Thiết kế nhà máy sản xuất sữa công suất 40 triệu lítnăm trong đó sản phẩm sữa tiệt trùng chiếm 60 %, sữa chua chiếm 20%, sữa chua uống chiếm 20% luận văn tốt nghiệp đại học

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triểncông nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổchức chặt chẽ cùng các thiết bị công

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA HÓA HỌC

======

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA NĂNG SUẤT 25 TRIỆU LÍT/NĂM.

GVHD : K.s Lê Đình Thạch

SVTH : Trần Ngọc Cường Lớp 47K: Kỹ sư hoá thực phẩm

Vinh, tháng 12/2010

i

ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong khoaHoá Học trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện cho em được học tập và nghiêncứu trong một môi trường học tập khoa học, giúp cho em có những kiến thức vữngvàng trước khi bước vào đời Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tậntình của các thầy cô trong bộ môn hoá thực phẩm Và thầy giáo – kỹ sư: Lê ĐìnhThạch là người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình hoànthành đồ án tốt nghiệp này Đồng thời em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới cácbạn trong lớp, những người luôn đứng sau giúp đỡ, chia sẻ với em những khó khăn

và thuận lợi trong thời gian qua

Đề tài tốt nghiệp của em là “ Thiết kế nhà máy sản xuất bia công suất 25triệu lít/năm Trong đó sản phẩm bia chai có nồng độ là 120 Bx, bia hơi có nồng độ

100 Bx Lượng bia hơi chiếm 40%” Đây là bản đồ án có khối lượng công việctương đối lớn, nhưng do thời gian thực hiện còn hạn chế nên chắc chắn khôngtránh khỏi những thiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến củacác thầy cô giáo và bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày 20 tháng 12 năm 2010

Trần Ngọc Cường

iii

TÓM TẮT

Trong đồ án này em có nhiệm vụ thiết kế nhà máy bia với năng suất 25triệu lít/năm, trong đó sản xuất 15 triệu lít bia chai và 10 triệu lít bia hơi Sử dụng20% nguyên liệu thay thế là gạo, dịch đường đi lên men có nồng độ chất khô12˚Bx ứng với bia chai và 10˚Bx ứng với bia hơi

Nội dung đồ án gồm các phần chính sau:

Phần I: Lập luận kinh tế kỹ thuật

Phần II: Chọn phương pháp sản xuất và thuyết minh dây chuyền công nghệ

Phần III: Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm

Phần IV: Tính và chọn thiết bị

Phần V: Tính toán nhu cầu nhiên liệu, năng lượng, nhu cầu nước của nhà máy Phần VI: Tính toán và thiết kế xây dựng

Phần VII: Tính toán kinh tế

Phần VIII: Vệ sinh và an toàn lao động

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 1

Lời nói đầu 2

Phần I: Lập luận kinh tế kỹ thuật 4

II Chọn loại sản phẩm, địa điểm xây dựng, vùng nguyên liệu và thị trường 7

1 Lựa chọn loại bia sản xuất 7

2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 7

3 Vùng nguyên liệu 8

4 Vùng tiêu thụ sản phẩm 8

5 Nguồn cung cấp điện, nước, lạnh 8

6 Nguồn cung cấp nhiên liệu 9

7 Nguồn nhân lực 9

8 Giao thông vận tải 9

Phần II: Chọn phương pháp sản xuất và thuyết minh 10

I Chọn nguyên liệu 10

1 Malt đại mạch 10

2 Gạo 12

3.Hoa houblon 12

4 Nước 13

5 Nguyên liệu phụ trợ khác 14

II Chọn phương pháp nấu 14

1 Nghiền nguyên liệu 15

2 Hồ hoá và đường hoá 16

3 Lọc dịch đường 16

4 Nấu hoa 17

5 Lắng trong và làm lạnh dịch đường houblon hoá 18

III Chọn chủng nấm men và phương pháp lên men 19

1 Chọn chủng nấm men 19

2 Lên men sản phẩm bia chai 21

3 Lên men sản phẩm bia hơi 22

IV Thuyết minh dây chuyền sản xuất: 23

1 Nghiền nguyên liệu 24

a Nghiền malt 25

b Nghiền gạo 25

3 Lọc dịch đường 26

4 Nấu hoa 27

5 Lắng xoáy 28

6 Lạnh nhanh 28

7 Bão hoà O2 vào dịch lên men 29

8 Cấp nấm men và tiến hành lên men 29

9 Lọc bia 30

10 Tàng trữ và ổn định tính chất của bia thành phẩm 31

v

11 Hoàn thiện sản phẩm 31

V Quy trình công nghệ xử lý nước cấp, nước thải 32

1 Xử lý nước cấp 32

2 Xử lý nước thải 33

VI Hệ thống quản lý chất lượng của nhà máy: 33

Phần III: Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản 35

A Lập kế hoạch sản xuất 35

B Tính cân bằng sản phẩm 36

I Tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia chai 37

1 Tính lượng gạo và lượng malt 37

2 Lượng bã gạo và bã malt 38

3 Lượng nước dùng trong nấu và rửa bã 38

4 Lượng hoa houblon sử dụng 40

5 Các nguyên liệu khác 41

II Tính cân bằng sản phẩm cho 1000l bia hơi 45

1 Tính lượng gạo và lượng malt 45

2 Lượng bã gạo và bã malt 46

3 Lượng nước dùng trong nấu và rửa bã 46

4 Lượng hoa houblon sử dụng 48

5 Các nguyên liệu khác 49

III Hoá chất vệ sinh: 54

1 Hóa chất vệ sinh các nồi nấu: 54

2 Hóa chất vệ sinh các thiết bị lên men, tàng trữ bia: 54

Phần IV: Tính và chọn thiết bị 56

I Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu 56

1 Cân, gầu tải 56

2 Máy nghiền 56

3 Nồi hồ hoá 57

4 Nồi đường hoá 58

5 Thùng lọc đáy bằng 59

6 Nồi nấu hoa 60

7 Thùng chứa trung gian 61

8 Thùng lắng xoáy 61

9 Thiết bị lạnh nhanh và sục khí 62

10 Thùng nước nấu 62

11 Hệ thống cip nấu 63

II Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng lên men 64

1 Tank lên men 64

2 Thiết bị nhân giống cấp II 65

3 Thiết bị nhân giống cấp I 65

4 Thiết bị rửa men sữa kết lắng 65

5 Thiết bị hoạt hoá men 66

6 Hệ thống cip lạnh: 66

vi

III Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng hoàn thiện 68

1.Thiết bị lọc trong bia 68

a Kích thước thiết bị: 68

b Bột trợ lọc điatomit dùng 1kg/1000l Lượng bột một mẻ lọc là: 68

2 Thùng tàng trữ và bão hoà CO2 68

3 Hệ thống chiết bock 69

4 Hệ thống chiết chai 70

Phần V: Tính toán nhu cầu năng lượng, nhu cầu nước 73

I Tính nhiệt lạnh 73

1 Lượng nhiệt lạnh cần cấp cho thiết bị lạnh nhanh 73

2 Lượng nhiệt lạnh cấp cho khu tank lên men 73

a Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men chính 73

b Lượng nhiệt lạnh cần cấp để hạ nhiệt độ dịch 75

c Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp trong giai đoạn lên men phụ: 75

