Thiết kế phân xưởng lên men Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BIA Bia loại nước giải khát phổ biến, tiêu thụ rộng rãi khắp giới có lịch sử phát triển lâu đời Từ thời xa xưa, người Babilon sản xuất bia từ trình lên men bánh mì ẩm Cách khoảng 5000 năm, người Ai Cập cổ đại sử dụng lúa mạch để sản xuất bia Bia trở thành thực phẩm quan trọng bữa ăn kiêng hàng ngày người Ai Cập lúc Người Hy Lạp học cách sản xuất bia từ người Ai Cập Các tộc Đức biết sản xuất bia từ lâu trước có xâm chiếm đế chế La Mã Ban đầu người ta sử dụng loại thảo mộc gia vị khác vào việc sản xuất bia Tuy nhiên vào khoảng 1000 năm trước công nguyên bia thâm nhập vào tu viện tu só sử dụng hoa houblon thay cho thảo mộc vào trình sản xuất bia Bia thật trở nên phổ biến nhờ vào tu viện Các tu só người xây dựng nhà máy bia Họ cung cấp nơi ở, thức ăn bia cho người hành hương người du lịch Cho đến kỷ XVI, bia sản xuất chủ yếu gia đình chưa mang tính thương mại Từ năm 1833, nhờ nghiên cứu Pasteur trình lên men rượu vang, Hansen đề nghị phương pháp nhân giống nấm men từ tế bào khiết ban đầu canh trường Đến năm 1881 – 1883 nấm men đưa vào sử dụng sản xuất bia lần Đan Mạch Từ đến ngành công nghiệp bia ngày hoàn thiện, phát triển đạt nhiều thành tựu rực rỡ Bia sản phẩm trình lên men ethanol từ dịch nha, không qua chưng cất, dịch nha nấu từ malt đại mạch, hạt giàu tinh bột, protein…(như gạo, ngô, đại mạch,…), hoa houblon nước So với loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như: • So với loại rượu uống bia có nồng độ cồn thấp (2 – 6%) Do sử dụng bia mức giúp thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu tăng sức lực cho thể • So với trà, cà phê bia chứa kim loại có hại • Bia nguồn cung cấp lượng cho thể, lít bia cung cấp cho thể 400 – 800 KCal • Với hàm lượng CO2 cao (4 – 5g/l), bia giúp thể giảm nhanh khát, kích thích trình tiêu hóa tốt GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men • Khoảng 80% chất hòa tan bia glucid, – 10% hợp chất chứa nitơ, – 4% chất khoáng Ngoài bia có chất chát, chất đắng, glycerin, acid hữu cơ, số vitamin B1, B2, PP • Ngoài ra, nghiên cứu gần nhận thấy uống lượng bia vừa phải ngày có tác dụng tốt cho tim mạch não, giúp thể hưng phấn hiệu làm việc cao Nhờ có ưu điểm mà bia sản xuất khắp nơi giới với sản lượng chất lượng ngày nâng cao GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men Chương : KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ I Chọn địa điểm xây dựng nhà máy, phân xưởng Trong công nghệ sản xuất bia, nguồn nước yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng bia thành phẩm Nên việc xây dựng nhà máy phải dựa khảo sát nguồn nước Khu công nghiệp Tây Bắc Củ Chi nơi có nguồn nước thích hợp cho sản xuất bia Vì địa điểm chọn để xây dựng nhà máy khu công nghiệp Tây Bắc Củ Chi, tọa lạc quốc lộ 22, huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh Tổng diện tích khu công nghiệp 220 (ha) : ¾ Tình hình đầu tư hoạt động : - Tỷ lệ đất cho thuê : 96.83% - Tổng số nhà đầu tư : 42 - Tổng số vốn đầu tư : 144,525,050 (USD) - Ngành nghề thu hút đầu tư : ngành công nghiệp không gây ô nhiễm công nghiệp khí, lắp ráp điện tử, may, dệt, da, nhựa, cao su, nhôm, sành sứ, thuỷ tinh, đồ mỹ nghệ xuất khẩu, thiết bị trang trí nội thất, dược, mỹ phẩm, chế biến lương thực, thực phẩm - Tổng số lao động : 8287 người ¾ Cơ sở hạ tầng : - Giao thông : đạt 70% - Cấp điện : mạng điện chung thành phố Hồ Chí Minh từ trạm 110/22-15KV Củ Chi - Cấp nước : 100000m3/ngày - Thông tin liên lạc : nước quốc tế - Xử lý nước thải : 10000m3/ngày - Giá thuê đất : 34 – 40 triệu USD cho 42 năm (đặt cọc 5%) - Giá điện : 0.7 USD - Giá nước : 0.22 USD II Nguyên liệu sản xuất bia Malt 1.1 Khái niệm chung ¾ Khái niệm : Malt hạt ngũ cốc nảy mầm (malt lúa gạo, malt lúa mì, malt đại mạch…) ¾ Phân loại malt : gồm nhóm malt Malt xanh (green malt) : hạt ngũ cốc nảy mầm chưa tách mầm, chưa qua sấy nên có độ ẩm hạt cao Malt thành phẩm : sản phẩm malt qua sấy tách mầm ¾ Phạm vi ứng dụng malt : Trong công nghệ lên men : malt nguồn enzyme, chế phẩm enzyme Trong công nghệ thực phẩm : malt dùng nguồn nguyên liệu để chế biến nhiều loại thực phẩm khác (sản xuất đường nha, syrup glucose, dextrin…) GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men ¾ Malt đại mạch : thông dụng, phổ biến sản xuất nhiều có hoạt tính enzyme cao Là nguyên liệu công nghệ sản xuất bia 1.2 Malt đại mạch 1.2.1 Đặc tính thực vật ¾ Đại mạch loại ngũ cốc vùng ôn đới thuộc nhóm thực vật có hạt, lớp mầm, họ hoà thảo ¾ Đại mạch loại thựa vật năm Dựa vào mùa vụ chúng chia thành nhóm : Đại mạch mùa đông : gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè Đại mạch mùa xuân : gieo hạt mùa xuân, thu hoạch mùa thu ¾ Chu kỳ sinh trưởng đại mạch thông thường 100 – 120 ngày Kết thúc trình sinh trưởng nở hoa kết hạt Hoa đại mạch nằm phần kết thành Mỗi gồm phận : trục gié Khác với lúa nước, đại mạch có gié cấp mà gié cấp hai Gié đại mạch thực chất cuống hạt đính trực tiếp vào trục Tại mắt trục có gié, gié có hoa Số hoa biến thành hạt định hình dáng đại mạch Thông thường số 1.2.2 Phân loại đại mạch dựa vào số hàng hạt : gồm loại ¾ Đại mạch hàng : đại mạch có nhánh thụ phấn hình thành hai hàng hạt đối xứng Đại mạch hai hàng dùng chủ yếu cho công nghệ sản xuất bia hạt to, cân đối đồng Đại mạch hai hàng chia thành ba nhóm nhỏ : Đại mạch cúi : trục dẻo, gié hạt dài, sau trổ hoa làm đòng bắt đầu cúi xuống Đại mạch đứng : to cứng, dày hạt góc tạo trục gié lớn, trồng số nước Tây Âu Đại mạch xoè : gié ngắn, hạt gần dính vuông góc với trục bông, trồng nhiều Anh, Ailen, Bắc Mỹ ¾ Đại mạch đa hàng (gồm đại mạch hàng đại mạch hàng) : ba nhánh thụ phấn, hình thành hàng hạt hàng hạt (do nhánh thụ phấn yếu hai nhánh lại) Tuy nhiên kích thước hạt không đồng nên thường sử dụng làm thức ăn gia súc sản xuất malt giàu enzyme protease 1.2.3 Cấu tạo hạt đại mạch Gồm phận : vỏ, phôi nội nhũ ¾ Vỏ : chiếm – 15% trọng lượng hạt, gồm lớp : vỏ trấu, vỏ vỏ hạt Lớp vỏ vỏ hạt liên kết chặt chẽ với Ở đại mạch hàng vỏ trấu hạt mỏng, mềm mại đại mạch đa hàng vỏ trấu dày thô Thành phần hoá học vỏ trấu chủ yếu cellulose liên kết chặt chẽ lại nhờ chất khoáng lignin Lớp vỏ dai bền vững GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men Lớp vỏ hạt có vai trò màng bán thấm cho nước thấm vào bên hạt đồng thời giữ lại chất hoà tan hạt không thấm ¾ Phôi quan sống, hô hấp hạt Phôi chiếm 2.5 – 5% lượng hạt Trong phôi có từ 37 – 50% chất khô thành phần nitơ, 7% chất béo, – 6% đường saccharose, – 7.5% pentozan, – 6.5% chaát tro số thành phần khác Riêng tinh bột không đáng kể ¾ Nội nhũ chiếm 45 – 68% lượng hạt, giữ vai trò định chất lượng đại mạch sản xuất bia Ngoài nội nhũ tiếp giáp với lớp vỏ hạt lớp aleuron Lớp aleuron giàu protein, chất béo, đường, cellulose, pentozan, vitamine chất tro Dưới lớp aleuron phần nội nhũ thật hạt Thành phần nội nhũ hạt tinh bột hình tròn có kích thước đa dạng Nếu hàm lượng protein địa mạch cao nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ Ngoài tinh bột nội nhũ chứa số tạp chất khác nitơ : 0.5 – 1.5%, tro : 0.2 – 0.7%, acid beùo : 0.6% Tóm lại, vỏ hạt chiếm tỷ lệ lớn giá trị dinh dưỡng Trong công nghệ sản xuất bia vỏ hạt gây