Đề tài Thiết kế nhà máy bia 10 triệu lít/năm

Mở đầu Bia là loại nước giải khát lên men rất bổ dưỡng. Bia có nồng độ rượu nhẹ (hàm lượng rượu khoảng 3% á 6%), có ga (hàm lượng CO2 khoảng 3 á 4 gam/lít), có bọt mịn, xốp & có hương vị thơm ngon rất đặc trưng. Ngoài ra, bia còn chứa một số chất bổ dưỡng. Chất đạm: đặc biệt là đạm hoà tan chiếm (8 á 10)% chất tan bao gồm prôtêin, peptit, aminoaxit. Gulucit: glucit tan (70% là dextrin, pentosan – sản phẩm caramen hoá). Vitamin: chủ yếu là vitamin nhóm B (vitamin B1, B6). Ngoài ra trong bia còn chứa một lượng các enzim khác nhau. Đặc biệt CO2 hoà tan trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát cho người uống bia, giúp tiêu hoá nhanh thức ăn và ăn uống ngon miệng, giảm mệt mỏi, tăng phần tỉnh táo nếu người uống sử dụng một liều lượng thích hợp. Nhờ những đặc điểm nêu trên, bia được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng. Nước ta là một nước gần xích đạo nên nóng và oi bức. Vì vậy nhu cầu về nước giải khát chiếm một vị trí quan trọng trong mùa hè, ngành công nghiệp nước giải khát nói chung và ngành bia hiện nay nói riêng rất được quan tâm. Ngoài các nhà máy bia có công suất lớn là nhà máy bia Hà Nội, nhà máy bia Hà Tây và nhà máy bia Sài Gòn với tổng công suất khoảng 400 triệu lít/năm, gần đây đã xuất hiện rất nhiều nhà máy sản xuất bia liên doanh với nước ngoài. Các nhà máy này cùng với những cơ sở sản xuất quy mô nhỏ ở hầu hết các tỉnh thành trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng bia ngày càng tăng của mọi người. Vào khoảng những năm 80 của thế kỉ trước bia có thể coi là đồ uống xa xỉ đối với người lao động, nhưng hiện nay đời sống của người lao động đã dần được cải thiện, mức sống ngày càng cao hơn nên việc sử dụng bia hàng ngày càng trở nên phổ biến. Để đáp ứng nhu cầu này thì việc xây dựng thêm các nhà máy bia là rất thích hợp. Lập luận kinh tế Bia là một trong những loại nước uống giải khát được ưa chuộng nhất hiện nay. Trên thế giới bia được phổ biến rộng rãi và luôn được tiêu thụ với sản lượng lớn. Có thể ví dụ cụ thể theo thống kê trước đây thì các nước Đức, Mỹ có sản lượng bia lớn hơn 10 tỉ lít/năm. Còn ở Châu á thì sản lượng bia của Nhật & Trung Quốc cũng gần bằng với sản lượng bia của Đức & Mỹ là khoảng 7-10 tỉ lít/năm. Hiện nay ở Việt Nam đời sống của mọi người đều được nâng cao nên việc dùng bia làm nước giải khát hàng ngày trở nên thông dụng hơn. Tuy nhiều nhà máy mới mọc lên và đang áp dụng tiến bộ khoa học kĩ thuật, sử dụng dây truyền thiết bị hiện đại để tăng năng suất, nâng cao chất lượng nhưng vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ. Chính điều này đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nước giải khát nói chung và công nghệ sản xuất bia nói riêng. Giữa sự phát triển ngành công nghiệp bia & tăng trưởng kinh tế có sự tác động tương hỗ lẫn nhau. Phát triển công nghiệp bia tạo công ăn việc làm cho rất nhiều người lao động, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng, có doanh thu lớn, góp phần vào tăng trưởng kinh tế. Ngược lại, nền kinh tế phát triển tạo điều kiện cho đầu tư mở rộng sản xuất, mở rộng thị trường tiêu thụ cả trong nước và nước ngoài. Để thiết kế và xây dựng một nhà máy bia hoạt động có hiệu quả, việc đầu tiên là phải chọn được một địa điểm xây dựng thích hợp, thuận tiện về giao thông đường thuỷ, đường bộ để dễ vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu và sản phẩm. Phải gần nguồn cung cấp nước, có hệ thống thoát nước hợp lí không ảnh hưởng đến vệ sinh môi trường, đến sức khoẻ của người dân trong vùng. Phải gần nơi đông dân cư để có nguồn nhân lực dồi dào, tiêu thụ sản phảm thuận lợi. Từ những yêu cầu trên thì Thị Xã Sơn Tây là một nơi có đầy đủ các tiêu chuẩn để có thể xây dựng một nhà máy bia. Thị Xã Sơn Tây đang dần trở thành khu đô thị tiềm năng của đất nước. Thị Xã Sơn Tây năm bên dòng sông Hồng cách Hà Nội khoảng 40km có đường quốc lộ đi qua rất thuận tiện cho việc đi lại và vận chuyển. Ngoài ra Thị Xã Sơn Tây còn có khu du lịch Ao Vua – Khoang Xanh và sân gôn Đồng Mô thu hút một lượng khá lớn khách du lịch vào các ngày nghỉ cuối tuần và lễ tết. Bên cạnh đó khu công nghệ cao Phú Cát đang phát triển với một số lượng lớn lực lượng lao động, đây là nguồn tiêu thụ bia rất lớn. Thị Xã Sơn Tây là nơi có nhiều cảnh đẹp rất thanh bình nhưng lại mang dáng dấp của một đô thị đầy tiềm năng phát triển. Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt & hoa houblon đều được nhập từ nước ngoài như úc, Sec và Slovakia, Trung Quốc, Đức, Đan Mạch ... các nguồn nguyên liệu này từ các cảng biển theo đường quốc lộ chuyển về nhà máy rất dễ dàng. Nguyên liệu thay thế được thu mua trong tỉnh và các tỉnh lân cận. Thị Xã Sơn Tây có nhiều con sông nhỏ chảy trong thị xã và con sông Hồng lớn vào bậc nhất nước ta chảy qua, ngoài ra còn có nguồn nước ngầm rất lớn. Và Thị Xã Sơn Tây còn có 2 nhà máy nước nên cung cấp đủ nước sạch cho sản xuất bia và phục vụ sinh hoạt. Tuy nhiên trong sản xuất bia cần thiết phải có một lượng nước rất lớn và đạt yêu cầu kỹ thuật, để chủ động nhà máy có thể khoan giếng và lắp đạt hệ thống lắng, lọc, xử lý độ cứng để ổn định sản xuất. Nhà máy sử dụng mạng lưới điện quốc gia thông qua nguồn cung cấp điện thị xã và qua trạm hạ áp của nhà máy. Nhà máy có bộ phận chống cháy nổ, bình cứu hoả, cửa thoát hiểm, máy phát điện công suất vừa đủ để khắc phục vụ nhà máy không bị gián đoạn sản xuất. Nhiệt sử dụng trong nhà máy phát đi từ lò hơi chạy bằng nhiên liệu than. Có hai lò hơi làm việc đồng thời, người vận hành lò hơi phải có trình độ chuyên môn cao, phải thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị, sửa chữa và thay thế phụ tùng ngay khi cần thiết. Nguyên liệu sản xuất bia Malt đại mạch Malt đại mạch là sản phẩm không tồn tại trong tự nhiên, nó là một sản phẩm nhân tạo: cho hạt đại mạch nảy mầm và sự nảy mầm dừng lại ở sấy khô. Hạt đại mạch bao gồm: Lớp vỏ hạt: có vai trò như một màng bán thấm, chỉ cho nước thấm vào bên trong hạt đồng thời giữ các chất hoà tan trong hạt không cho thấm ra ngoài. Vỏ hạt chiếm một giá trị khá lớn nhưng không có giá trị dinh dưỡng. Đối với công nghệ sản xuất bia vỏ hạt gây ảnh hưởng hai mặt, mặt bất lợi là vì trong vỏ chứa các chất màu, các chất đắng & chất chát. Nếu những chất này hoà tan vào dịch đường sẽ làm giảm chất lượng của sản phẩm. Mặt lợi của vỏ là nó đóng vai trò xây dựng màng lọc trong quá trình tách bã khỏi khối cháo. Nội nhũ: là phần lớn nhất đồng thời là phần giá trị nhất của hạt. Cấu trúc của nội nhũ gồm các tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy các hạt tinh bột, một ít protein, xelluloza, chất béo, đường. Phôi: là phần sống của hạt, trọng lượng cả phôi chỉ chiếm khoảng 2,5-5% so với trọng lượng của hạt. Vai trò của phôi có tầm quan trọng đăc biệt không những đối với sự sống lưu truyền của cây mà ngay cả trong công nghệ sản xuất bia. Quá trình chế biến hạt để trở thành malt dựa vào sự nảy mầm của hạt hay sự phát triển của phôi. Trong giai đoạn này quá trình sinh học chủ yếu xảy ra là sự hoạt hoá và tích luỹ hoạt lực của enzyme trong hạt. Phôi là trạm hoạt hoá và là nhà máy sản xuất enzyme, nếu thiếu nó thì cơ sở lí thuyết của quá trình sản xuất malt coi như sụp đổ. Malt đại mạch là nguyên liệu chính cho sản xuất bia, Malt được sản xuất từ đại mạch. Quá trình quan trọng nhất để đại mạch chuyển thành malt là quá trình nảy mầm. Mục đích của quá trình này là biến hạt đại mạch thành sản phẩm giàu các enzim xúc tác sinh học, có hương vị thích hợp, màu sắc mong muốn cho loại bia sẽ sản xuất. Hoạt hoá & nâng cao năng lực của enzim chủ yếu có trong đại mạch, ứng dụng thuỷ phần hợp chất cao phân tử, chuyển hoá một phần chính đại mạch (dịch chiết, dịch lên men) khi hoạt lực enzim tăng dễ dàng cho quá trình sản xuất bia, tạo nhiệt độ, độ ẩm và môi trường thích hợp để phôi phát triển, hệ enzim thuỷ phân trong hạt đại mạch giải phóng khỏi trạng thái liên kết để trở thành trạng thái tự do, tăng cường hoạt động tích luỹ các hệ enzim như amylaza, proteaza và một số enzim khác. Nhờ lượng tích tụ trong hạt kết quả là sự thuỷ phân tinh bột, protit, hemixenllulo, các phốt pho hữu cơ diễn ra triệt để hơn. Sau quá trình nảy mầm đem sấy khô tách rễ và làm sạch. Thành phần hoá học của đại mạch. Thành phần hoá học của đại mạch rất phức tạp. Các chỉ số về thành phần hoá học là nhân tố quyết định chất lượng của đại mạch để xem xét loại đại mạch đó có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt hay không. Đối với cộng nghệ sản xuất bia, các hợp phần sau quan trọng hơn cả: Nước (thuỷ phần). Thuỷ phần của đại mạch có ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Hàm ẩm cao sẽ kích thích quá trình hô hấp và tự bốc nóng của hạt. Hai quá trình này là nhân tố quan trọng nhất làm hao tổn chất khô. Thuỷ phần cao quá mức cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Đặc biệt nguy hiểm là các loại vi khuẩn hoại sinh gây thối rữa cho hạt. Gluxit. Monosaccharit gồm glucoza, fructoza. Disaccharit chủ yếu là saccharoza & maltoza. Trisaccharit là đường raphinoza. Polysaccharit là hợp phần chiếm nhiều nhất trong thành phần gluxit của hạt đại mạch bao gồm: tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentoza & amilan. Tinh bột. Hơn một nửa khối lượng chất khô của đại mạch là tinh bột, với chủng giống có chất lượng cao có thể đạt 70%. Với công nghệ sản xuất malt và bia, tinh bột có 2 chức năng: thứ nhất là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi & thứ hai là nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đường trước lúc lên men. Tinh bột được phân bố chủ yếu ở nội nhũ và một phần rất ít ở phôi. Chúng tồn tại dưới dạng khối lập thể, có kích thước khá bé gọi là “hạt tinh bột”. Tính chất hồ hoá của tinh bột có ý nghĩa lớn: tinh bột đã được hồ hoá sẽ đường hoá nhanh hơn và triệt để hơn. Tinh bột gồm amylopectin và amyloza. Amyloza bao gồm các gốc đường glucoza liên kết với nhau qua cầu oxy a-1,4 glucozit và tạo mạch thẳng. Amylopectin bao gồm các gốc đường glucoza liên kết với nhau qua cầu oxy a-1,6 và a-1,4 glucozid và tạo mạch nhánh. Mạch amyloza được xoắn theo vòng và có cấu trúc không gian giống như chiếc lò xo. Khi tiếp xúc với dung dịch I2 thì chúng bị hấp thụ vào khoảng không của chiếc lò xo và tạo thành phức chất phản quang màu xanh. Khi cấu trúc lò xo bị phá vỡ thì tính chất này cũng không còn. Đối với tác dụng của enzyme amylaza, mạch amyloza bị phân cắt thành các đường đơn giản maltoza và glucoza. Amylopectin là chất vô định hình, nó không tan trong nước nóng mà chỉ tạo thành hồ, với dung dịch I2 amylopectin chuyển thành màu tím. Trong môi trường giàu nước tinh bột bị thuỷ phân bởi hệ enzyme amylaza để tạo thành dextrin, đường kép maltoza, một ít glucoza và một số oligosaccharit. Các oligosaccharit này cùng với một ít dextrin thấp phân tử hoà tan bền vững vào nước để tạo thành chất hoà tan của dịch đường trước lúc lên men. Sự thuỷ phân tinh bột bởi enzyme amylaza đóng vai trò lớn trong công nghệ sản xuất malt và bia vì đây là phản ứng có tính chất nền tảng để xây dựng cơ sở lí thuyết của quá trình ngâm, ươm mầm, sấy malt và đường hoá nguyên liệu. Xelluloza. Xelluloza được phân bố chủ yếu ở vỏ trấu, chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Phân tử xelluloza gồm 2000-10000 gốc đường glcoza, xelluloza rất dai và khó bị phân cắt trong môi trường bình thường. Xelluloza không tan trong nước, hầu như không thay đổi về thành phần và cấu trúc trong suốt tiến trình sản xuất bia. Xelluloza đóng vai trò quan trọng trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo lớp màng lọc phụ lý tưởng. Hemixelluloza. Hemixelluloza là thành phần chủ yếu tạo nên tế bào, là một phức hệ gồm pentoza, hexozan và axit uronic. Dưới tác dụng xúc tác của nhóm enzyme sitaza, hemixelluloza bị thuỷ phân thành hexoza và pentoza. Tất cả những đường đơn này hoà tan bền vững vào dịch đường và tạo thành chất chiết, là nguồn cung cấp dinh dưỡng quan trọng cho nấm men. Các hợp chất pectin và hợp chất keo. Nó là dạng keo vì khi chúng hoà tan vào nước nóng thì tạo dung dịch có độ nhớt cao. Sự tồn tại của hợp chất pectin và chất dạng keo trong dịch đường mang tính 2 mặt. Mặt tiêu cực là làm cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc, còn mặt tích cức là tạo cho bia có vị đậm đà và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt của sản phẩm. Saccharit thấp phân tử. Saccharit thấp phân tử chủ yếu là một số đường đơn và đường kép. Các loại đường đơn giản trong hạt đại mạch tuy ít nhưng chúng đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của phôi, đặc biệt là giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm. Các hợp chất chứa Nitơ Hàm lượng các hợp chất chứa N2 trong đại mạch khoảng 9-10% chất khô của hạt. Tuy chiếm tỷ lệ thấp nhưng chúng đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của phôi, đặc biệt là giai đoạn đầu của quá trình ươm mầm. Protit. Protit là chỉ số quan trọng thứ 2 sau tinh bột để đánh giá xem lô hạt có đủ tiêu chuẩn để sản xuất bia hay không. Nếu hàm lượng cao quá bia dễ bị đục, rất khó bảo quản, nếu quá thấp quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm đà và kéo theo chỉ số non yếu khác. Hàm lượng protit tốt nhất cho sản xuất bia là 8-10%. Khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia cũng như độ bền keo của chúng phụ thuộc trước hết vào mức độ thuỷ phân của protit. Không những thế các thông số này còn phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các cấu tử sản phẩm tạo thành trong quá trình thuỷ phân. Protit trong đại mạch gồm 2 nhóm là protein và proteit Protein gồm một số như levkozin, edestin, hodein và glutelin. Trong quá trình sản xuất malt và bia thì levkozin, edestin và một phần hodein hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia còn các cấu tử khác bị kết lắng và thải ra ngoài theo bã malt và cặn lắng. Proteit được tạo thành từ một phân tử có bản chất protein và một phân tử khác có bản chất phi protein. Điểm chung của proteit là kém hoà tan hoặc hoà tan không bền vững. Trong sản xuất bia, proteit gây ảnh hưởng âm tính trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, loại bỏ tối đa cấu tử này khỏi dịch đường là công việc cần thiết nhưng cũng rất khó khăn. Các hợp chất chứa N2 phi protit. Albumin và pepton có vai trò lớn trong việc tạo và giữ bọt đồng thời làm tăng vị đẫm đà của bia. Nhưng ở hàm lượng cao chúng làm giảm độ bên keo của bia vì chúng chính là tác nhân gây đục. Peptit được tạo thành từ những gốc acit amin, chúng dễ dàng hoà tan vào dịch đường để tạo dung dịch bền vững và tồn tại trong bia như những thành phần dinh dưỡng. Acit amin chỉ chiếm khoảng 1% chất khô nhưng có vai trò lớn trong sản xuất bia, là nguồn cung cấp N2 cho nấm men, là tác nhân chính tạo melanoit, tham gia tạo bọt và tồn tại trong bia như một thành phần dinh dưỡng quan trọng. Các hợp chất không chứa Nitơ. Polyphenol: tập trung chủ yếu ở lớp vỏ, dễ dàng kết hợp với protit cao phân tử tạo phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Mặt khác sự hoà tan của polyphenol vào dịch đường lại làm xấu đi hương và vị của bia. Chất chát và chất đắng thuộc nhóm lipoit, là nguyên nhân gây ra vị đắng khó chịu cho bia. Phitin là muối đồng thời của Canxi và Magiê với axit inozit photphoric, khi bị thuỷ phân tạo inozit và axit phosphoric. Hợp chất này là nguồn cung cấp photpho cho nấm men đồng thời làm tăng độ chua của dịch cháo ở giai đoạn đường hoá, đây là biện pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu suất thuỷ phân. Vitamin: B1, B2, B6, C, PP2, tiền vitamin A, E, acit pantoteic, biotin, acit pholievic và những dẫn xuất vitamin khác, chúng là nhân tố điều hoà sinh trưởng của mầm. Chất khoáng: phân tích theo % trọng lượng tro: P2O5 35%; SiO2 26%; K2O 21%; MgO 9%; CaO 2,8%; Na2O 2,4%; Fe2O3 1,5%; Cl 1%... Các chất khoáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất malt và bia: nguyên tố P tham gia hình thành hệ thống đệm của dịch đường. Pherment (enzyme). Enzyme có vai trò đặc biệt trong công nghệ sản xuất bia. Giai đoạn ươm mầm, hạt hút nước bổ sung đến 43-44% thì hệ enzyme được giải phóng khỏi trạng thái liên kết, chuyển thành trạng thái tự do. Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực enzyme đạt mức tối đa, nhờ đó đến giai đoạn đường hoá chúng có khả năng thuỷ phân hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ hạt. Các sản phẩm thuỷ phân được hoà tan vào nước và trở thành chất chiết của dịch đường. Trong hạt đại mạch gồm 2 nhóm enzyme chính là hyđrolaza và decmolaza. Hydrolaza gồm một số enzyme có vai trò thuỷ phân tinh bột: Diastaza: phân cắt tinh bột thành các sản phẩm dạng đường và dextrin gồm 2 enzyme: a - amylaza và b - amylaza. Enzyme a - amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza và dextrin, là enzyme chịu nhiệt nhưng lại kém chịu chua, nhiệt độ thích hợp 70°C, pH = 5,7. Enzyme b - amylaza tác động trực tiếp lên mạch amyloza, mạch nhánh và hai đầu chính của amylopectin, sản phẩm là đường maltoza và dextrin, nhiẹt độ thích hợp là 63°C, pH = 4,7. Sitaza gồm 2 enzyme: sitoclactaza và sitolitaza. Enzyme đầu thuỷ phân hemixelluloza thành các sản phảm trung gian, còn enzyme sau thuỷ phân các sản phẩm trung gian thành sản phẩm cuối cùng là pentoza và hexoza. Nhờ có quá trình phân cắt này, thành tế bào bị phá huỷ, tạo điều kiện cho các enzyme khác xâm nhập vào và nâng cao hoạt lực. Proteinaza là enzyme thuỷ phân protein thành albumoza và pepton, sau đó chúng tiếp tục bị phân cắt thành peptit và polypeptit. Độ chua thích hợp cho nhóm enzyme này hoạt động là pH = 4,6-5,0, nhiệt độ 50°C. Peptidaza gồm 2 enzyme: đipeptiaza và polypeptidaza, chúng tác động lên phân tử của các đipepti và polypeptit để phân cắt chúng thành axit amin. Peptidaza hoạt động mạnh nhất ở pH = 7,5 và ở nhiệt độ 50-52°C. Lipaza phá vỡ liên kết este giữa rượu đơn hoặc đa chức với các acid béo bậc cao. Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của lipaza là 35°C, pH = 5. Amilophosphataza tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột, chúng cắt mối liên kết este của axit phosphoric trong phân tử amylopectin. Nhờ quá trình này tinh bột được hồ hoá một cách dễ dàng hơn. nhiệt độ tối ưu của enzyme này là 70°C, pH = 5,6. Fitaza phá vỡ mối liên kết este giữa axit phosphoric với inozit, tức chúng tham gia thuỷ phân fitin. Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia vì H3PO4 được giải phóng sẽ tăng độ chua tác dụng và tăng cường lực đệm của dịch đường. Decmolaza xúc tác phản ứng oxy hoá khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit (thực chất là quá trình lên men rượu) nghĩa là chúng tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của tế bào. Nhóm enzyme này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hoá và phát triển của phôi ở giai đoạn ươm mầm. Chỉ tiêu chất lượng của malt trong sản xuất bia: Hình dáng bên ngoài của hạt: Hạt phải thống nhất về màu sắc: vàng nhạt óng ánh (giống như màu rơm), hạt có màu xanh là hạt chưa chín, màu đậm là thu hoạch bị ẩm, hạt có chấm màu nâu hoặc xám (đặc biệt là hai đầu hạt) là dấu hiệu bị mốc, không có khả năng nảy mầm, hạt có mùi thơm đặc trưng (giống màu rạ tươi). Hạt phải thống nhất về độ thuần khiết của giống lúa: với một loại giống đại mạch có chế độ xử lý kỹ thuật để đạt chất lượng yêu cầu. Trong sản xuất chỉ chấp nhận 5% các hạt ngoại lai khi dùng số lượng hạt đại mạch lớn. - Trọng lượng đại mạch nhỏ hơn (7 á 9)% trọng lượng hạt, không dùng hạt có chỉ số lớn hơn 9% (10% á 12%). - Dung trọng: Đại mạch loại 1 dung trọng ³ 680g/l hạt. Đại mạch loại 2 dung trọng (650 á 680)g/l hạt. Đại mạch loại 3 dung trọng (630 á650)g/l hạt. - Trọng lượng tuyệt đối: đại mạch trung bình bằng (35 á 45)g/1000 hạt. Đại mạch loại nặng > 44g/1000 hạt. Đại mạch loại trung = (44 á 45)g/1000 hạt. Đại mạch loại nhẹ = (35 á 40)g/1000 hạt. Trong sản xuất chỉ dùng hai loại trên, loại thứ ba chỉ dùng với một tỷ lệ nhất định thông thường không quá (15 á 20)%. - Hàm lượng ẩm (w): phải đạt trung bình (10 á 15)%. Khi bảo quản tốt nhất w = (12 á 13)% & không vượt quá 13% khi tàng trữ & w tối thiểu cho phép là 10%. Trên 13% (nhất là > 15% á 16% hạt dễ bốc nóng, khó bảo quản, nếu độ ẩm < 10% hạt nhanh chóng mất khả năng nảy mầm. - Hàm lượng protit: di chuyển trong giới hạn (8 á 14)% chất khô của hạt. Protit càng nhiều, tinh bột càng giảm & do đó chất hoà tan càng thấp. Đại mạch có nhiều prôtit quá thì khó chế biến. Nhưng ngược lại protit < 8% thì không thích hợp cho sản xuất bia vì bia ít bột. Đại mạch chất lượng cao nếu protid chiếm từ (9 á 11)% chất khô. - Hàm lượng tinh bột: chiếm từ (55 á 65)% trọng lượng hạt. Đại mạch dùng để sản xuất bia phải có lượng tinh bột không nhỏ quá từ (63 á 65)% tính theo chất khô. Ngoài ra malt dùng để sản xuất bia không được lẫn cát, rác cỏ, các loại thóc khác, tất cả phải thuộc một nhóm đồng nhất. Nhìn hạt thóc tốt, khô, vỏ mọng không có vết là loại đại mạch nhiều tinh bột chuyên dùng để sản xuất bia vàng. Nguyên liệu thay thế. Để hạ giá thành sản xuất, cải tiến mùi vị của bia và nhằm mục đích để được lâu dài, trong sản xuất bia người ta thường trộn lẫn một số đại mạch chưa nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác để thay thế thóc mầm, cũng có khi dùng tinh bột hoặc các loại đường (gluco, saccaro, malto ...) để làm nguyên liệu thay thế. Gạo là nông sản chủ yếu chủ yếu của các nước phương đông như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật, Triều Tiên ..., thành phần của gạo gồm tinh bột chiếm từ (70 á 75)% chất khô, các loại đường chiếm từ (2 á 5)% chất khô, protit từ (7á 8)% chất khô, chất béo từ (1 á 1,5)% chất khô, chất khoáng từ (1 á 1,2)% chất khô. Ta nhận thấy rằng gạo chứa nhiều tinh bột & ít protit do đó trong quá trình nấu ta thu được một lượng lớn các chất hoà tan (khoảng 90% chất khô). Qua đó ta thấy gạo là một sản phẩm phụ rất tốt thường được dùng để nấu kết hợp với malt (tỷ lệ thường là 20%) & thu được những loại bia có chất lượng cao. Ngoài gạo người ta còn dùng tiểu mạch, ngô làm nguyên liệu thay thế. Tuy nhiên tiểu mạch không có vỏ trấu và khi bột tiểu mạch tiếp xúc với nước thì protein của chúng dễ tham gia quá trình hydrat hoá để tạo thành phức chất keo tụ. Phức chất này có đặc điểm là rất dai và dẻo, có thể kéo thành sợi được gọi là gluten. Vì tính chất quí giá này mà tiểu mạch chỉ được dùng để sản xuất bánh mỳ, vạn bất tắc dĩ mới sử dụng chúng trong sản xuất bia. Còn với ngô thì trong công nghệ sản xuất bia, loại ngô được dùng thay thế malt đại mạch chủ yếu là loại trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, protein thấp) và được sử dụng dưới dạng bột đã nghiền nhỏ. Một trở ngại lớn khi đưa ngô vào sản xuất bia là phôi của chúng quá lớn, hàm lượng chất béo nhiều, khó lọc và giảm độ bền keo cũng như khả năng tạo bọt của bia. Để sử dụng loại cốc này có hiệu quả, trước lúc đưa vào chế biến dịch đường ngô phải qua một công đoạn tách phôi và vỏ. Hoa houblon. Hoa houblon là một loại cây sống lâu năm, thuộc họ cây leo, chiều cao trung bình của cây houblon thường từ (10 á 15) m, lá cây hình bàn tay. Hoa houblon gồm hoa đực và hoa cái. Trong ngành sản xuất bia người ta chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn, hoa đực không sử dụng được vì nó rất bé và chứa rất ít hương lupulin. Cấu tạo của hoa houblon có những thành phần chính sau: cuống hoa, cánh hoa và những hạt lupulin vàng óng tựa phấn hoa. Những hạt phấn hoa này chứa chất đắng và chất thơm của hoa houblon. Lượng hạt này phụ thuộc vào giống và điều kiện trồng hoa houblon. Người ta đã chứng minh rằng ở điều kiện thời tiết nhiều ánh nắng mặt trời thì hoa sẽ có nhiều hạt lupulin hơn. Hoa houblon có hình dạng quả trứng, dài từ (3 á 4) cm, màu hoa khi chín thường từ vàng đến vàng óng. Trọng lượng từng phần của hoa như sau: cánh hoa (66 á 67)%, hạt lupulin (19 á 20)%, cuống hoa (7 á 8)% và những cuống con của cánh hoa (5 á 6)%. Hiện nay có trên 100 giống hoa houblon trên thế giới. Thành phần chủ yếu trong hoa houblon: trong hoa houblon có chứa đựng những hợp chất đặc trưng cho loại hoa này như chất thơm, tinh dầu thơm ... những hợp chất này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong sản xuất bia. Ngoài những hợp chất đặc trưng trong hoa còn chứa đựng những hợp chất khác tượng tự các loại thực vật, một vài trong những hợp chất ấy cũng có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật. Thành phần hoá học của hoa houblon được tính ra % chất khô như sau: -Nước: (11 á 12)%. - Chất đắng: (12 á 21)%. - Tanin: (2,5 á 6)%. - Chất có N: (10 á 21)%. - Cellulo: (12 á 14)%. - Chất tro: (5 á 8)%. - Những chất hoà tan không có N: (26 á 28)%. Chất đắng. Chất đắng là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon. Nó tạo cho bia vị đắng đặc biệt và dễ chịu, tạo một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia khi hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia. Các chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao, tạo sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt rất lâu. Với nồng độ khá thấp, các chất đắng cũng có khả năng ức chế rất nhanh sự phát triển của vi sinh vật. Vì vậy chúng có tính kháng khuẩn rất cao và nhờ đó làm tăng