Thiết kế nhà máy bia sản xuất bia đen năng suất 10triệu lít/năm

Bia là loại nước giải khát có truyền thống lâu đời, có giá trị dinh dưỡng cao và có độ cồn thấp, mùi vị thơm, ngon và bổ dưỡng. Bia được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là nước, malt đại mạch, hoa houblon, nấm men và có thể bổ sung thêm nguyên liệu thay thế (gạo, ngô, khoai, sắn…) để giảm giá thành bia mà chất lượng vẫn được giữ nguyên. Bia là loại nước giải khát có nhiều bọt, có hương thơm đặc trưng, có vị đắng dễ chịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao giúp cho cơ thể giải khát một cách triệt để khi ta uống. Hàm lượng các chất hòa tan trong bia không nhiều, chỉ khoảng 5 – 10% tùy theo loại Bia nhưng hầu hết các chất hòa tan này vào trong cơ thể đều được con người hấp thụ tốt, sản phẩm bia mang lại cho người uống cảm giác mát lạnh sảng khoái, được nhiều người ưa thích. Bia có tác dụng giải khát, kích thích tiêu hóa, ngoài ra nó còn chứa Vitamin B1, B2, PP và rất nhiều acid amin cần thiết cho cơ thể. Uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khoẻ, ăn cơm ngon, dễ tiêu hoá mà còn giảm được sự mệt mỏi sau những ngày làm việc mệt nhọc. Hiện nay, việc Nghị định 100 sửa đổi Nghị định 46/2016 (Luật Phòng chống tác hại của rượu, bia năm 2019 (có hiệu lực từ 1/1/2020) đã tác động mạnh mẽ lên ngành sản xuất đồ uống có cồn nói chung và bia nói riêng. Vì vậy, việc sản xuất một loại bia đặc sản mới lạ, nồng độ cồn vừa phải sẽ có tính tiềm năng ở thị trường Việt Nam. Người Sài Gòn hẳn chưa quên loại bia đen được đóng lon của hãng Guinness nhập khẩu vào Việt Nam đầu thập niên 90. Tuy nhiên loại bia này nhanh chóng bị thất bại do có mùi giống thuốc Bắc. Những năm gần đây, sau khi đã mở cửa hội nhập với các nước trên thế giới, mức sống tăng lên kéo theo thị hiếu cũng nhanh chóng thay đổi. Bia đen đang có xu hướng quay lại thị trường Việt, thu hút một bộ phận khách hàng do nhà sản xuất khai thác tính hiếu kì của khách hàng cũng như tính sành điệu của sản phẩm.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NGÀNH BIA

Giới thiệu tổng quan ngành Bia

1.1.1 Tình hình sản xuất bia trên thế giới và những thách thức đặt ra với ngành [7]

Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất của nhân loại, xuất hiện từ thời kỳ Đồ Đá khoảng 9.500 năm trước Công nguyên, khi ngũ cốc được gieo trồng lần đầu Theo tiến sĩ Tim Cooper, những bằng chứng lịch sử sớm nhất về bia được tìm thấy ở Ai Cập và Iraq cổ đại Bài thánh ca Ninkasi, viết bởi người Sumerian vào khoảng 3500-3100 trước Công nguyên, là tài liệu văn học đầu tiên ca ngợi và mô tả quy trình nấu bia Các nhà khảo cổ học cho rằng bia đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các nền văn minh.

Trước cuộc Cách mạng Công nghiệp, bia chủ yếu được sản xuất để đáp ứng nhu cầu nội địa và thường là mặt hàng độc quyền của các tu viện ở Châu Âu Tuy nhiên, sau Cách mạng Công nghiệp, với sự áp dụng của nhiều công nghệ mới, sản xuất bia đã đạt quy mô lớn, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà còn mở rộng ra thị trường toàn cầu.

Bia có thể được phân loại thành hai nhóm chính dựa trên loại nấm men và quá trình lên men: bia lên men nổi (Ale) và bia lên men chìm (Lager).

Bia lên men nổi nổi tiếng có thể kể ra như: Weizenbier, Berliner Weifie, Altbier hoặc Kolsch ở Đức, Ale, Porter hoặc Stout ở Anh và ở Bỉ là Lambic, Gueuze, Trappist…

Các nhãn hiệu bia sản xuất theo phương pháp lên men chìm nổi tiếng như: Pilsner ở Đức, Marzen March beer, bia Bock, Double Box beer…

Với nhu cầu ngày càng đa dạng, các sản phẩm bia theo đó cũng trở nên đa dạng hơn, phù hợp với nhiều người hơn như:

- Bia nhẹ độ (light beer) có độ cồn từ 2,5 – 4,0.

- Bia cho người ăn kiêng (diet beer) là loại bia được đường hóa triệt để nhằm làm giảm giá trị dinh dưỡng của bia.

Bia không cồn được sản xuất tương tự như bia thông thường, sau đó trải qua quá trình chưng cất để loại bỏ cồn, nhưng vẫn giữ nguyên hương vị thơm ngon đặc trưng của bia.

Ngành bia toàn cầu đã đạt đến giai đoạn trưởng thành và bão hòa, với sự chuyển dịch trong cơ cấu tiêu thụ từ các quốc gia phát triển có nền văn hóa bia lâu đời sang các quốc gia đang phát triển với ngành bia còn non trẻ.

Năm 2019, Châu Á chiếm 35% tổng sản lượng tiêu thụ bia toàn cầu, với sự tập trung chủ yếu tại các quốc gia như Nga, Brazil, Ấn Độ và Trung Quốc Sự tăng trưởng này được thúc đẩy bởi tự do hóa thương mại, tăng thu nhập đầu người và dân số trong độ tuổi lao động cao Trong khi đó, Châu Phi cũng ghi nhận sự tăng trưởng ổn định trong tiêu thụ bia, với tốc độ dự kiến đạt khoảng 5,2%/năm trong giai đoạn 2015 – 2020, nhờ vào bùng nổ dân số và sự phát triển kinh tế Dự báo, Châu Á sẽ tiếp tục là thị trường tiêu thụ bia lớn nhất thế giới, với lượng tiêu thụ tăng từ 63,3 tỷ lít lên 90 tỷ lít vào năm 2020.

Bia là sản phẩm có vòng đời ngắn, với thời hạn sử dụng từ 3 tháng đến 1 năm, dẫn đến cung cầu trong ngành thường đi cùng nhau mà không có độ trễ, lượng tồn kho ít và cung có thể dễ dàng điều chỉnh theo cầu Đến năm 2018, Trung Quốc đứng đầu thế giới về sản lượng sản xuất bia, tiếp theo là Mỹ và Brazil Cùng năm đó, Việt Nam xếp thứ 9 trong top 10 quốc gia sản xuất bia lớn nhất thế giới, chiếm 2,3% thị phần toàn cầu.

Trung Quốc dẫn đầu thế giới về tiêu thụ bia trong năm 2018, tuy nhiên, các quốc gia châu Âu như Cộng hòa Séc, Đức và Áo lại có mức tiêu thụ bình quân đầu người cao nhất, đạt hơn 100 lít/người/năm.

Xu hướng tiêu thụ bia toàn cầu đang chuyển hướng mạnh mẽ sang phân khúc bia cao cấp và bia thủ công, đồng thời đa dạng hóa trải nghiệm uống Bên cạnh đó, sự gia tăng mối quan tâm của người tiêu dùng về sức khỏe sẽ thúc đẩy sự phát triển của các sản phẩm bia ít hoặc không cồn.

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam

Ngành bia Việt Nam có hơn 100 năm lịch sử, bắt đầu từ hai nhà máy bia của Pháp được xây dựng vào những năm 1890 Trong thời gian ngắn, ngành này đã phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc đầu tư xây dựng nhà máy mới với quy mô lớn và công nghệ hiện đại Nhiều nhà máy liên doanh với các thương hiệu nước ngoài như Heineken, Carlsberg, và Posters cũng đã ra đời Sự phát triển của ngành công nghiệp bia không chỉ đóng góp đáng kể vào ngân sách quốc gia mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho người lao động.

Trong những năm gần đây, nhằm nâng cao năng lực cho ngành Bia- Rượu- Nước giải khát, chính phủ Việt Nam đã ban hành các chính sách và quy hoạch ngành phù hợp với bối cảnh kinh tế mở cửa sau khi gia nhập WTO Những chính sách này tập trung vào việc kết hợp công nghệ truyền thống với hiện đại, đẩy mạnh các khâu then chốt, đồng thời đầu tư vào nghiên cứu khoa học và ứng dụng, cũng như đổi mới trang thiết bị cho các doanh nghiệp trong ngành.

Hình 1.1 Các loại bia tại Việt Nam

Bia là đồ uống có cồn được ưa chuộng nhất tại Việt Nam, chiếm hơn 97% tổng sản lượng tiêu thụ năm 2018, với phân khúc trung cấp dẫn đầu thị trường Các doanh nghiệp nội địa như Sabeco và Habeco chiếm ưu thế trong phân khúc này, dự kiến tăng trưởng với CAGR 7,1% trong giai đoạn 2015-2020 Trong khi đó, phân khúc bia cao cấp, dẫn đầu bởi Heineken, có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất nhờ vào xu hướng tiêu dùng cao cấp hóa và thu nhập tăng cao của người dân, dự báo CAGR đạt 7,2% trong cùng giai đoạn.

2015 – 2020 đạt 3,7%, thấp hơn rất nhiều so với tăng trưởng kỳ vọng tại hai phân khúc trên, thể hiện rõ rệt xu hướng tiêu thụ cao cấp hóa.

Thị trường bia Việt Nam hiện có mức cô đặc cao, 4 doanh nghiệp lớn làSabeco, Habeco, Heineken Việt Nam và Carlsberg đã chiếm tới 90% thị phần,

10% thị phần còn lại là các hãng bia ngoại như Sapporo, San Muguel… và các hãng bia địa phương.

Theo khu vực địa lý, thị trường Việt Nam được chia làm 3 miền Bắc, Trung, Nam với những đặc điểm khác nhau:

Miền Bắc chiếm khoảng 35% tổng lượng tiêu thụ bia tại Việt Nam, với Bia Hà Nội và Bia hơi Hà Nội của Habeco dẫn đầu thị phần Các thương hiệu nổi bật khác bao gồm Heineken và Tiger của Heineken Việt Nam, cùng với Saigon Special và 333 của Sabeco Đặc biệt, Halida là một thương hiệu bia tầm trung được tiêu thụ mạnh mẽ tại các tỉnh Thanh Hóa và Nghệ An.

Miền Trung, với dân số ít và ít thành phố lớn, chỉ chiếm 6% tổng lượng tiêu thụ bia của toàn ngành Khu vực này là thị trường chính của Nhà máy Bia Huế (thuộc Carlsberg) với thương hiệu Huda, dẫn đầu về thị phần Các thương hiệu bia khác như Larue, Sài Gòn và Heineken cũng có mặt tại đây.

Miền Nam là khu vực tiêu thụ bia lớn nhất Việt Nam, chiếm 59% tổng lượng tiêu thụ toàn ngành, với Sabeco dẫn đầu thị phần Với quy mô thị trường vượt trội so với miền Bắc và miền Trung, việc khai thác thị trường miền Nam, nơi có thu nhập bình quân đầu người cao, khí hậu và văn hóa uống phù hợp, đã giúp Sabeco khẳng định vị thế hàng đầu tại Việt Nam Đây cũng là trụ sở chính của Heineken Việt Nam và là điểm đến lý tưởng cho các doanh nghiệp bia ngoại muốn thâm nhập vào thị trường nội địa.

Thuyết minh địa điểm xây dựng nhà máy

Sau khi nghiên cứu các yếu tố tự nhiên, hạ tầng giao thông, nguồn nhân lực và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp xã An Khánh, huyện Hoài Đức, Hà Nội.

KCN nằm ở phía Nam huyện Hoài Đức, TP Hà Nội, gần xã An Khánh Khu vực này có hai tuyến đường giao thông quan trọng là Đại lộ Thăng Long và Tỉnh lộ 423, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển đô thị và công nghiệp KCN giáp với xã Vân Canh và Lại Yên ở phía Bắc, xã Song Phương và An Thượng ở phía Tây, xã La Phù và Đông La ở phía Nam, và Quận Hà Đông cùng Huyện Từ Liêm ở phía Đông Với tổng diện tích 830,27 ha và dân số khoảng 17.337 người, KCN có tiềm năng phát triển mạnh mẽ.

Nguyên liệu chính để sản xuất bia đen bao gồm malt đen, malt vàng, malt melanoid, gạo (như một nguyên liệu thay thế), hoa houblon, nấm men, nước và một số nguyên liệu phụ trợ khác.

Malt đại mạch chất lượng cao được cung cấp từ nhà máy đường malt tại Tiên Sơn, Bắc Ninh, Hà Nội, với khoảng cách gần giúp việc vận chuyển trở nên thuận tiện.

Malt đen, malt melanoid, hoa houblon và nấm men được nhập khẩu từ Đức qua đường biển, trong khi malt vàng và các nguyên liệu thay thế khác có thể được mua từ các công ty trong nước qua đường bộ Nguồn nước sản xuất bia được cung cấp từ tỉnh, đảm bảo sạch và đã qua xử lý, lấy từ khu công nghiệp Láng – Hòa Lạc.

Mục tiêu thiết kế nhà máy là đáp ứng nhu cầu khu vực, với sản phẩm chủ yếu được tiêu thụ tại các thành phố lớn phía Bắc như Hà Nội, Bắc Ninh, Nam Định Sau đó, kế hoạch mở rộng sẽ bao gồm các tỉnh phía Bắc, và trong tương lai, có khả năng phát triển để phân phối sản phẩm ra toàn quốc.

KCN nằm gần các tuyến đường huyết mạch, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhập nguyên vật liệu và phân phối hàng hóa đến các tỉnh miền Bắc Ngoài ra, khu vực này còn tập trung nhiều khu công nghiệp, giúp thúc đẩy sự hợp tác sản xuất giữa các doanh nghiệp.

Mặt bằng xây dựng: Mặt bằng các lô đất đã được xử lý, sẵn sàng cho việc xây dựng Nhà máy.

Cấp điện: Nguồn điện được cung cấp liên tục và ổn định thông qua 02 trạm biến áp 110/22KV với công suất 4x63MVA.

Cấp nước: Nhà máy nước Khu công nghiệp được xây dựng với công suất 15.000 m3/ngày đêm Hệ thống cấp nước được đấu nối đến hàng rào từng doanh nghiệp.

Hệ thống thoát nước tại khu công nghiệp được thiết kế riêng biệt cho nước mưa và nước thải, bao gồm nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt Nước mưa được thu gom qua hệ thống cống và được dẫn ra các sông trong khu vực, trong khi nước thải được chuyển về Nhà máy xử lý nước thải của khu công nghiệp để xử lý hiệu quả.

Nhà máy xử lý nước thải có công suất 6.000 m3/ngày đêm, sử dụng hệ thống xử lý sinh học để xử lý nước thải cục bộ trước khi thải ra hệ thống thoát nước chung của Khu công nghiệp Khu công nghiệp cũng cung cấp dịch vụ thu gom và vận chuyển rác thải cho các Doanh nghiệp, trong đó chất thải rắn được phân loại, thu gom tại chỗ và chuyển về khu tập trung trước khi xử lý theo quy định Hệ thống viễn thông đạt tiêu chuẩn quốc tế, luôn sẵn có để đáp ứng nhu cầu thông tin liên lạc và truyền dữ liệu tốc độ cao, với cáp quang ngầm được kết nối trực tiếp đến từng doanh nghiệp.

