Thiết kế nhà máy bia lên men bằng phương pháp hiện đại với năng suất 150 triệu lít bianăm ( full bản vẽ )
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (998.06 KB, 113 trang )
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
MỤC LỤC
.......................................................................................................................................6
MỞ ĐẦU......................................................................................................................1
Chương 1.......................................................................................................................2
LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT..........................................................................2
1.1. Đặc điểm tự nhiên..............................................................................................2
1.2. Nguyên liệu........................................................................................................2
1.3. Nguồn cung cấp điện.........................................................................................3
1.4. Nguồn cung cấp hơi...........................................................................................3
1.5. Nguồn cung cấp nước........................................................................................3
1.6. Thoát nước bẩn và vệ sinh môi trường.............................................................3
1.7. Hệ thống giao thông vận tải..............................................................................4
1.8. Hợp tác hoá........................................................................................................4
1.9.Nguồn nhân lực..................................................................................................5
1.10. Thị trường tiêu thụ sản phẩm..........................................................................5
1.11. Thiết bị.............................................................................................................5
Chương 2.......................................................................................................................6
TỔNG QUAN...............................................................................................................6
2.1. Giới thiệu sản phẩm...........................................................................................6
2.2. Nguyên liệu........................................................................................................6
2.2.1. Malt đại mạch.............................................................................................6
2.2.2. Hoa houblon...............................................................................................8
Thành phần...........................................................................................................9
2.2.3. Nước.........................................................................................................10
2.2.4. Ngô...........................................................................................................11
2.2.4.1. Vai trò........................................................................................................11
2.3. Chất hỗ trợ kĩ thuật..........................................................................................12
2.3.1. Chế phẩm enzyme Termamyl..................................................................12
2.3.2. Nấm men bia.............................................................................................12
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
2.3.3. Các chất hỗ trợ kĩ thuật khác....................................................................13
2.4. Các quá trình sinh hoá quan trọng..................................................................13
2.4.1. Các quá trình xảy ra khi nấu....................................................................13
2.4.2. Các quá trình xảy ra khi lên men.............................................................15
Chương 3.....................................................................................................................16
LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ......................16
3.1. Chọn dây chuyền công nghệ...........................................................................16
3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ...............................................................17
3.2.1. Nhập nguyên liệu......................................................................................17
3.2.2. Làm sạch...................................................................................................17
3.2.3. Nghiền nguyên liệu..................................................................................17
3.2.4. Nấu nguyên liệu........................................................................................19
3.2.5. Lọc dịch đường và rửa bã.........................................................................20
3.2.6. Houblon hóa.............................................................................................21
3.2.7. Tách bã hoa...............................................................................................22
3.2.8. Lắng trong và làm lạnh dịch đường.........................................................22
3.2.9. Lên men....................................................................................................24
3.2.10. Lọc trong bia...........................................................................................26
3.2.11. Ổn định bia sau khi lọc...........................................................................26
3.2.12. Chiết rót và thanh trùng..........................................................................26
3.2.12. Hoàn thiện sản phẩm..............................................................................28
Chương 4.....................................................................................................................29
CÂN BẰNG VẬT CHẤT..........................................................................................29
4.1. Chọn các số liệu ban đầu.................................................................................29
4.2. Tính cân bằng sản phẩm..................................................................................29
4.2.1. Chọn số mẻ nấu trong một ngày..............................................................29
4.2.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy..................................................................30
4.2.3. Tính cân bằng sản phẩm cho 100kg nguyên liệu ban đầu.......................30
4.2.4. Tính cân bằng sản phẩm cho một ngày....................................................36
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
4.2.5. Chi phí bao bì...........................................................................................39
CHƯƠNG 5................................................................................................................42
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ......................................................................................42
5.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu..........................................................................42
5.1.1. Tính xilô chứa nguyên liệu.......................................................................42
5.1.2. Máy làm sạch nguyên liệu........................................................................44
5.1.3. Máy nghiền nguyên liệu...........................................................................44
5.1.4. Tính bunke................................................................................................45
5.1.5. Cân nguyên liệu........................................................................................47
5.1.6. Tính cơ cấu vận chuyển............................................................................47
5.2. Công đoạn chuẩn bị dịch đường.....................................................................51
5.2.2. Thiết bị lọc khung bản..............................................................................55
5.2.3. Thiết bị lắng whirlpool.............................................................................56
5.2.4. Thiết bị làm lạnh.......................................................................................57
5.2.5. Thiết bị tách bã hoa..................................................................................58
5.2.6. Tính và chọn các loại bơm cho phân xưởng nấu.....................................59
5.3. Công đoạn lên men..........................................................................................61
5.3.1. Thiết bị lên men........................................................................................61
5.3.2. Thiết bị nuôi cấy nấm men.......................................................................63
5.3.3. Thiết bị lọc bia..........................................................................................65
5.3.4. Tính lượng diatomit và thùng phối trộn chất trợ lọc...............................66
