Thiết kế phân xưởng lên men bia năng suất 30 triệu lít/ năm

v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch 3
Bảng 1-2: Thành phần hóa học của gạo 5
Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon 5
Bảng 2-1: Yêu cầu cảm quan của bia 23
Bảng 2-2: Yêu cầu đối với các chỉ tiêu hoá học của bia 23
Bảng 2-3: Giới hạn tối đa hàm lƣợng kim loại nặng của bia 24
Bảng 2-4: Các chỉ tiêu vi sinh vật của bia 24
Bảng 4-1: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm lạnh 31
Bảng 4-2: Thông số kỹ thuật của tank lên men 32
Bảng 4-3: Thông số kỹ thuật của thùng chứa nấm men bẩn 32
Bảng 4-4: Thông số kỹ thuật của thùng bảo quản nấm men sạch 33
Bảng 4-5: Thông số kỹ thuật của thiết bị lên men giống 33
Bảng 4-6: Thông số kỹ thuật của thiết bị lọc 34
Bảng 4-7: Thông số kỹ thuật của bơm 34
Bảng 4-8: Thông số kỹ thuật của thiết bị làm lạnh 34
Bảng 4-9: Thông số kỹ thuật của máy bão hòa CO
2
35
Bảng 4-10: Thông số kỹ thuật của tank tàng trữ bia 35
Bảng 4-11: Thông số kỹ thuật của bơm (từ tank tàng trữ đến bộ phận chiết) 36
Bảng 4-12: Thông số kỹ thuật của thiết bị gắp chai 36
Bảng 4-13:: Thông số kỹ thuật của thiết bị rửa chai 36
Bảng 4-14: Thông số kỹ thuật của thiết bị đóng nắp 37
Bảng 4-15: Thông số kỹ thuật của thiết bị thanh trùng 37
Bảng 4-16: Thông số kỹ thuật của thiết bị dán nhãn 37

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Bia là một loại đồ uống có độ cồn thấp giàu chất dinh dƣỡng có hƣơng thơm đặc trƣng,vị
đắng dịu lớp bọt trắng mịn với hàm lƣợng CO
2
5 – 6 g/l ngoài việc cung cấp một lƣợng
calorie khá lớn trong bia còn chứa hệ enzyme khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzyme kích
thích tiêu hóa amylase giúp con ngƣời giải khát một cách triệt để khi uống. Vì vậy bia là loại
đồ uống hiện rất đƣợc ƣa chuộng ở nƣớc ta cũng nhƣ trên thế giới.
Theo báo Tuổi Trẻ số ra ngày 25/5/2011 cho biết: Lƣợng bia tiêu thụ trong năm 2010 là
2,5 tỉ lít. Trong đó, có những thƣơng hiệu đạt con số tiêu thụ 1 tỉ lít/năm. Dự kiến năm 2015
lƣợng bia tiêu thụ sẽ đạt 4 tỉ lít/năm. Do tốc độ tiêu thụ bia tăng nhanh nên nhiều nhà máy bia
có công suất hàng trăm triệu lít/năm “đua” nhau đi vào hoạt động. Trong đó, Sabeco đã đƣa
vào hoạt động ba nhà máy sản xuất bia tại Quảng Ngãi và Hà Nam với tổng công suất xấp xỉ
300 triệu lít/năm cho loại bia lon và bia hơi. Sabeco còn có dự án nâng công suất nhà máy bia
Sài Gòn - Củ Chi lên 264 triệu lít, dự án nhà máy bia Sài Gòn - Vĩnh Long công suất 200 triệu
lít/năm, nhà máy bia Sài Gòn - Hà Tĩnh công suất 50 triệu lít bia/năm, nhà máy bia Sài Gòn -
Ninh Thuận công suất 50 triệu lít bia/năm. Theo công bố của Sabeco, doanh nghiệp này đã
hoạch định mục tiêu tăng trƣởng sản xuất giai đoạn 2011-2015 có tốc độ tăng trƣởng bình
quân giá trị sản xuất công nghiệp đạt 14-16%/năm, sản lƣợng bia tăng 13-15%/năm và sẽ đạt
1,8 tỉ lít vào năm 2015.
Tham gia với cuộc chạy đua đầu tƣ bia với các doanh nghiệp trong nƣớc còn có các doanh
nghiệp nƣớc ngoài. Những năm gần đây hàng loạt nhãn hiệu bia ngoại nhập khẩu đã đổ bộ
vào thị trƣờng VN. Tại các siêu thị, cửa hàng bán lẻ bia ngoại nhập đƣợc bày bán phổ biến
nhƣ các thƣơng hiệu bia sản xuất trong nƣớc. Các loại bia nhƣ Corona, Budweiser, Bit
Burger, Leffe Brown, Hoegaarden White, MOA, Cooper, Bavaria xuất xứ Mexico, Đức, Bỉ,
Hà Lan đã trở nên quen thuộc với nhiều ngƣời, cho dù giá các loại bia này cao gấp 2-3 lần
so với bia sản xuất trong nƣớc. Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà máy bia Việt Nam (VBL)
với thƣơng hiệu bia Heiniken dự kiến sẽ nâng công suất sản xuất bia của nhà máy tại quận 12
từ 280 triệu lít/năm lên 420 triệu lít/năm trong vòng 12 tháng tới.
Từ các thông tin trên, ta thấy nhu cầu tiêu thụ bia trong cả nƣớc là rất lớn. Đây là một thị
trƣờng rất giàu tiềm năng và cần tiếp tục khai thác. Trên cơ sở đó, em thực hiện đề tài: “Thiết
kế phân xƣởng lên men bia năng suất 30 triệu lít/năm” với tỉ lệ malt : thế liệu gạo là 3 : 1.


Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về bia
Bia là một loại nƣớc giải khát có gas, có độ cồn rất thấp, giàu chất dinh dƣỡng, vị đắng và
hƣơng thơm rất đặc trƣng. Bia là sản phẩm của quá trình lên men ethanol từ dịch nha, không
qua chƣng cất, dịch nha đƣợc nấu từ malt đại mạch, các hạt giàu tinh bột, protein (nhƣ gạo,
ngô, đại mạch…), hoa houblon và nƣớc.
So với các loại thức uống khác bia có nhiều ƣu điểm nhƣ:
 So với các loại rƣợu uống thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2 – 6%). Do đó nếu sử dụng
bia đúng mức sẽ giúp cơ thể cảm thấy thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cơ thể.
 So với trà, cà phê thì bia không có chứa các kim loại có hại.
 Bia là nguồn cung cấp năng lƣợng cho cơ thể, 1 lít bia có thể cung cấp 400 – 800 kcal.
 Với hàm lƣợng CO
2
khá cao (5 – 6 g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kích
thích quá trình tiêu hóa tốt hơn.
 Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3 –
4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có chất chát, chất đắng, glycerin, acid
hữu cơ, một số vitamin nhƣ B1, B2, PP.
 Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây nhận thấy rằng nếu uống một lƣợng bia vừa phải
mỗi ngày thì sẽ có tác dụng tốt cho tim mạch và não, giúp cơ thể hƣng phấn hơn và
hiệu quả làm việc cao hơn.
Nhờ có những ƣu điểm này mà bia đƣợc sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với sản lƣợng và
chất lƣợng ngày càng đƣợc nâng cao.
1.2 Malt đại mạch
Malt đại mạch đƣợc xem là nguyên liệu chính sản xuất bia. Đại mạch là một loại ngũ cốc
vùng ôn đới thuộc nhóm thực vật có hạt, lớp một lá mầm, họ hoà thảo.Đại mạch là loại thực
vật một năm. Dựa vào mùa vụ chúng đƣợc chia thành 2 nhóm chính: đại mạch mùa đông
(gieo hạt mùa đông, thu hoạch mùa hè), đại mạch mùa xuân (gieo hạt mùa xuân, thu hoạch
mùa thu).
Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên các bông đại mạch mà chia đại mạch thành 2 loại:

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 3
 Đại mạch 2 hàng: Chỉ có một hạt phát triển ở mỗi đốt vì các hoa nhỏ mọc bên cạnh
không sinh sản, từ trên nhìn xuống chỉ có một hạt có thể nhìn thấy ở bên trái và bên
phải. Hạt đại mạch to, đều đặn, vỏ trấu có nếp nhăn đều, mỏng. Các hạt rất đồng đều
và hàm lƣợng chất hoà tan tƣơng đối cao. Hạt đại mạch 2 hàng trồng tốt nhất vào mùa
xuân và chúng có tất cả các đặc điểm mong muốn trong sản xuất bia.
 Đại mạch 6 hàng: có kích cỡ không đồng nhất, bởi vì các hạt thiếu không gian để phát
triển đầy đủ, hàm lƣợng protease nhiều. Nên không thích hợp sử dụng sản xuất bia.
Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm, ƣơm mầm sẽ trở thành hạt malt xanh, hạt malt xanh
lại tiếp tục qua quá trình sấy khô và tách mầm sẽ thu đƣợc các hạt malt dùng cho sản xuất bia.
Sau khi qua quá trình ƣơm mầm, các enzyme có trong hạt sẽ đƣợc hoạt hoá, đồng thời sản
sinh ra một số enzyme mới. Bên cạnh đó, những cơ chất có phân tử lƣợng lớn nhƣ tinh bột,
protein… trong hạt malt sẽ bị thuỷ phân một phần, giúp cho quá trình nấu sau này dễ dàng
hơn.
Bảng 1-1: Thành phần hoá học của malt đại mạch
Thành phần
% chất khô
Tinh bột
58 – 60
Đƣờng sacharose
3 – 5
Đƣờng khử
3 – 4
Các đƣờng khác
2
Hemicellulose
6 – 8
Cellulose
5
Lipid
2 – 3
Protein
8 – 11
Acid amin và peptit
3 – 4
Các hợp chất khác
6 – 7
Tro
2,2
Một số chỉ tiêu chất lƣợng đối với malt đại mạch:
 Màu sắc : màu vàng nhạt
 Mùi : mùi đặc trƣng
 Độ sạch : hạt gãy < 0.5%
tạp chất < 1%
 Cỡ hạt : > 85% hạt có kích thƣớc > 2.5 mm

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 4
 Độ xốp : 82%
 Độ ẩm : 5%
 Thời gian đƣờng hóa : 10 – 15 phút
 Hàm lƣợng chất chiết : 78%
 Hoạt lực amylase : > 2500
o
WK
 Chỉ số Kolbach : > 41%
 Độ nhớt của dịch đƣờng : 1,3 – 1,5 cP
 pH của dịch đƣờng : 5,5 – 6
1.3 Thế liệu
1.3.1 Mục đích
Giảm giá thành sản phẩm.
Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm.
Tạo ra các sản phẩm bia có các mức chất lƣợng khác nhau.
Theo đơn đặt hàng của ngƣời tiêu dùng
1.3.2 Yêu cầu kỹ thuật của thế liệu
Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid. Vì vậy các loại ngũ cốc thƣờng đƣợc chọn làm thế
liệu trong sản xuất bia.
Khi sử dụng thế liệu, chất lƣợng của thế liệu sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến màu sắc, mùi vị
của bia. Vì vậy phải quan tâm đến thành phần hóa học của thế liệu.
1.3.3 Chọn thế liệu
Thế liệu là gạo do có những ƣu điểm sau:
 Có sẵn ở thị trƣờng trong nƣớc với giá rẻ, chất lƣợng cao.
 Với hàm lƣợng tinh bột khá cao, protein ở mức vừa phải còn chất béo và cellulose ở
mức thấp, khả năng hòa tan tốt có thể đến 90% chất khô.
 Trong nguyên liệu thay thế không có các enzyme thủy phân hoặc có rất ít và không
hoàn chỉnh. Do đó khi sử dụng tỉ lệ nguyên liệu thay thế lớn thì phải bổ sung thêm chế
phẩm enzyme nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân trong khi nấu.

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 5
1.3.4 Chỉ tiêu chất lượng gạo dùng sản xuất bia
Đồng nhất về kích thƣớc
Không có hạt mốc, mùi hôi.
Màu sắc đồng nhất.
Tạp chất  2%.
Độ ẩm: 12 – 14 %.
Độ trích ly: 75 – 85%
Bảng 1-2: Thành phần hóa học của gạo
Thành phần
% chất khô
Tinh bột
75
Protein
6 – 8
Chất béo
1 – 1,5
Cellulose
0,5 – 0,8
Chất khoáng
1 – 1,2
1.4 Houblon
Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản có tầm quan trọng thứ hai sau malt trong sản xuất bia,
hiện chƣa có nguyên liệu nào có thể thay thế đƣợc. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu,
hƣơng thơm rất đặc trƣng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và ổn định thành
phần sinh học của bia. Các hợp chất có giá trị trong hoa phải kể đến chất đắng, polyphenol và
tinh dầu thơm ngoài ra còn một số hợp phần khác.
Houblon là dạng cây leo (tên khoa học là Humulus iupulus), cao 5 – 7 m, thƣờng chỉ sử
dụng hoa cái chƣa thụ phấn trong sản xuất bia.
Bảng 1-3: Thành phần hoá học của hoa houblon
Thành phần
% chất khô
Độ ẩm
10 – 11
 - acid
2 – 12
 - acid
2 – 10
Tinh dầu
0,5 – 2
Polyphenol
2 – 5
Protein
12 – 18
Lipide
2 – 4
Cellulose
40 – 50
Pectin
1 – 2
Tro
1 – 2

