Nghiên cứu công nghệ sản xuất bia y tế

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN CÔNG TẤN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA Y TẾ Chuyên ngành : Quá trình thiết bị công nghệ hóa học Mã số ngành : 2.10.08 (Luận văn thạc só) Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2004 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Cộng hòa xã hội chủ nghóa việt nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Nguyễn Công Tấn Phái: nam Này tháng năm sinh : 20/07/1978 Nơi sinh: Quảng ngãi Chuyên ngành : Quá trình thiết bị công nghệ hóa học Mã số: 2.10.08 I TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Y TẾ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Tổng quan công nghệ sản xuất bia bia y tế(bia không cồn) Lựa chọn phương án công nghệ thích hợp Tính toán tháp chưng cất để tách cồn khỏi bia Khảo sát cân pha lỏng hệ etanol – nước theo áp suất Khảo sát số thông số công nghệ như: tiêu hao lượng, số đóa lí thuyết … tháp chưng cất cồn áp suất khác Tiến hành thực nghiệm kiểm chứng kết khảo sát Đề qui trình công nghệ sản xuất bia y tế III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trịnh Văn Dũng VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Trịnh Văn Dũng CÁN BỘ NHẬN XÉT TS.Nguyễn Kính CÁN BỘ NHẬN XÉT TS Đồng Thị Thanh Thu Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG QLKH-SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn cán hướng dẫn khoa học, thầy Trịnh Văn Dũng, người trực tiếp hướng dẫn hoàn thành luận văn Xin cảm ơn thầy cô môn Quá Trình Thiết Bị, Thực Phẩm trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, thầy cô khoa Công Nghệ Thực Phẩm – Sinh Học Môi Trường, anh chị thuộc Trung Tâm Đào Tạo Và Phát Triển Sắc Kí Thành phố Hồ Chí Minh Mặt dù cố gắng, nhiên luận văn tránh khỏi sai xót Rất mong nhận đóng góp ý kiến từ qúi thầy cô, đồng nghiệp từ phía người đọc Chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2004 Tác giả -6- Các kí hiệu CÁC KÍ HIỆU CƠ BẢN f, f0 – fugat (hoạt áp) rượu hỗn hợp nguyên chất nhiệt độ, at a – hoạt độ etanol pha lỏng, mol/l γ – hệ số hoạt độ etanol α – Độ bay tương đối rượu so với nước p, P – áp suất riêng phần áp suất tổng etanol, at R – số khí, l.at / mol.độ T – nhiệt độ hệ, 0C n – số mol rượu hệ V – thể tích hệ, lít v – thể tích mol hơi, l/mol z – hệ số chịu nén Pc, Tc – áp suất nhiệt độ tới hạn ∆GE – lượng tự L, G – suất lượng mol pha lỏng tháp, kmol/h L/, G/ - suất lượng mol pha đoạn chưng, kmol/h F, D, W – suất lượng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, kmol/h XF, xD, xW, nồng độ nhập liệu, sản phẩm đỉnh đáy, kmol/kmol hh R = L0/D – số hồi lưu L0 – Lượng lỏng hồi lưu, kmol/h f = F/D – số nhập liệu x, y – nồng độ pha lỏng tiết diện tháp, kmol/kmol hhd Qđ, QF, Qnt, QD, QW, Qm – Lượng nhiệt dùng để đun sôi, nhập liệu, ngưng tụ, sản phẩm đỉnh, đáy, môi trường, kj/h hD, hF, hw, - Enthalpy sản phẩm đỉnh, nhập liệu, sản phẩm đáy, kj/kg -1- Các kí hiệu hH20, h/H20 – Ethalpy nước bão hòa nước ngưng nhiệt độ bão hòa, kj/kg r – ẩn nhiệt hóa hơi, kj/kg a – bề mặt riêng đệm, m2/m3 ε - Độ xốp