Đồ án công nghệ 2: Thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin với năng suất 15000 tấn sản phầm/năm

ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế giới, Việt nam dần vươn lên tự khẳng định Với quan điểm ăn no, mặc ấm khơng cịn mà thay vào khơng ăn ngon mà cịn mặc đẹp Để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghệ thực phẩm nói riêng khơng ngừng hồn thiện cho đời sản phẩm phong phú đa dạng chủng loại, có bia - đồ uống ưa chuộng hầu giới, mà nguyên liệu để sản xuất bia malt Malt loại bán thành phẩm giàu chất dinh dưỡng Hiện nay, malt chủ yếu sử dụng lĩnh vực: công nghiệp sản xuất rượu etylic từ nguyên liệu tinh bột, malt tác nhân đường hóa tinh bột; cơng nghiệp sản xuất bia, malt vừa tác nhân đường hóa tinh bột vừa ngun liệu chính; cơng nghiệp sản xuất mật tinh bột (đường nha, mạch nha) số ngành sản xuất thức ăn sinh dưỡng, thức ăn kiêng Trong đó, malt dùng để sản xuất bia nhiều Có nhiều loại malt khác nhau: malt vàng, malt đen, malt diastilin, malt proteolin loại dùng để sản xuất sản phẩm khác Malt diastilin loại malt có đặc điểm bật sử dụng trường hợp malt nguyên liệu khơng đồ hóa tốt, độ nhuyễn khơng cao trường hợp dùng nguyên liệu thay chưa qua giai đoạn ươm mầm Đây loại malt chất lượng cao, ngày sử dụng phổ biến nước giới Để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng nước ta hàng loạt nhà máy bia mọc lên, nhà máy sản xuất malt lại ít, ngun liệu phải nhập từ nước nên kéo theo giá thành sản phẩm tăng cao Trước tình hình đó, việc thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất malt cần thiết, em giao đề tài: “ Thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin với suất 15.000 sản phẩm/ năm” Trong trình thực đề tài này, em nhận giúp đỡ nhiệt tình giáo hướng dẫn – TS Bùi Xuân Đông thầy cô giáo khác bạn bè Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG GVHD: TS Bùi Xuân Đông TỔNG QUAN Nhiệm vụ đồ án thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin nên phần tổng quan chủ yếu đề cập tới nguyên liệu sản xuất (đại mạch), sản phẩm (malt diastilin), số chất phụ gia hỗ trợ kỹ thuật phục vụ cho trình sản xuất 1.1 Hạt đại mạch Đại mạch giống gieo trồng thuộc nhóm thực vật có hạt, phân nhóm bí tử, lớp mầm, họ lúa mì Có hai loại đại mạch, đại mạch hai hàng đại mạch đa hàng Trong công nghiệp sản xuất bia dùng chủ yếu đại mạch hai hàng, dấu hiệu đặc trưng chúng hình dáng hạt cân đối Hình 1.1 Cây đại mạch Đối với loại malt diastilin sản xuất từ hạt đại mạch loại có hàm lượng protein cao, loại malt có chứa hoạt lực cao nhóm enzym diastaza loại malt sử dụng bổ sung trường hợp malt nguyên liệu không đồ hóa tốt, độ nhuyễn khơng cao, giai đoạn nguyên liệu thay chưa qua giai đoạn ươm mầm [1, tr 206] 1.1.1 Cấu tạo hạt đại mạch Cấu tạo hạt đại mạch gồm ba phận chính: vỏ, nội nhũ phơi Hình 1.2 Cấu tạo hạt đại mạch SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng 1.1.1.1 Vỏ Hầu hết hạt loại đại mạch bao bọc bên lớp vỏ trấu Vỏ trấu hình thành từ đài hoa Đài hoa hình thành nên vỏ trấu phía ngồi kết thúc sợi râu, cịn đài hoa phía hình thành nên vỏ trấu phía hạt Đài hoa cơng cụ bên để bảo vệ quan hạt q trình hình thành chuyển hố Thành phần hố học vỏ trấu chủ yếu xelluloza kết chặt lại nhờ chất khoáng lignin Dưới lớp vỏ trấu lớp vỏ quả, cấu