Thiết kế và xây dựng nhà máy bia

, từ 7000 năm trước công nguyên, các bộ lạc người Babilon đã biết sản xuất bia từ các loại ngũ cốc. Công nghệ này lan truyền đến Ai Cập, Ba Tư và các nước lân cận, rồi tràn xuống phía Nam. Người Hi Lạp đã học người Ai Cập phương pháp sản xuất bia từ đại mạch và họ gọi là nước Siton hay vang đại mạch. Người Italia cũng sản xuất vang đại mạch nhưng không chỉ từ đại mạch mà cả từ bột các loại ngũ cốc khác, sau đó người Tây Ban Nha, Pháp, Đức cũng sản xuất nước giải khát theo phương pháp lên men từ đại mạch. Suốt thời gian đó bia chỉ được sản xuất từ malt đại mạch và một số loại ngũ cốc nảy mầm mà thôi. Sau đó, được tạo hương và vị người ta bắt đầu sử dụng loại cây như ngải cứu, lupin… Và tới 3000 năm trước công nguyên người ta đã tìm ra một loại hoa mà nấu với malt cho vi đắng và hương dễ chịu đó là hoa houblon. Vào năm 1857, khi Pasteu tìm ra nấm men là loại vi sinh vật duy nhất mà hoạt động sống của nó có khả năng làm nên qúa trình lên men bia thì công nghệ lên men bắt đầu phát triển hơn. Thời kỳ hậu Pasteur, một số nhà khoa học của Đức, Nga đã chứng minh rằng nấm men tạo ra enzym và các enzym này ngay cả trong trường hợp không có tế bào nấm men tồn tại trong môi trường thì chúng vẫn có khả năng chuyển hoá đường thành rượu và CO2. Bia là loại nước giải khát mát bổ, có độ cồn thấp, nhiều bọt mịn, xốp có vị đắng và hương thơm dễ chịu, hương và vị của bia là do hợp chất chiết từ nguyên liệu cồn, CO2 và các sản phẩm lên men khác tạo thành. Nếu dùng một lượng bia vừa đủ sẽ cung cấp giá trị dinh dưỡng tốt cho cơ thể. Đặc biệt CO2 bão hoà trong bia sẽ có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát (do CO2 vào cơ thể vừa bay hơi tạo cảm giác mát mẻ dễ chịu). Đồng thời hương, vị và màu sắc của bia làm kích thích khẩu vị bữa ăn. Do tính ưu việt như vậy nên bia được sử dụng rộng rãi trên thế giới và sản lượng của nó ngày càng tăng. Đặc biệt ở nước ta, khi nền kinh tế càng phát triển, đời sống nhân dân ngày càng cao thì nhu cầu tiêu thụ bia ngày càng nhiều hơn. Trên thực tế những năm gần đây, có nhà máy, công ty với năng suất nhỏ, vừa và lớn đã ra đời tại các địa phương, thành phố, tỉnh, cùng với các hãng bia trên thế giới đang đầu tư vào nước ta để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. Bia là loại nước uống được nhiều người ưa chuộng nhưng nó vẫn được coi là loại đồ uống cao cấp đặc biệt ở các vùng xa trung tâm. Nguyên nhân chính là do nhập ngoại nhiều nguyên liệu ban đầu, lắp đặt trang thiết bị hiện đại, nên giá thành còn cao so với mức sống của nhân dân ta. Do vậy sản lượng bình quân tính theo đầu người của nước ta còn quá thấp so với các nước khác trên thế giới. Nếu chúng ta biết tham khảo công nghệ bia tiên tiến trên thế giới và áp dụg một cách hợp lí vào điều kiện nước ta thì đây là một ngàng có tương lai. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, việc thiết kế và xây dựng các nhà máy bia là rất cần thiết. Phần II. Lập luận kinh tế kỹ thuật. I. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy. Địa điểm xây dựng nhà máy phải đáp ứng những yêu cầu sau: - Phù hợp với qui hoạch chung của khu vực. - Giao thông thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu, nhiên liệu và sản phẩm. - Các điều kiện kỹ thuật, xây dựng, lắp đặt thiết bị thuận lợi. + Từ yêu cầu cơ bản trên, em chọn địa điểm xây dựng ở Thị xã Hà Đông nhà máy được đặt trong Cụm Công nghiệp Phú Lâm. Đây là cụm công nghiệp đã được qui hoạch và đầu tư của Tỉnh. II. Chọn năng suất nhà máy. Dân số toàn tỉnh Hà Tây khoảng 2,6 triệu người. Hiện nay Tỉnh đã có một nhà máy bia Hà Tây đã đi vào hoạt động với sản phẩm bia chai và bia lon Hà Tây chất lượng cao và 2 nhà máy bia tư nhân có năng suất khoảng 5triệulít/năm. Dự kiến trong một vài năm tới mức tiêu thụ bia trong Tỉnh và khu vực lân cận đạt khoảng 20triệu lít/năm. Do đó việc xây dựng nhà máy bia với năng suất 10triệu lít/năm tại Hà Đông là hoàn toàn khả thi. III. Chọn chất lượng bia. Sản phẩm của nhà máy bao gồm cả bia hơi và bia chai, với hàm lượng nguyên liệu thay thế là 35%. Bia được tiêu thụ trong Tỉnh và các vùng lân cận. III. Nguồn nguyên liệu. Nhà máy bia malt, hoa của nước ngoài qua các công ty xuất nhập khẩu và được vận chuyển về nhà máy bằng đường bộ hoặc đường sắt. Nguyên liệu thay thế là gạo được mua trực tiếp từ các hộ nông dân hay kho lương thực ở địa phương. V. Nguồn năng lượng, nước. Năng lượng được cung cấp cho nhà máy được lấy từ nguòn điện lưới quốc gia thông qua một trạm biến áp được đặt trong nhà máy với công suất phù hợp, ngoài ra để đảm bảo sản xuất liên tục, nhà máy bố trí thêm 1 hệ thống phát điện dự phòng. Nhiên liệu dùng để chạy lò hơi, có thể dùng dầu hoặc than, tuy nhiên để đảm bảo kinh tế, nhà máy sử dụng than. Than được mua về từ Quảng Ninh. Nguồn nước dùng để sản xuất là nước máy của Thị xã phục vụ cho cụm công nghiẹp. Nước vào nhà máy sẽ được điều chỉnh PH bằng các hoá chất để đảm bảo yêu cầu công nghệ, ngoài ra nhà máy có xây một hệ thống giếng khoan và xử lý nước. VI. Nguồn nhân công. Sử dụng nguồn nhân công ở địa phương sau khi đã tuyển chọn và đào tạo cơ bản. Cán bộ kỹ thuật và điều hành có thể chọn qua thi tuyển. VII. Giao thông vận tải. Mạng lưới giao thông có QL6 và đường sắt chạy qua thuận tiện cho việc cung cấp nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. VIII. Thị trường tiêu thụ. Trên địa bàn có một số nhà máy và cơ sở sản xuất với bia chất lượng cao hoặc qui mô nhỏ, chưa đáp ứng đúng nhu cầu của người dân. Do vậy sản phẩm của nhà máy sẽ phục vụ cho người dân tại địa phương cụ thể là có thu nhập thấp, trung bình cũng như các tỉnh lân cận như Hòa Bình, Hà Nam, Hà Nội… IX. Môi trường. Nước thải của nhà máy được xử lý sơ bộ trứơc khi thải ra hệ thống thoát nước chung của nhà máy, nhà nấu, lò hơi có hệ thống ống hơi cao, hạn chế được ô nhiễm môi trường xung quanh. Ngoài ra nhà máy còn trồng nhiều cây xanh để vừa cải thiện điều kiện sinh hoạt của công nhân, vừa giảm ô nhiễm môi trường.Phần III. chọn quy trình công nghệ A. nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu chính để sản xuất bia malt đại mạch, hoa houblon và nước. Nhưng hiện nay người ta cho phép thay thế một phần malt đại mạch bằng một tỉ lệ và loại nguyên liệu thay thế sao cho phù hợp thị hiếu của người tiêu dùng, nguyên liệu thay thế đó là đại mạch, tiều mạch, gạo… Đối với nước ta cho phép thay thế một phần bằng gạo với tỉ lệ nhất định thường 10 á 50% I. malt đại mạch Đại mạch có chất lượng cao được nẩy mầm ở điều kịên nhiệt độ, độ ẩm thích hợp và qua khâu sấy tách rễ làm sạch và sau đó đánh bóng. Yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của malt như sau: a. Cảm quan - Màu sắc: màu vàng sáng, vàng tươi, vàng óng ánh. - Kích thước tương tự như đại mạch. - Mùi vị thơm đặc trưng từng loại mallt không có mùi vị lạ. - Độ sạch không tạp chất, hạt không bị vỡ, không có hạt bị bệnh. - Hạt vỡ tối đa 0,5%. - Hạt có vết cắt trắng trong từ 2,5 á 5%. b. Chỉ số cơ học - Dung lượng malt trung bình 530 á560 g/l. - Trọng lượng khô tuyệt đối trung bình 28 á 37 g/ 1000 hạt (theo chất khô tuyệt đối). c. /Thành phần hoá lý. Độ ẩm W Ê 7%.