Đang tải... (xem toàn văn)
Chương I: LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM BIA. LỊCH SỬ RA ĐỜI Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có gía trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon, bổ dưỡng. Lịch sử bia có niên đại đến 6000 năm TCN, nó đã được ghi lại trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà. Hầu hết các chất có chứa carbohydrat, chủ yếu là đường hoặc tinh bột, có thể lên men tự nhiên, có khả năng là đồ uống giống bia được phát minh độc lập giữa các nền văn hóa khác nhau trên toàn thế giới. Việc phát minh ra bia đã được chứng minh là động lực cho con người phát triển công nghệ và xây dựng nền văn minh nhân loại. Các thực nghiệm hóa học sớm nhất đã cho thấy bia lúa mạch được phát hiện tại Godin Tepe ở miền trung dãy núi Zagros của Iran có niên đại khoảng 3400-3000 năm TCN. (Chalcolithic/Late Uruk Period). Bia có thể đã được biết đến ở Châu Âu thời kỳ đồ đá khoảng 3000 năm TCN và được làm chủ yếu trong gia đình. Trước Cách mạng công nghiệp, bia được sản xuất và bán trên quy mô nhỏ, quy mô gia đình, mặc dù đến thế kỷ 7 sau công nguyên, các tu viện ở Châu Âu cũng sản xuất và bán bia nhưng rất ít. Trong cách mạng công nghiệp, việc sản xuất bia được chuyển từ thủ công sang công nghiệp, việc sản xuất nhỏ lẻ không còn đáng kể vào cuối thế kỷ 19. Sự phát triển của phù kế và nhiệt kế đã thay đổi việc làm bia, các công cụ đó cho phép người làm bia có thể kiểm soát nhiều hơn quá trình làm bia, thu được nhiều kết quả hơn. Ngày nay, bia được sản xuất và kinh doanh trên toàn cầu, bao gồm nhiều công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhỏ từ các cơ sở nhỏ tới các cơ sở lớn của vùng. Hơn 133 tỉ lít (35 tỉ gallon) được bán mỗi năm doanh thu toàn cầu là 294,5 tỉ USD (147,7 tỉ bảng Anh) năm 2006. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ 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 tiên 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. 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, Philippin với tốc độ tăng đến 11,2%. Châu Á là một trong những khu vực lượng bia tiêu thụ 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 bia 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 Philippin 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 Singapor đạt 18 lít/người/năm, Philippin đạt 20 lít/người/năm… Thị trường bia Nhật Bản chiếm 66% thị trường bia khu vực với 30,9 tỷ USD. Năm 1939 sản lượng bia ở Nhật bản là 30 triệu lít và mức tiêu thụ đầu người tương đường ở Việt Nam hiện nay, năm 1960 sản lượng bia vượt quá 100 triệu lít, đến năm 1991 mức tiêu thụ bình quân đầu người là 55,6 lít/người/năm. Lượng bia tiêu thụ trong năm 2004 đã đạt trên 6500 triệu lít (theo nguồn từ Kirin news- Nhật Bản). Công nhiệp 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 tới 1990 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức tăng 17 lần. Thời kỳ từ 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 20% (theo số liệu Viện Rượu Bia NGK VN). 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. Tình hình sản xuất và tiêu thu bia ở Việt Nam 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 nhà máy Bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Hiện nay, do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Công nghiệp bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác. Năm 2005 sản lượng bia sản xuất khỏang 1.500 triệu lít. Tính đến hết năm 2004, toàn ngành có 329 cơ sở sản xuất bia với công suất thiết kế 1.737 triệu lít. Theo thống kê của Bộ Kế hoạch – đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoía. Tốc độ tăng trưởng ngành bia trong nước theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường ước đạt 15%/năm. Nước ta có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu khắp các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng. Trong số này có hơn 20 nhà máy đạt công suất trên 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít/năm và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm. Thông tin từ Bộ Công Thương cho thấy, sản xuất của các nhà máy bia trong nước tăng gần 15% do việc tiêu thụ tăng mạnh (22,4%) trong dịp Tết và mùa lễ hội đầu năm. Sản lượng sản xuất bia các loại tháng 2 (2013) ước đạt 177,5 triệu lít, tăng 1,3% so với tháng 02/2012. Tính chung 2 tháng đầu năm 2013 lượng bia các loại ước đạt 396,5 triệu lít, tăng 14,6% so với cùng kỳ (trong đó: bia thương hiệu Hà Nội ước đạt 55,5 triệu lít, tăng 36,6%; bia thương hiệu Sài Gòn ước đạt 231,5 triệu lít, tăng 16,5%). Một số thương hiệu bia trong nước hiện nay: Bia Sài Gòn: Bia Huế: Bia Hà Nội: Ngoài ra còn có nhiều thương hiệu khác: Sapporo, Tiger, Heneiken, Biere Larue… QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA CHAI Quy trình sản xuất bia chai với 75% malt và 15% gạo. Tạp chấttạp chất Bã malt Bã houblon CO2 Bã men cặn men cặn CO2 Giải thích quy trình công nghệ: Tách tạp chất của malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo. Tách tạp chất là quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. Các biến đổi của nguyên liệu: không gây các biến đổi hoá học bên trong hạt nguyên liệu. Thiết bị: sử dụng thiết bị làm sạch nguyên liệu với hế thống rây và quạt. Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ ra khỏi hạt, còn quạt sẽ tách những tạp chất nhẹ như bụi, rơm rạ…Ngoài ra còn dùng thiết bị tách từ để loại bỏ kim loại bị lẫn trong nguyên liệu. Nghiền malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị. Malt, gạo được nghiền nhỏ để việc thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu quả. Các biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ khối hạt tăng do ma sát. Nên tiến hành nấu dịch nha ngay sau nghiền để hạn chế sự giảm hoạt tính enzyme trong malt. Thiết bị và thông số công nghệ: Để nghiền malt người ta dùng thiết bị nghiền trục ( 4 hoặc 6 trục). Để nghiền gạo dùng thiết bị nghiền búa. Thông số công nghệ: mức độ nghiền malt sẽ thay đổi theo kiểu thiết bị lọc dịch nha được sử dụng. VD: khi dùng nồi lọc không nên nghiền malt mịn, ngược lại với gạo nên nghiền mịn. Xử lý thế liệu: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo. Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho giai đoạn đường hoá tinh bột xảy ra nhanh và dễ dàng trong quá trình nấu dịch nha. Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ hoá và dịch hoá phần tinh bột có trong thế liệu. Có thể dùng α – amylase từ vi sinh vật hoặc trong malt lót giúp giai đoạn hồ hoá và dịch hoá diễn ra nhanh. Tỷ lệ malt lót thường dùng là 10 – 15% so với khối lượng thế liệu. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý và hoá lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớt của khối nguyên liệu. khi nhiệt độ tăng đến 1000C thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ giải phóng ra các sợi amylose và amylopectin ở dạng tự do, độ nhớt nguyên liệu giảm. Hoá sinh: các phân tử tính bột bị thuỷ phân sơ bộ nhờ hoạt động của α – amylase làm giảm khối lượng phân tử. Hoá học: đường và các acid amin tự do trong nguyên liệu có thể bị phân huỷ. Thiết bị: thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt. Bên trong thiết bị có cánh khuấy. Nấu dịch nha: Mục đích công nghệ: khai thác. Quá trình nấu dịch nha nhằm trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thuỷ phân những cơ chất có phân tử lượng cao (tinh bột, protein…) thành những chất có phân tử lượng thấp (đường, acid amin,..) để nấm men bia sử dụng trong quá trình lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: Hoá lý: khi bắt đầu quá trình nấu, một số hợp chất như đường , acid amin, enzyme, một số vitamin khoáng trong malt sẽ hoà tan vào nước. Khi kết thúc quá trình nấu các enzyme sẽ bị đông tụ do tác dụng của nhiệt. Hoá sinh: xảy ra nhiều phản ứng, đặc biệt là phản ứng thuỷ phân: + Hệ protease xúc tác thuỷ phân protein tạo sản phẩm là các polypeptide, peptide và acid amin ở T_0pt = 45 - 50℃ , 〖pH〗_0pt 5,5. + β amylase xúc tác thuỷ phân tinh bột tạo sản phẩm là dextrin và các oligosaccharide; T_0pt = 60 – 65℃ , 〖pH〗_0pt 5,2 – 5,6. Hoá học: xảy ra phản ứng maillard giữa đường khử và các acid amin, phản ứng oxy hoá polyphenol. Thiết bị: thiết bị tương tự như thiết bị xử lý thế liệu. Lọc dịch nha và rửa bã malt Mục đích công nghệ: khai thác Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan). Thiết bị: Để rửa bã malt người ta bơm nước nóng (78℃) vào thiết bị. Cho cánh khuấy hoạt động để đánh tơi bã giúp hoà tan các chất chiết còn sót lại trong bã vào nước rửa. sau đó tắt cánh khuấy chờ tái hình thành lớp vật liệu lọc rồi thu nhận phần dịch lỏng tương tự như trên. Đun sôi dịch nha với houblon Mục đích công nghệ: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên men. Quá trình này nhằm trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch nha, hiệu chỉnh nồng độ chất khô cho dịch nha, đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: có sự thay đổi về tỷ trọng của dịch nha Hoá học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng phân huỷ đường và acid amin… Hoá lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành kết tủa, sự bay hơi nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha. Sinh học: hệ vinh sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. Thiết bị: Thiết bị có dạng hình trụ đứng. bên trong thiết bị có hệ thống gia nhiệt dạng ống để dẫn hơi nước vào. Tổng thời gian đun sôi dịch nha với houblon không kéo dài quá 2 giờ. Có thể bổ sung hoa houblon 1,2 hoặc 3 lần vào thiết bị. Tách bã houblon Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm. Các biến đổi nguyên liệu: là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử không tan ra khỏi dịch nha. Thiết bị: sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn. Bơm dịch nha vào theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình tròn của thiết bị. các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống phần đáy hình trụ. Sau đó tháo phần dịch lỏng đã tách cặn phía trên ra ngoài. Làm lạnh dịch nha Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: dịch nha được làm lạnh về 95℃ về nhiệt độ lên men. Hoá lý: một số phân tử protein sẽ bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành cặn mịn (tủa lạnh). Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng, thông thường người ta dùng nước để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95 ℃ về 40 ℃, sau đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men sử dụng. nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường 6 – 15℃. Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men Mục đích công nghệ: giai đoạn chuẩn bị cho quá trình lên men bia, cung cấp oxy cho nấm men lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: khi sục khí vô trùng vào dịch nha oxy sẽ hoà tan vào dịch nha. Thiết bị: thiết bị có dạng hai ống hình trụ đồng trục và được đặt lồng vào nhau.Ống trong được đục lỗ trên thân ống, người ta sẽ nén không khí vọ trùng vào ống trong. ống ngoài dẫn dịch nha. Tuỳ theo nồng độ chất khô và nhiệt độ dịch nha, các nhà sản xuất sẽ tính toán lưu lựong bơm dịch nha và áp suất nén không khí vào thiết bị sao cho nồng độ oxy đạt 6 – 12 mg/l Lên men chính Mục đích công nghệ: chế biến Các biến đổi của nguyên liệu: Sinh học: nấm men giống sẽ trao đổi chất và sinh trưởng trong dịch nha Hoá sinh và hoa học: đường lên men sẽ chuyển hoá theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển hoá thành ethanol và khí carbon dioxide. Có rất nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men như các andehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ, ester… Hoá lý: một số protein bị đông tụ do pH thay đổi và nhiệt độ thấp, một phần khí CO2 do nấm men sinh ra sẽ hoà tan vào dịch lên men. Vật lý: có sự toả nhiệt do hoạt động trao đổi chất của nấm men. Thiết bị: sử dụng các tank lên men, có hình trụ đáy côn, thể tích sử dụng của thiết bị không vượt quá 85%. Đối với nấm men chìm nhiệt độ lên men chính thay đổi trong khoảng 6 – 15℃ tuỳ theo chủng nấm men. Quá trình lên men chính diễn ra ờ áp suất thường. khi hàm lượng đường lên men còn xấp xỉ 1% thì kết thúc lên men chính. Đối với bia lon người ta làm lạnh về 0 – 2℃ rồi tách nấm men từ đáy côn thiết bị. Lên men phụ Mục đích công nghệ: hoàn thiện Các biến đổi của nguyên liệu: xảy ra các biến đổi tương tự như lên men chính nhưng với tốc độ và mức độ chuyển hoá thấp do nhiệt độ thấp. Ngoài ra còn có một số biến đổi khác: Hoá sinh và hoá học: phản ứng khử diacetyl thành acetoin và 2,3 pentanedione, phản ứng ester hoá giữa rượu và acid. Hoá lý: có sự kết lắng một số phân tử protein, sự bão hoà CO2 trong bia. Sinh học: một số tế bào nấm men bị chết đitừ đó xảy ra hiện tượng tự phân. Thiết bị: trong thiết bị tan lên men, nhiệt độ lên men phụ là 0 – 2℃ quá trình lên men phụ diễn ra dưới áp suất, giá trị áp suất trong thiết bị lên
Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Chương I: LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA SẢN PHẨM BIA. LỊCH SỬ RA ĐỜI Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có gía trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon, bổ dưỡng. Lịch sử bia có niên đại đến 6000 năm TCN, nó đã được ghi lại trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà. Hầu hết các chất có chứa carbohydrat, chủ yếu là đường hoặc tinh bột, có thể lên men tự nhiên, có khả năng là đồ uống giống bia được phát minh độc lập giữa các nền văn hóa khác nhau trên toàn thế giới. Việc phát minh ra bia đã được chứng minh là động lực cho con người phát triển công nghệ và xây dựng nền văn minh nhân loại. Các thực nghiệm hóa học sớm nhất đã cho thấy bia lúa mạch được phát hiện tại Godin Tepe ở miền trung dãy núi Zagros của Iran có niên đại khoảng 3400-3000 năm TCN. (Chalcolithic/Late Uruk Period). Bia có thể đã được biết đến ở Châu Âu thời kỳ đồ đá khoảng 3000 năm TCN và được làm chủ yếu trong gia đình. Trước Cách mạng công nghiệp, bia được sản xuất và bán trên quy mô nhỏ, quy mô gia đình, mặc dù đến thế kỷ 7 sau công nguyên, các tu viện ở Châu Âu cũng sản xuất và bán bia nhưng rất ít. Trong cách mạng công nghiệp, việc sản xuất bia được chuyển từ thủ công sang công nghiệp, việc sản xuất nhỏ lẻ không còn đáng kể vào cuối thế kỷ 19. Sự phát triển của phù kế và nhiệt kế đã thay đổi việc làm bia, các công cụ đó cho phép người làm bia có thể kiểm soát nhiều hơn quá trình làm bia, thu được nhiều kết quả hơn. Ngày nay, bia được sản xuất và kinh doanh trên toàn cầu, bao gồm nhiều công ty đa quốc gia chiếm ưu thế trên thị trường và hàng ngàn các nhà sản xuất nhỏ từ các cơ sở nhỏ tới các cơ sở lớn của vùng. Hơn 133 tỉ lít (35 tỉ gallon) được bán mỗi năm doanh thu toàn cầu là 294,5 tỉ USD (147,7 tỉ bảng Anh) năm 2006. GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 1 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ 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 tiên 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. 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, Philippin với tốc độ tăng đến 11,2%. Châu Á là một trong những khu vực lượng bia tiêu thụ 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 bia 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 Philippin 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 Singapor đạt 18 lít/người/năm, Philippin đạt 20 lít/người/năm… Thị trường bia Nhật Bản chiếm 66% thị trường bia khu vực với 30,9 tỷ USD. Năm 1939 sản lượng bia ở Nhật bản là 30 triệu lít và mức tiêu thụ đầu người tương đường ở Việt Nam hiện nay, năm 1960 sản lượng bia vượt quá 100 triệu lít, đến năm 1991 mức tiêu thụ bình quân đầu người là 55,6 lít/người/năm. Lượng bia tiêu thụ trong năm 2004 đã đạt trên 6500 triệu lít (theo nguồn từ Kirin news- Nhật Bản). GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 2 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Công nhiệp 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 tới 1990 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức tăng 17 lần. Thời kỳ từ 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 20% (theo số liệu Viện Rượu Bia NGK VN). 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. 2. Tình hình sản xuất và tiêu thu bia ở Việt Nam 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 nhà máy Bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Hiện nay, do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Công nghiệp bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác. Năm 2005 sản lượng bia sản xuất khỏang 1.500 triệu lít. Tính đến hết năm 2004, toàn ngành có 329 cơ sở sản xuất bia với công suất thiết kế 1.737 triệu lít. Theo thống kê của Bộ Kế hoạch – đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoía. Tốc độ tăng trưởng ngành bia trong nước theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường ước đạt 15%/năm. Nước ta có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu khắp các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng. Trong số này có hơn 20 nhà máy đạt công suất trên 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít/năm và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm. GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 3 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Thông tin từ Bộ Công Thương cho thấy, sản xuất của các nhà máy bia trong nước tăng gần 15% do việc tiêu thụ tăng mạnh (22,4%) trong dịp Tết và mùa lễ hội đầu năm. Sản lượng sản xuất bia các loại tháng 2 (2013) ước đạt 177,5 triệu lít, tăng 1,3% so với tháng 02/2012. Tính chung 2 tháng đầu năm 2013 lượng bia các loại ước đạt 396,5 triệu lít, tăng 14,6% so với cùng kỳ (trong đó: bia thương hiệu Hà Nội ước đạt 55,5 triệu lít, tăng 36,6%; bia thương hiệu Sài Gòn ước đạt 231,5 triệu lít, tăng 16,5%). Một số thương hiệu bia trong nước hiện nay: • Bia Sài Gòn: • Bia Huế: • Bia Hà Nội: GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 4 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Ngoài ra còn có nhiều thương hiệu khác: Sapporo, Tiger, Heneiken, Biere Larue… QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA CHAI 1. Quy trình sản xuất bia chai với 75% malt và 15% gạo. Tạp chất tạp chất Bã malt Bã houblon CO 2 GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 5 Gạo Malt đại mạch Tách tạp chất Tách tạp chất Nghiền Nghiền Malt lót Xử lý thế liệu Nước Nước Nấu dịch nha Nước Lọc dịch nha và rửa bã houblon Nấu dịch nha với hoa Tách bã houblon Làm lạnh Nấm men bia Không khí vô trùng Cung cấp oxi cho dịch Nhân giống Cấy giống Bia chai Lên men chính Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Bã men cặn men cặn CO 2 2. Giải thích quy trình công nghệ: Tách tạp chất của malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo. Tách tạp chất là quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. Các biến đổi của nguyên liệu: không gây các biến đổi hoá học bên trong hạt nguyên liệu. Thiết bị: sử dụng thiết bị làm sạch nguyên liệu với hế thống rây và quạt. Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ ra khỏi hạt, còn quạt sẽ tách những tạp chất nhẹ như bụi, rơm rạ…Ngoài ra còn dùng thiết bị tách từ để loại bỏ kim loại bị lẫn trong nguyên liệu. Nghiền malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị. Malt, gạo được nghiền nhỏ để việc thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu quả. Các biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ khối hạt tăng do ma sát. Nên tiến hành nấu dịch nha ngay sau nghiền để hạn chế sự giảm hoạt tính enzyme trong malt. Thiết bị và thông số công nghệ: Để nghiền malt người ta dùng thiết bị nghiền trục ( 4 hoặc 6 trục). Để nghiền gạo dùng thiết bị nghiền búa. Thông số công nghệ: mức độ nghiền malt sẽ thay đổi theo kiểu thiết bị lọc dịch nha được sử dụng. VD: khi dùng nồi lọc không nên nghiền malt mịn, ngược lại với gạo nên nghiền mịn. Xử lý thế liệu: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo. Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho giai đoạn đường hoá tinh bột xảy ra nhanh và dễ dàng trong quá trình nấu dịch nha. Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ hoá và dịch hoá phần tinh bột có trong thế liệu. Có thể dùng – amylase từ vi sinh vật hoặc trong malt lót giúp giai GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 6 Lên men phụ Dán nhãn Lọc bia Thanh trùng Làm lạnh Bão hoà CO 2 Rót chai đóng nắp Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia đoạn hồ hoá và dịch hoá diễn ra nhanh. Tỷ lệ malt lót thường dùng là 10 – 15% so với khối lượng thế liệu. Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý và hoá lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớt của khối nguyên liệu. khi nhiệt độ tăng đến 100 0 C thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ giải phóng ra các sợi amylose và amylopectin ở dạng tự do, độ nhớt nguyên liệu giảm. - Hoá sinh: các phân tử tính bột bị thuỷ phân sơ bộ nhờ hoạt động của – amylase làm giảm khối lượng phân tử. - Hoá học: đường và các acid amin tự do trong nguyên liệu có thể bị phân huỷ. Thiết bị: thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt. Bên trong thiết bị có cánh khuấy. Nấu dịch nha: Mục đích công nghệ: khai thác. Quá trình nấu dịch nha nhằm trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thuỷ phân những cơ chất có phân tử lượng cao (tinh bột, protein…) thành những chất có phân tử lượng thấp (đường, acid amin, ) để nấm men bia sử dụng trong quá trình lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: - Hoá lý: khi bắt đầu quá trình nấu, một số hợp chất như đường , acid amin, enzyme, một số vitamin khoáng trong malt sẽ hoà tan vào nước. Khi kết thúc quá trình nấu các enzyme sẽ bị đông tụ do tác dụng của nhiệt. - Hoá sinh: xảy ra nhiều phản ứng, đặc biệt là phản ứng thuỷ phân: + Hệ protease xúc tác thuỷ phân protein tạo sản phẩm là các polypeptide, peptide và acid amin ở = 45 - 50 , ≈ 5,5. + amylase xúc tác thuỷ phân tinh bột tạo sản phẩm là dextrin và các oligosaccharide; = 60 – 65 , ≈ 5,2 – 5,6. - Hoá học: xảy ra phản ứng maillard giữa đường khử và các acid amin, phản ứng oxy hoá polyphenol. Thiết bị: thiết bị tương tự như thiết bị xử lý thế liệu. Lọc dịch nha và rửa bã malt Mục đích công nghệ: khai thác Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan). Thiết bị: GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 7 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Để rửa bã malt người ta bơm nước nóng (78) vào thiết bị. Cho cánh khuấy hoạt động để đánh tơi bã giúp hoà tan các chất chiết còn sót lại trong bã vào nước rửa. sau đó tắt cánh khuấy chờ tái hình thành lớp vật liệu lọc rồi thu nhận phần dịch lỏng tương tự như trên. Đun sôi dịch nha với houblon Mục đích công nghệ: khai thác và chuẩn bị cho quá trình lên men. Quá trình này nhằm trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch nha, hiệu chỉnh nồng độ chất khô cho dịch nha, đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý: có sự thay đổi về tỷ trọng của dịch nha - Hoá học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng phân huỷ đường và acid amin… - Hoá lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành kết tủa, sự bay hơi nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha. - Sinh học: hệ vinh sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. Thiết bị: Thiết bị có dạng hình trụ đứng. bên trong thiết bị có hệ thống gia nhiệt dạng ống để dẫn hơi nước vào. Tổng thời gian đun sôi dịch nha với houblon không kéo dài quá 2 giờ. Có thể bổ sung hoa houblon 1,2 hoặc 3 lần vào thiết bị. Tách bã houblon Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm. Các biến đổi nguyên liệu: là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử không tan ra khỏi dịch nha. Thiết bị: sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn. Bơm dịch nha vào theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình tròn của thiết bị. các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống phần đáy hình trụ. Sau đó tháo phần dịch lỏng đã tách cặn phía trên ra ngoài. Làm lạnh dịch nha Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: - Vật lý: dịch nha được làm lạnh về 95 về nhiệt độ lên men. - Hoá lý: một số phân tử protein sẽ bị đông tụ trong quá trình làm lạnh và hình thành cặn mịn (tủa lạnh). Thiết bị: GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 8 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng, thông thường người ta dùng nước để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95 về 40 , sau đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men sử dụng. nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường 6 – 15. Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men Mục đích công nghệ: giai đoạn chuẩn bị cho quá trình lên men bia, cung cấp oxy cho nấm men lên men. Các biến đổi của nguyên liệu: khi sục khí vô trùng vào dịch nha oxy sẽ hoà tan vào dịch nha. Thiết bị: thiết bị có dạng hai ống hình trụ đồng trục và được đặt lồng vào nhau.Ống trong được đục lỗ trên thân ống, người ta sẽ nén không khí vọ trùng vào ống trong. ống ngoài dẫn dịch nha. Tuỳ theo nồng độ chất khô và nhiệt độ dịch nha, các nhà sản xuất sẽ tính toán lưu lựong bơm dịch nha và áp suất nén không khí vào thiết bị sao cho nồng độ oxy đạt 6 – 12 mg/l Lên men chính Mục đích công nghệ: chế biến Các biến đổi của nguyên liệu: - Sinh học: nấm men giống sẽ trao đổi chất và sinh trưởng trong dịch nha - Hoá sinh và hoa học: đường lên men sẽ chuyển hoá theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển hoá thành ethanol và khí carbon dioxide. Có rất nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men như các andehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ, ester… - Hoá lý: một số protein bị đông tụ do pH thay đổi và nhiệt độ thấp, một phần khí CO 2 do nấm men sinh ra sẽ hoà tan vào dịch lên men. - Vật lý: có sự toả nhiệt do hoạt động trao đổi chất của nấm men. Thiết bị: sử dụng các tank lên men, có hình trụ đáy côn, thể tích sử dụng của thiết bị không vượt quá 85%. Đối với nấm men chìm nhiệt độ lên men chính thay đổi trong khoảng 6 – 15 tuỳ theo chủng nấm men. Quá trình lên men chính diễn ra ờ áp suất thường. khi hàm lượng đường lên men còn xấp xỉ 1% thì kết thúc lên men chính. Đối với bia lon người ta làm lạnh về 0 – 2 rồi tách nấm men từ đáy côn thiết bị. Lên men phụ Mục đích công nghệ: hoàn thiện GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 9 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Các biến đổi của nguyên liệu: xảy ra các biến đổi tương tự như lên men chính nhưng với tốc độ và mức độ chuyển hoá thấp do nhiệt độ thấp. Ngoài ra còn có một số biến đổi khác: - Hoá sinh và hoá học: phản ứng khử diacetyl thành acetoin và 2,3 pentanedione, phản ứng ester hoá giữa rượu và acid. - Hoá lý: có sự kết lắng một số phân tử protein, sự bão hoà CO 2 trong bia. - Sinh học: một số tế bào nấm men bị chết đitừ đó xảy ra hiện tượng tự phân. Thiết bị: trong thiết bị tan lên men, nhiệt độ lên men phụ là 0 – 2 quá trình lên men phụ diễn ra dưới áp suất, giá trị áp suất trong thiết bị lên men có thể lên đến 0,07MPa. Thời gian lên men phụ kéo dài vài ngày đến vài tháng tuỳ loại bia. Lọc bia Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng, các cấu tử rắn được loại bỏ ra khỏi bia. Thiết bị: sử dụng thiết bị lọc dạng cột hoặc dạng đĩa. Các vật liệu lọc thường phủ thêm một lớp bột trợ lọc diatomite hoặc polyvinylpyrrolidone (PVPP) để tách các cấu tử thật mịn hoặc polyphenol. Trong một số trường hợp sử dụng kết hợp nhiều thiết bị lọcvới nhau đảm bảo bia thành phẩm có độ trong đạt yêu cầu. Tiến hành lọc trong điều kiện kín để hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật và oxy không khí vào bia. Làm lạnh bia Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình bão hoà CO 2 Các biến đổi của nguyên liệu: giảm nhiệt độ bias au khi lọc từ 5 về 0 – 1 Thiết bị: sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bảng mỏng. Bão hoà CO 2 Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm Các biến đổi của nguyên liệu: hàm lượng CO 2 trong bia tăng đến 0,5% w/w. Thiết bị: sử dụng thir6t1 bị bão hoà CO 2 cho bia. Áp lực CO 2 sử dụng là 0,15 – 0,20MPa. Rót bia vào chai và đóng nắp Mục đích công nghệ: hoàn thiện sản phẩm Các biến đổi của nguyên liệu: có thể xảy ra sự tổn thất CO 2 trong quá trình rót và đóng nắp. Thiết bị: sử dụng hệ thống rót và đóng nắp tự động và hoạt động liên tục. Quá trình rót được thực hiện trong điều kiện đẳng áp, sử dụng bao bì thuỷ tinh. Thanh trùng: GVHD:NGUYỄN HỮU QUYỀN Trang 10 [...]... Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia lạnh để tàng trữ bia ở nhiệt độ t . Tình hình sản xuất và tiêu thu bia ở Việt Nam 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 nhà máy Bia Việt Nam đã có lịch sử trên. xuất bia đã có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia đã có từ trước và xây dựng nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên. 2 Đề Tài 15 Thiết Kế Nhà Máy Bia Công nhiệp 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 tới 1990 sản lượng bia tăng