đệm, m3/m3 ρL, ρh – khối lượng riêng lỏng hơi, kg/m3 µ - Độ nhớt động lực học, Ns/m2 dtđ = 4ε/a – Đường kính tương đương đệm ωs – Tốc độ sặc, m/s ωh – Tốc độ làm việc hơi, m/s Sc – chuận số schmid βx, βy – hệ số truyền khối pha lỏng hơi, m/s Ky – hệ số truyền khối tính theo pha hơi, m/s m – hệ số góc đường cân -2- Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Bia y tế sản phẩm lạ người tiêu dùng nước ta Tuy nhiên với lợi ích mà mang lại, sản phẩm tiềm nước mà khu vực giới Với giá trị dinh dưỡng cao, bia sản phẩm bổ dưỡng cho sức khỏe người Bên cạnh đó, bia để lại tác hại to lớn cho người nói riêng xã hội nói chung lượng cồn bia cao Việc tạo loại bia có hàm lượng dinh dưỡng cao nồng độ cồn thấp nhu cầu xã hội đáng quan tâm để đầu tư nghiên cứu Có nhiều phương pháp để giảm lượng cồn bia, luận văn tập trung phân tích phương pháp chọn phương pháp chưng cất áp suất chân không để tách cồn khỏi bia đảm bảo yêu cầu chất lượng bia y tế phù hợp với điều kiện cụ thể nước ta Việc tập trung khảo sát ảnh hưởng áp suất lên đường cân lỏng hệ thực etanol – nước mang lại kết khả quan Với tính toán này, có nhìn tổng quát hệ etanol – nước, đồng thời đưa mô hình tính toán cân pha cho hệ thực Với trợ giúp máy tính thông qua chương trình “ tính toán tháp chưng cất ” giúp cho việc nghiên cứu thu kết nhanh xác Khảo sát trạng thái tónh học tháp chưng cất chân không để sản xuất bia y tế chương trình tính toán tháp chưng cất cho thấy nhìn tổng quát mối quan hệ độ thu hồi đến chi phí từ thấy giảm lượng cồn bia thấp tốt mà có giá trị cụ thể mà chi phí thấp Tuy cố gắng, thời gian có hạn nên nội dung luận văn số hạn chế chưa khảo sát tiềm tiêu thụ bia y tế thị trường Việt Nam, phần mềm hổ trợ tính toán nhiều hạn chế, v.v… -7- Khái niệm bia y tế Chương KHÁI NIỆM VỀ BIA Y TẾ 1.1 BIA Y TẾ LÀ GÌ ? Bia loại thức uống bổ dưỡng có độ cồn thấp Ngoài việc cung cấp nguồn lượng lớn, bia chứa nhiều hợp chất khác mà đặc biệt nhóm enzim kích thích tiêu hóa amylaza Được sản xuất từ loại nguyên liệu mầm đại mạch, hoa houblon nước với qui trình công nghệ đặc biệt, nên bia có tính chất cảm quan tốt người sử dụng như: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, hàm lượng CO2 cao giúp thể người giải khát tốt Tuy bia có độ cồn thấp (5 ÷ %V), phụ nữ, người bị bệnh như: tiểu đường, cao huyết áp, bệnh tim mạch v.v… chịu tác động hàm lượng cồn gây lớn Do nhiều nhà khoa học tìm cách tách lượng cồn khỏi bia giữ chất bia nhằm sử dụng bia thức uống bổ dưỡng phục vụ tốt cho người Bia y tế hay gọi bia không cồn (alcohol-free beer, non-alcohol beer) hay bia có nồng độ cồn thấp (low-alcohol beer) bia sau tách lượng cồn đáng kể giữ giá trị dinh dưỡng tính chất cảm quan ban đầu bia Qui định quốc tế bia không cồn (alcohol-free beer) tương lai lượng cồn bia không lớn 0,5%V Lượng cồn phép -8- Khái niệm bia y tế bia không cồn nước khác khác Theo [1], Số liệu năm 1990 nồng độ cồn số nước sau: Bảng 1.1: Qui định nồng độ cồn bia y tế số nước STT Tên nước Lượng cồn, % thể tích 01 Pháp < 1,0 02 Ý < 1,0 03 Tây Đức < 0,5 04 Thụy sỹ < 0,7 05 Anh < 1,4 06 Bungari < 1,0 07 Na Uy < 