Nghiên cứu, thiết kế và tự động hóa hệ thống thiết bị tách bia, thủy phân liên tục bã nấm men bia dưa thừa

`

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Kiều Văn Bình


`

LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới
- Cô PGS.TS Quản Lê Hà Ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn và dìu dắt em trong suốt
quá trình thực hiện đề tài.
- Thầy TS.Đinh Văn Thành Trƣờng Đại Học Công nghệ Đông Á.
đã hƣớng dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình viết và giúp em hoàn thành luận
văn tốt nghiệp. Em xin trân thành cảm ơn Ban giám đốc công ty cổ phần bia Sài
Gòn – Hà Nội, Ban giám đốc tập đoàn POLYCO, các Thầy Cô trong phòng thí
nghiệm vi sinh thuộc khoa Công Nghệ Thực Phẩm. Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn
sâu sắc đến cha mẹ, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ em
trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày 6 tháng 09 năm 2016
Học viên

Kiều Văn Bình

`

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU:……………………………………………………………………...……1
CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 2

1.1. Tổng quan nấm men bia. .................................................................................... 2
1.2. Lịch sử các phƣơng pháp thu hồi bia ................................................................. 5
1.2.1. Phƣơng pháp thu hồi trên thế giới ............................................................... 5
1.2.2. Phƣơng pháp thu hồi tại Việt Nam. ............................................................. 5
1.3. Một số thiết bị tách bia trên thế giới hiện nay. ................................................... 5
1.3.1. Máy ly tâm nằm ngang tốc độ cao (Sidecanter) ................................. 5
1.3.2. Máy ly tâm trục vít (Decanter) ................................................................... 7
1.3.3. Hệ thống lọc màng gốm ............................................................................... 8
1.3.4. Máy ly tâm vòi phun Brux 510 của Alfalaval .................................... 9
1.4. Các hƣớng tận dụng nấm men bia .................................................................... 12
1.5. Các phƣơng pháp thủy phân ............................................................................. 13
1.5.1. Phƣơng pháp hoá học ................................................................................. 13
1.5.2. Phƣơng pháp enzym................................................................................... 14
1.6. Ứng dụng của dịch thủy phân bã nấm men bia ................................................ 16
1.6.1. Ứng dụng của dịch thủy phân nấm men làm chất điều vị ......................... 16
1.6.2. Sử dụng làm môi trƣờng vi sinh vật .......................................................... 19
1.6.3. Bổ sung vào quá trình nấu bia ................................................................... 20
1.6.4. Sử dụng tạo ra một số sản phẩm chữa bệnh .............................................. 20
1.7. Cơ sở thiết kế tự động hóa................................................................................ 21
1.7.1. Hệ thống SCADA trong nhà máy bia ........................................................ 21
1.7.2. Tổng quan về bộ điều khiển khả trình PLC ............................................... 26
1.7.3. Một số hệ thống điều khiển tự động hiện nay............................................ 30

1.7.4. Hệ thống Braumat trong nhà máy bia ........................................................ 31


`

CHƯƠNG 2.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 33

2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 33
2.2. Nghiên cứu thiết kế và tự động hóa hệ thống tách bia trong nấm men bia. ..... 33
2.2.1. So sánh hiệu quả một số phƣơng pháp tách bia từ men thừa .................... 33
2.2.2. Sơ đồ hoạt động của hệ thống tách bia ...................................................... 37
2.2.3. Hệ thống tự động hóa tách bia bằng máy ly tâm Brux 510 ....................... 39
2.2.4. Nguyên lý điều khiển máy tách ly tâm Brux : ........................................... 40
2.2.5. Nguyên lý điều khiển sản phẩm đầu ra: .................................................... 40
2.2.6. Chế độ Vệ Sinh ( CIP mode ). ................................................................... 40
2.3. Xác định điều kiện thủy phân bã nấm men bia bằng phƣơng pháp liên tục .... 41
2.3.1. Vật liệu, thiết bị dụng cụ hóa chất và phƣơng pháp nghiên cứu ............... 41
2.3.2. Thiết bị, dụng cụ sử dụng .......................................................................... 42
2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. .......................................................................... 43
2.3.4. Quy trình thủy phân liên tục ...................................................................... 46
2.3.5. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến hiệu suất quá trình thủy phân liên tục
protein bã men bia bằng Enzyme Flavourzyme. .................................................. 48
2.4. Nghiên cứu thiết kế thiết bị thủy phân bã nấm men bia bằng phƣơng pháp liên
tục. .......................................................................................................................... 49
2.4.1. Cơ sở tính toán thiết kế .............................................................................. 49
2.4.2. Tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế:....................................................... 49
CHƢƠNG 3.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 57

3.1. Nghiên cứu thiết kế và tự động hóa hệ thống tách bia trong bã nấm men bia dƣ
thừa. .......................................................................................................................... 57
3.2. Xác định điều kiện thủy phân bã nấm men bia bằng phƣơng pháp liên tục. ... 67
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của tỷ lệ E/S của ennzyme flavourzyme đến quá
trình thủy phân liên tục potein bã men bia. .......................................................... 67


`

3.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đến quá trình thủy phân liên tục protein bã
men bia .................................................................................................................. 68
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân liên tục
protein bã men bia................................................................................................. 69
3.2.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình thủy phân liên tục
protein bã men bia................................................................................................. 70
3.3. Nghiên cứu thiết kế hệ thống thủy phân liên tục bã nấm men bia. .................. 71
Thiết bị thủy phân dạng ống chùm ....................................................................... 71
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 76


`

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
KG

: KieselGuhr - Bột trợ lọc

DS

: Dry solid - Chất khô

HG

: High gravity -tỷ trọng cao/nồng độ cao

TCA

: Trichloroacetic Acid

CIP

: Cleaning- In -Place : Hệ thống tẩy rửa, vệ sinh khử trùng tại chỗ

YE

: Yeast Extract : Dịch chiết nấm men


`

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thành phần trong men bia ép .....................................................................3
Bảng 1.2: Chất khô của men bia có thành phần nhƣ sau (%) .....................................4
Bảng 1.3: Hàm lƣợng vitamin của nấm men bia sấy khô. ..........................................4
Bảng 1.4: Thông tin dinh dƣỡng của Marmite loại 100g đƣợc sản xuất ở New
zealand .......................................................................................................................17
Bảng 1.5: Thông tin dinh dƣỡng Vegemite loại 5g đƣợc sản xuất tại Australia ......19
Bảng 1.6: So sánh khả năng lập trình của các PLC SIMATIC S7-300 ....................30

Bảng 2.1: Cơ sở so sánh dữ liệu thu hồi bia..............................................................33
Bảng 2.2: So sánh hệ thống thu hồi bia.....................................................................33
Bảng 2.3: So sánh điện năng tiêu thụ, yêu cầu CIP và chi phí đầu tƣ ban đầu .........35
Bảng 2.4: Một số chế phẩm enzyme protease ...........................................................41
Bảng 2.5: Cơ sở tính toán thiết kế .............................................................................49


`

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Hình ảnh bã nấm men lấy từ nhà máy bia Sài Gòn- Hà Nội……….……3
Hình 1.2 Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm nằm ngang (Sidecanter)..........6
Hình 1.3: Máy ly tâm Sedicanter S4E của Flottweg ...................................................6
Hình 1.4: Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm trục vít (Decanter) .................7
Hình 1.5: Máy ly tâm trục vít nằm ngang (Decanter) của Alfalaval ..........................7
Hình 1.6: Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc màng gốm ............................8
Hình 1.7: Máy lọc màng gốm của Pall........................................................................9
Hình 1.8: Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm vòi phun BRUX 510 ...........10
Hình 1.9: Máy ly tâm vòi phun BRUX 510 của Alfalaval .......................................10
Hình 1.10: Sản phẩm Marmite sản xuất ở New zeland............................................17
Hình 1.11: Sản phẩm Vegemite Thông tin dinh dƣỡng của vegemite loại 5g. .........18
Hình 1.12: Chế phẩm β - Glucan BETA GLUCAN 25: ..........................................21
Hình 1.13: Mô hình phân cấp chức năng điều khiển ................................................22
Hình 1.14: Các thành phần phần mềm một hệ SCADA ...........................................25
Hình 1.15: Cấu trúc phần cứng PLC .........................................................................27
Hình 1.16 Hình 16: Cấu trúc module CPU ...............................................................27
Hình 1.17: Nguyên lý lập trình tuyến tính ................................................................28
Hình 1.18: Nguyên lý lập trình có cấu trúc ...............................................................30
Hình 1.19: Giao diện Main Menu của phần mềm Braumat (thẻ Engineering Tool) 31
Hình 1.20: Giao diện Runtime trên Braumat ............................................................32

Hình 2.1: Sơ đồ P&ID của hệ thống tách bia ............................................................37
Hình 2.2: Nguyên lý Vortex của những vòi phun xoáy lốc ......................................37
Hình 2.3: Hình ảnh thực hiện quá trình ly tâm .........................................................38
Hình 2.4: Hình ảnh Bia và men trƣớc và sau thu hồi ................................................38
Hình 2.5: Hệ thống tách bia bằng máy ly tâm BRUX 510 .......................................39
Hình 2.6: Nguyên lý điều khiển chất lƣợng đầu vào ................................................39
Hình 2.7: Chế độ Vệ Sinh ( CIP mode ) ...................................................................40
Hình 2.8: Sơ đồ P&ID hệ thống thủy phân bã nấm men bia Pilot ...........................46


`

Hình 2.9: Hệ thống thủy phân bã nấm men bia pilot ................................................47
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tách bia: ...........................................................57
Hình 3.2: Giao diện điều khiển hệ thống tách bia:....................................................57
Hình 3.3: Giao diện mô tả các thông số điều khiển hệ thống tách bia......................58
Hình 3.4: Giao diện điều khiển hệ thống trữ Dịch Men, Men Đặc,và Bia sau khi
tách: ...........................................................................................................................60
Hình 3.5: Giao diện mô tả các thông số điều khiển hệ thống dịch men, trữ men .....60
Hình 3.6: Giao diện mô tả các thông số điều khiển hệ thống nhận men, trữ men ....61
Hình 3.7: Giao diện mô tả các thông số điều khiển hệ thống nhận bia, trữ bia ........61
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của tỷ lệ E/S đến hiệu suất quá trình thủy phân.....................67
Hình 3.9: Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất quá trình thủy phân..............................68
Hình 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình thủy phân ...................69
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất quá trình thủy phân .70
Hình 3.12: Sơ đồ P&ID tích hợp hệ thống thủy phân liên tục và hệ thống tách bia.71


`

MỞ ĐẦU
Theo báo cáo tổng kết của hiệp hội Bia – Rƣợu- tại đại hội lần thứ V (20162020) tổ chức ngày 5/1/2016: Tổng sản lƣợng bia trong cả nƣớc năm 2015 là 3.4 tỷ
lít bia, tăng 40.7% so với năm 2010; Phấn đấu đến 2020 sản lƣợng bia ƣớc tính đạt
4 tỷ đến 4,25 tỷ lít bia/ năm [5]. Theo sản lƣợng thống kê trên, lƣợng nấm men dƣ
thừa từ các nhà máy bia là rất lớn. Ƣớc tính trung bình cứ 1000 lít bia thu đƣợc 2040 kg nấm men ƣớt, trong đó có tải trọng BOD 120.000-140.000 mg/l và COD
180.000 – 200.000 mg/l làm ô nhiễm môi trƣờng rất lớn nếu không có biện pháp xử
lý tốt. Hiện nay 40 - 70% lƣợng bia có thể thu hồi này đều phải xả bỏ cùng với
lƣợng men thừa. nấm men dƣ thừa từ các nhà máy bia chỉ một phần nhỏ đƣợc
bán cho các hộ chăn nuôi gia súc sử dụng làm thức ăn trực tiếp.Việc hấp thụ
hàm lƣợng protein rất khó khăn. Thu hồi lƣợng bia bị xả bỏ cùng với nấm men
bằng phƣơng pháp truyền thống hiệu suất không cao, giải pháp thu hồi lƣợng
bia bị xả bỏ bằng máy ly tâm vòi phun Brux 510 và tận thu nguồn nấm men bia
bằng cách thủy phân, thu sản phẩm giàu axit amin là một trong những giải pháp có
hiệu quả không những thu đƣợc sản phẩm có giá trị d ng trong thực phẩm đem lại
hiệu quả kinh tế cao mà c n góp phần làm giảm ô nhiễm môi trƣờng. Phƣơng pháp
thủy phân gián đoạn thƣờng đƣợc sử dụng song hiệu quả quá trình thủy phân c n
thấp. Nhằm mục đích nâng cao hiệu suất thủy phân nấm men, việc nghiên cứu thiết
kế hệ thống thủy phân liên tục đƣợc đặt ra trong đề tài nghiên cứu này là giải pháp
tối ƣu và hiệu quả.
Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và tự động hoá hệ thống thiết bị tách bia,
thủy phân liên tục bã nấm men bia dƣ thừa ’’
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu thiết kế và tự động hóa hệ thống tách bia trong bã nấm men bia dƣ thừa.
- Xác định điều kiện thủy bã nấm men bia bằng phƣơng pháp liên tục.
- Nghiên cứu thiết kế thiết bị thủy phân bã nấm men bia bằng phƣơng pháp liên tục.

1


`

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan nấm men bia.
Nấm men bia là một phế phẩm của quy trình sản xuất bia, đƣợc nằm lại trong các
thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ.
Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, lớp Ascomycetes, ngành nấm. Là vi
sinh vật có cấu tạo đơn bào, không di động, có khả năng sinh sản nhanh, sinh sản
chủ yếu bằng phƣơng pháp nảy chồi. Sinh khối của chúng rất giàu protein, vitamin
và lipit. Tế bào nấm men thuộc loại Eucaryot (nhân thật), có khả năng hô hấp yếm
khí tuỳ tiện, tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae rất giàu dinh dƣỡng, nhất là
acid amin và protein. Nấm men là một cá thể sống đơn bào có cấu tạo tƣơng đối
phức tạp và không có khả năng quang hợp. So với vi khuẩn thì chúng có kích
thƣớc lớn hơn gấp nhiều lần. Nấm men rất có ích đối với con ngƣời và đƣợc sử
dụng rộng rãi để sản xuất bia, rƣợu vang, rƣợu cồn, thực phẩm và các hoạt chất
sinh học khác. Ngoài ra, nấm men còn có các ứng dụng quan trọng khác nhƣ việc
sử dụng các chủng nấm men biến đổi gen để sản xuất các loại protein, peptide. Ví
dụ nhƣ: protein kháng virut interferon, huyết thanh d ng cho ngƣời, albumin,
insulin và enzyme protease chymosin có tính axit đƣợc d ng để làm đông tụ
sữa trong quá trình sản xuất phomat.. .[1],[11],[15].
Nấm men có khả năng lên men các loại đƣờng để tạo thành rƣợu trong điều kiện
yếm khí, c n trong điều kiện hiếu khí thì chúng tạo thành sinh khối tế bào. Vì thế,
nấm men đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất rƣợu,
bia, nƣớc giải khát lên men, sản xuất men bánh mì, sản xuất protein sinh khối.

2


`

Hình 1.1: Hình ảnh bã nấm men lấy từ nhà máy bia Sài Gòn- Hà Nội

Đặc tính của nấm men
Nấm men bia là loại vi sinh vật đơn bào, không có khả năng di động. Tế bào nấm
men có nhân thật, thuộc lớp Fungi, phân lớp Ascomycetes (phân lớp có khả năng tạo
bào tử), họ Saccharomycetaceae. Trong họ này, giống quan trọng có ứng dụng
nhiều nhất là giống Saccharomyces. Trong sản xuất bia thƣờng dùng các chủng nấm
men chìm thuộc loài S.carlsbergensis, có khi dùng các chủng nấm men nổi thuộc
loài S.cerevisiae. Tế bào nấm men có thành phần chính trong các chất khô bao gồm:
protein, gluxit, lipit, tro ( bảng 1.1).
Bảng 1.1: Thành phần trong men bia ép
STT Thành phần

Tỷ lệ (%)

1

Nƣớc

75

2

Protein chứa ni tơ

14

3

Lipit

0,75

4

Chất hòa tan không chứa ni tơ

8,25

5

Tro

2
( Densikow M.T., 1963)

Bã nấm men là sản phẩm chứa nhiều nƣớc, có mùi nấm men đặc trƣng. đặc biệt là
hàm lƣợng đạm trong nấm men khá cao. Do đó nấm men có thể đƣợc coi là loại
3


`

thức ăn bổ sung đạm. Nấm men có chứa các thành phần có tác dụng kích thích ăn
ngon miệng (Vitamin B1, Lyzin,...). Thành phần và giá trị dinh dƣỡng của bã nấm
men bia phụ thuộc vào tỷ lệ nƣớc, nguồn gốc sản xuất và thời gian bảo quản. Nấm
men bia dễ bị phân giải làm mất dinh dƣỡng và tăng độ chua, cho nên ngƣời ta
thƣờng chỉ có thể cho gia súc ăn trong v ng 48 giờ. Để kéo dài thời gian bảo quản
ngƣời ta thƣờng cho thêm muối ăn với tỷ lệ 1%. Theo Uxta (dẫn liệu từ Densikow
M.T., 1963), chất khô của men bia có thành phần nhƣ sau (%) xem bảng1. 2
Bảng 1.2: Chất khô của men bia có thành phần như sau (%)
STT

Thành phần

Tỷ lệ (%)

1

Chất khô hòa tan không chứa nitơ

25-30

2

Protein (Nx6.25)

51-58

3

Lipit

2-3

4

Tro

8,1-9,1

5

Nhiệt lƣợng tính bằng cal/g

4560-4840
(Densikow M.T., 1963)

Men bia có chứa phức hợp vitamin nhóm B(B1, B3, B4, B7), Vitamin E, Vitamin
H, acid nicotinic (vitamin PP), acid panthonic, Biotin, inozit. (xem bảng1.3)
Bảng 1.3: Hàm lượng vitamin của nấm men bia sấy khô.
Thành phần

Hàm lƣợng(µg/g)

Thiamine

50-360

Riboflavin

36-42

Niacin

320-1000

Pyridoxine

25-100

Folic acid

15-80

Pantothenate

100

Biotin

0,5-1,8

P-amino-benzoic acid

9-102

Inositol

2700-5000
(Pyke, 1958)
4


`

1.2. Lịch sử các phƣơng pháp thu hồi bia
1.2.1. Phƣơng pháp thu hồi trên thế giới
Thu hồi bia từ hỗ hợp men dƣ thừa đã đƣợc một số hãng nhƣ Alfalaval,
flottweg, Pall nghiên cứu và đã đƣợc ứng dụng thành công ở một số nhà máy bia
trên thế giới nhƣ Molson Coors, Heineken - Romania, ABInbev Mỹ, Efes Thổ Nhĩ
Kỳ, ABInbev Argentina, ABInbev Ukraine, Ginsber Trung Quốc, Carlsberg - Anh,

Polar Venezuela.... Công nghệ thƣờng đƣợc sử dụng đề tách bia là phƣơng pháp
tách ly tâm gồm có máy decanter, Sidecanter nằm ngang, phƣơng pháp lọc màng.
hoặc phƣơng pháp ly tâm đứng. Các công nghệ truyền thống để thu hồi bia ví dụ
nhƣ máy li tâm đĩa, màng lọc hoặc ép lọc, các phƣơng pháp này năng suất từ 35 65%, [Alfalaval, Pall, Flottweg] và thƣờng không ổn định về chất lƣợng, quy trình
sản xuất, chi phí bảo trì cao.
1.2.2. Phƣơng pháp thu hồi tại Việt Nam.
- Ở Việt Nam hiện nay chƣa có công trình nghiên cứu và ứng dụng hệ thống tách
bia từ men dƣ thừa và hệ thống thủy phân liên tục. Nấm men thừa thƣờng đƣợc bán
làm thức ăn gia súc.
1.3. Một số thiết bị tách bia trên thế giới hiện nay.
1.3.1. Máy ly tâm nằm ngang tốc độ cao (Sidecanter)
Nguyên lý hoạt động:
Máy Sedicanter là một máy li tâm nằm ngang tốc độ cao 6000G Nấm men đƣợc
đƣa vào thông qua ống tiếp liệu tại điểm có đƣờng kính nhỏ nhất của buồng ly
tâm và sau đó dần chuyển đến v ng có đƣờng kính lớn nhất, tại lúc này trƣớc khi
thải ra khỏi máy li tâm, men bia khô đƣợc nén và xả ra ngoài. Bia liên tục đƣợc
xả ra ngoài nhƣ một ống xả thông qua một cánh quạt điều chỉnh đƣợc.

5


`

Hình 1.2: Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm nằm ngang (Sidecanter)
Hiệu quả chiết tách của máy Sedicanter cao nhƣ là một máy li tâm đĩa. Đồng thời,
máy có thể thực hiện chiết tách tỉ lệ chất rắn đầu vào cao và đạt đƣợc độ khô cao.

Hình 1.3: Máy ly tâm Sedicanter S4E của Flottweg
Máy li tâm hiệu suất cao Flottweg Sidecanter này tổng hợp các lợi thế của máy
decanter và máy li tâm đĩa truyền thống.

* Ƣu điểm:
- Năng suất cao, chi phí điều hành và bảo dƣỡng thấp hơn
- D ễ vệ sinh và xử lý, bã bia thu đƣợc có độ khô cao, năng lƣợng tiêu thụ
thấp và hấp thụ ôxy ở mức tối thiểu.
* Nhƣợc điểm:
- Hiệu suất thu hồi chƣa đƣợc tối ƣu.
- Khả năng ngăn ngừa sự xâm nhập của oxy chƣa cao
6


`

1.3.2. Máy ly tâm trục vít (Decanter)
Nguyên lý hoạt động: Một máy Decanter thông thƣờng hoạt động với lực ly tâm
khoảng 4000G để tách nấm men bia. Men bia đƣợc nén chặt lên thành buồng ly tâm
sau đó đƣợc đƣa ra thông qua một “v ng khô’’trong buồng ly tâm ra khỏi máy.

Hình 1.4: Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm trục vít (Decanter)
Máy Decanter đƣợc nghiên cứu đặc biệt cho việc chiết tách các sản phẩm mềm,
nhẹ nhƣ: nấm men, vi khuẩn, các protein, vân vân. Các máy decanter và các máy li tâm
thông thƣờng đã gặp phải vấn đề để đạt đƣợc hiệu quả tối ƣu trong việc chiết tách.

Hình 1.5: Máy ly tâm trục vít nằm ngang (Decanter) của Alfalaval
 Ƣu điểm:
- Nhanh chóng, quá trình tách diễn ra liên tục nên rất thích hợp cho các ngành
công nghiệp chế biến sữa, nƣớc ép trái cây và ngành công nghiệp đồ uống.v.v...
 Nhƣợc điểm:
- Hiệu suất chiết tách chƣa cao
- Chi phí vận hành bảo trì cao.

7


`

1.3.3. Hệ thống lọc màng gốm
Nguyên lý hoạt động.
Phƣơng

pháp lọc tiếp tuyến (cross-flow): hỗn hợp men bia chuyển động

cùng chiều với màng lọc (nhằm giảm tối đa lực ép cơ học tác động trực tiếp
vào men, không phá vỡ tế bào men). Từ đó bia đƣợc nhẹ nhàng tách ra qua các
mao dẫn của màng lọc ceramic.

Hình 1.6: Mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống lọc màng gốm
Hệ thống vận hành tuần hoàn liên tục (bao gồm cả công đoạn pha nƣớc khử
khí) cho đến khi thu hồi hết bia và độ khô men thải đạt 18 – 20%
*Ưu điểm:
- Chất lƣợng bia thu hồi cao
- Màng lọc 0.8µm loại bỏ hoàn toàn men và cặn tinh nên chất lƣợng bia thu
hồi cao, độ đục thấp.
*Nhược điểm:
- Chi phí vận hành cao
- Chi phí đầu tƣ ban đầu cao
8


`

- Yêu cầu kỹ thuật vận hành cao
- Chi phí bảo trì bảo dƣỡng cao
- Diện tích yêu cầu lắp đặt lớn

Hình 1.7: Máy lọc màng gốm của Pall
1.3.4. Máy ly tâm v i phun Brux 510 của Alfalaval
Nguyên lý hoạt động.
BRUX 510 là máy ly tâm v i phun d ng để tách men thừa thành dòng bia và
men cô đặc. Sự ly tâm (lọc tách) giữa bia và men đƣợc tạo ra bởi sự khác nhau
tỷ trọng giữa tế bào men và bia trong trống lọc của máy ly tâm. Hoạt động của
hệ thống thu hồi là liên tục khi men thừa qua máy ly tâm.

9


`

Hình 1.8: Mô tả nguyên lý hoạt động của máy ly tâm vòi phun BRUX 510
Để đạt đƣợc thu hồi chiết xuất cao nhất có thể nâng năng suất của hệ thống bằng
cách cho men qua máy ly tâm hai lần với bổ sung nƣớc khử khí (bài khí) giữa
hai lần lọc tách để rửa chiết xuất bia nhiều hơn từ men. Chỉ trong lần cuối, hoạt
động theo mẻ.

Hình 1.9: Máy ly tâm vòi phun BRUX 510 của Alfalaval
*Ưu điểm:
- Chất lƣợng bia ƣu việt và không làm tăng sự tự phân của men bia do xử lý men
nhẹ nhàng.
- Khả năng sống của men bia trong máy ly tâm là hơn 99%
10

`

- C ng máy ly tâm này đƣợc sử dụng cho men của bánh mì và cho nƣớc lên men
trong ngành công nghiệp dƣợc phẩm trong nhiều năm điều này có nghĩa rằng sự tự
phân của men không tăng lên do khả năng sống của men cao, hƣơng vị bia không
thay đổi.
- Máy ly tâm BRUX 510 hoạt động ở tốc độ cao với lực ly tâm G xấp xỉ 15,000 G ở
7488 v ng/phút, do đó lọc trọng bia cao và men còn lại trong bia thu hồi là rất nhỏ
<100.000 tế bào/ml. Trong khi đó máy ly tâm của các hãng khác hoạt động ở tốc
độ thấp với lực ly tâm G tối đa 10,000 G do vậy men còn lại trong bia thu hồi là
cao 0.5 % V/V.
- Máy ly tâm BRUX 510 với chuẩn hóa bia đầu vào, có thể hoạt động với dải lƣu
lƣợng rộng 20 - 60 hl/h, và tự động điều chỉnh độ đặc của dòng chảy vào, độ đặc
của men bia sau khi pha loãng là 30 - 45 % V/V.
- Máy ly tâm BRUX 510 với vòi phun Vortex: Sự lọc tách là liên tục và chỉ xả
cặn trong quá trình CIP để khả năng làm sạch tốt hơn, làm cho xử lý men nhẹ
nhàng và men cô đặc đầu ra ổn định cao với nồng độ chất rắn 75 - 80 % V/V.
Trong khi đó máy ly tâm ngang của các hãng khác với tối đa 25% men sống.
- Sản lƣợng bia thu hồi tăng với lọc bia lần thứ hai nhƣ một lựa chọn.
-

Kết hợp vệ sinh, CIP trực tiếp và nhiễm ôxy thấp:

- Tất cả các bộ phận tiếp xúc chất lỏng làm bằng thép không gỉ chất lƣợng cao và
đƣợc thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh cao nhất. Các khoang chứa chất rắn đƣợc
gia công ở thành của trống lọc, tránh sự tích tụ chất rắn không mong muốn và do
đó ngăn ngừa ô nhiễm vi khuẩn.
- CIP trực tiếp – không yêu cầu thiết bị CIP chuyên dụng: Hệ thống CIP trung tâm
đƣợc sử dụng để CIP máy ly tâm BRUX 510 và hệ thống. Trong khi đó máy ly

tâm của các hãng khác tổn thất trong quá trình CIP của máy ly tâm ngang là cao
hơn nhiều tất cả chất lỏng trong quá trình CIP ở tốc độ thấp mất qua đƣờng ra của
chất rắn, một số máy ly tâm tốc độ cao cũng mất qua các vòi phun bọc ngoài.

11


`

- Trống lọc đƣợc làm kín với môi trƣờng bên ngoài bằng bộ làm kín bằng nƣớc
mà cả khí CO2 và nƣớc khử khí đƣợc điền vào. Điều này loại bỏ nhiễm ôxy vào bia
ở đầu ra và giảm thiểu nhiễm ôxy trong máy ly tâm.
- Vận hành dễ dàng, tiêu thụ điện và chi phí bảo dƣỡng thấp:
- Mô đun BRUX 510 đƣợc cấu hình nhƣ một cụm hoàn chỉnh, dễ dàng lắp đặt,
vận hành và bảo dƣỡng.
- Tiêu thụ điện thấp (21 kW) và mô tơ điện của máy ly tâm đƣợc điều khiển bằng
bộ biến tần làm cho quá trình khởi động, vận hành trơn tru và ổn định.
- Phụ tùng vật tƣ của máy ly tâm BRUX chỉ là những chi tiết hao m n nhƣ:
gioăng làm kín, gioăng tr n (o-ring), v ng đệm, bộ làm kín cơ khí và v ng bi,
v/v…
* Nhƣợc điểm:
Chƣa đƣợc triển khai rộng rãi ở Việt Nam nên không có số liệu để so sánh.
1.4. Các hƣớng tận dụng nấm men bia
Việc sử dụng men bia trong trị liệu y học đã có từ rất xa xƣa, khoảng 400 năm trƣớc
công nguyên tại Ai Cập cổ đại. Tuy đã đƣợc nhận thấy có tác dụng tốt đối với sức
khỏe con ngƣời, nhƣng mãi đến thế kỷ 15, 16 men bia vẫn chƣa đƣợc sử dụng rộng
rãi. Nguyên nhân chính có thể là men bia ở dạng lỏng, dễ hƣ hỏng, khó bảo quản và
sử dụng. Đến 1930, tại Nhật Bản, nấm men bia đƣợc cô đặc xuất hiện trên thị
trƣờng dƣới dạng men khô. Khi đó men đƣợc cô đặc không quá 400C, lúc đó men
sẽ chuyển hóa thành đƣờng glucose. Tuy nhiên sau đó ngƣời ta lại thấy rằng, so với

men bia tƣơi hoặc men đƣợc sấy ở nhiệt độ thấp thì men bia đƣợc sấy ở nhiệt độ cao
(trên 1000C) cho hiệu quả cao hơn về vitamin cũng nhƣ acid amin. (Satake Kenji,
2002). Ở Châu Âu, từ nửa đầu thế kỷ 20 ngƣời Đức đã bắt đầu sử dụng nấm men
nhƣ là một chất phụ gia thực phẩm. Vào những năm 1950, ngành công nghiệp sản
xuất men chiết xuất đã bắt đầu hình thành. Đến 1974, sản phẩm men chiết xuất
thƣơng mại đầu tiên chứa 5’GMP – một nucleotide tự nhiên của RNA nấm men –
đã đƣợc sản xuất ở quy mô công nghiệp. (Eurasyp).

12


`

Hiện nay có hai phƣơng pháp xử lý nấm men bia dƣ thừa là chế biến men khô và
men chiết xuất. Khi d ng để chế biến thức ăn gia súc hay thức ăn cho nông thủy sản
nấm men có thể không cần phải tinh chế mà chỉ cần để nguyên men tƣơi và sấy khô.
Nhƣng khi d ng để chế biến ra những sản phẩm dành cho con ngƣời, nấm men cần
thƣờng phải tinh chế trƣớc để tăng thêm hƣơng vị.
Sản xuất men khô
Mục đích của việc sấy khô men tƣơi
- Để men không bị biến dạng hoặc dễ hỏng.
- Duy trì và bảo quản các thành phần của tế bào nấm men.
- Giúp bảo quản lâu dài các đặc tính của men.
- Giúp men trở nên dễ sử dụng.
- Tăng cƣờng tính hấp thụ tiêu hóa của men.
- Tiêu diệt các vi khuẩn có hại.
1.5. Các phƣơng pháp thủy phân
Bản chất của quá trình thuỷ phân protein là sự thuỷ phân liên kết peptit. Do liên
kết peptit là liên kết mạnh, thuỷ phân xảy ra trong điều kiện có xúc tác. Tác nhân
xúc tác có thể là tác nhân hoá học hoặc tác nhân sinh học. Các sản phẩm thuỷ

phân chƣa hoàn toàn thƣờng hay bị đắng. Sản phẩm bị đắng khi mức độ thuỷ
phân đạt từ 4 – 40%. Vị đắng liên quan tới các peptit chứa các axit amin kỵ nƣớc.
Vị đắng chỉ ảnh hƣởng đến tính chất cảm quan, không ảnh hƣởng đến giá trị dinh
dƣỡng. Ngày nay tế bào nấm men có thể đƣợc phá vỡ bằng phƣơng pháp hóa học,
phƣơng pháp sử dụng enzyme hay cho nấm men tự phân trong môi trƣờng nƣớc.
Tuy nhiên ngƣời ta nhận thấy khi thủy phân liên tục có bổ sung Enzyme sẽ đạt
đƣợc hiệu quả thủy phân cao hơn [18], [19].
1.5.1. Phƣơng pháp hoá học
1.5.1.1 Thuỷ phân bằng axit
Nguyên tắc: Dùng HCl nồng độ 6 – 10 N, nhiệt độ 100 – 1800C, thời gian thuỷ
phân 24 – 72 giờ. Nếu gia tăng áp suất sẽ giảm đƣợc thời gian. Sau thuỷ
phân, axit trong dịch thuỷ phân đƣợc trung hoà bằng NaOH hoặc Na2CO3 [18].
13


`

Ƣu điểm: Rẻ tiền, nhanh và hiệu suất thuỷ phân cao từ 85 – 90 %, sản
phẩm giàu axit amin và dễ bảo quản.
Nhƣợc điểm:
- Do nhiệt độ cao và nồng độ axit đặc, một số axit amin bị phá huỷ trong quá
trình thuỷ phân. Tryptophan bị phá huỷ hoàn toàn, các axit amin chứa lƣu
huỳnh bị mất 10 – 30 %. Các axit amin chứa nhóm – OH bị phân huỷ một
phần nhƣ Thr, Ser, Met, Cys.
- Chí phí năng lƣợng và thiết bị cao do phải chịu nhiệt và chống axit ăn mòn,
việc sử dụng HCl đặc độc hại và ô nhiễm môi trƣờng.
- Khi nồng độ HCl cao và nhiệt độ cao thƣờng xảy ra phản ứng giữa Cl2
hoặc HCl có trong chất béo tế bào nấm men sinh độc tố monochloropropanol và
dichloropropanol là tác nhân gây ung thƣ.
- Hàm lƣợng muối cao do quá trình trung hoà bằng NaOH. Ngƣời ta cũng có thể

thuỷ phân nấm men bằng axit H2SO4, thuỷ phân bằng axit này thì dịch sau thuỷ
phân đƣợc trung hoà bằng vôi, kết tủa CaSO4 tạo thành đƣợc lọc ra. Dịch lọc
sẽ có hàm lƣợng muối thấp hơn so với thuỷ phân bằng HCl. Tuy nhiên vị của
dịch thuỷ phân bằng H2SO4 thƣờng kém hơn dịch thuỷ phân bằng HCl.
1.5.1.2

Thuỷ phân bằng kiềm

Nguyên tắc: Dùng kiềm 4-8 N, nhiệt độ 100-1100C, thời gian 24-36 giờ.
Ƣu điểm: Thuỷ phân bằng phƣơng pháp này bảo toàn đƣợc tryptophan.
Nhƣợc điểm: Xảy ra hiện tƣợng racemic hoá nên sản phẩm thuỷ phân là
hỗn hợp racemic D, L – amino axit, làm giảm giá trị dinh dƣỡng. Ngoài ra, còn
xảy ra quá trình oxy hoá một số axit amin khác. Kiềm xúc tác cho phản ứng tạo
lysinoalanine làm giảm lysine trong dịch thuỷ phân. Vì vậy, trong sản xuất thực
phẩm ít khi dùng phƣơng pháp thuỷ phân bằng kiềm [18], [19].
1.5.2. Phƣơng pháp enzym
1.5.2.1

Phương pháp tự phân nấm men

Nguyên tắc là nấm men đƣợc hoà với nƣớc theo tỉ lệ thích hợp, giữ ở nhiệt độ
thích hợp cho hệ enzym protease có sẵn trong tế bào nấm men hoạt động phân
14


`

huỷ các thành phần của tế bào. Dịch thuỷ phân rất giàu axit amin, peptit, vitamin
nhóm B và các hydratcacbon.
1.5.2.2

Phương pháp thuỷ phân có bổ sung enzym protease

Nguyên tắc là sử dụng chế phẩm enzym protease thuỷ phân protein của nấm
men trong điều kiện thích hợp cho enzym hoạt động để tạo thành các dạng đạm
khác nhau. Phƣơng pháp này về bản chất giống phƣơng pháp tự phân, chỉ khác là
phƣơng pháp tự phân sử dụng enzym protease có sẵn trong tế bào nấm men, còn
phƣơng pháp bổ sung thêm enzym protease thì protein nấm men đƣợc kết hợp thuỷ
phân từ protease có sẵn trong tế bào nấm men và chế phẩm enzym bổ sung vào với
mục đích tăng hiệu suất thuỷ phân [18], [19].
* Ƣu điểm:
Phƣơng pháp enzym có ƣu điểm là điều kiện thuỷ phân ôn hoà, hoàn toàn không sử
dụng hoá chất, không làm biến đổi thành phần axit amin ban đầu nên an toàn cho
ngƣời sử dụng và giữ đƣợc giá trị dinh dƣỡng.
* Nhƣợc điểm:
Hiệu suất thuỷ phân tối đa của phƣơng pháp chỉ đạt 70%. Sự thuỷ phân hạn
chế do tác dụng của enzym nhất là các endoprotease từ vi khuẩn làm giải phóng ra
các peptit kị nƣớc có đính các gốc leucin và phenylalanin nên sản phẩm thuỷ phân
từ protease thƣờng có vị đắng. Tuy nhiên việc loại bỏ vị đắng hoàn toàn có thể giải
quyết đƣợc khi sử dụng phản ứng plastin hoặc serine proteinase của Bacillus
subtilis vì protease này đặc hiệu ở vị trí axit amin thơm hoặc axit amin kỵ nƣớc.
Vì vậy chúng có khả năng làm giảm vị đắng của dịch thuỷ phân. Trong thời điểm
hiện nay khi mà báo chí trong và ngoài nƣớc đề cập rất nhiều đến một số chất
độc trong thực phẩm trong đó có monochloropropanol và dichloropropanol,
monochloropropanediol... là những chất gây ung thƣ, rất độc hại cho con ngƣời
hình thành từ quá trình thuỷ phân protein bằng phƣơng pháp axit đặc thì việc sản
xuất ra sản phẩm thuỷ phân protein an toàn và giàu giá trị dinh dƣỡng bằng phƣơng
pháp enzym, và dễ tiêu hoá không chứa D-aminoacid nhƣ thuỷ phân protein
bằng kiềm là rất cần thiết.
15

`

1.5.2.3

Phương pháp thuỷ phân enzym kết hợp với axit:

Có thể thực hiện thuỷ phân bằng axit trƣớc rồi sau đó mới thuỷ phân bằng enzym
hoặc thuỷ phân trƣớc bằng enzym rồi mới thuỷ phân bằng axit [18], [19].
* Ƣu điểm :
Việc kết hợp sử dụng enzym protease và axit xúc tác quá trình thuỷ phân có ƣu
điểm là giảm thiểu hoá chất độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, rút ngắn thời
gian sản xuất, nhƣng vẫn có khả năng sinh ra độc tố.
* Nhƣợc điểm :
Yêu cầu công nghệ để loại bỏ hoàn toàn axit ra khỏi sản phẩm chi phí cao.
Chi phí vận hành lớn.
1.6. Ứng dụng của dịch thủy phân bã nấm men bia
1.6.1. Ứng dụng của dịch thủy phân nấm men làm chất điều vị
Sử dụng một lƣợng nhỏ dịch thuỷ phân nấm men vào một số thực phẩm nhƣ súp,
nƣớc xốt, trứng, snack, bánh quy,…sẽ góp phần tích cực vào việc tăng giá trị cảm
quan và giá trị dinh dƣỡng cho sản phẩm. Đây là kết quả của các axit amin và các
peptide phân tử lƣợng thấp trong dịch thuỷ phân nấm men.
Sản xuất một số sản phẩm truyền thống. Dịch thuỷ phân nấm men giàu axit amin
đặc biệt là các axit amin không thay thế, vitamin nhóm B, khoáng,… đƣợc sử dụng
để tạo rất nhiều sản phẩm thơm ngon, bổ dƣỡng nhƣ vegemite, marmite, oxo,
cenovis, recipe,… MARMITE: Sản phẩm này có xuất xứ từ nƣớc Anh, thành phần
chính của Marmite là YE. Sản phẩm dính, có dạng sệt, màu nâu, vị mạnh, cực kỳ
mặn, có vị thịt. Mùi vị của nó đƣợc so sánh với nƣớc tƣơng (xì dầu). Ngoài ra,
marmite còn có một sản phẩm tƣơng tự ở New Zealand, Úc. Marmite là món ăn

truyền thống ở Anh, đƣợc ăn với bánh mỳ, bánh bích quy. Các nhà hàng Trung
Quốc, Singapore sử dụng marmite trong các món xào thịt lợn để làm tăng vị ngọt
cho thức ăn. Nó cũng đƣợc cho vào cháo yến để bổ sung hƣơng thơm cho cháo.

16