Hệ thống giao thông nội bộ được thiết kế với mặt cắt hợp lý, giúp các phương tiện dễ dàng tiếp cận từng nhà máy một cách thuận tiện Bên cạnh đó, hệ thống điện chiếu sáng được lắp đặt dọc theo các tuyến đường, đảm bảo an toàn cho việc di chuyển.

Hệ thống cấp nước cho phòng cháy chữa cháy tại khu công nghiệp được thiết kế với các họng nước cứu hỏa được bố trí dọc theo các tuyến đường, đảm bảo khoảng cách giữa các họng cứu hỏa là 150m.

Khu công nghiệp dành 15% diện tích đất cho việc trồng cây xanh, không chỉ tạo cảnh quan chung mà còn giúp cải thiện môi trường Cây xanh được bố trí dọc các trục đường giao thông và trong khuôn viên các nhà máy, góp phần tạo nên không gian sống lành mạnh và bền vững.

- Sử dụng nguồn nhân lực địa phương giúp họ giải quyết vấn đề công ăn việc làm

Hà máy nằm trong khu công nghiệp An Khánh, Hà Nội, tạo điều kiện thuận lợi để thu hút những nhân tài trẻ có năng lực và trình độ chuyên môn cao.

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Nguyên liệu sản xuất

2.1.1 Malt đại mạch Để sử dụng trong sản xuất bia, malt phải đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng, được trình bày trong Bảng 2.1

Bảng 2.1: Chỉ tiêu chất lượng của malt dùng trong sản xuất

STT Chỉ tiêu Đơn vị tính Tiêu chuẩn

Màu vàng tươi, mùi vị đặc trưng, không mốc mọt, không có mùi chua

3 Độ sạch % Tạp chất ≤ 0,5%, hạt gãy vỡ ≤ 0,1%

6 Trọng lượng tuyệt đối g/1000 hạt 38 – 44

8 Chất béo % khối lượng khô 2 – 3

9 Tinh bột % khối lượng khô 62 – 65

15 Tốc độ lọc Bình thường

16 Thời gian đường hóa Phút 10

Malt đại mạch là nguyên liệu chính số một dùng để sản xuất bia Khoảng 1/3 đại mạch trên thế giới được trồng để sản xuất bia.

Hạt đại mạch trải qua quá trình ngâm và ươm mầm sẽ biến thành hạt malt tươi Sau đó, hạt malt tươi tiếp tục được sấy khô, tách rễ và đánh bóng để trở thành hạt malt khô tiêu chuẩn, có khả năng bảo quản lâu dài trong điều kiện khô ráo, mát mẻ, phục vụ cho sản xuất bia Trong quá trình chế biến, hệ enzyme trong hạt được kích hoạt và tăng cường, đặc biệt là enzyme thủy phân, giúp chuyển hóa các chất cao phân tử thành dịch đường.

Malt đen là nguyên liệu chính trong sản xuất bia đen, nổi bật với màu nâu sẫm và hương vị ngọt đậm Bia từ malt đen có độ nhớt cao và hương vị đặc trưng do melanoid quyết định Để tạo ra melanoid, malt tươi cần có nhiều đường và sản phẩm thủy phân protein, đặc biệt là axit amin Malt tươi phải được sấy ở nhiệt độ 105°C trong thời gian nhất định để đạt được màu sắc và hương vị đặc trưng, với điều kiện đại mạch phải được ngâm đến độ ẩm 45-47% và ươm mầm ở nhiệt độ 18-22°C trong khoảng 8 ngày Việc bổ sung chất kích thích sinh trưởng vào cuối giai đoạn ngâm và đầu giai đoạn ươm sẽ giúp rút ngắn thời gian ươm.

Bảng 2.4 Một số chỉ tiêu của malt đen.[1] Độ màu dịch hèm 125 0 EBC Độ sạch Không được lẫn tạp chất

Mùi Hương thơm mạnh, đặc trưng cho melanoid

Vị Ngọt đậm Độ nhớt Cao

Chất lượng malt đen sau khi ươm mầm.

Phải cú 70-75 % hạt nảy mầm, chiều dài mầm lỏ từ ắ- 1 lần chiều dài hạt, chiều dài dễ khoảng 1,5-2 lần chiều dài hạt.

Hạt malt đạt tiêu chuẩn phải mềm, cho phép bóp nhẹ bằng ngón tay mà vẫn giữ được tinh bột ở trạng thái hạt cám Nếu hạt malt cứng hoặc nhão, thì không đạt yêu cầu chất lượng.

Mùi thơm: Malt tươi có chất lượng tốt khi có mùi của dưa chuột hoặc rơm rạ tươi.

Vị: Khi dung rang cắn hạt sẽ có vị ngọt, vị ngọt càng sớm phát hiện chứng tỏ malt càng có chất lượng tốt.

Hoạt độ của enzyme từ 400-500 0 WK

- Mục đích của quá trình sấy malt:

Dừng quá trình nảy mầm, giảm độ ẩm của malt tới độ ẩm an toàn.

Thay đổi màu sắc, hương vị và thành phần hóa học của malt là rất quan trọng trong quy trình sản xuất bia Việc loại bỏ các chất alkaloid và hodenin giúp cải thiện hương vị, tạo ra bia có màu nâu sẫm, vị ngọt đậm và hương thơm đặc trưng.

Giảm năng lượng tiêu tốn trong quá trình vận chuyển malt.

- Quá trình sấy malt cần đòi hỏi các yêu cầu sau:

Hạ được hàm lượng ẩm của malt xuống 1,5%.

Màu của malt phải có màu nâu sẫm.

Tạo được nhiều chất chiết hòa tan bổ sung.

- Để được các yêu cầu trên quá trình sấy malt cũng tuân thủ theo các nguyên tắc:

Chu kì sấy kéo dài

Sấy ở nhiệt độ cao, đặc biệt trong giai đoạn sấy kiệt, yêu cầu phải tuân thủ nghiêm ngặt mối quan hệ giữa nhiệt độ sấy và hàm lượng ẩm của hạt.

Tăng cường tối đa hoạt động của enzyme thủy phân.

Vì lí do trên mà quy trình sấy malt đen phức tạp nhiều so với malt vàng Chu kì sấy malt đen là 48h.

Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất malt đen và malt vàng được thể hiện ở bảng sau

Bảng 2.5 Đặc điểm khác nhau trong công nghệ sản xuất malt đen và malt vàng.[5]

Quá trình Malt đen Malt vàng

Ngâm Ở độ ẩm là 45-47%, tạo điều kiện thuận lợi cho hạt hút them một lượng nước tự do, tạo điều kiện cho mầm phát triển. Ở độ ẩm 43-45%. Ươm mầm

Trong thời gian ươm mầm phải tạo điều kiện sao cho tích lũy nhiều đạm amin và đường

Nhiệt độ khởi đầu của ươm malt đen là 15 0 C

Nhiệt độ giai đoạn cuối là 21 0 C

Từ 6-8 ngày đêm: phải tạo điều kiện tích lũy được hoạt lực enzyme amylaza, còn hàm lượng axit amin thì ở mức độ vừa đủ.

Nhiệt độ cuối là 17 0 CSấy

1 mẻ Độ dày lớp malt ở lưới sấy tầng 2

Từ 0,3-0,35m Nhiệt độ tăng từ 110-120 0 C đến 200-220 0 C

Nhiệt độ tăng dần đến tối đa là 75-80 0 C

Thành phần hóa học của malt đen theo trọng lượng chất khô.

- Hexose và pentose không tan: 9%.

