Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia

Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Tổng quan bia 1.1 Giới thiệu bia 1.2 Lịch sử phát triển ngành sản xuất bia Việt Nam 1.3 Sản xuất, tiêu thụ & xu hướng phát triển Việt Nam .5 1.4 Một số sản phẩm bia thị trường Việt Nam 2.Quy trình sản xuất bia 2.1 Nguyên liệu 2.1.1 Malt Đại mạch 2.1.2 Gạo nguyên liệu 2.1.3 Hoa Houblon 2.1.4 Nấm men 10 2.1.5 Nước 11 2.1.6 Các chất phụ gia 12 2.2 Quy trình sản xuất bia 13 2.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 13 2.3.1 Làm 13 2.3.2 Nghiền nguyên liệu 14 2.3.3 Nấu nguyên liệu 14 2.3.4 Lọc dịch đường 16 2.3.5 Houblon hóa 17 2.3.6 Lắng làm lạnh 18 2.3.7 Lên men 19 2.3.8 Lên men phụ 23 2.3.9 Lọc bia 24 2.3.10 Ổn định bia 24 2.3.11 Chiết chai 24 2.3.12 Thanh trùng bia 25 2.3.13 Dán nhãn 26 Động học trình lên men sản xuất bia 26 3.1 Phương trình phản ứng trình lên men 26 3.2 Xúc tác phản ứng 26 Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia 3.3 Khảo sát phương trình động học trình lên men 26 Tính toán thiết bị lên men 28 Kết luận 31 Tài liệu tham khảo 32 Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia LỜI MỞ ĐẦU Bia loại nước uống giải khát trở nên phổ biến mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe biết sử dụng cách toàn giới, có Việt Nam Hiện nay, bia sản xuất nơi giới sản lượng ngày tăng nhu cầu tiêu thụ tăng Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới nên nhu cầu bia lớn Ở nước ta, với phát triển kinh tế nhu cầu thực phẩm ngày tăng không ngừng phát triển, đặc biệt nước giải khát quan trọng bia Mức sống người ngày cao nên đòi hỏi thị trường phải sản xuất loại bia có chất lượng cao Để tạo bia đạt chất lượng trình lên men bia nhân tố quan trọng Chất lượng bia xem kết từ trình hoạt động nấm men Vì thế, để có bia chất lượng đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng vấn đề nhiều nhà sản xuất kinh doanh người học công nghệ Hiểu điều đó, nhóm chúng em bắt tay tìm hiểu công nghệ sản xuất bia nói chung trình lên men nói riêng đồng thời bước đầu làm quen với tính toán thiết bị phản ứng phục vụ nhu cầu học tập & thực tiễn môn học Kỹ thuật phản ứng hướng dẫn thầy Trần Tấn Việt Trong trình tìm hiểu thu nhận thông tin chắn không tránh khỏi sai sót Do đó, nhóm sinh viên chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn để hoàn thiện đề tài báo cáo: “Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia” Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Tổng quan bia: 1.1 Giới thiệu bia: - Bia – nói cách tổng thể loại đồ uống chứa cồn sản xuất trình lên men đường lơ lửng môi trường lỏng không chưng cất sau lên men - Bia loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng Ngoài việc cung cấp lượng calori lớn, bia chứa hệ enzym phong phú, đặc biệt nhóm enzym kích thích tiêu hóa amylaza - Bia sản xuất từ nguyên liệu đại mạch ươm mầm, hoa houblon nước với quy trình công nghệ đặc biệt, bia có tính chất cảm quan hấp dẫn người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 cao (4 – 5g/l) giúp người giải khát cách triệt để ta uống 1.2 Lịch sử phát triển ngành sản xuất bia Việt Nam: - Miền nam: Năm 1875, Pháp cho xây dựng nhà máy bia Sài Gòn thuộc hãng BGI - Miền bắc : Năm 1890, bia bắt đầu có mặt Hà Nội - Trong thời kì kháng chiến chống Pháp & chống Mỹ: Không có nhà máy bia lớn xây dựng - Đến thập kỷ 80 : Chỉ có hai nhà máy bia Sài Gòn nhà máy bia Hà Nội sản xuất bia đáp ứng khoảng 60% nhu cầu bia nước - Năm 2007: Việt Nam có nhà máy quốc gia sản xuất bia, nhà máy liên doanh 300 sở sản xuất nhỏ lẻ 1.3 Sản xuất, tiêu thụ & xu hướng phát triển Việt Nam: - Trong loại đồ uống giải khát nay, bia ưa chuộng, phổ biến rộng rãi giới Việt Nam, sản lượng tiêu thụ lớn ngày tăng Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Sản xuất tiêu thụ bia Việt Nam qua năm (nguồn: Đại học Bách Khoa Hà Nội) Sản lượng Bình quân Năm (Triệu lít) (lít/người) 1980 60 1.3 1986 87 1.4 1990 100 1.5 1994 330 4.4 2000 624 2005 990 10 2010 1500 25 - Hướng ngành bia Việt Nam : + Đa dạng hóa sản phẩm + Cải thiện ổn định chất lượng sản phẩm + Giảm tối đa tổn thất sản