Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất bia vàng với năng suất 5 triệu lít-năm

Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông LỜI CẢM ƠN ---oOo--Để hoàn thành tốt Đồ án công nghệ II này, trước hết em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Hóa, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ sinh học đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn thầy Bùi Xuân Đông – người đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, góp ý về nội dung cho em trong suốt quá trình làm đồ án. Trong thời gian làm việc với thầy, em đã được tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, đã được học tập tinh thần, thái độ làm việc nghiêm túc, hiệu quả của thầy. Đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này. Em xin chân thành cám ơn! SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 1 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN........................................................................................ 2 1.1. Định nghĩa bia vàng.............................................................................................. 2 1.1.1. Thành phần hóa học của bia...............................................................................2 1.1.2. Các chỉ số cảm quan...........................................................................................3 1.2. Nguyên liệu sản xuất bia....................................................................................... 3 1.2.1. Malt đại mạch..................................................................................................... 3 1.2.2. Hoa Houblon...................................................................................................... 5 1.2.4. Nấm men.............................................................................................................8 1.2.5. Nguyên liệu thay thế (Gạo)................................................................................ 8 1.2.6. Các loại nguyên liệu phụ khác........................................................................... 9 1.3. Các phương pháp lên men trong sản xuất bia.......................................................9 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.............................................................. 11 2.2. Thuyết minh quy trình.........................................................................................13 2.2.1. Làm sạch nguyên liệu.......................................................................................13 2.2.2. Nghiền nguyên liệu.......................................................................................... 13 2.2.3. Nấu nguyên liệu................................................................................................15 2.2.4. Lọc dịch đường.................................................................................................16 2.2.5. Houblon hóa..................................................................................................... 17 2.2.6. Lắng trong và làm lạnh.....................................................................................18 2.2.7. Lên men chính.................................................................................................. 19 2.2.8. Lên men phụ..................................................................................................... 21 2.2.9. Lọc trong bia.....................................................................................................22 2.2.10. Ổn định bia..................................................................................................... 22 2.2.11. Chiết chai........................................................................................................22 2.2.12. Thanh trùng bia.............................................................................................. 23 2.2.13. Dán nhãn.........................................................................................................23 CHƯƠNG III: CÂN BĂNG VẬT CHẤT................................................................. 25 3.1. Chọn các số liệu ban đầu.....................................................................................25 3.2. Kế hoạch sản xuất................................................................................................25 3.3. Tính cân bằng sản phẩm cho 100 kg nguyên liệu ban đầu.................................26 3.4. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày...............................................................31 3.5. Chi phí bao bì...................................................................................................... 33 CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ...........................................................................................36 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 2 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 4.1. Phân xưởng nấu................................................................................................... 36 4.1.1. Tính xilô chứa nguyên liệu...............................................................................36 4.1.2. Tính bunke chứa malt, gạo...............................................................................38 4.1.3. Máy làm sạch nguyên liệu................................................................................39 4.1.4. Máy nghiền nguyên liệu...................................................................................40 4.1.5. Cân nguyên liệu................................................................................................41 4.1.6. Tính cơ cấu vận chuyển....................................................................................41 4.1.7. Nồi nấu nguyên liệu......................................................................................... 45 4.1.8. Nồi houblon hóa.............................................................................................. 48 4.1.9. Nồi nấu nước nóng........................................................................................... 49 4.1.10. Thiết bị lọc khung bản....................................................................................50 4.1.11. Thùng chứa bã nguyên liệu............................................................................ 51 4.1.12. Thiết bị lắng Whirlpool.................................................................................. 52 4.1.13. Thiết bị làm lạnh.............................................................................................53 4.1.14. Chọn bơm cho phân xưởng nấu..................................................................... 54 4.2. Phân xưởng lên men............................................................................................55 4.2.1 Thiết bị lên men chính.......................................................................................55 4.2.2. Thiết bị lên men phụ.........................................................................................56 4.2.3. Thiết bị nuôi cấy nấm men...............................................................................57 4.2.4. Thiết bị lọc bia..................................................................................................59 4.2.5. Thùng phối trộn chất trợ lọc.............................................................................60 4.2.6. Thùng chứa ổn định bia sau khi lọc trong....................................................... 60 4.2.7. Chọn bơm cho phân xưởng lên men................................................................ 61 4.3. Phân xưởng chiết rót........................................................................................... 61 4.3.1. Máy chiết rót.....................................................................................................61 4.3.2. Máy rửa chai.....................................................................................................62 4.3.3. Máy rửa két.......................................................................................................62 4.3.4. Máy đóng nắp................................................................................................... 62 4.3.5. Máy dán nhãn................................................................................................... 62 4.3.6. Máy thanh trùng............................