3 Lượng nhiệt lạnh cấp cho hệ thống cấp men giống 76

a Lượng nhiệt lạnh cần cấp để tái sử dụng men kết lắng 76

b Lượng nhiệt lạnh cần cấp để nhân men 78

4 Lượng nhiệt lạnh cấp cho phân xưởng hoàn thiện 79

5 Hệ thống lạnh 80

II Tính hơi 82

1 Lượng hơi cấp cho nồi hồ hoá 83

2 Lượng hơi cấp cho nồi đường hoá 84

3 Lượng hơi cấp cho nồi nấu hoa 85

4 Lượng hơi cấp cho thiết bị đun nóng nước 85

5 Lượng hơi cấp cho phân xưởng hoàn thiện 86

6 Lượng nhiên liệu cho nồi hơi 87

III Tính nước 89

1 Lượng nước dùng cho phân xưởng nấu 89

2 Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men 89

3 Lượng nước dùng cho phân xưởng hoàn thiện 89

4 Lượng nước dùng cho các hoạt động khác của nhà máy 90

IV Tính điện 91

3 Xác định các thông số của hệ thống điện 93

4 Tính điện năng tiêu thụ hàng năm 94

a Điện năng thắp sáng hàng năm 94

b Điện năng tiêu thụ cho sản xuất hàng năm 94

c Điện năng tiêu thụ cả năm 94

Phần VI: Tính toán và thiết kế về xây dựng của nhà máy 95

A Phân tích và lựa chọn địa điểm xây dựng 95

B Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 98

I Tính toán các hạng mục công trình 98

1 Khu vực sản xuất 98

a Nhà sản xuất chính 98

vii

b Khu tank lên men 99

c Nhà hoàn thiện sản phẩm 99

2 Kho tàng 99

a Kho chứa nguyên liệu 99

b Kho chứa thành phẩm 100

3 Các phân xưởng phụ trợ sản xuất 101

a Trạm biến áp 101

b Xưởng cơ điện 101

c Nhà đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO2 và cấp khí nén 101

d Phân xưởng hơi 102

e Khu xử lý nước cấp 102

g Khu xử lý nước thải 102

h Bãi vỏ chai 102

4 Các công trình khác 102

a Nhà hành chính 102

c Nhà giới thiệu sản phẩm 103

d Hội trường 103

e Nhà ăn, căng tin 103

g Gara ô tô 103

h Nhà để xe của nhân viên 104

i Phòng bảo vệ 104

k Nhà vệ sinh 104

II Bố trí các hạng mục công trình 105

III Tính toán và đánh giá các thông số xây dựng 106

IV Thiết kế phân xưởng sản xuất chính 107

1 Đặc điểm và cách bố trí các thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính 107

2 Thiết kế xây dựng phân xưởng sản xuất chính 108

Phần VII: Tính toán kinh tế 109

A Phân tích thị trường 109

B Tính các chỉ tiêu dự án đầu tư 111

I Vốn đầu tư xây dựng: 111

1 Tiền thuê mặt bằng: 111

2 Tiền xây dựng các hạng mục công trình: 111

1 Tiền mua dây chuyền sản xuất: 113

2 Tiền đầu tư mua phương tiện vận tải 114

3 Tiền đầu tư ban đầu để mua chai, két, bock 114

4 Vốn trả cho công nhân viên nhà máy 114

III Chi phí đầu tư nguyên liệu nhiên liệu, năng lượng: 117

1 Chi phí trực tiếp: 118

a Chi phí nhiên liệu, năng lượng: 118

b.Chi phí đầu tư ban đầu để mua chai, két, bock 118

c Chi phí nguyên vật liệu 119

2.Chi phí gián tiếp: 121

viii

a Chi phí sử dụng máy móc: 121

b Chi phí xây dựng: 121

c Chi phí ngoài sản xuất: 121

d.Tiền lãi vốn vay ngân hàng: 121

VI Tính hiệu quả kinh tế: 122

1 Giá thành sản phẩm: 122

2 Thu nhập từ việc bán các sản phẩm phụ của nhà máy 122

3 Lợi nhuận hàng năm của nhà máy: 122

4 Thời gian hoàn vốn 122

Phần VIII: Vệ sinh an toàn lao động 123

I Vệ sinh 123

1 Vệ sinh cá nhân 123

2 Vệ sinh thiết bị nhà xưởng 123

II An toàn lao động 124

1 Chống khí độc trong nhà máy 124

2 Chống ồn và rung động 124

3 An toàn khi vận hành thiết bị 125

4 An toàn về điện 125

5 Phòng cháy chữa cháy 125

Kết luận 126

Tài liệu tham khảo chính………

………128

ix

Danh sách hình vẽ Trang

Hình 2.4.1 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ 27

Hình 2.5.2 : Quy trình xử lý nước cấp 36

Hình 2.5.3 : Quy trình xử lý nước cấp 37

Hình 4.1.4: Thiết bị hồ hóa 61

Hình 4.1.5: Thùng lọc đáy bằng 63

Hình 4.5.6: Thùng lắng xoáy 65

Hình 4.2.7: Tank lên men 68

x

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.2.3 : Thành phần hoá học của hoa houblon 12

Bảng 3.B.5: Tổn thất trong các quá trình sản xuất 35 Bảng 3.1.6 : Nguyên liệu chính, bán thành phẩm tương ứng với bia chai42 Bảng 3.1.7 : Nguyên liệu phụ, sản phẩm phụ tương ứng với bia chai 43 Bảng 3.2.8 :Tổng kết nguyên liệu chính, bán thành phẩm tương ứng với bia hơi 51

Bảng 3.2.9: Tổng kết nguyên liệu phụ, sản phẩm tương ứng với bia hơi52 Bảng 3.3.10: Tổng kết các hoá chất tẩy rửa, sát trùng 54

Bảng 5.4.11: Số lượng bóng đèn, công suất chiếu sáng đối với các công trình

90

Bảng 5.4.12: Công suất tiêu thụ điện của các thiết bị 91

Bảng 6.1.13: Các thiết bị chính trong nhà sản xuất chính 97

Bảng 6.1.14: Bảng tổng hợp các công trình xây dựng 98

Bảng 7.1.15: Chi phí xây dựng các hạng mục công trình 111

Bảng 7.2.16: Chi chí mua sắm thiết bị 113

Lời nói đầu

Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niênđại ít nhất là từ thiên niên kỷ 5 TCN và đã được ghi chép lại trong các thư tịch cổcủa Ai Cập cổ đại và Lưỡng Hà

Bia có màu sắc, hương vị đặc trưng, dễ dàng phân biệt với các loại đồ uốngkhác Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hublon biađem lại giá trị dinh dưỡng, một lít bia cung cấp 400 – 450kcal Uống bia với mộtlượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn ngon cơm, dễ tiêu hóa, cótác dụng giải khát, ngoài ra chứa các vitamin B1, B2, PP và nhiều axit amin cần thiếtcho cơ thể Năng lượng thu được khi sử dụng 0,5 lít bia tương đương với ăn 100gbánh mì hoặc 300g khoai tây

Trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu phụ để tăng chất lượng cho bia,người ta nhận thấy hoa houblon mang lại cho bia hương vị rất đặc biệt và nhiềuđặc tính quý giá Hiện nay, hoa hublon vẫn là nguyên liệu không thể thay thế trongsản xuất bia Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị chobia là một phát kiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác củacác loại thảo mộc thông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia Các hỗnhợp này thông thường được gọi là gruit Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất

là vào khoảng thế kỷ IX

Đến thế kỷ XIX Louis Pasteur xuất bản cuốn sách về bia đã tạo ra ngànhcông nghiệp sản xuất bia dưới ánh sáng khoa học ‘’ Nấm men – vi sinh vật duynhất mà hoạt dộng cảu chúng đã làm nên quá trình lên men bia’’, cùng với sự pháttriển của các ngành khoa học khác quy trình công nghệ sản xuất bia đang ngàycàng trở nên hoàn thiện Chính vì vậy, bia đã trở thành loại đồ uống được ưachuộng nhất hiện nay, được sản xuất và tiêu thụ ngày nhiều trên phạm vi toàn thếgiới

xii

Thuật ngữ "bia" trong tiếng Việt để chỉ loại đồ uống này có lẽ có nguồn gốc

từ bière trong tiếng Pháp do bia chỉ được sản xuất ở Việt Nam kể từ khi ngườiPháp mang thứ đồ uống này tới Việt Nam vào cuối thế kỷ 19 Trong những nămgần đây, nhu cầu sử dụng bia ở nước ta ngày càng tăng Rất nhiều nhà máy cũngnhư cơ sở sản xuất bia được thành lập trên khắp cả nước nhưng vẫn chưa đáp ứnghết được nhu cầu thị trường cả về chất lượng cũng như số lượng Hơn nữa bia làmột ngành công nghiệp có nhiều đóng góp to lớn cho ngành kinh tế quốc dân vì nó

là ngành sản xuất đem lại lợi nhuận cao, khả năng thu hồi vốn nhanh, và là nguồnthu quan trọng cho ngân sách quốc gia

