CO2 hoà tan tối đa tiến hành nạp 2 – 3 lần, sau khi nạp lượng CO2 đạt 3,5 g/l

2.11 Chiết chai.

- Phương pháp chiết chai: theo nguyên tắc đẳng áp

Chai được sử dụng là chai loại 450 ml có màu xanh để tránh sự tác động của ánh sáng làm giảm chất lợng của bia Quá trình chiết chai được thực hiện nhờ một hệ thống dây chuyền liên hoàn do Đức sản suất có công suất 20000 chai/h Trong dây chuyền đầu tiên là hệ thống rửa chai và rửa keg Máy rửa chai dùng nước nóng, axit, xút, và nước thường Chai sau khi rửa đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn vệ sinh được vận chuyển trên băng tải, qua một hệ thống soi chai có kiểm tra, tới máy chiết và dập nút

Máy chiết hoạt động theo nguyên tắc chiết đẳng áp Trước khi chiết chai được nạp

CO2 để đuổi hết không khí, tránh gây oxy hoá cho bia Sau khi chiết và dập nút, chai được chuyển tới máy thanh trùng

+ Gia nhiệt 4 – 190 bằng nước 280C

+ Gia nhiệt 19 – 330 bằng nước 420C

+ Gia nhiệt 33 – 470 bằng nước 480C

+ Gia nhiệt 47 – 640 bằng nước 640C

+ Giữ nhiệt 640 bằng nước 680C

Phần III Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm 3.1 Lập kế hoạch sản xuất

Giả thiết 1 năm nhà máy sản xuất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ

để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng

Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 6 mẻ Bia sản xuất quanh năm nhưng sản lượng bia nhiều hay ít phụ thuộc vào thời tiết trong năm: mùa nóng hay mùa lạnh Và chỉ sản xuất 1 sản phẩm duy nhất là bia chai

Bảng 2.1 Bảng kế hoạch sản xuất theo năng suất 45 triệu lít / năm.

+ Kế hoạch sản xuất theo các quý như sau:

- Quý I, IV vào mùa lạnh, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 9000000 lít mỗi quý

- Quý II, III vào mùa nóng, số ngày sản xuất là 75 ngày/ quý: sản xuất 13500000 lít mỗi quý

+ Lựa chọn phương án sản xuất:

- Dùng 1 dây chuyền làm việc trong phân xưởng nấu, khi đó năng suất 1 mẻ là: 36000lít Các thiết bị trong phân xưởng nấu nếu thể tích lớn thì phải chia

ra làm nhiều thiết bị nhỏ

- Sau 5 mẻ nấu đem lên men một lần vào thùng lên men

- Dây chuyền sản xuất được tính toán và lựa chọn theo dựa trên cơ sở năng suất hoạt động cao nhất của nhà máy: tính toán thiết bị theo mẻ làm việc của của quý II và III.

3.2 Tính cân bằng sản phẩm.

Các thông số

Các chỉ số yêu cầu đối với nguyên liệu chính cho sản xuất bia là:

- Malt có độ ẩm W = 6%, hiệu suất hoà tan là 80% so với chất khô

- Gạo có độ ẩm W = 13%, hiệu suất hoà tan là 85% so với chất khô

- Tỷ lệ nguyên liệu: malt là 75%, gạo là 25%

- Dịch đường có nồng độ 120Bx

- 2g hoa cánh/ 1 lít bia

+ Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất:

- Nghiền: tổn thất 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu

- Nấu gạo, đường hoá, lọc: 3% so với chất khô

- Nấu hoa: 10% so với thể tích trước nấu

- Chiết chai tổn thất 4%, lượng bia sau bảo hòa CO2 là:

) ( 7 , 1041 04

, 0 1

, 0 1

7 ,

−

- L ọc bia tổn thất 1,5 %, lượng bia sau khi lên men là:

) ( 8 , 1062 015

, 0 1

9 , 1046

, 0 1

8 , 1062

, 0 1

8 ,

−

- Nấu hoa tổn thất 10%,thể tích dịch trước nấu hoa là:

) ( 97 , 1274 1

, 0 1

5 , 1147

3 , 144

kg

=

−

3.2.1.1 Tính khối lượng malt & gạo:

+ Gọi M là khối lượng malt cần dùng

- Lượng chất chiết có trong malt là:

M × 0,995 × 0,94 × 0,8 = 0,748M+ Lượng gạo cần thiết là:

M

75 , 0

25 , 0

- Lượng chất chiết có trong gạo:

M

75 , 0

25 , 0

× 0,995 × 0,87 × 0,85 = 0,245M+ Tổng lượng chất chiết thu được từ malt & gạo là:

0,748M + 0,245M = 148,770,993M = 148,77

⇒ lượng malt là: M = 149,8 (kg)

75 , 0

25 ,

3.2.1.2 Tính lượng men.

+ Thể tích len giống bằng 10% thể tích dịch trước lên men:

0,1 × 1118,8 = 111,88 (l)+ Thể tích men sữa bằng 1% thể tích dịch trước lên men:

0,01 × 1118,8 = 11,188 (l)

3.2.1.3 Tính toán độ cồn của bia sau lên men:

Lượng chất chiết 148,77, giả thiết hiệu suất lên men là 65% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza Mà cứ 1 kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết cho 0,682 lít cồn, do đó độ cồn của bia sau khi lên men là:

148,77 x 0,682 x 0,65 x 100/ 1118,8 = 5,89 (v/v)

3.2.1.4 Tính lượng bã malt và gạo:

+ Khô malt: 149,8 x 0,995 x 0,94 = 140,1 (kg)

+ Khô gạo: 49,9 x 0,995 x 0,87 = 43,2 (kg)

⇒ Tổng khô gạo + khô malt: 140,1 + 43,2 = 183,3 (kg)

Ta có: tổng lượng chất chiết từ gạo & malt là 148,77 kg

+ Lượng bã khô = tổng khô gạo & malt – tổng chiết gạo & malt

= 183,3 – 148,77= 34,53 (kg)

8 , 0 1

53 ,

3.2.1.5 Tính lượng nước nấu và rửa bã.

+ Nồi hồ hoá: nước cho vào = 4x(bột gạo +malt lót(10% lượng gạo))