Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng xuất và chất lượng của công ty cổ phần bia Ninh Bình

iệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch−a từng đ−ợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn kí tên Hoàng Hải Đăng ii Lời cám ơn Đề tài: “Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất l−ợng của Công ty Cổ phần bia Ninh Bình” đ−ợc thực hiện d−ới sự h−ớng dẫn của GS.TS Phạm Xuân V−ợng đến nay đ hoàn thành. Tôi xin trân trọng cám ơn GS.TS Phạm Xuân V−ợng đ trực tiếp h−ớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ định h−ớng cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin trân trọng cám ơn tập thể cán bộ, giáo viên trong khoa Cơ Điện - Tr−ờng Đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thày cô giáo đ trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại tr−ờng và các thày cô giáo Khoa Sau Đại học- Tr−ờng Đại học Nông Nghiệp I - Hà Nội. Tôi xin trân trọng cám ơn Ban giám hiệu, các thày cô Khoa máy thi công-Tr−ờng Cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình đ tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin trân trọng cám ơn ban lnh đạo và cán bộ công nhân viên Công ty Cổ phần bia Ninh Bình đ tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập và thu thập số liệu. Tác giả luận văn kí tên Hoàng Hải Đăng iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vii mở đầu 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Đối t−ợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3. Tóm tắt nội dung luận văn 2 Ch−ơng 1 Tổng quan nghiên cứu 3 1.1. Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới 3 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới 3 1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu á 3 1.2. Tình Hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam 4 1.2.1. Hiện trạng về năng lực sản xuất 5 1.2.2. Hiệu quả kinh tế 5 1.2.3. Chủng loại bia 6 1.2.4. Định h−ớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam đến năm 2010 6 1.3. Các điều kiện của Công ty cổ phần bia Ninh bình 7 1.3.1. Điều kiện tự nhiên x hội 8 1.3.2. Nguồn nhân lực 8 1.3.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu 8 1.4. Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia ninh bình 9 1.4.1. Thành phần hoá học và dinh d−ỡng của bia 9 1.4.2. Thành phần và các chỉ tiêu của nguyên liệu 10 1.4.3. Dây chuyền sản xuất 14 1.4.4. Sơ đồ công nghệ 16 1.4.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 17 Ch−ơng 2 Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bia 36 2.1. Hệ thống xử lý nguyên liệu 36 2.1.1. Máy nghiền gạo 36 2.1.2. Máy nghiền malt 36 2.2. Tính toán hệ thống thiết bị phân x−ởng nấu 37 2.2.1. Công suất nhà nấu 37 2.2.2. Công suất một mẻ nấu 37 iv 2.2.3. Tính nồi hồ hoá 37 2.2.4. Tính nồi đ−ờng hoá 40 2.2.5. Tính thiết bị lọc dịch đ−ờng 42 2.2.6. Tính nồi nấu hoa 44 2.3. Tính toán hệ thống thiết bị phân x−ởng lên men 45 2.3.1. Tính thiết bị lên men 45 2.3.2. Tính tank chứa bia thành phẩm 49 2.3.3. Tính hệ thống lọc bia 50 2.4. Tính hệ thống thiết bị gây men 51 2.4.1. Thiết bị gây men giống cấp 1 51 2.4.2. Thiết bị gây men giống cấp 2 52 2.4.3. Thiết bị gây men giống cấp 3 53 2.5. nhận xét và đánh giá thiết bị 54 Ch−ơng 3 55 Tính toán kiểm tra nhiệt một số quá trình 55 3.1. Các quá trình nấu 55 3.1.1. Quá trình nấu trong nồi hồ hoá 55 3.1.2. Quá trình nấu trong nồi đ−ờng hoá 56 3.1.3. Quá trình nấu trong nồi hoa 57 3.2. Tính nhiệt cần cung cấp cho hệ thống nồi nấu 58 3.2.1. Nhiệt cần cung cấp cho nồi hồ hoá 58 3.2.2. Nhiệt cần cung cấp cho nồi đ−ờng hoá 63 3.2.3 Nhiệt cần cung cấp cho nồi hoa 68 3.3. nhận xét và đánh giá thiết bị 73 Ch−ơng 4 đề xuất đóng góp ý kiến hoàn thiện dây chuyền sản xuất bia 74 4.1. tính toán máy nghiền malt 4.1.1. Yêu cầu công nghệ của quá trình nghiền 74 4.1.2. Cấu tạo của máy nghiền trục 79 4.1.3. Tính toán các thông số cơ bản của máy nghiền trục 80 4.1.4. Kết luận 89 4.2. Đề xuất phơng án hoàn thiện thiết bị Lên men phụ và tàng trữ bia 89 4.2.1. yêu cầu công nghệ của quá trình lên men và tàng trữ bia 89 4.2.2. Đề xuất 90 Kết luận và đề nghị 92 Tài liệu tham khảo 93 v Danh mục các bảng Số bảng Tên bảng Trang Bảng 4-1 ảnh h−ởng của mức độ nghiền malt đến thể tích bột nghiền và thể tích khối b 75 Bảng 4-2 Sự liên quan giữa thiết bị lọc b và các thông số nghiền malt 77 Bảng 4-3 Các thông số cơ bản của máy nghiền 82 Bảng 4-4 Kích th−ớc của rnh 85 vi Danh mục các hình Số hình Tên hình Trang Hình 1-1 Cấu tạo hạt đại mạch 10 Hình 1-3 Cấu tạo của nồi đ−ờng hoá 19 Hình 1-4 Máy lọc ép khung bản 20 Hình 1-5 Nồi đun hoa 21 Hình 1-6 Thùng lắng 22 Hình 1-7 Máy làm lạnh tấm bản hai cấp 23 Hình 1-8 Dây truyền công nghệ nhân men giống từ chủng thuần khiết 24 Hình 1-9 Thiết bị lên men chính 26 Hình 1-10 Tank đứng 28 Hình 1-11 Máy lọc bản có chất trợ lọc diatomit 28 Hình 1-12 Máy chiết chai đẳng áp 32 Hình 2-1 Nồi hồ hoá 38 Hình 2-2 Nồi đ−ờng hoá 40 Hình 2-3 Thiết bị lọc dịch đ−ờng 42 Hình 2-4 Nồi nấu hoa 44 Hình 2-5 Tanh lên men 46 Hình 3-1 Đồ thị nhiệt của nồi hồ hoá 56 Hình 3-2 Đồ thị nhiệt của nồi đ−ờng hoá 57 Hình 3-3 Đồ thị nhiệt của nồi hoa 58 Hình 4-1 Cấu tạo của máy 4 trục nghiền dùng để nghiền hạt 79 Hình 4-2 Sơ đồ tính toán để xác định đ−ờng kính cho phép nhỏ nhất của trục nghiền 80 Hình 4-3 Cấu tạo trục 81 Hình 4-4 Cấu tạo răng khía của trục 83 Hình 4-5 Sơ đồ tác động của cặp trục nghiền hạt 84 Hình 4-6 Sơ đồ của cơ cấu điều chỉnh khe hở giữa các trục 86 Hình 4-7 Sơ đồ để dựng quỹ đạo bay của hạt sản phẩm có trục cán cấp liệu 87 Hình 4-8 Van tiết l−u kiểu hình quạt để điều chỉnh số l−ợng sản phẩm đ−a vào trong máy 89 1 mở đầu 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Bia là một loại n−ớc giải khát lâu đời. Bia đ−ợc sản xuất bằng ph−ơng pháp lên men từ các nguyên liệu chủ yếu là malt, n−ớc, hoa houblon và nấm men. Do đ−ợc sản xuất từ các nguyên liệu trên nên bia luôn có h−ơng thơm và vị đắng đặc tr−ng của hoa houblon và là sản phẩm không thể thiếu đ−ợc trong lĩnh vực giải khát. Khác với những loại giải khát khác bia có chứa một l−ợng cồn thấp (3%ữ5%), h−ơng thơm và vị của bia là do các hợp chất chiết từ các nguyên liệu, từ các quá trình lên men dịch đ−ờng sinh ra nh− CO2 bo hoà trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của ng−ời uống. Ngoài ra bia còn chứa l−ợng nhỏ chất kích thích, làm tăng sự tiêu hoá thức ăn của dạ dày.Về mặt dinh d−ỡng bia có chứa nhiều loại vitamin nh− B1, B2 và axít amin rất cần thiết cho cơ thể. Trải qua hàng nghìn năm cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm nên công nghệ sản xuất bia không ngừng phát triển và ngày càng đ−ợc mở rộng. Hiện nay ngành sản xuất bia đựơc coi nh− một ngành công nghiệp mang tính chất th−ơng mại ở nhiều n−ớc trên thế giới, đó là một trong những ngành sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nhiều quốc gia. Việt Nam là một n−ớc có khí hậu nóng, ẩm nhu cầu về bia nói riêng và các loại n−ớc giải khát nói chung là rất lớn. Trong vòng 15 năm trở lại đây, ngành công nghiệp sản xuất bia trong n−ớc có những b−ớc đột phá đáng kể nhằm nâng cao chất l−ợng và sản l−ợng bia chủ yếu tập chung vào các lĩnh vực: Sử dụng nguyên liệu thay thế, nghiên cứu công nghệ lên men bia nồng độ cao…nhằm mục đích nâng cao hiệu suất trích ly nguyên liệu cải thiện chất l−ợng dịch đ−ờng, tăng hiệu suất lên men và rút ngắn chu kỳ sản xuất. Thực tế sản xuất bia ở Công ty Cổ phần bia Ninh Bình có những điểm khác biệt nh− sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế cao, thời gian lên men và 2 tàng trữ ngắn, hệ thống thiết bị đôi khi còn ch−a đồng bộ một số thiết bị nhập từ n−ớc ngoài một số thiết bị sản xuất tại Việt Nam nh− máy nghiền gạo và malt nên năng suất và chất l−ợng bia ch−a cao. Để nâng cao năng suất chất l−ợng và giảm giá thành sản phẩm thì việc nghiên cứu cải tiến một số thiết bị là vấn đề cấp thiết. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất l−ợng của Công ty cổ phần bia Ninh Bình”. 1.2. Đối t−ợng, mục tiêu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Cải tiến một số thiết bị trong dây chuyền sản xuất bia nhằm nâng cao năng suất và chất l−ợng, đáp ứng đ−ợc nhu cầu thực trạng của Công ty cổ phần bia Ninh Bình. - Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao năng suất và chất l−ợng và hạ giá thành sản phẩm. - Kết quả của đề tài góp phần thúc đẩy nền công nghiệp sản xuất bia phát triển. 1.3. Tóm tắt nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm: Mở đầu Ch−ơng 1: Tổng quan nghiên cứu Ch−ơng 2: Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bia Ch−ơng 3: Tính toán cân bằng nhiệt một số quá trình Ch−ơng 4: Đề xuất đóng góp ý kiến hoàn thiện dây chuyền sản xuất bia Kết luận và kiến nghị 3 Ch−ơng 1 Tổng quan nghiên cứu 1.1. Hiện trạng công nghiệp bia trên thế giới 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới Đối với các n−ớc có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cũng nh− thu nhập khá cao thì bia đ−ợc xem nh− một loại n−ớc giải khát thông dụng. Còn đối với các n−ớc đang phát triển nh− n−ớc ta thì nền công nghiệp bia vẫn còn non trẻ, sản phẩm bia đ−ợc coi là một loại n−ớc giải khát xa xỉ. Tuy nhiên những năm gần đây bia cũng dần đ−ợc phổ biến một cách rộng ri hơn với sản l−ợng ngày càng cao. Hiện nay trên thế giới có nhiều quốc gia sản xuất bia với sản l−ợng lớn cỡ trên hàng tỉ lít/năm nh−: Mỹ, CHLB Đức mỗi n−ớc sản xuất trên d−ới 10 tỉ lít/năm, Trung Quốc 7 tỉ lít/năm. Thống kê bình quân trên mức tiêu thụ bia hiện nay ở một số n−ớc công nghiệp tiên tiến nh− sau: Cộng Hoà Czeh - Slovakia 150 lít/ng−ời/năm, CHLB Đức 147 lít/ng−ời/năm, Đan Mạch 125 lít/ng−ời/năm. Các n−ớc xung quanh ta nh− Singapore đạt 18 lít/ng−ời/năm, Philippin đạt 20 lít/ng−ời/năm ...[4] ở các n−ớc trên thế giới hầu hết sử dụng dây truyền sản xuất hiện đại của các n−ớc nh− Nhật Bản, Đức và Ba Lan... Vì vậy năng suất và chất l−ợng đ−ợc nâng cao. 1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Châu á Châu á là khu vực có số dân đông nhất thế giới do vậy đây là khu vực đầy tiềm năng, tuy nhiên do mức sống cũng nh− thu nhập trung bình của ng−ời dân ở đây ch−a cao. Qua một vài năm gần đây, theo số liệu thống kê cho thấy sản l−ợng bia tiêu thụ ở khu vực Châu á tăng nhanh và theo nhận định của các nhà nghiên cứu thị tr−ờng bia của thế giới thì bia của Châu á đang ngày càng giữ vị trí 4 dẫn đầu trên thị tr−ờng bia thế giới. Trong khi đó ở Châu Âu có phần chững lại, từ năm 1989ữ1993 tăng bình quân 4,4%/năm, thì ở Châu á tr−ớc kia nhiều n−ớc có mức tiêu thụ bia trên đầu ng−ời thấp đến nay đ tăng bình quân 6,5%/năm. Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philippin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Đây là những n−ớc có tốc độ tăng nhanh trong khu vực. Thị tr−ờng bia Nhật Bản chiếm 66% thị tr−ờng bia khu vực với 30,9 tỉ USD. Năm 1939 sản l−ợng bia của Nhật Bản là 30 triệu lít và mức tiêu thụ tính trên đầu ng−ời t−ơng đ−ơng ở Việt Nam hiện nay, năm 1960 sản l−ợng bia v−ợt quá 100 triệu lít, đến năm 1991 mức tiêu thụ bình quân đầu ng−ời là 55,6 lít/ng−ời/năm. Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự tăng tr−ởng của ngành công nghiệp bia Châu á. Từ năm 1980ữ1993 sản l−ợng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức là tăng 17 lần. Thời kỳ từ năm 1981ữ1987, mức tăng tr−ởng trên 30%/năm, từ năm 1988 tốc độ tăng tr−ởng bình quân mỗi năm trên 20%.[4] 1.2. Tình Hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam Bia đ−ợc đ−a vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà máy bia Sài Gòn và nhà máy bia Hà Nội, nh− vậy bia Việt Nam đ có lịch sử trên 100 năm. Hiện nay do nền kinh tế của n−ớc ta phát triển khá mạnh nên đời sống cũng nh− thu nhập của ng−ời dân đ−ợc cải thiện một cách đáng kể. Bia không còn đ−ợc coi là một loại n−ớc uống xa xỉ nữa cho nên nhu cầu về bia là rất lớn cộng thêm là sự thay đổi về cơ chế quản lý của nhà n−ớc mà chỉ trong một thời gian ngắn ngành sản xuất bia có những b−ớc phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu t− và mở rộng các nhà máy bia có từ tr−ớc và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc trung −ơng và địa ph−ơng quản lý, các nhà máy liên doanh 5 với các hng bia n−ớc ngoài. Công nghiệp sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển các ngành khác nh−: vỏ lon nhôm, két nhựa, vỏ chai thuỷ tinh, các loại nút chai và bao bì khác.[4] 1.2.1. Hiện trạng về năng lực sản xuất Theo thống kê hiện nay, cả n−ớc có khoảng 469 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng sản l−ợng 669 triệu lít/năm. Trong đó có khoảng 7 nhà máy có công suất lớn hơn 30 triệu lít/năm với tổng sản l−ợng là 493,2 triệu lít/năm chiếm 73,3% và khoảng 13 nhà máy có công suất 13ữ20 triệu lít/năm với tổng sản l−ợng là 117,1 triệu lít/năm chiếm 17,5% còn các nhà máy có công suất 3ữ10 triệu lít/năm là khoảng 34 nhà máy với tổng sản l−ợng là 56 triệu lít/năm chiếm 8,4%. Phổ biến hơn là 425 nhà máy có công suất d−ới 3 triệu lít/năm với tổng sản l−ợng là 32,7 triệu lít/năm chiếm 0,4%. Doanh nghiệp quốc doanh trung −ơng chủ yếu là 2 công ty bia có truyền thống lâu đời là công ty bia Sài Gòn và bia Hà Nội thuộc tổng công ty r−ợu - bia - n−ớc giải khát Việt Nam sản xuất hơn 2 trăm triệu lít (chiếm 30,4% sản l−ợng bia cả n−ớc) là hai đơn vị có hiệu quả kinh tế nhất hiện nay. Về mức tiêu thụ bia tính bình quân theo đầu ng−ời những năm 90 thì ch−a đầy 2 lít/ng−ời/năm và đến nay mức tiêu thụ bình quân của một ng−ời dân là 10 lít/ng−ời/năm nh− vậy là khả năng và nhu cầu tiêu thụ bia của ng−ời Việt Nam ngày càng tăng. Về tốc độ tăng tr−ởng: + Từ năm 1991ữ1992 tăng tr−ởng bình quân 26,6%/năm; + Từ năm 1993ữ1994 tăng tr−ởng bình quân 44,3%/năm; + Từ năm 1995 đến nay tăng tr−ởng bình quân 22 %/năm;[4] 1.2.2. Hiệu quả kinh tế Hiện nay công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách Nhà n−ớc và có hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy trong những năm 6 gần đây nhờ cải cách của Chính phủ ngành sản xuất bia đ có những b−ớc phát triển khá nhanh. Theo số liệu đ thu thập đ−ợc, các nhà máy bia lớn nh− Công ty bia Sài Gòn và công ty bia Hà Nội nộp ngân sách cho Nhà n−ớc từ 3,5ữ4tỷ đồng/năm. 1.2.3. Chủng loại bia Tại Việt Nam hiện nay th−ờng sản xuất d−ới 3 dạng chủ yếu là: bia lon, bia chai và bia hơi. Tỷ lệ sản xuất các loại bia này phụ thuộc vào các mùa trong năm và biến đổi rất khác nhau do nhu cầu và thị hiếu của ng−ời tiêu dùng, ví dụ nh− năm 1995 tỷ lệ sản xuất bia của một số nhà máy lớn nh− sau: - Công ty bia Sài Gòn tỷ lệ bia chai là chủ yếu chiếm 65%, còn bia lon chiếm 