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, mục tiêu đề ra và lợi ích của việc phát triểncông nghệ sản xuất bia nên việc xây dựng thêm các nhà máy bia với cơ cấu tổchức chặt chẽ cùng các thiết bị công nghệ hiện đại để cung cấp cho người tiêudùng các loại bia có chất lượng cao, giá thành phù hợp là vô cùng cần thiết

Trong bản đồ án này em trình bày thiết kế nhà máy bia năng suất 25 triệulít/năm Đây là một nhà máy sản xuất gồm bia chai và bia hơi với tỉ lệ gạo thay thế20%

xiii

Phần I: Lập luận kinh tế kỹ thuật

Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì biađược sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng Ở các nước phát triển nhưĐức, Đan Mạch, Ba Lan, Mỹ nghành công nghiệp sản xuất bia rất phát triển.Mức tiêu thụ bình quân ở các nước này khá cao khoảng 100 lít mỗi năm.Sản lượngbia trên toàn thế giới trong năm ngoái đã tăng 0,4% lên đạt mức 181 triệu kl, phá

kỷ lục năm thứ 25 liên tục

Châu Á là một trong những khu vực tiêu dùng bia đang tăng nhanh Cácnhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á sẽ ngày cànggiữ vị trí dẫn đầu trên thị trường bia trên thế giới Hiện nay châu Á đã vượt quachâu Âu để trở thành châu lục đứng đầu thế giới về sản xuất bia, với sản lượng58,67 triệu kilôlít (kl), tăng 5,5% so với năm 2008, so với mức giảm tương ứng5,1% của châu Âu xuống 55,15 triệu kl Tại châu Á, sản lượng bia của Việt Namnăm ngoái tăng tới 24,3% so với cùng kỳ năm trước, Ấn Độ và Trung Quốc tănglần lượt 12,3% và 7%, trong khi Nhật Bản giảm 2,2%

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của Nhàmáy bia Sài Gòn và Nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia Việt Nam đã có lịch sử trên

100 năm Hiện nay các nhà máy bia đã xuất hiện ở hầu khắp các tỉnh trong cả

xiv

nước, sản lượng của các nhà máy cũng ngày càng tăng Hiện mức tiêu thụ bìnhquân đầu người của Việt Nam là 18 lít mỗi năm, nhưng với mức thu nhập tăng,cộng với sự thay đổi tập quán uống (chuyển từ rượu tự nấu sang uống bia) thì sangnăm 2010, mức tiêu thụ bình quân đầu người của Việt Nam ước sẽ tăng đến 28 lítmỗi năm.

Không tính đến những nhãn hiệu nhập khẩu như Budweiser, Sapporo, SanMiguel, Foster, lượng bia tiêu thụ của năm 2010 được đóng góp bởi 1,1 tỷ lít củaTổng công ty cổ phần Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco), 600 triệu lítcủa Tổng công ty cổ phần Bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội (Habeco), 400 triệulít của Heineken và 300 triệu lít của Tiger Những số liệu trên cho thấy, ngay cảtrong thời điểm kinh tế khó khăn, lĩnh vực sản xuất bia vẫn có rất nhiều cơ hộiphát triển Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn,ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và

mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộcTrung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nướcngoài Công nghiệp sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển các ngành sảnxuất khác như: Vỏ lon nhôm, két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai và bao

bì khác

Ngành bia là một trong những ngành có mức thuế thu nhập cao nên hàngnăm nộp vào Ngân sách Nhà nước đáng kể Cùng với tốc độ tăng trưởng vế kinh tếcủa đất nước, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao và bia trở thànhthứ đồ uống phổ biến và không thể thiếu đối với nhu cầu giải khát của mọi người.Với những chính sách về đầu tư và thu hút đầu tư hợp lý nền kinh tế của nước ta từnay đến năm 2010 hứa hẹn sẽ có những tăng trưởng về mọi mặt trong đó có côngnghiệp sản xuất bia

xv

II Chọn loại sản phẩm, địa điểm xây dựng, vùng

nguyên liệu và thị trường

1 Lựa chọn loại bia sản xuất

Để sản phẩm sản xuất ra có thể tiêu thụ được đặc biệt là sản phẩm bia chai

có thể chiếm lĩnh được thị trường rộng thì sản phẩm bia phải có chất lượng caođáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Do đó em lựa chọn sảnxuất loại bia có chất lượng cao, thuộc loại bia vàng là loại bia đang rất được ưachuộng hiện nay

Sản phẩm bia sản xuất ra phải đảm bảo đạt được các tiêu chuẩn sau:

* Các chỉ tiêu cảm quan:

- Độ bọt: Khi rót bia ra cốc, bia phải có bọt trắng mịn, từ đáy cốc luôn cócác bọt khí li ti nổi dần lên bề mặt Chiều cao lớp bọt > 2cm, thời gian giữbọt 5 – 15 phút

xvi

- Mùi và vị: Bia phải có độ đắng đặc trưng và hương thơm dịu nhẹ của hoahoublon, không quá nhạt, không có mùi vị lạ

- Màu sắc và độ trong: Bia phải có màu vàng rơm sáng óng ánh, trong suốt,không được có cặn hay vẩn đục

2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy

Chọn địa điểm xây dựng nhà máy nằm trong khu công nghiệp Nghi Sơn,thuộc huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa Đây là một khu công nghiệp mới có diệntích rộng và đang tiếp tục được phát triển, có nhiều tiềm năng để phát triển kinh tế

xã hội Các khu dân cư và đô thị xung quanh đang được xây dựng và mở rộng.Nhà máy nằm ngay trên quốc lộ IA, bên cạnh đó hệ thống giao thông gần khucông nghiệp đã và đang được xây dựng, cải tạo và hoàn thiện thuận lợi trong vậnchuyển nguyên liệu và phân phối sản phẩm Mạng lưới điện quốc gia ở đây cungcấp cho cả khu công nghiệp rất ổn định và thuận lợi

Nhà máy đáp ứng được yêu cầu sau:

- Phù hợp với qui hoạch chung của tỉnh, thành phố

- Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm

+ Than được nhập cảng từ Hải Phòng

+ Thị trường tiêu thụ rộng lớn đáp ứng tại chỗ cho địa phương, ngoài ra cho cáctỉnh khác như : Nghệ An và Ninh Bình

- Thuận tiện về mặt giao thông

xvii

+ Đường bộ: Có Quốc lộ 1A chạy qua, đường tỉnh lộ 513 nối Quốc lộ 1A vớiCảng nước sâu Nghi Sơn dài 15,5km; Đường ngang nối với đường Hồ Chí Minhdài 55 km.