tạo từ ba lớp tế bào - lớp xếp ngang tiếp đến lớp xếp dọc Với cấu trúc lớp vỏ dai bền vững Dưới lớp vỏ lớp vỏ hạt bao gồm hai lớp tế bào Tế bào lớp ngồi có thành dày, lớp trong suốt Lớp vỏ hạt có vai trị màng bán thấm: cho nước thấm vào bên hạt đồng thời giữ chất hoà tan hạt khơng cho thấm bên ngồi Lớp vỏ vỏ hạt liên kết chặt với nhau, mối liên kết nhiều liên kết chúng với lớp vỏ trấu Vỏ trấu cấu tử chiếm nhiều trọng lượng vỏ Ở đại mạch hai hàng có chất lượng cao, lượng vỏ trấu chiếm khoảng 7-8% trọng lượng chất khơ hạt, cịn đại mạch đa hàng chiếm đến 11% Trọng lượng vỏ chiếm từ 10,5 - 13% trọng lượng hạt Kích thước hạt bé, tỉ lệ vỏ cao so với trọng lượng khối hạt [1, tr 9] 1.1.1.2 Nội nhũ Nội nhũ phần lớn đồng thời phần giá trị hạt Ngoài nội nhũ, tiếp giáp với vỏ hạt lớp alơron Lớp alơron giàu protein, chất béo, đường, xelluloza, pentoza, vitamin chất tro Vì lớp alơron đại mạch đa hàng dày đại mạch hai hàng hàm lượng protein chúng nhiều Dưới lớp alơron đến phần nội nhũ thật hạt Cấu trúc nội nhũ gồm tế bào lớn có thành mỏng chứa đầy hạt tinh bột, protein, xelluloza, chất béo, chất tro đường [1, tr 10] SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xuân Đông Với loại malt diastilin tươi yêu cầu toàn nội nhũ phải trạng thái trắng đục [1, tr 206] 1.1.1.3 Phôi Phôi phần sống hạt Trọng lượng phôi chiếm khoảng 2,2 ÷ 5% so với trọng lượng hạt Vai trị phơi có tầm quan trọng đặc biệt sống lưu truyền mà công nghệ sản xuất bia Phôi nằm dưới, gần đế hạt bao gồm phôi lá, phôi rễ nằm chúng phôi thân.Tiếp giáp phôi nội nhũ ngù Ngù màng bán thấm: cho phép chất hoà tan từ nội nhũ thấm qua để chuyển phơi nước từ phía phơi vào nội nhũ Phôi chiếm tỉ lệ không đáng kể so với trọng lượng hạt Mặt khác trình chế biến, thành phần phơi hồ tan vào dịch đường Như công nghệ sản xuất bia, giá trị dinh dưỡng phôi khơng đáng kể, mà vai trị to lớn chỗ: trạm hoạt hố nhà máy sản xuất enzim, mà thiếu sở lí thuyết q trình sản xuất malt coi sụp đổ [1, tr 11] 1.1.2 Thành hoá học đại mạch Thành phần hoá học đại mạch phức tạp Nó phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kĩ thuật canh tác điều kiện bảo quản Các số thành phần hoá học nhân tố định chất lượng đại mạch để xem xét loại đại mạch có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt bia hay không [1, tr 11] 1.1.2.1 Nước Thuỷ phần đại mạch có ảnh hưởng lớn đến trình vận chuyển bảo quản hạt Hàm ẩm cao kích thích q trình hơ hấp tự bốc nóng hạt Hai q trình nhân tố quan trọng làm hao tổn chất khô Thủy phần cao mức cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt loại vi khuẩn hoại sinh, gây thối rữa cho hạt SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng Đại mạch có thuỷ phần cao làm tăng chi phí vận tải cách vơ ích Người ta xác định rằng, hàm ẩm đại mạch tăng 1% hiệu suất chiết thu hồi giảm 0,76% Hàm ẩm tối đa cho phép đưa đại mạch vào bảo quản 14% [1, tr 12] 1.1.2.2 Gluxit Gluxit hạt chia làm bốn nhóm: monosaccharid, disaccharid, trisaccharid polysaccharid - Monosaccharid bao gồm : glucoza, fructoza (C6H12O6) xiloza (C5H10O5) - Disaccharid chủ yếu saccharoza maltoza (C12H22O11) - Trisaccharid chủ yếu rafinoza - Polysaccharid hợp phần chiếm nhiều thành phần gluxit hạt đại mạch Chúng bao gồm tinh bột, xelluloza, hemixelluloza, pentozan, amilan hợp chất dạng keo Ba cấu tử có ý nghĩa quan trọng cơng nghệ sản xuất bia a) Tinh bột: Hơn nửa khối lượng chất khô đại mạch tinh bột Trong công nghệ sản xuất malt, tinh bột có chức nguồn thức ăn dự trữ cho phôi nguồn cung cấp chất hòa tan cho dịch đường trước lúc lên men Khi tiếp xúc với nước tinh bột hút nước trương nở Ở nhiệt độ cao, lượng nước khơng tương ứng thể tích trương nở chúng tăng lên nhiều độ nhớt tăng lên mạnh Nhiệt độ mà hệ số trương nở độ nhớt tinh bột đạt giá trị lớn gọi điểm hồ hóa Tính chất hồ hóa tinh bột có ý nghĩa lớn công nghệ sản xuất bia : tinh bột hồ hóa cho đường hóa nhanh triệt để [1, tr 14] b) Xelluloza: Xelluloza hạt đại mạch phân bố chủ yếu lớp vỏ trấu chiếm khoảng 20% chất khô vỏ Xelluloza không tan nước, không thay đổi thành phần cấu trúc suốt tiến trình cơng nghệ sản xuất malt Và đóng vai trị quan trọng trình lọc dịch đường lớp vỏ trấu vật liệu tạo màng lọc phụ lý tưởng [1, tr 15] c) Hemixelluloza: SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xuân Đông Là thành phần chủ yếu tạo nên thành tế bào, hemixelluloza phức hệ bao gồm pentozan, hexozan axit uronic Dưới tác dụng nhóm enzim sitaza, bị thủy phân thành hexoza pentoza, q trình thủy phân gọi sitoliza Quá trình đóng vai trị quan trọng giai đoạn ươm mầm bước “đột phá” để enzim khác xâm nhập vào bên tế bào [1, tr 15] d) Saccharit thấp phân tử: Saccharit thấp phân tử hay saccharit đơn giản đại mạch chủ yếu số đường đơn đường kép Cấu tử chiếm nhiều nhóm saccharoza, đạt tới 1,8% chất khô hạt Loại đường phân bố nhiều phôi, chiếm đến 5,5% trọng lượng phận e) Các hợp chất pectin dạng keo: Nói dạng keo chúng hịa tan vào nước nóng tạo thành dung dịch có độ nhớt cao Các hợp chất pectin phân bố thành tế bào để tạo màng trung gian Trong hợp chất pectin chiếm nhiều khối lượng phải kể đến protopectin Sự tồn hợp chất pectin chất dạng keo dịch đường mang tính chất hai mặt Mặt tiêu cực làm cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc cịn mặt tích cực làm cho bia có vị đậm đà làm tăng khả tạo giữ bọt sản phẩm [1, tr 16] 1.1.2.3 Các hợp chất chứa nitơ Hàm lượng hợp chất chứa nitơ đại mạch khoảng  11% so với lượng chất khô hạt Tuy chiếm tỷ lệ thấp vai trò chúng cơng nghệ sản xuất bia lại quan trọng chừng mực đó, chúng định chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn hợp chất tồn dạng cao phân tử, chúng gọi protit, phần nhỏ tồn dạng thấp phân tử, dể hồ tan, có tính chất khác với nhóm cao phân tử [1, tr 16] a) Protit Là số quan trọng thứ hai (sau tinh bột) để đánh giá xem lơ hạt có đủ tiêu chuẩn để sản xuất malt hay không Nếu hàm lượng cao quá, bia dễ bị đục, khó bảo quản SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng Ngược lại q thấp, q trình lên men không triệt để, bia bọt vị đậm đà kéo theo nhiều số non yếu khác Hàm lượng protit tốt cho mục đích sản xuất bia 810% Khu vực phân bố protit hạt lớp vỏ alơron phôi, phần nhỏ lớp tế bào bao quanh nội nhũ Sự thuỷ phân trình quan trọng công nghệ sản xuất malt bia Đặc biệt quan trọng sản phẩm tạo thành trình tương tác sản phẩm thuỷ phân hợp phần nội nhũ phản ứng melanoid Khả tạo bọt giữ bọt bia độ bền keo chúng phụ thuộc vào mức độ thuỷ phân protit Không thế, thơng số cịn phụ thuộc vào tỉ lệ cấu tử sản phẩm tạo thành trình thuỷ phân Theo cách phân