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................64 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 3 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông LỜI MỞ ĐẦU Bia là loại nước giải khát có từ lâu đời được rất nhiều người ưa chuộng. Đây là sản phẩm khởi nguồn từ những năm trước công nguyên. Người ta cho rằng Osiris (vị thần nông nghiệp của Ai Cập) là người hướng dẫn con người làm bia từ lúa mạch. Bia là một sản phẩm điển hình của công nghệ lên men. Ban đầu, cách đây hơn 5000 năm (TCN), người ta làm bia bằng cách lên men những loại ngũ cốc. Quá trình làm bia phát triển dần dần theo thời gian. Đến thế kỉ thứ VIII, hoa houblon đã được sử dụng trong làm bia. Ngành sản xuất bia thực sự được phát triển với sự ra đời của công trình “Nghiên cứu về Bia” của Louis Pasteur, ông đã đưa ra những nền tảng đầu tiên của một qui trình sản xuất hợp lí, và phương pháp thanh trùng Pasteur của ông vẫn được sử dụng cho đến ngày nay trong sản xuất bia. Đến ngày nay, công nghệ sản xuất bia đã phát triển đến đỉnh cao, nhiều thương hiệu bia nổi tiếng cả thế giới như Heniken, Tiger, Halida… được cả thế giới ưa dùng. Vì vậy, lượng bia sản xuất hàng năm không ngừng tăng lên. Được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon, nước và men đã tạo ra cho bia một hương vị đặc trưng mà các loại đồ uống khác không có được. Bia có một hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao giúp cơ thể giải khát một cách triệt để. Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa mà còn giảm được sự mệt mỏi sau ngày làm việc mệt nhọc. Đối với Việt Nam nói riêng, ngành công nghiệp bia hiện nay đang trên đà phát triển không ngừng và đang tạo cho mình một vị thế mới. Nhiều loại bia ra đời và đang chiếm lĩnh thị trường trong nước như bia Sài Gòn, bia Lager, bia HuDa, bia Hà Nội,... Mục tiêu nhắm đến của ngành công nghiệp bia hiện nay là sản xuất các loại bia có chất lượng cao, ổn định, đáp ứng thị hiếu cũng như nhu cầu của người tiêu dùng, tăng sức cạnh tranh với các sản phẩm khác. Để có thể tìm hiểu sâu và nắm bắt chi tiết hơn về dây chuyền công nghệ sản xuất bia, em đã chọn đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất bia vàng với năng suất 5 triệu lít/năm”. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 4 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1. Định nghĩa bia vàng Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hoá amylaza. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nước và sử dụng nguyên liệu thay thế là gạo, ngô, đường saccaraza với một quy trình khá đặc biệt, cho nên bia có tính chất cảm quan khá hấp dẫn đối với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao giúp con người giải khát một cách triệt để khi ta uống. Lượng bia sản xuất ngày càng tăng và sản phẩm ngày càng được đa dạng hoá mẫu mã nhằm đáp ứng yêu cầu dinh dưỡng và cảm quan của người tiêu dùng. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại bia, tùy theo từng loại nguyên liệu sản xuất mà ta có bia vàng và bia đen. Trong đó, bia vàng là loại phổ biến và được sản xuất nhiều hơn cả. Bia vàng có vị đắng dịu và mùi thơm đặc trưng được quyết định bởi nguyên liệu là malt vàng và hoa houblon. Hình 1.1. Một số sản phẩm của bia 1.1.1. Thành phần hóa học của bia Thành phần hóa học của bia phụ thuộc vào thành phần của nguyên liệu, nồng độ dịch lên men ban đầu và mức độ lên men. 1.1.1.1. Các chất bay hơi [1, trang 74] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 5 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Ngoài rượu Etylic và CO2, trong bia còn chứa một lượng không nhiều các chất bay hơi khác như rượu bậc cao, andehyt, các axit hữu cơ, este và một số chất khác. Hàm lượng rượu etylic quyết định đến chất lượng của bia. Hàm lượng rượu etylic từ 1,8–7,0% so với thể tích và hàm lượng CO2 khoảng 0,3 – 0,5% khí CO2 tính theo trọng lượng. Khí CO2 là thành phần quan trọng của bia, nó đảm bảo chất lượng cũng như vị tươi mát cho bia. Rượu bậc cao là các chất có mùi, vị và tham gia tạo este ảnh hưởng đến mùi vị của bia. Hàm lượng của nó khoảng 40–80mg/lit. Axetaldehyt và andehyt chủ yếu có trong bia và nó chứa khoảng 5mg/lit. Trong bia còn có chứa diaxetyl và một số hợp chất chứa lưu huỳnh như SO2 khoảng 2-16 mg/lit, H2S khoảng 0,04 mg/lit, các mecaptan bay hơi khoảng 0,07 mg/lit. 1.1.1.2. Các chất không bay hơi [1, trang 74] Phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men ban đầu và mức độ lên men, bia thành phẩm chứa 2,5-5% các chất không bay hơi. Trong đó saccarit chiếm 80-85%, các chất Nito 6-9%, Glyxerin 5-7%, các chất khoáng 3-4%, các chất đắng tanin và các chất màu 2-3%, các axit hữu cơ không bay hơi 0,7-1% và một lượng nhỏ vitamin. 1.1.2. Các chỉ số cảm quan [1, trang 75] Các chỉ tiêu cảm quan của bia là vị, mùi, màu, độ trong, sự tạo bọt và độ bền của bọt bia. Bia phải có mùi tinh khiết của hoa houblon và malt, không được có mùi lạ và mùi chua. Độ axit trung bình của bia khoảng bằng 4, pH dao động 4,1- 4,8. Vị của bia do các thành phần khác nhau của bia tạo nên, bia phải có vị đặc trưng. CO2 cũng góp phần tạo vị cho bia, yêu cầu CO2 trong bia phải ở dạng liên kết và tách ra khỏi bia chậm. Bia phải có bọt mịn, đặc và bền. Bia phải bão hòa đầy đủ CO2 thì khi rót bia vào cốc các bọt khí CO2 tách khỏi bia chậm và tạo thành lớp bọt bền trên bề mặt bia. Bia phải có màu vàng nâu hoặc vàng sáng và óng ánh, bia phải thật trong. 1.2. Nguyên liệu sản xuất bia 1.2.1. Malt đại mạch Malt là hạt hòa thảo nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhân tạo xác định. Nó là sản phẩm rất giàu chất dinh dưỡng: đường đơn, các axit amin, các chất khoáng, các nhóm vitamin và có hệ enzyme phong phú – chủ yếu là proteaza và amylaza. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 6 Đồ án công nghệ II Hình 1.2. Malt GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Hình 1.3. Đại mạch 1.2.1.1. Vai trò Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa, vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia. Bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và các tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác. 1.2.1.2. Cấu tạo Hạt malt gồm 3 bộ phân chính: Vỏ hạt, phôi và nội nhủ.  Vỏ hạt (Hull): Vỏ hạt chia thành ba bộ phận chính: vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron. Phần này thường chiếm từ 8 ÷ 15% trọng lượng hạt.  Phôi: Là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi thường chiếm từ 2,5 ÷ 5% trọng lượng hạt. Trong phôi có từ 37 ÷ 50% chất khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5 ÷ 6% đường saccharose, 7 ÷ 7,5% pentose, 6 ÷ 6,5% chất tro và một số ít thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như rất ít.  Nội nhũ (Endosperm): Chiếm từ 45 ÷ 68% trọng lượng hạt. Phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất bia. Thành phần chính trong nội nhũ là hạt tinh bột hình tròn, có kích thước rất lớn (từ 20 ÷ 30μ) hoặc rất bé (từ 2 ÷ 10μ). Rất ít những hạt có kích thước trung bình. Nếu hàm lượng protein trong đại mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 7 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Hình 1.4. Cấu tạo hạt đại mạch. 1.2.1.3. Thành phần hóa học [1, trang 32] Thành phần hóa học trung bình của malt bia tính theo phần trăm chất khô là: tinh bột 58 %, đường khử 4 %, saccaroza 5 %, pentozan hòa tan 1 %, pentozan không hòa tan và hexozan 9 %, xenluloza 6 %, chất chứa Nito 10 %, chất béo 2 %, chất khoáng 2,5 %. Ngoài ra còn một số chất như inozit, các chất màu, các tanin và chất đắng. Trong malt còn chứa các enzym thủy phân cần thiết cho sản xuất bia như: α-amylaza, β-amylaza, proteinaza, peptidaza, fitaza, xitaza, amylofotfataza… 1.2.1.4. Yêu cầu đối với malt dùng trong sản xuất bia [1, trang 32] Malt dùng để sản xuất bia phải sạch, có mùi thơm đặc trưng của malt, có vị ngọt, có màu vàng sáng đều. Không được có mùi vị lạ, không được mốc và không hôi khói. Yêu cầu kích thước của các hạt malt phải đều. Kích thước hạt malt đạt yêu cầu nếu như hạt malt trên sàn 2,8 mm và 2,5 mm chiếm 94 %, hạt dưới sàn 2,2 mm không quá 0,5%. Khối lượng riêng của malt trong khoảng 520-600g/l. Độ ẩm của malt không quá 6%. Độ chiết của malt: 75-82%. Thời gian đường hoá: 20-35 phút, hoạt lực amylaza đạt 100-300 đơn vị, hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt nhưng hàm lượng protein phải nằm trong khoảng 9-12%, nếu cao hơn bia sẽ đục, rất khó bảo quản, còn nếu thấp hơn thì bia kém bọt, vị kém đậm đà. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 8 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 1.2.2. Hoa Houblon 1.2.2.1. Vai trò Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất bia và hiện nay chưa một loại nguyên liệu nào có thể thay thế được. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Thành phần hóa học của hoa gồm nhiều chất khác nhau, những chất có giá trị cho bia là nhựa houblon, các chất tanin và tinh dầu. 1.2.2.2. Thành phần hoá học [1, trang 33] Hình 1.5. Hoa Houblon 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 phiprotein, xenluloza,…  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 oxy hoá 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 oxy 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 SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 9 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông tạo hương thơm cho bia. Trong quá trình bảo quản, tinh dầu sẽ mất dần do bay hơi và bị ôxy 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. 1.1.2.3. Phương pháp bảo quản và nâng cao hiệu quả sử dụng hoa[1,trang35] Để giữ chất lượng cho hoa thì nên bảo quản hoa trong các điều kiện sau:  Ngăn chăn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong thùng kín, môi trường chân không hoặc môi trường khí trơ.  Xông SO2 để hạn chế sự oxy hoá và phát triển của vi sinh vật.  Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0oC vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kìm hãm các quá trình hoá học, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.  Cách ẩm tốt. Nếu bảo quản được trong các điều kiện trên thì hoa có thể bảo quản trong 2 năm mà chất lượng không thay đổi. Hiệu quả sử dụng các chất đắng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khi đun sôi hoa với dịch đường, quan trọng nhất là thời gian và cường độ đun sôi, lượng và chất của hoa sử dụng và pH của dịch đường. Nếu tiến hành houblon hoá trong điều kiện tối ưu thì lượng chất đắng sử dụng được trong giai đoạn này khoảng 8085%, còn 1520% ở lại trong bã hoa. 1.2.3. Nước 1.2.3.1. 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 nguyên liệu, nấu nguyên 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. Nước có ảnh hưởng lớn đến tiến trình công nghệ và chất lượng sản phẩm. Vì vậy, nước dùng để nấu bia không những đòi hỏi phải có đầy đủ tiêu chuẩn của nước uống mà còn có những yêu cầu riêng đáp ứng cho công nghệ sản xuất bia. 1.2.3.2. Thành phần hoá học [1, trang 37] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 10 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Nước thực chất là một dung dịch loãng của các loại muối ở dạng ion.  Nhóm cation chiếm nhiều nhất là: Ca2+, Mg2+, H+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+.  Nhóm anion chủ yếu là: OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO43-. Các muối của canxi và magie là nguyên nhân gây độ cứng của nước. 1.2.3.3. Yêu cầu đối với nước dùng trong sản xuất bia [1, trang 36] Nước dùng để nấu bia trước hết phải trong suốt, không màu, có mùi dễ chịu hoặc không mùi và không chứa các vi sinh vật gây bệnh.  Độ cứng trung bình của nước: 56 miligam đương lượng/lit.  pH= 6,87,3.  Độ oxi hoá không vượt quá 12 mg/lit.  Hàm lượng căn khô không vượt quá 600 mg/lit.  Các chỉ tiêu sinh học: Hình 1.6. S.cerevisiae - Chuẩn độ coli không nhỏ hơn 300ml. - Chỉ số coli không lớn hơn 3. 1.2.4. Nấm men Để thực hiện quá trình lên men dịch đường houblon hoá, điều kiện tiên quyết là phải có một lượng nhất định sinh khối nấm men bia thuần khiết. Nấm men được sử dụng trong sản xuất bia gồm 2 loại:  Saccharomyces cerevisiae (giống nấm men nổi).  Saccharomyces carlsbergensis (giống nấm men chìm). Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để sản xuất bia: [2, trang 405] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 11 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông  Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một chủng nấm men phù hợp có chất lượng tốt có thể tái sử dụng đến đời thứ 7 thứ 8.  Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ, pH, thành phần môi trường.  Mật độ gieo cấy nấm men ban đầu càng nhiều thì hàm lượng diaxetyl càng thấp, chất lượng bia càng tốt, nhưng mật độ gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng 70.106 tế bào/cm3 thì hiệu quả mang lại không được rõ nét. 1.2.5. Nguyên liệu thay thế (Gạo) Người ta sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia nhằm mục đích giảm giá thành sản phẩm. Nguyên liệu thay thế có thể sử dụng là nguyên liệu giàu tinh bột hoặc giàu đường. Đối với nhà máy, nguyên liệu thay thế được sử dụng là gạo. Về khả năng thay thế malt đại mạch thì gạo là loại cốc được dùng nhiều hơn cả, mà chất lượng bia không thua kém so với sử dụng toàn bộ malt đại mạch. Trong thành phần chất khô của gạo thì tinh bột chiếm 75 %, protein 8%, chất béo 1 – 1,5%, xenluloza 0,5 – 0,8%, chất khoáng 1 – 1,2%. Trong quá trình nấu ta thu được nhiều chất hoà tan. Gạo có chứa rất nhiều tinh bột, protein vừa phải, chất béo và xenlulo ở giới hạn thấp. Do đó gạo là nguyên liệu thay thế khá lý tưởng. [2, trang 25] Yêu cầu về gạo sử dụng trong sản xuất bia phải sạch, không tạp chất, không mối mọt và lượng amylopectin thấp. Nước ta là một nước nông nghiệp nên gạo có thể thu mua ở trong nước. Gạo được bảo quản trong các xilo chứa, thời gian bảo quản là một tháng. 1.2.6. Các loại nguyên liệu phụ khác Dùng như các phụ gia trong quá trình sản xuất bia, các hóa chất sử dụng trong các công đoạn tẩy rửa, các loại bột trợ lọc, các chất ổn định và đặc biệt là các enzym sử dụng trong công đoạn sản xuất dịch đường lên men và lên men. 1.3. Các phương pháp lên men trong sản xuất bia  Lên men truyền thống SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 12 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Đây là phương pháp lên men có từ lâu đời, quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong hai thiết bị riêng biệt, đặt trong phòng lạnh. Thời gian lên men phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan ban đầu của dịch đường và chế độ nhiệt trong thời gian lên men đó. Quá trình lên men chính được thực hiện ở áp suất thường, còn quá trình lên men phụ được thực hiện dưới áp suất dư 0,3-0,7 atm. Tỷ lệ nấm men giống được sử dụng khoảng 0,4-0,6 l/100l dịch đường. Thiết bị lên men được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau và thường có dạng thân trụ, đáy côn hoặc chỏm cầu.  Lên men hiện đại Đặc trưng của phương pháp này là cả quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng một thiết bị. Thiết bị lên men không đặt trong phòng lạnh. Gồm có phương pháp lên men một pha, lên men liên tục và lên men bán liên tục.  Phương pháp lên men truyền thống có nhiều ưu điểm nổi bật đó là sử dụng thiết bị đơn giản, dây chuyền không khép kín, dễ kiểm soát khi gặp sự cố, không lên men liên tục nên thiết bị được rửa sạch thường xuyên. Do vậy, trong bài này em chọn phương pháp lên men truyền thống nhằm tạo ra sản phẩm bia có chất lượng cao. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 13 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông CHƯƠNG II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Quy trình công nghệ Malt Gạo Làm sạch Làm sạch Enzyme Nghiền Nghiền Nước Nấu Nấu Hơi Hơi Nước Hội cháo Malt lót Đường hóa Lọc dịch Hoa houblon Nấm men giống Rửa bã Houblon hóa Lắng trong Chất tải lạnh Bã Dịch Cặn Làm lạnh Nuôi cấy Lên men chính Hoạt hóa Lên men phụ và tàng trữ Xử lý Lọc Sữa men Ổn định bia CO2 Xử lý Nạp bình Chiết chai Đóng nắp Thanh trùng Dán nhãn SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 14 Bia thành phẩm Bã hèm Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Hình 2.1 Minh họa quy trình công nghệ[11] SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 15 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 2.2. Thuyết minh quy trình 2.2.1. Làm sạch nguyên liệu 2.2.1.1. Mục đích Malt và gạo trước khi đem vào sản xuất bia cần phải có quá trình làm sạch để loại bỏ tạp chất. Quá trình này đảm bảo cho nguyên liệu được sạch, kích thước hạt đồng đều, không ảnh hưởng đến chất lượng bia, thuận lợi cho quá trình nghiền. 2.2.1.2. Tiến hành làm sạch Nguyên liệu sau khi được định lượng thì qua máy làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, các hạt bị gãy dập, chất lượng kém hoặc mầm rễ còn sót, các tạp chất lớn như lông chim, lá khô,…để đảm bảo không ảnh hưởng đến chất lượng của bia. Sau đó, nguyên liệu được đưa qua bộ phận tách từ để loại bỏ các tạp chất có từ tính nhằm tránh gây ảnh hưởng đến quá trình nghiền phía sau. 2.2.2. Nghiền nguyên liệu 2.2.2.1. Mục đích Nhằm để làm giảm kích thước hạt, phá vỡ cấu trúc tinh bột, làm cho nước xâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hoá, thuỷ phân tinh bột diễn ra nhanh và triệt để hơn. 2.2.2.2. Yêu cầu khi nghiền  Malt  Vỏ malt giữ được càng nguyên càng tốt. Nếu giữ nguyên được vỏ malt thì sẽ ngăn chặn được việc chuyển các chất không có lợi từ vỏ vào dịch đường và bia. Mặt khác, vỏ malt càng nguyên càng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc, nâng cao vận tốc và hiệu suất lọc.  Nội nhũ phải được nghiền nhỏ. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ bột và tấm mịn, nhất là bột quá cao thì lọc dịch đường sẽ khó khăn và giảm hiệu suất thu hồi. Vì vậy, khi nghiền cần tạo tỷ lệ thích hợp giữa tấm thô, tấm mịn và bột phù hợp với từng loại thiết bị lọc.  Gạo Nghiền càng nhỏ càng tốt, khi đó khả năng tiếp xúc giữa cơ chất và enzyme càng cao, hiệu quả thuỷ phân tinh bột càng triệt để. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 16 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 2.2.2.3. Phương pháp thực hiện Có nhiều phương pháp nghiền: nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt. Tuy nhiên, lựa chọn phương pháp nghiền khô cho cả hai loại nguyên liệu vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện. Malt được nghiền bằng thiết bị nghiền hai cặp trục và gạo được nghiền bằng thiết bị nghiền búa.  Máy nghiền trục (nghiền malt)  Cấu tạo Malt Trục nghiền Hình 2.2 Máy nghiền trục (nghiền malt)  Nguyên tắc hoạt động Malt được đổ vào phễu và được nghiền sơ bộ ở cặp rulô thứ nhất. Khoảng cách giữa 2 trục nghiền của cặp rulô thứ nhất lớn hơn so với khoảng cách giữa 2 trục nghiền của cặp rulô thứ 2. Sau khi nghiền sơ bộ, bột malt được đưa vào rulô thứ 2 để nghiền tiếp.  Máy nghiền búa (nghiền gạo)  Cấu tạo: 1. Phểu nạp liệu 2. Búa 3. Lưới 4. Đĩa treo 5. Trục quay Hình 2.3. Máy nghiền búa (nghiền gạo)  Nguyên tắc hoạt động: SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 17 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông Nguyên liệu được đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Gạo được nghiền nát nhờ vào lực va đập của búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền búa. Búa được lắp trên đĩa treo số (4), các búa được treo cách đều nhau. Gạo sau khi được nghiền mịn sẽ đi qua lưới số (3) ra ngoài và được đưa vào bunke chứa. 2.2.3. Nấu nguyên liệu 2.2.3.1. Mục đích Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động của các hệ enzyme thuỷ phân. 1. Ống tháo hơi. 2. Cửa nạp liệu. 3. Cửa nạp hơi. 4. Áo hơi. 5. Cửa thoát nước ngưng. 6. Cửa tháo liệu. 7. Cánh khuấy. 8.Cửa quan sát. 2.2.3.2. Tiến hành nấu Hình 2.4. Nồi nấu nguyên liệu Sau khi nghiền xong, nguyên liệu nên đem đi nấu ngay vì nếu để lâu bột sẽ bị chua, làm ảnh hưởng đến chất lượng của bán thành phẩm và thành phẩm sau này. Tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp với nguyên liệu thay thế chiếm 45%. Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu và nước nấu là: Malt : nước = 1 kg : 3 lít Gạo : nước = 1 kg : 4 lít.  Nồi gạo: Gạo đã nghiền mịn với 10% bột malt lót (so với tổng lượng gạo) được đem vào phối trộn với nước ấm 370C theo đúng tỷ lệ trên. Bổ sung lượng chế phẩm enzyme Termamyl cần dùng vào. Khuấy trộn đều dịch bột trong vòng 10 phút. Sau khi khuấy trộn xong nhiệt độ của nồi nấu hạ xuống còn khoảng 350C, bổ sung axit lactic để pH hạ xuống còn 5,6 và giảm độ nhớt của dịch. Nâng nhiệt độ của khối nấu lên 660C với tốc độ khoảng 10C/phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để hồ hóa tinh bột. Sau đó nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi (khoảng 1050C) trong SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 18 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 30 phút và giữ sôi 20 phút. Trong suốt quá trình nấu gạo phải khuấy trộn liên tục để tránh cháy ở đáy nồi, vận tốc cánh khuấy khoảng 30÷40 vòng/phút.  Nồi malt: Khi nồi gạo đã tiến hành nâng nhiệt đun sôi thì nồi malt cũng bắt đầu cho nước 370C vào. Thời gian hòa bột malt và nước trong 10 phút. Bổ sung CaCl2, lượng enzim Ultraflo và axit lactic vào. Nhiệt độ của khối dịch khoảng 350C và pH là 5,6. Nâng nhiệt khối nấu lên 520C trong vòng 20 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hóa.  Hội cháo: Khi nồi gạo đun sôi xong thì quá trình đạm hóa ở nồi malt cũng vừa kết thúc. Tiến hành bơm cháo gạo sang nồi malt để hội cháo, thời gian bơm là 10 phút. Nhiệt độ toàn khối nấu lúc này đạt 630C, giữ ở nhiệt độ 630C trong 30 phút để tạo điều kiện cho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột. Sau đó, nâng nhiệt độ khối nấu lên 730C trong vòng 10 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột. Nâng nhiệt độ toàn khối dịch lên 780C trong vòng 5 phút rồi sau đó bơm dịch đi lọc. t,oC 20’ ts 78 73 66 63 52 37 35 30’ 10’ 30’ 30’ 10’ 0 10 10’ 30 60 70 20’ 30’ 10’ 30’ 5’ 30’ 10’ 90 100 120 130 160 170 Nồi gạo Nồi malt Dịch cháo hỗn hợp 200 205 T, phút Hình 2.5. Sơ đồ nâng nhiệt quá trình nấu 2.2.4. Lọc dịch đường 2.2.4.1. Mục đích Dịch đường hoá bao gồm các chất hoà tan và các chất không hoà tan nên cần phải lọc để tách các chất hoà tan ra khỏi các chất không hoà tan. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 19 Đồ án công nghệ II GVHD: TS. Bùi Xuân Đông 2.2.4.2. Tiến hành lọc dịch đường Hình 2.5. Máy lọc khung bản Để lọc dịch đường ta sử dụng thiết bị lọc khung bản. Quá trình lọc dịch đường gồm 2 giai đoạn:  Giai đoạn lọc.  Giai đoạn rửa bã. Trước khi lọc cần thiết phải bơm nước nóng vào khoảng không gian giữa khung, bản để làm nóng thiết bị. Sau đó, tháo nước nóng và bơm dịch vào. Trong khoảng thời gian đầu dịch đường chảy ra còn đục nên cần bơm hồi lưu về nồi đường hoá để lọc lại. Khi dịch đường đã đạt được độ trong cần thiết thì cho chảy vào thiết bị houblon hoá. Sau khi đã lọc hết dịch thì tiến hành rửa bã để thu hồi các chất hoà tan còn sót trong bã. Để tăng cường quá trình khuyếch tán các chất hoà tan vào dung dịch rửa bã thì cần dùng nước nóng 75÷ 78oC để rửa. Nước rửa bã cũng được chảy vào nồi houblon hoá. Không nên dùng nước có nhiệt độ quá cao để rửa bã và cũng không nên rửa bã quá kĩ. Bởi vì, nếu rửa kĩ quá thì một số các chất đắng và tanin sẽ trích ly vào làm cho dịch có mùi và vị không bình thường, đôi lúc còn làm loãng dịch đường nên phải mất thời gian và tốn kém năng lượng cho việc cô đặc đến nồng độ cần thiết. Dịch đường sau khi lọc xong phải đảm bảo về độ trong. Khi đã rửa bã xong thì tiến hành tháo bã và vệ sinh sát trùng thiết bị. SVTH: Trần Thị Liên – Lớp: 08SHTrang 20