Thiết kế nhà máy sản xuất bia năng suất 75.5 triệu lít sản phẩm năm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ
Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ

KHÓA LUẬN

TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:

Thiết kế nhà máy sản xuất bia năng suất 75,5 triệu lít sản phẩm/năm

Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Huế
Bộ môn: Công nghệ thực phẩm

NĂM 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên:
Lớp: CNTP49C
Khóa: 2015 - 2020
Ngành: Công nghệ thực phẩm
I.

TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA NĂNG SUẤT
75,5 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NĂM

II.

III.

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
Năng suất: 75,5 triệu lít sản phẩm/năm
Nguyên liệu: malt, hoa houblon, gạo, nước, nấm men
Sản phẩm: bia vàng
NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN
Lời mở đầu
Phần 1: Lập luận kinh tế và kỹ thuật
Phần 2: Tổng quan về nguyên liệu
Phần 3: Chọn và thuyết minh quy trình cơng nghệ
Phần 4: Tính cân bằng vật chất
Phần 5: Tính và chọn thiết bị
Phần 6: Tính tổ chức
Phần 7: Tính xây dựng
Phần 8: Tính tốn năng lượng
Phần 9: Tính kinh tế
Phần 10: Kiểm tra sản xuất và quản lý chất lượng sản phẩm
Phần 11: An toàn lao động và vệ sinh thực phẩm
Kết luận
Tài liệu tham khảo


IV.

V.
VI.

CÁC BẢN VẼ
1. Tổng mặt bằng nhà máy (A0)
2. Sơ đồ dây chuyền sản xuất (A0)
3. Phân xưởng nấu (A0)
4. Phân xưởng lên men (A0)
5. Phân xưởng chiết rót (A0)
6. Bản vẽ hơi – nước (A0)
NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 30/9/2019
NGÀY HOÀN THÀNH: 10/3/2020
Huế, ngày 10 tháng 04 năm 2020
Trưởng bộ môn

TS. Lê Thanh Long

Giáo viên hướng dẫn

TS. Nguyễn Văn Huế


DANH MỤC BẢNG


DANH MỤC HÌNH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CAGR

Tốc độ tăng trưởng kép mỗi năm

VSV

Vi sinh vật


MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU
Bia là một loại sản phẩm thực phẩm được con người phát hiện và sử dụng
từ lâu đời, không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Bia được sản xuất từ các
loại nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm, hoa houblon, nước, nấm men với
một quy trình cơng nghệ đặc biệt nên tạo được các tính chất cảm quan rất hấp
dẫn đới với con người như: có mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng
mịn, hàm lượng CO2 khá cao... giúp con người giải khát tớt khi ́ng. Bia là một
loại đồ ́ng có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng
calo tương đới khá lớn, trong bia cịn chứa một hệ enzyme khá phong phú, đặc
biệt là nhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylase.
Chính vì vậy cách đây 6000 năm con người đã tìm ra cách làm bia và đến
ći thế kỉ 19, nhà khoa học người Pháp Pasteur đã khích lệ các nhà nấu bia
dùng men thuần chủng để lên men bia. Cho đến ngày nay, ngành sản xuất bia
trên thế giới đã có một diện mạo mới, lượng bia sản xuất ngày càng tăng theo
nhu cầu con người. Ngành bia Việt Nam cũng đã phát triển không ngừng và tạo
được một vị thế mới. Năm 2017 với tổng sản lượng tiêu thụ bia đạt 4 tỷ lít bia
chiếm 2,1% tổng sản lượng bia toàn cầu, đứng thứ 10 thế giới và thứ 3 trong khu

vực Châu Á. Qua các số liệu này cũng đã một phần cho thấy tình hình sản xuất
và tiêu thụ bia ở nước ta. Ngành công nghiệp sản xuất bia đang trở thành một
ngành kinh tế quan trọng, sản xuất ra nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng
trong nước và xuất khẩu, đóng góp ngày càng nhiều cho ngân sách nhà nước.
Xuất phát từ nhu cầu của người tiêu dùng, ngành công nghệ sản xuất bia đã
có những cải tiến trong cơng nghệ và dây chuyền sản xuất để mang lại các loại
bia đạt chất lượng cao. Cùng với sự phát triển đó và nhu cầu thực tiễn, tơi đã
chọn đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất bia năng suất 75,5 triệu lít sản
phẩm/năm”.

