Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất bia lon

chát và đắng dễ chịu, nhưng nếu cao hơn, sẽ gây ra cho bia có vị chát đắng khó chịu. Do đó, tùy theo hàm lượng tanin trong hoa nhiều hay ít, ta có thể rửa qua nước nóng một vài lần để loại bớt tanin trước khi đun sôi dịch đường với hoa. Tinh dầu: Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester, ketone, các hợp chất chứa lưu huỳnh… Trong đó chủ yếu (3/4) là các cấu tử thuộc nhóm terpen (C5H8)n và (1/4) các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O). Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hóa, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi. Các dạng tinh dầu có nhóm –OH dễ tác dụng với axit béo tạo thành este phức tạp. Trong quá trình bão quản, những hợp chất khác nhau của tinh dầu sẽ bị thủy phân một phần, dẫn tới chỗ thay đổi tính chất gây thơm có lợi cho bia. Tinh dầu hoa tan rất yếu trong nước (0,4 mg/l), khó tan trong cồn thấp độ, song tan hoàn toàn trong cồn tuyệt đối và ester. Đa phần các cấu tử dễ bay hơi, thậm chí ở nhiệt độ phòng. Trong quá trình đun sôi dịch đưởng với hoa houblon, đại bộ phận những cấu tử gây hương đều bay hơi hết, tuy nhiên vẫn có một số cấu tử bị biến đổi và hình thành những sản phẩm mới bền hương, góp phần tạo hương thơm đặc trưng cho bia. Sử dụng: Các nhà sản xuất có thể sử dụng houblon dưới dạng hoa tươi, hoa khô, hoa viên hoặc cao hoa. Để thuận tiện và dễ sử dụng, ta dùng hoa viên và cao hoa. Hoa khô: từ hoa tươi đem sấy (to < 55oC) tới W= 8 – 10%; bão quản ở 0oC trong kho kín. Hoa viên: nghiền hoa khô thành bột, ép định hình thành dạng hình trụ đường kính khoảng 5 mm, có nhiều dạng: • Hoa viên loại 90: từ 100 kg hoa thu được 90 kg sản phẩm. • Hoa viên loại 45: từ 100 kg hoa thu được 45 kg sản phẩm có chứa lượng α-axit lớn. • Hoa viên đã được đồng phân hóa (isomeric): các α-axit đã được đồng phân thành iso α-axit. Cao hoa: • Cao hoa “hữu cơ”: dùng dung môi hữu cơ (hexan, metanol, metylen clorua, tricloetylen, etanol) trích ly chất đắng và tinh dầu trong hoa houblon , sau đó tách dung môi. • Cao hoa chiết bằng CO2: chứa 95-99 % α-axit đắng, nhiều tinh dầu hơn các loại cao hoa khác. Chỉ tiêu chế phẩm hoa viên loại 45: •Chỉ tiêu cảm quan: - Màu xanh lá mạ hơi vàng. -Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu. -Hình dạng: viên đùn, không vỡ vụn. •Chỉ tiêu hoá học: -Hàm lượng axit đắng 8% (loại đắng) hay 6% (loại thơm). Chỉ tiêu chế phẩm cao hoa: •Chỉ tiêu cảm quan: -Dạng keo màu vàng hổ phách. -Mùi thơm đặc biệt, dễ bay hơi, dễ nhận mùi. -Vị đắng rõ rệt. •Chỉ tiêu hoá lý: -Hàm lượng α-axit đắng 30%. -Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với nước. 2.1.4 Nước: Nước được xem là một nguyên liệu trong sản xuất bia. Thành phần hóa học của nước sẽ ảnh hưởng đến các biến đổi sinh học và hóa sinh trong quy trình sản xuất và chất lượng bia thành phẩm. Theo Kalunhans và cộng sự (1992) thì yêu cầu chất lượng nước trong sản xuất bia như sau: Stt Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Mức chất lượng 1 Độ cứng mg đương lượng/L 2-4 2 Độ kiềm tổng mg đương lượng/L 0,5-2,0 3 Độ oxy hóa mg O2/L 2 4 pH 6-7 5 Chloride mg/L Không lớn hơn 7 6 Sulphate mg/L Không lớn hơn 200 7 Sắt mg/L Không lớn hơn 0,3 8 Manganese mg/L Không lớn hơn 0,05 9 Nitrite mg/L Không lớn hơn 3 10 Nitrate mg/L Không lớn hơn 25 11 Tổng số vi khuẩn hiếu khí cfu/mL 75 12 Coliform Không phát hiện 2.1.5 Nấm men bia: Sacacharomyces pastorianus (hay Sacácharomyces carlsbergensis): loài nấm men chìm, được lai giữa 2 loài Sacácharomyces bayanus và Sacácharomyces cerevisiae. 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia lon: Gạo Tạp chất Malt đại mạch Tạp chất Tách tạp chất Tách tạp chất Làm lạnh Bã houblon Tách bã houblon Nghiền Nước Cặn Cặn men Làm lạnh Lọc bia Lên men phụ Lên men chính Nấm men bia Nhân giống Cấy giống Không khí vô trùng Cung cấp oxy cho dịch nha Houblon Nấu dịch nha với hoa houblon Nước Nước Nấu dịch nha Malt lót Xử lý thế liệu Nghiền Lọc dịch nha và rửa bã Bão hòa CO2 Bia lon In hạn sử dụng Làm khô lon Thanh trùng Nắp Lon Rót lon và ghép nắp Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất bia lon 2.3. Giải thích quy trình công nghệ: 2.3.1 Tách tạp chất của malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị. Malt và gạo có thể bị lẫn một số tạp chất như rơm rạ, bụi, kim loại… Tách tạp chất là một quá trình làm sạch nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: sự giảm khối lượng của khối nguyên liệu. Hóa học: thành phần hóa học của cả khối nguyên liệu có sự thay đổi do quá trình đã tách được các tạp chất nhưng thành phần hóa học bên trong hạt nguyên liệu lại không có sự thay đổi. Sinh học: giảm số lượng vi sinh vật cho cả khối nguyên liệu. Thiết bị: Hệ thống rây, quạt, thiết bị tách từ. Rây sẽ tách các tạp chất có kích thước quá lớn hay quá nhỏ ra khỏi hạt. Còn quạt sẽ tách đi những tạp chất nhẹ như rơm rạ, bụi… Thiết bị tách từ để loại bỏ sắt bị lẫn trong nguyên liệu. 1-bộ phận điện từ; 2- thùng quay; 3- phễu nạp liệu; 4- cửa thoát tạp chất từ; 5-cửa tháo nguyên liệu đã được làm sạch Hình 4: Nguyên lý hoạt động của thiết bị tách từ dạng thùng quay Phần chính của thiết bị là bộ phận điện từ (1) sẽ tạo ra từ trường nhờ dòng điện. Thùng quay (2) được làm bằng nhôm hoặc đồng thau sẽ quay xung quanh bộ phận điện từ (1). Nguyên liệu cần tách từ nạp vào phễu (3) sẽ rơi xuống thùng quay (2). Các tạp chất từ sẽ bám vào thùng quay và được tách ra theo cửa (4). Nguyên liệu đã tách từ sẽ thoát ra ngoài theo cửa (5). 2.3.2 Nghiền malt và gạo: Mục đích công nghệ: chuẩn bị. Malt và gạo sẽ được nghiền nhỏ để việc thu nhận chất chiết trong quá trình nấu dịch nha đạt hiệu quả cao. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: kích thước hạt nguyên liệu giảm, nhiệt độ của khối hạt tăng do ma sát. Cần thực hiện ngay quá trình nấu dịch nha sau khi nghiền nguyên liệu để hạn chế sự giảm hoạt tính enzyme trong malt. Thiết bị và thông số công nghệ: Để nghiền malt ta sử dụng thiết bị nghiền 4 trục. Còn để nghiền gạo ta sử dụng thiết bị nghiền búa. Trong thiết bị nghiền trục, các hạt malt bị tác động ép và cắt khi đi qua khe hẹp giữa 2 trục ép. Thiết bị nghiền có các rãnh để tăng sự ma sát. Quá trình lọc sau này sử dụng nồi lọc nên không nghiền mịn malt, tránh tắc bã lọc. Khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ nhất là 1,3 – 1,5mm, khoảng cách giữa cặp trục nghiền thứ 2 là 0,25 – 0,4mm. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền malt như sau: trấu 15 – 18%; tấm lớn 12 – 15%; tấm bé 30 – 35%; bột 25 – 35%. Gạo cần được nghiền mịn trên thiết bị nghiền búa. Tỷ lệ các thành phần sau quá trình nghiền gạo là: tấm lớn 30 – 35%, tấm bé 40 – 45% và bột 20 – 25%. Hình 5: Thiết bị nghiền búa 2.3.3 Xử lý thế liệu: Mục đích công nghệ: chuẩn bị. Quá trình xử lý thế liệu sẽ hỗ trợ cho giai đoạn đường hóa tinh bột xảy ra nhanh và dễ dàng trong quá trình nấu dịch nha tiếp theo. Xử lý thế liệu là thực hiện giai đoạn hồ hóa và dịch hóa phần tinh bột có trong thế liệu. Ta sử dụng chế phẩm -amylase từ vi sinh vật hoặc trong malt lót để giúp cho giai đoạn hồ hóa và dịch hóa diễn ra nhanh. Tỷ lệ malt lót sử dụng thường là 10 – 15% so với khối lượng thế liệu. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý và hóa lý: dưới tác dụng của nhiệt, hạt tinh bột sẽ hút nước, trương nở và làm tăng độ nhớt của khối nguyên liệu. Khi nhiệt độ tăng đến 100oC thì cấu trúc hạt tinh bột bị phá vỡ, giải phóng các sợi amylose và amilopectin ở dạng tự do, đồng thời độ nhớt của khối nguyên liệu sẽ giảm xuống. Hóa sinh: các phân tử tinh bột bị thủy phân sơ bộ nhờ hoạt động của -amylase làm giảm khối lượng phân tử. Hóa học: đường và acid amin tự do trong nguyên liệu có thể phân hủy. Sinh học: tiêu diệt, ức chế vi sinh vật. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu, xung quanh đáy là lớp vỏ áo để gia nhiệt. Bên trong thiết bị có cánh khuấy. Phương pháp thực hiện: cho thế liệu gạo với nước vào thiết bị với tỷ lệ 1:3 (w/w) và bổ sung malt lót. Gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến 72 oC và giữ ở nhiệt độ này trong 20 – 30 phút. Sau đó, gia nhiệt nhanh hỗn hợp đến sôi và đun sôi trong 30 phút. Cánh khuấy luôn hoạt động liên tục trong suốt quá trình xử lý thế liệu. 2.3.4 Nấu dịch nha: Mục đích công nghệ: khai thác Quá trình nấu dịch nha nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ nguyên liệu vào nước và thủy phân những cơ chất có phân tử lượng lớn (tinh bột, protein, -glucan…) thành những chất có phân tử lượng thấp (đường, acid amin…) để nấm men bia sử dụng trong quá trình lên men tiếp theo. Các biến đổi của nguyên liệu: Hóa lý: sự hòa tan của đường, acid amin, enzyme, một số vitamin và khoáng. Sự đông tụ protein do nhiệt. Hóa sinh: xảy ra nhiều loại phản ứng, quan trọng nhất là phản ứng thủy phân do enzyme từ trong malt xúc tác. _Hệ protease xúc tác các phản ứng thủy phân protein tạo các sản phẩm là polypeptide, peptide và acid amin, Topt = 45 – 50oC, pHopt 5,5. _-amylase xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột tạo sản phẩm là maltose; Topt = 60 – 65oC, pHopt = 5,2 – 5,6. _-amylase xúc tác thủy phân tinh bột tạo sản phẩm chủ yếu là các dextrin và các oligosacácharide; Topt = 70 – 75oC, pHopt = 5,3 – 5,8. _Ngoài ra, còn có sự xúc tác của -glucanase, phosphatase… Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin, phản ứng oxy hóa polyphenol. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị nấu dịch nha có cấu tạo tương tự như thiết bị xử lý thế liệu.Phương pháp nấu dịch nha: đun sôi 1 lần: Cho malt và nước vào thiết bị nấu với tỷ lệ 1:4 (w/w). Gia nhiệt hỗn hợp đến 50oC và dừng ở nhiệt độ này trong thời gian 30 phút. Trộn phần thế liệu đã đun sôi vào thiết bị nấu và hiệu chỉnh nhiệt độ hỗn hợp trong nồi ở 63oC, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này trong thời gian 20 – 30 phút. Sau đó, gia nhiệt hỗn hợp đến 72oC và giữ hỗn hợp ở nhiệt độ này cho đến khi kết thúc quá trình đường hóa (kiểm tra bằng phương pháp thử với dung dịch I2 0.02N). Sau cùng, gia nhiệt hỗn hợp lên 78oC rồi bơm qua nồi lọc. Hình 6: Nồi nấu dịch nha 2.3.5 Lọc dịch nha và rửa bã malt: Mục đích công nghệ: khai thác Các biến đổi của nguyên liệu: Đây là quá trình phân riêng pha lỏng (dịch nha) và pha rắn (bã malt chứa các hợp chất không tan). Thiết bị: Nồi lọc Cách thực hiện: bơm dịch nha vào thiết bị, cho cánh khuấy hoạt động trong một thời gian ngắn rồi tắt cánh khuấy để bã malt lắng trên lưới lọc và hình thành lớp vật liệu lọc. Cần hồi lưu phần dịch lọc đầu tiên cho đến khi dịch lọc đạt độ trong theo yêu cầu thì bắt đầu thu nhận dịch nha. Để rửa bã, ta bơm nước nóng (78oC) vào thiết bị. Cho cánh khuấy hoạt động để đánh tơi bã, giúp hòa tan các chất chiết còn sót lại trong bã vào nước rửa. Sau đó, tắt cánh khuấy và chờ tái hình thành lớp vật liệu lọc rồi thu nhận phần dịch lỏng tương tự như trên. Thời gian lọc khoảng 3 – 4h/mẻ. Hình 7: Nồi lọc dịch nha 2.3.6 Đun sôi dịch nha với hoa houblon: Mục đích công nghệ: khai thác vả chuẩn bị cho quá trình lên men. Quá trình này nhằm mục đích trích ly các chất chiết từ hoa houblon vào dịch nha, hiệu chỉnh nồng độ chất khô cho dịch nha, đông tụ protein và vô hoạt vi sinh vật trước khi lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: gia tăng nhiệt độ, thay đổi tỷ trọng của dịch nha. Hóa học: xảy ra phản ứng Maillard, phản ứng đồng phân hóa các -acid thành iso alpha acid, phản ứng phân hủy đường và acid amin… Hóa lý: các chất chiết được trích ly từ hoa houblon vào dịch nha, xảy ra sự đông tụ protein, sự tạo phức giữa protein malt đại mạch và polyphenol của houblon sẽ hình thành nên kết tủa, sự bay hơi của nước và một số cấu tử dễ bay hơi có trong dịch nha. Sinh học: hệ vi sinh vật trong dịch nha sẽ bị ức chế hoặc tiêu diệt. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị có dạng hình trụ đứng. Bên trong có hệ thống gia nhiệt dạng ống để dẫn hơi vào. Tổng thời gian đun sôi dịch nha với houblon không kéo dài quá 2 giờ. Houblon được bổ sung 1 lần vào thiết bị cùng thời gian với nạp dịch nha. Hình 8: Nồi nấu dịch nha với hoa houblon 2.3.7 Tách bã houblon: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện. Các biến đổi của nguyên liệu: đây là quá trình phân riêng để tách bỏ những cấu tử không tan ra khỏi dịch nha. Thiết bị: Sử dụng thiết bị lắng xoáy tâm có dạng hình trụ đứng, đáy côn. Người ta bơm dịch nha vào theo phương tiếp tuyến với tiết diện hình tròn của thiết bị. Các cấu tử rắn sẽ chuyển động theo quỹ đạo đường xoắn ốc và lắng xuống phần đáy hình trụ; sau đó, tháo phần dịch lỏng đã tách cặn nằm phía trên ra bên ngoài. 2.3.8 Làm lạnh dịch nha: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: dịch nha được làm lạnh từ nhiệt độ 95oC về nhiệt độ lên men (100C). Hóa lý: một số phân tử protein sẽ bị đông tụ torng quá trình làm lạnh và hình thành nên cặn mịn (tủa lạnh). Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng. Thông thường, người ta dùng nước để hạ nhiệt độ dịch nha từ 95oC về 40oC, sau đó dùng tác nhân lạnh để hạ tiếp về nhiệt độ lên men của chủng nấm men bia sử dụng. Nhiệt độ hoạt động của nấm men chìm trong quá trình lên men chính thường dao động trong khoảng 6 – 15oC. 2.3.9 Cung cấp oxy cho dịch nha và cấy giống nấm men: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình lên men bia. Các biến đổi của nguyên liệu: Hóa lý: sự hòa tan oxy vào trong dịch nha. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha có dạng 2 ống hình trụ đồng trục và được đặt lồng vào nhau. Ống trong (đường kính nhỏ) được đục lỗ trên than ống. Ta nén không khí vô trùng vào ống trong. Ống ngoài dẫn dịch nha. Tùy theo nồng độ chất khô và nhiệt độ của dịch nha, ta sẽ tính toán lưu lượng bơm dịch nha và áp suất nén không khí vào thiết bị sao cho nồng độ oxy trong dịch nha đạt 6 – 12mg/L. Để cấy giống nấm men, trong quá trình bơm dịch nha từ thiết bị nạp oxy đến thiết bị lên men, người ta sẽ bơm canh trường nấm men vào đường ống dẫn dịch nha giữa hai thiết bị này. Hình 9: Thiết bị cung cấp oxy cho dịch nha Hình 10: Vị trí bơm canh trường nấm men 2.3.10 Lên men chính: Mục đích công nghệ: Chế biến Các biến đổi của nguyên liệu: Sinh học: nấm men giống sẽ trao đổi chất và sinh trưởng trong dịch nha. Hóa sinh và hóa học: đường lên men sẽ chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục được chuyển hóa thành ethanol và khí carbon dioxide. Có rất nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm phụ được tạo thành như các aldehyde, rượu cao phân tử, acid hữu cơ, ester… Hóa lý: một số protein bị đông tụ do pH thay đổi và nhiệt độ thấp, một phần khí carbon dioxide do nấm men sinh ra sẽ hòa tan vào dịch lên men. Vật lý: sự tỏa nhiệt do hoạt động trao đổi chất của nấm men. Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị lên men được đặt ngoài trời (tank out door). Thể tích sử dụng của thiết bị không vượt quá 85%. Đối với nấm men chìm, nhiệt độ len men chính thay đổi trong khoảng 6 – 15oC tùy theo chủng nấm men. Quá trình lên men chính diễn ra ở áp suất thường. Khi hàm lượng đường lên men còn xấp xỉ 1% thì kết thúc lên men chính. Ta làm lạnh bia non về 0 – 2oC rồi tách nấm men từ phía đáy côn của thiết bị lên men. 2.3.11 Lên men phụ: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Các biến đổi của nguyên liệu: Trong quá trình lên men phụ xảy ra những biến đổi tương tự như trong quá trình lên men chính nhưng với tốc độ và mức độ chuyển hóa rất thấp do nhiệt độ thấp. Ngoài ra, còn có những biến đổi sau: Hóa sinh và hóa học: quan trọng nhất là phản ứng khử diacetyl thành acetoin và 2,3 pentanedione, phản ứng ester hóa giữa rượu và acid. Hóa lý: có sự kết lắng một số phân tử protein, sự bão hòa CO2 trong bia. Sinh học: một số tế bào nấm men bị chết đi, từ đó xảy ra hiện tượng tự phân. Thiết bị và thông số công nghệ: Nhiệt độ lên men phụ là 0 – 2oC. Quá trình lên men phụ diễn ra dưới áp suất, giá trị áp suất trong thiết bị lên men có thể lên đên 0,07Mpa. Thời gian lên men phụ kéo dài vài ngày. 2.3.12 Lọc bia: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện sản phẩm Các biến đổi của nguyên liệu: các cấu tử rắn và nấm men có trong bia được loại bỏ ra khỏi bia. Thiết bị Sử dụng thiết bị lọc dạng dĩa, lọc trong điều kiện kín. Các vật liệu lọc thường được phủ thêm một lớp bột trợ lọc diatomit hoặc polyvinylpyrrolidone (PVPP) để tách các cấu tử thật mịn hoặc polyphenol. 2.3.13 Làm lạnh bia: Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình bão hòa CO2 Các biến đổi của nguyên liệu: giảm nhiệt độ bia sau lọc từ 5oC về 0 – 1oC. Thiết bị: Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng bãn mỏng. 2.3.14 Bão hòa CO2: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Các biến đổi của nguyên liệu: hàm lượng CO2 trong bia tăng đến 0,5% w/w. Thiết bị: sử dụng thiết bị bão hòa CO2 cho bia. Áp lực CO2 khi sử dụng là 0,15 – 0,2MPa. 2.3.14 Rót bia vào lon và ghép nắp: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Các biến đổi của nguyên liệu: có thể xảy ra sự tổn thất CO2. Thiết bị: sử dụng hệ thống thiết bị rót và ghép nắp tự động và hoạt động liên tục. Quá trình rót được thực hiện trong điều kiện đẳng áp, sử dụng bao bì nhôm. 2.3.15 Thanh trùng: Mục đích công nghệ: Bảo quản Các biến đổi của nguyên liệu: Các vi sinh vật và enzyme trong bia sẽ bị vô hoạt. Thiết bị và thông số công nghệ: Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng tunnel. Vùng thanh trùng có nhiệt độ là 63oC, thời gian lưu của sản phẩm trong vùng thanh trùng là khoảng 20 phút. 2.3.16 In nhãn: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Thiết bị: sử dụng thiết bị dán nhãn hoạt động tự động theo phương pháp liên tục. Chương 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Ý nghĩa của việc tính cân bằng vật chất: _Tính được lượng đầu vào, đầu ra cho từng công đoạn hay quá trình giúp cho việc chọn thiết bị có công suất phù hợp. _ Xác định được lượng nguyên liệu cần cho sản xuất từ đó giúp nhà máy lập được kế hoạch sản xuất đảm bảo cho quá trình sản xuất liên tục, ổn định. _Xác định được tổn thất, phế liệu, phụ liệu cho quá trình sản xuất. _Xác định được diện tích kho bãi chứa hợp lý. 3.2 Nguyên liệu và phương án thiết kế Thiết kế nhà máy bia lon 150S năng suất 10.000.000 l/năm. - Công thức nấu bia 150S: Bảng 3.1: Công thức nấu bia 15 0S Malt vàng 75% Gạo 25% Cao houblon ( 30% a-acid đắng) 50% hoa Houblon Houblon dạng viên (8% a-acid đắng) 50% hoa Houblon - Thông số kỹ thuật của malt và gạo: Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của malt và gạo. Độ ẩm Độ trích ly Khối lượng riêng Malt vàng 4,5 % 80 % 550 (kg/m3) Gạo 12,0 % 90 % 1200 (kg/m3) Bảng 3.3: Tổn thất trong sản xuất bia Tổn thất qua các quá trình: Giá trị Làm sạch malt (% khối lượng nguyên liệu), làm sạch thế liệu 0.5 Nghiền malt, nghiền gạo 1 Nấu dịch nha, xử lý thế liệu, nấu dịch nha với hoa houblon, lọc bã malt (% khối lượng chất khô) 3 Nấu dịch nha với hoa houblon 1,5 Lắng cặn nóng (% thể tích dịch nha nóng) 2,5 Làm lạnh dịch nha (% thể tích dịch nha nóng) 1 Lên men chính (% thể tích dịch nha lạnh) 4,5 Lên men phụ ( % thể tích bia non) 4,5 Lọc bia (% thể tích bia) 1.5 Bão hòa CO2 (% thể tích bia sau lọc) 0,5 Chiết lon (% thể tích bia sau lọc) 4 Thanh trùng (% thể tích bia được thanh trùng) 2.0 3.3 Tính cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu: Lượng malt ban đầu: 75kg. Lượng malt sau quá trình làm sạch: G1= 75*(100-0.5)/100 = 74.625 (kg). Lượng malt sau quá trình nghiền: G2= G1*(100-1)/100 = 73,879 (kg). Lượng chất chiết trong malt: G3= G2*(100-4,5)/100*80/100= 56,443 (kg). Lượng gạo ban đầu: 25 kg. Lượng gạo sau quá trình làm sạch: G1’= 25*(100-0,5)/100 = 24,875 (kg). Lượng gạo sau quá trình nghiền: G2’= G1’*(100-1,0)/100 = 24,626 (kg). Lượng chất chiết trong gạo: G3’= G2’*(100-12)/100*90/100 = 19.504 (kg). Tổng lượng chất chiết từ 100kg nguyên liệu: G4 = G3+G3’= 56.443+19.504 = 75,947 (kg). Tỷ lệ chất chiết malt : gạo = G3:G3’= 2,894 (*). Lượng chất chiết thu được sau quá trình nấu dịch nha (và xử lý thế liệu), lọc và rửa bã: G5 =G4*(100-3)/100= 73,668 (kg). Lượng chất chiết sau quá trình nấu dịch nha với hoa houblon: G6= G5*(100-1,5)/100= 72,564 (kg). Lượng chất chiết sau lắng cặn nóng: G7= G6*(100-2.5)/100= 70,749 (kg). Lượng chất chiết sau quá trình làm lạnh: G8= G7*(100-1,0)/100= 70,042 (kg). (*) => lượng chất chiết malt và chất chiết gạo lần lượt là: 52,055 kg và 17,987 kg. Khối lượng dịch nha sau quá trình làm lạnh: G9= G8*100/oS=70,042*100/15= 466,946 (kg). Lượng nước trong dịch nha là: G9-G8= 396,904 (kg). Tính hh- khối lượng riêng hỗn hợp dịch nha: hh = 920,175 (kg/m3). Thể tích dịch nha sau quá trình làm lạnh: V9= 0,507 (m3) = 507 (l). Thể tích bia sau lên men chính: V10= V9*(100-4,5)/100= 484,185 (l). Thể tích bia sau lên men phụ: V11= V10*(100-4,5)/100= 462,397 (l). Thể tích bia sau thiết bị lọc dĩa: V12= V11*(100-1,5)/100=455,46 (l). Thể tích bia sau thiết bị bão hòa CO2: V13= V12*(100-0,5)/100=453,184 (l). Thể tích bia sau thiết bị chiết lon: V14= V13*(100-4)/100= 436,056 (l). Thể tích bia sau thiết bị thanh trùng: V15 = V14*(100-2)/100= 426,355 (l). Lượng malt lót cần trong quá trình xử lý thế liệu: 10%*G2’= 0,1*24,626= 2,4626 (kg). Tính toán lượng bã malt: Tổng lượng chất khô của malt và gạo sau nghiền: 73,879*(100-4,5)/100 + 24,626*(100-12)/100 = 92,225 (kg). Tổng lượng bã khô của 100 kg nguyên liệu: 92,225 – G4 = 92,225-75,947= 16,278 (kg). Độ ẩm của bã là 80% nên lượng bã ẩm là: 16,278/0,2 = 81,392 (kg). Lượng nước trong bã: 81,392– 16,278 = 65,114 (kg). Tính toán lượng nước dùng trong quá trình nấu và rửa bã: Quá trình xử lý thế liệu (hồ hóa): Tỷ lệ gạo và nước ở thiết bị hồ hóa là: 1:3 => lượng nước cho vào nồi hồ hóa là: G2’*3 = 24,626*3=73,878 (kg). Tổng hỗn hợp bột và nước ban đầu trong nồi hồ hóa là: G2’*4 = 98,504 (kg). Tổng lượng dịch cháo sau khi đun là (bay hơi 5% lượng dịch): 98,504*0,95 = 93,579 (kg). Giai đoạn hồ hóa malt (trước khi cho thế liệu vào) trong quá trình nấu dịch nha: Tỷ lệ malt: nước ở thiết bị nấu là: 1:4 => lượng nước cho vào nồi nấu dịch nha trước khi bổ sung thế liệu là: G2*4 = 73,879*4 = 295,516 (kg). Tổng lượng dịch ở nồi nấu trước khi bổ sung thế liệu: G2*5 = 369,395 (kg). Tổng lượng dịch ở nồi nấu sau khi bổ sung thế liệu: 93,579 + 369,395 = 462,974 (kg). Lượng nước trong dịch trước khi lọc: 462,974 - 93,625 = 369,349 (kg). Tổng lượng nước cần cho nồi hồ hóa và nấu dịch nha là: 73,878 + 295,516 = 369,394 (kg). Tính toán lượng nước rửa bã: Lượng nước của dịch nha sau quá trình đun hoa: (dịch đường có nồng độ 15oBx): G5*(100-15)/15= 73,668*(100-15)/15 = 417,452 (kg). Ta có: Vnước trước lọc + Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nha sau rửa bã Vnước rửa bã = Vnước trong bã + Vnước trong dịch nha - Vnước trước lọc = 65,114 + 417,452 - 369,349 = 113,217 (kg). Tính toán các nguyên liệu khác: Chọn tỷ lệ houblon là 2g hoa cánh/lít bia lon. Vậy lượng hoa cánh cần dùng là: 2*V15 = 2*426,355 = 852,71 (g) 1 kg hoa viên tương đương với 1,3kg hoa cánh => lượng hoa viên cần: 852,71*0,5/1,3= 327,965 (g). 1 kg cao hoa tương đương với 6kg hoa cánh => lượng cao hoa cần: 852,71*0,5/6 = 71,059 (g). Lượng chế phẩm enzym: (nếu không sử dụng malt lót): Chế phẩm enzym Termamyl 120L được dùng với tỷ lệ 0,1% so với lượng nguyên liệu thay thế (gạo). Vậy lượng Termamyl cần dùng là: 0,1%*24,626 = 0,0246 (kg). Bột trợ lọc diatomit: Lượng bột trợ lọc cần dùng tùy thuộc vào chất lượng bột, thiết bị lọc và bề mặt lọc. Thông thường cứ 100 lít bia thì cần 0,2 kg bột trợ lọc cho nên lượng bột trợ lọc cần dùng là: 426,355*0,2/100 = 0,853 (kg) Bã hoa: Lượng chất khô không hòa tan trong hoa cánh và trong hoa viên là 60%, bã có độ ẩm 85%, cao hoa có lượng bã không đáng kể nên bã hoa chủ yếu là bã hoa viên nên lượng bã hoa sẽ là: 327,965*0,6/(1-0,85) = 1311,86 (g) = 1,312 (kg). Cặn lắng: 100 kg nguyên liệu có khoảng 1,75 kg cặn lắng, W = 80%, ở thùng lắng xoáy tâm. Sữa men: 100 lít bia (sau lên men) cho 2 lít sữa men W = 85%. 100 kg nguyên liệu (sản xuất ra 426,355 l bia nồng độ cao) sẽ cho lượng men sữa là: 426,355*2/100 = 8,5271 (l). Lượng men sữa được dùng làm men giống: G2’*10% = 24,626*10% = 2,463 (l). Lượng men sữa được dùng làm thức ăn gia súc: 8,5271 – 2,463 = 6,0641 (l). Lượng CO2: Ta có phương trình lên men như sau: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 28 calo 180 kg 92kg 88 kg Hiệu suất lên men trong quá trình lên men là 60%. Lượng chất chiết trong dịch lên men là 70,042 kg. Vậy lượng CO2 thu được là: 70,042 x 0,6 x 88 / 180 = 20,546 (kg). Lượng CO2 hòa tan trong bia sau quá trình lên men là (2,5 g CO2/ l bia non): V12*2,5 = 1138,65 (g) = 1,139 (kg). Lượng CO2 thoát ra là: 20,546-1,139 = 19,407 (kg). Lượng CO2 thu hồi (thường là 70%): 19,407*0,7 = 13,585 (kg). Ở 10oC, 1atm thì cứ 1m3 CO2 cân nặng 1,9044kg. Vậy thể tích CO2 thu hồi được là: 13,585 / 1,9044 = 7,133 (m3) Lượng CO2 cần đạt sau quá trình bão hòa CO2 (đến hàm lượng đạt 0,5% (w/w)) (coi hh không đổi): V12 *hh *0,5% = 455,46/1000*920,175*0,5% = 2,096 (kg). Lượng CO2 cần dùng trong thiết bị bão hòa CO2 là: 2,096 - 1,139 = 0,957 (kg). Lượng CO2 dư sau khi bão hòa CO2 là: 13,585 – 0,957 = 12,628 (kg) = 6,631