Khoá luận tốt nghiệp: Quy trình thiết bị sản xuất Bia Lager

Chương 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. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 1 LỚP: 07CSHKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương 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/PHƯƠNG 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. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 2 LỚP: 07CSHKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương CHƯƠNG 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 SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 3 LỚP: 07CSHKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương + 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 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 (P2O5, SiO2, K2O) + 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: B1, B2, C, E. + Các enzyme: 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 SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 4 LỚP: 07CSHKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương 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

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương Chương I: MỞ ĐẦU I.A/ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp bia xếp vào ngành “công nghiệp nông nghiệp” tác động lên sản phẩm nơng nghiệp Trong lại xếp vào “nhóm cơng nghiệp lên men“ biến đổi q trình sản xuất bia kết trình lên men rượu Nguyên liệu dùng để sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon nước Ngoài để làm tăng hiệu kinh tế để đáp ứng nhu cầu thị hiếu người tiêu dung, nhà máy sử dụng thêm số nguyên liệu khác để thay phần malt đại mạch như: đại mạch chưa nẩy mầm, gạo, ngô tách phôi malt thóc, để sản xuất bia Viêt Nam định nghĩa: bia đồ uống lên men có độ cồn thấp” Thị trường tiêu thụ bia nước ta lớn tổng cơng ty bia, rượu, nước giải khát Sài Gịn xây dựng nhiều cơng ty chi nhánh nhiều tỉnh thành Bình Dương, Quảng Ngãi, Phú Yên… Đối với ngân sách quốc dân bia đóng góp tỷ trọng khơng nhỏ Với cơng suất sản xuất khoảng 70 triệu lít/năm nhà máy có sản lượng tương đối lớn Việt Nam Ý tưởng muốn phát triển, nghiên cứu tự sản xuất thiết bị không sinh công (như tank lên men, silo chứa nguyên liệu…) mục đích giảm giá thành đầu tư ban đầu, thúc đẩy phát triển ngành cơng nghiệp khí nước không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Đó lý để em chọn đề tài “Quy trình thiết bị sản xuất Bia Lager” nhiên kết cấu tối ưu thiết bị vấn đề lớn cần phải tập trung nghiên cứu sâu SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương I.B/ NỘI DUNG KHÓA LUẬN Tổng quan quy trình cơng nghệ thiết bị ngành sản xuất bia, qua tìm hiểu thực tế Tổng cơng 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/PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Đồ án thực sở quan sát thực tế cơng ty bia Sài Gịn DakLak tài liệu tham khảo, tư vấn chuyên gia giảng viên đầu ngành công nghệ lên men hàng đầu Việt Nam I.D/ PHẠM VI ÁP DỤNG Trên thực tế ngành công nghiệp sản xuất bia giới Việt Nam sử dụng phương pháp lên men chìm, phương pháp có nhiều ưu điểm ví dụ giai đoạn lọc nấm men bọt lên người ta vớt bọt để bia hơn, thực tế tác dụng trọng lực trái đất thứ bia lắng xuống nên phương pháp lên men chìm tạo nhiều ưu so với lên men Với dẫn chứng bên thực tế tương lai đa số nhà máy áp dụng phương pháp lên men chìm SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương CHƯƠNG II: TỔNG QUAN QUY TRÌNH SX VÀ THIẾT BỊ Nguyên liệu dùng để sản xuất bia malt đại mạch, houblon, nước dùng nguyên liệu thay 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 hạt đại mạch nảy mầm điều kiện nhiệt độ, độ ẩm nhân