0,7 08 Phaàn Lan < 0,5 09 Mỹ < 0,5 10 Cana < 0,5 11 Các nước hồi giáo 0,0 Như vậy, bia y tế không hẵn nồng độ cồn phải mà tuỳ thuộc vào quốc gia cụ thể, loại bia có nồng độ cồn nhỏ giá trị cho phép có giá trị dinh dưỡng cao, phục vụ tốt cho sức khỏe người gọi bia y tế 1.2 THÀNH PHẦN CƠ BẢN VÀ GIÁ TRỊ DINH DƯỢNG CỦA BIA Y TẾ Như trình bày phần 1.1 thành phần giá trị dinh dưỡng bia y tế thành phần giá trị dinh dưỡng bia sau loại bỏ bớt cồn Để tìm hiểu thành phần giá trị dinh dưỡng bia y tế, trước tiên ta tìm hiểu thành phần giá trị dinh dưỡng bia -9- Khái niệm bia y tế 1.2.1 Thành phần giá trị dinh dưỡng bia a Thành phần Bia sản phẩm thực phẩm, thu nhận cách lên men rượu nhiệt độ thấp dịch đường, chế biến từ malt đại mạch hạt giàu tinh bột, protein Trong trình lên men bia, hai sản phẩm thường trực cồn khí CO2 tạo số chủng loại nấm men saccharomyces Ngoài hai sản phẩm thường trực gọi sản phẩm bậc nhất, bia chứa vô số hợp chất khác (xem bảng 1.3) gọi sản phẩm bậc Tất cấu tử này, có mức độ vai trò khác chúng tham gia trực tiếp vào việc định hương, vị nhiều tiêu khác bia Chất lượng bia tập hợp gồm nhiều tiêu Tuy nhiên phân định tiêu quan trọng tiêu Các tiêu thường có đánh giá bia là: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, protein, axit amin, axit hữu cơ, chất khoáng, chất tạo hương, hàm lượng CO2, … Từ ta thấy bia sản phẩm thực phẩm đặc trưng mà hương vị sản phẩm thực phẩm Rất nhiều tác giả khảo sát thành phần bia như: Charalambous, Brenner, Clarke, v.v cho thấy bia có hàng trăm hợp chất: hợp chất cao phân tử prôtein, cacbohydrates, lipits, polyphenols v.v… 1.3 Có thể chia thành phần bia thành 16 nhóm lớn bảng - 10 - Khái niệm bia y tế Bảng 1.2: Thành phần bia - 11 - Chương trình tính toán tháp chưng cất Dim i As Integer ' Sample sub Fills the structure with some demo values With g MinX = MinX MaxX = MaxX MinY = MinY MaxY = MaxY axisStep = axisStep AxisColor = QBColor(2) BackColor = QBColor(15) '15:white; 14:yelow; 11:blue; 10:green; 7:grey End With End Sub Public Sub drawPoint(hinh As Control, g As GraphStruct, MinX As Double, MinY As Double, x As Double, y As Double, Unit As Double, isAddline As Boolean, isStraightX As Boolean, Optional lbl As String) Dim Xconv As Long Dim Yconv As Long Dim Oconvy As Long Dim Oconvx As Long Dim Maxconvy As Long If x >= MinX And y >= MinY Then hinh.ForeColor = vbRed Xconv = TrueX((x - MinX) / Unit, g) Yconv = TrueY((y - MinY) / Unit, g) Oconvx = TrueX(0, g) Oconvy = TrueY(0, g) If isAddline = True Then hinh.DrawStyle = ' dot-line hinh.Line (Xconv, Oconvy)-(Xconv, Yconv), QBColor(7) hinh.Line -(Oconvx, Yconv), QBColor(7) hinh.DrawStyle = End If hinh.FillStyle = hinh.FillColor = vbRed hinh.Circle (Xconv, Yconv), POINT, vbRed If IsMissing(lbl) = False Then hinh.CurrentX = Xconv - 100 hinh.CurrentY = Yconv - 300 hinh.Print Trim$(lbl) End If If isStraightX = True Then Maxconvy = TrueY(10, g) hinh.Line (Xconv, Oconvy)-(Xconv, Maxconvy), vbRed End If End If - 19 - Chương trình tính toán tháp chưng cất End Sub Public Sub drawPlots(xyData() As xyStruct, hinh As Control, g As GraphStruct, MinX