Đồ án chuyên ngành: Thiết kế nhà máy sản xuất rượu vang đỏ 800.000 lít/năm

Tham khảo đồ án thiết kế nhà máy rượu vang đỏ 800.000 lít/năm. Phân tích quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất và lựa chọn thiết bị.

• Tác giả: Đỗ Hà Anh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Hà
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất rượu vang đỏ năng suất 800 nghìn lít/năm
• Loại tài liệu: Đồ án chuyên ngành
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế nhà máy rượu vang đỏ 800

Đồ án thiết kế nhà máy rượu vang đỏ với năng suất 800.000 lít/năm là một dự án quy mô lớn của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm. Đây là một dự án chuyên ngành quan trọng nhằm phát triển ngành công nghiệp sản xuất rượu vang tại Việt Nam. Rượu vang đỏ không chỉ là thức uống thưởng thức mà còn có nhiều lợi ích sức khỏe được khoa học chứng minh. Với sự phát triển của công nghệ vi sinh ứng dụng và quy trình sản xuất hiện đại, việc thiết kế một nhà máy rượu vang chuyên nghiệp trở thành nhu cầu thiết yếu. Đồ án này giới thiệu chi tiết về quy trình sản xuất, cân bằng vật chất, lựa chọn thiết bị và kế hoạch sản xuất khoa học.

1.1. Ý nghĩa và tác dụng của rượu vang đỏ

Rượu vang đỏ là sản phẩm lên men từ dịch ép nho, không qua chưng cất, giàu chất dinh dưỡng và vitamin. Các nghiên cứu khoa học chỉ ra rằng uống rượu vang một cách điều độ có khả năng chống lão hóa, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, đột quỵ và một số loại ung thư. Tại Việt Nam, sản xuất rượu vang vẫn chưa được phát triển mạnh mẽ, chủ yếu ở dạng thủ công. Việc xây dựng nhà máy sản xuất rượu vang hiện đại sẽ giúp phong phú thêm thị trường thức uống và mang lợi ích sức khỏe đến người dân.

1.2. Tiềm năng nguyên liệu và thị trường

Việt Nam là xứ sở của các loại trái cây nhiệt đới phong phú như nho, xoài, dứa và mít, tạo nên nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất rượu vang. Với công nghệ sản xuất rượu vang ngày càng phát triển toàn cầu, thị trường rượu vang cao cấp đang mở rộng. Nhà máy rượu vang 800.000 lít/năm là quy mô hợp lý để cung cấp sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và tạo giá trị kinh tế cho người sản xuất nông nghiệp.

II. Quy trình công nghệ sản xuất rượu vang đỏ

Quy trình sản xuất rượu vang đỏ là một dây chuyền công nghệ phức tạp đòi hỏi sự kiểm soát khắt khe ở từng bước. Từ khâu chuẩn bị nguyên liệu đến chiết đóng chai sản phẩm cuối cùng, mỗi công đoạn đều có vai trò quan trọng trong việc tạo ra rượu vang chất lượng cao. Công nghệ sản xuất hiện đại sử dụng hệ vi sinh vật chuyên biệt, chế phẩm enzyme và các chất hỗ trợ lên men để đạt được năng suất tối ưu và chất lượng ổn định. Việc áp dụng quy trình công nghệ khoa học giúp giảm thiểu tạp chất, kiểm soát quá trình lên men và bảo đảm an toàn vệ sinh thực phẩm.

2.1. Các khâu chính trong quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất rượu vang bao gồm các khâu: phân loại, rửa sạch nho; nghiền, xé và tách cuống; hoạt hóa nấm men; chuẩn hóa dịch; lên men chính; tách bã; tàng trữ; lọc làm trong; cuối cùng là chiết, đóng chai và hoàn thiện. Mỗi khâu công nghệ được thiết kế để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm cuối cùng và đảm bảo hiệu suất sản xuất.

