nội dung đề án về bia

Thiết kế phân xưởng lên men

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BIA
Bia là một loại nước giải khát khá phổ biến, được tiêu thụ rộng rãi trên khắp thế giới
và có lịch sử phát triển rất lâu đời. Từ thời xa xưa, người Babilon đã sản xuất bia từ quá
trình lên men bánh mì ẩm. Cách đây khoảng 5000 năm, người Ai Cập cổ đại đã sử dụng
lúa mạch để sản xuất bia. Bia đã trở thành một thực phẩm quan trọng trong các bữa ăn
kiêng hàng ngày của người Ai Cập lúc đó. Người Hy Lạp đã học cách sản xuất bia từ người
Ai Cập. Các bộ tộc của Đức đã biết sản xuất bia từ lâu trước khi có sự xâm chiếm của đế
chế La Mã. Ban đầu người ta sử dụng các loại thảo mộc và gia vị khác vào việc sản xuất
bia. Tuy nhiên vào khoảng 1000 năm trước công nguyên bia mới thâm nhập vào các tu
viện và các tu só đã sử dụng hoa houblon thay cho các thảo mộc vào quá trình sản xuất bia.
Bia thật sự được trở nên phổ biến nhờ vào các tu viện. Các tu só là những người đầu tiên đã
xây dựng các nhà máy bia. Họ cung cấp nơi ở, thức ăn và bia cho những người đi hành
hương và những người đi du lịch. Cho đến giữa thế kỷ XVI, bia chỉ được sản xuất chủ yếu
trong các gia đình và còn chưa mang tính thương mại. Từ năm 1833, nhờ các nghiên cứu
của Pasteur về quá trình lên men rượu vang, Hansen đã đề nghị phương pháp nhân giống
nấm men từ một tế bào thuần khiết ban đầu trong canh trường. Đến năm 1881 – 1883 nấm
men đã được đưa vào sử dụng sản xuất bia lần đầu tiên ở Đan Mạch. Từ đó đến nay ngành
công nghiệp bia ngày càng được hoàn thiện, phát triển và đã đạt được nhiều thành tựu rực
rỡ.
Bia là sản phẩm của quá trình lên men ethanol từ dịch nha, không qua chưng cất, dịch
nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu tinh bột, protein…(như gạo, ngô, đại
mạch,…), hoa houblon và nước.
So với các loại thức uống khác bia có nhiều ưu điểm như:
• So với các loại rượu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%). Do đó nếu
sử dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ
thể.
• So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại.
• Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp cho cơ
thể 400 – 800 KCal.

• Với hàm lượng CO2 khá cao (4 – 5g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát,
kích thích quá trình tiêu hóa tốt hơn.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

1


Thiết kế phân xưởng lên men
• Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ,
3 – 4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin, acid
hữu cơ, một số vitamin như B1, B2, PP.
• Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống một lượng bia
vừa phải mỗi ngày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơ thể hưng phấn hơn
và hiệu quả làm việc cao hơn.
Nhờ có những ưu điểm này mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản
lượng và chất lượng ngày càng được nâng cao.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

2


Thiết kế phân xưởng lên men

Chương 2 : KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ
I. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy, phân xưởng

Trong công nghệ sản xuất bia, nguồn nước là một yếu tố cực kỳ quan trọng ảnh hưởng
tới chất lượng bia thành phẩm. Nên việc xây dựng nhà máy phải dựa trên sự khảo sát
nguồn nước. Khu công nghiệp Tây Bắc Củ Chi là một trong những nơi có nguồn nước thích
hợp cho sản xuất bia. Vì vậy địa điểm chọn để xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Tây
Bắc Củ Chi, tọa lạc tại quốc lộ 22, huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh..
Tổng diện tích hiện tại của khu công nghiệp là 220 (ha) :

Tình hình đầu tư và hoạt động :
-

-

Tỷ lệ đất đã cho thuê : 96.83%
Tổng số nhà đầu tư : 42
Tổng số vốn đầu tư : 144,525,050 (USD)
Ngành nghề thu hút đầu tư : các ngành công nghiệp không gây ô nhiễm như
công nghiệp cơ khí, lắp ráp điện tử, may, dệt, da, nhựa, cao su, nhôm, sành sứ,
thuỷ tinh, đồ mỹ nghệ xuất khẩu, thiết bị trang trí nội thất, dược, mỹ phẩm,
chế biến lương thực, thực phẩm.
Tổng số lao động : 8287 người.

Cơ sở hạ tầng :
-

Giao thông : đạt 70%.
Cấp điện : mạng điện chung của thành phố Hồ Chí Minh từ trạm 110/22-15KV
Củ Chi.
Cấp nước : 100000m3/ngày.
Thông tin liên lạc : trong nước và quốc tế.
Xử lý nước thải : 10000m3/ngày.

Giá thuê đất : 34 – 40 triệu USD cho 42 năm (đặt cọc 5%).
Giá điện : 0.7 USD.
Giá nước : 0.22 USD.

II. Nguyên liệu sản xuất bia
1. Malt
1.1. Khái niệm chung

Khái niệm : Malt là hạt ngũ cốc đã nảy mầm (malt lúa gạo, malt lúa mì,
malt đại mạch…).
Phân loại malt : gồm 2 nhóm malt chính
Malt xanh (green malt) : là hạt ngũ cốc đã nảy mầm nhưng chưa tách
mầm, chưa qua sấy nên có độ ẩm hạt cao.
Malt thành phẩm : là sản phẩm malt đã qua sấy và tách mầm.
Phạm vi ứng dụng của malt :
Trong công nghệ lên men : malt là nguồn enzyme, chế phẩm enzyme.
Trong công nghệ thực phẩm : malt được dùng như nguồn nguyên liệu để
chế biến ra nhiều loại thực phẩm khác (sản xuất đường nha, syrup
glucose, dextrin…).

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

3


Thiết kế phân xưởng lên men
Malt đại mạch : thông dụng, phổ biến và được sản xuất nhiều nhất do có
hoạt tính enzyme cao. Là nguyên liệu chính trong công nghệ sản xuất bia.

1.2. Malt đại mạch
1.2.1. Đặc tính thực vật

Đại mạch là một loại ngũ cốc vùng ôn đới thuộc nhóm thực vật có hạt,
lớp một lá mầm, họ hoà thảo.
Đại mạch là loại thựa vật một năm. Dựa vào mùa vụ chúng được chia
thành 2 nhóm chính :
Đại mạch mùa đông : gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè.
Đại mạch mùa xuân : gieo hạt mùa xuân, thu hoạch mùa thu.
Chu kỳ sinh trưởng của đại mạch thông thường là 100 – 120 ngày. Kết
thúc quá trình sinh trưởng cây sẽ nở hoa và kết hạt. Hoa đại mạch nằm ở
phần trên cùng của cây và kết thành bông. Mỗi một bông gồm 2 bộ phận
: trục bông và gié. Khác với cây lúa nước, bông đại mạch chỉ có gié cấp
một mà không có gié cấp hai.
Gié của bông đại mạch thực chất là cuống hạt được đính trực tiếp
vào trục bông. Tại mỗi mắt của trục bông có 3 gié, trên mỗi gié có một
hoa. Số hoa biến thành hạt chắc quyết định hình dáng của bông đại
mạch. Thông thường thì số đó là 1 hoặc 3.
1.2.2. Phân loại đại mạch dựa vào số hàng hạt : gồm 2 loại chính
Đại mạch 2 hàng : trong một bông đại mạch có một nhánh được thụ phấn
hình thành hai hàng hạt đối xứng. Đại mạch hai hàng được dùng chủ yếu
cho công nghệ sản xuất bia do hạt to, cân đối và đồng đều. Đại mạch hai
hàng được chia thành ba nhóm nhỏ :
Đại mạch bông cúi : trục bông rất dẻo, gié của hạt dài, sau khi trổ
hoa và làm đòng thì bông bắt đầu cúi xuống.
Đại mạch bông đứng : cây to và cứng, bông dày hạt cho nên góc tạo
trục bông và gié bông lớn, được trồng ở một số nước Tây Âu.
Đại mạch bông xoè : gié rất ngắn, hạt gần như được dính vuông góc
với trục bông, được trồng nhiều ở Anh, Ailen, Bắc Mỹ.
Đại mạch đa hàng (gồm đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hàng) : trong

một bông cả ba nhánh đều được thụ phấn, hình thành 6 hàng hạt hoặc 4
hàng hạt (do một nhánh được thụ phấn nhưng yếu hơn hai nhánh còn lại).
Tuy nhiên do kích thước của hạt không đồng nhất nên thường được sử
dụng làm thức ăn gia súc hoặc sản xuất malt giàu enzyme protease.

