Thiết kế phân xưởng lên men công suất 10 triệu tấn/năm

Mở đầu Bia theo định nghĩa của Việt Nam là loạI đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm từ nguyên liệu chính từ malt đạI mạch, hoa houplon , nấm men và nước. Nó là loại đồ uống có ga, thơm, mát, bổ, có độ cồn thấp, nhiều bọt mịn, cố mùi vị đặc trưng của nguyên liệu và các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men. CO2 được bão hoà trong bia có tác dụng giảI khát tức thì. NgoàI việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzym khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzym kích thích tiêu hoá amylaza. Bia ra đời 500 năm trước công nguyên người Sumerien và Assyrien đã sản xuất đồ uống lên men từ ngũ cốc . Hiện nay bia được sử dụng trên thế giới như một sản phẩm không thể thiếu với một sản lượng rất lớn. Còn ở Việt Nam mức độ tiêu thụ còn thấp tuy nhiên sản lượng bia tiêu thụ ngày càng tăng do mức độ thu nhập của người dân ngày càng tăng, đời sống ngày càng được nâng cao, cùng với sự phát triển của mạnh mẽ của các khu công nghiệp mới. Vì vậy việc xây dựng các nhà máy bia có quy mô vừa và giá cả phù hợp với người tiêu dùng là cần được đặt ra. Trong phần thiết kế này tôI thiết kế nhà máy có năng suất 10 triệu lít / năm với chất lượng vừa phảI với sản phẩm chính là bia hơi. Phần I Lập luận kinh tế kỹ thuật Để thiết kế và xây dựng một xưởng sản xuất bia mà chủ yếu là bia hơi, ta cần tiến hành khảo sát các điều kiện như : Địa điểm xây dựng, nguồn cung cấp nguyên vật liệu, nhiên liệu, giao thông, dây chuyền công nghệ, thiết bị, vốn đầu tư và các nhà máy bia khác có trên địa bàn. Trước hết ta nói về tình hình sản xuất bia tạI Việt Nam và trên thế giới . I.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ bia ở nước ta và thế giới. I1.1 Trên thế giới. Hàng năm trên thế giới sản xuất một lượng bia tương đối lớn tập trung vào một số hãng bia hàng đầu thế giới (heneken, interbrew, miler….) chiếm khoảng 70% lượng bia trên thế giới là ở những nước phát triển ví dụ như Đức, Đan Mạch, Pháp…. Châu á là khu vực có số dân đông nhất của thế giới, do vậy đây là một thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng. Tuy nhiên do mức sống của người dân chưa cao nên mức tiêu thụ của người dân chưa cao, ở một số nước có nền kinh tế phát triển đời sống của người dân khá hơn thì mức tiêu thụ bia cao hơn. Ví dụ : Nhật Bản :50l/người/năm. Singapo :20l/người/năm. Trung Quốc :17l/ người/ năm. Mặc dù vậy nhưng trong những năm gân đây thì tốc độ tăng năng suất bia của khu vực Châu á tăng nhanh hơn Châu Âu. Mức độ tăng trung bình của Châu á tăng 7% trong khi đó ở Châu Âu lạI giảm 4%. I.1.2 Tại Việt Nam. Bia có mặt tạI Việt Nam vào những năm 1890 do người Pháp đưa vào . Lúc đó chỉ có 2 nhà máy bia nhỏ (nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia SàI Gòn) . Sau khi giảI phóng miền nam thống nhất đất nước, nước ta đI lên chủ nghĩa xã hội các ngành công nghiệp được phát triển trong đó có công nghiệp bia. Đặc đIểm của ngành công nghiệp sản xuất bia của Viêtn Nam là cũng dựa trên nguyên liệu chính là malt đạI mạch. Trước đây chúng ta nhập hoàn toàn của nước ngoàI còn hiện nay đã có nhà máy sản xuất malt ở Tiên Sơn_ Bắc Ninh đã cung cấp một phần nào đó nguyên liệu cho sản xuất tuy nhiên còn rất hạn chế. Mặt khác nước ta là nước nông nghiệp đứng thứ 3 về xuất khẩu gạo trên thế giới vì vậy trong sản xuất ở các nhà máy hiện nay đã sử dụng gạo là nguồn nguyên liệu thay thế . Tỷ lệ gạo dùng làm nguyên liệu thay thế thường khoảng 30-40%, ở một số nhà máy thậm chí còn cao hơn. NgoàI ra các nhà máy còn sử dụng một lượng đường saccharoza trong quá trình nấu. ở nước ta hiện nay hầu hết các tỉnh đều có bia địa phương, còn một số nhà máy lớn tập trung ở hầu hết thành phố lớn và