As Double, MinY As Double, Unit As Double, time As Long, color As Integer, width As Integer) Dim xyDa As xyStruct Dim i As Long xyDa = xyData(1) hinh.DrawWidth = width hinh.PSet (userXBack(xyDa.x, MinX, Unit, g), userYBack(xyDa.y, MinY, Unit, g)) For i = To UBound(xyData) If time Then hinh.Refresh End If Sleep (time) xyDa = xyData(i) hinh.Line -(userXBack(xyDa.x, MinX, Unit, g), userYBack(xyDa.y, MinY, Unit, g)), QBColor(color) Next i hinh.DrawWidth = End Sub Option Base Option Explicit Public Function F_g(x As Double) As Double If HE = Then 'he etanol nuoc F_g = -94.7613 * x ^ + 450.932 * x ^ - 901.175 * x ^ + 985.803 * x ^ - 644.977 * x ^ + 259.985 * x ^ - 64.505 * x ^ + 9.71706 * x Else 'du lieu ben ngoai F_g = tinhDaThuc(Acb, x) End If End Function Public Function nF_g(y0 As Double, MaxX As Double) As Double 'scan x from ->1, till the result y ~ y0 Dim x As Double x = scanF_g(y0, MaxX, 0, -0.1) x = scanF_g(y0, x + 0.1, x, -0.01) x = scanF_g(y0, x + 0.01, x, -0.001) x = scanF_g(y0, x + 0.001, x, -0.0001) x = scanF_g(y0, x + 0.0001, x, -0.00001) x = scanF_g(y0, x + 0.00001, x, -0.000001) nF_g = x End Function Public Function scanF_g(y0 As Double, MaxX As Double, MinX As Double, stepX As Double) As Double Dim i As Double Dim y As Double For i = MaxX To MinX Step stepX y = F_g(i) If (y < y0) Then - 20 - Chương trình tính toán tháp chưng cất Exit For End If Next scanF_g = i End Function Public Function F_h(x As Double) As Double F_h = (RR / (RR + 1)) * x + (XXD / (RR + 1)) End Function Public Function nF_h(y As Double) As Double nF_h = ((RR + 1) / RR) * y - XXD / RR End Function Public Function F_t(x As Double) As Double Dim YYF As Double YYF = F_h(XXF) F_t = (XXW - YYF) / (XXW - XXF) * x + XXW * (YYF - XXF) / (XXW - XXF) End Function Public Function nF_t(y As Double) As Double Dim YYF As Double YYF = F_h(XXF) nF_t = (XXW - XXF) / (XXW - YYF) * y - XXW * (YYF - XXF) / (XXW - YYF) End Function Public Function min(x1, x2) 'return of two values If x1 < x2 Then = x1 Else = x2 End If End Function Public Function max(x1, x2) 'return max of two values If x1 > x2 Then max = x1 Else max = x2 End If End Function Public Function fixValue(x As Double, As Double, max As Double) As Double 'fix value in to max If x < Then fixValue = ElseIf x > max Then fixValue = max Else fixValue = x End If End Function - 21 - Chương trình tính toán tháp chưng cất Public Sub Diem_Ham(ByRef a As Double, ByRef b As Double, x1 As Double, y1 As Double, x2 As Double, y2 As Double) a = (y1 - y2) / (x1 - x2) b = (x1 * y2 - x2 * y1) / (x1 - x2) End Sub Public Function Rth() As Double Dim yFcb As Double Dim Rmin As Double yFcb = F_g(XXF) Rmin = (XXD - yFcb) / (yFcb - XXF) Rth = 1.3 * Rmin + 0.3 End Function Public Function hamChinh(ByRef Dxy() As xyStruct, ByRef size As Integer) As Double Dim xc As Double Dim yc As Double Dim oldxc As Double Dim oldyc As Double Dim soDia As Integer Dim i As Integer soDia = xc = XXD yc = XXD Dxy(1).x = xc Dxy(1).y = yc i=2 Do oldxc = xc oldyc = yc xc = nF_g(yc, xc) Dxy(i).x = xc Dxy(i).y = yc soDia = soDia + i=i+1 If xc