Các loại malt thường sử dụng trong sản xuất bia đen:

Malt caramel là một phụ gia quan trọng trong sản xuất bia đen, giúp tạo ra hương vị đặc trưng cho sản phẩm Đối với bia vàng, tỷ lệ sử dụng malt caramel thường từ 2-5%, trong khi bia đen có thể lên tới 5-10% Việc thêm caramel vào bia đen không chỉ làm tăng hương vị mà còn cải thiện độ màu sắc của bia Malt caramel có vị ngọt đặc trưng, màu sắc sẫm hơn cà phê, với độ ẩm từ 5-8% và hàm lượng chất chiết hòa tan khoảng 60-70%.

Các đặc điểm của malt caramel:

Trong quá trình sử dụng malt làm nguyên liệu của nhà máy em sử dụng malt caramel.

Malt cà phê có màu sẫm và mùi hương đặc trưng giống cà phê, thường được sử dụng với liều lượng 2-5% để tạo màu cho bia đen Để đảm bảo chất lượng, hàm lượng ẩm của malt cà phê cần đạt từ 12-14%.

Malt melanoid: Còn gọi là melan, là malt đen, có mùi thơm rất mạnh chứa nhiều

Melanoid là một hợp chất được sản xuất từ đại mạch với hàm lượng protein cao, thường được sử dụng trong sản xuất bia đen Nó không chỉ mang lại vị ngọt đậm đà và hương thơm đặc trưng cho sản phẩm, mà còn cải thiện khả năng tạo bọt và giữ bọt Liều lượng khuyến nghị sử dụng malt melanoid là 10-12% so với lượng nguyên liệu chính.

Các chỉ tiêu cảm quan của malt khô:

- Màu sắc: vàng tươi với malt vàng và nâu sẫm với malt đen, vỏ phải óng ánh.

Hạt đại mạch khô có kích thước hình dạng tương tự, với độ màu được xác định bằng dung dịch iot Cụ thể, malt vàng có độ màu từ 0,3-0,16 mg iot/1 lít nước cất, trong khi malt đen có độ màu từ 0,7-1,3 mg iot/1 lít nước.

- Mùi vị: Có mùi đặc trưng của malt, không có mùi chua mốc.

- Độ sạch: Không lẫn tạp chất, cho phép hạt bị sâu bệnh dưới 1%, hạt bị vỡ dưới 0,5%, hạt không nảy mầm dưới 5%

Các chỉ tiêu hóa lý:

- Khối lượng khô của 1000 hạt: trung bình là 28-38 g/1000 hạt (theo khối lượng có ẩm) và 25-37% (với khối lượng khô tuyệt đối).

- Độ ẩm cho phép: dưới 4,5% với malt mới sấy và dưới 7% với malt bảo quản

- Thời gian đường hóa: 10-20 phút ở 70 o C với malt vàng và 20-30 phút ở 70 o C với malt đen

- Chất hòa tan trung bình: 68-82% khối lượng chất khô Với malt vàng chất lượng cao là trên 78%, còn với malt đen chất lượng cao là trên 75%

Hạt malt chứa nhiều loại enzyme quan trọng, bao gồm citase, amylase, protease và phytase Citase xúc tác quá trình thủy phân hemicellulose thành các sản phẩm trung gian, sau đó chuyển đổi thành đường đơn và các sản phẩm khác.

Ngoài ra, với những yêu cầu khắt khe hơn, chất lượng malt đại mạch có thể được đánh giá bằng chỉ tiêu của Hiệp hội Bia Châu Âu – EBC:

- 85% số hạt bị giữ lại trên rây 2,5 và 2,8 mm.

- Chỉ số màu( EBC): 14-16 o EBC.

- Nitơ hòa tan: 0,55 – 0,75% so với lượng chất khô.

- Nitơ amin tự do: không thấp hơn 150 mg/100 g chất khô malt.

- Độ nhớt dịch nấu theo phương pháp EBC: 1,5 – 1,6 mPa.s

Nhà máy sử dụng ba loại malt là malt vàng, malt đen và malt melanoid.Những loại malt này có một số thông số như sau:

Bảng 2.6 Một số thông số kĩ thuật của malt vàng, malt đen và malt melano

Chỉ tiêu Malt vàng Malt đen Malt melano Độ ẩm 2,5 mm

Tỉ lệ phối trộn Lên đến 100% 3-10% Lên đến 20%

Tác dụng Cung cấp chất chiết và enzyme Tạo màu cho bia Tạo hương và vị

Hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai sau malt trong sản xuất bia, không có nguyên liệu nào có thể thay thế Hoa houblon không chỉ tạo ra mùi vị đặc trưng cho bia mà còn tăng độ bền sinh học của sản phẩm Các hợp chất giá trị trong hoa bao gồm chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm, trong khi một số hợp phần khác không có nhiều ý nghĩa trong công nghệ sản xuất bia.

Một số hợp chất trong hóa có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất bia:

- Chất đắng: gồm các α – axit và β – axit, tạo nên vị đắng của bia, tạo bọt tốt và có tính kháng vi sinh vật.

- Tinh dầu: là những chất lỏng trong suốt, màu vàng nhạt hoặc không màu, có mùi thơm mạnh, chiếm 0,5 – 3% và đóng vai trò tạo hương thơm cho bia.

- Polyphenol: kết tủa đạm giúp bia bảo quản được lâu, tăng độ bền bọt và tăng khả năng kháng khuẩn, kháng nấm.

Hoa houblon được chia thành hai loại chính: hoa bia đắng và hoa bia thơm Hoa bia đắng có hàm lượng α-axit đắng cao, thường được dùng để tạo độ đắng cho bia Ngược lại, hoa bia thơm có hàm lượng α-axit thấp hơn nhưng lại mang hương thơm đặc biệt, thường được sử dụng để tạo hương vị cho bia Ngoài ra, còn có một số loại hoa bia có sự cân bằng giữa độ đắng và hương thơm, cho phép chúng được sử dụng thay thế cho cả hai loại hoa trên.

2.2.1 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 khô 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 khô Giá trị chất lượng được tính theo α-axit đắng của hoa cánh và hoa viên như nhau song hoa viên có hiệu quả sử dựng cao hơn nên tiết kiệm tốt hơn Hiện nay hoa viên có hai loại hoa viên T45 và hoa viên T90 Việc phân loại T45 hay T90 dựa trên khối lượng ước lượng của sản phẩm sau khi được xử lý

Hoa viên T90 là sản phẩm hoa được chế biến qua quy trình làm sạch, sấy khô, nghiền và nén viên Phương pháp này cho ra 90kg thành phẩm từ 100kg nguyên liệu hoa, mang lại lợi ích về giá thành rẻ mà vẫn đảm bảo chất lượng và yêu cầu bảo quản Tuy nhiên, nhược điểm của sản phẩm là tính ổn định của thành phần không cao do quy trình xử lý nguyên liệu tương đối đơn giản.

Một số chỉ tiêu đối với chế phẩm hoa viên T90:

- Màu sắc: Xanh lá mạ hơi vàng

- Mùi vị: Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu

- Hình dạng: Viên đùn không vỡ vụn

Hoa viên T45 là sản phẩm hoa được chế biến kỹ lưỡng, bao gồm việc loại bỏ cuống, thân và các thành phần không mong muốn, sau đó làm sạch, sấy khô, nghiền và nén viên Quá trình sản xuất này đảm bảo chất lượng đồng nhất cho bột nghiền, với tỷ lệ thu hồi khoảng 45kg thành phẩm từ 100kg hoa ban đầu Nhờ vào sự kiểm soát nghiêm ngặt và quy trình phức tạp, sản phẩm Hoa viên T45 có chất lượng cao và ổn định, mặc dù giá thành cao hơn so với chế phẩm hoa viên T90.

Một số chỉ tiêu của chế phẩm hoa viên T45:

- Màu sắc: Màu xanh lá mạ hơi vàng.

- Mùi vị: Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu.

- Hình dạng: Viên đùn không vỡ vụn.

