Qui trình thiết bị sản xuất bia LAGER

Qui trình thiết bị sản xuất bia LAGER

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 1 LỚP: 07CSH Chƣơng I: MỞ ĐẦU I.A/ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp bia được xếp vào các ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nó tác động lên các sản phẩm của nông nghiệp. Trong đó nó lại được xếp vào “nhóm công nghiệp lên men“ vì biến đổi chính trong quá trình sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon và nước. Ngoài ra để làm tăng hiệu quả kinh tế hoặc để đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người tiêu dung, các nhà máy còn sử dụng thêm một số nguyên liệu khác để thay thế một phần malt đại mạch như: đại mạch chưa nẩy mầm, gạo, ngô đã tách phôi malt thóc, . để sản xuất bia. Viêt Nam định nghĩa: bia là đồ uống lên men có độ cồn thấp” Thị trường tiêu thụ bia nước ta là rất lớn chính vì vậy tổng công ty bia, rượu, nước giải khát Sài Gòn đã xây dựng rất nhiều công ty chi nhánh tại nhiều tỉnh thành như Bình Dương, Quảng Ngãi, Phú Yên…. Đối với ngân sách quốc dân bia đã đóng góp một tỷ trọng không nhỏ. Với công suất sản xuất khoảng 70 triệu lít/năm đây là một nhà máy có sản lượng tương đối lớn ở Việt Nam. Ý tưởng đang muốn phát triển, nghiên cứu và tự sản xuất các thiết bị không sinh công (như là tank lên men, silo chứa nguyên liệu…) mục đích giảm giá thành đầu tư ban đầu, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí trong nước nhưng vẫn không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Đó là những lý do chính để em chọn đề tài “Quy trình thiết bị sản xuất Bia Lager” tuy nhiên kết cấu tối ưu của thiết bị vẫn là một vấn đề lớn cần phải tập trung nghiên cứu sâu hơn. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 2 LỚP: 07CSH I.B/ NỘI DUNG KHÓA LUẬN Tổng quan về quy trình công nghệ và thiết bị trong ngành sản xuất bia, qua tìm hiểu thực tế tại Tổng công ty cổ phần bia rượu nước giải khát Sài Gòn Sadabeco (chi nhánh DakLak) bao gồm: - Nguyên liệu - Quy trình thiết bị phân xưởng xay nghiền - nấu - Quy trình thiết bị phân xưởng lên men - lọc - Quy trình thiết bị phân xưởng đóng chai - Quy trình thiết bị phân xưởng Cip I.C/PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN Đồ án được thực hiện trên cơ sở quan sát thực tế tại công ty bia Sài Gòn DakLak và tài liệu tham khảo, sự tư vấn của chuyên gia những giảng viên đi đầu trong ngành công nghệ lên men hàng đầu của Việt Nam. I.D/ PHẠM VI ÁP DỤNG Trên thực tế ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới và Việt Nam hiện nay đều sử dụng phương pháp lên men chìm, phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn ví dụ như trong giai đoạn lọc nấm men nổi bọt sẽ nổi lên trên người ta sẽ vớt bọt để bia được trong hơn, trong khi thực tế dưới tác dụng của trọng lực của trái đất hầu như mọi thứ trong bia đều lắng xuống dưới nên phương pháp lên men chìm vẫn tạo ra nhiều ưu thế hơn so với lên men nổi. Với những dẫn chứng bên trên trong thực tế và tương lai đa số các nhà máy vẫn áp dụng phương pháp lên men chìm. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 3 LỚP: 07CSH CHƢƠNG II: TỔNG QUAN QUY TRÌNH SX VÀ THIẾT BỊ Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, houblon, nước và dùng nguyên liệu thay thế là gạo để giảm giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh. II.1/ NGUYÊN LIỆU II.1/ MALT ĐẠI MẠCH Vai trò: + Malt đại mạch là hạt đại mạch đã nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm nhân tạo xác định để đạt hoạt lực enzyme và thành phần dinh dưỡng của hạt ở mức cần thiết. + Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hoá, vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia. Bia sản xuất từ malt đai mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác. Thành phần hoá học + Thành phần hoá học trung bình của malt bia tính theo phần trăm chất khô là: + Các hợp chất cacbonhydrat: Chiếm tỉ lệ lớn nhất 70-85% gồm: + Tinh bột chiếm 50-63%, là thành phần quan trọng, gồm 2 chất là amyloza (20- 25%) và amylopectin (75-80%) + Amyloza gồm 200-300 α-glucoza được nối với nhau bằng các cầu oxy tại vị trí liên kết 1,4 thành một chuỗi xoắn không phân nhánh. (Hình sau) Hình II.1.1: Cấu tạo hóa học Amyloza + Amylopectin gồm các α-glucoza liên kết với nhau bằng cầu oxy tại vị trí 1,4 là chủ yếu, và cứ 15-30 phân tử glucoza lại có một liên kết tại vị trí 1.6.Vì vậy amylopectin có KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 4 LỚP: 07CSH mạch phân nhánh như một cây có nhiều cành có thể chứa tới 6000 gốc glucose. (Hình sau) Hình II.1.1.1: Cấu trúc hóa học Amylopectin + Xenluloza: Chiếm 5-6% tập trung chủ yếu ở vỏ trấu. Không hòa tan trong nước và không bị enzyme của malt thủy phân vì vậy không ảnh hưởng chất lượng bia. + Hemixenluloza: thành phần chủ yếu của tế bào nội nhũ. Gồm Pentozan 10-20% và β-glucan 80-90% + β-glucan: là các chuỗi phân tử glucoza mạch dài liên kết 1,4. Liên kết β làm cho các phân tử glucoza tạo thành mạch xoắn như chuỗi amyloza nhưng là các chuỗi dài và mở rộng. Trong dung dịch chúng liên kết với nhau bằng cầu nối hydro. Do hình dáng bên ngoài và được gọi là “mixel có diềm“ + Đường: Đường khử trong malt rất nhỏ khoảng 2%. + Các chất chứa nitơ: Hàm lượng protein cho phép trong malt 9-12%, trong đó 1/3 hàm lượng này sẽ đi vào bia thành phẩm. Do đó có tác động lớn đến chất lượng của bia .Các hợp chất chứa nitơ gồm protein và các sản phẩm thủy phân protein (acid amin, peptid) + Chất béo: Chiếm 2%, chủ yếu có ở lớp alơrong và mầm. + Chất vô cơ: Chiếm 2-3% là các chất khoáng (P 2 O 5 , SiO 2 , K 2 O) + Polyphenol hay (tanin): Tập trung ở vỏ trấu, với số lượng lớn sẽ gây ra vị đắng và chát khó chịu. + Vitamin: Trong malt đại mạch chủ yếu chứa các vitamin như: B 1 , B 2 , C, E. + Các enzyme: KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 5 LỚP: 07CSH α-Amylaza: Tác động lên các liên kết α-1,4 glucosit ở vị trí bất kỳ trong phân tử tinh bột, không tác dụng lên các lien kết α-1,6 glucosit của các mạch nhánh và amylopectin của tinh bột và bẻ gãy các mối liên kết α-1,4 glucosit. Sau một thời gian amylaza là enzyme dich hóa với sản phẩm là hỗn hợp các đường và oligosaccharit bao gồm: glucoza, maltoza, maltotrioza Hình II.1.1.2: α-Amylaza thủy phân tinh bột β-amylaza cắt 2 gốc glucosit trên toàn mạch amylo và amylopectin của tinh bột tạo thành đường maltoza. Enzyme này cũng không phân cắt được liên kết 1,6 nên chúng dừng tác động trước điểm rẽ nhành của mạch amylopectin, hình vẽ thể hiện sau khi α-amylaza phân cắt mạch thành nhiều dextrin thì β-amylaza lại tiếp tục phân cắt 2 gốc đường để tạo thành nhiều đường maltoza. Hình II.1.1.3: β-amylaza thủy phân tinh bột Trong malt còn chứa các enzim thuỷ phân như: proteinaza, peptinaza, fitaza, xitaza, amylophotphataza… Trong thành phần hoá học của malt quan trọng nhất là hàm lượng tinh bột, hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt, nhưng hàm lượng protein phải nằm trong khoảng 12%, nếu cao hơn thì bia sẽ bị đục, khó bảo quản, nếu thấp hơn thì bia kém bọt, kém vị đậm đà và kèm theo các chỉ số khác. Một số chỉ tiêu chất lƣợng của malt KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 6 LỚP: 07CSH + Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng đều. Không được có mùi vị lạ, không mốc, không hôi khói. + Khối lượng 1000 hạt tăng thì tỷ lệ hạt loại I tăng và hàm lượng chất chiết cũng tăng. Đại mạch trung bình KL 1000 hạt 41-44g, nặng >45g. + Chất chiết là tập hợp các chất có thể hòa tan tạo thành dịch chiết trong quá trình đường hóa, chiếm 77-80%. + Kích thước hạt malt phải đồng đều: Hạt trên sàng 2,8mm và 2,5mm chiếm 94% hạt dưới sàng 2,2mm không quá 0,5%. + Dung trọng của malt trong khoảng 68 – 75 kg/100 lít đại mạch + Ðộ ẩm của malt không quá 6% của nhà máy là 4%. + Malt có thời gian đường hoá 1035phút Bảo quản và nguồn thu mua Nước ta không trồng được đại mạch do đó phải nhập từ nước ngoài bằng đường thuỷ và đường bộ. Nhà máy thường nhập 2 loại malt Úc và Canada, loại malt vàng Pilsen của hãng Jeowhite. Sau khi nhập về được bảo quản trong kho và nhập vào 2silo chứa malt, mỗi silo 50 tấn. II.1.2/ HOUBLON Vai trò Houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia. Nó làm cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Có thể sử dụng cao hoa, hoa viên hoặc hoa nguyên cánh. Các nhà máy đa số máy sử dụng cao hoa và hoa viên. Hàm lượng sử dụng được tính theo α-acid đắng. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 7 LỚP: 07CSH Thành phần hoá học: + Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số chất khác như: protein, mỡ, sáp, các hợp chất phi protein. + Nhựa hoa houblon là thành phần chính và quan trọng của hoa houblon bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm: Nhựa mềm gồm có α-nhựa mềm và β - nhựa mềm, trong nhựa mềm gồm các dạng axít đắng là α, β,γ, δ-axít đắng. Vị đắng của bia chủ yếu là do α-axít đắng tạo nên, còn các dẫn xuất của β- axít đắng tạo nên vị đắng hài hoà, dễ chịu. + Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước, dễ bị oxi hóa nên nó bảo vệ nhựa houblon. Trong quá trình nấu bia, hầu hết tanin của hoa houblon liên kết với protein của malt, do đó hàm lượng polyphenol ở trong bia chủ yếu là của malt và chỉ khoảng 10-20% là polyphenol của hoa houblon. + Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydrat cacbon và nhiều hợp chất chứa ôxi dạng tecpen. Tinh dầu houblon không hoà tan trong nước nhưng dễ bay theo hơi nước. Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay hơi chỉ còn khoảng 2% tồn tại trong bia tạo hương thơm cho bia. Trong quá trình bảo quản, tinh dầu sẽ mất dần do bay hơi và bị ôxi hoá, do đó không dùng hoa cũ để sản xuất bia vì các sản phẩm chuyển hoá của tinh dầu nếu đưa vào bia sẽ làm giảm chất lượng của bia. Phƣơng pháp bảo quản và nâng cao hiệu quả sử dụng hoa - Để bảo quản tốt cần giữ hoa trong các điều kiện sau: - Ngăn chăn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong thùng kín hoặc mọi trường khí trơ. - Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0 0 C vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chế các quá trình hoá học, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, nhà máy bảo quản 5-10 0 C. - Cách ẩm tốt, nếu bảo quản được trong các điều kiện trên thì hoa có thể bảo quản trong 2 năm mà chất lượng giảm không đáng kể. - Hiệu quả sử dụng các chất đắng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khi đun sôi houblon với dịch đường, quan trọng nhất là thời gian và cường độ đun sôi, lượng houblon sử dụng và pH của dịch đường. Nếu tiến hành houblon hoá trong điều kiện tối KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hồi Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 8 LỚP: 07CSH ưu thì lượng chất đắng sử dụng được trong giai đoạn này khoảng 80  85% còn 15  20% ở lại trong bã hoa, đối với nhà máy sử dụng 65% là cao hoa và 35% là hoa viên. II.1.3/ NƢỚC Vai trò - Hàm lượng nước trong bia thành phẩm chiếm trung bình khoảng 90%. Trong nhà máy bia nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý ngun liệu, nấu ngun liệu, làm nguội bán thành phẩm, thanh trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp… Do đó lượng nước dùng trong nhà máy rất lớn, lượng nước dùng để nấu bia khơng những đòi hỏi có đầy đủ tiêu chuẩn của nước uống mà còn có những u cầu riêng đáp ứng cho cơng nghệ sản xuất bia. Nhà máy dùng 8hl nước /1hl bia. Thành phần hố học - Trong nước ngồi Ca(HCO 3 ) 2 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 , Na 2 SO 3 , K 2 CO 3 còn chứa một lượng nhỏ MgCO 3 , CaCO 3 , FeCO 3 và các muối silicat, nitrat, phophat…Các muối hòa tan sẽ ở dạng ion gồm các cation: Ca 2+ , H + , Na + , K + , Mn 2+ , Al 3+ , Mg 2+ ; các anion:OH - , HCO 3 - , Cl - , NO 3 - , SO 4 2- , PO 4 3- …Muối của Ca 2+ và Mg 2+ là ngun nhân gây nên độ cứng của nước. - Độ cứng tạm thời là độ cứng gây nên bởi muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie. - Độ cứng vĩnh cửu được hình thành do sản phẩm của phản ứng giữa các axit và một số muối khống. Tổng của hai độ cứng này là độ cứng chung của nước. Độ cứng của nước gây nên bởi các ion canxi và magie được thể hiện bằng độ 0 H (mg đương lượng/lít) 1 0 H = 0,357 mg đương lượng/lít. Ngồi ra còn sử dụng một số đơn vị khác như 0 F, 0 E…Thường nước để sản xuất bia có độ cứng từ mềm đến trung bình <4-6 mg đương lượng/l. Nhập Houblon Tình trạng bao bì Mã số lô hàng Nguyên đai, nguyên kiện Được kiểm tra bởi SABECO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hồi Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 9 LỚP: 07CSH U CẦU KĨ THUẬT Cung cấp nƣớc nấu Bia 1. Phần cung cấp Nước nấu bia 2. u cầu chung Nguồn nước tại TCT Bia-Rượu –NGK Sài Gòn, Số 187 Nguyễn Chí Thanh Q5, Tp. HCM 3. Yêu cầu kỹ thuật Hình II.1.3.1: Chỉ tiêu nƣớc sản suất bia Sài Gòn STT TÊN CHỈ TIÊU TIÊU CHUẨN P/P PHÂN TÍCH 1 Nước uống (Drinking water) QĐ số 1329/2002/BYT/QĐ Phương pháp Bia Sàigòn 2 Mùi Không “ 3 Độ pH 6,5 – 7,5 “ 4 Độ đục ≤ 20% Nephe. “ 5 Độ cứng tổng ≤ 2,0 0 F “ 6 Độ kiềm tổng ≤ 2,0 0 F “ 7 Hàm lượng muối (quy về NaCl) ≤ 20 mg/l “ 8 Hàm lượng sắt ≤ 0,00 – 0,02 “ 9 Hàm lượng Chlor tự do ≤ 0,05 mg/l “ 10 Hàm lượng Nitrit 0,0 mg/l “ 11 Hàm lượng Nitrat ≤ 25 mg/l “ 12 Chloroform ≤ 1,0 ppb “ 13 Total trihalomethanes ≤ 1,0 ppb “ 14 Trichloroethane ≤ 0,1 ppb “ 15 Trichloroethylene ≤ 0,1 ppb “ 16 Tetrachloroethylene ≤ 0,1 ppb “ 17 Nấm men, mốc, tạp trùng ≤ 10 khuẩn lạc/ml “ 18 Tổng số vi khuẩn hiếu khí ≤ 100 khuẩn lạc/ml “ 19 Coliform và E. Coli 0 khuẩn lạc/ml “ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 10 LỚP: 07CSH Hệ nước nhà nấu: Vai trò: Cung cấp nước cho nấu. - Cung cấp nước bài khí. - Cung cấp nước cip. - Nhà máy có 3 tank chứa nước dạng hình trụ đứng: Một tank nước công nghệ 26 0 C một tank nước nóng 80 0 C và một tank nước lạnh 2 0 C. Mỗi tank có thể tích chứa là 30m 3 tank nước nóng và nước lạnh có lớp bảo ôn cách nhiệt còn tank nước thường thì không. Tank có các đường nước vào và ra riêng tank nước nóng có đường tuần hoàn về. Ngoài ra tank còn lắp các đầu dò về nhiệt độ, đầu dò mức, các vòi cip và đường ống thông áp. Vai trò cụ thể của từng tank thể hiện trong sơ đồ sau: 30m3 30m3 30m3 Hình II.1.3.2: Sơ đồ đƣờng ống cung cấp nƣớc sản xuất ( Bia Sài Gòn ) CIP nấu CIP TT Khu nấu Khu chiết Hệ CIP Hơi cấp Nước ngưng Nước lạnh nhanh Nước động lực Glycol hồi Glycol cấp 80 0 C 26 0 C 2 0 C