tạo xác định để đạt hoạt lực enzyme thành phần dinh dưỡng hạt mức cần thiết + Malt đại mạch vừa tác nhân đường hoá, vừa nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia Bia sản xuất từ malt đai mạch có mùi vị tính chất cơng nghệ hẳn so với bia sản xuất từ malt hạt hịa thảo khác Thành phần hố học + Thành phần hố học trung bình malt bia tính theo phần trăm chất khô là: + Các hợp chất cacbonhydrat: Chiếm tỉ lệ lớn 70-85% gồm: + Tinh bột chiếm 50-63%, thành phần quan trọng, gồm chất amyloza (20-25%) amylopectin (75-80%) + Amyloza gồm 200-300 α-glucoza nối với cầu oxy vị trí liên kết 1,4 thành chuỗi xoắn khơng phân nhánh (Hình sau) Hình II.1.1: Cấu tạo hóa học Amyloza SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương + Amylopectin gồm α-glucoza liên kết với cầu oxy vị trí 1,4 chủ yếu, 15-30 phân tử glucoza lại có liên kết vị trí 1.6.Vì amylopectin có mạch phân nhánh có nhiều cành 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 vỏ trấu Khơng hịa tan nước khơng bị enzyme malt thủy phân khơng ảnh hưởng chất lượng bia + Hemixenluloza: thành phần chủ yếu tế bào nội nhũ Gồm Pentozan 10-20% β-glucan 80-90% + β-glucan: chuỗi phân tử glucoza mạch dài liên kết 1,4 Liên kết β làm cho phân tử glucoza tạo thành mạch xoắn chuỗi amyloza chuỗi dài mở rộng Trong dung dịch chúng liên kết với cầu nối hydro Do hình dáng bên ngồi gọi “mixel có diềm“ + Đường: Đường khử malt nhỏ khoảng 2% + Các chất chứa nitơ: Hàm lượng protein cho phép malt 9-12%, 1/3 hàm lượng vào bia thành phẩm Do có tác động lớn đến chất lượng bia Các hợp chất chứa nitơ gồm protein sản phẩm thủy phân protein (acid amin, peptid) + Chất béo: Chiếm 2%, chủ yếu có lớp alơrong mầm + Chất vơ cơ: Chiếm 2-3% chất khống (P2O5, SiO2, K2O) + Polyphenol hay (tanin): Tập trung vỏ trấu, với số lượng lớn gây vị đắng chát khó chịu + Vitamin: Trong malt đại mạch chủ yếu chứa vitamin như: B1, B2, C, E + Các enzyme: α-Amylaza: Tác động lên liên kết α-1,4 glucosit vị trí phân tử tinh bột, không tác dụng lên lien kết α-1,6 glucosit mạch nhánh SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hoài Hương amylopectin tinh bột bẻ gãy mối liên kết α-1,4 glucosit Sau thời gian amylaza enzyme dich hóa với sản phẩm hỗn hợp đường oligosaccharit bao gồm: glucoza, maltoza, maltotrioza Hình II.1.1.2: α-Amylaza thủy phân tinh bột β-amylaza cắt gốc glucosit toàn mạch amylo amylopectin tinh bột tạo thành đường maltoza Enzyme không phân cắt liên kết 1,6 nên chúng dừng tác động trước điểm rẽ nhành mạch amylopectin, hình vẽ thể sau α-amylaza phân cắt mạch thành nhiều dextrin β-amylaza lại tiếp tục phân cắt gốc đường để tạo thành nhiều đường maltoza Hình II.1.1.3: β-amylaza thủy phân tinh bột Trong malt chứa enzim thuỷ phân như: proteinaza, peptinaza, fitaza, xitaza, amylophotphataza… Trong thành phần hoá học malt quan trọng hàm lượng tinh bột, hàm lượng tinh bột cao tốt, hàm lượng protein phải nằm khoảng 12%, cao bia bị đục, khó bảo quản, thấp bia bọt, vị đậm đà kèm theo số khác Một số tiêu chất lượng malt + Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng Khơng có mùi vị lạ, khơng mốc, khơng khói SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương + Khối lượng 1000 hạt tăng tỷ lệ hạt loại I tăng hàm lượng chất chiết tăng Đại mạch trung bình KL 1000 hạt 41-44g, nặng >45g + Chất chiết tập hợp chất hịa tan tạo thành dịch chiết q trình đường hóa, chiếm 77-80% + Kích thước hạt malt phải đồng đều: Hạt sàng 2,8mm 2,5mm chiếm 94% hạt sàng 2,2mm không 0,5% + Dung trọng malt khoảng 68 – 75 kg/100 lít đại mạch + Ðộ ẩm malt không 6% nhà máy 4% + Malt có thời gian đường hố 10÷ 35phút Bảo quản nguồn thu mua Nước ta khơng trồng đại mạch phải