2.2. Vai trò của vi sinh vật và chế phẩm hỗ trợ

Vi sinh vật lên men (chủ yếu là nấm men) là yếu tố quyết định trong quá trình sản xuất rượu vang. Enzyme amylase và pectinase giúp phân hủy pectin trong quả nho, tăng hiệu suất chiết dịch. Sulfit hóa được áp dụng để diệt khuẩn không mong muốn và bảo vệ chất lượng trong quá trình lên men và tàng trữ. Hệ thống kiểm soát khắt khe đối với vi sinh vật và chế phẩm là cơ sở của sản xuất rượu vang chất lượng cao.

III. Tính toán cân bằng vật chất và lựa chọn thiết bị

Cân bằng vật chất là nền tảng của thiết kế nhà máy rượu vang hiệu quả. Dựa trên năng suất 800.000 lít/năm, cần tính toán lượng nguyên liệu đầu vào, tỷ lệ chuyển hóa ở mỗi công đoạn và lượng sản phẩm cuối cùng. Tính toán cân bằng vật chất cho 100kg nguyên liệu nho là bước đầu tiên, sau đó quy mô lên toàn năm để xác định công suất thiết bị cần thiết. Lựa chọn thiết bị phù hợp như máy rửa, máy nghiền, bơm chuyên dùng, bồn lên men, máy ép bã, thiết bị lọc và dây chuyền đóng chai đều dựa trên kết quả cân bằng vật chất và đặc thù của quy trình công nghệ.

3.1. Tính toán cân bằng vật chất theo quy mô sản xuất

Cân bằng vật chất được tính cho 100kg nguyên liệu nho ban đầu, xác định lượng dịch ép, bã nho, rượu vang thành phẩm và phụ phẩm ở mỗi bước. Với năng suất 800.000 lít/năm, cần tính toán ngược để xác định lượng nho cần thiết, hiệu suất sản xuất tại mỗi công đoạn, từ đó xác định công suất của từng thiết bị trong dây chuyền sản xuất.

3.2. Tiêu chuẩn lựa chọn và kích thước thiết bị

Thiết bị sản xuất rượu vang phải đáp ứng tiêu chuẩn về công suất, độ tin cậy, an toàn vệ sinh thực phẩm và dễ vệ sinh, khử trùng. Băng tải phân loại, cân nguyên liệu, máy rửa sục khí, thiết bị nghiền, bơm chuyên dùng, bồn chuẩn hóa, bồn lên men, máy ép bã, thiết bị lọc và dây chuyền đóng chai được lựa chọn dựa trên cân bằng vật chất và yêu cầu công nghệ cụ thể.

IV. Kết luận và ý nghĩa của đồ án thiết kế nhà máy

Đồ án thiết kế nhà máy rượu vang đỏ 800.000 lít/năm là một nghiên cứu toàn diện về công nghệ sản xuất rượu vang hiện đại. Việc hoàn thiện dự án này sẽ cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho việc xây dựng nhà máy sản xuất rượu vang chuyên nghiệp tại Việt Nam. Nhà máy quy mô 800.000 lít/năm là công suất hợp lý để đạt hiệu quả kinh tế cao, tạo ra sản phẩm chất lượng quốc tế và đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng. Khi ngành sản xuất rượu vang phát triển, nó sẽ tạo cơ hội việc làm, tăng giá trị nông sản và khẳng định vị trí của Việt Nam trong thị trường rượu vang toàn cầu.

4.1. Những thách thức trong thực hiện dự án

Thách thức chính trong xây dựng nhà máy sản xuất rượu vang bao gồm: đạt độ sạch trong quá trình sản xuất, kiểm soát chất lượng nguyên liệu, quản lý quá trình lên men phức tạp, đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm quốc tế. Giải pháp là áp dụng công nghệ hiện đại, huấn luyện nhân lực chuyên nghiệp, kiểm soát chất lượng khắt khe ở từng khâu sản xuất.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng thực tế