5.3.5. Thùng chứa ổn định bia sau khi lọc.........................................................66
5.3.6 Thiết bị xử lý sữa men...............................................................................66
67
Theo bảng (4.3) lượng sữa men thu hồi.............................................................67
5.3.7. Tính và chọn bơm.....................................................................................68
5.4. Công đoạn hoàn thiện......................................................................................69
5.4.1. Máy rửa chai.............................................................................................69
5.4.2. Chiết rót và đóng nắp ..............................................................................70
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
5.4.4. Máy rửa lon..............................................................................................71
5.4.5. Máy chiết lon và ghép mí.........................................................................71
5.4.5.Máy thanh trùng........................................................................................71
5.4.6. Máy dán nhãn...........................................................................................72
5.4.7. Băng tải chai, két:.....................................................................................73
5.4.8. Bia lon sau thanh trùng.............................................................................73
CHƯƠNG 6................................................................................................................76
TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG..........................................................................76
6.1. Tính tổ chức.....................................................................................................76
6.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy........................................................76
6.1.2. Chế độ làm việc của nhà máy..................................................................77
6.1.3. Phân bố lao động trong nhà máy..............................................................77
6.2. Tính xây dựng..................................................................................................78
6.2.1. Kích thước các công trình........................................................................78
6.2.2. Tính khu đất xây dựng nhà máy...............................................................83
Chương 7.....................................................................................................................84
TÍNH HƠI – NƯỚC...................................................................................................84
7.1. Tính hơi............................................................................................................84
7.1.1. Các công thức sử dụng để tính toán.........................................................84
7.1.2. Tính nhiệt cho các nồi trong phân xưởng nấu.........................................87
7.1.3. Tính chi phí hơi cho các nồi.....................................................................90
7.1.4. Tính và chọn lò hơi...................................................................................91
7.2. Tính nước.........................................................................................................92
7.2.1. Nước dùng cho phân xưởng nấu..............................................................92
7.2.2. Nước dùng cho lò hơi...............................................................................92
7.2.3. Nước dùng cho phân xưởng lên men.......................................................92
7.2.4. Nước dùng cho chiết rót, rửa chai, thanh trùng.......................................92
7.2.5. Nước dùng cho hệ thống lạnh..................................................................93
7.2.6. Nước dùng cho sinh hoạt..........................................................................93
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
7.3. Tính nhiên liệu.................................................................................................93
7.3.1. Dầu FO.....................................................................................................93
7.3.2. Xăng..........................................................................................................94
7.3.3. Dầu DO.....................................................................................................94
7.3.4. Dầu nhờn..................................................................................................94
CHƯƠNG 8................................................................................................................95
KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ ÐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM.............95
8.1. Kiểm tra nguyên liệu.......................................................................................95
8.1.1. Kiểm tra chất lượng của malt...................................................................95
8.1.2. Kiểm tra chất lượng của hoa houblon......................................................95
8.1.3. Kiểm tra chất lượng của ngô....................................................................95
8.1.4. Kiểm tra men giống..................................................................................95
8.1.5. Kiểm tra nước dùng nấu bia.....................................................................96
8.2. Kiểm tra các công đoạn sản xuất.....................................................................96
8.2.1. Kiểm tra công đoạn nấu...........................................................................96
8.2.2. Kiểm tra công đoạn lên men....................................................................97
8.2.3. Kiểm tra công đoạn thành phẩm..............................................................98
8.3. Kiểm tra sản phẩm...........................................................................................98
8.3.1. Các chỉ tiêu cảm quan..............................................................................98
8.3.2. Các chỉ tiêu hoá lý....................................................................................98
8.3.3. Các chỉ tiêu hoá học.................................................................................98
CHƯƠNG 9..............................................................................................................100
VỆ SINH XÍ NGHIỆP VÀ AN TOÀN LAO ÐỘNG.............................................100
9.1. Vệ sinh công nghiệp......................................................................................100
9.1.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân..............................................................100
9.1.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị......................................................................100
9.1.3. Vệ sinh xí nghiệp....................................................................................100
9.1.4. Xử lý phế liệu của quá trình sản xuất....................................................100
9.1.5. Xử lý nước thải.......................................................................................100
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
9.1.6. Xử lý nước dùng để sản xuất.................................................................101
9.2. An toàn lao động...........................................................................................101
9.2.1. Tai nạn xảy ra do các nguyên nhân sau.................................................101
9.2.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động............................................101
9.2.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động............................................102
KẾT LUẬN...............................................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................105
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
1
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
MỞ ĐẦU
Bia là một loại nước giải khát phổ biến, là một loại nước uống có độ rượu nhẹ,
có mùi thơm đặc trưng và vị đắng dễ chịu của hoa houblon. Nếu sử dụng đúng mức,
bia sẽ giúp cho con người thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể. Bia
được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, malt, hoa houblon. Ngoài ra, để
làm tăng hiệu quả kinh tế và làm phong phú thêm hương vị, các nhà máy còn sử
dụng thêm một số nguyên liệu khác để thay thế một phần malt đại mạch như: gạo,
ngô, lúa mì để sản xuất bia.
Ở nước ta, ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp sản
xuất bia nói riêng đang phát triển không ngừng và tạo sự cạnh tranh lớn trong xã
hội. Hiện nay, có nhiều loại bia và mỗi loại bia được đặc trưng bởi mùi vị, màu sắc,
độ rượu khác nhau vì quá trình sản xuất bia là phức tạp và dao động một cách đáng
kể giữa các nhà sản xuất, tuy nhiên trong suốt quá trình hình thành và phát triển,
quy trình công nghệ sản xuất bia vẫn luôn giữ được các nét đặc trưng riêng của
mình.