1.2.3. Cấu tạo hạt đại mạch

Gồm 3 bộ phận chính : vỏ, phôi và nội nhũ.
Vỏ : chiếm 8 – 15% trọng lượng hạt, gồm 3 lớp : vỏ trấu, vỏ quả và vỏ
hạt. Lớp vỏ quả và vỏ hạt liên kết chặt chẽ với nhau.
Ở đại mạch 2 hàng vỏ trấu của hạt khá mỏng, mềm mại còn ở đại
mạch đa hàng thì vỏ trấu dày và thô hơn. Thành phần hoá học của vỏ
trấu chủ yếu là cellulose liên kết chặt chẽ lại nhờ chất khoáng và
lignin.
Lớp vỏ quả rất dai và bền vững.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

4


Thiết kế phân xưởng lên men
Lớp vỏ hạt có vai trò như một màng bán thấm chỉ cho nước thấm vào
bên trong hạt đồng thời giữ lại các chất hoà tan trong hạt không thấm
ra ngoài.
Phôi là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi chỉ chiếm 2.5 – 5% trong
lượng hạt. Trong phôi có từ 37 – 50% chất khô là thành phần nitơ, 7%
chất béo, 5 – 6% đường saccharose, 7 – 7.5% pentozan, 6 – 6.5% chất tro
và một số thành phần khác. Riêng tinh bột hầu như không đáng kể.

Nội nhũ chiếm 45 – 68% trong lượng hạt, giữ vai trò quyết định chất
lượng của đại mạch trong sản xuất bia. Ngoài cùng của nội nhũ tiếp giáp
với lớp vỏ hạt là lớp aleuron. Lớp aleuron này rất giàu protein, chất béo,
đường, cellulose, pentozan, vitamine và chất tro. Dưới lớp aleuron là
phần nội nhũ thật của hạt. Thành phần chính trong nội nhũ là hạt tinh bột
hình tròn có kích thước rất đa dạng. Nếu hàm lượng protein trong địa
mạch càng cao thì càng nhiều hạt tinh bột kích thước nhỏ. Ngoài tinh bột
nội nhũ còn chứa một số tạp chất khác như nitơ : 0.5 – 1.5%, tro : 0.2 –
0.7%, acid béo : 0.6%.
Tóm lại, vỏ hạt chiếm tỷ lệ lớn nhưng không có giá trị dinh dưỡng. Trong
công nghệ sản xuất bia vỏ hạt gây bất lợi do chứa nhiều chất màu, chất
đắng, chất chát. Nếu những chất này hoà tan vào dịch đường sẽ làm giảm
chất lượng của sản phẩm. Tuy nhiên nó đóng vai trò xây dựng màng lọc
trong quá trình tách bã khỏi khối cháo. Nội nhũ chiếm phần lớn trọng lượng
hạt, tập trung hầu hết chất dinh dưỡng và là nguồn cung cấp chất hoà tan cho
dịch đường. Phôi chiếm tỷ lệ không đáng kể so với trọng lượng hạt. Mặt
khác trong quá trình chế biến các thành phần trong phôi hoà tan rất ít vào
dịch đường.
1.2.4. Thành phần hoá học của đại mạch (tính theo % khối lượng hạt)
Độ ẩm : 12 – 16%.
Glucid :
Tinh bột : 54 – 65%. Trong công nghệ sản xuất malt và bia, tinh bột
có hai chức năng : một là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi, hai là nguồn
chất hoà tan cho dịch đường trước lên men. Tinh bột bao gồm hai hợp
phần AM : 20 – 25% và AP : 75 – 80%.
Cellulose : chiếm khoảng 20% chất khô của vỏ. Đóng vai trò quyết
định trong quá trình lọc dịch đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo
màng lọc phụ lý tưởng.
Hemicellulose : chiếm phần lớn chất khô của vỏ trấu, gồm những
hỗn hợp polysacchride khác nhau.

Các hợp chất pectin và các chất dạng keo làm cho dịch bia có độ
nhớt cao, khó lọc, tuy nhiên các hợp chất này tao cho bia có vị đậm
đà và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt của sản phẩm.
Protein : chiếm 9 – 14%, gồm 4 nhóm đại diện tiêu biểu : albumin (tan
trong nước), globulin (tan trong nước muối), prolanin (tan trong rượu),
glutenin (tan trong kiềm). Trong quá trình sản xuất bia, albumin, globulin
và một phần nhỏ prolanin hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

5


Thiết kế phân xưởng lên men
còn những cấu tử khác thì bị kết lắng và thải ra ngoài theo bã malt và
cặn lắng.
Các hợp chất không chứa nitơ :
Polyphenol và chất đắng : tập trung ở lớp vỏ. Phần lớn những họp
chất hoà tan được và tồn tại trong bia đều là dẫn xuất của catechin
(thuộc nhóm flavonoid). Những chất này dễ dàng kết hợp với protein
cao phân tử tạo thành phức chất dễ kết lắng làm tăng độ bền keo của
sản phẩm. Mặt khác sự hoà tan polyphenol vào dịch đường ảnh
hưởng xấu đến vị của bia. Chất đắng, chất chát cũng là nguyên nhân
gây ra vị đắng khó chịu cho bia.
Fitin : là muối đồng thời của canxi và magie với acid Inozit
phosphoric. Tập trung chủ yếu ở vỏ. Khi bị thuỷ phân sản phẩm lại là
nguồn cung cấp P cho nấm men đồng thời làm tăng độ chua tác dụng
của dịch cháo ở gia đoạn đường hoá.
Vitamine : B1, B2, B6, PP, tieàn vitamine A, E, acid pantotenic, biotin,
acid pholievic và nhiều dẫn xuất vitamine khác, là nhân tố điều hoà

sinh trưởng của nấm men.
Chất khoáng : đóng vai trò quan trọng đặc biệt là P. thành phần tro
của đại mạch : P2O5 : 35%, MgO : 9%, CaO : 2.8%, Na2O : 2.4%,
SO32- : 1.9%, Fe2O3 : 1.5%, Cl- : 1%
Chất béo : chiếm 2 – 3%, tập trung chủ yếu ở phôi và lớp aleuron. Thành
phần chủ yếu của phôi là ester của glycerin và các acid béo bậc cao, làm
giảm độ bền keo của bia.
Các nhóm enzyme trong đại mạch : gồm 2 nhóm chính
Enzyme xúc tác cho các quá trình oxy hoá – khử : các enzyme này
chỉ tham gia vào quá trình oxy hoá – khử khi hạt hô hấp hoặc phân
huỷ hiếu khí các glucid nghóa là chúng tham gia vào quá trình trao
đổi năng lượng của quá trình sống. Trong quá trình sấy malt chúng
hầu như bị phá huỷ.
Nhóm enzyme thuỷ phân : được chia thành 3 nhóm nhỏ :
Nhóm enzyme thuỷ phân các hợp chất glucid :
o Diastase (amylase) : thuỷ phân glucid có mạch polymer tương
đối đơn giản (tinh bột).
o Sitase : thuỷ phân glucid có mạch polymer phức tạp hơn
(hemicellulose).
Nhóm enzyme thuỷ phân protein :
o Protease : xúc tác chuyển hoá protein thành albumose và
peptone rồi thành polypeptid và peptid.
o Peptidase : chuyển polypeptid và peptid thành acid amin.
o Amidase : tác dụng deamin hoá các acid amin tạo thành acid
hữu cơ và nitơ.
Nhóm enzyme esterase : tham gia phá vỡ liên kết ester giữa các
hợp chất hữu cơ với nhau hoặc giữa hợp chất hữu cơ và vô cơ.
o Lipase : thuỷ phân ester của glycerin và một số loại rượu với
acid béo bậc cao.
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào

SVTH :Chu Xuân Trường

6


Thiết kế phân xưởng lên men
o Phosphatase : tách acid phosphoric ra khỏi hợp chất hữu cơ có
chứa P.
Bảng 1: So sánh thành phần hóa học của đại mạch và malt đại mạch.
(Tính theo % trọng lượng chất khô)

Thành phần
Tinh bột

Đại mạch

Malt đại mạch

63 – 65

58 – 60

1–2

3–5

0,1 – 0,2

3–4

1

2

Hemicellulose

8 – 10

6–8

Cellulose

4–5

5

Lipid

2–3

2–3

Protein

8 – 11

8 – 11

Acid amin và peptit

3–4

3–4

Các hợp chất khác

5–6

6–7

2

2,2

Đường sacharose
Đường khử
Các đường khác

Tro

Chỉ tiêu chất lượng đối với malt đại mạch :
Màu sắc
Mùi
Độ sạch

: màu vàng nhạt
: mùi đặc trưng
: hạt gãy < 0.5%
tạp chất < 1%

Cỡ hạt
Độ xốp
Độ ẩm
Thời gian đường hóa
Hàm lượng chất chiết
Hoạt lực amylase
Chỉ số Kolbach
Độ nhớt của dịch đường
pH của dịch đường

: > 85% hạt có kích thước > 2.5 mm
: 82%
: 5%
: 10 – 15 phuùt
: 78%
: > 2500oWK
: > 41%
: 1.3 – 1.5 cP
: 5.5 – 6

2. Thế liệu (nguyên liệu thay thế đại mạch) : là nguyên liệu chưa nảy mầm
2.1. Mục đích sử dụng thế liệu

Hạ giá thành sản phẩm.
Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm.
Tạo ra chủng loại bia có các mức độ phẩm cấp chất lượng khác nhau.
Theo đơn đặt hàng của người tiêu dùng.

2.2. Những thế liệu được sử dụng
2.2.1. Thế liệu dạng hạt : chủ yếu là tiểu mạch, gạo, ngô…

Tiểu mạch (bo bo) : chứa 60 – 65% tinh bột (tính theo chất khô), 2.5 – 3%
saccharose, 2% glucose và maltose, 12 – 13% protein, 1.5 – 2% chất béo,

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

7


Thiết kế phân xưởng lên men
2.5 – 3% cellulose, 1.5 – 2% chất khoáng, 10 – 11% các hợp chất không
chứa nitơ. Khi bột tiểu mạch tham gia quá trình hydrate hoá tạo thành
phức chất keo tụ rất dai và dẻo có thể kéo dài thành sợi, chúng được gọi
là gluten. Chính vì vậy tiểu mạch thường được sử dụng làm bánh mì. Vạn
bất đắc dó mới sử dụng trong sản xuất bia.
Gạo : được sử dụng nhiều ở các nước Châu Á hoặc vùng Trung Đông.
Thành phần hoá học của gạo (tính theo % trong lượng) : W : 12.6%, hợp
chất chứa nitơ : 7.9%, chất béo 0.5%, glucid : 77.8%, cellulose của vỏ lụa
: 0.5%, chất tro : 0.7%. gạo có hàm lượng tinh bột khá cao, protein ở mức
vừa phải còn chất béo và cellulose ở giới hạn thấp. Với các chỉ số này,
gạo là một nguyên liệu khá lý tưởng cho việc sản xuất bia. Với lượng
gạo thay thế đến 20% hoàn toàn có thể sản xuất các loại bia có chấ
lượng hảo hạng dùng để xuất khẩu. Thực tế và thực nghiệm cho thấy có
thể dùng gạo thay thế malt đến 50% (nếu malt có hoạt tính enzyme tốt)
thì quá trình đường hoá và lọc vẫn có thể tiến hành bình thường.
Ngô : được sử dụng ở các nước Mỹ la tinh hoặc Châu Phi. Đặc tính của
ngô là phôi khá lớn, chiếm 9 – 15% trong lượng hạt, W : 10 – 11%, glucid
: 66 – 70%, prtein : 10 – 12%, chất béo : 5 – 5.5%, cellulose : 2 – 2.5%,
tro : 1.5 – 2%. Vì chất béo trong phôi khá cao (23 – 45% trong lượng

phôi) nên làm giảm chất lượng kỹ thuật của bia, làm giảm độ bền bọt,
khi bia bị oxy hoá cho mùi khó chịu. Do đó cần loại phôi trước khi sử
dụng ngô làm thế liệu.
Gạo mì : do đặc tính của vỏ mì không có vỏ trấu và hàm lượng gluten
quá cao vì vậy muốn dùng gạo mì làm thế liệu cho malt đại mạch thường
phải ươm mầm rồi dùng lết hợp với malt. Nếu không ươm mầm thì sẽ
gây cản trở cho quá trình lọc dịch đường và lọc bia, rất khó trong suốt
theo yêu cầu.
Đậu : hàm lượng tinh bột trong đậu không lớn, thường < 40% trọng
lượng, vì vậy khi nấu bia người ta sử dụng đậu không phải với ý nghóa
thế liệu cho malt mà với ý nghóa như sau :
Trong đậu chứa glucoside có tính saponin làm cho bia có khả năng
tạo bọt nhanh.
Hàm lượng protein trong đậu rất cao do đó các acid amin từ nguồn
protein này sẽ là thức ăn tốt cho nấm men sau này.
Trong đậu còn có các vitamine A1, B1, B2, C, E, K và các chất kích
thích tăng trưởng đối với nấm men.
Hàm lượng enzyme trong đậu cao hơn nhiều so với malt đại mạch.
Thực tế cho thấy nếu sử dụng nước trích ly từ đậu đưa vào bổ sung ở
khâu lên men thì quá trình lên men sẽ nhanh hơn, bọt bền hơn và bia
trong hơn ở nhiệt độ lạnh.

2.2.2. Thế liệu dạng đường

Đường mía và đường củ cải (saccharose) : là thế liệu cao cấp được đưa
trực tiếp dưới dạng tinh thể vào nồi đun sôi với hoa hoặc đưa vào dưới
dạng syrô trong quá trình chiết bia. Lượng saccharose đưa vào thay thế

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

8


Thiết kế phân xưởng lên men
không nên quá 20% so với lượng chất khô đã được chiết từ malt vào dịch
đường.
Đường thuỷ phân (glucose) : dưới dạng bột tinh thể, thu được từ việc
thuỷ phân tinh bột khoai tây hoặc tinh bột ngô bằng acid. Đây là thế liệu
cao cấp hơn cả saccharose. Lượng đường thuỷ phân dùng thay thế đại
mạch thông thường là 10 – 15%.

Chỉ tiêu chất lượng thế liệu : sử dụng thế liệu là gạo

Tinh bột : 75%.
Protein : 8%.
Chất béo : 1.5%.
Về cảm quan : màu sắc tươi sáng không bị sâu mốc, không có mùi hôi,
úng, chua.
Độ ẩm : 12%.
Hợp chất chứa N : 7.9%.
Độ hoà tan chất khô : 85% chất khô.
Tạp chất : < 2%.
3. Hoa houblon : là nguyên liệu cơ bản thứ hai sau malt đại mạch torng công nghệ
sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng,
làm tăng khả năng tạo bọt 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 nên hoa
houblon vẫn giữ được vai trò độc tôn và là nguyên liệu không thể thay thế trong
ngành công nghệ sản xuất bia.

3.1. Đặc tính thực vật

Hoa houblon là loại thực vật thuộc họ dây leo sống lâu năm (30 – 40 năm),
có chiều cao trung bình 10 – 15 m, lá to bằng bàn tay.
Hoa houblon có hoa đực và hoa cái riêng biệt cho từng cây. Trong công
nghệ sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn. Hoa đực không được sử
dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít phấn hoa, chất đắng cũng kém.
Cấu tạo hoa houblon gồm : cuống hoa (12 – 14%), cánh hoa (66 – 67%) và
phấn hoa (19 – 20%). Hoa có hình dạng quả trứng dài từ 3 – 4 cm, khi chín
có màu vàng đến vàng óng.
Hiện nay trên thế giới có đang trồng trên 100 giống hoa houblon khác nhau.
Loại thực vật này chỉ thích hợp với khí hậu ôn đời nên được trồng nhiều ở
Dức, Tiệp, Liên Bang Nga, Pháp, Mỹ, Trung Quốc và Triều Tiên.

3.2. Thành phần hoá học của hoa houblon

Thành phần hoá học của hoa houblon (tính theo % chất khô) :
- Nước : 11 – 13%.
- Chất đắng : 15 – 21%.
- Polyphenol : 2.5 – 6%.
- Protein : 15 – 21%.
- Cellulose : 12 – 14%.
- Chất khoáng : 5 – 8%.
- Tinh dầu thơm : 0.3 – 1%.
- Các hợp chất khác : 26 – 28%.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

9

Thiết kế phân xưởng lên men
Trong thành phần hoá học của hoa houblon thì chất đắng là có giá trị nhất, tiếp
đến là tinh dầu thơm và polyphenol.

3.2.1. Chất đắng

Vai trò của chất đắng : làm cho bia có vị đắng đặc trưng và dễ chịu, khi
hoà tan vào dịch đường và tồn tại trong bia các chất đắng có hoạt tính
sinh học cao tạo ra sức c8ang bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt
rất lâu. Với một nồng độ khá thấp các chất đắng cũng có khả năng ức
chế rất mạnh sự phát triển của vi sinh vật. Vì vậy chúng có tính kháng
khuẩn rất cao và làm tăng độ bền sinh học cho bia thành phẩm.
Thành phần của chất đắng :
Chất đắng (15 – 21% chất khô)

Acid đắng

α – acid đắng
6 – 9%

Nhựa đắng

β – acid đắng
3 – 4%

Nhựa mềm
5 – 6%

Nhựa cứng
1 – 2%

α – acid đắng : gồm 6 hợp chất
Humulon (C21H30O5)
Cohumulon (C20H28O5)
Adhumulon (C21H30O5)
Prehumulon (C22H32O5)
Posthumulon
Humulon là chất gây đắng mạnh nhất, có độ hoạt động bề mặt lớn
giúp cho bbia có khả năng tạo bọt tốt, tính kháng khuẩn mạnh. Humulon
là chất đắng có giá trị nhất trong hoa houblon đối với công nghệ sản xuất
bia. Khoảng 85 – 95% chất đắng trong bia là do humulon và các đồng
phân của nó gây nên.
β – acid đắng : gồm 4 hợp chất :
Lupulon (C26H38O4)
Colupulon (C25H36O4)
Adlupulon (C24H34O4)
Prelupulon
So với humulon thì lupulon kém đắng hơn nhưng lại có tính kháng
khuẩn cao hơn. Lupulon dễ bị biến thành β – nhựa đắng mềm có vị rất
đắng. Nếu tiếp tục bị oxy hoá thì β – nhựa đắng mềm sẽ chuyển thành

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

10


Thiết kế phân xưởng lên men

γ – nhựa cứng. Chất này gây đắng và hoà tan kém sẽ bị tách ra trong quá
trình nấu sôi dịch đường với hoa houblon.
Nhựa mềm : là polymer của acid đắng, là chất vô định hình. Khả
năng hoà tan vào dịch đường cao hơn β – acid đắng tạo được độ đắng
khá lớn cho bia.
Nhựa cứng : là polymer của các acid đắng nhưng ở mức cao hơn nhựa
mềm. Chúng hầu như không hoà tan vào nước và dịch đường nênbị
thải ra ngoài theo cặn lắng.
Cách tính độ đắng của hoa houblon (theo Wollmer) :
Tổng độ đắng củ bia = α – acid đắng + ( β – acid đắng + nhựa mềm)/9
3.2.2. Tinh dầu thơm
Là chất lỏng có trong suốt có màu vàng nhạt hoặc không màu, có mùi
thơm rất mạnh. Khi hoà tan vào dịch đường, tồn tại trong bia và tạo ra
mùi thơm đặc trưng rất nhẹ và dễ chịu.
Dễ hoà tan trong rượu ethylic nồng độ cao, trong nước hoà tan không
đáng kể. Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường.
Thành phần hoá học của tinh dầu thơm : gồm 103 hợp chất khác nhau
chủ yếu là những cấu tử thuộc nhóm terpen, rượu, cetone, aldehyd, ester
và acid.
Nhóm hợp chất chiếm khối lượng nhiều nhất trong thành phần tinh
dầu thơm là hydrocarbon (75%), tiêu biểu là :
Mirsen
: C10H16 : hydrocarbon không no.
Humulen
: C15H24 : xecketerpen không no.
Nhóm rượu tiêu biểu là :
Geraniol
: C10H18O : rượu không no.
Linanol
: C10H18O : đồng phân của geranol.

Nhóm terpen đại diện là Luparol : C13H22O có mùi thơm dễ chịu.
Nhóm aldehyd : đóng vai trò quan trọng nhất.
Nhóm acid thơm có Isovalerianic
Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon, 98% lượng tinh dầu
thơm thoát ra theo hơi nước, 2% còn lại quyết định hương thơm của bia.
3.2.3. Polyphenol
Vai trò công nghệ : polyphenol là chất dùng để kết lắng và loại bỏ các
hợp chất protein cao phân tử ra khỏi dịch đường làm ổn định thành phần
và làm tăng độ bền keo của bia thành phẩm.
Các hợp chất phenol trong nhóm flavonoid dễ thực hiện phản ứng ngưng
tụ tạo oligome. Các oligome này dễ dàng kết hợp với protein cao phân tử
tạo phức chất không tan. Chúng được xếp vào nhóm gọi là tanin. Tanin
của hoa houblon có hoạt tính mạnh hơn hẳn các hợp chất cùng loại trong
đại mạch và malt.
3.3. Các dạng hoa houblon sử dụng :
Dạng hoa houblon hạt, viên : Để sử dụng thuận tiện, đỡ tốn kém, trong bảo
quản và vận chuyển người ta có thể nghiền nát hoa khô thành dạng bột, sau
đó cho qua các máy ép viên định hình để thu gọn thể khối chúng lại, gói kín
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

11


Thiết kế phân xưởng lên men
những viên houblon này trong các bọc giấy đặc biệt có nạp thêm khí trơ. Giá
trị chất lượng tính theo α – acid đắng của hoa cánh và hoa viên như nhau,
song hoa viên có hiệu quả sử dụng cao hơn, nên sẽ tiết kiệm hơn.
Dạng hoa cao trích ly: Người ta dùng một số dung môi hữu cơ hecxan,
metanol, metylen clorit hoặc tricloetylen để trích ly chất đắng trong hoa

houblon ra dung môi, sau đó dùng các biện pháp thich hợp để tách dung môi
sẽ thu được dung dịch cao houblon sệt có màu từ xanh lá cây đậm đến vàng
sẫm (hiệu xuất trích ly thường > 45%), chất lượng chất đắng được bảo quản
tốt hơn, đồng thời việc sử dụng khi nấu với dịch đường sẽ thuận tiện và hiệu
quả hơn nhiều. Thông thường giá trị chất đắng trong 1kg cao hoa bằng 5 –
6kg hoa cánh (hoặc viên), tùy thuộc vào chất lượng cánh hoa và hiệu suất
trích ly. Sau khi thu được cao chất đắng đậm đặc, người ta có thể bổ sung
đường glucose vào để tăng độ đậm đặc của cao cho dễ định hình vào các
bao bì thích hợp.

Bảng 2 : Chỉ tiêu chất lượng houblon cho sản xuất :
Houblon dạng viên

Houblon dạng cao

Màu sắc

Xanh

Vàng sẫm

Mùi

Mùi đặc trưng

Mùi đặc trưng

α – acid

8%

30%

4. Nước : là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất bia. Trong bia thành
phẩm hàm lượng nước chiếm đến 77 – 90%.