8


PHẦN 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1. Tình hình tiêu thụ bia trên thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới
Ngành bia thế giới nhìn chung đã bước vào giai đoạn trưởng thành và bão
hòa, với CAGR năm 2011-2015 vào khoảng 0,7%. Cơ cấu tiêu thụ dịch chuyển
từ các quốc gia phát triển với nền văn hóa bia lâu đời sang các q́c gia đang
phát triển có ngành bia non trẻ. Tính đến năm 2015, tỷ trọng tiêu thụ bia tại
Châu Á chiếm 35% tổng sản lượng bia tiêu thụ trên toàn thế giới. Lượng tiêu thụ
bia tập trung tại các nước như Nga, Brazil, Ấn Độ, Trung Quốc… với động lực
thúc đẩy tăng trưởng trong tiêu thụ là việc tự do hóa thương mại, thu nhập đầu
người tăng và cơ cấu dân sớ có tỷ trọng người trong độ tuổi lao động cao. Đi
ngược lại với xu hướng giảm của ngành bia thế giới ngồi khu vực châu Á cịn
có Châu Phi, với lượng tiêu thụ tăng đều đặn qua các năm đi liền với bùng nổ
dân sớ và tình hình kinh tế khu vực có sự tăng trưởng mạnh. Trong giai đoạn
2015-2020, Châu Phi được dự kiến là khu vực có tớc độ tăng trưởng nhanh nhất
khoảng 5,2%/năm. Châu Á vẫn sẽ tiếp tục là thị trường tiêu thụ bia lớn nhất thế

giới với lượng tiêu thụ kỳ vọng tăng từ 63,3 tỷ lít lên 90 tỷ lít vào năm 2020.
Về tiêu thụ, Trung Quốc vẫn tiếp tục là quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất thế
giới trong năm 2015 và Việt Nam ở vị trí thứ 9. Tuy nhiên mức tiêu thụ bình
quân đầu người cao nhất vẫn thuộc về các q́c gia Tây Âu như Cộng hịa Séc,
Đức, Áo… vào khoảng hơn 100 lít/người/năm [14].
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam
Việt Nam đang là một trong những thị trường bia lớn nhất thế giới. Năm
2017, tổng sản lượng tiêu thụ bia đạt 4 tỷ lít bia chiếm 2,1% tổng sản lượng bia
tồn cầu, đứng thứ 10 thế giới và thứ 3 trong khu vực châu Á (sau Trung Quốc
và Nhật Bản). Tốc độ tăng trưởng ngành đạt 5,7% cao nhất trong nhóm 10 q́c
gia có quy mơ thị trường lớn nhất. Xét trong giai đoạn 10 năm (2007-2017),
CAGR của Việt Nam đạt 8,3% cao nhất trong nhóm này. Trong giai đoạn 20072017, quy mô thị trường Việt Nam tăng 15 bậc từ 25 lên thứ 10 thế giới.
Theo chứng khoán FPT nhận định, 2018 thì ngành bia Việt Nam có khoảng
110 doanh nghiệp sản xuất, phân bổ rộng khắp các vùng miền với sản lượng sản
xuất ước tính lên đến 4,3 tỷ lít bia, sản lượng tiêu thụ ước tính đạt 4,2 tỷ lít bia.

9


Như vậy, nhiều khả năng Việt Nam sẽ vượt qua Ba Lan để trở thành thị trường
bia lớn thứ 9 thế giới.
Tuy nhiên, tăng trưởng sản lượng của ngành bia đang có dấu hiệu chậm lại,
3 năm gần nhất tớc độ tăng trưởng đều giảm so với tăng trưởng các giai đoạn
trước. Cụ thể, giai đoạn 2007-2011 CAGR đạt 9,7%, giai đoạn 2012-2015
CAGR là 7,3%, giai đoạn 2016-2018 chỉ tiêu này chỉ còn 6,8%.

Sơ đồ 1.1. Sản lượng tiêu thụ thị trường bia Việt Nam 2007-2018 [15]
1.2. Địa điểm xây dựng, vùng nguyên liệu và thị trường
1.2.1. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy
Địa điểm xây dựng nhà máy xây dựng cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phù hợp với quy hoạch chung của tỉnh và thành phố.
- Gần vùng nguyên liệu và nhiên liệu.
- Thuận lợi về giao thông quốc gia như đường bộ, đường sắt, hải cảng, sân
bay để thuận tiện trong việc vận chuyển nguyên liệu, vật liệu và sản phẩm.
- Gần nguồn cung cấp nước, có hệ thớng thốt nước hợp lý để khơng ảnh
hưởng đến môi trường, đến sức khỏe của người dân trong vùng.
- Khí hậu thuận lợi, nằm trong vùng có địa chất ổn định.
- Gần nơi khu vực đông dân cư, nguồn lao động dồi dào, gần các trường đại
học có nguồn lực trình độ khoa học kỹ thuật cao.
- Nguồn điện sử dụng là điện lưới quốc gia.
10


- Đủ diện tích bớ trí thiết bị và khu vực trong nhà máy, sản xuất, giao thông
nội bộ thuận tiện, có đất dự trữ cho mở rộng sản xuất.
Qua q trình tìm hiểu các đặc điểm về vị trí địa lý, khí hậu, giao thơng vận
tải và các điều kiện khác về kinh tế kỹ thuật khác tôi quyết định chọn Thừa
Thiên Huế làm địa điểm đặt nhà máy bia, mà cụ thể ở đây là khu công nghiệp
Phú Bài thuộc thị xã Hương Thủy.
Thừa Thiên Huế là một tỉnh ven biển Bắc Trung Bộ, có đường bờ biển dài
120 km, nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc - Nam, trục hành lang
Đông - Tây nối Thái Lan - Lào - Việt Nam theo đường 9. Thừa Thiên Huế nằm
giữa thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh - là hai trung tâm lớn của hai
nền kinh tế phát triển nhất nước ta, là nơi giao thoa giữa điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội của hai miền Bắc - Nam. Đây là điều kiện thuận lợi để mở rộng
quan hệ, giao lưu kinh tế - xã hội với các tỉnh trong cả nước và các nước khác
trong khu vực.
Thừa Thiên Huế có một nền công nghiệp đang phát triển. Trên địa bàn tỉnh
chỉ có một nhà máy bia Huda duy nhất nằm ở khu công nghiệp Phú Bài nên
không đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người dân trong tỉnh cũng như
các tỉnh lân cận. Vì vậy việc xây dựng thêm một nhà máy bia ở đây cũng đã một

phần đáp ứng nhu cầu của người dân, cũng góp phần thúc đẩy nên công nghiệp
của tỉnh nhà phát triển mạnh hơn [16].
1.2.2. Nguồn nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt, hoa houblon, nước, mấm men.
Ngồi ra cịn có các nguyên liệu phụ và nguyên liệu thay thế khác như gạo.
Malt và hoa houblon được nhập khẩu từ các nước châu Âu như Đức, Đan
Mạch ... và được vận chuyển về chủ yếu theo đường biển qua cảng Thuận An.
Gạo thì được thu mua từ thu mua ở trong tỉnh hoặc các tỉnh lân cận và được
vận chuyển về nhà máy theo đường bộ.
Men giống: nhà máy sử dụng nấm men Saccharomyces carlsbergensis.
1.2.3. Nguồn cung cấp điện – nước – nhiệt năng
Nguồn điện: hiện nay mạng lưới điện q́c gia đã đến được trong tồn tỉnh.
Nguồn điện nhà máy có 2 trạm biến áp 110/22KV-25 MVA sử dụng được lấy từ
mạng lưới điện quốc gia chạy qua khu vực. Mạng lưới điện này cung cấp 24/24
giờ trong ngày, nhưng để đề phịng sự cớ mạng lưới, nhà máy bớ trí một trạm
biến thế và sử dụng thêm máy phát điện dự phòng.
11


Nguồn nước: được sử dụng trong nhà máy được lấy chủ yếu từ nguồn nước
của nhà máy nước cung cấp cho khu cơng nghiệp Phú Bài. Ngồi ra, trong nhà
máy cịn có các giếng bơm, nước từ giếng sẽ được bơm qua một hệ thống xử lý
riêng của nhà máy trước khi đưa vào sản xuất.
Nhiệt năng: nhà máy sử dụng hơi từ lò hơi của nhà máy. Các loại nhiên liệu
như dầu diezel, xăng... do các trạm xăng dầu của tỉnh cung cấp.
1.2.4. Nguồn nhân lực
Dân số tỉnh Thừa Thiên Huế khoảng 1154310 người (năm 2018), trong đó
người trong độ tuổi lao động 632086 người. Tỷ lệ lao động có trình độ cao
đẳng, đại học khá lớn nên đây là điều kiện thuận lợi để công ty tuyển người.
Các kỹ sư của trường đại học trong tỉnh mỗi năm rất nhiều nên trình độ chun

mơn cao, cung cấp nguồn nhân lực tiềm năng cho nhà máy. Nguồn nhân cơng
có thể tuyển chọn lao động phổ thông, học nghề ở các vùng dân cư xung quanh
để đảm bảo được yêu cầu về nơi ở, sinh hoạt giảm được chi phí đầu tư nơi ở
cho công nhân.
1.2.5. Giao thông vận tải
Nhà máy được xây dựng trong khu công nghiệp Phú Bài gần đường quốc lộ
1A, gần cảng Thuận An, gần ga xe lửa, gần sân bay Phú Bài nên sẽ rất thuận lợi
để vận chuyển, chuyên chở, tiêu thụ trong, ngoài tỉnh cũng như các nước trong
khu vực.
1.2.6. Sự hợp tác hóa
Thừa Thiên Huế nằm giữa hai miền Bắc Nam, đây là điều kiện thuận lợi
cho sự hợp tác - liên hiệp hóa giữa các khu cơng nghiệp với các tỉnh khác như
khu cơng nghiệp Hịa Khánh - Liên Chiểu - Đà Nẵng, khu công nghiệp Điện
Ngọc - Điện Bàn - Quảng Nam, khu cơng nghiệp Dung Quất - Bình Sơn Quảng Ngãi tạo ra sự đa dạng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm. Trong quá
trình sản xuất nhà máy cũng tạo ra nhiều sản phẩm như bã malt, cặn lắng, bã
nấm men sử dụng làm thức ăn gia súc, phân bón cung cấp cho ngành chăn ni,
trồng trọt.
1.2.7. Thị trường tiêu thụ sản phẩm
Thị trường tiêu thụ bia trong nước, đặc biệt là thị trường tiêu thụ tại miền
Trung trong những năm gần đây đang tăng mạnh và trong tương lai thị trường
tại đây còn tăng mạnh mẽ. Nhu cầu sử dụng bia trong các dịp lễ cưới, hỏi, tiệc,...
ngày một tăng cao.
12


Sản phẩm sản xuất ra được phân phối cho các đại lý, các nhà hàng, các cửa
hàng tiêu thụ trong tỉnh và các tỉnh lân cận trong nước. Sản phẩm được chun
chở bằng ơ tơ, nếu sớ lượng ít có thể sử dụng các phương tiện chuyên dụng khác.
Kết luận: Từ những phân tích thực tế trên thì việc xây dựng nhà máy bia
tại khu công nghiệp Phú Bài – Thừa Thiên Huế là hoàn toàn hợp lý. Với năng

suất 75,5 triệu lít sản phẩm/năm có thể đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Việc xây dựng nhà máy phù hợp với yêu cầu thực tế hiện nay.

PHẦN 2. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
13


2.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu chính để sản xuất bia bao gồm: malt đại mạch, hoa houblon,
nước, nấm men. Mỗi nguyên liệu đều nắm giữ vai trò rất quan trọng trong sản
xuất bia.
2.1.1. Malt đại mạch
Malt đại mạch được dùng trong sản xuất bia là hạt thóc đại mạch được
nảy mầm trong điều kiện nhân tạo về nhiệt độ và độ ẩm. Qua quá trình nảy mầm
một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ lại trong đại mạch, trong đó chủ yếu
là nhóm amylase.
Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hóa vừa là nguồn cung cấp tinh bột
cho q trình đường hóa. Bia được sản xuất từ malt đại mạch có mùi vị và tính
chất cơng nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ các loại malt ngũ cớc khác.
Tùy vào u cầu của q trình sản xuất mà người ta sử dụng malt vàng
hay malt đen. Malt vàng dùng trong công nghệ sản xuất bia vàng, malt đen dùng
trong cơng nghệ sản xuất bia đen.

Hình 2.1. Malt đại mạch [12]
2.1.1.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của malt đại mạch
Malt dùng trong sản xuất bia cần đảm bảo một số yêu cầu:


Chỉ tiêu cảm quan:
- Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh.

- Mùi vị: mùi vị đặc trưng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có
hương thơm đặc trưng, khơng được có mùi vị lạ.
- Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác.
14




Chỉ số cơ lý:
- Trọng lượng khô tuyệt đối: 37 – 40g/1000 hạt.
- Dung trọng: 680 – 750g/l.
- Độ ẩm: 4 - 5%.
- Hàm lượng chất chiết: 80 – 85% chất khơ.
- Thời gian đường hố: 10 – 20 phút ở 70˚C.
- Đường maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hồ tan.
2.1.1.2. Thành phần hóa học
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của malt đại mạch [3, 21]
Thành phần

Hàm lượng ( % chất khô )

Cacbonhydrat tổng số

70 – 85

Tinh bột

50 - 63

Cellulose

5-6

Hemicellulose

13,2 - 14

Đường

1,8 - 2

Hợp chất chứa nitơ

8 - 16

Chất béo
Chất khoáng
Protein

2
2-3
8 – 11

2.1.1.3. Bảo quản malt
Malt sau khi được thu mua nhập về nhà máy được chứa và bảo quản trong
các silo. Các silo phải đảm bảo cách ẩm tớt. Trong q trình bảo quản thường
xun kiểm tra chất lượng của malt. Lượng malt chứa trong các silo để bảo quản
phải đảm bảo cho việc sản xuất bia trong vịng một tháng.
2.1.2. Hoa houblon
Cây houblon có tên khoa học là “ Humulus Lupulus ”, là loại cây leo lâu

năm, thuộc họ gai dầu và được trồng chủ yếu ở các nước ơn đới.
Hoa houblon là ngun liệu chính thứ hai dùng trong sản xuất bia. Hoa
houblon gây cho bia vàng có vị đắng dễ chịu, hương thơm đặc trưng, làm tăng
15


khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học sản
phẩm, tăng khả năng kết lắng protit cao phân tử góp phần làm trong bia, đồng
thời có tác dụng sát trùng do đó kéo dài thời gian bảo quản.

Hình 2.2. Hoa houblon [13]
Trong sản xuất bia, người ta sử dụng hoa houblon dưới nhiều dạng khác
nhau: dạng hoa nguyên, dạng hoa nghiền và cao hoa. Tuy nhiên trong các nhà
máy bia không nên sử dụng 100% cao hoa để nấu bia vì sử dụng hoàn toàn cao
hoa sẽ làm cho mùi vị của bia bị giảm sút.

Hình 2.3. Hoa viên và cao hoa dùng trong sản xuất bia [13]
Cao hoa có hàm lượng chất đắng thấp nhưng có hàm lượng tinh dầu cao vì
vậy cho ći q trình nấu hoa để tránh tổn thất hàm lượng tinh dầu. Cao hoa có
thể bảo quản tốt từ 3 - 5 năm. Hoa viên là loại hoa viên màu xanh, dạng viên trụ,
có đường kính 5 mm (hàm lượng chất đắng 10%), giàu lupulin trong đó chứa
tồn bộ nhựa và tinh dầu có trong hạt lupulin. Trong quá trình nấu dạng hoa viên
này thường được cho vào 2 giai đoạn.
2.1.2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hoa


Dạng hoa cao

-

Chỉ tiêu cảm quan:
16


+

Cao hoa có dạng keo, màu vàng hổ phách.

+

Có mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi.

+

Vị đắng rõ rệt.

-

Chỉ tiêu hóa học:

+

Hàm lượng α - axit đắng: 30 %.

+

Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước. Hoa thơm rõ rệt,
vị đắng dịu.



Dạng hoa viên
Để sử dụng thuận tiện đỡ tốn kém trong thời gian bảo quản và vận chuyển,
người ta nghiền nát cánh hoa khơ thành dạng bột. Sau đó cho qua máy ép viên
định hình để thu gọn và được bọc trong giấy đặc biệt có nạp thêm khí trơ như
hoa cánh khơ. Giá trị chất lượng được tính theo α - axit đắng của hoa cánh và
hoa viên như nhau.

-

Chỉ tiêu cảm quan:

+

Hoa viên có màu xanh lá mạ, hơi vàng.

+

Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi, vị đắng dịu.

+

Hình dạng: viên đều, khơng vỡ vụn.

+

Chỉ tiêu hóa học:
Loại viên có hàm lượng α - axit đắng 8%.
2.1.2.2. Thành phần hóa học.
Thành phần hóa học của hoa houblon bao gồm nhiều chất khác nhau,

nhưng những chất có giá trị đới với cơng nghệ sản xuất bia là nước, chất đắng,
polyphenol, tinh dầu, khoáng, cellulose, chất khống. Ngồi ra hoa houblon cịn
chứa các chất khác như protein, mỡ, sáp, các hợp chất phi protein, cellulose,..
các hợp chất này có thể tham gia ít hoặc hồn tồn khơng tham gia vào q trình
sản xuất bia.

17


Bảng 2.2. Thành phần của hoa houblon [ 3, 56]
STT

Thành phần

Tỷ lệ % chất khô

1

Độ ẩm

11 – 13

2

Chất đắng

15 - 21

3

Polyphenol

2,5 – 6

4

Tinh dầu thơm

0,3 – 1

5

Protit

15 – 21

6

Cellulose

12 – 14

7

Chất khoáng

5–8

8

Các hợp chất khác

26 – 28

Chất đắng: là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon. Làm cho bia có vị
đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia. Khi hòa tan vào dịch
đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao
tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữ bọt lâu. Với nồng độ thấp các
chất đắng cũng có khả năng ức chế rất mạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính
kháng khuẩn rất cao và do đó làm tăng độ bền của bia thành phẩm.
Tinh dầu thơm: là cấu tử rất có giá trị của hoa houblon. Các hợp chất trong
tinh dầu có thể tồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen
(C5H8), hoặc dưới dạng aldehyd, ceton, rượu,… Khi hòa tan vào dịch đường,
tinh dầu tồn tại trong bia và tạo ra cho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng
và dễ chịu.
- Polyphenol:
+ Kết lắng và loại bỏ các protein cao phân tử ra khỏi dịch đường.
+ Tạo nên sức căng bề mặt giúp giữ bọt bia.
+ Kháng khuẩn, kháng nấm.
+ Tăng độ bền keo cho bia thành phẩm.
2.1.2.3. Bảo quản hoa houblon
Hoa houblon được bảo quản tớt trong mơi trường có nhiệt độ thấp (0,5 2 C), khơng có ánh sáng trực tiếp của mặt trời, bảo quản trong môi trường cách
ẩm tớt, kín khí hoặc thùng có chứa khí trơ.
o

2.1.3. Nước
18


Trong nhà máy bia, nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau, từ giai

đoạn xử lý nguyên liệu cho đến khi tạo thành sản phẩm. Trong bia thành phẩm,
lượng nước chiếm 77 - 90%. Chính vì thế, nước nấu bia khơng chỉ địi hỏi đầy
đủ các tiêu chuẩn của nước ́ng mà cịn phải có những u cầu riêng đáp ứng
với công nghệ sản xuất bia.
Yêu cầu đối với nước dùng để sản xuất bia [3, 75]:
-

Nước nấu bia phải trong śt, khơng màu, khơng có mùi vị lạ và khơng chứa các
vi sinh vật gây bệnh, có pH = 6,8 - 7,3, độ oxy hóa khơng vượt q 1 - 2 mg/l,
hàm lượng cặn không vượt quá 600 mg/l.

-

Độ cứng từ mềm tới trung bình.

-

Hàm lượng ḿi cacbonat không quá 50 mg/l.

-

Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l.

-

Hàm lượng muối clorua 75 - 100 mg/l.

-

Hàm lượng CaSO4 150 - 200 mg/l.

-

NH3 và ḿi NO2 khơng có.

-

Hàm lượng ion Fe2+ không quá 0,3 mg/l.

-

Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml.
Đối với nước dùng để sản xuất bia thì hàm lượng sắt là một thơng sớ hết
sức quan trọng. Trong dịch đường, hàm lượng sắt đủ lớn sẽ rút ngắn chu kì sinh
trưởng của nấm men làm cho sự cân bằng trong tiến trình lên men bị phá vỡ.
Hàm lượng sắt cao cịn gây cho bia có mùi vị lạ, xúc tác q trình oxy hố trong
bia làm giảm độ bền keo, ảnh hưởng không tốt tới chất lượng sản phẩm.
2.1.4. Nấm men
Nấm men là loại vi sinh vật đơn bào, không di động và sinh sản chủ yếu
bằng hình thức nảy chồi, kích thước trung bình từ 6 - 9µm.
Trong sản xuất bia nấm men được sử dụng có nhiệm vụ chuyển hóa đường
thành ethanol, CO2 và các sản phẩm khác, chính các sản phẩm này quyết định
chất lượng của bia thành phẩm. Vì vậy nấm men là một nguyên liệu cần thiết,
không thể thay thế được trong công nghệ sản xuất bia.
Người ta thường dùng hai loại nấm men: Saccharomyces cerevisiae và
Saccharomyces carlsbergensis.

19

- Saccharomyces cerevisiae: nấm men lên men nổi. Đây là nấm men thích
nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, phân bố chủ yếu ở
lớp chất lỏng trên bề mặt môi trường. Khả năng kết lắng của chúng rất kém
trong suốt thời gian lên men và thậm chí khi q trình đã kết thúc, tế bào nấm
men vẫn nổi lơ lửng trong bia non.
-

Saccharomyces carlbergensis: nấm men lên men chìm thích nghi với điều
kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp. Chúng phân bố chủ yếu ở tầng sâu
của dịch đường trong thiết bị lên men. Trong q trình lên men, chúng có xu
hướng kết lắng, chìm sâu x́ng đáy thùng. Khi q trình lên men kết thúc thì
phần lớn lượng sinh khới đã được kết lắng. Ở nhiệt độ 0°C, nấm men vẫn có khả
năng lên men [8, 32].
Các đặc tính cơ bản mong ḿn có trong chủng nấm men dùng trong sản
xuất bia:
- Tốc độ lên men nhanh.
- Sử dụng đường có hiệu quả, tạo độ cồn cao.
- Có khả năng chịu cồn, áp suất thẩm thấu, oxy, nhiệt độ và nồng độ CO 2
phù hợp với từng nhà máy.
- Có khả năng kết bơng và kết lắng tớt.
- Có khả năng sớng sót cao cho mục đích tái sử dụng.
- Sản phẩm tạo ra bao gồm các hợp chất hương và vị đặc trưng cho bia.
- Đặc tính di truyền ổn định cao.
Căn cứ vào những đặc tính mong ḿn trên, tơi chọn nấm men lên men
chìm Saccharomyces carlsbergensis.
2.2. Ngun liệu thay thế
2.2.1. Gạo
Gạo là nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia, do hàm lượng glucid cao,
khả năng chuyển hóa thành chất hịa tan tớt.
Người ta có thể thay thế với các tỷ lệ khác nhau. Tuy nhiên, tỷ lệ càng cao

thì chất lượng bia càng giảm.
Nhà máy sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế nhằm:
- Hạ giá thành sản phẩm.
20


- Chủ động nguồn nguyên liệu.
- Giúp đa dạng hóa sản phẩm.
- Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm.
2.2.1.1. Yêu cầu của gạo làm nguyên liệu thay thế
- Gạo phải có kích thước đồng nhất, màu sắc đồng nhất, khơng bị mớc,
mới, mọt, khơng có mùi lạ.
- Tỷ lệ cát sạn, tạp chất thấp (không quá 2 %).
- Độ ẩm từ 10 - 13 %.
- Độ hòa tan 75 - 85 %.
2.2.1.2. Thành phần hóa học
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của gạo[ 3, 121]
Thành phần

Hàm lượng (% chất khơ)

Tinh bột

75

Protein

6–8

Chất béo

1 – 1,5

Cellulose

0,5 – 0,8

Chất khống

1 – 1,2

2.2.1.3. Bảo quản gạo
Gạo sau khi thu mua được nhập về nhà máy, được làm sạch sơ bộ rồi chứa
trong các silo chứa gạo.
2.2.2. Đường Sacaroza
Được đưa vào sử dụng ở dạng hạt sau khi tinh luyện.
Đường được mua từ các nhà máy đường có trong tỉnh và được bảo quản
trong vòng khoảng 10 ngày.
Đường được sử dụng với vai trò là nguyên liệu thay thế cho nguồn
hydratcacbon của malt đại mạch.
Nhà máy sử dụng đường làm nguyên liệu thay thế nhằm:
-

Giảm giá thành.

-

Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị.

-

Tiết kiệm năng lượng.
21


-

Mang lại hương vị đặc trưng cho sản phẩm.
Các chỉ tiêu kỹ thuật của đường [11].
Đường để sản xuất bia là đường tinh luyện, phải đạt được những yêu
cầu sau:

-

Độ Pol: ≥ 99,8%

-

Độ ẩm: ≤ 0,05%

-

Đường khử: ≤ 0,03%

-

Hàm lượng tro: ≤ 0,03%

-

Độ màu: ≤ 30 ICUMSA
2.3. Các chất phụ gia và chất hỗ trợ kỹ thuật
Bảng 2.4. Các chất phụ gia và chất hỗ trợ kỹ thuật
Tên chất
Thời điểm sử dụng
Vai trò
- Thúc đẩy phản ứng thủy phân
- Tăng tính bền nhiệt cho α –
amylase
CaCl2
- Giai đoạn đầu của - Tăng khả năng chịu nhiệt và quá
(INS: 509)
quá trình nấu malt
trình kết lắng của nấm men
- Ngồi ra nó cịn có tác động tiêu
cực làm giảm hiệu suất trích ly các
chất đắng trong hoa và giảm độ
màu
- Điều chỉnh pH môi trường
Acid lactic
- Giai đoạn đầu của - Tạo điều kiện cho enzyme hoạt
(INS: 270)
quá trình nấu malt
động
- Điều vị sản phẩm
- Giai đoạn đầu của
- Tạo màu vàng cho bia
Caramel
q trình houblon
- Tăng độ đường của nước nha

hóa
- Trước khi kết thúc
- Kích thích sự tăng trưởng của
ZnCl2
quá trình houblon
nấm men
hóa 5 phút
Diatomit
- Dùng trong máy
(Standard và
- Bột trợ lọc giúp tăng q trình lọc
lọc ớng
Hyflo)
- Vệ sinh máy và thiết bị trước khi
NaOH
vận hành
- Vệ sinh máy và thiết bị trước khi
Oxonia
vận hành
22


PHẦN 3. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

3.1. Chọn loại bia sản xuất
Để sản xuất ra được một loại bia đủ sức cạnh tranh với các loại bia đã có
sẵn trên thị trường thì địi hỏi sản phẩm bia được tạo ra phải đáp ứng các yêu cầu
về chất lượng sản phẩm cũng như về giá cả để đáp ứng nhu cầu của người tiêu
dùng. Hiện nay bia vàng là sản phẩm được tiêu thụ nhiều nhất và trở thành
thức ́ng của đa phần người dân. Vì vậy, tơi lựa chọn sản xuất loại bia có

chất lượng cao, thuộc loại bia vàng được ưa chuộng nhất hiện nay.
Sản phẩm bia được tạo ra phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Các chỉ tiêu cảm quan:
+ Độ bọt: bia phải có lớp bọt trắng mịn khi rót bia ra cớc, ln phải có các
bọt khí li ti nổi từ đáy cốc lên bề mặt, chiều cao lớp bọt lớn hơn 2 cm, thời gian
giữ bọt khoảng 5 - 15 phút.
+ Mùi: bia có mùi vị đặc trưng, hương dịu nhẹ của hoa houblon và khơng
có mùi vị lạ.
+ Màu sắc, độ trong: bia có màu vàng rơm óng ánh, trong śt, khơng có
cặn hay bị vẩn đục.
- Chỉ tiêu hóa lý:
+ Độ đường ban đầu: 12oBx.
+ Hàm lượng cồn: 4,4 – 4,6% (v/v).
+ Hàm lượng diaxetyl: < 0,1 mg/l.
+ Độ màu tính theo tổng sớ ml I2 0,1N trung hòa 100ml bia là 0,5ml.
+ Hàm lượng glyxeryl: 0,1 – 0,2.
+ Hàm lượng axit hữu cơ: < 0,1.
+ Hàm lượng đạm tổng số (mg/100ml): 65 – 80.
+ Hàm lượng đạm formol (mg/100ml): 20 – 25.
+ Độ chua tính theo ml NaOH 1N trung hòa lượng axit trong 100ml bia là
1,2 – 1,7 ml.
23


+ Kim loại nặng: khơng có.
+ Vi sinh vật hiếu khí: khơng có.
+ Vi khuẩn yếm khí: khơng có.
+ E. Coli: khơng có.
+ Vi trùng gây bệnh đường ruột: khơng có.
+ Nấm mớc: khơng có.

3.2. Chọn phương pháp sản xuất
3.2.1. Chọn phương pháp nghiền
Nguyên liệu để nghiền gồm malt và gạo.
Để nghiền malt có 3 phương pháp thường sử dụng: nghiền khô, nghiền ẩm
và nghiền ướt.
- Nghiền khô: malt được nghiền mà không cần bổ sung thêm nước. Malt
sau khi nghiền ở trạng thái khô sẽ tạo thành bột nghiền.
Ưu điểm:
+ Chủ động được thời gian nghiền.
+ Có thể nghiền được malt có độ nhuyễn kém.
Nhược điểm:
+ Vỏ trấu bị xé vụn, khó lọc về sau và khi nghiền bụi bay ra nhiều.
- Nghiền ẩm: hạt malt trước lúc đi vào máy nghiền được phun ẩm bổ sung
thêm bằng nước nóng hoặc bằng hơi. Nếu phun ẩm bằng hơi thì nhiệt độ hơi
không vượt quá 105oC.
Ưu điểm:
+ Vỏ malt không bị xé vụn, bảo toàn trạng thái sau khi nghiền.
Nhược điểm
+ Khơng khí dễ xâm nhập vào dịch hèm tạo điều kiện cho các phản ứng
oxy hóa khơng mong ḿn xảy ra. Để khắc phục nhược điểm này, người ta nạp
đầy khí CO2 hoặc N2 vào thùng chứa malt [3].
- Nghiền ướt: nghiền ướt có tác dụng làm mềm vỏ malt, tránh cho vỏ malt
bị nghiền nát nhiều, do đó giúp cho quá trình lọc dễ dàng hơn, cũng như giảm
bớt ảnh hưởng của các chất đắng và chất chát có trong vỏ malt. Ngồi ra nhiệt

24


độ nghiền không cao nên không ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính enzyme, giúp tạo
mơi trường pH thích hợp cho dịch đường.

Ưu điểm:
+ Vỏ trấu được bảo tồn do đó rút ngắn được thời gian lọc bã khoảng 10 - 20%.
+ Có thể tăng chiều dày lớp lọc.
+ Phù hợp với thiết bị nồi lọc.
Nhược điểm:
+ Nghiền không tốt những loại malt kém nhuyễn.
+ Thiết bị phức tạp, đầu tư ban đầu lớn.
+ Khó vệ sinh thiết bị.
Qua nghiên cứu và phân tích các phương pháp nghiền trên, tơi lựa chọn
phương pháp malt là nghiền ướt bằng máy nghiền trục.
Nghiền gạo: gạo được nghiền khô bằng máy nghiền búa.
3.2.2. Chọn phương pháp nấu
Q trình đường hóa có thể thực hiện theo phương pháp tồn khới liên tục,
đường hóa gián đoạn đun sơi từng phần hoặc tiến hành hồ hóa riêng nguyên liệu
thay thế. Tuy nhiên, do nấu bia có sử dụng nguyên liệu thay thế (gạo) nên không
thể tiến hành theo phương pháp tồn khới liên tục, phương pháp này chỉ phù hợp
khi nguyên liệu 100% là malt có độ đồng đều cao. Đới với phương pháp đường
hóa gián đoạn đun sơi từng phần ngun liệu thì nồi đường hóa phải đáp ứng
u cầu có thể tích lớn, lớp bảo ôn, một nhược điểm lớn của phương pháp đó là
quá trình nấu kéo dài, tớn nhiều thời gian cho một mẻ nấu đồng thời tốn nhiều
nhiên liệu để cấp hơi đớt và bơm. Do đó để hạn chế những nhược điểm của các
phương pháp trên, tôi chọn phương pháp hồ hóa riêng gạo trong một nồi, sau đó
chuyển sang nồi malt để thực hiện tiếp tục q trình đường hóa. Nồi hồ hóa và
đường hóa có cấu tạo giớng nhau, tuy nhiên nồi đường hóa phải có kích thước
lớn hơn. Phương pháp này có thể rút ngắn được thời gian nấu nhưng vẫn đảm
bảo ngun liệu được đường hóa hồn tồn, tạo điều kiện tớt cho q trình lên
men sau này.
3.2.3. Chọn phương pháp lên men
Trong quá trình sản xuất, lên men là gian đoạn chính quyết định đến phẩm
chất của bia. Do đó, lựa chọn phương pháp lên men thích hợp sẽ tạo ra được loại

25