xuất - Định hướng phát triển: + Hiện đại hóa công nghệ + Ưu tiên sử dụng thiết bị nước + Tập trung đầu tư nhà máy có công suất lớn + Quy hoạch xây dựng trung tâm nghiên cứu 1.4 Một số sản phẩm bia thị trường Việt Nam: - Một số sản phẩm bia Việt Nam liên doanh: Thương hiệu bia Sài Gòn (SABECO) Thương hiệu bia Hà Nội (HABECO) Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Thương hiệu bia Thăng Long Thương hiệu bia Huế (HALIDA) (HUDA BEER) - Bên cạnh thương hiệu bia Việt, có nhiều thương hiệu bia ngoại xuất nước ta Tiger, Heineken Thương hiệu bia Tiger (TIGER BEER) Thương hiệu bia Heineken (HEINEKEN) 2.Quy trình sản xuất bia: 2.1 Nguyên liệu: 2.1.1 Malt Đại mạch Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Hình: Malt sau nghiền - Malt đại mạch nguyên liệu trình sản xuất bia malt có chứa toàn hệ enzym thủy phân, chuyển hóa hợp chất cao phân tử để tạo chất chiết dịch đường - Hiện nay, sở sản xuất bia nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc từ đại mạch hai hang, chủ yếu nhập từ Úc hay số nước châu Âu như: Đan Mạch, Đức… - Malt dùng sản xuất bia cần đảm bảo yêu cầu sau: + Màu sắc hạt Malt phải vàng sáng, hay đen sẫm + Hình dáng kích thước hạt phải tròn + Vị dịu, hương thơm đặc trưng + Độ Malt: tỷ lệ cho phép 0.5% hạt gãy vỡ, 1% tạp chất khác + Trọng lượng: 28 – 39 g/1000 hạt, độ ẩm ≤5% + Hàm lượng chất chiết ≥ 78% so với chất khô, bao gồm: 58% tinh bột, đường khử 4%, saccarozo 5%, pentozan không hòa tan hextozan 9%, xenluloza 6%, chất chứa Nito 10%, chất béo 2.5%, khoáng chất 2.5% Ngoài malt chứa chất inozit, tannin, chất màu, chất đắng, loại enzyme thủy phân amylaza, proteinaza, peptinaza, amynophotphataza + Thời gian đường hóa: 10-15 phút + Hàm lượng maltoza: 65-72% chất chiết 2.1.2 Gạo nguyên liệu Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Hình: Gạo - Gạo nguyên liệu dạng hạt dùng để thay phần Malt nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm - Các tiêu kỹ thuật gạo: + Hạt gạo trắng, kích thước đồng không lẫn vỏ trấu, sạn…, mối mọt, không ẩm mốc + Độ ẩm: 12-13% - Thành phần chất khô gạo: + Tinh bột: 70-75% + Protein: 8% + Chất Béo: 1-1.5% + Xenluloza: 0.5-0.8% + Chất khoáng: 1-1.2% 2.1.3 Hoa Houblon Hình: Hoa Houblon - Hoa Houblon nguyên liệu có tầm quan trọng thứ sau malt trình sản xuất bia, chưa có loại nguyên liệu thay loại nguyên liệu Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia - Các chất có giá trị hoa chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol… có tác dụng: tạo cho bia có vị đắng dịu, hương vị đặc trưng, tăng khả giữ bọt, ổn định hệ keo, làm bia, diệt khuẩn… - Hoa sử dụng hoa chưa thụ phấn hoa nhiều lupulin, nơi tập trung chất đắng Độ chín kỹ thuật hoa hoa chuyển từ màu vàng-xanh sang vàng hay vàng xanh có ánh Khi đạt đến độ chín kỹ thuật, cánh hoa phải đóng hoàn toàn hàm lượng lupulin đạt cực đại - Hoa Houblon sử dụng có dạng: Hoa cánh, hoa viên cao hoa + Hoa cánh: Ưu điểm bảo toàn chất lượng, có nhược điểm thể tích công kềnh, khó bảo quản hiệu sử dụng thấp + Hoa viên: Hoa sau xử lý sơ bộ, nghiền ép thành viên nhỏ, xếp vào túi polyetilen giấy bạc hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản vận chuyển + Cao hoa: Trích li tinh chất chứa hoa dung môi hữu (toluene, benzene…), sau cô đặc để thu lấy chế phẩm dạng cao - Các tiêu kĩ thuật hoa: + Hoa cánh có màu vàng xanh, hoa viên có màu xanh, cao hoa có màu đen vàng sẫm + Hoa có mùi thơm đặc trưng, không lẫn tạp chất - Thành phần hóa học hoa (tính theo % chất khô): + Độ ẩm 11-13% + Chất đắng 15-21% + Tinh dầu thơm 0.3-1% + polyphenol 2.5-6% + Xenluloza 12-14% + Chất khoáng 5-8% + Protein 15-21% + Các hợp chát khác 26-28% 2.1.4 Nấm men Có loại nấm men thường sử dụng sản xuất bia, Nấm men Saccharomyces cerevisiae Nấm men Saccharomyces carlsbergensis * Nấm men Saccharomyces cerevisiae: Trang 10 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Hình: Nấm men Saccharomyces cerevisiae - Tế bào phát triển tốt 140C, hoạt lực lên yếu nhiệt độ thấp 100C - Khi lên men, tế bào nấm men lơ lửng dịch - Loại nấm men khả sinh tổng hợp enzym melibiaza nên hấp phụ 1/3 đường Rafinoza (1 gốc glucoza đường kép melibioza) số đường đơn như: Glucoza, Fructoza… * Nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis: Hình: Nấm men Saccharomyces carlsbergensis - Tế bào phát triển tốt 6-80C, tàng trữ 00C có khả lên men - Khi lên men, loại nếm men phân bố chìm dịch lên men - Loài có khả tổng hợp enzym melibiaza nên có khả hấp thụ toàn đường Rafinoza Ngoài ra, khả lên men nhiệt độ thấp nấm men yếu tố quan trọng để tạo loại bia có chất lượng cao, độ bền keo sinh học tốt 2.1.5 Nước - Trong trình sản xuất bia, nước sử dụng nhiều tất khâu Từ nấu lọc vệ sinh sản phẩm Trong thành phần bia nước chiếm lượng lớn 80-90% , góp phần tạo hương vị bia Bởi vậy, nước sử dụng phải có tiêu chất lượng kĩ thuật quan trọng: + Nước phải trong, không chứa tạp chất, mùi, vị lạ + Độ cứng 10o H + Hàm lượng ion: Trang 11 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia bằng thép không rỉ, có dung tích rất khác và thích hợp đối với công suất từng nhà máy, đáy thùng có độ nghiêng 8-10% so với phương ngang Ở độ cao 1/4 thân thùng kể từ dưới lên là đường ống để bơm dịch vào thùng, hướng của dịch là theo phương tiếp tuyến với thân thùng, vận tốc dịch đường vào thùng phải đạt 10-14 m/s, tạo một sức đẩy mạnh, lực này tạo một xung lực theo phương tiếp tuyến với cột chất lỏng bên thùng và làm cho cả cột chất lỏng đó xoay tròn Nhờ có lực hướng tâm lớn, cặn lắng bị hút vào tâm thùng và lắng xuống đáy - Thiết bị whirlpool có ưu điểm đảm bảo vô trùng dịch đường đưa vào thiết bị khỏi thiết bị nhiệt độ cao (khoảng 900C) thời gian lắng khoảng 20 phút Để yên 20 phút rồi dịch đường được bơm sang thiết bị là lạnh nhanh, ở dịch được làm lạnh đến nhiệt độ lên men là 100C, thời gian làm lạnh không vượt Sau làm lạnh xong dịch đường được chuyển vào thiết bị lên men, còn cặn ở đáy thùng được dội nước và cho xả ngoài Hình: Thùng lắng whirlpool Hình: Máy làm lạnh 2.3.7 Lên men chính: * Mục đích: - Quá trình lên men trình chuyển hoá chất đường dextrin thấp phân tử dịch lên men thành C2H5OH, CO2 số chất hữu khác tác dụng nấm men: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Đồng thời, tạo sản phẩm phụ như: este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin,… hoà tan vào dịch lên men tạo thành bia non Trang 19 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia * Chuẩn bị giống: Phương pháp nuôi cấy men giống: + Nuôi cấy men giống khiết: Nấm men giống khiết nuôi cấy qua hai giai đoạn: giai đoạn nuôi cấy phòng thí nghiệm giai đoạn nuôi cấy sản xuất Để bảo quản men giống, người ta nuôi cấy môi trường dịch đường 10% giữ nhiệt độ 2÷40C Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền lần Trước đưa vào sản xuất, men giống nuôi cấy phòng thí nghiệm 10 lít Sau tiếp tục nhân giống thiết bị chuyên dùng đặt phòng bên cạnh phân xưởng lên men Mỗi lần nhân, thể tích men giống tăng từ 5÷7 lần Thiết bị nuôi cấy men giống gồm thùng hình trụ thép không gỉ Trước tiến hành nuôi cấy yêu cầu thiết bị môi trường phải vô trùng tuyệt đối Men khiết thường phải tuyển chọn bắt đầu nuôi cấy 250C Trong phòng thí nghiệm sinh sản nhiệt độ 18÷200C Khi đưa vào nuôi cấy sản xuất cho phát triển 12÷150C tiếp tục giảm đến 8÷100C đưa vào thiết bị lên men Để nấm men giống sinh sản nhanh, dịch men chuyển từ giai đoạn trước sang giai đoạn sau phải thời kỳ lên men mạnh + Xử lý sữa men: Sữa men thu vào chậu chuyên dùng, sau trộn với nước vô trùng có thể tích cho qua rây có đường kính 0.4÷0.6 mm ngâm nước lạnh Hàng ngày phải thay nước cho men giữ nhiệt độ nước thiết bị bảo quản gần 00C Trong nước lạnh, nấm men bảo quản tốt từ 4÷6 ngày Để lên men trở lại ta tiến hành sau: men sau rửa sát trùng cho trộn với dịch lên men theo tỷ lệ 2÷6 lít men/100 lít dịch đường, khuấy để yên 1÷3 Cho lên men nhiệt độ không vượt nhiệt độ lên men Khi nấm men nẩy chồi mạnh rượu tạo thành khoảng 0.3% coi Men tái sử dụng nhiều lần Tuy nhiên số lần tái sinh phụ thuộc vào hoạt lực nhiễm tạp * Tiến hành lên men: - Có nhiều phương pháp lên men như: lên men phương pháp cổ điển, lên men phương pháp gián đoạn, lên men phương pháp liên tục… Trang 20 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia - Giới thiệu phương pháp lên gián đoạn: Dịch đường houblon hóa sau tách cặn làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết (6 - 100C), đưa sang khu vực lên men bao gồm thiết bị dạng hở Việc chuyển dịch đường thực bơm li tâm lợi dụng khả tự chảy chúng Sau dịch đường chiếm khoảng 1/3 thể tích thùng lên men ta nạp nấm men giống vào dịch.Sau đó, bơm dịch vào thể tích cần thiết, kết hợp đảo khuấy học sục không khí vô trùng + Quá trình lên men chia thành giai đoạn Mỗi giai đoạn có biểu dấu hiệu đặc trưng, với mức độ khác củ thay đổi hàm lượng chất hòa tan, nhiệt độ dấu hiệu bề dịch lên men, đặc biệt hình thái bọt + Giai đoạn đầu trình bao gồm 1-2 ngày đêm Đặc điểm lớn giai đoạn phát triển tế bào nấm men, tức trình tạo sinh khối Đã có dấu hiệu lên men: nhiệt độ tăng 0.50C, xung quanh thùng lên men xuất vành bọt Sang ngày thứ hai bọt lan phủ đầy mặt thùng Bọt nhỏ, mịn trắng Hàm lượng chất hòa tan giai đoạn giảm 0.3 – 0.5% Ở số nhà máy, không phân biệt lên men hở hay kín, người ta chia giai đoạn thành số phương án mà người ta gọi “lên men sơ bộ” Các phương án sau: Sau ngày lên men, số cặn mịn kết tủa, đồng thời tế bào chết kết lắng Phần cặ tháo ra, phần dịch phía chuyển sang thùng lên men khác Sau 48-60h lên men, toàn tế bào nảy chồi ạt dịch lên men chuyển sang thùng lên men khác, tích lớn hơn, đồng thời bổ sung tiếp dịch đường houblon hóa Phương án thứ nhằm tăng cường độ chi bia non, giảm bớt mùi vị lạ lắng va nấm men chết gây Phương án thứ hai rút ngắn thời gian thích nghi, tăng cường hoạt lực nấm men + Giai đoạn thứ hai bao gồm 2-3 ngày đêm Đặc điểm giai đoạn nấm men phát triển đến mật độ cực đại Tốc độ lên men mạnh lên Bọt dềnh cao thành “cục”, màu trắng, đến cuối giai đoạn Trang 21 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia bắt đàu ngả sang màu nâu Hàm lượng chất hòa tan giảm 2–2.5% nhiệt độ tăng 1–1.50C + Giai đoạn thứ ba giai đoạn lên men mạnh nhất, kéo dài ngày đêm Bọt dềnh cao đến mức cực đại, tạo thành mảng lớn Kích thướt bọt to trông thô, mặt bọt bắt đầu ngả màu xám Sang đến thời gian cuối giai đoạn bọt bắt đầu xẹp xuống Hàm lượng chất hòa tan giảm 2.5 – 3.0%, nhiệt độ có chiều hướng tăng mạnh Ở giai đoạn phải tiến hành làm lạnh cục để dịch lên men hạ nhiệt độ ban đầu + Giai đoạn cuối bao gồm 2-3 ngày cuối Đến tốc độ lên men giảm Lí hàm lượng chất hòa tan bị tiêu hao gần hết, mặc khác hạ nhiệt dộ bia non Bọt xẹp hết, bề mặt bia non phủ lớp bột màu xám – nâu Hàm lượng chất hòa tan giảm khoảng 0.8 – 1.0%, nhiệt độ giảm – 40C Trong giai đoạn nấm men số cặn khác bị kết lắng, bia non Thời gian kéo dài trình lên men phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan ban đầu dịch đường chế độ nhiệt thời gian Nếu lên men dịch đường có nồng độ trung bình (10 – 12%) với bia cần có hàm lượng đường sót cao thời gian cần thiết – ngày Còn với dịch đường có nồng độ cao hơn, trường độ trình có dài tới 10 – 12 ngày + Sau lớp men kết thúc, lớp phủ mặt cần phải vớt bỏ, bia non bơm sang khu vực lên men phụ tàng trữ + Sau chuyển hết bia non lên men phụ tàng trữ, đáy thùng lên men lại nấm men kết lắng với vô số tạp chất khác kết lắng theo Khối kết lắng này, bao gồm ba lớp: lớp lớp tạp chất tế bào chết Cả hai lớp có màu đen – xám nâu – xám cần phải loại bỏ Lớp màu trắng ngà, kết dính dạng – lớp sinh khối bao gồm tế bào sống Lớp cần phải tách riêng ra, rửa đưa bảo quản để dùng vào nhiều mục đích + Dịch đường sau làm lạnh bổ sung không khí (khoảng mg O2/lít dịch đường) qua bình lọc gòn giữ bụi học thiết bị khử trùng tia cực tím Sau đó, cấy nấm men vào với lượng men khoảng 20×106 tế bào/1ml dịch lên men Việc cấy nấm men vào thẳng ống dẫn dịch lên men có ưu điểm làm cho nấm men phân bố toàn khối dịch lên Trang 22 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia men ban đầu tạo điều kiện cho chúng sinh trưởng nhanh Dịch lên men bơm vào thùng lên men nhiều lần có lần đầu dịch lên men có hoà nấm men, lần sau châm đầy nước, tạo thời gian cho nấm men hoạt động thích nghi với môi trường Khi dịch lên men vào đầy thùng bắt đầu điều khiển trình lên men, theo dõi nhiệt độ, độ đường ngày Lên men tiến