Với nhu cầu của thị trường về loại nước giải khát này đang rất cao, cả thị
trường trong nước và quốc tế. Vì vậy, nước ta cần sản xuất được một loại bia có
chất lượng cao và giá thành sản phẩm ổn định, thúc đẩy cạnh tranh và hướng tới
xuất khẩu. Việc xây dựng thêm các nhà máy bia trong thời gian này là rất hợp lí và
cần thiết.
Với mục đích trên, tôi được phân công đề tài: “ Thiết kế nhà máy bia lên men
bằng phương pháp hiện đại với năng suất 150 triệu lít bia/năm”.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
2
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Chương 1
LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều
kiện khác, tôi quyết định xây dựng nhà máy bia tại công nghiệp Phú Bài, nằm tại
phường Phú Bài, thị xã Hương thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế.
1.1. Đặc điểm tự nhiên
Việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch chung và
đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế của địa phương, phải gần nguồn nguyên liệu
để giảm giá thành vận chuyển, giảm hao hụt nguyên liệu, từ đó giảm giá thành sản
phẩm.
Nhà máy phải đặt gần nguồn cung cấp năng lượng như điện, hơi, nước, gần
trục đường chính để đảm bảo sự hoạt động bình thường và chú ý đến nguồn nhân
lực địa phương. Từ đó nhà máy được thiết kế xây dựng nằm trong khu công nghiệp
Phú Bài, thuộc phường Phú Bài, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừ Thiên Huế, nằm cách
trung tâm thành phố Huế khoảng 15 km; cạnh sân bay quốc tế Phú Bài; nằm dọc
theo tuyến Quốc lộ 1A và đường sắt Bắc-Nam; cách cảng biển Chân Mây 40km về
phía Nam, cảng biển Thuận An 15km về phía Bắc.
Khu công nghiệp Phú Bài được xây dựng trên nền kết cấu địa chất ổn định, độ
cao sàn nền trung bình từ 6,01-34,37m, các mái dốc địa hình trong khu vực tùy vị
trí sẽ được gia cố bằng đá xây hoặc trồng cỏ để tránh sạt lỡ. Tận dụng những đồi
cao để làm công viên vui chơi, cây xanh.
Bởi vậy, khu công nghiệp Phú Bài là địa điểm lý tưởng để xây dựng các nhà
máy sản xuất công nghiệp, các công trình cao tầng.
[17]
1.2. Nguyên liệu
Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia tại nhà máy là malt đại mạch, ngô, hoa
houblon... Do điều kiện khí hậu ở nước ta không thích hợp với việc trồng đại mạch
và hoa houblon nên hai loại nguyên liệu này phải nhập từ nước ngoài.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
3
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Ngô là nguyên liệu sẵn có tại địa phương cũng như ở các tỉnh lân cận do vậy
việc thu mua rất đơn giản, dễ dàng. Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là ngô mang
lại lợi ích kinh tế lớn trong việc thu mua nguyên liệu của địa phương, cũng như vận
chuyển và hạ giá thành sản phẩm.
[17]
1.3. Nguồn cung cấp điện
Điện dùng trong nhà máy với nhiều mục đích: cho các thiết bị hoạt động,
chiếu sáng trong sản xuất và dùng trong sinh hoạt.
Nguồn điện: Nguồn cung cấp điện được lấy từ trạm 110KV hiện có ở khu
công nghiệp giai đoạn I, II, III. Lắp đặt mới một trạm biến áp trung gian
110/35/22KV-2x25MVA tại vị trí phía Đông Bắc khu công nghiệp. Tuỳ theo công
suất sử dụng mỗi nhà máy sẽ đặt các trạm 22KV/0,4.
+ Mạng lưới: Mạng lưới cấp điện cho toàn khu công nghiệp được bố
trí theo hệ thống giao thông.
+ Chiếu sáng công cộng: Chiếu sáng bằng hệ thống đèn cao áp gắn
trên cột thép bát giác, lưới điện ngầm.
Đồng thời nhà máy cũng cần lắp thêm một máy phát điện dự phòng để đảm
bảo sản xuất liên tục khi có sự cố mất điện.
[16]
1.4. Nguồn cung cấp hơi
Lượng hơi đốt cung cấp cho các phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà
máy. Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu FO.
[16]
1.5. Nguồn cung cấp nước
Nước được sử dụng trong nhà máy rất lớn, với nhiều mục đích khác nhau.
Nguồn nước: Lấy từ hệ thống cấp nước cho khu vực thị xã Phú Bài và từ nhà
máy nước Nong Thượng.
Mạng lưới: Thiết kế hệ thống ống cấp mạng vòng nhánh cụt để cấp cho từng
khu vực, nhà máy.
[16]
1.6. Thoát nước bẩn và vệ sinh môi trường
- Thoát nước bẩn:
+ Tiêu chuẩn thoát nước lấy bằng tiêu chuẩn cấp nước.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
4
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
+ Nước thải từ khu vực nhà máy, khu điều hành dịch vụ, khu kỹ thuật đầu
mối được xử lý sơ bộ đến giới hạn tiêu chuẩn cho phép sau đó đổ vào mạng lưới thu
gom chung chảy về trạm xử lý nước thải ở phía Đông Bắc khu công nghiệp. Nước
thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn qui định được dẫn về sông Phú Bài. Hệ thống cống
thoát ngầm, hoạt động theo nguyên tắc tự chảy có bổ sung một số trạm bơm chuyển
tiếp.