+Đường sắt: Có tuyến đường sắt Quốc gia chạy qua KKT Nghi Sơn với tổng chiềudài 17 km, có ga đa dụng Khoa Trường

- Đảm bảo các nguồn điện, nước, nhiên liệu

+ Nguồn điện: KKT Nghi Sơn đang sử dụng mạng lưới điện Quốc Gia bao gồm:đường dây 500 KV Bắc Nam và đường dây 220 KV Thanh Hoá - Nghệ An

+ Nước được lấy từ độ sâu 150m đảm bảo nguồn cung cấp cho sản xuất và vệ sinhdồi dào

- Nguồn nhân lực:Tổng dân số toàn tỉnh Thanh Hoá là 3,7 triệu người,trong đó dân số trong độ tuổi lao động là 2,2 triệu người Dân số của KKT NghiSơn là 80.590 người, trong đó dân số trong độ tuổi lao động khoảng 43.598 người(chiếm 54,1% dân số khu vực)

3 Vùng nguyên liệu

Nguyên liệu chính đầu tiên để sản xuất bia là malt đại có thể nhập ngoại

từ Đức, Úc Hoa houblon nhập từ Tiệp Khắc dưới dạng cao hoa và hoa viên.Nguyên liệu thay thế là gạo có thể mua ngay trong tỉnh hay mua từ các tỉnh lâncận như Nghệ An, Hà Tĩnh, Ninh Bình với giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảovận chuyển về nhà máy chủ yếu bằng ô tô Trong nhà máy còn thiết kế một hệthống lấy nước từ giếng khoan xử lý lọc và làm mềm nước dùng cho nấu bia vàcác hoạt động khác của nhà máy

4 Vùng tiêu thụ sản phẩm

Bia nhà máy sản xuất chủ yếu cung cấp cho tỉnh, thành phố như : Nghệ An,Ninh Bình và Thanh Hóa Sản phẩm sau chiết chai, chiết bock được chuyên chởbằng ô tô, nếu số lượng ít có thể sử dụng các phương tiện khác

5 Nguồn cung cấp điện, nước, lạnh

Nguồn điện: Sử dụng điện lưới của mạng lưới điện quốc gia chạy qua khuvực Mạng lưới điện này cung cấp 24/24 giờ trong ngày, nhưng để đề phòng sự

xviii

cố mạng lưới, nhà máy bố trí một trạm biến thế và sử dụng thêm máy phát điện dựphòng

Nguồn nước: nước được lấy từ hệ thống giếng khoan Trong nhà máy nướcđược dùng vào các mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nước nấu nguyên liệu,nước rửa chai, nước vệ sinh thiết bị, vệ sinh nhà máy Nước nấu bia cần đáp ứngđầy đủ các chỉ tiêu cho công nghệ sản xuất bia Do đó nước phải đi qua một hệthống xử lý đúng kỹ thuật trước khi cấp cho sản xuất Bên cạnh đó cần phải xâydựng khu xử lý nước thải để xử lý nước thải của nhà máy tránh gây ô nhiễm đếnmôi trường xung quanh

Nhà máy cũng cần đặt hệ thống lạnh, hệ thống thu hồi CO2 và cấp khí nénphù hợp với công suất của nhà máy đủ để cấp lạnh cho hoạt động sản xuất của nhàmáy Hệ thống lạnh có thể sử dụng tác nhân lạnh là NH3 hay Freon, chất tải lạnh

sử dụng nước glycol hay nước muối

6 Nguồn cung cấp nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là cho nồi hơi phục vụ cho các mục đíchkhác nhau như nấu nguyên liệu, thanh trùng Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than

7 Nguồn nhân lực

Nghi Sơn có nguồn nhân lực dồi dào, đã qua đào tạo cơ bản ở các trườngđào tạo nghề ở Việt Nam, đủ điều kiện để cung ứng cho các nhà đầu tư về sốlượng và chất lượng Các cán bộ, kỹ sư có trình độ chuyên môn phải được đào tạo

đủ trình độ chuyên môn cao quản lý, điều hành Các công nhân có thể tuyển chọnlao động phổ thông, học nghề ở địa bàn để đảm bảo được yêu cầu về nơi ở, sinhhoạt Nguồn nhân lực của Thanh Hóa khá dồi dào Dân số trong độ tuổi lao độngcủa tỉnh năm 2007 là 2 421,03 ngàn người, chiếm 65,5% tổng dân số

8 Giao thông vận tải

Nhà máy nằm gần trục giao thông nên thuận tiện cho vận chuyển nguyênnhiên vật liệu đến nhà máy, và vận chuyển sản phẩm phân phối cho các đại lý, cửahàng tiêu thụ bằng đường bộ

xix

Phần II: Chọn phương pháp sản xuất và thuyết

minh

xx

dây chuyền công nghệ

I Chọn nguyên liệu

Nguyên liệu chính đầu tiên dùng cho sản xuất bia là malt đại mạch, vànguyên liệu dùng để thay thế cho malt là gạo với tỷ lệ 20% nhằm giảm giá thànhsản phẩm, hoa houblon tạo hương vị đặc trưng cho bia, và nước cũng là một thànhphần không thể thiếu để sản xuất bia

1 Malt đại mạch

Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia Khoảng1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia Malt là nhóm thực vật có hạt(sper mophyta), lớp 1 lá mầm (monocotyleclonae), thuộc họ lúa mì( Gramineae) làloại thực vật một năm và được chia thành 2 nhóm: đại mạch mùa đông (gieo hạtmùa đông và thu hoạch mùa hè) và đại mạch mùa xuân ( gieo mùa xuân và thuhoạch mùa thu) Đại mạch được trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp, Nga…

Đại mạch có giống 2 hàng và đại mạch đa hàng, trong đại mạch đa hànglại gồm có đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng Tuy nhiên chỉ có đại mạch haihàng được dùng trong sản xuất bia Còn đại mạch đa hàng chỉ dùng trong chănnuôi và các mục đích khác

Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ươm mầm sẽ trở thành hạt malt tươi,hạt malt tươi lại tiếp tục qua quá trình sấy, tách rễ và đánh bóng sẽ trở thành hạtmalt khô tiêu chuẩn có thể bảo quản dài ngày trong điều kiện khô, mát và được sửdụng để sản xuất bia Trong quá trình xử lí hạt đại mạch để trở thành hạt malt hoànthiện hệ enzyme trong hạt đã được hoạt hóa và tăng cường hoạt lực, đặc biệt là hệenzyme thủy phân thực hiện quá trình chuyển hóa các chất cao phân tử để tạo rachất chiết của dịch đường

Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt cónguồn gốc từ đại mạch hai hàng, chủ yếu được nhập từ Úc hoặc một số nước châu

Âu như: Đức, Đan Mạch Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêucầu:

xxi

- Thời gian đường hoá: 10 – 20phút ở 70˚C

- Đường maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ:

đường maltose/đường phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51

Bảng 2.1.1 : Thành phần hoá học của malt

TT Thành phần hoá học của malt % chất khô

Bảng 2.1.2 : Thành phần hoá học của gạo

TT Thành phần hoá học của gạo % chất khô

Hoa Houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làmtăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinhhọc của sản phẩm Do những đặc tính cực kỳ đặc biệt và quý như vậy, cho nên nóvẫn là loại nguyên liệu "không thể thay thế" trong ngành công nghiệp sản xuất bia.Hoa Houblon trồng ở Tiệp khắc cũ là có chất lượng tốt nhất

Hoa houblon thường được sử dụng dưới 3 dạng: hoa cánh, hoa viên và caohoa

- Hoa cánh: hoa houblon tươi, nguyên cánh được sấy khô đến hàm ẩm

≈11%, sau đó được phân loại rồi xông hơi (SO2) để hạn chế sự oxy hóa và

sự phát triển của vi sinh vật

xxiii

- Hoa viên: hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, được nghiền và ép thành cácviên nhỏ, xếp vào các túi polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảoquản cũng như vận chuyển

- Cao hoa: trích ly các tinh chất trong hoa bằng các dung môi hữu cơ(toluen, benzen ), sau đó cô đặc để thu lấy chế phẩm ở dạng cao

1 kg hoa viên = 1,3 – 1,5 kg hoa cánh

1 kg cao hoa = 7 – 10 kg hoa cánh

* Các chỉ tiêu kĩ thuật của hoa:

- Hoa cánh có màu vàng hơi xanh, hoa viên có màu xanh, cao hoa có màuđen hoặc vàng Hoa cánh sử dụng là hoa cái chưa thụ phấn, nghiền còndính

