Đồ án tốt nghiệp: Quy trình thiết bị sản xuất bia Lager - SVTH Huỳnh Đức Phú

Tìm hiểu đồ án tốt nghiệp về quy trình và thiết bị sản xuất bia Lager. Phân tích chi tiết từ nguyên liệu, công nghệ lên men đến thành phẩm cuối cùng.

• Tác giả: Huỳnh Đức Phú
• Người hướng dẫn: Nguyễn Hoài Hương
• Đề tài: Quy trình & thiết bị sản xuất bia Lager chi tiết
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Quy Trình Sản Xuất Bia Lager

Quy trình sản xuất bia Lager là một trong những phương pháp lên men phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Bia Lager được sản xuất thông qua phương pháp lên men chìm với nhiệt độ thấp, từ 7-15°C, tạo nên các đặc tính riêng biệt về hương vị và chất lượng. Ngành công nghiệp bia Việt Nam, đặc biệt là các công ty như Tổng công ty Bia Rượu Nước Giải Khát Sài Gòn, đã áp dụng công nghệ này để sản xuất hàng triệu lít bia mỗi năm. Thiết bị sản xuất bia đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản xuất. Quy trình bao gồm các giai đoạn: xay nghiền, nấu, lên men, lọc và đóng chai. Mỗi giai đoạn yêu cầu thiết bị chuyên dụng và điều kiện vận hành cụ thể để đạt được sản phẩm bia chất lượng cao.

1.1. Định Nghĩa Và Đặc Điểm Bia Lager

Bia Lager là đồ uống lên men có độ cồn thấp, được sản xuất từ malt đại mạch, hoa houblon, nước và các nguyên liệu thay thế khác. Đặc điểm nổi bật của bia Lager là sử dụng nấm men lạnh (cold yeast) trong quá trình lên men, dẫn đến hương vị sáng, tinh tế và độ thanh mát cao. Phương pháp lên men chìm giúp nấm men lắng xuống đáy bình lên men, tạo ra bia trong hơn và chất lượng ổn định hơn so với bia Ale.

1.2. Vai Trò Của Thiết Bị Trong Sản Xuất

Thiết bị sản xuất bia Lager là những máy móc và công cụ chuyên biệt được sử dụng trong mỗi khâu sản xuất. Các thiết bị chính bao gồm tank lên men, silo chứa nguyên liệu, nồi nấu, bộ lọc và máy đóng chai tự động. Việc đầu tư vào thiết bị hiện đại giúp giảm giá thành sản xuất, nâng cao năng suất lao động và đảm bảo chất lượng sản phẩm bia đạt tiêu chuẩn quốc tế.

II. Nguyên Liệu Chính Trong Sản Xuất Bia Lager

Nguyên liệu sản xuất bia bao gồm các thành phần thiết yếu mà không thể thiếu được. Malt đại mạch là nguyên liệu cơ bản chứa các enzyme quan trọng để chuyển hóa tinh bột thành đường. Hoa houblon cung cấp hương vị đặc trưng, độ chuẩn và tính chất bảo quản. Nước là thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất, cần được xử lý để loại bỏ các tạp chất. Ngoài ra, các nguyên liệu thay thế như gạo, ngô và đại mạch chưa nẩy mầm được sử dụng để giảm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng. Các nguyên liệu này phải được kiểm tra chất lượng kỹ càng trước khi đưa vào quy trình sản xuất.

2.1. Malt Đại Mạch Nguyên Liệu Chính

Malt đại mạch là hạt đại mạch đã nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm kiểm soát. Thành phần hóa học của malt bao gồm tinh bột (50-63%), protein và cellulose. Amyloza và amylopectin là hai dạng tinh bột quan trọng cung cấp đường cho quá trình lên men. Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hoá vừa là nguyên liệu đặc trưng, tạo nên mùi vị và tính chất công nghệ đặc thù cho bia. Malt chất lượng tốt quyết định đến chất lượng bia Lager cuối cùng.