- Xử lý chất thải rắn: Về lâu dài phải đầu tư xây dựng khu xử lý chất thải rắn
công nghiệp cho các khu công nghiệp. Trước mắt rác thải công nghiệp, có một phần
là rác thải sinh hoạt được thu gom hàng ngày và vận chuyển về khu xử lý rác tập
trung của huyện (khu xử lý rác phía Nam thành phố Huế).
- Các biện pháp bảo vệ môi trường:
+ Môi trường nước: Nước thải được làm sạch tập trung 2 lần trước khi xả ra
môi trường tự nhiên.
+ Môi trường không khí: Xử lý bụi, khí độc nhà máy bằng dây chuyền công
nghệ hiện đại các thiết bị khử bụi, khí độc hiện tại theo tiêu chuẩn TCVN5939-1995
và TCVN 5940-1995.
+ Trồng cây xanh cách ly giữa các nhà máy khu công nghiệp và khu dân cư. [16]
1.7. Hệ thống giao thông vận tải
* Giao thông đối ngoại:
- Đường tránh phía Tây Huế có lộ giới 100m.
* Giao thông đối nội:
- Đường trục chính (mặt cắt 1-1) có lộ giới 31,0m (6,5m + 7,5m + 3m +
7,5m + 6,5m).
- Các tuyến còn lại (mặt cắt 2-2) có lộ giới 19,5m (4,5m + 10,5m + 4,5m).
Để đáp ứng kịp thời nhu cầu xuất sản phẩm và nhập nguyên liệu thì nhà máy
phải có số lượng ôtô nhất định.
[16]
1.8. Hợp tác hoá
Trong sản xuất bia có một lượng lớn phế phẩm giàu chất dinh dưỡng như bã
malt, men bia. Bã malt là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất thức ăn gia súc, có
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
5
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
giá trị đối với nông nghiệp. Men bia rất giàu chất dinh dưỡng, làm thức ăn cho gia
súc. Các sản phẩm cặn lắng, bã hoa còn là nguyên liệu làm phân bón tốt. [16]
1.9.Nguồn nhân lực
Công nhân được chọn trong địa bàn tỉnh để tận dụng nguồn nhân lực địa
phương, do đó giảm đầu tư nhà ở và sinh hoạt công nhân.
Đối với đội ngũ lãnh đạo nhà máy, tỉnh đáp ứng đầy đủ các kỹ sư, cử nhân tốt
nghiệp từ các trường đại học trong cả nước. Đặc biệt Huế, Đà Nẵng, Quảng Trị có
đủ kiến thức, năng lực nghiệp vụ để lãnh đạo.
[16]
1.10. Thị trường tiêu thụ sản phẩm
Bia thành phẩm của nhà máy sản xuất sẽ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của nhân
dân địa phương, tiêu thụ trong nước và hướng tới xuất khẩu ra nước ngoài. [16]
1.11. Thiết bị
Nhà máy sử dụng phần lớn các thiết bị trong nước chế tạo nhằm giảm chi phí,
ngoài ra có thể nhập một vài thiết bị từ nước ngoài để đảm bảo qui trình công nghệ.
Thiết bị phải đảm bảo phù hợp với quy trình công nghệ và được tự động hóa
trong sản xuất, góp phần làm hiện đại hóa trong sản xuất.
[16]
Kết luận: từ những phân tích thực tế trên, việc xây dựng nhà máy bia tại khu
công nghiệp Phú Bài, thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế là hoàn toàn hợp lý. Với năng
suất 150 triệu lít/năm có thể đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng. Việc xây dựng nhà
máy phù hợp với yêu cầu thực tế hiện nay.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
6
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu sản phẩm
Bia là loại nước uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp
một lượng calo khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzyme phong phú, kích thích
tiêu hóa cho cơ thể con người, đặc biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa
amylaza. Sản phẩm của nhà máy ở dạng đóng chai vừa dễ sử dụng vừa đảm bảo cho
việc bảo quản được chất lượng của bia.
Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon, và
nước với quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có các tính chất cảm quan
rất hấp dẫn đối với con người. Hương thơm đặc trưng, vị đắng dễ chịu, lớp bọt trắng
mịn, với hàm lượng CO2 khá cao (4-5g/l) giúp cơ thể con người giải khát một cách
triệt để khi ta uống.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại bia khác nhau. Sự khác nhau chủ yếu
là do tỉ lệ khác nhau của nguyên liệu đem nấu. Tỉ lệ nguyên liệu đem nấu bia khác
nhau, tạo ra nhiều loại bia, rất phong phú. Đồng thời giảm chi phí sản xuất khi sử
dụng nguyên liệu phụ.
Phương pháp sản xuất bia là phương pháp lên men hiện đại, với phương pháp
này sẽ giảm bớt tổn thất, chi phí cho quá trình sản suất và thời gian lên men cũng
được rút ngắn.
[3]
2.2. Nguyên liệu
2.2.1. Malt đại mạch
Malt là hạt hoà thảo nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định.
Malt đại mạch cho bia có hương vị đặc trưng so với các loại malt khác.