loại cổ điển, protit đại mạch chia thành hai nhóm: protit đơn giản hay gọi protein protit phức tạp hay cịn gọi proteid Trong nhóm protein, đại diện tiêu biểu levkozin, edestin, hodein glutein Trong suốt trình sản xuất malt bia levkozin, edestin phần nhỏ hodein hoà tan vào dịch đường tồn bia, cấu tử khác bị kết lắng bị thải theo bã malt cặn lắng Proteid hợp chất tạo thành từ phân tử có chất protein phân tử khác có chất phi protein Đại diện tiêu biểu nhóm nucleoproteid, lipoproteid, glucoproteid phosphoproteid Đặc điểm chung proteid hồ tan hồ tan khơng bền vững Trong công nghệ sản xuất bia proteid gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm ta phải loại bỏ tối đa cấu tử khỏi dịch đường [1, tr 17] b) Các hợp chất chứa nitơ phi protit Các đại diện tiêu biểu nhóm hợp chất là: albumoza, pepton, peptit, polypeptit axit amin Albumoza pepton có vai trị lớn việc tạo giữ bọt, đồng thời làm tăng thêm độ đậm đà bia Mặt trái hai hợp chất hữu hàm lượng cao, chúng làm giảm độ bền keo bia chúng tác nhân gây đục bia.Peptit hỗn SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xuân Đông hợp nhiều hợp chất mà phân tử chúng tạo thành từ gốc axit amin số lượng nhiều so với albumoza pepton Căn vào số gốc axit amin hợp thành, chúng chia dipeptid, tripeptid, polypeptid chúng dễ hoà tan vào dịch đường để tạo thành dung dịch bền vững tồn bia thành phần dinh dưỡng Axit amin tự tồn đại mạch với lượng không nhiều: chiếm khoảng 0,1% so với lượng chất khô hạt Tuy chiếm tỉ lệ nhỏ vai trị axit amin cơng nghệ sản xuất bia lớn: nguồn cung cấp nitơ cho nấm men, tác nhân tạo melanoid, tham gia tạo bọt tồn bia hợp phần dinh dưỡng quan trọng [1, tr 18] 1.1.2.4 Các hợp chất khơng chứa nitơ Trong nhóm bao gồm hợp chất hữu vô không chứa nitơ chiết ly nước chúng hòa tan thành dung dịch Các đại diện tiêu biểu nhóm là: polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin chất khoáng a) Polyphenol chất đắng Polyphenol hạt đại mạch tập trung chủ yếu lớp vỏ Phần lớn hợp chất hoà tan tồn bia dẫn xuất catechin, chúng thuộc nhóm flavonid Những hợp chất có tính chất có lợi cho cơng nghệ sản xuất bia dễ dàng kết hợp với protit cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo sản phẩm Mặt khác hoà tan polyphenol vào dịch đường lại nhân tố làm xấu hương vị bia Chất chát chất đắng có đại mạch thuộc nhóm lipoid, chúng gây vị đắng khó chịu cho bia Hầu hết chất đắng, chất chát chất màu hạt đựơc phân bố chủ yếu lớp vỏ Để loại trừ ngâm hạt môi trường kiềm nhẹ [1, tr 19] b) Fitin Fitin muối đồng thời canxi magie với axit inozitphosphoric C6H6O6 (H2PO3)6 Chúng tập trung vỏ chiếm đến 0,9% chất khô vỏ Khi bị thuỷ SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xuân Đông phân tạo thành inozit C H (OH) axit phosphoric Hợp chất cuối nguồn cung cấp phospho cho nấm men, đồng thời làm tăng độ chua tác dụng dịch cháo giai đoạn đường hoá – phương pháp hữu hiệu để nâng cao hiệu suất thủy phân [1,tr 19] c) Vitamin Đại mạch chứa loại vitamin B , B , B , C, PP ; tiền vitamin A, E, axit pantotenic, biotin, axit pholievic nhiều dẫn xuất vitamin khác Tuy hàm lượng hệ vitamin đại mạch đóng vai trị quan trọng cơng nghệ sản xuất malt chúng nhân tố điều hồ sinh trưởng mầm [1, tr 19] d) Chất khoáng 2 Trong đại mạch bao gồm chất khoáng sau: SiO2, MgO, CaO, Na2O, SO3 , Fe2O3, P2O5, K2O, Cl Các chất khống đại mạch đóng vai trị quan trọng trình sản xuất malt bia Đặc biệt có ý nghĩa ngun tố phospho đóng vai trị chủ yếu việc hình thành hệ thống đệm dịch đường [1, tr 19] 1.1.2.5 Chất béo lipoid Hàm lượng chất béo lipoid hạt đại mạch dao động khoảng 2,53% lượng chất khô hạt Chúng tập trung chủ yếu phôi lớp alơron Thành phần chủ yếu loại dầu béo đại mạch este glyxerin với axit béo bậc cao Ở giai đoạn ươm mầm, phần chất béo lipoid bị thuỷ phân enzim lipaza Một số sản phẩm thuỷ phân chuyển đến phơi để ni non, số cịn lại tồn dịch đường bị theo bã malt Chất béo lipid tồn bia làm giảm độ bền keo sản phẩm [1, tr 20] 1.1.2.6 Pherment (enzim) Enzim hợp chất hữu cơ, có hoạt tính sinh học cao, có cấu tạo phân tử phức tạp giữ vai trị đặc biệt quan trọng cơng nghệ sản xuất bia SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực nhóm enzim cao Đến giai đoạn hạt chín hoạt lực chúng giảm cách đáng kể Và đến lúc hạt sấy đến hàm ẩm 1113% hầu hết hệ enzim hạt trở thành trạng thái liên kết Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 4344% hệ enzim giải phóng khỏi trạng thái liên kết chuyển thành trạng thái tự Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực enzim đạt đến mức tối đa, nhờ mà đến lúc đường hố chúng có khả thuỷ phân gần hoàn toàn hợp chất cao phân tử nội nhũ hạt Các sản phẩm thủy phân hòa tan vào nước trở thành chất chiết dịch đường Trong hạt đại mạch chứa lượng enzim phong phú, chúng đựơc xếp vào nhóm khác Theo khóa phân loại hóa sinh học, chúng phân thành hai nhóm chính: hidrolaza decmolaza a) Hydrolaza (nhóm enzim thuỷ phân) Phụ thuộc vào chất bị thuỷ phân, enzim xúc tác chia thành phân nhóm: cacbohydraza, proteaza esteraza  Cacbohydraza Nhóm enzim thuỷ phân gluxit cao phân tử thành sản phẩm thấp phân tử Trong nhóm có hai phân nhóm nhỏ: polyaza hexozidaza Hexozidaza enzim tham gia xúc tác thủy phân disaccharid, trisaccharid số glucozid khác, polyaza enzim thuỷ phân gluxit cao phân tử chúng bao gồm diastaza, amylaza sitaza - Diastaza Ditastaza phân cắt tinh bột thành sản phẩm dạng đường dextrin Đây nhóm enzim quan trọng cơng nghệ sản xuất bia Diastaza bao gồm hai enzim: -amylaza -amylaza + Enzim -amylaza phân cắt tinh bột thành glucoza dextrin Nhờ trình phân cắt này, độ nhớt dịch cháo nhanh chóng giảm xuống Trong kỹ thuật sản xuất bia, trình gọi q trình dịch hóa Trong đại mạch khơ, khơng chứa amylaza hoạt tính Chúng hoạt hố giai đoạn ngâm ươm mầm, enzim SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 10 ...ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG GVHD: TS Bùi Xuân Đông TỔNG QUAN Nhiệm vụ đồ án thiết kế nhà máy sản xuất malt diastilin nên phần tổng quan chủ yếu đề cập tới nguyên liệu sản xuất (đại mạch), sản. .. mầm rễ Mầm, rễ Malt thành phẩm Sơ đồ 2.1: Công nghệ sản xuất malt diastillin SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 18 Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ sản xuất malt diastilin ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS... cơng nghệ sản xuất rượu cồn từ tinh bột, làm tác nhân đường hóa sản xuất kẹo mạch nha, … Nhưng ứng dụng lớn malt dùng để SVTH: Nguyễn Thị Loan Trang 16 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: TS Bùi Xn Đơng sản xuất