2.2. Houblon Và Các Nguyên Liệu Khác

Hoa houblon cung cấp vị đắng, hương thơm và giúp bảo quản bia lâu hơn nhờ tính chất kháng khuẩn. Nước phải được xử lý và tinh chế để loại bỏ tạp chất và điều chỉnh độ pH phù hợp. Nguyên liệu thay thế như gạo, ngô giúp giảm giá thành sản xuất. Sự lựa chọn và tỷ lệ các nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình sản xuất và đặc tính của sản phẩm cuối cùng.

III. Các Phân Xưởng Và Thiết Bị Chính Trong Sản Xuất

Quy trình sản xuất bia Lager được chia thành các phân xưởng chuyên biệt, mỗi phân xưởng sử dụng thiết bị sản xuất bia riêng biệt. Phân xưởng xay nghiền sử dụng máy xay để nghiền nguyên liệu lúa mạch. Phân xưởng nấu có nồi nấu lớn để nấu wort (dịch chiết malt). Phân xưởng lên men sử dụng tank lên men với điều khiển nhiệt độ chính xác để duy trì 7-15°C cho bia Lager. Phân xưởng lọc loại bỏ các tạp chất và dư chất. Phân xưởng đóng chai sử dụng máy đóng chai tự động hiện đại. Phân xưởng CIP (Clean In Place) thực hiện vệ sinh và khử trùng toàn bộ hệ thống. Mỗi phân xưởng yêu cầu thiết bị chuyên dụng và quy trình vận hành chuẩn mực.

3.1. Phân Xưởng Xay Nghiền Và Nấu

Phân xưởng xay nghiền là giai đoạn đầu tiên, sử dụng máy xay để nghiền malt đại mạch thành các hạt nhỏ. Phân xưởng nấu chứa nồi nấu lớn có khả năng gia nhiệt đều đặn, nơi wort được nấu với houblon. Thiết bị nấu phải đảm bảo nhiệt độ ổn định và có hệ thống lấy mẫu để kiểm tra. Hai phân xưởng này quyết định đến chất lượng nguyên liệu cho giai đoạn lên men tiếp theo.

3.2. Phân Xưởng Lên Men Và Đóng Chai

Phân xưởng lên men là trái tim của quy trình sản xuất bia Lager, sử dụng tank lên men có hệ thống kiểm soát nhiệt độ chính xác. Tank lên men được làm từ thép không gỉ, có van xả nằm ở đáy để lấy dầu cặn. Phân xưởng đóng chai sử dụng máy đóng chai tự động hiện đại, máy sơ lót, máy gắn nhãn. Thiết bị đóng chai phải đảm bảo vệ sinh, tránh nhiễm khuẩn và bảo vệ chất lượng bia từ lúc rót chai đến tay người tiêu dùng.

IV. Phương Pháp Lên Men Chìm Và Ưu Điểm Công Nghệ

Phương pháp lên men chìm (bottom fermentation) là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất bia Lager hiện nay. Trong quy trình lên men chìm, nấm men lạnh hoạt động ở dưới cùng của tank lên men, từ từ tiêu thụ đường và tạo rượu. Điều này khác với lên men nổi (top fermentation) nơi nấm men nổi lên trên bề mặt. Phương pháp lên men chìm mang lại nhiều ưu điểm công nghệ vượt trội. Bia được sản xuất có độ tinh khiết cao hơn vì các tạp chất lắng xuống dưới và có thể được loại bỏ dễ dàng. Thiết bị lên men được thiết kế để tận dụng ưu thế của lên men chìm. Sản phẩm bia có hương vị sáng, tinh tế, độ thanh mát cao và khả năng lưu trữ lâu hơn.

4.1. Nguyên Lý Và Đặc Điểm Lên Men Chìm

Lên men chìm là quá trình nấm men hoạt động ở nhiệt độ thấp (7-15°C), từ từ tiêu thụ đường và tạo rượu. Nấm men tự lắng xuống đáy tank lên men khi kết thúc lên men. Phương pháp này tạo ra ít khí CO2 hơn so với lên men nổi, cho phép kiểm soát nhiệt độ dễ dàng hơn. Bia lên men chìm có độ cồn thấp hơn và hương vị ít đậm so với ale, phù hợp với khẩu vị người tiêu dùng phương Tây.