hành thiết bị hình trụ thép không gỉ, đáy nắp hình chỏm cầu, hệ số chứa đầy 0.8÷0.85 Nhiệt độ lên men 10oC, áp suất dư thiết bị lên men 0.2÷0.4 at CO2 sinh trình lên men hoà tan vào bia non phần Độ hoà tan CO2 vào bia tăng nhiệt độ giảm, để đảm bảo lượng CO2 hoà tan bia nhiều nhiệt độ thời kỳ cuối trình lên men khoảng 5oC, hàm lượng CO2 bia non phải đạt 0.2% Lên men xem kết thúc chất chiết dịch lên men giảm từ 0.15-0.2%/ngày đêm Thời gian lên men ngày 2.3.8 Lên men phụ: * Mục đích: - Tiếp tục lên men phần đường lại sau lên men chính, bão hoà CO2 cho bia tăng cường mùi vị cho bia - Thực trình chín bia (hoàn thiện chất lượng bia) * Tiến hành: - Quá trình lên men phụ được tiến hành các thùng kín đặt phòng lạnh từ 1-20C Nhiệt độ lên men phụ khoảng 10C áp suất dư 0.30.7at Trong quá trình lên men phụ cần theo dõi áp suất thiết bị lên men, mức độ của bia, nhiệt độ phân xưởng - Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị nhằm giảm sự tạo bọt và giảm mất mát CO2 Đầu tiên có thể cho bia chảy nhanh về sau có sự tạo bọt nên cho bia chảy gián đoạn Khi bia non đã đầy thùng bắt đầu thải không khí bề mặt bia non Để đảm bảo bia thành phẩm có chất lượng về màu sắc, mùi vị cũng thành phần hóa học thì bia non từ một thùng lên men chính có thể chuyển vào nhiều thùng lên men phụ Quá trình chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể tiến hành từ từ và kéo dài 1-2 ngày đêm Tuy nhiên sau ngày đêm thì thùng lên men phụ cần phải chứa đầy bia non nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật và sự bão hòa Trang 23 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia CO2 khó sự bốc của nó Hệ số chứa đầy thùng lên men phụ vào khoảng 0.96-0.98 Khi bia chứa đầy thùng thì đóng van điều chỉnh áp suất, tiến hành thải không khí bề mặt bia và nâng áp suất đạt theo yêu cầu - Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1-3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non vào Nếu nâng áp suất quá nhanh thì không khí bề mặt bia non sẽ hòa tan vào bia và oxy không khí sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm - Thời gian lên men phụ là 30 ngày Sau lên men phụ bia được chuyển vào thùng chứa và đem lọc 2.3.9 Lọc bia: * Mục đích: - Tách hạt nhỏ bé tế bào nấm men, protein, chất huyền phù… làm cho bia đạt độ sáng yêu cầu chất lượng, ổn định tăng độ bền sinh học, hoá lý cho bia * Tiến hành: - Bia lọc thiết bị lọc khung với chất trợ lọc bột diatomit - Ðầu tiên, bột diatomit trộn với nước vô trùng theo tỷ lệ định tạo thành dung dịch huyền phù, sau dung dịch huyền phù bơm vào máy lọc ép để tạo thành lớp lọc diatomit vải lọc Nếu bia đục phải bơm trở lại thùng phối liệu, bia đưa vào thùng chứa Áp suất lọc thiết bị 1.2÷1.3 at Nếu vượt 3at lớp vải lọc bị rách 2.3.10 Ổn định bia: Sau lọc hàm lượng CO2 bị giảm Do để khôi phục lại bão hoà CO2 bia sau lọc, bia giữ thùng chứa nhiệt độ 0.5÷1oC áp suất CO2 0.5 at thời gian tối thiểu Hàm lượng CO2 bia thành phẩm phải đạt 0.3% khối lượng Nếu chưa đạt hàm lượng CO2 phải bổ sung CO2 cho bia 2.3.11 Chiết chai: - Để thuận tiện cho việc tiêu thụ, vận chuyển, bảo quản ta chiết bia vào chai thuỷ tinh màu nâu, có dung tích 0.45 lít Trang 24 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia - Chai đưa vào rót phải có đủ tiêu chuẩn độ kín, độ nguyên vẹn, kích thước, độ - Trước rót, chai rửa sát trùng kỹ nước nóng 75oC dung dịch NaOH 2% có bổ sung stabilon để làm chai bóng hơn, sau chai làm nguội rót bia vào Bia rót điều kiện đẳng áp để tránh tổn thất CO2 tránh trào bọt gây tổn thất sản phẩm Hình: Máy chiết chai - Dây chuyền chiết bia giới hoá hoàn toàn bao gồm công đoạn: rửa chai, chiết bia vào chai, đóng nắp chai, kiểm tra độ kín chai thành phẩm, trùng bia, hoàn thiện sản phẩm 2.3.12 Thanh trùng bia: * Mục đích: Thanh trùng bia để tăng độ bền cho bia Trong điều kiện trùng, phần lớn vi sinh vật, nấm men bia sót lại bị tiêu diệt, vi sinh vật chịu nhiệt bị yếu khả sinh sản * Tiến hành: Hình: Máy trùng - Máy trùng kiểu tunel phun tuyến tính sử dụng phổ biến - Nhiệt độ vùng nước phun sau: vùng 450C, vùng 650C, vùng 450C, vùng 350C vùng 250C Trang 25 