(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch với năng suất 150 tấn nguyên liệu ngày

Chúng có mùi thơm đặc trưng và chứa các thành phần tốt cho sức khỏe, ngoài phục vụ cho công nghệ sản xuất bia chúng còn sử dùng trong công nghệ thực phẩm với chức năng khác như tạo màu,

LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT

Vị trí xây dựng

Qua khảo sát tìm hiểu về vị trí địa lí, điều kiện khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện khác, việc xây dựng nhà máy sản xuất malt đen đại mạch tại khu công nghiệp Hòa Khánh, phường Hòa Khánh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng Đà Nẵng là thành phố trực thuộc Trung ương, nằm ở vùng Đông Nam Bộ với cơ sở hạ tầng đang được đầu tư và phát triển, điều kiện giao thông thuận tiện giúp việc vận chuyển malt thành phẩm đến các nhà máy bia tại miền Trung và cả nước một cách tiện lợi Hơn nữa, Đà Nẵng cũng đang sở hữu nhà máy bia Heniken tại khu công nghiệp Hòa Khánh Đà Nẵng nằm trên trục đường chính của cửa ngõ hành lang Đông Tây với điều kiện giao thông thuận lợi về đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không giúp quá trình tiếp nhận nguyên liệu cũng như xuất malt đi nơi khác một cách tiện lợi và dễ dàng Đà Nẵng có 6 cụm khu công nghiệp, trong đó khu công nghiệp Hòa Khánh có tổng diện tích lớn nhất, nằm trên đường quốc lộ 1A, cách ga Đà Nẵng 9 km, cách sân bay 10km, cách cảng biển Tiên Sa 20 km và cách cảng sông Hàn 13 km Tại đây, ta có thể tận dụng nguồn điện, nước , hệ thống xử lí nước thải có sẵn và nguồn nhân lực dồi dào,… là vị trí thích hợp để đặt nhà máy sản xuất malt đen [16][17]

Hình 1.1 Khu công nghiệp Hòa Khánh Đà Nẵng

Sinh viên thực hiện: Phan Thị Quỳnh Trâm Hướng dẫn: ThS Bùi Viết Cường 3

Đặc điểm thiên nhiên

Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít biến động Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen giữa khí hậu miền Bắc và miền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở phía Nam Mỗi năm có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7

Hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam, việc xây dựng nhà máy phải phù hợp với hướng gió, bộ phận khói, hơi, nhà vệ sinh cần bố trí theo hướng gió chính

Các thông số khí tượng ở địa phương:

- Tổng lượng mưa trung bình năm: 2000 – 2700 mm

- Tổng số giờ nắng: trung bình 2211 giờ/năm, lớn nhất 2523 giờ/năm

- Độ ẩm trung bình năm 82%

- Tốc độ gió trung bình năm: 1,78 m/s

Nguồn nguyên liệu

Nhập khẩu từ các nước châu Âu bằng các phương tiện giao thông như đường sắt, đường thủy, đường hàng không,…

Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng điện từ mạng lưới điện của khu công nghiệp có sẵn để chạy động cơ, thiết bị chiếu sáng, ngoài ra để đảm bảo sản xuất liên tục nhà máy còn có máy phát điện dự phòng Điện thế sử dụng là 110 – 220V/360V.

Nguồn cung cấp hơi

Hơi được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, tùy theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.

Nguồn cung cấp nước, xử lý và thoát nước

Nguồn nước chính được lấy từ giếng khoan và nguồn nước phụ lấy từ nhà máy nước phục vụ cho khu dân cư và cả khu công nghiệp Nước được dùng chủ yếu để sản xuất, sinh hoạt và vệ sinh thiết bị nhà xưởng

Nước từ nhà máy được xử lí kĩ qua hệ thống xử lí nước thải riêng rồi thoát cùng với hệ thống thoát nước thải của khu công nghiệp.

Nguồn nhân lực

Tận dụng nguồn nhân công dồi dào từ khu công nghiệp Hòa Khánh từ thành phố Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam và các vùng lân cận

Hợp tác hóa

Việc hợp tác giữa các nhà máy với nhau sẽ tăng cường khả năng sử dụng các nguồn cung cấp điện, nước, giao thông, giúp vấn đề tiêu thụ sản phẩm nhanh giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm.

Thị trường tiêu thụ

Nhu cầu tiêu thụ malt trên thị trường rộng cung cấp cho các nhà máy bia từ các khu vực miền Trung Tây Nguyên đến các tỉnh miền Nam với nhiều thương hiệu khác nhau như Huda, Larue, Heniken,…

Giao thông

Khu công nghiệp có vị trí thuận tiện, nằm trên quốc lộ 1A, cơ sở tầng đường xá cầu cống bến cảng được xây mới, cách cảng biển 20 km và gần sân bay quốc tế Đà Nẵng Vì vậy, việc vận chuyển nguyên liệu từ các địa phương trong nước và quốc tế đến nhà máy sản xuất thuận tiện [17]

Kết luận: Với điều kiện giao thông, gần cảng biển giúp quá trình nhập khẩu đại mạch và tiêu thụ sản phẩm thuận lợi Chính vì vậy, việc xây dựng nhà máy sản xuất malt đen đại mạch tại khu công nghiệp Hòa Khánh là phù hợp, có tính khả thi cao Đồng thời, giải quyết nhu cầu thực phẩm tại các vùng công nghiệp, tạo công ăn việc làm cho người lao động, nâng cao đời sống người dân và góp phần phát triển kinh tế khu vực miền Trung nói riêng và cả nước nói chung

