Thiết kế hệ thống nhà máy bia

Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 1 MSSV: 504301019 MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................ 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... 3 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA .........................................8 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới ........................................ 8 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia tại Việt Nam ....................................... 9 3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam........... 12 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO NHÀ MÁY BIA XÂY DỰNG ................................................................ 16 1.1. Ưu điểm của bia nồng độ cao ................................................................. 16 1.2. Ưu điểm của việc sử dụng đường và đại mạch trong sản xuất bia ......... 17 1.3. Địa điểm xây dựng nhà máy ................................................................... 18 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ............................................................................ 21 2.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm.................................................................. 21 2.2. Nguyên liệu sản xuất bia......................................................................... 22 2.3. Lựa chọn dây chuyền công nghệ............................................................. 35 2.4. Thuyết minh dây chuyền sản xuất .......................................................... 37 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG SẢN PHẨM.................................. 61 3.1. Các thông số ban đầu .............................................................................. 61 3.2. Tính toán lượng bia từ 100kg nguyên liệu ban đầu ................................ 62 3.3. Lập kế hoạch sản xuất ............................................................................. 69 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ....................................... 74 4.1. Phân xưởng nấu......................................................................................... 74 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 2 MSSV: 504301019 4.2. Phân xưởng lên men.................................................................................. 89 4.3. Hệ thống thiết bị phân xưởng hoàn thiện................................................ 100 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG...................................................... 104 5.1. Thiết kế bố trí tổng mặt bằng .................................................................. 104 5.2. Tính toán các hạ mục công trình............................................................. 105 CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN HƠI – NƯỚC - ĐIỆN – LẠNH...................... 114 6.1. Tính toán hơi cho nhà máy...................................................................... 114 6.2. Tính toán nước cho nhà máy................................................................... 121 6.3. Tính toán điện tiêu thụ cho nhà máy....................................................... 126 6.4. Tính toán lạnh cho nhà máy.................................................................... 139 CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CIP VÀ VỆ SINH AN TOÀN......................... 145 7.1. Hệ thống CIP trong phân xưởng nấu ...................................................... 145 7.2. Hệ thống CIP trong phân xưởng lên men ............................................... 147 7.3. Vệ sinh và an toàn lao động.................................................................... 149 7.4. Bảo hộ và an toàn lao động..................................................................... 151 CHƯƠNG 8: MÔI TRƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ .................... 153 8.1. Các yếu tố chính trong nhà máy bia ảnh hưởng tới môi trường ............. 153 8.2. Tổng quan về xử lý nước thải ................................................................. 157 8.3. Phương án xử lý nước thải cho nhà máy bia........................................... 158 CHƯƠNG 9: TÍNH TOÁN KINH TẾ .......................................................... 164 9.1. Mục đích và ý nghĩa................................................................................ 164 9.2. Nội dung phần tính toán kinh tế.............................................................. 164 9.3. Đánh giá các chỉ tiêu và hiệu quả ........................................................... 171 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 174 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 175 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 177 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 3 MSSV: 504301019 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ sinh học – Môi trường trường Đại học dân lập Phương Đông đã tạo điều kiện cho em được học tập và nghiên cứu trong một môi trường học tập khoa học, giúp cho em có những kiến thức vững vàng trước khi bước vào đời. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của cô giáo GS.TS Nguyễn Thị Hiền – cô là người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em cũng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình em và bạn bè những người luôn đứng sau giúp đỡ, chia sẻ với em những khó khăn và thuận lợi trong thời gian qua. Đề tài tốt nghiệp của em là “Thiết kế nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm, từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường”. Đây là bản đồ án có khối lượng công việc tương đối lớn, nhưng do thời gian thực hiện còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 17 tháng 5 năm 2008 Sinh viên thực hiện Trần Thị Thu Hà Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 4 MSSV: 504301019 MỞ ĐẦU 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. Công nghệ sản xuất bia khá đặc biệt, bởi vậy nó mang lại cho người uống một cảm giác rất sảng khoái và hấp dẫn. Trong bia có chứa hệ enzym phong phú và đặc biệt là enzym kích thích cho sự tiêu hóa. Vì vậy uống bia với một lượng thích hợp không những có lợi cho sức khỏe, ăn cơm ngon, dễ tiêu hóa, mà còn giảm được sự mệt mỏi sau một ngày làm việc mệt nhọc. Khi đời sống kinh tế xã hội phát triển, nhu cầu tiêu thụ bia của con người ngày càng tăng, thậm trí đã trở thành loại nước giải khát không thể thiếu hàng ngày đối với mỗi người dân phương Tây. So với những loại nước giải khát khác, bia có chứa một lượng cồn thấp (3 – 8o) và nhờ có CO2 giữ được trong bia nên tạo nhiều bọt khi rót, bọt là đặc tính ưu việt của bia, là yếu tố để phân biệt bia với những loại nước giải khát khác. Về mặt dinh dưỡng, một lít bia có chất lượng trung bình tương đương với 25 gram thịt bò hoặc 150 gram bánh mỳ loại một, hoặc tương đương với nhiệt lượng là 500 kcal, bằng 2/3 năng lượng được cung cấp từ cùng một thể tích sữa. Ngoài ra, trong bia còn chứa vitamin B1, B2, B5, B6, rất nhiều vitamin PP và các axit amin cần thiết cho cơ thể, các chất khoáng và nguyên tố vi lượng khác. Chính vì vậy từ lâu bia đã trở thành thứ đồ uống quen thuộc được rất nhiều người ưa thích. Trong những năm gần đây, nhu cầu uống bia của con người ngày một tăng nhanh, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ sinh học, công nghệ sản xuất bia đã có những bước tiến nhảy vọt. Nhiều cải tiến về công nghệ đã được áp dụng vào sản xuất bia, đã nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị, và mang lại hiệu quả kinh tế cao. Ngày nay ngành sản xuất bia Việt Nam cũng như các nhà máy bia liên doanh hay các hãng bia nước ngoài Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 5 MSSV: 504301019 luôn không ngừng mở rộng, cải tiến, xây dựng các nhà máy mới phù hợp và nâng cao chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu chung, với xu hướng cạnh tranh và chiếm lĩnh thị trường. Sản xuất bia nồng độ cao trong nhiều năm qua đã được nhiều nhà máy bia trên thế giới áp dụng như một phương tiện nhằm tối ưu hóa sản lượng của nhà máy hiện có. Việc lên men dịch đường ở nồng độ chất khô ban đầu cao làm tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu và lên men, tăng công suất nhà máy bia lên 15 – 25% mà không cần đầu tư thêm thiết bị và nhân lực. Trước đây theo phương pháp truyền thống, bia được sản xuất từ dịch đường ban đầu có nồng độ chất khô từ 10 – 12oBx, quá trình lên men tạo ra bia có hàm lượng cồn 4 – 5oV. Ngày nay sản xuất bia có nồng độ chất khô cao 14oBx đã trở thành phổ biến và được áp dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như: Mehico, các nước Nam Mỹ, Nam Phi... vì nó mang lại hiệu quả kinh tế, nhất là các nhà máy bia đã phát huy hết công suất dưới điều kiện sản xuất sẵn có hoặc là các nhà máy nằm trong khu vực do đặc điểm thời tiết mà mức tiêu thụ bia giữa các mùa không cân đối nhằm nâng cao sản lượng, tiết kiệm được nguồn vốn đầu tư. Sản xuất bia bằng phương pháp lên men nồng độ cao không những có lợi về mặt kinh tế mà còn tạo cho sản phẩm có những ưu điểm như: − Nâng cao tính ổn định vật lý, hương bền, bia có vị êm dịu. − Dễ dàng cho việc đa dạng hóa sản phẩm. Hơn nữa với nhịp độ phát triển kinh tế của cả nước, ngành sản xuất bia của Việt Nam trong những năm gần đây có những bước phát triển nhanh chóng. Malt đại mạch là nguyên liệu chính trong sản xuất bia. Đến nay nước ta vẫn phải nhập gần 100% malt từ nước ngoài. Chi phí ngoại tệ trung bình mỗi năm khoảng 50 triệu USD. Chi phí này sẽ tiếp tục tăng theo sản lượng bia trong những năm tới. Vì vậy việc tăng cường sử dụng nguồn nguyên liệu thay thế không những mang lại hiệu quả kinh tế trong việc giảm nguồn chi phí ngoại tệ mà còn giúp thêm một số công nghệ mới, tạo các sản phẩm mới giúp làm tăng sản lượng của các dây chuyền sản xuất bia, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 6 MSSV: 504301019 Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sử dụng nguyên liệu thay thế malt đại mạch trong sản xuất bia đã được quan tâm từ vài chục năm nay ở Viện nghiên cứu Rượu – Bia – Nước giải khát, Viện Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và một số đơn vị khác và đã đạt được nhiều kết quả tốt. Việc dùng gạo làm nguyên liệu thay thế, một phần malt trong sản xuất bia đã được sử dụng ở hầu hết các nhà máy bia trong cả nước, với tỷ lệ thay thế khoảng 15 – 30%. Tuy nhiên, việc thay thế với tỷ lệ cao hơn mới chỉ dừng ở quy mô thí nghiệm, chưa triển khai vào thực tế. Việc sử dụng nguyên liệu thay thế là đại mạch và đường hiện nay chưa được ứng dụng rộng rãi. Do đại mạch chưa qua quá trình ươm mầm, sấy nên giá trị của nó giảm hơn rất nhiều so với malt. Vì vậy việc sử dụng đại mạch làm nguồn nguyên liệu thay thế malt cần được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Đường là một nguyên liệu có thể thay thế malt trong sản xuất bia. Với ưu điểm lớn là tạo ra một dịch đường có nồng độ cao và như một chất có vai trò pha loãng nitơ nó giúp cho bia có độ bền cao hơn. Việc dùng đường trong sản xuất bia ở nước ta còn rất nhiều hạn chế, trong khi nguồn nguyên liệu này rất sẵn có và rẻ tiền. Từ những yếu tố trên em tiến hành thực hiện đề tài “Thiết kế nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường”. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 7 MSSV: 504301019 NỘI DUNG THỰC HIỆN BAO GỒM I. Xây dựng cơ sở lý thuyết: Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật Chương 2: Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ Chương 3: Tính toán cân bằng sản phẩm. Chương 4: Tính toán và chọn thiết bị. Chương 5: Tính toán xây dựng. Chương 6: Tính toán hơi – điện – nước. Chương 7: Tính toán CIP, vệ sinh và an toàn. Chương 8: Môi trường và phương pháp xử lý. Chương 9: Tính toán kinh tế. II. Các bản vẽ: 1.Sơ đồ dây chuyền sản xuất. 2.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng nấu bia. 3.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng lên men. 4.Mặt bằng, mặt cắt phân xưởng hoàn thiện. 5.Tổng bình đồ nhà máy. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 8 MSSV: 504301019 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới [1] Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng. HIện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm, trong đó, Mỹ, Đức, mỗi nước sản xuất trên dưới 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm... Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiến tiến trong năm 2004 như sau: Cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc khoảng 110 lít/người/năm... Tổng lượng tiêu thụ trên thế giới năm 2003 khoảng 144,296 triệu kl, năm 2004 khoảng 150,392 triệu kl (tăng 4,2%). Lượng bia tiêu thụ tăng hầu khắp các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philipin với tốc độ tăng đến 11,2%. Biểu đồ phân chia lượng bia tiêu thụ theo vùng (2004) (Nguồn từ Kirin news – Nhật Bản) Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 9 MSSV: 504301019 Châu Á là một trong những khu vực có lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng Châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới. Trong khi sản xuất bia ở Châu Âu có giảm, thì ở Châu Á, trước kia nhiều nước có mức tiêu thụ trên đầu người thấp, đến nay đã tăng bình quân 6,5%/năm. Thái Lan có mức tăng bình quân cao nhất 26,5%/năm, tiếp đến là Philipin 22,2%/năm, Malaysia 21,7%/năm, Indonesia 17,7%/năm. Đây là những nước có tốc độ tăng nhanh trong khu vực. Các nước xung quanh ta như Singapore đạt 18 lit/người/năm, Philipin đạt 20 lít/người/năm... (theo số liệu của Viện rượu - bia - nước giải khát Việt Nam). Công nghiệp bia của Trung Quốc phát triển là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự tăng trưởng của ngành công nghiệp bia Châu Á. Từ năm 1980 đến năm 1990 sản lượng bia tăng từ 69,8 triệu lít lên 1230 triệu lít, tức là tăng 17 lần. Thời kỳ từ 1981 đến 1987, mức tăng trưởng trên 20% (theo số liệu của Viện rượu - bia - nước giải khát Việt Nam). Đến năm 2004, tổng lượng bia tiêu thụ ở Trung Quốc là 28.640 triệu lít, xếp thứ hạng đầu tiên trên thế giới. Tổng lượng bia tiêu thụ của các nước khu vực Châu Á trong năm 2004 đạt 43.147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003. Do thị trường bia trên thế giới đang phát triển một cách năng động, các hãng bia sử dụng các chiến lược kinh doanh khác nhau. Tại Mỹ và Châu Âu, do thị trường bia đã ổn định, chiến lược kinh doanh bia là dành thị phần giảm chi phí sản xuất. Ngược lại, tại Trung Quốc là nơi thị trường đang tăng trưởng (nhất là đối với các loại bia chất lượng cao) chiến lược là phát triển sản xuất, tăng sản lượng và nâng cao chất lượng. 2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam [1] Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 10 MSSV: 504301019 a. Tình hình sản xuất bia trong nước Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư... mà ngành công nghiệp bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20,7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng. b. Số lượng cơ sở sản xuất Số lượng cơ sở sản xuất giảm xuống so với những năm cuối thập niên 1990, đến năm 2003 chỉ còn 326 cơ sở sản xuất so với 469 cơ sở tính từ năm 1998. Điều này là do yêu cầu về chất lượng bia, về mức độ vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng cao, đồng thời do sự xuất hiện của nhiều doanh nghiệp bia lớn có thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến... nên có sự cạnh tranh gay gắt, nhiều cơ sở sản xuất quy mô nhỏ, chất lượng thấp không đủ khả năng cạnh tranh đã phá sản hoặc chuyển sang sản xuất sản phẩm khác. Trong các cơ sở sản xuất bia đó, có Sabeco chiếm năng suất trên 200 triệu lít/năm, Habeco năng suất trên 100 triệu lít/năm, 15 nhà máy bia có năng suất trên 15 triệu lít/năm và khoảng 165 cơ sở sản xuất có năng lực dưới 1 triệu lít/năm. Hai tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và Sài Gòn là hai đơn vị đóng góp tích cực và giữ vai trò chủ đạo trong ngành bia. Theo báo cáo của các tỉnh thành phố trực thuộc trung ương và của hai tổng công ty, riêng năm 2003, doanh thu của ngành Bia Rượu Nước giải khát đạt 16.497 tỷ đồng, nộp ngân sách nhà nước 5000 tỷ đồng, tạo điều kiện việc làm và thu nhập ổn định cho trên 20.000 lao động. Sản lượng bia tiêu thụ toàn quốc đạt 1290 triệu lít, đạt 78,8% công suất thiết kế, trong đó Habeco và Sabeco đạt 472,28 triệu lít (chiếm 36,61% toàn ngành bia). Hai tổng công ty đã phát huy hết năng suất, phải gia công tại một số địa phương nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 11 MSSV: 504301019 Nếu xét theo địa phương, năng lực sản xuất bia chủ yếu tập trung vào các thành phố lớn như Thành phố Hồ Chí Minh chiếm 23,2% tổng năng lực sản xuất bia toàn quốc, thành phố Hà Nội chiếm 13,44%, thành phố Hải Phòng chiếm 7,47%. Các nhà máy bia được phân bố trên 49 tỉnh thành của cả nước, trong đó có 24 tỉnh thành có sản lượng trên 20 triệu lít/năm. Đến nay còn một số tỉnh thành chưa có nhà máy bia như: An Giang, Bạc Liêu, Bến Tre, Đồng Tháp... c. Thương hiệu bia Những thương hiệu bia sản xuất tại Việt Nam đang chiếm ưu thế, đứng vững trên thị trường và có khả năng tiếp tục phát triển mạnh trong quá trình hội nhập, đó là: Sài Gòn, Sài Gòn special, 333, Hà Nội, Heineken, Tiger, Halida... Lượng bia thuộc các thương hiệu này đạt 713,8 triệu lít chiếm 55,24% thị phần tiêu thụ. Mảng thị trường bia cao cấp cũng đã xuất hiện một số loại bia nhập khẩu và các nhà hàng bia tươi (tại Hà Nội, cũng như thành phố Hồ Chí Minh có trên 10 nhà hàng bia tươi) với sản lượng nhỏ nhưng đang ngày càng được ưa chuộng. d. Trình độ công nghệ và thiết bị Các nhà máy bia có công suất trên 100 triệu lít/năm đều có hệ thống thiết bị hiện đại, tiên tiến, nhập khẩu từ các nước có nền công nghiệp sản xuất bia phát triển mạnh như: Đức, Đan Mạch... Các nhà máy bia có công suất trên 20 triệu lít/năm cho đến nay đã đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, tiếp thu trình độ công nghệ tiên tiến vào sản xuất. e. Nguyên liệu cho ngành bia Năm 2003, kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu cho ngành sản xuất bia (chủ yếu là malt và hoa houblon) khoảng 76 triệu USD. Tổng công ty Habeco đã thử nghiệm trồng thử đại mạch ở một số nơi nhưng chưa có kết quả do sự không phù hợp về thổ nhưỡng và về khí hậu. Hiện tại đã có một nhà máy sản xuất malt đại mạch với công suất trên 50.000 tấn/năm và có khả năng mở rộng lên 100.000 tấn/năm (trích dẫn từ báo cáo tổng kết hoạt động nhiệm kỳ II từ 3/2001 đến 3/2005 của Hiệp hội Rượu Bia Nước giải khát Việt Nam). Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 12 MSSV: 504301019 f. Định hướng phát triển nền công nghiệp bia Việt Nam đến năm 2020 Do mức sống ngày càng tăng, mức tiêu thụ ngày càng cao. Không kể các nước Châu Âu, Châu Mỹ có mức tiêu thụ bia theo đầu người rất cao do có thói quen uống bia từ lâu đời, các nước Châu Á tiêu dùng bình quân 17 lít/người/ năm. Truyền thống văn hóa dân tộc và lối sống tác động đến mức tiêu thụ bia, rượu. Ở các nước có cộng đồng dân tộc theo đạo hồi, không cho phép giáo dân uống rượu bia nên tiêu thụ bình quân đầu người ở mức thấp. Việt Nam không bị ảnh hưởng của tôn giáo trong tiêu thụ bia nên thị trường còn phát triển. Theo một số nghiên cứu của nước ngoài, bia hiện nay chiếm khoảng từ 50% đến 96% tổng mức tiêu thụ các loại đồ uống có cồn trên thị trường các nước Đông Nam Á. Năm 1995 dân số Việt Nam lŕ 74 triệu người, năm 2000 có khoảng 81 triệu người và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người. Do vậy dự kiến mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 cũng chỉ đạt 13 lít/người/năm, sản lượng bia đạt khoảng 1300 triệu lít, bình quân tăng 18%/năm. Năm 2005 mức tiêu thụ bình quân 17 lít/người/năm, sản lượng 1,5 tỷ lít và năm 2020 đạt mức tiêu thụ 25 lít/người/năm. 3. Tình hình sản xuất bia nồng độ cao trên thế giới và ở Việt Nam a. Tình hình sản xuất trên thế giới Công nghệ lên men bia nồng độ cao là quá trình sản xuất và lên men dịch đường có nồng độ cao hơn so với các phương pháp sản xuất bia truyền thống. Bia nồng độ cao có thể được pha loãng sau khi lên men bằng nước vô trùng đã được khử oxy hoặc pha trộn với các loại nước quả để tạo ra nhiều loại bia khác nhằm đáp ứng thị hiếu ngày càng tăng của người tiêu thụ. Bảng1: Sản phẩm bia được sản xuất bằng công nghệ lên men bia nồng độ cao ở một số nước trên thế giới [6] STT Tên thương mại Hàm lượng Nhiệt độ lên Xuất xứ Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 13 MSSV: 504301019 cồn (%v/v) men (oC) 1 Jeanne dare Belrebuth 12,0 10 Pháp 2 Eldri Pope Thomas Hardys Ale 9,6 13 Anh 3 Bush 12% 9,6 10 Bỉ 4 Kloster Irseer Abt’s Trunk 9,6 9 Đức 5 Les Harvest Alse 9,8 10 – 13 Anh 6 Kasteel Bier 9,2 12 – 13 Bỉ 7 Eku 28 8,8 9 Đức 8 Whibread Gold Label 8,8 10 – 13 Anh 9 Schaffbrau Feuerfest Edel Bier 8,7 9 Đức 10 Borve Ale 8,1 10 - 13 Scotlen 11 Haire of the Dog Adam 8,0 10 – 14 Mỹ 12 Hertig Jan Grand Prestige 8,0 13 Thụy Điển 13 Courage Imperial Russian Stout 8,0 13 – 18 Anh 14 Bridge port Old Knucklehead 7,3 13 Mỹ 15 Echigo Land braurei Abbey Style Tripel 7,2 10 – 14 Nhật 16 Huyghe Dehinum tremenh 7,2 10 Bỉ 17 North Coast Old Rasputin Russian Impercial Stout 7,1 13 – 18 Mỹ 18 Celis Grand Cru 7,0 7 – 10 Mỹ Hầu hết các châu lục trên thế giới đều đã và đang áp dụng công nghệ lên men bia nồng độ cao. Ở Bắc Mỹ (Mỹ và Canada) đã nấu và lên men dịch đường 18 – 20oBx. Ở Châu Úc (Úc và Newzealand) lên men bia nồng độ cao là phương pháp sản xuất phổ biến hiện nay. Ở các châu lục khác lên men bia nồng độ cao cũng được áp dụng ngày càng rộng rãi như ở Trung Mỹ, Nam Mỹ và Châu Phi. Không chỉ ở các nước có ngành công nghiệp bia phát triển lâu đời mới sản xuất bia nồng độ cao mà tại Châu Á cũng đã áp dụng công nghệ này để sản xuất bia như Chosun của Hàn Quốc và Hohlot của Trung Quốc. Sản xuất bia nồng độ cao Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 14 MSSV: 504301019 được áp dụng ngày càng nhiều trên thế giới, bởi bia nồng độ cao có những ưu điểm vượt hơn hẳn bia nồng độ thường: − Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu, thiết bị lên men, tăng sản lượng của nhà máy từ 15 – 25% mà không cần đầu tư thêm thiết bị bằng việc tăng nồng độ chất chiết. Tiết kiệm được nguồn đầu tư cơ bản ban đầu. − Giảm chi phí vận hành: do cùng một chi phí vận hành cho một đơn vị sản phẩm như điện, nước, hơi, nhân công nhưng sản xuất bia nồng độ cao lại thu được những sản phẩm cao hơn từ 25 – 30%. − Với những nhà máy mới lắp đặt, đầu tư ban đầu thì tất cả các hệ thống như nồi hơi, thiết bị bơm, van đều có thể chọn lưu lượng, thể tích nhỏ hơn so với các nhà máy bia thông thường. Các chi phí vận hành các thiết bị phụ trợ cũng thấp hơn. − Sản xuất bia nồng độ cao có thể sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao do vậy giảm lượng malt nhập ngoại, tiết kiệm được ngoại tệ. Không những vậy, khi sản xuất theo phương pháp này sẽ có sự linh động trong việc lựa chọn nguyên liệu thay thế như các loại siro khác nhau, tạo ra bia có vị riêng. Trong quá trình lên men bia nồng độ cao thì các loại đường có khả năng lên men được sử dụng vào quá trình tạo cồn nhiều hơn tạo sinh khối nấm men do đó hàm lượng cồn thu được trên một đơn vị cồn tăng lên. − Sản xuất bia nồng độ cao sẽ giảm lượng phế thải nên chi phí cho quá trình xử lý nước thải giảm, điều này rất có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường. − Khi lên men bia nồng độ cao sẽ nâng cao hương vị của bia thành phẩm do tăng hàm lượng etyl axetat, giảm lượng diaxetyl do môi trường trong dịch đường nồng độ cao, áp suất thẩm thấu lớn, tỷ lệ tiếp giống cao do đó hạn chế khả năng nhiễm khuẩn. Vào cuối giai đoạn lên men chính thì lượng nấm men lơ lửng trong bia non nhiều nên thúc đẩy quá trình khử diaxetyl thành axeton nhanh do đó mà lượng diaxetyl trong bia thành phẩm thấp. b. Tại Việt Nam Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 15 MSSV: 504301019 Ở Việt Nam tuy sản lượng bia tăng nhanh nhưng công nghệ lên men bia nồng độ cao chưa được phát triển. Phần lớn các nhà máy bia của Việt Nam chỉ lên men dịch đường có nồng độ 10 – 12oBx, với tỷ lệ gạo làm nguyên liệu thay thế là 30%, nên sản xuất ra bia có độ cồn 3 - 5%v/v. Như vậy việc nghiên cứu sản xuất dịch đường cho lên men bia nồng độ cao không chỉ đáp ứng nhu cầu về bia ngày càng tăng mà còn nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế, hiệu quả sử dụng thiết bị, tạo ổn định cho bia thành phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế và góp phần đa dạng hóa sản phẩm. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 16 MSSV: 504301019 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT CHO NHÀ MÁY BIA XÂY DỰNG 1.1. Ưu điểm của bia nồng độ cao Lên men nồng độ cao có những ưu điểm sau: − Bia nồng độ cao có thể sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao hơn do đó làm giảm nguyên liệu nhập ngoại, tiết kiệm ngoại tệ, tăng sản lượng bia mà không cần đầu tư thêm thiết bị, tăng công suất tức thời cho các nhà máy trong mùa hè. − Bằng việc tăng nồng độ chất chiết, hiệu quả sử dụng thiết bị nấu, thiết bị lên men, thiết bị tàng trữ tăng lên, sản lượng của nhà máy tăng lên khoảng 15 – 25%, tiết kiệm được nguồn đầu tư cơ bản ban đầu, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nhà máy. − Tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành trên cùng một lượng bia thành phẩm như chi phí về điện, chi phí về hệ thống lạnh, chi phí nhân công từ đó làm giảm giá thành sản phẩm. − Lên men bia nồng độ cao không những có lợi về mặt kinh tế mà còn tạo cho sản phẩm có những ưu điểm như: nâng cao tính ổn định vật lý, hương bền, vị êm hơn và cải thiện được tính đục do keo hóa của bia trong quá trình bảo quản do nó có khả năng kết tủa các chất có khối lượng phân tử lớn, sự kết tủa này xảy ra nhanh hơn và hoàn toàn hơn trong tank lên men. − Ngoài ra bia nồng độ cao còn tạo ra các sản phẩm phong phú đa dạng hơn đáp ứng yêu cầu của thị trường, từ một loại bia mẹ ban đầu có thể tạo ra nhiều loại bia với nồng độ khác nhau. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 17 MSSV: 504301019 − Mặt khác lên men bia nồng độ cao còn làm giảm lượng phế thải nên giảm chi phí cho quá trình xử lý chất thải, có ý nghĩa lớn trong bảo vệ môi trường. Đối với một nhà máy bia mới lắp đặt, sản xuất bia nồng độ cao ngoài những ưu điểm trên còn có những ưu điểm sau: − Dung lượng của tất cả các hệ thống phụ trợ (hơi nước, khí, hệ thống lạnh) cũng nhỏ hơn so với nhu cầu của bia thông thường cùng công suất. − Tất cả các bơm, van và hệ thống ống có thể được lựa chọn phù hợp với những lưu lượng nhỏ hơn so với những lưu lượng thông thường của một nhà máy bia cùng công suất. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu bia nồng độ cao: Theo phương pháp cổ điển các nhà máy bia sản xuất dịch đường có nồng độ ban đầu vừa đủ để tạo ra bia có độ cồn mong muốn. Một số trường hợp dịch đường được sản xuất cao hơn một ít (khoảng 25%) bằng cách bổ sung siro hoặc đường kính vào nồi nấu hoa và bia thành phẩm được pha loãng để được bia bình thường. 1.2. Ưu điểm của việc sử dụng đường và đại mạch làm nguyên liệu thay thế Ưu điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia: − Nguồn cung cấp chất chiết rẻ tiền hơn malt, do đó giảm giá thành sản phẩm. − Cải thiện được thời gian bảo quản bia. − Tăng khả năng bền bọt của bia. Từ thực tế, các nhà sản xuất bia đã rút ra kết luận rằng khi sản xuất bia với tỷ lệ malt thấp, việc chọn đại mạch thay thế malt là một giải pháp rất tốt, chất lượng bia vẫn đảm bảo do trong đại mạch có một số chất tương tự như malt, đó là: thành phần protein trong đại mạch cao nên khi sử dụng tỷ lệ cao làm nguyên liệu thay thế sẽ tránh được thiếu hụt nguồn đạm trong dịch đường. Mặt khác trong đại mạch có hoạt lực Diastatic khoảng 35 - 45 WK, chỉ số này mặc dù thấp so với malt đại mạch nhưng lại là đặc tính mà các nguyên liệu thay thế Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 18 MSSV: 504301019 khác không có được. Đặc biệt nhiệt độ hồ hóa của đại mạch nằm trong khoảng 55 − 65oC, thấp hơn nhiều so với gạo 75 − 85oC nên dịch hóa ở nhiệt độ thấp và có thể dùng trực tiếp với malt, do đó tiết kiệm được năng lượng và dễ dàng cho quá trình nấu. Vỏ của đại mạch tạo nên lớp màng lọc rất tốt khi sử dụng thùng lọc lắng. Ưu điểm của việc dùng đường làm nguyên liệu thay thế: − Việc sử dụng đường làm tăng nồng độ của dịch lên men nồng độ cao là tăng công suất của nhà máy bia mà không cần đầu tư thêm thiết bị hoặc giảm thể tích nấu. − Đường bổ sung trực tiếp vào nồi nấu hoa đã làm tăng hương vị của bia. Từ những lý do trên em tiến hành xây dựng nhà máy sản xuất bia với năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx, sử dụng 50% nguyên liệu thay thế, trong đó 25% là đại mạch Việt Nam và 25% là đường (tỷ lệ % nguyên liệu thay thế được sử dụng từ kết quả nghiên cứu của tác giả Bùi Thị Thúy Lành - Luận văn thạc sỹ khoa học)[6]. 1.3. Địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm được chọn để xây dựng nhà máy cần đáp ứng được những yêu cầu sau: − Phù hợp với quy hoạch chung của thành phố. − Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và nơi tiêu thụ sản phẩm. − Thuận tiện về giao thông. − Đảm bảo các nguồn điện, nước, nhiên liệu. − Vấn đề cấp thoát nước dễ dàng. − Nguồn nhân lực không quá khan hiếm. Qua khảo sát và tìm hiểu em chọn địa điểm xây dựng nhà máy bia ở thị xã Phong Thổ, tỉnh Lai Châu. 1.3.1. Giao thông vận tải Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 19 MSSV: 504301019 Là một thị xã của một tỉnh tương đối lớn ở vùng Tây Bắc Việt Nam, thị xã có đường giao thông rất thuận tiện bằng cả đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không. Thị xã nằm gần với các đường quốc lộ nên rất thuận lợi để đi lên Lạng Sơn, đi về Lào Cai, Sơn La, Yên Bái, theo đường 6 về tới Điện Biên.. nên rất tiện lợi cho việc thu mua nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm. 1.3.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt, đại mạch trong nước và đường (nguyên liệu thay thế cho một phần malt), hoa houblon, nước, nấm men và một số nguyên liệu phụ trợ khác. − Malt đại mạch và hoa houblon được nhập về từ Trung Quốc. Malt được đóng gói vào trong các bao tải có trọng lượng cả bì là 50kg. Hoa houblon được nhập về dưới dạng hoa viên và cao hoa. Nguyên liệu được nhập về nhà máy trực tiếp từ Trung Quốc bằng đường bộ. − Đại mạch trong nước được thu mua từ Sơn La bằng đường bộ. − Men giống: nhà máy sử dụng nấm men Saccharomyces carlsbergensis X25. − Nước: trong sản xuất bia nước đóng một vai trò rất quan trọng. Nước được sản xuất với một khối lượng tương đói lớn và yêu cầu của nước hết sức nghiêm ngặt. Nhà máy sử dụng nguồn nước máy do tỉnh cấp. Đây là một yếu tố quan trọng vì nước không chỉ để dùng cho nấu và xử lý, sinh hoạt mà còn được dùng để pha loãng từ bia nồng độ cao ra bia thành phẩm sau này. 1.3.3. Hệ thống thoát nước Nhà máy thải ra một lượng nước thải lớn. Đây là loại nước chứa nhiều chất hữu cơ do đó nước thải của nhà máy được gom về hệ thống xử lý nước thải đặt trong nhà máy, sau khi nước đã được xử lý rồi mới thải ra hệ thống nước thải của tỉnh. 1.3.4. Nguồn cung cấp nhiên liệu Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 20 MSSV: 504301019 Nhiên liệu được sử dụng nhằm cung cấp nhiệt cho nồi hơi phục vụ cho các mục đích sản xuất, vệ sinh nhà xưởng, thanh trùng... Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than đá được mua từ tổng công ty than Việt Nam. 1.3.5. Nguồn điện Điện là nhu cầu quan trọng cho bất kỳ nhà máy nào, điện phải đảm bảo 24/24 giờ. Hiện tại nhà máy sử dụng nguồn điện được mua từ Trung Quốc với giá thành tương đương với nguồn điện quốc gia (nhưng sau vài năm nữa khi nhà máy thủy điện Sơn La đi vào hoạt động thì nhà máy sẽ được cung cấp điện từ lưới điện quốc gia), ngoài ra còn đặt thêm hệ thống máy biến thế riêng để ổn định nguồn điện và một máy phát điện đề phòng khi mất điện trên mạng lưới. 1.3.6. Nguồn nhân lực Nhà máy có thể sử dụng lực lượng lao động tại địa phương, vừa nhằm giải quyết công ăn việc làm cho họ, mặt khác khi sử dụng nguồn nhân công tại chỗ giúp chúng ta không phải quan tâm đến nơi ăn chốn ở của công nhân. Bên cạnh đó nhà máy đặt tại thị xã lớn của một tỉnh sẽ thu hút nhân tài từ các tỉnh lân cận về đây làm việc. 1.3.7. Thị trường tiêu thụ sản phẩm Thị trường tiêu thụ chủ yếu của nhà máy là hướng tới ngay tại tỉnh Lai Châu. Bởi vì cả tỉnh vẫn chưa có một nhà máy bia nào được xây dựng. Đây là một ưu điểm vượt trội của tỉnh khi tiến hành xây dựng nhà máy bia tại đây. Ngoài ra nhà máy bia còn cung cấp bia cho các tỉnh lân cận khác như Lào Cai, Yên Bái, Sơn La, Lạng Sơn, Điện Biên... Với đặc tính của bia và nhu cầu nước giải khát ngày càng cao cùng với sự giảm giá thành của bia do dùng 50% nguyên liệu thay thế và địa điểm đặt nhà máy thuận lợi thì việc sản xuất bia sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao. Điều này chứng tỏ việc thiết kế một nhà máy bia năng suất 50 triệu lít/năm từ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx là hoàn toàn có tính khả thi, chắc chắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cũng như việc tạo việc làm cho một lượng công nhân khá lớn và tăng nguồn thu cho ngân sách nhà nước. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 21 MSSV: 504301019 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Để lựa chọn dây chuyền sản xuất bia cho phù hợp với công nghệ nấu và lên men bia nồng độ cao 14oBx sau đó pha loãng ra bia thành phẩm gồm 60% bia chai 12oBx và 40% bia hơi 10oBx cần phải xác định các chỉ tiêu chất lượng của bia thành phẩm. ™ Chỉ tiêu cảm quan − Màu sắc: vàng rơm, óng ánh. − Độ trong: trong suốt. − Hương: thơm dịu, đặc trưng của hoa houblon. − Vị: đắng dịu, đặc trưng của hoa houblon. − Trạng thái bọt: trắng mịn. − Thời gian giữ bọt: 5 – 25 phút. ™ Chỉ tiêu hóa lý − Độ đường ban đầu: 10 – 13% trọng lượng trong đó bia hơi 10oBx và bia chai 12oBx. − Hàm lượng cồn: bia hơi: 3,5%; bia chai 5% (v/v). − Hàm lượng diaxetyl: bia hơi < 0,2 mg/l; bia chai < 0,1 mg/l. − Độ màu tính theo số ml I2 0,1N trung hòa 100ml bia: 0,5 ml. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 22 MSSV: 504301019 − Hàm lượng glyceryl: bia hơi: 0,1 – 0,2; bia chai: 0,1 – 0,2. − Hàm lượng axit hữu cơ: bia hơi: 0,1 – 0,15; bia chai: < 0,1 − Hàm lượng đạm tổng số (mg/100ml): 65 – 80. − Hàm lượng đạm formol (mg/100ml): 20 – 25 − Độ chua tính theo ml NaOH 1N trung hòa lượng axit trong 100 ml bia: 1,2 – 1,7 ml. − Kim loại nặng: không có. ™ Chỉ tiêu vi sinh vật − Vi sinh vật hiếu khí: < 100 tế bào/ml bia hơi − Vi khuẩn yếm khí: không có. − E.coli: không có. − Vi trùng gây bệnh đường ruột: không có. − Nấm mốc: ≤ 5 tế bào/ml. − Riêng bia chai đảm bảo không có vi sinh vật bên trong. 2.2. Nguyên liệu sản xuất bia Nguyên liệu để sản xuất bia bao gồm nguyên liệu chính và nguyên liệu thay thế. Các nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblon, nước và nấm men. 2.2.1. Malt đại mạch Trong sản xuất bia malt là nguyên liệu quan trọng và quyết định lớn đến chất lượng của bia. Malt dùng trong sản xuất bia thường là malt được nảy mầm ở điều kiện nhân tạo và sấy đến độ ẩm nhất định ở những điều kiện bắt buộc. Malt cung cấp cho quá trình lên men đường, tinh bột, axit amin, chất béo, chất khoáng, đạm, cung cấp enzym protease, amylase cho công nghệ nấu dịch lên men và các hệ thống enzym oxy hóa khử khác. Ngoài ra malt còn cung cấp nguồn đạm hòa tan cho sự sinh trưởng, phát triển của nấm men, cung cấp những chất đặc trưng tạo nên hương vị, độ bọt, độ bền bọt cho bia sau này. 2.2.1.1. Yêu cầu về chất lượng của malt Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 23 MSSV: 504301019 − Về cảm quan: + Màu sắc: vàng nhạt hoặc vàng thẫm. + Mùi vị: có mùi thơm, vị dịu ngọt. + Kích thước, trọng lượng: hạt đồng đều, cứ 1000 hạt malt khô dao động từ 30 – 44g. Malt phải xốp, khi cắn phải mềm, không còn các phản ứng, malt không được có dấu hiệu meo mốc. Nếu độ ẩm trong malt >5% thì chất lượng sẽ bị giảm, khó bảo quản. 2.2.1.2. Thành phần hóa học của malt tính theo phần trăm chất khô Bảng 2.1: Thành phần hóa học của malt [1] Thành phần % Chất khô Tinh bột Đường khử Đường sacharose Pentose hòa tan Pentose và hectose không hòa tan Xenlulose Các chất chứa nitơ Chất béo Chất khoáng Đạm formol Chất chứa nitơ không đông tụ 58 4 5 1 9 6 10 2,5 2,5 0,7 – 1 2,5 Có hai loại malt: malt vàng và malt thẫm. Tuy nhiên ở nhà máy này em chọn loại malt vàng. 2.2.2. Hoa houblon Cây Houblon có tên khoa học là “Hamulus Lupulus”, là một loài thân leo thuộc hàng urticacée, họ moracé. Hoa houblon được coi như là nguồn nguyên liệu chính thứ hai trong sản xuất bia. Hoa houblon tạo cho bia có vị đắng đặc trưng và mùi thơm dễ chịu, đồng thời hoa cũng chiết ra các chất có tác dụng tiệt trùng do đó làm tăng thời gian bảo quản bia và giúp cho các thành phần bia được ổn định và bọt bia giữ được lâu hơn cũng như cung cấp khoáng, tanin, protein, Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 24 MSSV: 504301019 tanin kết hợp với protein còn lại chưa thủy phân và làm tách protein ra tránh hư hỏng trong bia. Đức và Mỹ là hai quốc gia sản xuất hoa houblon lớn nhất, tiếp theo là cộng hòa Czech và hiện nay có cả Trung Quốc. Bảng 2.2: Sản lượng thu hoạch hoa houblon ở các nước trên thế giới [1] Quốc gia Sản lượng (x1000 tấn) năm 2005 Mỹ Đức Trung Quốc Cộng hòa Czech Anh 26,2 29,0 20,0 6,8 2,0 Toàn thế giới 102,21 Có khá nhiều giống hoa houblon và sản lượng thu hoạch trong năm cũng rất khác nhau. Bảng 2.3: Các giống hoa houblon [1] Giống hoa Sản lượng (tấn) Challenger Golding Northdown Target Fuggle Progress Yeoman WGV Bram Cross Các loại khác 520,8 501 461,3 344 217,5 140,6 84 84 63 37,6 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 25 MSSV: 504301019 Hoa houblon sử dụng trong nhà máy được nhập từ Trung Quốc dưới dạng hoa viên và cao hoa. 2.2.2.1. Yêu cầu chất lượng của hoa houblon − Màu sắc: Hoa có màu xanh hơi ngà, cánh hoa phải có màu sáng ngà, không có màu nâu hoặc màu sẫm đen. − Mùi vị: có vị đắng, mùi thơm đặc trưng. − Tạp chất: hàm lượng tạp chất < 17,5%, không lẫn nhiều lá và cuống hoa (có thể chấp nhận lá và cuỗng gẫy còn khoảng 3%). − Hàm lượng ẩm: dùng tay nghiền hoa, hoa không được dính vào nhau hoặc mất lá, không bị ướt, không bị gãy. − Hình dáng hoa: các búp hoa phải to đều, các cánh hoa xếp khít lên nhau. − Các hạt lupulin (nhụy hoa): hoa có càng nhiều lupulin càng tốt, lupulin có màu vàng chanh tới vàng bóng, dính. Bảng 2.4: Thành phần hóa học của hoa houblon [1] Thành phần Hàm lượng (%) Nước Nhựa đắng tổng số Tinh dầu Tanin Monosaccarit Pectin Amino axit Protein Lipit và sáp Chất tro Xenluloza, lignin và các chất khác 10 – 11 15 – 20 0,5 – 1,5 2– 5 2 2 0,1 15 – 17 3 5 – 8 40 - 50 Bảo quản hoa houblon: hoa houblon cần bảo quản ở nơi khô ráo, nhiệt độ thấp và không có ánh nắng mặt trời. Trong khi bảo quản, hàm lượng ẩm tối đa của hoa cho phép là 13%, còn nhiệt độ bảo quản tốt nhất là 0,5 – 2oC. Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 26 MSSV: 504301019 2.2.2.2. Các dạng hoa houblon sử dụng − Dạng cánh: sử dụng trực tiếp hoa tươi. Hoa có màu xanh hơi vàng, cánh hoa phải có màu sáng ngà, hoa có càng nhiều lupulin càng tốt. Cần phân biệt hoa thơm, hoa có độ đắng cao và độ đắng thấp. Các loại hoa thơm được đặc trưng bởi cường độ và mùi thơm dễ chịu hơn, lượng tinh dầu cao hơm, nhưng hàm lượng ỏ − axit của chúng thấp hơn so với các loại hoa đắng, hoa thơm vẫn được bán với giá cao hơn. Các loại hoa đắng được đặc trưng bởi hàm lượng ỏ − axit cao hơn. Tuy nhiên hiện nay số lượng các nhà máy sử dụng hoa houblon tươi giảm liên tục khi xuất hiện các chế phẩm hoa houblon. − Dạng viên: Có màu xanh, dạng viên trụ, có đường kính 5 mm (hàm lượng chất đắng 8%). Trong quá trình nấu dạng hoa viên này thường được dùng với hàm lượng lớn và cho vào giai đoạn đầu là 1/2 và giữa quá trình nấu hoa là 1/2 còn lại. Có hai loại hoa viên là hoa viên 90 và hoa viên 45. + Hoa viên 90: 90 có nghĩa là 90kg chứa tất cả các thành phần trong hoa gốc được chế biến từ 100kg hoa tươi. + Hoa viên 45: là loại hoa viên giàu lupulin trong đó chứa toàn bộ nhựa và tinh dầu có trong hạt lupulin. Bảng 2.5: So sánh thành phần của các loại hoa viên với hoa cánh [1] Các chỉ tiêu Loại 90 Loại 45 Tỷ lệ tính theo trọng lượng (%) 90-96 44-52 Phần dung tích (%) 20-30 10-25 độ đắng và hương thơm (%) 100-106 200-220 Hàm lượng tanin (%) 100 50 Hàm lượng chất rắn (%) 100 50 Hàm lượng các chất có hại (%) 100 50 − Dạng cao: Có hàm lượng chất đắng thấp nhưng có hàm lượng tinh dầu cao vì vậy cho cuối quá trình nấu hoa để tránh tổn thất hàm lượng tinh dầu. Cao hoa có thể bảo quản tốt từ 3 – 5 năm. 2.2.3. Nước Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 27 MSSV: 504301019 Nước là một trong những nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia. Thành phần và tính chất của nước ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quá trình công nghệ và chất lượng thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bia cần một lượng nước rất lớn để hồ hóa, đường hóa, rửa men, rửa thiết bị, cung cấp cho lò hơi... Chất lượng nước có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bia. Lượng nước sử dụng trong sản xuất bia thường trong khoảng 3,7 – 10,9 hl/hl bia. Trong việc sản xuất bia nồng độ cao, nước có ý nghĩa rất quan trọng trong việc pha loãng bia thành các nồng độ theo yêu cầu. Yêu cầu của nước dùng để sản xuất bia: [1] − Độ cứng từ mềm đến trung bình − Hàm lượng muối cacbonat không quá 50 mg/l. − Hàm lượng muối Mg2+ không quá 100 mg/l. − Hàm lượng muối clorua 75 – 150 mg/l. − Hàm lượng CaSO4 150 – 200 mg/l. − NH3 và muối NO2 không có. − Hàm lượng ion sắt 2 không quá 0,3 mg/l. − Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml. − Số lượng tế bào E.coli # 3 tế bào/ml. Đối với nước pha loãng bia (bia nồng độ cao) cần phải có thêm các yếu tố sau: − Hàm lượng O2 hòa tan < 0,05 mg/l. − Hàm lượng CO2 > hàm lượng CO2 trong bia cần pha loãng. − Hàm lượng, thành phần khoáng tương đương với bia. − Không có vi sinh vật và mùi lạ. Bảng 2.6: Hàm lượng các hóa chất xử lý nước uống và dư lương cho phép (Quy định của CHLB Đức về nước uống và nước sử dụng trong thực phẩm) Hóa chất Mục đích Lượng cho phép tối đa (mg/l) Lượng dư (mg/l) Cl2 ClO2 Khử trùng Khử trùng 1,2 0,4 0,3 0,3 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 28 MSSV: 504301019 O3 Ag H2O2 KMnO4 O2 SO3 Na2S2O3 Khử trùng Khử trùng Oxy hóa Oxy hóa Oxy hóa Giảm tối thiểu - 10 - 17 - - 5 6,7 0,5 0,03 0,1 0,5 0,05 2 2,8 2.2.4. Nấm men Nấm men sử dụng trong lên men bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccharomyces có nhiệt độ sinh trưởng là 25 – 30oC nhưng có thể phát triển được ở 2 – 3oC và chịu đến -180oC, ở nhiệt độ không khí lỏng vẫn sống. Giai đoạn đầu lên men cần có oxy để dấm man sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối sau đó oxy cạn dần chuyển sang pha yếm khí. Chủng nấm men được sử dụng để lên men ở đây là Saccharomyces carlsbergensis là loại nấm men hiếu khí tùy tiện. Trong điều kiện hiếu khí được cung cấp đủ oxy nấm men thực hiện quá trình hô hấp và tăng sinh khối, còn trong điều kiện yếm khí chúng thực hiện quá trình lên men. Loài nấm men phát triển tốt ngay ở nhiệt độ thấp khoảng 6 – 7oC. 2.2.5. Nguyên liệu thay thế Theo tài liệu của hiệp hội bia Châu Mỹ, nguyên liệu thay thế được định nghĩa là nguồn cacbonhidrat có thành phần và tính chất phù hợp dùng để bổ sung và thay thế nguyên liệu cơ bản trong sản xuất bia là malt đại mạch. Xuất phát điểm của việc sử dụng nguyên liệu thay thế ở Châu Âu là nhằm giảm lượng malt đưa vào sản xuất vì thuế sản xuất lúc đó đánh vào lượng malt. Nguyên liệu Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 29 MSSV: 504301019 thay thế lúc đó là siro và các loại đường. Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai, toàn thế giới bị thiếu malt trầm trọng nên tất cả các châu lục đều phải sử dụng các nguồn nguyên liệu khác nhau thay thế như ngô, gạo, đại mạch... Sau một thời gian dài sử dụng và nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nguyên liệu thay thế đến chất lượng của bia, người ta đã rút ra một số kết luận sau: − Việc sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia không làm ảnh hưởng đến chất lượng của bia, ngược lại làm tăng độ bền của bia trong quá trình bảo quản. − Làm giảm độ màu của bia. − Cải thiện đặc tính bọt. − Mang lại lợi ích kinh tế. Khoảng 90% lượng bia sản xuất trên thế giới được làm từ malt và nguyên liệu thay thế là tinh bột. Người ta sử dụng nguyên liệu thay thế là tinh bột với nhiều mục đích: − Để hạ giá thành bia. − Tăng cường độ bền keo, những chất chứa nitơ và polyphenol trong phần lớn các nguyên liệu tinh bột thường không nhiều nhưng làm tăng tính bền keo. − Sản xuất các loại bia nhẹ hơn, sáng màu hơn bia sản xuất hoàn toàn bằng malt. Một số nước đã sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao như ở Mỹ dùng nguyên liệu thay thế không những có tới 16% gạo mà còn dùng thêm hỗn hợp ngô 33%. Ở Anh dùng 20 – 25%, ở Nhật, Mỹ dùng 40 – 50%, Úc 30 – 40%... Việc sử dụng nguyên liệu thay thế ở tỷ lệ cao đòi hỏi phải bổ sung thêm enzym ngoài vào để hỗ trợ thêm cho enzym trong quá trình chuyển hóa ngũ cốc. Có một số công trình nghiên cứu sử dụng enzym trong quá trình nấu và tạo hương, người ta có thể nâng cao tỷ lệ nguyên liệu thay thế lên 80 – 90% mà bia vẫn đảm bảo chất lượng. Ngoài việc sử dụng gạo, ngô, sắn, đường làm nguyên liệu thay thế ở Nigeria đã sử dụng hạt Sorghum với tỷ lệ 58%, ngô 40% Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 30 MSSV: 504301019 cùng với sự phối hợp của hai loại enzym đường hóa, đạm hóa và bia vẫn đạt chất lượng tốt. Vấn đề sử dụng nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia đã được đặt ra cho các nhà nghiên cứu từ nhiều năm nay. Sự lựa chọn một nguyên liệu thay thế nào đó tùy thuộc vào mức độ sẵn có ở trong nước, giá cả cũng như mục đích của các nhà sản xuất. Trong đề tài này của em sử dụng nguyên liệu thay thế là đại mạch và đường. 2.2.5.1. Ưu nhược điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế trong sản xuất bia Malt đại mạch là nguyên liệu chính cho sản xuất bia. Đại mạch sau khi lựa chọn được đưa vào nảy mầm, sấy khô tạo ra malt. Tùy theo yêu cầu của công nghệ sản xuất bia, chất lượng bia mà người ta lựa chọn công nghệ sản xuất malt thích hợp. Nói chung quá trình sản xuất malt là quá trình tiêu tốn năng lượng và nhân công. Do nhu cầu hạ giá thành sản phẩm mà các nhà sản xuất bia ở Anh và Ailen bắt đầu sử dụng đại mạch vào sản xuất bia năm 1940. Tỷ lệ chất chiết của dịch đường từ đại mạch lúc đó không vượt quá 20%. Qua quá trình sản xuất, các nhà làm bia đã rút ra những ưu nhược điểm của việc sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế như sau: Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ 31 MSSV: 504301019 Ưu điểm: − Nguồn cung cấp chất chiết rẻ hơn malt, do đó giảm giá thành sản phẩm. − Cải thiện được thời gian bảo quản bia. − Tăng khả năng bền bọt của bia. Nhược điểm: − Độ nhớt dịch đường cao hơn. − Tốc độ lọc dịch đường chậm hơn. − Gây khó khăn cho quá trình lọc bia. Khi sử dụng đại mạch làm nguyên liệu thay thế thì tính chất của đại mạch ảnh hưởng lớn đến công nghệ sản xuất cũng như chất lượng dịch đường và bia thành phẩm. Tính chất của đại mạch chịu ảnh hưởng đáng kể của cả di truyền và điều kiện gieo trồng. Việc sử dụng công nghệ di truyền đã tạo ra những giống đại mạch có chất lượng rất tốt cho sản xuất bia. Các yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng đến hàm lượng protein, tinh bột và 1-3, 1-4 õ-glucan cũng như hoạt lực của hệ enzym có trong đại mạch. Bảng 2.7: Thành phần cơ bản của đại mạch [6] Chỉ tiêu cảm quan Màu sắc hạt Vàng sáng Hình dạng hạt Hình elip, hạt mập Chỉ tiêu cơ học Kích thước hạt (dài - rộng) (mm) 9,5 – 3,7 Khối lượng 1000 hạt (g) 50,1 Dung trọng (g/l) 670 Chỉ tiêu hóa lý Độ ẩm (%) 10,1 Trọng lượng vỏ (%) 8,5 Hàm lượng tinh bột (%) 64,5 Hàm lượng protein tổng số (%) 11,6 Hàm lượng protein hòa tan (%) 1,80 Khãa luËn tèt nghiÖp Khoa CNSH & MT TrÇn ThÞ Thu Hµ