bất lợi chứa nhiều chất màu, chất đắng, chất chát Nếu chất hoà tan vào dịch đường làm giảm chất lượng sản phẩm Tuy nhiên đóng vai trò xây dựng màng lọc trình tách bã khỏi khối cháo Nội nhũ chiếm phần lớn trọng lượng hạt, tập trung hầu hết chất dinh dưỡng nguồn cung cấp chất hoà tan cho dịch đường Phôi chiếm tỷ lệ không đáng kể so với trọng lượng hạt Mặt khác trình chế biến thành phần phôi hoà tan vào dịch đường 1.2.4 Thành phần hoá học đại mạch (tính theo % khối lượng hạt) ¾ Độ ẩm : 12 – 16% ¾ Glucid : Tinh bột : 54 – 65% Trong công nghệ sản xuất malt bia, tinh bột có hai chức : nguồn thức ăn dự trữ cho phôi, hai nguồn chất hoà tan cho dịch đường trước lên men Tinh bột bao gồm hai hợp phần AM : 20 – 25% AP : 75 – 80% Cellulose : chiếm khoảng 20% chất khô vỏ Đóng vai trò định trình lọc dịch đường lớp vỏ trấu vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng Hemicellulose : chiếm phần lớn chất khô vỏ trấu, gồm hỗn hợp polysacchride khác Các hợp chất pectin chất dạng keo làm cho dịch bia có độ nhớt cao, khó lọc, nhiên hợp chất tao cho bia có vị đậm đà làm tăng khả tạo giữ bọt sản phẩm ¾ Protein : chiếm – 14%, gồm nhóm đại diện tiêu biểu : albumin (tan nước), globulin (tan nước muối), prolanin (tan rượu), glutenin (tan kiềm) Trong trình sản xuất bia, albumin, globulin phần nhỏ prolanin hoà tan vào dịch đường tồn bia GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men cấu tử khác bị kết lắng thải theo bã malt cặn lắng ¾ Các hợp chất không chứa nitơ : Polyphenol chất đắng : tập trung lớp vỏ Phần lớn họp chất hoà tan tồn bia dẫn xuất catechin (thuộc nhóm flavonoid) Những chất dễ dàng kết hợp với protein cao phân tử tạo thành phức chất dễ kết lắng làm tăng độ bền keo sản phẩm Mặt khác hoà tan polyphenol vào dịch đường ảnh hưởng xấu đến vị bia Chất đắng, chất chát nguyên nhân gây vị đắng khó chịu cho bia Fitin : muối đồng thời canxi magie với acid Inozit phosphoric Tập trung chủ yếu vỏ Khi bị thuỷ phân sản phẩm lại nguồn cung cấp P cho nấm men đồng thời làm tăng độ chua tác dụng dịch cháo gia đoạn đường hoá Vitamine : B1, B2, B6, PP, tiền vitamine A, E, acid pantotenic, biotin, acid pholievic nhiều dẫn xuất vitamine khác, nhân tố điều hoà sinh trưởng nấm men Chất khoáng : đóng vai trò quan trọng đặc biệt P thành phần tro đại mạch : P2O5 : 35%, MgO : 9%, CaO : 2.8%, Na2O : 2.4%, SO32- : 1.9%, Fe2O3 : 1.5%, Cl- : 1% ¾ Chất béo : chiếm – 3%, tập trung chủ yếu phôi lớp aleuron Thành phần chủ yếu phôi ester glycerin acid béo bậc cao, làm giảm độ bền keo bia ¾ Các nhóm enzyme đại mạch : gồm nhóm Enzyme xúc tác cho trình oxy hoá – khử : enzyme tham gia vào trình oxy hoá – khử hạt hô hấp phân huỷ hiếu khí glucid nghóa chúng tham gia vào trình trao đổi lượng trình sống Trong trình sấy malt chúng bị phá huỷ Nhóm enzyme thuỷ phân : chia thành nhóm nhỏ : Nhóm enzyme thuỷ phân hợp chất glucid : o Diastase (amylase) : thuỷ phân glucid có mạch polymer tương đối đơn giản (tinh bột) o Sitase : thuỷ phân glucid có mạch polymer phức tạp (hemicellulose) Nhóm enzyme thuỷ phân protein : o Protease : xúc tác chuyển hoá protein thành albumose peptone thành polypeptid peptid o Peptidase : chuyển polypeptid peptid thành acid amin o Amidase : tác dụng deamin hoá acid amin tạo thành acid hữu nitơ Nhóm enzyme esterase : tham gia phá vỡ liên kết ester hợp chất hữu với hợp chất hữu vô o Lipase : thuỷ phân ester glycerin số loại rượu với acid béo bậc cao GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men o Phosphatase : tách acid phosphoric khỏi hợp chất hữu có chứa P Bảng 1: So sánh thành phần hóa học đại mạch malt