30,5% và bia hơi chiếm 3,5%. - Công ty bia Hà Nội tỷ lệ bia chai và bia lon là chủ yếu chiếm 60,4% và bia hơi chiếm 39,6%. - Các nhà máy bia địa ph−ơng và các cơ sở bia t− nhân thì tỷ lệ bia hơi chiếm chủ yếu. Trên thực tế bia hơi giá thành rẻ, thích hợp với túi tiền của đông đảo tầng lớp dân c− trong x hội. Bia hơi đáp ứng nhu cầu tiêu thụ tại chỗ vì vậy thị tr−ờng tiêu thụ bia hơi vẫn còn rất lớn. 1.2.4. Định h−ớng phát triển nền công nghiệp bia tại Việt Nam đến năm 2010 Do n−ớc ta là n−ớc đang phát triển có nền kinh tế tăng tr−ởng hàng năm từ 8ữ10% năm do vậy mức thu nhập của ng−ời dân ngày càng đ−ợc nâng cao mức sống của ng−ời dân ngày càng đ−ợc cải thiện. Vì vậy nhu cầu sử dụng bia rất lớn và khi đời sống của ng−ời dân ngày càng đ−ợc nâng cao thì bia đ−ợc xem nh− một loại n−ớc giải khát thông th−ờng chứ không còn là một sản phẩm xa xỉ cho riêng những ng−ời giàu mà bia bây giờ là sản phẩm của mọi ng−ời dân. Chính điều này đ thúc đẩy nền công nghiệp bia có những b−ớc 7 tiến v−ợt bậc trong những năm gần đây. Bên cạnh yếu tố tăng tr−ởng của nền kinh tế thì chúng ta cũng không bỏ qua yếu tố khá quan trọng nữa đó là sự ổn định về chính trị và chính sách khá thông thoáng của nhà n−ớc nhằm thu hút vốn đầu t− của n−ớc ngoài. Chính vì yếu tố này mà Việt Nam đ−ợc xem nh− là điểm đến đầu t− an toàn và có lợi nhuận cho các nhà đầu t− n−ớc ngoài khi đó sẽ giải quyết đ−ợc công ăn việc làm, giúp cho đời sống nhân dân ngày càng cao, thúc đẩy nền kinh tế phát triển và lúc đó bia càng trở nên thông dụng trong mỗi gia đình. Truyền thống văn hoá dân tộc và lối sống tác động mạnh đến mức tiêu thụ bia - r−ợu. ở các n−ớc có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uống bia - r−ợu, nên tiêu thụ bình quân đầu ng−ời ở mức thấp.Việt Nam không bị ảnh h−ởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị tr−ờng còn phát triển. Mục tiêu của hiệp hội bia và n−ớc giải khát n−ớc ta phấn đấu đến năm 2010 l−ợng bia tiêu thụ tính theo đầu ng−ời là 20 lít/ng−ời/năm và đến năm 2020 l−ợng tiêu thụ đó sẽ là 25 lít/ng−ời/năm. 1.3. Các điều kiện của Công ty cổ phần bia Ninh bình Qua phân tích, đánh giá tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới cũng nh− ở n−ớc ta. Công ty cổ phần bia Ninh Bình nhận thấy thị tr−ờng kinh doanh sản xuất bia vẫn còn có tiềm năng rất lớn. Thực tế cho thấy trong những năm gần đây Công ty cổ phần bia Ninh Bình có mức tăng tr−ởng liên tục tăng lên, năm sau cao hơn năm tr−ớc trung bình 20%ữ30% năm. Sản phẩm của Công ty cổ phần bia Ninh Bình đ−ợc thị tr−ờng chấp nhận và liên tục tăng lên. Với thực trạng năng lực sản xuất của Công ty cổ phần bia Ninh Bình đến thời điểm này vẫn không đáp ứng đủ nhu cầu của thị tr−ờng. Do sự tăng công suất đột biến trong thời gian gần đây và hệ thống thiết bị không đồng bộ dẫn đến một số máy móc, thiết bị đ xuống cấp nghiêm trọng, suốt từ khi bắt 8 đầu đi vào sản xuất ch−a đ−ợc kiểm tra, sửa chữa lớn, nh− hệ thống máy lạnh, tank lên men, thiết bị nấu, thiết bị thu hồi CO2. Một số hạng mục công trình quá tải nh− máy nghiền malt...Vì vậy năng suất và chất l−ợng ch−a đ−ợc nâng cao. Đứng tr−ớc thực trạng của Công ty cổ phần bia Ninh Bình nh− vậy. Công ty đ xây dựng kế hoạch đầu t− chiều sâu cải tiến thiết bị để nâng cao năng suất và chất l−ợng, tạo sản phẩm mới đáp ứng kịp thời nhu cầu của ng−ời tiêu dùng. 1.3.1. Điều kiện tự nhiên xã hội Thành phố Ninh Bình nằm ở trung tâm tỉnh Ninh Bình có vị trí chiến l−ợc về kinh tế và giao thông, nằm trên quốc lộ 1A tạo điều kiện cho việc thông th−ơng kinh tế, nhất là thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên vật liệu về nhà máy cũng nh− chuyên chở đi tiêu thụ. Đây là thành phố có nhiều điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất bia về: cơ sở hạ tầng, giao thông vận tải, thị tr−ờng tiêu thụ, sức lao động… 1.3.2. Nguồn nhân lực Sử dụng lực l−ợng lao động tại địa ph−ơng nhằm giải quyết công ăn việc làm đồng thời sử dụng nguồn nhân công tại chỗ nên không phải quan tâm đến nơi ăn chốn ở. 1.3.3. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất bia là malt đại mạch, hoa houblon, gạo. Trong đó hoa houblon đ−ợc nhập từ Pháp, Đức hoặc úc, malt đại mạch đ−ợc nhập từ úc (hiện nay nhà máy malt ở Bắc Ninh đ−ợc xây dựng xong thì có thể nhập malt từ đây để giảm giá thành sản phẩm), gạo đ−ợc cung cấp bởi tỉnh nhà và công ty l−ơng thực Miền Bắc. 9 1.4. Quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty cổ phần bia ninh bình 1.4.1. Thành phần hoá học và dinh d−ỡng của bia Bia là loại n−ớc giải khát có ga đ−ợc chế biến từ 2 loại nguyên liệu chính là malt đại mạch và hoa houblon ngoài ra còn phải kể đến các nguyên liệu thay thế khác nh− gạo… Thành phần hoá học của bia rất phức tạp nó phụ thuộc chủ yếu vào thành phần nguyên liệu ban đầu và đặc tính của từng quy trình công nghệ. Thông th−ờng bao gồm có các thành phần sau: + N−ớc : 87ữ90% + Chất hoà tan : 3,5ữ6,5% + L−ợng đ−ờng sót : 2,7ữ5% + CO2 : 3ữ5% + Glyxerin : 0,1ữ0,3% + Etanol : bia chai: 4,5-6%, bia hơi: 2,5ữ3% + Chất khoáng : 0,14ữ0,38% + Axít hữu cơ : 0,15ữ0,4% Bia là loại n−ớc giải khát có nhiều bọt, có vị đắng dễ chịu của hoa houblon và có hàm l−ợng cồn thấp. Hàm l−ợng các chất hoà tan trong bia không nhiều chỉ khoảng 5,5ữ10,5% tuỳ theo từng loại bia, nh−ng hầu hết các chất hoà tan này khi vào trong cơ thể đều đ−ợc hấp thụ tốt. Bia có khả năng cung cấp năng l−ợng t−ơng đối lớn cho cơ thể con ng−ời, cứ 1lít bia có thể cho ta 400ữ600 kcal, mà năng l−ợng cần thiết cho cơ thể con ng−ời bình th−ờng là 3000ữ3500 kcal/ng−ời/ngày. Trong bia còn chứa nhiều khoáng chất đặc biệt là Ca, P và Mg. L−ợng Ca cần thiết cho cơ thể là 900 mg, trong khi đó cứ 1 lít bia có thể cung cấp cho cơ thể 20% l−ợng Ca. 10 1.4.2. Thành phần và các chỉ tiêu của nguyên liệu Để sản xuất ra bia theo đúng yêu cầu và đ−ợc thị tr−ờng chấp nhận thì điều kiện nguyên liệu đem sản xuất phải đáp ứng đ−ợc yêu cầu kỹ thuật sau: a) Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia, là hạt đại mạch đ−ợc nảy mầm trong những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm nhất định. Sau đó đ−ợc sấy khô đến độ ẩm thích hợp rồi đ−ợc tách mầm và làm sạch. Hình 1-1 Cấu tạo hạt đại mạch a – mặt cắt dọc 1 - vỏ trấu; 2 - vỏ quả; 3 - vỏ hạt; 4 - lớp alơron; 5 - nội nhũ; 6 - ngù; 7 - phôi lá; 8 - phôi thân; 9 - phôi rễ; 10 - lớp tế bào bao; b – mặt cắt ngang 1, 2, 3, 4 - vỏ; 5 - lớp alơron; 6 - phôi; 7 - tế bào bao; 8 - ngù; 9 - nội nhũ Sau quá trình nảy mầm một l−ợng lớn enzim đ−ợc tạo thành và tích tụ trong hạt malt đại mạch, đây là nhân tố thực hiện những biến đổi tinh bột, prôtít thành đ−ờng peptit, polypeptit và các axit amin… Những chất này giữ 11 vai trò quan trọng đối với sự phát triển của nấm men cũng nh− đối với chất l−ợng bia sau này. Malt đại mạch là nguyên liệu chính cung cấp các chất chiết là các dịch đ−ờng để tiến hành lên men đồng thời nó cũng góp phần tạo h−ơng vị, bọt cho bia thành phẩm. Có nhiều loại malt và mỗi loại sử dụng với mục đích tạo ra các loại bia khác nhau nh−: Malt vàng để sản xuất bia vàng, malt đen để sản xuất bia đen… Tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất l−ợng của malt là hoạt động của enzim amylaza thể hiện tr−ớc hết khả năng đ−ờng hoá. Ngoài ra malt đ−a vào trong quá trình sản xuất bia phải đạt đ−ợc một