Tài liệu Thiết kế phân xưởng lên men bia

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ CÔÔNG HÒA XÃ HÔÔI CHỦ NGHĨA VIÊÔT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ------------------------------------- ………o0o……… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC Họ và tên sinh viên : Phan Thị Lan Lớp : CNTP47B Ngành : Công Nghệ Thực Phẩm Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đổ Thị Bích Thủy 1. Tên đề tài: “Thiết kế phân xưởng lên men bia năng suất 55,6 triệu lít/năm” 2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán Nhiệm vụ thiết kế Mục lục Lời mở đầu Chương 1. Lập luận kinh tế - kỹ thuật Chương 2. Tổng quan về nguyên liê Ôu Chương 3. Thuyết minh quy trình công nghệ Chương 4. Cân bằng vâ Ôt chất Chương 5. Tính và chọn thiết bị Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 3. Bản vẽ - 1 bản vẽ mặt bằng và mặt cắt phân xưởng lên men, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh. 4. Ngày giao nhiệm vụ : 5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 6. Ngày bảo vệ: Thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) PGS. TS Đỗ Thị Bích Thủy Mục lục LỜI MỞI ĐẦẦU..................................................................................................................... 6 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾẾ - KỸỸ THUẬT....................................................7 1.1.Tinhg hình sản xuấất tiêu thụ bia trên thêấ giới và Việt Nam ...................7 1.2.Chọn loại sản phẩm, địa điểm xấy dựng, vùng nguyên liệu và th ị trường............................................................................................................................................. 7 1.2.1. Lựa chọn loại bia xản xuấất.............................................................................7 1.2.2. Lựa chọn địa điểm xấy dựng phấn xưởng..............................................8 1.2.3. Vùng nguyên liệu................................................................................................. 9 1.2.4. Vùng tiêu thụ sản phẩm...................................................................................9 1.2.5. Nguồồn cung cấấp điện nước lạnh..................................................................9 1.2.6. Nguồồn cung cấấp nhiên liệu...........................................................................10 1.2.7. Nguồồn nhấn lực.................................................................................................10 1.2.8. Giao thồng vận tải............................................................................................10 1.2.9. Thị trưởng tiêu thụ..........................................................................................10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẾẦ NGUỸẾN LIỆU.....................................................11 2.1.Malt đại mạch.................................................................................................................. 11 2.1.1. Đặt điểm của malt...........................................................................................11 2.1.2. Thành phấồn hóa học của malt....................................................................11 2.1.3. Ỹêu cấồu vêồ chấất lược malt đen.....................................................................14 2.1.4. Bảo quản malt.................................................................................................... 15 2.2. Hoa houblon..................................................................................................................... 15 2.2.1. Vai trò...................................................................................................................... 15 2.2.2. Thành phấồn hóa học của hoa houblon....................................................16 2.2.3. Bảo quản hoa..................................................................................................... 17 2.3.Nước...................................................................................................................................... 17 2.3.1. Vai trò...................................................................................................................... 17 2.3.2. Ỹêu cấồu chấất lượng nước..............................................................................17 2.4. Nấấm men............................................................................................................................ 