đại mạch (Tính theo % trọng lượng chất khô) Thành phần Tinh bột Đại mạch Malt đại mạch 63 – 65 58 – 60 1–2 3–5 0,1 – 0,2 3–4 Hemicellulose – 10 6–8 Cellulose 4–5 Lipid 2–3 2–3 Protein – 11 – 11 Acid amin peptit 3–4 3–4 Các hợp chất khác 5–6 6–7 2,2 Đường sacharose Đường khử Các đường khác Tro Chỉ tiêu chất lượng malt đại mạch : Màu sắc Mùi Độ 9 9 9 9 Cỡ hạt Độ xốp Độ ẩm Thời gian đường hóa Hàm lượng chất chiết Hoạt lực amylase Chỉ số Kolbach Độ nhớt dịch đường pH dịch đường : màu vàng nhạt : mùi đặc trưng : hạt gãy < 0.5% tạp chất < 1% : > 85% hạt có kích thước > 2.5 mm : 82% : 5% : 10 – 15 phuùt : 78% : > 2500oWK : > 41% : 1.3 – 1.5 cP : 5.5 – Thế liệu (nguyên liệu thay đại mạch) : nguyên liệu chưa nảy mầm 2.1 Mục đích sử dụng liệu ¾ ¾ ¾ ¾ Hạ giá thành sản phẩm Cải thiện vài tính chất sản phẩm Tạo chủng loại bia có mức độ phẩm cấp chất lượng khác Theo đơn đặt hàng người tiêu dùng 2.2 Những liệu sử dụng 2.2.1 Thế liệu dạng hạt : chủ yếu tiểu mạch, gạo, ngô… ¾ Tiểu mạch (bo bo) : chứa 60 – 65% tinh bột (tính theo chất khô), 2.5 – 3% saccharose, 2% glucose vaø maltose, 12 – 13% protein, 1.5 – 2% chất béo, GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men ¾ ¾ ¾ ¾ 2.5 – 3% cellulose, 1.5 – 2% chất khoáng, 10 – 11% hợp chất không chứa nitơ Khi bột tiểu mạch tham gia trình hydrate hoá tạo thành phức chất keo tụ dai dẻo kéo dài thành sợi, chúng gọi gluten Chính tiểu mạch thường sử dụng làm bánh mì Vạn bất đắc dó sử dụng sản xuất bia Gạo : sử dụng nhiều nước Châu Á vùng Trung Đông Thành phần hoá học gạo (tính theo % lượng) : W : 12.6%, hợp chất chứa nitơ : 7.9%, chất béo 0.5%, glucid : 77.8%, cellulose vỏ lụa : 0.5%, chất tro : 0.7% gạo có hàm lượng tinh bột cao, protein mức vừa phải chất béo cellulose giới hạn thấp Với số này, gạo nguyên liệu lý tưởng cho việc sản xuất bia Với lượng gạo thay đến 20% hoàn toàn sản xuất loại bia có chấ lượng hảo hạng dùng để xuất Thực tế thực nghiệm cho thấy dùng gạo thay malt đến 50% (nếu malt có hoạt tính enzyme tốt) trình đường hoá lọc tiến hành bình thường Ngô : sử dụng nước Mỹ la tinh Châu Phi Đặc tính ngô phôi lớn, chiếm – 15% lượng hạt, W : 10 – 11%, glucid : 66 – 70%, prtein : 10 – 12%, chất béo : – 5.5%, cellulose : – 2.5%, tro : 1.5 – 2% Vì chất béo phôi cao (23 – 45% lượng phôi) nên làm giảm chất lượng kỹ thuật bia, làm giảm độ bền bọt, bia bị oxy hoá cho mùi khó chịu Do cần loại phôi trước sử dụng ngô làm liệu Gạo mì : đặc tính vỏ mì vỏ trấu hàm lượng gluten cao muốn dùng gạo mì làm liệu cho malt đại mạch thường phải ươm mầm dùng lết hợp với malt Nếu không ươm mầm gây cản trở cho trình lọc dịch đường lọc bia, khó suốt theo yêu cầu Đậu : hàm lượng tinh bột đậu không lớn, thường < 40% trọng lượng, nấu bia người ta sử dụng đậu với ý nghóa liệu cho malt mà với ý nghóa sau : Trong đậu chứa glucoside có tính saponin làm cho bia có khả tạo bọt nhanh Hàm lượng protein đậu cao acid amin từ nguồn protein thức ăn tốt cho nấm men sau Trong đậu có vitamine A1, B1, B2, C, E, K chất kích thích tăng trưởng nấm men Hàm lượng enzyme đậu cao nhiều so với malt đại mạch Thực tế cho thấy sử dụng nước trích ly từ đậu đưa vào bổ sung khâu lên men trình lên men nhanh hơn, bọt bền bia nhiệt độ lạnh 2.2.2 Thế liệu dạng đường ¾ Đường mía đường củ cải (saccharose) : liệu cao cấp đưa trực tiếp dạng tinh thể vào nồi đun sôi với hoa đưa vào dạng syrô trình chiết bia Lượng saccharose đưa vào thay GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men không nên 20% so với lượng chất khô chiết từ malt vào dịch đường ¾ Đường thuỷ phân (glucose) : dạng bột tinh thể, thu từ việc thuỷ phân tinh bột khoai tây tinh bột ngô acid Đây liệu cao cấp saccharose Lượng đường thuỷ phân dùng thay đại mạch thông thường 10 – 15% Chỉ tiêu chất lượng liệu : sử dụng liệu gạo Tinh bột : 75% Protein : 8% Chất béo : 1.5% Về cảm quan : màu sắc tươi sáng không bị sâu mốc, mùi hôi, úng, chua Độ ẩm : 12% Hợp chất chứa N : 7.9% Độ hoà tan chất khô : 85% chất khô Tạp chất : < 2% Hoa houblon : nguyên liệu thứ hai sau malt đại mạch torng công nghệ sản xuất bia Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo bọt giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Do tính đặc biệt nên hoa houblon giữ vai trò độc tôn nguyên liệu thay ngành công nghệ sản xuất bia 9 9 3.1 Đặc tính thực vật ¾ Hoa houblon loại thực vật thuộc họ dây leo sống lâu năm (30 – 40 năm), có chiều cao trung bình 10 – 15 m, to bàn tay ¾ Hoa houblon có hoa đực hoa riêng biệt cho Trong công nghệ sản xuất bia sử dụng hoa chưa thụ phấn Hoa đực không sử dụng nhỏ, chứa phấn hoa, chất đắng ¾ Cấu tạo hoa houblon gồm : cuống hoa (12 – 14%), cánh hoa (66 – 67%) phấn hoa (19 – 20%) Hoa có hình dạng trứng dài từ – cm, chín có màu vàng đến vàng óng ¾ Hiện giới có trồng 100 giống hoa houblon khác Loại thực vật thích hợp với khí hậu ôn đời nên trồng nhiều Dức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc Triều Tiên 3.2 Thành phần hoá học hoa houblon Thành phần hoá học hoa houblon (tính theo % chất khô) : - Nước : 11 – 13% - Chất đắng : 15 – 21% - Polyphenol : 2.5 – 6% - Protein : 15 – 21% - Cellulose : 12 – 14% - Chất khoáng : – 8% - Tinh dầu thơm : 0.3 – 1% - Các hợp chất khác : 26 – 28% GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Thiết kế phân xưởng lên men Trong thành phần hoá học hoa houblon chất đắng có giá trị nhất, tiếp đến tinh dầu thơm polyphenol 3.2.1 Chất đắng ¾ Vai trò chất đắng : làm cho bia có vị đắng đặc trưng dễ chịu, hoà tan vào dịch đường tồn bia chất đắng có hoạt tính sinh học cao tạo sức c8ang bề mặt giúp cho bia có khả giữ bọt lâu Với nồng độ thấp chất đắng có khả ức chế mạnh phát triển vi sinh vật Vì chúng có tính kháng khuẩn cao làm tăng độ bền sinh học cho bia thành phẩm ¾ Thành phần chất đắng : Chất đắng (15 – 21% chất khô) Acid đắng α – acid đắng – 9% Nhựa đắng β – acid đắng – 4% Nhựa mềm – 6% Nhựa cứng – 2% α – acid đắng : gồm hợp chất Humulon (C21H30O5) Cohumulon (C20H28O5) Adhumulon (C21H30O5) Prehumulon (C22H32O5) Posthumulon Humulon chất gây đắng mạnh nhất, có độ hoạt động bề mặt lớn giúp cho bbia có khả tạo bọt tốt, tính kháng khuẩn mạnh Humulon chất đắng có giá trị hoa houblon công nghệ sản xuất bia Khoảng 85 – 95% chất đắng bia humulon đồng phân gây nên β – acid đắng : gồm hợp chất : Lupulon (C26H38O4) Colupulon (C25H36O4) Adlupulon (C24H34O4) Prelupulon So với humulon lupulon đắng lại có tính kháng khuẩn cao Lupulon dễ bị biến thành β – nhựa đắng mềm có vị đắng Nếu tiếp tục bị oxy hoá β – nhựa đắng mềm chuyển thành GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 10 Thiết kế phân xưởng lên men Hệ số sử dụng thùng: 0,9 Thể tích thực thùng: V=V1/0.9=4707(l) Chọn thùng chứa thân trụ, đáy côn có thông số kỹ thuật sau: Bảng 9: Thông số kỹ thuật thùng chứa nấm men bẩn [14] Đường kính 1600 (mm) Chiều cao thành trụ 2200 (mm) Chiều cao đáy nón 1386 (mm) Thể tích tổng (m3) Thể tích sử dụng 4,5 (m3) Thùng bảo quản nấm men Thể tích nấm men sạch: V2 = Vmen = 2118.4(l ) Hệ số sử dụng thùng: 0,9 Thể tích thực thùng: V = V2/0.9=2354(l) Chọn thùng chứa thân trụ, đáy côn có thông số kỹ thuật sau: Bảng 10: Thông số kỹ thuật thùng chứa nấm men [14] Đường kính 1400 (mm) Chiều cao thành trụ 2000 (mm) Chiều