- Hàm lượng axit đắng: 6% với hoa thơm và 8% với hoa đắng.

Trong ngành sản xuất công nghiệp, lượng hoa bia tiêu thụ rất lớn Vì vậy, chế phẩm T90 được áp dụng nhằm tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm không bị ảnh hưởng đáng kể.

2.2.2 Dạng cao hoa Đây là dạng chế phẩm hỗn hợp các chất đắng được chiết tách từ hoa và đem cô đặc lại Tuy nhiên khi chỉ dùng loại này ta không trích ly được polyphenol. Không có lợi cho độ bền của bia nhưng chất lượng chất đắng được bảo quản tốt hơn, đồng thời việc sử dụng khi nấu với dịch đường sẽ thuận lợi và hiệu quả hơn nhiều Thông thường giá trị sử dụng trong 1kg cao hoa tương đương 5-6kg hoa cánh hoặc hoa viên Một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm cao hoa:

- Màu sắc: Dạng keo màu vàng hổ phách.

- Mùi vị: Mùi thơm đặc trưng, dễ bay hơi, dễ nhận mùi, vị đắng rõ rệt.

- Tính tan: Tan và có thể tạo tủa lắng nhanh khi đun sôi, hoa thơm rõ rệt. Ở đây nhà máy chọn chế phẩm hoa T90

Nước là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất bia, chiếm 90 – 95% khối lượng sản phẩm Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất và chất lượng bia thành phẩm Do đó, tính chất và thành phần hóa học của nước cần được kiểm tra và xử lý nghiêm ngặt trước khi sử dụng.

Nước dịch vụ là loại nước không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm nhưng vẫn có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, bao gồm nước dùng cho vệ sinh công nghiệp, nước cho máy rửa chai, tráng lon, và nước rửa khí trong hệ thống thu hồi CO2.

Bảng 2.7 Tiêu chuẩn nước trực tiếp sản xuất

Tên chỉ tiêu Đơn vị Tiêu chuẩn Mong

Tối thiểu Tối đa muốn pH 5 9,5

C perfringens mỗi 100ml 0 0 Độ đục NTU 0 0,5

Nấm men đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men bia, được chia thành hai loại chính: nấm men nổi và nấm men chìm Sự khác biệt này là yếu tố quyết định giữa hai dòng sản phẩm bia Ale và Lager Trong đồ án này, tôi chọn sản xuất dòng bia Lager, vì vậy nấm men sử dụng là nấm men chìm, cụ thể là giống Saccharomyces carlsbergensis.

Các chủng S carlsbergensis.s có đặc điểm:

- Khi nảy chồi tế bào thường đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi.

- Chủ yếu hình dáng là hình cầu, hình ovan, kích thước 6 - 12μm.

- Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp (lên men ở 0 – 10 o C).

- Phát triển ở bề sâu chất lỏng.

- Dễ kết lắng, tách lớp, thuận tiện cho quá trình lọc.

- Lên men tốt glucose, maltose, galactose, fructose, saccarose, mannose và cả raffinose.

2.2.5 Nguyên liệu thay thế (gạo)

- Nguyên liệu thay thế là gạo được thể hiện ở hình 3.4.

Trong sản xuất bia, để giảm chi phí và tiết kiệm, có thể bổ sung nguyên liệu thay thế cho malt đại mạch bằng các loại hạt ngũ cốc chưa qua nảy mầm, như gạo, ngô và tiểu mạch Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế.

Trong thiết kế sản phẩm, nguyên liệu thay thế được sử dụng với tỷ lệ 7%, trong đó gạo là lựa chọn chính Gạo có nhiều ưu điểm như hàm lượng tinh bột cao, sẵn có ở Việt Nam và giá thành rẻ, giúp hạ giá thành sản phẩm hiệu quả.

Gạo là nguyên liệu thay thế phổ biến trong sản xuất bia và lên men chìm, giúp tạo ra bia vàng với màu sắc sáng hơn so với ngô và tiểu mạch Khi sử dụng gạo trong malt đen, bia sẽ có hương vị hài hòa và dịu nhẹ hơn Ngoài ra, gạo cũng làm cho bia khô hơn, làm nổi bật đặc trưng của hoa houblon.

- Thành phần hóa học của gạo được thể hiện ở bảng 3

Bảng 2.8 Thành phần hóa học của gạo.[4]

Bảng 2.9 Yêu cầu về chất lượng của gạo

Kiểm tra bằng mắt Tấm hay bột gạo phải thật trắng, không mốc, không lẫn tạp chất

Màu sắc Màu trắng đồng nhất, không có hạt bị mốc, mối, mọt, mùi hôi…

Hạt sạn, cát,… Không có, nếu có chỉ cho phép 2% Độ ẩm 10 – 13%

Tinh bột 75% khối lượng chất khô

Nhà máy sử dụng chế phẩm enzym Termamyl 120L để thuỷ phân tinh bột. Đây là chế phẩm dạng lỏng có chứa α – amylase được sản xuất từ vi khuẩn

Bacillus licheniformis của công ty Novozymes Đan Mạch là một loại enzym endo amylase có khả năng chịu nhiệt lên tới 110°C, giúp thủy phân liên kết α-1,4 Glucozit của amylose và amylopectin Enzyme này nhanh chóng chuyển đổi bột thành các dextrin phân tử lượng thấp hòa tan trong nước, làm giảm độ nhớt của dịch tinh bột đã được hồ hóa Việc sử dụng enzym hỗ trợ mang lại nhiều ưu điểm so với việc không sử dụng enzym.

- Tăng hiệu suất thu hồi chất hoà tan.

- Tăng tỷ lệ sử dụng được nguyên liệu thay thế.

- Có thể tăng nhiệt độ nồi hồ hoá lên đến nhiệt độ sôi mà vẫn đảm bảo cho quá trình dịch hoá tốt.

- Thủy phân triệt để hơn.

2.2.7 Các nguyên liệu phụ trợ.

- Các chất dùng xử lý nước : Các muối NaCl, Al2(SO4)3, axit lactic, nhóm ionit vô cơ, ionit hữu cơ,…

- Các chất sát trùng, tẩy rửa, vệ sinh : Cl2, NaOH, H2SO4, H3PO4, HCl, HNO3

- Các chất chống oxy hóa: axit ascorbic…

- Các chất trợ lọc: bột trợ lọc Diatomit…

Lựa chọn phương pháp và thiết bị

Mục đích của việc làm nát phần nội nhũ của nguyên liệu là để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, từ đó giúp nước xâm nhập vào các thành phần nhanh hơn Điều này thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác diễn ra nhanh chóng và triệt để hơn.

Gạo chưa ươm mầm và chưa bị tác động của enzyme có cấu trúc tinh bột cứng, khiến cho quá trình thủy phân trở nên khó khăn Để tối ưu hóa việc trích ly các chất hòa tan, phương pháp hiệu quả nhất là nghiền gạo thành bột mịn.

Vì vậy, nhà máy chọn nghiền gạo theo phương pháp nghiền khô bằng máy nghiền búa.

Hiện nay, có ba phương pháp nghiền chính là nghiền khô, nghiền ẩm và nghiền ướt Trong đó, nghiền khô là phương pháp nghiền malt trực tiếp mà không cần bổ sung nước, mang lại nhiều ưu điểm đáng kể.

- Có thể nghiền trước khi nấu một thời gian lâu

- Có thể nghiền tốt malt có độ nhuyễn kém

- Dễ dàng vệ sinh thiết bị

- Không giữ nguyên được vỏ

Nghiền ẩm là phương pháp nghiền malt trong trạng thái ẩm, với việc phun ẩm bổ sung 2% bằng hơi nước nóng hoặc nước nóng trước khi đưa hạt malt vào máy nghiền Nhiệt độ hơi không vượt quá 105°C, nhằm làm ẩm vỏ malt để bảo toàn trong quá trình nghiền và làm trương nở các sợi keo của nội nhũ Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình nghiền malt.