Độ hoà tan trung bình 75 á 80% (theo % chất khô). Cường độ màu: Màu dịch đường (trong phòng thí nghiệm) được biểu thị bằng số ml dung dịch iodl 0,1N cần thiết để nhuộm 100 ml nước đến màu đồng nhất với màu của dung dịch cần phân tích. Đối với malt vàng từ 0,16 á 0,25 ml iod 0,1N/100 ml H2O. Hàm lượng maltoza: Malt vàng hàm lượng maltoza chiếm khoảng 75 á 80% chất hoà tan. Độ axít PH dung dịch thí nghiệm 5,5 á 6,5 * Các thành phần chính của malt (% chất khô) Tinh bột 58% Chất béo 2,5% Pentoza 10% Protein 9 á 10% Xellulza 6% Đường khử 4% Hoạt lực diastaza 200 á 250 Wk (Willdis- Kolbach) hay thời gian đường hoá malt vàng từ 10 á 20 phút/700C. II. Hoa Houblon Hoa Houblon gây cho bia vị đắng đặc biệt và mùi thơm dễ chịu, đồng thời hoa chiết ra những chất có tác dụng sát trùng do đó làm tăng thời gian bảo quản bia giúp cho thành phần của bia được ổn định và bọt bia giữ được lâu hơn. Trong hoa Houblon, có chứa đựng những hợp chất đặc trưng như chất đắng, tinh dầu thơm, những hợp chất này có ý nghĩa quan trọng về kỹ thuật trong quá trình sản xuất bia. Thành phần hoá học của hoa houblon có sự khác nhau đáng kể và thường dao động trong khoảng rộng như sau (tính theo % chất khô). Nước 11á 13% Xellulza 12 á 14% Chất đắng 15 á21% Chất khoáng 5 á 8% Polyphenol 2,5 á 6% Tinh dầu thơm 0,3 á 1% Protein 15 á21% Các hợp chất khác 26 á 28% Hoa phải có màu vàng, đế màu vàng óng những cánh hoa phải to đều chắc, chưa bị rách và bị sâu bệnh. Màu của những hạt lupulin phải vàng hay vàng óng mùi thơm đặc trưng và dễ chịu, tạp chất không được quá 1,75% tính theo chất khô, lượng chất đắng không nhỏ quá 15% tính theo chất khô và lượng tro không quá nhiều 10%. III. Nước Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ qúa trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Trong thành phẩm của bia nước vệ sinh được xácđịnh chiếm từ 82 á90%. Ngoài ra nước được dùng trong tất cả các công đoạn sản xuất bia từ ngâm, ươm mầm đại mạch đến nấu rửa bã, làm lạnh, vệ sinh dụng cụ, thiết bị, rửa chai, cung cấp cho nồi hơi, vệ sinh nhà xưởng. Yêu cầu nước trong bia. - Cần độ cứng từ mềm đến trung bình 4 á120H - Hàm lượng muối cacbonát không quá 50 mg/l - Hàm lượng muối Mg Ê 100 mg/l - Hàm lượng muối Clorua 75 á 150 mg/l - Hàm lượng muốik CaSO4 150 á 200 mg/l - Vi sinh vật không quấ 100 con / 1cm3. - Chỉ số E. coli Ê 3 tế bào/lít Do yêu cầu ở trên nên cần có nhiều phương pháp xử lý trước khi sử dụng như kết tủa, đông tụ, trao đổi ion. Tuỳ thuộc vào mức độ chất lượng nước cho từng công đoạn mà ta có phương pháp xử lý nước sao cho phù hợp. IV. Gạo Gạo dùng làm nguyên liệu thay thế rất tốt vì gạo là một nông sản phổ biến ở nước ta, dễ canh tác, giá thành rẻ so với malt. Trong gạo chứa nhiều tinh bột nên trong quá trình nấu ta thu được nhiều chất hoà tan. Tiêu chuẩn của gạo: + Đồng nhất vế kích thước, màu sắc, không có hạt bị mốc, mối, mùi hôi. + Không có sạn cát (nếu có, chỉ cho phép tối đa 2%) + Độ ẩm: 12 á 14% + Độ hòa tan: 80 á 85% Bảo quản: Gạo được bảo quản trong kho khô ráo, thoáng mát, nhiệt độ <300C, gạo trong kho phải được đảo trộn thương xuyên. Thành phần hoá học của gạo: + Hàm lượng tinh bột: 70 á 75% + Hàm lượng protein: 5 á7% + Các loại đường: 2 á 5% + Chất béo: 1 á1,5% + Các chất khoáng: 1 á 1,2% V. nấm men Sử dụng chủng nấm men thuần khiết, lên men chìm Saccharomyces Carlsbergeniss được nuôi cấy và bảo quản vô trùng trong phòng thí nghiệm. Dựa trên những đặc tính cơ bản của nấm men bia tiến hành phân lập tuyển chọn giống tốt theo những chỉ tiêu sinh học quan trọng về đặc tính sinh lý, độ thuần khiết, khả năng lên men và khả năng kết lắng. VI. các chất phụ gia Là tất cả các chất được sử dụng dưới dạng các nguyên liệu phụ để nhằm đạt được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết trong các quá trình công nghệ sản xuất bia. * Nhóm các chất phụ gia dùng để xử lý nước. Nhóm này có thể dùng các chất làm mềm nước (phục vụ sản xuất, phục vụ nồi hơi lv.v… như các muối sunfat của Na, Sunfit Na…) * Nhóm các chất sát trùng nước và điều chỉnh PH (nước,dịch đường) Nhóm này có thể dùng dung dịch clo, axít sulfuric, axít lactic. * Nhóm các chất sát trùng, tẩy rửa (vệ sinh đường ống, thiết bị, rửa chai..) Nhóm này có thể dùng dung dịch do axít, xút. * Nhóm các chất dùng cho qúa trình thu hồi CO2.0 như than hoạt tính, H2SO4, K2MnO4, CaCl2 khan. * Nhóm chống oxy hoá cho bia. Nhóm này sử dụng các chất dễ bị oxy hoá như acid ascorbic, nước oxy già (H2O2). * Nhóm các chế phẩm enzym dùng cho đường hoá và lên men. Các chế phẩm amilaza cho đường hóa (nhất là đùng nhiều nguyên liệu thay thế và chất lượng malt kém), ngoài ra các chế phẩm này nhằm đẩy nhanh các qúa trình lên men bia. * Nhóm các hoá chất trong phòng thí nghiệm và các bộ phận khác (như bộ phận lạnh). * Nhóm các hoá chất trợ lọc (dùng cho lọc trong dịch đường, bia, H2O…) có thể dùng bột diatomit, bentonít. B chọn dây chuyền sản xuất I. Chọn phương pháp nấu. Có hai phương pháp chính thường được sử dụng để nấu nguyên liệu là phương pháp ngâm toàn khối dịch và phương pháp đun sôi từng phần. Nhìn chung cả hai phương pháp đều phải có điểm dừng ở nhiệt độ phù hợp cho từng enzym hoạt động. Cả hai phương pháp trên đều trải qua các giai đoạn sau: + Dừng ở 50 á 520C là nhiệt độ thích hợp cho enzym Proteaza hoạt động thuỷ phân protein. + Dừng ở 60 á 650C là nhiệt độ thích hợp cho b amylaza hoạt động. + Dừng ở 70 á 750C là nhiệt độ thích hợp cho a amylaza hoạt động. 1. Phương pháp ngâm. Có 2 phương pháp ngâm (đường hoá toàn khối) a. Phương pháp tăng nhiệt độ Đặc điểm: Bột malt được trộn đều với nước ở nhiệt độ 450C sau khi đánh nhuyễn bột với nước thì cánh khuấy ngừng quay và toàn bộ dịch bột để yên ở nhiệt độ đó trong thời gian 60 phùt. Nâng nhiệt độ lên 62 á650C và duy trì nhiệt độ này trong 30 á 45 phút. Nâng nhiệt độ lên 700C và dừng ở đây 30 phút sau đó nâng lên 750C và duy trì nhiệt độ này cho đến lúc đường hóa kết thúc. b. Phương pháp giảm dần nhiệt độ. Đặc điểm: Bột malt được trộn với nước ở nhiệt độ 750C saukhi đánh nhuỹên, nhiệt độ chung của khối cháo là 700C. Cánh khuấy tiếp tục làm việc 15 phút thì dừng lại. Cả khối cháo để yên cho nhiệt độ giảm dần đến khi đường hoá kết thúc. Qúa trình này kéo dài khoảng 60 phút. Ưu điểm: Chế độ công nghệ đơn giản cho nên dễ cơ giới hoá và tự động hoá. Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi chất chiết không cao. 2. Phương pháp đun sôi một phần. Đặc điểm: Đường hoá phân đoạn là từng phần nhỏ riêng rẽ của khối cháo được đường hoá và đun chín một cách thứ tự sau đó mới hoà chung với khối chín. a. Phương pháp đun sôi một phần Bột malt được hoà trộn với nước ở nhiệt độ 520C. Sau 30 phút đạm hoá thì toàn bộ dịch được bơm sang nồi đường hoá và nâng nhiệt độ lên 65 á 700C. Sau khi đường hóa kết thúc, dừng cánh khuấy và để yên khối cháo trong 20 phút để hút và bơm về nồi phối trộn còn phần đặc ở phía dưới được đun sôi trong 40 phút. Bơm phần cháo đặc đã sôi chín quay trở về nồi phối trộn. Nhiệt độ chung khối sẽ lên 770C. Duy trì ở nhiệt độ này cho đến khi dịch cháo không làm chuyển màu của dung dịch iod. b. Phương pháp đun sôi hai phần Ưu điểm: Phương pháp này cho hiệu suất đường hoá cao Nhược điếm: Phương pháp này là vốn đầu tư thiết bị lớn và thời gian đường hoá một mẻ kéo dài và năng lượng tiêu tốn nhiều hơn so với phương pháp toàn khối. Qua qúa trình xét từng phương pháp trên và kết hợp sản xuất ở nước ta hiện nay, ta chọn phương pháp đun sôi một phần hay còn gọi phương pháp hỗn hợp. Trong bản đồ án thiết kế này tôi sử dụng 35% nguyên liệu thay thế malt. Do đó phương pháp đường hoá sử dụng hai thiết bị gồm nồi hồ hoá và nồi maltll. Trong nồi hồ hoá chọn 10% malt lót và có bổ xung enzym để tăng cường khả năng thuỷ phân tinh bột. II. chọn phương pháp lên men Lên men bia là một qúa trình quan trọng trong các công