Thiết kế phân xưởng lên men của nhà máy bia không cồn với công suất 40 m3 dịch mẻ

LỜI NÓI ĐẦU
Bia được biết đến là một trong những thức uống lâu đời nhất trong lịch sử loài người.
Bia và rượu là những thức uống có cồn ra đời từ rất sớm, song hành cùng với sự phát triển và
tiến bộ của nhân loại. Ngoài tác dụng là một loại nước giải khát, bia còn cung cấp một lượng
dinh dưỡng cao và rất nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe, chẳng hạn như các vitamin, các
enzyme… có tác dụng chống oxy hóa và kích thích tiêu hóa. Uống bia với một lượng vừa
phải khơng chỉ có tác dụng giải khát, cung cấp dinh dưỡng, dễ tiêu hóa vừa mà còn xua tan đi
cảm giác áp lực, mệt mỏi. Chính vì những cảm quan hấp dẫn như vậy nên bia ngày càng trở
thành thành thức uống phổ biến trên tồn thế giới và ln được tiêu thụ với một lượng sản
phẩm vô cùng lớn. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp bia cũng được phát triển tử rất sớm, từ
cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX bởi người Pháp. Hai nhà máy bia đầu tiên được xây dựng ở
nước ta là nhà máy bia Hà Nội và nhà máy bia Sài Gịn. Do đặc tính về khí hậu có nhiều ngày
nắng nóng trong năm nên nhu cầu sử dụng các loại nước giải khát của người dân Việt Nam là
rất lớn. Từ đó, thúc đẩy việc phát triển, sản xuất ngày càng đa dạng và phong phú về cả số
lượng và chất lượng các loại nước giải khát trên thị trường Việt Nam. Và trong đó, bia là loại
nước giải khát được phát triển vô cùng mạnh mẽ, chiếm tới khoảng 40% thị trường tiêu thụ.
Nó cho thấy thị trường bia Việt là một thị trường có rất nhiều tiềm năng và rất đáng để đầu tư,
phát triển.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự ban hành của Chính phủ về Luật phịng,
chống tác hại của rượu bia năm 2019 cũng như Nghị định 100/2019/NĐ-CP quy định xử phạt
vi phạm hành chính trong lĩnh vực giao thơng đường bộ và đường sắt, trọng tâm là xử phạt
các vi phạm liên quan đến các vi phạm có nồng độ cồn khi tham gia giao thơng đã có những
tác động trực tiếp đến ngành công nghiệp sản xuất bia ở nước ta. Đứng trước sự khó khăn
này, đặt ra một yêu cầu về sản xuất một loại bia phù hợp với nhu cầu hiện tại, và sản xuất bia
không cồn là một lựa chọn đầy triển vọng. Bia không cồn là loại bia có nồng độ cồn cực thấp
(≤0,5% theo tiêu chuẩn Châu Âu). Xuất phát từ những triển vọng phát triển và nhu cầu thực tế
là cung cấp sản phẩm bia không cồn với chất lượng cao, giá thành phù hợp, đáp ứng được nhu
cầu thị hiếu của người tiêu dùng, trong bản đồ án này, em xin được trình bày dự án “Thiết kế
phân xưởng lên men của nhà máy bia không cồn với công suất 40 m3 dịch/mẻ” với quy
trình lên men theo phương pháp tiếp xúc lạnh (Cold contact process – CCP)
Để hoàn thành được quyển đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ, bảo ban, chỉ dẫn

nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến T.S Lê
Tuân – Người thầy đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình cho em những kiến thức về
khoa học, kỹ thuật được ứng dụng trực tiếp trong thực tế và tạo điều kiện tốt nhất để em có
thể hồn thành đồ án một cách thuận lợi.
Do còn nhiều hạn chế về kinh nghiệm và kiến thức của bản thân, nên đồ án hoàn chỉnh
của em khó tránh có những thiếu sót, em rất mong nhận được sự thơng cảm và những đóng
góp của thầy, cơ có thể giúp em hồn thiện hơn với những đồ án sau này.
Sinh viên thực hiện


MỞ ĐẦU
Bia là một trong những thức uống lâu đời nhất được biết đến trong lịch sử loài người.
Bia là một thức uống có cồn được sản xuất từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, nấm men,
hoa bia và nước. Về đặc tính cảm quan thì bia có màu sắc từ vàng đến đen, có mùi thơm của
hoa bia, một số loại bia nổi bật mùi thơm của trái cây như mùi dầu chuối, mùi quả có múi …
Bia cùng với rượu là những thức uống có cồn ra đời từ rất sớm, song hành cùng với
sự phát triển và tiến bộ của nhân loại. Ngồi tác dụng chính là một loại nước giải khát, bia còn
là một loại thức uống có giá trị dinh dưỡng cao, thơm ngon, đặc biệt trong bia cịn chứa
những hợp chất có lợi sức khỏe cho con người chẳng hạn như vitamin, enzyme …, có khả
năng chống oxy hóa và kích thích tiêu hóa. Chính vì những đặc tính vơ cùng đặc biệt của
mình, bia đã trở thành một loại nước giải khát vô cùng phổ biến ở mọi nơi trên khắp thế giới.
Bia thường được phân phối trong chai, lon hoặc đôi khi là boom – phục vụ cho các
quán ăn. Ngành công nghiệp sản xuất bia là một ngành kinh doanh toàn cầu, với sự tham gia
của nhiều tập đoàn lớn, được sản xuất ở nhiều phân xưởng từ quy mô lớn đến quy mô nhỏ, từ
các nhà máy bia thủ công đến các nhà máy bia hiện đại. Ngày này, đời sống xã hội ngày càng
được nâng cao kéo theo mức sống tăng lên, nhu cầu của con ngươi về các loại thức uống cũng
từ đó phát triển đa dạng và phong phú, đặc biệt đối với các loại đồ uống có cồn được ưa
chuộng và phổ biến khắp mọi nơi như là bia và rượu. Đó chính là lý do vì sao ngày càng có
nhiều loại bia được sản xuất để đáp ứng thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng. Sự phát
triển của bia gắn liền với tên tuổi của những hãng bia lớn trên thế giới Heineken (Hà Lan),