- Vỏ trấu được bảo toàn

- Nội nhũ được nghiền vừa đủ

- Không khí lọt vào tạo điều kiện cho các phản ứng oxy hóa không mong muốn xảy ra. c) Nghiền ướt

Nghiền ướt được chia thành hai loại: nghiền ướt có ngâm và không ngâm Đối với nghiền ướt có ngâm, malt sẽ được ngâm trong phễu chứa với nước theo tỉ lệ nhất định ở nhiệt độ 30-37°C trong 10-30 phút Sau khi rút hết nước, malt đạt độ ẩm 25-35% sẽ được nghiền nhẹ nhàng bằng đôi trục nghiền to Ưu điểm của phương pháp này là tăng cường hiệu quả nghiền và cải thiện chất lượng sản phẩm.

- Rút ngắn thời gian lọc bã từ 10-20%

- Vỏ nghiền được bảo toàn

- Nghiền không tốt với các loại malt chưa nhuyễn

- Hoạt lực enzyme và hoạt lực sinh học không được kiểm soát trong quá trình ngâm.

- Thiết bị khác hai phương pháp trên nên chi phí đầu tư lớn

Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp lọc, nhà máy quyết định sử dụng thùng lọc đáy để lọc dịch đường Phương pháp nghiền malt được chọn là máy nghiền hai đôi trục với chế độ nghiền ẩm, nhằm tối ưu hóa hiệu quả trong quy trình sản xuất.

2.3.2 Hồ hóa và dịch hóa

Mục đích của quá trình này là làm trương nở tinh bột, phá vỡ mạng liên kết để đạt hiệu suất cao trong quá trình đường hóa Gạo chưa trải qua chuyển hóa bởi enzyme rất khó giải phóng tinh bột, vì vậy cần bổ sung một lượng malt lót Việc này giúp hệ enzyme trong malt thủy phân một phần tinh bột, làm loãng dịch hồ hóa, giảm độ nhớt của cháo gạo, tăng hiệu suất chất chiết và thuận lợi cho quá trình đường hóa sau này Enzyme Termamyl được sử dụng trong quá trình hồ hóa, cùng với 10% malt lót.

Có 2 phương pháp hồ hóa cơ bản: hầm nhừ cháo (nấu có áp suất) và đun sôi cháo Trong đồ án này, em lựa chọn phương pháp đun sôi cháo vì:

- Yêu cầu thiết bị đơn gian, chi phí đầu tư thấp.

Mục đích của quá trình đường hóa là tạo ra điều kiện tối ưu về nhiệt độ và pH để các enzym trong malt hoạt động hiệu quả, từ đó thuỷ phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất thấp phân tử và sản xuất ra đường.

Nhà máy sử dụng gạo làm nguyên liệu thay thế và áp dụng phương pháp nấu ngâm chiết ở nhiều nhiệt độ, với việc nâng dần nhiệt độ kết hợp sử dụng chế phẩm enzyme Termamyl 120L Quá trình đường hóa được thực hiện bằng cách nâng nhiệt thông qua việc bổ sung dịch cháo và gia nhiệt.

- Thiết bị hồ hóa và đường hóa về cơ bản cấu tạo giống nhau.

Cháo malt sau khi đường hóa được chia thành hai phần: phần đặc, chứa các phần tử nhỏ không hòa tan của malt, và phần loãng, là dung dịch nước chứa các chất hòa tan, gọi là dịch đường Để tách riêng dịch đường khỏi hỗn hợp, cần tiến hành quá trình lọc, nhằm chuẩn bị cho các công đoạn tiếp theo.

Giai đoạn này tập trung vào việc tách đường khỏi lớp vỏ và các phần nội nhũ hạt không tan, sử dụng phương pháp lọc dịch đường dựa trên nguyên tắc phân ly hoặc lọc.

Có thể dùng các loại thiết bị sa

Thiết bị này được chế tạo từ thép không gỉ, có hình trụ với đáy phẳng và nắp hình cầu, xung quanh được bọc lớp bảo ôn Bên trong, cách đáy khoảng 10-15mm là đáy giả được tạo thành từ nhiều mảnh đồng ghép lại Hỗn hợp dịch malt được bơm vào phía trên đáy giả, trong khi dịch đường chảy qua các rãnh nhỏ vào ống thu dịch Bã sẽ được giữ lại trên đáy giả và được rửa trôi qua cửa xả bã sau khi quá trình lọc hoàn tất.

- Có khả năng tách loại cặn tốt.

- Chế tạo và vận hành đơn giản.

- Có khả năng từ động hóa cao.

- Thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích.

2.3.4.1 Thiết bị lọc ép kiểu khung bản

Thiết bị này bao gồm khung gang và tấm bản dày có rãnh, với bề mặt được tráng lớp đồng đỏ mỏng Nguyên liệu lọc là vải thô dày từ bông hoặc sợi nhân tạo Các khung bản được ép lại bằng trục vít ở giữa, cho phép dịch được bơm vào từng khoang và chảy qua màng lọc vào ống thu dịch Ưu điểm của thiết bị này là hiệu quả trong quá trình lọc.

- Chất lượng dịch lọc tốt, dịch trong hơn, hiệu suất hoa tan tăng 1%.

- Hao tổn nước rửa bã thấp.

- Sau mỗi lần lọc phải tháo lắp các khung bản do đó tốn nhiều sức lao động hơn.

- Tính tự động hóa không cao.

- Thiết bị không kín nên dịch đường bị oxy hóa nhiều.

Chi phí vận hành và bảo trì của thùng lọc đáy bằng cao, nhưng thiết kế kín giúp tránh oxy hóa, đảm bảo chất lượng dịch sau lọc Mặc dù tốc độ lọc chậm hơn máy ép khung bản, thùng lọc có diện tích lọc lớn, đáp ứng nhu cầu sản xuất hiệu quả Một ưu điểm nổi bật của thiết bị này là dễ vệ sinh, làm cho nó trở thành lựa chọn tốt hơn so với thiết bị lọc khung bản.

Lên men

Mục đích của quá trình lên men bia là chuyển hóa các đường có thể lên men thành rượu ethanol và CO2 nhờ vào nấm men, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ làm tăng hương vị cho bia Hiện nay, có hai phương pháp lên men phổ biến: lên men trong hai thiết bị và lên men trong một thiết bị.

2.4.1 Phương pháp lên men trong hai thiết bị Đặc trưng của phương pháp là quá trình lên men chính và lên men phụ được tiến hành trong hai thiết bị khác nhau Quá trình lên men được tiến hành trong hầm lạnh, thời gian lên men dài. Ưu điểm:

- Thiết bị lên men đơn giản, dễ chế tạo.

- Sản phẩm bia có hương vị đậm đà.

- Tốn diện tích mặt bằng.

- Khó thu hồi được nấm men sau khi lên men.

- Thời gian lên men dài do đó giá thành bia sẽ tăng lên.

2.4.2 Phương pháp lên men trong một thiết bị

Là phương pháp mà toàn bộ quá trình lên men chính và lên men phụ diễn ra trong cùng một thiết bị. Ưu điểm:

- Thời gian lên men rút ngắn hơn so với phương pháp lên men trong hai thiết bị.

- Lượng bia non hao hụt không đáng kể khi chuyển đổi giữa hai giai đoạn lên men chính và lên men phụ.

- Thiết bị lên men gọn, hiệu suất sử dụng thiết bị cao, điều kiện vệ sinh và vô trùng tốt.

- Không tốn diện tích mặt bằng, thiết bị có thể đặt ngoài trời.

- Nhiệt độ của quá trình lên men và áp suất thủy tĩnh ở đáy tank lên men cao nên tạo nhiều sản phẩm phụ, ảnh hưởng đến chất lượng bia.