số chỉ tiêu về cảm quan nh−: mùi vị, độ ẩm, dung trọng và hàm l−ợng đ−ờng… Yêu cầu về chất l−ợng của malt: - Màu sắc: Có màu vàng t−ơi vỏ phải óng ánh. - Kích th−ớc, hình dáng: T−ơng tự nh− hạt malt đại mạch khô, kích th−ớc đồng đều. - Mùi vị: Có mùi thơm đặc tr−ng, không có vị lạ, nếu có mùi chua hay mốc chứng tỏ malt bị ẩm, đối với malt vàng thì có vị ngọt dịu. - Độ sạch: Không lẫn tạp chất tỷ lệ hạt gẫy, hạt vỡ tối đa là 0,5%, hạt bị bệnh tối đa là 1%, hạt không nảy mần tối đa là 5%. b) Hoa Houblon Hoa houblon là nguyên liệu chính thứ 2 không thể thiếu đ−ợc trong công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon tạo cho bia có vị đặc tr−ng, mùi thơm hài hoà dễ chịu, làm cho bia ổn định tạo bọt và giữ bọt cho bia. Đồng thời trong thành phần của hoa houblon còn có các chất sát khuẩn làm tăng độ bền cho bia. ở Việt Nam hiện nay hoa houblon đ−ợc nhập về d−ới 3 dạng chế phẩm là: Hoa cánh, hoa viên và cao hoa. Yêu cầu về chất l−ợng của hoa cánh. 12 - Màu sắc: Cánh hoa có màu vàng đục, hơi xanh, không có màu nâu hoặc sẫm đen. - Mùi: Có mùi thơm đặc tr−ng. - Tạp chất: Không lẫn tạp chất, không lẫn nhiều lá và cánh hoa. Hoa houblon sau khi nhập về n−ớc đ−ợc bảo quản trong kho lạnh, khô dáo, để tránh tiếp xúc với ôxy, không khí ẩm, độ ẩm trong khoảng 8ữ10%, nhiệt độ –50C. Hoa viên: Thu đ−ợc từ cánh hoa sấy khô, nghiền nhỏ và đùn thành viên, đ−ợc bảo quản trong túi giấy bạc, màu sắc có màu xanh non. Cao hoa: Thu đ−ợc khi tiến hành trích ly các chất đắng chất thơm của hoa bằng cồn hoặc bằng CO2 lỏng, rồi cô đặc trích ly đến cao. Cao hoa có màu vàng xanh xẫm, dẻo, có thể bảo quản trong các hộp thép không rỉ… Có thể bảo quản tốt từ 3ữ4 năm, rất thuận lợi cho quá trình chuyên chở mà vẫn bảo đảm chất l−ợng của hoa. c) N−ớc N−ớc là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia, nó chiếm khoảng 87-90%. Do đó thành phần và tính chất của n−ớc ảnh h−ởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất l−ợng sản phẩm sau này. Vì vậy chất l−ợng n−ớc sử dụng phải khác với chất l−ợng n−ớc sinh hoạt, tuỳ theo công đoạn khác nhau mà yêu cầu về chất l−ợng n−ớc cũng khác nhau. Yêu cầu cảm quan: N−ớc dùng để sản xuất bia phải trong suốt không có mùi vị lạ. Nếu n−ớc có độ cứng cao, hàm l−ợng các ion Ca2+ và Mg2+ lớn, chúng tồn tại d−ới dạng muối cácbonat và bicácbonnat. Sắt là nguyên tố ảnh h−ởng mạnh nhất đến chất l−ợng của bia, xúc tác phản ứng ôxy hoá trong bia làm giảm độ bền của keo, gây đục cho sản phẩm. Các nguyên tố vi l−ợng tồn tại trong n−ớc cũng phải đảm bảo cho nấm men sinh tr−ởng và phát triển vì thế phải xử lý để hàm l−ợng có trong n−ớc ở mức cho phép. 13 d) Nguyên liệu thay thế (gạo) Để hạ giá thành sản phẩm, cải tiến mùi vị của bia nhằm mục đích để đ−ợc lâu, trong quá trình sản xuất ng−ời ta th−ờng trộn lẫn một số loại đại mạch ch−a nảy mầm hoặc các loại ngũ cốc khác thay thế nguyên liệu nảy mầm. Do n−ớc ta là n−ớc nông nghiệp nên gạo là loại nông sản phổ biến và giá khá rẻ vì thế th−ờng sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế. Các chỉ tiêu cảm quan của gạo: Đồng nhất về kích th−ớc màu sắc, không có hạt bị mốc, mối mọt, không có mùi hôi, không có cát sạn. e) Chế phẩm enzim Termamyl 120L Sử dụng chế phẩm enzim Termamyl 120L để thuỷ phân tinh bột. Đây là chế phẩm dạng lỏng có chứa α-amylaza đ−ợc sản xuất từ vi khuẩn Bacilislichenifomis của công ty Novo Đan Mạch. Đây là loại enzim endoamylaza có khả năng chịu đ−ợc nhiệt độ lên tới 1020C. Enzim này xúc tác thuỷ phân liên kết α-1,4 glucozit một cách ngẫu nhiên. Vì vậy tinh bột nhanh chóng bị thuỷ phân thành các dextrin phân tử l−ợng thấp, hoà tan trong n−ớc, làm giảm độ nhớt của tinh bột đ đ−ợc hồ hoá. f) Nguyên liệu phụ trợ Nguyên liệu phụ trợ trong sản xuất bia chủ yếu là axit, bột trợ lọc, nấm men, chất tẩy rửa… Axit có thể dùng là H3PO4 để điều chỉnh PH của dung dịch PH theo yêu cầu. Các chất dùng cho vệ sinh nh−: NHO3, NaOH, HCl.. Bột trợ lọc: Sử dụng bột trợ lọc Diatomit. 1.4.3. Dây chuyền sản xuất Dây chuyền sản xuất bia bao gồm 3 phân x−ởng chính là: phân x−ởng nấu, phân x−ởng lên men, phân x−ởng hoàn thiện sản phẩm. 14 a) Phân x−ởng nấu Trong sản xuất bia công đoạn nấu và đ−ờng hoá rất quan trọng, nó ảnh h−ởng trực tiếp đến quá trình lên men và đ−ờng hoá sau này. - Mục đích của quá trình nấu Là chiết đ−ợc tối đa các chất có thể hoà tan vào trong các nguyên liệu và loại bỏ các chất không hoà tan ra ngoài. - Cách tiến hành Ph−ơng pháp đ−ờng hoá có sử dụng ph−ơng pháp đun sôi từng phần. Ph−ơng pháp này malt đ−ợc trộn lẫn với n−ớc thành hồ malt, nồi malt đ−ợc chia thành từng phần. Các phần này sẽ đ−ợc đ−ờng hoá và đun sôi tiếp sau đó mới đ−ợc hoà lẫn với khối cháo chính. Ưu điểm: Do dịch malt đ−ợc đun sôi và duy trì tại một nhiệt độ thích hợp cho các enzim hoạt động nên hiệu suất chiết tăng, tạo môi tr−ờng dinh d−ỡng đầy đủ cho nấm men phát triển, tạo sự hài hoà giữa các thành phần trong bia. Có thể sử dụng cho tr−ờng hợp các nguyên liệu thay thế. Nh−ợc điểm: Đun sôi nhiều lần dẫn đến khả năng các chất không có lợi cho chất l−ợng bia chiết vào dịch nhiều, nếu không khống chế nhiệt độ để lên cao quá thì sẽ tạo các sản phẩm có màu sẫm ảnh h−ởng đến chất l−ợng cảm quan của bia. Nếu theo ph−ơng pháp này tốn hơi, tốn thiết bị, đầu t− ban đầu lớn. - Lọc ép khung bản: Dùng lực của bơm để đẩy phần dịch qua lớp vải lọc còn phần b đ−ợc giữ lại. Ưu điểm: Lọc nhanh hiệu suất thu hồi chiết cao, năng suất lớn, ít tốn n−ớc rửa b, chiếm ít diện tích. Nh−ợc điểm: Khó mở rông năng suất, khi lọc dịch đ−ờng tiếp xúc với ôxy, tanin bị ôxy hóa dẫn đến bia bị đắng, lớp vải lọc nhanh hỏng nên chi phí thay thế cao, công nhân vất vả khi vận hành. 15 b) Phân x−ởng lên men Ph−ơng pháp lên men bằng chủng Sacchromyces carlsbergensis trong thiết bị lên men gia tốc hình trụ đáy côn. Ph−ơng thức lên men gián đoạn, không lên men sơ bộ. Lên men gia tốc (lên men hiện đại): Với ph−ơng pháp này quá trình lên men chính và phụ đ−ợc tiến hành trong cùng một thiết bị hình trụ đáy côn, có hệ thống áo lạnh bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ của hai quá trình lên men. Nhiệt độ lên men chính 12ữ140C lên men phụ 0ữ20C. Ưu điểm: Thời gian lên men nhanh, rút ngắn hơn so với ph−ơng pháp lên men cổ điển. Thiết bị lên men gọn, không tốn diện tích mặt bằng phân x−ởng. Nh−ợc điểm: Thời gian lên men nhanh làm chất l−ợng bia có giảm tuy nhiên không khác xa nhiều so với lên men cổ điển. Lên men gián đoạn: Nguyên liệu đ−ợc đ−a vào từng mẻ, sản phẩm lấy từng mẻ. Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, khi bị nhiễm thì đễ sử lý. Nh−ợc điểm: Năng suất thấp. 16 1.4.4. Sơ đồ công nghệ Hình 1-2 Sơ đồ công nghệ 17 1.4.5. Thuyết minh dây chuyền công nghệ a) Nghiền nguyên liệu + Cách tiến hành nghiền malt: Malt đ−ợc nghiền bằng máy nghiền búa. + Cách tiến hành nghiền gạo: Gạo đ−ợc cân cho từng mẻ nấu sau đó đ−ợc nghiền bằng máy nghiền búa. b) Quá trình hồ hoá Bơm n−ớc có nhiệt độ 350C vào nồi hồ hoá tỷ lệ n−ớc, gạo 5:1, bật cánh khuấy rồi cho toàn bộ l−ợng bột gạo vào (l−ợng gạo chiếm 30% l−ợng nguyên liệu) cùng 5% malt lót. Cho malt lót vào nh− vậy có tác dụng làm long dịch hồ hoá, giảm bề mặt lớp keo, tránh hiện t−ợng vón cục làm sống tinh bột và sinh nhiệt cục bộ gây cháy khét. Cho toàn bộ l−ợng chế phẩm Tecmamyl 120L cần thiết vào (chiếm 0,1% so với l−ợng nguyên liệu thay thế, H3PO4 để điều chỉnh PH = 4ữ5 khuấy đều 5 phút để cho khối l−ợng dịch hoà quyện đều trong n−ớc t._.