Dây chuyền sản xuất bia

hư Heineken (Hà Lan), Heninger (Đức), Carlberg ( Đan Mạch), Foster (úc), Tiger (xingapore),… với tổng sản lượng hàng tỉ lít bia mỗi năm, đã tạo công ăn việc làm cho nhiều lao động và thu về những lợi nhuận khổng lồ. Nước ta là một nước nằm trong xứ nóng, vì vậy nhu cầu về nước giải khát chiếm một vị trí khá quan trọng nhất là trong những ngày hè oi bức nếu không cung cấp đủ nước giải khát cho nhân dân thì ta không tạo điều kiện để nâng cao năng suất lao động. Do vậy Đảng và chính phủ đã quan tâm rất nhiều đến sự phát triển của ngành nước uống. Cho đến nay, ngoài các nhà máy bia lớn như nhà máy bia Hà Nội, nhà máy bia Sài Gòn, với tổng công suất hàng trăm triệu lít/ năm, đã xuất hiện rất nhiều nhà máy và các xưởng sản xuất bia ở hầu khắp các tỉnh và thành phố trong cả nước. Các nhà máy này cùng với các cơ sở sản xuất bia đã tạo ra việc làm cho nhiều lao động và phần nào đáp ứng nhu cầu thị hiếu của nhân dân. Tuy nhiên, với mức dân số khoảng 80 triệu người, nhu cầu tìm kiếm công ăn việc làm và nhu cầu giải trí, giải khát của người dân không ngừng tăng lên, đặc biệt với nguồn lợi nhuận to lớn mà ngành công nghiệp bia có thể mang lại. Hứa hẹn trong thời gian tới sẽ có nhiều các nhà máy bia được xây dựng, góp phần giải quyết công ăn việc làm cho nhiều lao động, đáp ứng nhu cầu nước giải khát cho nhân dân, và ngành sản xuất bia của nước ta sẽ tiến nhanh và đuổi kịp các nước tiên tiến trên thế giới. Phần I: tổng quan về bia I. Thành phần và tính chất của bia. I.1. Thành phần của bia. Bia có thành phần hoá học rất phức tạp. Thành phần của bia phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu, những đặc tính của quá trình công nghệ và tuỳ thuộc vào từng loại bia. Thông thường thành phần chính của bia bao gồm: H2O 80-86% Chất hoà tan 5-10% CO2 0.3-0.4% Rượu Etylic 2.5-6.0% Chất chát 60- 80 mg/lit Chất đắng 70-100 mg/lit Ngoài các thành phần chính, bia còn có một số sản phẩm khác của quá trình lên men như rượu bậc cao, glyxêrin, các axit hữu cơ, các Este thơm. Chính các chất này đã tạo nên hương vị đặc trưng cho bia. I.2. Tính chất của bia thành phẩm. Để đánh giá chất lượng của bia thường dựa vào các chỉ tiêu sau đây: Mùi và vị của bia: Chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng của bia là mùi và vị. Bia phải có mùi và vị đặc trưng cho từng loại. Bia có mùi thơm của đại mạch, vị đắng dễ chịu của hoa houblon và vị lạnh tê của CO2 bão hoà, có vị đắng dịu, ngon, đậm hoà tan trong bia; bia không được có mùi chua, mốc. Mùi và vị của bia phải đầy đủ, tinh khiết, không được có mùi lạ. Mùi và vị của bia phụ thuộc vào các yếu tố sau: Chất lượng của nguyên liệu sử dụng như malt, nước, hoa houblon và nấm men, phụ thuộc vào chế độ lên men, thời gian tàng trữ, hàm lượng rượu, mức độ bão hoà CO2 trong bia,… Màu sắc và độ trong suốt của bia: Màu sắc của bia phụ thuộc vào màu và chất lượng của malt, thành phần của nước và quá trình kỹ thuật trong phân xưởng nấu. Màu sắc của bia phụ thuộc vào từng loại bia, đối với bia vàng thì màu vàng rơm, sáng óng ánh và trong suốt. Bia đạt được tiêu chuẩn trong suốt nếu nhìn thấy sự lấp lánh sáng qua cốc thuỷ tinh. Độ bền của bọt. Bia khác với những loại nước uống khác là khả năng tạo bọt và giữ bọt được lâu. Bọt gồm những phần tử CO2 liên kết với nhau trên bề mặt của bia. Độ bền của bọt là khái niệm được thể hiện bằng đơn vị thời gian kể từ thời điểm xuất hiện bọt cho đến lúc bọt tan hoàn toàn. Bọt tốt hay không phụ thuộc vào sự bão hoà CO2 trong bia, tuy nhiên nó còn phụ thuộc vào lượng các chất tạo bọt đó là Abumoza, pepton, các chất đắng của hoa houblon. Bia có khả năng tạo bọt tốt và giữ bọt lâu nếu khi ta rót bia vào cốc ở nhiệt độ 6-80C trên bề mặt có lớp bọt dày và dưới đáy cốc thường xuyên có những bóng nhỏ ly ti được tách ra và chạy lên bề mặt. Độ bền của bia. Đây là yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của bia. Nếu bia kém bền vững sẽ nhanh chóng bị hỏng trong thời gian tàng chữ. Độ bền vững của bia càng lớn nếu lên men càng hoàn toàn và khi lên men, tàng trữ ít tiếp xúc với O2. Lượng hoa houblon càng lớn thì giúp cho bia càng bền. Bia kém bền vững nếu trong bia hàm lượng CO2 ít và trong bia vẫn còn O2 ở dạng hoà tan. Ôxy hoà tan sẽ giúp cho một số vi sinh vật hiếu khí phát triển. Bia để ở chỗ có nhiệt độ và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời cũng giảm độ bền vững, Điều kiện tốt nhất để bảo vệ bia thành phẩm là chỗ tối và lạnh. II. nguyên liệu. II.1. nguyên liệu chính. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, nấm men và nước. II.1.1. Malt đại mạch. Malt đại mạch là một nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Nó được hình thành từ các hạt đại mạch nhờ quá trình nảy mầm. Có hai loại malt vàng dùng để sản xuất loại bia vàng và malt đen để sản xuất bia đen. Dùng malt khi thuỷ phân sẽ nhận được dịch đường có chất lượng cao, quá trình thuỷ phân diễn ra hoàn toàn và hàm lượng các chất hoà tan trong dịch đường là lớn nhất. Malt được nảy mầm từ hạt đại mạch. Malt dùng trong sản xuất loại bia vàng phải thoả mãn những yêu cầu sau: a. Cảm quan. Màu sắc: Vàng tươi, vỏ óng ánh. Vị và mùi: Vị ngọt nhẹ, dịu, không có mùi ủng, mùi vị lạ, mùi chua, mốc. Độ sạch: Không có lẫn tạp chất, không có hạt bị vỡ và hạt bị bệnh. b. Tính chất vật lý. Dung trọng: Từ 500-580 g/l. Trọng lượng tuyệt đối: 28-38 g/1000 hạt. Kích thước hạt: Chiều rộng>2,5 mm Chiều dài mầm: Từ 2/3- 3/4 chiều dài hạt. c. Thành phần hoá học. Độ ẩm : 6-8% Chất hoà tan: 65-82% Thành phần hoá học của malt tính theo phần trăm chất khô: Tinh bột: 50-65% Saccarozơ: 3-5% Đường khử: 2-4% Pentoza hoà tan: 7-10% Cellulo: 4-6% Đạm chung: 10% Đạm hoà tan: 3% Chất béo: 2-3% Chất khoáng: 2,5-3% Protid: 7-10% Chất tro: 2-3% Hexoza và Pentoza không hoà tan: 9% Ngoài ra còn một số các chất màu, chất thơm, chất đắng,… II.1.2. Hoa houblon. Hoa houblon là một nguyên liệu chính để sản xuất bia. Hoa houblon có chứa các chất thơm, các chất có vị đắng đặc trưng. Nhờ đó bia có vị đắng dễ chịu, có hương thơm, bọt bền, bia bền khi thời gian bảo quản kéo dài. Hiện nay người ta thường sử dụng hoa dưới 2 dạng: Hoa viên và cao hoa. Hoa dùng cho sản xuất bia cần thoả mãn những yêu cầu sau: Màu sắc: Xanh non (Hoa viên), Xanh thẫm (Cao hoa). Mùi thơm đặc trưng không hắc. Vị đắng đặc trưng. Thành phần hoá học của hoa houblon cho sản xuất bia tính theo % chất khô: Độ ẩm : 12.5% Các chất chứa Nitơ: 17.5% Xơ : 13.3% các chất đắng : 18.3% Este : 0.4% Tro : 7.5% Tanin : 3% Các chất trích ly không chứa Nitơ: 27.5% II.1.3. Nước. Trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm tới 80-86% do đó nước là một nguyên liệu không thể thiếu. Nước giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của bia thành phẩm vì vậy chất lượng nước đòi hỏi phải cao hơn so với nước thường dùng để uống. Nước sử dụng trong sản xuất bia cần đạt những yêu cầu sau: Thông số Tiêu chuẩn pH 6.5- 8.5 Độ cứng (CaCO3) mg/l 500 Độ đục 5 Độ màu Pt-Co 40 Fe mg/l 0.3 SS mg/l 5 NxOy- mg/l 10 Trực khuẩn Coli < 3 tế bào/1lít II.1.4. Nấm men. Nấm men được sử dụng trong sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc chủng Saccharomyces. Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúng là 25 - 30 0C nhưng một số loài vẫn có thể phát triển tốt ở 2- 3 0C. Chúng ngừng hoạt động ở nhiệt độ > 40 0C và chết dần nhưng chịu lạnh rất tốt (<-180 0C ). Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì nó là nhân tố để thực hiện quá trình chuyển hoá đường thành cồn và tạo ra hương vị đặc trưng cho từng loại bia. II.2. Các chất phụ gia và nguyên liệu thay thế. II.2.1. Các chất phụ gia. Là tất cả các chất được sử dụng dưới dạng nguyên liệu phụ nhằm đạt các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ cần thiết trong quá trình sản xuất bia. Bao gồm: Nhóm các chế phẩm enzim dùng trong công đoạn nấu. Nhóm phụ gia dùng để xử lý nước. Nhóm điều chỉnh độ pH. Chất trợ lọc: Bột Diatomit. Nhóm các chất vệ sinh thiết bị, nhà xưởng: axit, xút,... Nhóm các chất dùng để thu hồi CO2: Than hoạt tính, silicat,... I.2.2. Nguyên liệu thay thế. Nước ta thường dùng gạo làm nguyên liệu thay thế nhằm giảm giá thành của bia thành phẩm và tạo đặc trưng riêng cho bia. Thành phần hoá học của gạo tính theo phần trăm chất khô: Tinh bột : 70-75% Các loại đường : 2-5% Khoáng : 1-1.5% Prôtit : 7-8% Chất béo : 1-1.5% III. Giá trị thực phẩm của bia. Bia là một loại nước giải khát khá thông dụng, nếu sử dụng đúng mức thì bia sẽ gây cho con người một sự thoải mái dễ chịu và tăng sức lực của cơ thể. So với chè và cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại cho cơ thể con người. So với rượu thì hàm lượng rượu êtylíc trong bia rất thấp, do đó ảnh hưởng xấu đến cơ thể rất ít. Trong bia chiếm tỉ lệ nước lớn (80% khối lượng), còn lại là các chất hoà tan Protid, Gluxid, các rượu bậc cao, axit hữu cơ, chất chát, chất đắng,… các thành phần đó của bia đều dễ hấp thụ trong cơ thể. Bia cung cấp cho cơ thể một lượng muối khoáng nhất định, đặc biệt là Ca, Mg, P,… và trong bia có một số Vitamin B1, B2 ,…ngoài ra còn có CO2 bão hoà trong đó có tác dụng giải khát rất hữu hiệu. Nhờ những ưu điểm này mà bia được sử dụng ngày càng rộng rãi. Phần II: Lựa chọn công nghệ sản xuất bia I. Đường hoá nguyên liệu. Mục đích của quá trình đường hoá là nhằm chuyển hoá về dạng hoà tan tất cả các chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không hoà tan trong bột malt và gạo, chúng sẽ cùng với những chất hoà tan có trong tinh bột tạo thành chất chiết (chất hoà tan chung) của dịch đường. Nấu dịch đường có nhiều phương pháp, nhưng ta có thể chia thành hai phương pháp chính sau: Phương pháp ngâm và phương pháp đun sôi từng phần. Đặc trưng của phương pháp thứ nhất là toàn bộ khối lượng hồ malt sẽ đường hoá cùng một lúc ở nhiệt độ ban đầu hay nhiệt độ cuối 750C, không đun sôi. Đặc trưng của phương pháp thứ hai là malt sau khi được trộn lẫn với nước sẽ chia thành từng phần, các phần này sẽ đường hoá và đun sôi liên tiếp nhau, sau đó lại hoà lẫn với hồ malt ban đầu. Trong thực tế việc lựa chọn phương pháp nấu dịch đường tuỳ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, chất lượng bia nhà máy định sản xuất, thiết bị sử dụng và năng suất. Phương pháp ngâm được dùng nhiều khi sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi ở các nước Anh, Pháp, Bỉ,… vì rằng quá trình kỹ thuật rất đơn giản nên nó tạo điều kiện cho việc cơ giới hoá hay tự động hoá các quá trình sản xuất. Tuy nhiên nó có nhược điểm là việc thuỷ phân tinh bột khó khăn và kéo dài do tinh bột chưa được hồ hoá. Để khắc phục nhược điểm này ta dùng phương pháp đun sôi từng phần. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay. phụ thuộc vào số phần của hồ malt chia ra để đường hoá và đun sôi mà người ta chia ra: Đun sôi 3 phần, đun sôi 2 phần hay đun sôi 1 phần. I.1. Phương pháp đun sôi 3 phần. Bột malt và nước được trộn theo tỉ lệ nhất định rồi cho vào nồi hồ hoá. Nhiệt độ của nước cần phải điều chỉnh sao cho sau khi trộn ta được một hộ hợp có nhiệt độ 35-370C. Sau khi trộn đều toàn bộ lượng malt và nước như vậy ta để yên một thời gian ngắn để cho thành phần rắn lắng xuống dưới. Sau đó bơm 1/3 lượng hồ malt sang nồi đường hoá, phần hồ malt này gọi là phần thứ nhất. Ta bắt đầu nâng nhiệt từ từ lên 50-520C, giữ ở nhiệt độ này 5-10 phút. Sau đó tăng dần nhiệt độ lên 720C, ở nhiệt độ này sẽ kết thúc sự đường hoá của malt. Thời gian mất khoảng 25 phút. Sau đó bắt đầu tăng nhanh nhiệt độ và đun sôi cháo malt trong khoảng 20 phút. Kết thúc quá trình nấu phần thứ nhất mất 2 giờ. Bơm ngược trở lại nồi hồ hoá, cho cánh khuấy làm việc liên tục, đồng thời bơm từ từ để hạ nhanh nhiệt độ cháo malt xuống 520C, Ta để yên hỗn hợp này trong một thời gian ngắn, sau đó tiếp tục bơm 1/3 khối lượng hỗn hợp này sang nồi đường hoá. Phần hồ malt này gọi là phần thứ hai. Ta giữ đúng các yêu cầu như phần thứ nhất. Sau khi trộn đều phần thứ hai với toàn bộ khối lượng hồ malt, nhiệt độ hỗn hợp tăng lên 62-650C. Cả quá trình thứ hai mất 1 giờ 30 phút. Tiếp tục bơm 1/3 lượng hỗn hợp sang nồi đường hoá nhiệt độ tăng lên đến 75-770C nhằm đường hoá lần cuối cùng, sau đó ta lại đun sôi 10-15 phút và lại bơn trở về nồi hồ hoá. Cả quá trình nấu phần thứ ba mất 1 giờ. Lúc này nhiệt độ toàn bộ cháo malt đã hạ xuống 75-770C. Toàn bộ cháo malt đã đường hoá được bơm sang bộ phận lọc. Toàn bộ thời gian nấu theo phương pháp này mất khoảng 5 giờ 30 phút. Phương pháp này được sử dụng nhiều khi sản xuất bia đen hay loại bia có nguyên liệu phân huỷ kém. I.2. Phương pháp đun sôi hai phần. Hoà lẫn bột malt với nước ở nhiệt độ 50-520C và để yên trong khoảng 20 phút cho các phần rắn lắng xuống. Sau đó 2/5 hồ malt được bơm sang nồi đường hoá và bắt đầu đun nóng để nâng nhiệt độ lên 70-720C. Quá trình đường hoá xong sau 15-25 phút, ta tiếp tục đun nóng đến nhiệt độ sôi, cháo malt đun sôi 15-30 phút. Sau đó bơm ngược trở lại nồi hồ hoá, ta điều chỉnh nhiệt độ của hỗn hợp khoảng 650C, giữ ở nhiệt độ này 15-20 phút. Lần thứ hai Khoảng 1/3 hỗn hợp được bơm sang nồi đường hoá, nâng nhiệt độ đến 720C. Sau khi đường hoá xong ta lại đun sôi 15-20 phút. Sau đó ta bơm ngược về nồi hồ hoá trộn lẫn với phần còn lại, Nhiệt độ hỗn hợp lên đến 75-770C. Toàn bộ thời gian của phương pháp nấu này mất 4-4,30 giờ. I.3. Phương pháp đun sôi một phần. Bột malt và nước được hoà lẫn ở nhiệt độ 50-520C sau 30 phút, toàn bộ khối hồ malt được bơm sang nồi đường hoá, đun nóng và nâng nhiệt độ lên từ từ đến 650C để cho hồ malt đường hoá. Sau khi đường hoá xong ta đẻ yên một lúc cho các phần rắn của bột malt lắng xuống, phần nước ở trên ta gọi là dịch malt, ta gọi phần nước này và bơm sang nồi hồ hoá, trong dịch malt có chứa nhiều men amilaza hoạt động, phần đặc còn lại ta đun sôi khoảng 30-40 phút sau đó ta lại bơm sang nồi hồ hoá để trộn lẫn với dịch malt, nhiệt độ của hỗn hợp hạ xuống 75-770C. Toàn bộ thời gian nấu của phương pháp này là 3 giờ 30 phút. So với hai phương pháp trên nó có ưu điểm là thời gian nấu được rút ngắn và quy trình nấu đơn giản hơn. Phương pháp nấu một phần thường được ứng dụng khi chế biến dịch đường có hàm lượng chất hoà tan thấp. Do công nghệ sản xuất bia của ta sử dụng 30 phần trăm nguyên liệu thay thế là gạo do đó sử dụng phương pháp nấu đun sôi một phần là thích hợp nhất. II. Lên Men. Đay là công đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường hoa houblon hoá thành bia dưới tác dụng của nấm men. Quá trình lên men là một quá trình sinh hoá diễn ra rất phức tạp, trong đó tế bào nấm men ôxy hoá một lượng lớn cơ chất (chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp) có trong dịch đường để tạo thành rượu êtylic, CO2 và một số sản phẩm khác. Các chất này cùng với thành phần còn lại trong dịch hèm là các cấu tử hợp thành bia non. Chúng tạo ra cho bia có màu sắc, hương vị đặc trưng. Quá trình lên men trải qua hai giai đoạn: Giai đoạn lên men chính và giai đoạn lên men phụ. Hiện tại trên thế giới đang tồn tại song song hai giải pháp công nghệ sản xuất bia: Cổ điển và hiện đại. Theo công nghệ lên men cổ điển thì quá trình lên men chính và lên men phụ được tiến hành ở hai thiết bị khác nhau. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là thời gian lên men quá dài (Nhanh nhất là 28 ngày). Theo công nghệ lên men hiện đại của Nathan, cả hai quá trình lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong cùng một tank hình trụ, đáy côn, làm bằng kim loại, có áo lạnh bên ngoài, góc ở đáy là 700. Quá trình lên men được tiến hành như sau: Hai ngày đầu toàn bộ khối dịch len men giữ ở 140C, từ ngày thứ ba đến ngày thứ năm thì phần trên của tank lên men giữ ở 13-140C nhưng phần dưới hạ xuống 10-120C (Bằng cách sử dụng các áo khoác làm lạnh khác nhau). Duy trì ở nhiệt độ này cho đến khi hàm lượng chất hoà tan giảm từ 11% xuống 2,2-2,6% thì kết thúc lên men chính. Lúc này người ta hạ nhiệt độ phần đáy xuống 20C, để 2 ngày cho nấm men lắng xuống đáy. Sau đó làm lạnh ở thân thùng, hạ đồng đều toàn bộ khối dịch xuống nhiệt độ 0-20C. Quá trình lên men phụ coi như được bắt đầu và kéo dài 5-7 ngày. Sau khi kết thúc lên men phụ, cặn nấm men được tách ra bảo quản ở 0-40C. Quá trình lên men kết thúc. Công nghệ sản xuất bia hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ cổ điển: Thời gian lên men rút ngắn xuống ít nhất hai lần, vốn đầu tư thiết bị giảm 30%, cải thiện điều kiện lao động, tránh hao hụt trong khâu chuyển bia từ nhà lên men chính sang nhà lên men phụ. Do những ưu điểm trên, ta chọn lên men bia theo công nghệ hiện đại của Nathan. Phần iii: sơ đồ và thuyết minh dây chuyền sản xuất bia I. Sơ đồ Dây chuyền sản xuất bia. II. Thuyết minh dây chuyền. Gạo sau khi làm sạch được cân định lượng cho một mẻ nấu sau đó được nghiền trong máy nghiền búa (2) rồi qua gầu tải (4) vào nồi hồ hoá (5). ở đây bột gạo được lót 10% bột malt, trộn với nước theo tỉ lệ nhất định được hỗn hợp có nhiệt độ khoảng 500C, vận hành cơ cấu khuấy đảo đều nâng nhiệt độ nồi cháo lên 860C (nhiệt độ trương nở của tinh bột) trong suốt quá trình nấu cháo cần khuấy liên tục để tránh cấp nhiệt cục bộ và cháo bị cháy. Khi đạt 860C thì giữ ở nhiệt độ đó 30 phút. Sau đó hạ xuống 720C bằng cách cho thêm dịch malt vào nồi, giữ ở nhiệt độ này khoảng 30 phút, khi đó các enzim trong malt phân cắt mạch của các phân tử tinh bột làm khối cháo loãng ra. Tiếp tục nâng nhiệt độ từ từ lên 1000C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 60 phút. Kết thúc quá trình hồ hoá tinh bột. Malt sau khi làm sạch được cân định lượng cho một mẻ nấu sau đó đưa vào nghiền trong máy nghiền trục (3) rồi được chuyển đến cơ cấu phối trộn (7) bằng gầu tải (4). ở đây malt và nước được phối trộn với nhau theo tỉ lệ nhất định được hỗn hợp có nhiệt độ khoảng 35-370C rồi đổ xuống nồi đường hoá (8), cho cánh khuấy làm việc, để yên từ 5-10 phút cho một phần bột malt lắng xuống đáy. Lúc này dịch cháo bên nồi cháo cũng vừa chín. Bơm chuyển dịch cháo sang nồi đường hoá (8) bằng bơm ly tâm (6) đến khi nhiệt độ đạt 520C thì dừng bơm và giữ ở nhiệt độ này khoảng 10 phút. Tiếp tục bơm toàn bộ lượng dịch cháo còn lại sang và điều chỉnh nhiệt độ của nồi đường hoá ở 650C , giữ ở nhiệt độ này 60 phút. Sau đó nâng từ từ nhiệt độ lên 760Cvà giữ ở nhiệt độ này 15-20 phút. Quá trình đường hoá kết thúc. Dịch malt sau khi đường hoá xong gồm 2 hợp phần rắn và lỏng. Dịch malt được đưa sang máy lọc khung bản (10) để tách dịch đường ra khỏi lớp bã malt và các chất không tan khác. Quá trình lọc bã malt được tiến hành theo hai bước: Lọc dịch malt để tách dịch đường ra khỏi dung dịch thủy phân. Dùng nước nớng rửa bã thu hồi những chất hoà tan còn bám ở bã malt, thu dịch đường cuối. Kết thúc quá trình lọc dịch đường thu được có nhiệt độ khoảng 650C, độ pH < 6 được đưa bơm đun hoa (12). Bã malt được rút ra khỏi nồi dùng làm sản phẩm phụ. Để đảm bảo năng suất 5 mẻ nấu/ngày ta bố trí thùng chứa trung gian (11) để chứa dịch đường sau