4.2. Ưu Điểm Và Tương Lai Ứng Dụng

Ưu điểm của lên men chìm bao gồm: bia sáng hơn, ít tạp chất, khả năng lưu trữ tốt hơn, hiệu suất cao. Thiết bị lên men được thiết kế tối ưu cho phương pháp này. Trên thế giới và Việt Nam, đa số nhà máy bia hiện đại đều áp dụng quy trình lên men chìm vì những ưu điểm công nghệ và chất lượng sản phẩm ưu việt. Xu hướng phát triển trong tương lai vẫn tập trung vào cải tiến thiết bị và tối ưu hóa quy trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghiệp bia được xếp vào các ngành “công nghiệp nông nghiệp” bởi nó tác động lên các sản phẩm của nông nghiệp. Trong đó nó lại được xếp vào “nhóm công nghiệp lên men“ vì biến đổi chính trong quá trình sản xuất bia là kết quả của quá trình lên men rượu. Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là: malt đại mạch, hoa houblon và nước. Ngoài ra để làm tăng hiệu quả kinh tế hoặc để đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người tiêu dung, các nhà máy còn sử dụng thêm một số nguyên liệu khác để thay thế một phần malt đại mạch như: đại mạch chưa nẩy mầm, gạo, ngô đã tách phôi malt thóc,.

để sản xuất bia. Viêt Nam định nghĩa: bia là đồ uống lên men có độ cồn thấp” Thị trường tiêu thụ bia nước ta là rất lớn chính vì vậy tổng công ty bia, rượu, nước giải khát Sài Gòn đã xây dựng rất nhiều công ty chi nhánh tại nhiều tỉnh thành như Bình Dương, Quảng Ngãi, Phú Yên…. Đối với ngân sách quốc dân bia đã đóng góp một tỷ trọng không nhỏ. Với công suất sản xuất khoảng 70 triệu lít/năm đây là một nhà máy có sản lượng tương đối lớn ở Việt Nam.

Ý tưởng đang muốn phát triển, nghiên cứu và tự sản xuất các thiết bị không sinh công (như là tank lên men, silo chứa nguyên liệu…) mục đích giảm giá thành đầu tư ban đầu, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí trong nước nhưng vẫn không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Đó là những lý do chính để em chọn đề tài “Quy trình thiết bị sản xuất Bia Lager” tuy nhiên kết cấu tối ưu của thiết bị vẫn là một vấn đề lớn cần phải tập trung nghiên cứu sâu hơn. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 1 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương I.B/ NỘI DUNG KHÓA LUẬN Tổng quan về quy trình công nghệ và thiết bị trong ngành sản xuất bia, qua tìm hiểu thực tế tại Tổng công ty cổ phần bia rượu nước giải khát Sài Gòn Sadabeco (chi nhánh DakLak) bao gồm: - Nguyên liệu - Quy trình thiết bị phân xưởng xay nghiền - nấu - Quy trình thiết bị phân xưởng lên men - lọc - Quy trình thiết bị phân xưởng đóng chai - Quy trình thiết bị phân xưởng Cip I.C/PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Đồ án được thực hiện trên cơ sở quan sát thực tế tại công ty bia Sài Gòn DakLak và tài liệu tham khảo, sự tư vấn của chuyên gia những giảng viên đi đầu trong ngành công nghệ lên men hàng đầu của Việt Nam.D/ PHẠM VI ÁP DỤNG Trên thực tế ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới và Việt Nam hiện nay đều sử dụng phương pháp lên men chìm, phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn ví dụ như trong giai đoạn lọc nấm men nổi bọt sẽ nổi lên trên người ta sẽ vớt bọt để bia được trong hơn, trong khi thực tế dưới tác dụng của trọng lực của trái đất hầu như mọi thứ trong bia đều lắng xuống dưới nên phương pháp lên men chìm vẫn tạo ra nhiều ưu thế hơn so với lên men nổi.