cao đáy nón 1030 (mm) Thể tích tổng 2,65 (m3) Thể tích sử dụng 2,39 (m3) Hệ thống nhân men giống Bảng 11: Thông số kỹ thuật hệ thống nhân men giống [4] thiết bị trùng Thông số kỹ thuật thiết bị trùng Đường kính D = 1000 (mm) Chiều cao H = 1400 (mm) Thể tích tổng 1,25 (m3) thùng lên men nhỏ Thông số kỹ thuật thùng lên men nhỏ Đường kính D = 300 (mm) Chiều cao H = 600 (mm) Thể tích tổng 30 (l) GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 37 Thiết kế phân xưởng lên men thùng lên men vừa Thông số kỹ thuật thùng lên men vừa Đường kính D = 800 (mm) Chiều cao H = 1200 (mm) Thể tích tổng 0,7 (m3) thiết bị lên men lớn Thông số kỹ thuật thiết bị lên men lớn Đường kính D = 1800 (mm) Chiều cao H = 2500(mm) Thể tích tổng (m3) V Thiết bị lọc Thiết bị lọc ống Thể tích bia cần lọc mẻ lên men Vl = 105.92(m ) Dự kiến thời gian lọc: 10 Năng suất máy lọc: V 105 92 = 10 ,592 (m / h ) Q = l = t 10 Chọn thiết bị lọc ống có thông số kỹ thuật sau: Bảng 12: Thông số kỹ thuật thiết bị lọc ống [28] Hãng cung cấp Steinecker Năng suất 12 (m3/h) Áp lực tối đa 7,5 bar Số ống lọc 250 Bề mặt lọc 10 (m2) Công suất điện (KW) Thiết bị lọc đóa Bảng : Thông số kỹ thuật thiết bị lọc đóa [28] Hãng cung cấp Steinecker Năng suất 12 (m3/h) Áp lực tối đa 7,5 bar Số đóa lọc 300 Bề mặt lọc 15 (m2) Công suất điện (KW) Bơm qua hệ thống lọc Thời gian dự kiến: 10 Năng suất bơm: Q = GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Vl 10,592 = = 10,592(m / s ) t 38 Thiết kế phân xưởng lên men Chọn bơm ly tâm loại K có thông số kỹ thuật sau: [13] Bảng 13: Thông số kỹ thuật bơm (qua hệ thống lọc) Mã hiệu K Năng suất 8-290 (m3/h) Áp suất toàn phần 18-85 (m) Số vòng quay motor 1450-2900 (vòng/phút) Chiều cao hút 4-55 (m) Công suất điện (KW) VI Tính lượng cho phân xưởng lên men Tính lượng cho trùng dịch nha Bảng tính lượng để trùng dịch nha Thể tích dịch nha cần cấy men cho mẻ Vlm 28 (m3) Thể tích dịch nha dùng làm canh trường Vct =7%.Vlm 1960 (l) Lượng cần trùng 100 l dịch nha (kg) Thời gian trùng 0,5 (giờ) Lượng tiêu tốn Ddn = Vct 100.0,5 156.8 (kg) Nhiệt cung cấp để vệ sinh thiết bị phân xưởng lên men Bảng14: tính lượng vệ sinh thiết bị phân xưởng lên men Vệ sinh TOD Số TOD sử dụng ngày (tank) Thể tích sử dụng tank 130 (m3) Lượng nước vệ sinh tank chiếm % thể tích tank G3 = 0,06.Vtank 7.8 (m3) 60 0C Nhiệt độ nước vệ sinh Nhiệt lượng cần đun nóng nước từ 280C → 600C để vệ sinh TOD ngaøy Qv = G3 C n (60 − 28 ) = 7,8.10 (60 − 28 ) 249.6 (KCal) 3 Tính lạnh phân xưởng lên men Lạnh cung cấp chủ yếu giai đoạn: làm nguội nhanh dịch đường từ 900C → 80C cho trình lên men tàng trữ bia GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 39 Thiết kế phân xưởng lên men 3.1 Cấp lạnh trình lên men Lượng dịch đường lên men mẻ: f = 28000(kg ) Nồng độ chất hoà tan ban đầu dịch đường: S = 13 S Nồng độ chất hoà tan sau trình lên men chính: S C = 3,5 S Trung bình kg đường maltose lên men thải nhiệt lượng: Q = 614,25(KJ) = 146,65 (KCal) Lạnh tiêu tốn thải nhiệt lên men meû: Q1 = f Q S − 0S C 10 − 3,5 = 28000 * 146,65 * = 266903 (Kcal) 100 100 3.2 Cấp lạnh hạ nhiệt độ bia non kết thúc trình lên men Nhiệt độ bia non trước làm lạnh: 80C Nhiệt độ bia non sau làm lạnh: 20C Thể tích bia non sau lên men mẻ: Vbslc = 27,72 (m3) Khối lượng riêng bia non: ρ = 1028,8 (kg/m3) Nhiệt dung riêng bia non: Cb = 0,898 (KCal/kg.0C) Nhiệt lượng cung cấp để hạ nhiệt kết thúc trình lên men 1mẻ: Q2 = 27.72*1028,8*0.898*(8-2) = 153656,8 (Kcal) 3.3 Cấp lạnh trình lên men phụ Nồng độ chất tan bia kết thúc trình lên men phụ: S P = 2,5 S Thể tích bia sau lên men phụ mẻ: Vlmp = 27.72 (m3) Khối lượng riêng bia non: ρ = 1028,8 (kg/m3) Lạnh tiêu tốn cho trình lên men phụ: Q3 = Vlmp ρQ S C − 0S P 3,5 − 2,5 = 27,72 * 1028,8 * 146,64 * = 41822 (Kcal) 100 100 3.4 Cấp lạnh trình tàng trữ Trung bình để tàng trữ 100l bia để –10C cần tiêu tốn 24 KCal Vậy lạnh tiêu tốn để tàng trữ mẻ bia: Q4 = 24 Vtt 26,48 * 10 = 24 * = 6355,2 (Kcal) 100 100 3.5 Cấp lạnh hạ nhiệt độ nước rửa men Lượng nấm men sử dụng: 2l nấm men bia/100l dịch đường lên men Thể tích nấm men sử dụng cho mẻ là: V = * V f *10 100 = 560 (l) Lượng nước rửa nấm men thường gấp lần thể tích nấm men mang rửa Lượng nước tiêu tốn để rửa men cho mẻ laø: V = 560*4 = 2240 (l) GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 40 Thiết kế phân xưởng lên men Nước rửa men có nhiệt độ 20C Do lạnh cần tiêu tốn để hạ nhiệt độ nước rửa men từ 300C → 20C: q = m.C H (30 − ) = 262169,6 (Kcal) Chương 5: XÂY DỰNG PHÂN XƯỞNG LÊN MEN GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 41 Thiết kế phân xưởng lên men I Phòng nuôi cấy xử lý men Kích thước phòng nuôi cấy xử lý men: Chiều dài L (m) Chiều rộng B (m) Diện tích S (m2) 18 12 216 2 Trong đó: 2.Bồn chứa men bẩn 3.Bồn chứa men 4.Thiết bị trùng dịch đường 5.Thùng lên men nhỏ 6.Thùng lên men vừa 7.Thùng lên men lớn II Khu vực lên men Các tank có kích thước: D = 4000(mm) Số tank: 30(cái) Bố trí 10 tank xếp theo hàng ngang, tank cách m theo hàng dọc, cách 1,5 m theo hàng ngang Tank cách tường 1,5 m theo chiều dọc cách tường 2,5m theo chiều ngang Kích thước dãy theo hàng ngang: L = 4.10 + 1.9 + 2,5.2 = 54(m ) Kích thước dãy theo hàng doïc: L = 4.3 + 1,5.2 + 1,5.2 = 18(m ) Kích thước phòng lên men: Chiều dài L (m) Chiều rộng B (m) Diện tích S (m2) 54 18 972 GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 42 B Thiết kế phân xưởng lên men KẾT LUẬN Ưu điểm phương pháp lên men TOD: GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 43 Thiết kế phân xưởng lên men Do thiết bị có kích thước lớn hiệu ứng biến đổi thủy động học đến trạng thái sinh lý nấm men chuyển hóa theo chiều hướng tích cực Điều có nghóa chất lượng sản phẩm tốt Có hệ thống áo lạnh nên trình kết lắng nấm men nhanh Thiết bị có đáy côn dễ thu hồi nấm men Phương pháp lên men đại dễ tự hóa đạt hiệu cao kinh tế, chất lượng PHỤ LỤC Hình 1: phần thân TOD GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Hình 2: hệ thống nhân giống điểm lấy mẫu 44 Thiết kế phân xưởng lên men Hình 3: Hệ thống nhân giống Hình 5: Bình nhân giống men GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Hình 4: Hệ thống nhân giống Hình 6: Thiết bị lọc ống 45 Thiết kế phân xưởng lên men Hình 7: thiết bị lọc đóa Hình 9: Thùng chứa nấm men thu hồi GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường Hình 8: TOD đặt đứng Hình 10: Đáy nón TOD 46 Thiết kế phân xưởng lên men Hình 11: TOD nằm ngang Hình 12: hệ thống thu hồi CO2 Hình 13: Hệ thống nhân men giống GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 47 Thiết kế phân xưởng lên men GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 48 Thiết kế phân xưởng lên men Tài liệu tham khảo 1) Bùi Ái, Công nghệ lên men ứng dụng công nghệ thực phẩm, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2003, [235 trang] 2) Đào Xuân Thức, Thiết bị nồi công nghiệp, Nhà xuất công nhân kỹ thuật, 1980, [319 trang] 3) Đỗ Thị Ngọc Khánh – Huỳnh Phan Tùng, Kỹ thuật an toàn vệ sinh lao động, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2003, [337 trang] 4) Hoàng Đình Hòa, Công nghệ sản xuất malt bia, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1998, [520 trang] 5) Hồ Văn Hiến, Hệ thống điện