lọc tránh trường hợp khi lọc mẻ sau đã xong nhưng nồi đun hoa vẫn chưa kết thúc mẻ nấu trước. Nồi nấu hoa có hai tác dụng chính: Thứ nhất là chiết rút các thành phần có trong hoa houblon vào dịch hèm như chất đắng, chất chát, tinh dầu thơm, polyphênol, các hợp chất chứa nitơ và các thành phần khác của hoa, tạo cho hoa có màu sắc, vị đắng, có hương thơm đặc trưng, làm ổn định thành phần của bia, tăng độ bền sinh học và khả năng giữ bọt cho bia. Thứ hai là làm bay hơi nước để tăng nồng độ dịch hèm lên 110Bx theo yêu cầu công nghệ. Quá trình nấu hoa được thực hiện như sau: Dịch đường trong quá trình lọc và rửa bã được bơm liên tục vào nồi nấu hoa. ở đây, chúng được cấp nhiệt để nâng dần nhiệt độ lên 760C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 10 phút để đường hoá nốt phần tinh bột còn lại trong dịch đường. Sau đó đun sôi khối dịch trong 5 phút rồi cho 1/2 lượng hoa dùng cho mẻ nấu vào. Tiếp tục đun sôi khoảng 30-40 phút rồi cho 1/2 lượng hoa còn lại vào. Tiếp tục đun sôi trong 30 phút thì kết thúc quá trình nấu hoa. Dịch đường khi ra khỏi nồi nấu hoa phải đạt yêu cầu và pH ra khỏi nồi từ 5,3-5,6. Do đó trong quá trình nấu hoa ta cho một ít phụ gia H3PO4 để điều chỉnh độ pH. Sau khi nấu hoa houblon dịch đường được bơm sang thiết bị xoáy lốc (13). Mục đích của quá trình này là để tách bỏ bã hoa và các chất kết lắng ra khỏi dịch đường, đồng thời lợi dụng sự bay hơi của nước để giảm nhiệt độ dịch đường từ 100 oC xuống 90 oC. Quá trình lắng trong và làm nguội được tiến hành trong thùng lắng Whirlpool. Đây là một thiết bị thân trụ đáy côn, cổ thùng được nối với ống thoát hơi cao từ 4-5m. ở độ cao 1/4 thân thùng từ đáy lên là đường ống để bơm dịch vào thùng theo hướng tiếp tuyến với thân thùng. Khi dịch cách thùng 0.4-0.5m đường ống đột ngột thắt lại, làm cho dịch đường phóng vào thùng với tốc độ rất cao tạo ra một xung lượng theo phương tiếp tuyến của cột chất lỏng bên trong thùng và làm cho cả cột đó xoáy tròn. Nhờ lực hướng tâm lớn, cặn bị hút vào tâm thùng và lắng xuống đáy. kết thúc quá trình dịch đường được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh, còn cặn bị nén chặt ở đáy thùng được dội nước và xả ra ngoài. Dịch đường tiếp tục được bơm sang thiết bị làm lạnh nhanh (14) để hạ nhiệt độ dịch từ 900C xuống nhiệt độ lên men chính 140C. Quá trình này được tiến hành theo hai giai đoạn: Làm lạnh dịch từ 900C xuống 55-600C, dùng tác nhân lạnh là nước. Làm lạnh nhanh dịch từ 55-600C xuống nhiệt độ lên men chính 140C, dùng tác nhân lạnh là nước muối. Ra khỏi thiết bị làm lạnh nhanh dịch đường có nhiệt độ 140C, độ pH= 5,5 được bổ xung ôxy hoà tan rồi được bơm sang thiết bị lên men theo đường đáy thiết bị cùng với lượng men giống dự kiến dùng cho một mẻ nấu được lấy từ thùng nhân giống và trữ men (15), (16). Quá trình lên men là một quá trình sinh hoá diễn ra rất phức tạp, trong đó tế bào nấm men ôxy hoá một lượng lớn cơ chất (chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp) có trong dịch đường để tạo thành cồn, CO2 và một số sản phẩm khác. các chất này cùng với thành phần còn lại trong dịch hèm là các cấu tử hợp thành bia non. Chúng tạo ra cho bia có màu sắc, hương vị đặc trưng. Quá trình lên men trải qua hai giai đoạn: Giai đoạn lên men chính và giai đoạn lên men phụ. Sau 5-7 ngày, lên men chính kết thúc đáy thùng được hạ xuống nhiệt độ 20C, rút hết men, đem rửa sạch ở thùng rửa men (17) rồi chuyển sang thùng nhân giống và trữ men (16) để sử dụng cho các mẻ sau. Thông thường nếu men giống tốt thì có thể sử dụng được khoảng 10 đời. Sau đó toàn bộ dịch trong thùng được hạ đồng đều xuống 0-20C, quá trình lên men phụ coi như được bắt đầu. Sau 6-8 ngày, lên men phụ kết thúc, cặn men được tháo ra ngoài. Bia non tạo thành được bơm chuyển sang máy lọc (20) để loại bỏ các chất lơ lửng ra khỏi bia. Các chất này bao gồm: Các tế bào nấm men còn sót lại, các hạt phân tán cơ học, các dạng keo, các phức chất kết lắng của prôtêin, polyphenol,… Thiết bị sử dụng để lọc bia là loại thiết bị khung bản sử dụng giấy lọc và chất trợ lọc Diatomit. Để đảm bảo chất lượng bia theo yêu cầu công nghệ thường sử dụng chất trợ lọc Diatomit theo 2 dạng: Thô và tinh. Đầu tiên dạng thô được hoà vào nước sau đó bơm tuần hoàn trong thiết bị để tạo thành lớp phủ kín giấy lọc. Tiếp theo trộn dạng tinh và dạng thô theo tỉ lệ rồi bơm vào thiết bị để đồng nhất lớp lọc và ổn định chất lượng bia sau lọc. Bia được chuyển vào các khung của máy lọc. Dưới áp suất tăng dần, bia trong được ép qua giấy lọc vào các bản và được dẫn ra khỏi máy lọc đưa sang thiết bị trữ bia tươi. Bia sau lọc được gọi là bia tươi có nồng độ cồn theo yêu cầu công nghệ khoảng 50 được trữ trong thiết bị chứa bia tươi ở nhiệt độ khoảng 00C. Hàm lượng CO2 hoà tan trong bia tươi lúc này chưa đạt đến hàm lượng cần thiết vì vậy ta cần bổ sung CO2 vào bia. Quá trình hấp thụ CO2 được thực hiện ngay trong thiết bị tàng trữ bia với áp lực khoảng 1.6-1.7 kg/cm2 cho đến khi hàm lượng CO2 trong bia dạt chỉ tiêu 2-4g/lít Thì bia được bơm sang phân xưởng đóng gói. Một phần bia được chiết bock từ máy chiết bock (23) để cho ra sản phẩm bia hơi bán ra thị trường. Một phần bia được bơm sang máy chiết chai. Dây chuyền đóng chai hoạt động như sau: Vỏ chai được rửa trong máy rửa chai (24) rồi chuyển qua máy chiết chai (25). ở đây bia được chiết vào chai rồi chuyển qua hầm thanh trùng (26) sau đó được đưa sang máy dán nhãn (27) và đem bán ra thị trường. Phần Iv: Tính cân bằng vật liệu Để tính cân bằng vật liệu ta phải dựa vào: Công suất của Nhà máy là6 triệu lít/năm, giả thiết rằng nhà máy hoạt động 240 ngày liên tục, mỗi ngày sẽ phải nấu 6000000/240 = 25000 lít. Chọn phương án 1 ngày nấu 5 mẻ, lượng bia xuất xưởng cho 1 mẻ nấu là 25000/5 = 5000 lít Sản lượng bia xuất xưởng là 25000 l/1 ngày. Hàm lượng chất tan trong dịch đường trước lúc lên men là 11 oBx. Lượng nguyên liệu cần dùng được tính dựa trên năng suất bia thành phẩm và các tổn hao trong các giai đoạn. Chọn đơn vị tính là 1000 lít bia thành phẩm. I. Tính lượng dịch đường trước lúc lên men. Lượng bia tổn thất khi chiết xuất xưởng là 1%. Vậy lượng bia đã bão hoà CO2 là: 1000/(1- 0,01)= 1010,10 lít Lượng bia tổn thất trong quá trình sục CO2 là 0,5%. Vậy lượng bia trước khi sục CO2 là: 1010,10/(1- 0,005)= 1015,18 lít Lượng bia tổn thất trong quá trình lọc tinh là 1,5%. Vậy lượng bia trước khi lọc tinh là: 1015,18/(1- 0,015)= 1030,64 lít lượng dịch tổn thất trong quá trình lên men là 4%. Vậy lượng dịch hèm đưa vào lên men là: 1030,64/(1- 0,04)= 1073,58 lít Lượng dịch tổn thất trong quá trình lắng trong và làm lạnh là 3%. Vậy lượng dịch đường đưa vào lắng trong là: 1073,58/(1- 0,03)= 1106,78 lít Dịch hèm ở 11oBx ở 20 oC có khối lượng riêng là: r = 1044.13 kg/cm3 = 1.044 kg/lít Khối lượng dịch hèm sau khi đun hoa là: 1106,78. 1,044= 1155,63 kg Lượng chất chiết có trong dịch hèm sau khi đun hoa là: 1155,63. 0,11= 127,12 kg Tổn hao chất chiết trong quá trình nấu và lọc bã malt là 1,5%. Vậy lượng chất chiết cần thiết là: 127,12/(1- 0.015)= 129,05 kg II. Tính lượng gạo và malt cần dùng. Với malt ta có: Độ ẩm: 6% Độ hoà tan: 76% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Với gạo ta có: Độ ẩm: 12% Độ hào tan: 90% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Gọi M là lượng malt cần dùng thì lượng chất chiết thu được từ malt là: M. 0,94. 0,76. 0,995= M. 0,71 Với tỉ lệ thay thế là 30% so với khối lượng malt thì lượng chất chiết thu được từ gạo là: M. 0,88. 0,9. 0,995. 0,3/0,7= M. 0,34 Tổng lượng chất chiết thu được từ M kg malt và (0,3/0,7)M kg gạo là: 0,71M+ 0,34M= 129,05 kg Suy ra: M= 129,05/(0,71+0,34)= 122,9 kg Lượng gạo cần dùng là: (0,3/0,7). 122,9= 52,68 kg III. Tính lượng hoa houplon sử dụng. Khi sử dụng hoa viên thì tỉ lệ hoa cho vào là 1,8 g/1lít dịch đường. Như vậy lượng hoa cần sử dụng là: 1,8. 1106,78= 1992,2 gằ 1,99 kg IV. Tính lượng bã malt và bã hoa. IV.1. Tính lượng bã malt. Với malt ta có: Độ ẩm: 6% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Lượng malt sử dụng: 122,9 kg Với gạo ta có: Độ ẩm:12% Tổn thất do xay nghiền: 0,5% Lượng gạo sử dụng: 52,68 kg Tổng lượng chất khô của malt là: 0,94. 0,995. 122,9= 114,95 kg Tổng lượng chất khô của gạo là: 0,88. 0,995. 52,68= 46,13 kg Tổng lượng chất khô của gạo và malt là: 114,95+ 46,13= 161,08 kg Tổng lượng bã khô của malt và gạo là: 161,08- 129,05= 32,03 kg Với độ ẩm 80% thì lượng bã ướt thu được là: 32,03. 100/20= 160,13 kg IV.2. Tính lượng bã hoa. Chất không hoà tan của hoa: 50% Độ ẩm của bã: 80% Vậy lượng bã hoa là: 1,99. 100/20= 4,975 kg V. Tính lượng nước cần dùng để rửa bã malt. V.1. Tính lượng nước cần dùng để nấu cháo. ở nồi hồ hoá, ta đưa các chất vào theo tỉ lệ: (bột gạo+ 10% bột malt)/nước= 1: 5 Nước ở 200C có r= 998,23 kg/m3 [1-12] Do vậy lượng nước cần dùng là: 0,995. ( 262,07+ 611,5. 0,1). 5/998,23= 0,324 m3 V.2. Tính lượng nước cần dùng để đường hoá nguyên liệu. ở nồi đường hoá, tỉ lệ malt/nước= 1: 5 Do đó lượng nước cần dùng là: 0,995. 0,9. 122,9. 5/ 998,23= 0,551 m3 V.3. Tính lượng nước trong quá trình rửa bã. Tính lượng nước có trong dịch đường sau khi đường hoá: Lượng dịch ở nồi cháo là: 0,995. ( 52,68+ 122,9. 0,1). 6= 387,87 kg Khi nấu cháo, lượng dịch bị giảm 5% do nước bay hơi. Vì vậy khối lượng dịch cháo sau khi hồ hoá là: 387,87. (1- 0,05)= 368,48 kg Lượng dịch ở nồi đường hoá là: 0,995. 0,9. 122,9. 6= 660,34 kg Lượng dịch ở nồi đường hoá sau khi chuyển cháo sang là: 660,34+ 368,48= 1028,82 kg Khi đường hoá lượng dịch trong nồi đường hoá bị tổn thất 4% do nước bay hơi. Vì vậy lượng dịch sau khi đường hoá là: 1028,82. (1- 0,04)= 987,67 kg Trong đó lượng nước là: 987,67- (122,9+ 52,68). 0,995= 812,96 kg Tính lượng nước trong quá trình rửa bã: Trong khi đun hoa lượng dịch bị tổn hao là 10% do nước bay hơi. Vậy lượng dịch trước lúc đun hoa là: 1155,63. 100/90= 1284,03 kg Lượng chất chiết có trong dịch đường trước lúc đun hoa là: 129,05. (1- 0,015)= 127,11 kg Lượng nước trong dịch đường sau khi lọc bã malt là: 6388,37- 632.45= 5755,9 kg Lượng nước rửa bã cần dùng là: 1284,03+ 128,1- 812,96= 472,06 kg Thể tích nước rửa bã cần dùng là: 472,06/998,23 = 0,473 m3 VI. Tính lượng men cần sử dụng. Lượng men giống đưa vào khi lên men chính là 10% so với lượng dịch đưa vào. vậy thể tích dịch men cần dùng là: 1073,58. 0,1= 107,358 lít Khi sử dụng men tái sử dụng dưới dạng sữa men thì lượng sữa men cần sử dụng là 1% so với lượng dịch cần lên men. Vậy ta có lượng sữa men đưa vào là: 1073,58. 0,01= 10,736 lít Phần V: Tính toán một số thiết bị chính I. Nồi nấu cháo. I.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị. Theo phần tính cân bằng sản phẩm, lượng dịch ở nồi cháo tính cho 1000 lít bia thành phẩm là: 387,87 kg. Do đó khối lượng dịch cháo của 1 mẻ nấu là: 5. 387,87= 1939,35 kg Tỉ trọng dịch: bột= 1,08 kg/lít. Do đó thể tích dịch là: V= 1939,35/1,08= 1796 lít= 1,796 m3. Hệ số sử dụng của nồi là 0,75. Do đó thể tích của nồi hồ hoá là: V=1,796/0,75= 2,4 m3. Với thể tích này ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt= 1,4 m I.1.1. Đáy và nắp thiết bị. Chọn đáy và nắp elíp có gờ. Với Dt= 1,4 m ta tra được: [2-383] ht=40 mm h= 350 mm S= 2,31 m2 V= 0,421 m3 I.1.2. Thân thiết bị. Vt= V- (Vđ+ Vn)= 2,4- 2. 0,421= 1,558 m3 Suy ra: Chiều cao mức dịch trong thân: I.2. Tính bền cho thiết bị. Đường kính thân trong: 1400 mm Đường kính trong th._.