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 6
Trong các cấu tử trên thì có giá trị nhất đối với công nghệ sản xuất bia là chất đắng (-
acid, -acid tinh dầu thơm và thứ ba là polyphenol.
 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 đƣờng 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.
- -acid: gồm humulone (35-70%), cohumulone (20-55%), adhumulone (10-15%),
prehomulone (1-10%) và posthumulone (1-5%).
- -acid: gồm lupulone (30-55%), colupulone (20-55%), adlupulone (5-10%),
prelupulone (1-3%), postlupulone (7% ).
- -acid có độ đắng thấp hơn -acid nhƣng độ hoà tan lại tốt hơn. Do vậy, khi trích
ly quan tâm đến -acid nhiều hơn.
 Tinh dầu: hơn 200 chất (terpen, ether, hợp chất chứa lƣu huỳnh…) tạo cho bia có một
mùi thơm đặc trƣng, rất nhẹ nhàng và dễ chịu.
 Polyphenol: dùng để kết lắng và loại bỏ các hợp chất protid cao phân tử ra khỏi dịch
đƣờng, làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia thành phẩm.
Các dạng sản phẩm hoa houblon:
 Hoa tƣơi: có độ ẩm cao(75 – 80%), khó bảo quản nên ít sử dụng.
 Hoa khô: Hoa tƣơi đƣợc sấy khô ở nhiệt độ nhỏ hơn 55
o
C, đến độ ẩm 8-10%. Thƣờng
đƣợc bào quản ở nhiệt độ 0
o
C, trong kho kín để hạn chế mất mùi.
 Bột hoa khô: Hoa khô đƣợc sấy về độ ẩm 4 – 6%, sau đó nghiền, rây (2 – 8 mm), cuối
cùng bao gói trong bao bì chân không hoặc sử dụng CO
2
hay N
2
.
 Hoa viên: dùng bột hoa khô tiến hành định hình tạo viên.
 Cao hoa: dùng một số dung môi hữu cơ thích hợp (ethanol, chlorua methylene, hexane,
CO
2
lỏng…) để trích ly chất đắng trong hoa ra. Sau đó dùng biện pháp thích hợp tách
dung môi ra thu đƣợc dung dịch đậm đặc chất đắng đem cô đặc ta đƣợc hoa cao. Hàm
lƣợng chất đắng trong cao hoa nhiều hơn, sử dụng thuận tiện hơn và hiệu quả hơn. Giá
trị chất đắng trong 1 kg cao hoa bằng 5 – 6 kg hoa cánh hay hoa viên. Nhƣng hàm

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 7
lƣợng tinh dầu thơm trong hoa cao kém do đó thƣờng sử dụng phối hợp cao hoa với
hoa viên
1.5 Nước
Trong quá trình sản xuất bia, nƣớc đƣợc sử dụng rộng rãi trong mọi khâu, từ các công
đoạn chính nhƣ nấu, lọc, pha loãng dịch đƣờng… Trong thành phần bia thành phẩm, nƣớc
cũng chiếm một lƣợng lớn (80 – 90%). Bởi vậy, nƣớc dùng trong sản xuất bia phải có chất
lƣợng tốt, đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu quan trọng.
 Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi, không vị.
 Chỉ tiêu hóa lý:
- pH trung tính (6,5 – 7)
- Độ cứng: càng thấp càng tốt, thƣờng từ 2 – 4mg đƣơng lƣợng/l.
- Độ kiềm < 50mg CaCO
3
/l
- Chất khô < 1500mg/l, tối ƣu là 500mg/l.
- Sulfate < 500mg/l.
- Clorue < 250- 300mg/l.
- Nitrate < 30mg/l.
- Fe
2+
:  0,3 mg/l.
 Chỉ tiêu vi sinh:  100 cfu/ml.
Nếu nhƣ nƣớc không đạt tiêu chuẩn, phải tiến hành xử lý trƣớc khi đƣa vào sản xuất.
1.6 Nấm men
Nấm men sử dụng trong lên men bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống
Saccharomyces có nhiệt độ sinh trƣởng là 25 – 30
o
C nhƣng có thể phát triển đƣợc ở 2 – 3
o
C.
Kích thƣớc trung bình 6 – 9 m. Nấm men sinh sản dƣới hình thức nẩy chồi và thuộc loại
hiếu khí không bắt buộc. Trong điều kiện có oxy chúng tiến hành quá trình tăng sinh khối là
chính. Trong điều kiện không có oxy chúng tham gia quá trình lên men để tạo C
2
H
5
OH, các
sản phẩm lên men khác nhƣ: rƣợu bậc cao, ester, aldehyde, acid hữu cơ… và CO
2
.
Sử dụng nấm men chìm Saccharomyces cerevisiae có đặc điểm:
 Lên men nhanh.
 Quá trình lên men xảy ra trong lòng môi trƣờng.

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 8
 Nhiệt độ lên men 0 – 10
o
C.
 Lên men đƣợc glucose, mannose, galactose, fructose, sacarose, maltose, melibiose.
 Lên men ôn hòa nhƣng triệt để. Có khả năng lên men 100% đƣờng rafinose. Từ giống
thuần chủng, nấm men sẽ đƣợc cho qua hệ thống nhân giống rồi đƣa vào sản xuất.
Nấm men đƣợc thu hồi có thể tái sử dụng đến đời thứ 7, thứ 8.
 Các tế bào nấm men có khả năng kết chùm hoặc chuỗi và lắng nhanh xuống đáy, giúp
quá trình tự làm trong của bia nhanh hơn, tốt hơn.
1.7 Các chất phụ gia
Trong qui trình sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu không thể thiếu đƣợc nhƣ đã nói
trên, ngƣời ta còn phải dùng đến một số nguyên liệu hoặc các hoá chất phụ, gọi chung là phụ
gia để dễ quản lý. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật, công nghệ, mà hàm lƣợng các chất phụ gia sử
dụng khác nhau. Các phụ gia này chia làm hai nhóm chính:
 Nhóm phụ gia gián tiếp: Nhóm này gồm tất cả nguyên liệu và hoá chất đƣợc sử dụng
trong quy trình công nghệ, song không đƣợc phép có trong thành phần của sản
phẩm.Ví dụ: các loại bột trợ lọc (kieselguhr, PVPP - Polyvinyl Pyrrolydone…), các
hóa chất dùng để vệ sinh thiết bị, vệ sinh phân xƣởng sản xuất nhƣ H
2
SO
4
, NaOH…
 Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả những nguyên liệu và hóa chất đƣợc phép có mặt
trong thành phần của sản phẩm với sự kiểm soát chặt chẽ trong một giới hạn hàm
lƣợng cho phép. Ví dụ: nhóm hoá chất xử lý độ cứng, điều chỉnh độ kiềm của nƣớc
công nghệ (nƣớc nấu bia) nhƣ HCl, Na
2
SO
4
, KOH, CaCl
2
…; nhóm các hóa chất đƣa
vào ngăn chặn quá trình oxy hoá những thành phần trong bia nhƣ acid ascorbic; nhóm
tạo màu cho bia: caramel.

Đồ án môn học công nghệ thực phẩm Thiết kế phân xƣởng lên men bia
SVTH: Lê Anh Dũng Trang 9
CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Quy trình công nghệ
Sơ đồ khối quy trình sản xuất bia chai từ 75% malt đại mạch và 25% gạo
Nấu dịch nha
Lọc dịch nha và rửa
bã
Nấu dịch nha với
hoa houblon
Tách bã houblon
Làm lạnh
Cung cấp oxy cho
dịch nha
Cấy giống
Lên men chính
Lên men phụ
Lọc bia
Làm lạnh
Bão hòa CO
2

Rót chai, đóng nắp
Thanh trùng
Nƣớc
Nƣớc
Houblon
CO
2

Nhân giống

Bã malt

Bã houblon

CO
2


Bã men

Cặn men

Cặn
Bia chai

Bao bì


Không khí
vô trùng

Malt đại mạch
Gạo
T
ạp
chất
Tách tạp chất
Nghiền

Tạp chất
Tách tạp chất
Nghiền
Xử lý thế liệu
Nƣớc
Malt lót
Amylase

Tạp chất

Nấm men
bia

Dán nhãn
Rửa

Xem chi tiết: Thiết kế phân xưởng lên men bia năng suất 30 triệu lít/ năm