Kết quả của đồ án có thể được áp dụng để xây dựng nhà máy sản xuất rượu vang thực tế. Sản phẩm rượu vang chất lượng cao từ nhà máy hiện đại sẽ cạnh tranh được trên thị trường quốc tế. Phát triển bền vững của ngành rượu vang Việt Nam đòi hỏi liên tục cải tiến công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm và xây dựng thương hiệu rượu vang Việt Nam trên trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về rượu vang, vùng sản xuất nguyên liệu và đặc điểm của nguyên liệu chính Rượu vang đã được sản xuất trong hàng ngàn năm. Các dấu vết rượu vang được biết đến sớm nhất là từ Georgia (khoảng 6000 trước Công nguyên), Iran (khoảng 5000 trước Công nguyên), và Sicily (khoảng 4000 trước Công nguyên) mặc dù có bằng chứng về một loại đồ uống có cồn tương tự được tiêu thụ trước đó ở Trung Quốc (khoảng 7000 trước Công nguyên). Khi xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về rượu vang ngày càng được tăng cao. Trên thế giới hiện nay có hàng trăm loại rượu vang khác nhau, công nghiệp chế biến rượu vang cũng phát triển mạnh.

Nhưng ở nước ta, sản phẩm rượu vang vẫn chưa được quan tâm nhiều, qui mô sản xuất chủ yếu dưới dạng thủ công, lên men tự nhiên chưa có cơ sở khoa học cũng như phương pháp hợp lí dẫn đến năng suất cũng như chất lượng sản phẩm chưa cao. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất rượu vang cũng đã có sự phát triển mạnh mẽ. Những năm gần đây khi nền công nghiệp phát triển mạnh thì ngành vi sinh ứng dụng đã trở thành công nghệ khá vững mạnh, đạt được những thành tựu đáng kể nhất là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Đó là những quy trình sản xuất thực phẩm lên men truyền thống với những dây chuyền thiết bị hiện đại của công nghệ sản xuất rượu vang, rượu sâm banh, cồn thực phẩm, các loại rượu cao cấp như whisky, vodka, sake… Bên cạnh đó rượu vang nho là một loại rượu được lên men từ dịch ép quả nho có nồng độ cồn thấp, được nhiều người ưa thích và được sản xuất từ công nghệ vi sinh.

Đặc biệt là rượu vang nho được xem là thức uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe. Rượu vang quả nói chung và vang nho nói riêng là thức uống có giá trị dinh dưỡng cao, vì thế rượu vang nho là loại thức uống rất được mọi người ưa chuộng đặc biệt là người phương Tây. Do rượu vang nho là loại rượu thu được không qua chưng cất, có hương vị thơm ngon, bổ dưỡng và có độ cồn nhẹ nên rất thích hơp đối với phụ nữ và người cao tuổi.1 Phân tích thị trường - Tình hình phát triển ngành rượu vang trên thế giới: Theo thống kê của Tổ chức rượu vang và rượu quốc tế (OIV), sản lượng rượu vang toàn cầu vào năm 2018 ước tính đạt 279 hectoliter (1 hectoliter tương đương 100 lít), chạm mốc cao nhất kể từ năm 2000. Đặc biệt là khi vào năm 2017, sản lượng rượu giảm xuống đáng kể do các tác nhân nắng nóng, nhiệt độ thất thường, sương giá và mưa đá.

Theo OIV, Italy hiện chính là quốc gia đang giữ vị trí là quốc gia sản xuất rượu vang hàng đầu thế giới với 48,5 triệu hectoliter (4,85 tỷ lít). Ngành công nghiệp 5 sản xuất rượu vang của Italy hiện có khoảng 310.000 công ty và hơn 46.000 nhà máy sản xuất rượu vang. Nếu tính đến những hoạt động liên quan khác, điển hình là du lịch, rượu vang ngày càng tăng, ngành này tạo ra khoảng 1,3 triệu việc làm cho quốc gia này. Tiếp ngay sau ở vị trí thứ 2 là Pháp với 46,4 triệu hectoliter (4,64 tỷ lít).

Rượu vang làm từ nho hữu cơ những năm gần đây đã vực dậy thị trường rượu vang đang xuống dốc tại Pháp. Thị trường đồ uống của Anh (IWSR) dự báo thu nhập từ rượu vang hữu cơ tại Pháp sẽ sớm vượt mức 1 tỷ euro/năm (1,14 tỷ USD). Điều này cho thấy được ảnh hưởng của những dòng sản phẩm hữu cơ trên thị trường. Bên cạnh đó, thị trường rượu vang thế giới còn thêm phần sôi động bởi sự góp mặt của các quốc gia khác như Chile, Mexico, Mỹ và Australia, .với thành tích không kém gì 2 quốc gia dẫn đầu.