TỔNG QUAN

Tổng quan về nguyên liệu

2.1.1.1 Giới thiệu về đại mạch Đại mạch ( Hordeum vilgare) thuộc họ lúa mỳ ( Gramineae ) thuộc lớp một lá mầm ( Monocotyledonae) là loại ngũ cốc mà các bông đại mạch đặc trưng bởi các hạt dài Đại mạch được chia làm hai nhóm gồm đại mạch mùa xuân và đại mạch mùa đông Mỗi nhóm được chia thành nhiều giống khác nhau, căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên bông đại mạch, ta chia chúng thành hai loại: hai hàng và sáu hàng Đại mạch hai hàng thường được trồng vào mùa xuân có hạt to tròn, đầy đặn vỏ trấu có nếp nhăn đềm, mỏng nên chúng thường có hàm lượng có ích lớn và chứa nhiều các hợp chất polyphenol, các hợp chất đắng Đại mạch sáu hàng có kích thước không đồng nhất vì các hạt không đủ không gian để nở trọn vẹn, các hạt trong hàng thì mỏng hơn và đầu hạt nơi mọc râu bị uốn cong Trong sản xuất malt, đại mạch mùa xuân hai hàng được sử dụng nhiều nhất do đã được nghiên cứu chất lượng từ hàng trăm năm qua

Malt là sản phẩm của quá trình ngâm ủ các hạt lúa (đại mạch, lúa mì, tiểu mạch, lúa gạo, ) đến khi nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ nhất định rồi đem đi sấy khô, làm sạch Đại mạch thường được dùng để sản xuất malt trong bia vì chúng dễ điều khiển quá trình ươm mầm, tỉ lệ enzyme cân đối, vỏ đại mạch dai nên nghiền ít bị nát và malt đại mạch có hương vị đặc trưng hơn so với các loại malt khác [4][18]

Malt đen là loại malt có màu nâu sẫm, vị ngọt đậm được làm từ đại mạch với điều kiện kĩ thuật thích hợp trong quá trình sản xuất, được dùng trong sản xuất bia đen

Hình 2.1 Đại mạch Hình 2 2 Malt đen

2.1.1.2 Lịch sử hình thành Đại mạch được tìm thấy từ nền văn minh xưa qua các nghiên cứu khảo cổ học Chúng được công nhận là một trong những cây trồng đầu tiên được thuần hóa bởi con người và vẫn là một loại cây ngũ cốc chính được trồng trên thế giới Các nhà khảo cổ và các nhà khoa học khác vẫn chưa biết chính xác về nơi đầu tiên đại mạch được trồng, theo như tài liệu được ghi nhận đại mạch được khai hóa đầu tiên tại ở vùng đất Thổ Nhĩ Kì ở phía Đông kéo dài từ Israel, phía Bắc Syria, phía Nam Turkey, phía Đông Iraq và phía Tây Iran Từ xa xưa, con người đã dùng đại mạch để làm thức ăn chăn nuôi và làm thức ăn cho con người đến khi bia ra đời và trở thành sản phẩm phổ biến, thì nhu cầu trồng đaị mạch ngày càng tăng lên [9][18]

2.1.1.3 Cấu tạo hạt đại mạch

Hạt đại mạch gồm 3 bộ phận chính : vỏ, nội nhũ và phôi [4][5] a Vỏ

Vỏ hạt có 3 lớp gồm lớp vỏ trấu, lớp vỏ quả và lớp vỏ hạt Hạt đại mạch được bao bọc bên ngoài bằng lớp vỏ trấu, được hình thành từ đài hoa giúp bảo vệ các cơ quan bên trong của hạt Thành phần hóa học chủ yếu là cellulose kết chặt lại nhờ chất khoáng và lingin Dưới lớp vỏ trấu là lớp vỏ quả được cấu tạo từ ba lớp tế bào tạo cấu trúc rất dai và bền vững Bên dưới lớp vỏ quả là lớp vỏ hạt gồm hai lớp tế bào, lớp ngoài có thành rất dày còn lớp trong trong suốt Chúng có vai trò như màng bám thấm chỉ cho nước thấm vào bên trong hạt đồng thời giữ các chất hòa tan trong hạt không thấm ra bên ngoài Trọng lượng vỏ chiếm 10,5 – 13% trọng lượng của hạt, kích thước hạt càng bé thì tỷ lệ vỏ so với trọng lượng hạt càng cao b Nội nhũ

Hình 2 1 Cấu tạo hạt đại mạch

Tiếp giáp với lớp vỏ quả là lớp aloron giàu protein, chất béo, đường, vitamin và tro bao bọc lớp nội nhũ bên trong Nội nhũ là phần giá trị nhất của hạt, chứa phần lớn các hạt tính bột, một ít protein, cellulose, chất béo, tro và đường Chúng chiếm phần lớn trọng lượng hạt là nguồn cung cấp chủ yếu các chất hòa tan trong dịch đường trong sản xuất bia c Mầm

Vùng mầm có chứa phôi, chồi mầm phân cách với nội nhũ bằng một lớp màng mỏng gọi là ngù và biểu bì mô Phôi nằm ở phía dưới gần đế hạt gồm phôi lá, phôi rễ và ở giữa là phôi thân Phôi chiếm khoảng 2,5 – 5% trọng lượng hạt, chúng có vai trò quan trọng đối với sự sống của cây ngay cả trong khi sản xuất Quá trình sản xuất malt đại mạch dựa trên sự nảy mầm của hạt chính là sự phát triển phôi Quá trình sinh học chủ yếu trong giai đoạn này là sự hoạt hóa và tích lũy hoạt lực enzyme trong hạt, các hợp chất cao phân tử bị phân cắt thành các sản phẩm thấp hơn Một phần các chất này sẽ chuyển về phôi để nuôi cấy cây non, phần còn lại biến thành chất hòa tan trong dịch đường [4][5]

Theo nghiên cứu về thành phần hóa học từ 85 – 90% đại mạch đem đi sản xuất malt ta thu được kết quả sau [10]:

Bảng 2 1 Thành phần hóa học của đại mạch và malt

Thành phần Đại mạch Malt đại mạch

Tổng hàm lượng chất khô:

Nước là thành phần ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt, đại mach có hàm lượng nước càng cao thì hiệu suất thu hồi chất chiết càng giảm và khó bảo quản Hàm ẩm tối đa cần chứa trong đại mạch khi bảo quản không vượt quá 13% b Carbonhydrate

Carbonhydrate trong đại mạch là một thành phần quan trọng đến chất lượng malt và sản phẩm bia Chúng được chia thành 4 nhóm: mono- , đi- , tri – và polisaccharid Trong đó monosaccharid bao gồm glucose, fructose và xilose; disaccharid chủ yếu là saccharose và maltose; polisaccharid là thành phần chiếm nhiều nhất trong hạt đại mạch phần lớn là tinh bột, cellulose, hemicellulose, pentozan và các hợp chất khác

❖ Tinh bột là thành phần quan trọng chứa chủ yếu ở nội nhũ và một ít ở phôi, chiếm trên 60% trên tổng khối lượng chất khô của hạt đại mạch Chúng tồn tại dưới dạng khối lập thể, có kích thước khá bé, có dạng hình cầu hoặc hình ovan có đường kớnh khoảng 20 – 30àm Tinh bột đại mạch chứa cả 2 polyme saccharid là amylose (khoảng 20 – 25%) và amylopectin (chiếm 75 – 80%) nên chúng có cả hai tính chất của 2 loại polyme này Trong môi trường giàu nước tinh bột sẽ bị thủy phân bởi enzyme amylaza tạo thành dextrin, maltose và các đường đơn, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất malt và bia, là cơ sở lý thuyết của quá trình ngâm, ươm mầm và đường hóa

❖ Đường: chiếm khoảng 1,8 – 2,0% trong hạt đại mạch là sản phẩm trao đổi chất được sử dụng trong quá trình tạo hạt, chứa chủ yếu là sacchacrose, glucose và fructose

❖ Cellulose có khoảng 5 – 6% tập trung ở vỏ trấu là hợp chất tạo thành cấu trúc, chúng gồm các chuỗi glucoza 1 – 4 mạch dài không phân nhánh nên chúng rất dai và không bị phân cắt trong môi trường Cellulose không tan trong nước và không bị phá vỡ bởi enzyme của malt đại mạch nên chúng không ảnh hưởng gì đến chất lượng bia

❖ Hemicellulose là thành phần chủ yếu tạo nên khung bền vững cho thành tế bào nội nhũ Bao gồm β-glucan (80 – 90%) và pentozan (10 – 20%) ảnh hưởng đến quá trình sản xuất bia và chất lượng thành phẩm c Protein

Protein trong đại mạch chiếm khoảng 12 – 13% tổng hàm lượng chất khô, chứa chủ yếu là prolamin , albumin, globulin và glutelin

❖ Prolamin chiếm phần lớn khoảng 37% trong protein của hạt đại mạch, tan trong cồn 80º C và một phần còn sót trong bã hạt

❖ Glutelin : khoảng 30% phân bố trong lớp aloron, chỉ tan trong dung dịch kiềm loãng, không bị thủy phân và bị thải ra ngoài theo bã hạt

❖ Globulin chiếm 15% tan trong dung dịch muối loãng và kiềm

❖ Albumin chiếm 11% tan trong nước khi đun sôi kết tủa hoàn toàn d Chất béo Đại mạch chứa khoảng 1 – 2% chất béo, tập trung chủ yếu ở lớp aloron và mầm, chủ yếu là triglyxerit Đây là các acid béo mạch dài (acid stearic, acid oleic, acid

Sinh viên thực hiện: Phan Thị Quỳnh Trâm Hướng dẫn: ThS Bùi Viết Cường 9 linoleic) Chất béo không tan trong nước và hầu như không bị biến đổi trong hạt và bị thải ra ngoài theo bã e Các chất khác

❖ Polyphenol: nằm ở vỏ trấu và lớp aloron của đại mạch, tạo vị đắng chát khó chịu, hàm lượng của nớ tăng theo độ dày của vỏ trấu Do đó, cần loại bỏ lượng chất đắng này trong quá trình sản xuất malt

Quá trình sản xuất

Quá trình ngâm hạt Đại mạch sau khi bảo quản sau thu hoạch chỉ có hàm lượng ẩm 11 – 13%, để đảm bảo hạt nảy mầm tốt, phôi mầm phát triển cần hút thêm một lượng nước từ môi trường để độ ẩm đạt 45 – 47% cho malt đen với hệ số trương nở của hạt gấp 1,45 lần so với ban đầu [5] Trong quá trình ngâm lượng nước thẩm tích vào bên trong làm tăng thể tích và khối lượng hạt, làm hạt mềm hơn và dễ thủy phân hơn Các chất trong hạt sẽ dễ dàng hòa tan vận chuyển đến cung cấp cho các cơ quan phôi mầm giúp cho chúng từ từ phát triển Bên cạnh đó, ở điều kiện nhiệt độ, độ ẩm thích hợp, pH tối thích làm hệ enzyme hoạt động tham gia vào quá trình phân giải các hợp chất tạo các chất dinh dưỡng nuôi mầm phát triển Hao phí chất khô đại mạch trong quá trình ngâm gồm 1% do quá trình hô hấp và hòa tan trong nước và 0,1% hao phí do các hạt lép gãy vỡ khi ngâm [4] Ngoài ra, quá trình ngâm giúp loại bỏ các hạt lép, hạt không chắc, tạp chất và rửa sạch các bụi bẩn, vi sinh vật bám bên ngoài bề mặt hạt

2.2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm :

- Nhiệt độ nước ngâm là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến tốc độ hút nước Nhiệt độ càng tăng khả năng hút nước tăng thời gian ngâm giảm đi Nhiệt độ ngâm thích hợp nhất là 10 – 12 0 C Nếu nhiệt độ thấp hơn 10 0 C sẽ ức chế sự phát triển phôi, còn cao hơn 15 0 C tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển Mặt khác nếu nhiệt độ ngâm cao tốc độ hút nước hạt tăng gây hiện tượng phôi bị úng, làm mất khả năng nảy mầm của hạt Đồng thời làm cường độ hô hấp của hạt tăng dẫn đến các quá trình khác xảy ra với tốc độ cao hơn gây ảnh hưởng không tốt đến sự nảy mầm của hạt

- Không khí đảo trộn trong quá trình ngâm ảnh hưởng đến thời gian ngâm, yếu tố quyết định đến quá trình hô hấp do đó việc cung cấp oxy càng đầy đủ đều đặn thì khả năng hút nước thuận lợi hơn

- Kích thước hạt: hạt càng nhỏ khả năng hút nước càng nhanh và ngược lại vì quãng đường đi của nước trong hạt to dài hơn trong hạt nhỏ Chỉ những hạt có kích thước bằng nhau thì mới đạt được độ ẩm như nhau về tốc độ ngâm và sau này sự nảy mầm cũng đều nhau Do đó, cần phân loại hạt trước khi ngâm để quá trình ngâm diễn ra đồng bộ hơn Thời gian ngâm đại mạch trong sản xuất malt đen là 58 giờ

- Hàm lượng protein trong hạt: Hạt càng chứa nhiều protein thì tốc độ hút nước càng chậm vì protein khó trương nở và khả năng hút nước kém Hạn chế này se được khắc phục nếu khối lượng vỏ trấu của hạt cao

- Thành phần hóa học của nước: là yếu tốc ảnh hưởng đến khả năng hút nước, sự hòa tan các chất polyphenol, chất màu, chất chát và cường độ hô hấp của hạt Hàm lượng ion kim loại trong kiềm và kiềm thổ có mặt trong nước càng cao thì sẽ thúc đẩy quá trình ngâm hạt nhanh hơn, giúp hòa tan đáng kể các hợp chất polyphenol ,chất đắng, chất màu và chất chát ở vỏ hạt từ đó giúp nước thấm vào hạt nhanh hơn Ngược lại, các ion kim loại nặng trong nước sẽ cản trở sự hút nước của hạt Với hàm lượng cao chúng sẽ tạo lớp màng phủ bề mặt hạt cản trở sự xâm nhập của nước, cản trở sự tiếp xúc của oxy không khí và sự giải thoát khí cacbonic

- Ngoài ra, quá trình ngâm hạt còn chịu ảnh hưởng bởi điều khiện khí hậu của vùng gieo trồng hạt đại mạch Đại mạch được gieo trồng ở vùng khí hậu khô, độ ẩm không khí thấp, lượng mưa ít và đất đai kém màu mỡ thì khả năng hút nước sẽ kém hơn so với đại mạch được trồng ở vùng có khí hậu ôn hòa [4]

2.2.1.2 Các quá trình xảy ra khi ngâm hạt

Trong thời gian ngâm hạt, các quá trình xảy ra như sau: Đầu tiên là sự thẩm thấu và khuếch tán của nước vào hạt, đồng thời nước sẽ hòa tan các chất polyphenol, các chất đắng, chất màu ở vỏ tránh ảnh hưởng đến quá trình ngâm và ươm mầm Sau đó, một số ion và muối có trong nước đi vào trong hạt, hạt hút nước và trương nở tế bào Nước bắt đầu phân tán vào nội nhũ của hạt, các hợp chất phân tử thấp chủ yếu là đường sẽ hòa tan vào nước và vận chuyển về phôi Tại đây diễn ra quá trình hô hấp của hạt là sự oxy hóa các chất hữu cơ nhờ xúc tác của hệ enzyme oxy hóa – khử giúp cung cấp năng lượng cho phôi phát triển Để đảm bảo cho mầm phát triển bình thường thì hạt phải tạo đủ nguồn năng lượng dự trữ dưới dạng các chất dinh dưỡng thấp phân tử, dễ hòa tan Do đó, các enzyme thủy phân có mặt khắp mọi nơi trong hạt như ở lớp aloron, phôi , nội nhũ lập tức hòa tan vào nước về trạng thát hoạt động và tập trung tại phôi Tại đây, các enzyme này sẽ hoạt hóa phân giải các chất cao phân tử thành các chất có phân tử lượng thấp như đường, acid amin, … rồi dần dần cũng được chuyển về phôi

Trong các quá trình diễn ra thì hô hấp hạt và sự hoạt hóa của hệ enzyme thủy phân là hai quá trình quan trọng nhất.Quá trình hô hấp của hạt bao giờ cũng được tiến triển theo hai chiều: hô hấp hiếu khí và hô hấp kị khí Để mầm non được phát triển bình thường, đúng quy luật tự nhiên khi và chỉ khi sự hô hấp của hạt là hô hấp hiếu khí Chính vì vậy, cần có thông gió cưỡng bức tring quá trình ngâm nhằm thải CO2 ra ngoài tránh tích tụ dần dẫn đến hô hấp yếm khí

2.2.1.3 Phương pháp thực hiện Để ngâm hạt đại mạch có rất nhiều phương pháp khác nhau, nhưng cần đảm đảm bảo các yêu cầu: thời gian ngâm là ngắn nhất, chế độ không khí đầy đủ đảm bảo hạt nguyên vẹn và đảm bảo cường lực nảy mầm sau này cao nhất [4][5]

❖ Ngâm lì trong nước: hạt được ngâm liên tục trong nước, không có sự thông khí, thay nước nhiều lần Phương pháp này không rửa sạch được hạt đại mạch, không giải phóng khí cacbonic, vi sinh vật dễ dàng xâm nhập gây hư hỏng nên không được sử dụng nhiều trong phạm vi công nghiệp

❖ Ngâm hoán vị nước không khí : ngâm hạt trong nước và trong không khí xen kẽ cho tới khi hạt hút đủ lượng nước cần thiết cho quá trình nảy mầm Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay tuy nhiên ta khó đảm bảo thành phần trong nước ngâm

❖ Ngâm trong nước ấm hoặc nước nóng: hạt được ngâm trong nước nóng có nhiệt độ 40 – 45 0 C trong 4 giờ và không có nhiều không khí ức chế được sự hình thành rễ Tuy nhiên, chúng không được sử dụng phổ biến vì làm hỏng mầm ở điều kiện nhiệt độ quá cao (nhiệt độ chết của mầm là 55 0 C)

❖ Tưới phun: Hạt trước khi ngâm được rửa sơ bộ ở thùng riêng trong 12 -14 giờ, sau đó tháo hết nước bẩn ra, đưa đi tưới phun liên tục, không khí cũng được hút vào và chảy qua các lớp hạt đến khi hạt đạt được độ ẩm cần thiết Phương pháp này có ưu điểm là khởi động nhanh và tiết kiệm nước nhưng không đồng đều, mầm được kích thích bởi không khí nên hấp thụ nước nhiều hơn là nội nhũ dẫn đến không đồng nhất trong nảy mầm và nhuyễn hạt

Kết luận: Từ sự phân tích trên, ta thấy mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng Nhưng để hạt đại mạch đạt được chất lượng tốt trong quá trình ngâm, thu được nhiều chất hòa tan cho mầm phát triển, thời gian nhanh và tiết kiệm nước đồng thời độ hoạt động của các hệ enzyem tốt nhất thì ta sử dụng phương pháp ngâm hoán vị nước là thích hợp nhất

Sản phẩm

Chỉ tiêu chất lượng malt đen đại mạch

Màu: malt đen có màu nâu sẫm, vỏ malt óng ánh, kích thước hình dáng phải giống đại mạch khô

Mùi : phải có mùi thơm đặc trưng, không có mùi lạ, không mốc, không hôi thối

Sinh viên thực hiện: Phan Thị Quỳnh Trâm Hướng dẫn: ThS Bùi Viết Cường 19 Độ sạch: không lẫn tạp chất, hạt không vỡ (vỡ tối đa là 15%), lượng hạt bệnh tối đa là 1%, hạt không nảy mầm tối đa là 5%

Bảng 2 4 Bảng các chỉ tiêu vật lí của malt đen đại mạch Đặc điểm kĩ thuật Thông số Độ ẩm < 2%

Hàm lượng enzyme α-amylase : >30 ( dextrin units)

Sản phẩm malt đen có hương vị và màu sắc đặc trưng được sử dụng với mục đích chính là sản xuất bia đen Ngoài ra, malt đen còn được sử dụng để tạo màu, phối trộn với các loại malt khác để tạo ra được màu bia mong muốn, sản xuất Chocolate malt, rượu, … Malt đen đang được sử dụng phổ biến tại các nước Châu Âu [21].

Tình hình sản xuất malt trên thế giới và ở Việt Nam

Hiện nay, Trung Âu là vùng phát triển đại mạch cao nhất 150 năm qua, tại đây có cả hai loại đại mạch với chất lượng cao như Alexit ( Đức), Bleheim (Anh),

Hình 2 3 Các sản phẩm làm từ malt đen

Dekado( Đức), Prisma ( Newzealand), Đại mạch được dùng cho sản xuất bia được trồng mọi nước trên châu Âu đáp ứng yêu cầu cơ bản của ngành công nghiệp bia Trong khi đó các nhà máy bia ở châu Á và châu Phi không có nguồn đại mạch tại chỗ nên phải nhập về và vận chuyển về nhà máy để sản xuất Từ đó công nghệ sản xuất malt trở thành ngành công nghiệp riêng và phát triển nhanh chóng

Bảng 2 5 Bảng sản xuất malt ở các nước và tình hình phát triển gần đây

Tùy theo loại bia sản xuất mà ta sấy ở điều kiện khác nhau để malt có màu và mùi thơm khác biệt Ngày nay, ngoài phục vụ trong sản xuất bia malt còn được sử dụng trong sản xuất thức ăn gia súc, bột dinh dưỡng, sữa, dược phẩm và mỹ phẩm Ở Việt Nam một trong những quốc gia đứng đầu về tiêu thụ bia trên thế giới, nhưng không thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu malt cho sản xuất Hiện tại nguồn nguyên liệu này vẫn phải nhập khẩu từ các nước châu Âu Nguyên nhân là do Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, thổ nhưỡng không phù hợp cho việc trồng đại mạch Việc ít tiếp xúc với nguồn nguyên liệu này nên tìm kiếm nguồn lao động cho việc chăm sóc và trồng trọt gặp cản trở từ đó việc sản xuất malt phục vụ cho ngành công nghiệp bia cũng gặp khó khăn

Nếu chúng ta có thể đầu tư một nhà máy sản xuất malt, tin chắc sẽ có thị trường và tính cạnh tranh với đối thủ ít Nhưng để có thể áp dụng thì đòi hỏi một nguồn kinh phí đầu tư không nhỏ cho kỹ thuật, cho nguồn nguyên liệu đầu vào Và trên hết là tiềm kiếm “niềm tin” từ các nhà máy bia Cũng như gây dựng một thương hiệu đi đôi với chất lượng để đứng vững trong nước với các nguồn nguyên liệu nhập ngoại Việc nhập khẩu đại mạch đi vào sản xuất, sau quá trình định giá để có thể cạnh tranh với malt nhập khẩu cũng là điều lo ngại [20][11]

CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Sơ đồ quy trình công nghệ

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất malt đen đại mạch

Phân loại Ươm mầm t -22 0 C, τ= 7-9 ngày,

Thuyết minh quy trình công nghệ

Lựa chọn nguyên liệu tốt, thu sản phẩm chất lượng cao, tránh tổn thất trong các quá trình

Lựa chọn các dòng đại mạch sạch bệnh và có khả năng chống chịu sâu bệnh cao, không tiếp nhận đại mạch có hàm ẩm cao hơn 14% Khi nhập hàng cần kiểm tra độ nhiễm trùng của lô hàng, không để chung giữa lô bị nhiễm và không bị nhiễm Những lô bị nhiễm phải để riêng ra có biện pháp xử lí

Làm sạch và phân loại a) Mục đích:

Làm để bỏ các tạp chất như kim loại, lá cây, bụi, sỏi đám, vật lạ, có trong nguyên liệu ảnh hưởng đến quá trình nảy mầm của hạt Phân khối hạt thành lô có cùng độ lớn và chất lượng để lựa chọn hạt loại 1 và hạt loại 2 cho sản xuất malt b) Cách thực hiện : sử dụng thiết bị kết hợp làm sạch và phân loại Đại mạch sẽ được gàu tải vận chuyển thiết bị Trên ống vận chuyển sẽ gắn thiết bị tách kim loại bằng từ tính để tách kim loại ra khối hạt trước khi đưa vào thiết bị phân loại làm sạch Đầu tiên, hạt đại mạch sẽ được đưa vào qua thiết bị từ tính để loại kim loại rồi đi qua quạt sàng để tách loại bỏ các tạp chất nhẹ đá sỏi,… rồi được đưa qua máy tách kim loại làm loại bỏ các mạt sắt khỏi khối hạt

1 – Thiết bị tách từ tính

4 – Tạp chất nhẹ 5,6 – Sàng phân loại 7,8 – Hạt đại mạch

9 – Phân loại kiểu trục 10,11 – Cửa ra

Hình 3 1 Thiết bị quạt sàng

Thiết bị gồm 1 quạt hút và 2 hệ thống sàng, mỗi hệ thống gồm 3 sàng có kích thước lỗ với đường kính tương ứng là: 3,6 mm, 3 mm, 2,5 mm và một hệ thống chọn hạt kiểu trụ Đại mạch được đưa vào máy tách từ tính (1) qua (2) được con lăn điều chỉnh lượng để vật liệu được phân bố trên toàn bộ chiều rộng của máy Tại đây, các tạp chất nhẹ và một phần hạt đại mạch đi lên theo cửa số (4) Các tạp chất nhẹ ( bụi, lá cây,…) sẽ theo cuốn theo không khí theo đường ống đi vào cyclon Một phần hạt bị cuốn theo được cây gạt định kích thước nên đúng sẽ đi ra để phân loại theo cửa số (7)

Mặt khác, các hạt và tạp chất lớn hơn sẽ đi qua hệ thống sàng phân loại (5) Các tạp chất lớn sẽ được giữ trên sàng 1 và 2, các hạt có kích thước yêu cầu sẽ được giữa ở trên sàng 3 và đi vào hệ thống phân loại theo đường số (8) Lúc này các hạt theo đường số (7) và (8) sẽ được đi vào hệ thống phân loại kiểu trục (9) để phân thành hạt loại 1 và 2 theo yêu cầu Hạt loại 1 được đi ra ngoài theo kênh (11), hạt loại 2 đi ra đường (10) [4][23][25]

Quá trình ngâm: a Mục đích :

Rửa sạch hạt, loại bỏ các hạt lép, các hạt không đạt tiêu chuẩn, các hạt gãy vụn trong quá trình làm sạch Đồng thời, tạo điều kiện để hạt hút thêm một lượng nước tự do, sao cho tổng hàm ẩm của hạt đạt trên 40% Chỉ với hàm lượng ẩm như vậy thì mới đảm bảo quá trình ươm mầm sau này xảy ra bình thường

Mức độ ngâm của đại mạch để sản xuất malt đen cần đạt 45 – 47% Khi ngâm hạt cần chú ý đến: Nhiệt độ nước ngâm, kích thước hạt, hàm lượng protein trong hạt để điều chỉnh thông số kỹ thuật sao cho quá trình ngâm hạt đạt hiệu quả cao nhất Thực nghiệm cho thấy rằng nhiệt độ nước ngâm đối với quá trình sản xuất malt là từ

10 – 12 0 C, hạt càng to thì quá trình hút nước chậm hơn nên cần ngâm trong thời gian lâu hơn và ngược lại Và đặc biệt, đối với hạt có hàm lượng protein cao thì tốc độ hút nước chậm hơn b Cách thực hiện:

Chọn phương pháp ngâm hoán vị nước không khí trong thiết bị ngâm đáy bằng

Cấu tạo thiết bị gồm: Thân hình trụ, đáy bằng trên đó đại mạch được trải đều trên các sàng bằng thép không gỉ có đục lỗ Chiều cao chứa hạt 2 m, CO2 được thải ra ngoài ở dưới đáy

❖ Nguyên tắc hoạt động của thiết bị:

Hạt đại mạch được chuyển vào thùng ngâm theo 2 đường ống, hệ thống dao cào có thể nâng lên hoặc hạ xuống để dàn đều khối hạt trong thiết bị dồn các hạt lép vào giữa hoặc ra thành thùng để loại ra ngoài với nước ngâm Nước được đưa vào theo đường ống, nước được đưa đến khi xấp mặt khối hạt Quá trình thông khí (nạp

O2 và hút CO2) được thực hiện qua các lỗ đục trên đáy thùng Ngoài ra, còn có hệ thống vòi để rửa sạch các khoảng trống bên dưới đáy [13][4]

Giai đoạn rửa hạt, đầu tiên hạt sẽ rửa với nước sạch và chất sát trùng, đảo đều trong 2 – 3 giờ, sau đó nước bẩn ra và chất sát trùng được tháo ra khỏi thùng cứ 10000kg hạt cần 20 m 3 nước [4]

Giai đoạn ngâm hạt : Ngâm đại mạch trong nước khoảng 4 – 8 giờ ở nhiệt độ 12ºC nhằm nâng độ ẩm hạt từ 12% lên 31% và rửa sạch hạt rồi để ráo trong 10 – 20 giờ Sau đó, ngâm lần 2 trong nước khoảng 2 – 5 giờ ở nhiệt độ 12 – 15 0 C tăng độ ẩm lên 38%, để ráo 12 – 20 giờ Cuối cùng tiếp tục ngâm lần 3 trong 1 – 5 giờ ở nhiệt độ

12 – 18 0 C đến khi đạt độ ẩm yêu cầu 45 – 47% Hạt sẽ tự di chuyển từ thùng ngâm sang thiết bị ươm mầm bằng thiết bị phân phối với bẳng bảng điều khiển [5]

1 - Đại mạch vào; 2 - Cánh đảo; 3 – Nước vào

4 - Khí nén vào ; 5 – Nước ra ; 6 – Đại mạch sau ngâm

Quá trình ươm mầm: a Mục đích:

Giải phóng và tích lũy các hệ enzyme thủy phân Tạo điều kiện để các hệ enzyme thủy phân một phần các chất có trong hạt từ dạng phức tạp sang dạng đơn giản b Cách thực hiện: bằng phương pháp ươm mầm thông gió với hệ thống ươm mầm hình tròn

Thiết bị ngăn chứa hình tròn có hệ thống đảo trộn dạng trục vít xoắn được gắn vào hệ thống chung bộ phận truyền động với động cơ điện giúp đảo trộn và dàn đều hạt đại mạch trong ngăn chứa Thiết bị có hai đáy, đáy dưới có đục lỗ để thông khí Quạt gió li tâm xoắn ốc cấu tạo từ mái chèo làm bộ phận thông khí Không khí được lấy từ không khí sạch không có bụi [12][13]

❖ Nguyên tắc hoạt động : Đại mạch được đổ vào ngăn cùng với nước sau quá trình ngâm bằng phương pháp tự chảy Nước sẽ chảy xuống đáy và chảy ra ngoài theo hệ thống thoát nước, còn hạt được giữ lại bên trong Đống hạt sẽ dàn đều thành lớp trong đáy ngăn nhờ máy đảo malt bằng hệ thống vít xoắn thẳng đứng, hai vít xoắn đặt song song với nhau và quay ngược chiều nhau Sau khi khối hạt được dàn thành 0,5 – 0,6 m ngay lập tức hạt tiến hành đảo để tạo sự đồng nhất Sau đó, thổi không khí nhằm làm khô khối hạt, khống chế nhiệt độ khối hạt 14 0 C tránh hiện tượng bốc nóng khối hạt trong quá trình hô hấp

Ta tiếp tục duy trì thổi không khí và đảo malt trong suốt quá trình ươm mầm Không

Hình 3 3 Thiết bị ươm mầm 1- Đại mạch vào; 2- Không khí vào, 3- Điều hòa không khí ; 4- Vít xoắn ; 5- Malt ra

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Kế hoạch sản xuất

Nhà máy mỗi ngày làm 3 ca, mỗi ca 8 tiếng và được nghỉ vào các ngày lễ, tết và tháng 2 để bảo trì máy móc vì tháng này đại mạch được mới được gieo trồng

Các ngày nghỉ lễ trong năm: Tết Dương lịch (1 ngày), tết Nguyên Đán (7 ngày), giỗ tổ Hùng Vương ( 1 ngày), Quốc khánh 2/9 (1 ngày) và Quốc tế lao động (1 ngày)

Bảng 4 1 Lịch làm việc nhà máy

Số ngày làm việc trong năm : 322 ngày

Số ca làm việc trong năm : 32236ca

Số giờ làm việc trong một năm : 32224w28giờ

Tỉ lệ tổn thất và hao hụt của bán thành phẩm qua từng công đoạn

Thông số nguyên liệu ban đầu

Khối lượng riêng của đại mạch : ρdm= 670 kg/m 3

Khối lượng riêng của malt thành phẩm : ρm= 560 kg/m 3

Hệ số trương nở thể tích của của hạt đại mạch sau khi ngâm so với trước khi ngâm là 1,45

Hệ số trương nở thể tích của hạt đại mạch sau khi ươm mầm so với trước khi ngâm là 2,25 Độ ẩm ban đầu của đại mạch W= 13% Độ ẩm của hạt đại mạch sau khi ngâm WN = 47% Độ ẩm của hạt đại mạch sau khi ươm mầm WƯ = 42% Độ ẩm của malt đại mạch sau khi sấy WS = 1,5% [4][5]

Năng suất nhà máy là 150 tấn nguyên liệu/ngày

Tỉ lệ tổn thất và hao hụt qua từng công đoạn

Bảng 4 2 Bảng tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn

Làm sạch và phân loại

Tính cân bằng vật chất

Tính lượng nguyên liệu chính

Khối lượng nguyên liệu vào: M0

Khối lượng chất khô của nguyên liệu ban đầu là:

M m = o  − =  − Khối lượng ẩm có trong nguyên liệu: m W 0 =M 0 −0,87M 0 =0,13M 0

Thể tích đại mạch vào: ( )

=  Trong đó : M 0 : khối lượng nguyên liệu ban đầu (kg) m 0 : khối lượng chất khô ban đầu (kg)

W : độ ẩm ban đầu của đại mạch (%)

Khối lượng chất khô còn lại sau mỗi công đoạn ( chất khô nguyên liệu bị hao tổn cả trong hao hụt lẫn tổn thất):

− Lượng nguyên liệu còn lại sau mỗi công đoạn

Lượng ẩm sau mỗi công đoạn:

Trong đó: m n : khối lượng chất khô trước mỗi công đoạn kg m ht : tỉ lệ hao tổn sau mỗi công đoạn (%)

M n : khối lượng bán thành phẩm còn lại sau mỗi công đoạn (kg/giờ)

W: độ ẩm sau mỗi công đoạn (%)

4.3.1.1 Công đoạn làm sạch phân loại

Lượng chất khô sau công đoạn phân loại làm sạch:

1 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn phân loại và làm sạch:

Lượng ẩm sau công đoạn phân loại làm sạch

1 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau làm sạch và phân loại

Lượng chất khô sau công đoạn ngâm:

2 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn ngâm:

Lượng ẩm sau công đoạn ngâm:

2 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau công đoạn ngâm:

Lượng chất khô sau công đoạn ươm mầm:

3 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn ươm mầm:

Lượng ẩm sau công đoạn ươm mầm:

3 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau công đoạn ươm mầm:

Lượng chất khô sau công đoạn sấy:

4 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn sấy:

Lượng ẩm sau công đoạn sấy:

4 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau công đoạn sấy:

4.3.1.5 Công đoạn tách mầm rễ

Lượng chất khô sau công đoạn tách mầm rễ:

5 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn tách mầm rễ:

Lượng ẩm sau công đoạn tách mầm rễ:

5 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau công đoạn ươm mầm:

Khối lượng mầm rễ tách ra :0,755M 0 −0,725M 0 =0,03M 0 (kg)

Thể tích mầm rễ tách ra bằng 15% so với thể tích ban đầu nguyên liệu, do đó thể tích mầm rễ tách ra là :

Lượng chất khô sau công đoạn bảo quản:

6 M M kg m =  − Lượng nguyên liệu còn lại sau công đoạn bảo quản:

Lượng ẩm sau công đoạn bảo quản:

6 M M M kg m w = − Thể tích nguyên liệu sau công đoạn bảo quản:

Tính tác nhân sử dụng

4.3.2.1 Tính lượng không khí sử dụng trong công đoạn ngâm

Lượng khí nén sử dụng cho quá trình hô hấp của 1 tấn đại mạch là 6 m 3 /h [4] Vậy lượng khí nén hạt sử dụng trong quá trình hô hấp là:

4.3.2.2 Tính lượng nước sử dụng cho quá trình ngâm

Thể tích hữu dụng của thùng khi ngâm đại mạch là ;

670 m 3 /h - khối lượng riêng của hạt đại mạch

Tỷ trọng tương đối của hạt đại mạch là 1,35, vậy thể tích chặt tuyệt đối của đại mạch:

=  Lúc đó, lượng nước ngâm ban đầu cần :

Khi quá trình ngâm kết thúc hạt trương nở là 1,45 lần nên lượng nước chỉ chiếm

Ngâm gián đoạn với số lần thay nước là 3 lần Khi đó tổng lượng nước cần thiết cho cả quá trình ngâm được tính như sau:

Ngoài ra, ta cần thêm một lượng nước sử dụng để rửa hạt, cứ 10000kg hạt cần

20 m 3 nước nên lượng nước rửa là 0 0,002 0

Vậy tổng lượng nước cần sử dụng:

M n 4.3.2.3 Tính lượng không khí sử dụng cho quá trình ươm mầm

Lượng khí điều hòa cung cấp cho quá trình ươm mầm dựa vào lượng oxy cung cấp cho quá trình hô hấp của hạt đại mạch Ta chọn lượng O2 hấp thụ trong 1 ngày của

1 kg chất khô là 0,01025 m 3 /ngày [4]

Lượng oxy cần thiết cho quá trình ươm mầm trong 1 ngày là:

Lượng oxy chiếm 21% thể tích không khí, do đó lượng không khí cần sử dụng cho quá trình ươm 1 ngày là :

4.3.2.4 Lượng nước vôi sử dụng

Sử dụng 2 – 2,5 hl nước vôi trong bão hòa cho 10 hl nước ngâm hoặc 250 đến

350 Cao cho 1 hl nước ngâm [5] Lượng nước dùng để rửa cho M0 kg đại mạch là 0,002M0 m 3

Vậy lượng nước vôi cần dùng là :

Cứ 1 tấn đại mạch cần dùng 0,16 kg gibberellin Vậy lượng gibberellin cần dùng cho 1,607M0 là

Năng suất nhà máy: 150 tấn nguyên liệu/ngày = 6250 kg/giờ

Bảng 4.3 Bảng tổng kết cân bằng vật chất của nguyên liệu trong quá trình sản xuất

STT Công đoạn Năng suất sau mỗi công đoạn (kg/h)

Bảng 4 4 Lượng tác nhân sử dụng trong các công đoạn

STT Tác nhân Lượng sử dụng

3 Lượng không khí điều hòa 10,84 m 3 /ngày

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

TÍNH NHIỆT HƠI – NƯỚC

TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG NHÀ MÁY

KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	2,86 MB