- Hoa có mùi thơm đặc trưng, không lẫn các tạp chất

Bảng 2.1.3 : Thành phần hoá học của hoa

xxiv

- Nước uống phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm

- Nước trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơhọc, không chứa các vi sinh vật gây bệnh

- Độ cứng trung bình 5-6mg đương lượng/lít

II Chọn phương pháp nấu

Mục đích của quá trình nấu là: Hoà tan các chất có trong malt, gạo Sửdụng hệ enzyme của malt để thuỷ phân tinh bột thành đường, dextrin; thuỷ phânprotein thành axit amin, peptide, polypeptide bên cạnh đó còn trích ly các chấtchất trong hoa houblon để tạo hương vị đặc trưng cho bia

Quá trình nấu bia có thể chia làm 5 giai đoạn chính

 Nghiền nguyên liệu

 Hồ hoá và đường hoá

 Lọc dịch đường

 Nấu hoa

 Lắng xoáy và làm lạnh dịch đường houblon hoá

xxv

1 Nghiền nguyên liệu

Sản xuất bia là một công nghệ đòi hỏi kĩ thuật cao với nhiều công đoạnphức tạp Một trong số đó là khâu chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu chuẩn bị lànghiền matl và gạo

Nghiền malt: Malt là nguyên liệu quan trọng mà bia không thể thiếu Malt

là kết quả nảy mầm của đại mạch.Thành phần cấu tạo chủ yếu hạt malt là: vỏ vànội nhũ và phôi Malt được nghiền càng nhỏ thì khả năng thấm nước càng nhanh

và đều, khả năng tiếp cận xúc tác quá trình thủy phân của enzym càng thuận lợi vàhiệu quả.Nhưng lớp vỏ trấu không mang thành phần chất chiết cần thiết của dịchđường nếu nghiền nhỏ sẽ làm dịch đường đắng chát gây ảnh hưởng âm tính đếntính chất cảm quan của bia thành phẩm, hơn nữa lớp vỏ trấu lại đóng vai trò tạolớp màng lọc tích cực trong quá trình lọc dịch đường do đó chỉ nên nghiền thômalt Thực tế không có phương án nào thoả mãn tối ưu cho các yêu cầu nêu trên

mà để đảm bảo công nghệ sản xuất ra bia thành phẩm đạt chất lượng cao người tachọn giải pháp nghiền thô malt bằng máy nghiền trục

Có 3 phương pháp nghiền malt thường được dùng là: nghiền khô, nghiền

*Nghiền ẩm:

- Ưu điểm: Vỏ malt ít bị vụn hơn

- Nhược điểm: Khó vệ sinh

*Nghiền ướt:

- Ưu điểm: Vỏ trấu được bảo toàn nên dịch đường thu được có chất lượngcao, quá trình lọc thuận lợi

xxvi

- Nhược điểm: Thiết bị dễ ăn mòn, có kích thước lớn, vận hành nghiêmngặt, nghiền xong phải nấu ngay.

Căn cứ vào ưu nhược điểm của các phương pháp em chọn phương phápnghiền malt là nghiền ướt bằng máy nghiền trục nghiền malt ướt

Nghiền gạo: Để đạt được hiệu quả hồ hoá và đường hoá cao yêu cầu gạophải được nghiền thật mịn do đó giải pháp nghiền gạo bằng máy nghiền búa làphương pháp đơn giản mà đạt được hiệu quả cao

2 Hồ hoá và đường hoá

Vì nấu bia ở đây có sử dụng nguyên liệu thay thế nên không thể sử dụngphương pháp đường hóa toàn khối liên tục vì phương pháp này chỉ thích hợp khi

sử dụng 100% nguyên liệu là malt có độ nhuyễn tốt và lên men nổi Nếu sử dụngphương pháp đường hóa gián đoạn đun sôi từng phần nguyên liệu để tạo bướcnhảy nhiệt độ thì yêu cầu phải có nồi phối trộn được bảo ôn, nhưng một nhượcđiểm rất lớn là quá trình kéo dài tốn năng lượng để cấp hơi đốt và bơm Do đó ởđây em chọn phương pháp nấu hồ hoá gạo riêng, dịch cháo sau hồ hoá được đườnghoá chung với matl Với phương pháp này thời gian nấu được rút ngắn mà vẫnđảm bảo hiệu suất đường hoá, có thể thiết kế nồi cháo và nồi malt cấu tạo giốngnhau chỉ khác nhau về thể tích nên sẽ linh động trong tổ chức sản xuất Nồi nấuphải thiết kế hệ thống áo hơi để cấp nhiệt cho quá trình nấu, đồng thời phải cócánh khuấy để hoà trộn đều dịch bột và chống khê dịch ở sát vỏ

3 Lọc dịch đường

Để tách bã malt và làm trong dịch đường thì các giải pháp thường được đặt

ra là phân ly và lọc, tuy nhiên do lọc có ưu điểm là khả năng tách loại cặn tốt hơn,chế tạo và vận hành thiết bị đơn giản hơn nên hiện nay hầu hết các nhà máy biađều sử dụng phương pháp lọc để làm trong dịch đường

Thiết bị lọc dịch đường thường được sử dụng là máy lọc khung bản vàthùng lọc đáy bằng:

- Máy lọc khung bản có ưu điểm là thiết bị có kích thước nhỏ gọn hơnthùng lọc đáy bằng, lọc nhanh tốn ít nước rửa bã, nhưng thiết bị không kín

xxvii

nên dịch đường bị oxy hoá nhiều, tốn nhiều lao động thủ công để vận hành,

vệ sinh và bảo dưỡng cũng tốn công hơn

- Thùng lọc đáy bằng chiếm diện tích lớn, lọc chậm nhưng năng suất lọcvẫn lớn hơn máy lọc khung bản Thùng lọc đáy bằng có kết cấu cơ giới tựđộng nên vận hành đơn giản, bảo ôn tốt, thùng kín nên dịch đường ít bị oxyhoá hơn

Căn cứ vào những điều trên em chọn sử dụng thùng lọc đáy bằng để lọcdịch đường Thùng lọc đáy bằng có đáy giả cách đáy thật khoảng 2cm, có hệ thốngcào bã để nhanh chóng tạo và tạo lại lớp lọc, tạo không gian gom dịch đường Phíadưới thùng cần có hệ thống ống gom dịch, bên cạnh đó còn cần thiết bị ổn địnhlưu lượng dịch trước bơm, đường ống dẫn dịch ra cần thiết kế đoạn vồng lên đểtránh tạo áp suất chân không làm bít lỗ lọc, đồng thời tách đi một phần cặn lắngcủa dịch lọc Cần thiết kế cả đường ống để thông áp và hồi lưu dịch lọc còn đục

4 Nấu hoa

Nấu hoa nhằm mục đích bất hoạt hệ enzyme của malt đồng thời cũng làmột công đoạn để diệt vi sinh vật còn tồn tại trong dịch đường nhằm đảm bảo quátrình lên men sau này ổn định, đảm bảo chất lượng của bia thành phẩm

Bên cạnh đó quá trình này cũng trích ly các chất có lợi của hoa vào dịchđường: chất đắng trong hoa houblon vào dịch đường, thành phần này tạo vị đắngdịu đặc trưng cho bia đồng thời cũng kìm hãm các vi sinh vật gây đục cho biathành phẩm; các chất tanin làm kết tủa đạm cao phân tử tạo màng kéo theo cácphần tử dễ kết lắng trong dịch đường; tinh dầu thơm tạo hương cho bia thànhphẩm Ngoài ra trong quá trình này còn diễn ra nhiều phản ứng phụ khác như:phản ứng melanoid, phản ứng caramel hoá Để đảm bảo cấp nhiệt cho quá trìnhsôi mãnh liệt của dịch cần thiết kế cả hệ thống ống chùm gia nhiệt trung tâm đồngthời với vỏ áo hơi

Kỹ thuật nấu bổ sung hoa 3 lần để đạt hiệu suất trích ly cao:

xxviii

Phần 1: Bổ sung cao hoa khi dịch sôi khoảng 15 phút Phần cao hoa này có hàmlượng -axít đắng và tanin cao nhằm tạo vị đắng, kết tủa các đạm cao phân tử trongdịch đường

Phần 2: Bổ sung 1/2 lượng hoa viên khi dịch sôi được khoảng 60 phút

Phần 3: Bổ sung 1/2 lượng hoa viên trước khi đưa sang nồi lắng xoáy 10 phút.Phần hoa viên có hàm lượng axít đắng thấp hơn cao hoa mà chủ yếu để cung cấptinh dầu thơm tạo hương cho bia

5 Lắng trong và làm lạnh dịch đường houblon hoá

Đây là giai đoạn dễ nhiễm tạp nhất đặc biệt là nhiễm các loại vi khuẩn chịunhiệt có thể gây cho bia thành phẩm có mùi vị lạ do đó cần thiết kế các thiết bị đểđảm bảo tránh nhiễm tạp cho bia

Để làm trong dịch đường có thể sử dụng các thiết bị: thùng thấp hở, thùngkín lọc ly tâm, máy lọc tấm, lắng xoáy

Ở đây em chọn thiết bị lắng xoáy để làm trong dịch đường Thiết bị lắngxoáy có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng, dựa vào lực ly tâm và trọng lực nên

có thể đạt hiệu quả cao trong việc phân ly bã hoa và các cặn lắng khác ra khỏi dịchđường Để tránh nhiễm tạp trong khi lắng xoáy thì ống hơi ở thùng lắng xoáy thiết

kế có đường kính bằng khoảng 1/10 đường kính thùng để dòng hơi bốc lên đủmạnh để ngăn ngừa sự nhiễm tạp Để tăng hiệu quả phân ly thì đường ống đưadịch đường vào lắng xoáy phải thiết kế thu hẹp để tăng vận tốc dòng chảy trướckhi vào tiếp tuyến với thành thùng ở vị trí cách đáy 1/3 chiều cao thùng nhằm tậndụng hiệu quả lực ly tâm Đường ống cấp dịch cũng nên thiết kế đoạn cong lênnhằm tách bớt một phần cặn của dịch và ổn định dòng dịch Dịch trong được tháo

ra bằng cả đường ống tiếp tuyến cách đáy một khoảng và cả phía đáy nhằm tránhkéo theo bã Bã hoa được tháo ra ở đáy thùng bằng việc xả nước vào thùng, đểtháo bã dễ dàng thiết kế đáy thùng hơi nghiêng so với mặt phẳng nằm ngangchừng 3 – 5˚

xxix

Làm lạnh dịch đường để hạ nhiệt độ dịch đường xuống tới nhiệt độ lênmen Để tránh nhiễm tạp giai đoạn này cần tiến hành làm lạnh nhanh dịch đường,đồng thời cũng để đẩy nhanh tiến trình sản xuất.

Ở đây em chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản, làm lạnh 1 cấp, với chấttải nhiệt là nước lạnh 2˚C để làm lạnh nhanh dịch đường Nước sau khi lấy nhiệtcủa dịch đường được dùng để phục vụ quá trình nấu và vệ sinh hệ thống nồi nấu.Ngay sau lạnh nhanh bố trí thiết bị sục không khí vô trùng vào dịch đường rồi đưa

đi lên men

III Chọn chủng nấm men và phương pháp lên men

Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoáthành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng

Nấm men có khả năng chuyển hóa đường, dextrin thành cồn ethylic, khícacbonic, nước, các sản phẩm trung gian và sản sinh ra nhiệt trong quá trình lênmen

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giốngSaccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trườngnước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin,peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau đó, hàng loạtcác phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá cácchất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấmmen được tiến hành

Những quá trình này đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc ấnđịnh thành phần và chất lượng của bia

Lựa chọn phương pháp lên men hiện đại hay lên men gia tốc, ưu điểm củalên men gia tốc là thời gian lên men, rút ngắn thời gian, thiết bị gon nhẹ, khôngtốn diện tích mặt bằng phân xưởng, chất lượng của bia ảnh hưởng nhưng khôngđáng kể

xxx

1 Chọn chủng nấm men

Ở đây để thực hiện quá trình lên men chuyển hoá dịch đường houblon hoáthành bia vàng em chọn chủng nấm men chìm thuộc loại Saccharomycescarlbergensis

Đặc điểm: nấm men Saccharomyces carlbergensis, tế bào nấm men cónhiều hình dạng khác nhau hình cầu , tròn hay bầu dục, kích thước trung bình là 3– 5µm, sinh sản chủ yếu bằng phương thức nảy chồi,và chúng thường đứng riêng

lẻ hoặc cặp đôi, lên men ở điều kiện hiếm khí

Chủng nấm men này có khả năng lên men được đường glucoza,maltoza,fructoza, và dextrin phân tử lượng thấp

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men cácloại đường trisacarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có thể sửdụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3đường sacaroza

Có khả năng lên men ở điều kiện nhiệt độ thấp < 100C nên giảm được sựnhiễm tạp và tạo được bia có chất lượng cao bền sinh học Chúng có thể kết dínhvới nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành chùm tế bàonên lắng nhanh xuống đáy thiết bị, làm cho dịch lên men trong sáng và thuận lợicho việc tách men sau quá trình lên men để quay vòng tái sử dụng nấm men

Nguồn men giống:

10ml giác 100ml, rồi sang bình 1000ml, bình 5l, bình 20l trên môi trường nướcchiết malt có bổ sung thêm các chất dinh dưỡng chủ yếu là dạng muối khoáng, vớimôi trường 10 lít có thể lấy dịch từ thùng đường hóa trong quá trình sản xuất.

- Quá trình nhân giống: Có thể diễn ra theo nguyên tắc 1/10 hay 1/5 tùytheo chất lượng men Môi trường nhân men giống được lấy trực tiếp từ thùngđường hóa, trong quá trình nhân men có sục không khí vô trùng Mật độ dịch mengiống sau nhân men phải đạt khoảng 100-120 triệu tế bào/ ml

- Tái sử dụng men sữa: Men sữa có thể tái sử dụng vì có khả năng bù mentốt hơn Men sữa phải sạch, màu vàng óng, tỷ lệ tế bào sống cao, không tạp nhiễm

Kỹ thuật thu hồi men sữa:

Thông thường, cứ 1000l dịch đường cho khoảng 20l dịch sinh khối nấmmen sệt, độ ẩm 85-88% Sau khi kết thúc quá trình lên men chính ta tiến hành hạnhiệt độ xuống 40C, giữ trong 24h để thu hồi men sữa Khối kết lắng bao gồm: lớpcuối cùng là lớp cặn lắng, lớp giữa là lớp nấm men trẻ tốt màu trắng sữa, lớp trêncùng là xác tế bào chết có màu đen dùng làm thức ăn chăn nuôi

- Cách sử lý men sữa:

Lớp men sữa sạch thu được từ đáy thùng được lọc và rửa bằng nước vôtrùng 40C

Bơm nước lạnh vào các thùng rửa men rồi để lắng khoảng 90 phút

Sau đó gạn phần phía trên vì chủ yếu là các xác tế bào nấm men Tiến hành rửakhoảng 3÷4 lần để thu sữa men sạch Các tế bào nấm men chết sẽ nổi lên trên bềmặt và được gạn ra ngoài Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 6-7 lần tùy thuộcvào chất lượng nấm men

Sữa men sạch được kiểm tra để xác định chất lượng, hoạt lực, sau đó bảo quảntrong nước lạnh ở nhiệt độ 0-20C

Hoạt hóa: trước khi sử dụng ,để nấm men phát triển tốt cần hoạt hóa giống bằngcách: Nuôi cấy nấm men trong dịch đường với tỷ lệ dịch đường: men sữa= 4:1,sục không khí vô trùng, đồng thời tăng nhiệt độ lên men Khi có nhiều tế bào pháttriển và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc quá trình hoạt hóa

xxxii

2 Lên men sản phẩm bia chai

Bia chai có nồng độ dịch đường trước lên men là 12˚Bx ở đây em chọnphương thức lên men gián đoạn theo mẻ, phương pháp lên men gia tốc trong cácthiết bị lên men kín thân trụ đáy côn, sử dụng chủng nấm men thuộc loạiSaccharomyces calbergensis chu kì lên men là 21 ngày

Ưu điểm của lên men gia tốc so với lên men cổ điển là thời gian lên men,rút ngắn thời gian, thiết bị gon nhẹ, không tốn diện tích mặt bằng phân xưởng.Ởgiai đoạn lên men chính dịch lên men được duy trì ở nhiệt độ 8˚C trong thời gian 6ngày Sau lên men chính bia non được làm lạnh xuống 4˚C để nấm men dễ dàngkết lắng và được tháo ra ngoài Cuối cùng hạ nhiệt độ dịch lên men xuống 2˚C vàtiến hành quá trình lên men phụ và tàng trữ để lão hoá bia non thành bia tiêuchuẩn đồng thời bão hoà CO cho bia

Sau lên men bia được xử lý lọc và chiết chai

3 Lên men sản phẩm bia hơi

Bia hơi có nồng độ dịch đường trước lên men là 10˚Bx ở đây em cũng chọnphương thức lên men gián đoạn, phương pháp lên men gia tốc trong các thiết bịthân trụ đáy côn, sử dụng chủng nấm men thuộc loại Saccharomyces calbergensischu kì lên men 15 ngày Lên men chính tiến hành ở 8˚C trong thời gian 5 ngày.Sau lên men chính dịch lên men được hạ nhiệt độ xuống 4˚C và xả nấm men kếtlắng, rồi hạ nhiệt độ dịch lên men xuống 2˚C và để thực hiện lên men phụ

Sau lên men bia được xử lý lọc và chiết box

xxxiii

IV Thuyết minh dây chuyền sản xuất

xxxiv

Lọc đáy bằngNấu hoa

Xếp két

NướcNước

Bã malt

Bã hoa

Không khí

vô trùngMen giống

Bia hơi Bia chai

Hình 2.4.1 : Sơ đồ dây chuyền công nghệ

xxxv

1 Nghiền nguyên liệu

a Nghiền malt

Mục đích: Nghiền malt với mục đích phá vỡ cấu trúc của tế bào, tạo điềukiện thuận lợi thúc đẩy quá trình sinh hoá xảy ra trong nguyên liệu khi nấu nhằmthu được dịch đường có nồng độ các chất cao nhất từ nguyên liệu ban đầu

Yêu cầu khi nghiền malt là giữ vỏ malt càng nguyên càng tốt và cần có một

tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột, tỷ lệ này phụ thuộc vào thiết bị lọcdịch đường hoá Thành phần cơ học của bột nghiền phải phù hợp với tính năng củathiết bị lọc, sao cho thời gian làm việc ngắn nhất, hiệu suất và chất lượng lọc phảiđạt mức cao

Trong dây chuyền sản xuất này, chọn thiết bị lọc là thùng lọc đáy bằng,nghiền theo phương pháp nghiền ướt, sử dụng máy nghiền có 2 cặp rulô Maltđược đổ vào phễu hứng ở chân gầu tải thứ nhất, được gầu tải này đưa lên thiết bịcân malt, sau đó đổ xuống phễu hứng của gầu tải thứ hai và được đưa lên đổ vàothùng chứa Từ đây malt được chuyển dần xuống máy nghiền đồng thời được phunnước 65˚C, nghiền xong lại bổ sung thêm nước để hỗn dịch đạt nhiệt độ 45˚C vàđạt tỉ lệ: bột malt/nước = 1/4, dịch sữa malt này được bơm chuyển vào các nồinấu

b Nghiền gạo

Đặc điểm chung của các loại nguyên liệu chưa được ươm mầm như gạo làchưa trải qua quá trình đồ hoá, chưa chịu tác động bởi hệ enzym sitase Cấu trúcthành tế bào và các hạt tinh bột của chúng còn rất chắc, khó bị thuỷ phân Do đóyêu cần nghiền thật nhỏ và hồ hoá ở nhiệt độ cao để thu được nhiều chất chiết.Gạo được đổ vào phễu hứng và được gầu tải đưa lên đổ xuống máy nghiền búa,bột gạo sau nghiền được quạt gió đưa vào phễu hứng của gầu tải tiếp theo và đượcđưa lên cao, được vít tải đưa qua thiết bị phối trộn với nước ấm rồi đổ vào nồi hồhoá Bột gạo trong quá trình được quạt gió thổi và gầu tải vận chuyển sinh ra nhiềubụi nên ở những vị trí này có bố trí đường ống thông với túi lọc và xyclon táchbụi

xxxvi

2 Quá trình hồ hoá và đường hoá

a Hồ hoá

Mục đích: Do sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo với tỉ lệ 20% nên cầntiến hành hồ hoá và dịch hoá gạo trong thiết bị riêng trước khi đường hoá chungvới malt Vì gạo chưa trải qua quá trình đồ sinh học nên thành tế bào chưa bị phá

vỡ rất khó cho việc giải phóng tinh bột để đường hoá Do đó ta sử dụng lượng maltlót với tỉ lệ 20% so với lượng gạo thay thế nhằm mục đích giảm độ nhớt của dịchcháo giúp cho quá trình nấu dễ dàng hơn, tăng hiệu suất chất chiết và cũng thuậnlợi hơn cho quá trình đường hoá sau này

Tiến hành nấu gạo: Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nướcnóng Bột gạo được phối trộn với nước ấm để đạt nhiệt độ dịch khoảng 45˚C trướckhi bơm vào nồi với tỉ lệ: bột/nước = 1/5 Bật cánh khuấy, bổ sung axít lactics để

hạ pH của hỗn dịch xuống khoảng 5,4 – 5,6 Cho malt lót vào nồi với lượng bằng20% gạo và bổ sung thêm nước để tỉ lệ: bột/nước = 1/5 Nhiệt độ của khối dịchgiảm xuống khoảng 42 – 43˚C Bột được trộn đều và giữ ở nhiệt độ 42 – 45˚Ctrong khoảng 15 phút để tinh bột hút nước trương nở, đồng thời hệ enzyme trongmalt đặc biệt là peptidase thực hiện quá trình đạm hoá Cấp hơi để nâng từ từ nhiệt

độ của khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 10 phút Tiếp tục nâng nhiệt củakhối dịch lên 83˚C và giữ trong 30 phút để thực hiện quá trình hồ hoá tinh bột gạo.Cuối cùng cấp hơi đun sôi khối dịch trong khoảng 30 phút trước khi bơm sang nồimalt Thời gian nấu một mẻ khoảng 150 phút

b Đường hoá

Mục đích: Tạo điều kiện thích hợp thông qua điều chỉnh nhiệt độ, pH môitrường để hệ enzyme của malt hoạt động, đặc biệt là hệ enzyme thuỷ phân phân

xxxvii

cắt các hợp chất cao phân tử trong dịch cháo thành các hợp chất thấp phân tử dễhoà tan tạo thành chất chiết của dịch đường

Yêu cầu của quá trình đường hoá là dịch đường thu được chứa hàm lượngchất chiết tối đa và tỉ lệ giữa các thành phần là 80% đường có khả năng lên men.Trong quá trình đường hoá, tinh bột được thuỷ phân thành các đường đơn giản vàdextrin bậc thấp dễ tan; protein được thuỷ phân thành các hợp chất chứa nitơ chủyếu là có khối lượng phân tử trung bình: peptide, polypeptide, albumose; các hợpchất chứa phospho như Fitin bị thuỷ phân giải phóng axit phosphoric làm tăng độchua và lực đệm của dịch đường Ngoài các quá trình thuỷ phân bởi enzyme, trongquá trình đường hóa còn có thể xảy ra các phản ứng phi enzyme như phản ứngcaramel hoá, phản ứng melanoid, sự biến tính protein kém bền nhiệt, hoà tan cácchất trong vỏ malt vào dịch đường