Nhà máy sản xuất bia bình dân đã chọn phương pháp lên men trong thiết bị lên men thân trụ đáy côn, sử dụng chủng nấm men chìm Saccharomyces carlbergensis để tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Lọc bia

Mục đích của quá trình này là loại bỏ đáng kể vi sinh vật, bao gồm cả nấm men, vẫn còn tồn tại sau khi lưu trữ, từ đó ngăn ngừa tình trạng đục bia Đồng thời, quá trình này cũng giúp loại bỏ các phức chất protein, hạt keo polyphenol, polysaccharide và protein ít tan, những yếu tố này có thể khiến bia nhanh chóng bị đục, giúp tăng cường độ ổn định cho sản phẩm bia.

Hiện nay có nhiều thiết bị sử dụng trong lọc bia mang lại hiệu quả khác nhau.

Hệ thống cấu tạo bao gồm nhiều khung và bản ép chồng lên nhau, với lớp vải lọc ở giữa và bề mặt được phủ bột trợ lọc diatomite Một trong những ưu điểm nổi bật của sản phẩm này là yêu cầu đầu tư ban đầu thấp.

Nhược điểm của phương pháp này bao gồm thao tác phức tạp và tốn nhiều nhân công Chất lượng lọc không ổn định do cấu trúc lớp bột có thể thay đổi theo thời gian, dẫn đến trở lực lọc biến đổi Hơn nữa, hiệu suất lọc thấp và khả năng nhiễm tạp lớn cũng là những vấn đề cần lưu ý.

Máy lọc đĩa là thiết bị có cấu trúc hình trụ đứng, bao gồm một trục rỗng với nhiều đĩa lọc được gắn trên đó Các đĩa này có rãnh hoặc lỗ, tạo thành bề mặt phủ bột trợ lọc, giúp dẫn bia trong Ưu điểm của máy lọc đĩa là khắc phục hầu hết nhược điểm của máy lọc khung bản, như loại bỏ lớp vải lọc để tránh nhiễm tạp và tính không ổn định, giảm thiểu nhân công lắp ghép thủ công, tối ưu hóa thể tích và dễ dàng vệ sinh.

Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu lớn.

Thiết bị hình trụ đáy côn được đặt thẳng đứng, bao gồm các ống lọc gắn vào tấm vỉ ngăn cách giữa vùng dịch chưa lọc và dịch đã lọc Trong quá trình hoạt động, bia và bột trợ lọc diatomit được bơm vào thiết bị, bột phủ lên bề mặt các cột lọc, cho phép bia trong đi qua lớp bột và được tách các kết tủa, cặn Bia trong sẽ được dẫn lên khoang phía trên và ra ngoài Thiết bị này có ưu điểm là hiệu suất lọc cao, dễ vệ sinh, đầu tư ban đầu thấp hơn so với lọc đĩa và dễ dàng lắp đặt.

Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao hơn lọc khung bản

Làm bia bằng máy ly tâm kết hợp với máy lọc là giải pháp hoàn toàn cơ học, mang lại năng suất cao và thao tác đơn giản Phương pháp này dễ dàng cơ khí hóa và có chi phí sản xuất thấp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất bia.

Nhược điểm: bia không đạt được độ trong cần thiết, giảm độ bền sinh học của bia.

Dựa trên những ưu điểm và nhược điểm của các thiết bị lọc bia, nhà máy quyết định sử dụng hệ thống lọc bao gồm một máy lọc nến để loại bỏ cặn trong bia với bột trợ lọc diatomit, cùng với một máy lọc đĩa để khử polyphenol bằng chất hấp phụ PVPP.

Thuyết minh quy trình công nghệ

Hình 2.5 Quy trình công nghệ

Malt sau khi được định lượng và phối trộn sẽ được chuyển đến khoang phun ẩm, nơi lưu lượng được điều chỉnh bằng trục điều chỉnh Tại đây, nước nóng hoặc ấm được phun trong khoảng thời gian ngắn, với nhiệt độ từ 60-80°C trong 45-60 giây hoặc 50-70°C trong 60-120 giây Nước phun vào malt sẽ chảy ra ngoài và được tái sử dụng Quá trình phun ẩm giúp tăng hàm lượng nước trong malt lên 18-22%, làm malt trương nở 30-35% và kích hoạt nhẹ nhàng các enzyme trong malt.

Malt ẩm được đưa xuống cặp trục nghiền thứ nhất, nơi nguyên liệu sẽ được phân loại qua các rây Nếu nguyên liệu lọt qua cả hai rây, nó sẽ được đưa ra ngoài; nếu chỉ qua rây thứ nhất, nó sẽ tiếp tục xuống cặp rây thứ hai và cặp trục thứ ba Nếu không qua rây thứ nhất, nguyên liệu sẽ rơi xuống cặp trục nghiền thứ hai, nơi xảy ra quy trình tương tự Phần nguyên liệu không qua lỗ rây đầu tiên của cặp rây thứ hai sẽ là vỏ malt, và sẽ được đưa ra theo đường khác Sau mỗi mẻ, tất cả các bộ phận tiếp xúc với malt sẽ được vệ sinh bằng hệ thống vòi CIP.

- Nhà máy sử dụng thiết bị nghiền búa.

Gạo được đưa vào phễu hứng và vận chuyển lên máy nghiền búa bằng gầu tải Sau khi nghiền, bột gạo được quạt gió đưa vào phễu hứng tiếp theo, sau đó được nâng cao và phối trộn với nước ấm trước khi vào nồi hồ hoá Trong quá trình vận chuyển, bụi được sinh ra, vì vậy có hệ thống ống nối với túi lọc và cyclon để tách bụi hiệu quả.

2.6.3 Hồ hóa và dịch hóa

- Trước khi nấu, tiến hành vệ sinh thiết bị bằng nước nóng

Để chuẩn bị, hãy cho nước vào nồi sao cho ngập cánh khuấy, với nhiệt độ nước từ 45-50 ℃ và khởi động cánh khuấy Tiếp theo, bổ sung 10% malt lót vào nước Sau đó, bột nghiền được đổ từ trên xuống theo phương thẳng đứng và hòa trộn với nước nóng ở nhiệt độ 50-55°C, phun theo phương vuông góc Tỉ lệ phối trộn giữa gạo và nước cần được chú ý để đạt hiệu quả tốt nhất.

1 : 5 Khối bột sau hòa trộn có nhiệt độ khoảng 50 ± 1°C).

Khối bột được giữ ở nhiệt độ 50 ℃ trong 10 phút sau khi hòa trộn, trong khi việc thêm malt lót giúp giảm độ dày của lớp keo, ngăn ngừa hiện tượng vón cục và đảm bảo tinh bột không bị sống.

Nâng nhiệt độ khối dịch lên 72 ℃ và duy trì trong 30 phút để thực hiện quá trình hồ hóa, giúp tinh bột được hồ hóa hầu hết.

Tiếp theo cho thêm chế phẩm enzyme Termamyl vào dịch để thực hiện quá trình dịch hóa làm giảm độ nhớt cho dịch

Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 90 ℃ và giữ trong 30 phút, với tốc độ tăng không vượt quá 1-1,5˚C/phút Đây là nhiệt độ tối ưu cho enzyme α-amylase (của Termamy) hoạt động, giúp phá vỡ liên kết α-1,4 glucozit để thực hiện quá trình dịch hóa tinh bột.

- Nâng 100ͦC và tiến hành chuyển cháo

Trong quá trình nấu, cánh khuấy hoạt động liên tục để đảm bảo sự đồng nhất Khi nhiệt độ tăng, cánh khuấy chuyển sang chế độ khuấy nhanh, và khi giữ nhiệt, chế độ khuấy sẽ được điều chỉnh về chậm Cuối cùng, tiếp tục nâng nhiệt cho đến khi đạt đến nhiệt độ sôi.