Dùng malt đại mạch trong sản xuất bia có 2 mục đích chính vừa là nguyên liệu
vừa là tác nhân đường hoá vì nó cho một tỉ lệ enzym cân đối thích hợp cho công
nghệ sản xuất bia, ngoài ra vỏ malt đại mạch dai nên nghiền ít nát và tạo lớp trợ lọc
rất xốp.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
7
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Hình 2.1: malt đại mạch
Các yêu cầu chất lượng của malt khi nhập:
+
Màu hạt malt vàng sáng, óng mượt.
+
Mùi thơm đặc trưng, không được có mùi vị lạ, không được mốc và
không hôi khói.
+
Vị ngọt nhẹ.
+
Hình dáng to, tròn, đều.
+
Tạp chất < 0,1%.
+
Hạt gãy < 0,5%.
+
Khối lượng hạt 28 ÷ 38 g/1000 hạt.
+
Độ hoà tan tính theo chất khô 76 ÷ 81,7%
+
Độ ẩm < 3%.
Thành phần hoá học:
- Độ ẩm của malt không quá 6%.
- Thời gian đường hoá: từ 10÷20 phút/70 oC.
- Chất hoà tan: trung bình 65÷82 % chất khô.
- Cường độ màu: lấy màu chuẩn cho malt vàng là màu của 0,3÷0,16 mg
iod/1lít H2O .
- Độ acid: pH của dịch đường là 5,5÷6,5.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
8
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Bảng 2.1: Các thành phần chính của malt khô [1 - tr30]
Thành phần
% chất khô
Tinh bột
58
Pentozan hoà tan
1
Hexozan và Pentozan không tan
9
Cellulo
6
Saccaroza
5
Đường khử
4
Protid
10
Protid hoà tan
3
Chất béo
2,5
Chất khoáng
2,5
Trong thành phần hoá học của malt, quan trọng nhất là hàm lượng tinh bột.
Hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt nhưng hàm lượng protêin phải nằm trong giới
hạn cho phép từ 9÷12%. Nếu hàm lượng protein cao thì bia dễ bị đục, khó bảo
quản, nếu thấp hơn thì bia sẽ kém bọt và có hương vị kém đậm đà.
[3]
2.2.2. Hoa houblon
2.2.2.1. Vai trò của hoa houblon
Hình 2.2: Hoa houblon
[19]
Hoa houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia bởi vì:
- Hoa houblon truyền mùi thơm và vị đắng cho bia vì trong hoa houblon có
chứa các nhựa đắng và tinh dầu
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
9
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
- Tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt cho bia.
- Tăng khả năng sát trùng cho bia vì vậy làm tăng độ bền cho bia.
Houblon là loại thực vật lâu niên đơn tính, thuộc họ gai mèo. Nó gồm có hoa
cái và hoa đực nằm trên hai thân khác nhau. Trong công nghệ sản xuất bia người ta
chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn vì khi đã thụ phấn trong hoa sẽ tạo hạt làm giảm
chất lượng của hoa.
Trong sản xuất bia người ta sử dụng hoa houblon dưới nhiều dạng khác nhau:
dạng hoa nguyên cánh, dạng hoa nghiền, hoa viên và cao hoa. Trong nhà máy sử
dụng hoa viên và cao hoa để sản xuất bia vì nó dễ bảo quản, chất lượng tốt. Không
nên sử dụng 100% cao hoa để nấu bia vì nó sẽ làm cho mùi, vị của bia giảm sút.
2.2.2.2. Thành phần hoá học của hoa houblon
Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau, nhưng các
chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa hoa houblon, các tanin và tinh
dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số các chất khác như: protein, mỡ, sáp, các
tạp chất phi protein.
Bảng 2.2: Thành phần hoá học của hoa houblon
Thành phần
Nước
Nhựa đắng tổng số
Tinh dầu
Tanin
Monosaccarit
Pectin
Amino axit
Protein
Lipit và sáp
Chất tro
Xenluloza, lignin và các chất khác
2.2.2.3. Biện pháp bảo quản hoa
[5 - tr52]
Hàm lượng chất khô (%)
11 ÷ 13
15 ÷ 20
0,5 ÷ 1,5
2÷5
2
2
0,1
15 ÷ 27
3
5÷8
40 ÷ 50
Để bảo quản hoa được tốt cần giữ hoa trong các điều kiện sau:
- Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong
thùng kín hoặc trong môi trường khí trơ.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
10
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
- Bảo quản ở nhiệt độ thấp, gần 0 0C vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm chế
các quá trình hoá học, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Nhà máy bảo quản 5
÷ 100C.
- Cách ẩm tốt.
2.2.3. Nước
2.2.3.1. Vai trò trong công nghệ sản xuất bia
Hàm lượng nước trong bia thành phẩm chiếm hơn 90%. Nước là một trong
những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Nước có ảnh hưởng lớn đến tiến
trình công nghệ và chất lượng sản phẩm.
2.2.3.2. Thành phần hóa học của nước
Nước thực chất là một dung dịch loãng của các muối ở dạng ion:
-
Nhóm cation chiếm nhiều nhất là: Ca2+, Mg2+,H+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+
-
Nhóm anion chủ yếu là: OH-, HCO3-, Cl-, SO42-, NO3-, NO2-, SiO32-, PO43-
Các muối của canxi và magie là nguyên nhân gây độ cứng của nước.
2.2.3.3. Yêu cầu chất lượng
Nước nấu bia phải trong suốt, không màu, vị dễ chịu, không có mùi vị lạ và
không chứa các vi sinh vật gây bệnh.
Độ cứng trung bình 5 - 6mg đương lượng/ lít, có pH= 6,8 - 7,3, độ oxy hóa
không vượt quá 1 - 2mg/ lít, hàm lượng cặn khô không vượt quá 600mg/ lít. Hàm
lượng các kim loại:
- Sắt không quá
0,3 mg/ l
- Đồng không quá 3 mg/ l
- Mangan không quá 0,05 mg/ l
- Kẽm không quá
5 mg/ l
- Magie không quá
125 mg/ l
- Flo không quá
1 mg/ l
- Chì không quá
0,1 mg/ l
- Asen không quá
0,05 mg/ l
- Nitrat không quá
35 mg/ l
- Sunphat 60 - 80 mg/ l và không vượt quá 250 mg/ l
Trong nước nấu bia không được có xianit, Hg, Ba, Cr, NH3, photphat, nitrit.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
11
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
2.2.4. Ngô
2.2.4.1. Vai trò
Trong sản xuất bia, để giảm giá thành sản phẩm người ta có thể thay thế một
phần malt đại mạch bằng các loại nguyên liệu khác. Nguyên liệu này có thể dạng
hạt hay dạng đường.
Hình 2.3: Ngô
Tại nhà máy, nguyên liệu thay thế được dùng là ngô với tỷ lệ 35% so với tổng
lượng nguyên liệu.
Ngô có các loại hạt như: ngô răng ngựa, ngô đá và ngô bột. Hạt ngô có màu
vàng, trắng, đỏ hoặc hồng. Trong công nghệ sản xuất bia, ngô dùng để thay malt đại
mạch chủ yếu là loại trắng đục (hàm lượng tinh bột cao, protein thấp), đã tách phôi,
được sử dụng dưới dạng đã nghiền nhỏ.
Ngô được thu mua ở những vùng lân cận, và đã được tách phôi.
2.2.4.2. Thành phần của hạt ngô
- Hạt ngô bao gồm các thành phần sau:
+ lớp vỏ quả: 5÷7% khối lượng hạt
+ lớp vỏ hạt: 2% khối lượng hạt
+ lớp alơron: 6÷8% khối lượng hạt
+ phôi: 10÷11% khối lượng hạt
+ nội nhũ: 75% khối lượng hạt
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
12
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Trong thành phần của phôi có 33÷45% chất béo, 20% protein, 75% đường và
tro, 4% xenluloza, gần 5% tinh bột.
Trong thành phần của nội nhũ có 77÷84% tinh bột, 7÷11% protein, 1% chất
béo, 0,3÷0,8% tro, 1% đường, 0,5% xelluloza.
2.2.4.3. Những yêu cầu cơ bản của ngô dùng để nấu bia
- Có màu trắng đục, kích thước hạt đồng đều.
- Hạt ngô sạch, được tách phôi hoàn toàn.
- Trước khi nấu phải được nghiền mịn.
2.3. Chất hỗ trợ kĩ thuật
2.3.1. Chế phẩm enzyme Termamyl
Công dụng: Chế phẩm enzyme này có bản chất là α-amylaza, dùng để bổ sung
vào nồi ngô hỗ trợ cho quá trình thủy phân tinh bột tạo ra sản phẩm là glucose và
dextrin. Nhờ quá trình phân cắt này mà độ nhớt của dịch cháo nhanh chóng giảm
xuống.
Là chế phẩm lấy từ vi khuẩn Baccillus licheniformis.
Màu sắc: từ màu sáng cho đến nâu tối.
Hoạt độ: 120 KNU-T/g
Độ nhớt:1÷25 cPs.
Tỉ trọng: 1,26 g/ml
pH ở 25 oC là 5,5÷7.
Chất ổn định: Methionine, Sodium chloride, Sucrose.
2.3.2. Nấm men bia
Trong công nghệ sản xuất bia người ta sử dụng các chủng nấm men:
+ Saccharomyces cerevisiae: thuộc loại lên men nổi.
+ Saccharomyces carlsbergensis: thuộc loại lên men chìm.
Ở đây ta sử dụng nấm men chìm.
Thành phần hoá học của tế bào chứa khoảng 75% nước, protêin 15 - 45%,
cacbonhiđrat 25 - 35%, chất béo 4 - 7%, chất vô cơ 8 - 9%.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
13
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Chủng nấm men này có chứa enzyme melibiaza nên lên men được hoàn toàn
đường rafinose.
Chủng nấm men chìm lên men ở nhiệt độ 6 - 10 0C và nó sẽ ngừng lên men khi
nhiệt độ dưới 00C. Vào thời kỳ cuối của lên men chính, chủng nấm men chìm lắng
xuống đáy thiết bị lên men và tạo thành kết tủa đặc, đồng thời cũng kéo theo những
chất lơ lửng góp phần làm trong bia.
Khi sử dụng men chìm, một phần nấm men bị yếu và nó kết tủa kém cho nên
có thể làm cho bia có mùi men. Do đó phải thường xuyên thay men. Tuy nhiên men
chìm ít bị nhiễm khuẩn.
[14 - tr56]
2.3.3. Các chất hỗ trợ kĩ thuật khác
-
Axit lactic, H2SO4 điều chỉnh pH cho khối cháo.
-
CaCl2, ZnCl2: cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men hoạt động.
-
Chất màu caramen: dùng để điều chỉnh màu.
2.4. Các quá trình sinh hoá quan trọng
Trong công nghệ sản xuất bia có nhiều quá trình sinh hoá xảy ra, nhưng quan
trọng nhất là các quá trình xảy ra ở công đoạn nấu và lên men bia.
2.4.1. Các quá trình xảy ra khi nấu
Các quá trình xảy ra trong khi nấu được chia làm 2 nhóm là: quá trình enzyme
và quá trình phi enzyme.
a) Quá trình enzyme
Sự thuỷ phân tinh bột
Tinh bột dưới tác dụng của hệ enzyme amylaza sẽ bị thuỷ phân thành đường
và các dextrin với phân tử lượng khác nhau. Đường có ý nghĩa lớn với quá trình lên
men còn các dextrin tuy không lên men được nhưng nó góp phần quan trọng vào
việc hoàn thiện vị của bia.
Sự thuỷ phân protein
Dưới tác dụng của enzyme proteaza thì protein bị thủy phân thành các axit
amin và các sản phẩm có phân tử lượng lớn hơn như peptit, peptone, polypeptit.
Các sản phẩm khác của quá trình thuỷ phân như axit amin và peptit là nguồn dinh
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
14
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
dưỡng nitơ cho nấm men, còn pha có phân tử lượng trung bình như pepton và
polipeptit tạo vị đậm đà, tham gia vào quá trình tạo và giữ bọt cho bia. Tuy nhiên
nếu hàm lượng của chúng quá cao sẽ làm cho bia dễ bị đục và khó bảo quản.
Sự thuỷ phân fitin
Dưới tác dụng của hệ enzyme fitaza xảy ra sự thuỷ phân fitin tạo thành axit
phosphoric và các sản phẩm khác. Axit phosphoric là nguồn dinh dưỡng cung cấp
cho nấm men và đóng vai trò quan trọng trong việc tạo môi trường đệm thích hợp
cho các enzyme hoạt động.
Sự thuỷ phân hemixenluloza và một số các chất khác
Dưới tác động của enzyme xitaza dẫn đến sự thuỷ phân hemixenluloza và một
số chất khác của nguyên liệu để tạo thành glucose, xilose, arabinose. Sự thuỷ phân
này mang 2 ý nghĩa là vừa bổ sung chất hoà tan cho dịch đường, vừa phá bỏ hàng
rào chắn, tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme khác dễ dàng tác động.
b) Quá trình phi enzym
Sự kết lắng và biến tính của protein
Dưới tác động của nhiệt độ cao, một phần protein bị biến tính và đông tụ. Đây
là yếu tố có lợi cho công nghệ sản xuất bia vì sẽ loại được những protein dễ bị biến
tính ra khỏi dịch đường làm tăng độ bền keo của bia tức là giảm được khả năng gây đục.
Sự tạo thành melanoid
Đây là một phản ứng đặc biệt quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Tuy
phản ứng này gây ra hao tổn axít amin và đường khử nhưng với một lượng
melanoid vừa phải lại góp phần nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm sau này.
Quá trình tạo thành melanoid đã xảy ra một cách mạnh mẽ ở giai đoạn sấy malt, đến
giai đoạn đường hoá, điều kiện về nhiệt độ và các yếu tố khác chưa tối ưu cho quá
trình trên nhưng dù sao thì một lượng đáng kể melanoid cũng được tạo thành.
Ngoài ra trong quá trình nấu còn xảy ra phản ứng giữa các muối của nước và
photphat có trong khối cháo, xảy ra sự hoà tan các thành phần dễ hoà tan của malt
vào dung dịch.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
15
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
2.4.2. Các quá trình xảy ra khi lên men
2.4.2.1. Lên men chính
Quá trình sinh lý
Thể hiện sự sinh sản của nấm men, nấm men sinh trưởng mạnh trong thời kỳ
đầu của quá trình lên men chính. Lúc đó xảy ra đồng thời sự sinh sản của nấm men
và sự lên men. Trong điều kiện lên men bình thường thì sự sinh sản của nấm men
kết thúc xa trước khi lên men chính kết thúc xong.
Quá trình sinh hóa
Là sự chuyển hóa các chất nhờ tác động của enzyme trong tế bào nấm men.
Cơ bản là sự chuyển hóa thành rượu và CO2.
Trong quá trình lên men, nấm men thông qua con đường trao đổi chất và năng
lượng trong các điều kiện kỹ thuật thích hợp để chuyển các gluxit phân tử lượng
thấp (các đường, dextrin...) thành rượu, CO2 theo sơ đồ phản ứng:
C6H12O6
[5 - tr230]
C2H5OH + CO2 + H2O + Q
Đồng thời có các quá trình sinh hoá xảy ra do sự xúc tác sinh học của các
enzym được hình thành trong quá trình lên men, một số phản ứng phụ cũng hình
thành như các axit hữu cơ, các este, các rượu bậc cao, andehyt, glyxerin...
Quá trình hóa lý
+ Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm.
+ Sự thay đổi thế oxy hóa khử và cường độ màu.
+ Sự hòa tan CO2 và tạo bọt.
2.4.2.2. Lên men phụ và tàng trữ
Mục đích chính của giai đoạn này là lên men phần đường còn sót lại để bổ
sung thêm CO2 cho bia và hoàn thiện chất lượng bia. Trong giai đoạn này, các quá
trình xảy ra giống như giai đoạn lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn vì nhiệt
độ thấp hơn (0÷1oC) và lượng nấm men cũng ít hơn.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
16
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Chương 3
LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN
CÔNG NGHỆ
3.1. Chọn dây chuyền công nghệ
Malt
Ngô
Làm sạch
Làm sạch
Nghiền
Nghiền
Nước ấm
Hoà
Hơi
Hoà bột
Đường hoá
10% malt lót
Nước ấm Chế phẩm E
Hồ hoá và nấu chín
Hơi
Hội cháo
Hơi
Nước
Đường hóa
Lọc dịch đường và rửa bã
Hoa houblon
Bã
Houblon hoá
Hơi
Tách bã hoa
Chất tải lạnh
Bã hoa
Lắng trong và làm lạnh
Nấm men Nuôi cấy Men giống
Cặn và bã hoa
Lên men chính
CO 2
Lên men phụ và tàng trữ
Xử lí
Sữa men
Hoạt hoá
Xử lý
Lọc bia
Bia trong
Cặn
Nạp bình
Ổn định bia
Chai
Rửa chai
Kiểm tra
Chiết, đóng nắp
Lon
Rửa lon
Kiểm tra
Thanh trùng
Nắp
Thành phẩm
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
17
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
3.2.1. Nhập nguyên liệu
Malt và ngô trước khi nhập vào kho chứa phải qua khâu kiểm tra chất lượng,
đảm bảo chất lượng bia sau này.
Malt và ngô được vận chuyển vào các xilo để bảo quản nhằm tránh những tác
hại do vi sinh vật hay tác động của môi trường.
3.2.2. Làm sạch
Malt và ngô dùng sản xuất bia cần phải làm sạch nếu không sẽ ảnh hưởng đến
chất lượng của bia. Do đó malt và ngô trước khi đưa vào nấu cần phải cho qua máy
làm sạch để làm sạch bụi, loại bỏ mầm, rễ malt, bụi, sâu mọt còn sót lại trong
nguyên liệu. Tiếp theo, để loại bỏ các tạp chất kim loại có thể có trong nguyên liệu,
malt và ngô được đưa qua hệ thống làm sạch bằng nam châm.
Tiến hành: Malt từ xilo chứa cho qua máy sàng tự động để làm sạch bụi, loại
hạt lép, mầm, rễ malt còn sót lại trong nguyên liệu cũng như loại bỏ các tạp chất
nặng. Sau đó để loại bỏ các tạp chất kim loại, malt được đưa qua hệ thống nam
châm.
Tương tự như malt, ngô từ xilo chứa cũng được làm sạch trước khi đem
nghiền.
3.2.3. Nghiền nguyên liệu
3.2.3.1. Mục đích nghiền
Nghiền nhỏ nguyên liệu nhằm phá vỡ cấu trúc của hạt để tăng bề mặt tiếp xúc
với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần của nội nhũ dễ hơn,
thúc đẩy quá trình đường hoá và các quá trình thuỷ phân khác nhanh và triệt để hơn.
3.2.3.2. Cách tiến hành
Có ba phương pháp nghiền malt là nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt.
Chọn nghiền khô cho cả malt và ngô vì phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện.
- Malt đại mạch: sử dụng máy nghiền 2 cặp trục để nghiền malt
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
Đồ án tốt nghiệp
18
GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch
Hình 3.1. Thiết bị nghiền malt 2 đôi trục. [5-tr160]
1. Trục cấp liệu
5. Sàng rung.
2. Malt vào
6. Hệ thống truyền động.
3. Đôi trục nghiền thô.
7. Hỗn hợp sau khi nghiền thô.
4. Đôi trục nghiền lại vỏ.
8,9. Bột mịn.
Nguyên lý hoạt động: Malt từ trục cấp liệu xuống đôi trục nghiền 3. Thành
phần hỗn hợp sau khi nghiền lần 1 gồm: vỏ 30%, tấm thô 50%, bột mịn 20%. Phần
bột mịn lọt qua lỗ sàng 5 đi ra ngoài theo 9. Tách bột ra khỏi vỏ khi qua đôi trục thứ
hai 4.
Sau khi nghiền hai lần, thành phần bột nghiền như sau: vỏ 20%, tấm 50%, bột
mịn 30%.
- Ngô: cần tiến hành nghiền nhỏ để trong quá trình nấu các chất tinh bột,
protein,… chuyển sang dạng hòa tan nhanh hơn.
Nghiền ngô bằng thiết bị nghiền búa.
1. Phễu chứa nguyên liệu.
2. Trục phân phối nguyên liệu.
3. Máng trượt.
4. Roto.
5. Sàng.
6. Không khí vào.
7. Hạt vào bộ phận nghiền.
Thiết kế nhà máy bia lên men hiện đại
Hình 3.2. Thiết bị nghiền búa. [5-tr164]
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn
