Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị sản xuất bia phục vụ đào tạo chuyên ngành công nghệ sinh học mã số v2018 06

Để duy trì sự phát triển của ngành nước giải khát nói chung và lĩnh vực rượu – bia nói riêng, Việt nam cần thiết phải đào tạo đội ngũ lao động có tay nghề cao phục vụ cho việc vận hành t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP VIỆN

Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị sản xuất bia phục

vụ đào tạo chuyên ngành công nghệ sinh học

Mã số: V2018-06

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Văn Đạo

Hà nội, 2019

Mục lục

Trang

Chương 1: Tổng quan tài liệu 6

1.Tổng quan nghiên cứu về bia và ứng dụng mô hình trong đào tạo

đại học chuyên ngành công nghệ sinh học

6

1.1.Tổng quan nghiên cứu về bia ở ngoài nước 6

1.2 Các công nghệ sản xuất bia trên thế giới 7

1.3 Các thành phần nguyên liệu trong sản xuất bia 9

1.4 Các công đoạn sản xuất bia 12

1.4.1 Công đoạn xay nghiền nguyên liệu 12

1.4.2 Công đoạn nấu – lọc bã 13

1.4.3 Công đoạn đun sôi và bổ sung hoa bia 14

1.4.5 Công đoạn làm lạnh và lên men 15

1.4.7 Công đoạn làm trong bia 17

1.4.9 Công đoạn tiệt trùng bia 18

2 Bia thủ công (craft beer) 18

3 Thiết bị trong sản xuất bia thủ công và mô hình đào tạo 20

Chương 2: Kết quả và thảo luận 25

2.1 Thiết kế thiết bị mô hình sản xuất bia tất cả trong một 25 2.2 Hướng dẫn vận hành mô hình thiết bị sản xuất bia trong đào tạo 41 2.2.1 Hướng dẫn sử dụng máy nghiền malt thủ công 41 2.2.2 Hướng dẫn vận hành thiết bị nấu malt, lọc bã, nấu hoa, lắng

xoáy, làm lạnh và lên men

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1 Sơ đồ trang thiết bị trong sản xuất bia 7 Hình 2 Một góc không gian của phòng nấu bia và thiết bị lên men 21 Hình 3 Thiết bị nấu và thùng lên men bia thủ công 22 Hình 4 Thiết bị nấu tích hợp và thùng lên men bia thủ công 22 Hình 5 Thiết bị nấu tích hợp tất cả trong một 22

Hình 7 Bản vẽ thiết kế theo mặt cắt ngang 28 Hình 8 Bản vẽ thiết kế thiết bị sản xuất bia tất cả trong một 29 Hình 9 Bản vẽ thiết kế chi tiết bên trong thiết bị sản xuất bia tất cả trong

MỞ ĐẦU Theo báo cáo của Hiệp hội Bia Rượu Nước giải khát Việt Nam, mức tiêu thụ đồ uống có cồn, đặc biệt là bia tại Việt Nam đã tăng gấp đôi trong 5 năm qua Dự tính đến năm 2020, sản lượng bia toàn ngành là hơn 4 tỷ lít/năm

Về mức tiêu thụ rượu bia, Việt Nam xếp thứ 5/10 nước châu Á Trong khi

đó, tính về tổng thu nhập quốc nội và thu nhập bình quân đầu người, Việt Nam chỉ xếp thứ 8/10 các nước trong khu vực Đông Nam Á Lượng rượu bia trung bình sử dụng trên thế giới không tăng trong 10 năm qua, trong khi ở Việt Nam lại tăng trưởng theo chiều "thẳng đứng" Thống kê cho thấy, năm

2008, Việt Nam mới đứng thứ 8 châu Á về tiêu thụ bia, nhưng đã đứng thứ 3 châu Á sau Nhật Bản và Trung Quốc 7 năm sau đó

Theo quy hoạch phát triển ngành bia, rượu, nước giải khát Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến 2035 được Bộ Công Thương phê duyệt hồi tháng 9/2016, mục tiêu đặt ra của ngành là sản xuất được 4,1 tỷ lít bia trong vòng 4 năm tới và sẽ tăng lên 4,6 tỷ lít bia vào 2025, 5,6 tỷ lít vào 2035

Trong điều kiện kinh tế khó khăn, các chính sách quản lý hoạt động sản xuất, kinh doanh bia-rượu- nước giải khát ngày càng chặt chẽ theo xu hướng hạn chế tiêu dùng Tuy nhiên, ngành đồ uống vẫn có những đóng góp quan trọng cho nền kinh tế Về mặt kinh tế, ngành bia- rượu- nước giải khát luôn được đánh giá là một trong những ngành đem lại hiệu quả kinh tế- xã hội cao, đáp ứng nhu cầu của thị trường về các sản phẩm bia, rượu, nước giải khát, giảm nhập khẩu

Có thể khẳng định, năng suất lao động trong ngành đồ uống cao hơn nhiều

so với các ngành khác, mặc dù chỉ chiếm khoảng 3% lao động, nhưng tạo ra tới 7% giá trị gia tăng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và

chiếm khoảng 6% tổng giá trị sản xuất toàn ngành công nghiệp Mỗi năm, ngành đồ uống đóng góp cho ngân sách nhà nước từ 25.000- 30.000 tỷ đồng, chiếm tới 2,5- 3% tổng thu ngân sách nhà nước; tạo việc làm ổn định cho hàng triệu lao động có mức thu nhập cao trong tất cả các khâu sản xuất, cung ứng, phân phối, vận tải Không thể phủ nhận ngành bia- rượu- nước giải khát

có hiệu quả kinh tế cao so với nhiều ngành công nghiệp khác Sự phát triển của ngành bia- rượu- nước giải khát đã tác động tích cực, góp phần thúc đẩy các ngành khác cùng phát triển, như: nông nghiệp, giao thông vận tải, cơ khí, hóa sinh, sản xuất bao bì

