Luận văn

Luận văn

MƠÛ ĐẦU GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 1MƠÛ ĐẦU Theo các số liệu thống kê gần đây (năm 2006) của thời báo Kinh Tế Việt Nam cho thấy tổng sản lượng bia trong cả nước khoảng 1,5 tỷ lít/ năm, trong khi tổng năng suất của các nhà máy bia trong cả nước đã đạt mức 1,5 tỷ lít/ năm. Cũng theo thời báo này thì khả năng tiêu thụ bia tại nước ta trung bình tăng từ 10% đến 15% mỗi năm. Ngoài ra, một số công ty trong nước đang có kế hoạch tăng năng suất và mở rộng quy mô sản xuất. Điển hình như Tổng công ty Rượu – Bia – Nước giải khát Hà Nội (Habeco) đang xây dựng kế hoạch đầu tư một nhà máy sản xuất bia năng suất 100 triệu lít/ năm tại Quang Minh (Vónh Phúc), với vốn đầu tư khoảng 100 triệu USD. Bên cạnh đó công ty còn đầu tư theo chiều sâu là tăng năng suất của nhà máy Habeco lên 100 triệu lít/ năm. Vậy sau khi các dự án này hoàn thành và đi vào hoạt động, thì tổng năng suất của Habeco sẽ đạt mức 200 triệu lít/ năm. Nhà máy bia Kronenbourg Viet nam có tổng vốn đầu tư 75 triệu USD vừa được khởi công xây dựng tại Long An. Dự kiến sau khi hòan thành ( cuối 2008) sẽ đi vào hoạt động sản xuất loại bia Pháp nổi tiếng thế giới Kronenbourg 1664 được tiêu thụ rộng rãi ở 70 nước trên thế giới. Các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài trong lónh vực sản xuất bia tại Việt Nam cũng đang có kế hoạch xây dựng dự án bổ sung để tăng năng suất. Theo chỉ đạo của Chính phủ, Bộ Công nghiệp, Bộ Kế hoạch và Đầu tư đang phối hợp với các đòa phương để có kế hoạch bổ sung, quy hoạch sản xuất bia cho phù hợp với tình hình mới. Từ các thông tin trên, ta thấy nhu cầu tiêu thụ bia trong cả nước là rất lớn. Và thực sự đây là 1 lónh vực đáng được quan tâm. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy bia năng suất 30 triệu lít/ năm. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Ý nghóa thành lập nhà máy 1.1.1. Tình hình sản xuất bia trên thế giới và Việt Nam Giới thiệu về bia: Bia là một loại nước giải khát khá phổ biến, được tiêu thụ rộng rãi trên khắp thế giới và có lòch sử phát triển rất lâu đời. Từ thời xa xưa, người Babilon đã sản xuất bia từ quá trình lên men bánh mì ẩm. Cách đây khoảng 5000 năm, người Ai Cập cổ đại đã sử dụng lúa mạch để sản xuất bia. Bia đã trở thành một thực phẩm quan trọng trong các bữa ăn kiêng hàng ngày của người Ai Cập lúc đó. Người Hy Lạp đã học cách sản xuất bia từ người Ai Cập. Các bộ tộc của Đức đã biết sản xuất bia từ lâu trước khi có sự xâm chiếm của đế chế La Mã. Ban đầu người ta sử dụng các loại thảo mộc và gia vò khác vào việc sản xuất bia. Tuy nhiên vào khoảng 1000 năm trước công nguyên bia mới thâm nhập vào các tu viện và các tu só đã sử dụng hoa houblon thay cho các thảo mộc vào quá trình sản xuất bia. Bia thật sự được trở nên phổ biến nhờ vào các tu viện. Các tu só là những người đầu tiên đã xây dựng các nhà máy bia. Họ cung cấp nơi ở, thức ăn và bia cho những người đi hành hương và những người đi du lòch. Cho đến giữa thế kỷ XVI, bia chỉ được sản xuất chủ yếu trong các gia đình và còn chưa mang tính thương mại. Từ năm 1833, nhờ các nghiên cứu của Pasteur về quá trình lên men rượu vang, Hansen đã đề nghò phương pháp nhân giống nấm men từ một tế bào thuần khiết ban đầu trong canh trường. Đến năm 1881 – 1883 nấm men đã được đưa vào sử dụng sản xuất bia lần đầu tiên ở Đan Mạch. Từ đó đến nay ngành công nghiệp bia ngày càng được hoàn thiện, phát triển và đã đạt được nhiều thành tựu rực rỡ. Bia là sản phẩm của quá trình lên men ethanol từ dòch nha, không qua chưng cất, dòch nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu tinh bột, protein…(như gạo, ngô, đại mạch,…), hoa houblon và nước. Thế giới: Sản lượng bia trên thế giới hơn 120 tỉ lít / năm. Đặc