Yêu cầu của nước dùng trong sản xuất bia : có độ cứng từ mềm đến trung bình.
Hàm lượng muối carbonate :
không quá 50 mg/l.
Hàm lượng muối Mg
:
không quá 100 mg/l.
Hàm lượng muối clorua
:
75 – 150 mg/l.
Hàm lượng muối CaSO4
:
130 – 200 mg/l.
2+
Hàm lượng Fe
:
không quá 0.3 mg/l.
Khí NH3
:
không có.
32:
không có.
Các muối gốc NO , NO
Vi sinh vật
:

không quá 100 tế bào/1cm3.
Ảnh hưởng của thành phần hoá học và các muối có trong nước đến quy trình
công nghệ :
Ca : thường tồn tại dưới dạng muối Ca(HCO3)2 ,ảnh hưởng xấu đến quá trình
nấu bia do làm giảm độ acid của hồ malt và dịch đường hoá.
Mg : hàm lượng trong nước ít hơn Ca nhưng tác dụng xấu hơn Ca vì MgCO3
hoà tan được còn MgSO4 có vị chát đắng làm ảnh hưởng đến chất lượng bia.
Na : tồn tại trong nước dưới dạng Na2CO3, NaHCO3 : làm giảm độ nhớt của
hồ malt, Na2SO4 với hàm lượng cao sẽ tạo vị đắng cho bia, NaCl < 200 mg/l
sẽ ảnh hưởng tốt đến mùi vị bia.
K : tương tự Na.
Fe : tồn tại dưới dạng Fe(HCO3)2, hàm lượng cao sẽ ảnh hưởng xấu đến chất
lượng bia. Vì vậy giới hạn Fe2+ từ 0.2 – 0.5 mg/l.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

12


Thiết kế phân xưởng lên men
Sử dụng nước trong công nghệ sản xuất bia :
Nước dùng ngâm đại mạch : để sản xuất malt yêu cầu là nước không chứa
nhiều tạp chất hữu cơ và vi sinh vật.
Nước dùng nấu bia :
Các muối carbonate và bicarbonate sẽ hoà tan chất đắng, chất chát trong
vỏ malt (nhất là Na2CO3) gây cho bia có vị đắng khó chịu.
Những carbonate và bicarbonate trong nước là hạ độ acid của hồ malt
gây cản trở hoạt động của hệ enzyme trong malt. Ngược lại CaSO4,
MgSO4 khi tác dụng với muối phosphate làm tăng độ acid của hồ malt.

Muối cloride và mitrate của Ca và Mg cũng có tác dụng tương tự như các
sunphate có lơi cho quá trình nấu bia. Song nếu lượng CaSO4 quá nhiều
sẽ phản ứng tạo nhiều K2SO4 gây vị đắng khó chiu cho bia.
Nước dùng để rửa nấm men và thiết bị :
Nước rửa nấm men cần phải sạch, không chứa nhiều hợp chất hữu cơ và
đặc biệt là không chứa vi sinh vật.
Nước rửa thiết bị nên có độ cứng thấp đến trung bình, đặc biệt không
chứa NH3 và các muối nitrite.

5. Nấm men

5.1. Phân loại nấm men (theo nhà khoa học Nga VI Kuznetchep) : gồm 3 nhóm
Sacchromyces cerevisiae (nấm men nổi) : lên men mạnh các đường glucose,

fructose, saccharose, maltose, 1/3 rafinose và các dextrin đơn giản nhưng
không lên men được melibiose.
Saccharomyces carlsbergensic (nấm men chìm) : lên men mạnh trong lòng
môi trường. Khi hết nguồn cung cấp C trong môi trường có xu hướng kết
chùm, chuỗi và lắng xuống đáy thùng làm bia trong nhanh, lên men được
đường glucose, manmose, galactose, fructose, saccharose, maltose, đặc biệt
là rafinose và các dextrin đơn giản lên men tốt. Đồng thời loài nấm men này
cũng lên men được đường melibiose.
Saccharomyces uvarum (lên men chìm) : lên men vừa phải. Lên men được
đường glucose, fructose, mannose, saccharose, maltose, toàn bộ rafinose,
melibiose. Hầu như không sử dụng được các dextrin đơn giản. Chúng không
lên men được đường lactose, inulin, kxilose, asabinose.

5.2. Những nấm men gây hại trong sản xuất bia :
Saccharomyces intermedium có trong không khí nhà máy bia, gây đục bia.
Saccharomyces validus thường đi lẫn với nấm men chìm, gây đục bia.

Saccharomyces turbidans lẫn với nấm men chìm, làm bia bị đục và có vị
đắng.

Torula là nhóm nấm men dại, thường gặp trong malt tươi hoặc nền nhà hầm

lên men, ở máy hạ nhiệt độ nhanh, làm đục bia, có mùi vị lạ đồng thời cản
trở quá trình lọc trong bia.
Pseudosaccharomyces apiculatus là giả nấm men, thường gặp c2ng nấm men
chìm, không lên men được saccharose, maltose.
Mycodesma cerevisiaethường gặp trên bề mặt của bia sau lên men chính
làm cho bia có mùi vị khó chịu.
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

13


Thiết kế phân xưởng lên men

6. Các chất phụ gia

Nhóm phụ gia gián tiếp (chất hỗ trợ kỹ thuật) gồm tất cả nguyên liệu và hoá
chất được sử dụng trong quy trình công nghệ song không được có trong thành
phần của sản phẩm như : bột trợ lọc, hoá chất vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân
xưởng sản xuất (H2SO4, NaOH, KMnO4, glycol, ethal – dùng làm tác nhân
lạnh…)
Nhóm phụ gia trực tiếp (chất phụ gia) gồm tất cả những nguyên liệu và hoá chất
được phép có trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ hàm
lượng cho phép như hoá chất xử lý độ kiềm của nước công nghệ (HCl, Na2SO4,
KOH, CaCl2), nhóm hoá chất chống oxy hoá trong bia thành phẩm (acid

ascorbic, H2O2 hoặc K2S2O5)

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

14


Thiết kế phân xưởng lên men

III. Quy trình công nghệ
1. Sơ đồ quy trình
Malt

Thế liệu

Malt lót

Làm sạch

Làm sạch

Nghiền

Nghiền

Đường hoá

Hồ hoá, dịch hoá, nấu chín

Lọc bã malt

Bã

Rửa bã

Đun sôi với hoa houblon

Bã

Houblon

Tách bã houblon
Men giống

Làm lạnh và sục O2

Nhân giống

Lên men phụ – Ủ chín bia

CO2

Lên men chính

O2

Bã houblon

Men đặc

Lọc trong bia

Chai, lon

Chiết rót bia vào bao bì
Thanh trùng bia

Sản phẩm bia
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

15


Thiết kế phân xưởng lên men

2. Thuyết minh quy trình công nghệ
2.1. Phân xưởng nấu
2.1.1. Làm sạch
-

Mục đích : loại tạp chất bám trên hạt malt
Phương pháp thư hiện : sử dụng hệ thống sàng và khí động để tách
tạp chất lẫn trong malt nguyên liệu.

2.1.2. Nghiền
-

Mục đích : giảm kích thước hạt malt.

Phương pháp thực hiện : nghiền khô.

-

Mục đích : chế biến.
Phương pháp thực hiện : đường hoá nhị phân đoạn.
Cách tiến hành :
Xử lý thế liệu trước khi đường hoá : hồ hoá, dịch hoá tinh bột
trong thế liệu.
Trộn thế liệu với malt trong thiết bị phối trộn.
Thực hiện quá trình đường hoá nhị phân đoạn.

2.1.3. Đường hoá

2.1.4. Lọc bã malt
-

Mục đích : tách bã malt ra khỏi dịch đường. Rửa bã tận thu chất hoà
tan theo bã.
Phương pháp thực hiện : sử dụng thiết bị lọc đáy bằng.

-

Mục đích : tạo mùi vị đặc trưng cho bia thành phẩm.
Phương pháp thực hiện : thực hiện trong nồi đun sôi với hoa.