Để duy trì sự phát triển của ngành nước giải khát nói chung và lĩnh vực rượu – bia nói riêng, Việt nam cần thiết phải đào tạo đội ngũ lao động

có tay nghề cao phục vụ cho việc vận hành trang thiết bị hiện đại cũng như không ngừng nghiên cứu phát triển các kỹ thuật, công nghệ trong lĩnh vực sản xuất bia –rượu Chính vì vậy, vai trò của các trường đại học, các viện nghiên cứu cần phải đóng góp tích cực vào việc đào tạo nguồn nhân lực phục vụ sản xuất của ngành Trong đào tạo, các sinh viên cần thiết phải được tiếp xúc, vận hành và thao tác trên các thiết bị thật hoặc chí ít là các mô hình thực hành thì mới hiểu rõ nguyên lý hoạt động của thiết bị, cũng như làm sâu sắc hơn các kiến thức lý thuyết trên sách vở

Công nghệ sản xuất bia là một môn học trong chương trình đào tạo

sinh viên ngành Công nghệ sinh học của trường Đại học Mở Hà Nội Để học tập môn học này sinh viên phải theo học đầy đủ các buổi giảng trên lớp của giảng viên, sau đó kiểm tra đánh giá giữa kỳ và cuối kỳ để cho phép sinh viên được hoàn thành môn học đó Với một môn học công nghệ khá là phức tạp với nhiều trang thiết bị hiện đại chỉ có các nhà máy lớn mới có thì việc học của sinh viên ngành công nghệ sinh học chỉ có thể tưởng tượng hoặc chỉ

được xem các video clip về quy trình công nghệ Với cách giảng dạy và học như thế hầu hết sinh viên khi ra trường không đủ kiến thức thực tế để hiểu

và vận hành một công đoạn nào đó trong dây chuyền sản xuất bia hiện đại

Để khắc phục tình trạng học chay hay nói cách khác học không được hành thì Khoa Công sinh học cũng rất cố gắng đưa sinh viên tới tham quan hoặc kiến tập tại các cơ sở sản xuất bia, nhưng việc tham quan hay kiến tập đó không mang lại kết quả cao do các cơ sở sản xuất rất không muốn người không có trách nhiệm đến học tập tại cơ sở của họ, vì họ sợ rằng sinh viên

có thể làm hỏng máy móc, trang thiết bị sản xuất; sợ sinh viên lấy cắp công nghệ, mem giống; sợ vì sinh viên làm hỏng sản phẩm do quá trình thao tác không đúng kỹ thuật,…Chính vì lý do đó mà chất lượng thực hành kiến tập của sinh viên cũng chỉ dừng lại ở mức độ quan sát, cưỡi ngựa xem hoa mà chả giúp ích gì nhiều cho việc hiểu sâu sắc về lý thuyết và cách vận hành một dây chuyền sản xuất bia và sinh viên sau khi tốt nghiệp vẫn bị các cơ sở sản xuất tiếp nhận đánh giá thấp về trình độ lý thuyết và yếu về kỹ năng thực hành Do vậy mà các công ty tiếp nhận phải đào tạo lại gây ra tình trạng lãng phí trong đào tạo và chất lượng đào tạo lại không được như mong muốn

Để góp phần nâng cao chất lượng của việc dạy và học của sinh viên chuyên ngành công nghệ sinh học tại trường đại học mở Hà Nội, chúng tôi

đã đề xuất đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị sản xuất bia phục

vụ đào tạo chuyên ngành công nghệ sinh học”

Trong khuân khổ của một đề tài hẹp này, chúng tôi chỉ có một mục đích là góp phần xây dựng một mô hình học tập do chính giảng viên chế tạo bằng những nguyên vật liệu trong nước thay thế cho các trang thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài với kinh phí lớn và các know - how về công nghệ chế tạo và vận hành khó được tiết lộ Nhờ có mô hình đào tạo này mà chúng tôi

có thể nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên công nghệ sinh học thông qua các mô hình trực quan, cũng như khắc phục được những khó khăn trong việc đưa sinh viên vào kiến tập tại các nhà máy bia của các công ty đang sản xuất tại Việt Nam

Mục tiêu chung của đề tài

Nhằm nâng cao năng lực của giảng viên tham gia giảng dạy môn học Công nghệ sản xuất bia, qua hoạt động nghiên cứu này chế tạo ra được mô hình trực quan giúp sinh viên học trải nghiệm để nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên ngành công nghệ sinh học, trường đại học Mở Hà nội

Đề tài hướng tới học phần đào tạo :

+ Đề tài hướng tới học phần đào tạo thạc sỹ : 1 Kiểm soát quá trình lên men trong công nghiệp; 2 Kỹ thuật thu hồi và hoàn thiện sản phẩm; Chuyền đề thực hành

+ Đề tài hướng tới học phần đào tạo đại học: 1 Kỹ thuật lên men bia; rượu, nước giải khát

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.Tổng quan nghiên cứu về bia và ứng dụng mô hình trong đào tạo đại học chuyên ngành Công nghệ Sinh học

1.1 Tổng quan nghiên cứu về bia ở ngoài nước

Ngành bia thế giới nhìn chung đã bước vào giai đoạn trưởng thành và bão hòa, với CAGR 2011- 2015 vào khoảng -0,7% Cơ cấu tiêu thụ dịch chuyển từ các quốc gia phát triển với nền văn hóa bia lâu đời sang các quốc gia đang phát triển có ngành bia non trẻ Tính đến năm 2015, tỷ trọng tiêu thụ bia tại Châu Á chiếm 35% tổng sản lượng bia tiêu thụ trên toàn thế giới Lượng tiêu thụ bia tập trung tại các nước như Nga, Brazil,

Ấn Độ, Trung Quốc… với động lực thúc đẩy tăng trưởng trong tiêu thụ là việc tự do hóa thương mại, thu nhập đầu người tăng và cơ cấu dân số có

tỷ trọng người trong độ tuổi lao động cao Đi ngược lại với xu hướng giảm của ngành bia thế giới ngoài khu vực châu Á còn có Châu Phi, với lượng tiêu thụ tăng đều đặn qua các năm đi liền với bùng nổ dân số và tình hình kinh tế khu vực có sự tăng trưởng mạnh Trong giai đoạn 2015-

2020, Châu Phi được dự kiến là khu vực có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất, khoảng 5,2%/năm Châu Á vẫn sẽ tiếp tục là thị trường tiêu thụ bia lớn nhất thế giới, với lượng tiêu thụ kỳ vọng tăng từ 63,3 tỷ lít lên 90 tỷ lít vào năm 2020

 Ngành bia thế giới có thể được miêu tả bằng hai xu hướng là xu hướng hợp nhất bắt đầu từ thế kỷ 20th và xu hướng toàn cầu hóa từ cuối thế kỷ 20th Cụ thể, tính đến năm 2015, bốn hãng bia lớn nhất đã nắm giữ gần 50% thị phần toàn thế giới

 Bia là loại hàng hóa có vòng đời sản phẩm ngắn, thời hạn sử dụng chỉ

từ 3 tháng đến 1 năm Do vậy, cung cầu của ngành có đặc thù là thường

đi cùng nhau, không có độ trễ, lượng tồn kho không đáng kể và cung dễ thay đổi theo cầu

 Về đầu vào của ngành bia, nguyên vật liệu chủ yếu là các sản phẩm nông nghiệp (lúa mạch, hoa bia, ngũ cốc…) có sản lượng biến động mạnh phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết Chất lượng và chủng loại của các nguyên liệu này mang tính trọng yếu, quyết định đến hương vị và chất lượng của bia thành phẩm, mặc dù chi phí nguyên phụ liệu đầu vào chỉ chiếm chưa đến 30% chi phí sản xuất của ngành bia thế giới

 Đến thời điểm năm 2015, Trung Quốc là quốc gia có sản lượng sản xuất bia lớn nhất thế giới, theo sau đó là Mỹ và Brazil Cũng trong năm này, Việt Nam lọt vào danh sách 10 nước có sản lượng sản xuất bia lớn nhất thế giới ở vị trí thứ 8, chiếm 2,42% tổng sản lượng bia toàn cầu

 Về tiêu thụ, Trung Quốc vẫn tiếp tục là quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới trong năm 2015 và Việt Nam ở vị trí thứ 9 Tuy nhiên mức tiêu thụ bình quân đầu người cao nhất vẫn thuộc về các quốc gia Tây Âu như Cộng hòa Séc, Đức, Áo… vào khoảng hơn 100 lít/người/năm

 Xu hướng tiêu thụ sắp tới của ngành bia thế giới tập trung vào phân khúc bia cao cấp, trào lưu bia thủ công và xu hướng đa dạng trải nghiệm uống Cùng với đó là mối quan tâm của người tiêu dùng đối với sức khỏe ngày càng gia tăng sẽ thúc đẩy sự ra đời và phát triển của các sản phẩm bia ít/không cồn

1.2.Các công nghệ sản xuất bia trên thế giới

Là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN; Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, malt, gạo, hoa houblon, sau quá trình lên men, sẽ cho ra một loại đồ uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, độ cồn thấp, vị đắng dịu và lớp bọt trắng mịn với hàm lượng CO2 phù hợp Ngoài ra, trong bia còn chứa một hệ enzim khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hoá amylaza

Ngày nay bia có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, từ những nhà hàng sang trọng, quán bar Hương và vị của bia là do các hợp chất chiết từ nguyên liệu, cồn, CO2 và các thành phần lên men khác tạo nên Đặc biệt CO2 bão hòa trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi khắp mọi nơi trên thế giới, và sản lượng tiêu thụ bia ngày càng tăng Nên trong những năm gần đây ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển rất nhanh, máy móc và công nghệ sản xuất hiện đại, để không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, và đáp ứng được nhu cầu thị hiếu của người tiêu dùng

Hình 1 Sơ đồ trang thiết bị trong sản xuất bia

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp sản xuất bia nói riêng của nước ta đã có một diện mạo mới Lượng bia sản xuất ngày càng tăng cùng với thiết bị và công nghệ sản xuất ngày càng hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Mặc dù quá trình sản xuất bia là phức tạp và dao động một cách đáng

kể giữa các nhà sản xuất, tuy nhiên, trong suốt quá trình hình thành và phát triển, quy trình công nghệ sản xuất bia vẫn luôn giữ được các nét đặc trưng riêng của mình, bao gồm các công đoạn và nguyên vật liệu cơ bản không thể thiếu, có thể được đơn giản hóa dưới đây:

1.3 Các thành phần nguyên liệu trong sản xuất bia

Ban đầu bia được sản xuất từ bốn nguyên liệu chính: nước, malt đại mạch, hoa bia và nấm men Sau đó, bia phát triển ra toàn thế giới thì tùy thuộc vào đặc trưng nông nghiệp ở mỗi quốc gia mà bia có thêm thế liệu như gạo, lúa mì, bo bo, yến mạch và cả đường tinh luyện Thế liệu được xem là nguyên liệu phụ để thay thế 1 phần malt đại mạch nhằm giảm chi phí sản xuất và hỗ trợ tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp của quốc gia đó

Nước: Nước là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất, thông thường từ 90-95%

khối lượng bia Nước ngoài việc tham gia vào thành phần của bia còn tham gia vào toàn bộ quy trình công nghệ trong quá trình sản xuất Nước là dung môi hòa tan các hợp chất hóa học (như tinh bột, đường, protein, chất béo,

…) trong hạt malt, các hợp chất đắng, thơm trong hoa bia Các enzym tham gia vào quá trình thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất đơn giản hơn cho nấm men sử dụng Sau đó, nấm men tiếp tục sống và phát triển trong môi trường nước

Nước là thành phần chính của bia là nước nên nguồn nước và các đặc trưng của nó có ảnh hưởng rất quan trọng tới các đặc trưng của bia Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng hoặc thậm chí được xác định theo đặc trưng của

nước trong khu vực sản xuất bia Mặc dù ảnh hưởng của nó cũng như là tác động tương hỗ của các loại khoáng chất hòa tan trong nước được sử dụng trong sản xuất bia là khá phức tạp, nhưng theo quy tắc chung thì nước mềm

là phù hợp cho sản xuất các loại bia sáng màu Do đó, để đảm bảo sự ổn định về chất lượng và mùi vị của sản phẩm, nước cần được xử lý trước khi tham gia vào quá trình sản xuất bia nhằm đạt được các chỉ tiêu chất lượng nhất định

Malt đại mạch: Bia được sản xuất từ malt đại mạch Malt là nguồn

cung cấp các hợp chất cơ bản như đường, protein, chất béo, các loại vitamin,… cho quá trình sản xuất bia Tại công đoạn nấu, tinh bột trong malt

bị thủy phân bởi hệ enzyme amylase thành đường lên men được Sau đó, nấm men sử dụng đường này để tạo thành CO2 và cồn trong bia

Malt là hạt ngũ cốc nảy mầm đã được sấy khô trong một quá trình được gọi là "malting" Hạt được để nảy mầm bằng cách ngâm trong nước và sau đó ủ để nảy mầm, công đoạn tiếp theo được sấy khô với không khí nóng Hạt mạch malt hình thành các enzyme cần thiết để biến đổi tinh bột của hạt thành các loại đường khác nhau bao gồm glucose monosacarit, malacose disacarit, trisacarit maltotriose và các loại đường cao hơn gọi là maltodextrin Nó cũng hình thành các enzyme khác, chẳng hạn như protease giúp phá vỡ các protein trong hạt thành axit amin có thể được sử dụng bởi nấm men

Trong quá trình sản xuất malt, thời điểm dừng quá trình malting ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ tinh bột và enzyme và một phần tinh bột được chuyển hóa thành đường lên men Malt cũng chứa một lượng nhỏ các loại đường khác, chẳng hạn như sucrose và fructose, không phải là sản phẩm

biến đổi tinh bột nhưng đã có trong hạt Chuyển đổi tiếp thành đường lên men được thực hiện trong quá trình mashing

Có nhiều cách phân chia malt theo các tiêu chí khác nhau như:

Malt Diastatic và nondiastatic: Khi tất cả các loại ngũ cốc nảy mầm, các enzyme tự nhiên trong hạt phá vỡ tinh bột của hạt thành đường đơn giản, có

vị ngọt và dễ dàng được sử dụng bởi nấm men để phát triển Malt với các enzyme hoạt động được gọi là malt diastatic Malt với các enzyme không hoạt động được gọi là malt nondiastatic Các enzyme bị vô hiệu hóa bằng cách sấy malt

Malt cơ bản và malt đặc biệt: Malt thường được chia thành hai loại bởi các nhà sản xuất bia: malt cơ bản và malt đặc biệt; malt cơ bản có nhiều enzyme trong tâm trương để chuyển đổi tinh bột của chính chúng và thường vẫn còn một lượng tinh bột từ hạt không bị nha hóa, trong khi đó malt đặc biệt có ít enzyme hơn, nhưng cung cấp hương vị, màu sắc hoặc độ nhớt cho bia thành phẩm Đặc biệt malt caramel hoặc crystal malt đã được xử lý nhiệt để chuyển đổi tinh bột của chúng thành đường không thông qua con đường enzyme Trong các loại này có nhiều loại được phân loại chủ yếu bởi nhiệt

độ lò sấy

Có rất nhiều loại malt khác nhau được dùng trong sản xuất bia như malt vàng, malt nâu, malt đen, malt chocolate,… Nhà sản xuất bia có thể phối trộn nhiều loại malt khác nhau để sản xuất ra loại bia mong muốn Một số loại malt dùng trong sản xuất bia đen:

Sự khác biệt giữa bia đen và bia vàng ngoài thành phần về malt, houblon và một số chất khác thì sự khác biệt đặc trưng chủ yếu đó là loại malt Trong

công nghệ sản xuất bia đen ngoài malt đen người ta còn sử dụng một số loại malt sau:

Malt caramen: Trong CNSX bia malt caramen được dùng như một chất phụ gia nhằm tạo cho bia có vị đặc trưng ngoài ra còn tac21 dụng làm tăng cường độ màu cho sản phẩm Liều lượng dùng của malt caramel 2-5% bia vàng và 5-10% bia đen Malt caramel có vị ngọt và màu rất đặc trưng có hàm ẩm 5-8%, hàm lượng chất chiết hoà tan 60-70% được sản xuất theo 2 phương pháp :từ malt tươi hoặc malt khô

Malt café:

được sản xuất chủ yếu từ malt khô.Có màu sẫm và có mùi giống mùi café Liều lượng sử dụng là 2-5% với hàm ẩm từ 12-14% được dùng nhụôm màu cho bia đen

Malt melanoid:

còn có tên khác là melan là loại malt đen mùi thơm rất mạnh và chừa nhiều melanoid Được sản từ loại địa mạch có hàm protein cao Malt melan được dùng trong công nghệ sản xuất bia đen chúng cho sản phẩm mang mùi vị đậm đà, đặc trưng Liều lựng sử dụng 10-12%

Hoa bia: Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản sau malt Hoa Houblon làm bia

có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm Trong công nghệ sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn.Việc sử dụng hoa bia được bắt đầu ở Châu Âu thời trung cổ Vào khoảng thế kỹ thứ 8 sau công nguyên, các thầy tu tại vùng Hallertau thuộc Bavarian đã sử dụng hoa bia nhằm tạo ra vị đắng thanh và kéo dài thời gian lưu trữ của bia mà không bị chua Trong hoa bia co chứa một số chất có khả năng kìm hãm và tiêu diệt vi

sinh vật Nhưng lúc đó, chưa một ai có khái niệm về vi sinh vật nên mọi người cũng không giải thích được tại sao việc dùng hoa bia lại có ích lợi như thế Nhưng ngày nay, do kỹ thuật trình độ khoa học kỹ thuật phát triển, bia

đã được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur nên khả năng kháng khuẩn của hoa bia không còn ý nghĩa Mà các nhà sản xuất bia hiện nay chủ yếu nhằm vào mục đích tạo ra hương vị đặc trưng và ổn định độ bền bọt

Nấm men: Nấm men có vai trò chuyển hóa các hợp chất lên men được

trong dịch nha sau nấu thành cồn và khí CO2 Trong quá trình lên men, nấm men sản xuất ra các hợp chất tạo mùi, vị thơm cho bia Các chủng men khác nhau cho ra hương vị bia đặc trưng Các hãng bia khác nhau sở hữu chủng nấm men đặc trưng và được các hãng bảo vệ rất nghiêm ngặt

Nguyên liệu thay thế : Thế liệu là thành phần phụ tham gia vào sản xuất

bia, có vai trò thay thế một tỷ lệ nhất định malt Thế liệu sản xuất bia rất đa dạng và phong phú, phụ thuộc vào đặc điểm nông nghiệp của từng quốc gia Các nước vùng Đông Nam Á chủ yếu sử dụng thế liệu là gạo, ngô trong khi

đó các quốc gia Châu Phi lại sử dụng bo bo, lúa miến,… Thế liệu là giảm giá thành sản xuất bia, giúp người nông dân địa phương tiêu thụ được các sản phẩm bản địa

1.4.Các công đoạn trong sản xuất bia

1.4.1 Công đoạn xay nghiền nguyên liệu trong sản xuất bia

Nguyên liệu trong sản xuất bia là malt và các nguyên liệu thay thế phải được nghiền vỡ hoặc nghiền thành bột để tăng hiệu quả phân giải tinh bột và protein trong các nguyên liệu trong quá trình nấu Thông thường các nguyên liệu được xay khô thành các hạt nhỏ có kích thước mong muốn phù hợp với từng công nghệ tương ứng Tuy vậy, nguyên liệu malt lại thường

được xay ướt để làm giập hạt malt và vỏ trấu của malt vẫn phải giữ cho

không bị nát để làm tăng hiệu quả trong quá trình lọc lauter

1.4.2.Công đoạn nấu và lọc bã trong sản xuất bia

Tinh bột của malt có dạng nhiều phân tử đường glucô kết nối với nhau với kích thước lớn, điều này làm cho men bia sẽ khó thâm nhập vào trong tế bào, các enzym đường hóa cũng không hoạt động được Do đó cần phải làm cho kích thước phân tử tinh bột nhỏ hơn

Để giúp phân giải và chia nhỏ kết cấu kết tinh của tinh bột, người ta cho malt vào lò nấu và dùng nước sôi để xử lý thành một dạng hồ nhão Đây gọi là công đoạn hồ hóa Tại đây, Enzym sẽ làm biến đổi tinh bột đã được hồ hóa của malt thành chất đường Protein sẽ được phân giải thành Peptide (chuỗi axit amino) - vốn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc tạo ra bọt bia – và axít amino vốn là nguồn dinh dưỡng của men bia, đóng góp trong việc sinh sôi men bia và tạo ra thành phần mùi hương cho bia Mục đích chính của giai đoạn này là hoà tan hết chất đường, minerals, cũng như một

số protein quan trọng phục vụ quá trình lên men ra khỏi những thành phần không hoà tan như vỏ trấu, chất xơ

Sau khi kết thúc quá trình đường hóa, người ta sẽ thực hiện lọc để loại bỏ các chất rắn Lọc là công đoạn tốn nhiều thời gian nhất trong giai đoạn nấu Tốn nhiều thời gian bởi cần xay đến kích thước vừa phải, đồng thời cũng không được khuấy trộn quá mức trong giai đoạn đường hóa, điều này nhằm giúp các loại đường đa chứa bên trong không bị phân giải Ngoài ra, trong giai đoạn phân loại các hạt malt, cũng cần đảm bảo tính đồng nhất về kích thước của chúng

Sau đó, tại nồi lọc, người ta lọc hết chất lỏng ra khỏi trấu cũng như các chất

sơ và mầm để lấy hết lượng đường còn bám vào trong trấu dịch đường này

sẽ được đun sôi và houblon hoá nhằm trích ly chất đắng, tinh dầu thơm,

polyphenol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa houblon vào dịch đường để biến đổi nó thành dịch đường có vị đắng và hương thơm dịu của hoa Đồng thời quá trình này cũng giúp tăng độ bền keo của dịch đường, thành phần sinh học của nó được ổn định và tăng hoạt tính sức căng

bề mặt tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt Sau khi quá trình đun sôi và houblon hoá kết thúc thì toàn bộ lượng oxy đã bay ra ngoài theo hơi nước và trong dịch đường có rất nhiều cặn Do đó dịch đường cần được bơm qua bồn lắng cặn theo phương pháp lắng xoáy để tách cặn trước khi đưa qua bộ phận làm lạnh nhanh, đưa nhiệt độ xuống đến mức cần thiết phù hợp với nhiệt độ lên men

1.4.3 Công đoạn đun sôi dịch và bổ sung hoa trong sản xuất bia

Dịch malt sau khi lọc sẽ được chuyển sang lò đun sôi và cho thêm hoa bia vào Việc này giúp thu được 04 kết quả dưới đây:

 Khi đun sôi dịch malt với hoa bia sẽ giúp chiết xuất các thành phần của hoa bia mà chúng giúp tạo ra mùi hương và vị đắng cho bia, đồng thời ngăn chặn các vi sinh vật, tăng cường khả năng duy trì bọt bia

 Cô đặc dịch malt để đạt đến nồng độ quy định

 Làm kết tủa các chất protein có tính kết tủa bên trong dịch bia

 Làm mất khả năng hoạt động của các enzym còn sót lại trong dịch malt, đồng thời giúp diệt khuẩn triệt để dịch malt

Vị đắng sẽ được sinh ra nhờ công đoạn nấu sôi Hoa bia được cho là thành phần tạo ra vị đắng, tuy nhiên chỉ bỏ hoa bia vào thôi thì chưa thể tạo ra vị đắng này Chỉ khi nấu sôi lên, một loại axít có trong hoa bia bị biến đổi và tạo ra vị đắng Phương pháp đo vị đắng của bia được tính toán thông qua việc đo lường chất Isohumulone vốn được hình thành qua công đoạn nấu sôi Tuy nhiên, cho dù cùng một đơn vị vị đắng nhưng nếu chủng loại hoa

bia, cách sử dụng hoa bia, dịch malt khác nhau thì sẽ cho ra vị đắng khác nhau về tính chất cũng như cường độ

Cách đưa hoa bia vào nấu sôi cũng làm thay đổi mùi hương của bia Có thể cho toàn bộ hoa bia vào ngay từ đầu khi mới đun sôi, hoặc có thể chia làm nhiều phần để đưa vào từ từ Để tạo ra mùi hương mạnh của hoa bia, người

ta có thể thêm vào một phần hoa bia tại thời điểm ngay trước khi kết thúc công đoạn đun sôi

1.4.4 Công đoạn kết lắng trong sản xuất bia

Sau khi nấu sôi, sẽ đến công đoạn lọc bỏ các chất rắn chứa trong dịch malt Công việc này được thực hiện bằng một thiết bị hình trụ có tên gọi là whirlpool Người ta đổ dịch malt vào trong thiết bị này và cho quay tròn, lực ly tâm sinh ra sẽ gom các chất rắn lại chính giữa Trước đây, khi người ta còn sử dụng hoa bia nguyên dạng để cho vào nấu thì ở công đoạn này sẽ sử dụng lưới lọc, tuy nhiên hiện nay, khi hoa bia đã được gia công thành dạng viên thì chỉ cần sử dụng bồn whirlpool mà thôi

1.4.5 Công đoạn làm lạnh và lên men trong sản xuất bia

Dịch malt sau khi trải qua công đoạn nấu sôi sẽ được làm lạnh Tại công đoạn này, dịch malt sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ bắt đầu lên men, rồi được cung cấp các enzym cần thiết cho sự sinh trưởng của men bia

Sau khi làm lạnh dịch malt đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình lên men (trường hợp lên men chìm là 8-10oC, trường hợp lên men nổi là 15-20o

C) và cho enzym vào thì người ta sẽ cho men bia vào dung dịch này

Men bia được cho vào sẽ hấp thụ đường và làm lên men đường Dưới tác động lên men của enzym có trong men bia, đường sẽ chuyển hóa thành cồn

(ethanol) và khí CO2 Ngoài ra, nhà sản xuất còn thu được một dịch lên men

có nhiều cấu tử với tỉ lệ về khối lượng của chúng hài hoà và cân đối Có thể chia quá trình lên men thành hai giai đoạn: quá trình lên men chính nhằm thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hoà tan của dịch đường; quá trình lên men phụ nhằm chuyển hoá hết phần đường có khả năng lên men còn tồn tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm Khoảng 1 tuần sau đó, bia non được hình thành

Lượng men bia cho vào nếu ít quá thì quá trình lên men sẽ diễn ra chậm, làm mất cân bằng hương vị, ngược lại nếu nhiều quá cũng sẽ làm mất mùi vị của bia

1.4.6 Công đoạn ủ bia trong sản xuất bia

Bia non sau khi hình thành sẽ được chuyển sang bồn ủ Trong giai đoạn lên men trước đó, tại thời điểm khi có khoảng 85% hàm lượng đường

có tính lên men được lên men thì công đoạn này kết thúc Bia được chuyển sang bồn trữ (lên men sau) Lúc này lượng men nổi trên mặt và men chìm xuống dưới có tỷ lệ khoảng 1:2 là tốt nhất Nếu men nổi trên mặt ít thì gây ảnh hưởng đến giai đoạn lên men sau, ngược lại nếu men trên mặt nhiều quá thì việc lọc bia sẽ khó khăn do bị tắc nghẽn trong quá trình lọc và làm ảnh hưởng đến hương vị của bia Bia non khi được chuyển sang bồn trữ sẽ được cho lên men lại Khi đó, các men bia chìm bên dưới sẽ lại sinh sôi bên trong bia non

Sau đó, bia được làm lạnh đến dưới 0oC rồi tiếp tục ủ trong nhiều chục ngày tiếp theo Để công đoạn lên men sau được diễn ra một cách có hiệu quả, trong bia non nhất thiết phải có phần chiết xuất có tính lên men và phải còn một lượng men bia thích hợp Trong giai đoạn ủ, khí CO sinh ra sẽ

được phân giải, tuy nhiên do hàm lượng CO2 chứa trong bia cần một độ chính xác khá cao nên người ta gắn thêm 1 thiết bị điều chỉnh áp suất khí gas

để đẩy phần gas dư thừa ra khỏi bồn ủ, giữ cho áp suất này ở mức nhất định

Do đặc tính của khí CO2, nhiệt độ càng thấp thì hàm lượng khí CO2 càng gia tăng Thời gian ủ bia sẽ khác nhau tùy vào từng loại bia, từng chủng loại men… tuy nhiên tiêu chuẩn cơ bản trong trường hợp lên men chìm là khoảng 1 tháng

1.4.7 Công đoạn làm trong bia

Trước khi bia được đóng chai hay cho vào thùng không bắt buộc phải lọc Sự lựa chọn là do yêu cầu hương vị hay thẩm mỹ được ưu tiên hơn Nếu chúng ta lựa chọn bia được lọc thì bia sẽ trong và không có men, khi đóng chai thì không tiếp tục lên men nữa Lọc cũng có thể làm mất đi những yếu tố đặc trưng

Quá trình lọc trong là quá trình tách các hạt dạng keo, nấm men sót, các phức chất protein – polyphenol, và nhiều loại hạt ly ty khác để tăng thời gian bảo quản và lưu hành sản phẩm trên thị trường, tăng giá trị cảm quan về độ trong suốt của bia

Các loại bia đóng vào chai hoặc vào thùng mà vẫn muốn tiếp tục lên men thì không lọc hoặc có lọc nhưng sau đó cho thêm một lượng đường và men xác định Những loại bia bằng cách này đã làm sống lại cuộc cách mạng về hương vị và hầu hết là bia lên men nổi Chai bia ủ một tháng khác với hương vị chai bia ủ một năm

1.4.8 Công đoạn đóng gói trong sản xuất bia

Để lưu trữ, vận chuyển và phân phối đến người tiêu dùng, bia được chiết rót vào chai, lon sau đó được thanh trùng bằng nhiệt nhằm tiêu diệt hoàn toàn các tế bào còn sống, vi sinh vật có hại ảnh hưởng đến tuổi thọ sản phẩm

1.4.9 Công đoạn tiệt trùng trong sản xuất bia

Là quá trình mang tên nhà phát minh là Luis Pasteur, quá trình tiệt trùng

là làm nóng nhanh bia, bằng cách đó làm cho vi khuẩn ngừng hoạt động trong bia Cách làm này kéo dài tuổi thọ của bia Những bia ủ trong chai thì không tiệt trùng, phần lớn bia ủ nằm có tiệt trùng nhưng không phải là tất cả

Có những chuyên gia nấu bia cho rằng, tiệt trùng là kẻ chôn vùi hương vị của bia Họ khẳng định phần lớn hương vị bia mất đi bằng cách này, từ đó

có thể đánh giá rằng bia ngon không cần phải tiệt trùng Tiệt trùng có thể diễn ra bằng cách hâm nóng bia (60o

C – 80oC) trước khi đóng chai trong thiết bị trao đổi nhiệt, chúng ta gọi là phương pháp tiệt trùng nhanh Còn một phương pháp khác : sau khi đóng chai sẽ cho đi qua tunel nóng trong vòng 20 phút

2 Bia thủ công (craft beer)

Bia thủ công hay còn được gọi là “craft beer” có thể còn là một khái niệm mới mẻ tại Việt Nam nhưng hiện đang dần được nhân rộng và tạo nên một làn sóng mới trong giới công sở Craft beer được định nghĩa là loại bia được

ủ hay sản xuất tại những xưởng ủ bia có sản lượng nhỏ, thường là những xưởng sản xuất hoạt động độc lập, và áp dụng quy trình ủ bia truyền thống, kết hợp với những nguyên liệu đa dạng để tạo hương vị riêng biệt Do những quy định giới hạn về sản lượng và quy trình sáng tạo riêng biệt, thị trường

bia thủ công chưa phát triển đủ lớn để được coi là một ngành công nghiệp nhưng lại là cơ sở tạo ra những cộng đồng hoạt động rất sôi nổi

Trên thế giới, các xưởng craft beer xuất hiện đầu tiên tại châu Âu, rồi lan sang châu Mỹ và ngày nay đã trở nên khá phổ biến tại Nhật, Thái Lan và các nước châu Á lân cận Tuy nhiên, những xưởng ủ bia không cạnh tranh, đối đầu mà lại giống như những người anh em Mỗi xưởng bia lại mang đến những hương vị bia độc đáo với công thức của riêng mình, được phát triển bởi những “brewmaster” (thợ ủ bia chính) Bia thủ công là sự kết hợp khéo léo từ nguyên liệu truyền thống và sự sáng tạo trong quá trình ủ bia, lên men rồi kết hợp với những nguyên liệu đặc trưng theo từng vùng miền, từng khẩu

vị đã tạo nên sự khác biệt Các chuyên gia ẩm thực cho rằng quá trình ủ bia

có nhiều điểm tương đồng với quá trình làm rượu vang, vì thế việc thưởng thức loại bia này cũng sẽ trở nên đặc biệt hơn nếu bạn dành thời gian tìm hiểu và trải nghiệm

Khái niệm Craft Beerlà một nền tảng sáng tạo để từ đó các xưởng bia

có thể liên tục mang đến những hương vị mới, thể hiện tài nghệ của

“brewmaster” Từ những nguyên liệu chính như men bia, mạch nha… mỗi

“brewmaster” lại thêm thắt những gia vị khác nhau để làm nên hương vị bia đặc trưng nhất cho thương hiệu của mình Thật sự không có một giới hạn nào về nguyên liệu để tạo nên điểm nhấn riêng cho bia thủ công, tất cả đều phụ thuộc vào trí tưởng tượng của brewmaster

Những người nghệ nhân ủ bia ở Nhật dùng đến nước tan ra từ những tảng băng trôi trên vùng biển Okhotsk ở Thái Bình Dương Còn ở châu Mỹ, cà phê, sô cô la, tiêu đen đều là những nguyên liệu thường được sử dụng Điều này khiến khách hàng luôn tìm được sự bất ngờ tại bất kỳ “brewpub” (nhà ủ bia nhỏ) nào họ ghé qua Bản thân mỗi “brewpub” phải luôn làm mới menu

bia của mình Đặc biệt, những dấu ấn mang tính đặc thù của mỗi vùng miền cũng có thể trở thành chất liệu sáng tạo để làm nên những hương vị bia độc đáo mà không phải nơi nào cũng có được

Ẩm thực Việt Nam đã tạo nên cơn sốt tại nhiều nơi trên thế giới và những nguyên liệu đặc trưng của Việt Nam cũng là nguồn cảm hứng sáng tạo cho những người thợ ủ bia thủ công Theo những chuyên gia làm bia, Việt Nam là “thiên đường về hương vị” Họ sử dụng hoa lài, chanh dây, hạt

ca cao và cả tiêu đen Phú Quốc, tất cả được thu mua trực tiếp từ các nông trại để tạo hương vị riêng cho từng loại bia Đầu tháng 5 năm 2016, Pasteur Street Brewing Company nhận được giải vàng từ cuộc thi World Beer Cup cho bia Imperial Chocolate Cyclo Stout trong hạng mục Bia Chocolate Chocolate dùng để làm ra loại bia này chính là chocolate của Marou, làm từ cacao Trinitario thượng hạng được trồng tại Việt Nam

3.Thiết bị trong sản xuất bia thủ công (craft beer) và mô hình đào tạo

Về mặt lý thuyết, trang thiết bị và công nghệ sản xuất bia thử công và bia của các nhà máy lớn không có gì khác nhau nhiều Trang thiết bị, máy móc của các nhà máy bia lớn được thiết kế, chế tạo chuyên biệt cao hơn, đặc biệt là các thiết bị trong các công đoạn dịch hóa, đường hóa, lọc, nấu hoa và lắng xoáy hay lạnh nhanh Mục đích của việc chuyên biệt hóa cao của các trang thiết bị là làm tăng năng xuất và tận dụng hết công suất của trang thiết

bị, cũng như nhân công vận hành nhà máy Ngược lại, trang thiết bị trong sản xuất bia thủ công lại được thiết kế tối giản, góp gộp các trang thiết bị lại với nhau như nồi đường hóa và dịch hóa được gộp lại thành một nồi hay nhiều nhà sản xuất còn gộp lại thành một nồi nấu có tới 3 chức năng như dịch hóa, đường hóa, nấu hoa hay 4 chức năng như dịch hóa, đường hóa, nấu

hoa, làm lạnh dịch nấu Ngày nay, nhiều nhà sản xuất đã chế tạo ra thiết bị tất cả trong một bao gồm các chức năng như dịch hóa, đường hóa, lọc malt, nấu hoa, làm lạnh dịch nấu, lên men, tàng trữ bia, nạp ga Chúng ta có thể hiểu là chỉ cần một thiết bị duy nhất vẫn có thể sản xuất ra bia có chất lượng không kém chất lượng so với bia của các nhà máy lớn Lý do để các nhà thiết kế ghép gộp nhiều chức năng trong một là để tận dụng tối đa công năng của thiết bị; giảm giá thành gia công chế tạo; giảm diện tích mặt bằng cần thiết để sản xuất ra bia; tăng tính năng cơ động và linh hoạt của hệ thống Hệ thống sản xuất bia thủ công với ưu điểm được liệt kê ở trên rất phù hợp cho việc ứng dụng làm mô hình đào tạo cho học viên, sinh viên các chuyên ngành công nghệ sinh học vì tính gọn nhẹ, chiếm ít không gian và có thể đặt ngay trong phòng thí nghiệm với diện tích nhở hẹp

Hình 2 Một góc không gian của phòng nấu bia và thiết bị lên men

Hình 3.Thiết bị nấu và lên men bia thủ công

Hình 4.Thiết bị nấu đã được tích hợp và thùng lên men bia thủ công

Hình 5.Thiết bị nấu đã được tích hợp tất cả trong một

4.Ứng dụng mô hình thực tế trong đào tạo đại học

Chương trình Phát triển Liên hiệp quốc (UNDP) nhận xét: "Hệ thống giáo dục và đào tạo lâu nay của Việt Nam còn bất cập Tỷ lệ người được đào tạo ra đạt tiêu chuẩn quốc tế là rất ít Nói chung, sự tụt hậu về kiến thức của sinh viên so với các tiêu chuẩn chất lượng là khá lớn Theo nghiên cứu của

bà Maureen Chao thuộc Trường Ðại học Seattle (Mỹ), trong nhiều công ty liên doanh với Việt Nam, hầu hết sinh viên Việt Nam đều phải được đào tạo lại cả về chuyên môn lẫn kỹ năng giao tiếp Nhận xét này nó phù hợp với thống kê của Bộ Giáo dục và Ðào tạo ở trong nước hàng năm có khoảng 20.000 sinh viên tốt nghiệp đại học và cao đẳng Trong số này, chỉ có 50% sinh viên tốt nghiệp kiếm được việc làm sau khi tốt nghiệp; và trong số tìm được việc, chỉ có 30% tìm được việc đúng ngành nghề Ngay cả những sinh viên đã tìm được việc làm, họ đều phải được đào tạo lại, nhất là ở các công

ty nước ngoài

Một câu hỏi đặt ra là tại sao lại có sự sa sút về chất lượng đào tạo nghiêm trọng như thế? Luận bàn về vấn đề trên là một chủ đề rất rộng lớn và đòi hỏi nhiều giải pháp đồng bộ từ vĩ mô đến vi mô và cũng cần một thời gian khá dài, cũng như các vấn đề tài chính và con người…Một trong số giải pháp rất thành công trong đào tạo kỹ sư, cử nhân trong các ngành kỹ thuật là thay đổi phương pháp đào tạo thông qua việc học thông trải nghiệm, thực nghiệm, kiến tập tại các nhà máy hay thông qua các thiết bị phòng thí nghiệm hoặc

mô hình đào tạo để nâng cao chất lượng đào tạo và sự hứng thú của người học đối với môn học

Phương pháp dạy học trải nghiệm được sử dụng trong nhiều mô hình ngoài mô hình giáo dục truyền thống như: mô hình giáo dục của Shichida Makoto (Nhật Bản), Glenn Doman (Mỹ), Phùng Đức Toàn (Trung Quốc),