18 2.4.1. Các chủng nấấm nem được sử dụng...........................................................18 2.4.1.1. Saccharomyces cerivisiae............................................................................18 2.4.1.2. Saccharomyces carlbergensis....................................................................19 2.4.1.3. Ưu điểm của nấấm men chìm so với men n ổi.....................................19 2.5. Nguyên liệu thay thêấ (gạo)..........................................................................19 2.6. Các chấất phụ gia hổ trợ kyỹ thuật.........................................................................20 2.6.1. Các hóa chấất......................................................................................................... 20 2.6.2. Chêấ phẩm enzyme.............................................................................................21 CHƯƠNG 3: THUỸẾẾT MINH QUỸ TRÌNH CÔNG NGHỆ..................................22 3.1. Các phương pháp lên men.......................................................................................22 3.1.2. Các phương pháp lên men hiện đại.........................................................22 3.2. Sơ đồồ quy trình cồng nghệ lên men bia............................................................23 3.3. Thuyêất minh dấy chuyêồn cồng nghệ...................................................................23 3.3.1. Chuẩn bị men giồấng.........................................................................................23 3.3.1.1. Mục đích............................................................................................................ 23 3.3.1.2. Tiêấn hành........................................................................................................... 23 3.3.2. Bão hòa O2 cho dịch lên men........................................................................25 3.3.2.1. Mục đích............................................................................................................ 25 3.3.2.2. Tiêấn hành........................................................................................................... 25 3.3.3. Cấấp nấấm men...................................................................................................... 25 3.3.3.1. Mục đích............................................................................................................ 25 3.3.3.2. Tiêấn hành........................................................................................................... 25 3.3.4. Lên men chính.................................................................................................... 26 3.3.4.1. Mục đích............................................................................................................ 26 3.3.4.2. Tiêấn hành........................................................................................................... 26 3.3.5. Lọc bia.................................................................................................................... 26 3.3.6. Chiêất chai............................................................................................................... 27 3.3.6.2. Tiêấn hành........................................................................................................... 27 CHƯƠNG 4: TÍNH CẦN BẰẦNG VẬT CHẦẾT............................................................29 4.1. Các thồng sồấ ban đấồu..................................................................................................29 4.2. Tính cấn bằồng vật chấất..............................................................................................29 4.2.3. Lượng bia non sau lên men chính.............................................................30 4.2.4. Lượng bia mon sau lên men phụ................................................................30 4.2.5. Lượng bia còn lại sau khi lọc.......................................................................30 4.2.6. Lượng nước vồ trùng cấồn bổ sung............................................................30 4.2.7. Lượng bia sau chiêất rót- thanh trùng.......................................................31 4.2.8. Lượng men giồấng đặc cấồn dung.................................................................31 4.2.9. Lược CO2 thu hồồi được....................................................................................32 4.3. Kêấ hoạch sản xuấất của nhà máy...........................................................................33 CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾẾT BỊ................................................................36 5.1. Thiêất bị lên men.............................................................................................................. 36 5.2. Chọn thiêất bị cấấy men giồấng...................................................................................38 5.3. Thiêất bị gấy giồấng cấấp 2............................................................................................38 5.4. Thiêất bị cấấy giồấng cấấp 1.............................................................................................39 5.5. Thiêất bị rưa sưa men................................................................................................... 40 5.6. Thiêất bị hoạt hóa men giồấng...................................................................................41 5.7. Thiêất bị lọc bia................................................................................................................ 42 5.8. Thiêất bị tàng trư và ổn định bia...........................................................................43 5.10. Bơm dùng cho phấn xương lên men...............................................................45 5.10.1. Bơm bia đi lọc.................................................................................................. 45 5.10.2. Bơm nấấm mem.................................................................................................45 Danh muc hinh va ba Hình 2.1. Malt vàng................................................................................................................... 12 Hình 2. 2. Malt đại mạch........................................................................................................ 16 Hình 2.3. Nước sạch................................................................................................................. 19 Hình 2.4. Saccharomyces cerivisiae...................................................................................20 Hình 2.5. Sacchramyces carlbrfensis..............................................................................20Ỹ Hình 3. 1. Quy trình lên men bia 2 Bảng 2. 1. Thành phấồn hóa học của hoa houblon......................................................17 Bảng 2.2. Chi tiêu của gạo.................................................................................................... 21 Bảng 4.1. Tổn thấất qua các cồng đoạn............................................................................30 Bảng 4.2. Các ngày nghi lêỹ của nhà máy........................................................................34 Bảng 4.3. Tổng kêất cấn bằồng vâât chấất.............................................................................35 LỜI MỞI ĐẦU Cách đây hơn 5000 trước công nguyên thì đồ uống lên men đã xuất hiện, nguyên liệu để lên men ở thời đó là các loại ngũ cốc.Vài nghìn năm sau đó thì người babilon đã viết thành sách nguyên tắc nấu bia, bia được đã được công nghiệp hóa sản xuất. Việc tạo ra hương cho bia bằng cách cho thêm vào dịch hèm những loại thảo mộc có vị đắng và hương thơm bắc đầu tạo nên vị đặc trưng cho bia. Nhưng mãi đến năm 1876 thì bia các công trình nghiên cứu về bia mới được hình thành do sự có mặt của vi sinh vật.[1] Ngày nay, con người biêt đến bia là một loại đồ uống có nồng độ cồn thấp được sản xuất qua quá trình lên men đường trong môi trường lỏng và không được chưng cất sau lên men. Bia có giá trị dinh dưỡng cao. Trong bia có chứa nhiều vitamin, các chất khoáng, nguyên tố vi lượng. Ngoài các chất dinh dưỡng, trong bia còn có CO2, chất đắng từ hoa houblon có tác dụng kích thích tiêu hóa, có tính diệt khuẩn cao; đặc biệt CO2 bảo hòa trong bia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống. Nhờ những ưu điểm như vậy mà ngày nay bia được sử dụng rộng rãi như một loại nước giải khát ở hầu hết các nước trên thế giới. Trong những năm trở lại đây thì bia có nhiều chủng loại, mẫu mã, cùng chất lượng khác nhau và nhiều thương hiệu như bia vàng, bia đen, bia đỏ, bia không cồn. Các thương hiệu như heniken, huda, supaso, tiger,…Thay vì trước đây đi đâu cung sử dụng rượu để mời nhau, trong các bữa tiệc thì bây giờ người ta đã thay đổi và dung bia nhiều hơn. Sản lượng bia tăng qua các năm từ năm 2015 tăng ước tính sản lượng bia đạt 3,4 tỷ lít, tăng 40,72% so với năm 2010 (2,416 tỷ lít).[] Để tạo ra bia thì phải trải qua quá trình lên men, nó ảnh hưởng phần nào đến chât lượng của bia thành phẩm. Mà lên men bia là lên men dịch đường houblon hóa. Dưới tác dụng của chủng nấm men saccharomyse, một lượng lớn cơ chất mà chủ yêu là đường và dextrin bậc thấp bị hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ. Để tạo ra loại bia có chất lượng bia tốt đáp ứng thị hiếu thì quá trình lên men được nhà sản xuất quan tâm nhiều. chính vì lý do đó mà em đã thực hiện đề tài “Thiết kế phân xưởng lên men bia năng xuất 55,6 triệu lit/ năm’’. CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾẾ - KỸỸ THUẬT 1.1. Tinhg hinh san xuấất tiêu thu bia trên thêấ giới va Việt Nam Từ năm 2010 trở đi thì người Việt Nam có su hướng sử dụng Rượu Bia - Nnước giải khát tăng cao. Báo cáo của Hiệp hội Bia - Rượu - Nước giải khát (VBA) cho thấy, trong 5 năm qua, ngành có tốc độ phát triển trên 7%. Trong năm 2015 ước tính sản lượng bia đạt 3,4 tỷ lít, tăng 40,72% so với năm 2010 (2,416 tỷ lít). Hiệp hội Bia - Rượu- Nước giải khát cho biết, đến năm 2020, sản lượng bia toàn ngành đạt từ 4 - 4,25 tỷ lít/năm.[1] Trước đó, vào giữa năm 2015, một báo cáo của hiệp hội này cũng cho thấy, Việt Nam xếp thứ 5 trong 10 nước châu Á về tiêu thụ bia, rượu bình quân, chỉ xếp sau Nhật Bản, Hàn Quốc, Thái Lan và Trung Quốc. Tuy nhiên, khi tính về tổng thu nhập quốc nội (GDP) và thu nhập bình quân/người (GDP/người) thì Việt Nam lại thua xa với các nước châu Á như Nhật Bản, Nga, Hàn Quốc, Trung Quốc. Thậm chí, chỉ xếp thứ 8/10 trong cộng đồng các nước ASEAN.[1] Lượng rượu bia trung bình sử dụng trên thế giới không tăng trong 10 năm qua, trong khi đó ở Việt Nam lại tăng trưởng theo đường thẳng đứng. Thống kê cho thấy, năm 2010, lượng tiêu thụ ơ mức 6,6 lít/người/năm, tăng gấp đôi giai đoạn 2003 – 2005 là 3,8/lít/người/năm. Dự báo đến 2025, con số sẽ tăng lên 7 lít/người/năm.[1] 1.2. Chọn loại san phẩm, địa điểm xấy dựng, vùng nguyên liệu va thị trường 1.2.1. Lựa chọn loại bia xản xuấất Lợi ích của viê Ôc uống bia:[] - So với rượu thì bia có nồng độ cồn rất thấp (2-6%). Do đó nếu sử dụng bia đúng mức sẽ giúp cơ thể thoải mái, dễ chịu và tăng sức lực cho cở thể. - So với trà và cà phê thì bia không chứ kim loại có hại. - Bia là nguồn cung cấp năng lượng cho cở thể, 1 lít bia có thể cung cấp 400-800 kcal. - Với hàm lượng CO2 khá cao (0,4 – 0,5 g/l), bia giúp cơ thể giảm nhanh cơn khát, kích thích quá trình tiêu hóa tốt hơn. - Khoảng 80% chất hòa tan trong bia là glucid, 8 – 10% là các hợp chất chứa nitơ, 3- 4% là các chất khoáng. Ngoài ra trong bia còn có các chất chát, đắng, glycerin, acid hữu cơ, một số vitamin như B, B2, pp. Có một số nghiên cứu gần đây cho thấy uống bia vừa phải mỗi ngày còn có tác dụng đổi với tim mạch não, giúp cơ thể hưng phấn hơn, hiệu quả làm việc cao hơn. Chính vì thế mà bia được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới với nhiều mẫu mã, chủng loại và không ngừng nâng cao chất lượng để đáp ứng nhu cầu thì trường. Sản phẩm bia vàng được tạo ra phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ bọt: bia phải có lớp bọt trắng mịn khi rót ra cốc, luôn phải có các bọt khí li ti nổi từ đáy cốc lên bề mặt, thời gian giữ bọt từ 5 ÷ 15 phút. - Mùi vị: bia có mùi vị đặc trưng, hương thơm dịu nhẹ của hoa houblon và không có mùi vị lạ. - Màu sắc, độ trong: bia có màu vàng rơm óng ánh, không có cặn hay bị vẫn đục. - Độ cồn: 5 ± 0,2%. - Hàm lượng CO2: 4,5 ÷ 5 g/l. - Chất khoáng: 0,14 ÷ 0,38%. - Đạm tổng: 3,5 ÷ 5 g/l. - Este: 15 ÷ 50 mg/l. - Andehyte: 10 ÷ 15 mg/l. Để đủ sức cạnh tranh với các loại bia đã có trên thị trường, sản phẩm bia tạo ra phải đáp ứng yêu cầu về chất lượng sản phẩm cũng như giá cả để thoả mãn nhu cầu người tiêu dùng. 1.2.2. Lựa chọn địa điểm xấy dựng phấn xưởng Địa điểm được chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau: - Phù hợp với quy hoạch chung của tỉnh, thành phố. - Gần nguồn cung cấp nguyên liệu và thị trường tiêu thụ sản phẩm, thuậ tiện về mặt giao thông. - Nguồn nhân lực dồi dào. Dựa vào nhưng yêu cầu trên, em chọn địa điểm xây dựng nhà máy nằm ở khu công nghiệp Trà Nóc thuộc quận Bình Thủy, thành phố Cần Thơ. Cần Thơ là thành phố lớn hiện đại và phát triển nhất đồng bằng sông Cửu Long, nó nằm trên hữu ngạn của sông Hậu. Hình 1.1. Bảng đồ KCN Trà Nóc [5] Cần Thơ là trung tâm kinh tế của Đông Bằng Sông Cửu Long. Ngoài đặc trưng về địa lý là đầu mối giao thông quan trọng giữa các tỉnh trong khu vực, thành phố Cần Thơ còn được biết đến như một "đô thị miền sông nước". Thành phố có hệ thống sông ngòi chằng chịt, vườn cây ăn trái bạt ngàn, đồng ruộng mênh mông, nổi tiếng với Bến Ninh Kiều, Chợ nổi Cái Răng một nét sinh hoạt đặc trưng văn hoá Nam Bộ. Theo quy hoạch đến năm 2025, thành phố Cần Thơ sẽ trở thành trung tâm công nghiệp, thương mại - dịch vụ, giáo dục - đào tạo và khoa học - công nghệ, y tế và văn hoá của vùng Đồng bằng Sông Cửu Long, đồng thời là đô thị cửa ngõ của vùng hạ lưu sông Mêkông, là đầu mối quan trọng về giao thông vận tải nội vùng và liên vận quốc tế, có vị trí chiến lược về quốc phòng, an ninh. 1.2.3. Vùng nguyên liệu Nguyên liệu chính đầu tiên là malt đại mạch được nhập từ Đức, Úc… hoa houblon được nhập từ Tiệp Khắc dưới dạng cao hoa và hoa viên. 1.2.4. Vùng tiêu thụ sản phẩm Bia nhà máy sản xuất ra cung cấp cho các cửa hàng trong tỉnh và các tỉnh lân cận. Sản phẩm sau chiết chai, chiết lon, chiết bock được chuyên chở bằng ô tô, nếu số ít có thể dùng phương tiện khác. 1.2.5. Nguồồn cung cấấp điện nước lạnh Nguồn điện: Sử dụng điện lưới quốc gia chạy qua các khu vực. Mạng điện lưới này cung cấp 24/24h trong ngày, nhưng để đề phòng sự cố mạng lưới, nhà máy cần bố trí một trạm biến thế và sử dụng thêm máy phát điện dự phòng. Nguồn nước: Nước được lấy từ hệ thống giếng khoan. Trong nhà máy nước được dung vào các mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nước nấu nguyên liệu, nước rửa chai, nước vệ sinh thiết bị, vệ sinh nhà máy… Nước nấu bia cần đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu cho công nghệ sản xuất bia. Do đó, nước trước khi được sử dụng cần đi qua hệ thống xử lý trước khi cung cấp cho từ công đoạn. Nước trước khi ra khỏi nhà máy cần có một hệ thống xử lý nước thải, tránh hiện tượng làm ô nhiểm môi trường. Nguồn cấp lạnh: trong quá trình sản xuất thì việc sử dụng hệ thống cung cấp lạnh là không thể thiếu như các quá trình cần có trong đó có quá trình làm nguội. hệ thống lạnh có thể sử dụng NH3 hay Freon, chất tải lạnh thưởng xử dụng là glycol hay nước muối. 1.2.6. Nguồồn cung cấấp nhiên liệu Nhiên liệu mà nhà máy sử dụng là than. Nó được dung để cung cấp nhiên liệu cho lò hơi để nấu nguyên liệu, thanh trùng đường hóa… 1.2.7. Nguồồn nhấn lực Đồng Bằng Sông Cửu Long có nguồn nhân lực dồi dào gần các đô thị lớn. Cần có sự góp mặt của các cán bộ kỹ thuật chuyên môn, tổ chức nhân sự tốt khi đó việ hoạt động của nhà máy sẽ tốt hơi thì hiệu suất làm việc của xưởng sẽ tốt nhất. Các công nhân có thể chọn các đối tượng là lao động phổ thông, học nghề ở các vùng dân cư xung quanh để đảm bảo được yêu cầu về nơi ở, sinh hoạt của công nhân. 1.2.8. Giao thồng vận tải Khu công nghiệp Trà Nóc nằm cạnh Quốc lộ 91 đi An Giang, Kiên Giang và cạnh bờ sông Hậu đi Campuchia và ra biển Đông. Cách Trung tâm thành phố Cần Thơ 10 km về phía Bắc. 1.2.9. Thị trưởng tiêu thụ Thành phố Hồ Chí Minh là một trong ba thành phố lớn nhất cả nước với số dân lớn, kinh tế phát triển. Cần Thơ là một tỉnh lớn cùng với các khu công nghiệp, sản phẩm bia sẽ được phân phối cho các siêu thị và cửa hang gần đó, cũng như suất cho các tỉnh lân cận. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẾỀ NGUỸẾN LIỆU 2.1. Malt đại mạch 2.1.1. Đặt điểm của malt Đại mạch là nguyên liệu thiết yếu trong công nghệ sản xuất bia. Đại mạch có tên là Hordeum murium, H.jbatum, thường được trồng vào mùa đông hay mùa xuân và được trồng nhiều ở Liên Xô, Mỹ, Canada và Pháp. Đại mạch sử dụng đại mạch 2 hàng hiều hơn đại mạch 4 hàng và đại mạch 6 hành. Do đại mạch 2 hàng có nhiều tinh bô Ôt và ít protein hơn hai loại 4 và 6. Malt là một loại bán thành phẩm và giàu chất dinh dưỡng: 16 – 18% chất thấp phân tử dễ hòa tan hệ enzym đặc biệt phong phú, chủ yếu là amylaza và proteaza. Malt đại mạch là hạt thóc đại mạch được nẫy mầm trong điều kiện nhân tạo về nhiệt độ và độ ẩm. Hình 2.1. Malt vàng Trong sản xuất bia người ta không dùng malt tươi mà dùng malt đã qua sấy khô, vì bản thân malt tươi có mùi và vị tươi sống không thích hợp cho nấu bia. Hơn nữa malt sấy khô dễ bảo quản, có thể có trữ lượng lớn để dùng dần. Malt sau khi sấy được đem đi xát tách mầm rễ, vì mầm rễ sẽ làm cho bia bị đắng và trong quá trình bảo quản dễ bị mọt ăn hại. Quá trình sấy làm giảm hoạt lực của enzyme so với hạt mới nảy mầm khoảng 30÷40% Trong sản xuất malt vàng và malt đen. Để thu được malt màu sáng người ta thường ươm mầm ở nhiệt độ không vượt quá 18oC. Để sản xuất