độ bền sinh học của bia thành phẩm. Thành phần chất đắng trong hoa houblon gồm nhiều hợp chất (tính theo % chất khô): a - acid đắng: 6-9%. b - acid đắng: 3-4%. Nhựa mềm: 5-6%. Nhựa cứng: 1-2%. a - acid đắng. Cấu tử chất đắng quan trọng số một này bao gồm 6 hợp chất: humulon, cohumulon, adhumulon, prehumulon, posthumulon & 4 – deoxyhumulon. Khả năng hoà tan của a - acit đắng trong nước khoảng 500 mg/l, trong dịch đường thì ít hơn và trong bia thì hầu như không đáng kể. ở giai đoạn đun sôi dịch đường với hoa houblon các hợp chất humulon không hoà tan trực tiếp vào mà chúng phai trải qua giai đoạn trung gian là quá trình đồng phân hoá. Sau đó các chất đồng phân này hoà tan và bị thuỷ phân thành các sản phẩm có độ đắng cao hơn nhiều so với hợp chất nguyên thuỷ. b - axit đắng. Nhóm axit này gồm: lupulon, colupulon, adlupulon, prelupulon. Lupulon là hợp chất dạng tinh thể, màu trắng dạng lăng kính hoặc que dài, nóng chảy ở 92°C. So với humulon thì lupulon kém đắng hơn nhưng tính kháng khuẩn cao hơn. Nếu bị oxy hoá b - axit đắng chuyển thành hulupon, nếu phản ứng kéo dài hulupon sẽ bị polyme hoá trở thành nhựa mềm và sau đó thành nhựa cứng. Nhựa mềm. Nhựa mềm là polyme của các axit đắng, là chất vô định hình, chưa được xác định về thành phần hoá học. Khả năng hoà tan của nhựa mềm vào dịch đường cao hơn b - axit đắng vì vậy chúng tạo ra được lực đắng khá lớn cho bia. Đây là hợp phần có giá trị của chất đắng. Nhựa cứng. Nhựa cứng là polyme của các acit đắng nhưng ở mức độ cao hơn nhiều so với nhựa mềm. Chúng được hình thành trong quá trình sấy và bảo quản. Cấu tử này hầu như không hoà tan vào nước và dịch đường, chúng thải ra ngoài theo cặn lắng. Đây là hợp phần không có giá trị trong công nghệ sản xuất bia. Tinh dầu thơm. Tinh dầu của hoa houblon hoà tan vào dịch đường, tồn tại trong bia và tạo ra cho nó một mùi thơm đặc trưng, rất nhẹ nhàng, dễ chịu. Tinh dầu thơm là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt hoặc không màu, có mùi thơm rất mạnh. Tỷ trọng của chúng là 0,88, dễ hoà tan trong rượu etylic nồng độ cao. Trong nước tỷ lệ hoà tan của chúng không đáng kể. Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường. Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon có đến 98% lượng tinh dầu bay ra ngoài theo hơi nươc, chỉ còn lại 2% tồn tại ở trong bia. Đối với bia vàng thì lượng tinh dầu 2% này quyết định hương thơm của chúng. Chất chát. Chất chát (tanin) trong hoa houblon có ý nghĩa nhất định trong quá trình kỹ thuật và ảnh hưởng tới chất lượng bia, giúp cho dịch đường trong nhanh và làm kết tủa những chất protit không bền vững, làm tăng độ bền vững của bia. Với lượng chất chát vừa phải nó gây bia có vị chát nhẹ, dễ chịu, nếu lượng này nhiều sẽ gây cho bia chát và đắng. Người ta sử dụng tanin của hoa houblon để loại các cấu tử protein khó biến tính và kết lắng ra khỏi dịch đường vì chúng tồn tại trong bia sẽ gây đục sau này. Chất có chứa Nitơ. Trong hoa houblon có chứa 1 số chất mà những chất ấy có chứa N: protit, albumin, pepton, axitamin, muối amon ... trong số này có khoảng 44% những chất chứa N có khả năng kết tủa với axit phospho – wolfram. Tiếp đến khoảng 20% là muối amon, amit và 19% amin và những chất khác. Nước. Nước là 1 trong các nguyên liệu chính để sản xuất bia chiếm (80 á 90)% trọng lượng bia thành phẩm. Thành phần hoá học và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới toàn bộ kỹ thuật sản xuất và ảnh hưởng rất lớn tới đặc điểm, tính chất và chất lượng bia thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn, một phần dùng để đun sôi, hồ hoá, đường hoá, một phần để rửa men, rửa thiết bị và nấu hơi. Việc sử dụng nước rộng rãi như vậy đòi hỏi nước phải có thành phần và tính chất thích hợp nhất định. Thành phần của nước phụ thuộc vào nguồn của nó. Nước mạch thường chứa nhiều muối và chất hữu cơ hơn, nước mưa chứa nhiều khí hơn. Phụ thuộc vào thành phần của các lớp đất mà nguồn nước đi qua, những dòng nước mạch có những lượng muối và chất hữu cơ theo tỷ lệ khác nhau. Đặc biệt acit cacbonat rất thừa thãi trong đất, nó hoà tan cacbonat kiềm thổ và những cacbonat khác và đưa chúng về các dạng bicacbonat. Nước thiên nhiên rất giàu các muối hoà tan dạng ở dạng ion, trong đó nhiều nhất là các catrion Ca, Mg, Na, K, Fe, Al ... và các anion -OH, -HCO3, -NO2 ... Trong trường hợp dưới khái niệm nước dùng để nấu bia ta có thể hiểu là nước dùng để nấu dịch lên men. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng đến quá trình hồ hoá, đường hoá. Ngoài ra các muối của chúng đi vào thành phần của dịch đường và hoa, tham gia vào sự hình thành mùi vị và một vài tính chất của bia. Các muối trong nước tác dụng tương hỗ với các thành phần, tính chất của dịch đường và bia. Các bicacbonat và cacbonat có trong nước sẽ hoà tan những chất đắng trong vỏ malt, những chất đắng này gây cho dịch đường và bia có vị đắng khó chịu. Đặc biệt Na2CO3 và NaHCO3 hoà tan cả các chất chát của malt gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia. Nước để rửa men và thiết bị đỏi hỏi phải sạch, không được chứa nhiều các hợp chất hữu cơ và vi sinh vật. Đặc biệt đối với các vi sinh vật và vi trùng có ảnh hưởng trực tiếp đến những quá trình kỹ thuật sản xuất bia, phải thường xuyên kiểm tra dưới kính hiển vi để xác định lượng vi sinh vật có trong nước, nếu lượng này nhiều quá ta phải tiến hành sát trùng. Nước dùng để rửa thiết bị không được chứa NH3 và các nitrit. Tốt nhất ta nên dùng nước có độ cứng thấp đến độ cứng trung bình. Về mặt cảm quan nước phải thoả mãn yêu cầu giống như đối với nước dùng để uống. Chất lượng của nước: - Độ cứng của nước Ê (4 á 10)°Đ. - Độ pH = (6,5 á 7)%. - Hàm lượng muối < 50 mg/l. - Hàm lượng muối < 100 mg/l. - Hàm lượng muối : (75 á 150) mg/l. - Hàm lượng CaSO4: (150 á 200) mg/l. - Hàm lượng < 0,3 mg/l. - Vi sinh vật Ê 100 tế bào/lít. - Các kim loại nặng: không có. - Các vi sinh vật gây bệnh: không có. - Ecoli Ê 2% (2 tế bào/lít). Nấm men. Nấm men dùng để sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces. Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúng là (25 á 30)°C, nhưng một số loài trong giống này vẫn có thể phát triển tốt ở nhiệt độ (2 á 3)°C. Nấm men bia ngừng hoạt động ở nhiệt độ trên 40°C và có thể chết dần ở nhiệt độ này nhưng chúng lại chịu được nhiệt độ thấp rất tốt, thậm trí ở nhiệt độ -180°C chúng vẫn sống. Khác với các vi sinh vật khác, nấm men bia có thể phát triển trong môi trường có oxy lẫn môi trường không có oxy. Trong quá trình lên men bia, lúc đầu môi trường mới có oxy hoà tan, nấm men dùng oxy đó để oxy hoá cơ chất, tạo năng lượng cho sinh sản và phát triển. Khi đã trải qua một giai đoạn lên men, lượng oxy hoà tan cạn dần thì tế bào nấm men lại thu năng lượng nhờ hệ enzim đặc biệt của mình qua phản ứng oxy hoá khử các cơ chất. Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hoá nguyên liệu thành sản phẩm. Căn cứ vào tính chất của quá trình lên men bia, người ta chia nấm men ra làm 2 loại: nấm men nổi và nấm men chìm. Nấm men nổi thuộc loại Saccharomyces cerevisiae, loại này chỉ phát triển và tạo quá trình lên men bia ở nhiệt độ tương đối cao từ (12 á 13)°C trở lên. Sở dĩ người ta gọi chúng là nấm men nổi vì trong quá trình lên men, tế bào của chúng nổi lơ lửng trong dịch lên men và tập chung ở bề mặt dịch. Do trải đều trên toàn khối dịch lên men nên tế bào có điều kiện tiếp xúc rộng lớn với cơ chất trong môi trường, tác động đều lên cơ chất ở khắp mọi nơi, xúc tiến quá trình lên men nhanh chóng và mạnh mẽ. Tuy nhiên sử dụng nấm men nổi đòi hỏi phải kem theo biện pháp lọc cẩn thận mới có sản phẩm trong suốt, vì tế bào nấm men lởn vởn trong dịch lên men ngay cả ở cuối thời kỳ lên men phụ. Nấm men chìm thuộc loài Saccharomyces carlsbergensis, loài này phát triển tốt ngay ở nhiệt độ thấp khoảng (6 á 7)°C. Công nghệ sản xuất bia bằng loài nấm men chìm đang được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các tỉnh & thành phố của cả nước. Nấm men chìm có khả năng đặc biệt là trong quá trình phát triển, tế bào của chúng dính vào nhau thành chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận tiện cho việc tách lớp tế bào đó làm nấm men giống cho đợt sản xuất tiếp sau. Do tính chất này mà bề mặt tiếp xúc giữa môi trường với tế bào nấm men bị hạn chế, khả năng tiêu hao nguồn cơ chất để tạo thành các sản phẩm lên men chậm. Đây là lý do để người ta ít sử dụng loại nấm men chìm vào mục đích rút ngắn thời gian lên men bia hay còn gọi là công nghệ sản xuất bia ngắn ngày trừ trường hợp lên men có khuấy trộn. Vì nấm men lắng xuống đáy thiết bị thành lớp dính chặt nên thông thường đến cuối giai đoạn lên men phụ, bia đã trong, khâu lọc thành phẩm trở nên đơn giản và dễ dàng. Nguyên liệu phụ. Chế phẩm enzyme Termamyl. Dùng chế phẩm enzyme Termamyl để phá vỡ màng tinh bột biến chúng thành trạng thái hoà tan của dung dịch và thuỷ phân một phần tinh bột. Chế phẩm enzyme Termamyl có bản chất là enzyme a- amylaza chịu nhiệt, pH trung tính, ở dạng lỏng, được sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus licheniformiss trong phân tử có Ca2+. Nó có khả năng chịu nhiệt cao hơn các chế phẩm enzyme a- amylaza từ nấm men và nấm mốc, nhiệt độ tối ưu là 90-95°C, điều này rất thuận lợi cho dịch hoá tinh bột gạo vì nhiệt độ hồ hoá gạo là 86°C. Enzyme này thuỷ phân tinh bột ở mối liên kết a-1,4 glucozit trong phân tử amyloza và amylopectin. Vì vậy tinh bột sẽ chóng bị phân giải thành dextrin tan trong nước. Hàm lượng sử dụng enzyme này là 0,1% so với nguyên liệu thay thế. Khi sử dụng enzyme có thể tăng hiệu suát thu hồi chất hoà tan, tăng tỷ lệ nguyên liệu thay thế, giảm giá thành sản phẩm. Chế phẩm enzyme Cereflo. Đây là tên thương mại của enzyme b - glucanaza, hoạt động tối ưu ở pH = 5,5 – 6,0, nhiệt độ 50 - 60°C, có tác dụng làm giảm độ nhớt dịch đường, tăng hiệu suất lọc, tăng khả năng trích ly các chất vào dịch đường. Vì vậy đưa ngay chế phẩm này vào đầu quá trình đường hoá, nồng độ 0,06% so với nguyên liệu thay thế. Chế phẩm enzyme Fungamyl. Đây là enzyme 1,4 a D – glucan glucanohydrolaza, sản phẩm thuỷ phân chủ yếu là đường maltoza và làm tăng khả năng lên men của dịch đường từ 2-5%. Nó hỗ trợ đắc lực cho Termamyl trong vai trò đường hoá tinh bột đã dịch hoá, nhất là khi tỷ lệ nguyện liệu thay thế lớn (từ 35-65%). Các nguyên liệu khác. Axit lactic để điều chỉnh pH đến pH = 5,3 – 5,5 khi đường hoá. Các hoá chất vệ sinh tấy rửa thiết bị, thùng chứa, đường ống: HNO3, NaOH, nước vô trùng, nước P3 chứa trong các thùng CIP. Không khí sạch dùng cho quá trình lên men sơ bộ nên cần qua bộ phận làm sạch không khí, lọc tách dầu, bụi đất cát, vi sinh vật. Đó là thiết bị lọc túi. CO2 thu được từ quá trinh lên men cho qua máy nén vào kho thu hồi CO2. Chọn dây chuyền sản xuất. Nghiền nguyên liệu. Do gạo có cấu trúc hạt tinh bột cứng, chưa bị tác động bởi enzyme, khó bị hồ hoá nên cần chọn phương pháp nghiền phá vỡ màng tinh bột, phá vỡ một phần cấu trúc hạt tinh bột, bọt nghiền càng mịn càng tốt. Chọn thiết bị là máy nghiền búa. Cấu tạo của máy nghiền búa bao gồm một sàng phân loại hình trụ khuyết (có thể hình dạng khác), trong đó có một roto quay, trên rôto lắp nhiều đĩa, trên mỗi đĩa được gắn nhiều lưỡi dao bằng thép. Bằng lực cơ học, khi rôto quay (thông thường 2940 vòng/phút) các lưỡi dao sẽ chém hạt nát vụn. Kết quả nghiền gạo: Tấm lớn < 25%. Tấm nhỏ > 35%. Bột mịn > 75%. Nghiền malt có nhiều phương pháp khác nhau: chia làm 2 dạng lớn. Nghiền khô với các phương pháp: + Nghiền khô thường. + Nghiền khô có phun ẩm vỏ. + Nghiền khô mịn. Ưu điểm chung của nghiền khô là nghiền theo ngày, có thể nghiền trước khi nấu một ngày. Nghiền ướt với các phương pháp: + Nghiền ướt có ngâm. + Nghiền ướt không ngâm. Ưu điểm của nghiền ướt là vỏ malt được giữ nguyên vẹn, hạn chế trích ly các chất gây mùi vị lạ vào trong dịch đường. Thiết bị nghiền malt: Chọn thiết bị nghiền malt là máy nghiền bốn trục, một sàng. Máy nghiền bốn trục, một sàng được dùng trong trường hợp malt có độ nhuyễn tốt, hoặc sản xuất các loại bia phổ thông. Cấu tạo của máy nghiền trục có hai cặp trục phân bố trên và dưới, ở giữa là sàng rung phân loại. Malt sau khi được nghiền qua cặp rulô thứ nhất, bột nghiền được đổ xuống sàng. lọt qua lỗ sàng là bột và tấm bé. Hai pha này được thu gom vào thùng chứa tạm, còn vỏ và tấm lớn nằm lại trên sàng được đổ vào cặp rulô thứ hai để nghiền lại một lần nữa. Chiều dài của rulô rất khác nhau, dao động trong khoảng 350 - 1250 mm phụ thuộc vào công suất của máy, còn đường kính từ 200 – 300 mm. Rulô nghiền được sắp xếp theo từng cặp. Hai rulô trong một cặp chuyển động ngược chiều nhau và chúng quay với tốc độ góc khác nhau (để tạo ra lực xé), thông thường là khoảng 250 – 300 vòng/phút. Mức độ nghiền malt được xác định bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa hai rulô. Khoảng cách này thông thường là khoảng 0,0 – 2,5 mm. Máy nghiền phải sử dụng rulô nhẵn vì sau này dùng loại thùng lọc đáy bằng để lọc bã. Thiếu sót lớn nhất của máy nghiền trục kiểu này là ở cặp rulô thứ hai, tấm lớn và vỏ đều được nghiền cùng một chế độ như nhau mà đáng ra nếu chúng được nghiền với lực ma sát khác nhau thì kết quả sẽ tốt hơn. Yêu cầu của malt sau nghiền là: + Vỏ trấu: 15-18%. + Tấm thô: 18-22%. + Tấm mịn: 30-35%. +Bột: 25-35%. Phương pháp nấu gạo. Trong nấu gạo để tăng hiệu suất trích ly thì sử dụng enzyme hoặc sử dụng malt lót. Nếu sử dụng malt lót 10% thì enzyme trong malt lót không giữ được hoạt lực (bị vô hoạt) khi ở nhiệt độ hồ hoá của gạo là 86°C. Vì vậy, phải sử dụng kết hợp với enzyme có nhiệt độ hoạt động cao hơn 86°C. Chế phẩm enzyme trên thị trường thoả mãn điều kiện này là Termamyl. Thiết bị nấu cháo Nồi nấu cháo thân hinh trụ, đáy cầu và đỉnh cầu, được làm bằng thép không gỉ, cấu tạo hai vỏ có bao hơi bên ngoài để nấu. Nồi nấu có cánh khuấy để tăng cường quá trình truyền nhiệt và chống cháy cháo. Có nhiệt kế để đo nhiệt độ, van an toàn áp lực, đồng hồ đo áp suất, một đường nước lạnh vào, một đường nước nóng vào, một đường cháo sang nồi malt, một đường nước thải, van xả nước ngưng. Chọn phương pháp đường hoá Đường hoá có mục đích phân cắt các hợp chất có phân tử lượng lớn thành đường có khả năng lên men. Nó trải qua 3 quá trình: hồ hoá, dịch hoá, đường hoá, mỗi quá trình diễn ra ở một nhiệt độ khác nhau trong một thời gian khác nhau. Có hai phương pháp đường hoá là: Phương pháp đường hoá toàn khối: tăng dần hoặc giảm dần nhiệt độ. Phương pháp nấu từng phần: tam phân đoạn, nhị phân đoạn, nhất phân đoạn. Cả hai phương pháp trên đều có khả năng nâng cao được hiệu suất đường hoá bằng các biện pháp: Hạ pH. Làm mềm nước. Bổ sung chế phẩm enzyme. Phương pháp đường hoá toàn khối: Ưu điểm: thời gian ngắn, thao tác đơn giản. Nhược điểm: cần điểm dừng ở các nhiệt độ trung gian. Tuy nhiên, các hạt tinh bột khó hoà tan vẫn không được thuỷ phân triệt để làm giảm hiệu suất đường hoá. Phương pháp đun sôi từng phần: Ưu điểm: tạo bước nhảy nhiệt độ, tránh dừng ở nhiệt độ trung gian. Đun sôi một phần dịch đường để dịch hoá hoàn toàn tinh bột khó hoà tan, tăng hiệu suất hoà tan lên một đến hai lần, do đó làm tăng hiệu suất đường hoá. Nhược điểm: thao tác phức tạp, thời gian kéo dài. Vì sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ 35% nên chọn phương pháp đường hoá đun sôi một lần có bổ sung chế phẩm enzyme Termamyl tỷ lệ 0,075% so với gạo để dịch hoá, đường hoá nguyên liệu, enzyme Cereflo tỷ lệ 0,06% so với gạo để tăng hiệu suất trích ly các chất vào trong dịch đường. Thiết bị đường hoá: Thiết bị đường hoá là một nồi hình trụ, đáy lồi và được chế tạo bằng thép không gỉ. Nồi đường hoá được trang bị vỏ áo hơi ở dưới đáy nồi để cung cấp hơi cho quá trình đường hoá. Mỗi mảnh có đường hơi vào và đường hơi ngưng thoát ra riêng biệt. áp suất hơi trên đường ống trục có áp lực khoảng 4-5 Kg/cm2, còn áp suất hơi giữa hai lớp vỏ của áo hơi thường phải đạt khoảng 2,5-3 Kg/cm2. Có hệ thống chuyển động và cánh khuấy của nồi đường hoá được đặt ở dưới. Tất cả các thiết bị phụ kiện như đường ống nước nóng, nước lạnh, cửa quan sát, van an toàn, nhiệt kế, áp kế, chuông báo thức đều được trang bị đầy đủ ở nồi đường hoá. Chọn phương pháp lọc bã malt. Có hai phương pháp lọc dịch đường là: Lọc ép khung bản: Ưu điểm: + Thời gian lọc nhanh. + Hiệu suất thu hồi chất hoà tan cao. + Dịch đường trong hơn. + Thể tích nước rửa bã ít, diện tích chiếm chỗ nhỏ. + Năng suất ổn định, không phụ thuộc độ nhuyễn của malt. Nhược điểm: + Dùng nhiều lao động thủ công cho tháo, lắp máy, tháo bã, rửa, vệ sinh thiết bị. + Dễ bị oxy hoá bởi oxy không khí khi tháo dịch lọc. + Lượng dịch đường phải đủ lớn. Phụ thuộc vào mức độ nghiền càng mịn càng tốt. Lọc bằng thùng lọc đáy bằng: Ưu điểm: + Có khả năng tự động hoá lọc rửa bã và tháo bã. + Dung tích làm việc của thùng lọc 220 kg/m3, tốc độ lọc nhanh. + Dịch lọc không bị oxy hoá bởi oxy không khí. Nhược điểm: + Thời gian lọc dài hơn. Xem xét về những ưu nhược điểm của hai thiết bị lọc thì việc sử dụng phương pháp lọc bằng thùng lọc đáy bằng là tiện lợi hơn. Thiết bị lọc đáy bằng: Thiết bị lọc đáy bằng là một thùng hình trụ (chế tạo bằng đồng hoặc thép trắng) có hai đáy: đáy thật và đáy giả. Trên độ cao 10-15 cm từ đáy, thùng lọc được ghép một đáy giả thứ hai. Đáy giả bao gồm nhiều mảnh kim loại đục lỗ mắt sàng ghép lại. Hình dạng của các mảnh ghép thông thường là hình rẻ quạt. Trên đáy giả có lỗ hở, đường kính từ 200 - 300 mm dùng để tháo bã malt ra ngoài. Chọn phương pháp lắng trong. Sau quá trình nấu hoa, tách bã hoa, dịch đường vẫn còn nhiều cặn nóng, cặn này gây ảnh hưởng không tốt đến quá trình lên men và tạo sản phẩm, cần phải tách cặn nóng và làm nguội đến nhiệt độ lên men. Quá trình tách cặn ở đây là tách cặn nóng, lượng cặn nóng tạo ra phụ thuộc vào: Phương pháp nấu. Phương pháp đường hoá. Cường độ đun sôi dịch đường. Loại và hàm lượng hoa houblon (loại hoa cánh cho cặn nhiều hơn cao hoa). Chất lượng lọc dịch hèm. Độ nhuyễn malt. Mức độ tách cặn nóng càng nhiều càng tốt vì nếu để lâu thì thường rất dễ dàng bị kết lắng, làm đục bia, cặn nóng còn tạo nhiều mùi vị không tốt cho bia nên cần tách triệt để. Tuy nhiên, cặn mịn thì dễ dàng bám vào thành thiết bị, loại bỏ cặn mịn kéo theo một số chất khác nữa làm cho bia rất nhạt. Cặn mịn làm cho khả năng đảo trộn bia tốt, góp phần giữ bọt nên ta cần tách một phần cặn mịn. Các phương pháp tách cặn: Phương pháp cổ điển: Gồm hai bộ phận thiết bị là bể làm nguội đến 60°C và máy làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men. Ưu điểm: thao tác đơn giản, ở 60°C là nhiệt độ mà hầu hết các cặn thô đã kết lắng. Nhược điểm: dịch đường được bão hoà oxy nhưng lại không tiếp xúc với không khí vô trùng. Vì để bể hở trong không khí nên dễ nhiễm tạp vi sinh vật. Phương pháp hiện đại: làm nguội và tách cặn trong hệ thống kín. Ưu điểm: khắc phục được các nhược điểm của phương pháp cổ điển vì dịch đường được bão hoà oxy trong không khí vô trùng, không bị nhiễm tạp vi sinh vật ở không khí. Nhược điểm: thao tác phức tạp, hệ thống thiết bị nhiều hơn và cầu kì. Lắng trong hiện đại có ba phương pháp: Tách cặn toàn bộ dịch đường ở nhiệt độ cao 90°C. Tách cặn cục bộ dịch đường ở nhiệt độ cao 60°C. Tách cặn toàn bộ dịch đường ở nhiệt độ thấp. Nếu tách cặn toàn bộ, bớt được thao tác chuyển thùng, bớt thiết bị ly tâm mà hiệu qủa ly tâm vẫn đạt được tương tự. Nếu tách cặn ở nhiệt độ thấp thì máy ly tâm và đường ống có áo lạnh, máy làm lạnh dễ bị tắc vì cặn nóng chưa được tách. Nếu tách cặn bằng máy lọc với bột trợ lọc điatomit thì cho chất lượng dịch đường cao nhưng chất trợ lọc đắt, phức tạp khi thao tác. Từ những xem xét trên thì phương pháp tách cặn toàn bộ dịch đường ở nhiệt độ 96°C sử dụng thùng lắng xoáy. Thùng lắng xoắy. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ, chiều cao từ đáy đến vai thùng bình thường là lớn gấp 1,2 – 1,3 lần đường kính. Đáy thùng có độ nghiêng 8-10%. Trên thân thùng có cửa vệ sinh, có nhiệt kế, có ống thuỷ báo mức, còn trên vai thùng có cửa quan sát và đèn báo tín hiệu. Nối tiếp cổ thùng là ống thoát hơi, cao từ 4-5m hoặc hơn nữa. Bề mặt bay hơi rộng, ống thoát hơi cao sẽ tạo ra sức hút rất mạnh. Với độ cao như vậy việc hạ nhiệt độ của dịch từ 100°C xuống 90°C chỉ xảy ra trong 15-20 phút. Máy lạnh nhanh tấm bản. Máy lạnh nhanh tấm bản có cấu tạo là những tấm bản gấp sóng, chế tạo từ thép không gỉ. Các tấm bản có hình chữ nhật, có bốn tai ở bốn góc. Trên mỗi tai đục thủng một lỗ tròn. Với cấu tạo của từng bản như vậy, khi lắp chúng lên khung máy thì sẽ tạo thành bốn mương dẫn: dịch đường vào máy, dịch đường ra khỏi máy, tác nhân lạnh vào máy, tác nhân lạnh ra khỏi máy. Thông thường thì dịch đường nóng được bơm vào một trong hai mương dẫn phía trên, còn lúc đi ra khỏi máy thì theo mương dẫn dưới ngược phía. Tác nhân lạnh đi vào mương dẫn kia ở phía trên, ngược chiều với dịch đường và đi ra mương dẫn ở phía dưới. Máy lạnh nhanh tấm bản có thể là một cấp cũng có thể là hai cấp. Chọn phương pháp lên men. Lên men cổ điển. Lên men cổ điển là quá trình mà sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử lượng của các chất trong nguyên liệu, thu được bằng các phản ứng dị hoá xảy ra trong quá trình lên men. Các phương pháp lên men cổ điển gồm có: Lên men chìm, gián đoạn, trong thiết bị hở. Lên men nổi. Lên men trong thiết bị kín thu hồi CO2. Ưu điểm: bia có chất lượng cao, mùi vị hài hoà. Nhược điểm: Chu kì lên men kéo dài. Diện tích chiếm chỗ lớn, chi phí thiết bị và làm lạnh lớn. Năng suất và hiệu quả không phù hợp vì tổn thất quá lớn. Lên men hiện đại. Lên men hiện đại là những quá trình lên men mà sản phảm thu được phức tạp hơn, không thể thay thế bằng các phương pháp hoá học, thực chất đó là các quá trình sinh tổng hợp. Các phương pháp lên men hiện đại ra đời gồm có: Lên men gia tốc trong thiết bị thân trụ đáy côn. Lên men một pha trong thiết bị có kích thước lớn. Lên men theo phương pháp liên tục và bán liên tục. Ưu điểm: Chu kỳ lên men được rút ngắn 50 – 70%, tăng năng suất. Chất lượng bia tiệm cận được với bia cổ điển. Công nghệ không phức tạp, dễ tự động hoá. Mặt bằng chiếm chỗ ít. An toàn và vệ sinh tốt. Nhược điểm: chất lượng sản phẩm không bằng chất lượng bia lên men cổ điển từ dịch đường. Điểm khác nhau giữa lên men một pha và lên men gia tốc: Lên men một pha diễn ra trong các thùng kích thước lớn. Chất lượng sản phảm sẽ tốt hơn. Chế độ công nghệ khác nhau. Từ các đặc điểm của các phương pháp lên men, cộng với điều kiện sản xuất thực tế thì việc lựa chọn phương pháp lên men một pha là hợp lí. Phương thức lên men gián đoạn với chủng Saccharomyces carlsbergensis, nhiệt độ lên men chính là 14°C, lên men phụ 1°C, thời gian lên men chính 8 ngày, thời gian lên men phụ 12 ngày. Thiết bị lên men. Thiết bị lên men theo phương pháp lên men một pha là thiết bị thân trụ đáy côn. Lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng một thiết bị. Thiết bị thân trụ đáy côn được được chế tạo từ thép không gỉ, phụ thuộc vào thể tích số áo lạnh trên thân có thể là một hoặc nhiều hơn. Phần côn thiết bị có thể trang bị áo lạnh hoặc không có áo lạnh. Thiết bị được ốp bằng các vật liệu cách nhiệt: xốp hoặc thuỷ tinh, ngoài cùng được bọc bằng các lá kim loại. Góc của đáy côn là 70°, trên thiết bị có của quan sát. Dưới đáy côn có đường ống xả nấm men và đường lấy dịch ra. Chọn phương pháp lọc bia non. Sau khi lên men, bia non thu được còn cặn lạnh là xác tế bào nấm men và một số hợp chất không tan vào dịch đường nhưng chưa được tách triệt để trước khi lên men. Có các phương pháp lọc sau: Lọc có chất trợ lọc: Ưu điểm: lọc triệt để, hiệu quả. Nhược điểm: chi phí cao hơn, thiết bị cấu tạo phức tạp. Lọc không có chất trợ lọc: Ưu điểm: chi phí lọc thấp, thiết bị đơn giản. Nhược điểm: nhanh bị bít, chỉ dùng để lọc hoàn thiện. Máy lọc có chất trợ lọc lại có nhiều loại khác nhau: Máy lọc đĩa: Ưu điểm: bia lọc bằng thiết bị này có thể đạt đến độ trong tinh thể. Nhược điểm: chu trình lọc ngắn, vệ sinh khó khăn, luôn phải bổ sung vật liệu lọc sau mỗi lần tái sử dụng vì bị hao phí. Máy lọc khung bản: Ưu điểm: bề mặt lọc lớn, lọc trong và loại bỏ được nấm men, vật liệu lọc dễ kiếm, dễ thay thế, không yêu cầu trình độ cao. Nhược điểm: bia dễ bị oxy hoá, khó giữ nhiệt độ lạnh cho bia trong quá trình lọc nên làm giảm tính ổn định các hạt keo tạo độ nhớt. Phải thay thế vải lọc nhiều lần, chi phí cao. Từ đặc điểm của các máy lọc trên cộng với thực tế sản xuất thì việc lựa chọn máy lọc khung bản có sử dụng bột trợ lọc (diatomit) là hợp lí hơn cả. Thiết bị lọc: Máy lọc bia dùng bột trợ lọc diatomit là máy lọc bản, có tấm lọc là vải lọc công nghiệp. Bộ phận chính của máy lọc ép là các khung và bản, chế tạo bằng gang hoặc các kim loại khác. Khung là một hình hộp vuông, rỗng, phía trên mỗ khung có một lỗ tròn, phía trong củ nó có một hoặc hai vách liên thông với khoảng không ở trong khung. Các lỗ tròn, hổng của khung sẽ tạo thành một mương kín khi các khung và bản được xếp khít vào nhau. Mương kín này đóng vai trò như một đường ống, và nười ta sử dụng đường ống này để bơm dịch vào máy lọc. Dịch theo các vách liên thông sẽ tràn vào khoảng không của khung. Nhờ được che kín bằng bằng hai bản ở hai bên cho nên khoảng không này trở thành một camera chứa dịch. Bản của máy lọc cũng có kích thước tương ứng như khung nhưng bề dày bé hơn, phía trong lòng của bản không rỗng như khung mà đặc, trên đó được khía rãnh để tạo mương chảy cho dịch. ở hai đỉnh của một đường chéo có hai lỗ tròn. Các lỗ tròn của bản có số thứ tự là lẻ được liên thông với bề mặt của bản, còn bản có số thứ tự chẵn thì các lỗ tròn không có vách liên thông. Khi các bản được lắp khít với khung, các lỗ tròn này sẽ tạo thành hai đường ống kín gọi là đường ống cạnh trên và dường ống cạnh dưới. Hai đường ống cạnh này dùng để bơm nước rửa vào máy lọc. Phía góc dưới của đười chéo kia có gắn rôbinê để tháo dịch đường. Các rãnh trên hai mặt của bản có thể được bố trí rất khác nhau nhưng các dòng chảy này phải được tập trung về phía góc và có vách liên thông với rôbinê dẫn dịch. Toàn bộ khung và bản được xếp liên tục và xen kễ lên giàn máy nhờ có hai tai treo ở hai cạnh bên. Giàn máy gồm hai vai dọc, thớt thủ và thớt đuôi. Thớt thủ được lắp cố định, còn thớt đuôi có thể chuyển động tịnh tiến: tiến – lùi dọc theo hai vai của máy nhờ vitme trung tâm, qua bộ phận tay quay hoặc bơm thuỷ lực. Phía dưới gầm máy có hai máng: một để hứng dịch lọc và một hứng bã. Dọc theo máng hứng bã có vít tải để đẩy bã ra ngoài. Khi tiến hành lọc bã, tất cả các bản được bọc kín hai mặt bằng vải lọc. Thiết bị thu hồi & lọc khí CO2 Để thu hồi toàn bộ lượng khí CO2 dư thừa trong quá trình lên men, sau đó làm sạch khí CO2 để đến công đoạn cuối cùng khi đã lọc bia xong thì người ta kiểm tra lượng CO2 trong bia cần thiết, nếu thiếu sẽ tiến hành sục khí CO2 vào. Nguyên lý hoạt động: CO2 sinh ra ở quá trình lên men tự động đi vào balon, khi balon đầy thì bộ phận cảm biến đo báo về trung tâm điều khiển máy hút CO2 qua hệ thống lọc CO2 được đưa qua một cột nước rửa để giữ lại các tạp chất, sau đó đưa qua hai cột than hoạt tính để lọc sạch khí. Sau đó khí sạch được đưa vào téc chứa khí sạch để sử dụng. Sau quá trình lên men ta thu được bia, nhưng nó có nồng độ chưa đạt yêu cầu nên phải lọc để đạt yêu cầu nhất định theo yêu cầu của bia thành phẩm. Hoa houblon Cặn men Bão hoà CO2 Lọc trong bia Lên men chính & lên men phụ Làm lạnh nhanh Căn nóng Lắng trong Gạo Malt Đun sôi dịch đường với hoa houblon Lọc dịch đường Đường hoá Hồ hoá Nghiền búa Nghiền trục Cân Malt & gạo Sơ đồ dây truyền công nghệ Dịch lọc Bã dùng chăn nuôi Men giống Nhân giống Men sữa CO2 Thu hồi CO2 Xử lý CO2 Rửa bock Chiết bock Thùng bock Xuất xưởng Quy trình sản xuất bia Nghiền nguyên liệu Nghiền malt Mục đích: Để dập nát malt thành nhiều mảnh, làm tăng bề mặt tiếp xúc với nước nhằm thúc đẩy quá trình thuỷ phân và đường hoá xảy ra nhanh & triệt để hơn. Tiến hành: Malt được cân cho từng mẻ nấu, thường được nghiền bằng máy nghiền trục. Máy gồm 2 đôi trục quay ngược chiều nhau, hạt malt cần nghiền nhỏ rơi vào khe giữa 2 trục. Mức độ nghiền nhỏ rất quan trọng vì hạt được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim lớn hơn tạo điều kiện tăng tốc độ cho quá trình thuỷ phân và đường hoá. Nhưng đối với malt ta phải nghiền sao cho phần vỏ càng ít bị nát càng tốt, về phần bột cần phải nhỏ để tăng thu hồi chất chiết. Nếu vỏ malt bị nghiền nát thì khi nấu các chất amin sẽ hoà tan vào nhiều sẽ ảnh hưởng tới chất lượng của bia. Mặt khác nếu vỏ chấu nhỏ sẽ khó lọc vì lớp vỏ chấu là màng lọc phụ. Tuy nhiên mức độ nghiền còn phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu và dạng thiết bị lọc. Yêu cầu về thành phần bột sau khi nghiền: Vỏ trấu: (15 á 18)%. Tấm thô: (18 á 22)%. Tấm mịn: (30 á 35)%. Bột: (25 á 35)%. (Bột & tấm mịn ³ 2 á 3 lần tấm thô). Nghiền gạo Mục đích: Gạo được nghiền nhỏ để quá trình nấu được nhanh chóng & dễ dàng. Tiến hành: Gạo được cân cho từng mẻ nấu sau đó được nghiền bằng máy nghiền búa. Do gạo chứa nhiều hàm lượng tinh bột nên càng được nghiền nhỏ thì diện tích chịu ảnh hưởng của enzim càng lớn và chuyển thành dạng hoà tan trong nước một cách triệt để. Malt và gạo sau khi nghiền được chuyển đến phân xưởng nấu để tiến hành quá trình đường hoá. Quá trình hồ hoá Mục đích Chuyển tinh bột của nguyên liệu thay thế gạo từ những thành phần tinh bột không tan về dạng hoà tan và một phần mạch tinh bột cũng được phân tách. Ngoài ra, còn có một số phản ứng thuỷ phân các hợp chất như khác như Protein, Hemixellulo ... nhằm tạo điều kiện cho hệ enzim của malt hoạt động triệt để. Tiến hành Nguyên liệu được nấu trong nồi hai vỏ có cánh khuấy, dùng hơi để nấu phụ thuộc vào nhiệt độ trong nồi. Sau khi đã vệ sinh nồi ta cho nước (38 á 40)°C và nồi nấu theo tỷ lệ gạo : nước = 1:5. Cho cánh khuấy hoạt động, cho toàn bộ lượng gạo vào hoà đều với nước. Sau đó cho thêm 5% lượng malt lót, giữ trong 20 phút. Việc cho malt lót vào lần một có tác dụng làm giảm bề dày lớp keo, tránh hiện tượng vón cục, làm sống tinh bột. Sau đó nâng nhiệt độ khối dịch lên 86°C, giữ nhiệt độ này trong thời gian 30 phút. Đây là nhiệt độ hồ hoá, ở nhiệt độ này hầu hết tinh bột được hồ hoá. Tiếp theo cho thêm chế phẩm termamyl vào dịch trong 30 phút để thực hiện quá trình dịch hoá. Chế phẩm enzyme này sẽ phân cắt nốt mạch tinh bột, làm giảm độ nhớt cho dịch. Tinh bột trong giai đoạn này tiếp tục được hoà hoá, độ nhớt giảm để đạt mục đích đun sôi dễ dàng. Sau đó tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 100°C & giữ ở nhiệt độ này trong thời gian 40 phút với mục đích để bột chín hết, tạo điều kiện tốt cho quá trình dịch đường hoá ở nồi malt. Trong quá trình nấu cánh khuấy luôn hoạt động để tránh hiện tượng sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét và tốc độ nâng nhiệt ở các giai đoạn là 1°C/phút. Quá trình dịch đường hoá: nồi đường hoá Sự đường hoá Mục đích là chuyển các chất không tan có trong thành phần chính của malt và gạo thành những chất hoà tan. Trong hạt malt khô có 10% lượng chất khô là những hợp chất phân tử dễ hoà tan sau khi đường hoá, ở trong dịch đường có (70 á 75)% lượng chất khô ở trạng thái hoà tan. Có nghĩa là có (50 á 60)% từ các hợp chất chuyển thành các chất thấp phân tử dễ hào tan. Vậy quá trình đường hoá là chuyển tất cả các chất cao phân tử ở trong nguyên liệu thành những chất phân tử thấp hơn dễ hoà tan vào trong nước, các chất hoà tan như các loại dịch đường, axit amin. Đường hoá là một quá trình sinh hoá phức tạp xảy ra dưới tác dụng của enzim. Quá trình này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố nhiệt độ, pH, độ pha loãng của hỗn hợp thuỷ phân. - Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn, không chỉ đến tốc độ đường hoá, hiệu suất dịch đường hoá mà có ảnh hưởng đến tỷ lệ các thành phần của sản phẩm đường hoá. Nếu tăng nhiệt độ thuỷ phân lên một nhiệt độ nhất định thì tốc độ đường hoá tăng lên rất nhanh. Nhưng nếu tiếp tục tăng quá giới hạn thì các enzim sẽ bị giảm hoạt lực, quá trình dịch đường hoá sẽ bị chậm lại hoặc ngừng. Nhiệt độ tối ưu cho enzim b - amylaza là ở (63 á 65)°C. Nhiệt độ tối ưu cho a - amylaza là (72 á 75)°C, nhiệt độ giới hạn của a - amilaza là 78°C. Vì vậy điều chỉnh nhiệt độ là yếu tố quan trọng cho quá trình dịch đường hoá để khống chế quá trình lên men về sau. - Sự thuỷ phân tinh bột: tinh bột là nguồn cacbon chủ yếu để thu chất hoà tan trong quá trình dịch đường hoá malt. Sự thuỷ phân tinh bột xảy ra dưới tác dụng của hệ thống men thuỷ phân a, b - amilaza tại khoảng nhiệt độ (60 á 78)°C, sản phẩm tạo thành là glucoza, maltaza, dextrin. - Các enzim thuỷ phân protit là những enzim chịu nhiệt nếu nhiệt độ lớn hơn 60°C thì hoạt lực của chúng giảm xuống rất nhanh, pH tối thích của enzim này là 5,8 á 6,2. Nếu pH < 4,5 thì hoạt lực của chúng giảm đi 80%, nhiệt độ thích hợp cho enzim này là (50 á 55)°C. - Độ pH cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của enzim, mỗi enzim có pH tối thích riêng, pH tối ưu đối với amylophosphataza là 5,5 á 5,7; với a - amylaza thì pH tối ưu là 5,5 á 5,7; với b - amilaza thì pH tối ưu là 4,8 á 5,0. Độ pH của dịch đường thấp hơn làm cản trở sự hoạt động của nấm men là giảm hiệu suất hoà tan, dịch đường bị đục, khó lọc, bia sẽ có màu sẫm và vị đắng khó chịu. Vậy phải điều chỉnh pH phù hợp để bia có chất lượng cao. - Nồng độ các chất: nồng độ các chất trong quá trình dịch đường hoá cũng gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình đường hoá. Nồng độ dịch đường có thể thay đổi nhờ sự tăng giảm giữa khối lượng nước và bột malt. - Những quá trình thuỷ phân khác: ngoài những quá trình trên, trong quá trình đường hoá còn xảy ra sự thuỷ phân các axit béo, các hợp chất phospho và các cao phân tử dưới tác động của nhiệt độ và môi trường còn có sự biến tính, keo tụ của protein nhờ đó lại được những pha protein có phân tử lượng lớn ra ngoài, tránh được sự kết tủa sau này làm đục bia. Trong quá trình đường hoá có sự tạo thành melanoid do đó làm tăng cường độ màu của dịch, tính cảm quan tăng, mùi thơm đặc trưng. Tiến hành: Khi cháo sắp chín 30 phút trước khi quá trình hồ hoá kết thúc, ta tiến hành ngâm malt. Bột malt được hoà với nước theo tỷ lệ malt:nước = 1:5 ở nhiệt độ (38 á 40)°C. Khuấy đều trong 20 phút nhằm chiết các enzim trong malt khuyếch tán vào nước và hoà đều trong nguyên liệu. Sau đó bơm 1/2 khối cháo đã nấu chín, lúc này cánh khuấy làm việc với tốc độ lớn, đồng thời bơm từ từ để hạ nhiệt độ cháo malt xuống và các men không bị phá huỷ. Sau khi trộn phần cháo đã đun sôi với toàn bộ lượng malt, ta được hỗn hợp dịch có nhiệt độ (50 á 52)°C giữ ở nhiệt độ này thời gian 30 phút. Đây là nhiệt độ tối ưu cho men proteaza hoạt động mạnh mẽ và sẽ tạo ra nhiều sản phẩm của protit phân tử lượng thấp, peptit, aminoaxit. Sau đó bơm nốt 1/2 khối cháo còn lại từ nồi hồ hoá sang nồi đường hoá nhiệt độ sẽ đạt (60 á 65)°C, duy trì ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút để thực hiện quá trình đường hoá lần 1. Đây là nhiệt độ tối ưu cho enzim b - amylaza hoạt động phân cắt amylopectin và amyloza thành đường maltoza và một ít dextrin. Tiếp theo tăng nhiệt độ lên 75°C và giữ trong thời gian 30 phút, đây là quá trình đường hoá lần 2. Tại 75°C là nhiệt độ tối thích cho enzim a - amylaza hoạt động phân cắt amylopectin dextrin là chủ yếu. Sau đó nâng nhiệt độ dịch đường hoá lên 76°C và duy trì đén khi nào đường hoá hết. Dùng iod để thử đến khi thấy iod đổi sang màu cánh dán thì kết thúc quá trình đường hoá và đưa dịch đường đi lọc. Lọc dịch đường Mục đích Quá trình này nhằm tách dịch đường ra khỏi bã malt và các tạp chất không tan khác. Đặc trưng của dịch đường hoà tan trong đó có chứa rất nhiều phân tử rắn nhỏ trong quá trình lọc các phân tử này sẽ tạo ra một lớp nguyên liệu lọc phụ làm cho dịch đường trong hơn. Tiến hành Quá trình lọc được tiến hành theo 2 giai đoạn: - Tách lọc dịch trong (chứa các chất hoà tan của malt) khỏi bã malt. - Dùng nước nóng (75 á 78)°C để thu hồi những phần tử hoà tan chủ yếu còn bám ở phần bã malt. Trước khi lọc ta tiến hành bơm nước lọc, nhiệt độ của nước từ (75 á 78)°C vào dưới đáy sao cho chiều cao của nước cách mặt sàng là 1 á 1,5cm. Nước vào từ dưới chiếm đầy các ống dẫn và khoảng không gian giữa đáy chính và lưới nên đẩy được không khí ra ngoài. Sự có mặt của không khí trong đường ống gây khó khăn cho quá trình lọc. Sau khi đường hoá song dịch đường được nâng lên nhiệt độ 76°C và được bơm sang thùng lọc, vừa bơm dịch đường đồng thời bật hệ thống cánh khuấy để cào và đảo trộn lớp bã lọc, phân bố đều bã trong thùng. Sau đó ngừng khuấy và để thời gian lắng khoảng 20 á 30 phút, ta mở van dẫn dịch xuống bình trung gian. Lúc đầu dịch vẫn còn đục được hồi lưu về thùng lọc. Khi dịch lọc song thì đóng van hồi lưu và mở van dẫn dịch sang nồi hoa. Sau khi lọc hết dịch đầu tiến hành rửa bã theo khối lượng dịch cần phải đạt tới. Mở van đáy và van xả cấp rửa bã, bơm nước nóng nhiệt độ (75 á 78)°C vào thùng lọc theo 2 đường cấp nước (đường CIP & sục đáy), cho hệ thống dao cào hoạt động 10 phút, ngừng hệ thống dao cào 7 để lắng rửa tương tự như lọc dịch ban đầu. Dùng nước cứng để rửa bã vì vỏ malt có tanin mà tanin thì tan nhiều trong nước mềm sẽ làm cho bia bị đắng. Nếu dùng nước có nhiệt độ thấp thì dẫn đến hiệu suất chiết đường thấp. Nếu nhiệt độ của nước quá cao sẽ dẫn đến vô hoạt enzim amylaza và các tinh bột sót được hồ hoá nhưng không được đường hoá và khó lọc. Kết quả làm cho dịch lọc bị đục dẫn đến bia bị đục. Trong quá trình rửa bã nhiệt độ của nước rửa là (75 á 78)°C để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật, chú ý không để bã khô mới cấp tiếp nước lọc, để bã khô sẽ gây chát bia và nhiều phản ứng phụ khác và để tránh hiện tượng oxy hoá chất tanin của vỏ malt tạo màu sẫm cho bia. Thuỷ phân và thu hồi nốt lượng chất tan còn sót lại trong bã, đây là nhiệt độ mà độ nhớt của dịch đường thấp nhất không gây cản trở quá trình lọc. Tiến hành rửa bã đến khi nào đủ lượng dịch sang nồi hoa theo yêu cầu, đồng thời kiểm tra độ đường sót ở bã đạt mức thấp nhất là (1 á 1,5)°S thì sẽ kết thúc quá trình lọc. Đun sôi dịch đường với hoa houblon Mục đích Để trích ly các thành phàn chính của hoa houblon vào dịch đường chủ yếu là chất đắng, tinh dầu thơm và polyphenol. Trong những sản phẩm thuỷ phân của protein có những chất cao phân tử, những chất này sớm hay muộn cũng sẽ bị thuỷ phân và gây đục cho bia. - Polyphenol trong hoa houblon có khả năng kết lắng với các cấu tử này để tạo ra kết tủa, để loại chúng ra ngoài làm tăng độ bền keo cho sản phẩm sau này, lượng protein cao phân tử trong dịch đường được loại trừ tốt thì chất lượng bia càng cao. - Trong quá trình nấu hoa có một vài sự biến đổi về thành phần và tính chất của dịch đường. - Nồng độ dịch đường: do bay hơi nước khi đun sôi dịch đường mà nồng độ dịch đường tăng lên thích hợp với từng loại bia. - Độ màu của dịch đường: làm cho màu sắc nước thay đổi từ nhạt sang đậm vì hiện tượng caramen hoá các sự hình thành melanol và các chất màu của hoa houblon chuyển từ hoa vào dịch. - Do tanin và chất đắng hoà tan vào dịch đường nên khi đun sôi các chất này kết hợp với protid tạo thành kết tủa lắng xuống dưới và kéo theo các chất khác làm cho dịch đường trong hơn. Tiến hành Khi dịch đường được bơm từ thùng lọc sang thùng đun hoa thì lập tức gia nhiệt độ, nâng nhiệt độ của dịch đường lên (70 á 75)°C cho amylaza kịp thuỷ phân hết các tinh bột còn sót lại đến khi kết thúc rửa bã thì dịch đường ở trong mỗi nồi đun hoa cùng vừa sôi, khi dịch đường sôi ta phải tăng cường hơi sao cho khối lượng dịch đường sôi ở cường độ mạnh nhất đảm bảo lượng nước bay hơi trong quá trình đun nấu từ (4 á 8)%. Nồng độ dịch đường sau khi rửa bã thường thấp hơn nồng độ dịch đường yêu cầu cho men từ (1,5 á 2)% thời gian đun hoa còn phụ thuộc vào nồng độ dịch đường đã đạt chưa. Toàn bộ quá trình kết thúc là lúc nhiệt độ phải đạt (100 á 106)°C. một số protein sẽ bị kết tủa ở nhiệt độ này do đó làm tăng độ trong và độ bền của bia. Hoa được cho vào dưới dạng hoa viên tuỳ theo yêu cầu mà lượng hoa khác nhau, vì hoa này rất quý hiếm nên phải tiết kiệm khi sử dụng. Thời gian nấu trung bình từ 1- 2 tiếng, gia nhiệt nhanh nhằm đạt hiệu suất kết tủa protein không đông tụ cao nhất và nhằm cô đặc giảm thể tích dịch đường. Kết thúc quá trình nấu hoa dịch đường trong hơn, sẫm màu hơn, có hương đặc trưng và có vị đắng pha ngọt. Dịch này sẽ được bơm vào thùng lắng xoáy nhằm loại bỏ bã hoa. Nồi lắng xoáy Mục đích: Tách căn bã malt, căn hoa, căn thô ra khỏi dịch đường tránh cho bia khỏi bị đục. Tiến hành: Dịch đường bơm vào thùng theo tiếp tuyến với thân thùng tạo dòng xoáy dồn căn lắng vào đáy thùng và hứng ở đáy thiết bị. Nguyên tắc tách cặn là dựa vào sức hút của lực hướng tâm, thời gian lắng khoảng 30 phút. Mặt khác quá trình lắng xoáy cũng là quá trình làm lạnh nhanh sơ bộ dịch đường từ 100°C xuống 85°C trong thời gian ngắn. Kết thúc quá trình lắng, dịch đường được đưa đi làm lạnh nhanh. Quá trình làm lạnh nhanh Mục đích Quá trình làm lạnh nhanh là đưa nhiệt độ dịch đường về nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men bia theo yêu cầu kỹ thuật, làm lạnh nhanh để tránh các vi sinh vật trong môi trường nhiễm vào dịch đường lên men. Mặt khác tạo điều kiện cho việc kết lắng các hợp chất hữu cơ kém chịu nhiệt và tạo điều kiện cho việc bão hoà oxy cần thiết cho quá trình lên men. Tiến hành Phần làm lạnh sơ bộ dùng nước làm lạnh giảm nhiệt độ dịch đường từ (65 á 73)°C xuống còn (25 á 30)°C (nước làm lạnh ở đây là 2°C). Phần làm lạnh thứ 2 lạnh nhanh dùng dung dịch glycol làm chất tải lạnh, hạ nhiệt độ từ (25 á 30)°C xuống còn (15 á 16)°C. Nhiệt độ dịch đường sau khi qua thiết bị làm lạnh nhanh đạt đến nhiệt độ tối ưu cho nấm men phát triển rồi trộn với men giống (tỷ lệ men giống là 10% tổng lượng dịch lên men) rồi bơm vào tank lên men. Trước khi bơm vào tank lên men người ta bão hoà dịch đường bằng oxy đã khử trùng. Quá trình lên men Lên men chính Mục đích Quá trình lên men chính là biến đường thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành bia theo đúng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng sản phẩm. Tiến hành Quá trình lên men chính được diễn ra trong 5 á 7 ngày ở điều kiện nhiệt độ 14°C. Trong 3 ngày đầu (không tính ngày chuyển dịch đường sang) lượng đường giảm nhanh, tốc độ lên men trung bình giảm (1,5 á 2)°Bx một ngày. Nhiệt độ do đó phải thường xuyên kiểm tra và khống chế ở nhiệt độ 14°C. Sau đó tốc độ lên men giảm dần đến độ đường còn (2 á 3)% ta hạ nhiệt độ chuyển sang lên men phụ. Men giống được đưa vào yêu cầu phải là nấm men thuần khiết, không lẫn tế bào lạ. Truyền men giống vào nước nha là cho giống men vào đường để cho men cùng chảy vào thùng lên men, để cho tế bào nấm men phân bố đều trong toàn bộ khối dịch đường ban đầu tạo điều kiện cho men sinh trưởng và phát triển. Một điều kiện cần lưu ý là trong quá trình lên men nhiệt độ của dịch đường tăng lên do đó phải thường xuyên làm lạnh thùng lên men. Nếu nhiệt độ tăng sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia vì vậy phải khống chế nhiệt độ trong một thời hạn nhất định. Trong quá trình lên men người ta thường xuyên kiểm tra độ đường, độ màu, sự tạo bọt, khi lên men chính được một ngày thì tiến hành thu hồi CO2, khi lên men được 24h thì kiểm tra độ đường. Để kiểm tra xem quá trình lên men kết thúc hay chưa người ta sử dụng phương pháp: - Quan sát độ bọt: khi quá trình lên men chính kết thúc thì trên bề mặt bia có một lớp bọt đều. - Nồng độ chất hoà tan: nếu sau 1 ngày nồng độ chất hoà tan trong bia giảm (0,1 á 0,2)% thì quá trình kết thúc - Độ trong : nếu sau 24h bia trong hoàn toàn thì quá trình lên men chính kết thúc. Lên men chính kết thúc ta hạ nhiệt độ xuống 4°C trong 24h rồi hạ nhiệt độ xuống 2°C để lên men phụ và tách men sữa ra. Lên men phụ & tàng trữ Mục đích Là quá trình lên men tiếp các loại đường cao phân tử chủ yếu là maltoza, dextrin … ngoài ra nó có tác dụng sau: - ổn định thành phần chất lượng của bia, tạo ra hương vị bia và giữ bọt. - Khử rượu bậc cao và aldehyt đến mức cho phép. - Một số este đặc trưng được tạo thành do axit tác dụng với rượu làm cho bia thơm. - Nhiệt độ và áp suất tương đối cao làm cho bọt bia được tạo ra ở dạng liên kết bền vững hơn, lâu tan và mịn. - Do tiến hành ở nhiệt độ thấp, thời gian kéo dài dẫn đến các chất hữu cơ, xác men, bã men lắng xuống làm cho bia trong, thuận tiện cho quá trình lọc bia. Tiến hành Quá trình lên men phụ được thực hiện ngay trong cùng một thiết bị lên men chính. Sau khi kết thúc quá trình lên men chính tiến hành hạ nhiệt độvà thu hồi nấm men. Sau thu hồi nấm men tiến hành hạ nhiệt độ xuống 1 - 2°C và quá trình lên men phụ bắt đầu. Toàn bộ quá trình lên men phụ được tiến hành khoảng 12 ngày, mỗi ngày đều xả cặn men do còn trong dịch bia non lắng xuống. Với điều kiện nhiệt độ thấp, nồng độ chất hoà tan nhỏ đảm bảo cho CO2 hoà tan tốt trong bia. Trong toàn bộ quá trình lượng chất hoà tan giảm (2 á 2,5)°Bx. Quá rình lọc trong bia Mục đích Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết. Nguyên nhân là trong bia còn có nấm men, các hạt phân tán cơ học, các hạt dạng keo, phức chất protein – polyphenol, nhựa đắng và nhiều hạt ly ty khác. Vì vậy làm trong bia để tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia. Nguyên tắc lọc trong bia được xây dựng trên hai quá trình: Giữ chặt bằng lực cơ học tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ hổng của vật liệu. Hấp phụ các hạt có kích thước bé hơn, thậm chí các hạt hoà tan dạng keo và các hạt hoà tan dạng phân tử. Hiệu quả của quá trình hấp phụ phụ thuộc trước hết vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, sau đó là thời điểm của quá trình lọc. Tiến hành lọc Trước khi lọc phải tiến hành vệ sinh máy lọc và chuẩn bị bằng cách: giấy lọc được giặt sạch bằng nước lã và luộc bằng nước sôi, sấy khô, lắp vào máy ép chặt, lúc này cho nước 95°C chạy trong 1 giờ để thử độ kín và khử trùng, sau đó cho nước lạnh vô trung để làm giảm nhiệt độ của máy lọc xuống. Khi lọc thì hoà trộn bia và bột diatomit vào thùng hoà trộn và được khuấy thành huyền phù, sau đó bơm quay vòng vào máy lọc nhiều lần để tạo màng trên lưới lọc. Sau khi tạo được màng rồi thì bắt đầu tiến hành lọc. Bão hoà CO2. Trong quá trình lên men một lượng lớn CO2 thoát ra nhưng vẫn còn nhiều CO2 hoà tan trong bia. Quá trình lọc, CO2 thoát đi nhiều, để bia thành phẩm có lượng CO2 theo yêu cầu cần thiết thì phải nạp thêm CO2 vào bia. Sau khi lọc xong nhiệt độ bia lên đến 7 - 8°C, cho nên thùng nạp CO2 phải có hệ thống nước muối bao quanh nhằm hạ nhiệt độ bia non xuống 1 - 3°C. Bia được bơm vào theo đường ống từ dưới lên để tránh sủi bọt, chiếm 80% thể tích thùng. Khi đã bơm xong, đóng các van lại, mở van nạp CO2 vào thùng. CO2 trước khi đưa vào thùng đã được xử ly qua bình chứa KMnO4 0,1%, bình chứa bông và than hoạt tính, áp suất nạp CO2 là 4 – 5kG/cm3. Thời gian tăng áp lực là 15 – 30 phút, giữ ở áp suất này trong khoảng 12 giờ. Để lượng CO2 hoà tan tối đa tiến hành nạp 2 – 3 lần, sau khi nạp lượng CO2 đạt 3,5 g/l. Chiết bock. Thùng bock là dụng cụ để chứa bia thành phẩm, có hình tang trống, được chế tạo bằng gỗ hoặc kim loại. Mục đích của việc đóng bia vào thùng bock là để vận chuyển đến các cơ sở tiêu thụ ngay trong ngày. Trong chiết bock thì bia không cần bổ sung CO2 mà phải đảm bảo 3 yêu cầu: Rót đầy thể tích thùng bock. Rót không sủi bọt. Hao phí bia ít nhất. Chiết bia vào thùng bock theo nguyên tắc đẳng áp. Tính cân bằng sản phẩm Các thông số. Các chỉ số yêu cầu đối vái nguyên liệu chính cho sản xuất bia là: Malt có độ ẩm W = 7%, hiệu suất hoà tan là 70% so với chất khô. Gạo có độ ẩm W = 14%, hiệu suất hoà tan là 80% so với chất khô. Tỷ lệ nguyên liệu: malt là 65%, gạo là 35%. Tổn thất tính theo % của từng công đoạn sản xuất: Nghiền: tổn thất 0,5% so với trọng lượng nguyên liệu. Nấu, đường hoá, lọc: 1,75% so với chất khô. Nấu hoa: 7% so với thể tích trước nấu. Lắng trong và làm lạnh nhanh: 1% so với chất khô. Lên men chính, phụ: 4% so với thể tích bia. Lọc bia: 1% so với thể tích bia. Bão hoà CO2: 0,5%. Chiết bock: 1%. Tính cân bằng sản phẩm cho 100l bia hơi. 1. Trước khi chiết bock, thể tích bia là: 2. Quá trình sục CO2 tổn thất 0,5%, thể tích bia trước bão hoà CO2: 3. Thể tích bia non trước lọc: 4. Thể tích dịch trước lên men chính, phụ: 5. Thể tích dịch trước lắng trong và làm lạnh nhanh: 6. Thể tích dịch nóng sau nấu hoa: 7. Tại 20°C dich lạnh có d = 1,039 kg/l nên khối lượng dịch sau nấu hoa là: 107,89 ´ 1,039 = 112,1 (kg) Dịch đường có nồng độ 10°S nên lượng chất chiết là: 10% ´ 112,1 = 11,21 (kg) 8. Lượng chất chiết trước nấu, đường hoá, loc: 9. Tính khối lượng malt & gạo: M là khối lượng malt cần dùng, lượng chất chiết có trong malt là: M ´ 0,995 ´ 0,93 ´ 0,7 = 0,647M Lượng gạo cần thiết là: → lượng chất chiết có trong gạo: ´ 0,995 ´ 0,93 ´ 0,8 = 0,368M Tổng lượng chất chiết thu được từ malt & gạo là: 0,647M + 0,368M = 11,41 1,015M = 11,41 ị lượng malt là: M = = 11,23 (kg) ị lượng gạo là: (kg) 10. Tính lượng men. Thể tích len giống bằng 10% thể tích dịch trước lên men: 0,1 ´ 106,81 = 10,681 (l) Thể tích men sữa bằng 1% thể tích dịch trước lên men: 0,01 ´ 106,81 = 1,0681 (l) 11. Tính lượng bã malt và gạo: Khô malt: 11,23 ´ 0,995 ´ 0,93 = 10,391 (kg) Khô gạo: 6,05 ´ 0,995 ´ 0,86 = 5,176 (kg) ị tổng khô gạo + khô malt: 10,391 + 5,176 = 15,567 (kg) Ta có: tổng lượng chất chiết từ gạo & malt là 11,41 kg. Lượng bã khô = tổng khô gạo & malt – tổng chiết gạo & malt = 15,567 – 11,41 = 4,157 (kg) Bã ẩm thuỷ phần 80%: Lượng nước trong bã: 20,785 – 4,157 = 16,628 (kg) 12. Tính lượng nước nấu và rửa bã. Nồi hồ hoá: nước cho vào = 5(bột gạo + 5% malt lót) →Nước cho vào: 5 ´ (6,05 ´ 0.995 + 0,05 ´ 6,05 ´0,995) = 31,6 (l) Nước có sãn trong gạo và 10% malt lót: 6,05 ´ 0,995 ´ 0,14 + 6,05 ´ 0,995 ´ 0,07 ´ 0,05 = 0,863 (l) Tổng lượng dịch hồ hoá: 31,6 + 0,863 + (6,05 ´ 0,995 + 6,05 ´ 0,995 ´ 0,05) = 38,78 (l) Sau đun bay hơi 5% nên dịch sau đun có khối lượng: 38,78 ´ 0,95 = 36,84 (l). Nồi đường hoá: Nước thêm vào: 5 ´ (0,995 ´ 11,23 – 0,05 ´ 6,05 ´ 0,995) = 54,364 (l) Nước có sẵn: (0,995 ´ 11,23 – 0,05 ´ 6,05 ´ 0,995) ´ 0,07 = 0,761 (l) Tổng lượng dịch đem đường hoá: 36,84 + 54,364 + 0,761 + (0,995 ´ 11,23 – 0,05 ´ 6,05 ´ 0,995) = 102,84 Sau đường hoá bay hơi 4%, vây tổng lượng dịch sau đường hoá: 102,84 ´ 0,96 = 98,72 (l) Lượng nước trong dịch trước khi lọc: [(31,6 + 0,863) ´ 0,95 + 54,364 + 0,761] ´ 0,96 = 82,52 (l) Lượng nước trong dịch sau đun hoa: 112,1 ´ 0,9 = 100,89 (l) →lượng nước trong dịch trước đun hoa: 100,89 + 112,1 ´ 0,07 = 108,737 (l) Vnước rửa bã + Vnước trong dịch trước lọc = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nấu hoa ị Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nấu hoa - Vnước trong dịch trước lọc = 16,628 + 108,373 – 82,52 = 42,845 (l) 13. Tính các nguyên liệu khác. Lượng chế phẩm enzyme Termamyl bằng 0,1% nguyên liệu thay thế: 0,1% ´ 6,05 ´ 1000 = 6,05 (g) Cho vào nồi hồ hoá: 6,05 ´ 0,25 = 1,51 (g) Cho vào nồi đường hoá: 6,05 ´ 0,75 = 4,54 (g) Lượng chế phẩm enzyme Cereflo bằng 0,06% nguyên liệu thay thế: 0,06% ´ 6,05 ´ 1000 = 3,63 (g) Lượng chế phẩm enzyme Fungamyl bằng 0,08% nguyên liệu thay thế: 0,08% ´ 6,05 ´ 1000 = 4,84 (g) Lượng hoa houblon cần dùng tính theo tỉ lệ 2g hoa cánh/lít bia hơi: 2 ´ 100 = 200 (g) = 0,2 (kg) Dùng 30% cao hoa, 70% hoa viên vì lượng cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh & 1kg hoa viên tương đương với 1,4kg hoa cánh. Lượng cao hoa là: Lượng hoa viên là: Tính các sản phẩm phụ. Bã hoa có độ ẩm 85%: Cặn lắng bằng 1,75% nguyên liệu, độ ẩm 80%: Men sữa bằng 1,53% sản phẩm, độ ẩm 85%: Lượng CO2: C11H22O11 + O2 → 4C2H5OH + 4CO2 342g 176g Thể tích dịch trước khi lên men là 106,81(l), khối lượng riêng d = 1,039 kg/l. Vậy khối lượng dịch trước lên men là: 106,81 ´ 1,039 = 110,975 (kg) Lượng chất chiết trong dịch lên men 10°S: 110,975 ´ 0,1 = 11,098 (kg) Coi toàn bộ lượng đường trong chất chiết là đường maltoza với hiệu suất lên men là 55%, khối lượng CO2 thu được là: CO2 hoà tan vào bia non 2g/l nên khối lượng CO2 hoà tan là: 2 ´ 102,543 = 0,205 (kg). Khối lượng CO2 thoát ra thu hồi được 70% khối lượng CO2 thoát ra: 70% ´ (3,14 – 0,205) = 2,05 (kg) Khối lượng riêng của CO2 ở 20°C là 1,832 kg/m³, thể tích CO2 thu hồi được là: Độ bão hoà CO2 trong bia là 3,5g/l bia non nên lượng CO2 cần bổ sung là: 101,51 ´ 3,5 – 2 ´ 102,543 = 150,199 (g) Thể tích CO2 bổ sung là: bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia hơi Hạng mục Đơn vị 100l bia 1000l/mẻ 40000l/ngày 10triệu l/năm Malt kg 11,23 112,3 4492 1123000 Gạo kg 6,05 60,5 2420 605000 Termamyl g 6,05 60,5 2420 605000 Cereflo g 3,63 36,3 1452 363000 Fungamyl g 4,84 48,4 1936 484000 Cao hoa kg 0,01 0,1 4 1000 Hoa viên kg 0,1 1 40 10000 Men giống l 10,681 106,81 4272,4 1068100 Men sữa l 1,0681 10,681 427,24 106810 Dịch nóng l 112,384 1123,84 44953,6 11238400 Dịch lạnh l 106,81 1068,1 42724 1068100 Bia non l 102,543 1025,43 41017,2 10254300 Bia đã lọc l 101,51 1015,1 40604 10151000 Bia bão hoà l 101,01 1010,1 40404 10101000 Bã ẩm kg 20,785 207,85 8314 2078500 Bã hoa kg 0,8 8,0 320 80000 Cặn lắng kg 1,512 15,12 604,8 151200 Sữa men l 10,2 102,0 4080 1020000 CO2 thu hồi m3 1,12 11,2 448 112000 CO2 bổ sung m3 0,081 0,81 32,4 8100 Nước nấu l 31,6 316,0 12640 3160000 Nước đường hoá l 54,364 543,64 21745,6 5436400 Nước rửa bã l 42,845 428,45 17138 4284500 tính và chọn thiết bị Lập kế hoạch sản xuất. Giả thiết 1 năm nhà máy sản xuất 300 ngày, những ngày còn lại là thời gian nghỉ để sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng ... Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 4 mẻ, thời gian nấu xong 1 mẻ là 6 giờ.Bia sản xuất quanh năm nhưng sản lượng bia nhiều hay ít phụ thuộc vào thời tiết trong năm: mùa nóng hay mùa lạnh. Bảng kế hoạch sản xuất theo năng suất 10 triệu lít / năm. Quí I II III IV Năng suất (%) 20% 30% 30% 20% Năng suất (l) 2000000 3000000 3000000 2000000 Số lít / tháng 666666 1000000 1000000 666666 Số mẻ / ngày 26666 40000 40000 26666 Số mẻ / ngày 4 4 4 4 Số lít / mẻ 6666 10000 10000 6666 Kế hoạch sản xuất theo các quý như sau: Quý I, IV vào mùa lạnh, số ngày sản xuất là 75 ngày/quý: sản xuất 2 triệu lít mỗi quý. Quý II, III vào mùa nóng, số ngày sản xuất là 75 ngày/quý: sản xuất 3 triệu lít mỗi quý. Lựa chọn phương án sản xuất: Dùng 1 dây truyền làm việc trong phân xưởng nấu. Sau 4 mẻ nấu của mỗi ngày đem lên men một lần vào một thùng lên men. Dây truyền sản xuất được tính toán và lựa chọn theo dựa trên cơ sở năng suất hoạt động cao nhất của nhà máy: tính toán thiết bị theo mẻ làm việc của của quý II và III. Thiết bị phân xưởng nghiền. Nguyên liệu được cân riêng rẽ từng loại, mỗi máy nghiề dùng một cân. Cân gạo: Lượng gạo lớn nhất trong 1 mẻ là: 605 kg. Lượng gạo lớn nhất trong 1 ngày là: 2420 kg. Cân malt: Lượng malt lớn nhất nhất trong 1 mẻ là: 1123 kg. Lượng malt lớn nhất trong 1 ngày là: 4492 kg. Chọn cân. Chọn cân điện tử chỉ thị số digital. Khả năng cân 2 tấn, độ chính xác 0,1%. Các thiết bị cảm biến của cân, hệ thống khuyếch đại tín hiệu được tính toán đảm bảo chống nhiễu để cân hoạt động chính xác. Chọn máy nghiền. Máy nghiền malt. Loại máy nghiền 2 trục, công suất 1500 kg/h. Có một phễu chứa malt chưa nghiền. Vật liệu chế tạo: thép CT3 dày 3mm. Công suất động cơ 2 kw. Số lượng: chọn 1 máy nghiền. Máy nghiền gạo. Loại máy nghiền búa, công suất 1000 kg/h. Có một phễu chứa gạo chưa nghiền, có hệ thống tách lắng bụi. Vật liệu chế tạo: thép không rỉ dày 3mm. Công suất động cơ 1.5 kw. Tính toán và chọn thiết bị hồ hoá. Tính kích thước nồi: Chọn thiết bị hồ hoá: Chọn thiết bị hồ hoá có 2 vỏ, đáy và nắp hình nón có các kích thước như sau Đường kính D. Chiều cao trụ H = 0,6D. Đáy hình nón có góc nhọn a1 = 15°C, chiều cao h1. Nắp hình nón có góc nhọn a2 = 25°C , chiều cao h2. h h2 h1 d Tính toán: Lượng nguyên liệu đưa vào nồi nấu gạo, gồm có bột và malt lót bằng 5% lượng bột gạo là: 605 ´ 0,995 + 5% ´ 605 ´ 0,995 = 632,07 (kg) Lượng nước đưa vào nồi hồ hoá 3160 lít, vậy tổng khối lượng dịch hồ hoá là: 3160 + 632,07 = 3792,07 (kg) Khối lượng riêng của dịch là 1,08 kg/m3, vậy thể tích dịch nấu là: Hệ số chứa của nồi là 0,75, vậy thể tích của nồi là: Vậy thể tích nồi là: ị Chọn đường kính nồi là D = 2000mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2000 + 2 ´ 100 = 2200mm Chiều cao trụ: H = 2000 ´ 0,6 = 1200mm Chiều cao đáy: h1 = 2000 ´ 0,134 = 300mm Chiều cao nắp: h2 = 2000 ´ 0,233 = 500mm Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo. Tra sổ tay hoá công 1 có đường kính cánh khuấy là: d = D/1,2 = 2000/1.2 = 1600 mm. Tính diện tích truyền nhiệt. Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là: Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ. K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m²h.độ. Dttb: hiệu số nhiệt độ trung bình. T: thời gian Qm: lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định. Qtt = 5% Qm: lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Tính Q: Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì nâng nhiệt độ nồi dịch hoá từ 50°C lên 90°C trong 45 phút. Q = mCDt = (m1C1 + m2C2)Dt m1: khối lượng chất khô trong dịch (kg) m1 = 605 ´ 0,995 ´ 0,86 + 0,05 ´ 605 ´ 0,995 ´ 0,93 = 545,69 (kg) m2: khối lượng nước trong dịch (kg) m2 = 3160 + [605 ´ 0,995 ´ 0,14 + 0,05 ´ 605 ´ 0,995 ´ 0,7] = 3246,38 (kg) C: nhiệt dung riêng của khối dịch, kcal/kg°C. Tra sổ tay hoá công I có: C1 tỷ nhiệt của chất hoà tan: C1 = 0,34 (kcal/m².h.độ) C2 tỷ nhiệt của nước: C2 = 1 (kcal/m².h.độ) ị Qm1 = (545,69 ´ 0,34 + 3246,38 ´ 1) (90 – 50) = 137276,58 (kcal) Nhiệt tổn thất: Qtt1 = 5% Qm1 = 0,05 ´ 17276,58 = 6863,83 (kcal) Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là: Tính K: Công thức tính hệ số truền nhiệt k a1: hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị. a1 = 6000 kcal/m².h.độ a2: hệ số cấp nhiệt của dịch \ p: áp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at ị (kcal/m².h.độ) d = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị. l: hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: l = 300 kcal/m².h.độ : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị. đối với hơi nước đối với chất hữu cơ, dung dịch muối Tính Δt: Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp. Công thức tính: 90° 119,6° 119,6° 50° Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun tới 90°C. Δt1 = 119.6 – 90 = 29,6 (°C) Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ hơi nóng và khối dịch cần đun. Δt1 = 119.6 – 50 = 69,6 (°C) Vậy ta có: Tính F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Hệ số an toàn là 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: 3,8 ´ 1,2 = 4,6 (m2) Đặc tính kỹ thuật của nồi hồ hoá: Nồi thân trụ, đáy và nắp hình côn được chế tạo bằng vật liệu thép không rỉ. Đường kính nồi 2000mm, chiều cao phần thân trụ 1200mm, đun nóng bằng hơi nước bão hoà áp suất 4 bar. Hộp giảm tốc công suất 5 kw, tốc độ 1430 vòng/phút, tốc độ đầu ra 15/30 vòng/phút. Kết cấu hệ thống cánh khuấy kín, chắc chắn, êm. Bề dày thân nồi d = 4mm, đáy nồi d = 5mm, nắp nồi d = 4mm. Thân và đáy dưới bọc cách nhiệt bông thuỷ tinh dày 100mm, bên ngoài bọc thép không rỉ, có cầu cách nhiệt với thân nồi. Nắp hinh côn, có cửa người tiêu chuẩn, có công tắc an toàn, có đèn chiếu sáng halogen 24V, 100W, có quả cầu CIP vệ sinh. ống thoát hơi f300, d = 2mm làm bằng thép không rỉ, cao quá mái 1,5-2m, có chụp ngăn mưa, lưới chống chim, chuột. Tính toán và chọn thiết bị đường hoá Tính kích thước nồi. Chọn thiết bị đường hoá: Chọn thiết bị hồ hoá có 2 vỏ, đáy và nắp hình nón có các kích thước như sau Đường kính D. Chiều cao trụ H = 0,6D. Đáy hình nón có góc nhọn a1 = 15°C, chiều cao h1. Nắp hình nón có góc nhọn a2 = 25°C , chiều cao h2. h h2 h1 d Tính kích thước nồi Tổng lượng dịch đem đường hoá là 10284 kg. Khối lượng riêng d = 1,08 nên thể tích của dịch đường hoá là: Hệ số sử dụng nồi là h = 0,8 vậy thể tích thực của nồi là: Vậy thể tích nồi là: ị Chọn đường kính nồi là D = 2800mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 2800 + 2 ´ 100 = 3000mm Chiều cao trụ: H = 2800 ´ 0,8 = 2300mm Chiều cao đáy: h1 = 2800 ´ 0,134 = 400mm Chiều cao nắp: h2 = 2800 ´ 0,233 = 700mm Chọn cánh khuấy cong có dạng hình mỏ neo. Tra sổ tay hoá công 1 có đường kính cánh khuấy là: d = D/1,2 = 3000/1.2 = 2500 mm. Tính diện tích truyền nhiệt. Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là: Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ. K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m²h.độ. Dttb: hiệu số nhiệt độ trung bình. T: thời gian Qm: lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định. Qtt = 5% Qm: lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Tính Q: Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì nâng nhiệt độ nồi dịch hoá từ 65°C lên 76°C trong 10 phút. Q = mCDt = (m1C1 + m2C2)Dt m1: khối lượng chất khô trong dịch (kg) m1 = 545,69 + 1123 ´ 0,995 ´ 0,93 + 0,05 ´ 545,69 ´ 0,995 ´ 0,93 = 1559,61 (kg) m2: khối lượng nước trong dịch (kg) m2 = m2 = 3160 + 86,3 + 5436,4 + 76,1 = 8758,8 (kg) C: nhiệt dung riêng của khối dịch, kcal/kg°C. Tra sổ tay hoá công I có: C1 tỷ nhiệt của chất hoà tan: C1 = 0,34 (kcal/m².h.độ) C2 tỷ nhiệt của nước: C2 = 1 (kcal/m².h.độ) ị Qm = (1559,61 ´ 0,34 + 8758,8 ´ 1) (76 -65) = 102179,74 (kcal) Nhiệt tổn thất: Qtt = 5% Qm = 0,05 ´ 102179,74 = 5108,99(kcal) Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là: Tính K: Công thức tính hệ số truền nhiệt k a1: hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị. a1 = 6000 kcal/m².h.độ a2: hệ số cấp nhiệt của dịch \ p: áp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at ị (kcal/m².h.độ) d = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị. l: hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: l = 300 kcal/m².h.độ : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị. đối với hơi nước đối với chất hữu cơ, dung dịch muối Tính Δt: Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp. Công thức tính: 76° 119,6° 119,6° 65° Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun tới 76°C. Δt1 = 119.6 – 65 = 54,6 (°C) Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ hơi nóng và khối dịch cần đun. Δt1 = 119.6 – 76 = 43,6 (°C) Vậy ta có: Tính F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Hệ số an toàn là 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: 12,4 ´ 1,2 = 15 (m2) Đặc tính kỹ thuật của nồi đường hoá: Thiết bị nấu malt là thiết bị gia nhiệt loại hai vỏ thân trụ, đáy và nắp hình côn được làm bằng vật liệu thép không rỉ. Đường kính nồi 2000mm, chiều cao phần thân trụ 1700mm, thể tích nồi 170hl, đun nóng bằng hơi nước bão hoà áp suất 4 bar. Hộp giảm tốc công suất 5 kw, tốc độ 1430 vòng/phút, tốc độ đầu ra 15/30 vòng/phút. Kết cấu hệ thống cánh khuấy kín, chắc chắn, êm. Bề dày thân nồi d = 4mm, đáy nồi d = 5mm, nắp nồi d = 4mm. Thân và đáy dưới bọc cách nhiệt bông thuỷ tinh dày 100mm, bên ngoài bọc thép không rỉ, có cầu cách nhiệt với thân nồi. Nắp hình côn, có cửa người tiêu chuẩn, có công tắc an toàn, có đèn chiếu sáng halogen 24V, 100W, có qủa cầu CIP vệ sinh. ống thoát hơi f300 d = 2mm làm bằng thép không rỉ, cao quá mái 1,5-2m, có chụp ngăn mưa, lưới chống chim, chuột. tính và chọn thiết bị lọc dịch đường Chọn thùng lọc đáy bằng. Thùng hình trụ, làm bằng thép không gỉ, có các thông số kỹ thuật sau: Khoảng cách từ đáy thật đến đáy giả là 20 cm. Hệ số đổ đầy thân trụ là 0,8. Đường kính D. Chiều cao trụ H = 0,4D, chiều cao đỉnh h = 0,15D. Tạo góc nghiêng ở đáy giả là 1,5°. Tính toán Sau đường hoá lượng nước bay hơi khoảng 4%. Theo phần tính toán cân bằng vật liệu, để sản xuất được 100l bia ta có lượng dịch sau khi đường hoá là 98,72 kg. ị Vậy lượng dịch sau khi đường hoá của 1 mẻ là: (1,07 là khối lượng riêng của dịch đường) Tính chiều cao của thòng lọc: khi dùng thùng lọc, theo kinh nghiệm thực tế thì cứ 1 kg bã khô cho từ 1,8l bã (độ ẩm bã chiếm 80%). Theo tính cân bằng sản phẩm, khi tạo ra thành phẩm 100l thì thu được 20,785 kg bã ướt. Vậy lượng bã lọc 1 mẻ là: 2078,5 ´ 1,8 = 3741,3 lít (khoảng 3,7413 m3). Thực tế muốn lọc xảy ra bình thường thì chiều cao lóp bã nằm trong khoảng 0,3-0,5 m. Chọn chiều cao lớp bã h1 = 0,4m. ị Diện tích phần bã lọc là: Chiều cao phần dịch trên bã 0,6m. ị Diện tích phần dịch lọc trên bã là: Tổng diện tích thùng lọc là: S = S1 + S2 = 6,8+ 9,4 = 16,2 (m2) Từ công thức: Chiều cao thùng: H = 0,4D = 0,4 ´ 4,5 + 0,2 = 2(m) Chiều cao đỉnh: h = 0,15D = 0,15 ´ 2,6 = 0,4 (m) Tính số ống dẫn dịch: theo thực tế sản xuất thì cứ 0,8-1,2 m2 diện tích lọc cần 1 ống dẫn dịch ra (chọn 0,8). ị Số ống dẫn dịch là: Chọn số ống dẫn dịch là 7 ống, đường kính ống dẫn f = 60 mm. Chọn dao: chiều cao dao h2 = 0,5H = 0,5 ´ 2,5 = 1,3 (m) Đường kính trục dao: d = 0,8D = 0,8 ´ 2,6 = 2 (m) Động cơ 5 kw. Dải quạt gồm: tấm lưới dày 5 mm, tổng diện tích của các lỗ chiếm 8-10% diện tích đáy, lỗ lưới có hình múi cam cắt ngang. Đặc tính kỹ thuật của thùng: Thiết bị này là thiết bị lọc đáy bằng có răng cào, dung tích 220hl, đường kính 4500mm, chiều cao 2000mm. Độ dày nắp, thân d = 4mm, đáy d = 6mm. Thời gian một mẻ lọc không quá 90 phút, có hệ thống điều chỉnh tốc độ lọc, có hệ thống định lượng nước rửa bã từng giai đoạn. Nắp nồi có khe cửa để tháo, lắp lưới lọc. Mô tơ giảm tốc công suất 5kw cho cánh khuấy, hệ thống cánh khuấy, đảo bã, cắt gạt bã có kết cấu dạng đặc biệt, tốc độ quay 0,8 – 8 vòng/phút, trục ngang và 12 dao gạt bã bằng inox, 12 cánh cắt bã, bạc thau, bệ đỡ, chèn làm kín bằng cao su thực phẩm chịu nhiệt, mô tơ 2kw, hộp giảm tốc để nâng hạ cánh khuấy có hệ thống an toàn và đèn báo vị trí lệ xuống cánh khuấy. Vòng tròn CIP trên nắp nồi đường kính 1500 gắn 5 vòi phun rửa đặc biệt bằng inox. Hệ thống CIP dưới đáy nồi gồm 16 vòi phun inox, van điều chỉnh áp lực. Vòng tròn gom dịch đường kính 1200mm, ống đường kính 60 nối với 7 đầu gom dịch từ đáy nồi. Thùng trung gian sau lọc có kính quan sát độ trong, thể tích 0,6 m3, van lấy mẫu f10. Bảo ôn thân và đáy bằng bông thuỷ tinh dày 100mm, bên ngoài bọc bọc inox tấm dày 1,5mm có cầu cách nhiệt. Van xả bã f600 bằng thép không rỉ có vít định vị, có đèn chiếu sáng halogen 24V, 100W, cửa người tiêu chuẩn, có kính quan sát. Bơm sang nồi nấu hoa hoạt động tự động theo mực nước trong thùng trung gian. ống thoát hơi f300, d = 2mm làm bằng thép không rỉ, cao quá mái 1,5-2m, có chụp ngăn mưa, lưới chống chim, chuột. Chọn thùng chứa bã gạo và bã malt. Lượng bã lọc 1 mẻ là 2,0785 m3. Chọn thùng chứa bã: dự trù bã được lấy đi hết sau mỗi ngày làm việc, tức là chứa được 4 mẻ. Vậy thể tích lượng bã phải chứa là: (0,8 là hệ số đổ đầy của bã trong thùng chứa). Chọn 1 thùng chứa bã duy nhất cho nhà máy có hình trụ, đáy hình nón có các thông số: Đường kính D, chiều cao trụ H = 1,5D. Đáy hình nón có góc a = 60°, chiều cao đáy h. Ta có công thức: Vậy chiều cao trụ là: H = 1,8 ´ 1,5 = 2,8 (m). Chiều cao đáy là: h = 0,87 ´ 1,8 = 1,6 (m). Độ dày của thiết bị d = 5 mm. Thiết bị có 4 chân, có khung gia cố, chiều cao đáy cách mặt đất khoảng 1 m, van xả bã có đường kính 250 mm. Tính và chọn thiết bị nấu hoa. Tính kích thước nồi. Chọn thiết bị nấu hoa: Chọn thiết bị nấu hoa có 2 vỏ, đáy và nắp hình nón có các kích thước như sau Đường kính D. Chiều cao trụ H = 0,6D. Đáy hình nón có góc nhọn a1 = 15°C, chiều cao h1. Nắp hình nón có góc nhọn a2 = 25°C , chiều cao h2. h h2 h1 d Tính kích thước: Thể tích nồi nấu hoa phải chứa được lượng dịch sau khi lọc và nước rửa bã. Hệ số đổ đầy của nồi phải thấp vì dịch khi sôi ở nhiệt độ cao sẽ trào lên chiếm một thể tích lớn, chọn hệ số đổ đầy là 0,7. Lượng dịch đường trước khi đưa vào nấu hoa là 108,737l tính cho 100l bia thành phẩm cùng với lượng nước rửa bãlà 4284,2 lít. Vậy 1 mẻ sẽ là: V = 108,737 ´ 100 + 4284,2 = 15,2 (m3) Vậy thể tích nồi là: ị Chọn đường kính nồi là D = 3600mm. Lớp vở áo hơi dày 100mm Đường kính ngoài: Dn = 3400 + 2 ´ 100 = 3800mm Chiều cao trụ: H = 3600 ´ 0,6 = 2200mm Chiều cao đáy: h1 = 3600 ´ 0,134 = 500mm Chiều cao nắp: h2 = 3600 ´ 0,233 = 800mm Tính diện tích truyền nhiệt. Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là: Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ. K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m²h.độ. Dttb: hiệu số nhiệt độ trung bình. T: thời gian Qm: lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định. Qtt = 5% Qm: lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Tính Q: Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì nâng nhiệt độ nồi dịch hoá từ 70°C lên 100°C trong 30 phút. Q = mCDt + m: khối lượng dịch đường trước khi nấu hoa cho 1 mẻ nấu (kg) m1 = 108,737 ´ 100 = 10873,7 (kg) C: nhiệt dung riêng của khối dịch, kcal/kg°C. Tra sổ tay hoá công I có: (kcal/m².h.độ) C1 tỷ nhiệt của chất hoà tan: C1 = 0,34 (kcal/m².h.độ) C2 tỷ nhiệt của nước: C2 = 1 (kcal/m².h.độ) W: độ ẩm của dịch, % ị Qm = 10873,7 ´ 0,9 ´ (100 -70) = 293589,9 (kcal) Nhiệt tổn thất: Qtt = 5% Qm = 0,05 ´ 293589,9 = 14679,5(kcal) Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là: Tính K: Công thức tính hệ số truền nhiệt k a1: hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị. a1 = 6000 kcal/m².h.độ a2: hệ số cấp nhiệt của dịch \ p: áp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at ị (kcal/m².h.độ) d = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị. l: hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: l = 300 kcal/m².h.độ : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị. đối với hơi nước đối với chất hữu cơ, dung dịch muối Tính Δt: Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp. Công thức tính: 70° 100° 119,6° 119,6° Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun tới 100°C. Δt1 = 119.6 – 100 = 19,6 (°C) Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ hơi nóng và khối dịch cần đun. Δt1 = 119.6 – 70 = 49,6 (°C) Vậy ta có: Tính F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Hệ số an toàn là 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: 18 ´ 1,2 = 22 (m2) Đặc tính kỹ thuật của nồi nấu hoa: Thiết bị nấu là loại thiết bị hình trụ, gia nhiệt kiểu ống chùm, dung tích 260hl, chiều cao 1800mm, đường kính trụ 3000mm làm bằng thép không rỉ, thân d = 4mm, đáy d = 5mm, đun nóng bằng hơi bão hoà. Hệ thống phun xịt nớc dùng vệ sinh nồi với 4 đầu phun CIP 20 m3/h. Nắp côn ở đỉnh 25°, có của vệ sinh đường kính 450mm, đèn chiếu sáng 24V, 100W, có công tắc. ống thoát hơi f300, d = 2mm làm bằng thép không rỉ, cao quá mái 1,5-2m, có chụp ngăn mưa, lưới chống chim, chuột. Gia nhiệt chùm ống bên trong, mặt sàn dày 10mm, có nón ngăn sôi trào và đảo dịch; thời gian nấu sôi 70 – 80 phút, có quả cầu vệ sinh. Bảo ôn thân và đáy bằng bông thuỷ tinh dày 100mm, bên ngoài bọc inox dày 1,5mm. Chân nồi bằng ống inox, đáy nồi bằng thép không rỉ dày 6mm. một đẳờng ống nạp theo phương tiếp tuyến với thành nồi làm bằng thép không rỉ, được hàn vào thành nồi. Thiết bị đun nước nóng. Tính kích thước nồi. Nước nóng trong quá trình nấu bao gồm: Nước vệ sinh: nước rửa thiết bị. Nước công nghiệp: nước dùng để nấu và rửa bã. Tính nước vệ sinh: Sau khi hoàn thành một mẻ nấu ta cần vệ sinh nồi nấu bằng nước nóng. Mỗi nồi cần 300l với hệ thống nấu và mỗi hệ thống gồm các nồi: hồ hoá, nồi đưòng hoá, nồi lọc đáy bằng, nồi nấu hoa, thùng lắng xoáy; có tất cả 5 thùng cần vệ sinh. Vậy lượng nước cần dùng là: Nvs = 4 ´ 5 ´ 300 = 6000 (l). Tính nước cho dây truyền nấu: Lượng nước dùng cho rửa bã là: N1 = 4284,5 (l). Lượng nước dùng để nấu và đường hoá: N2 = 3160 + 5436,4 = 8596,4 (l) Vậy lượng nước dùng cho công nghiệp là: Ncn = N1 + N2 = 8596,4 + 4284,5 = 12880,9 (l) ị Vậy tổng lượng nước cần dùng là: N = 6000 + 12880,9 = 18880,9 (l) = 18,88(m3) Chọn thiết bị: Thiết bị được chọn dạng thân trụ, nắp hình chỏm cầu có các thông số kỹ thuật: Đường kính D, chiều cao trụ H = 2D. Chiều cao nắp: h = 0,15D. Hệ số đổ đầy của thùng: 0,8. đ Vậy thể tích thực của thùng là: Ta có công thức: Vậy đường kính thùng D = 2,5 m. Chiều cao trụ: H = 5 m; chiều cao nắp h = 0,4 m. Tính diện tích truyền nhiệt. Công thức tính diện tích bề mặt truyền nhiệt là: Q: tổng lượng nhiệt dùng để nâng nhiệt độ dịch cháo lên các điểm dừng nhiệt độ. K: hệ số truyền nhiệt từ hơi đến dịch, kcal/m²h.độ. Dttb: hiệu số nhiệt độ trung bình. T: thời gian Qm: lượng nhiệt cần cung cấp cho dịch cháo trong giai đoạn nhất định. Qtt = 5% Qm: lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Tính Q: Q được xác định bởi chu kì tải nhiệt lớn nhất, đó là chu kì nâng nhiệt độ từ 25°C lên 50°C trong 30 phút. Q = mCDt + m: khối lượng dịch đường trước khi nấu hoa cho 1 mẻ nấu (kg) m1 = 18880,9 (kg) C: nhiệt dung riêng của khối nước, kcal/kg°C. Tra sổ tay hoá công I có: C = 1 (kcal/m².h.độ) ị Qm = 18880,9 ´ 1 ´ (50 -25) = 472022,5 (kcal) Nhiệt tổn thất: Qtt = 5% Qm = 0,05 ´ 472022,5 = 23601,125 (kcal) Vậy lượng nhiệt cần cung cấp là: Tính K: Công thức tính hệ số truền nhiệt k a1: hệ số cấp nhiệt từ hơi nước nóng vào vỏ thiết bị. a1 = 6000 kcal/m².h.độ a2: hệ số cấp nhiệt của dịch \ p: áp suất của hơi nước Để đảm bảo vận hành sản xuất cần áp suất hơi p = 2at ị (kcal/m².h.độ) d = 5mm = 0,005m: bề dầy của vỏ thiết bị. l: hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị, vỏ thiết bị làm bằng thép không rỉ nên: l = 300 kcal/m².h.độ : hệ số dẫn nhiệt trung bình của cặn bẩn bám vào 2 phía vỏ thiết bị. đối với hơi nước đối với chất hữu cơ, dung dịch muối Tính Δt: Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là hình thức trao đổi nhiệt kiểu gián tiếp. Công thức tính: 50° 119,6° 119,6° 25° Δt1: hiệu số lớn nhiệt độ hơi nóng và nhiệt độ khối dịch cần đun tới 50°C. Δt1 = 119.6 – 50 = 69,6 (°C) Δt2: hiệu số giữa nhiệt độ hơi nóng và khối dịch cần đun. Δt1 = 119.6 – 25 = 94,6 (°C) Vậy ta có: Tính F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Hệ số an toàn là 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: 12 ´ 1,2 = 14 (m2) Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ, hình trụ tròn, cấu trúc hàn đứng, có kết cấu bảo ôn tốt. Thiết bị dùng để chứa nước đã xử lý từ hệ thống xử lý nước, cung cấp cho nhà nấu để dùng cho nấu bia, rửa bã và vệ sinh thiết bị. Dung tích 24 m3. Đường kính 2500 mm. Chiều cao 5000 mm. Bề dày vật liệu: 5 mm. Trang bị của bồn gồm có: cửa người đường kính 400 mm, có 1 nhiệt kế và có ống đo mức nước. Tính và chọn thùng lắng xoáy. Tính kích thước thùng. Lượng dịch sau đun hoa cho mỗi mẻ là 11,210 m3. Sử dụng thùng lắng xoáy để lắng cặn và làm lạnh nhanh sơ bộ với hệ số đổ đầy 0,7. Thể tích thực của thùng là: Nồi lắng xoáy đáy bằng khi lắp đặt phải để nghiêng (8-10%) để dịch được tháo ra hêt, các thông số kỹ thuật của nồi: Đường kính D. Chiều cao trụ H = 0,6D. Nắp hình nón có góc nhọn a = 25°C, chiều cao nắp h. h h d Thể tích thùng tính theo công thức: Vậy đường kính nồi lắng xoáy D = 3 m. Chiều cao trụ H = 0,6 ´ 3 = 1,8 m. Chiều cao nắp h = 0,233 ´ 3 = 0,7 m. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Thiết bị này rất đơn giản chỉ là một thiết bị hình trụ có dung tích 16m3, đường kính 3000mm, chiều cao 1800mm. Thân trụ d = 4mm, nắp thùng d = 4mm côn ở đỉnh 25°, lốc trên máy chuyên dụng; đáy phẳng d = 5mm, cửa người chui tiêu chuẩn. đèn chiếu sáng 24V, 100W, có bảo vệ, có công tắc. ống thoát hơi f300, d = 2mm làm bằng thép không rỉ, cao quá mái 1,5-2m, có chụp ngăn mưa, lưới chống chim, chuột. đáy nồi phẳng, nghiêng về phía cửa xả 2%, inox dày 6mm, có quả cầu vệ sinh. Có các ống thuỷ để kiểm tra mức, dễ vệ sinh, dễ kiểm tra. Tính và chọn hệ thống CIP cho nhà nấu bia. Hệ thống CIP cho nhà nấu bia có 3 thùng gồm: 1 thùng chứa NaOH 2%. 1