ạo thành khối đồng nhất. Mở van hơi cấp nhiệt để nâng nhiệt độ khối dịch lên 520C và giữ 15 phút để cho hạt tinh bột hút n−ớc và tr−ơng nở ra, nâng tiếp lên 860C khi khối dịch đạt đ−ợc 860C, giữ nhiệt độ này 30 phút để quá trình hồ hoá bột gạo (khi nâng nhiệt độ lên 860C là nhiệt độ hồ hoá tinh bột, tinh bột chuyển từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan giúp enzim dễ dàng tác dụng để phân tách các liên kết glucozit trong hạt tinh bột). Nâng tiếp nhiệt độ khối dịch lên nhiệt độ sôi, ta giữ khối dịch sôi trong 40 phút để làm chín nốt phần bột gạo còn lại tạo thuận lợi cho quá trình đ−ờng hoá sau này. Sau đó chuyển dịch cháo sang nồi đ−ờng hoá làm hai lần bằng thiết bị bơm ly tâm. c) Quá trình đ−ờng hoá 18 Trong quá trình đun sôi nồi hồ hoá ta tiến hành chuẩn bị nồi đ−ờng hoá, đầu tiên cho n−ớc vào nồi đ−ờng hoá, ta cho malt, n−ớc theo tỷ lệ 1:5. Ngâm malt ở nhiệt độ 350C để hoạt hóa các enzim có sẵn trong malt, đặc biệt là các enzim hexmixelluloza, enzim β glucanaza để thuỷ phân vỏ glucan hoặc Protit phức tạp bao quanh phân tử tinh bột, trong thời gian này cánh khuấy hoạt động liên tục. Sau khi tiến hành ngâm malt trong vòng 30 phút ta tiến hành đ−ờng hoá bằng ph−ơng pháp nâng nhiệt từ từ theo 3 giai đoạn: Bơm một phần dịch cháo sang nồi đ−ờng hóa sao cho nhiệt độ trong nồi đ−ờng hoá sẽ đạt 50ữ520C. Giữ nhiệt độ này trong thời gian 30 phút, đây là giai đoạn đạm hóa, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim proteaza hoạt động mạnh nhất nhằm mục đích để thuỷ phân protêin thành các axit amin và các peptit… đây là nguồn dinh d−ỡng cho nấm men hoạt động, thành phần này chiếm 5ữ7% so với tổng số chất hoà tan trong dung dịch đ−ờng ngoài ra thành phần này góp phần tạo cho bia có h−ơng vị đậm đà, tham gia các vào các quá trình tạo và giữ bọt cho bia. Sau đó bơm nốt phần dịch cháo còn lại sang nồi đ−ờng hoá và cấp hơi để nâng nhiệt độ nồi đ−ờng hoá lên 62ữ650C, giữ nhiệt độ này trong 30 phút. Đây là giai đoạn đ−ờng hoá 1, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim β amylaza hoạt động thuỷ phân tinh bột tạo thành các đ−ờng có khả năng lên men chủ yếu là đ−ờng maltoza. Sau đó nâng nhiệt độ lên 750C và giữ trong 30 phút. Đây là giai đoạn đ−òng hoá 2, ở nhiệt độ này thích hợp cho enzim α-amilaza, hoạt động thuỷ phân tinh bột tạo thành các loại đ−ờng không có khả năng lên men. Sau đó nâng nhiệt độ lên 780C rồi bơm sang nồi lọc đáy bằng. 19 Hình 1-3 Cấu tạo của nồi đ−ờng hoá 1 - ống thoát hơi; 2- cánh khuấy; 3 - hộp giảm tốc; 4 - van tháo dịch; 5- bơm dịch; 6 - van hơi; 7 - van giảm áp; 8 - phân phối hơi; 9 - hơi ng−ng; 10 - van đuổi không khí; 11 - áp kế; 12 - đ−ờng ống dẫn dịch từ nồi phối trộn; 13 - nhiệt kế; 14 - ký đồ nhiệt d) Lọc trong dịch đ−ờng Quá trình lọc ở đây dùng thiết bị lọc là máy lọc ép khung bản Dùng lực của bơm để đẩy phần dịch qua lớp vải lọc còn phần b đ−ợc giữ lại. Tr−ớc khi lọc ta cho n−ớc nóng ở 800C đi vào máy lọc và giữ yên trong 30 phút. Sau đó ta tháo n−ớc và bơm cháo malt vào các khoảng trống giữa các đĩa, áp suất tăng dần đến 0,2ữ0,3at, để cho cháo malt phân bố đều trong các khoảng trống thì cùng một lúc cho cháo malt đi vào ở hai đầu và cánh khuấy trong nồi hồ hoá phải làm việc liên tục. Sau khoảng 20ữ25 phút thì cháo malt vào đầy các khoảng trống. Sau khi n−ớc trong chảy hết thì trong các khoảng trống còn lại b malt. Trong một khoảng trống với dung tích 100 lít chứa 75ữ80kg b. Sau khi dịch đ−ờng chảy hết ta tiến hành rửa b. N−ớc rửa b 20 malt ở nhiệt độ 800C, trong khi rửa áp suất tăng lên đến 0,5ữ0,6at. Sau khi rửa xong vải lọc tháo ra, b malt dồn lại trong máng đặt d−ới chân máy lọc, sau đó vít tải đ−a b malt ra ngoài. Thời gian rửa b 1ữ1,5 giờ, thời gian toàn bộ quá trình lọc khoảng 4 giờ. Hình 1-4 Máy lọc ép khung bản 1 - khung và bản; 2 - đ−ờng ống dẫn dịch cháo; 3 - đ−ờng ống cạnh trên; 4 - đ−ờng ống cạnh d−ới; 5 - dịch cháo bơm từ nồi đ−ờng hoá; 6 - đ−ờng ống dẫn n−ớc để rửa bc; 7 - van n−ớc của đ−ờng ống cạnh trên và cạnh d−ới; 8 - van xả dịch; 9 - máng dẫn dịch; 10 - van vạn năng; 11 - vít tải đẩy bc; 12 - bơm thuỷ lực; 13 - hộp dầu e) Đun sôi dịch đ−ờng với hoa Houblon Sau khi bơm dịch đ−ờng vào thùng lọc từ thiết bị đun hoa, dịch lọc đ−ợc nâng nhiệt độ lên 75ữ780C bằng hệ thống ống gia nhiệt trung tâm và giữ nhiệt độ này trong khoảng thời gian 10 phút, nhằm mục đích để amylaza hoá đ−ờng nốt tinh bột còn lại sau đó đun sôi khoảng 10 phút thì cho l−ợng cao hoa vào với tỷ lệ 200g/hl nhằm mục đích chủ yếu là tạo vị đắng cho bia, đồng thời nhờ các polyphenol có trong cao hoa kết hợp với các chất keo, prôtit tạo thành các phức chất rễ kết lắng. 21 Hình 1-5 Nồi đun hoa 1 - áo hơi; 2 - van tháo dịch; 3 - cánh khuấy; 4 - hộp giảm tốc; 5 - ống thoát hơi; 6 - cửa quan sát; 7 - áp kế hơi; 8 - đ−ờng ống dẫn dịch vào nồi; 9 - ống dẫn hơi; 10 - hơi ng−ng Sau khi đun sôi đ−ợc 30 phút ta cho 2/3 l−ợng hoa viên vào giỏ đựng rồi cho vào nồi hoa nhằm mục đích tạo vị đắng cho bia, đồng thời nhờ các polyphenol có trong cao hoa kết hợp với các chất keo, prôtit tạo thành phức chất dễ kết lắng và tạo màu cho bia. Và cho nốt l−ợng hoa viên còn lại vào giỏ và cho vào nồi tr−ớc khi kết thúc quá trình đun sôi 10ữ15 phút mục đích là tạo h−ơng cho bia (sở dĩ mục đích ta cho hoa viên vào giỏ nhằm mục đích là giảm thiểu l−ợng b hoa đi vào trong dịch tránh đ−ợc công đoạn lọc b hoa). Tổng thời gian đun khoảng 1,5ữgiờ. 22 f) Quá trình lắng xoáy và làm nguội sơ bộ Dịch đựơc bơm vào thùng theo ph−ơng pháp tiếp tuyến tạo dòng xoáy. D−ới tác dụng của lực h−ớng tâm cặn lắng và các chất không hoà tan có khối l−ợng lớn sẽ bị xoáy vào giữa tâm thùng và lắng xuống đáy thùng. Thời gian cần thiết để lấy dịch ra khỏi thùng là khoảng 30ữ40 phút. Sau đó dịch đ−ợc bơm sang thiết bị lạnh nhanh, còn cặn lắng đ−ợc nén chặt ở đáy thùng. Sau khi bơm hết dịch đ−ờng thì ta cho n−ớc vào xối và xả b ra ngoài. Toàn bộ thời gian lắng xoáy khoảng 1,5ữ2 giờ. Hình 1-6 Thùng lắng 1- vỏ; 2 - ống ruột gà; 3 - nắp; 4 - cửa; 5- cửa thoát hơi; 6 - van xả dịch; 7 - van vệ sinh; 8 - phao báo mức g) Làm lạnh nhanh Thiết bị làm lạnh nhanh là thiết bị kiểu tấm bản kín. Khi qua thiết bị dịch đ−ờng đ−ợc làm lạnh từ nhiệt độ 900C xuống nhiệt độ 12ữ140C. - Chế độ làm lạnh cấp 1: Làm lạnh bằng n−ớc th−ờng 30ữ350C. Dịch đ−ờng đi qua đạt tới nhiệt độ 600C. 23 Hình 1-7 Máy làm lạnh tấm bản hai cấp - Chế độ làm lạnh cấp 2: Làm lạnh bằng chất tải lạnh glycol ở nhịêt độ khoảng -50C. Dịch đ−ờng đi ra đạt tới nhiệt độ 12ữ140C. h) Quá trình bổ xung ôxy cho dịch đ−ờng Sau khi làm lạnh nhanh, ở đầu ra dịch đ−ờng đ−ợc bổ xung không khí nén để cung cấp ôxy cho nấm men tạo sinh khối. Không khí nén phải đ−ợc vô trùng và qua một số b−ớc: tách n−ớc, lọc khử trùng. Không khí đ−ợc bổ xung xuôi chiều trên đ−ờng ống dẫn dịch đ−ờng và tank lên men. L−u l−ợng không khí khoảng 35ml/lít dịch đ−ờng. i) Chuẩn bị men giống ở đây nhà máy sử dụng chủng nấm men cho sản xuất là chủng nấm men Saccharomyces carlsbergensis từ hai nguồn nhân giống trong phòng thí nghiệm và tái sử dụng sữa men. * Chuẩn bị từ chủng thuần khiết. 24 Quá trình nhân giống nấm men trải qua hai giai đoạn: giai đoạn nhân giống trong phòng thí nghiệm, giai đoạn nhân giống ngoài sản xuất - nhân giống với số l−ợng đủ bằng 10% so với thùng lên men. Hình 1-8 Dây truyền công nghệ nhân men giống từ chủng thuần khiết Nhân giống trong phòng thí nghiệm: Đầu tiên dùng que cấy vô trùng cấy chuyển giống từ ống dịch nghiêng sang môi tr−ờng dịch thể đ vô trùng đựng trong ống thuỷ tinh 10ml, tiếp tục cấy chuyển giống sang ống 100ml, 1lít, 10lít, 20lít có thể hơn nữa thì kết thúc. Môi tr−ờng nhân giống thông th−ờng là dịch chiết từ malt, với môi tr−ờng 10lít có thể lấy dịch ngay từ thùng đ−ờng hoá trong quá trình sản xuất. Quá trình nhân giống ngoài sản xuất có thể tuân theo các nguyên tắc 1:10 hoặc 1:15 tuỳ theo chất l−ợng men. Môi tr−ờng nhân giống đ−ợc lấy trực tiếp từ thùng đ−ờng hoá, trong quá trình nhân giống có sục không khí vô trùng. * Tái sử dụng men sữa: 25 Khi kết thúc lên men chính ta tiến hành hạ nhiệt độ xuống 2ữ40C để thu hồi sữa men. Khối kết lắng đó gồm 3 lớp: + Lớp d−ới cùng là lớp cặn lạnh. + Lớp trẻ là lớp men trẻ có màu trắng sữa. + Lớp trên cùng là lớp men già chết, màu xám đen. Th−ờng cứ 100 cốt lít dịch đ−ờng sau khi lên men kết thúc cho ta khoảng 15ữ20lít sinh khối nấm men sệt với hàm ẩm từ 85ữ88%. Cặn men đựơc xả ra ngoài theo van xả, lúc đầu men có màu xám đen để dành riêng cho gia súc, tiếp đó là lớp men mịn màu trắng ngà dùng để làm giống cho sản xuất, tiếp đó là lớp có màu xám đen cũng dùng để chăn nuôi gia súc. Cách sử lý sữa men: Lớp men sạch thu đ−ợc từ đáy thùng lên men đ−ợc rửa nhiều lần bằng n−ớc vô trùng ở 1ữ20C. Các tế bào nấm men chết sẽ nổi lên trên và đ−ợc gạn ra ngoài. Sau khi rửa bằng n−ớc lạnh tiến hành xử lý bằng hoá chất: Ngâm trong 40 phút sau đó trung hoà lại bằng NaOH. Tiến hành rửa bằng n−ớc vô trùng 10C nhiều lần, sau mỗi lần rửa phải kiểm tra chất l−ợng nấm men, khi nào đạt chỉ tiêu thì dừng. Giống nấm men tốt khi có hình thái tế bào đặc tr−ng, số tế bào trẻ và nảy chồi nhiều, số tế bào chết <5%, tỷ lệ nhiễm tạp <2%, tốc độ sinh sản nhanh, nấm men sau khi sinh sản xong đ−ợc bảo quản d−ới lớp n−ớc lạnh 00Cữ40C. Nấm men bị nhiễm tạp cần sử lý bằng cách đ−a pH đến 2,5 ng−ời ta dùng H2SO4, 0,4% hoặc H3PO4 0,6%. Để cho giống phát triển nhanh hơn thì tr−ớc khi sử dụng ta cần hoạt hoá giống (nấm men làm quen với môi tr−ờng lên men). Ta tiến hành hoạt hoá giống nh− sau: nấm men đ−ợc nuôi cấy trong dịch đ−ờng mới đ đ−ợc làm lạnh theo tỷ lệ men sệt/dịch đ−ờng = 1/4 hoặc 1/5, dùng cánh khuấy hoặc không khí vô trùng sục vào dịch. Nhiệt độ hoạt hoá gần bằng nhiệt độ 26 lên men. Khi có nhiều tế bào nảy chồi và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc hoạt hoá. Số lần tái sử dụng men sữa khoảng (7ữ8 lần). k) Quá trình lên men chính Trong thực tế ng−ời ta thực hiện quá trình lên men một pha trong tank có thể tích lớn. Trên tank có trang bị từ 3 áo lạnh. Chu kỳ sản xuất trong thiết bị loại này là 19 ngày đêm. Hình 1-9 Thiết bị lên men chính 1 - áo lạnh; 2 - lớp bảo ôn; 3 - cửa kính quan sát; 4 - van xả CO2; 5- bia Công nghệ đ−ợc thực hiện nh− sau: dịch đ−ờng với nhiệt độ 12ữ140C đ−ợc nạp vào tank trong vòng 24 giờ, tr−ớc đó tank đ đ−ợc vệ sinh sạch sẽ và chạy lạnh vỏ. Dịch đ−ờng sau khi lạnh nhanh đ đ−ợc bổ xung O2 với nồng độ 8mg/l để men giống phát triển sinh khối ban đầu. Nấm men giống đ−ợc đ−a vào tank lên men sau khi mẻ nấu đầu tiên đ−ợc đ−a vào tank. Sau khi đ−a hết dịch vào tank thì hạ nhiệt độ bằng cách mở hết cỡ van lạnh trên cùng, mở 1/3 van lạnh giữa, bắt đầu quá trình lên men 12ữ140C. Sau khoảng 1 ngày, CO2 thoát mạnh, 27 tiến hành thu hồi CO2 điều chỉnh áp suất 0,2ữ0,7at, tránh làm ức chế nấm men. Trong thời gian lên men nhiệt độ trong tank lên men đ−ợc điều chỉnh bằng áo lạnh trên cùng với chất tải lạnh với nhiệt độ khoảng - 60C để tăng sự xáo động nấm men trong dịch, thời gian lên men 6ữ7 ngày. Hàng ngày bộ phận vi sinh lấy mẫu trong tank để kiểm tra các chỉ tiêu. Khi nồng độ đạt 3,5% quá trình lên men chính đ−ợc xem nh− kết thúc.Tiến hành kết lắng nấm men: áo lạnh giữa và d−ới cùng của thiết bị đ−ợc mở, hạ nhiệt độ xuống 4ữ50C để nấm men kết lắng. Giữ nhiệt độ này trong một ngày để nấm men kết lắng hết. Nấm men sữa đ−ợc tách ra đem đi xử lý để tái sử dụng và tiến hành lên men phụ. l) Quá trình lên men phụ Đặc tr−ng của quá trình lên men phụ rất lớn đối với việc tạo h−ơng vị, bọt và h−ơng thơm, nó quyết định tới độ bền vững của bia cũng nh− các đặc tính kỹ thuật của bia thành phẩm. Trong quá trình lên men phụ l−ợng CO2 tiếp tục đ−ợc tạo ra và hoà tan vào bia non, CO2 chủ yếu nằm ở dạng liên kết và một phần ở dạng tự do. Khi lên men phụ hàm l−ợng axit hữu cơ tăng nh−ng không đáng kể, các este đ−ợc tạo thành, thực hiện quá trình khử diaxetyl đến mức cho phép (<0,2 mg/l), r−ợu bậc cao giảm. Vì vậy h−ơng vị bia đ−ợc hoàn thiện dần. Trong quá trình lên men phụ các quá trình lắng trong xảy ra từng phần và dần dần. + Thao tác: Kết thúc quá trình lên men ta bắt đầu mở hết cỡ các van cấp lạnh để hạ nhiệt độ xuống 0ữ10C, tiến hành lên men phụ, ngừng thu hồi CO2, áp suất d− trong tank khống chế 1,2ữ1,3kg/cm2, nhờ đó CO2 hoà tan tốt hơn ức chế nấm men làm chậm quá trình lên men, nhờ vậy tăng sự khử diacetyl trong bia. Hằng ngày cũng kiểm tra chỉ tiêu độ đ−ờng, đồng thời tách cặn d−ới đáy tank. 28 Sau khoảng 12 ngày nồng độ chất khô giảm xuống 10BX thì quá trình lên men phụ kết thúc. Bia non đ−ợc đem đi lọc để đem bo hoà. Hình 1-10 Tank đứng 1 - cửa vệ sinh; 2 - van lấy mẫu; 3 - cuống để lắp áp kế; 4 - cuống van an toàn; 5 - van nạp và xả bia m) Lọc trong bia Hình 1-11 Máy lọc bản có chất trợ lọc diatomit 1 - bia đục; 2 - bơm; 3 - diatomt; 4 - máy lọc bản; 5 - bia đục hồi l−u; 6 - bia đc lọc trong + Thao tác: 29 Quá trình lọc trải qua hai giai đoạn: giai đoạn tạo lớp lọc và tiến hành lọc. - Tạo bề mặt lọc: Tr−ớc hết ng−ời ta hoà bột diatomit tỷ lệ (bột/n−ớc = 1/8 lúc hoà bột vào thùng + dịch lọc ban đầu) vào trong một thùng rồi bơm tuần hoàn dịch này qua các máy lọc khung bản tới khi nào bia đạt tới độ trong cần thiết thì tiến hành lọc (th−ờng khoảng 25ữ30 phút thì l−ợng chất trợ lọc sẽ bám đều trên bề mặt lớp vải lọc). - Giai đoạn lọc: Dùng bia để đẩy dịch hoà bột ra, đ−a bia cần lọc vào máy lọc, kiểm tra độ trong bia ra để có biện pháp xử lý. Khi độ dày lớp b trên lớp vải lọc tăng, áp suất lọc tăng, bia không thoát ra thì bị đục do lớp lọc bị phá vỡ, lúc này ta dừng quá trình lọc, tháo khung bản rửa máy và giặt vải lọc. Theo một số tài liệu thì 1m2 bề mặt lọc chỉ lọc đ−ợc 15000ữ20000 lít bia đến lúc đó sảy ra hiện t−ợng mỏi lọc. áp suất lọc bia th−ờng là 2ữ3,5kg/cm2 áp suất này là do bơm li tâm bơm vào sinh ra. Khi thấy bia có độ trong theo đúng yêu cầu đ−ợc chuyển sang thiết bị bo hoà CO2. n) BOo hoà CO2 Bo hoà CO2 cho đạt hàm l−ợng cần thiết nhằm làm tăng chất l−ợng cảm quan, chống ôxy hoá, chống kết lắng và tạo môi tr−ờng tốt để bảo quản bia. Quá trình này đ−ợc thực hiện trong bình bằng Inox, chịu áp suất, sử dụng CO2 đ thu hồi hoặc mua về. Để CO2 đ−ợc bo hào tốt phải tiến hành nạp nhiệt độ thấp 0ữ10C, mỗi lần nạp áp suất 4ữ5kg/cm2 rồi hạ xuống 2,5ữ3,5kg/cm2 quá trình lặp lại nhiều lần. Khi nạp CO2 từ 2,5ữ3 giờ, bia sau khi nạp CO2 xong phải đạt hàm l−ợng 3,5g/lít đối với bia hơi và 4,5g/lít đối với bia chai. o) Hoàn thiện sản