-

Mục đích : cải thiện độ trong của sản phẩm.
Phương pháp thực hiện : sử dụng thiết bị lọc Whirpool

-

Mục đích : chuẩn bị cho quá trình lên men chính.
Phương pháp thực hiện :
Làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng.
Sục O2 trong thiết bị dạng ống lồng ống.

2.1.5. Nấu dịch đường với hoa houblon
2.1.6. Tách bã hoa houblon
2.1.7. Làm lạnh và sục O2

2.2. Phân xưởng lên men
2.2.1. Lên men chính
-

Mục đích : chế biến.
Phương pháp thực hiện : lên men chìm gián đoạn do đây là hình thức
lên men cổ điển và có tính truyền thống, dễ thực hiện, dễ kiểm soát
vì đã có nhiều kinh nghiệm tích luỹ. Nhiệt độ lên men tlm = 6 – 9oC.
- Cách tiến hành : quá trình lên men chính gồm 4 giai đoạn :
Giai đoạn 1 (2 ngày đầu tiên) : nấm men sẽ nảy chồi, phát triển
mạnh dần, sinh khối đạt cực đại ở cuối ngày thứ hai. Đồng thời là
sự giảm dần nồng độ chất hoà tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng
dần, xuất hiện nhiều bóng khí to thô bám xung quanh thùng và ở
cuối ngày thứ hai có thể tạo một lớp bọt khí mỏng gồm nhiều
bóng khí CO2 ở bề mặt môi trường lên men.
16
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

Thiết kế phân xưởng lên men
Giai đoạn 2 (2 ngày tiếp theo) : quá trình lên men bắt đầ chuyển
từ quá trình lên men hiếu khí (tăng sinh khối nấm men) sang kiểu
lên men kị khí (tạo C2H5OH và CO2), bọt bia xuất hiện nhiều và
nhanh hơn, bóng khí khô và mịn hơn. Đồng thời là sự giảm mạnh
nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt độ tăng
nhanh hơn.
Giai đoạn 3 (2 – 3 ngày tiếp theo) : trong giai đoạn này sự lên
men xảy ra mãnh liệt nhất thể hiện rõ qua sự giảm nhanh nồng
độ chất hoà tan cùng sự tăng rất nhanh nhiệt độ lên men. Chính
trong giai đoạn này môi trường lên men đang tích luỹ nhiều
diacetyl nhất đồng thời khí CO2 thoát ra cũng nhiều nhất. Lúc này
cần theo dõi chặt chẽ biến động của nhiệt độ, ngăn chặn không
cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ max của phương pháp lên men
đang áp dụng.
Giai đoạn 4 (1 – 2 ngày cuối cùng) : giai đoạn này cường độ lên
men yếu dần, nồng độ chất hoà tan giảm chậm nhiệt độ ổn định
và theo chiều hướng giảm dần, một bộ phận nấm men sẽ bắt đầu
lắng cùng với những thành phần keo tụ của protein, tannin, nhựa
đắng houblon.

2.2.2. Lên men phụ – Tàng trữ bia
-

-

-

Mục đích : tiếp tục lên men lượng chất tan còn sót lại có khả năng
lên men sau quá trình lên men chính. Hoàn thiện chất lượng sản
phẩm bia.
Phương pháp thực hiện : bia non được lên men tiếp tục trong quá
trình lên men phụ – ủ chín bia ở nhiệt độ rất thấp từ 0 – 2oC, thời gian
kéo dài và được thực hiện torng các thùng kín.
Cách tiến hành : bia non được cho vào các thùng hình trụ kín và được
tàng trữ từ 3 tuần đến 6 tháng, thậm chí đến 9 tháng.

2.3. Phân xưởng chiết
2.3.1. Lọc trong bia
-

Mục đích : tách các chất keo hoà tan do tính chất bất ổn định chúng
sẽ gây hiện tượng đục bia. Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm.
Phương pháp thực hiện : sử dụng chất trợ lọc diatomit.
Cách tiến hành : trong thùng phối trộn, bia và diatomit được khuấy
trộn thành huyền phù. Sau đó huyền phù được bơm qua máy lọc
nhiều lần để tạo thành màng lọc trên lưới lọc. Sau khi tạo được màng
lọc thì bắt đầu điều chỉnh các van sao cho đạt được yêu cầu sau : một
phần bia đục được đổ vào thùng phối trộn và huyền phù từ thùng
phối trộn bị cuốn theo bia đục ở đường ống chính và được lọc trong.
Trong quá trình lọc phải bổ sung thêm diatomit với lượng 50 – 100
g/hl.

2.3.2. Chiết bia vào bao bì
-

Mục đích : thuận lợi cho quá trình bảo quản, vận chuyển và mua bán.
Phương pháp thực hiện : chiết rót dựa trên nguyên tắc chiết rót đẳng

áp nghóa là phải đạt trạng thái cân bằng áp suất giữa bồn chiết bia và

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

17


Thiết kế phân xưởng lên men

-

bao bì được chiết để bia tự chảy vào bao bì một lượng bằng trọng
lượng riêng của nó. Nguyên tắc chiết rót này đảm bảo giảm thiểu tổn
thất CO2, giảm thiểu sự xâm nhập của O2 làm bia ổn định chất lượng
hơn.
Cách tiến hành : băng tải vận chuyển chai vào vị trí khớp với các vòi
chiết, chai được con đội nâng lên bịt kín chai vào van chiết bằng
vòng ép cao su. Lúc này chai được hút chân không và đưa CO2 và
sao cho áp lực CO2 trong chai và bồn chiết bằng nhau. Bia sẽ được
chiết vào chai theo nguyên tắc đẳng áp.

2.3.3. Thanh trùng bia
-

Mục đích : kéo dài thời gian bảo quản và ổn định chất lượng của sản
phẩm.
Phương pháp thực hiện : thanh trùng trong bao bì bằng thiết bị thanh
trùng liên tục tunel.
Cách tiến hành : chai bia được băng tải đưa vào thiết bị thanh trùng

qua 5 vùng : vùng gia nhiệt (45oC), vùng thanh trùng (60oC), vùng
làm nguội (45oC), vùng làm mát (35oC), vùng làm lạnh (25oC). Nước
được phun cho vùng nào thì được thu gom ngay vào bể chứa tương
ứng phía dưới. Cá bể được gia nhiệt thường xuyên.

3. Phân xưởng cần thiết kế phân xưởng lên men

3.1. Quá trình lên men chính:
3.1.1. Mục đích: chế biến
- Chuyển hóa đường thành etanol, carbon dioxyde cùng các sản phẩm
phụ trung gian như axit hưũ cơ, glycerin.
3.1.2. Các biến đổi:
- Sinh học: trong giai đoạn đầu của quá trình lên men chính ( quá trình
lên men hiếu khí)Nấm men sinh sản nhanh, manh mẽ, sinh tổng hợp
một lượng lớn enzym zimaza.
- Hóa sinh :Chuyển hóa đường thành C2H5OH và CO2. Nấm men sử
dụng các hợp chất chứa nitơ làm chất dinh dưỡng dử dụng trong quá
trình lên men hình thành 1 số sản phẩm phụ như : este, andehyt,
glyxerin, rượu bậc cao, diacetyl, H2S …
- Hóa lý: pH từ 5.3÷5.6 ở dịch đường ban đầu giảm về pH ở 4.2 ÷4.6
trong bia non, Sự keo tụ protein , Sự kết lắng của nấm men, các thành
phần
- Vật lý: Độ nhớt giảm
- Hóa học xảy ra một số phản ứng chuyển hóa giữa các sản phẩm phụ
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men chính :
- Dịch nha: nồng độ chất hòa tan trong dịch đường houblon hóa có ảnh
hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men.
Nếu nồng độdịch đường tăng nghóa là cơ chất sử dụng cho lên men
tăng, quá trình lên men xảy ra nhanh hơn. Nhưng nếu nồng độ dịch
đường tăng cao quá đến 14.5% thì sự sinh sản của nấm men không vì

thế mà tăng lên. Thậm chí nếu dịch đường có nồng độ từ 15÷20% thì

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

18


Thiết kế phân xưởng lên men
cường độ lên men sẽ bị giảm đi đáng kể. Thành phần hóa học của
dịch đường cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men chính. Thành
phần đường lên men được (đường đơn và một số đường có tính khử
khác) càng cao thì thu được hàm lượng cồn sau lên men cao hơn.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng được nấm men sử dụng đầy đủ thì
quá trình lên men sẽ đạt điều kiện thuận lợi.
- Nấm men: chủng nấm men sử dụng khác nhau cho những loại bia
khác nhau, cho những chất lượng bia khác nhau. Trong đồ án này em
sử dụng phương pháp lên men chìm và chủng nấm men sử dụng là
Saccharomyces carlsbergensic lên men mạnh trong lòng môi trường
có khả năng kết chùm, lắng nhanh làm trong bia nhanh. Lượng giống
cấy ban đầu có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men bia. Nếu giống
cấy ban đầu có hàm lượng thấp thì bia sau lên men sẽ không đủ độ
cồn. Nếu sử dụng nhiều sẽ không hiệu quả về kinh tế. Hàm lượng
nấm men em sử dụng khoảng 2l/100l dich đường lên men.
- Điều kiện lên men: mỗi loại nấm men có to và pH tối thích cho sự lên
men. Do đó điều kiện lên men thích hợp tốt sẽ cho sản phẩm đạt yêu
cầu chất lượng. Nấm men chìm lên men chính ở to từ 6÷10 0C pH của
nấm men từ 5÷5.6.
3.2. Quá trình lên men phụ:
3.2.1. Mục đích:

- Lên men lượng đường còn lại, bão hòa CO2 cho bia tươi, ổn định lại
thành phần bia non, ổn định hương, vị , độ trong cho sản phẩm.
3.2.2. Các biến đổi quan trọng trong quá trình lên men phụ:
- Hóa học:
Phản ứng khử: diacetyl bị khử thành butylen glycol tạo cho bia
có chất lượng cảm quan tốt hơn, hàm lượng phải 0.1 ppm mới
đạt yêu cầu.
Phản ứng tổng hợp: sự tổng hợp các este từ acid hữu cơ và
rượu
Autolysis : các chất chủ yếu là dextrin bặc thấp phân hủy
thành những chất nhỏ hơn như các acid hưũ cơ.
Proteolysis: sự thủy phân hầu hết các acid amin trừ prolin, quá
trình phân hủy xác nấm men.
- Hóa sinh : quá trình tổng hợp cồn etylic vẫn tiếp tuc diễn ra từ lượng
đường còn xót lại
- Hóa lý : quá trình bão hòa CO2 vào trong bia giúp biia có khả năng
tạo bọt tốt hơn, quá trình kết lắng các hợp chất protein- polyphenol
cho tác dụng làm trong bia
- Vi sinh : hàm lượng cồøn tăng, hàm lượng CO2 tăng giúp ức chế sự
phát triển của vi sinh vật.
3.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men phụ:
- Hàm lượng Diacetyl trong bia non: ảnh hưởng đến quá trình lên men
phụ, hàm lượng càng cao thì thời gian lên men phải càng dài.
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

19


Thiết kế phân xưởng lên men

-

Hàm lượng đường xót trong bia non: anh hưởng đến lượng CO2 tạo
thành
p suất của quá trình lên men phụ ảnh hưởng đến khả năng bão hòa
CO2 trong bia
Nhiệt độ lên men phụ phải phù hợp để quá trình diễn ra thật chậm,
không tạo nhiều sản phẩm không mong muốn nhiệt độ thấp khoảng
0÷2 0C

Thiết bị lên men và phương pháp lên men:
-

Quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng
một thiết bị thân trụ đáy côn, thuật ngữ chuyên ngày thường dùng là
tank out door (TOD). Đặc điểm cơ bản của thiết bị là nó có thể tích
rất lớn, chiều cao từ 8-20m, đường kính từ 3m trở lên. Phần đáy có
dạng đáy côn góc khoảng 60 -700. Có áo lạnh trên thân để có thể làm
lạnh cục bộ. Sản xuất bia bằng phương pháp lên men TOD có ưu
điểm là công nghệ đơn giản dễ thực hiện, tiêu tốn ít lao động cơ bắp,
mặt bằng xây dựng chiếm ít, an tòan vệ sinh đạt hiệu quả cao, dễ
dàng tự động hóa.
- Cách tiến hành như sau : bơm dịch đường đã làm lạnh vào tank. Nấm
men được chuẩn bị nhân giống từ trước rồi được đẩy bằng máy nén
khí CO2 bằng không khí vô trùng, hoặc bằng khí nén CO2 lượng nấm
men cho vào khoảng 25-30.106 tế bào trên/cm3 tương đương 2l nấm
men/ 100 l dịch đường lên men. Trong giai đoạn đầu của quá trình
lên men mở van xả CO2 để đuổi hết không khí ra ngoài. Sau đó mới
dẫn CO2 vào mạng để qua bộ phận thu hồi. Quá trình lên men chính
kết thúc thì nấm emn mới bắt đầu kết lắng. o lạnh ởphần côn tank

làm việc , nhiệt độ của bia non vùng này được hạ xuống thúc đẩy
quá trình kết lắng của nấm men nhanh hơn và chặt hơn. p suất dư
trong tank lên men luôn được duy trì ở 1,5 kG/cm2. với áp suất này
nấm men sẽ được kết lắng rất chặt ở phần đáy của tank. Việc thu hồi
chỉ cần mở van ở đáy dẫn đến khu xử lý(phòng nhân giống). Bia sau
lên men được đưa đi lọc, bão hòa CO2 , chiết chai , thanh trùng, xếp
vào pallet.
3.3. Quá trình thu nhận và bảo quản sinh khối nấm men sau quá trình lên men
chính
3.3.1. Nấm men sạch:
- Khi sử dụng TOD nấm men sạch thu được từ lấy từ lớp chính giữa
của phần nấm men lắng xuống đáy côn. Được đưa qua phòng nhân
giống để xử lý: nếu nấm men bi nhiễm vsv thì xử lý bằng acid sau đó
trung hòa. Sau đó đưa vào môi trường giàu dinh dưỡng để hoạt hóa
lại. Mỗi mẻ sử dụng lại 1/3 nấm men sạch.
3.3.2. Nấm men bẩn:
- Thu hồi xử lý sau đó dùng để sản xuất thứ phẩm giàu protein : thức
ăn gia súc, dịch hỗn hợp acid amin.
GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

20


Thiết kế phân xưởng lên men
-

Sinh khối nấm men được bảo quản trong điều kiện 4-6oC , điều kiện
kín sạch.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

21


Thiết kế phân xưởng lên men

Chương 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu (75% malt + 25% gạo)
Bảng 3 : Các tính chất của nguyên liệu
Nguyên liệu

Độ ẩm
Độ trích ly Khối lượng riêng
(% khối lượng) (% chất khô)
(kg/m3)

Malt vàng
5.6
76
Gạo
12
85
Đường kính
0.15
99.55
Bảng 4 : Tổn thất trong quá trình sản xuất bia

530

700
800

Tổn thất

Giá trị

Quá trình làm sạch malt (% khối lượng nguyên liệu)
Quá trình nấu dịch nha (% khối lượng chất khô)
Quá trình lọc bã malt, lắng bã malt, làm lạnh dịch
nha (% thể tích dịch nha nóng)
Quá trình lên men chính (% thể tích dịch nha lạnh)
Quá trình lên men phụ (% thể tích bia non)
Quá trình lên men TOD (% thể tích dịch nha lạnh)
Quá trình lọc bia (% thể tích bia)
Quá trình chiết chai (% thể tích sau lọc)
Quá trình chiết lon (% thể tích sau lọc)
Quá trình thanh trùng (% thể tích bia được thanh trùng)

0.5
2.8
6.0

1. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng nấu

2.3
1.0
3.1
1.7
2.0

0.5
2.0

Lượng malt sau quá trình làm sạch :
75 × (100 − 0.5)
G m1 =
= 74.625(kg )
100
Lượng chất khô trong malt :
G × (100 − 5.6) 74.625 × (100 − 5.6 )
'
G m1 = m1
=
= 70.446(kg )
100
100
Lượng chất chiết trong malt :
'
Gm1 × 76 70.446 × 76
"
Gm1 =
=
= 53.539(kg )
100
100
Lượng chất khô trong gạo :
25 × (100 − 15)
G g1 =
= 21.25(kg )
100