truyền tải phân phối, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2003, [649 trang] 6) Lê Ngọc Tú (Chủ biên), Hóa sinh công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002, [443 trang] 7) Nguyễn Đức Lượng, Vi sinh vật học công nghiệp, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP HCM, 2002, [271 trang] 8) Nguyễn Minh Thái, Thiết kế kiến trúc công nghiệp, Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 1996, [235 trang] 9) Nguyễn Văn May, Bơm – Quạt – Máy nén, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2001, [292 trang] 10) Nguyễn Văn Phước, Kỹ thuật xử lý nước thải công nghiệp, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP HCM, 1998, [451 trang] 11) Phùng Ngọc Thạch, Nguyên lý thiết kế xây dựng nhà máy hóa chất, Trường Đại học Bách Khoa – Bộ môn xây dựng công nghiệp, Khoa đại học chức, 1974, [248 trang] 12) Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, Nhà xuất Giáo Dục, 1995, [632 trang] 13) Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá Trình Thiết Bị Công nghệ Hóa Chất Tập I, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 1992, [626 trang] GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 49 Thiết kế phân xưởng lên men 14) Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá Trình Thiết Bị Công nghệ Hóa Chất Tập II, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 1992, [448 trang] 15) H.O Mieth Hamburg, Technology brewing and malting, V.L.B Berlin, 1999, [725 trang] 16) http://www.regev-stst.co.il/ 17) http://www.bolz-edel-tank.com/brauereibehaelter.htm?referrer=googlead 18) http://www.alfalaval.com 19) http://www.biology uky edu/ finesth/sacchromyces 20) http://www.brewing-instrument.com 21) http://www.dongnai-industry.gov.vn 22) http://www.filtrox.com 23) http://www.gusmercello.com 24) http://www.hongnhutco.com 25) http://www.huppmann.com 26) http://www.hopunion.com 27) http://www.krones.com 28) http://www.seed-ex.com 29) http://www.smcsales.sidneymfg.com 30) http://www.steinecker.com 31) http://www.vietnamnet.com 32) http://www.vneconemy.com 33) http://www.wzlihong.com/en/?gclid=CJfa-fae1YsCFSJhTAoduDNbDg 34) http://www.globalsources.com/gsol/GeneralManager?pointview=on&suplrview=off &prodview=on&artview=off&point_search=on&product_search=on&supplier_searc h=&article_search=&resetbean=on©from=&point_id=3000000149681&seach_ what=1&©to=&type=new&action=GetPoint&action=DoFreeTextSearch&page =search%2FProductSearchResults&catalog_id=2000000003844&design=clean&des ign=clean&language=en&language=en&country_filt=&state_filt=&hostname=ww w.globalsources.com&query=fermentor&referrer=adwords&source=search 35) http://www.niroinc.com/html/gea_liquid_processing/brewery_systems.htm GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 50 Thiết kế phân xưởng lên men 36) http://au.mt.com/cgi-bin/mt.dll/mt/subsites/Brewery/subsitesEntry.do GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 51 ... Xuân Trường 37 Thiết kế phân xưởng lên men thùng lên men vừa Thông số kỹ thuật thùng lên men vừa Đường kính D = 800 (mm) Chiều cao H = 1200 (mm) Thể tích tổng 0,7 (m3) thiết bị lên men lớn Thông... SVTH :Chu Xuân Trường 18 Thiết kế phân xưởng lên men cường độ lên men bị giảm đáng kể Thành phần hóa học dịch đường ảnh hưởng lớn đến trình lên men Thành phần đường lên men (đường đơn số đường... GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào SVTH :Chu Xuân Trường 34 Thiết kế phân xưởng lên men Chương 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHO PHÂN XƯỞNG LÊN MEN I Thiết bị làm lạnh Lượng dịch nha cần làm lạnh là: Vh