phẩm + Hoàn thiện bia hơi. 30 Bia hơi tr−ớc khi triết block phải đ−ợc kiểm tra chất l−ợng nếu đạt yêu cầu thì mới cho tiến hành chiết block. Bia hơi thành phẩm đ−ợc chiết vào block có dung tích sau: 100 lít, 50 lít, 25 lít. Để thuận lợi cho việc vận chuyển dùng loại block 50 lít. Block bằng Inox hay bằng nhựa có lớp bảo ôn, chịu đ−ợc áp suất d− do CO2 gây ra. Xung quanh block có các đai cao su để vận chuyển tránh bị xây x−ớc va đập. Chiết block theo ph−ơng pháp chiết đẳng áp. Block đ−ợc xem nh− đảm bảo nếu sau một ngày chiết block mà nhiệt độ không tăng tới 10C. * Quy trình chiết block (chiết bia theo quy trình đẳng áp). Bia phải đ−ợc duy trì áp suất trong suốt quá trình chiết, nếu không sẽ bị sủi bọt, điều này không chỉ kéo theo việc bị thất thoát khí cacbonic mà còn không thể chiết đầy. Bia đi vào trong bể chứa đầu chiết đựoc gắn trên block và đ−ợc nối tới 3 đ−ờng dẫn tới bể phía trên, ống dẫn bia đ−ợc kéo dài sát đáy block, một đ−ờng ống dẫn thứ hai nối với phần trên của bể giữ cho block có cùng áp suất với bia, trên đ−ờng ống dẫn có gắn đèn nhỏ để quan sát xem bia đ đầy ch−a. Do luôn có hiện t−ợng tạo bọt trong block, việc đó kéo theo không khí và các chất nhiễm khuẩn từ block vào bể chứa, để ngăn chặn hiện t−ợng này ng−ời ta đặt trên đ−ờng ống dẫn quay trở lại một bể chứa khác ở đó bọt có thể tự chảy xuống và ng−ời ta có thể điều chỉnh khi bể này đ chứa đầy bia. Với hệ thống chiết bia đẳng áp tự động tất cả các thao tác vận hành vòi đều dựa trên cơ cấu điều khiển. Hệ thống chiết bia phải đ−ợc rửa sạch và tiệt trùng sau khi đ chiết. Tr−ớc tiên ta tráng bằng n−ớc lạnh sau đó bằng n−ớc sôi hoặc dung dịch sát trùng. + Hoàn thiện bia chai. 31 Chai đựng bia đ−ợc thổi từ các loại thuỷ tinh chất l−ợng cao có màu nâu sậm hay xanh nhạt. Để ngăn cản các tia bức xạ mặt trời chiếu vào có thể gây cho bia có mùi lạ đồng thời gây mất màu bia. Nguyên nhân là tạo ra CO2 và các hợp chất, chứa nhóm Sunfohydrin. Do các tia bức xạ mặt trời này có khả năng kích thích các khả năng quang hoá trong bia, khử một số chất chứa l−u huỳnh thành Meccaptan có mùi khó chịu. Chai bia phải chịu đ−ợc áp lực 10 kg/cm2 ở 1000C độ dày của thành chai phải đều, nhẵn và không có bọt khí, đáy chai hơi lõm. Chai dùng để chiết bia có thể tích khác nhau, thông th−ờng là 0,5 lít. Tr−ớc khi triết chai, chai phải đ−ợc đ−a qua máy rửa, khử trùng và thiết bị soi chai để loại bỏ các chai bẩn và khuyết tật. * Tiến hành rửa chai: chai bẩn đ−ợc xích tải truyền đến máy rửa. Nhờ cơ chế chuyền động chai đ−ợc đ−a vào máy qua các vùng: Vùng I: Ngâm n−ớc ấm 30ữ350C để rửa sơ bộ. Vùng II: Ngâm, phun bằng dung dịch NaOH 2ữ5%, áp lực phun 3kg/cm2 để rửa các cặn bẩn hữu cơ ở nhiệt độ 650C. Vùng III: Phun n−ớc ấm 30ữ350C để tráng sơ bộ. Vùng IV: Tráng n−ớc lạnh vô trùng để đ−a nhiệt độ của chai xuống 8ữ100C rồi qua bộ phận kiểm tra độ sạch của chai bằng cách soi chai. Sau đó chai đ−ợc băng chuyền chuyển đến thiết bị chiết chai, chiết chai bằng máy chuyên dụng, chiết theo nguyên lý đẳng áp. Nhiệt độ của bia là 0ữ10C. Trong quá trình chiết chai cần tránh tiếp xúc với không khí càng triệt để bao nhiêu càng tốt. Vì ôxy là nguyên nhân gây nên hoạt động sống của các hệ vi sinh vật trong bia nên gây kém bền cho bia, đồng thời O2 là tác nhân gây ra các phản ứng ôxy hoá mà sản phẩm là các kết tủa gây đục cho bia. * Tiến hành chiết chai: Tr−ớc khi chiết chai: Vòi chiết chạm khít vào cổ chai (chai đ−ợc hệ thống thuỷ lực đ−a vào đầu vòi chiết). 32 Giữa chai và thùng chứa bia có ống thông với nhau để cân bằng áp suất, ống này nối giữa cổ chai và mặt thoáng của thùng bia, xilanh vòi chiết đ−ợc đ−a xuống tận đáy chai và thực hiện quá trình chiết. Ph−ơng pháp chiết này tránh đ−ợc sự trào bọt gây tổn thất và tránh bia tiếp xúc nhiều với không khí. Khi chiết xong bia đ−ợc cho đi qua khâu kiểm tra mức đầy và sự rạn nứt nếu có và sau đó là bộ phận dập nút. Khi chai bia đ−ợc dập nút xong ta chuyển bia sang bộ phận thanh trùng. Sau đó bia đ−ợc kiểm tra khi đi trên băng tải đến máy dán nhn. Nhn phải đ−ợc dán ngay ngắn, sau khi dán nhn bia đ−ợc xếp vào két, mỗi két là 24 chai. Cuối cùng là nhập kho và mang đi tiêu thụ. Hình 1-12 Máy chiết chai đẳng áp 1 - thùng chứa bia; 2 - van chiết; 3 - pittông nâng chai; 4 - bia và thùng chứa; 5 - khí nén; 6 - van bảo hiểm; 7 - phao có van không khí để điều chỉnh áp suất giảm áp; 8 - xilanh vòi chiết; 9 - đầu xilanh 33 p) Thu hồi và sử lý CO2 + Mục đích: Thu và sử lý CO2 để đ−ợc CO2 khá tinh khiết nhằm phục vụ cho việc bo hào CO2 sau này cho bia thành phẩm, CO2 có tính ứng dụng cao trong sản xuất các loại đồ uống có gas. Nếu l−ợng CO2 sử dụng trong nhà máy không hết thì ta có thể đem bán ra thị tr−ờng. + Thao tác: CO2 đ−ợc thu hồi từ các tank lên men trong giai đoạn lên men chính theo các đ−ờng ống dẫn CO2 về túi chứa khí, tại đây CO2 đ−ợc sử lý và khá tinh khiết. Đầu tiên CO2 đ−ợc cho bình lọc bông, sau đó CO2 lần l−ợt đi qua các thiết bị chứa H2O, KmnO4, than hoạt tính để sử lý các tạp chất nh− hơi n−ớc, este, axít , r−ợu khử mùi… Sau đó nhờ quạt hút của máy nén khí CO2 đ−ợc nén vào bình thép chịu áp lực. Chú ý nén CO2 phải đ−ợc làm mát bình. q) Vệ sinh thiết bị phân x−ởng nấu Hệ thống CIP gồm 4 thùng: + Thùng 1: NaOH 20%. + Thùng 2: HNO30,1%. + Thùng 3: N−ớc Javen. + Thùng 4: N−ớc nóng. + Thao tác: Dùng NaOH 0,1% để rửa các chất bẩn hữu cơ sau đó rửa bằng n−ớc sạch. Dùng HNO3 0,1% để rửa các chất bẩn vô cơ, hạn chế sử dụng vì nó có tính ăn mòn thiết bị rất cao, sau đó rửa bằng n−ớc sạch. N−ớc Javen: Chất tẩy rửa sau đó rửa lại bằng n−ớc sạch. 34 Sau khi rửa bằng hoá chất và n−ớc sạch nếu các thiết bị cần độ vô trùng cao thì ng−ời ta rửa lại bằng n−ớc nóng. s) Đánh giá chất l−ợng bia Chất l−ợng bia cần đạt đ−ợc các yêu cầu sau: * Cảm quan + Màu sắc: Vàng sáng, vàng rơm có màu tự nhiên + Độ trong: bọt trắng, mịn thời gian giữ bọt khoảng 2 phút ở độ cao 3cm, độ bám cốc tốt, độ sạch. + Mùi: Có mùi đặc tr−ng không có mùi lạ * Chỉ tiêu hoá lý: + Độ đ−ờng ban đầu: Bia chai là 120BX, bia hơi là 100BX. + Hàm l−ợng cồn: Bia chai là: 4,3% ± 0,2, bia hơi là 3,3% ± 0,2. + Hàm l−ợng CO2: Bia chai là: 4,5g/l ± 0,2, bia hơi là 3,5g/l ± 0,2. + Hàm l−ợng diacetyl: Bia chai < 0,1mg/lít, bia hơi <0,2mg/lít. +Độ màu: (tính theo số ml I2 0,1N trung hoà 100ml bia): 0,5ml. + Hàm l−ợng chất đắng: 19ữ22 EBC. + Hàm l−ợng glyceryl: Bia chai là: 0,1, bia hơi là 0,1ữ 0,2%. + Hàm l−ợng axít hữu cơ: Bia chai là: <0,1%, bia hơi là 0,1ữ 0,15%. + Độ chua: (tính theo số ml NaOH 0,1 N trung hoà 100ml bia): 1,2ữ1,7ml. 35 + Kim loại nặng: Không có * Chỉ tiêu vi sinh vật: + Vi khuẩn hiếm khí: ≤ 100 tế bào/ml. + Vi khuẩn yếm khí: Không có. + E.Coli: Không có. + Coliform: Không có. + Nấm mốc: < 5 tế bào/ml. 36 Ch−ơng2 Tính toán kiểm tra các thông số công nghệ của một số thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bia 2.1. Hệ thống xử lý nguyên liệu Nguyên liệu dùng cho ngày nấu cao nhất. Malt: 2374 . 6 = 14244kg Gạo: 1018 . 