Heniger (Đức), Carlberg (Đan Mạch), Foster (Úc), Tiger (Singapore)… với tổng sản lượng
hàng tỷ lít mỗi năm, đã tạo ra một lượng lớn công việc và thu về những nguồn lợi nhuận
khổng lồ.
Ở Việt Nam, bia được định nghĩa: “Là loại đồ uống lên men có độ cồn thấp, được làm
từ nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa hulblon, nấm men và nước”. Việt Nam luôn được
coi là một thị trường có rất nhiều tiềm năng phát triển đối với các doanh nghiệp sản xuất bia
cả trong và ngoài nước. Sự cạnh tranh ngày càng khốc liệt khi ngày càng có nhiều thương
hiệu ngoại tìm kiếm cơ hội ở thị trường Việt Nam.Với những tiềm năng và lợi thế sẵn có,
ngành cơng nghiệp bia ở nước ta hứa hẹn sẽ cịn phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến
lớn trong tương lai gần.
Nhiều nghiên cứu đang cho thấy uống bia vừa bải mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho
sức khỏe, chẳng hạn như giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, mức cholesterol trong máu, tiểu
đường, lỗng xương, sa sút trí tuệ. Tuy nhiên, những lợi ích về sức khỏe của việc uống bia bị
hạn chế bởi nồng độ cồn và năng lượng mà nó cung cấp. Và vì lí do này, bia khơng cồn đã
được ra đời và phát triển. Ngày nay, bia không cồn đang là một phân khúc phát triển nhanh
chóng của thị trường bia trên tồn thế giới. Quy mơ thị trường bia khơng cồn tồn cầu năm


2019 ước tính là 9,6 tỷ USD và dự kiến đạt 35,6 tỷ USD vào năm 2030 với tố độ tăng trưởng
hàng năm là 8,1%.
Ở Việt Nam, vào năm 2020 và nửa đầu năm 2021 do phải chịu sự ảnh hưởng lớn từ
đại dịch COVID-19 và sau khi Chính phủ ban hành nghị định 100 về nồng độ cồn khi tham
gia giao thông, lượng bia được tiêu thj trong nước đã giảm đi tương đối rõ rệt. Nhận thức
được những ảnh hưởng trên, bia không cồn ở nước ta đã được quan tâm phát triển sản xuất và
đưa vào thị trường tiêu thụ. Bia không cồn cũng là một loại bia nhưng với nồng độ cồn cực
thấp (≤0,5%, theo tiêu chuẩn Châu Âu). Nguyên liệu và quá trình sản xuất của bia không cồn
được xem như tương tự với sản xuất bia truyền thống, ngoại trừ trước khi được đưa ra tiêu
thụ, sản phẩm này phải trải qua giai đoạn xử lý cồn.
Mặc dù, ở Việt Nam bia không cồn vẫn chưa phải là một loại thức uống phổ biến và
được u thích so với bia truyền thống nhưng nó ngày càng được đón nhận và quan tâm bởi

những lợi ích của nó phù hợp với nhiều đối tượng, chẳng hạn như: người điều khiển các
phương tiện tham gia giao thông, các vận động viên, những người tham gia công việc vận
hành máy móc hoặc những người đang ở trong điều kiện khơng thể tương thích với việc uống
các đồ uống có cồn (phụ nữ mang thai, người đang uống thuốc).
Tại thị trường Việt, đa số sản phẩm bia không cồn được nhập khẩu với giá thành đắt
đỏ nhưng chưa được người tiêu dùng ưa thích vì hương vị khơng phù hợp. Vì vậy thị trường
bia khơng cồn ở Việt Nam đang có tính cạnh tranh thấp và có rất nhiều tiềm năng để phát
triển cho các doanh nghiệp trong tương lai. Xuất phát từ những điều kiện và tiềm năng của bia
khơng cồn em xin phép được trình bày đề tài: “Thiết kế phân xưởng lên men của nhà máy
sản xuất bia không cồn với công suất 40 m3 dịch/mẻ”.


CHƯƠNG I. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
1. Lựa chọn nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu trong sản xuất bia là thành phần thiết yếu cần được chú trọng về các yêu cầu
công nghệ ngay từ việc lựa chọn vì chất lượng của nguyên liệu tốt hay xấu sẽ ảnh hưởng đến
chất lượng của bia.
Các nguyên liệu chính để sản xuất bao gồm: Malt đại mạch, hoa houblon, nước, nấm men
và một số nguyên liệu phụ trợ khác như acid, bột trợ lọc, chất sát trùng, chất tẩy rửa…

1.1 Malt đại mạch
Malt là nguyên liệu đóng vai trị hàng đầu và khơng thể thiếu trong sản xuất bia.
Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia. Đại mạch thuộc họ Hordeum
Sativum, một số ít thuộc họ H. Muvium, H.Jubatum. Đại mạch thường dược gieo trồng vào
mùa đông hay mùa xuân, được trồng nhiều ở Nga, Mỹ, Canada, Pháp …
Malt là sản phẩm được chế biến từ các loại hạt hòa thỏa như đại mạch, tiểu mạch,
thóc, ngơ v.v sau khi cho nảy mẩm ở điều kiện nhân tọa và sấy đến độ ẩm nhất định với điều
kiện bắt buộc
- Vai trò của malt đại mạch trong sản xuất bia:

Mọi thành phần của malt đều được ứng dụng với các vai trò thiết yếu riêng biệt ở các
mức độ khác nhau trong suốt quá trình chế tạo thành phẩm từ ngun liệu thơ ban đầu. Cụ thể
là:
- Cung cấp toàn Bộ glucid (chủ yếu dưới dạng tinh bọt) để chuyển hóa thành đường,
và từ đường chuyển hóa thành cồn và các chất khác. Để giảm giá thành, người ta có thể sử
dụng ngũ cốc làm thế liệu với một lượng tối đa là 50% chứ khơng thể thay thế hồn tồn malt.
- Trong malt chứa enzyme amylase để thủy phân tinh bôt. Nếu sử dụng thế liệu thì
lượng enzyme này cung cấp khơng đầy đủ và ta cần phải bổ súng enzyme từ bên ngoài vào.
- Malt cung cấp khá đủ lượng protein và có chứa hệ enzyme protease để thủy phân
chúng. Trong giai đoạn ươm mầm, hệ enzyme này được hoạt hóa mạnh mẽ. Khi chuyển sang
giai đoạn nấu, chúng thủy phân protein tạo thành các phức chất có khả năng giữ CO2 tốt, tạo
vị bia đặc trưng.
- Vỏ malt chủ yếu là xenlulose và polyphenol (chất chát, chất đắng …) có vai trò tạo
lớp lọc phụ lý tưởng khi lọc bã malt, làm trong dịch thủy phân, góp phần làm tăng độ bền hóa
lý cho bia thành phẩm.
Người ta sản xuất malt đại mạch từ hạt đại mạch. Đại mạch thuộc nhóm ngũ cốc và
được chia thành 2 loại đó là:
+ Đại mạch hai hàng
+ Đại mạch đa hàng – gồm đại mạch 4 hàng và 6 hàng.


Ở đây thì loại đại mạch hai hàng có hàm lượng chất tan cao hơn, ít vỏ hơn và có ít các
chất polyphenol cũng như các chất đắng nên thường được lựa chọn để sản xuất malt phục vụ
cho các nhà máy bia. Và để phù hợp và đáp ứng nhu cầu sản xuất thực tế, nhà máy quyết định
chọn sử dụng đại mạch hai hàng.
Hạt đại mạch sau khi được ngâm và ươm mầm sẽ thành hạt malt tươi, malt tươi này sẽ
được đem đi sấy, tách rễ và đánh bóng, cuối cùng thu được malt khơ tiêu chuẩn có thể bảo
quản trong điều kiện dài ngày ở nhiệt độ 12-13oC.
Hiện này hầu hết các cơ sở sản xuất bia ở Việt Nam đều sử dụng những loại malt được
nhập khẩu từ Úc, Pháp hoặc một số nước Châu Âu như: Cộng hòa Liên bang Đức, Đan

Mạch…
Để đảm bảo những yêu cầu về mặt sản xuất, malt lựa chọn cần phải đạt tối thiểu những
yêu cầu chỉ tiêu như bảng sau:
Bảng 1.1 Các chỉ tiêu của malt
(Tham khảo từ ISO chỉ tiêu của malt Pháp/malt Châu Âu
Đại mạch hai hàng, mùa xuân)
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Màu vàng rơm, óng ánh (Với malt
đen thì có màu sẫm)
Khoảng 70-75% số hạt có mầm
dài từ 2/3 đến ¾ chiều dài hạt

Màu sắc

1

Mùi thơm tự nhiên đặc trưng, vị
ngọt nhẹ, dịu, khơng có mùi ẩm
mốc khơng bị mối mọt, bao bì
ngun vẹn.

Chỉ tiêu cảm quan
Mùi vị

Dung trọng

g/l

Cho phép 0,5% hạt gãy vỡ, 1%
tạp chất khác
>560

Độ hịa tan
tuyệt đối

%

>80

%
%

<5.5
>78

g/1000
hạt

>36

EBC

3.5 – 5.5

Độ sạch

2

Chỉ tiêu hóa lý

Tiêu chuẩn

Độ ẩm
Độ trích ly
Trọng lượng
tuyệt đối
Độ màu
pH của dịch
thủy phân
Hoạt lực
diastase

5.7 – 6.2
o

WK

300 50


Từ những đặc điểm đã nêu trên, nhà máy quyết định lựa chọn sử dụng malt được nhập
khẩu từ Pháp và Úc.

1.2 Hoa Houblon
Hoa houblon (hay còn gọi là hoa bia) là nguyên liệu cơ bản quan trọng thứ hai sau malt

trong sản xuất bia. Hoa houblon có tác dụng tạo vị đắng dịu, mùi thơm đặc trưng cho bia,
ngoài ra còn làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, giúp tăng độ bền keo và ổn định thành phần
sinh học của bia.
Cây Houblon có tên khoa học là “Humulus Lupulus” – thuộc họ Cannabimaceae, là một
loài thân leo thuộc hàng urticaee, họ morace. Các hợp chất có giá trị ứng dụng cao trong hoa
bao gồm: chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm. Vì vậy mà trong sản xuất bia chỉ sử dụng
hoa cái bởi chúng chiết ra nhiều vị đắng và các loại itnh dầu chủ yếu ạo nên các chất thơm tỏn
bia.
Có hai loại hoa houblon: Hoa bia đắng và hoa bia thơm.
Bảng 1.2 Các chỉ số của hoa bia đắng và hoa bị thơm.
Chỉ số
α-axit đắng
β-axit đắng
Tổng số polyphenol

Hoa thơm
4–8%
2,5 – 4,5 %
4-6 %

Hoa đắng
12 – 17 %
4–6%
2–4%

Bảng 1.3 Thành phần của hoa houblon
STT
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11

Thành phần
Nước
Nhựa đắng tổng số
Tinh dầu
Tanin
Monosaccarit
Pectin
Amino acid
Protein
Liqid và sáp
Chất tro
Cellulose, logmin và các chất khác

Hàm lượng (%)
10 – 11
15 – 20
0,5 – 1,5
2–5
2
2
0,1

15 - 17
3
5-8
40 - 50

Các loại chế phẩm hoa houblon:
- Hoa cánh: Hoa houblon tươi, nguyên cánh sau khi thu hoạch được sấy đến độ ẩm
<13%, được phân loại rồi xông hơi ép chặt thành bánh, bọc kín trong các loại giấy đặc biệt để
thuận tiện vận chuyển và lưu kho.
- Hoa viên: Hoa houblon sau khi xử lý sơ bộ, được nghiền và ép thành các viên nhỏ,
xếp vào các túi polyetylen hàn kín miệng để tiện cho việc bảo quản cũng như vận chuyển. có
ba dạng hoa viên là type 90, type 45 và loại isomer hóa.


- Cao hoa: Hoa houblon sơ chế qua công đoạn xay, sàng dược đưa vào dây chuyền
trích ly α-axit và tinh dầu thơm bằng dung môi hữu cơ (etanol, CO2 lỏng...). Dung mơi trích ly
sau đó được cho bay hơi để lại α-axit dạng cao sệt,có màu xanh cỏ úa, có mùi thơm đặc biệt,
vị đắng rõ rệt, hàm lượng α-axit đắng là 50%. Chế phẩm bảo quản trong các hộp hoặc chịu
nơi khô ráo, sạch, ở nhiệt độ thấp khoảng 2 -4oC.
Để áp dụng cho quy trình sản xuất bia không cồn trong đề tài này, em chọn sử dụng
hoa viên và cao hoa để tiết kiệm chi phí trong quá trình vận chuyển và bảo quản.

1.3 Nước
Thành phần chính của bia là nước (chiếm khoảng 90 – 95 %) nên nguồn nước và tính chất
đặc trưng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến đặc trưng của bia. Quá trình sản xuất bia cần một
lượng nước rất lớn, nước được sử dụng rộng rãi trong tất cả các khâu, góp phần hình thành
nên hương vị của bia, bởi vậy nước dùng trong sản xuất bia phải có chất lượng tốt, đáp ứng
được các chỉ tiêu quan trọng:
- Nước phải đảm bảo yêu cầu an toàn vệ sinh thực phẩm.
- Nước phải trong suốt, không màu, không mùi, không vị, khơng có tạp chất cơ học.

- Nước có thể được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau như: nước mặt (nước sông, hồ),
nước ngầm hay nước được xử lý và được cung cấp bởi một công ty khác.
Nước được đưa vào sản xuất cần phải xử lý để đạt các tiêu chuẩn sau:
Bảng 1.4 Tiêu chuẩn của nước trong sản xuất bia
STT

Tiêu chuẩn

1

Vật lý

2

Vi sinh vật

3

Hóa học

Đặc điểm
Trong suốt, khơng màu, không
mùi, không vị
Độ trong
pH
Chỉ số E. coli
Cầu khuẩn đường ruột
Kiềm tổng
Độ cứng tổng
Hàm lượng Mg2

Nước mềm có hàm lượng Fe2
Hàm lượng Ca2 (sau khi đã được
bổ sung)
Hàm lượng ClKim loại nặng và VSV
…

Thơng số
≤ 0,5 EBC
6,6-7,2
Khơng có
Khơng có
30-60 mg/L CaCO3
1-6oGH
≤ 20 mg/L
< 0,05 mg/L
30 – 80 mg/L
< 38 mg/lít
Theo QCVN
01:2009/BYT
…

Khi nước không đạt tiêu chuẩn để sản xuất bia thì phải xử lý. Xử lý nước bao gồm:
Lắng và lọc, làm mềm nước và cải tạo thành phần sinh học, hóa học của nước.

1.4 Nấm men


Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới
tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Tại quá trình này, dịch lên men
sau khi đã chuyển hóa cịn xảy ra rất nhiều q trình sinh hóa, sinh lý, hóa lý và lý học phức

tạp.
Những q trình này đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc ổn định thành phần và
đảm bảo chất lượng cho bia. Do đó, việc lựa chọn chủng nấm men là đặc biệt quan trọng đối
với quá trình sản xuất bia. Tùy thuộc vào đặc tính sinh dưỡng của từng loại nấm men mà bia
sau q trình đường hóa sẽ có những mùi vị đặc trưng khác nhau.
Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các lồi thuộc chủng Saccharomyces. Chúng
có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các lọa đường
hòa tan, các hợp chất nitơ (acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng… qua màng
tế bào. Sau khi nấm men hấp thụ các chất dinh dưỡng thì hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà
đặc trưng là q trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thành những dạng cần thiết
cho quá trình phát triển và lên men sẽ được tiến hành.
Hai giống men chính thường được lựa cọn để sản xuất các loại bia khác nhau là: men ale
(Saccharomyces cerevisiae) dùng để lên men nổi và men lager (Saccharomyces
carlsbergensis) dùng để lên men chìm.
Phân xưởng lên men trong đề tài này sử dụng men lager (Saccharomyces carlsbergensis)
để lên men chìm.
Ngồi ra các ngun liệu phụ trợ khác cũng được dùng trong quá trình lên men và sản
xuất bia: Acid, bột trợ lọc, các chất tẩy rửa, chất sát trùng …

2. Lựa chọn phương án cơng nghệ
Lên men
Mục đích: Lên men chính để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành rượu etylic,
CO2 dưới tác động của nấm men. Ngoài ra còn tạo các sản phẩm phụ khác làm tăng hương vị
cho bia.
Bảng 1.5 So sánh các phương pháp lên men bia
Phương pháp

Lên men cổ điển
- Sản phẩm thu được có
nhiều hương vị, hương vị

đậm đà, thơm ngon hơn.

Ưu điểm

Nhược điểm

- Tốn diện tích, thiết bị, kinh
phí.
- Chu kỳ lên men dài, năng
suất giảm.
- Khi chuyển thiết bị gây tổn

Lên men hiện đại
- Thời gian lên men ngắn
hơn, tăng năng suất.
- Tiết kiệm chi phí và diện
tích.
- Vận hành đơn giản, dễ tự
động hóa.
- An tồn và vệ sinh tốt,
tránh sự oxy hóa bia.
- Chất lượng sản phẩm
khơng bằng với phương
pháp lên men cổ điển.


thất, bia dễ bị oxy hóa.
Dựa vào ưu nhược điểm của hai phương pháp trên, phân xưởng lên men của nhà máy
quyết định chọn phương pháp lên men hiện đại, sử dụng thiết bị thân trụ đáy côn.

2.1 Lựa chọn chủng nấm men
Trong sản xuất bia có hai chủng nấm men được sử dụng phổ biến là:
- Saccharomyces cerevisiae: Dùng cho phương pháp lên men nổi (phương pháp lên
men bề mặt).
- Saccharomyces carlsbergensis: Dùng cho phương pháp lên men chìm.
Saccharomyces carlsbergensis lên men ở nhiệt độ tương đối thấp và lắng xuống đáy
thùng lên men ở giai đoạn cuối của q trình, trong khi S. cerevisiae khơng lên men được ở
nhiệt độ thấp, nổi trên bề mặt và trong dịch lên men, bên cạnh đó thì loại nấm men này không
lên men được đường melibioza.
Phân xưởng lên men của nhà máy sử dụng phương pháp lên men chìm với chúng nấm
men S. carlsbergensis do có nhiều ưu điểm nổi bật như:
- Bia thành phẩm có độ bền sinh học cao hơn
- Khả năng tạo bọt và giữ bọt tốt hơn
-Nấm men lắng xuống đáy, tiết kiệm thời gian và chi phí cho q trình lọc ở giai đoạn
sau lên men.

2.2 Lên men sản xuất bia khơng cồn
Mục đích của q trình: Nấm men được cấp vào dịch đường đã được nấu ở giai đoạn
trước để thực hiện quá trình lên men chuyển hóa dịch đường thành bia và hạn chế sự tạo thành
nồng độ cồn trong bia.
Có bốn phương pháp lên men phổ biến, được nghiên cứu để tạo ra nồng độ cồn thấp
trong bia (<0,5%). Mỗi phương pháp có cách tiến hành, ưu và nhược điểm khác nhau.
Bảng 1.6 Các phương pháp lên men sản xuất bia không cồn
Phương
pháp

Các chủng
nấm men đặc
biệt

Lên men tiếp
xúc lạnh
(Cold contact
fermentation)

Tiến hành

Ưu điểm

Nhược điểm

- Sử dụng các chủng
nấm men như
Saccharomycodes
ludwigii không tiêu thụ
maltose.
- Biến đổi gen của nấm
men để ức chế việc tạo
ra etanol.
- Lên men ở nhiệt độ từ
0 – 1oC trong khoảng
thời gian từ 24 – 100
giờ.

- Sử dụng các thiết bị
lên men tiêu chuẩn
thông thường.
- Đạt được nồng độ
ethanol vào 0.05 % v/v.

- Sản phẩm cuối cùng
có nồng độ đường cao
(ngọt)

- Sử dụng thiết bị lên
theo tiêu chuẩn thông
thường.
- Giảm sự tạo thành của
các hợp chất cacbonyl.

- Quá trình biến đổi
của amino axit thành
aldehit.
- Q trình biến đổi
khơng hồn tồn của


Lên men bắt
giữ

Lên men cố
định nấm
men

- Quá trình lên men có
thể dừng lại bằng cách
loại bỏ các tế bào nấm
men hoặc bằng cách
làm lạnh nhanh chóng
dịch lên men.

- Cố định nấm men trên
vật liệu mang vĩ mơ dựa
tên đặc tính bản chất
của tế bào nấm men và
sự trợ giúp của công
nghệ.
- Lên men ở nhiệt độ 2
– 4oC

Tạo thành các hợp chất
có mùi thơm của bia.
- Đạt được nồng độ
ethanol 0.05 % v/v.
- Sử dụng thiết bị lên
men theo tiêu chuẩn
thông thường.
- Rút ngắn thời gian lên
men.
- Giảm lượng aldehit
bởi sự tiêu thụ của nấm
men
- Tạo thành những
hương thơm mới.
- Nâng cao việc tiêu thụ
các nguyên liệu đầu
vào.

Strecker Aldehit (tạo
nên các mùi thơm đặc
biệt).

- Hạn chế sự tạo thành
của các hợp chất có
hương vị đặc trưng
cho bia.
- Ít hương vị so với
bia truyền thống.
- Q trình lên men
rất khó để kiểm sốt.
- Giá thành chất mang
cố định cao.
- Có nguy cơ bị nhiễm
cao hơn so với các
phương pháp khác.
- Yêu cầu thiết bị lên
men liện tục.

Dựa vào những ưu và nhược điểm của các phương pháp trên, phân xưởng lên men của
nhà máy chọn phương pháp lên men là phương pháp tiếp xúc lạnh (Cold contact
fermentation – CCF).

2.3 Lọc trong bia
Bia sau khi kết thúc quá trình lên men phụ vẫn cịn sót lại các cặn xác nấm men, và
các chất kết tủa khác. Để đảm bảo chất lượng, hương vị, và độ an toàn của sản phẩm, ta cần
phải tiến hành làm trong bia bằng cách loại bỏ những cặn này ra khỏi bia, giúp bia tăng độ
bền và ổn định các thành cơ học.
Các thiết bị đang được sử dụng phổ biến trong quá trình lên men là: Máy lọc nến, máy
lọc khung bản và máy lọc đĩa.
1.7 Đặc điểm của các thiết bị lọc trong bia
Thiết bị

Đặc điểm

Ưu điểm

Nhược điểm

Máy lọc
nến

- Thiết bị hình trụ, đáy cơn,
thẳng đứng.
- Các ống lọc được gắn vào cùng
một tấm vỉ ngăn cách dịch đã lọc
và dịch chưa lọc.
- Bia và bột trợ lọc được bơm
vào thiết bị, bột sẽ phủ lên trên
bề mặt cột lọc.
- Kết tủa và cặn được giữ lại
phía ngồi, bia đi vào trong cột
lọc và đi ra ngồi.

- Hiệu suất lọc cao.
- Bền, ít phải thay
thế.
- Dễ lắp đặt, có thể
tự động hóa.
- Chi phí đầu tư
không quá cao.
- Tránh nhiễm tạp.

- Cấu tạo phức tạp,
nhạy cảm với sự tăng
áp suất đột ngột
- Khó tăng năng suất.
- Chu kỳ lọc ngắn, tốn
nhiều nước.
- Khó vệ sinh và sửa
chữa.

Máy lọc
khung

- Gồm nhiều khung bản được ép - Bề mặt lọc rất - Chất lượng lọc
sát với nhau.
lớn.
không ổn định.
- Ngăn cách nhau bỏi các tấm - Dịch lọc trong.
- Dễ bị nhiễm tạp.


bản

Máy lọc
đĩa

giấy lọc phủ cả hai phía của bản, - Các tấm bản dễ
trên bề mặt giấy lọc có phủ bọt dàng tháo lắp, dễ
trợ lọc.
thay thế.
- Vận hành đơn

giản.
- Cấu tạo hình trụ, có một trục - Giảm khả năng
rỗng gắn nhiều đĩa.
nhiễm tạp.
- Trên đĩa có nhiều rãnh để phủ - Giảm thiểu nhân
bột trợ lọc.
công và chi phí
- Bia được lọc theo trục rỗng đi mua vải lọc.
ra ngồi.

- Tốn chi phí cho vải
lọc.

- Chu kỳ lọc ngắn.
- Vệ sinh khó khăn.
- Chi phí cao nhất
trong ba loại thiết bị.
- Có thể bị nhiễm bột
trợ lọc vào bia.

Trong q trình lọc có thể bổ sung các tác nhân làm bền keo bia như silicagel,
polyvinylpulypirolidol (PVPP) để hạn chế sự hình thành kết tủa keo và kéo dài thời gian sử
dụng cho bia thành phẩm.
Từ những đặc điểm, ưu, nhược điểm của các loại thiết bị lọc, phân xưởng lên men của
nhà máy sản xuất bia không cồn quyết định chọn thiết bị lọc nến làm thiết bị lọc cho quá trình
lọc trong bia.

3. Sơ đồ quy trình cơng nghệ q trình lên men

3.1.1 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

3.1.2 Chuẩn bị men giống
Chuẩn bị men nhằm mục đích tạo nấm men đủ về số lượng và chất lượng, đảm bảo
cho quá trình lên men đạt hiệu quả cao.


Nấm men giống có thể được lấy từ hai nguồn chính là:
-

Nấm men được nhân giống

-

Tái sử dụng men sữa

- Nhân giống
Nấm men cấp cho quá trình lên men được lấy từ chủng gốc, hoạt hóa, và trải qua hai
giai đoạn nhân giống: nhân giống trong phịng thí nghiệm và nhân giống trong sản xuất.
Giai đoạn nhân giống trong phòng thí nghiệm
Chủng nấm men được sử dụng là S. carlsbergensis
- Hoạt hóa giống: Cấy giống được bảo quản vào bình tam giác 20 ml trong 24 h tại
nhiệt độ 30oC.
- Giai đoạn nhân giống:
Chuyển giống trong bình tam giác 20 ml sang bình tam giác 200 ml rồi chuyển sang
bình 2000 ml và thiết bị nhân giống 20 lít. Hạ dần nhiệt độ nuôi cấy xuống 18 – 20 oC, mỗi
giai đoạn nuôi cấy trong 24h.
Giai đoạn nhân giống trong sản xuất
- Chuyển giống từ bình 20 sang thiết bị nhân giống cấp 1 – dung tích 200 lít (sục khí
3h/lần) từ 24 – 36 h.
- Từ thiết bị nhân giống cấp 1 chuyển sang thiết bị nhân giống cấp 2 – dung tích ni
cấy 2000 lít. Tiếp tục ni cấy với các điều kiện nuôi cấy tương tự như trong quá trình nhân

giống ở thiết bị nhân giống cấp 1, với môi trường nuôi cấy là dịch đường sau nấu hoa (dịch
dùng cho quá trình lên men). Sau khi kiểm tra mật độ tế bào nấm men đạt khoảng 30.106 tế
bào/ml là đạt yêu cầu.
Men giống đối với quá trình lên men sản xuất bia khơng cồn có điểm khác biệt so với
sản xuấ tbia bình thường ở mật độ tế bào cao khoảng 30.10 6 tế bào/ml hoặc cao hơn, cịn lại
các đặc tính khác đều tương tự như quy trình sản xt bia thủ cơng.
- Tái sử dụng men sữa
- Đối với men sữa thì khơng được nhiễm tạp, men sữa có thể được tái sử dụng từ 6 – 8
lần tùy vào chất lượng của nấm men. Sau khi lên men chính, tiến hành xả men đáy. Nấm men
được chia thành 3 lớp, gồm: lớp dưới cùng là lớp men đáy thường là xác tế bào nấm men, lớp
nấm men ở đỉnh là nấm men còn non hoặc chất lượng không cao nên lắng chậm, thường được
thu làm thức ăn cho gia suc, chỉ có lớp nấm men ở giữa, có màu trắng ngà là nấm men được
coi là sạch, đạt chất lượng để có thể tái sử dụng.
Để tái sử dụng nấm men sữa cần được trải qua giai đoạn xử lý và bảo quản ở nhiệt độ
từ 2 – 4oC sau khi rút ra. Thời gian bảo quản men sữa là không quá 3 ngày để có thể sử dụng
tiếp.
3.1.3 Q trình lên men chính
Q trình lên men chính sử dụng phương pháp lên len là phương pháp tiếp xúc lạnh
(Cold contact fermentation – CCF)


Quy trình lên men tham khảo từ sáng chế của nhà khoa học người Đan Mạch – Fritz
Schur được công bố vào năm 1988.
- Sau khi vệ sinh tank lên men và đường ống, khí nén CO 2 đã khử trùng được bơm từ
đáy tank lên men vào tank, đồng thời van trên đỉnh đươc mở để đuổi khơng khí có trong tank
lên men để tránh hiện tượng nhiễm tạp trong q trình lên men có thể xảy ra.
- Mở đáy tank lên men và mở van cấp dịnh dưỡng đã đượcdịch đường làm lạnh, và bổ
sung đầy đủ oxy, bơm đẩy dịch lên men vào trong tank lên men, đồng thời, mở van cấp giống
để nấm men đi vào tank lên men cùng với dịch lên men.
- Cho toàn bộ lượng nấm nen sử dụng cho cả quá trình lên men vào mẻ dịch đầu tiên

với tỷ lệ cấp giống là 5 %. Bổ sung enzyme maturex với một lượng thích hợp để làm giảm
hàm lượng tạo thành diacetyl và giảm thời gian ủ chin bia.
Tiến hành lên men:
- Giữ nhiệt độ tank lên men ở 1 oC đặt ở chế độ lên men. Áp suất dư trong tank được
đặt ở 1 Bar. Dịch lên men trong quá trình vận chuyển vào tank lên men đã được hạ nhiệt độ
xuống 1oC để phù hợp với điều kiện lên men. Độ đường của dịch trước lên men là 6 oBx, mật
độ tế bào từ 30.106 TB/ml dịch, giá trị pH khoảng 4.0.
- Trong khoảng thời gian từ 4 ngày sau khi cấp giống, quá trình lên men diễn ra rất
mạnh mẽ, nhiệt lượng và lượng CO2 tỏa ra là nhiều, nên cần phải cung cấp thêm glycol để làm
lạnh và tiến hành bão hòa thu hồi CO2 sử dụng cho các giai đoạn sau của quá trình sản xuất.
Nhiệt độ trong quá trình lên men được duy trì ở 1oC. Khi lượng đường hòa tan trong dịch lên
men xuống 4 – 5oBx thì nấm men bắt đầu lắng, CO2 sinh ra ít hơn. Nấm men có xu hướng kết
dính lại với nhau và kéo theo cả những phần keo tụ của protein, tannin, nhựa đắng hoa
houblon… lắng xuống đáy. Khi lượng đường trong thiết bị lên men cạn kiệt, nấm men ngừng
các hoạt động và lắng xuống đáy. Khi hàm lượng diacetyl giảm xuống khoảng 0,15 mg/l thì
kết thúc quá trình lên men chính, chuyển sang q trình lên men phụ. Quá trình lên men phụ
thực hiện trong cùng thiết bị với q trình lên men chính.
- Hạ nhiệt độ của thiết bị lên men xuống nhiệt độ 0 oC, nấm men bắt đầu lắng xuống
dưới đáy thiết bị, cho đến khi lắng gần hết, quá trình lên men gần như dừng lại. Sau khi nấm
men đã kết lắng toàn bộ, tiến hành rút men. Nấm men kết lắng dưới đáy tank được chia thành
3 lớp, sẽ lần lượt được lấy ra khỏi tank lên men. Phần men bên dưới và phần men phía trên
cùng là những phần được loại bỏ, được loại bỏ để sử dụng cho các mục đích khác.Phần men ở
đoạn giữa được thu hồi về thùng bảo quản men sữa, nếu không được sử dụng luôn thì được
bảo quản ở nhiệt độ 2 – 4oC, thời gian bảo quản không quá 72 giờ. Để không làm xáo trộn cặn
men, khi rút cặn men, tiến hành hạ nhiệt độ khoang dưới trước tiên rồi mới đến các khoang
trên. Thời gian hạ lạnh trong 24 – 36 giờ trong áp suất khoảng 1 bar. Trước khi thu hồi men ta
cần kiểm tra tỷ lệ sống của nấm men, nếu tỷ lệ đạt trên 95 % thì men sữa có thể thu hồi.
3.1.4 Q trình lên men phụ

- Sau khi hạ lạnh và rút men đáy, tiếp tục hạ lạnh thiết bị xuống nhiệt độ -1 oC, bước
vào quá trình lên men phụ. Trong suốt thời gian lên men phụ, cứ hai ngày tiến hành xả cặn
men đáy 2 ngày/lần, sau khoảng 12 – 15 ngày. Trong suốt quá trình lên men phụ, mỗi ngày
phải lấy mẫu một lần để kiểm tra các yếu tố để xác định thời điểm kết thúc quá trình lên men:
pH (4 – 4,5), nồng độ đường khoảng 2,5oBx, độ chua, độ đắng (18-20 BU), hàm lượng
diacetyl (<0,1 mg/l dịch men).
- Kết thúc q trình lên men phụ thu được bia có nồng độ cồn dưới 0,5 % - theo tiêu
chuẩn về nồng độ cồn trong bia không cồn ở Châu Âu.
3.1.5 Thiết bị lên men


3.1.6 Lọc trong bia
Bia được giữ ở nhiệt độ 0oC để giảm tổn thất CO2 khi lọc. Quá trình lọc bia được thực
hiện nhờ thiết bị lọc nến inox.
Quá trình lọc bao gồm các giai đoạn sau:
- Bơm nước đã bài khí vào đầy thiết bị để đuổi khí.
- Hịa bột trợ lọc, PVPP với nước và bơm tuần hoàn vào thiết bị trong khoảng mấy
phút ? tới khi lớp lọc thứ nhất được hình thành. Lớp lọc thứ hai cũng sẽ được phủ tiếp theo
bằng cách tương tự.
- Lọc bia từ thùng lên men.
- Trong quá trình lọc thường xuyên bổ sung bột trợ lọc, phải chú ý đến lưu lượng vào,
ra của máy vì nó sẽ làm cho áp suất tăng lên và lớp lọc sẽ bị bung ra (vì thiết bị lọc nến nhạy
cảm với việc tăng áp suất đột ngột).
- Kết thúc quá trình lọc, dùng nước đã bài khí ddể đẩy bia ra khỏi máy lọc.
- Sục khí từ phía bên trong nến lọc để tách lớp bột lọc và cặn bẩn ra khỏi nến lọc.
-Cuối cùng rửa lại toàn bộ hệ thống đường ống và máy lọc bằng nước nóng để chuẩn
bị cho lần lọc tiếp theo.
- Bia sau lọc được bơm sang các tank chưa bia trong để ổn định và bão hòa CO2
3.1.7 Thiết bị lọc nến

CHƯƠNG II. TÍNH TỐN CÂN BẰNG SẢN PHẨM
1. Tổn thất của từng cơng đoạn
Trong q trình sản xuất bất kỳ một loại sản phẩm nào, trong các giai đoạn của q trình
đều sẽ khơng thể tránh khỏi sự thất thốt, hao tổn. Khối lượng của phần thất thoát này phụ
thuộc vào thiết bị sản xuất, quy trình sản xuất, chế độ vệ sinh, bảo dưỡng thiết bị và bản chất
của nguyên liệu đầu vào.
Bảng 2.1 Tổn thất qua từng giai đoạn
Công đoạn sản xuất

Tổn thất

Nghiền malt

0.5 % so với tổng trọng lượng của nguyên liệu

Đường hóa, lọc

2 % chất chiết

Nấu hoa

7 % lượng dịch do nước bay hơi

Lắng xoáy và lạnh nhanh

2 % so với thể tích dịch

Lên men chính, phụ

2% so với thể tích dịch

Lọc bia

1,5 % so với thể tích bia

Bão hịa CO2

0,3 % so với thể tích bia

Chiết chai – thành phẩm

1,5 % so với thể tích bia

2. Tính tốn và cân bằng sản phẩm cho phân xưởng lên men
Lượng dịch thu được từ phân xưởng nấu là 40 m3 tương đương với 40000 lít dịch.

2.1 Tính lượng men giống cần cấp
Men giống trải qua quá trình nhân giống, được cấp trực tiếp vào thiết bị lên men với tỷ
lệ cấp giống là 5 %.
Thể tích men giống cần cấp là:
5 % × 40000 = 2000 (lít)
Nếu men giống được cấp là men sữa thì tỷ lệ cấp giống là 1% so với dịch men được
đưa vào q trình lên men:
1 % × 40000 = 400 (lít)
Bảng 2.2 Tổng lượng men giống cấp
Men
Men được nhân giống
Men sữa

Đơn vị
m3
m3

40000 lít/ngày
2
0.4

Lít/ năm


2.2 Tổn hao trong quá trình lên men
Qua quá trình lên men chính và lên men phụ, dịch men đầu vào bị tổn thất 2 % thể
tích.
Thể tích dịch bị tổn thất trong q trình lên men là:
2 % × 40000 = 800 (lít)
Thể tích dịch bia cịn lại sau q trình lên men là:
40000 – 800 = 32000 (lít)

2.3 Lượng bia sau lọc ???
2.4 Tính tốn các ngun liệu phụ
2.4.1 Bột trợ lọc (Diatomit)
Bột trợ lọc sử dụng trong quá trình lọc bia chủ yếu là diatomit, bao gồm hai loại bột:
Bột thô – Hyflosuppercell và bột mịn Standralsuppercell, ngồi ra cịn có vinyl
polypyriolidone.
Trung bình để lọc 1000 lít bia cần sử dụng khoảng 1 kg bột trợ lọc diatomit mỗi loại
và 250 gam viyl polyoyriolidone.
Lượng bột trợ lọc diatomit sử dụng cho mỗi lần lên men là:
(1 × 39200)/1000 = 39,2 (kg)
Lượng bột trợ lọc vinyl polypyriolidone sử dụng cho mỗi lần lên men là:

(0,25 × 39200)/1000 = 9,8 (kg)

2.5 Các sản phẩm phụ
2.5.1 Thu hồi men sữa
Trung bình cứ 1000 lít bia cho 20 lít men sữa thu hổi có độ ẩm W = 85 %, trong đó có
thể tái sử dụng 50 %.
Lượng men sữa được thu sau một mẻ lên men là:
(20 × 40000)/1000 = 800 (lít)
Lượng men sữa được tái sử dụng là:
50 % × 800 = 400 (lít)
Vậy lượng men thu được sau một mẻ lên men vừa đủ để tái sử dụng cho mẻ lên men
tiếp theo.
2.5.2 Thu hồi CO2
Phương trình lên men:

C12H22O11

+

H2O

→

4C2H5OH

342 g
Lượng dịch trước khi lên men có thể tích là: 40000 lít
Nồng độ đường của dịch trước khi lên là: 6oBx

+

4CO2

176 g

+

Q