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia - Nước phun vùng thì gom vào bể chứa tương ứng phía Các bể chứa trang bị đường ống dẫn để thường xuyên bổ sung nhiệt cho chúng - Tổng thời gian trùng 90 phút 2.3.13 Dán nhãn: * Mục đích: Hoàn thiện nốt sản phẩm, đem lại cho bề sản phẩm có hình thức dễ nhìn, mẫu mã phong phú, nhãn in ấn theo quy định nhà nước nhãn sản phẩm * Tiến hành: - Chai bia thao tác qua phận máy xì khô để thổi nước bám thành nút chai Tiếp ta tiến hành dán nhãn dán bịt giấy bạc đầu chai Chai xếp vào két bia chuyển vào kho tiêu thụ Động học trình lên men sản xuất bia: 3.1 Phương trình phản ứng trình lên men: Quá trình lên men dịch đường thể qua phản ứng: C6H12O6 enzym uuuuuur 2C2H5OH + 2CO2 + Q 3.2 Xúc tác phản ứng: Phản ứng thực nhờ hệ enzym sinh học nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensi 3.3 Khảo sát phương trình động học trình lên men: * Giả thuyết: Để đơn giản hóa việc tính toán, ta giả sử tỷ lệ hàm lượng vitamin B1 malt gạo không đổi Như hàm lượng vitamin B1 có dịch đường tỷ lệ với khối lượng dịch đường cần lên men * Phương trình vận tốc phản ứng: Các tác giả Michel Bataillion, Alain Rico, Jean-marie Sablayrolles, Jean-michel Salmon and Pierre Barre, báo nghiên cứu có tên “Early Thiamin Assimilation by Yeasts under Enological Conditions: Impact on Alcoholic Fermentation Kinetics” khảo sát trình giảm Trang 26 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia dần vitamin B1 trình lên men rượu bia 280C phương pháp nghiên cứu phân hủy đồng vị C14 vitamin B1 Kết nghiên cứu xây dựng đồ thị phụ thuộc log(C14Thiamin) – t: Trong đó: C14-Thiamin; µg/l t; h Đồ thị xây dựng có hệ số góc k’ = 1.01 h-1 → Đây phản ứng bậc Vì Cmol/l = Cg / l M nên ta thay Cµg/l C14-Thiamin nồng độ Cµmol/l 14 C -Thiamin Kí hiệu: vitamin B1 = A Cµmol/l(C14-Thiamin) = CA, ta phương trình: log(CA) = -k’t + m’; với m’ = const → log(CA) - log(CA0) = -k’t - log(CA0) + m’ CA → log( C ) = -k’t - log(CA0) + m’ A0 CA → -log( C ) = k’t + log(CA0) – m’ A0 CA → -ln( C ) = (k’ln10)t + ln(CA0) – m’ln10 A0 CA → -ln( C ) = kt + m A0 Với: k = k’ln10 = 1.01ln10 = 2.326 h-1 m = ln(CA0) – m’ln10 = const Trang 27 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Như vậy, ta phương trình vận tốc trình lên men: (-rA) = (2.326h-1)CA Tính toán thiết bị lên men chính: * Bình phản ứng lên men sử dụng bình phản ứng gián đoạn không khuấy * Các thông số ban đầu thiết kế: - Năng suất nhà máy bia chọn 75 triệu lít/năm - Lên men dịch đường có nồng đồ 13.5% - Tham khảo số tài liệu, luận văn cho thấy, hao hụt thiết bị lên men thường 2.5% với giả thuyết lượng hao hụt không chuyển hóa trình lên men → Độ chuyển hóa (hiệu suất) thiết bị lên men chọn 97% * Tính toán thiết kế: - Áp dụng phương trình thiết kế cho bình phản ứng gián đoạn tích hỗn hợp phản ứng không đổi: XA dX A (−rA ) t = CA0 ∫ 0.97 t = CA0 ∫ 0.97 t = CA0 ∫ t= −1 2.326 dX A 2.326C A dX A 2.326C A0 (1 − X A ) 0.97 ∫ d (1 − X A ) (1 − X A ) t = 1.51 h Giả sử thời gian gián đoạn hai mẻ 1h tổng thời gian hoàn thành mẻ là: 1.51 + = 2.51 h Trong ngày nhà máy hoạt động chia thành ca làm việc, bao gồm: 14h sản xuất + 2h vệ sinh sau ca, vậy: → số mẻ lên men ngày là: 14 = 2.51 mẻ/ngày - Tính trừ thời gian ngày chủ nhật làm việc ca, nghỉ lễ tết, kỉ niệm, bảo trì máy móc,…thì năm nhà máy sản xuất 300 ngày → Sản lượng bia sản xuất ngày là: 75000000 300 = 250000 lít Trang 28 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia - Tổng tổn hao lượng bia sau trình lên men gồm công đoạn như: lên men phụ, kiểm tra bia, chiết bia, bão hòa CO2, lọc bia,… 7% → Thể tích bia khỏi thiết bị lên men ngày là: 250000×(1+0.07) = 267500 lít → Lượng bia cần sản xuất mẻ là: 267500 = 53500 lít/mẻ - Tổn hao trình lên men là: 100% - 97% = 3% → Thể tích dịch đường cho vào thiết bị lên men là: 53500×(1+0.03) = 55105 lít → Khối lượng dịch đường cho vào thiết bị lên men là: 55105×1.048 = 57750.04 kg (Khối lượng riêng dịch đường 200C là: 1.048 g/l) - Lượng hoa Houblon cần dùng theo tỷ lệ 2-3 g/lít dịch đường lên men → Chọn tỷ lệ 2.5g hoa Houblon/lít dịch đường lên men → Khối lượng hoa Houblon cho vào thiết bị lên men là: 57750.04×2.5 = 144375.1 g = 144.38 kg - Vì khối lượng hoa Houblon dùng cho trình lên men nhỏ nhiều so với khối lượng dịch đường nên khối lượng riêng dịch lên men xem không đổi, ta có tổng thể tích dịch lên men hoa Houblon là: V’ = 57750.04 + 144.38 = 1.048 55242.77 lít - Lượng men cho vào 10% thể tích dịch đường → Thể tích men cần dùng là: Vmen = 55105×0.1 = 5510.5 lít Vậy: Thể tích dịch lên men tổng cộng cho vào bình lên men là: V = V’ + Vmen = 55242.77 + 5510.5 = 60753.27 lít = 60.75 m3 -Quá trình lên men có sinh khí CO2, để áp suất bình thích hợp cho lên men, ta chọn hệ số chứa đầy bình lên men 0.75 → Thể tích thùng lên men là: Vthùng = 60.75 0.75 = 81 m3 * Thiết kế thùng lên men chính: - Thông số kĩ thuật: Thùng lên men hình trụ không khuấy có: + D: đường kính thiết bị + H: chiều cao thiết bị Trang 29 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia + h1: chiều cao phần chứa dịch lên men + h2: chiều cao phần không chứa dịch lên men = chiều cao phần đỉnh + α: góc đáy côn * Mô tả thiết bị: Thiết bị lên men chế tạo thép không gỉ, thân hình trụ, đáy nắp hình chỏm cầu Xung quanh thùng bao bọc hệ thống áo lạnh lớp xốp cách nhiệt h2 Cửa vệ sinh Áp kế h1 H Cuống van an toàn Van nạp xả bia D Thân thiết bị h2 - Chọn thống số ban đầu thùng lên men chính: + Vì thùng lên men có Vthùng < 100 m3 nên chọn chiều cao h1 = 3D + Chọn α = 600 - Tính toán thiết bị: + h2 = D × tan 600 + Vtrụ = = D π D2 π D2 h1 = × 3D = 4 + Vchỏm cầu = π h2 ( D h2 − ) = 0.75πD3 D D π( ) ( − 2 D (3 − 3)π D )= Trang 30 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Như vậy: Vthùng = Vtrụ + 2×Vchỏm cầu = 0.75πD3 + 2× = (6 − 3)π D (3 − 3)π D Ta có: Vthùng = 81 m3 → (6 − 3)π D = 81 → D = 2.9 m Suy ra: h1 = 3D = 8.7 m h2 = D = 2.5 m → Chiều cao thiết bị: H = h1 + 2×h2 = 13.7 m Vậy: Thiết bị lên men có đường kính 2.9 m chiều cao 13.7 m Kết luận: - Bài báo cáo trình bày nội dung công việc thiết kế thiết bị phản ứng công nghệ sản xuất thực phẩm - Tuy nhiên hội tìm hiểu thực tế hạn chế tài liệu nghiên cứu sâu động học phản ứng lên men sản xuất bia nên báo cáo mang tính chất lý thuyết thực tiễn - Bài báo cáo giúp chúng em nắm vững biết cách vận dụng lý thuyết môn học Kỹ thuật phản ứng việc thiết kế thiết bị sản xuất công nghiệp hóa chất-thực phẩm, góp phần định hương công việc kĩ sư công nghệ hóa-thực phẩm-sinh học tương lai - Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, giải đáp tận tình thắc mắc trình làm báo cáo thầy Trần Tấn Việt định hướng, phác thảo ý báo cáo cô Lê Thị Kim Phụng Tài liệu tham khảo: - “Early Thiamin Assimilation by Yeasts under Enological Conditions: Impact on Alcoholic Fermentation Kinetics” tác giả Michel Trang 31 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Bataillion, Alain Rico, Jean-marie Sablayrolles, Jean-michel Salmon and Pierre Barre - Giáo trình Kỹ thuật phản ứng, tập 4, tác giả Vũ Bá Minh - Giáo trình Công nghệ sản xuất malt & bia, tác giả PGS.TS Lê Thanh Mai, Đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án thiết kế nhà máy bia 20 triệu lít/năm, sinh viên Bùi Vinh Quang, Lớp K14 0705 CNSH, Khoa Công nghệ sinh học, Viện Đại học Mở Hà Nội - Đồ án thiết kế nhà máy bia 75 triệu lít/năm, sinh viên Hoàng Văn Thiệu, Khoa Công nghệ thực phẩm, Đại học Kinh tế Công nghiệp - Tiểu luận “Lên men bia”, Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Cao Đẳng Công nghiệp thực phẩm Tp.HCM - Và tài liệu liên quan khác Trang 32 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Trang 33 [...]... phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia - Tổng tổn hao lượng bia sau quá trình lên men chính gồm các công đoạn như: lên men phụ, kiểm tra bia, chiết bia, bão hòa CO2, lọc bia, … là 7% → Thể tích bia khi ra khỏi thiết bị lên men chính trong một ngày là: 250000×(1+0.07) = 267500 lít → Lượng bia cần sản xuất trong 1 mẻ là: 267500 5 = 53500 lít/mẻ - Tổn hao trong quá trình lên men chính. .. m’ln10 = const Trang 27 Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia Như vậy, ta được phương trình vận tốc quá trình lên men: (-rA) = (2.326h-1)CA 4 Tính toán thiết bị lên men chính: * Bình phản ứng lên men chính được sử dụng là bình phản ứng gián đoạn không khuấy * Các thông số ban đầu thiết kế: - Năng suất nhà máy bia được chọn là 75 triệu lít/năm - Lên men dịch đường có nồng... cơ học và thiết bị khử trùng bằng tia cực tím Sau đó, cấy nấm men vào với lượng men khoảng 20×106 tế bào/1ml dịch lên men Việc cấy nấm men vào thẳng ống dẫn dịch lên men có ưu điểm làm cho nấm men phân bố đều toàn khối dịch lên Trang 22 Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia men ban đầu và tạo điều kiện cho chúng sinh trưởng nhanh hơn Dịch lên men được bơm vào thùng lên. .. hành dán nhãn và dán bịt giấy bạc ở đầu chai Chai được xếp vào két bia rồi được chuyển vào kho hoặc đi tiêu thụ 3 Động học quá trình lên men chính sản xuất bia: 3.1 Phương trình phản ứng quá trình lên men: Quá trình lên men chính dịch đường được thể hiện qua phản ứng: C6H12O6 enzym uuuuuur 2C2H5OH + 2CO2 + Q 3.2 Xúc tác phản ứng: Phản ứng được thực hiện nhờ hệ enzym sinh học của nấm men chìm Saccharomyces... hoà tan vào dịch lên men tạo thành bia non Trang 19 Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia * Chuẩn bị giống: Phương pháp nuôi cấy men giống: + Nuôi cấy men giống thuần khiết: Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua hai giai đoạn: giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và giai đoạn nuôi cấy sản xuất Để bảo quản men giống, người ta nuôi cấy nó trong môi trường... thiết kế thiết bị phản ứng trong công nghệ sản xuất thực phẩm - Tuy nhiên do không có cơ hội tìm hiểu thực tế cũng như hạn chế về tài liệu nghiên cứu sâu về động học các phản ứng lên men trong sản xuất bia nên bài báo cáo mang tính chất lý thuyết hơn là thực tiễn - Bài báo cáo đã giúp chúng em nắm vững và biết cách vận dụng lý thuyết môn học Kỹ thuật phản ứng trong việc thiết kế thiết bị sản xuất trong. .. Enological Conditions: Impact on Alcoholic Fermentation Kinetics” đã khảo sát quá trình giảm Trang 26 Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia dần vitamin B1 trong quá trình lên men rượu bia ở 280C bằng phương pháp nghiên cứu phân hủy đồng vị C14 trong vitamin B1 Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được đồ thị phụ thuộc của log(C14Thiamin) – t: Trong đó: C14-Thiamin; µg/l t; h Đồ thị... là 0.8÷0.85 Nhiệt độ lên men chính là 10oC, áp suất dư trong thiết bị lên men chính là 0.2÷0.4 at CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ hoà tan vào bia non một phần Độ hoà tan của CO2 vào bia sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo lượng CO2 hoà tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời kỳ cuối của quá trình lên men khoảng 5oC, hàm lượng CO2 trong bia non phải đạt 0.2% Lên men chính được xem là kết... của các tác giả Michel Trang 31 Động học phản ứng & thiết bị lên men chính trong quá trình sản xuất bia Bataillion, Alain Rico, Jean-marie Sablayrolles, Jean-michel Salmon and Pierre Barre - Giáo trình Kỹ thuật phản ứng, tập 4, tác giả Vũ Bá Minh - Giáo trình Công nghệ sản xuất malt & bia, tác giả PGS.TS Lê Thanh Mai, Đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án thiết kế nhà máy bia 20 triệu lít/năm, sinh viên... Vmen = 55242.77 + 5510.5 = 60753.27 lít = 60.75 m3 -Quá trình lên men có sinh ra khí CO2, để áp suất trong bình thích hợp cho lên men, ta chọn hệ số chứa đầy của bình lên men là 0.75 → Thể tích thùng lên men chính là: Vthùng = 60.75 0.75 = 81 m3 * Thiết kế thùng lên men chính: - Thông số kĩ thuật: Thùng lên men hình trụ không khuấy có: + D: đường kính thiết bị + H: chiều cao thiết bị Trang 29 Động học ... bị lên men trình sản xuất bia Trang Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Tổng quan bia: 1.1 Giới thiệu bia: - Bia – nói cách tổng thể loại đồ uống chứa cồn sản xuất trình lên. .. Trang 27 Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia Như vậy, ta phương trình vận tốc trình lên men: (-rA) = (2.326h-1)CA Tính toán thiết bị lên men chính: * Bình phản ứng lên men sử.. .Động học phản ứng & thiết bị lên men trình sản xuất bia 3.3 Khảo sát phương trình động học trình lên men 26 Tính toán thiết bị lên men 28 Kết luận