Kết thúc quá trình đun sôi, van hơi khóa lại, dịch cháo được bơm chuyển sang nồi đường hóa.

Qúa trình hồ hóa khoảng 150 phút.

Thiết bị hồ hóa hình trụ làm từ thép không gỉ, có đáy cong và được đặt trên chân đỡ Thân và đáy thiết bị được bọc lớp cách nhiệt, trong khi xung quanh có lớp áo hơi gia nhiệt Hơi gia nhiệt được cung cấp vào thiết bị, trong khi nước ngưng được thu hồi.

- Nồi malt hoạt động sau nồi cháo 100 phút

Malt sau khi nghiền được trộn với nước theo tỷ lệ 1:3,5 và sau đó được bơm vào nồi đường hóa Do sử dụng malt đen cho bia đen, loại malt này có lượng enzyme thấp hơn malt vàng, nên quá trình đường hóa cần được kiểm soát cẩn thận Để đảm bảo quá trình đường hóa diễn ra triệt để, ta bổ sung enzyme Termamyl với tỷ lệ 0,03% Ngoài ra, việc thêm CaCl2 vào nước lót nồi nấu sẽ giúp tăng hiệu suất đường hóa, cùng với việc bổ sung axit lactic để điều chỉnh pH về mức mong muốn từ 5,4 đến 5,6.

- Giữ ở nhiệt độ 50 ℃ trong 30 phút Lúc nào nồi cháo được bơm sang nâng nhiệt độ khối dịch từ 50 ℃ lên 64 ℃ trong 5 phút, và giữ ở nhiệt độ này trong 35 phút

- Tiếp tục nâng lên 75 ℃ trong 5 phút và giữ ở nhiệt độ này trong 45 phút. Sau đó dịch đường được bơm sang thiết bị lọc.

Tổng thời gian đường hóa khoảng 120 phút.

Nồi được làm từ thép không rỉ với thiết kế hai vỏ và thân hình trụ, được bảo ôn bằng lớp vật liệu cách nhiệt Hệ thống cấp hơi gia nhiệt được lắp đặt để cung cấp hơi vào giữa hai lớp vỏ với áp suất khoảng 2,5-3 kg/cm² Gần đáy nồi có hai cánh khuấy để đảo trộn dung dịch, đi kèm với hộp giảm tốc điều khiển tốc độ khuấy Phần trên của nồi có hình nón, bao gồm ống thoát hơi, đèn chiếu sáng và cửa quan sát Trong quá trình nấu, đồng thời diễn ra hai quá trình quan trọng: khuấy trộn dung dịch và truyền nhiệt.

Lọc dịch đường bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn đầu tiên là tách dịch đường khỏi bã, và giai đoạn thứ hai là rửa bã để thu hồi phần chất hòa tan còn lại.

Giai đoạn 1: Tiến hành quá trình lọc

Trước khi tiến hành lọc, bơm nước lọc với nhiệt độ 75-78C vào dưới đáy, đảm bảo chiều cao nước cách mặt sàng từ 1-1,5cm để đẩy không khí ra ngoài Việc này rất quan trọng vì không khí trong đường ống có thể gây khó khăn cho quá trình lọc Sau khi dịch đường đạt nhiệt độ 79C, bơm sang thùng lọc và bật hệ thống cánh khuấy để đảo trộn lớp bã lọc, giúp phân bố đều Sau khoảng 20-30 phút lắng, mở van dẫn dịch xuống bình trung gian Nếu dịch còn đục, cần hồi lưu về thùng lọc cho đến khi dịch lọc trong, sau đó đóng van hồi lưu và mở van dẫn dịch sang nồi hoa.

Sau khi hoàn tất quá trình lọc dịch, tiến hành rửa bã theo khối lượng dịch yêu cầu Mở van đáy và van xả cấp rửa bã, sau đó bơm nước nóng với nhiệt độ từ 75 - 78C vào thùng lọc qua hai đường cấp nước (đường CIP và sục đáy) Tiến hành cho hệ thống dao cào hoạt động trong 10 phút, sau đó ngừng hệ thống để lắng rửa giống như quá trình lọc dịch ban đầu.

Sử dụng nước cứng để rửa bã là cần thiết vì tannin trong vỏ malt dễ tan trong nước mềm, gây đắng cho bia Nhiệt độ nước thấp làm giảm hiệu suất chiết đường, trong khi nhiệt độ quá cao có thể làm vô hoạt enzyme amylase, dẫn đến tinh bột không được đường hóa và khó lọc, gây đục cho dịch lọc Nhiệt độ lý tưởng trong quá trình rửa bã là 75-78°C, giúp hạn chế vi sinh vật xâm nhập và tối ưu hóa việc thu hồi chất tan còn lại, đồng thời giữ độ nhớt dịch đường ở mức thấp nhất Cần tránh để bã khô trước khi cấp nước lọc để không làm bia bị chát và giảm thiểu phản ứng phụ, cũng như ngăn ngừa oxy hóa tannin Quá trình rửa bã kết thúc khi đạt đủ lượng dịch sang nồi hoa và độ đường sót ở bã đạt từ 0,5-1°S, thường mất khoảng 60 phút.

Công nghệ xử lý nước cấp, nước thải

Nước dùng trong quy trình nấu bia và lên men cần được xử lý nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng Quy trình bắt đầu từ việc lấy nước sạch từ nhà máy, sau đó bổ sung Javen và sục khí để khử trùng Nước tiếp tục được bơm qua cột lọc cát thạch anh nhằm loại bỏ tạp chất rắn, sau đó tẩy màu bằng than hoạt tính và khử clo dư Cuối cùng, nước được lọc qua hệ thống thẩm thấu ngược để loại bỏ muối tan và tạp chất hữu cơ, đảm bảo đạt độ thuần khiết cao và các chỉ tiêu chất lượng.

- Tổng lượng sắt, manganic < 0,1mg/l

- Hàm lượng chất rắn tồn đọng < 0,1mg/l

- Hàm lượng calcium, maggie < 0,08mg/l

- Hàm lượng clo dư < 0,1mg/l

Nước dùng để rửa chai được xử lý qua nhiều bước nhằm đảm bảo chất lượng, bắt đầu bằng việc bổ sung nước Javen và sục khí để khử trùng Sau đó, nước đi qua bể lọc chứa vật liệu khử sắt và manganic, tiếp theo được tẩy màu bằng than hoạt tính và khử clo dư Để làm mềm nước, quá trình trao đổi ion (cationit) được thực hiện, và cuối cùng, nước được tinh lọc qua lọc lõi sợi Kết quả là nước sau xử lý có hàm lượng clo dư dưới 0,05mg/l.

Nước thải từ quá trình sản xuất của nhà máy được dẫn qua hệ thống cống rãnh đến bể lắng sơ bộ, nơi các tạp chất nặng và rác thải hữu cơ được loại bỏ nhờ quá trình lắng và song chắn rác Sau đó, nước được đưa vào bể điều hòa để trung hòa một phần, tạo điều kiện cho các quy trình xử lý sinh học tiếp theo Tiếp theo, nước thải đi qua bể xử lý yếm khí UASB, nơi nước được lọc qua lớp bùn chứa vi sinh vật kị khí, giữ lại các cặn lắng ở dưới Sau khi xử lý yếm khí, nước chảy sang bể aeroten để thực hiện sục khí, tăng cường hoạt động phân giải hiếu khí Cuối cùng, nước được tách bùn trong bể lắng đứng và lắng lần cuối ở bể tiếp xúc trước khi thải ra ngoài Bùn thu được được một phần tuần hoàn vào bể aeroten và phần còn lại được ép khô, đưa sang bể ủ bùn để làm phân bón Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT.

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

TÍNH TOÁN NHU CẦU NĂNG LƯỢNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC CỦA NHÀ MÁY

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ XÂY DỰNG NHÀ MÁY

TÍNH TOÁN KINH TẾ

VỆ SINH VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG