Công nghệ sản xuất bia

Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Mục lục:
Chương 1 Tổng quan 3
1.1 Giới thiệu về bia 3
1.2 Lịch sử ra đời của bia 3
1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia thế giới 4
Chương 2 : Quy trình công nghệ sản xuất bia lon 11
2.1 Nguyên liệu 11
2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon 18
2.3 Giải thích quy trình công nghệ 19
Chương 3: Tính cân bằng vật chất 31
3.1 Ý nghĩa của việc tính cân bằng vật chất 31
3.2 Nguyên liệu và phương án thiết kế 31
3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu: 32
3.4 Tính cân bằng vật chất theo năng suất nhà máy 37
3.5 Tính cân bằng năng lượng 38
Chương

4: Tính và chọn thiết bị 42
Tài liệu tham khảo 53
1
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Danh mục bảng:
Bảng 1: Tình hình sản xuất bia thế giới năm 2009 4
Bảng 2: Danh sách các nước dẫn đầu thế giới về sản lượng bia trong năm 2009 5
Bảng 3: Xếp hạng các nước dẫn đầu về mức tiêu thụ bia trong năm 2009 6
Bảng 4: Tiêu thụ bia thế giới theo châu lục 7
Bảng 5: Tiêu thụ bia thế giới thao đầu người 9
Danh mục hình:

Hình 1: Tiêu thụ bia thế giới năm 2009 và qua các năm 7
Hình 2: Hupulông và các đồng phân 14
Hình 3: Lupulông và các đồng phân 14
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách từ dạng thùng quay 20
Hình 5: Thiết bị nghiền búa 20
Hình 6: Nồi nấu dịch nha 22
Hình 7: Nồi lọc dịch nha 23
Hình 8: Nồi nấu dịch nha với hoa houblon 24
Hình 9: Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha 26
2
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Hình 10: Vị trí bơm canh trường nấm men 26
Chương 1: Tổng quan:
1.1 Giới thiệu về bia:
Bia là một loại nước giải khát có cồn được sản xuất bằng cách trính ly nguyên liệu thô trong nước,
nấu sôi (thường với hoa houblon), lên men dịch đường không qua chưng cất. Nguyên liệu
sản xuất bia thường là malt đại mạch, thế liệu, nước, hoa houblon, nấm men bia.
1.2 Lịch sử ra đời của bia:
Trước 6000 năm trước công nguyên, bia đã được làm từ đại mạch ở Sumeria và Babylonia.
Khám phá những ngôi đền ở Ai Cập - có tuổi khoảng 2400 năm trước công nguyên -
cho thấy hạt đại mạch và một phần đại mạch đã nảy mầm được đem nghiền, trộn với
nước và nướng thành bánh. Trong quá trình nghiền hạt đại mạch và trộn với nước,
chất chiết trong hỗn hợp được vi sinh vật trên bề mặt bình chứa lên men.
Kỹ thuật cơ bãn làm bia du nhập châu Âu từ Trung Đông. Theo Pliny (thế kỷ 1 trước công
nguyên) và Tacitus ( thế kỷ 1 sau công nguyên)- 2 nhà sử học La Mã - , các bộ lạc
Saxons, Celts, Nordic và Germanic đã uống bia. Trong suốt thời Trung cổ, bia được
làm và bao quản một cách thủ công ở các tu viện. Hoa houblon được sử dụng ở Đức
vào thế kỷ 11, loại bia có hoa houblon này được nhập vào Anh từ Hà Lan ở thế kỷ 15.
Năm 1420, bia được sản xuất ở Đức bằng phương pháp lên men chìm, gọi như vậy bởi

vì nấm men có xu hướng chìm xuống đáy của thùng / thiết bị lên men. Trước đó, một
loại nấm men được sử dụng lại có khuynh hướng nổi lên trên bia thành phẩm, và cho
phép bia tràn ra ngoài thùng chứa hoặc tách lớp này ra cách thủ công. Nấu bia là nghề
thuộc mùa đông, và nước đá được dùng để giữ lạnh cho bia trong những tháng hè. Từ
beer đã từng được gọi là lager (từ tiếng Đức lagern, loại bia thượng hạng được ủ ở nơi
lạnh 30 ngày hoặc hơn). Ngày nay, thuật ngữ lager được sử dụng để chỉ loại bia sản
xuất bằng nấm men chìm, và thuật ngữ ale chỉ loại bia Anh sản xuất bằng phương
pháp lên men nổi.
3
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Cuộc cách mạng công nghiệp mang lại sự cơ giới hóa cho ngành sản xuất bia. Sự kiểm soát
quá trình tốt hơn, với việc sử dụng nhiệt kế và máy đo độ đường, được phát triển ở
Anh và chuyển giao cho châu Âu, nơi phát triển công nghệ làm nước đá và thiết bị làm
lạnh cuối thế kỷ 19 tạo điều kiện cho bia lager sản xuất vào mùa hè. Trong những năm
60 của thế kỷ 19, nhà hóa học người Pháp Louis Pasteur, qua những nghiên cứu của
ông về sự lên men, đã thực hiện nhiều thí nghiệm vi sinh vẩn còn giá trị trong công
nghiệp sản xuất bia. Nhà thực vật học người Đan Mạch Emile Hansen phát minh ra
phương pháp nuôi nấm men trong môi trường không chứa những nấm men khác và vi
khuẩn. Kỹ thuật canh trường thuần này nhanh chóng lan rộng khắp châu Âu làm cho
bia lager của người Đức nổi trội trên thị trường châu Mĩ.
Thế kỷ 21 này, sản xuất bia tiến đến quy mô lớn trong công nghiệp. Công nghệ bia càng hiện
đại hóa với những thiết bị bằng thép không gỉ, được tự động hóa bằng máy tính, những
thùng chứa lớn bằng kim loại, lon thủy tinh, hộp nhôm, bình chứa plastic. Bia ngày nay
được xuất khẩu trên khắp thế giới và được sản xuất dưới chứng chỉ của nước ngoài.
1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia thế giới:
1.3.1 Tình hình sản xuất bia:
Theo báo cáo của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 10-8-2010): Trong năm 2009, trừ
châu Âu và Bắc Mỹ, các châu lục trên thế giới đều có mức tăng sản lượng so với năm 2008.
Cụ thể, tổng sản lượng bia toàn thế giới năm 2009 đạt 181 tỷ lít, tăng 0,76 tỷ lít, hay 0,4 %

so với năm 2008. Dưới đây là bảng sản lượng bia của các châu trên thế giới trong năm 2009:
Bảng 1: Tình hình sản xuất bia thế giới năm 2009.
4
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Trung Quốc, Việt Nam và Ấn Độ được ghi nhận là 3 quốc gia có mức tăng sản lượng hàng năm
cao trong năm 2009, lần lượt là 7.0%, 24.3% và 12.3%, và góp phần lớn làm mức tăng sản
lượng hàng năm của châu Á lên mức cao nhất so với các châu khác: 5,5 %. Với mức tăng
sản lượng này cùng với sự suy giảm sản lượng bia châu Âu (5,1 % so với năm 2008): lần
đầu tiên châu Á vượt qua châu Âu để trở thành thị trường sản xuất bia lớn nhất thế giới, với
sản lượng bia chiếm 32,4 % sản lượng bia thế giới.
Chỉ tính Trung Quốc, nơi có sản lượng bia tăng 21,63 tỷ lít trong vòng 10 năm (1999-2009), đóng
góp gần ½ mức tăng sản lượng bia thế giới: 44,08 tỷ lít, hay 32,3 % so với năm 1999. Điều
này cho thấy Trung Quốc là nước đầu tàu cho sự phát triển chung của sản xuất bia thế giới
trong thập kỷ qua.
Bảng 2: Danh sách các nước dẫn đầu thế giới về sản lượng bia trong năm 2009
5
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Trong số 25 quốc gia sản xuất bia nhiều nhất thế giới năm 2009, Ukraine (hạng 11), Vietnam
(hạng 15), and Nigeria (hạng 25) có mức tăng sản lượng bia cao hơn than 22 quốc gia còn lại
trong 10 năm qua -258.8% ở Ukraine, 206.7% ở Vietnam, and 190.9% ở Nigeria, và đang có
xu hướng phát triển trong tương lai.
Chỉ tính riêng trong năm 2009, trong số 25 quốc gia này, Việt Nam là nước có mức tăng hàng năm
cao nhất 24,3 %. Điều này làm cho vị trí của Việt Nam tăng 6 bậc trong bảng xếp hạng các
quốc gia sản xuất bia nhiều nhất thế giới, từ hạng 21 năm 2008 lên hạng 15 năm 2009.
1.3.2 Tình hình tiêu thụ bia:
 Theo vùng miền:
6
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc

Hòa
Theo báo cáo mới nhất của công ty sản xuất bia Kirin (Nhật Bãn, ngày 22-12-2010): Trong năm
2009, lượng bia tiêu thụ trên toàn thế giới là 177.27 tỷ lít, tăng 110 triệu lít, hay 0,1 % so với
năm 2008. Sau đây là bảng (3) xếp hạng các nước dẫn đầu về mức tiêu thụ bia trong năm
2009:
Trung Quốc vẫn đang là quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới từ năm 2003. Brazil lần đầu tiên
trở thành quốc gia tiêu thụ nhiều bia thứ ba thế giới, với mức tăng 4,4 % so với năm 2008.
Nga tụt xuống vị trí thứ tư với mức tăng -8,3 % (so với năm 2008), đây là lần sụt giảm đầu
tiên kể từ năm 1998.
Việt Nam đang giữ vị trí thứ 15 trong năm 2009, với mức tăng hàng năm cao nhất: 14,2 %
so với năm 2008.
Bảng 4: Tiêu thụ bia thế giới theo châu lục
7
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
.
Hình 1: Tiêu thụ bia thế giới năm 2009 và qua các năm
Lượng bia tiêu thụ ở châu Á trong năm 2009 đạt 58,07 tỷ lít, gần 1/3 lượng bia tiêu thụ trên toàn
thế giới, tăng 5,7 % so với năm 2008. Đóng góp đáng kể vào mức tăng này là Trung Quốc,
Việt Nam và Ấn Độ, với mức tăng hằng năm lần lượt là 7.8%, 14.2%, 10.0%.
Thị trường tiêu thụ bia lớn nhì thế giới- châu Âu- có mức giảm 6,1 % do ảnh hưởng khủng hoảng
kinh tế.
Bắc Mỹ và Mỹ Latinh đảo vị trí trên bảng xếp hạng với nhau. Bắc Mỹ giảm 1,7 % còn 26,864 tỷ
lít, trong khi Mỹ Latinh tăng 1,4 % lên đến 27,564 tỷ lít. Như vậy, Mỹ Latinh vượt qua Bắc
Mỹ để trở thành thị trường tiêu thụ bia lớn thứ 3 thế giới.
8
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
1.3.3 Theo bình quân đầu người:
Bảng 3: Tiêu thụ bia trên thế giới theo bình quân đầu người:

Người dân Cộng hòa Séc dẫn đầu các dân tộc khác về mức tiêu thụ bia tính trên đầu người trong
17 năm liên tiếp. Trong top 35 quốc gia xếp theo lượng bia tiêu thụ trên đầu người thì chỉ có
7 nước tăng so với năm 2008.
Bảng 6: Tiêu thụ bia thế giới thao đầu người
9
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Ở châu Á, mức tăng bình quân đầu người đáng chú ý là Trung Quốc và Việt Nam: Trung Quốc
tăng 70 %, lên đến 30,2 lít/người/năm; Việt Nam tăng 2,5 lần, lên đến 24,0 lít.
1.4 Cơ sở thiết kế phân xưởng sản xuất:
Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang có xu hướng
phát triển đưa đến nhu cầu xây dựng 1 nhà máy bia ở Việt Nam. Vì vậy, đề tài của em là
“Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon”.
1.5 Chọn địa điểm xây dựng nhà máy:
Địa điểm xây dựng nhà máy: khu công nghiệp Mỹ Xuân A tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu.
▪ Quy mô : 304 ha
▪ Vị trí : Huyện Tân Thành - Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu
Khu công nghiệp Mỹ Xuân A thuộc vùng trọng điểm kinh tế trọng điểm phía Nam thành phố Hồ
Chí Minh - Đồng Nai - Bà Rịa Vũng Tàu - Bình Dương. Thuận lợi về giao thông đường bộ, đường
thuỷ, đường hàng không.
Khu công nghiệp nằm cạnh Quốc lộ 51, cách thành phố Hồ Chí Minh 55km, Vũng Tàu 45km,
cảng Gò Dầu 2 km, cảng Phú Mỹ 6km.
Khu vực có khí hậu ôn hoà (20-30
o
C), không có bão, không có động đất, cường độ chịu tải đất
lớn, rất thuận lợi và tiết kiệm chi phí xây dựng.
Hiện nay, đã có nhiều nhà đầu tư Hàn Quốc, Đài Loan, Thuỵ Sĩ, Malaysia, Nhật, Mỹ... đầu tư
phát triển các nhà máy tại khu công nghiệp, điển hình là các Công ty: Công ty TNHH thép không
rỉ QianDing, Công ty TNHH Công nghiệp gốm sứ Bạch Mã, Công ty Gạch men Hoàng Gia, Công
ty TNHH Công nghiệp kính Việt Nam, Công ty Xay lúa mì Việt Nam, Công ty Park Austraylia...

* Hệ thống cung cấp và dịch vụ hạ tầng khu công nghiệp
- Cấp điện: Khu công nghiệp có trạm biến áp 110/22KV-2x40MVA phục vụ cho các nhà máy sản
xuất trong khu công nghiệp. Trạm biến áp được cấp điện từ nguồn lưới điện quốc gia và từ Nhà
máy Điện Phú Mỹ. Đảm bão cấp điện 22KV liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng rào nhà
máy.
- Cấp nước: Nước sạch cung cấp cho các nhà đầu tư được cấp từ các nhà máy nước ngầm Phú Mỹ
công suất 20.000 m3/ngày đêm. Đảm bão cấp nước liên tục 24/24 giờ cho các nhà đầu tư tới hàng
rào Nhà máy.
10
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
- Thông tin: Có hệ thống thông tin liên lạc đầy đủ đảm bão liên lạc trong nước và quốc tế dễ dàng
bao gồm điện thoại, điện thoại di động, Fax, Internet ... Thời gian thực hiện dịch vụ trong vòng 7-
10 ngày.
- Khí đốt: Có tuyến ống khí 14 inch dẫn từ Phú Mỹ đến và trạm giảm áp khí đặt tại khu công
nghiệp, từ trạm giảm áp khí sẽ có các tuyến nhánh khí dẫn đến để cấp trực tiếp cho các nhà máy.
Tuyến nhánh khí có đường kính 3 - 4 inch.
- Giao thông trong và ngoài Khu công nghiệp: Đường bê tông nhựa tải trọng H30. Bao gồm các
loại đường có chiều rộng 8m, 15m có hè đường cho người đi bộ kết hợp với hệ thống chiếu sáng,
cây xanh tạo cảnh quan sạch đẹp cho Khu công nghiệp.
- Hệ thống thoát nước: Trong khu công nghiệp hiện có 2 hệ thống thoát nước riêng biệt, một hệ
thống thoát nước mưa và một hệ thống thoát nước thải công nghiệp.
- Xử lý nước thải: Có nhà máy xử lý nước thải chung cho toàn khu công nghiệp với công suất
10,000 m3/ngày đêm, hiện nay đã triển khai giai đoạn I với công suất 4.000 m3/ngày đêm.
▪ Thời hạn thuê đất: đến ngày 08/7/2052.
11
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Chương 2 : Quy trình công nghệ sản xuất bia lon
2.1 Nguyên liệu:

2.1.1 Malt đại mạch:
Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia. Malt đại mạch được sản xuất từ hạt đại mạch.
Đại mạch thuộc nhóm ngũ cốc và được chia làm 2 loại: đại mạch 2 hàng và đại mạch nhiều hàng
(4 hoặc 6 hàng). Trong công nghiệp sản xuất bia, người ta sử dụng chủ yếu là đại mạch 2 hàng.
Thành phần hóa học trung bình của hạt đại mạch 2 hàng như sau: độ ẩm 14,5%; tinh bột 54,0%;
các chất chiết khác không chứa nitơ 12,0%; protein tổng 9,5%; cenllulose 5%; chất béo 2,5% và
khoáng 2,5% (Narsiss, 1980).
Để trở thành malt, hạt đại mạch phải qua các quá trình sau: phân loại, làm ướt, ươm mầm, sấy và
tách mầm. Mục đích chính của quy trình sản xuất malt là hoạt hóa và sinh tổng hợp các enzyme
trong hạt đại mạch, thủy phân một phần cơ chất trong hạt và tổng hợp một số chất màu và mùi đặc
trưng cho malt thành phẩm.
Theo Hiệp hội bia châu Âu, chất lượng malt được đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bãn sau: kích thước
hạt: ít nhất 85% tổng số hạt được giữ lại trên rây 2,5 và 2,8 mm; khối lượng 1000 hạt: 28 - 28 g;
khối lượng 1hL: 48 – 62 kg; độ ẩm: không quá 4,5%; độ trích ly: 79 – 83 %; protein tổng: không
quá 12%; nitơ hòa tan: 0,55 – 0,75% so với lượng chất khô; chỉ số Kolbach: 35 – 45 ; nitơ amin tự
do: không thấp hơn 150 mg/100 g chất khô malt; hoạt lực diastatic: 200 – 300 WK; độ nhớt dịch
nha nấu theo phương pháp EBC: 1,5 – 1,6 mPa.s; độ màu dịch nha: 2,5 - 4,5
o
EBC (Moll, 1991).
Ngoài các chỉ tiêu cơ bản trên, người ta còn dùng các chỉ tiêu khác: tỉ lệ thu hồi malt thô: từ 100 l
(hay 100 kg) đại mạch có W=15%, sẽ sản xuất được 90 l (hay 75-78 kg) malt thô (W= 2-4%). Cảm
quan: màu: malt vàng có màu vàng rơm, malt đen có màu sẫm hơn, vỏ malt phải óng ánh. Kích
thước, hình dáng gần giống như hạt đại mạch khô. Vị và mùi phải đặc trưng cho từng loại malt,
không có mùi vị lạ. Nếu có mùi chua hoặc mốc, chứng tỏ malt còn ẩm. Malt vàng có vị ngọt dịu
(nhẹ). Malt đen có vị cà phê, thơm ngọt mạnh. Độ sạch không lẫn tạp chất, hạt không bị vỡ và
không hạt bị bệnh. Lượng hạt vỡ tối đa là 0,5%. Lượng hạt bệnh tối đa là 1%. Lượng hạt không
nảy mầm tối đa là 5%. Độ acid: pH đường hóa là 5,5-6,5.
Thành phần chính của malt thô (% chất khô):
Tinh bột: 58,0 Đường khử: 4,0
12

Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Pentozan hòa tan: 1,0 Protein (N * 6,25): 10,0
Hextozan và pentozan không tan: 9,0 Protein hòa tan: 3,0
Xenluloza: 6,0 Chất béo: 2,5
Sacaroza: 5 Chất tro: 2,5
Malt đại mạch thành phẩm được bão quản trong cyclon ít nhất 1 tháng mới được đưa vào sản xuất
bia. Thời gian bão quản malt không quá 2 năm.
2.1.2 Thế liệu:
Thế liệu là nhóm nguyên liệu chứa đường hoặc tinh bột được sử dụng để thay thế một phần malt
đại mạch trong sản xuất bia. Mục đích của việc dùng thế liệu là là giảm giá thành sản phẩm, tăng
độ bền hóa lý của bia và góp phần đa dạng hóa các sản phẩm bia trên thị trường.
Nhóm thế liệu chứa đường gồm có sacácharose tinh thể, các loại syrup có chứa glucose và maltose
từ quá trình thủy phân tinh bột. Nhóm thế liệu chứa tinh bột gồm các loại ngũ cốc (đại mạch, bắp,
gạo, lúa mạch, lúa miến, triticale), các loại củ (khoai tây, khoai lang, khoai mì…). Ở nước ta, gạo
được xem là thế liệu phổ biến nhất.
Gạo (Oryza sativa) có độ ẩm trung bình 10 – 13%. Thành phần hóa học (tính theo chất khô) của
gạo gồm có: tinh bột 75 – 81%, đường 2 – 5%, cellulose 0,6 – 0,8%, protein tổng 7 – 11%, chất
béo 1,6 – 2,5% và khoáng 1,0 – 1,2% (Kalunhans, 1992). Ưu điểm của gạo so với các loại thế liệu
khác là cung cấp một hàm lượng chất chiết rất cao cho dịch nha do hàm lượng gluxit và protein
khá cao, khả năng chuyển hóa thành chất hòa tan tốt (có thể đạt đến 90% chất khô). Thực tế và
thực nghiệm cho thấy có thể dùng gạo thay cho malt đến 50% ( nếu malt có hoạt tính enzyme tốt).
Quá trình đường hóa và lọc vẫn tiến triển bình thường. Tuy nhiên, khi sử dụng gạo với tỷ lệ cao thì
sẽ làm mất cân đối tỷ lệ hàm lượng C và N trong dịch nha nên sẽ ảnh hưởng không tốt đến quá
trình lên men bia.
2.1.3 Houblon (Humulus lupulus)
Houblon thuộc nhóm thực vật lưỡng tính, dạng dây leo. Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái
chưa thụ phấn. Hoa đực không được sử dụng vì nó rất nhỏ, chứa ít lượng phấn hoa (lupulin), chất
đắng cũng rất kém.
i) Thành phần hóa học của hoa houblon đã sấy khô như sau: độ ẩm 10 – 14%;

α
-acid: 2 –
12%;
β
-acid: 2 – 10 %; tinh dầu: 0,5 – 2,0%; polyphenol : 2 – 5%; chất béo: 2 – 4%;
protein tổng: 12 – 18%; cenllulose: 40 – 50%; pectin: 1 – 2% (Moll, 1991).
13
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Trong sản xuất bia, người ta chỉ quan tâm đến các thành phần
α
-acid và
β
-acid, tinh dầu và
polyphenol trong hoa houblon vì chúng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bia. Ngoài ra, các thành
phần khác như tanin, protein, đường khử… cũng có ý nghĩa nhất định trong các bước công nghệ.
 Chất đắng
Chất đắng là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon do tạo cho bia có vị đắng đặc trưng và dễ
chịu, tham gia vào sự tạo bọt và giúp bia bão quản được lâu (do khả năng kháng sinh chủ yếu đối
với nhóm vi khuẩn gram + trong vùng pH= 4,3 – 4,4). Người ta chia toàn bộ chất đắng trong hoa
houblon thành 3 phần
α
,
β

và
γ
, trong đó:
α
- phần chỉ

α
-acid đắng và các đồng phân
β

- phần chỉ
β
-acid đắng và các đồng phân + nhựa mềm
α
và
β
γ
- phần chỉ nhựa cứng
α
và
β
Phần

α
: Humulone và các đồng phân:
Hình 2: Humulông và các đồng phân
Ở dạng tinh thể hình khối, humulone có nhiệt độ nóng chảy là 64,5
o
C, tan kém trong nước lã, tan
tốt trong este, etylic, hecxan và metanol.
14
R %
Humulone -CH
2
CH(CH
3

)
2
35-70
Cohumulone -CH(CH
3
)
2
20-55
Adhumulone -CH(CH
3
)CH
2
CH
3
10-15
Prehumulone -CH
2
CH
2
CH(CH
3
)
2
1-10
Posthumulone -CH
2
CH
3
1-5
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc

Hòa
Humulone là chất gây đắng mạnh nhất (cả số lượng và chất lượng), có độ hoạt động bề mặt lớn,
nhờ đó giúp bia có khả năng tạo bọt tốt; tính kháng sinh mạnh. Người ta đã chứng minh rằng
khoảng 85 – 95% chất đắng trong bia là do humulone và các đồng phân của nó gây nên.
Phần
β
: Lupulone và các đồng phân:

Hình 3: Lupulông và các đồng phân
Lupulone: nhiệt độ nóng chảy: 92
o
C, tan kém trong nước lã và dịch đường, tan được trong este,
hecxan và metanol. Tinh thể dạng hình kim.
Khả năng gây đắng của lupulone yếu hơn humulone, song khả năng kháng sinh lại mạnh hơn. Sự
hoạt động bề mặt hay khả năng tạo bọt cũng kém hơn humulone.
Thực tế và thực nghiệm đã chứng minh rằng: khả năng gây đắng hữu ích của
α
gấp 9 lần
β
. Vì
vậy tổng độ đắng trong bia =
9
β
α
+
. Chất lượng của hoa houblon được quy về độ đắng của
α
.
Khả năng kháng sinh của
α

chỉ bằng 1/3 của
β
. Nếu cho độ kháng sinh của
α
là 1, thì tổng độ
kháng sinh gây nên bởi các chất đắng trong bia là:
3
α β
+
.
 Chất chát – tanin:
Tanin có công thức phân tử chung là C
25
H
24
O
13
, không bền về mặt hóa học, dễ bị oxy hóa và trùng
ngưng thành dạng phlobaphene (C
50
H
46
O
25
), một hợp chất có màu khá đậm.
15
R %
Lupulone -CH
2
CH(CH

3
)
2
30-55
Colupulone -CH(CH
3
)
2
20-55
Adlupulone -CH(CH
3
)CH
2
CH
3
5-10
Prelupulone -CH
2
CH
2
CH(CH
3
)
2
1-3
Postlupulone -CH
2
CH
3
_

Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Trong quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon, trước hết tanin được chiết trích ra ở dạng hòa
tan, sau đó ở điều kiện nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, chúng sẽ bị oxy hóa và trùng ngưng với
các mức độ khác nhau. Các phần tử trùng ngưng sẽ hình thành mối liên kết đẳng điện với các phần
tử protein trong dịch đường, hình thành những phức tanin – protein, tạo ra dạng kết tủa nóng trong
quá trình này. Mặt khác, một dạng phức tương tự nhưng với trọng lượng phân tử nhỏ hơn không
kết tủa ở điều kiện nhiệt độ cao, khi hạ nhiệt độ xuống thấp chúng sẽ tạo kết tủa, tạo ra kết tủa
nguội trong dịch đường.
Tanin ảnh hưởng cả lợi lẫn hại đến quá trình công nghệ. Nó kết tủa các phần protein không bền
trong bia, giúp dịch đường trong nhanh hơn, tăng độ bền keo của bia. Mặt khác nó cũng kết tủa cả
những phần protein bền, làm giảm khả năng tạo bọt của bia. Nếu hàm lượng tanin có trong bia vừa
phải (0,012 – 0,028%) thì sẽ gây cho bia có vị chát và đắng dễ chịu, nhưng nếu cao hơn, sẽ gây ra
cho bia có vị chát đắng khó chịu. Do đó, tùy theo hàm lượng tanin trong hoa nhiều hay ít, ta có thể
rửa qua nước nóng một vài lần để loại bớt tanin trước khi đun sôi dịch đường với hoa.
 Tinh dầu:
Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester, ketone, các hợp chất chứa lưu
huỳnh… Trong đó chủ yếu (3/4) là các cấu tử thuộc nhóm terpen (C
5
H
8
)
n
và (1/4) các cấu tử có
mang oxy, đại diện chính là geraniol (C
10
H
18
O).
Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hóa, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều,

thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi.
Các dạng tinh dầu có nhóm –OH dễ tác dụng với axit béo tạo thành este phức tạp. Trong quá trình
bão quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn tới chỗ thay đổi
tính chất gây thơm có lợi cho bia.
Tinh dầu hoa tan rất yếu trong nước (0,4 mg/l), khó tan trong cồn thấp độ, song tan hoàn toàn
trong cồn tuyệt đối và ester. Đa phần các cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt độ phòng.
Trong quá trình đun sôi dịch đưởng với hoa houblon, đại bộ phận những cấu tử gây hương đều bay
hơi hết, tuy nhiên vẫn có một số cấu tử bị biến đổi và hình thành những sản phẩm mới bền hương,
góp phần tạo hương thơm đặc trưng cho bia.
ii) Sử dụng:
• Các nhà sản xuất có thể sử dụng houblon dưới dạng hoa tươi, hoa khô, hoa viên hoặc cao
hoa. Để thuận tiện và dễ sử dụng, ta dùng hoa viên và cao hoa.
Hoa khô: từ hoa tươi đem sấy (t
o
< 55
o
C) tới W= 8 – 10%; bão quản ở 0
o
C trong kho kín.
Hoa viên: nghiền hoa khô thành bột, ép định hình thành dạng hình trụ đường kính khoảng 5 mm,
có nhiều dạng:
16
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
• Hoa viên loại 90: từ 100 kg hoa thu được 90 kg sản phẩm.
• Hoa viên loại 45: từ 100 kg hoa thu được 45 kg sản phẩm có chứa lượng α-axit lớn.
• Hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric): các α-axit đã được đồng phân thành iso α-axit.
Cao hoa:
• Cao hoa “hữu cơ”: dùng dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen clorua, tricloetylen, etanol)
trích ly chất đắng và tinh dầu trong hoa houblon , sau đó tách dung môi.

• Cao hoa chiết bằng CO
2
: chứa 95-99 % α-axit đắng, nhiều tinh dầu hơn các loại cao hoa khác.
• Chỉ tiêu chế phẩm hoa viên loại 45:
•Chỉ tiêu cảm quan:
- Màu xanh lá mạ hơi vàng.
-Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu.
-Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn.
•Chỉ tiêu hoá học:
-Hàm lượng axit đắng 8% (loại đắng) hay 6% (loại thơm).
• Chỉ tiêu chế phẩm cao hoa:
•Chỉ tiêu cảm quan:
-Dạng keo màu vàng hổ phách.
-Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi.
-Vị đắng rõ rệt.
•Chỉ tiêu hoá lý:
-Hàm lượng α-axit đắng 30%.
-Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước.
2.1.4 Nước:
Nước được xem là một nguyên liệu trong sản xuất bia. Thành phần hóa học của nước sẽ ảnh
hưởng đến các biến đổi sinh học và hóa sinh trong quy trình sản xuất và chất lượng bia thành
phẩm.
17
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Theo Kalunhans và cộng sự (1992) thì yêu cầu chất lượng nước trong sản xuất bia như sau:
Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Mức chất lượng
1 Độ cứng mg đương lượng/L 2-4
2 Độ kiềm tổng mg đương lượng/L 0,5-2,0
3 Độ oxy hóa mg O

2
/L 2
4 pH 6-7
5 Chloride mg/L Không lớn hơn 7
6 Sulphate mg/L Không lớn hơn 200
7 Sắt mg/L Không lớn hơn 0,3
8 Manganese mg/L Không lớn hơn 0,05
9 Nitrite mg/L Không lớn hơn 3
10 Nitrate mg/L Không lớn hơn 25
11 Tổng số vi khuẩn hiếu
khí
cfu/mL 75
12 Coliform Không phát hiện
2.1.5 Nấm men bia:
Sacacharomyces pastorianus (hay Sacácharomyces carlsbergensis): loài nấm men chìm, được lai
giữa 2 loài Sacácharomyces bayanus và Sacácharomyces cerevisiae.
2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon:
18
Malt đại mạch Gạo
Tạp
chất
Tách tạp chất Tách tạp chất
Tạp
chất
Nghiền
Nghiền
Xử lý thế liệu
Malt lót
Nước
Nấu dịch nha

Nước
Lọc dịch nha và rửa bã
Nấu dịch nha với hoa houblon
Nước
Houblo
n
Tách bã houblon
Bã
houblon
Làm lạnh
Không khí
vô trùng
Cung cấp oxy cho dịch nha
Cấy giống
Nấm men bia
Nhân giống
Lên men chínhLên men phụ
Cặn men
Lọc bia
C
ặn
Làm lạnh
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất bia lon
19
Bão hòa CO
2
Rót lon và ghép nắp
Lon Nắp

Thanh trùng
Làm khô lon
In hạn sử dụng
Bia lon
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
2.3. Giải thích quy trình công nghệ:
2.3.1 Tách tạp chất của malt và gạo:
Mục đích công nghệ: chuẩn bị.
Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại… Tách tạp chất là một quá
trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý: sự giảm khối lượng của khối nguyên liệu.
Hóa học: thành phần hóa học của cả khối nguyên liệu có sự thay đổi do quá trình đã tách được các
tạp chất nhưng thành phần hóa học bên trong hạt nguyên liệu lại không có sự thay đổi.
Sinh học: giảm số lượng vi sinh vật cho cả khối nguyên liệu.
Thiết bị:
Hệ thống rây, quạt, thiết bị tách từ. Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hay quá nhỏ ra
khỏi hạt. Còn quạt sẽ tách đi những tạp chất nhẹ như rơm rạ, bụi… Thiết bị tách từ để loại bỏ sắt
bị lẫn trong nguyên liệu.
1-bộ phận điện từ; 2- thùng quay; 3- phễu nạp liệu;
4- cửa thoát tạp chất từ; 5-cửa tháo nguyên liệu đã được làm sạch
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách từ dạng thùng quay
20
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Phần chính của thiết bị là bộ phận điện từ (1) sẽ tạo ra từ trường nhờ dòng điện. Thùng quay (2)
được làm bằng nhôm hoặc đồng thau sẽ quay xung quanh bộ phận điện từ (1). Nguyên liệu cần
tách từ nạp vào phễu (3) sẽ rơi xuống thùng quay (2). Các tạp chất từ sẽ bám vào thùng quay và
được tách ra theo cửa (4). Nguyên liệu đã tách từ sẽ thoát ra ngoài theo cửa (5).

2.3.2 Nghiền malt và gạo:
Mục đích công nghệ: chuẩn bị.
Malt và gạo sẽ được nghiền nhỏ để việc thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu
quả cao.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát.
Cần thực hiện ngay quá trình nấu dịch nha sau khi nghiền nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt
tính enzyme trong malt.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Để nghiền malt ta sử dụng thiết bị nghiền 4 trục. Còn để nghiền gạo ta sử dụng thiết bị nghiền búa.
Trong thiết bị nghiền trục, các hạt malt bị tác động ép và cắt khi đi qua khe hẹp giữa 2 trục ép.
Thiết bị nghiền có các rãnh để tăng sự ma sát. Quá trình lọc sau này sử dụng nồi lọc nên không
nghiền mịn malt, tránh tắc bã lọc. Khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ nhất là 1,3 – 1,5mm,
khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ 2 là 0,25 – 0,4mm. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình
nghiền malt như sau: trấu 15 – 18%; tấm lớn 12 – 15%; tấm bé 30 – 35%; bột 25 – 35%.
Gạo cần được nghiền mịn trên thiết bị nghiền búa. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền gạo
là: tấm lớn 30 – 35%, tấm bé 40 – 45% và bột 20 – 25%.
21
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Hình 5: Thiết bị nghiền búa
2.3.3 Xử lý thế liệu:
Mục đích công nghệ: chuẩn bị.
Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho giai đoạn đường hóa tinh bột xảy ra nhanh và dễ dàng trong
quá trình nấu dịch nha tiếp theo. Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ hóa và dịch hóa phần tinh
bột có trong thế liệu. Ta sử dụng chế phẩm
α
-amylase từ vi sinh vật hoặc trong malt lót để giúp
cho giai đoạn hồ hóa và dịch hóa diễn ra nhanh. Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15% so với
khối lượng thế liệu.

Các biến đổi của nguyên liệu:
Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớt
của khối nguyên liệu. Khi nhiệt độ tăng đến 100
o
C thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ, giải phóng
22
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
các sợi amylose và amilopectin ở dạng tự do, đồng thời độ nhớt của khối nguyên liệu sẽ giảm
xuống.
Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của
α
-amylase làm giảm khối
lượng phân tử.
Hóa học: đường và acid amin tự do trong nguyên liệu có thể phân hủy.
Sinh học: tiêu diệt, ức chế vi sinh vật.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt. Bên trong thiết
bị có cánh khuấy.
Phương pháp thực hiện: cho thế liệu gạo với nước vào thiết bị với tỷ lệ 1:3 (w/w) và bổ sung malt
lót. Gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến 72
o
C và giữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút. Sau đó, gia nhiệt
nhanh hỗn hợp đến sôi và đun sôi trong 30 phút. Cánh khuấy luôn hoạt động liên tục trong suốt
quá trình xử lý thế liệu.
2.3.4 Nấu dịch nha:
Mục đích công nghệ: khai thác
Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thủy
phân những cơ chất có phân tử lượng lớn (tinh bột, protein,
β

-glucan…) thành những chất có
phân tử lượng thấp (đường, acid amin…) để nấm men bia sử dụng trong quá trình lên men tiếp
theo.
Các biến đổi của nguyên liệu:
Hóa lý: sự hòa tan của đường, acid amin, enzyme, một số vitamin và khoáng. Sự đông tụ protein
do nhiệt.
Hóa sinh: xảy ra nhiều loại phản ứng, quan trọng nhất là phản ứng thủy phân do enzyme từ trong
malt xúc tác.
_Hệ protease xúc tác các phản ứng thủy phân protein tạo các sản phẩm là polypeptide, peptide và
acid amin, T
opt
= 45 – 50
o
C, pH
opt

≈
5,5.

_
β
-amylase xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột tạo sản phẩm là maltose; T
opt
= 60 – 65
o
C, pH
opt
= 5,2 – 5,6.
_
α

-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là các dextrin và các
oligosacácharide; T
opt
= 70 – 75
o
C, pH
opt
= 5,3 – 5,8.
23
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
_Ngoài ra, còn có sự xúc tác của
β
-glucanase, phosphatase…
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa polyphenol.
Thiết bị và thông số công nghệ:
Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu.Phương pháp nấu dịch nha:
đun sôi 1 lần:
Cho malt và nước vào thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w). Gia nhiệt hỗn hợp đến 50
o
C và dừng ở nhiệt
độ này trong thời gian 30 phút. Trộn phần thế liệu đã đun sôi vào thiết bị nấu và hiệu chỉnh nhiệt
độ hỗn hợp trong nồi ở 63
o
C, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 20 – 30 phút. Sau đó, gia
nhiệt hỗn hợp đến 72
o
C và giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa
(kiểm tra bằng phương pháp thử với dung dịch I
2

0.02N). Sau cùng, gia nhiệt hỗn hợp lên 78
o
C rồi
bơm qua nồi lọc.
Hình 6:
Nồi nấu dịch nha
2.3.5 Lọc dịch nha
và rửa bã malt:
Mục đích công nghệ: khai thác
Các biến đổi của nguyên liệu:
24
Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon GVHD: TS Phan Ngọc
Hòa
Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan).
Thiết bị: Nồi lọc
Cách thực hiện: bơm dịch nha vào thiết bị, cho cánh khuấy hoạt động trong một thời gian ngắn rồi
tắt cánh khuấy để bã malt lắng trên lưới lọc và hình thành lớp vật liệu lọc. Cần hồi lưu phần dịch
lọc đầu tiên cho đến khi dịch lọc đạt độ trong theo yêu cầu thì bắt đầu thu nhận dịch nha.
Để rửa bã, ta bơm nước nóng (78
o
C) vào thiết bị. Cho cánh khuấy hoạt động để đánh tơi bã, giúp
hòa tan các chất chiết còn sót lại trong bã vào nước rửa. Sau đó, tắt cánh khuấy và chờ tái hình
thành lớp vật liệu lọc rồi thu nhận phần dịch lỏng tương tự như trên. Thời gian lọc khoảng 3 –
4h/mẻ.
Hình 7: Nồi lọc dịch nha
2.3.6 Đun sôi dịch nha với hoa houblon:
Mục đích công nghệ: khai thác vả chuẩn bị cho quá trình lên men.
Quá trình này nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch nha, hiệu chỉnh nồng
độ chất khô cho dịch nha, đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men bia.
Các biến đổi của nguyên liệu:

Vật lý: gia tăng nhiệt độ, thay đổi tỷ trọng của dịch nha.
Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân hóa các
α
-acid thành iso alpha acid,
phản ứng phân hủy đường và acid amin…
Hóa lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo
phức giữa protein malt đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành nên kết tủa, sự bay hơi
của nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha.
25