Đồ án Thiết kế hệ thống làm lạnh dịch Houblon ống lòng ống

Đề tài thiết kế hệ thống làm lạnh dịch houblon nhằm tìm hiểu tổng quan cácthiết bị được sử dụng trao đổi nhiệt hiện nay đang được sử dụng trong thực tế.Thông qua đó có thể tính toán chọn

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 6

1 Ý nghĩa và mục đích đề tài 6

a.Ý nghĩa đề tài 6

b Mục tiêu đề tài 6

2 Các phương pháp làm lạnh 6

2.1 Làm lạnh tĩnh 6

2.2.Làm lạnh tăng cường 7

2.3.Làm lạnh phun 7

2.4 Làm lạnh bằng cách nhúng sản phẩm trong nước muối lạnh 7

2.5 Ướp đá, vùi tuyết 8

2.6 Làm lạnh chân không 8

3 Thiết bị trao đổi nhiệt 8

3.1 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt 8

4 Giới thiệu về thiết bị ống lồng ống 10

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 11

1 Nguyên liệu trong sản xuất bia 11

1.1 Malt đại mạch 11

1.2 Hoa Houblon 13

1.3 Nước 15

1.4 Men bia 17

1.5 Các nguyên liệu khác thay thế 18

Các quá trình biến đổi nguyên liệu 19

2.1 Các quá trình xảy ra khi nấu 19

2.2 Các quá trình xảy ra khi houblon hóa 20

2.3 Các quá trình xảy ra khi lên men 20

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 20

Thuyết minh dây chuyền công nghệ 22

1 Làm sạch: 22

1.1 Mục đích: 22

1.2 Tiến hành làm sạch: 22

2 Nghiền nguyên liệu : 22

2.1 Mục đích : 22

2.2 Yêu cầu khi nghiền 22

2.3 Phương pháp thực hiện : 23

3 Nấu nguyên liệu: 23

3.1 Mục đích: 23

3.2 Tiến hành nấu: 23

4 Lọc dịch đường: 25

4.1 Mục đích : 25

4.2 Tiến hành lọc dịch đường : 25

5 Houblon hóa : 26

5.1 Mục đích : 26

5.2 Tiến hành Houblon hóa : 26

6 Lắng trong và làm lạnh: 27

6.1 Mục đích : 27

6.2 Tiến hành: 27

7 Lên men chính: 28

7.1 Mục đích: 28

7.2 Phương pháp nuôi cấy men giống: 28

7.3 Tiến hành lên men : 28

8 Lên men phụ: 29

8.1 Mục đích: 29

8.2 Tiến hành : 29

9 Lọc trong bia: 29

9.1 Mục đích : 30

9.2 Tiến hành : 30

10 Ổn định bia: 30

11 Chiết chai : 30

12 Thanh trùng bia: 31

12.1 Mục đích: 31

12.2 Tiến hành: 31

13 Dán nhãn : 31

13.1 Mục đích: 31

13.2 Tiến hành: 31

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 32

4.1 Thống số ban đầu 32

4.2 Thiết kế thiết bị làm lạnh ống lồng ống 33

4.2.1 Tính toán cho ống lồng ống tại giai đoạn làm lạnh cấp 1: 33

4.2.2 Tính toán cho ống lồng ống tại giai đoạn làm lạnh cấp 2 39

4.2.3 Tính ứng suất cho phép của thiết bị 44

4.2.4 Chọn bích nối miệng cho ống dẫn và co ống nối: 44

4.2.5 Tính chọn chân đỡ và khung đỡ 46

4.2.6 Tính chọn lớp bảo ôn 48

4.2.7 Tính toán cân bằng năng lượng 48

4.3 Tính chọn thiết bị phụ 49

4.3.1 Chọn bơm cho dung dịch đường houblon 49

4.3.2 Chọn bơm cho nước làm mát: 50

4.3.3 Chọn bơm cho dịch glycol: 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt Đồ án kỹ thuật thực phẩm này, trước hết chúng em xin gửilời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Thực Phẩm, trườngĐại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM, đặc biệt là các thầy cô trong bộ mônCông Nghiệp Thực Phẩm đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em nhữngkiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Phan Vĩnh Hưng – người đãtận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, góp ý về nội dung cho chúng em trong suốt quátrình làm đồ án Trong thời gian làm việc với thầy, chúng em đã được tiếp thuthêm nhiều kiến thức bổ ích, đã được học tập tinh thần, thái độ làm việc nghiêmtúc, hiệu quả của thầy Đây là những điều rất cần thiết cho chúng em trong quátrình học tập và công tác sau này

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật lạnh đang dần dần trở nên quan trọng và không thể thiếu trong hầuhết các lĩnh vực trong cuộc sống Hỗ trợ tích cực cho ngành công nghệ thực phẩm

và chiếm một vai trò cực kì trong quá trình sản xuất bia Bài báo cáo của nhóm emnghiêm cứu việc sử dụng kỹ thuật lạnh trong việc làm lạnh nhanh dịch đườnghoublon bằng thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Giai đoạn này rất dễ nhiễm tạp visinh vật gây hư hại cho sản phẩm và các quá trình tiếp theo và làm giảm chấtlượng của bia Vì thế việc sử dụng kỹ thuật lạnh là vô cùng cần thiết và hữu ích

Đề tài thiết kế hệ thống làm lạnh dịch houblon nhằm tìm hiểu tổng quan cácthiết bị được sử dụng trao đổi nhiệt hiện nay đang được sử dụng trong thực tế.Thông qua đó có thể tính toán chọn thiết bị trao đổi nhiệt sao cho phù hợp với quátrình nhằm nâng cao hiệu suất của quá trình cũng như hiệu suất lạnh của cả quátrình

Qua quá trình nghiên cứu chúng em được bổ sung rất nhiều kiến thức về kỹthuật lạnh Tuy nhiên do việc hạn chế về kiến thức và thời gian do đó khó tránhkhỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy/Cô để bàibáo cáo hoàn thiện hơn

Nhóm sinh viên thực hiện.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 Ý nghĩa và mục đích đề tài

a.Ý nghĩa đề tài.

Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh từ các đây rất lâu, bằng cách chocác vật cần làm lạnh tiếp xúc với các vật lạnh hơn Hiện nay kĩ thuật lạnh gópphần quan trọng trong rất nhiều các lĩnh vực như nghành công nghiệp chế biến vàbảo quản thực phẩm, ngành công nghệ háo chất, trong lĩnh vực điều hòa khôngkhí, trong ngành y tế và công nghiệp nặng …đóng góp to lớn và quan trọng nhất

đó là nghành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm

Ở đề tài này quá trình làm lạnh được sử dụng trong quá trình làm lạnh nhanhdịch đường houblon nhằm mục đích hạ nhiệt dộ dịch đường tới nhiệt độ bảo quảnthích hợp cho quá trình lên men Nếu làm chậm một số vi sinh vật gây hại sẽ xâmnhập làm ảnh hưởng tới chất lượng của bia như vậy thời gian hạ nhiệt phải tối ưu

có nghĩa quá trình làm lạnh phải cần sử dụng một lượng nhiệt đủ lớn để thời gianlàm lạnh là ngắn nhất

b Mục tiêu đề tài.

Thông qua quá trình nghiên cứu đề tài chúng ta có thể hiểu rõ hơn về quá trìnhsản xuất bia, nắm vững các quá trình biến đổi các nguyên liệu của quá trình Nắmcững các nguyên lí hoạt động của các thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, hiểu rõhơn về các phương pháp làm lạnh và có thể phân loại các thiết bị trao đổi nhiệttheo từng loại

Dựa vào các thông số đầu vào ta có thể tính toán được chi tiết và thiết kế thiết

bị trao đổi nhiệt làm lạnh nhanh dịch đường dạng ống lồng ống sao cho phù hợpvới lý thuyết và thực tế

2.1 Làm lạnh tĩnh.

Các phòng lạnh được trang bị các dàn lạnh tĩnh bay hơi trực tiếp hoặc làmlạnh gián tiếp qua nước muối Không khí lạnh trong phòng đối lưu tự nhiên Sản

phẩm cần làm lạnh được xếp lên giá (rau quả, ngũ hoa hạt) hoặc treo trên giá xeđẩy ( thịt lợn nửa con hoặc thịt bò nửa hoặc một phần tư con) Giai đoạn đầu khinhiệt độ sản phẩm còn cao có thể điều chỉnh để nhiệt độ phòng xuống đến -2ᵒChoặc -3ᵒC Giai đoạn cuối khi nhiệt độ sản phẩm xuống thấp, nâng nhiệt độ phònglên -1ᵒC đến 0ᵒC Phương pháp làm lạnh tĩnh có tốc độ làm lạnh chậm, tốn diệntích làm lạnh nhưng độ khô hao thực phẩm nhỏ, độ ẩm không khí cao.

2.2.Làm lạnh tăng cường.

Các phòng lạnh được trang bị các loại dàn quạt Dàn lạnh có thể là giàn bayhơi trực tiếp qua nước muối Tốc độ lưu thông không khí trong phòng có thể lêntới 3-4 m/s Ở giai đoạn đầu nhiệt độ có thể hạ xuống đến -5ᵒC cho thịt lợn và –1ᵒC cho thịt bò, giai đoạn sau nâng nhiệt độ lên -1 – 0ᵒC và tốc độ không khí giảmxuống còn một nửa Độ ẩm không khí duy trì từ 85 – 95ᵒC

Do có tuần hoàn không khí nên quá trình làm lạnh tăng, thời gian làm lạnh rútngắn Cần chú ý để sản phẩm không bị đóng băng Tổn hao khối lượng do khô haolớn hơn phương pháp làm lạnh tĩnh Phương pháp này có thể áp dụng cho tất cảcác loại sản phẩm thịt cá, rau quả… phòng lạnh có thể xây dựng theo kiểu tunel có

xe đẩy chất sản phẩm và đường ray đẩy vào và ra

2.3.Làm lạnh phun.

Các phòng lạnh được trang bị các buồng phun nước muối Không khí trao đổinhiệt ẩm trực tiếp với nước muối, sau đó vào làm lạnh sản phẩm Phương phápnày giảm được tổn hao khối lượng do độ ẩm rất cáo, tránh được ô xi hóa mỡ, giữvitamin Nhược điểm của phương pháp này là không dùng được cho các sản phẩm

kị ẩm và kị thấm muối

Phương pháp này sử dụng rất hiệu quả đối với gà, vịt, gia cầm đóng trong baonilong hút chân không Có thể phun trực tiếp nước muối lạnh lên sản phẩm Đốivới rau quả dùng nước lạnh gần 0ᵒC xối trực tiếp vừa tác dụng làm lạnh vừa tácdụng tẩy rửa rau quả

2.4 Làm lạnh bằng cách nhúng sản phẩm trong nước muối lạnh.

Để làm lạnh, có thể nhúng sản phẩm trực tiếp trong nước muối lạnh, nướclạnh, nước biển đã làm lạnh Do hệ số trao đổi nhiệt độ rất lớn giữa nước muối vàsản phẩm nên thời gian làm lạnh rút xuống đáng kể Phương pháp này có thể sửdụng rất hiệu quả cho các sản phẩm đóng gói trong bao bì nilong kín như gà, vịt,gia cầm Người ta cũng có thể sử dụng phương pháp này để làm lạnh cá không cầnbao nilong Tuy nhiên khi ngâm cá không có bao nilong trong nước biển lạnh cá bịtrương và khối lượng tăng tới 10% nên phải cho thêm phụ gia vào nước biển lạnh

để cân bằng áp suất thẩm thấu

2.5 Ướp đá, vùi tuyết

Làm lạnh cá thông dụng nhất là phương pháp ướp đá Đá được đạp vụn hoặcxay vụn, sau đó có thể được trộn thêm với muối hoặc chất kháng sinh rồi mangbảo quản cá Đá và cá được xếp thành từng lớp và sau một thời gian nhất định cóthể làm chặt thêm vì một số đã đã tan Nếu cá đã được làm lạnh trong nước muốithì sẽ đỡ tốn đá khi ướp và thời gian giữ đá trong hòm cá sẽ lâu hơn nhiều

Ướp đã cũng có thể sử dụng cho các loại sản phẩm khác biệt rau quả Chỉ cầnxếp đá vào các ngăn bảo ôn sau đó đặt thực phẩm hoặc rau quả ở giữa Nhiệt độcủa thực phẩm hoặc rau quả được giảm xuống gần đến nhiệt độ đá tan 0ᵒC ở cácnước xứ lạnh, người ta có thể sử dụng phương pháp này vùi tuyết để bảo quảnthực phẩm và rau quả

2.6 Làm lạnh chân không.

Đây là phương pháp làm lạnh mới dùng cho rau quả là chính Rau quả đượcxếp vào một phòng kín bằng kim loại, sau khi đóng kín phòng được hút chânkhông nhờ các máy nén kiểu ejecto Dưới áp lực chân không, hơi nước từ chínhrau quả bốc ra để làm lạnh rau quả Phương pháp này có ưu điểm là quá trình làmlạnh rất nhanh, đảm bảo chất lượng và mỹ quan sản phẩm

3 Thiết bị trao đổi nhiệt.

Thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) là thiết bị trong đó thực hiện sự trao đổi nhiệtgiữa chất cần gia công với chất mang nhiệt hoặc lạnh Chất mang nhiệt hoặc lạnhđược gọi chung là môi chất có nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn chất gia công, dùng

để nung nóng hoặc làm lạnh chất gia công

3.1 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt.

 3.1.1 Phân loại theo nguyên lý làm việc của TBTĐN.

3.1.1.1 TBTĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp): là loại TBTĐN trong đó chất gia công

và môi chất tiếp xúc nhau, thực hiện cả quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất,tạo ra một hỗn hợp

Ví dụ bình gia nhiệt nước bằng cách sục 1 dòng hơi

3.1.1.2 TBTĐN hồi nhiệt: là loại thiết bị TĐN có mặt trao đổi nhiệt được

quay, khi tiếp xúc chất lỏng 1 mặt nhận nhiệt, khi tiếp xúc chất lỏng 2 mặt toảnhiệt Quá trình TĐN là không ổn định và trong mặt trao đổi nhiệt có sự dao độngnhiệt

Ví dụ: bộ sấy không khí quay trong lò hơi nhà máy nhiệt điện

3.1.1.3 TBTĐN vách ngăn: là loại TBTĐN có vách rắn ngăn cách chất lỏng

nóng và chất lỏng lạnh và 2 chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt Loại TBTĐNvách ngăn bảo đảm độ kín tuyệt đối giữa hai chất, làm cho chất gia công được tinhkhiết và vệ sinh, an toàn, do đó được sử dụng rộng rãi trong mọi công nghệ

3.1.1.4 TBTĐN kiểu ống nhiệt: là loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải

nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Môi chất trong các ống nhiệt nhânnhiệt từ chất lỏng 1 sôi và hoá hơi thành hơi bão hoà khô truyền đến vùng tiếp xúcchất lỏng 2, ngưng thành lỏng rồi quay về vùng nóng để lặp lại chu trình Trongống nhiệt, môi chất sôi, ngưng và chuyển động tuần hoàn, tải 1 lượng nhiệt lớn từchất lỏng 1 đến chất lỏng 2

3.1.2 Phân loại TBTĐN theo chuyển động chất lỏng.

+ Song song cùng chiều

+ Song song ngược chiều

+ Song song đổi chiều

+ Giao nhau 1 lần hoặc giao nhau nhiều lần

3.1.3 Phân loại TBTĐN theo thời gian.

Thường phân ra 2 loại:

+ Thiêt bị liên tục

VD: Bình ngưng, calorife

+ Thiết bị làm việc theo chu kỳ

VD: Nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ

3.1.4 Phân loại TBTĐN theo công dụng.

+ Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm

VD: nồi nấu, lò hơi

+ Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường

VD: tháp giải nhiệt nước, bình làm mát dầu

+ Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhỏ hơn môi trường

VD: tủ cấp đông, tủ lạnh

4 Giới thiệu về thiết bị ống lồng ống.

  Thực tế cho thấy rằng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo rấtgọn gàng do hiệu quả trao đổi nhiệt cao, chúng có các ưu điểm nổi trội sau:

+ Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc chấtlỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng với khả năng trao đổi nhiệt lớn

+ Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡngbức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt được yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống.+ Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo

Tuy nhiên, các thi t bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chỉ là các ống

ế trơn có hiệu quả thấp, ít nhiều còn bị hạn chế, đặc biệt trong trường hợp ngưng

tụ môi chất, ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của môi chất Mặc khác, khimàng ngưng hình thành nó sẽ hạn chế quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và bềmặt vật rắn Trong các hệ thống Freon, hệ số tỏa nhiệt khi ngưng khá thấp, vì vậycũng rất cần thiết phải có các biện pháp để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt, đặcbiệt là người ta sẽ làm cánh bên ngòai của ống trong để tăng cường khả năng tỏanhiệt về phía môi chất Đối với thiết bị này còn nhược điểm nữa là chế tao hơiphức tạp và khó vệ sinh

Hiện nay trên thi trường các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống có các dạngnhư sau:

+ Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống trơn

+ Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng hình vuông

+ Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng hình elip

+ Thiết bị ngưng tụ dạng ống xoắn tròn

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Đồ án hướng tới làm lạnh dịch houblon mà dịch houblon chiếm vai trò đặcbiệt quan trọng trong quá trình sản xuất bia do đó chúng em chọn quá trình sảnxuất bia là cơ sở để nghiêm cứu

1 Nguyên liệu trong sản xuất bia.

Nguyên liệu chính dùng trong sản xuất bia đó chính là malt đại mạch, hoahoublon, men bia Ngoài ra còn có các nguyên liệu khác được sử dụng như cácnguyên liệu tahy thế, nước và một số háo chất khác

1.1 Malt đại mạch.

Malt là hạt hòa thảo nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xácđịnh Nó là sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng: đường đơn, các axit amin, các chấtkhoáng, các nhóm vitamin và có hệ enzyme phong phú – chủ yếu là proteaza vàamylaza

1.1.1 Vai trò.

Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa, vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng

để sản xuất bia Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và các tính chất công nghệhơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác

1.1.2 Cấu tạo.

Hạt malt gồm 3 bộ phân chính: Vỏ hạt, phôi và nội nhủ

+ Vỏ hạt (Hull): Vỏ hạt chia thành ba bộ phận chính: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron.

Phần này thường chiếm từ 8 ÷ 15% trọng lượng hạt

+ Phôi: Là cơ quan sống, hô hấp của hạt Phôi thường chiếm từ 2,5 ÷ 5% trọng

lượng hạt Trong phôi có từ 37 ÷ 50% chất khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chấtbéo, 5 ÷ 6% đường saccharose, 7 ÷ 7,5% pentose, 6 ÷ 6,5% chất tro và một số ítthành phần khác Riêng tinh bột hầu như rất ít

+ Nội nhũ (Endosperm): Chiếm từ 45 ÷ 68% trọng lượng hạt Phần này của hạt

đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia Thànhphần chính trong nội nhũ là hạt tinh bột hình tròn, có kích thước rất lớn (từ 20 ÷30μ) hoặc rất bé (từ 2 ÷ 10μ) Rất ít những hạt có kích thước trung bình Nếu hàmlượng protein trong đại mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ

1.1.3 Yêu cầu trong sản xuất bia.

Malt dùng để sản xuất bia phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vịngọt, có màu vàng sáng đều Không được có mùi vị lạ, không được mốc và khônghôi khói Yêu cầu kích thước của các hạt malt phải đều

Kích thước hạt malt đạt yêu cầu nếu như hạt malt trên sàn 2,8 mm và 2,5 mmchiếm 94 %, hạt dưới sàn 2,2 mm không quá 0,5% Khối lượng riêng của malttrong khoảng 520-600g/l Độ ẩm của malt không quá 6% Độ chiết của malt: 75-82% Thời gian đường hoá: 20-35 phút, hoạt lực amylaza đạt 100-300 đơn vị, hàmlượng tinh bột càng cao càng tốt nhưng hàm lượng protein phải nằm trong khoảng9-12%, nếu cao hơn bia sẽ đục, rất khó bảo quản, còn nếu thấp hơn thì bia kém bọt,

vị kém đậm đà

+ Chỉ sử dụng hoa cái trong quá trình sản xuất bia.

1.2.1 Vai trò.

Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất bia và hiện naychưa một loại nguyên liệu nào có thể thay thế được Hoa houblon làm cho bia có vịđắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độbền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Thành phần hóa học củahoa gồm nhiều chất khác nhau, những chất có giá trị cho bia là nhựa houblon, cácchất tanin và tinh dầu

+ Khoáng : 8%.

+ Tinh dầu: 1,5%

+ Chất hòa tan không chứa N2 : 28%

+ Chất đắng : là thành phần thiết yếu và đặc trưng của hoa Houblon, gồm acidđắng và nhựa đắng Trung bình trong hoa Houblon có chức 16-19% chất đắng,acid đắng chiếm 9-11%, nhựa đắng chiếm 7-8%

+ Lupulin và các đồng phân của nó : tạo ra 85-95% chất đắng trong bia, cótính tạo bọt và giữ bọt

+ Tanin (chất chát ) : C25H24O4 làm kết tủa các protid kém bền vững, tăng tính

ổn định trong bia Thông thường trong bia có khoảng 0,012-0,02% tannin.+ Tinh dầu : có màu vàng sánh, trong, mùi thơm mạnh Tinh dầu quyết địnhmùi thơm đặc trưng của bia

1.1.4 Các dạng tinh chế của hoa trên thị trường phổ biến.

Trên thị trường hiện nay có 3 loại phổ biến:

ly, rồi sau đó cô đặc dịch trích ly thành cao

ẩm sẽ làm giảm phẩm chất của hoa Hàm lượng α- acid có trong hoa ở dạngcao là 30%, ở dạng viên là 8-10%

1.1.5 Phương pháp bảo quản và nâng cao hiệu quả sử dụng hoa.

Để giữ chất lượng cho hoa thì nên bảo quản hoa trong các điều kiện sau:+ Ngăn chăn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong thùngkín, môi trường chân không hoặc môi trường khí trơ

+ Xông SO2 để hạn chế sự oxy hoá và phát triển của vi sinh vật

+ Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0oC vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kìm hãm cácquá trình hoá học, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật

+ Cách ẩm tốt

Nếu bảo quản được trong các điều kiện trên thì hoa có thể bảo quản trong 2năm mà chất lượng không thay đổi Hiệu quả sử dụng các chất đắng còn phụ thuộcvào nhiều yếu tố khi đun sôi hoa với dịch đường, quan trọng nhất là thời gian vàcường độ đun sôi, lượng và chất của hoa sử dụng và pH của dịch đường

Nếu tiến hành houblon hoá trong điều kiện tối ưu thì lượng chất đắng sử dụngđược trong giai đoạn này khoảng 8085%, còn 1520% ở lại trong bã hoa Đốivới nhà máy, hoa sau khi nhập về được bảo quản ở nhiệt độ 0oC

1.3 Nước.

Nước là nguyên liệu cơ bản nhất, không gì có thể thay thế được nước trongquá trình sản xuất bia Nước chiếm từ 80-89% trọng lượng bia thành phẩm Ngoàitham gia vào thành phần bia, nước còn góp mặt trong quá trình nấu, làm nguộidịch đường, làm nóng, làm lạnh…

Thành phần của nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bia, vì vậynguồn nước sử dụng trong sản xuất bia đòi hỏi phải có chất lượng cao hơn nướcuống.

1.3.1 Vai trò.

Hàm lượng nước trong bia thành phẩm chiếm trung bình khoảng 90% Trongnhà máy bia, nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu,nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, thanh trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị,

vệ sinh xí nghiệp,…Do đó lượng nước dùng trong nhà máy rất lớn Nước có ảnhhưởng lớn đến tiến trình công nghệ và chất lượng sản phẩm Vì vậy, nước dùng đểnấu bia không những đòi hỏi phải có đầy đủ tiêu chuẩn của nước uống mà còn cónhững yêu cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia

1.3.2 Thành phần hóa học.

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

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

+ Nhóm anion chủ yếu là: OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO43-

Các muối của canxi và magie là nguyên nhân gây độ cứng của nước

1.3.3 Yêu cầu đối với nước dùng trong nấu bia

Nước dùng để nấu bia trước hết phải trong suốt, không màu, có mùi dễ chịuhoặc không mùi và không chứa các vi sinh vật gây bệnh

+ Độ cứng trung bình của nước: 56 miligam đương lượng/lit

+ pH= 6,87,3

+ Độ oxi hoá không vượt quá 12 mg/lit

+ Hàm lượng căn khô không vượt quá 600mg/lit

Các chỉ tiêu sinh học:

+ Chuẩn độ coli không nhỏ hơn 300ml

+ Chỉ số coli không lớn hơn 3

Hàm lượng tối đa của các kim loại:

Để thực hiện quá trình lên men dịch đường houblon hoá, điều kiện tiên quyết

là phải có một lượng nhất định sinh khối nấm men bia thuần khiết

Nấm men được sử dụng trong sản xuất bia gồm 2 loại:

+ Saccharomyces cerevisiae (giống nấm men nổi).

+ Saccharomyces carlsbergensis (giống nấm men chìm).

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

+ Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và mộtchủng nấm men phù hợp có chất lượng tốt có thể tái sử dụng đến đờithứ 7 thứ 8

+ Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt

độ, pH, thành phần môi trường

Mật độ gieo cấy nấm men ban đầu càng nhiều thì hàm lượng diaxetyl càngthấp, chất lượng bia càng tốt, nhưng mật độ gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng70.106 tế bào/cm3 thì hiệu quả mang lại không được rõ nét.

1.5 Các nguyên liệu khác thay thế.

Người ta sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm mục đíchgiảm giá thành sản phẩm Nguyên liệu thay thế có thể sử dụng là nguyên liệu giàutinh bột hoặc giàu đường Đối với nhà máy, nguyên liệu thay thế được sử dụng làgạo Về khả năng thay thế malt đại mạch thì gạo là loại cốc được dùng nhiều hơn

cả, mà chất lượng bia không thua kém so với sử dụng toàn bộ malt đại mạch

Trong thành phần chất khô của gạo thì tinh bột chiếm 75 %, protein 8%,chất béo 1 – 1,5%, xenluloza 0,5 – 0,8%, chất khoáng 1 – 1,2% Trong quá trìnhnấu ta thu được nhiều chất hoà tan Gạo có chứa rất nhiều tinh bột, protein vừaphải, chất béo và xenlulo ở giới hạn thấp Do đó gạo là nguyên liệu thay thế khá lýtưởng

Yêu cầu về gạo sử dụng trong sản xuất bia phải sạch, không tạp chất,không mối mọt và lượng amylopectin thấp

Nước ta là một nước nông nghiệp nên gạo có thể thu mua ở trong nước.Gạo được bảo quản trong các xilo chứa, thời gian bảo quản là một tháng

*** Các loại nguyên liệu phụ khác: Dùng như các phụ gia trong quá trình sản xuấtbia, các hóa chất sử dụng trong các công đoạn tẩy rửa, các loại bột trợ lọc, các chất

ổn định và đặc biệt là các enzym sử dụng trong công đoạn sản xuất dịch đường lênmen và lên men

Các quá trình biến đổi nguyên liệu.

Trong quá trình sản xuất bia có rất nhiều quá trình xảy ra, và các quá trình xảy

ra chủ yếu trong công đoạn nấu, houblon hóa, lắng trong làm lạnh và công đoạnlên men

2.1 Các quá trình xảy ra khi nấu.

Quá trình xảy ra trong lúc nấu gồm quá trình enzym và phi enzym

*** Quá trình emzym: Dưới tác dụng của các hệ enzym.

+ Hệ enzim amylaza làm tinh bột sẽ chuyển thành các loại đường và dextrin.+ Hệ enzim proteaza làm protein thuỷ phân thành axit amin và polipeptit.+ Dưới tác động của enzim phitaza, phitin bị thuỷ phân và giải phóng H3PO4.+ Dưới tác động của hệ enzim xitaza thuỷ phân hemixenluloza và các chấtkhác để tạo thành glucoza, xiloza, arabinoza và các dextrin

*** Quá trình phi emzym:

- Sự kết lắng và biến tính protein: dưới tác động của nhiệt dộ cao một phầnprotein bị biến tính và đông tụ

- Xảy ra phản ứng tạo thành me lanoid

- Hòa tan các thành phần của malt vào dung dịch

- Phản ứng giữa muối của nước và photphat có trong khối cháo

2.2 Các quá trình xảy ra khi houblon hóa

+ Sự hòa tan của các chất của hoa houblon vào dịch đường: Sự hòa tan cácchất đắng làm cho dịch đường từ vị ngọt thành vị đắng của hoa houblon Tinh dầucủa hoa houblon phần lớn bị bay hơi, còn lại một ít góp phần làm cho bia thơm.+ Sự̣ keo tụ và kết tủa protein: Trong quá trình houblon hóa các protein đơngiản sẽ bị biến tính và đông tụ Ngoài ra quá trình đó còn tạo ra các liên kếtprotein-tanin Quá trình keo tụ phụ thuộc pH, nồng độ dịch đường, thời gian vàcường độ đun sôi, sự có mặt của các tanin pH tối thích để keo tụ protein là 5,2.+ Các phản ứng melanoidin và caramen hóa: Khi đun sôi dịch đường ở nhiệt

độ cao trong thời gian dài sẽ xảy ra các phản ứng Mailard và Caramen Lúc đótrong dịch đường tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau và góp phần ổn định thànhphần của dịch đường, định hình sản phẩm sau này

+ Sự tăng độ màu và nồng độ của dịch đường : Màu sắc của dịch đường chủyếu là do nguyên liệu (malt) quyết định Tuy nhiên trong quá trình nấu và houblonhóa đã làm tăng thêm độ màu của dịch đường do các sản phẩm của phản ứngmelanodin, caramen và chất màu của hoa tạo nên

2.3 Các quá trình xảy ra khi lên men.

Các quá trình xảy ra trong quá trình lên men vô cùng quan trọng trong việc tạo

ra các sản phẩm có ảnh hưởng rất lớn đến bia thành phẩm

a Các quá trình xảy ra trong lên men chính :

+ Quá trình sinh lý: Sự sinh sản và phát triển của tế bào nấm men Nấm mensinh trưởng mạnh nhất trong thời kỳ đầu của quá trình lên men chính

+ Quá trình sinh hóa: Quá trình sinh hoá cơ bản là sự chuyển các đường lênmen thành rượu và CO2, phần không lên men được chủ yếu là dextrin, protein vàcác chất khoáng Ngoài ra còn tạo các sản phẩm phụ: như glyxerin, axít hữu cơ,rượu bậc cao, este, andehit

+ Quá trình hóa lí: là những biến đổi hoá lý sau:

- Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm

- Sự thay đổi thế oxy hoá khử: thế oxy hoá khử giảm dần

- Sự hoà tan CO2 và tạo bọt: lượng CO2 sinh ra 1 phần hoà tan vào bia, còn phầnlớn là thải ra ngoài dưới dạng bong bóng khí, các bong bóng này nổi lên bề mặt,dính lại với nhau và tạo thành bọt khí

b Các quá trình xảy ra trong lên men phụ và tàng trữ :

+ Sự hoà tan và liên kết của CO2 trong bia: trong bia non chứa khoảng 0,2%

phải bổ sung thêm CO2 cho bia, CO2 sinh ra khi lên men phần đường còn lại trongbia là nguồn bổ sung CO2 cho bia thành phẩm CO2 có trong bia tồn tại sự cânbằng động như sau:

CO2 liên kết  CO2 hoà tan  CO2 dạng khí

+ Sự làm trong bia: Nhiệt độ lên men phụ thấp hơn nhiệt độ lên men chính nênxảy ra quá trình đông tụ các hợp chất cao phân tử trong bia non

+ Quá trình ôxy hoá khử và sự hoàn thiện chất lượng của bia: quá trình tàngtrữ còn xảy ra các phản ứng giữa các chất có trong bia làm tăng thêm hàm lượngeste, rượu bâc cao, và giảm đi hàm lượng diaxetyl có trong bia Sau khi tàng trữ vịcủa bia trở nên mềm và dịu hơn

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA.

Bia là loại nước giải khát có từ lâu đời được rất nhiều người ưa chuộng.Đây là sản phẩm khởi nguồn từ những năm trước công nguyên Người ta chorằng Osiris (vị thần nông nghiệp của Ai Cập) là người hướng dẫn con ngườilàm bia từ lúa mạch Bia là một sản phẩm điển hình của công nghệ lên men.Ban đầu, cách đây hơn 5000 năm (TCN), người ta làm bia bằng cách lên mennhững loại ngũ cốc Quá trình làm bia phát triển dần dần theo thời gian Đếnthế kỉ thứ VIII, hoa houblon đã được sử dụng trong làm bia Ngành sản xuất biathực sự được phát triển với sự ra đời của công trình “Nghiên cứu về Bia” củaLouis Pasteur, ông đã đưa ra những nền tảng đầu tiên của một qui trình sảnxuất hợp lí, và phương pháp thanh trùng Pasteur của ông vẫn được sử dụng chođến ngày nay trong sản xuất bia Đến ngày nay, công nghệ sản xuất bia đã pháttriển đến đỉnh cao, nhiều thương hiệu bia nổi tiếng cả thế giới như Heniken,Tiger, Halida…được cả thế giới ưa dùng Vì vậy, lượng bia sản xuất hàng nămkhông ngừng tăng lên

Thành phần của bia bao gồm những gì hay chính là chúng ta đang đề cập tớicác nguyên liệu tham gia vào quy trình sản xuất ra bia Nếu chỉ ngắm nhìnnhững ly bia với các màu sắc khác nhau cùng với vô vàn hương vị bạn sẽ khótưởng tượng được là chỉ cần với một vài sự đổi khác trong một hay nhiều côngđoạn sản xuất bia cũng có thể tạo ra một chủng loại bia độc đáo Xét về thànhphần chính mà theo một đạo luật của người Bavaria ban hành từ thời trung cổthì nước cốt bia được đánh giá là tinh khiết khi nguyên liệu tinh chế ra chúngchỉ bao gồm mạch nha, hoa bia, men bia và nước Tuy nhiên để tạo ra cáchương vị bia đa dạng và phong phú, các nhà sản xuất sẽ cho thêm các chất phụgia để tăng cường hương vị bia hoặc nhằm bổ sung dưỡng chất nào đó cho bia Dưới dây là quá trình để sản xuất một mẻ bia thông thường

Sơ đồ quy trình sản xuất bia

NghiềnNấu

Hội cháo

NấuNghiền

Houblon hóaLọc dịchĐường hóa

Malt lótHơiNướcEnzyme

Nước

Hơi

Dịch Hoa houblon

Dán nhãn

Đóng nắpChiết chai

Thanh trùng

Nuôi cấy

Lên men phụ

và tàng trữLọc

Ổn định bia

Lên men chínhLàm lạnh

Lắng trongChất tải lạnh

CO2

Xử lýNạp bình

Bia thành phẩm

Thuyết minh dây chuyền công nghệ

1 Làm sạch:

1.1 Mục đích:

Malt và gạo trước khi đem vào sản xuất bia cần phải có quá trình làm sạch

để loại bỏ tạp chất Quá trình này đảm bảo nguyên liệu phải được sạch, kíchthước hạt đồng đều, không ảnh hưởng đến chất lượng bia, thuận lợi cho quátrình nghiền

1.2 Tiến hành làm sạch:

Ngyên liệu sau khi được định lượng thì qua máy làm sạch để loại bỏ bụibẩn, các hạt bị gãy dập, chất lượng kém hoặc mầm rễ còn sót, các tạp chất lớnnhư lông chim, lá khô,…để đảm bảo không ảnh hưởng đến chất lượng của bia.Sau đó, nguyên liệu được đưa qua bộ phận tách từ để loại bỏ các tạp chất có từtính nhằm tránh gây ảnh hưởng đến quá trình nghiền phía sau

2 Nghiền nguyên liệu :

2.1 Mục đích :

Nhằm để làm giảm kích thước hạt, phá vỡ cấu trúc tinh bột, làm cho nướcxâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hoá, thuỷ phân tinhbột diễn ra nhanh và triệt để hơn

2.2 Yêu cầu khi nghiền

với từng loại thiết bị lọc Nhà máy sử dụng thiết bị lọc khung bản nên có thểnghiền ở mức độ mịn hơn: 50 ÷ 60% bột.

3 Nấu nguyên liệu:

3.2 Tiến hành nấu:

Sau khi nghiền xong, nguyên liệu nên đem đi nấu ngay vì nếu để lâu bột sẽ

bị chua, làm ảnh hưởng đến chất lượng của bán thành phẩm và thành phẩm saunày Vì nhà máy sử dụng 45% nguyên liệu thay thế nên tiến hành nấu theophương pháp kết hợp Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu và nước nấu là:

+ Malt : nước = 1 kg : 4 lít

+ Gạo : nước = 1 kg : 4,5 lít

Tiến hành nấu trong nồi nấu là nồi 2 vỏ, có dạng hình cầu, được chếtạo bằng thép không gỉ, bên trong có cánh khuấy dạng mỏ neo nằm ở sát đáythiết bị

+ Nồi gạo: Gạo đã nghiền mịn với 10% bột malt lót (so với tổng lượnggạo) được đem vào phối trộn với nước ấm 32oC theo đúng tỷ lệ trên Bổ sungchế phẩm enzym termamyl cần dùng Bật cánh khuấy để khuấy trộn trong 10phút Sau khi khuấy trộn xong nhiệt độ của nồi nấu hạ xuống khoảng 30oC, bổsung axit lactic để pH hạ xuống còn 5,6 Sau đó nâng nhiệt độ của khối nấu lên

66oC với thời gian khoảng 30 phút và giữ ở nhiệt độ này khoảng 30 phút để hồhoá tinh bột Sau đó nâng nhiệt độ Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độsôi trong 30 phút và giữ sôi 30 phút Trong suốt quá trình nấu gạo phải khuấytrộn liên tục để tránh cháy ở đáy nồi, vận tốc cánh khuấy khoảng 30÷40 vòng/phút

+ Nồi malt: Khi nồi gạo đang nâng nhiệt để đun sôi thì nồi malt cũngbắt đầu cho nước ấm 32oC vào Sau đó xuống bột hoà malt trong 10 phút Dùngaxit lactic hạ pH môi trường xuống 5,6 rồi tiến hành nâng nhiệt lên 52oC, mấtkhoảng 30 phút, giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hoá.+ Hội cháo: Phải tính toán sao cho khi nồi gạo đun sôi xong thì quá trìnhđạm hoá ở nồi malt cũng vừa kết thúc Bơm cháo gạo sang nồi malt để hộicháo, mất khoảng 10 phút Khi hội cháo xong thì điều chỉnh nhiệt độ toàn khốinấu sao cho đạt 63oC, giữ ở 63oC trong 30 phút để tạo điều kiện cho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ khối nấu lên 73oCtrong vòng 10 phút và giữ ở 73oC trong 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tụcthuỷ phân tinh bột Cuối cùng nâng nhiệt độ toàn khối dịch lên 78oC trong vòng

5 phút rồi sau đó bơm dịch đi lọc

Để lọc dịch đường ta sử dụng thiết bị lọc khung bản.

Quá trình lọc dịch đường gồm 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn lọc

+ Giai đoạn rửa bã

Trước khi lọc cần thiết phải bơm nước nóng vào khoảng không gian giữakhung, bản để làm nóng thiết bị Sau đó, tháo nước nóng và bơm dịch vào.Trong khoảng thời gian đầu dịch đường chảy ra còn đục nên cần bơm hồi lưu

về nồi đường hoá để lọc lại Khi dịch đường đã đạt được độ trong cần thiết thìcho chảy vào thiết bị houblon hoá Sau khi đã lọc hết dịch thì tiến hành rửa bã

để thu hồi các chất hoà tan còn sót trong bã Để tăng cường quá trình khuyếchtán các chất hoà tan vào dung dịch rửa bã thì cần dùng nước nóng 75÷ 78oC đểrửa Nước rửa bã cũng được chảy vào nồi houblon hoá Không nên dùng nước

có nhiệt độ quá cao để rửa bã và cũng không nên rửa bã quá kĩ Bởi vì, nếu rửa

kĩ quá thì một số các chất đắng và tanin sẽ trích ly vào làm cho dịch có mùi và

vị không bình thường, đôi lúc còn làm loãng dịch đường nên phải mất thời gian

và tốn kém năng lượng cho việc cô đặc đến nồng độ cần thiết

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

+ Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon.

+ Vô hoạt enzim và thanh trùng dịch đường

5.2 Tiến hành Houblon hóa :

Kỹ thuật đun sôi: Dịch đường ban đầu và nước rửa bã được trộn lẫn vàonhau trong thiết bị houblon hoá Yêu cầu phải giữ nhiệt độ của hỗn hợp này

nhiệt cho nó Trong quá trình cung cấp nhiệt phải tính toán như thế nào để khiquá trình rửa bã vừa kết thúc thì dịch đường cũng vừa sôi Không nên để dịchđường chưa sôi trong thời gian quá dài Vì như vậy sẽ tạo điều kiện cho oxikhông khí tiếp xúc với dịch đường và dẫn tới các phản ứng oxi hoá làm giảmchất lượng của dịch đường

Thời gian houblon hoá trung bình là 2h và không nên ít hơn 1,5h và khôngquá 2,5h

Thiết bị houblon hóa cũng giống như thiết bị nấu

Tiến hành: Dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc chuyển thẳng vào nồihoublon hóa Khi dịch đường lấp đầy đáy nồi thì bắt đầu cung cấp nhiệt để

thúc thì bắt đầu nâng nhiệt đến sôi và cho 1/3 lượng hoa vào nhằm lấy chấtđắng Giữ sôi 30 phút rồi tiếp tục cho 1/3 lượng hoa vào Trước khi kết thúcquá trình houblon hóa khoảng 30 phút thì cho tiếp 1/3 lượng hoa còn lại nhằmtạo hương và kết lắng protein