Tuy nhiên do hậu quả của biến đổi khí hậu không thuận lợi ảnh hưởng ít nhiều đến các quốc gia sản xuất rượu vang ở Châu Âu. Theo OIV, sản lượng rượu vang trên thế giới trong năm nay dự kiến sẽ đạt khoảng 250 triệu hectoliter (2,5 tỷ lít), giảm 4% so với năm ngoái và thấp hơn 7% so với mức trung bình của 20 năm. Cụ thể, Italy, Tây Ban Nha và Pháp là những nước sản xuất rượu hàng đầu của châu Âu, chiếm 45% của tổng sản lượng rượu vang của châu lục này. Sản lượng rượu vang của những nước trên trong năm nay đã giảm 22 triệu hectoliter do sương giá mùa Xuân, mưa đá và những trận mưa to.

Đặc biệt, sản lượng rượu vang của Pháp đã giảm xuống mức tương đương của năm 1957. - Tình hình sản xuất và tiêu thụ rượu vang ở Việt Nam: Việt Nam là một nước Đông Nam Á, có vùng nhiệt đới khí hậu ẩm nên nghề trồng nho sản xuất rượu vang chỉ phát triển ở một số vùng khí hậu thích hợp như Ninh Thuận và Bắc Bình Thuận. Vang của Việt Nam thường sản xuất từ nhiều loại quả và lên men bằng siro dịch quả nên chất lượng không cao (do mất đi hương, vị của quả tươi). Viêt Nam là quốc gia có sản lượng rượu bia được tiêu thụ hàng năm khá cao, sự xuất hiện của rượu vang nhập khẩu như thổi một làn gió mới vào thị trường rượu Việt Nam vốn đã bảo hòa từ rất lâu, từ đó, ngày một phát triển và lớn mạnh.

Trong một vài năm trở lại đây, tại Việt Nam, rượu vang đã trở thành thức uống phổ biến. Chính vì sự phổ biến ấy mà rượu vang đang được bày bán khắp nơi, từ cửa hàng, siêu thị cho đến các nhà hàng, khách sạn, quán bar…. Theo thống kê của Hiệp hội Rượu Bia và Nước giải khát Việt Nam, hiện cả nước có hơn 15 doanh nghiệp sản xuất và đóng chai rượu vang với sản lượng mỗi năm tăng khoảng 12 – 13 triệu lít. Một số nhà sản xuất rượu vang trong nước như: Công ty thực phẩm Lâm Đồng (vang Đà Lạt), công ty Rosa Vạn Đạt, công ty cổ phần vang Thăng Long… 6 Số liệu của Tổng cục Thống kê cho thấy, kể từ năm 2004 đến nay, rượu vang nhập khẩu đã tăng khoảng 25%/năm.

Riêng năm 2010, tổng kim ngạch nhập khẩu rượu vang đạt 53,2 triệu USD, tăng 85% so với năm 2009. Số lượng rượu vang tăng dần hằng năm. Vì vậy mục tiêu đặt ra cho ngành sản xuất rượu vang cần thực hiện là xây dựng ngành sản xuất rượu vang có chỗ đứng trên thị trường nội địa. Sử dụng tối đa nguồn nguyên liệu trong nước để sản xuất ra sản phẩm có chất lượng cao, đa dạng hoá về chủng loại, cải tiến bao bì mẫu mã, phấn đấu hạ giá thành, nâng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng nhu cầu trong nước và có sản phẩm xuất khẩu, tăng nguồn thu ngân sách, hội nhập vững chắc kinh tế khu vực và thế giới.

Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia sản xuất, rượu vang có chất lượng gần với rượu vang quốc tế.2 Vùng nguyên liệu Theo số liệu của FAO, 75.866 k m2 trên thế giới được dùng để trồng nho, Trong đó 71% sản lượng nho là dùng để sản xuất rượu vang, 27% để ăn tươi dưới dạng quả tươi, và 2% làm nho khô. Tại Việt Nam, diện tích trồng nho đáng kể được biết đến ở Ninh Thuận, Vùng Ninh Thuận với đặc trưng là vùng đất đầy nắng, khô khan là ưu thế để phát triển cây nho, khách du lịch gặp những thửa ruộng nho cho quả to mọng, với các màu đen, đỏ, tím thẫm, xanh lơ và là một đặc sản của vùng đất Ninh Thuận. Diện tích trồng nho của tỉnh khoảng 2.500 ha, tập trung chủ yếu ở huyện Ninh Phước, Ninh Hải và thị xã Phan Rang – Tháp Chàm, tại các xã, thị trấn Phước Dân, Phước Hữu, Phước Sơn với nhiều loại giống nho mới năng suất chất lượng cao. Từ năm 2002 Ninh Thuận đã mở rộng diện tích cây nho từ 25 – 30 ha và từ 1995 diện tích tăng nhanh nhất trên 2.

Địa phương có án phát triển cây nho từ 1.000ha vào năm 2015 và 2. Do nho được thu hoạch theo thời vụ chỉ có 6 tháng trong năm nên các tháng còn lại trong năm nhà máy sẽ nhập nho từ các vùng lân cận. Khu vực Bắc Bình Thuận và Nam Khánh Hòa cũng có diện tích trồng nho tăng đáng kể nên nhà máy sẽ nhập nho từ các vùng này để đảm bảo hoạt động sản xuất của nhà máy cũng như đảm bảo công nhân không phải nghỉ việc vào các tháng nho ở Ninh thuận đã hết mùa. Giống nho rượu truyền thống được trồng với số lượng lớn ở Ninh Thuận là nho đỏ Cardinal và nho trắng NH01- 48.

Tuy nhiên, hai giống nho này dần dần thái hoá, năng suất giảm sút và không còn phù hợp nữa. Hiện tỉnh đang xúc tiến trồng một số giống nho mới cho năng suất cao hơn (NH02-75, NH02-04, Shiraz, Saw- Blan, Merlot, Cabernet và Caladoc, Canelina, Chenin Blanc, Colombard…).3 Nguyên liệu chính - Nguồn gốc: Nho có nguồn gốc ở các miền ôn đới khô Âu, Á, (Acmêni – Iran) và một số loài có nguồn gốc ở Châu Âu. 7 Cây nho du nhập vào Việt Nam từ những năm đầu thập niên 70 của thế kỷ 20, được trồng chủ yếu ở miền nam, tuy sản lượng chưa cao nhưng chất lượng không kém các giống cây khác. - Đặc tính: Đối với nước ta, cây nho thích hợp với vùng khí hậu khô nhiều nắng, độ ẩm không khí thấp.

Nho thường được trồng ở các vùng mùa khô kéo dài 4-5 tháng, không bị úng nước vào mùa mưa, do rể là nơi dự trữ nước của cây, rất mẫn cảm với tình trạng thiếu oxy. Vùng có gió to có thể làm dập lá, chùm nho, ngoài ra có thể làm đổ giàn, nho có thể trồng những nơi hứng nắng, nhưng được che chắn kỹ. Trồng nho rượu không cần đòi hỏi kỹ thuật quá cao, chỉ cần trồng đúng giống tốt, mật độ, tuân thủ kỹ thuật canh tác để đảm bảo sản phẩm có chất lượng tốt, không có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật. Tại thời điểm hiện nay, trồng nho rượu lãi gấp 2 đến 3 lần trồng các loại nho ăn tươi truyền thống.

- Một số giống nho phổ biến hiện nay ở nước ta: Giống NH.02 – 04 được xem là giống nho rượu có triển vọng nhất, được nhập từ Pháp, năm 1994. Cây có sức sống cao, lá tròn màu xanh nhạt, ít lông. Chùm hoa có hình dạng dài, ít phân nhánh; chùm quả hình nón thuôn dài, khối lượng chùm quả 200 – 250g. Quả hình cầu, khi chín quả có màu xanh hơi vàng, độ axit và độ đường cao 16 – 18o Brix, vỏ quả mỏng; năng xuất khá cao 15 – 18 tấn/ha.