Đồ án Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch hơn cho dây chuyền sản xuất bia Công ty TNHH SABMiller Việt Nam

Nam 4 Men Đan mạch 5 Bột trợ lọc Mỹ 6 Hoa Houblon Đức 7 Nước Việt Nam 8 Lon Việt Nam 9 Chai Việt Nam 10 Nắp Việt Nam 11 Nhãn Việt Nam 12 Két đóng bia Việt Nam 13 Thùng catong Việt Nam 14 Nước không oxy Việt Nam 15 Và một số phụ liệu khác - 3.2.2. Các sản phẩm của nhà máy Hình 3.5. Bia Zorok và bia Miller Các sản phẩm chính: Gồm 2 sản phẩm: bia Zorok và bia Miller. Ngoài ra công ty còn có các sản phẩm phụ như: Bia gồm: Hopstar, Castle, CMS. Hình 3.6. Bia Castle Nước giải khát có cồn gồm Hình 3.7. Nước giải khát có cồn Zima và Redd. Phế phẩm: là những sản phẩm phụ của các công đoạn sản xuất như: bã hèm, bã men, bã bột trợ lọc, bùn xử lý nước thải 3.2.3. Các máy móc thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất của nhà máy Qua bảng thống kê thiết bị của nhà máy sau đây nhóm SXSH xin được liệt kê một số máy móc có trong nhà máy như sau. Bảng 3.2. Danh mục máy mọc thiết bị trong nhà máy STT Tên thiết bị Xuất xứ Đơn vị Số lượng 1 Máy chiết rót Hàn quốc Hệ 2 2 Máy đóng lon Hàn quốc Hệ 2 3 Máy nghiền mạt Việt Nam Cái 1 4 Máy nghiền gạo Việt Nam Cái 1 5 Nối nấu Việt Nam Cái 10 6 Thiết bị lọc USA Hệ 2 7 Tank lên men Việt Nam Cái 12 8 Và một số máy móc liên quan - - - 3.4. Hiện trạng môi trường tại nhà máy Nhà máy được xây dựng trong KCN Mỹ Phước II một KCN được xây xựng theo kiểu mẫu mới và quy hoạch tách biệt với khu dân cư và các công trình công cộng khác. Xung quanh nhà máy không có sông suối ao hồ tự nhiên nên không bị ảnh hưởng của vấn đề trượt lún. Là nhà máy mới nên được xây dựng rất hiện đại, hội tụ được nhiều ưu điểm từ kho bãi, phân xưởng đến khuôn viên xung quanh nhà máy đều được phối hợp rất hài hòa. Chính vì thế, công tác bảo vệ môi trường tại nhà máy cũng được ban lãnh đạo nhà máy rất quan tâm và thực hiện triệt để. 3.4.1. Môi trường không khí Môi trường không khí được kiểm soát rất chặt chẻ bằng các hệ thống thu gom và xử lý khí thải rất hiện đại. Nhà máy có hành lang cây xanh và thảm cỏ rất rộng có tác dụng điều hòa môi trường lao động trong nhà máy. Không những thế, hành lang cây xanh còn giúp tránh phát tán chất ô nhiễm ra ngoài môi trường xung quanh rất tốt. Bảng 3.3. Kết quả phân tích chất lượng không khí xung quanh nhà máy STT Thông số Đơn vị Kết quả QCVN 05,06:2009/BTNMT K1 K2 1 Nhiệt độ oC 29,8 28,2 <34 2 Độ ẩm % 64 67 <80 3 Tốc độ gió m/s <0,4 1,2 <2,0 4 Độ ồn: Lmax dBA 83,1 73,8 115 5 Lmin dBA 75,2 60,5 - 6 LEQA dBA 78,4 63,7 85 7 Bụi mg/m3 0,41 0,26 0,3 8 SO2 mg/m3 0,068 0,117 0,35 9 NO2 mg/m3 0,041 0,043 0,2 10 CO mg/m3 1,8 2,3 30 (Nguồn: Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường lấy mẫu phân tích ngày 18/11/2010) (*) Ghi chú: K1: Cổng bảo vệ và K2: Trong khuôn viên nhà máy 3.4.2. Môi trường nước thải Hoạt động sản xuất kinh doanh của nhà máy đã phát sinh nước thải bao gồm: Nước thải của nhà máy phát sinh chủ yếu từ quá trình súc rửa lon, chai, vệ sinh máy móc thiết bị, phân xưởng sản xuất, nhà ăn… Nước thải từ quá trình sinh hoạt hàng ngày của công nhân. Nước thải là một trong những loại chất thải của nhà máy với lưu lượng khoảng 600 m3/ngày.đêm, bao gồm cả nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt. Tổng lượng nước sử dụng cho toàn bộ nhà máy trung bình khoảng 2000 m3/ngày đêm. Lượng nước này sử dụng chủ yếu cho quá trình sản xuất và một lượng nhỏ khoảng 12 m3 dành cho sinh hoạt. Nước thải của nhà máy, đặc biệt là nước thải sản xuất có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, nhưng độc tính không cao và được dẫn thải ra hệ thống xử lý nước thải của nhà máy. Còn nước thải sinh hoạt tại các nhà vệ sinh được xử lý sơ bộ bằng hệ thống hầm tự hoại sau đó mới đã ra hệ thống xử lý chung với nước thải sản xuất. Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy được mô tả bằng sơ đồ khối như sau: Bể điều hòa Bể UASB Bể trung gian Bể Aerotank Bể lắng trong Hố thu gom Mương tách rác Bể gom Bể phân hủy bùn KCN Mỹ Phước II Bể chứa Bể khử trùng Hồ nuôi cá Bể nén bùn Xử lý CTNH Nước thải sản xuất Khí thải Máy cấp khí Hóa chất điều chính pH BTH Hóa chất khử trùng Rác Nước tách bùn Hình 3.8. Quy trình xử lý nước thải tại nhà máy bia SABMILLER Nước thải sinh hoạt Hầm tự hoại 3.4.3. Chất thải rắn Chất thải rắn tại nhà máy được phân chia cụ thể thành 3 loại như sau: Xử lý chất thải rắn sinh hoạt: Lượng chất thải này ước tính khoảng 100 - 150 kg/ngày, doanh nghiệp đã trang bị các loại thùng chức có nắp đậy đảm bảo vệ sinh. Sau đó lượng rác được thu gom và được đội thu gom rác của KCN Mỹ Phước thu gom hằng ngày. Chất thải rắn sản xuất: Chất thải rắn sản xuất tại nhà máy bao gồm các loại như là bao bì, bã hèm, các sản phẩm hư hỏng, ... lượng chất rắn này một ngày khoảng 6000 kg và sẽ được doanh nghiệp thu gom và bán lại cho một số đơn vị có nhu cầu thu mua. Phần còn lại không thể tận dụng được thì doanh nghiệp sẽ ký hợp đồng thuê các đơn vị có chức năng thu gom và xử lý. Chất thải nguy hại: Các loại chất thải nguy hại phát sinh tại nhà máy bia sẽ được thu gom và xử lý đúng theo các bước sau: Đăng ký chủ nguồn thải chất thải nguy hại (CTNH) với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Tây Ninh theo đúng Thông tư 12/2011/TT-BTNMT ngày 14 tháng 04 năm 2011. Phân loại CTNH , không để lẫn CTNH khác loại với nhau hoặc với chất thải khác. Bố trí các nơi lưu giữ tạm thời CTNH an toàn. Bảo quản CTNH theo đúng chủ loại trong các bồn, thùng chứa, bao bì chuyên dụng đáp ứng các yêu cầu về an toàn, kỹ thuật, bảo đảm không rò rỉ, rơi vãi hoặc phát tán ra môi trường. Nhà máy đã ký hợp đồng với đơn vị có chức năng được cấp phép của cơ quan nhà nước có thẩm quyền về hoạt động thu gom, lưu giữ, vận chuyển và xử lý CTNH theo Thông tư 12/2011/TT-BTNMT ngày 14 tháng 04 năm 2011 Về việc hướng dẫn điều kiện hành nghề và thủ tục lập hồ sơ, cấp phép, hành nghề. Chất thải rắn Phân loại tại nguồn Chất thải rắn không nguy hại Chất thải rắn nguy hại Lưu trữ Thuê đơn vị thu gom Xử lý chất thải nguy hại Vận chuyển chôn lấp tại bãi rác hợp vệ sinh Bán cho đơn vị thu mua để tái sử dụng Hình 3.9. Sơ đồ quản lý chất thải tại nhà máy bia SABMiller Chương 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ÁP DỤNG SXSH CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CỦA CTY TNHH SABMILLER VIỆT NAM 4.1. Quy trình chi tiết công nghệ sản xuất bia của nhà máy 4.1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia của nhà máy Nước Phụ gia Dán nhãn Thanh trùng Lọc tách bã Đường hóa Bão hòa CO2 Lọc trong bia Lên men phụ Lên men chính Lắng trong Houblon hóa Làm lạnh Malt Làm sạch Nghiền ướt Đạm hóa Tạp chất Gạo Bia thành phẩm Làm sạch Nghiền Hồ hóa Chiết rót Malt lót Nước Houblon, phụ gia O2 vô trùng Nhân giống Nấm men Bột trợ lọc Bã Malt Bã Houblo Nấm men CO2 thu hồi Xử lý CO2 CO2 tinh khiết Cặn Hình 4.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất bia của Công ty TNHH SABMiller Việt Nam 4.1.2. Diễn giải quy trình công nghệ sản xuất 4.1.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu Làm sạch malt: Sau khi đã tính toán được khối lượng của các loại malt cần pha đấu công việc tiếp theo là phải làm sạch malt. Malt để trong kho có bụi và các tạp chất khác như lá cây, đá. Để làm sạch malt có thể sử dụng các thiết bị sàng phân loại để phân loại theo kích cỡ, thiết bị hút kim loại. Nghiền nguyên liệu: Malt và gạo được xay nghiền thành hạt nhỏ nhằm tăng bề mặt tiếp xúc với nước làm cho thành phần của chất nội nhũ với sự xâm nhập của nước nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa, quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. Đối với gạo, được nghiền mịn đồng đều giảm được thời gian đun sôi và hồ hóa tinh bột được tốt, kích thước hạt sau khi nghiền < 0,5 mm. Đối với malt, nghiền malt nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc của tinh bột, tạo điều kiện nhằm thúc đẩy cho quá trình sinh, lý, hóa xảy ra trong nguyên liệu khi đun nấu nhằm thu được dịch đường có nồng độ các chất cao nhất từ nồng độ ban đầu. Quá trình nghiền này rất quan trọng vì kết thúc qúa trình nghiền thì vỏ malt càng giữ được vỏ nguyên càng tốt để tanin, lynin, chất khoàng không tan vào dung dịch làm giảm chất lựơng bia. Vỏ malt xay đúng kĩ thuật làm cho lớp bã xốp nhẹ thì trong quá trình lọc nước mout chảy qua dễ và rửa bã nhanh chóng và làm giảm vận tốc lọc dịch đường về sau nếu nghiền quá nhỏ lớp bã sẽ bịt kín bề mặt lọc làm giảm khả năng lọc của thiết bị, làm giảm hiệu suất thu hồi các chất tan còn sót trong bã, xay quá to thì mức độ đường hóa không hoàn toàn. Có 3 giải pháp để tiến hành nghiền malt ở trạng thái khô, nghiền có phun ẩm vào hạt, và nghiền malt cùng với nước. Ở nhà máy dùng nghiền malt cùng với nước. 4.1.2.2. Nấu Mục đích của quá trình nấu: Chuyển hóa các thành phần chính của malt và gạo thành những chất hòa tan trong nước (các loại đường, acid amin, protein, polypeptide) và loại bỏ các chất không hòa tan ra ngoài. Các quá trình xảy ra khi nấu: Sự biến đổi hóa học trong quá trình nấu Quá trình đường hóa chia thành 3 giai đoạn: Sự hồ hóa: Tinh bột của gạo bị hồ hóa ở 80 – 85oC. Tinh bột lúa mì bắt đầu hồ hóa ở nhiệt độ 60-85oC, tinh bột khoai tây bị hồ hóa ở 55-60oC. Sự dịch hóa: Là sự tác động của enzyme, diễn ra rất chậm nếu như tinh bột chưa bị hồ hóa xong. Enzyme tác động nhiệt hóa ở nhiệt độ thích nghi nhất là 65-70oC, pH 4.6 và bị hủy diệt ở 80oC trong thời gian ngắn. Sự đường hóa: Là sự biến đổi của tinh bột đã dịch hóa thành dextrin và maltose dưới tác động của 2 enzyme: - amylase dextrin hóa - amylase maltose hóa - amylase dễ bị biến tính ở nhiệt độ 70oC, - amylase chịu được nhiệt độ cao hơn, 80oC. Hiện nay có 2 loại enzyme đạm hóa trong malt là protease và peptidase nhiệt độ thích nghi lúc nấu để hòa tan đạm là 43-50oC. pH thích nghi của đa số enzyme thấp hơn acid thông thường của nước mout (5,8). Vì vậy, người ta mới acid hóa mẻ nấu đến pH = 5,2. Đây là pH thuận lợi nhất cho đạm hóa và sự hòa tan các phosphat. Biến đổi hóa lý: Sự tủa lắng protein: khi nhiệt độ tăng, các protein kém chịu nhiệt sẽ bị kết tủa . Sự tạo thành các menaloid: do acid amin tác động các chất đường tại nhiệt độ cao tạo thành (tác dụng tốt cho mùi vị của bia, khả năng tạo và giữ bọt của bia). 4.1.2.3. Lọc tách bã Mục đích: Dịch sau khi nấu đường hóa được gọi là hồ malt chứa rất nhiều các chất không hòa tan, điển hình là cellulose và tinh bột sống, nhằm mục đích thu được nước mout trong,thành phần chủ yếu của phần lỏng là nước và các chất hòa tan. Rửa bã nhằm lấy lại các chất hòa tan còn lại nằm trong hèm. Nước nha trong khi nguội có độ nhớt tăng cao, vì vậy nước rửa bã phải có nhiệt độ cao (83oC) làm sao để khối bã đạt 75oC. Tiến hành theo hai bước ép dịch và rửa bã. Yêu cầu kỹ thuật: dịch ép phải trong nhiệt độ sau lọc là 75oC. Một số lưu ý trong quá trình lọc: Áp suất lọc phải điều chỉnh từ từ, vì áp suất quá cao sẽ làm vải lọc bị bịt kín gây trở ngại cho quá trình lọc. Nhiệt độ nước rửa phải đúng ỵêu cầu kỹ thuật đã đề ra (75-78oC) không dùng nước có nhiệt độ cao hơn, không đun sôi vì xảy ra hiện tượng biến tính và kết tủa protein làm đục nước nha, ảnh hưởng đến chất lượng bia. Khi lắp vải lọc không được bịt kín lỗ lọc vì sẽ làm dịch không vào lọc được gây cản trở cho quá trình lọc. Huyền phù không có nhiều chất rắn và quá mịn bịt kín lỗ nguyên liệu lọc. 4.1.2.4. houblon hóa Mục đích Hòa tan chất đắng, chất thơm, chất chát tạo mùi vị và màu cho bia. Khử trùng dịch lên men, vô hoạt enzyme. Làm bay hơi bớt nước, giảm độ chua để đưa dịch đường về nồng độ và pH thích hợp cho quá trình lên men. Ở nhiệt độ cao polyphenol sẽ liên kết với protein tạo phức chất dạng màng nhầy. Khi lắng xuống nó sẽ kéo theo các mảng nhỏ li ti khác làm tăng độ bền sinh học của bia và độ trong của dịch đường. Polyphenol, chất đắng, chất chứa nitơ trong bia là những chất tạo sức căng bề mặt có hoạt tính cao, tạo độ bền bọt trong bia. Các quá trình xảy ra trong quá trình houblon hoá: Trích ly và hoà tan chất đắng vào dịch đường: chất đắng của hoa houblon có độ hoà tan ở trong nước rất thấp, trong dịch đường thì lại càng kém hơn. Trong hai cấu tử của axit đắng thì α-axit có độ hoà tan khá hơn và là nguồn chính tạo ra vị đắng cho bia. Khi tăng nhiệt độ của dung môi thì khả năng hoà tan của axit đắng tăng và khả năng hoà tan của chúng rất nhạy cảm đối với pH của môi trường. Trích ly và hoà tan các thành phần khác: Tinh dầu thơm của hoa houblon là cấu tử có tầm quan trọng trong việc tạo ra hương thơm đặc trưng cho bia. Polyphenol của hoa houblon là những hợp chất thuộc nhóm flavonoid. Có ý nghĩa nhất trong nhóm này đối với công nghệ sản xuất bia là các hợp chất anthocyanogen. Các hợp chất chứa nitơ: trong hoa houblon được đưa vào đun nấu tuy ít về khối lượng nhưng chất lượng cao. Vì hầu hết chúng là những hợp chất thấp phân tử, dễ hoà tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nitơ quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau này. Tinh dầu thơm của hoa houblon là cấu tử có tầm quan trọng trong việc tạo ra hương thơm đặc trưng cho bia. Polyphenol của hoa houblon là những hợp chất thuộc nhóm flavonoid. Có ý nghĩa nhất trong nhóm này đối với công nghệ sản xuất bia là các hợp chất anthocyanogen. Các hợp chất chứa nitơ: trong hoa houblon được đưa vào đun nấu tuy ít về khối lượng nhưng chất lượng cao. Vì hầu hết chúng là những hợp chất thấp phân tử, dễ hoà tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nitơ quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau này. 4.1.2.5. lắng trong Mục đích lắng trong: Lắng cặn để loại bỏ toàn bộ cặn thô và cặn mịn ra khỏi dịch đường nhờ thùng lắng đảm bảo yêu cầu của dịch đường lên men và không gây ảnh hưởng đến chất lượng của bia. Cách tiến hành Hiện tại nhà máy đang sử dụng thiết bị lắng xoáy Whirlpool. Nguyên tắc hoạt động của máy dựa vào lực hướng tâm. Dịch đường được bơm vào thùng lắng theo phương tiếp tuyến với thân thùng với tốc độ cao tạo thành dòng chất lỏng xoay tròn. Do có lực hướng tâm lớn, cặn sẽ tập trung ở tâm thùng và lắng xuống đáy. 4.1.2.6. làm lạnh Mục đích làm lạnh Hạ nhiệt độ đến điểm thích hợp cho nấm men phát triển. Tránh sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật bên ngoài Đảm bảo sự hòa tan oxy cần thiết cho men phát triển trong giai đoạn đầu trước khi lên men Đảm bảo sự lắng cặn khi làm lạnh dịch đường, chỉ có làm lạnh nhanh những dẫn xuất globulin mới lắng xuống được. Như vậy mục đích của quá trình lắng trong và làm lạnh là giảm nhiệt độ dịch đường xuống, đưa O2 từ không khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn không có lợi. Các biến đổi hóa lý trong quá trình lắng trong làm lạnh: Khi bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ dịch thể còn cao, trong dịch đường xảy ra các quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ như malttoza, glucoza, fuctoza, chất đắng, các hợp chất chứa nitơ, tanin, nhựa houblon và các sản phẩm được tạo ra như acid gluconic, muravic… Nhiệt độ dịch đường giảm dần đồng nghĩa với tốc độ oxy hóa cũng giảm dần, đến 45oC thì quá trình oxy hóa ngưng hoàn toàn. Kết quả của quá trình oxy hóa là dịch đường có thẫm hơn, hương thơm và vị đắng của houblon giảm. Từ nhiệt độ 40oC trở xuống, oxy từ không khí được hòa tan vào dịch thể. Quá trình làm lạnh hình thành và kết lắng các chất cặn: có thể chia ra làm 2 loại cặn to và cặn nhỏ. Cặn to: được hình thành trong quá trình đun sôi houblon. Khi làm lạnh dịch đường, chúng kết tủa và lắng xuống đáy. Quá trình tách bỏ cặn này gọi là cặn nóng. Cặn nhỏ: tuy không nhiều nhưng rất khó tách khỏi dịch đượng, cần phải lọc cẩn thận. Nếu không được loại bỏ thì có thể ảnh hưởng toàn bộ đến quá trình lên men. Đáng lưu ý, cần loại bỏ các hợp chất protein – tanin, nếu không sẽ gây hậu quả làm bia đục rất khó khắc phục. 4.1.2.7. Lên men Đây là giai đoạn quan trọng quyết định cho chất lượng và hiệu suất sản xuất. Cơ sở của quá trình này là chuyển hóa đường thành rượu và CO2 dưới tác nhân là nấm men. Nấm men: Chủng Saccharomyces Carlsbergensis là tác nhân lên men chủ yếu của nhà máy. Sự trao đổi chất, sinh sản và lên men là ba chức năng cơ bản nhất của nấm men. Ba quá trình đó xảy ra trong tế bào nấm men và song song diễn tiến trong cùng một môi trường là dịch đường houblon hóa.Chất lượng của bia được xác định từ các yếu tố sau đây: Thành phần của dịch đường houblon hóa bao gồm các cấu tử không bị tác động của nấm men như dextrin bậc cao, chất đắng, ...Và các cấu tử bị nấm men hấp thụ như đường, dextrin bậc thấp, axit amin, peptid bậc thấp, lipit … Các sản phẩm tạo thành trong quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men, được tích lũy trong môi trường lên men. Đó là rượu etylic, khí cacbonic, các loại rượu bậc cao, các acid hữu cơ, các loại aldehyt, các hợp chất ester, diacetyl, và nhiều cấu tử khác. Nấm men sinh sản bằng phương pháp nảy chồi. Thời gian kéo dài và tốc độ sinh sản của chúng có ý nghĩa rất lớn trong việc điều khiển quá trình lên men sao cho diễn biến của nó đúng với quy trình, quy phạm đã đặt ra. Sự sinh sản và phát triển của tế bào nấm men phụ thuộc vào các yếu tố: mật độ của nấm men gieo cấy ban đầu, trạng thái sinh lý của chúng, nhiệt độ dịch lên men và môi trường bên ngoài, nồng độ chất hòa tan và pH của dịch đường houblon hóa… Lớp tế bào nấm men được sinh ra sau một lần nảy chồi của lớp tế bào mẹ sẽ tạo ra một thế hệ mới. Sau một thời gian nhất định, lớp tế bào thế hệ mới này lại nảy chồi để sinh ra thế hệ tiếp theo. Thời gian cần thiết để một tế bào từ khi tách khỏi tế bào mẹ đến lúc nó nảy chồi gọi là chu kỳ sinh sản. Ở điều kiện nuôi cấy, sự phát triển của nấm men sẽ trải qua 4 giai đọan, hay còn gọi là 4 pha: pha thích nghi (pha lag), pha logarit, pha cực đai và ổn định, pha suy thoái. Ở pha thứ nhất, cả hai giá trị tốc độ đều còn rất bé. Ở pha tiếp theo (pha logarit) nét đặc trưng là sự nảy chồi rầm rộ của tế bào. Trị số của mật độ đạt đến giá trị tối đa và ổn định trong một khoảng thời gian nhất định kéo dài sang cả giai đoạn thứ ba. Ở cuối giai đoạn ba mật độ của tế bào giảm mạnh, còn tốc độ lên men (hấp thụ cơ chất) ở giai đoạn này đạt cực đại. Sang giai đoạn thứ tư, nấm men không còn khả năng sinh sản, chúng bắt đầu lão hóa, già cỗi. Một lượng nấm men khá lớn, khoảng 5 – 10% bị chết trong pha này, phần lớn số còn lại bị kết lắng, chỉ còn một phần rất ít (khoảng 10% so với mật độ cực đại) còn nổi lơ lững trong dịch lên men. Lên men chính: Mục đích: Nhằm chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các sản phẩm phụ khác. Giai đoạn này nấm men sinh trưởng mạnh rất cần cung cấp đủ O2 cho nấm men sinh trưởng. Giai đoạn lên men lượng CO2 sinh ra nhiều nên áp suất trong tank tăng lên một cách nhanh chóng. Cần phải thu hồi CO2 để sử dụng CO2 vào giai đoạn bảo hòa. Nhà máy thực hiện quá trình lên men theo phương pháp lên men kín và thu hồi CO2 cùng hệ thống tank cho cả hai quá trình lên men chính và lên men phụ. Các biến đổi trong quá trình lên men chính: Quá trình lên men chính để chuyển hóa dịch đường thành bia non thông qua những quá trình cơ bản sau: Quá trình sinh lý: Thể hiện rõ ở giai đoạn đầu, giai đoạn tăng sinh khối của nấm men. Thực chất đây là quá trình lên men hiếu khí, nấm men thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng để sinh sống và phát triển. Quá trình sinh hóa: Tăng mạnh dần vào cuối giai đoạn thứ hai. Vào cuối giai đoạn lên men hiếu khí chuyển sang dần kỵ khí. Đây là quá trình chuyển dần sang kỵ khí. Đây là quá trình chuyển hóa các chất đường thành ethanol và CO2 theo các phương trình sau: Phương trình hô hấp: C6H12O6 + O2 ® 6CO2 + 6H2O + Q1 Phương trình sinh hoá: C6H12O6 ® 2C2H5OH + 2CO2 + Q2 Nấm men sử dụng các hydrat cacbon theo quy luật từ những đường đơn giản nhất (đường đơn glucose, fructose), khi đã cạn nguồn đường đơn nấm men sẽ tấn công đến các loại đường kép (saccharose), còn các destrin bậc thấp nấm men chỉ sử dụng một phần, phần còn lại sẽ được sử dụng trong quá trình lên men phụ. Quá trình lý hóa: Trong quá trình lên men chính, quá trình lý hóa cũng xảy ra mạnh mẽ: pH từ 5,5 – 5,6 ở dịch đường ban đầu giảm dần về pH ở 4,2 – 4,6 trong bia non do sự tạo thành CO2 và các acid hữu cơ, pH thấp, không ảnh hưởng đến độ chua của bia. Đặc biệt các acid hữu cơ dễ bay hơi phản ứng với rượu theo phản ứng ester hóa tạo mùi thơm cho bia. Do pH của dịch lên men giảm, đã tạo điều kiện cho protein đông tụ và kết lắng với tế bào nấm men. Khí CO2 được tạo nên trong quá trình lên men lúc đầu nó hòa tan vào dịch sau đó tăng dần và tách ra ở dạng khí. Trên bề mặt của các lớp khí có lớp hấp phụ các chất có hoạt tính bề mặt như protein, nhựa hoa houblon. Các chất này là cơ sở để tạo thành các lớp xốp như bông khí CO2 tạo thành từ lớp xốp này. Khi các túi khí riêng lẻ dính vào nhau, thì tạo nên một lớp bọt tràn kín và xếp dày trên bề mặt của dịch lên men. Do sự thay đổi của các tác nhân kỹ thuật như: O2, pH, to làm protein bị biến tính (mất dần điện tích) gây keo tụ protein, dẫn đến sự thay đổi lớn đến độ nhớt trong bia, ảnh hưởng đến sự liên kết và độ mịn của lớp bọt trong bia non. Cách tiến hành: Giai đoạn đầu, nấm men hô hấp hiếu khí, tạo sinh khối. Sau đó là quá trình lên men yếm khí tạo ethanol và CO2. Để cung cấp oxy cho nấm men, oxy sẽ được cấp vào dịch đường trên dòng chảy đi vào tank lên men. Nhiệt độ lên men chính: 8-10oC. Thời gian: 8-9 ngày. Nhà máy sử dụng phương pháp lên men tĩnh và thu hồi CO2. Công đoạn lên men được chia làm 4 giai đoạn như sau: Giai đoạn 1: Khi dịch đường và men đã được bơm vào tank lên men ở nhiệt độ 9oC thì sau 24 giờ nấm men bắt đầu phát triển. Trong giai đoạn này oxy rất cần cho sự phát triển của tế bào nấm men do vậy lượng oxy cần thiết hòa tan vào dịch đường được đảm bảo bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với dịch đường trong thời gian làm lạnh (không khí được vô trùng bằng tia cực tím trước khi bơm vào dịch đường) hoặc cũng có thể sục khí vô trùng sau khi đã gieo men giống vào. Lượng oxy hòa tan vào dịch đường khống chế lưu lượng 60 – 80 lít/h. Nếu nồng độ thấp hơn thì tốc độ sinh trưởng của nấm men bị hạn chế. Làm chậm quá trình lên men không đảm bảo được hương vị cho bia, còn nếu nồng độ cao hơn thì nhiều sản phẩm bậc hai như diacetyl. Chất này tạo ra với hàm lượng cao không những gây ra tác động mạnh đến hệ thần kinh mà còn làm cho bia có vị khó chịu đắng, mùi khét. Đặc điểm chính của giai đoạn này là tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều, lại ở nhiệt độ thấp nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Nấm men lúc này đang ở giai đoạn nảy chồi và phát triển làm giảm lượng chất hòa tan trong dịch lên men với tốc độ khoảng 0,2 – 0,5% mỗi ngày. Giai đoạn này kéo dài từ 24 – 36 giờ. Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn tạo bọt thấp. Lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và có xu hướng muốn thoát ra ngoài dưới dạng bọt li ti. Trên mặt bong bóng này hình thành một lớp hấp phụ đơn phân gồm những chất có sức căng bề mặt như protein, chất đắng, polyphenol… làm cho CO2 không thể thoát ra khỏi bề mặt của lớp trên cùng để thoát ra ngoài môi trường mà chúng lại bị hấp phụ với nhau tạo thành bọt. Giai đoạn này chất lượng hòa tan giảm với tốc độ 1% mỗi ngày và kéo dài từ 2 – 3 ngày. Giai đoạn 3: Trong giai đoạn này quá trình lên men xảy ra mạnh nhất. Tiêu hao cơ chất với tốc độ 1 – 1,5% mỗi ngày đêm. Lượng CO2 tạo ra nhiều và một phần thoát ra ngoài nhưng lại được thu hồi để tái sử dụng tiếp. Bọt lúc này xốp và bồng lên cao, bề mặt bọt trắng dần và chuyển sang màu nâu (do xảy ra sự oxy hóa các chất trên bề mặt làm thay đổi màu lớp bọt). Giai đoạn này kéo dài từ 3 – 4 ngày. Giai đoạn 4: (2 ngày tiếp theo) Bọt xẹp dần, màu sắc của lớp bọt cũng bị biến đổi, sự tiêu hao chất hòa tan diễn ra chậm khoảng 0,2 – 0,5% mỗi ngày đêm. Khi thấy hàm lượng chất hòa tan chỉ còn lại 30 – 35% so với lượng chất chiết ban đầu thì ta dừng quá trình lên men chính lại. Lúc này tế bào nấm men tạo thành những lớp như bông và lắng xuống đáy. Sản phẩm ở giai đoạn này gọi là bia non. Để xác định chính xác thời điểm kết thúc lên men chính, KCS sẽ kiểm tra độ đường và độ cồn. Thời gian lên men chính ở nhà máy khoảng 8-9 ngày. Sau khi biết thời điểm dừng, ta vẫn lưu nấm men thêm 24 tiếng rồi xả hết nấm men. Lên men phụ: Quá trình này được thực hiện khi hàm lượng maltose và các loại đường đơn giản khác ở trong dịch men hầu như đã bọ hấp thụ hết, còn lại lượng đường không có khả năng lên men được (chủ yếu là maltoriose) đang ở khoảng 1 – 1,2%. Lên men phụ ở 0– 2oC. Mục đích: lên men đường sót, làm trong bia, ổn định và hoàn thiện màu sắc, hương vị bia, phân hủy diacetyl hình thành khi lên men chính. Cách tiến hành: Các biến đổi giống như lên men chính nhưng với tốc độ chậm hơn do nhiệt độ thấp và lượng men ít hơn. Nhiệt độ lên men phụ: 1-2oC, áp suất dư khoảng 0.5-1.8at. Thời gian: 14 – 16 ngày. Nấm men lên men đường sót. Tuy nhiên ta không cho lên men hết tòan bộ đường sót mà giữ lại một ít để tạo vị cho bia. Bia thành phẩm có độ đường 2.3-2.6 Plato. Các acid hữu cơ tác dụng với ethanol tạo ester, khử aldehyde. Chuyển diacetyl (có độc) thành acetoin (không độc). Quá trình tự phân của nấm men Trong quá trình này một số tế bào nấm men bị chết và tự phân bởi các enzyme proteaza có sẵn trong các tế bào nấm men. Sản phẩm tự phân là các peptid, acid amin, và một vài thành phần của acid nucleic. Chính các sản phẩm tự phân này có ảnh hưởng nhiều