malt đen người ta ươm mầm ở nhiệt độ cao hơn nhưng cũng không quá 23÷25oC. [5, 5] Hiện nay, các cơ sở sản xuất bia ở nước ta thường sử dụng loại malt có nguồn gốc chủ yếu từ Úc hoặc một số nước châu Âu như: Đức, Đan Mạch...Việc lựa chọn malt trong sản xuất bia chủ yếu dựa vào thành phần hóa học của malt mà quyết định là hàm lượng protein. Hàm lượng protein trong malt phải nằm trong khoảng 8÷11%, nếu cao quá bia sẽ bị đục còn nếu quá thấp bia sẽ kém ngọt, hương vị kém đậm đà. 2.1.2. Thành phấồn hóa học của malt [2] Thành phần hóa học của malt rất phức tạp, phụ thuộc vào giống đại mạch, điều kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác và điều kiện bảo quẩn. Các chỉ số về thành phần hóa học là nhân tố quyết định chất lượng của malt để xem xét loại đại mạch đó có đủ tiêu chí để sản xuất bia hay không. + Nước: Thủy phân của đại mạch có ảnh hưởng lớn đến quá trình vận chuyển và bảo quản hạt. Nếu hàm ẩm lớn thì: + Kích thích hô hấp và tự bốc nóng của hạt gây hao tổn chất khô. + Tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, đặc biệt là loại vi khuẩn hoại sinh gây thối rửa cho hạt. + Tăng chi phí vận chuyể một cách vô ích. + Hàm ẩm của đại mạch tăng 1% thì hiệu suất thu hồi chất chiết giảm 0,76%. Hàm ẩm tối đa cho phép khi đưa đại mạch vào bảo quản là 13%. - Glucid + Tinh bột: Là cấu tử chiếm vị trí số một về khối lượng (trên 50% khối lượng chất khô) cũng như về ý nghĩa công nghệ. Trong sản xuất bia và malt thì tinh bột có chức năng chính: là nguồn thức ăn dự trữ cho phôi; nguồn cung cấp chất dự trữ cho dịch đường trước lúc lên men. Việc thủy phân tinh bột nhờ enzyme amylase đóng một vai trò hết sức quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. + Cellulose: có chủ yếu ở vỏ trấu và chiếm 20% chất khô. Cellulose đóng vai trò đặc biệt quan trọng quá trình lọc đường vì lớp vỏ trấu là vật liệu tạo màng lọc hợp lý. + Hemicellulose: là phức hệ bao gồm pentosan, hexosan, acid uronic. Dưới tác dụng của nhóm enzyme sitase, hemicellulose bị thủy phân thành Hexose (galatose và manose) và pentose (arabinose và xylose). Tất cả những đường đơn này hòa tan bền vững vào dịch đường, là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho nấm men. Quá trình này đóng vai trò quan trọng ở gia đoạn ươm mầm, vì đây là bước “đột phá’’ để các enzyme khác xâm nhập vào bên trong tế bào. + Các hợp chất pectin và các hợp chất dạng keo: Sự tồn tại của các hợp chất pectin và các chất dạng keo trong dịch đường mang tính chất hai mặt. mặt tiêu cực là làm cho dịch đường có độ nhớt cao, khó lọc; còn mặt tích cực là bia có vị đậm đà và tăng khả năng tạo giữ bọt của sản phẩm. - Các hợp chất chứa nitơ: Protit: là chỉ số quan trọng thứ hai (sau tinh bột). Nếu hàm lượng cao quá, bia dễ bị đục, rất khó bảo quản. Ngược lại nếu quá thấp, quá trình lên men sẽ không triệt để, bia kém bọt, vị kém đậm và kéo theo nhiều chỉ số non yếu khác. Khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia cũng như độ bền keo của chúng phụ thuộc vào mức độ thuỷ phân của protit. Theo cổ điển thì protit chia làm hai loại: Protit phức tạp còn gọi là proteit, Protit đơn giản còn gọi là protein. Hàm lượng protit tốt nhất là 8-10% Các hợp chất chứa nitơ phi protit: Các đại diện tiêu biểu của nhóm hợp chất này là: albumoza, pepton, peptit, polypeptit và axit amin. Các hợp chất không chứa nitơ gồm: polyphenol, chất đắng, fitin, axit hữu cơ, vitamin và chất khoáng. + Polyphenol và chất đắng: Polyphenol trong hạt đại mạch tập trung chủ yếu ở lớp vỏ. Những hợp chất này có tính chất rất có lợi cho công nghệ sản xuất bia là dễ dàng kết hợp với protit cao phân tử để tạo thành phức chất dễ kết lắng, làm tăng độ bền keo của sản phẩm. Mặt khác, nó cũng là nhân tố ảnh hưởng đến hương và vị của bia. Chất chát và chất đắng có trong đại mạch thuộc nhóm lipoid, chúng gây ra vị đắng khó chịu cho bia. Để loại trừ chúng ta ngâm hạt trong môi trường kiềm nhẹ. + Fitin: Fitin là muối đồng thời của canxi và magie với axit inozitphosphoric C6H6O6(H2PO3)6. Khi bị thuỷ phân sẽ tạo thành inozit C6H6(OH)6 và axit phosphoric.. + Vitamin: Đại mạch chứa các loại vitamin B1, B2, B6, C, PP2, tiền vitamin A, E, axit pantotenic, biotin, axit pholievic và nhiều dẫn xuất vitamin khác. Tuy hàm lượng rất ít nhưng hệ vitamin trong đại mạch đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất malt và vì chúng là nhân tố điều hoà sinh trưởng của mầm. + Chất khoáng: Trong đại mạch bao gồm các chất khoáng sau: P2O5, SiO2, K2O, MgO, CaO, Na2O, SO32- , Fe2O3, Cl1-. Đặc biệt có ý nghĩa là nguyên tố phospho vì nó đóng vai trò chủ yếu trong việc hình thành hệ thống đệm của dịch đường. + Chất béo và lipoid: Hàm lượng chất béo và lipoid trong hạt đại mạch dao động trong khoảng 2,5-3% lượng chất khô của hạt. Tập trung chủ yếu ở phôi và lớp alơron. Thành phần chủ yếu của các loại dầu béo trong đại mạch là este của glyxerin với các axit béo bậc cao. Ở giai đoạn ươm mầm, một phần chất béo và lipoid bị thuỷ phân bởi enzym lipaza. + Enzyme: Enzyme là những hợp chất hữu cơ, có hoạt tính sinh học rất cao, có cấu tạo phân tử rất phức tạp. Ở giai đoạn hình thành hạt, hoạt lực của các nhóm enzyme rất cao. Đến giai đoạn hạt chín hoạt lực của chúng giảm một cách đáng kể. Đến giai đoạn ngâm, hạt hút nước bổ sung đến 43-44% thì hệ enzyme được giải phóng khỏi trạng thái liên kết chuyển thành trạng thái tự do. Đến giai đoạn ươm mầm hoạt lực của các enzyme đạt đến mức tối đa, đến lúc đường hoá chúng có khả năng thuỷ phân gần như hoàn toàn các hợp chất cao phân tử trong nội nhũ của hạt. Trong đại mạch chứa một lượng enzym rất phong phú, chúng được xếp vào hai nhóm chính: hidrolaza và decmolaza. - Hydrolaza (nhóm enzym thuỷ phân). Phụ thuộc vào cơ chất bị thuỷ phân, các enzym xúc tác được chia thành các phân nhóm: cacbohydraza, proteaza và esteraza. - Decmolaza (enzym oxy hoá-khử). Nhóm enzym decmolaza xúc tác phản ứng oxi hoá khử của quá trình hô hấp và phân giải yếm khí gluxit, chúng tham gia quá trình trao đổi chất của tế bào. Nhóm enzym này đóng vai trò quyết định trong việc hoạt hoá và phát triển của phôi ở giai đoạn ươm mầm. Đại diện tiêu biểu trong nhóm enzym này là dehydraza, oxydaza và catalaza. 2.1.3. Yêu cấồu vêồ chấất lược malt * Chỉ tiêu cảm quan: Hinh 2. 2. Malt đại mạch - Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh. - Mùi vị: mùi vị đặc trưng cho malt vàng là vị ngọt nhẹ hay ngọt dịu, có hương thơm đặc trưng, không được có mùi vị lạ. - Độ sạch của malt cho phép là 0,5% hạt gãy vỡ, 1% các tạp chất khác. * Chỉ số cơ học: - Trọng lượng khô tuyệt đối: 37÷40g/1000hạt - Dung trọng: 680÷750g/l - Độ ẩm: 4÷5% - Hàm lượng chất chiết: 80÷85% chất khô 2.1.4. Bảo quản malt Matl sau khi nhập về nhà máy ở dạng bao hoặc dạng rời và được bảo quản trong các silo chứa. Các silo được thiết kế sao cho hạn chế tiếp xúc giữa malt và không khí, tránh malt hút ẩm làm giảm chất lượng malt đưa vào sản xuất và đảm bảo sản xuất trong một năm của nhà máy. - Bảo đảm việc thông gió dễ dàng và có hiệu quả cho khối hạt. - Bảo đảm nhiệt độ ổn định trong khu vực kho và trong khối hạt. - Bảo đảm khống chế hàm lượng ẩm của không cho vượt quá 15 %. - Không trộn lẫn các lô hạt khác giống và khác nha về độ chín. - Ngăn ngừa sự xâm nhập của côn trùng, sâu bọ,.. 2.2. Hoa houblon 2.2.1. Vai trò Hoa houblon là nguyên liệu quan trọng thứ hai sau malt trong sản xuất bia, hiện chưa có nguyên liệu nào thay thế được. hoa houblon góp phần tạo nên mùi vị của bia, tăng khả năng tạo bọt và giữ bọt, tăng độ bền keo của bia. Các hợp chất có giá trị trong bia phải kể đến chất đắng, polyphenol và tinh dầu thơm, ngoài ra còn có một số hợp chất khác nhưng không mang nhiều ý nghĩa trong công nghệ sản xuất bia. Houblon có tên danh pháp khoa học Hummulus lupulus, tên tiếng Pháp Houblon, tiếng Anh Hops là thực vật dạng dây leo, sống lâu năm (30 – 40 năm) đơn tính thuộc họ Gai mèo (Cannabinaceae), có chiều cao trung bình từ 10 – 15 m. Đặc biệt trong một số cây có cả hoa đực và hoa cái vì thế khi trồng cần phải chăm sóc kĩ và thu hoạch bằng tay. Trong sản xuất bia chỉ sử dụng hoa cái chưa thụ phấn để tạo vị đắng cho bia vì trong trường hợp này hoa đực thường bị điếc nên trong vườn hoa houblon người ta loại ngay cây hoa đực. Hoa houlon thường mọc thành giò, mỗi giò hoa gồm, trục, cánh và nhị hoa. Hoa houblon thường nhập khẩu từ Úc, sử dụng dưới dạng cao hoa và hoa viên. 2.2.2. Thành phấồn hóa học của hoa houblon Bảng 2. 1. Thành phấồn hóa học của hoa houblon Thành phần Tỷ lệ Thành phần Tỷ lệ Nước 10,0 Acid amin 0,1 Tổng chất đắng 15,0 Protein 15,0 Tinh dầu 0,5 Chất béo 3,0 Tanin 4,0 Tro 8,0 Đường khử 2,0 Những thành phần khác 40 pectin 2,0 Trong các thành phần trên, các hợp chất đắng, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất bia. Ngoài ra, các thành phần khác như tannin, proten, đường khử cũng có ý nghĩa nhất định trong sản xuất bia. - Chất đắng: là thành phần có giá trị của hoa houlon, tạo vị đắng đặc trưng, giúp bảo quản bia được lâu hơn, tạo sức căng bề mặt làm cho bia vó khả năng giữ bọt lâu. Tổng chất đắng trong hoa houblon thì α- Acid đắng (69%), β-Acid đắng (3-4%), nhựa cứng (1-2%) và nhựa mềm ( 5-6%). - Tinh dầu thơm: + Tinh dầu trong hoa houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester, cetone và các hợp chất chứa lưu huỳnh. + Tinh dầu phấn hoa houblon chiếm từ 0,17 – 0,65% trọng lượng hoa, trong đó khoảng 3/4 là các cấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và 25% là các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O). + Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hoá, 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 hợp chất trong tinh dầu có thể tồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8), hoặc dưới dạng aldehyd, ceton, rượu,… Khi hòa tan vào dịch đường, tinh dầu tồn tại trong bia và tạo ra cho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu. - Polyphenol: + Chúng được dung để kết lắng loại bỏ các protein cao phân tử ra khỏi dịch đường. + Hợp chất polyphenol trong hoa houblon đều thuộc nhóm flavonoid. + Rất phong phú về chủ loại, đa dạng về cấu trúc và khác nahu về tính chất. + Làm ổn định và tăng độ bền keo của bia thành phẩm. 2.2.3. Bảo quản hoa Để đảm bảo chất lượng của hoa bia đưa vào sản xuất thì trong thời gian bảo quản phải đảm bảo được các yêu cầu: - Ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào hoa bằng cách bảo quản trong túi kín hoặc môi trường khí trơ. - Bảo quản ở nhiệt độ thấp (gần 0°C) vì ở nhiệt độ thấp có tác dụng kiềm kiềm chế các quá trình hóa họa, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. - Cách ẩm tốt. 2.3. Nước 2.3.1. Vai trò Nước là nguyên liệu chính để sản xuất bia và chiếm 80 - 90% trong bia thành phẩm. Trong quá trình sản xuất nước được sử dụng trong mọi khâu, từ các công đoạn chính như nấu, lọc lên men… đến các khâu vệ sinh. Thành phần nước ảnh hưởng phần nào đến chất lượng bia thành phẩm. Hinh 2.3. Nước sạch 2.3.2. Yêu cấồu chấất lượng nước - Chỉ tiêu vật lý Nước phải trong suốt, không màu, không mùi, không vị, không có tạp chất cơ học. - Chỉ tiêu hóa học Bảng 2.2. Chỉ tiêu hóa học Hàm lượng Ca <250 mg/l 2+ Mg <100 mg/l 2SO <250 mg/l + Na 15-20 mg/l 2+ Fe 0,2-0,5 mg/l Muối cacbonat <50 mg/l 2+ Hàm lượng Muối clorua <50 mg/l Muối phospho <5000 mg/l Đông, kẽm không Amoniac, Muối nitric < 0,1 mg/l pH 6,5-7 Độ cứng Mềm- trunh bình Đối với nước pha loãng bia cần có them 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 khoáng tương đương với bia. Chỉ tiêu vi sinh vật Vi sinh vật không vượt qua 100 tế bào/ 100 ml 2.4. Nấấm men Tế bào nấm men có cấu tạo phức tạp. trong sản xuất bia nấm nem có nhiệm vụ chuyển hóa đườngthành ethanol, CO2 và các sản phẩm khác, chính nhưng sản phẩm phụ này tạo nên chất lượng bia. Vì vậy nấm nem là nguyên liệu không thể thay thế được công nghệ sản xuất bia. 2.4.1. Các chủng nấấm nem được sử dụng Trong lên men thường sử dụng hai chủng nấm men chính: saccharomyces cerevisiae và saccharomyces carlbergensis. Hai chủng nấm nen này có sự khác biệt về đặc điểm sinh lý và công nghệ lên men. 2.4.1.1. Saccharomyces cerivisiae Là nấm men nỗi, phân bố chủ yếu ở các lớp chất lỏng trên bề mặt môi trường. Trong suất quá trình lên men và thậm chí kết thúc quá trình lên men, tế bào vẫn cứ trôi lở lững trong bia lon, khả năng kết lắn của chúng rất kém. Mặc khác chúng chỉ hấp thụ và lên men được 1/3 đường rafinose. Nhiệt độ lên men là 14-25°C 2.4.1.2. Saccharomyces carlbergensis Là nấm men chìm, phân bố ở tầng sâu của dịch đường trong thiết bị lên men. Trong quá trình lên men chúng có xu hướng lắng xuống và chìm xuống đáy thùng. Chúng có khả năng hấp thụ và lên men hoàn toàn đườn rafinose. Nhiệt độ lên men là 4-12°C. Hinh 2.5. Sacchramyces carlbrfensis 2.4.1.3. Ưu điểm của nấấm men chìm so với men nổi - Có thể lên men hoàn toàn vì lên men triệt để đường rafinose. - Khi lên men xong có xu hướng kết chùm và lắng xuống đáy nên bia nhanh trong hơn. - Có khả năng tái sử dụng tốt hơn. Do đó ta chon chủng nấm men Saccharomyces carlbergensis trong sản xuất bia. 2.5. Nguyên liệu thay thêấ (gạo) Trong công nghiệp sản xuất bia, để hạ giá thành sản phẩm là vấn đề mà nhà sản xuất quan tâm. Việc sử dụng 100% malt thì cía thành sản phẩm không thể giảm, cho nên cần bổ sung nguyên liệu thay thế malt nhưng chất lượng không thay đổi nhiều. Tạo ra nhiều dòng sản phẩm chất lượng khác nhau phù hợp với nhu cầu và tầng lớp khác nhau. Hinh 2.4. Saccharomyces cerivisiae