Lượng chất chiết trong gạo :
G g1 × 85 21.25 × 85
'
G g1 =
=
= 18.063(kg )
100
100
Tổng lượng chất chiết trong 100 kg nguyên lieäu :
"
'
G1 = Gm1 + G g1 = 53.539 + 18.063 = 71.602(kg )

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

22


Thiết kế phân xưởng lên men
Lượng chất chiết thu được sau quá trình nấu dịch nha :
2.8 × 100
2.8 × 100
G 2 = G1 −
= 71.602 −
= 68.802(kg )
100
100
Giả sử dịch nha có nồng độ chất khô là 13oPt, d = 1.0526. Khối lượng dịch nha :
G × 100 68.802 × 100

G3 = 2 o
=
= 529.246(kg )
13
S
Thể tích dịch nha :
G
529.246
V1 = 3 =
= 502.798(l )
d
1.0526
Hệ số dãn nở của dịch nha ở 100oC là k = 1.04. Thể tích dịch nha nóng thu được
từ 100 kg nguyên liệu :
V2 = V1 × k = 502.798 × 1.04 = 522.91(l )
Thể tích dịch nha thu được sau quá trình làm lạnh :
V × (100 − 6) 522.91 × (100 − 6)
V3 = 2
=
= 491.535(l )
100
100

2. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng lên men

Thể tích bia sau lên men chính :
V × (100 − 2.3) 491.535 × (100 − 2.3)
V4 = 3
=
= 480.23(l )

100
100
Thể tích bia sau quá trình lên men phụ :
V × (100 − 1) 480.23 × (100 − 1)
V5 = 4
=
= 475.428(l )
100
100
Thể tích bia sau lọc :
V × (100 − 1.7 ) 475.428 × (100 − 1.7 )
V6 = 5
=
= 467.346(l )
100
100

3. Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng chiết

Thể tích bia sau khi chiết chai :
V × (100 − 2 ) 467.346 × (100 − 2 )
V7 = 6
=
= 458(l )
100
100
Thể tích bia sau thanh trùng :
V × (100 − 2) 458 × (100 − 2)
V8 = 7
=

= 448.84(l )
100
100

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

23


Thiết kế phân xưởng lên men

II. Tính cân bằng vật chất cho 100 lít bia thành phẩm
1. Tính tiêu hao nguyên liệu cho 100 lít bia thành phẩm

Tỷ lệ chất hoà tan trong gạo so với malt :
% chất hòa tan trong gạo 85
X =
=
= 1.118
% chất hòa tan trong malt 76
Tiêu hao malt cho 100 lít bia thành phẩm (100% malt) :
100 × 100 100 × 100
Gm 2 =
=
= 22.28(kg )
V8
448.84
Tiêu hao malt cho 100 lít bia thành phẩm (75% malt) :
G × 75 22.28 × 75

'
Gm 2 = m 2
=
= 16.71(kg )
100
100
Tiêu hao gạo cho 100 lít bia thành phẩm (25% gạo) :
G × 25 22.28 × 25
=
Gg 2 = m2
= 4.982(kg )
100 × X 100 × 1.118
Tiêu hao hoa houblon cho 100 lít bia thành phẩm :
Hoa houblon dạng viên : Ghv = 0.05 kg/100 lít bia thành phẩm.
Hoa viên dạng cao : Ghc = 0.04 kg/100 lít bia thành phẩm.
Lượng acid H2SO4 90% : G H 2 SO4 = 0.8 g/100 lít bia thành phẩm.
Lượng CaCl2 : GCaCl2 = 1.2 g/100 lít bia thành phẩm.

2. Tính lượng chai cần dùng cho 100 lít bia thành phẩm

Bia được chiết vào chai có thể tích Vc = 450 ml.
Tổn thất trong quá trình bảo quản chai trong kho : 0.45%.
Tổn thất trong quá trình rửa chai : 2%.
Tổn thất trong quá trình rót, đóng nắp, thanh trùng : 2%.
Tổn thất trong quá trình xếp chai vào két : 0.15%.
Số chai cần dùng để chiết 100 lít bia thành phẩm :
100 100
C1 =
=
= 223(chai )

Vc
0.45
Số chai thực tế cần dùng trước quá trình rửa chai :
C × (100 + 2) 223 × (100 + 2)
C2 = 1
=
= 228(chai )
100
100
Số chai thực tế cần dùng ban đầu :
C × (100 + 0.45) 228 × (100 + 0.45)
C= 2
=
= 230(chai )
100
100
Số chai bia còn lại sau quá trình rót, đóng nắp, thanh trùng :
C × (100 − 2 ) 223 × (100 − 2)
C 3= 2
=
= 219(chai )
100
100
Số chai bia thành phẩm :
C × (100 − 0.15) 219 × (100 − 0.15)
C4 = 3
=
= 218(chai )
100
100

III. Tính cân bằng vật chất theo năng suất của nhà máy
1. Tính lịch làm việc
Số giờ làm việc trong 1 ca : 8 giờ.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

24


Thiết kế phân xưởng lên men
Số ca làm việc trong 1 ngày : 3 ca/ngày.
Số ngày làm việc trong 1 tháng : 25 ngày.
Số ngày làm việc trong 1 năm : 300 ngày.
Lượng bia sản xuất trong 1 ngày : V 1ng = 100000 lít.
Năng suất của nhà máy : 30 triệu lít/năm.
Thời gian nấu 1 mẻ là : 360 phút.
24 × 60
Số mẻ nấu trong 1 ngày : m =
= 4 (mẻ).
360
Dung tích 1 mẻ :
100000
V 1m =
= 25000(l )
4
Số mẻ nấu trong 1 năm : M = 1200 mẻ.

2. Tính tiêu hao nguyên liệu cho mỗi mẻ

Lượng malt dùng trong 1 mẻ :
G ' × V 1m 16.71 × 25000
1
Gmm = m 2
=
= 4177.5(kg )
100
100
Lượng malt dùng trong 1 ngày :
1
1
G mng = G mm × m = 4177.5 × 4 = 16710(kg )
Lượng malt dùng trong 1 năm :
1
1
G mn = G mng × N = 16710 × 300 = 5013000 (kg ) = 5013(tân )
Lượng gạo dùng trong 1 mẻ :
G g 2 × V 1m 4.982 × 25000
1m
Gg =
=
= 1245.5(kg )
100
100
Lượng gạo dùng trong 1 ngày :
G 1ng = G 1m × m = 1245.5 × 4 = 4982(kg )
g
g
Lượng gạo dùng trong 1 năm :

G 1n = G 1ng × N = 4982 × 300 = 1494600(kg ) = 1494.6(tân )
g
g
Lượng cao hoa houblon dùng trong 1 mẻ :
Ghc × V 1m 0.04 × 25000
1m
=
= 10(kg )
Ghc =
100
100
Lượng cao hoa houblon dùng trong 1 ngày :
1ng
1m
G hc = G hc × m = 10 × 4 = 40(kg )
Lượng cao hoa houblon dùng trong 1 năm :
1n
1ng
G hc = G hc × N = 40 × 300 = 12000 (kg ) = 12(tân )
Lượng hoa houblon dạng viên dùng trong 1 mẻ :
G × V 1m 0.05 × 25000
1m
Ghv = hv
=
= 12.5(kg )
100
100
Lượng hoa houblon dạng viên dùng trong 1 ngày :
1ng
1m

G hv = G hv × m = 12.5 × 4 = 50(kg )
Lượng hoa houblon dạng viên dùng trong 1 năm :
1n
1ng
G hv = G hv × N = 50 × 300 = 15000 (kg ) = 15(tân )
Lượng nấm men bia cần dùng để lên men 100 lít dịch lên men là : M = 2 lít.

GVHD : PGS.TS Đống Thị Anh Đào
SVTH :Chu Xuân Trường

25