được tiêu thụ chủ yêud ở đó như : Hà Nội, TpHCM, Đà Nẵng…. Nguyên nhân mức sống ở đó cao hơn còn ở quê thu nhập còn thấp nên người ta sử dụng chủ yếu là bia địa phương . Bia được sản xuất ở nước ta chủ yếu là bia vàng và sản phẩm được sản xuất dưới 3 dạng : bia hơI, bia chai, bia lon. Trong đó bia hơI được sử dụng rộng rãI nhất. Trong những năm gân đây cùng với sự phát triển của các khu công nghiệp mới các nhà máy bia mới được xây dựng và các nhà máy bia cũ tiếp tục mở rộng tăng năng suất đồng thời cảI thiện chất lượng bia ngày một ngon hơn. Việc phát triển ngành công nghiệp bia không chỉ đáp ứng được nhu cầu của người dân mà còn đem lạI một nguồn thu nhập đáng kể cho ngân sách nhà nước đồng thời giảI quyết được công ăn việc làm cho nhiều lao động. I.2Điều kiện xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Lễ Môn- Thanh Hoá I.2.1Điều kiện tự nhiên xã hội Tỉnh Thanh Hoá có vị trí địa lý rất thuận lợi ,là cầu nối giao thông quan trọng giữa miền Bắc và miền Trung . giao thông thuận tiện với quốc lộ 1A và đường Hồ Chí Minh nối Thanh Hoá với tất cả các tỉnh và thành phố khác trong cả nước . Về mặt xã hội : Thanh hoá là tỉnh đông dân thứ hai trong cả nước (chỉ sau thành phố Hồ Chí Minh ) với số dân khoảng 4 triệu và diện tích rộng 11168km2 là một thị trường rộng lớn và đầy tiềm năng có sức hấp dẫn lớn với các doanh nghiệp trong và ngoài nước .Với đà phát triển như hiện nay thì không những người dân thành phố mà ở nông thôn bộ mặt kinh tế cũng đang dần thay đổi ,đời sống của những người lao động dần được cảI thiện và nâng cao . Vói một môi trường dồi dào nguồn nhân lực như vậy sự ra đời của một nhà máy bia có thể giúp giải quyết công ăn việc làm cho một số người lao động góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống người lao động và làm giàu cho quê hương. I.2.2 Địa điểm xây dựng Khu công nghiệp Lễ Môn nằm cách thành phố Thanh Hoá 4km ,trên đường đi Sầm Sơn -một địa điểm du lịch nổi tiếng .Là một nơi có địa hình bằng phẳng ,giao thông thuận tiện . I.2.3 Về nhân lực Thanh Hoá là một tỉnh đông dân do vậy nguồn lao động sẵn có , nhà máy đặt tại địa phương giảm được khâu chuẩn bị cơ sở hạ tầng nhà ở cho công nhân . I.2.4Về cung cấp nguyên liệu Malt đại mạch được nhập từ úc , Pháp ,hoa houblon được nhập từ đức .Gạo được nhập từ các công ty cung ứng trong tỉnh .Sử dụng điện ,nước thành phố . I.2.5Tình hình sản xuất bia trong tỉnh Nhà máy bia lớn nhất là nhà máy bia Thanh Hoá với công suất 30 triệu l /năm(cho cả bia hơI và bia chai ) với khoảng 12triệu l bia hơi/năm.ngoài ra còn một vài xưởng bia tư nhân với công suất nhỏ.như vậy ,với lượng tiêu thụ tính theo đầu người là 15l/người/nămvà dân số trong tỉnh lớn như (chưa kể các tỉnh lân cận) thì tình hình sản xuất bia trong tỉnh như hiện nay là chưa đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ . Với những phân tích như trên cho thấy rằng việc xây dựng một nhà máy bia công suất 10 triệu l/năm ở khu công nghiệp Lễ Môn Thanh Hoá có tính khả thi và chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế. Phần II Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ II.1.Chọn dây chuyền 1. Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu dùng để sản xuất bia cho nhà máy là malt đại mạch, gạo (được sử dụng làm nguyên liệu thay thế nhằm giảm giá thành sản phẩm), hoa houplon, nấm men và nước. 1.1Malt đại mạch Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia sản lượng đại. Đại mạch được trồng nhiều nhất ở các nước Liên Xô trước đây, Mỹ, Trung Quốc, Pháp... Trong sản xuất bia, bia sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn bia được sản xuất từ nguyên liệu khác. Khi đưa vào sản xuất malt phải đạt các yêu cầu sau : -Màu sắc : Màu vàng rơm sáng óng ánh -Mùi vị : Đặc trưng cho malt vàng là vị nhọt nhẹ hay ngọt dịu, không được có mùi lạ. -Độ sạch : Không được lẫn tạp chất (sạn, rác…) cho phép <2% Trọng lượng hạt : 34-45g/1000 hạt Dung trọng : 530 - 560g/l Độ ẩm : W = 4-5% Độ hoà tan : 78-80% chất khô Thời gian đường hoá : <15phút/700C Đường maltoza chiếm từ 65 - 75% tổng chất hoà tan Chiều dàI mầm: chiều dàI hạt (chiếm 75%) Độ trắng đục : 96% PH :4,5-6 Hoạt lực diastaza: >200 Prôtêin tổng số : 9,5-10,5 Số Hactông : 4,8-6 Prôtêin hoà tan : 4,8-5,4 Prôtêin focmôn : 0,18-8,22% Chỉ số Kolback: 36-41% 1.2 Gạo Ngoài đại mạch, trong công nghiệp sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm người ta đưa một số nguyên liệu khác như gạo, ngô... vào để thay thế. Trong đIều kiện nước ta gạo là nguồn nguyên liệu rất phổ biến vì vậy em chọn nguyên liệu thay thế là gạo với hàm lượng là 30%. Mặt khác gạo là nguồn nguyên liệu chứa nhiều tinh bột với độ hoà tan cao. Yêu cầu chung về gạo Đồng nhất về kích thước. Màu sắc trắng đồng nhất, không có hạt bị mốc, mối, mọt, mùi hôi. Không có sạn, cát (nếu có chỉ cho phép 2%). Độ ẩm từ 10 á 13%. Độ hoà tan 80 á 85%. Hàm lượng chất béo :0,5-0,7% 1.3 Hoa houblon Hoa houbon được coi là nguyên liệu chính thứ hai không thể thiếu được trong quá trình sản xuất bia. 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. Do những tính năng cực kỳ đặc biệt như vậy, cho nên nó là loại nguyên liệu “Không thể thay thế” trong ngành công nghiệp này. ở Việt Nam, hiện nay hoa houblon được nhập để sản xuất bia gồm các dạng: hoa cánh, hoa viên, cao hoa. * Yêu cầu của hoa houblon Màu sắc : Hoa cánh màu vàng đục, hơi xanh, không có màu nâu hoặc xám đen. Tạp chất : Không chứa các tạp chất, không lẫn nhiều cuống hoa. Mùi thơm đặc trưng, không có mùi hắc. Cơ học : dùng tay nghiền hoa còn dính tay. Phấn hoa : bóc cánh hoa ra còn nhiều phấn màu vàng sáng. Chỉ sử dụng loại hoa cái chưa thụ phấn. *.Các dạng chế phẩm: -Hoa cánh: sấy nhẹ ở 50oC (W<11%) và ép thành bánh. -Hoa viên : Hoa cánh thu về được sấy khô, nghiền ép và đùn thành viên được bảo quản trong túi giấy nhôm. -Hoa cao : Hoa được trích lý bằng cồn hoặc CO2 rồi cô đặc dịch trích ly đến cao. Cao hoa có màu vàng, đen sẫm, dẻo có thể bảo quản tốt từ 3-4 năm, thuận lợi cho quá trình chuyên chở mà vẫn đảm bảo được chất lượng hoa. *.Thành phần hoá học của hoa STT Thành phần Tính theo % chất khô 1 Độ ẩm 11 á 13% 2 Chất đắng 15 á 21% 3 Polyphenol 2,5 á 6% 4 Tinh dầu thơm 0,3 á 1% 5 Protít 15 á 21% 6 Celluloza 12 á 14% 7 Chất khoáng 8% 1.4 Nước Trong bia thành phẩm nước chiếm khoảng 80- 90%. Như vậy có thể nói nước là một trong những nguyên liệu chính. Nước giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm cho nên nó phải đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu từ hoá học đến sinh học. Nước phải đảm bảo trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơ học. Thành phần hoá học của nước dùng để sản xuất bia như sau : Độ cứng < 100D (từ mềm đến trung bình). Hàm lượng muối cacbonat < 400mg/l. Hàm lượng muối sunfat Ê 250mg/l. Hàm lượng Magiê: Ê 50 mg/l. Hàm lượng Natri : Ê 150 mg/l. Hàm lượng Kali : Ê 10 mg/l. Hàm lượng Sắt : Ê 0,2 mg/l. Hàm lượng Đồng : <0,05mg/l Hàm lượng Kẽm :<0,02mg/l. Hàm lượng Mn2+<0,05mg/l. Hàm lượng Pb2+<0,01mg/l. Các chất hoạt động bề mặt : Ê 200 mg/l. pH =6,5-7. Hàm lượng NO2-<0,1 mg/l, NO3-<15mg/l Hàm lượng SiO32-<30mg/l Hàm lượng Cl-<200mg/l. Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml. E.Coli và các vi sinh vật độc hại Ê 3 tế bào/1cm3. .1.5 Nấm men. Đặc điểm: Nấm men trong sản xuất bia thuộc lớp có khả năng tạo bào tử, họ Saccharomycetae, chi Saccharomyces. Chi này được phân loại nhờ những tính chất sau: Tế bào sinh sản theo phương pháp nẩy chồi, tạo giả sợi, bào tử hình tròn hoặc hình oval có kích thước (4-8m)x(5-10m).Saccharomyces thường lên men rượu và không đồng hoá các nitrat. Trong sản xuất bia có hai chủng nấm men dùng để nuôI cấy, chúng có những đặc tính kỹ thuật công nghệ khác nhau do đó kéo theo hai hình thức lên men khác nhau. Saccharomyces cerevisiae: Nấm men nổi Saccharomyces Carlsbergensis: Nấm men chìm Nguồn men giống: có thể lấy men giống từ nuôi cấy nấm men từ chủng thuần khiết hay tái sử dụng nấm men từ những lần lên men trước(sữa men). 2. Chọn phương pháp lên men. Có hai phương pháp lên men: lên men cổ điển và lên men hiện đại. 2.1 Theo thiết bị: a.Phương pháp lên men cổ điển. Lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong hai thiết bị khác nhau với hai chế độ lạnh riêng. * Ưu điểm của phương pháp: Thiết bị lên men đơn giản, dễ chế tạo, hương vị bia đậm đà. * Nhược điểm của phương pháp: Do làm lạnh cả phòng nên tốn nhiều lạnh, do phải chuyển dịch từ thiết bị lên men chính sang thiết bị kên men phụ nên dễ nhiễm và hao tổn dịch. Thời gian lên men dài từ 3 đến 4 tuần do đó giá thành bia sẽ tăng lên. b.Phương pháp lên men hiện đại. Lên men chính và lên men phụ trong cùng một thiết bị có các khoang lạnh điều chỉnh nhiệt độ riêng. * Ưu điểm của phương pháp: -Rút ngắn được chu kỳ sản xuất -Công nghệ đơn giản dễ thực hiện -tiêu tốn ít lao động cơ bắp -Mặt bằng xây dựng ít (có thể đặt được ngoàI trời). -An toàn vệ sinh đạt hiệu quả cao -Dễ dàng tự động hoá -ĐIều kiện làm việc cho công nhân tốt hơn - Dễ thu hồi sữa men * Nhược điểm của phương pháp: Chất lượng bia có giảm so với phương pháp lên men cổ điển. Đây là nhược điểm chính của phương pháp này. 2.2 Theo chủng nấm men: Có hai phương pháp lên men là lên men nổi và lên men chìm: a.Lên men chìm: chủng nấm men sử dụng là S.carlsbergennis nhiệt độ lên men thích hợp là 6-8oC. Trong quá trinh lên men lơ lửng dạng huyền phù trong dịch lên men, kết thúc lên men nấm men lắng xuống đáy thiết bị. -Ưu đIểm :dễ tách cặn nấm men sau khi lên men chính, thời gian lên men lâu nên chất lượng bia ổn định và ngon hơn, làm tăng hiệu suất lên men. Nhược đIểm : thời gian lên men dàI, chi phí cho sản xuất cao. b. Lên men nổi: chủng nấm men S.cerevisiae nhiệt độ lên men cao hơn, khoảng 14-16oC. Nấm men kết thành mảng nổi lên trên bề mặt dịch đường. -Ưu đIểm : thời gian lên men thấp, chí phí cho sản xuất thấp - Nhược đIểm :khó tách căn nấm men. 3. Chọn phương thức lên men. 3.1. Lên men liên tục: Dịch đường vào liên tục ở phần đầu dây chuyền lên men và bia được lấy ra liên tục ở cuối dây chuyền. Thời gian dịch đường được giữ trong thiết bị chính là thời gian lên men. * Ưu điểm: Công nghệ khép kín, hao tổn trong qúa trình ít, sản phẩm đồng đều, công suất sử dụng thiết bị tăng dẫn đến hạ giá thành sản phẩm. * Nhược điểm: Thiết bị phức tạp, kỹ thuật cao, đòi hỏi phải theo dõi nghiêm ngặt quá trình sản xuất, trường hợp bị nhiễm tạp gây nhiễm hàng loạt rất khó xử lý. 3.2. Lên men gián đoạn: Dịch đường và men giống được đưa vào thiết bị lên men theo từng mẻ và sản phẩm được lấy ra theo từng mẻ. * Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo. Trong quá trình lên men dễ theo dõi, kiểm soát. Nếu có sự cố bị nhiễm thì chỉ xảy ra ở một mẻ nên dễ xử lý. * Nhược điểm: Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp, tốn công lao động, thời gian lên men dài, tổn thất trong quá trình sản xuất lớn, chất lượng bia không ổn định. *Kết luận :Qua phân tích trên phương pháp lên men liên tục thích hợp với sản xuất lớn, kỹ thuật tiên tiến, hiện đại. Tuy nhiên, trong điều kiện sản xuất của nhà máy : dân trí từng vùng nói riêng và khả năng đầu tư dây chuyền công nghệ, thiết bị cùng với chất lượng sản phẩm em chọn sản xuất theo phương pháp lên men gián đoạn, chủng nấm men sản xuất là nấm men lên men chìm S. carlsbergensis để thực hiện quá trình lên men trong thiết bị hình trụ đáy côn . II.2. Thuyết minh dây chuyến công nghệ. Dây chuyền công nghệ lên men bia. Men giống Dịch đường sau lạnh nhanh Nhân giống Thu hồi CO2 Lên men chính Men sữa Lên men phụ Rửa sữa men Xử lý CO2 Rửa bock Hoạt hoá Bia hơi Chiết bock Bão hoà CO2 Lọc 1. Chuẩn bị men giống. Để quá trình lên men tốt đảm bảo chất lượng bia thành phẩm thì ngay từ ban đầu dịch đường phải có một lượng men cho vào với tỷ lệ thích hợp. Mật độ nấm men ban đầu so với dịch đường phải đạt từ 10 đến 15 triệu tế bào / ml. Lượng men này được sản sinh ra từ hai nguồn: nhân giống men từ ống thạch nghiêng và thu hồi men sữa của thế hệ trước để tái sinh. a. Nhân giống men từ ống thạch nghiêng. ống thạch nghiêng ống nghiệm 10 ml bình tam giác 100ml bình 1000ml bình 10 lít thùng nhân giống cấp 1 thùng nhân giống cấp 2. *Đối với việc nhân giống trong phòng thí nghiệm: Nấm men được cấy từ ống thạch nghiêng sang ống nghiệm 10 ml và nuôi ở điều kiện vô trùng giữ ở 27 đến 300C trong 24 giờ rồi chuyển sang bình tam giác 100 ml ở 25 đến 270C trong 20 giờ. Sau đó là bình tam giác 1000ml với nhiệt độ 20-250C trong 18 giờ. Dịch dùng để nuôi cấy nấm men đối với 10ml và 100ml là môi trường dịch malt còn đối với môi trường từ 1lít trở nên ta dùng trực tiếp môi trường dịch đường của nồi đường hoá. Môi trường nhân giống phải được thanh trùng với áp suất 1 at trong 50 phút. Yêu cầu về chất lượng của nấm men sau mỗi lần nhân giống là: men giống to, tròn, tỷ lệ nảy chồi lớn hơn 80%, tỷ lệ chết nhỏ hơn 5%. Nuôi cấy ở thùng nhân giống cấp 1 và cấp 2 (Nhân giống trong sản xuất). - Môi trường nuôi cấy : dịch đường đã qua nấu hoa, thanh trùng ở 1000C trong 20 phút. - Nhiệt độ : 12 đến 140C. - Thời gian : 18 giờ. - Sục khí : 2 giờ sục khí vô trùng một lần trong 30 phút. Tiến hành : Dịch đường sau khi đã nấu hoa, tách cặn cho vào thùng nhân giống cấp 1, lượng dịch chiếm 70% thể tích thiết bị. Mở van hơi cho nâng dần áp suất lên và duy trì ở áp suất 1 at trong 20 phút. Sau đó mở nước làm nguội đến 60 đến 650C và dùng nước làm lạnh để làm lạnh dịch đến 12 – 140C. Cho nấm men từ bình 10 lít vào nuôi trong 18 giờ, trong quá trình nuôi cấy có sục khí. Khi qúa trình nhân giống cấp 1 kết thúc, dùng bơm bơm men giống sang thùng nhân giống cấp 2 và tiến hành như ở thùng nhân giống cấp 1. Sau 18 giờ dùng bơm đẩy men giống sang thùng lên men với tỷ lệ men và dịch lên men là 1/10. b. Tái sử dụng men sữa. Khi kết thúc lên men chính, nấm men sẽ lắng xuống đáy thùng lên men và chia thành 3 lớp. - Lớp trên cùng là lớp nấm men già và các xác tế bào nấm men. - Lớp ở giữa màu trằng sữa - Lớp đáy là lớp cặn thô. Tháo bỏ lớp cuối cùng và thu lấy lớp giữa rồi đem đi rửa. Để rửa nấm men tiến hành bơm lớp men giữa sang thùng rửa men. ở gần miệng thùng rửa men được lắp một lớp lưới lọc có lỗ đường kính khoảng 0.2 tới 0.5 mm để loại bỏ các tạp chất lớn nếu có. Sau đó dùng nước lạnh 2 tới 40C vô trùng hoà đều cặn men, khuấy nhẹ nhiều lần cho các tế bào rời nhau, để lắng rồi gạn bỏ phần trên (chủ yếu là nấm men đã chết). Rửa đi rửa lại nhiều lần như vậy cho đến khi dịch men có màu trắng sữa là được. Nếu men bị nhiễm phải xử lý như sau: -Rửa bằng dung dịch H2SO4 1% với liều lượng 0,3g/l nấm men đặc, phảI theo dõi cẩn thận sao cho PH không hạ thấp xuống dưới 2. -Sau 40 phút, sữa men axít hoá được trung hoà bằng dung dịch NaHCO3 1%. Sau 10-15 phút thì sữa men trung hoà được rửa lạI bằng nước vô trùng 2oC. Yêu cầu về chất lượng men sữa là: - Tỷ lệ chết : < 5% - Tỷ lệ nhiễm tạp : < 2% - Độ ẩm : 85% tới 88% Nhiệt độ bảo quản men sữa : 2 đến 40C. c. Hoạt hoá men sữa. Trước khi cấy men sữa vào thùng lên men phải hoạt hoá lại nấm men để tạo sinh khối. Đưa nấm men vào thùng nhân giống cùng dịch đường theo tỷ lệ 1 lít men giống cho 4 lít dịch đường. Dùng cánh khuấy trộn đều, sục không khí vô trùng vào dịch để tạo sinh khối. Sau 16 tới 18 giờ mật độ tế bào đạt 100 triệu tế bào / 1 ml, độ cồn đạt khoảng 0.3% thì kết thúc quá trình hoạt hoá nấm men. Tiến hành cấy men giống vào thùng lên men theo tỷ lệ 1 lít men giống / 10 lít dịch. Quy trình tái sử dụng men sữa thường lặp lại 6 hay 7 lần. 2. Quá trình lên men chính. a. Mục đích: Quá trình lên men chính là quá trình nấm men hấp thụ và chuyển hoá các chất có trong dịch đường để tạo ra rượu, khí CO2 và các sản phẩm phụ. Sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non. Bia non đục, hàm lượng diaxetyl cao nên chưa thích hợp để sử dụng. b.Chế độ lên men: - Nhiệt độ lên men : 10 tới 120C - Thời gian lên men: 6 tới 8 ngày - áp suất : áp suất dư trong các tank lên men khống chế 0,5-0,7kg/cm2 c. Tiến hành lên men: Dịch đường sau khi làm lạnh nhanh và được cung cấp một lượng O2 đủ để nấm men tạo sinh khối cho quá trình lên men được bơm vào các tank lên men. Thể tích của các tank lên men đủ để chứa được lượng dịch một ngày sản xuất. Khi làm việc tank sau khi đã được vệ sinh bằng hệ thống CIP dịch đường mẻ đầu tiên được bơm vào đồng thời toàn bộ lượng men giống cho một tank lên men được cũng được nạp vào mục đích là cho nấm men thích nghi dần với dịch đường. Thùng lên men có bố trí 3 khoang áo lạnh và lớp bảo ôn bằng bông thuỷ tinh, tác nhân lạnh là glycol.Khi bắt đầu lên men chính ta mở hết cỡ van lạnh khoang trên cùng và 1/3 van lạnh khoang thứ 2 còn khoang lạnh dưới cùng không mở. Thời gian lên men chính từ 6 tới 8 ngày. Nhiệt độ thùng được khống chế là 10-120C. Mục đích của việc mở lạnh như trên là để tạo sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khoang để nấm men được trộn đều tránh sự kết lắng giúp cho quá trình lên men tốt hơn . Sau một ngày lên men CO2 thoát ra nhiều ta mở van thu hồi CO2 . áp suất dư trong tank lên men khống chế trong khoảng 0,5- 0,7 kg/cm2 . Hàng ngày lấy mẫu kiểm tra quá trình lên men. Kiểm tra các yếu tố sau : - độ Bx độ chua kiểm tra tế bào nấm men kiểm tra số tế bào nấm men ở giai đoạn này phải liên tục theo dõi độ đường và độ axít của dịch để biết quá trình lên men có bình thường không. Nếu nồng độ dịch đường biến đổi không bình thường và nồng độ axit tăng quá nhanh là dịch đã bị nhiễm hoặc nấm men đã già, lúc này cần có biện pháp xử lý kịp thời. Khi nồng độ chất biểu kiến còn khoảng 2,5 tới 3 Bx thì kết thúc quá trình lên men chính. Hạ nhiệt độ khối dịch xuống đến 50C cho nấm men lắng xuống đáy và tiến hành tháo cặn, thu hồi men sữa. Sau đó hạ tiếp nhiệt độ xuống 2 đến 40C. Bia non sẽ tiếp tục trải qua quá trình lên men phụ. 3. Quá trình lên men phụ. a. Mục đích: Lên men một phần các chất khô còn lại trong bia non, hoàn thiện hương vị cho bia, giảm lượng diaxetyl, hoà tan CO2 vào trong bia và lắng trong bia. b. Các biến đổi trong qúa trình lên men phụ: - Các dextrin phân tử thấp được lên men bởi nấm men. Tốc độ lên men trong giai đoạn này rất chậm - Các rượu bậc cao tham gia phản ứng tạo este với các axit hữu cơ tạo thành các este. Sau quá trình lên men phụ hàm lượng rượu bậc cao còn khoảng 50 tới 60 mg/l. - Diaxetyl bị khử dưới tác dụng nấm men và giảm xuống dưới 0,2 mg/l. c.Chế độ lên men: - Nhiệt độ lên men: 2 tới 40C - Thời gian lên men: 10 tới 12 ngày - áp suất: 0,8 tới 0,9 Kg/cm2 để giữ một lượng CO2 nhất định dạng liên kết trong bia. d. Tiến hành lên men: Kết thúc quá trình lên men chính ta mở hết các van lạnh để hạ nhiệt độ xuống 2-4oC , ngừng thu hồi CO2, áp suất dư trong quá trình lên men phụ là 0,8-0,9 kg/cm2. Thời gian lên men phụ là 10-12 ngày. Hàng ngày lấy mẫu để kiểm tra sự biến đổi của nồng độ chất hoà tan và diaxetyl. Khi hàm lượng diaxetyl trong bia dưới 0,2 mg/l và bia có hương vị hài hoà thì có thể kết thúc quá trình lên men phụ. Tuy nhiên tuỳ theo mức độ tiêu thụ ta có thể kéo dàI hoặc rút ngắn thời gian lên men phụ. 4. Lọc trong bia. a. Mục đích: Tách các loại cặn, các chất keo, vi sinh vật và nấm men để cho bia có độ trong, sáng, tăng giá trị cảm quan đồng thời tạo cho bia tính ổn định sinh học cao. b. Tiến hành: Khi quá trình lên men phụ kết thúc, bia được bơm sang máy lọc khung bản để lọc. Vải lọc được giặt sạch lắp vào máy thật khít và đều. Lọc bia còn dùng thêm chất trợ lọc diatomit,quá trình lọc trảI qua 2 giai đoạn: -tạo bề mặt lọc - giai đoạn lọc *Tạo bề mặt lọc: trước tiên trộn bột trợ lọc với nước vô trùng theo tỷ lệ 1 Kg bột/ 8 lít nước, sau đó dùng bơm bơm chất trợ lọc tuần hoàn qua máy lọc. Bột trợ lọc có hai loại : loại thô và loại mịn. Khi bơm ta nhìn qua ống quan sát thấy lúc nào nước trong thì ngừng bơm bột trợ lọc. Lượng bột sử dụng khoảng 300g/m2 bề mặt lọc. *Giai đoạn lọc: kết thúc quá trình phủ bột ta tiến hành lọc,dịch trước khi lọc được làm lạnh đến nhiệt độ OoC, đIều chỉnh áp suất đầu vào khoảng 2-3 at và tiến hành lọc. Khi độ dày lớp bã trên bề mặt lọc tăng, áp suất lọc tăng, bia không thoát ra được hoặc thoát ra nhưng đục ta dùng khí nén để đẩy lớp bã ra và tiến hành phủ bột tiếp đến khi bia ra đạt yêu cầu . 5. Bão hoà CO2. a. Mục đích: Trong quá trình lên men chính, lên men phụ, lọc bia đã làm mất đi một lượng lớn CO2. Để bia thành phẩm có đủ lượng CO2 nhằm làm tăng chất lượng cảm quan cho bia cần nạp thêm CO2 vào bia. Đối với bia hơi lượng CO2 là 3,5 g CO2 / 1 lít bia. b. Tiến hành: Bia sau khi lọc được đưa sang thiết bị tàng trữ bia thành phẩm. Ta tiến hành bão hoà CO2 trong quá trình đó nghĩa là bão hoà CO2 cho bia khi bia đI từ máy lọc tới tank tàng trữ . Bão hoà theo phương pháp này tạo đIều kiện tiếp xúc tốt giữa bia và CO2, đồng thời tránh được quá trình oxy hoá sớm nhất và tránh được nhiễm tạp sớm nhất. áp suất bão hoà CO2 là 1,8-2 kg/cm2,bão hoà đạt 3,5g/l. 6. Hoàn thiện bia hơi. Bia hơi là loại bia sử dụng ngay không qua thanh trùng. Bia hơi được chiết vào bock đã vệ sinh sạch sẽ. Bia được chiết theo nguyên tắc đẳng áp. Khi chiết bia tránh xáo trộn bia làm hao hụt CO2 và tránh tiếp xúc với O2 làm ảnh hưởng đến chất lượng bia. 7. Các chỉ tiêu đối với bia thành phẩm. a. Chỉ tiêu cảm quan. - Màu sắc: Vàng rơm, trong sáng. - Độ trong: Bia trong, óng ánh. - Độ bọt: Bọt trắng, mịn. - Độ sánh: - Hương thơm: Đặc trưng của bia. - Vị: Đắng dịu. b. Chỉ tiêu hoá lý. - Hàm lượng cồn: 3 tới 4% thể tích. - Hàm lượng CO2: 3,5 g/l - Độ chua (tính theo số ml NaOH 1N dùng để trung hoà 100 ml bia): 1,2 tới 1,7 ml. - Độ màu (tính theo số mol I2 0,1N cho 100 ml bia): 0,3 tới 0,5 ml. -Hàm lượng đường sót: 1,8 tới 20Bx. -Hàm lượng diaxetyl < 0,1 mg/l. -Hàm lượng andehyt < 8-10 g/l. -Hàm lượng rượu bậc cao < 50 mg/l. -Hàm lượng este :60-80 mg/l. -Các hợp chất chứa lưu huỳnh < 0,03-0,12 mg/l. -Hàm lượng oxy < 0,01-0,05 mg/l. - Kim loại nặng: không có. c. Chỉ tiêu vi sinh: - Vi khuẩn hiếu khí: dưới 100 tế bào/ml. - Vi khuẩn kỵ khí: không có. - Vi sinh vật gây bệnh: không có. - Nấm men: Không có. Phần III Tính cân bằng sản phẩm III.1. Tính cân bằng sản phẩm cho 100 lít bia hơi. III.1.1.Tính lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn. * Tổn thất trong quá trình chiết bia là 1,5%. Vậy lượng bia đã bão hoà CO2 là: 100 : (1- 0,015) = 101,52(lít.) * Tổn thất trong quá trình sục CO2 là 0,5%. Vậy lượng bia sau khi lọc là: 101,52 : (1 – 0,005) = 102,03(lít) * Tổn thất trong quá trình lọc bia là 1%. Vậy lượng bia trước khi lọc là: 102,03: (1-0,01) = 103,06( lít) * Tổn thất trong quá trình lên men chính và lên men phụ là 4%, vậy lượng dịch đường đưa vào lên men là: 103,06: (1 - 0,04) =107,36 (lít). * Tổn thất quá trình lắng trong và lạnh nhanh là 3%. Vậy lượng đường đưa vào lắng trong là : 107,36 : ( 1-0,03) = 110,68 (lít). * Khi làm lạnh thể tích dung dịch đường co 4%. Vậy thể tích đường ở 100oC trước khi lắng và lạnh nhanh là: 110,68 : (1 – 0,04) = 115,29 (lít) * Dịch đường 10% ở 200C có d = 1,039 Kg/lít. Vậy khối lượng dịch đường sau đun hoa là: 110,68 x 1,039 = 115(Kg). * Lượng chất chiết có trong dịch đường 10% là: 115 x 0,1 = 11,5(Kg). * Tổn thất trong quá trình lọc là 1,5%. Vậy lượng chất chiết có là: 11,5 : (1 – 0,015) = 11,675(Kg). III.1.2. Tính nguyên liệu. *Tính lượng malt và gạo. Gọi khối lượng malt là M Khối lượng gaọ là Mx0,3/0,7 Lượng chất chiết thu được từ gạo là M x x 0,995 x 0,85 x 0,85 = 0,308M Lượng chất chiết từ malt là M x 0,995 x 0,93 x 0,76 = 0,703M Vậy tổng lượng chất chiết là Mx0,703 + 0,308xM = 11,675 Vậy lượng malt là : M=11,35 (kg) Lượng gaọ là : m =4,95 (kg) *Tính lượng hoa houplon. Lượng hoa houplon cần dùng khi sử dụng hoa cánh là 2g/l vậy lương hoa dùng cho 100l là: 100 x 2 =200 g=0,2 kg ta có 1 kg cao hoa bằng 5 kg hoa cánh, 1kg hoa viên băng 1,3 kg hoa cánh.ở đây ta sử dụng 25% cao hoa và 75% hoa viên. vậy lượng hoa viên là : 0,75 x 0,2/1,3 = 0,115 kg. Lượng cao hoa là: 0,25 x0,2 /5 =0,01 kg. III.1.3. Tính lượng men giống cho vào 100 lít bia. * Lượng men giống cho vào chiếm 10% thể tích dịch đường. Vậy lượng men giống cần dùng là: 107,36 x 10% = 10,74 lít * Lượng sữa men cho vào chiếm 1% thể tích dịch đường Vậy lượng sữa men cần dùng là: 107,36 x 1% = 1,074 lít. III.1.4. Tính lượng CO2 nạp vào bia. * Bia thành phẩm có hàm lượng CO2 là 3,5 g/l. * Bia sau khi lọc có hàm lượng CO2 là 2 g/l. * Vậy lượng CO2 cần nạp là: ( 3,5 – 2) x 102,03 =153,05 g=0,153 kg. Hay có thể tích là: 0,84 (m) III.2. Tính các sản phẩm phụ III.2.1. Cặn lắng. Lượng cặn lắng có độ ẩm 85% thường chiếm 1,75% so với tổng lượng nguyên liệu. Vậy lượng cặn lắng là: (11,35+4,95) x 1,75% = 0,29(Kg). III.2.2. Lượng men sữa thu hồi Trong thực tế cứ 100 lít dịch đường đưa vào lên men thu được 1,53l lít sữa men có độ ẩm 85% III.2.3. Lượng CO2 tạo ra trong quá trình lên men. - Từ phương trình: C12H22O11 + H2O = 4C2H5OH + 4CO2 342 Kg 176 Kg Lượng dịch trước khi lên men 107,36 x 1,039= 111,559kg) Lượng chất chiết trong dịch lên men 111,55 x 0,1 =11,155 (kg) Coi toàn bộ đường lên men là maltoza , hiệu suất lên men là 55%, lượng COthu dược là: 11,155 x 0,55 x =3,16 (kg) - Bia trước khi lọc có hàm lượng CO2 là 2 g/l. Vậy lượng CO2 có trong 102,03 lít bia trước khi lọc là: 102,03x 2 = 204,06g = 0,204 Kg - Lượng CO2 thu hồi là: 3,16-0,204=2,96 (kg) ở nhiệt độ 200C, 1 atm cứ 1 m3 CO2 nặng 1,832 Kg. Vậy thể tích CO2 bay ra là: 2,96:1,832=1,61 (m) III.2.4 Tính lượng bã malt và gạo Tính lượng bã khô: Tổng lượng chất khô của malt và gạo 11,35 x 0,995 x 0,93 + 4,95 x 0,995 x 0,85=14,69 (kg) Vậy lượng bã khô của nguyên liệu là 14,69-11,675= 3,015 (kg) Lượng bã ẩm (độ ẩm bã 80%) 3,015 : 0,2=15,075 (kg) Lượng nước trong bã 3,015 : 0,8=3,769 (kg) III.3 Tính lượng nước rửa bã và dùng cho quá trình nấu Quá trình hồ hoá tỷ lệ nước gạo là 5:1 Lượng nước cho vào nồi hồ hoá là: (4,95 +4,95 x 0,1) x 0,995 x 5 = 27,09 (l) Quá trình đường hoá tỷ lệ malt : nước là 1:5 Lượng nước cho vào nồi đường hoá là ( 11,35 – 4,95 x 0,1 ) x 0,995 x 5 = 54 (l) Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu trong nguyên liệu ở nồi hồ hoá là (4,95 x 0,15 +4,94 x 0,1 x 0,07) x0,995 = 0,77 (l) Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi đường hoá là (11,35 – 4,95 x 0,1 ) x0,07 x0,995 = 0,76 (l) tổng lượng bột nước cho vào trong nồi hồ hoá la (4,95 +4,95 x0,1) x0,995 x6 =32,51 (l) Lượng dịch cháo sau khi đun bay hơI 5% 32,51 x 0,95 =30,88 (l) tổng lượng dịch ._.