6 = 6108kg Khâu sử lý nguyên liệu ( malt - gạo ): Máy nghiền malt và gạo đ kém không đảm bảo cho sản xuất. Vì vậy phải tính toán và chọn các máy nghiền mới để đảm bảo cho sản xuất. 2.1.1. Máy nghiền gạo L−ợng gạo cần nghiền trong ngày là: 6108kg Thời gian nghiền là 6h/ ngày. Năng suất yêu cầu: Q = 6108 : 6 = 1018kg/h Số l−ợng máy cần dùng: M = G: (N x T)=6108 : (1018 x 6) = 1 Trong đó: N: năng suất của máy T: thời gian làm việc (6h/ngày) G: khối l−ợng gạo cần nghiền trong ngày Số l−ợng1 máy loại nghiền búa có công suất 1200kg/h, công suất động cơ 6 kW. 2.1.2. Máy nghiền malt L−ợng Malt cần nghiền trong ngày là: 14244kg Thời gian nghiền là 8h / ngày Năng suất yêu cầu: Q = 14244 : 8 = 1780kg/h Số l−ợng máy cần dùng: M=G:(N x T)=14244 : (1780 x 8) = 1 Trong đó: N - năng suất của máy T - thời gian làm việc (8h/ngày) 37 G - khối l−ợng gạo cần nghiền trong ngày Số l−ợng 1 máy loại nghiền búa có công suất 2000kg/h, công suất động cơ 11kW. 2.2. Tính toán hệ thống thiết bị phân x−ởng nấu 2.2.1. Công suất nhà nấu Đối với sản phẩm n−ớc giải khát nói chung và bia nói riêng, không phải lúc nào sản l−ợng tiêu thụ cũng đạt ở mức bình quân mà phụ thuộc theo mùa. Trong thực tế qua các số liệu thống kê cho thấy rằng để đạt đựơc sản l−ợng 10triệu lít/năm thì sản l−ợng tiêu thụ đ−ợc phân bố theo các tháng nh− sau: Vào các tháng mùa m−a (tháng 10,11 và tháng 3 sau tết nguyên đán) sản l−ợng đạt khoảng 70% công suất trung bình t−ơng ứng với công suất 7 triệu lít / năm. 2.2.2. Công suất một mẻ nấu Thời gian sản xuất thực tế: 300 ngày Hệ số giảm thể tích dịch nấu từ 1000C xuống 200C là 0,96 Hệ số nấu: Hệ 4 nồi Số mẻ nấu trong ngày: số mẻ nấu nhiều nhất trong ngày là 5 mẻ, 1 tuần vệ sinh một ngày, ngày đó chỉ nấu đ−ợc 3 mẻ vậy số mẻ bình quân cao nhất trong ngày sẽ là: ( 5 mẻ/ngày x 6 ngày + 3 mẻ/ngày x 1 ngày ) / 7 ngày = 4,7mẻ/ngày Công suất một mẻ nấu: 9,0.96,0.7,4.300 115000 = 94,4hl dịch nóng /mẻ 2.2.3. Tính nồi hồ hoá L−ợng malt đem ngâm là 10% so với l−ợng malt lót ngâm cho một mẻ là: 1249 . 0,995 . 0,1 = 124kg 38 h1 H h2 D Khi nghiền tổn thất là 0,5%, vậy l−ợng bột gạo còn lại cho vào nồi hồ hoá là: 1249 . 0,995 = 1242kg N−ớc cho vào ngâm malt lót theo tỉ lệ: N−ớc/ malt = 5/1. Vậy l−ợng n−ớc cho vào nồi hồ hoá là: 5.(1242 + 124) = 6830kg Khối l−ợng hỗn hợp trong nồi hồ hoá: 6830 + 124 + 1242 = 8196kg Hỗn hợp malt n−ớc có khối l−ợng riêng: P = 1,08kg/lít. Vậy thể tích hồn hợp là: 8196 : 1,08 = 7588,8lít Hệ số sử dụng là 0,8. Vậy thể tích xử dụng của nồi nấu là: Vhh = 7588,8 : 0,8 = 9486 lít = 9,5m 3 Hình 2-1 Nồi hồ hoá Nồi nấu gạo là thiết bị 2 vỏ đáy côn, thân hình trụ đ−ờng kính D, chiều cao phần trụ H, chiều cao đáy h2, chiều cao phần đỉnh h1: h1 = 0,2 D, H = 0,6 D. h2 = 0,15 D. Vật liệu chế tạo: Inox SUS 304. Thể tích nồi đ−ợc tính theo công thức: Vhh = 4 .. 2 HDpi + 12 1 2hDpi + 12 2 2hDpi = 12 15,2 3Dpi (2-1) 39 ⇒ D = 3 .15,2 .12 pi IIV = 3 14,3.15,2 5,9.12 = 2,5m Nồi hồ hoá có kích th−ớc: D = 2,5m, H = 1,5m, h1 = 0,5m, h2 = 0,4m. - Các thông số kỹ thuật của nồi hồ hoá. Số l−ợng: 1 nồi Thể tích: 9,5m3 Kiểu 2 vỏ, vật liệu Inox SUS304 áp suất làm việc: 4kg/cm2, áp suất thử: 6kg/cm2 Chiều cao tổng: 2400mm Diện tích trao đổi nhiệt: 6,27m2 (đ−ợc tính ở phần tính cân bằng nhiệt) + Thân trụ: Φ = 2500mm, H = 500mm, S = 3,5mm Riêng phần vành d−ới của thân trụ bằng thép Inox 6mm + Nắp nồi: Độ côn ở đỉnh: 1300 Φ = 2500mm, H = 500mm, S = 4,5mm Nắp có cửa ng−ời chui Φ = 450mm, cấu trúc kín, phía trên cửa có kính quan sát phía đỉnh có nắp ống sinh khí Φ = 300mm, S = 2mm, L = 6000mm + Đáy nồi: Độ côn ở đỉnh 1440 Φ = 2500mm, H = 400mm, S = 6mm Hệ thống khuấy, truyền động từ bên d−ới, cánh khuấy bằng Inox Động cơ điện: 3,7kW, tốc độ tỷ số truyền 1/45: 30v/ph Bộ chèn kín: ống lót ổ trục bằng đồng thau, phớt chèn bằng amiăng chì chịu nhiệt + Bảo ôn: Bảo ôn phần thân nồi và đáy nồi dày 100mm bằng bông thuỷ tinh chất l−ợng cao. Bên ngoài lớp vỏ cách nhiệt là lớp tôn Inox dày 2mm. 40 D h2 H h1 2.2.4. Tính nồi đ−ờng hoá L−ợng malt đem ngâm là 10% so với l−ợng gạo vậy l−ợng malt lót ngâm cho một mẻ là: 1249 . 0,995 . 0,1 = 124kg Khi nghiền tổn thất là 0,5%, vậy l−ợng bột malt còn lại cho vào nồi đ−ờng hoá là: ( 3270 . 0,995 ) - 124 = 3129kg N−ớc cho vào ngâm malt lót theo tỉ lệ: n−ớc/malt = 5/1. Vậy l−ợng n−ớc cho vào nồi đ−ờng hoá là: 5 . 3129 = 15648kg Khối l−ợng hỗn hợp trong nồi đ−ờng hoá (cả dịch từ nồi hồ hoá chuyển sang): 8196 + 3129 + 15648 = 26973kg Hỗn hợp malt n−ớc có khối l−ợng riêng: p = 1,08kg/lít. Vậy thể tích hỗn hợp là: 26973 : 1,08 = 24975lít Hệ số sử dụng là 0,8. Vậy thể tích sử dụng của nồi đ−ờng hoá là: Vdh = 24975 : 0,8 = 31218,7lít ≈ 31,2m 3 Hình 2-2 Nồi đ−ờng hoá Nồi đ−ờng hoá là thiết bị 2 vỏ đáy côn, thân hình trụ đ−ờng kính D, chiều cao phần hình trụ H, chiều cao đáy h2, chiều cao phần đỉnh h1: h1 = 0,2D, H = 0,6D. h2 = 0,15D. Vật liệu chế tạo Inox SUS304. 41 Thể tích nối đ−ợc tính theo công thức: Vdh = 12 15,2 12124 3 2 2 1 22 DhDhDHD pipipipi =++ (2-2) 8,3 14,3.15,2 12,31.12 .15,2 .12 33 ===⇒ pi dhVD m Nồi đ−ờng hoá có kích th−ớc: D = 3,8m, H = 2,28m, h1 = 0,76m, h2 = 0,57m. - Các thông số kỹ thuật của nồi đ−ờng hoá. Số l−ợng: 1 nồi Thể tích: 31,2m3 Kiểu 2 vỏ, vật liệu Inox SUS304 áp suất làm việc: 4kg/cm2, áp suất thử: 6kg/cm2 Diện tích trao đổi nhiệt: 16,7 m2 (đ−ợc tính ở phần tính cân bằng nhiệt) Chiều cao tổng: 3610mm + Thân trụ: Φ = 3800mm, H = 2280mm, S = 3,5mm Riêng phần vành d−ới của thân trụ bằng thép Inox 6mm + Nắp nồi: Độ côn ở đỉnh: 1300 Φ = 3800mm, H = 760mm, S = 6mm Nắp có cửa ng−ời chui Φ = 450mm, cấu trúc kín, phía trên cửa có kính quan sát phía đỉnh có nắp ống sinh khí Φ = 300mm, S = 2mm, L = 6000mm + Đáy nồi: Độ côn ở đỉnh 1440 Φ = 3800mm, H = 5700mm, S = 8mm Hệ thống khuấy, truyền động từ bên d−ới, cánh khuấy bằng Inox Động cơ điện: 5,5kW, tốc độ 1450v/ph Hộp giảm tốc 1 tốc độ tỷ số truyền 1/50: 29v/ph 42 D H h1 Bộ chèn kín: ống lót ổ trục bằng đồng thau, phớt chèn bằng amiăng chì chịu nhiệt. + Bảo ôn: Bảo ôn phần thân nồi và đáy nồi dày 100mm bằng bông thuỷ tinh chất l−ợng cao. Bên ngoài lớp vỏ cách nhiệt là lớp tôn Inox dày 2mm. 2.2.5. Tính thiết bị lọc dịch đ−ờng Dùng nồi lọc để dịch đ−ờng, thể tích khối dịch đ−ờng đem lọc mỗi mẻ là thể tích dịch sau khi đ−ờng hoá: 24975lít Hệ số chứa đầy thùng là 0,7. Vậy thể tích sử dụng của nồi lọc là: VII = 24975 : 0,7 = 35678,5lít ≈ 35,7m 3 Hình 2-3 Thiết bị lọc dịch đ−ờng Nồi lọc là thiết bị 1 vỏ đáy phẳng, thân hình trụ đ−ờng kính D, chiều cao phần hình trụ H, chiều cao phần đỉnh h1:h1=0,15D, H = 0,4D. Vật liệu chế tạo: Inox SUS304. Thể tích nồi đ−ợc tính theo công thức: V = 8,4 14,3.4,0 7,35.4 .4,0 .4 4 ..4,0 4 .. 33 32 ===⇒= pi pipi VDDHD m (2-3) Nồi lọc có kích th−ớc: D = 4,8m, H = 1,9m, h1 = 0,72m - Các thông số kỹ thuật của nồi lọc Số l−ợng: 1 nồi Thể tích: 35,7m3 43 Kiểu 1 vỏ, vật liệu Inox SUS304 Chiều cao tổng: 2620mm + Thân trụ: Φ = 4800mm, H = 1900mm, S = 4mm + Nắp nồi: Độ côn ở đỉnh: 1300 Φ = 4800mm, H = 720mm, S = 7mm Nắp có cửa ng−ời chui Φ = 450mm, cấu trúc kín, phía trên cửa có kính quan sát phía đỉnh có nắp ống sinh khí Φ = 300mm, S = 2mm, L = 6000mm + Đáy nồi: Dạng phẳng Φ = 4800mm, S = 8mm Hệ thống đảo gạt, truyền động từ bên d−ới, cánh hệ thống đảo gạt b vừa có tác dụng đảo xới đều b vừa có tác dụng gạt b. Động cơ điện: 7,5kW Hộp giảm tốc 1 tốc độ tỷ số truyền 1/60: 10v/ph + Trục thẳng đứng bằng thép không rỉ, đ−ờng kính Φ79,4mm dài 2,016 m + Hệ thống cánh đảo gạt b có cấu tạo đặc biệt với 1 chiều quay của động cơ thì dao cắt đảo b, chiều ng−ợc lại thì hệ thống có tác dụng gạt b. Hệ gồm 15 l−ỡi cắt bằng thép không rỉ v._.