Đồ án Thiết kế nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14 o Bx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường

Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 1 MSSV: 504301019 MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................ 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... 3 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA .........................................8 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới ........................................ 8 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam ....................................... 9 3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam........... 12 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO NHÀ MÁY BIA XÂY DỰNG ................................................................ 16 1.1. Ưu điểm của bia nồng độ cao ................................................................. 16 1.2. Ưu điểm của việc sử dụng đường và đại mạch trong sản xuất bia ......... 17 1.3. Địa điểm xây dựng nhà máy ................................................................... 18 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ............................................................................ 21 2.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm.................................................................. 21 2.2. Nguyên liệu sản xuất bia......................................................................... 22 2.3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ............................................................. 35 2.4. Thuyết minh dây chuyền sản xuất .......................................................... 37 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM.................................. 61 3.1. Các thông số ban đầu .............................................................................. 61 3.2. Tính toán lượng bia từ 100kg nguyên liệu ban đầu ................................ 62 3.3. Lập kế hoạch sản xuất ............................................................................. 69 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ....................................... 74 4.1. Phân xưởng nấu......................................................................................... 74 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 2 MSSV: 504301019 4.2. Phân xưởng lên men.................................................................................. 89 4.3. Hệ thống thiết bị phân xưởng hoàn thiện................................................ 100 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG...................................................... 104 5.1. Thiết kế bố trí tổng mặt bằng .................................................................. 104 5.2. Tính toán các hạ mục công trình............................................................. 105 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN HƠI – NƯỚC - ĐIỆN – LẠNH...................... 114 6.1. Tính toán hơi cho nhà máy...................................................................... 114 6.2. Tính toán nước cho nhà máy................................................................... 121 6.3. Tính toán điện tiêu thụ cho nhà máy....................................................... 126 6.4. Tính toán lạnh cho nhà máy.................................................................... 139 CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CIP VÀ VỆ SINH AN TOÀN......................... 145 7.1. Hệ thống CIP trong phân xưởng nấu ...................................................... 145 7.2. Hệ thống CIP trong phân xưởng lên men ............................................... 147 7.3. Vệ sinh và an toàn lao động.................................................................... 149 7.4. Bảo hộ và an toàn lao động..................................................................... 151 CHƯƠNG 8: MÔI TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .................... 153 8.1. Các yếu tố chính trong nhà máy bia ảnh hưởng tới môi trường ............. 153 8.2. Tổng quan về xử lý nước thải ................................................................. 157 8.3. Phương án xử lý nước thải cho nhà máy bia........................................... 158 CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN KINH TẾ .......................................................... 164 9.1. Mục đích và ý nghĩa................................................................................ 164 9.2. Nội dung phần tính toán kinh tế.............................................................. 164 9.3. Đánh giá các chỉ tiêu và hiệu quả ........................................................... 171 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 174 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 175 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 177 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 3 MSSV: 504301019 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ sinh học – Môi trường trường Đại học dân lập Phương Đông đã tạo điều kiện cho em được học tập và nghiên cứu trong một môi trường học tập khoa học, giúp cho em có những kiến thức vững vàng trước khi bước vào đời. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của cô giáo GS.TS Nguyễn Thị Hiền – cô là người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình em và bạn bè những người luôn đứng sau giúp đỡ, chia sẻ với em những khó khăn và thuận lợi trong thời gian qua. Đề tài tốt nghiệp của em là “Thiết kế nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm, từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường”. Đây là bản đồ án có khối lượng công việc tương đối lớn, nhưng do thời gian thực hiện còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Trần Thị Thu Hà Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 4 MSSV: 504301019 MỞ ĐẦU Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng. Công nghệ sản xuất bia khá đặc biệt, bởi vậy nó mang lại cho người uống một cảm giác rất sảng khoái và hấp dẫn. Trong bia có chứa hệ enzym phong phú và đặc biệt là enzym kích thích cho sự tiêu hóa. Vì vậy uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa, mà còn giảm được sự mệt mỏi sau một ngày làm việc mệt nhọc. Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm trí đã trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi người dân phương Tây. So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3 – 8o) và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia, là yếu tố để phân biệt bia với những loại nước giải khát khác. Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 gram thịt bò hoặc 150 gram bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal, bằng 2/3 năng lượng được cung cấp từ cùng một thể tích sữa. Ngoài ra, trong bia còn chứa vitamin B1, B2, B5, B6, rất nhiều vitamin PP và các axit amin cần thiết cho cơ thể, các chất khoáng và nguyên tố vi lượng khác. Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích. Trong những năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăng nhanh, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia đã có những bước tiến nhảy vọt. Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vào sản xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày nay ngành sản xuất bia Việt Nam cũng như các nhà máy bia liên doanh hay các hãng bia nước ngoài Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 5 MSSV: 504301019 luôn không ngừng mở rộng, cải tiến, xây dựng các nhà máy mới phù hợp và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung, với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trường. Sản xuất bia nồng độ cao trong nhiều năm qua đã được nhiều nhà máy bia trên thế giới áp dụng như một phương tiện nhằm tối ưu hóa sản lượng của nhà máy hiện có. Việc lên men dịch đường ở nồng độ chất khô ban đầu cao làm tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu và lên men, tăng công suất nhà máy bia lên 15 – 25% mà không cần đầu tư thêm thiết bị và nhân lực. Trước đây theo phương pháp truyền thống, bia được sản xuất từ dịch đường ban đầu có nồng độ chất khô từ 10 – 12oBx, quá trình lên men tạo ra bia có hàm lượng cồn 4 – 5oV. Ngày nay sản xuất bia có nồng độ chất khô cao 14oBx đã trở thành phổ biến và được áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Mehico, các nước Nam Mỹ, Nam Phi... vì nó mang lại hiệu quả kinh tế, nhất là các nhà máy bia đã phát huy hết công suất dưới điều kiện sản xuất sẵn có hoặc là các nhà máy nằm trong khu vực do đặc điểm thời tiết mà mức tiêu thụ bia giữa các mùa không cân đối nhằm nâng cao sản lượng, tiết kiệm được nguồn vốn đầu tư. Sản xuất bia bằng phương pháp lên men nồng độ cao không những có lợi về mặt kinh tế mà còn tạo cho sản phẩm có những ưu điểm như: − Nâng cao tính ổn định vật lý, hương bền, bia có vị êm dịu. − Dễ dàng cho việc đa dạng hóa sản phẩm. Hơn nữa với nhịp độ phát triển kinh tế của cả nước, ngành sản xuất bia của Việt Nam trong những năm gần đây có những bước phát triển nhanh chóng. Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia. Đến nay nước ta vẫn phải nhập gần 100% malt từ nước ngoài. Chi phí ngoại tệ trung bình mỗi năm khoảng 50 triệu USD. Chi phí này sẽ tiếp tục tăng theo sản lượng bia trong những năm tới. Vì vậy việc tăng cường sử dụng nguồn nguyên liệu thay thế không những mang lại hiệu quả kinh tế trong việc giảm nguồn chi phí ngoại tệ mà còn giúp thêm một số công nghệ mới, tạo các sản phẩm mới giúp làm tăng sản lượng của các dây chuyền sản xuất bia, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 6 MSSV: 504301019 Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng nguyên liệu thay thế malt đại mạch trong sản xuất bia đã được quan tâm từ vài chục năm nay ở Viện nghiên cứu Rượu – Bia – Nước giải khát, Viện Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và một số đơn vị khác và đã đạt được nhiều kết quả tốt. Việc dùng gạo làm nguyên liệu thay thế, một phần malt trong sản xuất bia đã được sử dụng ở hầu hết các nhà máy bia trong cả nước, với tỷ lệ thay thế khoảng 15 – 30%. Tuy nhiên, việc thay thế với tỷ lệ cao hơn mới chỉ dừng ở quy mô thí nghiệm, chưa triển khai vào thực tế. Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là đại mạch và đường hiện nay chưa được ứng dụng rộng rãi. Do đại mạch chưa qua quá trình ươm mầm, sấy nên giá trị của nó giảm hơn rất nhiều so với malt. Vì vậy việc sử dụng đại mạch làm nguồn nguyên liệu thay thế malt cần được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Đường là một nguyên liệu có thể thay thế malt trong sản xuất bia. Với ưu điểm lớn là tạo ra một dịch đường có nồng độ cao và như một chất có vai trò pha loãng nitơ nó giúp cho bia có độ bền cao hơn. Việc dùng đường trong sản xuất bia ở nước ta còn rất nhiều hạn chế, trong khi nguồn nguyên liệu này rất sẵn có và rẻ tiền. Từ những yếu tố trên em tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường”. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 7 MSSV: 504301019 NỘI DUNG THỰC HIỆN BAO GỒM I. Xây dựng cơ sở lý thuyết: Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật Chương 2: Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ Chương 3: Tính toán cân bằng sản phẩm. Chương 4: Tính toán và chọn thiết bị. Chương 5: Tính toán xây dựng. Chương 6: Tính toán hơi – điện – nước. Chương 7: Tính toán CIP, vệ sinh và an toàn. Chương 8: Môi trường và phương pháp xử lý. Chương 9: Tính toán kinh tế. II. Các bản vẽ: 1.Sơ đồ dây chuyền sản xuất. 2.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng nấu bia. 3.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng lên men. 4.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng hoàn thiện. 5.Tổng bình đồ nhà máy. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 8 MSSV: 504301019 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới [1] Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng. HIện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm, trong đó, Mỹ, Đức, mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm... Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiến tiến trong năm 2004 như sau: Cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc khoảng 110 lít/người/năm... Tổng lượng tiêu thụ trên thế giới năm 2003 khoảng 144,296 triệu kl, năm 2004 khoảng 150,392 triệu kl (tăng 4,2%). Lượng bia tiêu thụ tăng hầu khắp các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philipin với tốc độ tăng đến 11,2%. Biểu đồ phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng (2004) (Nguồn từ Kirin news – Nhật Bản) Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 9 MSSV: 504301019 Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới. Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu có giảm, thì ở Châu Á, trước kia nhiều nước có mức tiêu thụ trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 6,5%/năm. Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Đây là những nước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực. Các nước xung quanh ta như Singapore đạt 18 lit/người/năm, Philipin đạt 20 lít/người/năm... (theo số liệu của Viện rượu - bia - nước giải khát Việt Nam). Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành công nghiệp bia Châu Á. Từ năm 1980 đến năm 1990 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức là tăng 17 lần. Thời kỳ từ 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 20% (theo số liệu của Viện rượu - bia - nước giải khát Việt Nam). Đến năm 2004, tổng lượng bia tiêu thụ ở Trung Quốc là 28.640 triệu lít, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới. Tổng lượng bia tiêu thụ của các nước khu vực Châu Á trong năm 2004 đạt 43.147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003. Do thị trường bia trên thế giới đang phát triển một cách năng động, các hãng bia sử dụng các chiến lược kinh doanh khác nhau. Tại Mỹ và Châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lược kinh doanh bia là dành thị phần giảm chi phí sản xuất. Ngược lại, tại Trung Quốc là nơi thị trường đang tăng trưởng (nhất là đối với các loại bia chất lượng cao) chiến lược là phát triển sản xuất, tăng sản lượng và nâng cao chất lượng. 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam [1] Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 10 MSSV: 504301019 a. Tình hình sản xuất bia trong nước Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư... mà ngành công nghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng. b. Số lượng cơ sở sản xuất Số lượng cơ sở sản xuất giảm xuống so với những năm cuối thập niên 1990, đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở sản xuất so với 469 cơ sở tính từ năm 1998. Điều này là do yêu cầu về chất lượng bia, về mức độ vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng cao, đồng thời do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn có thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến... nên có sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phá sản hoặc chuyển sang sản xuất sản phẩm khác. Trong các cơ sở sản xuất bia đó, có Sabeco chiếm năng suất trên 200 triệu lít/năm, Habeco năng suất trên 100 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có năng suất trên 15 triệu lít/năm và khoảng 165 cơ sở sản xuất có năng lực dưới 1 triệu lít/năm. Hai tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Sài Gòn là hai đơn vị đóng góp tích cực và giữ vai trò chủ đạo trong ngành bia. Theo báo cáo của các tỉnh thành phố trực thuộc trung ương và của hai tổng công ty, riêng năm 2003, doanh thu của ngành Bia Rượu Nước giải khát đạt 16.497 tỷ đồng, nộp ngân sách nhà nước 5000 tỷ đồng, tạo điều kiện việc làm và thu nhập ổn định cho trên 20.000 lao động. Sản lượng bia tiêu thụ toàn quốc đạt 1290 triệu lít, đạt 78,8% công suất thiết kế, trong đó Habeco và Sabeco đạt 472,28 triệu lít (chiếm 36,61% toàn ngành bia). Hai tổng công ty đã phát huy hết năng suất, phải gia công tại một số địa phương nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 11 MSSV: 504301019 Nếu xét theo địa phương, năng lực sản xuất bia chủ yếu tập trung vào các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh chiếm 23,2% tổng năng lực sản xuất bia toàn quốc, thành phố Hà Nội chiếm 13,44%, thành phố Hải Phòng chiếm 7,47%. Các nhà máy bia được phân bố trên 49 tỉnh thành của cả nước, trong đó có 24 tỉnh thành có sản lượng trên 20 triệu lít/năm. Đến nay còn một số tỉnh thành chưa có nhà máy bia như: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Đồng Tháp... c. Thương hiệu bia Những thương hiệu bia sản xuất tại Việt Nam đang chiếm ưu thế, đứng vững trên thị trường và có khả năng tiếp tục phát triển mạnh trong quá trình hội nhập, đó là: Sài Gòn, Sài Gòn special, 333, Hà Nội, Heineken, Tiger, Halida... Lượng bia thuộc các thương hiệu này đạt 713,8 triệu lít chiếm 55,24% thị phần tiêu thụ. Mảng thị trường bia cao cấp cũng đã xuất hiện một số loại bia nhập khẩu và các nhà hàng bia tươi (tại Hà Nội, cũng như thành phố Hồ Chí Minh có trên 10 nhà hàng bia tươi) với sản lượng nhỏ nhưng đang ngày càng được ưa chuộng. d. Trình độ công nghệ và thiết bị Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại, tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh như: Đức, Đan Mạch... Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất. e. Nguyên liệu cho ngành bia Năm 2003, kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu cho ngành sản xuất bia (chủ yếu là malt và hoa houblon) khoảng 76 triệu USD. Tổng công ty Habeco đã thử nghiệm trồng thử đại mạch ở một số nơi nhưng chưa có kết quả do sự không phù hợp về thổ nhưỡng và về khí hậu. Hiện tại đã có một nhà máy sản xuất malt đại mạch với công suất trên 50.000 tấn/năm và có khả năng mở rộng lên 100.000 tấn/năm (trích dẫn từ báo cáo tổng kết hoạt động nhiệm kỳ II từ 3/2001 đến 3/2005 của Hiệp hội Rượu Bia Nước giải khát Việt Nam). Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 12 MSSV: 504301019 f. Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2020 Do mức sống ngày càng tăng, mức tiêu thụ ngày càng cao. Không kể các nước Châu Âu, Châu Mỹ có mức tiêu thụ bia theo đầu người rất cao do có thói quen uống bia từ lâu đời, các nước Châu Á tiêu dùng bình quân 17 lít/người/ năm. Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia, rượu. Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uống rượu bia nên tiêu thụ bình quân đầu người ở mức thấp. Việt Nam không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển. Theo một số nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ 50% đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị trường các nước Đông Nam Á. Năm 1995 dân số Việt Nam lŕ 74 triệu người, năm 2000 có khoảng 81 triệu người và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người. Do vậy dự kiến mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 cũng chỉ đạt 13 lít/người/năm, sản lượng bia đạt khoảng 1300 triệu lít, bình quân tăng 18%/năm. Năm 2005 mức tiêu thụ bình quân 17 lít/người/năm, sản lượng 1,5 tỷ lít và năm 2020 đạt mức tiêu thụ 25 lít/người/năm. 3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam a. Tình hình sản xuất trên thế giới Công nghệ lên men bia nồng độ cao là quá trình sản xuất và lên men dịch đường có nồng độ cao hơn so với các phương pháp sản xuất bia truyền thống. Bia nồng độ cao có thể được pha loãng sau khi lên men bằng nước vô trùng đã được khử oxy hoặc pha trộn với các loại nước quả để tạo ra nhiều loại bia khác nhằm đáp ứng thị hiếu ngày càng tăng của người tiêu thụ. Bảng1: Sản phẩm bia được sản xuất bằng công nghệ lên men bia nồng độ cao ở một số nước trên thế giới [6] STT Tên thương mại Hàm lượng Nhiệt độ lên Xuất xứ Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 13 MSSV: 504301019 cồn (%v/v) men (oC) 1 Jeanne dare Belrebuth 12,0 10 Pháp 2 Eldri Pope Thomas Hardys Ale 9,6 13 Anh 3 Bush 12% 9,6 10 Bỉ 4 Kloster Irseer Abt’s Trunk 9,6 9 Đức 5 Les Harvest Alse 9,8 10 – 13 Anh 6 Kasteel Bier 9,2 12 – 13 Bỉ 7 Eku 28 8,8 9 Đức 8 Whibread Gold Label 8,8 10 – 13 Anh 9 Schaffbrau Feuerfest Edel Bier 8,7 9 Đức 10 Borve Ale 8,1 10 - 13 Scotlen 11 Haire of the Dog Adam 8,0 10 – 14 Mỹ 12 Hertig Jan Grand Prestige 8,0 13 Thụy Điển 13 Courage Imperial Russian Stout 8,0 13 – 18 Anh 14 Bridge port Old Knucklehead 7,3 13 Mỹ 15 Echigo Land braurei Abbey Style Tripel 7,2 10 – 14 Nhật 16 Huyghe Dehinum tremenh 7,2 10 Bỉ 17 North Coast Old Rasputin Russian Impercial Stout 7,1 13 – 18 Mỹ 18 Celis Grand Cru 7,0 7 – 10 Mỹ Hầu hết các châu lục trên thế giới đều đã và đang áp dụng công nghệ lên men bia nồng độ cao. Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada) đã nấu và lên men dịch đường 18 – 20oBx. Ở Châu Úc (Úc và Newzealand) lên men bia nồng độ cao là phương pháp sản xuất phổ biến hiện nay. Ở các châu lục khác lên men bia nồng độ cao cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi như ở Trung Mỹ, Nam Mỹ và Châu Phi. Không chỉ ở các nước có ngành công nghiệp bia phát triển lâu đời mới sản xuất bia nồng độ cao mà tại Châu Á cũng đã áp dụng công nghệ này để sản xuất bia như Chosun của Hàn Quốc và Hohlot của Trung Quốc. Sản xuất bia nồng độ cao Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 14 MSSV: 504301019 được áp dụng ngày càng nhiều trên thế giới, bởi bia nồng độ cao có những ưu điểm vượt hơn hẳn bia nồng độ thường: − Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu, thiết bị lên men, tăng sản lượng của nhà máy từ 15 – 25% mà không cần đầu tư thêm thiết bị bằng việc tăng nồng độ chất chiết. Tiết kiệm được nguồn đầu tư cơ bản ban đầu. − Giảm chi phí vận hành: do cùng một chi phí vận hành cho một đơn vị sản phẩm như điện, nước, hơi, nhân công nhưng sản xuất bia nồng độ cao lại thu được những sản phẩm cao hơn từ 25 – 30%. − Với những nhà máy mới lắp đặt, đầu tư ban đầu thì tất cả các hệ thống như nồi hơi, thiết bị bơm, van đều có thể chọn lưu lượng, thể tích nhỏ hơn so với các nhà máy bia thông thường. Các chi phí vận hành các thiết bị phụ trợ cũng thấp hơn. − Sản xuất bia nồng độ cao có thể sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao do vậy giảm lượng malt nhập ngoại, tiết kiệm được ngoại tệ. Không những vậy, khi sản xuất theo phương pháp này sẽ có sự linh động trong việc lựa chọn nguyên liệu thay thế như các loại siro khác nhau, tạo ra bia có vị riêng. Trong quá trình lên men bia nồng độ cao thì các loại đường có khả năng lên men được sử dụng vào quá trình tạo cồn nhiều hơn tạo sinh khối nấm men do đó hàm lượng cồn thu được trên một đơn vị cồn tăng lên. − Sản xuất bia nồng độ cao sẽ giảm lượng phế thải nên chi phí cho quá trình xử lý nước thải giảm, điều này rất có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường. − Khi lên men bia nồng độ cao sẽ nâng cao hương vị của bia thành phẩm do tăng hàm lượng etyl axetat, giảm lượng diaxetyl do môi trường trong dịch đường nồng độ cao, áp suất thẩm thấu lớn, tỷ lệ tiếp giống cao do đó hạn chế khả năng nhiễm khuẩn. Vào cuối giai đoạn lên men chính thì lượng nấm men lơ lửng trong bia non nhiều nên thúc đẩy quá trình khử diaxetyl thành axeton nhanh do đó mà lượng diaxetyl trong bia thành phẩm thấp. b. Tại Việt Nam Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 15 MSSV: 504301019 Ở Việt Nam tuy sản lượng bia tăng nhanh nhưng công nghệ lên men bia nồng độ cao chưa được phát triển. Phần lớn các nhà máy bia của Việt Nam chỉ lên men dịch đường có nồng độ 10 – 12oBx, với tỷ lệ gạo làm nguyên liệu thay thế là 30%, nên sản xuất ra bia có độ cồn 3 - 5%v/v. Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đường cho lên men bia nồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế, hiệu quả sử dụng thiết bị, tạo ổn định cho bia thành phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và góp phần đa dạng hóa sản phẩm. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 16 MSSV: 504301019 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO NHÀ MÁY BIA XÂY DỰNG 1.1. Ưu điểm của bia nồng độ cao Lên men nồng độ cao có những ưu điểm sau: − Bia nồng độ cao có thể sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao hơn do đó làm giảm nguyên liệu nhập ngoại, tiết kiệm ngoại tệ, tăng sản lượng bia mà không cần đầu tư thêm thiết bị, tăng công suất tức thời cho các nhà máy trong mùa hè. − Bằng việc tăng nồng độ chất chiết, hiệu quả sử dụng thiết bị nấu, thiết bị lên men, thiết bị tàng trữ tăng lên, sản lượng của nhà máy tăng lên khoảng 15 – 25%, tiết kiệm được nguồn đầu tư cơ bản ban đầu, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nhà máy. − Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành trên cùng một lượng bia thành phẩm như chi phí về điện, chi phí về hệ thống lạnh, chi phí nhân công từ đó làm giảm giá thành sản phẩm. − Lên men bia nồng độ cao không những có lợi về mặt kinh tế mà còn tạo cho sản phẩm có những ưu điểm như: nâng cao tính ổn định vật lý, hương bền, vị êm hơn và cải thiện được tính đục do keo hóa của bia trong quá trình bảo quản do nó có khả năng kết tủa các chất có khối lượng phân tử lớn, sự kết tủa này xảy ra nhanh hơn và hoàn toàn hơn trong tank lên men. − Ngoài ra bia nồng độ cao còn tạo ra các sản phẩm phong phú đa dạng hơn đáp ứng yêu cầu của thị trường, từ một loại bia mẹ ban đầu có thể tạo ra nhiều loại bia với nồng độ khác nhau. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 17 MSSV: 504301019 − Mặt khác lên men bia nồng độ cao còn làm giảm lượng phế thải nên giảm chi phí cho quá trình xử lý chất thải, có ý nghĩa lớn trong bảo vệ môi trường. Đối với một nhà máy bia mới lắp đặt, sản xuất bia nồng độ cao ngoài những ưu điểm trên còn có những ưu điểm sau: − Dung lượng của tất cả các hệ thống phụ trợ (hơi nước, khí, hệ thống lạnh) cũng nhỏ hơn so với nhu cầu của bia thông thường cùng công suất. − Tất cả các bơm, van và hệ thống ống có thể được lựa chọn phù hợp với những lưu lượng nhỏ hơn so với những lưu lượng thông thường của một nhà máy bia cùng công suất. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu bia nồng độ cao: Theo phương pháp cổ điển các nhà máy bia sản xuất dịch đường có nồng độ ban đầu vừa đủ để tạo ra bia có độ cồn mong muốn. Một số trường hợp dịch đường được sản xuất cao hơn một ít (khoảng 25%) bằng cách bổ sung siro hoặc đường kính vào nồi nấu hoa và bia thành phẩm được pha loãng để được bia bình thường. 1.2. Ưu điểm của việc sử dụng đường và đại mạch làm nguyên liệu thay thế Ưu điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia: − Nguồn cung cấp chất chiết rẻ tiền hơn malt, do đó giảm giá thành sản phẩm. − Cải thiện được thời gian bảo quản bia. − Tăng khả năng bền bọt của bia. Từ thực tế, các nhà sản xuất bia đã rút ra kết luận rằng khi sản xuất bia với tỷ lệ malt thấp, việc chọn đại mạch thay thế malt là một giải pháp rất tốt, chất lượng bia vẫn đảm bảo do trong đại mạch có một số chất tương tự như malt, đó là: thành phần protein trong đại mạch cao nên khi sử dụng tỷ lệ cao làm nguyên liệu thay thế sẽ tránh được thiếu hụt nguồn đạm trong dịch đường. Mặt khác trong đại mạch có hoạt lực Diastatic khoảng 35 - 45 WK, chỉ số này mặc dù thấp so với malt đại mạch nhưng lại là đặc tính mà các nguyên liệu thay thế Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 18 MSSV: 504301019 khác không có được. Đặc biệt nhiệt độ hồ hóa của đại mạch nằm trong khoảng 55 − 65oC, thấp hơn nhiều so với gạo 75 − 85oC nên dịch hóa ở nhiệt độ thấp và có thể dùng trực tiếp với malt, do đó tiết kiệm được năng lượng và dễ dàng cho quá trình nấu. Vỏ của đại mạch tạo nên lớp màng lọc rất tốt khi sử dụng thùng lọc lắng. Ưu điểm của việc dùng đường làm nguyên liệu thay thế: − Việc sử dụng đường làm tăng nồng độ của dịch lên men nồng độ cao là tăng công suất của nhà máy bia mà không cần đầu tư thêm thiết bị hoặc giảm thể tích nấu. − Đường bổ sung trực tiếp vào nồi nấu hoa đã làm tăng hương vị của bia. Từ những lý do trên em tiến hành xây dựng nhà máy sản xuất bia với năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường (tỷ lệ % nguyên liệu thay thế được sử dụng từ kết quả nghiên cứu của tác giả Bùi Thị Thúy Lành - Luận văn thạc sỹ khoa học)[6]. 1.3. Địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm được chọn để xây dựng nhà máy cần đáp ứng được những yêu cầu sau: − Phù hợp với quy hoạch chung của thành phố. − Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và nơi tiêu thụ sản phẩm. − Thuận tiện về giao thông. − Đảm bảo các nguồn điện, nước, nhiên liệu. − Vấn đề cấp thoát nước dễ dàng. − Nguồn nhân lực không quá khan hiếm. Qua khảo sát và tìm hiểu em chọn địa điểm xây dựng nhà máy bia ở thị xã Phong Thổ, tỉnh Lai Châu. 1.3.1. Giao thông vận tải Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 19 MSSV: 504301019 Là một thị xã của một tỉnh tương đối lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam, thị xã có đường giao thông rất thuận tiện bằng cả đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không. Thị xã nằm gần với các đường quốc lộ nên rất thuận lợi để đi lên Lạng Sơn, đi về Lào Cai, Sơn La, Yên Bái, theo đường 6 về tới Điện Biên.. nên rất tiện lợi cho việc thu mua nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. 1.3.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt, đại mạch trong nước và đường (nguyên liệu thay thế cho một phần malt), hoa houblon, nước, nấm men và một số nguyên liệu phụ trợ khác. − Malt đại mạch và hoa houblon được nhập về từ Trung Quốc. Malt được đóng gói vào trong các bao tải có trọng lượng cả bì là 50kg. Hoa houblon được nhập về dưới dạng hoa viên và cao hoa. Nguyên liệu được nhập về nhà máy trực tiếp từ Trung Quốc bằng đường bộ. − Đại mạch trong nước được thu mua từ Sơn La bằng đường bộ. − Men giống: nhà máy sử dụng nấm men Saccharomyces carlsbergensis X25. − Nước: trong sản xuất bia nước đóng một vai trò rất quan trọng. Nước được sản xuất với một khối lượng tương đói lớn và yêu cầu của nước hết sức nghiêm ngặt. Nhà máy sử dụng nguồn nước máy do tỉnh cấp. Đây là một yếu tố quan trọng vì nước không chỉ để dùng cho nấu và xử lý, sinh hoạt mà còn được dùng để pha loãng từ bia nồng độ cao ra bia thành phẩm sau này. 1.3.3. Hệ thống thoát nước Nhà máy thải ra một lượng nước thải lớn. Đây là loại nước chứa nhiều chất hữu cơ do đó nước thải của nhà máy được gom về hệ thống xử lý nước thải đặt trong nhà máy, sau khi nước đã được xử lý rồi mới thải ra hệ thống nước thải của tỉnh. 1.3.4. Nguồn cung cấp nhiên liệu Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 20 MSSV: 504301019 Nhiên liệu được sử dụng nhằm cung cấp nhiệt cho nồi hơi phục vụ cho các mục đích sản xuất, vệ sinh nhà xưởng, thanh trùng... Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than đá được mua từ tổng công ty than Việt Nam. 1.3.5. Nguồn điện Điện là nhu cầu quan trọng cho bất kỳ nhà máy nào, điện phải đảm bảo 24/24 giờ. Hiện tại nhà máy sử dụng nguồn điện được mua từ Trung Quốc với giá thành tương đương với nguồn điện quốc gia (nhưng sau vài năm nữa khi nhà máy thủy điện Sơn La đi vào hoạt động thì nhà máy sẽ được cung cấp điện từ lưới điện quốc gia), ngoài ra còn đặt thêm hệ thống máy biến thế riêng để ổn định nguồn điện và một máy phát điện đề phòng khi mất điện trên mạng lưới. 1.3.6. Nguồn nhân lực Nhà máy có thể sử dụng lực lượng lao động tại địa phương, vừa nhằm giải quyết công ăn việc làm cho họ, mặt khác khi sử dụng nguồn nhân công tại chỗ giúp chúng ta không phải quan tâm đến nơi ăn chốn ở của công nhân. Bên cạnh đó nhà máy đặt tại thị xã lớn của một tỉnh sẽ thu hút nhân tài từ các tỉnh lân cận về đây làm việc. 1.3.7. Thị trường tiêu thụ sản phẩm Thị trường tiêu thụ chủ yếu của nhà máy là hướng tới ngay tại tỉnh Lai Châu. Bởi vì cả tỉnh vẫn chưa có một nhà máy bia nào được xây dựng. Đây là một ưu điểm vượt trội của tỉnh khi tiến hành xây dựng nhà máy bia tại đây. Ngoài ra nhà máy bia còn cung cấp bia cho các tỉnh lân cận khác như Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, Lạng Sơn, Điện Biên... Với đặc tính của bia và nhu cầu nước giải khát ngày càng cao cùng với sự giảm giá thành của bia do dùng 50% nguyên liệu thay thế và địa điểm đặt nhà máy thuận lợi thì việc sản xuất bia sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao. Điều này chứng tỏ việc thiết kế một nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx là hoàn toàn có tính khả thi, chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cũng như việc tạo việc làm cho một lượng công nhân khá lớn và tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 21 MSSV: 504301019 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Để lựa chọn dây chuyền sản xuất bia cho phù hợp với công nghệ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx sau đó pha loãng ra bia thành phẩm gồm 60% bia chai 12oBx và 40% bia hơi 10oBx cần phải xác định các chỉ tiêu chất lượng của bia thành phẩm. ™ Chỉ tiêu cảm quan − Màu sắc: vàng rơm, óng ánh. − Độ trong: trong suốt. − Hương: thơm dịu, đặc trưng của hoa houblon. − Vị: đắng dịu, đặc trưng của hoa houblon. − Trạng thái bọt: trắng mịn. − Thời gian giữ bọt: 5 – 25 phút. ™ Chỉ tiêu hóa lý − Độ đường ban đầu: 10 – 13% trọng lượng trong đó bia hơi 10oBx và bia chai 12oBx. − Hàm lượng cồn: bia hơi: 3,5%; bia chai 5% (v/v). − Hàm lượng diaxetyl: bia hơi < 0,2 mg/l; bia chai < 0,1 mg/l. − Độ màu tính theo số ml I2 0,1N trung hòa 100ml bia: 0,5 ml. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 22 MSSV: 504301019 − Hàm lượng glyceryl: bia hơi: 0,1 – 0,2; bia chai: 0,1 – 0,2. − Hàm lượng axit hữu cơ: bia hơi: 0,1 – 0,15; bia chai: < 0,1 − Hàm lượng đạm tổng số (mg/100ml): 65 – 80. − Hàm lượng đạm formol (mg/100ml): 20 – 25 − Độ chua tính theo ml NaOH 1N trung hòa lượng axit trong 100 ml bia: 1,2 – 1,7 ml. − Kim loại nặng: không có. ™ Chỉ tiêu vi sinh vật − Vi sinh vật hiếu khí: < 100 tế bào/ml bia hơi − Vi khuẩn yếm khí: không có. − E.coli: không có. − Vi trùng gây bệnh đường ruột: không có. − Nấm mốc: ≤ 5 tế bào/ml. − Riêng bia chai đảm bảo không có vi sinh vật bên trong. 2.2. Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu để sản xuất bia bao gồm nguyên liệu chính và nguyên liệu thay thế. Các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men. 2.2.1. Malt đại mạch Trong sản xuất bia malt là nguyên liệu quan trọng và quyết định lớn đến chất lượng của bia. Malt dùng trong sản xuất bia thường là malt được nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ ẩm nhất định ở những điều kiện bắt buộc. Malt cung cấp cho quá trình lên men đường, tinh bột, axit amin, chất béo, chất khoáng, đạm, cung cấp enzym protease, amylase cho công nghệ nấu dịch lên men và các hệ thống enzym oxy hóa khử khác. Ngoài ra malt còn cung cấp nguồn đạm hòa tan cho sự sinh trưởng, phát triển của nấm men, cung cấp những chất đặc trưng tạo nên hương vị, độ bọt, độ bền bọt cho bia sau này. 2.2.1.1. Yêu cầu về chất lượng của malt Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 23 MSSV: 504301019 − Về cảm quan: + Màu sắc: vàng nhạt hoặc vàng thẫm. + Mùi vị: có mùi thơm, vị dịu ngọt. + Kích thước, trọng lượng: hạt đồng đều, cứ 1000 hạt malt khô dao động từ 30 – 44g. Malt phải xốp, khi cắn phải mềm, không còn các phản ứng, malt không được có dấu hiệu meo mốc. Nếu độ ẩm trong malt >5% thì chất lượng sẽ bị giảm, khó bảo quản. 2.2.1.2. Thành phần hóa học của malt tính theo phần trăm chất khô Bảng 2.1: Thành phần hóa học của malt [1] Thành phần % Chất khô Tinh bột Đường khử Đường sacharose Pentose hòa tan Pentose và hectose không hòa tan Xenlulose Các chất chứa nitơ Chất béo Chất khoáng Đạm formol Chất chứa nitơ không đông tụ 58 4 5 1 9 6 10 2,5 2,5 0,7 – 1 2,5 Có hai loại malt: malt vàng và malt thẫm. Tuy nhiên ở nhà máy này em chọn loại malt vàng. 2.2.2. Hoa houblon Cây Houblon có tên khoa học là “Hamulus Lupulus”, là một loài thân leo thuộc hàng urticacée, họ moracé. Hoa houblon được coi như là nguồn nguyên liệu chính thứ hai trong sản xuất bia. Hoa houblon tạo cho bia có vị đắng đặc trưng và mùi thơm dễ chịu, đồng thời hoa cũng chiết ra các chất có tác dụng tiệt trùng do đó làm tăng thời gian bảo quản bia và giúp cho các thành phần bia được ổn định và bọt bia giữ được lâu hơn cũng như cung cấp khoáng, tanin, protein, Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 24 MSSV: 504301019 tanin kết hợp với protein còn lại chưa thủy phân và làm tách protein ra tránh hư hỏng trong bia. Đức và Mỹ là hai quốc gia sản xuất hoa houblon lớn nhất, tiếp theo là cộng hòa Czech và hiện nay có cả Trung Quốc. Bảng 2.2: Sản lượng thu hoạch hoa houblon ở các nước trên thế giới [1] Quốc gia Sản lượng (x1000 tấn) năm 2005 Mỹ Đức Trung Quốc Cộng hòa Czech Anh 26,2 29,0 20,0 6,8 2,0 Toàn thế giới 102,21 Có khá nhiều giống hoa houblon và sản lượng thu hoạch trong năm cũng rất khác nhau. Bảng 2.3: Các giống hoa houblon [1] Giống hoa Sản lượng (tấn) Challenger Golding Northdown Target Fuggle Progress Yeoman WGV Bram Cross Các loại khác 520,8 501 461,3 344 217,5 140,6 84 84 63 37,6 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 25 MSSV: 504301019 Hoa houblon sử dụng trong nhà máy được nhập từ Trung Quốc dưới dạng hoa viên và cao hoa. 2.2.2.1. Yêu cầu chất lượng của hoa houblon − Màu sắc: Hoa có màu xanh hơi ngà, cánh hoa phải có màu sáng ngà, không có màu nâu hoặc màu sẫm đen. − Mùi vị: có vị đắng, mùi thơm đặc trưng. − Tạp chất: hàm lượng tạp chất < 17,5%, không lẫn nhiều lá và cuống hoa (có thể chấp nhận lá và cuỗng gẫy còn khoảng 3%). − Hàm lượng ẩm: dùng tay nghiền hoa, hoa không được dính vào nhau hoặc mất lá, không bị ướt, không bị gãy. − Hình dáng hoa: các búp hoa phải to đều, các cánh hoa xếp khít lên nhau. − Các hạt lupulin (nhụy hoa): hoa có càng nhiều lupulin càng tốt, lupulin có màu vàng chanh tới vàng bóng, dính. Bảng 2.4: Thành phần hóa học của hoa houblon [1] Thành phần Hàm lượng (%) Nước Nhựa đắng tổng số Tinh dầu Tanin Monosaccarit Pectin Amino axit Protein Lipit và sáp Chất tro Xenluloza, lignin và các chất khác 10 – 11 15 – 20 0,5 – 1,5 2– 5 2 2 0,1 15 – 17 3 5 – 8 40 - 50 Bảo quản hoa houblon: hoa houblon cần bảo quản ở nơi khô ráo, nhiệt độ thấp và không có ánh nắng mặt trời. Trong khi bảo quản, hàm lượng ẩm tối đa của hoa cho phép là 13%, còn nhiệt độ bảo quản tốt nhất là 0,5 – 2oC. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 26 MSSV: 504301019 2.2.2.2. Các dạng hoa houblon sử dụng − Dạng cánh: sử dụng trực tiếp hoa tươi. Hoa có màu xanh hơi vàng, cánh hoa phải có màu sáng ngà, hoa có càng nhiều lupulin càng tốt. Cần phân biệt hoa thơm, hoa có độ đắng cao và độ đắng thấp. Các loại hoa thơm được đặc trưng bởi cường độ và mùi thơm dễ chịu hơn, lượng tinh dầu cao hơm, nhưng hàm lượng ỏ − axit của chúng thấp hơn so với các loại hoa đắng, hoa thơm vẫn được bán với giá cao hơn. Các loại hoa đắng được đặc trưng bởi hàm lượng ỏ − axit cao hơn. Tuy nhiên hiện nay số lượng các nhà máy sử dụng hoa houblon tươi giảm liên tục khi xuất hiện các chế phẩm hoa houblon. − Dạng viên: Có màu xanh, dạng viên trụ, có đường kính 5 mm (hàm lượng chất đắng 8%). Trong quá trình nấu dạng hoa viên này thường được dùng với hàm lượng lớn và cho vào giai đoạn đầu là 1/2 và giữa quá trình nấu hoa là 1/2 còn lại. Có hai loại hoa viên là hoa viên 90 và hoa viên 45. + Hoa viên 90: 90 có nghĩa là 90kg chứa tất cả các thành phần trong hoa gốc được chế biến từ 100kg hoa tươi. + Hoa viên 45: là loại hoa viên giàu lupulin trong đó chứa toàn bộ nhựa và tinh dầu có trong hạt lupulin. Bảng 2.5: So sánh thành phần của các loại hoa viên với hoa cánh [1] Các chỉ tiêu Loại 90 Loại 45 Tỷ lệ tính theo trọng lượng (%) 90-96 44-52 Phần dung tích (%) 20-30 10-25 độ đắng và hương thơm (%) 100-106 200-220 Hàm lượng tanin (%) 100 50 Hàm lượng chất rắn (%) 100 50 Hàm lượng các chất có hại (%) 100 50 − Dạng cao: Có hàm lượng chất đắng thấp nhưng có hàm lượng tinh dầu cao vì vậy cho cuối quá trình nấu hoa để tránh tổn thất hàm lượng tinh dầu. Cao hoa có thể bảo quản tốt từ 3 – 5 năm. 2.2.3. Nước Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 27 MSSV: 504301019 Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn để hồ hóa, đường hóa, rửa men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi... Chất lượng nước có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia. Lượng nước sử dụng trong sản xuất bia thường trong khoảng 3,7 – 10,9 hl/hl bia. Trong việc sản xuất bia nồng độ cao, nước có ý nghĩa rất quan trọng trong việc pha loãng bia thành các nồng độ theo yêu cầu. Yêu cầu của nước dùng để sản xuất bia: [1] − Độ cứng từ mềm đến trung bình − Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l. − Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l. − Hàm lượng muối clorua 75 – 150 mg/l. − Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l. − NH3 và muối NO2 không có. − Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l. − Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml. − Số lượng tế bào E.coli # 3 tế bào/ml. Đối với nước pha loãng bia (bia nồng độ cao) cần phải có thêm các yếu tố sau: − Hàm lượng O2 hòa tan < 0,05 mg/l. − Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia cần pha loãng. − Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia. − Không có vi sinh vật và mùi lạ. Bảng 2.6: Hàm lượng các hóa chất xử lý nước uống và dư lương cho phép (Quy định của CHLB Đức về nước uống và nước sử dụng trong thực phẩm) Hóa chất Mục đích Lượng cho phép tối đa (mg/l) Lượng dư (mg/l) Cl2 ClO2 Khử trùng Khử trùng 1,2 0,4 0,3 0,3 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 28 MSSV: 504301019 O3 Ag H2O2 KMnO4 O2 SO3 Na2S2O3 Khử trùng Khử trùng Oxy hóa Oxy hóa Oxy hóa Giảm tối thiểu - 10 - 17 - - 5 6,7 0,5 0,03 0,1 0,5 0,05 2 2,8 2.2.4. Nấm men Nấm men sử dụng trong lên men bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces có nhiệt độ sinh trưởng là 25 – 30oC nhưng có thể phát triển được ở 2 – 3oC và chịu đến -180oC, ở nhiệt độ không khí lỏng vẫn sống. Giai đoạn đầu lên men cần có oxy để dấm man sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối sau đó oxy cạn dần chuyển sang pha yếm khí. Chủng nấm men được sử dụng để lên men ở đây là Saccharomyces carlsbergensis là loại nấm men hiếu khí tùy tiện. Trong điều kiện hiếu khí được cung cấp đủ oxy nấm men thực hiện quá trình hô hấp và tăng sinh khối, còn trong điều kiện yếm khí chúng thực hiện quá trình lên men. Loài nấm men phát triển tốt ngay ở nhiệt độ thấp khoảng 6 – 7oC. 2.2.5. Nguyên liệu thay thế Theo tài liệu của hiệp hội bia Châu Mỹ, nguyên liệu thay thế được định nghĩa là nguồn cacbonhidrat có thành phần và tính chất phù hợp dùng để bổ sung và thay thế nguyên liệu cơ bản trong sản xuất bia là malt đại mạch. Xuất phát điểm của việc sử dụng nguyên liệu thay thế ở Châu Âu là nhằm giảm lượng malt đưa vào sản xuất vì thuế sản xuất lúc đó đánh vào lượng malt. Nguyên liệu Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 29 MSSV: 504301019 thay thế lúc đó là siro và các loại đường. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, toàn thế giới bị thiếu malt trầm trọng nên tất cả các châu lục đều phải sử dụng các nguồn nguyên liệu khác nhau thay thế như ngô, gạo, đại mạch... Sau một thời gian dài sử dụng và nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nguyên liệu thay thế đến chất lượng của bia, người ta đã rút ra một số kết luận sau: − Việc sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia không làm ảnh hưởng đến chất lượng của bia, ngược lại làm tăng độ bền của bia trong quá trình bảo quản. − Làm giảm độ màu của bia. − Cải thiện đặc tính bọt. − Mang lại lợi ích kinh tế. Khoảng 90% lượng bia sản xuất trên thế giới được làm từ malt và nguyên liệu thay thế là tinh bột. Người ta sử dụng nguyên liệu thay thế là tinh bột với nhiều mục đích: − Để hạ giá thành bia. − Tăng cường độ bền keo, những chất chứa nitơ và polyphenol trong phần lớn các nguyên liệu tinh bột thường không nhiều nhưng làm tăng tính bền keo. − Sản xuất các loại bia nhẹ hơn, sáng màu hơn bia sản xuất hoàn toàn bằng malt. Một số nước đã sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao như ở Mỹ dùng nguyên liệu thay thế không những có tới 16% gạo mà còn dùng thêm hỗn hợp ngô 33%. Ở Anh dùng 20 – 25%, ở Nhật, Mỹ dùng 40 – 50%, Úc 30 – 40%... Việc sử dụng nguyên liệu thay thế ở tỷ lệ cao đòi hỏi phải bổ sung thêm enzym ngoài vào để hỗ trợ thêm cho enzym trong quá trình chuyển hóa ngũ cốc. Có một số công trình nghiên cứu sử dụng enzym trong quá trình nấu và tạo hương, người ta có thể nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế lên 80 – 90% mà bia vẫn đảm bảo chất lượng. Ngoài việc sử dụng gạo, ngô, sắn, đường làm nguyên liệu thay thế ở Nigeria đã sử dụng hạt Sorghum với tỷ lệ 58%, ngô 40% Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 30 MSSV: 504301019 cùng với sự phối hợp của hai loại enzym đường hóa, đạm hóa và bia vẫn đạt chất lượng tốt. Vấn đề sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia đã được đặt ra cho các nhà nghiên cứu từ nhiều năm nay. Sự lựa chọn một nguyên liệu thay thế nào đó tùy thuộc vào mức độ sẵn có ở trong nước, giá cả cũng như mục đích của các nhà sản xuất. Trong đề tài này của em sử dụng nguyên liệu thay thế là đại mạch và đường. 2.2.5.1. Ưu nhược điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia Malt đại mạch là nguyên liệu chính cho sản xuất bia. Đại mạch sau khi lựa chọn được đưa vào nảy mầm, sấy khô tạo ra malt. Tùy theo yêu cầu của công nghệ sản xuất bia, chất lượng bia mà người ta lựa chọn công nghệ sản xuất malt thích hợp. Nói chung quá trình sản xuất malt là quá trình tiêu tốn năng lượng và nhân công. Do nhu cầu hạ giá thành sản phẩm mà các nhà sản xuất bia ở Anh và Ailen bắt đầu sử dụng đại mạch vào sản xuất bia năm 1940. Tỷ lệ chất chiết của dịch đường từ đại mạch lúc đó không vượt quá 20%. Qua quá trình sản xuất, các nhà làm bia đã rút ra những ưu nhược điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế như sau: Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 31 MSSV: 504301019 Ưu điểm: − Nguồn cung cấp chất chiết rẻ hơn malt, do đó giảm giá thành sản phẩm. − Cải thiện được thời gian bảo quản bia. − Tăng khả năng bền bọt của bia. Nhược điểm: − Độ nhớt dịch đường cao hơn. − Tốc độ lọc dịch đường chậm hơn. − Gây khó khăn cho quá trình lọc bia. Khi sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế thì tính chất của đại mạch ảnh hưởng lớn đến công nghệ sản xuất cũng như chất lượng dịch đường và bia thành phẩm. Tính chất của đại mạch chịu ảnh hưởng đáng kể của cả di truyền và điều kiện gieo trồng. Việc sử dụng công nghệ di truyền đã tạo ra những giống đại mạch có chất lượng rất tốt cho sản xuất bia. Các yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng đến hàm lượng protein, tinh bột và 1-3, 1-4 õ-glucan cũng như hoạt lực của hệ enzym có trong đại mạch. Bảng 2.7: Thành phần cơ bản của đại mạch [6] Chỉ tiêu cảm quan Màu sắc hạt Vàng sáng Hình dạng hạt Hình elip, hạt mập Chỉ tiêu cơ học Kích thước hạt (dài - rộng) (mm) 9,5 – 3,7 Khối lượng 1000 hạt (g) 50,1 Dung trọng (g/l) 670 Chỉ tiêu hóa lý Độ ẩm (%) 10,1 Trọng lượng vỏ (%) 8,5 Hàm lượng tinh bột (%) 64,5 Hàm lượng protein tổng số (%) 11,6 Hàm lượng protein hòa tan (%) 1,80 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 32 MSSV: 504301019 Độ hòa tan (%) 69,7 Hàm lượng õ-glucan (%) 3,2 Nhiệt độ hồ hóa (oC) 58 Hoạt lực WK 41,5 Ở nhà máy này em sử dụng giống đại mạch trong nước là RIB0127 (hay Zkb0127) Giống đại mạch RIB0127 được trồng tại Sơn La vụ đông xuân 2002 - 2003 có thời gian sinh trưởng ngắn, tiềm năng năng suất cao, ổn định, có khả năng chịu rét và sương muối tốt. Có chất lượng phù hợp sản xuất malt hoặc có thể sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu thay thế để sản xuất bia, làm nguyên liệu cho sản xuất rượu, nước giải khát. Một số thông số kỹ thuật của giống đại mạch RIB0127: ™ Nguồn gốc giống : − Giống có nguồn gốc nhập ngoại − Loại đại mạch: Đại mạch hai hàng ™ Chỉ tiêu nông học − Thời gian sinh trưởng: 108- 110 ngày − Chiều cao cây: 108 cm − Chiều dài bông: 8 - 9 cm − Số hạt/bông: 28 - 32 − Số bông/m2: 326 - 351 − Khả năng kháng bệnh đốm nâu, phấn trắng, móc hồng : Tốt − Năng suất : 4.2 tấn/ha - 4.5 tấn/ha − Trọng lượng 1000 hạt: 50.0 - 50.7g ™ Các chỉ tiêu hóa học: − Hàm lượng Protein: 11,5 - 12.6 mg/l Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 33 MSSV: 504301019 − Hàm lượng Tinh bột: 64 - 66 %CK − Hàm lượng õ - Glucan: 3.0 - 3.5 mg/l. − Năng lực nảy mầm: 97%- 99% − Khả năng nảy mầm: 98% ™ Màu sắc cảm quan: Hạt mẩy, hình elíp, màu vàng sáng. 2.2.5.2. Đường Đường là nguyên liệu thay thế thứ hai trong sản xuất bia. Chính vì vậy chất lượng đường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia. Một trong những lợi ích căn bản của việc sử dụng đường là tạo ra dịch đường với giá thành rẻ hơn mà vẫn đảm bảo chất lượng của bia. Đường có thể sử dụng để làm tăng nồng độ dịch đường trong nồi nấu hoa. Điều này có những ưu điểm sau: − Thành phần chủ yếu của đường là saccaroza >98%. − Thành phần tạp chất rất thấp. Do đó không ảnh hưởng nhiều đến tính chất đặc trưng của sản phẩm bia: mùi, vị... − Nồi đường hóa chỉ có thể hoạt động với một công suất nhất định và với nồng độ dịch sau nấu nhất định chứ không theo yêu cầu lựa chọn của dịch nấu hoa. − Theo công nghệ lên men nồng độ cao thì muốn nâng cao nồng độ dịch đường thì phải đun cho hơi nước bay hơi bớt đi, nay có thể làm nhờ bổ sung thêm đường. − Việc sử dụng đường làm tăng nồng độ của dịch lên men nồng độ cao làm tăng công suất của nhà máy bia mà không cần đầu tư thêm thiết bị hoặc giảm thể tích nồi nấu. Đường bổ sung trực tiếp vào nồi nấu hoa đã làm tăng hương vị của bia bằng những ưu điểm của nó là: − Pha loãng những chất không có bản tính tinh bột như protein, polyphenol là những chất làm đục bia. − Điều chỉnh giá sản phẩm bằng nguồn chất khô rẻ hơn. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 34 MSSV: 504301019 − Làm tăng sản lượng của nhà nấu, tăng năng lực của nhà nấu. − Đáp ứng nhu cầu về lên men nồng độ cao. − Khi tỷ lệ nguyên liệu thay thế cao có thể giảm bọt, hạn chế khả năng lên men, giảm lượng este... Tuy nhiên việc sử dụng đường làm nguyên liệu thay thế có một số nhược điểm sau: − Do thành phần của dịch đường chủ yếu là saccaroza, nên khi bổ sung đường ta chỉ làm tăng thành phần đường trong dịch. Khi bổ sung với lượng lớn saccaroza cần phải chú ý đến hàm lượng axit amin. − Nếu hàm lượng quá cao sẽ phá vỡ sự cân bằng trong quá trình lên men, mặt khác tạo nhiều sản phẩm rượu bậc cao. ảnh hưởng đến chất lượng bia sau này. Ở đây em dùng đường saccaroza của nhà máy đường Lam Sơn Thanh Hóa làm nguyên liệu thay thế trong đề tài của mình. Sử dụng đường tinh luyện với thành phần hóa học như sau: Bảng 2.8: Chỉ tiêu chất lượng đường do công ty cổ phần mía đường Lam sơn sản xuất [6] Chỉ tiêu Đơn vị tính Đường tinh luyện Hàm lượng đướng saccaroza OS hoặc OZ 99,85 Hàm lượng đường khử % khối lượng 0,030 Tro dẫn điện % khối lượng 0,015 Độ ẩm % khối lượng 0,040 Độ màu IU 20 Asen (As) mg/kg 1 Đồng (Cu) mg/kg 1,5 Chì (Pb) mg/kg 0,5 Dư lượng SO2 mg/kg 6 Số vi khuẩn ưa nhiệt 10g 200FU Tổng số nấm men 10g 10FU Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 35 MSSV: 504301019 Tổng số nấm mốc 10g 10FU 2.2.6. Các chất phụ gia Chất phụ gia là chất được sử dụng làm nguyên liệu phụ để tăng giá trị cảm quan và chất lượng của bia. Có các nhóm chất phụ gia như sau: − Nhóm các chất phụ gia để xử lý nước: nhóm này có thể dùng các chất làm mềm nước phục vụ cho quá trình sản xuất như các muối Na2SO3, Na2SO4, CaCl2. − Nhóm sát trùng nước và điều chỉnh pH của nước và dịch lên men như Clorin, axit clohydric, axit lactic. − Nhóm các chất dùng sát trùng, tẩy rửa (vệ sinh đường ống, thiết bị rửa chai...) gồm dung dịch Clo, axit HCl, NaOH, KMnO4. − Nhóm các chất dùng trong quá trình thu hồi CO2 gồm: than hoạt tính, H2SO4, KMnO4, CaCl2 khan. − Nhóm các chất chống oxy hóa cho bia: axit ascorbic, H2O2, benzoat natri (C7H5O2Na). − Nhóm các chất làm tăng màu, mùi vị cho bia: chất màu caramen và hương bổ sung cho bia. − Nhóm các chất trợ lọc: bột diatomit, bentomit. − Nhóm các chất dùng cho sát trùng thiết bị lấy men, bổ sung men: dùng cồn 70%. 2.3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ Hiện nay tồn tại hai phương pháp lên men: − Phương pháp lên men cổ điển. − Phương pháp lên men hiện đại (lên men gia tốc). 2.3.1. Phương pháp lên men cổ điển Phương pháp này lên men ở nhiệt độ thấp từ 6 – 10oC trong 7 – 10 ngày, lên men phụ từ 1 – 2 ngày. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 36 MSSV: 504301019 Ưu điểm: hương vị bia tạo ra đậm đà hơn, thiết bị lên men đơn giản, dễ chế tạo. Nhược điểm: đòi hỏi nhiều thiết bị do lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong hai thiết bị riêng biệt trong phòng lạnh khác nhau với nhiệt độ tiến hành khác nhau. Vì thế chi phí đầu tư xây dựng lắp đặt và chế tạo thiết bị tốn kém và còn phải thiết kế thêm một bơm từ thùng lên men chính lên thùng lên men phụ khi kết thúc giai đoạn lên men chính. Phòng làm lạnh phải có thiết bị bảo ôn nên rất tốn kém, giá đầu tư cao, tiêu hao năng lượng kéo theo giá thành sản phẩm cao. Mặt khác quá trình bơm từ thùng lên men chính qua thùng lên men phụ không tránh khỏi tổn thất và dễ bị nhiễm tạp. 2.3.2. Phương pháp lên men gia tốc Quá trình lên men chính và phụ được tiến hành trong cùng một thiết bị có hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của hai quá trình lên men. Nhiệt độ lên men chính 10 – 12oC trong 4 – 8 ngày, lên men phụ 0 – 2oC trong 8 – 12 ngày. Ưu điểm: thời gian lên men nhanh, rút ngắn hơn so với phương pháp lên men cổ điển, thiết bị lên men gọn, không tổn thất diện tích mặt bằng phân xưởng. Nhược điểm: lên men ở nhiệt độ cao nên có nhiều sản phẩm phụ không có lợi cho chất lượng bia. Tuy nhiên chất lượng bia tạo ra cũng không khác nhau xa lắm so với phương pháp lên men cổ điển. Vì vậy trong nhà máy này em chọn phương pháp lên men gia tốc để sản xuất bia. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 37 MSSV: 504301019 2.4. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.4.1. Sơ đồ khối của dây chuyền Malt Đại mạch Việt Nam Nghiền Nghiền Hòa malt Hòa bột Đường hóa Lọc dịch đường Dịch đầu Rửa bã Dịch rửa bã Hồ hóa và dịch hóa Nước Termamyl Bã Bã Neutrase Nước Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 38 MSSV: 504301019 Nấu hoa Lắng trong Dịch Làm lạnh nhanh Lên men chính Xử lý lại Nhân giống Nấm men Lên men phụ Lọc trong bia Hoa houblon Đường Cặn Men giống Men ữ Bão hòa CO2 Xử lý Thu hồi CO2 CO2 tinh khiết Thức ăn gia súc Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 39 MSSV: 504301019 2.4.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất 2.4.2.1. Nghiền nguyên liệu a. Nghiền malt ™ Mục đích: nghiền nhỏ malt để khi đường hóa thu được nhiều chất hòa tan (chất chiết) nhất, có lợi cho sản xuất và chất lượng sản phẩm, hạn chế các chất không có lợi tan vào dịch đường và sử dụng tốt nhất các thành phần của malt (chất ḥa tan, vỏ...). ™ Cách tiến hành: Chiết bock Chiết chai dập nắp Thanh trùng Bảo quản lạnh Kiểm tra dãn nhãn Bia hơi thành phẩm Xếp két Bia chai thành phẩm Vệ sinh Thùng chứa sản phẩm Chai Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 40 MSSV: 504301019 − Nghiền malt: malt được cân định lượng cho từng mẻ nấu rùi được nghiền ướt. Đây là phương pháp nghiền mà malt và nước được phối trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định. − Ưu điểm của phương pháp nghiền malt ướt: giữ được lớp vỏ malt được nguyên vẹn, do lớp vỏ malt cũng như các thành phần khác của malt sẽ được hấp thụ nước và trở nên mềm và dai hơn. Các thành phần của malt bị nghiền ép dễ dàng tách ra khỏi hạt trong khi vỏ trấu hầu như không bị tổn hại, do vậy có lợi cho quá trình tách chiết, trong khi đó thì các thành phần của hạt được nghiền mịn nên các thành phần được sử dụng tốt hơn. Bên cạnh đó phương pháp này còn tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất. − Nhược điểm của phương pháp này là: giá thành đầu tư khá là đắt so với phương pháp nghiền thông thường. b. Nghiền đại mạch ™ Mục đích của quá trình nghiền đại mạch: Nghiền đại mạch tương tự như nghiền malt. Đại mạch được cân lên từng mẻ và được nghiền bằng máy nghiền búa. Đại mạch được nghiền càng mịn càng tốt để tăng khả năng tiếp xúc giữa các phần tử với enzym, tinh bột dễ chuyển thành dạng hòa tan và trương nở tốt hơn, do vậy enzym dễ phân cắt tinh bột thành đường. ™ Ưu nhược điểm: − Ưu điểm của thiết bị nghiền này: thiết bị dễ chế tạo, vận hành đơn giản. − Nhược điểm: búa chóng hỏng và dễ tạo bụi. 2.4.2.2. Quá trình nấu Đây là quá trình quan trọng nhất trong quá trình sản xuất dịch lên men. Trong suốt quá trình đường hóa, bột malt và nước trộn với nhau, các thành phần của malt hòa tan vào nước và ta thu được dịch đường. Trong đại mạch, hoạt lực diastaza khoảng 37 – 42 WK, chỉ số này thấp hơn so với malt đại mạch nhưng lại là đặc tính mà các nguyên liệu thay thế khác không có được. Đặc biệt là nhiệt độ hồ hóa của đại mạch nằm trong khoảng 55 – Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 41 MSSV: 504301019 65oC, thấp hơn rất nhiều so với gạo (80 – 85oC) nên dịch hóa ở nhiệt độ thấp và có thể dùng trực tiếp với malt nên tiết kiệm năng lượng cho quá trình nấu. Quy trình nấu được thực hiện như sau: [5] a. Nồi hồ hóa ™ Mục đích: Việc hồ hóa tinh bột là rất cần thiết để cho enzym thủy phân hoàn toàn tinh bột trong quá trình đường hóa. Quá trình này liên quan đến phá vỡ cấu trúc tinh thể amylopectin để lộ ra các hạt tinh bột trong môi trường xung quanh, tiếp đó hạt trương nở và độ nhớt tăng lên. Sản phẩm của quá trình là các dextrin phân tử lượng thấp, một ít glucoza... ™ Cách tiến hành: Sau khi vệ sinh thiết bị, kiểm tra đường ống, van xả hơi, van xả đáy, bơm nước vào nồi, bật cánh khuấy, đổ bột đại mạch đã xay ở nhiệt độ thường, cho tiếp chế phẩm Termamyl 120L 0,1% và chế phẩm Cereflo 0,04% vào. Cho CaCl2 vào giúp cho các enzym bền vững nhiệt độ và nâng cao hiệu suất các chất hòa tan. Để dịch ở nhiệt độ 30oC trong 30 phút để enzym õ – glucanaza hoạt động phân giải õ – glucan (các cầu nối 1 – 4 õ – glucozit) trong đại mạch tạo thành oligosaccarit có 3 – 5 đơn vị glucoza. Từ đó sẽ hạ thấp độ nhớt của dịch hèm làm dễ dàng sự lọc hay lắng lọc về sau. Cho H2SO4 để điều chỉnh pH = 5,2 – 5,6 làm giảm độ nhớt của cánh khuấy. Ngâm ở 38 – 40oC 30oC/30’ Đại mạch và các enzym 38- 30’ 58-60oC 30’ 100oC 38oC Malt và enzym 52oC 30’ 65oC 30’ 30’ 72 oC 78oC 20’ Lọc 30’ Nhiệt độ(oC) Thời gian (phút) Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 42 MSSV: 504301019 trong vòng 30 phút, sau đó nâng nhiệt độ lên 58 – 60oC giữ trong 30 phút rồi nâng lên nhiệt độ sôi, giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút để hồ hóa hoàn toàn tinh bột đồng thời Termamyl hoạt động tốt ở nhiệt độ này sẽ bẻ gẫy tinh bột thành các phần tử tạo điều kiện cho quá trình đường hóa sau này. Sau đó ta chuyển nồi cháo sang nồi đường hóa làm hai lần bằng thiết bị bơm. Trong khi dịch cháo bơm sang nồi malt thì cánh khuấy của nồi cháo và nồi malt hoạt động liên tục. b. Nồi đường hóa ™ Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp cho enzym hoạt động phân cắt các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất có phân tử lương thấp, các loại đường có khả năng lên men và không lên men tạo thành chất chiết của dịch đường. ™ Cách tiến hành: Sau khi vệ sinh sạch sẽ bằng nước nóng. Đặc biệt với thiết bị nghiền malt ướt thì malt sau khi đưa ra khỏi máy nghiền được trộn với nước theo đúng tỷ lệ định sẵn, với tỷ lệ malt/nước = 1/4. Nhiệt độ lúc này của dịch là 38 – 40oC, cho tiếp axit H2SO4 để điều chỉnh pH về 5,2 – 5,6. Giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 30 phút để hoạt hóa enzym Hemixelluloza, glucanaza để thủy phân vỏ glucan hoặc protit phức tạp bao quanh phân tử tinh bột tạo điều kiện cho enzym tấn công vào tinh bột phân cắt các hợp chất cao phân tử dễ dàng. Sau đó ta tiến hành đường hóa bằng cách nâng nhiệt từ từ theo ba giai đoạn. Bơm dịch cháo sang nồi đường hóa sao cho nhiệt độ nồi đường hóa đạt 52oC và giữ ở nhiệt độ này trong 30 phút, đây là giai đoạn đạm hóa. Ở nhiệt độ này thích hợp cho enzym proteaza hoạt động nhằm mục đích để thủy phân protein thành axit amin và peptit, nó là nguồn dinh dưỡng cho nấm men hoạt động. Thành phần này chiếm 5 – 7% so với tổng chất hòa tan trong dịch đường. Ngoài ra thành phần này còn góp phần tạo cho bia có hương vị đậm đà, tham gia vào quá trình giữ bọt cho bia góp phần nâng cao chất lượng của bia. Sau đó ta bơm nốt phần dịch cháo còn lại sang nồi đường hóa để tăng nhiệt độ nồi đường hóa lên 65oC và giữ ở nhiệt độ này trong vòng 30 phút, đây Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 43 MSSV: 504301019 là giai đoạn đường hóa 1, nhiệt độ này thích hợp để cho enzym amylaza hoạt động thủy phân tinh bột thành các đường có khả năng lên men (thường là dextrin). Sau đó nâng nhiệt độ lên 72oC giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút để enzym amylaza hoạt động rồi nâng nhiệt độ dịch lên 78oC, giữ trong 30 phút rồi bơm sang thiết bị lọc. ™ Các enzym hoạt đông trong giai đoạn này là: − Hệ enzym amylaza gồm: α – amylaza, β – amylaza. Chúng phân cắt tinh bột thành dextrin, maltoza, saccharoza... tạo ra nguồn cacbon cho nấm men sử dụng. − Enzym proteaza thủy phân protit thành albumo, pepton, peptit, axit amin, tạo nguồn nitơ cho nấm men, làm tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt cho bia. Tên enzym Nhiệt độ tối ưu (topt) oC pH tối ưu (topt) α – amylaza 70 – 75 5,6 – 5,8 β – amylaza 60 – 65 4,8 – 5,2 proteaza 50 - 60 5,2 – 5,6 Thông qua nhiệt độ và pH ta tận dụng tối đa hoạt động xúc tác của enzym amylaza để thu được nhiều chất hòa tan nhất hay thay đổi độ axit để tăng độ trong cho bia, tăng khả năng ổn định của bọt, chất lượng của bia. Chính vì vậy ta phải dùng và duy trì ở các nhiệt độ 52oC, 65oC và 72oC và giữ pH = 5,2 – 5,6 để các enzym đạt hoạt lực mạnh nhất. 2.4.2.3. Lọc dịch đường ™ Mục đích: Cháo malt sau khi đường hóa xong gồm hai phần: phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả các phần tử nhỏ không hòa tan của malt, phần loãng là dung dịch nước chứa tất cả các chất hòa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”. Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 44 MSSV: 504301019 trong quá trình lọc, những phần tử này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. Điều này rất có ý nghĩa trong khi lọc. ™ Tiến hành lọc: Trước lúc tiến hành lọc, thiết bị lọc được rửa bằng nước, các mảnh của đáy, nắp, sàng được ghép thật khít với nhau. Lỗ hở tròn để tháo bã malt và các van xả dịch vào máng được đóng chặt. Sau đó ta cho nước nóng 76oC chảy vào các ống dẫn dịch đường sao cho ngập nước so với lưới lọc khoảng 1 – 1,5cm để đuổi không khí ra ngoài, đồng thời để chứa đầy khoảng không giữa hai lớp đáy của thùng lọc. Ngoài ra còn để hâm nóng thiết bị để khi chuyển dịch đường từ nồi đường hóa sang không bị giảm nhiệt độ. Tiếp theo bơm toàn bộ lượng dịch từ nồi đường hóa sang thùng lọc, khi bơm thì bật cánh khuấy theo chiều ngược kim đồng hồ trong khoảng 10 phút. Đầu tiên các hạt tấm thô và lớp vỏ malt lắng xuống đáy giả trước tạo thành màng lọc dày, phía trên lớp này là lớp rất mỏng những phần tử tinh bột rất bé, min, nhẹ. Sau khi để lắng 15 phút thì dịch lọc đi qua lớp lớp lọc xuống đáy, rồi dịch lọc qua hệ thống ống góp ở đáy đi vào bình trung gian. Tuy nhiên lúc này dịch đường thu được vẫn đục nên ta cho chạy tuần hoàn trở lại cho đến khi đạt độ trong rồi thì tiến hành bật bơm để chuyển dịch sang nồi nấu hoa houblon đồng thời cho một lượng dịch lọc hồi lưu trở lại thùng lọc để tăng khả năng lọc hết dịch có trong bã và thu được dịch có độ trong đảm bảo kỹ thuật. Thời gian lọc dịch đầu thường tiến hành trong 60 phút. Sau khi lọc dịch đầu ta tiến hành rửa bã, nước dùng để rửa bã cũng là nước ở nhiệt độ 76oC vì tại nhiệt độ này thích hợp cho đường hóa tinh bột còn lại trong phẫn hồ malt cuối cùng. Nếu nhiệt độ xuống thấp hơn sẽ cản trở đến tốc độ rửa bã, còn nếu nhiệt độ cao hơn sẽ xảy ra hiện tượng hồ hóa tinh bột và trích ly môt số chất đắng và chất chát có trong vỏ trấu làm cho bia bị đục và có vị lạ. Đầu tiên tiến hành tưới nước nóng 76oC cho đến khi mức nước cao hơn mức bã khoảng 2cm, rồi tiến hành bật cánh khuấy tách rước lần thứ nhất. Tiếp tục rửa bã lần thứ hai, lần thứ ba tương tự như lần đầu. Tổng thời gian rửa bã Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 45 MSSV: 504301019 khoảng 1 giờ. Quá trình rửa bã tiến hành nhiều lần cho đến khi đạt lượng dịch cần thiết cũng như nồng độ chất hòa tan trong nước rửa bã còn khoảng 0,3 – 0,5% thì dừng lại và xả bã ra ngoài. Bã cuối cùng này được dùng làm thức ăn chăn nuôi. 2.4.2.4. Nấu hoa ™ Mục đích của quá trình nấu hoa: − Ổn định thành phần nước nha. − Tạo mùi thơm cho nước nha. − Tạo vị đắng cho bia. − Trích ly bổ sung cho nước nha một số chất hòa tan khác như tinh dầu, protein, keo, tanin. − Làm mất hoạt tính enzym, đông tụ một số protein làm cho bia sau này trong hơn, − Thanh trùng và cô đặc nước nha đến nồng độ đường thích hợp với từng loại bia. ™ Cách tiến hành: Sau khi trộn lẫn dịch đường ban đầu với dịch rửa bã, dịch được bổ sung thêm đường saccharose ta được hỗn hợp cuối cùng, gọi chung là dịch đường ngọt, có đặc điểm sau: − Vị ngọt, hương thơm rất nhẹ của melanoit. − Rất đục do chứa nhiều cặn, đặc biệt là các hạt dạng keo, những phần tử này rất dễ bị biến tính và kết tủa, tiêu biểu là những hạt có phân tử lượng cao chứa nitơ. Bia là loại đồ uống có vị đắng dịu với hương thơm rất đặc trưng và độ bền sinh học cao. Để dịch đường ngọt với những tính chất nêu trên trở thành “hợp chất” tiền thân trực tiếp của bia, điều cần thiết là phải đun sôi nó với hoa houblon trong 1,5 – 2 giờ. Quá trình này diễn ra như sau: sau khi bơm dịch đường từ thùng lọc vào thiết bị đun hoa, dịch lọc được nâng lên nhiệt độ 76 – 78oC bằng hệ thống gia nhiệt trung tâm và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 10 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 46 MSSV: 504301019 phút nhằm mục đích để enzym amylaza đường hóa nốt tinh bột còn sót lại, sau đó đun sôi dịch đường và sau khi đun sôi khoảng 10 phút thì cho toàn bộ lượng cao hoa vào để tạo vị đắng cho bia đồng thời nhờ các polyphenol có trong cao hoa kết hợp với các chất keo, protit tạo thành phức chất dễ kết lắng.sau khi đun sôi được 10 phút ra cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi hoa cũng để tạo vị đắng cho bia và các polyphenol có trong hoa viên kết hợp với các chất keo, protit tạo thành phức chất dễ kết lắng để tạo màu cho bia. Cho 1/2 lượng hoa viên còn lại vào nồi trước khi kết thúc quá trình đun sôi khoảng 10 phút để tạo hương cho bia. Tổng thời gian đun hoa là 75 phút. 2.4.2.5. Quá trình lắng ™ Mục đích: Tạo điều kiện cho sự kết tủa của các cặn thô và cặn lắng của dịch đun hoa nhằm tách các chất này ra khỏi dịch để tránh cho bia khỏi bị đục. ™ Cách tiến hành: Dịch được bơm từ nồi nấu hoa sang nồi lắng xoáy theo phương pháp tiếp tuyến để tạo thành dòng xoáy. Dưới tác dụng của lực hướng tâm cặn lắng và các chất không hòa tan có khối lượng lớn sẽ bị xoáy vào giữa tâm thùng và lắng xuống đáy thùng. Thời gian lắng 40 phút, nhiệt độ của dịch nhanh chóng hạ xuống 90oC sau đó dịch được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh còn cặn lắng xuống được nén chặt ở đáy thùng. Sau khi bơm hết dịch đường ta cho nước vào để xối cặn ra ngoài. 2.4.2.6. Làm lạnh nhanh ™ Mục đích: Hạ nhiệt độ của dịch đường xuống nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men, tách kết tủa lạnh ra khỏi dịch đường. ™ Cách tiến hành: Dùng thiết bị lạnh nhanh đều là dạng trao đổi kiểu tấm bản. Thiết bị làm lạnh nhanh dịch đường xuống 10 – 12oC là dạng trao đổi nhiệt kiểu tấm bản hai cấp. Dịch đường sau khi lắng trong được bơm qua máy lạnh nhanh. ở cấp một, dịch đường và nước trao đổi nhiệt độ với nhau, dịch vào cấp một có nhiệt độ 90oC, khi đi ra có nhiệt độ 35oC, nước ra có nhiệt độ 60oC. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 47 MSSV: 504301019 Ở cấp hai, dịch đường và chất tải lạnh đi ngược chiều nhau. Dịch qua khỏi máy lạnh đạt nhiệt độ 10 – 12oC, dịch này được đưa sang thùng lên men. 2.4.2.7. Quá trình lên men a. Chuẩn bị men giống ™ Mục đích: Bia là sản phẩm của quá trình lên men nên công việc chuẩn bị men giống là hết sức cần thiết, mục đích để tạo lượng giống đủ lên men và hoạt hóa giống. ™ Men giống: tại nhà máy này em sử dụng nấm men là Saccharomyces carlsbergensis X25. Đây là một chủng nấm men mới được tuyển chọn bằng việc sử dụng những kỹ thuật hiện đại trong công nghệ sinh học với những đặc điểm ưu việt như sau: − Có tốc độ phát triển nhanh và mạnh, khả năng lên men > 74%, có thể sử dụng rộng rãi trong nhiều quy trình công nghệ sản xuất bia khác nhau như sản xuất bia từ 100% malt đại mạch, sản xuất bia có sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo, ngô hoặc sirô. − Có khả năng tạo hương thơm đặc trưng, vị đậm đà, tạo diaxetyl thấp, cho ra sản phẩm chất lượng cao. − Có khả năng kết lắng tốt hơn các chủng nấm men khác, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc tinh, nâng cao chất lượng bia và tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm. − Có độ thuần khiết cao, khả năng bị nhiễm tạp thấp, ít bị thoái hoá, ổn định trong quá trình sản xuất; Qui trình công nghệ nhân giống và sử dụng chủng Saccharomyces carlsbergensis X25 tại các nhà máy đơn giản nên có thể triển khai rộng rãi. Từ việc thu hồi nấm men dư thừa tại các nhà máy bia, bằng công nghệ enzym và công nghệ chế biến tiến tiến, đã sản xuất được bột nấm men giàu protein, các đặc điểm nổi bật: có hàm lợng protein cao từ 46,27% đến 56,67%, có đầy đủ các axít amin thay thế và không thay thế với tỷ lệ lớn, các vitamin và các nguyên tố vi lượng như Mg, Ca, Fe, P2O5, Na. Sản phẩm có hình thức hấp Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 48 MSSV: 504301019 dẫn, màu vàng sáng, thơm, đảm bảo các tiêu chuẩn về vệ sinh, an toàn thực phẩm. Công trình đã được giải thưởng Phụ nữ ngành công nghiệp sáng tạo khoa học vì sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước năm 2000 của Bộ Công nghiệp. Hiệu quả sử dụng chủng nấm men Saccharomyces carlsbergensis X25 vào sản xuất bia đã làm lợi cho các doanh nghiệp hàng trăm triệu đồng mỗi năm, đồng thời làm tăng sản lượng của các nhà máy bia một cách đáng kể. Đã triển khai sử dụng chủng nấm men Saccharomyces carlsbergensis X25 đại trà ở quy mô lớn trong sản xuất, từ các nhà máy bia công suất 1 triệu lít/năm đến 20 triệu lít/năm. (Thông tin từ bản tin Khoa học Công nghệ - Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công nghiệp Việt Nam).[14] Bên cạnh việc sử dụng nấm men mới, tại nhà máy còn tiến hành tái sử dụng men sữa sau quá trình lên men. Khi kết thúc lên men ta tiến hành hạ nhiệt độ xuống 2 – 4oC để thu hồi men sữa, khối dịch kết lắng gồm 3 lớp: − Lớp cuối cùng là lớp cặn lạnh. − Lớp giữa là lớp nấm men trẻ, tốt, màu trắng sữa. − Lớp trên cùng là lớp men chết, già màu xám đen. Thông thường cứ 1000 lít dịch đường sau khi lên men kết thúc cho ta khoảng 15 – 20 lít sinh khối nấm men sệt và hàm ẩm từ 85 – 88%. Cặn men được xả ra ngoài qua van xả lúc đầu có màu xám đen để cho gia súc, tiếp đó là lớp men mịn màu trằng ngà dùng để làm cho sản xuất, trên cùng là lớp màu xám đen cũng để cho gia súc. Cách xử lý men: Lớp men sạch thu được từ đáy thùng lên men được lọc qua rây và được rửa nhiều lần bằng nước vô trùng ở 1 – 2oC, các tế bào nấm men chết sẽ nổi lên trên bề mặt và được gạn ra ngoài. Sau khi rửa bằng nước lạnh tiến hành xử lý bằng hóa chất: dùng H2SO4 1% so với lượng nấm men cần Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 49 MSSV: 504301019 xử lý ngâm trong 40 phút rồi sau đó trung hòa lại bằng NaOH. Tiến hành rửa bằng nước vô trùng 1o nhiều lần, sau mỗi lần rửa tiến hành kiểm tra chất lượng men đến khi nào đạt chỉ tiêu thì dừng. Giống nấm men tốt khi có hình thái tế bào đặc trưng, số tế bào trẻ và nảy chồi nhiều, số tế bào chết < 5%, tỷ lệ nhiễm tạp < 2%, tốc độ sinh sản nhanh. Nấm men sau khi được rửa xong được bảo quản ở dưới lớp nước lạnh 0oC. Nấm men bị nhiễm tạp cần xử lý bằng cách đưa pH đến 2,5, giữ ở pH này trong vòng 1 giờ sau đó loại bỏ cặn và trung hòa bằng NaOH đến 4,8 – 5,2. Để cho giống phát triển nhanh hơn thì trước khi sử dụng ta cần hoạt hóa giống. Nấm men được nuôi cấytrong dịch đường mới đã được làm lạnh theo tỷ lệ men sệt/dịch đường là 1/5, dùng cánh khuấy hoặc không khí vô trùng sục vào dịch. Nhiệt độ cồn 0,3% thì kết thúc hoạt hóa. Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 5 hay 6 lần. b. Quá trình lên men chính ™ Mục đích: Là quá trình chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch đường thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác nhờ sự phát triển của nấm men. Sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non, bia non đục và có hương bị đặc trưng tuy nhiên hàm lượng diaxetyl còn cao. C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28 calo Đặc điểm của quá trình lên men chính là sự tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh mẽ, một lượng lớn đường chuyển thành rượu, CO2 và một số sản phẩm khác như rượu bậc cao, glyceryl góp phần làm nên hương vị cho bia. Thời gian lên men chính là 8 ngày. ™ Cách tiến hành: Sau khi làm lạnh đến nhiệt độ 8 – 10oC dịch lên men được bơm qua thiết bị lên men. Trên đường đi của dịch lên men có bổ sung 5 – 6 mg O2/lít đồng thời cũng lấy vào một lượng nấm men giống sao cho lượng tế bào ban đầu khoảng 10 – 14 triệu tế bào/ml. Giai đoạn đầu duy trì ở nhiệt độ 8 – 10oC, áp suất 0,3kg/cm2 trong 1 – 2 ngày sau đó nhiệt độ tăng 10 – 12oC thậm chí 14oC Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 50 MSSV: 504301019 trong 4 – 5 ngày. Quá trình lên men chính kết thúc khi tốc độ lên men giảm và hàm lượng đường giảm từ 14% xuống còn 2,2 – 2,8%. Sau đó tiến hành làm lạnh tank lên men xuống nhiệt độ 0 – 2oC để kết lắng một phần nấm men, một phần nấm men tách ra ở giai đoạn này được thu hồi để bổ sung cho mẻ lên men sau. Nhiệt độ lên men được điều chỉnh nhờ hệ thống van tự động, áp suất lên men được duy trì nhờ hệ thống điều chỉnh áp suất. Trong quá trình lên men chính hàm lương CO2 thoát ra mạnh nên nó phải được thu lại và cho vào balon, đồng thời điều chỉnh áp suất 0,5 – 0,7 at để tránh làm ức chế nấm men. c. Quá trình lên men phụ ™ Mục đích: Sau khi lên men chính hoạt động của nấm men giảm dần vì nguồn dinh dưỡng trong môi trường giảm dần, một số sản phẩm tạo thành như axit hữu cơ, ethanol ức chế quá trình lên men. Kết thúc quá trình lên men chính lúc này bia non chưa chín (hương vị còn nồng, mùi nấm men đắng và ít hấp dẫn) do vậy cần lên men phụ. ở đây sản phẩm tạo thành ít, những phản ứng sinh lý, phi enzym và enzym được xảy ra làm chất lượng bia tăng, mùi vị bia hài hòa hơn do tạo chất thơm quan trọng hơn, phản ứng các chất làm bia ổn định, có mùi vị hài hòa. Khi bia chín phản ứng lên men xảy ra chậm do chất dinh dưỡng cạn. Tuy nhiên các phản ứng này xảy ra với tốc độ chậm, nhiệt độ thấp hơn so với lên men chính, số lượng tế bào nấm men ít hơn và giảm đến cuối quá trình lên men phụ là 4 – 5 triệu tế bào/ml dung dịch cấy. Lên men phụ còn có tác dụng phân hủy diaxetyl làm cho diaxetyl giảm xuống tới mức quy định là 0,2 mg/l, đó là chỉ tiêu quan trọng để kết thúc quá trình lên men phụ. +H2 CH3 – C – C – CH3 CH3 – C – CH – CH3 Diaxetyl Axeton Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 51 MSSV: 504301019 Lên men phụ còn có mục đích để các cacboxyl hóa bão hòa bia bằng CO2 để tăng vị và khả năng tạo bọt, ức chế sự phát triển của vi sinh vật ngoại có hại. ™ Cách tiến hành: Sau khi tách men, hạ nhiệt độ khối dịch xuống 0 – 1oC, duy trì áp suất 0,9 – 1,2mg/cm2, ngừng thu hồi CO2 khi quá trình lên men phụ diễn ra 15 ngày. Kết thúc quá trình lên men phụ nồng độ đường còn lại là 1,9oBx, còn nấm men được tách ra, phần nấm men ở đáy thiết bị già cỗi, sinh trưởng kém để chăn nuôi, phần giữa còn có khả năng lên men tốt được đưa vào bảo quản ở 0 – 1oC. Bia sau khi lên men được bơm qua thiết bị lọc. 2.4.2.8. Lọc trong bia a. Quá trình pha loãng Bia nồng độ cao thường được pha chế với nước vô trùng đã khử oxy đến nồng độ công tương ứng với bia được sản xuất theo phương pháp truyền thống. Tùy từng nhà máy mà quá trình pha loãng bia được tiến hành ở các giai đoạn khác nhau. Các nhà máy bia có công suất nhỏ nhưng lại nhiều thiết bị lên men thì có thể pha loãng dịch lên men nồng độ cao ngay trước khi tiến hành lên men, quá trình này yêu cầu nhiệt độ xuống thấp, do đó phải làm lạnh trước khi phối trộn. Cũng có thể pha loãng trước giai đoạn lọc bia, lúc này sẽ làm giảm độ nhớt, tăng tốc độ lọc. Nhưng phổ biến nhất tại các nhà máy vẫn là pha loãng trong quá trình lọc bia thành phẩm. Việc kéo dài thời gian pha loãng sẽ càng có lợi về mặt kinh tế, tùy thuộc vào từng thời điểm pha loãng mà ta có chế độ xử lý khác nhau. Ở nhà máy này, sau quá trình lên men kết thúc ta bắt đầu pha loãng bia nồng độ cao 14oBx đồng thời với lọc trong bia để cho ra 60% bia chai 12oBx và 40% bia hơi 10oBx như yêu cầu của đề tài. Nước dùng để pha loãng phải được xử lý bằng hệ thống và đáp ứng được tiêu chuẩn của nước. Quá trình pha loãng phải được thực hiện bằng dây chuyền. ™ Những đặc điểm chính của nước pha loãng [6] Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 52 MSSV: 504301019 − Chất lượng nước tốt (uống được), không mùi, không vị. − Trong nước có chứa những hàm lượng khoáng mà vi sinh vật có thể sử dụng được. − Nồng độ oxy trong nước phải đạt tối thiểu (<0,1 ppm). − Nước phải có tính kiềm thấp, nếu không sẽ làm thay đổi pH của bia khi pha loãng. − Nhiệt độ của nước bằng nhiệt độ của bia dùng pha loãng. − Nước phải được cacbonat hóa ở mức độ như bia. − Nước không có clo và clophenol. − Hàm lượng canxi thấp hơn trong bia nếu không sẽ xảy ra hiện tượng kết tủa oxalatcanxi. ™ Các phương pháp xử lý nước: quá trình xử lý nước cho sản xuất ở các nhà máy bí phụ thuộc vào nguồn nước và chất lượng nước. Thiết bị để xử lý nước có thể bao gồm: − Lọc cát để loại bỏ chất rắn và các chất hữu cơ. − Lọc than antraxit cũng với mục đích trên. − Lọc bằng than hoạt tính để loại bỏ mùi vị clo và clophenol. − Dùng trao đổi ion để khử khoáng và dealkylation. ™ Khử trùng nước Nước dùng để phối trộn bia nồng độ cao cần phải vô trùng để không làm ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm. Một số phương pháp khử trùng nước trên thế giới: − Khử trùng bằng clo và các hợp chất clo. − Khử trùng bằng ozon. − Khử trùng bằng đun sôi. − Khử trùng bằng tia cực tím. − Khử trùng bằng màng siêu lọc. ™ Loại khí oxy Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 53 MSSV: 504301019 Để đảm bảo chất lượng bia sản xuất theo phương pháp nấu bia nồng độ cao tương đương với bia nấu theo phương pháp thông thường, các đặc tính của nước đã được khử khí có một tầm quan trọng rất cao. Trong trường hợp này, oxy chính là kẻ thù của bia. Sau quá trình lên men điều cần thiết là tránh cho bia không bị hấp thụ không khí ở bất cứ khâu nào trong quá trình sản xuất, ví dụ như khi pha trộn bia nồng độ cao với nước đã được khử khí. Sau khi xử lý sơ bộ, nước pha loãng cần phải loại khí để giảm hàm lượng oxy tới mức < 0,1 ppm. Một số tác động bất lợi của oxy có thể nhận thấy như hương vị của bia có thể thay đổi do sự oxy hóa, rủi ro gia tăng về sự hình thành độ đục của bia và giảm công suất máy lọc. Các nhà máy sản xuất bia thường sử dụng ba phương pháp để lạo khí trong nước trước khi pha loãng, đó là: − Loại khí của nước bằng cách sục CO2 để đuổi không khí của nước (phương pháp dùng khí đuổi khí). − Loại khí bằng cách đun sôi nước sau đó cacbonat hóa trong quá trình làm lạnh, dùng thiết bị sục CO2 tự động hoặc dùng khí đuổi khí. − Loại khí bằng chân không sau đó đuổi khí bằng CO2 và làm lạnh. ™ Cacbonat hóa, làm lạnh và bảo quản nước pha loãng Nước pha loãng cần được cacbonat hóa tới mức độ xấp xỉ bia nồng độ cao ngay sau khi loại khí để bạn chế không khí xâm nhập và tiếp theo phải làm lạnh ngay. Có hai phương pháp để làm lạnh nước pha loãng đến nhiệt độ xấp xỉ 1oC. − Phương pháp 1: sử dụng hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm dùng trong trường hợp nước dùng để đưa vào loại khí cần phải nâng nhiệt lên cao hơn nhiệt độ của nước thường và năng lượng thu hồi vào khoảng 90%. − Phương pháp 2: sử dụng thùng làm lạnh, có khung và ống sử dụng tác nhân làm lạng (ví dụ như NH3, cồn...), thùng làm nguội này tương tự như những thùng làm lạnh ở các nhà máy bia đang sử dụng. b. Lọc trong bia Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 54 MSSV: 504301019 ™ Mục đích: quá trình lọc nhằm tách cặn lơ lửng, tách các tế bào nấm men sống và xác tế bào non để tăng giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học, độ bền keo của bia. Lọc bia dựa trên hai quá trình: − Quá trình cơ học nhằm giữ lại các phẩn tử rắn kích thước to hơn các lỗ hoặc khe của lưới lọc. − Quá trình hấp thụ đối với các phần tử có kích thước rất bé như các chất keo hòa tan dưới dạng phân tử, các nấm men và vi sinh vật... Ngoài các chất gây đục bia quá trình hấp thụ cũng làm giảm bớt một phần các chất protein, chất nhựa houblon, chất màu, cồn bậc cao, este... vì vậy bia được trong. ™ Tiến hành lọc Cho bột trợ lọc là diatomit vào thùng chứa bột sau đó cho một ít bia chưa lọc vào nồi rồi bơm tuần hoàn để bột trợ lọc sẽ bám lên các ống lọc của thiết bị lọc Filtrox. Khoảng cách thích hợp giữa các ống lọc là 110 mm, ống lọc có khe hở để dịch bia đã lọc đi vào bên trong ống, bí sau khi đi qua lớp bột lọc sẽ trong đồng thời các cặn bã được giữ lại cũng tạo thành màng có tác dụng lọc. Do đó sau một thời gian thì tốc độ lọc giảm đi do các cặn đã bám quá nhiều trên cột lọc vì thế ta phải tiến hành xả bỏ đi. Khi Pvào = 5,5 – 6 thì thay lớp bột lọc khi đó Pra = Ptank chứa. Khi bia trong thì đóng van tuần hoàn lại cho thêm bột và bật bơm để hút bột cho bám vào ống. 2.4.2.9. Bão hòa CO2 ™ Mục đích: bão hòa để được hàm lượng cần thiết nhằm làm tăng giá trị cảm quan, chống oxy hóa, chống kết lắng và tạo môi trường tốt để bảo quản bia. ™ Cách tiến hành: quá trình này được thực hiện trong bình inox đầy, chịu lực, sử dụng CO2 đã thu hồi. Để CO2 bão hòa tốt phải tiến hành nạp nhiều lần ở nhiệt độ thấp 0 – 1oC, mỗi lần nạp tới áp suất 4 – 5kg/cm2, quá trình nạp lặp đi lặp lại nhiều lần. Thời gian nạp CO2 từ 2,5 – 3 giờ, bia sau khi nạp CO2 xong phải đạt hàm lượng 3,5 – 4g/l đối với bia hơi và 4 – 4,5 g/l đối với bia chai. 2.4.2.10. Hoàn thiện sản phẩm a. Hoàn thiện bia hơi Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 55 MSSV: 504301019 Bia sau khi bão hòa CO2 được chiết vào thùng bock, trước khi chiết phải được kiểm tra chất lượng nếu đạt yêu cầu thì mới tiến hành chiết bock. Bia thành phẩm được chiết vào các thùng bock có dung tích như sau: 100 lít, 50 lít, 25 lít để thuận tiện cho việc vận chuyển ta chọn thùng bock 50 lít. Bock làm bằng inox hay bằng nhựa có lớp bảo ôn nhiệt tốt, chịu được áp suất do CO2 gây nên, xung quanh bock có các đai cao su để khi vận chuyển tránh xây xát, va đập, chiết bock theo phương pháp chiết đẳng áp, bock được xem như đảm bảo nếu bock sau một ngày chiết nhiệt độ tăng không quá 1oC. b. Hoàn thiện bia chai Chai đựng bia được thổi từ các loại thủy tinh chất lượng cao có màu nâu hay xanh nhạt để ngăn cản các tia bức xạ mặt trời chiếu vào có thể gây cho bia có mùi lạ, đồng thời gây mất màu bia. Nguyên nhân là tạo ra CO và các hợp chất chứa nhóm sunfo hydrin, các tia bức xạ mặt trời này có khả năng kích thích các phản ứng quang hóa trong bia, khử một số chất lưu huýnh thành mecaptain có mùi khó chịu. Chai bia phải chịu được áp lực 10kg/cm2 ở 100oC, độ dày của thành chai phải đều, không có khí bọt, đáy chai hơi lõm. Chai dùng để chiết bia có các thể tích khác nhau thông thường là 330 ml, 450 ml, 650 ml. ™ Sơ đồ dây chuyền chiết chai: Máy kiểm tra chai rỗng Máy dỡ két ra khỏi palet Máy gắp chai ra khỏi két Máy rửa chai Máy rửa két Máy chiết chai và đóng nút Máy kiểm tra mức độ đầy vơi Máy xếp két vào palet Máy xếp palet Máy gắp chải vào két Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 56 MSSV: 504301019 ™ Thuyết minh sơ đồ − Phân loại chai: Chai trước khi đưa vào sản xuất cần phải phân loại nhằm loại bỏ những chai không đúng chủng loại, không đúng tiêu chuẩn về hình dạng, kích thước, màu sắc, loại bỏ những chai sứt vỡ, xước nhiều, loại bỏ những chai quá bẩn. − Dỡ két ra khỏi palet: két được giữ trên palet được chằng giữ với nhau bằng các móc, trước khi dùng xe nâng đưa palet lên goòng vào máy dỡ palet cần phải tháo các móc này ra. Tại máy dỡ palet, từng hàng két (9 két/lần) được dỡ xuống bàn máy và vận chuyển theo goòng két tới máy gắp chai ra khỏi két. − Gắp chai ra khỏi két: Khi két mang chai được vận chuyển theo go òng két tới trước máy gắp chai ra khỏi két, mỗi lần gắp tối đa 4 két, khoảng 80 chai, các đầu gắp hút chai và đặt chúng lên bàn máy. Từ bàn máy, chai theo go òng chai đến máy rửa chai. − Máy rửa chai tự động bao gồm nhiều khu vực phun tia dung dịch xút và nước sạch để tráng chai. Rửa chai là giai đoạng vô cùng quan trọng vì nó là khâu đầu tiên thể hiện chất lượng sản phẩm. Chai sau khi rửa phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Chai phải sạch về mặt hóa lý và đảm bảo về mặt an toàn vi sinh. + Giảm đến múc tối thiểu mức tiêu hao năng lượng và nước. + Giảm việc sử dụng hóa chất. + Giảm thiểu sự ảnh hưởng đến môi trường. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 57 MSSV: 504301019 Để đạt được những mục đích mày, cần phải thực hiện đầy đủ và hợp lý các giai đoạn ngâm và phun tia trong và ngoài chai, định lượng chính xác lượng hóa chất cần dùng, tận thu những năng lượng sử dụng. Theo quy định, người vận hành máy rửa chai phải thường xuyên kiểm tra chất lượng chai sau khi rửa để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. − Máy rửa két: Sau khi máy gắp chai gắp hết chai ra, két không sẽ theo go òng két tới máy rửa két, trên đường đi, két được lộn ngược nhằm loại bỏ những rác bẩn bám trong két, sau đó nó đi qua máy rửa két. Máy rửa két bao gồm hai khoang, khoang đầu tiên gồm ống phun tia dung dịch xút loãng dẫn từ bể nước ấm của máy rửa chai, phun vào hai bên thành két, tiếp đó, két được tráng lại bằng nước sạch, loại bỏ hết bụi bẩn và rác bám trong két. Két sau khi được rửa dảm bảo phải sạch, mỹ quan và tiêu chuẩn vệ sinh công nghiệp, những két quá bẩn, phải được loại ra để rửa lại. − Kiểm tra chai rỗng: Chất lượng sản phẩm sẽ không được dảm bảo nếu việc kiểm tra chai sau khi rửa không chính xác. Việc loại ra các chai không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật (chai bẩn, chai dính dẩu mỡ, sơn, xi măng, vôi cát, sứt mẻ, xước toàn thân, không đúng chủng loại, còn lẫn xước, xút, có dị vật...) sẽ giúp cho việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, tránh lãng phí sản phẩm, lãng phí sức lao động, thời gian, đảm bảo an toàn cho máy chiết chai. Trước máy soi chai rỗng có bộ phận soi chai thủ công nhằm loại bót những chai không đủ tiêu chuẩn có thể nhận thấy bằng mắt thường để giảm tải cho máy soi chai rỗng. − Quá trình chiết chai, đóng nút và kiểm tra độ đầy vơi: Quá trình chiết có ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm thể hiện ở thời gian bảo quản và khả năng ổn định của bia. Do đó khi chiết cần phải đảm bảo giữ được chất lượng sản phẩm sau khi chiết. Đối với bia, cũng như những đồ uống có ga khác, điều đầu tiên cần quan tâm là phải chiết đẳng áp, sản phẩm chảy vào chai được dẫn tới sát đáy hoặc chảy theo thành chai xuống, tránh làm xáo trộn sản phẩm. Sự tiếp xúc của sản phẩm với oxy không khí sẽ dẫn tới những ảnh hưởng xấu, vì vậy cần phải đẩy hết không khí ra ngoài bằng cách hút chân không trước Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 58 MSSV: 504301019 khi tạo áp suất đối. Hoặc là cho bia sủi bọt đẩy không khí ở chỗ trống sau khi chiết ra khỏi chai. Việc nén CO2 vào chai để tạo áp suất đối là cần thiết để cải thiện chất lượng do việc giảm đáng kể hàm lượng oxy xâm nhập vào trong bia và hàm lượng CO2 tăng cao tạo thêm bọt cho bia. Kỹ thuật chiết đảm bảo được chất lượng của sản phẩm, độ đồng đều của chai là yêu cầu rất quan trọng đối với máy chiết. Sản phẩm sau khi chiết được đóng nút bằng máy đóng nút ngay gần đó. Tiếp đó chai bia đã được chiết đi qua máy kiểm tra đội đầy vơi của chai. Theo mức quy định đã được đặt sẵn trong chương trình, máy có nhiệm vụ đẩy toàn bộ những chai không đủ dung tích hoặc không co nút ra. Tại vị trí này, người soi bia lạnh phải có nhiệm vụ kiểm tra xem chai bia đã được chiết ra có đảm bảo chất lượng về độ trong, màu, mui, vị, độ đồng để bằng việc cảm quan trước khi chai bia tới máy thanh trùng. − Thanh trùng bia: Thanh trùng là gia nhiệt chai bia đến nhiệt độ thích hợp, trong khoảng thời gian cần thiết để tiêu diệt hoàn toàn tế bào nấm men còn sót lại trong bia sau khi lọc, đảm bảo tế bào nấm men không hoạt động trở lại (ở nhiệt độ 20 – 25oC) gây đục cho bia, kéo dài thời gian bảo quản cho bia. Thông thường nhiệt độ thanh trùng là 62oC đối với bia chai. Trước khi đi qua vùng thanh trùng, chai bia sẽ đi qua vùng quá nhiệt (cao hơm 3 – 5oC so với vùng thanh trùng) để nhiệt độ nóng vào tâm chai, tiết kiệm thời gian gia nhiệt. Người vận hành phải thường xuyên kiểm tra chai bia sau khi ra khỏi máy thanh trùng, tránh đổ vỡ, mắc kẹt lại và thường xuyên kiểm tra nhiệt độ trên bảng điều khiển, nếu có sự bát thường phải báo ngay cho người có trách nhiệm. − Dán nhãn, in hạn sử dụng: sau khi thanh trùng bia được kiểm tra đi trên băng tải đến máy dán nhãnm nhãn phải được ghi ngay ngắn, hồ dán phải cho thêm CuSO4 0,1% để chống gián. Đây là khâu hoàn thiện sản phẩm, một trong những khâu hết sức quan trọng. Nhãn hiệu hàng hóa thể hiện trình độ sản Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 59 MSSV: 504301019 xuất, chất lượng sản phẩm, quy cách, chủng loại cũng như thương hiệu của mỗi doanh nghiệp. Người tiêu dùng luôn đòi hỏi những sản phẩm không những ngon, hợp khẩu vị mà còn phải đẹp, văn minh. Nhãn hiệu hàng hóa thể hiện thị hiếu của họ, vì vậy các nhà sản xuất cần phải đáp ứng thị hiếu đó. Ngoài ra nhãn hiệu hàng hóa còn là sự độc quyền của mỗi hãng sản xuất nên nó mang tính cạnh tranh giữa các doạnh nghiệp. Một doạnh nghiệp muốn tồn tại và phát triển trên thương trường cần phải hiểu rõ, không được phép có những chai bia không đúng chủng loại, quy cách về bao bì, nhãn mác xuất hiện trên thị trường. Mỗi sản phẩm phải có hạn sử dụng rõ ràng, dễ đọc, dễ hiểu. Vì vậy, phải thường xuyên kiểm tra máy in phun. Người vận hành máy phải thường xuyên kiểm tra chất lượng chai đã được dán nhã ra, phải ðảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 2.4.2.11. Thu hồi và xử lý CO2 ™ Mục đích: CO2 là sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men, thu và xử lý CO2 tinh khiết để phục vụ cho quá trình bão hòa CO2 sau này cho bia thành phẩm, CO2 sử dụng cho nhà máy không hết thì ta có thể bán ra thị trường. ™ Cách tiến hành: CO2 được thu hồi từ các tank lên men trong giai doạn lên men chính theo các đường ống dẫn CO2 về túi chứa khí. Đầu tiên CO2 được cho qua bình lọc bông, sau đó lần lượt cho CO2 đi qua thiết bị chứa H2O, KMnO4, than hoạt tính dể xử lý các tạp chất như hơi nước, este, axit, nước khử mùi... sau đó nhờ quạt hút của máy nén khí, CO2 được nén vào bình chịu áp lực. 2.4.2.12. Vệ sinh thiết bị (hệ thống CIP) [2] Hệ CIP gồm bốn thùng: Thùng 1: NaOH 0,1%. Thùng 2: HNO3 0,1%. Thùng 3: nước Javen. Thùng 4: nước nóng. Cách tiến hành: − Đầu tiên bơm nước nóng rồi xả. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 60 MSSV: 504301019 − Dùng NaOH 0,1% ngâm 10 phút để rửa các chất bẩn hữu cơ rồi xả, sau đó bơm nước nóng - xả, bơm nước lạnh - xả. − Dùng HNO3 0,1% ngâm 30 phút để rửa các chất bẩn vô cơ rồi xả, sau đó bơm nước nóng - xả, bơm nước lạnh - xả. Chú ý hạn chế sử dụng vì nó có tính ăn mòn rất cao. − Nước Javen ngâm 20 phút - xả, rửa bốn lần bằng nước nóng - xả, kiểm tra. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 61 MSSV: 504301019 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM 3.1. Các thông số ban đầu − Năng suất thiết kế: 50 triệu lít/năm. − Sản xuất bia từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx. − 60% bia chai 12oBx. − 40% bia hơi 10oBx. − Hoa houblon viên có độ ẩm Wh = 10%, tỷ lệ cho hoa là 1,2g hoa cánh/1 lít bia hơi và 2g hoa cánh/1 lít bia chai. − Men giống được cấy vào theo tỷ lệ là 10% so với dịch trước lên men. − Nồng độ dịch đường trước lên men là 14oBx (tỷ trọng dc = 1,0568). − Chế phẩm enzym Termamyl 120L chiềm tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế là đại mạch. − Tổn thất qua các công đoạn: + Tổn thất do nghiền: 1% + Tổn thất do nấu, đường hóa, lọc: 1,5%. + Tổn thất do lắng: 2,5% + Tổn thất do làm lạnh nhanh: 1% + Tổn thất do quá trình lên men (cả chính và phụ): 4,5% + Tổn thất do lọc: 1,5% + Tổn thất do bão hòa CO2: 0,5% + Tổn thất do pha loãng: 0% + Tổn thất do chiết chai: 4% + Tổn thất do chiết bock: 1% Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 62 MSSV: 504301019 Do nhà máy áp dụng phương pháp lên men gia tốc với mức độ bán tự động vì thế với việc kết hợp giữa ưu thế của thiết bị công nghệ hiện đại và mức độ bán thủ công của việc sản xuất bia sẽ hạn chế được phần nào tổn thất qua các công đoạn. Chính vì thế mà các thông số tổn thất này tương ứng với việc sản xuất mà ta đã chọn. 3.2. Tính toán lượng bia từ 100kg nguyên liệu ban đầu Chọn tỷ lệ nguyên liệu: 50% malt 25% đại mạch Việt Nam (RIB0127) 25% đường tinh luyện. 3.2.1. Tính lượng chất hòa tan và b㠙 Tính lượng chất chiết từ malt trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của malt: 6%. Hệ số hòa tan: 70% Tổn thất do nghiền: 1%. Lượng malt thô sau khi nghiền là (tổn thất do nghiền là 1%) 100 x 0,5 x 0,99 = 49,5 (kg) Lượng chất khô của malt là: 100 x 0,5 x 0,99 x 0,94 = 46,53 (kg) Lượng chất chiết từ malt có trong 100kg nguyên liệu là: 100 x 0,5 x 0,99 x 0,94 x 0,70 = 32,57 (kg) ™ Tính lượng chất chiết từ đại mạch trong tổng số 100kg nguyên liệu: Độ ẩm của đại mạch: 10,4% Hệ số hòa tan: 70% Tổn thất do xay, nghiền: 1% Lượng đại mạch sau khi nghiền là 100 x 0,25 x 0,99 = 24,75 (kg) Lượng chất khô của đại mạch là: 100 x 0,25 x 0,99 x 0,896 = 22,17 (kg) Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 63 MSSV: 504301019 Lượng chất chiết từ đại mạch có trong 100kg nguyên liệu là: 100 x 0,25 x 0,99 x 0,896 x 0,70 = 15,52 (kg) Tổng lượng chất khô có trong 100kg nguyên liệu là: 46,53 + 22,17 = 68,70 (kg) Tổng lượng chất chiết có trong 100kg nguyên liệu là: 32,57 + 15,52 = 48,09 (kg) ™ Tính lượng chất hòa tan còn lại trong dịch đường sau giai đoạn nấu, đường hóa và lọc: Chọn tổn thất chất hòa tan chung của quá trình nấu, đường hóa, lọc là 1,5% (thường là 1 – 2%). Ö Lượng chất chiết còn lại trong dịch đường là: 48,09 x 0,985 = 47,37 (kg) 3.2.2. Tính lượng sản phẩm trung gian qua các giai đoạn Khi nấu hoa coi lượng chất khô hòa tan vào bằng lượng chất khô mất đi. Do trong quá trình nấu hoa ta mới bổ sung thêm đường để nâng cao nồng độ chất chiết của dịch đường. Vì vậy lượng chất chiết của dịch đường sau đun hoa sẽ là: 47,37 + (100 x 0,25) = 72,37 (kg) ™ Lượng dịch đường 14oBx (sau đun hoa) là: 72,37 / 0,14 = 516,93 (kg) Lượng dịch đường 14oBx, ở 20oC có khối lượng riêng d20 = 1,0568 (kg/l). Do vậy thể tích dịch 14oBx ở 20oC là: V= M/d = 516,93/1,0568 = 489,15 (lít) Do thể tích ở 100oC chênh lệch so với thể tích dịch ở 20oC là 4% nên thể tích dịch ở 100oC là: 489,15 x 1,04 = 508,71 (lít) Lượng dịch sau khi làm lắng trong và làm lạnh nhanh (trước khi lên men với tổn thất chung cho cả 2 quá trình là 3,5%) 508,71 x 0,965 = 490,91 (lít) Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 64 MSSV: 504301019 Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ (tổn thất theo dịch cho cả hai quá trình này là 4,5%) 490,91 x 0,955 = 468,82 (lít) Lượng bia non sau khi lọc (tổn thất là 1,5%) 468,82 x 0,985 = 461,78 (lít) Lượng bia non sau khi bão hòa CO2 (tổn thất là 0,5%) 461,78 x 0,995 = 459,48 (lít) ™ Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men. Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 72,37kg, sau khi lắng trong và làm lạnh nhanh với tổn thất chung cho hai quá trình này là 3,5% => lượng chất chiết trong dịch lên men là 72,37 x 0,965 = 69,84 (kg) Giả thiết hiệu suất lên men thực tế là 60% và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza. Mà cứ 1kg đường maltoza khi lên men theo lý thuyết t