Tiến hành đường hoá: Trong khi nồi cháo nấu thì vệ sinh nồi malt, khi cháosôi được khoảng 15 phút thì bơm dịch sữa malt vào nồi đường hoá Bật cánhkhuấy để đảo trộn đều dịch sữa malt Bổ sung NaCl với nồng độ 200mg/l để tạocho bia vị đậm đà dễ chịu, bổ sung axit lactics hạ pH của hỗn dịch xuống 5,4 – 5,5thuận lợi cho hoạt động của hệ enzyme thuỷ phân và cũng có tác dụng khử độcứng của nước còn lại Bơm dịch cháo từ nồi gạo sang nồi malt hoà trộn với dịchbột malt, khi đó nhiệt độ của hỗn dịch sẽ vào khoảng 54-55˚C, thời gian bơm cháokhoảng 5 phút Nâng nhiệt độ khối dịch lên 63˚C và giữ trong khoảng 40 phút.Tiếp tục nâng nhiệt độ khối dịch lên 72˚C và giữ trong khoảng 30 phút Nâng nhiệt

độ khối dịch lên 76˚C và giữ trong khoảng 20 phút, tiến hành thử tinh bột sót bằng

I2 rồi bơm sang thùng lọc Thời gian đường hoá một mẻ khoảng 130 phút

3 Lọc dịch đường

Mục đích: Tách dịch đường ra khỏi bã với hiệu suất thu hồi lớn nhất, đồngthời hạn chế tối đa sự oxy hoá dịch đường Lọc dịch đường có 2 giai đoạn: giaiđoạn thứ nhất là lọc để tách dịch đường ra khỏi bã, giai đoạn 2 là rửa bã để rút nốtphần chất hoà tan còn sót lại trong bã

xxxviii

Tiến hành lọc: Trước khi tiến hành lọc, thùng lọc cần được vệ sinh kỹ bằngnước, các mảnh các mảnh của đáy giả phải được ghép thật khít và chặt với nhau.

Lỗ tháo bã và các van xả dịch phải đóng chặt Bơm nước nóng vào các ống dẫndịch để đuổi không khí đồng thời bơm tới đầy khoảng không giữa hai đáy củathùng lọc Dịch đường từ nồi đường hoá sau khi được trộn đều, được bơm một lầnsang thùng lọc, đồng thời hệ thống cào bã hoạt động để dàn đều lớp bã trên mặtđáy giả Sau khi hết dịch đường hệ thống cánh đảo bã được nâng lên cao Dịchđường được để yên 20 phút để bã kết lắng tạo thành lớp lọc Có thể chia lớp bãthành 3 lớp: lớp dưới cùng gồm các phần tử nặng nhất và lớn nhất, dày khoảng1cm; lớp giữa gồm vỏ và các phần tử nặng khác; lớp trên cùng là các phần tử mịn

và nhẹ, xám, dày khoảng 1cm Sau đó mở van thu dịch đường, ban đầu dịch đườngcòn đục nên ta cho hồi lưu trở lại thùng lọc trong khoảng 15 phút đầu Khi dịchđường bắt đầu trong thì khoá van hồi lưu, dịch đường được đưa ngay sang nồi nấuhoa Nếu nồi hoa chưa sẵn sàng thì dịch đường được đưa sang nồi trung gian có vỏbảo ôn chứa tạm Lúc đầu tốc độ lọc nhanh, về sau tốc độ lọc chậm dần do mànglọc bị bít làm tăng trở lực khi đó cần ngừng quá trình lọc dùng hệ thống cào bã tạolại lớp màng lọc Dùng áp kế để kiểm tra tốc độ lọc Thời gian ép dịch lọc khoảng

90 phút Sau đó tiến hành rửa bã

Tiến hành rửa bã gián đoạn làm 3 lần, nước rửa bã có nhiệt độ 78˚C Saukhi thu hết dịch đường, khoá van xả dịch, cấp 1/3 lượng nước rửa bã, cho cánhkhuấy quay để làm tơi lớp bã giải phóng chất tan còn lưu trong bã vào dịch Đểyên 10 phút thì tháo dịch, dịch này cũng được bơm sang nồi hoa với dịch lọc trước

đó Kết thúc quá trình rửa bã hàm lượng đường trong bã còn 0,5 – 1˚Bx Thời gianrửa bã khoảng 60 phút

Tổng thời gian lọc khoảng 160 phút

4 Nấu hoa

Mục đích: Quá trình nấu hoa có mục đích chính: diệt enzyme của malt, diệt

vi sinh vật; kết lắng các phần tử khó tan phân tán trong dịch đường; trích ly các

xxxix

chất đắng và tinh dầu thơm trong hoa houblon để đem lại hương vị đặc trưng chobia thành phẩm

Trong quá trình đun hoa xảy ra một số biến đổi: sự đồng phân hoá các axit đắng thành izo α-axit đắng có độ hoà tan cao hơn và lực đắng mạnh hơn, vịđắng dịu hơn; trích ly tinh dầu thơm của hoa tạo hương thơm đặc trưng cho biavàng; tạo phức tanin-protein cao phân tử tạo màng kéo theo nhiều phần tử khác kếtlắng theo làm trong dịch đường, tạo độ ổn định keo cho dịch; vô hoạt các proteinenzyme của malt và diệt vi sinh vật tạp làm tăng tính ổn định sinh học của dịchđường đảm bảo quá trình lên men sau này dịch đường chỉ chuyển hoá bởi hệenzyme của nấm men Ngoài ra trong quá trình nấu hoa do nhiệt độ cao xảy ra cácphản ứng melanoid, phản ứng caramel hoá làm thay đổi tính chất cảm quan củadịch đường đặc biệt là độ màu của dịch đường Đun hoa còn có tác dụng làm bayhơi một số chất không mong muốn như dimethyl sulfua và các dẫn xuất; cô đặcdịch đường nhờ quá trình bay hơi nước; pH dịch đường cũng giảm từ 0,2 – 0,3

α-Tiến hành đun hoa: Thiết bị đun hoa được vệ sinh sạch sẽ trước mỗi mẻnấu Ngay từ khi dịch lọc đưa sang nồi hoa thì mở van cấp hơi nhưng ở mức vừaphải để duy trì nhiệt độ dịch lọc trên 90˚C Sau đó nâng dần nhiệt độ sao cho tớikhi toàn bộ dịch lọc và nước rửa bã được bơm sang nồi hoa thì dịch đường trongnồi cũng vừa sôi Khi dịch sôi được khoảng 15 phút thì cho toàn bộ lượng hoa caovào nồi Sau khi dịch sôi được khoảng 60 phút thì cho 1/2 lượng hoa viên vào nồi.Trước khi kết thúc đun hoa 15 phút thì bổ sung nốt 1/2 lượng hoa viên vào nồi Tỷlệ: cao hoa/hoa viên = 1/4 Thời gian đun hoa khoảng 90 phút

5 Lắng xoáy

Mục đích: Quá trình lắng trong cũng đồng thời làm lạnh sơ bộ dịch đườngnhằm mục đích tách bỏ các phần tử rắn hay cặn, bã hoa ra khỏi dịch đường, tránhbia không bị đục Đặc biệt là cặn nóng được tạo thành từ nhiệt độ trên 60˚C và cầnđược tách bỏ hoàn toàn vì chúng ảnh hưởng xấu tới quá trình lên men, làm biakém chất lượng, sinh ra một số axít có hại cho độ bền của bia

xl