đoạn sản xuất bia. Trong qúa trình này, dưới tác động của các chủng nấm men, các đường được chuyển hoá thành rượu, CO2 và một số sản phẩm phụ khác. Các sản phẩm này có tỷ lệ hài hoà, cùng với thành phần có trong nguyên liệu ban đầu tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Các phương pháp lên men được chia dựa vào căn cứ riêng theo từng loại sau: 1. Căn cứ vào thiết bị lên men a. Lên men cổ điển. Đặc điểm chính là hai qúa trình lên men (chính và phụ) tiến hành trong các thiết bị riêng biệt (ở hai phòng lạnh khác nhau, có hệ thống bảo ôn lạnh khác nhau). Ưu điểm: Nhiệt độ lên men thấp 6-90C nên thời gian lên men kéo dài, sản phẩm thu được có hương vị đậm đà, thiết bị đơn giản, thao tác vận hành dễ. Nhược điểm: Tốn diện tích mặt bằng, tốn thiết bị, thời gian lên men dài, năng suất giảm. Hệ thống làm lạnh lớn, do vậy tốn chi phí đầu tư, việc chuyển dịch lên men từ khu lên men chính sang khu lên men phụ gây tổn thất. b. Lên men gia tốc: Với phương pháp này qúa trình lên men chính và phụ được 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 qúa trình lên men. Nhiệt độ lên men chính 10 - 120C, lên men phụ 0-20C. Ưu điểm: Thời gian lên men nhanh, rút ngắn hơn so với phương pháp lên men cổ điển. Thiết bị lên men gọn, đỡ tốn lạnh, không tốn diện tích mặt bằng phân xưởng. Nhược điểm: Thời gian lên men nhanh làm chất lượng bia có giảm tuy nhiên không khác so với lên men cổ điển. 2. Căn cứ vào chủng nấm men a. Lên men chìm: Sử dụng chủng nấm men saccharomyces carlsbergensis nhiệt độ lên men thích hợp 6 – 80C. Trong qúa trình lên men, nấm men lơ lửng dạng huyền phù trong dịch lên men. Ưu điểm: dễ tách cặn nấm men sau khi lên men chính, thời gian lên men lâu, chủng này còn sử dụng được cả đường rafinoza, làm tăng hiệu suất lên men. Nhược điểm: Bia thu được có vị nhạt, lên men kéo dài, tốn năng lượng làm lạnh. b. Lên men nổi. Chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae nhiệt độ lên men cao hơn: 14 – 160C. Nấm men kết thành mảng nổi lên trên bề mặt dịch đường. Thời gian lên men kéo dài 5 –7 ngày, lên men phụ 10 –15 ngày. Ưu điểm: Bia có vị đậm hơn khi dùng chủng nấm men lên men chìm. Nhược điểm: Khó tách cặn nấm men, dễ nhiễm tạp, nhiệt độ cao, nhiều sản phẩm phụ được sinh ra trong qúa trình lên men. 3. Căn cứ vào phương thức lên men. a. Lên men liên tục: Nguyên liệu vào liên tục, sản phẩm lấy ra liên tục. Ưu điểm: Công nghệ khép kín, hao tổn sản xuất ít, chất lượng bia đồng đều, nâng cao năng suấ thiết bị, hạ giá thành sản phẩm, dễ tự động hoá. Nhược điểm: thiết bị phức tạp cồng kềnh, đòi hỏi kiểm soát nghiêm ngặt khi bị nhiễm thì dễ nhiễm hàng loạt nên khó xử lý. b. Lên men gián đoạn. Nguyên liệu được đưa vào từng mẻ. Sản phẩm lấy ra từng mẻ. Ưu điểm: thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, khi bị nhiễm thì dễ xử lý. Nhược điểm: năng suất thấp. Từ những ưu, nhược điểm của các phương pháp đã nêu trên, kết hợp với điều kiện nhà máy cũng như điều kiện sản xuất thực tế của các nhà máy bia ở nước ta tôi chọn phương pháp lên men như sau: Phương pháp lên men chìm bằng chủng Saccharomyces carlsbergensis trong thiết bị lên men gia tốc hình trụ đáy côn, nắp chỏm cầu. Phương thức lên men gián đoạn, không qua lên men sơ bộ. C. sơ đồ quy trình công nghệ Rút men Nhân giống Men thải Cân Cân Nghiền trục Nghiền búa Ngâm, đường hoá Lọc dịch đường Hublon hoá Lắng Whirlpool Làm lạnh Lên men chính Lên men phụ Lọc bia Bão hoà CO2 Chiết chai Thanh trùng Dán nhãn, xếp thùng Hồ hoá Gạo Bã(chăn nuôi) Nước Malt Hoa huolon Xử lý Men giống Men sệt Kiểm tra Khử trùng Chai Xuất xưởng Nạp chai CO2 CO2 Cặn thải Xử lý Thu hồi Chiết bock Không khí vô trùng Cặn thải enzim malt D. thuyết minh quy trình công nghệ. I. Quy trình nấu 1. Nghiền nguyên liệu. * Nghiền malt Nghiền malt nhằm mục đích tạo điều kiện để tăng tốc các qúa trình lý học và hoá sinh trong qúa trình nấu, đảm bảo cho tất cả các hoá chất hoà tan chuỷên từ hạt vào nước. Hạt được nghiền càng nhỏ thì càng tạo điều kiện tốt cho các enzym phát huy hiệu lực, tuy nhiên nếu nghiền nhỏ cả vỏ malt thì sẽ tạo ra mùi và vị khó chịu cho dịch nha do hàm lượng tanin trong vỏ malt khá lớn, điều này sẽ làm cho bia thành phẩm có vị đắng chát khó chịu. Do đó phần vỏ malt càng nguyên vẹn càng tốt, phần nội nhũ phải được nghiền nhỏ, các hạt tám không quá nhỏ để khi lọc sẽ cùng với vỏ trấu tạo lớp màng lọc. Có 3 phương pháp nghiền malt 1. Nghiền khô. Malt sau khi được nhập về mang nghiền luôn không qua qúa trình ngâm hoặc vẩy nước. Ưu điểm: áp dụng cho các xưởng sản xuất thủ công, công xuất nhỏ, tiết kiệm vốn đầu tư. Nhược điểm: Vỏ malt nát không tốt cho mùi, vị của bia. 2. Nghiền ẩm. Trước khi nghiền malt được phun nước ấm. Ưu điểm: Vỏ malt bảo toàn được phần nào trạng thái nên bảo đảm được chất lượng bia. 3. Nghiền ướt: Nghiền ướt tức là malt được nghiền với nước theo một tỉ lệ phối trộn nhất định. Qúa trình nghiền malt được thực hiện bằng máy nghiền ứơt có cấu trúc khác so với máy nghiền ẩm, khô. Ưu điểm: bảo toàn được vỏ nên bia có chất lượng đảm bảo, phù hợp với điều kiện hiện nay. Dựa vào ưu nhược điểm của ba phương pháp trên và điều kiện của nhà máy, ta chọn phương pháp nghiền ẩm. Yêu cầu bột nghiền: - Vỏ và tấm lớn: 30-40% - Tấm bé và bột: 60-70% b. Nghiền gạo. Gạo là nguyên liệu chưa ươm mầm để thay thế một phần malt. Đặc điểm của nó là cấu trúc tinh bột vững chắc, chưa được tác dụng bởi enzym nên khó bị thuỷ phân. Do đó để đảm bảo được yêu cầu là chiết được nhiều chất chiết thì ta phải nghiền gạo với mức độ mịn hơn nhằm tăng diện tích tiếp xúc của bột gạo với nước để hạt tinh bột hút nước trương nở, tạo điều kiện cho các enzym tiếp xúc, thuỷ phân tinh bột gạo một cách triệt để. Dựa vào tính chất và yêu cầu của bột gạo, ta chọn máy nghiền gạo là máy nghiền búa. Yêu cầu bột nghiền như sau: - Tấm lớn: 15% - Tấm bé: 40% - Bột: 45% 2. Nấu và đường hoá nguyên liệu. Qúa trình nấu nhằm phá vỡ cấu tạo màng tinh bột, làm yếu các liên kết của chúng, chuyển tinh bột thành đồng nhất trong dung dịch. Qúa trình đường hoá nhằm biến đổi tất cả những chất có phân tử lượng cao dưới dạng không hoà tan cùng với chất hoà tan thành chất chiết của dịch đường. Cường độ qúa trình thủy phân phụ thuộc vào điều kiện khi đường hoá. Để tiến hành thuỷ phân thành những chất khác nhau theo yêu cầu cần phải điều chỉnh những điều kiện kỹ thuật phù hợp với các hệ enzym hoạt động thời ức chế các enzym khác. Các enzym hoạt động tích cực nhất trong giai đoạn này là: Enzym amilaza a amilaza t0op = 70 á 750C Phop = 5,6 á 5,8 b amilaza t0op = 60 á 650C Phop = 5,4 á 5,6 Enzym proteinaza t0op = 50 á 600C Phop = 5,2 á 5,6 Thông qua nhiệt độ và pH điều chỉnh được qúa trình nấu đạt hiệu quả cao như việc tận dụng tối đa hoạt động xúc tác của amilaza để thu nhiều chất hoà tan nhất (tăng hơn trong malt 60 á63%) hay thay đổi độ axit (pH) để tăng mức độ trong dịch tăng khả năng ổn định của bọt chất lượng bia… PHop trong giai đoạn này là 5,2 á 5,6. Cách tiến hành. + Nồi hồ hoá: Qúa trình nấu hồ hoá nhằm xử lý nguyên liệu thay thế. Do gạo chưa qua qúa trình nẩy mầm nên tinh bột còn nguyên vẹn, rất khó phá vỡ. Vì vậy để chuyển tinh gạo từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan ta cần phải hồ hoá. Thiết bị hồ hoá là nồi hai vỏ bên trog có cánh khuấy. Đầu tiên cho nước vào nồi theo tỷ lệ 5/1 sau đó cho toàn bộ lượng bột gạo và 10% malt lót. Để tránh vón cục khi đổ bột và nhằm cho bột hút nước tốt thì phải kết hợp bật cánh khuấy trong suốt thời gian đổ bột với tốc độ lớn nhất. Enzym được bổ xung theo tỷ lệ 0,05% để tăng cường qúa trình phân cắt. Enzym được bổ xung là a-amilaza ở dạng chế phẩm Termamyl. Tiếp đó xả nước ngưng ở đáy nồi mở van cấp nhiệt nâng nhiệt độ lên 860C với tốc độ nâng nhiệt 10C/ phút. Giữ ở nhiệt độ trong 30 phút để hồ hoá bột gạo. Sau khi kết thúc giai đoạn hồ hoá loãng ra. Sau đó nâng nhiệt độ khối dịch lên nhiệt độ sôi và giữ ở nhiệt độ sôi trong 40 phút để chín nốt phần bột còn lại tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình đường hoá sau này. Kết thúc qúa trình này ta tiến hành bơm dịch cháo sang nồi malt. + Nồi đường hoá. Trong qúa trình đun sôi nồi cháo ta tiến hành chuẩn bị nồi malt. Nồi malt là nồi hai vỏ có tác nhân truyền nhiệt là hơi nước bên trong có cánh khuấy. Trộn nước và nguyên liệu theo tỷ lệ 4/1 sao cho sau khi phối trộn nhiệt độ khối dịch malt khoảng 35 á380C và để ngâm ở nhiệt độ này trong 25 phút cho enzym được giải phóng chuyển sang trạng thái hoà tan mặt khác một số enzym phân huỷ vỏ glucan, protít phức tạp bao quanh phân tử tinh bột tạo điều kiện cho enzym tấn công vào tinh bột trong thời gian này cánh khuấy hoạt động liên tục. Để nhiệt độ khối dịch tăng lên 50-520C, một phần cháo ở nồi hồ hoá được bơm sang, giữ nhiệt độ này trong 20 phút để hệ enzym proteaza hoạt động phân cắt protein thành albumin, pepton, peptít, dipeptít, axít amin. Các sản phẩm thuỷ phân này giúp cho bia có khả năng giữ bọt tốt, tạo hương vị đậm đà. Đặc biệt axít amin tạo thành là nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu nitơ cho nấm men. Sau đó tiếp tục bơm nốt phần cháo còn lại ở nồi hồ hoá sang nồi đường hoá để tăng nhiệt độ khối dịch lên 630C và giữ nhiệt độ này trong 30 phút để enzym b-amilaza hoạt động. Dưới tác dụng của b-amilaza các phân tử amilaza và amilopectin sẽ bị thuỷ phân thành đường maltoza và dextrin. Tiếp theo nâng nhiệt độ khối dịch lên 750C và giữ ở nhiệt độ này cho a-amilaza hoạt động phân cắt dextrin bậc cao thành dextrin có phân tử lượng thấp và một số glucoza, qúa trình này xẩy ra khoảng 20 phút. 3. Lọc trong dịch đường. a. Mục đích. Sau khi đường hoá thu được hỗn hợp gồm pha lỏng và pha rắn. Pha lỏng gồm nước và các cấu tử hoà tan từ malt, pha rắn gồm các cấu tử không hoà tan: vỏ trấu, bã. Qúa trình lọc nhằm mục đích tách pha lỏng ra khỏi hỗn hợp hai pha. Được thực hiện qua hai giai đoạn ở cùng một thiết bị: Tách phần lỏng ra khỏi phần rắn (lọc dịch đầu) và dùng nước nóng để rửa bã, thu các chất hoà tan còn trong bã (lọc dịch cuối). b. Thiết bị. Có hai loại thiết bị lọc: lọc đáy bằng và lọc khung bản. ở đây ta chọn thiết bị lọc đáy bằng hạn chế được qúa trình oxy hoá xảy ra trong thời gian lọc, việc vệ sinh dễ dàng, có thể tự động hoá được. Tuy nhiên thùng lọc có hiệu suất thấp hơn từ 0,5-1% (nguyên liệu dùng cho thùng lọc có kích thước lớn hơn lọc khung bản do đó hiệu suất chiết thấp). c. Cách tiến hành. Trước khi lọc cần vệ sinh sạch thùng. Tiếp đó bơm nước nóng 76-780C vào ngập lưới lọc (1-1,5cm) để đuổi hết không khí. Sau đó bơm hỗn hợp (có nhiệt độ khoảng 760C) từ nồi đường hoá sang và bật cánh khuấy để phân tán đều dịch trong thùng lọc. Bơm xong vẫn tiếp tục khuấy 5 phút rồi để lắng 15-20 phút để tạo lớp bã lọc. Sau đó mở van để dịch chảy vào bình trung gian. Khi dịch đầy bình thì bật bơm hút dịch từ nồi lọc, kiểm tra độ trong của dịch nhờ ống quan sát, nếu còn đục thì mở van tuần hoàn trở lại, nếu trong thì mở van sang nồi hoa. Bơm mở sao cho thời gian lọc dịch dầu từ 50-60 phút. Rửa bã lần một ở 780C lần hai, ba cũng vậy đến khi nào nồng độ của dịch bã 1-1,20Bx thì dừng. Chú ý trong qúa trình rửa bật cánh khuấy sau đó để yên 10-15 phút rồi mới tiến hành lọc dịch cuối. 4. Nấu dịch đường với hoa houblon. a. Mục đích. Nhằm trích ly các thành phần có trong hoa như chất đắng tinh dầu thơm polyphenol và các thành phần khác vào dịch đường để tạo cho bia có hương vị đặc trưng. Mặt khác trong qúa trình đun sôi dịch đường với hoa cũng làm gia tăng nồng độ dịch đường, độ axít, cường độ màu. Trong qúa trình đun sôi các vi sinh vật, men hoạt động còn sót cũng bị tiêu diệt các protein hoà tan sẽ kết hợp với polyphenol, tannin tạo thành hợp chất kết tủa lắng xuống dưới. Nhờ đó dịch đường có thành phần hoá học ổn định phù hợp với điều kiện kỹ thuật của các qúa trình sau này. b. Thiết bị Thiết bị đun sôi dịch đường với hoa houblon là nồi hai vỏ làm bằng thép bên trong có cánh khuấy và dùng hơi nước để cấp nhiệt. c. Cách tiến hành. Trong qúa trình lọc và rửa bã thì dịch được bơm thẳng vào nồi hoa tại đây dịch được nâng lên 70 á 750C và giữ ở nhiệt độ này trong 10 phút . Tiếp tục cấp nhiệt để đun sôi khối dịch, giữ nhiệt độ sôi khoảng 15 phút thì cho 1/2 lượng hoa viên cần dùng vào. Đun sôi dịch tiép tục khoảng 3 phút nữa thì cho nốt 1/2 lượng hoa viên còn lại là 1/2 lượng hoa cần dùng, lượng hoa cánh này được cho vào là để tạo vị đắng đặc trưng cho bia, nhà máy sử dụng 30% hoa cánh và 70% hoa viên. Trước khi qúa trình nấu hoa kết thúc 10 phút thì ta cho nốt 1/2 lượng hoa cánh còn lại để tạo hương thơm cho bia. Dịch đường sau khi đun sôi với hoa houblon được lọc bã hoa qua thiết bị lưới lọc và bơm sang thùng lắng xoáy để tách cặn nhỏ và kết tủa. 5. Lắng xoáy và làm nguội dịch đường. a. Mục đích. Làm nguội sơ bộ dịch đường và loại bỏ một phần cặn thô (kết tủa Protein-tanin) và cặn nhỏ của bã hoa còn lại. b. Cách tiến hành. Dịch được bơm vào thùng theo phương tiếp tuyến tạo thành dòng xoáy. Cặn và các chất không hoà tan có khối lượng lớn chịu tác dụng của lực hướng tâm sẽ xoáy vào giữa thùng và lắng xuống đáy thùng. Thời gian cần thiết để lấy dịch ra khỏi thùng khoảng 30 á 40 phút. Toàn bộ thời gian dịch đường lắng trong thùng lắng kéo dài khoảng 1,5 á2 giờ. Nhiệt độ vào thiết bị khoảng 1000C, nhiệt độ ra khoảng 900C. Dịch đường sau khi lắng xoáy được bơm sang thiết bị lạnh nhanh, cặn được xả qua van đáy. 6. Làm lạnh nhanh dịch đường. a. Mục đích. Mục đích của qúa trình làm lạnh nhanh là đưa dịch đường về nhiệt độ thích hợp theo yêu cầu kỹ thuật thích hợp cho qúa trình lên men bia, tránh vi sinh vật nhiễm vào dịch đường lên men và tách các cặn mịn (kết tủa nguội). Qúa trình giảm nhiệt độ của địch đường cũng tạo điều kiện thuận lợi cho oxy hoà tan nhiều vào dịch. b. Thiết bị Thiết bị lạnh nhanh sử dụng là máy hạ nhiệt kiểu tấm bản hai cấp. Cấp thứ nhất là vùng làm lạnh trung gian để hạ nhiệt độ dịch đường xuống 40-450C, tác nhân lạnh là nước ở 200C. Cấp thứ hai là vùng hạ nhiệt độ dịch đường xuống 120C (nhiệt độ lên men chính), tác nhân lạnh là nước muối, cồn hoặc glycol (ta sử dụng nước muối ở –100C). Ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ, vận hành đơn giản, vô trùng tốt, dễ thay đổi năng suất. Hệ số trao đổi nhiệt cao, tiết kiệm năng lượng làm lạnh. c. Cách tiền hành Sau khi lắng xoáy, dịch đường có nhiệt độ khoảng 900C, được đưa vào thiết bị lạnh nhanh. Sau lạnh nhanh, nhiệt độ dịch đường còn khoảng 120C. Nồng độ O2 cần thiết bão hoà trong dịch đường để đảm bảo cho qúa trình sinh trưởng và phát triển của nấm men khoảng 6 á8mg/l dịch đường. 7. Bổ xung oxy cho dịch đường. a. Mục đích: Vì oxy hầu hết bị loại hết trong qúa trình chế biến dịch đường nên phải nạp oxy cho dịch đường để có đủ lượng oxy cần thiết cho tế bào nấm men sống phát triển đặc biệt trong qúa trình sinh sản ở giai đoạn đầu của qúa trình lên men bia. b. Phương pháp tiền hành bổ xung oxy ở dạng không khí vô trùng từ máy nén sau khi đã tách dầu và khử trùng (gắn trên đường khí một bộ phận lọc khử trùng và bộ phận tách dầu). Oxy được bổ xung thêm ngay trên đường ống dẫn dịch đường (xuôi chiều) hay vào trực tiếp thùng lên men. Việc bổ xung oxy được kiểm tra và điều chỉnh bằng đồng hồ đo lưu lượng trung bình cần 35 ml không khí/1lít dịch đường hoặc 6 á 8mgo2/lít. II. quy trình lên men. Lên men bia là một qúa trình qu._.an trọng trong các công đoạn sản xuất bia. Trong qúa trình này, dười tác động của các chủng nấm men, các đường được chuyển hoá thành rượu, CO2 và một số sản phẩm phụ khác. Các sản phẩm này có tỷ lệ hài hoà, cùng với các thành phần có trong nguyên liệu ban đầu tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm. 1. Chuẩn bị men giống. a. Mục đích Hoạt hoá giống và tạo lượng men giống đủ để lên men. b. Tiến hành. Để chuẩn bị men giống cho sản xuất, tta thường chuẩn bị từ chủng thuần khiết và sử dụng men sữa tái sinh. Chuẩn bị từ chủng thuần khiết: Qúa 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 tới số lượng đủ bằng 10% so với dịch lên men). Nhân giống trong phòng thí nghiệm: Đầu tiên dùng que cấy vô trùng cấy chuyển giống từ ống thạch nghiêng sang môi trường dịch thể đã vô trùng đựng trong ống thuỷ tinh 10 ml, tiếp tục cấy chuyển giống sang ống 100ml, 1 lít, 10 lít, 20 lít có thể hơn nữa thì kết thúc. Môi trường nhân giống thông thường là dịch chiết từ malt, với môi trường 10 lít có thể lấy từ thùng đường hoá trong sản xuất. Nhân giống ngoài sản xuất: Có thể tuân theo nguyên tắc 1:10 hoặc 1:5 tuỳ theo chất lượng men. Môi trường nhân giống được lấy trực tiếp từ thùng đường hoá trong qúa trình nhân giống có sục không khí vô trùng. Chế độ nhân giống như sau: Lượng dịch Môi trường PH Nhiệt độ (0C) Thời gian 10ml Dịch chiết malt 4,5 á5,0 30±1 24giờ 100ml Dịch chiết malt 4,5 á5,0 30±1 18 á24giờ 1000ml Dịch chiết malt 4,5 á5,0 30±1 18 á24giờ 10 lít Dịch chiết malt 4,8 á5,2 20 á 25 15 á18giờ 100 lít Dịch chiết malt 4,8 á5,2 16 á 20 14giờ Yêu cầu canh trường men giống. *Mật độ tế bào 100-120 triệu tế bào/ml * Tỉ lệ nảy chồi: 50-70% * Tỉ lệ nhiễm khuẩn cho phép: + Cầu khuẩn < 1% + Men dại < 0,5% + Không có trực khuẩn. 2. Tái sử dụng men sữa. Khi kết thúc lên men chính, người ta tiến hành tháo sữa men. Thường cứ 1000 lít dịch đường sau khi lên men chính kết thúc cho ta khoảng 15 đến 20 lít sinh khối nấm men sệt với hàm ẩm từ 85 á 88%. Cặn men được xả ra ngoài qua 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 màu xám đen cũng dùng để chăn nuôi gia súc. Lớp men sữa sạch thu được, được lọc qua rây và rửa nhiều lần bằng nước vô trùng ở 1-20C. các tế bào nấm men chết sẽ nổi lên trên bề mặt và được gạn ra ngoài. Sau khi rửa bằng nước lạnh, tiền hành xử lý bằng hoá chất: dùng H2SO4 1% với lượng bằng 1/2 so với lượng nấm men cần xử lý, ngâm trong 40 phút, sau đó trung hoà lại bằng NaOH. Tiến hành rửa bằng nước vô trùng 10C nhiều lần sau mỗi lần rửa phải kiểm tra chất lượng nấm men, khi nào đạt chỉ tiêu thì dừng. Giống nấm men tốt khi có hình thái tế bào đặc trưng, số tế bào trẻ và nảy chổi nhiều, số tế bào chết <5%, tỷ lệ nhiễm tạp <2%, tốc độ sinh sản nhanh. Nấm men sau khi rửa xong được bảo quản dưới lớp nước lạnh 00C. Nấm men bị nhiễm tạp cần xử lý bằng cách đưa pH xuống 2,5. Giữ ở pH này trong vòng 1 giờ. Sau đó loại bỏ cặn bẩn và trung hoà lại bằng NaOH đến pH = 4,8 đến 5,2. Thường để giảm pH đến 2,5 người ta dùng H2SO4 0,4% hoặc H3PO4 0,6%. Để cho men giống phát triển nhanh hơn thì trước khi sử dụng ta cần hoạt hoá giống. Tiền hành hoạt hoá giống như sau: Nấm men được nuôi cấy trong dịch đường mới đã được làm lạnh theo tỷ lệ men sệt/ dịch đường = 1/4 hoặc 1/5, dùng cánh khuấy hoặc không khí vô trùng sục vào dịch. Nhiệt độ hoạt hoá gần bằng nhiệt độ lên men. Khi có rất nhiều tế bào nảy chồi và độ cồn đạt 0,3% thì kết thúc hoạt hoá. Số lần tái sử dụng men sữa khoảng 5 hay 6 lần. 3. Lên men bia. a. Lên men chính. Mục đích của qúa trình lên men chính là tạo điều kiện tối ưu cho sự chuỷên hoá dịch đường nhờ sự hoạt động của nấm men ở nhiệt độ, pH thích hợp trong khi lên men, đường và các Dextrin phân tử lượng thấp được chuyển thành rượu, CO2 và một số sản phẩm khác như: axít hữu cơ, este, aldehit, glyxerin, diacetyl… tạo thành bia theo đúng yêu cầu kỹ thuật. Dịch đường ở nhiệt độ 140C được nạp vào tank trong vòng 24 gìơ, trước đó tank đã được vệ sinh sạch sẽ và chạy lạnh vỏ. Dịch đường sau khi lạnh nhanh được bổ sung O2 tới nồng độ 6-8mg/l để men giống phát triển sinh khối ban đầu. Nấm men giống được đưa vào tank lên men sau khi mẻ nấu đầu tiên đã được đưa vào tank. Sau khi đưa 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 qúa trình lên men 120C. Sau khoảng 1 ngày, CO2 thoát ra mạnh, tiến hành thu hồi CO2, điều chỉnh áp suất 0,5 - 0,7 at, tránh làm ức chế hoạt động sống của nấm men. Trong thời gian lên men chính nhiệt độ trong tank được điều chỉnh bằng áo lạnh trên cùng với chất tải lạnh có nhiệt độ khoảng –50C để tăng sự xáo động nấm men trong dịch. Hàng ngày bộ phận vi sinh lấy mẫu trong các tank để kiểm tra các chỉ tiêu khi nồng độ dịch đạt 2,5%, qúa trình lên men chính xem như kết thúc. Tiến hành làm kết lắng nấm men bằng cách điều chỉnh: áo lạnh giữa của thiết bị được mở 2/3, áo lạnh dưới cùng được mở hết. Lúc này dịch lên men nhiệt độ hạ xuống 4-50C để nấm men kết lắng. Giữ nhiệt độ này trong 1 ngày để nấm men kết lắng hết. Nấm men sữa được tách ra đem đi xử lý để tái sử dụng. Đặc điểm của qúa trình lên men chính là tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh mẽ, lượng nhiệt thải ra lớn. b. Lên men phụ. Mục đích của qúa trình lên men phụ là tạo hương vị cũng như làm trong bia, ý nghĩa của qúa trình lên men phụ đối với việc tạo vị, tạo bọt, và hương thơm, nó quyết định chất lượng, độ bền vững của bia. Mở các áo lạnh để hạ xuống 0 – 10C (thời gian hạ nhiệt độ khoảng 18 – 24h) tiến hành lên men phụ, ngừng thu hồi CO2 áp suất dư trong tank khống chế ở 1,0 – 1,2 Kg/cm2, tạo điều kiện CO2 hoà tan, nấm men kết lắng tốt hơn, đồng thời ức chế nấm men làm chậm qúa trình lên men, nhờ vậy tăng sự khử diacetyl trong bia. Hàng ngày kiểm tra chỉ tiêu độ đường, vi sinh vật, đồng thời tách cặn dưới đáy tank. Sau khoảng 10 – 15 ngày qúa trình lên men phụ kết thúc. Bia non đưa đi lọc trong để bão hoà CO2. Trong qúa trình lên men phụ, lượng CO2 tiếp tục được đào tạo ra và hoà tan vào bia non, CO2 chủ yếu nằm ở dạng liên kết, một phần ở dạng tự do. Khi lên men phụ, hàm lượng axit hữu cơ tăng nhưng không đáng kể, các este được tạo thành, thực hiện qúa trình khử diaxetyll đến mức cho phép, rượu bậc cao giảm, tạo aldehyt. Vì vậy hương vị bia được hoàn thiện dần. Trong qúa trình lên men bia phụ, các qúa trình lắng trong xảy ra từng phần và dần dần . Reoprotein của nấm men lắng xuống kéo theo một lượng nhựa đắng của hoa houblon. Men kết lắng ở dạng bụi, các vẩy bụi kết lắng làm bia ngày càng trong hơn. Đặc trưng của qúa trình lên men phụ là lên men rất chậm vì lên men ở nhiệt độ thấp, áp suát dư, nồng độ tế bào thấp, nồng độ dịch đường bé. III. Quy trình hoàn thiện sản phẩm. 1. Lọc trong bia. a. Mục đích. Qúa trình này nhằm tách cặn lơ lửng, tách các tế bào nấm men sống và xác tế bào trong bia non để tăng giá trị cảm quan, ổn địn thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học, độ bền keo của bia. Thiết bị lọc bia thông dụng là thiết bị lọc khung bản, với giấy lọc và bột trợ lọc là bột diatomit. Giấy lọc sẽ giữ các phần tử có kích thước nhỏ hơn. Trong qúa trình lọc có thể làm giảm nồng độ chất hoà tan trong bia, vì thế ta thường lọc một lần để đảm bảo không tổn thất về CO2 do vậy trước lúc lọc, bia thường được làm lạnh đến 00C giải pháp này còn hạn chế được hiện tượng đục bia sau này (tạo điều kiện tách các cặn nguộikhi lọc). b. Thao tác. Qúa trình lọc trải qua hai giai đọan: Giai đoạn tạo bề mặt lọc và giai đoạn lọc. Tạo bề mặt lọc: Trước hết người ta hoà bột diatomit vào nước vô trùng với tỷ lệ bột/ nước = 1/8 vào thùng hoà bột rồi bơm tuần hoàn dịch này qua máy lọc khung bản tới khi nào đạt tới độ trong cần thiết thì chuyển sang giai đoạn lọc. Giai đoạn lọc: Đẩy dịch hoà bột ra khỏi máy lọc bằng khí nén, đưa bia cần lọc vào máy lọc. Kiểm tra độ trong bia ra để có biện pháp xử lý. Tiêu hao chất trợ lọc 1m2 bề mặt lọc vào khoảng 550g. Khi độ dày lớp bã trên lớp vải lọc tăng, áp suất lọc tăng, bia không thoát ra hoặc thoát ra thì bị đục do lớp lọc bị phá vỡ lúc này ta dừng qúa trình lọc, tháo khung bản rửa máy và vải lọc. Theo một số tài liệu thì 1m2 bề mặt lọc chỉ lọc được 1500 – 2000 lít bia, đến lúc đó xảy ra hiện tượng “mỏi” lọc. 2. Bão hoà CO2 Bão hoà CO2 đạt hàm lượng cần thiết nhằm làm tăng chất lượng cảm quan, chống ôxy hoá, chống kết lắng và tạo môi trường tốt để bảo quản. Qúa trình này được thực hiện trong tank bão hoà CO2 chịu áp lực. Sử dụng CO2 đã thu hồi hoặc mua về. Để CO2 được bão hoà tốt phải tiến hành nạp nhiều lần ở nhiệt độ thấp 00C, mỗi lần nạp lặp đi lặp lại nhiều lần. 3. Hoàn thiện sản phẩm. Đó chính là qúa trình chiết bia vào chai và thùng bock để dễ vận chuyển và bảo quản đồng thời thanh trùng diệt nấm men nhằm nâng cao độ bền sinh học cho sản phẩm. Bia được chiết dưới điều kiện đẳng áp. a. Hoàn thiện bia hơi. Bia hơi trước khi chiết bock phải được kiểm tra chất lượng, nếu đạt yêu cầu thì mới tiến hành chiết bock. Bia hơi thanh phẩm được chiết vào các bock có dung tích sau: 100 lít, 50 lít, 30 lít. Để dễ vận chuyển ta chọn loại bock có dung tích 50 lít. Bock làm bằng nhôm hay bằng nhựa, có lớp bão ôn, chịu được áp lực suất dư do CO2 gây ra. Xung quanh bock có hai đai cao su để khi vận chuỷên tránh xây xát, va đập. Chiết bock theo nguyên tắc đẳng áp. Bock được xem là bảo đảm nếu sau một ngày nhiệt độ của bia không tăng quá 10C. b. Hoàn thiện bia chai. Chai đựng bia được thổi từ thuỷ tinh chất lượng cao có màu nâu đậm hay xanh nhạt để ngăn chặn sự tác động của ánh sáng mặt trời đến bia thành phẩm. Nguyên nhân là tạo ra CO2 và các hợp chất chứa nhóm Sunfohydryl làm bia có vị lạ, do các tia này có khả năng kích thích các phản ứng quang hoá trong bia, khử các chất chứa lưu huỳnh thành Mecâptn có mùi khó chịu. Chai đựng bia phải chịu được áp lực 10Kg/cm2 ở 1000C, thành chai đều nhẵn và không có bọt khí, đáy chai hơi lõm. Dung tích chai sử dụng là loại 0,5 lít, chai phải được rửa sạch và thanh trùng trước khi chiết. Sau khi thanh trùng chai phải được kiểm kỹ lưỡng, chai đủ tiêu chuẩn mới đem chiết. Vùng I: Ngâm nước ấm 30 á 350C để rửa sơ bộ. Vùng II: Ngâm, phun trong NaOH 2%, áp lực phun 3Kg/cm2 để rửa các cặn bẩn ở nhiệt độ 650C. Vùng III: Phun nước ấm 30 á 350C để tráng sơ bộ. Vùng IV: Tráng nước lạnh vô trùng để đưa nhiệt độ của chai xuống 8 á100C và đưa vào thiết bị chiết chai, chiết chai bằng máy chuyên dụng, chiết theo nguyên lý đẳng áp. Nhiệt độ của bia là 0 á 10C . Trong qúa trình chiết chai tránh tiếp xúc với không khí càng triệt để bao nhiêu càng tốt. Vì ôxy là nguyên nhân gây nên hoạt động sống của hệ vi sinh vật trong bia nên gây kém bền cho bia, đồng thời O2 là tác nhân gây ra phản ứng oxy hoá mà sản phẩm là các kết tủa gây đục cho bia. + Tiến hành chiết chai. Trước khi chiết chai: Vòi chiết ngoạm khít vào cổ chai (chai được hệ thống thuỷ lực đưa và đầu van chiết). Giữa chai và thùng chứa bia có ống thông với nhau để tạo áp suất đẳng áp ống này nối giữa cổ chai và mặt thoáng của thùng chứa bia, xi lanh vòi chiết được đưa xuống tận gần đáy chai và thực hiện qúa trình chiết. Phương pháp chiết này tránh được sự trào bọt gây tổn thất và tránh bia tiếp xúc nhiều với không khí. Khi chiết xong bia được đi qua khâu kiểm tra mức đầy và dạn nứt nếu có và sau đó qua bộ phận dập nút. Sau đó bia được qua bộ phận thanh trùng. Sau khi thanh trùng bia được kiểm tra, qua băng tải đến má dán nhãn. Nhãn được dán ngay ngắn. Sau khi dán nhãn, bia được xếp vào két, mỗi két 24 chai, và nhập vào kho rồi mang đi tiêu thụ. Biểu đồ thanh trùng. I II III IV V t0C 350C 650C 750C 650C 350C t(phút) 10’ 10’ 10’ 10’ 10’ Sơ đồ dây chuyền chiết chai Chai đóng két Bỏ khỏi két (máy gắp chai) Két Lật két Chai Máy rửa chai Máy chiết chai, dập nút Máy thanhtrùng Máy dán nhãn Xếp chai vào két Vận chuyển Nhập kho Soi chai Kiểm tra Cl2, H20, NaOH Kiểm tra 4. Thu hồi và xử lý CO2 a. Mục đích. Thu hồi và xử lý CO2 để được CO2 khá tinh khiết nhằm phục vụ cho việc bão hoà CO2 cho bia thành phẩm, CO2 có ứng dụng nhiều trong sản xuất đồ uống có gas. Do đó có thể bán CO2 ra thị trường, CO2 là sản phẩm phụ tạo ra trong qúa trình lên men của nấm men. b. Thao tác. CO2 được thu hồi từ các Tank lên men trong giai đoạn lên men chính, theo các đường ống dẫn CO2 về túi chứa khí rồi đi qua hệ thống xử lý CO2và thu được CO2 khá tinh khiết. Đầu tiên CO2 được đi qua bình lọc bông sau đó đi qua lần lượt các thiết bị chứa H20, KMn04, than hoạt tính để xử lý các tạp chất như hơi nước, este, axit, rượu, khử mùi. Sau đó CO2 được nén vào bình thép chịu áp lực ( chú ý khi nén bình phải được làm mát). IV. Vệ sinh thiết bị Hệ thống vệ sinh gồm 4 thùng: Thùng 1: NaOH 2%. (dùng để rửa các cặn bẩn hữu cơ). Thùng 2: HNO3 0,1%. (rửa các cặn vô cơ). Thùng 3: Nước Javen. (rửa vải lọc). Thùng 4: Nước nóng (rửa các thiết bị nấu, lên men…). Sau khi rửa bằng hoá chất và nước sạch, nếu các thiết bị cần độ vô trùng cao thì ta cần phải rửa bằng nước nóng. V. đánh giá chất lượng bia. Chất lượng bia phải đạt 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 2 phút ở độ cao bọt 3 cm, độ bám cốc tốt, sạch. Mùi: Mùi đặc trưng, không có mùi lạ. * Chỉ tiêu hoá lý: Độ cồn: Bia chai: 5%; bia hơi: 3,5%. Hàm lượng CO2: Bia chai: 4,3 g/l; bia hơi: 3,5 g/l. Hàm lượng axit 1,53 – 1,8 g/l. Hàm lượng Diaxetyl < 0,2mg/l Kim loại nặng: không có. * Chỉ tiêu vi sinh vật: Vi khuẩn hiếu khí Ê 100 tế bào/ml Vi khuẩn yếm khí: không có. E. Coli : không có Nấm mốc : < 5 tế bào/ml. Phần IV – Tính cân bằng sản phẩm Theo yêu cầu thiết kế nhà máy bia có năng suất 10 triệu lít/năm. Nhà máy sản xuất 50% bia chai. Bia hơi có nồng độ dịch đường là 10,5% bia chai là 12% nguyên liệu thay thế là gạo 35% I. Tính cân bằng sản phẩm cho bia hơi 1.Lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn Để đơn giản trong quá trình tính toán, ta tính toán cân bằng sản phẩm cho 1000 l bia: -Tổn thất trong quá trình chiết bock là1,5% lượng bia trước khi chiết là: l -Tổn thất trong quá trình bão hoà CO2 là 0,5% lượng bia sau lọc là: 1015,2 :( 1-0,005) = 1020,3 l -Tổn thất trong quá trình lọc bia là 1% lượng bia trước khi lọc là: 1020,3 : ( 1-0,01) = 1030,6 l -Tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ là 5% lượng dịch đường đưa vào lên men là: 1030,6 : ( 1-0,05) = 1073,5 l -Tổn thất trong quá trình lắng đọng và lạnh nhanh là 3% lượng dịch đường đi lắng là: 1073,5: ( 1- 0,03) = 1106,7 l Khi làm lạnh dịch đường co 4 % về thể tích vậy thể tích dịch đường trước khi lắng và làm lạnh là: 1106,7: ( 1-0,04) = 1152,8 l -Dịch đường 10,50Bx ở 200C có d = 1,041kg/l. Khối lượng dịch sau quá trình đun hoa là: 1106,7 x 1,041 = 1152 kg Trong quá trình đun hoa coi lượng chất khô hoà tan bằng lượng chất khô tổn thất, -Lượng chất chiết có trong dịch đường 10,5% là 1152 x 10,5% = 121kg 2. Tính nguyên liệu : Ta sd 35% nguyên liệu thay thế (gạo) còn 65% là malt. Gọi lượng malt cần dùng là M kg: -Malt có độ ẩm 7% hệ số hoà tan 76% tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5% -Lượng chất chiết thu từ M kg malt là: M x 0,995 x 0,93 x 0,76 = 0,703 M kg -Gạo cần dùng có độ ẩm 14% hiệu suất chất 85% và tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5%. M x x 0,995 x 0,85 x 0,86 = 0,391 M kg Tổn lượng chất chiết là: 0,703M + 0,391M = 121 Lượng gạo cần dùng là: 110,6 x = 59,5 kg 3. Tính lượng bã malt và gạo Độ ẩm của bã 80% -Khối lượng bã malt là: ( W =7%, Hệ số hoà tan 76%) 110,6 x 0,93 x 0,24 x * Khối lượng bã gạo là: (W = 14% và hệ số hoà tan là 85%) 59,5 x 0,86 x 0,15 x * Tổng lượng bã là: 123,43 + 38,4 = 161,83 kg * lượng nước trong bã là 161,83 x0,8 = 129, 47 kg 4. Tính lượng nước dùng cho nấu và rửa bã: Quá trình hồ hoá tỷ lệ nguyên liệu : nước = 1:5 Lượng malt lót cho vào nồi hồ hoá bằng 10% so với lượng gạo. Lượng malt lót cần bổ xung vào nồi hồ hoá là: 59,5 x 0,1 = 5,95kg Lượng gạo đưa vào nồi hồ hoá là ( tổn thất 5% do nghiền) 59,5 x 0,995 = 59,2kg Vậy tổng lượng bột cho vào nồi hồ hoá là 59,2 + 5,95 = 65,15kg Lượng nước cần cho vào nồi hồ hoá là: 65,1 x5 = 325,5 kg Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi hồ hoá là: 5,95 x 0,07 + 59,5 x 0,14 = 8,74kg Tổng lượng nguyên liệu và nước có trong nồi hồ hoá là: 65,1 + 325,5 = 390,6 kg Khi đun Lượng nước bay hơi là 0,5% ;lượng dịch cháo sau hồ hoá là: 390,6 x ( 1- 0,05) = 371 kg Quá trình đường hoá Tỷ lệ malt : nc : 1:5 ( 110,6 x 0,995 –5,95) x5 = 520,5kg Lượng nước có sắn trong nguyên liệu ở nồi đường hoá là ( 110,6 x0,995 – 5,95) x0,07 = 7,3kg * Tổng lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi chuyển dịch cháo sang là: 371 + ( 110,6 x 0,995 – 5,95)x6 = 995,6kg Lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi đun ( lượng dịch bay hơi 3%) là: 995,6 x( 1-0,03) =965,7kg. Lượng nước trong dịch trước lọc là: 965,7 – 121 = 844,7 kg Lượng dịch sau khi đun hoa là 1152,8 lit và tương đương khối lượng là: 1152,8x1,041= 1200kg Vậy lượng nước có trong dịch sau khi đun hoa là: 1200x10,5% = 1074 kg Vì khi nấu hoa lượng nước bay hơi 10% nên lượng nước cần thiết trong dịch đường trước nấu hoa là: 1074 + x 1,1 = 1181,4kg Lượng nước rửa bã là: Ta có: Vnước trước lọc+ Vnước rửa bã= Vnước trong bã+ Vnước trong dung dịch đun hoa 844,7 + V nước rửa bã = 129,47 + 1181,4 đVậy lượng nước rửa bã là: 129,47+1181,4 –844,7 =466,2 kg Tổng lượng nước cho vào nồi nấu và đường hoá là: 325,5 + 520,5 = 846 kg 5. Tính lượng men giống Lượng men giống nuôi cấy tiếp vào trước khi lên men chính ( 10% so với lượng dịch lên men) là: 1073,5 x 0,1 = 107,35 l Lượng men sữa tiếp vào trước khi lên men chính ( 1% so với lượng dịch đưa vào lên men) là: 107,35 x 0,01 = 10,735 lít 6. Tính các nguyên liệu khác Lượng hoa Houblon ( 2g/ 1bia hơi) 2x1000 = 2000g = 2kg Lượng chế phẩm Enym, ta sử dụng Termamyl 120L tỷ lệ 0,1% so vớilượng nguyên liệu thay thế. 59,5x 0,001 = 59,5g 7. Các sản phẩm phụ: Bã hoa: Lượng chất không hoà tan trong hoa là 60%, bã có độ ẩm 85% Lượng bã hoa sẽ là: Lượng sữa men thu hồi Thực tế cứ 1000 lít dịch đường đưa vào lên men thu được 15,3 lít sữa men có độ ẩm 85%. Vậy lượng men sạch thu được là: 1073,5 x 15,3x 10-3 = 16,4 lít Lượng CO2 Ta có lượng dịch lên men là: 1073,5 x 1,041 = 1117,5 kg Lượng chất trong dịch lên men là: 1117,5 x 0,105 = 1117,34 kg Theo phương trình: C12H22O11+H2O = 4C2H5OH + 4CO2 Coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza, hiệu suất lên men 50 á 60% ( 55%). Như vậy cứ 342g maltoza tạo thành 176g CO2 Ta có lượng CO2 được tạo ra: 117,34 x0.55 x Lượng CO2 hoà tan trong bia là ( 2á8g CO2/ 1lit bia non) 1030,6 x2 = 2061,2g = 2,1g Lượng CO2 thoát ra là 33,2 –2,1 = 31,1kg ở 200C 1atm thì 1m3 cân năng 1,832 kg, hiệu suất thu hồi là 60%. Suy ra thể tích CO2 bay ra là: Lượng CO2cần bão hoà thêm ( ở 200C) là: 3,5 x 1015,2 – 1030,6 x2 = 1492 = 1,5kg Thể tích CO2 cần bão hoà thêm ( ở 200C) là: II. tính cân bằng nguyên liệu cho bia chai 1. Lượng bia và dịch đường qua các giai đoạn Tổn thất trong quá trình chiết chai là 3%. Lượng bia trước khi chiết chai là: lít Tổn thất trong quá trình bão hoà CO2 là 0,5%. Lượng bia trước khi lọc là: lít Tổn thất trong quá trình lọc bia là 1%. Lượng bia sau khi lọc là: Tổn thất trong quá trình lên men chính và phụ là 5%. Lượng dịch đường trước khi đưa vào lên men là: Tổn thất trong quá trình lắng trong và lạnh nhanh là 3%. Lượng dịch đưa vào quá trình lắng là: Khi làm lạnh thể tích dịch đường co 4% thể tích. Vậy thể tích dịch đường ở 1000C trước khi lắng và làm lạnh là: Lượng dịch đường 120Bx ở 200C có khối lượng riêng D = 1,048. Khối lượng dịch đường sau đun hoa ở 200C là: 1135,7x1,048 = 1190,2kg Trong quá trình đun hoa coi lượng chất khô hoà tan của hoa bằng lượng chất khô mất đi. Lượng chất chiết có trong dịch đường 12% đó là: 1190,2 x 0,12 = 142,8 kg 2. Tính nguyên liệu Gọi lượng Malt cần dùng là M Malt có độ ẩm 7%, hệ số hoà tan 76%. Tổn thất trong quá trình nghiền là 0,5% + Lượng chất chiết thu được từ M kg Malt là: M x 0.995 x 0,76 = 0,703M kg + Lượng gạo cần dùng là ( Độ ẩm 14%, hiệu suất chiết 85% và tổn thất trong quá trình nghiền gạo là 0,5%) M x M kg + Tổng lượng chất chiết là: 0,703M + 0,391 M = 142,8 Lượng Malt cần dùng là: Lượng gạo cần dùng là: 3. Tính lượng bã malt và gạo Độ ẩm của bã 80% Khối lượng bẫ malt là: (W = 7% và hệ số hoà tan là 76%) Vậy khối lượng bã malt là: 130,5 x 0,93 x 0,24 x Khối lượng bã gạo là (W = 14% và hệ số hoà tan là 85%) Vậy khối lượng bã gạo là 70,27 x 0,86 x 0,15 x Tổng lượng bã là: 145,6+ 45,4 =191 kg Lượng nước trong bã là: 191 x0,8 =152,8 4. Tính lượng nước dùng cho nấu và rửa bã: Quá trình hồ hoá tỷ lệ ( bột gao + 10% malt lót) ; nước = 1:5 Lượng gạo đưa vào nồi hồ hoá là: 70,27 x 0,995 =69,9 Kg Lượng malt lót cần bổ xung vào nồi hồ hoá là: 69,9 x 0,1 = 6,99 kg Vậy tổng lượng bột cho vào nồi hồ hoá là: 69,9 x 6,99 = 76,9kg Lượng nước cần cho vào nồi hồ há là: 76,9 x5 = 384,5kg Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi hồ hoá là: 69,9 x0,14+ 6,99 x 0,07 =10,3 kg Lượng nguyên liệu và nước trong nồi hồ hoá là: ( 69,9 + 6,99) x 6 = 461,3kg Khi đun lượng nước bay hơi là 5%. Lượng dịch cháo sau khi đun là: 461,3 x ( 1-0,05) = 438,2 kg Quá trình đường hoá tỷ lệ malt: nước 1: 4 Lượng nước cho vào nồi đường hoá là: ( 130,5 x 0,995 – 6,99) x 4 = 491,4kg Lượng nước có sẵn trong nguyên liệu ở nồi đường hoá là: ( 130,5 x 0,995 – 6,99) x 0,07 = 8,6 kg Tổng lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi chuyển dịch cháo sang là: 438,2+ ( 130,5 x 0,995 – 6,99) x5 = 1052,5kg Lượng dịch trong nồi đường hoá sau khi đun ( lượng dịch bay hơi là 3%) là: 1052,5 x( 1-0,03) = 1020,9kg Lượng nước trong dịch trước khi lọc là: 1020,9 – 142,8 = 878,1kg Lượng nước trong dịch sau khi đun hoa ( dịch đường 12oS) là: 1190,2 x (1-0,12) = 1047,4 kg Khi nấu hoa lượng nước bay hơi 10% nên lượng nước cần thiết trong dịch đường trước khi nấu hoa là: 1047,4+ 1047,4 x 0,1 = 1152,14kg Lượng nước rửa bã là: Ta có V nước rửa bã= V nước trong bã+ V nước trong dịch đun hoa -V nước trước lọc Vậy lượng nước rửa bã là: 153,17 + 1152,14 – 878,1 = 427,21kg Tổng lượng nước cho vào hai nồi nấu và đường hoá là: 434,63 + 491,4 = 875,9kg 5. Lượng men giống - Lượng men giống nuôi cấy tiếp vào trước khi lên men chính (10% so với lượng dịch đưa vào lên men) là. 1101,6 x 0,1 = 110,17 lít - Lượng men sữa tiếp vào trước khi lên men chính (1% so với lượng dịch đưa vào lên men) là 1101,66 x 0,01 = 11 lít 6. Tính các nguyên liệu khác - Lượng hoa Hoabloa (2g/1bia) 2 x 1000 = 2000g = 2Kg Lượng chế phẩm Enzim, ta sử dụng Termanul 120l tỷ lệ 0,1% so với số lượng nguyên liệu thay thế. 70,27 x 0,001 = 70,27g 7. Các sản phẩm phụ - Bã hoa: Lượng chất không hoà tan trong hoa là 60% , bã hoa có độ ẩm 85%, lượng bã hoa sẽ là: - Lượng sữa men thu hồi Thực tế cứ 1000l dịch đường đưa vào lên men thì thu được 15,3l sữa men có độ ẩm 85%. Vậy lượng men sạch thu được 1101,66 x 15,3.10-3 = 16,851 - Lượng CO2 Theo phương trình lên men: C12H22O11 + 4H2O = 4C2H5OH + 4 CO2 Như vậy cứ 342g maltoza tạo thành 176g CO2 và coi toàn bộ lượng đường lên men là maltoza Ta có lượng dịch trước lên men (dịch 12oS có d = 1,048) là 1101,66 x 1,048 x 0,12 = 138,5 Kg Coi hiệu suất lên men là 55% thì lượng CO2 thu được là 138,5 x 0,55 x Lượng CO2 hoà tan trong bia là 2g CO2 (lít) 1046,6 x 2 = 2093,2g =2,1Kg Lượng CO2 thoát ra là 39-2,1 = 36,9 Kg ở 20oC và 1 at thì 1m3 CO2 nặng 1,832 Kg Vậy thể tích CO2 bay ra là m3 Hiệu suất thu hồi CO2 là 60% nên thể tích CO2 theo được là 20 x 0,6 = 12m3 Lượng CO2 cần bão hoà thêm để đạt 3,5g/l bia sau bão hoà là 3,5 x 1030,93 – 1046,6 x 2 = 1515,1g = 1,52 Kg Thể tích CO2 cần bão hoà thêm (ở 20oC) là m3 III. Tính nguyên liệu phụ dùng cho sản xuất - Bột trợ lọc: dung diatomit với tỷ lệ 0,07Kg/100l hoa - Lượng oxy: cần dùng sung O2/lít dịch đường. Lượng O2 cần là: 1164,95 x 8 = 9319mg O2 Vậy lượng không khí vô trùng cần thiết là 9319 x mg kỹ thuật = 46,6Kg Kế hoạch sản xuất Nhà máy được thiết kế với năng suất 10Tr l/năm. Sản xuất 50% bia hơi. Mỗi năm chia làm 4 quý, mỗi quý nhà máy chỉ hoạt động 75 ngày ( quý II, III). Tuỳ theo điều kiện cụ thể ta có thể giảm hoặc tăng số ngày sản xuất , còn lại là thời gian sửa chữa bảo dưỡng thiết bị máy móc. Kế hoạch sản xuất được chia cho các quý như sau Quý I II II IV Năng suất 1quý (l) 2.106 3.106 3.106 2.106 Năng suất 1 ngày (l) 26.000 40.000 40.000 26.000 Số mẻ /ngày 3 4 4 3 Năng suất mẻ (l) 8666 10.000 10.000 8.666 Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia hơi Hạng mục Đơn vị Cho 1 mẻ1000 l Cho 1 năm 10.000 l Nguyên liệu chính Malt Gạo Kg Kg 110,6 59,5 1106 595 Các nguyên liệu khác Chế phẩm Enym Hoa Hublon Men giống nuôi cấy Men sữa g Kg l l 59,5 2 107,35 10,35 595 20 1073,5 103,5 Sản phẩm trung gian Dịch nóng Dịch lạnh Bia non Bia đã lọc l l l l 1152,8 1073,5 1030,6 1020,3 11528 10735 10306 10203 Bia thành phẩm l 1000 10000 Sản phẩm phụ phế liệu Bã malt và gạo Bã hoa Sữa men CO2 thu được CO2 bổ sung Kg Kg l m3 m3 161,8 8 16,4 10,1 0,82 1618 80 164 101 8,2 Lượng nước công nghệ Nước dùng cho nấu Nước rửa bã l l 846 466,2 8460 4662  Bảng tóm tắt cân bằng sản phẩm bia chai (120S) Hạng mục Đơn vị Cho 1000 l bia Cho 1 mẻ 10000 l Nguyên liệu chính Malt Gạo Kg Kg Kg 130,5 70,27 1305 702,7 Các nguyên liệu khác Chế phẩm Enym Hoa Hublon Men giống nuôi cấy Men sữa g Kg l l 70,27 2 110,2 11,0 702,7 20 1102 110 Sản phẩm trung gian Dịch nóng Dịch lạnh Bia non Bia đã lọc l l l l 1183,1 1101,7 1046,6 1036,1 11831 11017 10466 10361 Bia thành phẩm l 1000 10000 Sản phẩm phụ phế liệu Bã malt và gạo Bã hoa Sữa men CO2 thu hôi CO2 bổ sung Kg Kg l m3 m3 191 8 16,85 12 0,83 1914 80 168,5 120 8,3 Lượng nước công nghệ Nước dùng cho nấu Nước rửa bã l l 875,9 427,2 8759 4272 Phần V. Tính và chọn thiết bị Nhà máy sản xuất cả bia hơi và bia chai nhưng sản xuất bia chai cần lượng nguyên liệu nhiều hơn nên ta tính toán dựa trên CBSP bia chai và tháng có sản lượng bia cao nhất, I.Thiết bị trong khâu chuẩn bị nguyên liệu 1,Định lượng nguyên liệu Nguyên liệu được cấu tạo theo từng mẻ, thời gian cân 1 mẻ là 30 phút: Chọn cân Hải Phòng có mã cân lớn nhất là 500 kg, sai số -Sai số cho phép ±05. -Kích thước: 1.200x1000x1400 2, Máy nghiền malt 1 ngày là 5220 kg Lượng malt sử dụng trong thời gian nghiền trong 1h là 1350. Do hệ số sử dụng mỗi máy là 0,7 nên năng suất của máy cần Ta chọn máy nghiền malt có thông số sau: Năng suất: 2000kg/h Đường kính trục: 250mm Chiều dài trục: 800mm Số đôi trục: Kích thước máy 1800 x 1600 x 2000mm Máy nghiền gạo: Lượng gạo cần nghiền 1 ngày là: 2810,8. Một ngày nghiền 2 ca mỗi ca 2h Vậy lượng gạo cần nghiền là: Ta chọn 1 máy nghiền búa M - 03 của Mkg có các thông số: -Năng suất: 1000kg/h -Buồng nghiền: 350x1200 -Số búa: 72 -Kích thước máy: 1500 x 1800 x 1200 (mm) 4.Thiết bị vận chuyển Nguyên liệu cần vận chuyển là bột malt và bột gạo có kích thước nhỏ nên ta chọ thiết bị vận chuyển là gầu tải. Năng suất gần tải phụ thuộc vào lượng malt sử dụng trong 1 ngày. Lượng malt và gạo cần chuyển trong 1 ngày là: ( 1305 + 702,7) x 4 = 8.030,8kg Giả thiết mỗi ngày gầu tải hoạt động 3 giờ hiệu suất thực hiện của gầu là 70%. Vậy năng suất thực của gầu tải là: /h Ta chọn gầu tải có công suất : 4500kg/h Kích thước rông: 500mm Cao 2000á4000mm Vận tốc kéo 1,2 á 1,4m/s Công suất động cơ: 0,8Kw II/ Thiết bị trong khâu đường hoá nguyên liệu 1.Nồi hồ hoá Ta có tổng khối dịch trong nồi hồ hoá là 461,3kg Khối lượng riêng của dịch bột là 1,08kg/l Vậy thể tích hỗn hợp là: Hệ số sử dụng của nồi là 75%. Vậy thể tích của nồi là: Dựa vào thể tích thực của nồi, ta chọn nồi hồ hoá là thiết bị 2 vỏ thân hình trụ, đường kính D chiều cao là h1,h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ. chọn H = 0,6D (chiều cao phần trụ) chọn h1 = 0,2D (chiều cao phần đáy) chọn h2 = 0,15D (chiều cao phần đỉnh) Chọn nồi cháo có D = 2200, H = 1320mm, h1= 440mm, h2= 330mm Phần vỏ có độ dày 100mm. Vậy D ngoài = 2200 + 100 x 2 = 2400mm chọn cách khuấy có đường kính 2000mm Tốc độ khuấy: 30c/phút Bề mặt truyền nhiệt phải đảm bảo tỷ giữa diện tích bề mặt truyền nhiệt trên một dơ vị thể tích dịch là 0,5m3.1m3 Vậy bề mặt truyền nhiệt là F = 0,5 x 4,27 = 2,14m2 2. Nồi đường hoá. Ta có tổng khối dịch trong nồi đường hoá là 10.525kg thể tích khối dịch là: Hệ số sử dụng của nồi là 0,8 thể tích nồi là: Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi đường hoá là thiết bị 2 cơ được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ có đường kính là D, chiều cạnh đáy và đỉnh chỏm cầu có chiều cao là h1, h2. chọn H = 0,6D, h1 = 0,2D , h2 = 0,15D Tương tự như nồi hồ hoá ta được H = 1680mm, h1 = 560mm, h2 = 420mm Dn = 2800+ 200=3000mm Chọn cách khuấy có d= 26000mm Tốc độ khuấy: 30c/phút F = 9,745 x 0,5 = 4,9m2 3. Thùng lọc Khi lọc thì từ 1kg nguyên liệu cho từ 1,6 á 1,8 lít bã Vậy lượng bã lọc sẽ là ( 1305 + 702,7) x 0,995 x 1,8 = 3595,8l =3,6 m3 Để quá trình lọc được tốt thì chiều cao lớp bã khoản 0,4 á 0,6m ( ta chọn 0,45m) Diện tích thùng lọc sẽ là Theo CT: Lượng dịch sau khi đường hoá là 10,209kg. Hệ số sử dụng nồi là 0,7. Vậy thể tích thùng lọc là Chiều cao của thùng là Chọn thiết bị có thân hình trụ, náp dạng cân đáy phẳng có lắp hệ thống gạt bã truyền động từ phía dưới có lớp bảo ôn dầy 100mm. Đặc tính kỹ thuật của thùng. Dn= 3400 mm, H = 1830mm Chiều cao phần đỉnh h2 = 0,15D = 480mm 4. Nồi hoá Theo phần tính cân bằng sản phẩm thể tích dịch trước đun hoa là 11357l hệ số để đầy nồi là 705. Vậy thể tích nồi là Dựa vào thể tích thực của nồi ta chọn nồi nấu hoa là thiết bị hai vỏ, thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu có chiều cao h1, h2. Thùng được chế tạo bằng thép không gỉ bên trong có nắp cánh khuấy._.