biệt ờ các nước phát triển tỉ lệ lượng bia tieu thụ bình quân đầu người là rất cao. Điển hình là CHLB Đức : 170L/năm. Có nhiều hãng bia hàng đầu thế giới như: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 3¾ Anheuser busch (Mỹ) ¾ Heineken (Hà Lan) ¾ Miller (Mỹ) ¾ Kirin (Nhật) ¾ Foster’s (Úc) ¾ Danone (Pháp) ¾ Carlsberg (Đan mạch) ¾ Brahma ( brazin) ¾ Gruiness (Anh) ¾ SAB ( Nam Phi) Việt Nam: Hiện tại cả nước có khoảng 20 nhà máy bia có năng suất lớn( trên 50 triệu lit/năm). Còn lại là các nhà máy bia có năng suất nhỏ 20 triệu lit/ năm và 10 triệu lit/năm.( khó thông kê do nhiều nhà máy đòa phương không tham gia Hiệp Hội Bia Rượu Việt Nam) Theo Hiệp Hội, hiện nay tổng công suất của các nhà máy bia trong cả nước đã lên tới 1,5 tỷ lít/năm. Riêng 10 tỉnh miền Trung là trên 500 triệu lít. Nhưng một số đòa phương vẫn đang chuẩn bò triển khai những dự án sản xuất bia tương đối lớn, quy mô từ 100 đến 150 triệu lít/năm. Từ các thông tin trên ta thấy nhu cầu thò trường cho việc tiêu thụ bia trong nước là khá lớn, đó là chưa kể đến tiềm năng xuất khẩu sang các nước trong khu vực. Một số công ty sản xuất bia trong nước hiện đang có kế hoạch tăng năng suất, mở rộng quy mô sản xuất. Công ty Bia Huế đang có kế hoạch tăng năng suất lên 100 triệu lít/năm và bên cạnh đó là hợp tác với nhà máy Bia Đông Hà (Quảng Trò) để tăng năng suất của nhà máy này lên 30 triệu lít/năm. Tại Nghệ An một dự án sản xuất bia với năng suất trên 100 triệu lít/năm sắp đi vào hoạt động. Một nhà sản xuất bia lớn trong nước là Tổng Công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) cũng đang chuẩn bò tăng công suất trên cơ sở hiện có và xây CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 4dựng cơ sở mới, với năng suất tăng thêm khoảng 100 triệu lít/năm và dự kiến tăng lên 200 triệu lit/ năm trong vài năm tới. Việt Nam lượng bia tiêu thụ 1.5 tỉ lit/ năm. Vậy bình quân đầu người chưa đến 20 triệu lit/ năm. Thua xa các nước Châu Á như Nhật, Trung Quốc nếu so với các nước châu âu thì còn kém xa nữa.(bằng 1/10 nước Đức) Trước tình hình chung của việc sản xuất bia trong cả nước, với dự án thiết kế nhà máy sản xuất bia có năng suất 30 triệu l/năm với thò trường tiêu thụ chủ yếu tại Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận trong khu vực miền Đông Nam Bộ, khu vực đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh miền Trung, là hoàn toàn phù hợp với nhu cầu thực tế của nước ta. 1.1.2. Vai trò của bia trong đời sống So với các loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như: • So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%). Do đó nếu sử dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chòu và tăng sức lực cho cơ thể. • So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại. • Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp cho cơ thể 400 – 800 KCal. • Với hàm lượng CO2 khá cao (4 – 5g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kích thích quá trình tiêu hóa tốt hơn. • Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3 – 4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin, acid hữu cơ, một số vitamin như B1, B2, PP. • Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống một lượng bia vừa phải mỗi ngày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơ thể hưng phấn hơn và hiệu quả làm việc cao hơn. Nhờ có những ưu điểm này mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản lượng và chất lượng ngày càng được nâng cao. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 51.2. Chọn đòa điểm xây dựng nhà máy Đòa điểm chọn để xây dựng nhà máy là tại khu công nghiệp Loteco, tọa lạc tại Thành phố Biên Hòa - thuộc tỉnh Đồng Nai. Tỉnh Đồng Nai nằm trong đòa bàn kinh tế trọng điểm phía Nam là trọng điểm đầu tư của chính phủ. Trung tâm của tỉnh là Thành phố Biên Hòa, cách TP. Hồ Chí Minh 30 km về phía Tây, một trung tâm Kinh tế - Khoa học Kỹ thuật - Văn hoá Giáo dục lớn của cả nước. Đồng Nai là tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ, có diện tích 5.862,37 km2 chiếm 1,76% diện tích tự nhiên cả nước và 25,5% diện tích tự nhiên vùng Đông Nam Bộ. Đồng Nai có hệ thống giao thông rất thuận lợi với các quốc lộ 1, 51, 20 với tổng chiều dài 244,5 km đã và đang được mở rộng nâng cấp theo tiêu chuẩn đường cấp I, II đồng bằng (Quốc lộ 1, 51), cấp III đồng bằng (Quốc lộ 20) có nhiều tuyến đường liên tỉnh, tuyến đường sắt Bắc - Nam và hệ thống các cảng ở Đồng Nai cùng với cảng ở TP. Hồ Chí Minh, Bà Ròa - Vũng Tàu và sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất đáp ứng tốt cho nhu cầu lưu thông hàng hoá. Đồng Nai nằm trong vùng phát triển kinh tế trọng điểm phía Nam: o Đông giáp tỉnh Bình Thuận. o Đông Bắc giáp tỉnh Lâm Đồng. o Tây Bắc giáp tỉnh Bình Dương và Bình Phước. o Nam giáp tỉnh Bà Ròa - Vũng Tàu. o Tây giáp TP. Hồ Chí Minh. Khu công nghiệp Loteco : Diện tích: 100 ha cho giai đoạn đầu gồm cả 40 ha của khu chế xuất trong khu công nghiệp. Diện tích dùng cho thuê 72 ha, diện tích đã cho thuê 35,29 ha đạt 49,01%. Vò trí: Phường Long Bình, TP Biên Hòa. Kết cấu hạ tầng: - Giao thông nội bộ và mương thoát nước hoàn chỉnh. - Cấp điện: trạm biến áp 3,2 MW, điện lưới quốc gia 6 MW. - Cấp nước: 6.000 m3/ngày. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 6- Thông tin liên lạc: thuận tiện trong và ngoài nước. - Xử lý chất thải lỏng: có nhà máy xử lý chất thải công suất 1.500 m/ngày. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 7 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 2.1. Nguyên liệu sản xuất Trong sản xuất bia người ta sử dụng các nguyên liệu chính và phụ sau đây: 2.1.1. Nước Nước là nguyên liệu quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dòch đường để lên men. Hàm lượng các chất hòa tan trong dòch đường trước lúc lên men là 10-13% (trọng lượng) đối với bia vàng và 16-22% ở bia đen. Như vậy có nghóa là trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm 78-90%. Với tỷ lệ nước lớn như vậy trong 1 sản phẩm, ta có thể nói rằng, nước là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Trong sản xuất bia, nước giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vò của sản phẩm, vì vậy chất lượng nước đòi hỏi phải đạt các tiêu chuẩn dành cho nước dùng trong công nghệ sản xuất bia. Các chỉ tiêu chất lượng nước dùng trong sản xuất bia: - Độ pH của nước : pH = 6.5 - 7 - Hàm lượng muối carbonate : ≤ 50 mg/l - Hàm lượng muối magie : ≤ 100 mg/l - Hàm lượng muối clorua : từ 75 -150 mg/l - Hàm lượng muối CaSO4 : từ 130 -200 mg/l - Hàm lượng Fe2+ : ≤ 0.3 mg/l - Hàm lượng muối nitrate, nitrit : không có - Hàm lượng khí NH3 : không có - Vi sinh vật : ≤ 100 tế bào/ml 2.1.2. Malt CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 8Tất cả các hạt ngũ cốc nếu được ươm mầm với sự kiểm soát chặt chẽ các điều kiện kỹ thuật như: độ ẩm, nhiệt độ, mức độ thông gió…. sử dụng trong công nghệ sản xuất bia đều có thể gọi chung là malt. Phổ biến nhất chính là malt đại mạch. Đại mạch thuộc giống Hordeum sativum – jessen, thuộc nhóm Spermophyta, phân nhóm Angiospermae, lớp một lá mầm, họ lúa mì. Đại mạch thuộc họ ngũ cốc vùng ôn đới, gồm có loại 2 hàng và 6 hàng nhưng chỉ có loại 2 hàng là được dùng để sản xuất bia do hạt có kích thước lớn và tương đối đồng nhất cũng như có các thành phần hóa học cân đối thích hợp cho công nghệ sản xuất bia. Còn đại mạch 6 hàng được dùng chủ yếu làm thức ăn cho gia súc và gia cầm. Hình 2.1: Malt đại mạch Hạt malt đại mạch là chứa các hệ enzyme quan trọng: amylase và protease giúp phân giải các thành phần cơ chất chủ yếu trong hạt đại mạch (tinh bột và protein) trong giai đoạn nấu dòch đường. Sự khác biệt giữa hạt đại mạch và malt đại mạch như sau: Bảng 2.1: So sánh thành phần hóa học của đại mạch và malt đại mạch. (Tính theo % trọng lượng chất khô) Thành phần Đại mạch Malt đại mạch Tinh bột Đường sacharose Đường khử Các đường khác Hemicellulose Cellulose 63 – 65 1 – 2 0,1 – 0,2 1 8 – 10 4 – 5 58 – 60 3 – 5 3 – 4 2 6 – 8 5 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 9Lipid Protein Acid amin và peptit Các hợp chất khác Tro 2 – 3 8 – 11 3 – 4 5 – 6 2 2 – 3 8 – 11 3 – 4 6 – 7 2,2 Có các hệ enzyme quan trọng như sau: • Hệ thống enzyme amylase: Hệ thống enzyme này gồm có: α-amylase, β-amylase và amilophosphatase, phần lớn chúng tập trung ở phôi mầm và một ít được phân bố ở phần dưới của nội nhũ hoặc trong màng ngăn giữa vỏ trấu và nội nhũ. - Với enzyme α-amylase thủy phân tinh bột và destrin, từ đó tạo ra sản phẩm là maltose và các destrin mạch ngắn. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.8, topt = 72 – 76 0C. - Với enzyme β-amylase, nó có trong hạt đại mạch ở dạng liên kết cũng như dạng tự do, nhưng trong quá trình ươm mầm hoạt tính của enzyme này sẽ tăng dần. Với sự tham gia của enzyme này, tinh bột đại mạch sẽ bò phân cắt thành đường maltose. Enzyme này hoạt động tối ưu ở pHopt = 5.5 – 5.8, topt = 62 – 650C. • Hệ thống enzyme protease: Trong hạt đại mạch, toàn bộ hệ thống enzyme này ở trạng thái liên kết, hầu như không hoạt động. Nhưng khi chuyển qua giai đoạn ươm mầm thì hoạt tính chung của hệ enzyme protease tăng nhanh. - Proteinase: sẽ tấn công lên các phân tử protein nguyên thủy để tạo ra các sản phẩm trung gian như: pepton, peptit, polypeptit, với pHopt = 5.1, topt = 50 – 550C. - Peptidase: nó sẽ phân cắt các peptit có sẵn trong hạt đại mạch và những peptit trong malt do proteinase phân giải để tạo thành các acid amin trong hạt malt, với pHopt = 7.3 – 7.9, topt = 40 – 450C. - Amidase: chúng sẽ tấn công các muối amit để hình thành NH3 và acid amin, góp phần làm thay đổi tính chất và hàm lượng của protein trong hạt malt, các enzyme amidase có pHopt = 7.3 – 8.0, topt = 45 – 500C. CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GVHD: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN SVTH: CHU XUÂN TRƯỜNG MSSV: 60303098 10• Hệ thống enzyme esterase (phosphatase): Hệ thống enzyme esterase (phosphatase) gồm có: saccharophosphatase, phytase, glyxerophosphatase, nucleotidase… tham gia thúc đẩy và xúc tác cho các quá trình ester hoá trong quá trình nảy mầm. - Phytase: phá mối liên kết este của phytin và giải phóng ra rượu inozit và axit phosphoric tự do. Phytase có pHopt =5.0 – 5.5, topt =40 – 500C. - Các enzyme khác như: saccharophosphatase, glyxerophosphatase, nucleotidase sẽ phá các mối liên kết ester tương ứng của các hợp chất hữu cơ có chứa phosphate và giải phóng ra acid phosphoric tự do. • Chỉ tiêu chất lượng của malt đại mạch: - Màu sắc : màu vàng nhạt - Mùi : mùi đặc trưng - Độ sạch : hạt gãy < 0.5% tạp chất < 1% - Cỡ hạt : > 85% hạt có kích thước > 2.5 mm - Độ xốp : 82% - Độ ẩm : 5% - Thời gian đường hóa : 10 – 15 phút - Hàm lượng chất chiết : 78% - Hoạt lực amylase : > 2500oWK - Chỉ số Kolbach : > 41% - Độ nhớt của dòch đường : 1.3 – 1.5 cP - pH của dòch đường : 5.5 – 6 2.1.3. Thế liệu Nguyên liệu chưa nảy mầm (adjuncts). • Mục đích dùng thế liệu trong sản xuất bia Trong sản xuất bia, việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện chủ quan và khách quan, có thể nhằm vào các mục đích: . Hồ Chí Minh 30 km về phía Tây, một trung tâm Kinh tế - Khoa học Kỹ thuật - Văn hoá Giáo dục lớn của cả nước. Đồng Nai là tỉnh thuộc miền Đông Nam Bộ,