nhập từ nước đường thuỷ đường Nhà máy thường nhập loại malt Úc Canada, loại malt vàng Pilsen hãng Jeowhite Sau nhập bảo quản kho nhập vào 2silo chứa malt, silo 50 II.1.2/ HOUBLON Vai trò Houblon nguyên liệu thiếu sản xuất bia Nó làm cho bia có mùi thơm vị đắng dễ chịu, làm tăng khả tạo giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Có thể sử dụng cao hoa, hoa viên hoa nguyên cánh Các nhà máy đa số máy sử dụng cao hoa hoa viên Hàm lượng sử dụng tính theo α-acid đắng Thành phần hoá học: SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương + Thành phần hoá học hoa houblon gồm nhiều chất khác chất có giá trị công nghệ sản xuất bia nhựa houblon, tanin tinh dầu Ngồi hoa cịn chứa số chất khác như: protein, mỡ, sáp, hợp chất phi protein + Nhựa hoa houblon thành phần quan trọng hoa houblon bao gồm nhựa cứng nhựa mềm: Nhựa mềm gồm có α-nhựa mềm β - nhựa mềm, nhựa mềm gồm dạng axít đắng α, β,γ, δ-axít đắng Vị đắng bia chủ yếu α-axít đắng tạo nên, cịn dẫn xuất β- axít đắng tạo nên vị đắng hài hoà, dễ chịu + Các chất tanin hoa houblon polyphenol, dễ hoà tan nước, dễ bị oxi hóa nên bảo vệ nhựa houblon Trong trình nấu bia, hầu hết tanin hoa houblon liên kết với protein malt, hàm lượng polyphenol bia chủ yếu malt khoảng 10-20% polyphenol hoa houblon + Tinh dầu hoa houblon hỗn hợp phức tạp hydrat cacbon nhiều hợp chất chứa ôxi dạng tecpen Tinh dầu houblon không hoà tan nước dễ bay theo nước Trong trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay khoảng 2% tồn bia tạo hương thơm cho bia Trong trình bảo quản, tinh dầu dần bay bị ơxi hố, khơng dùng hoa cũ để sản xuất bia sản phẩm chuyển hố tinh dầu đưa vào bia làm giảm chất lượng bia Phương pháp bảo quản nâng cao hiệu sử dụng hoa - Để bảo quản tốt cần giữ hoa điều kiện sau: - Ngăn chăn xâm nhập khơng khí vào hoa cách bảo quản thùng kín trường khí trơ - Bảo quản nhiệt độ thấp, gần 00C nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chế q trình hoá học, hạn chế phát triển vi sinh vật, nhà máy bảo quản 5-100C - Cách ẩm tốt, bảo quản điều kiện hoa bảo quản năm mà chất lượng giảm không đáng kể - Hiệu sử dụng chất đắng phụ thuộc vào nhiều yếu tố đun sôi houblon với dịch đường, quan trọng thời gian cường độ đun sôi, lượng houblon sử dụng pH dịch đường Nếu tiến hành houblon hố điều kiện tối ưu lượng chất đắng sử dụng giai đoạn khoảng 80 ÷ 85% 15 ÷ 20% lại bã hoa, nhà máy sử dụng 65% cao hoa 35% hoa viên SVTH: Huỳnh Đức Phú LỚP: 07CSH Trang KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhập Houblon GVHD - TS Nguyễn Hồi Hương • Tình trạng bao bì • Mã số lô hàng • Nguyên đai, nguyên kiện • Được kiểm tra SABECO II.1.3/ NƯỚC Vai trò - Hàm lượng nước bia thành phẩm chiếm trung bình khoảng 90% Trong nhà máy bia nước dùng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm, trùng, vệ sinh sát trùng thiết bị, vệ sinh xí nghiệp… Do lượng nước dùng nhà máy lớn, lượng nước dùng để nấu bia khơng địi hỏi có đầy đủ tiêu chuẩn nước uống mà cịn có 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(HCO3)2, MgSO4, Na2SO4, Na2SO3, K2CO3 chứa lượng nhỏ MgCO3, CaCO3, FeCO3 muối silicat, nitrat, phophat…Các muối hòa tan dạng ion gồm cation: Ca2+, H+, Na+, K+, Mn2+, Al3+, Mg2+; anion:OH-, HCO3-, Cl-, NO3-, SO42-, PO43-…Muối Ca2+ Mg2+ nguyên nhân gây nên độ cứng nước - Độ cứng tạm thời độ cứng gây nên muối cacbonat bicacbonat canxi magie - Độ cứng vĩnh cửu hình thành sản phẩm phản ứng axit số muối khoáng Tổng hai độ cứng độ cứng chung nước Độ cứng nước gây nên ion canxi magie thể độ 0H (mg đương lượng/lít) 10H = 0,357 mg đương lượng/lít Ngồi cịn sử dụng số đơn vị khác 0F, 0E… Thường nước để sản xuất bia có độ cứng từ mềm đến trung bình