Với những dẫn chứng bên trên trong thực tế và tương lai đa số các nhà máy vẫn áp dụng phương pháp lên men chìm. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 2 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương CHƯƠNG II: TỔNG QUAN QUY TRÌNH SX VÀ THIẾT BỊ Nguyên liệu chính dùng để sản xuất bia là malt đại mạch, houblon, nước và dùng nguyên liệu thay thế là gạo để giảm giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh.1/ NGUYÊN LIỆU II.1/ MALT ĐẠI MẠCH Vai trò: + Malt đại mạch là hạt đại mạch đã nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm nhân tạo xác định để đạt hoạt lực enzyme và thành phần dinh dưỡng của hạt ở mức cần thiết. + Malt đại mạch vừa là tác nhân đường hoá, vừa là nguyên liệu đặc trưng dùng để sản xuất bia.

Bia sản xuất từ malt đai mạch có mùi vị và tính chất công nghệ hơn hẳn so với bia được sản xuất từ malt của các hạt hòa thảo khác. Thành phần hoá học + Thành phần hoá học trung bình của malt bia tính theo phần trăm chất khô là: + Các hợp chất cacbonhydrat: Chiếm tỉ lệ lớn nhất 70-85% gồm: + Tinh bột chiếm 50-63%, là thành phần quan trọng, gồm 2 chất là amyloza (20- 25%) và amylopectin (75-80%) + Amyloza gồm 200-300 α-glucoza được nối với nhau bằng các cầu oxy tại vị trí liên kết 1,4 thành một chuỗi xoắn không phân nhánh.1: Cấu tạo hóa học Amyloza SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 3 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương + Amylopectin gồm các α-glucoza liên kết với nhau bằng cầu oxy tại vị trí 1,4 là chủ yếu, và cứ 15-30 phân tử glucoza lại có một liên kết tại vị trí 1.Vì vậy amylopectin có mạch phân nhánh như một cây có nhiều cành có thể chứa tới 6000 gốc glucose.1: Cấu trúc hóa học Amylopectin + Xenluloza: Chiếm 5-6% tập trung chủ yếu ở vỏ trấu. Không hòa tan trong nước và không bị enzyme của malt thủy phân vì vậy không ảnh hưởng chất lượng bia.

+ Hemixenluloza: thành phần chủ yếu của tế bào nội nhũ. Gồm Pentozan 10-20% và β-glucan 80-90% + β-glucan: là các chuỗi phân tử glucoza mạch dài liên kết 1,4. Liên kết β làm cho các phân tử glucoza tạo thành mạch xoắn như chuỗi amyloza nhưng là các chuỗi dài và mở rộng. Trong dung dịch chúng liên kết với nhau bằng cầu nối hydro.

Do hình dáng bên ngoài và được gọi là “mixel có diềm“ + Đường: Đường khử trong malt rất nhỏ khoảng 2%. + Các chất chứa nitơ: Hàm lượng protein cho phép trong malt 9-12%, trong đó 1/3 hàm lượng này sẽ đi vào bia thành phẩm. Do đó có tác động lớn đến chất lượng của bia .Các hợp chất chứa nitơ gồm protein và các sản phẩm thủy phân protein (acid amin, peptid) + Chất béo: Chiếm 2%, chủ yếu có ở lớp alơrong và mầm. + Chất vô cơ: Chiếm 2-3% là các chất khoáng (P2O5, SiO2, K2O) + Polyphenol hay (tanin): Tập trung ở vỏ trấu, với số lượng lớn sẽ gây ra vị đắng và chát khó chịu.

+ Vitamin: Trong malt đại mạch chủ yếu chứa các vitamin như: B1, B2, C, E. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 4 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương + Các enzyme: α-Amylaza: Tác động lên các liên kết α-1,4 glucosit ở vị trí bất kỳ trong phân tử tinh bột, không tác dụng lên các lien kết α-1,6 glucosit của các mạch nhánh và amylopectin của tinh bột và bẻ gãy các mối liên kết α-1,4 glucosit. Sau một thời gian amylaza là enzyme dich hóa với sản phẩm là hỗn hợp các đường và oligosaccharit bao gồm: glucoza, maltoza, maltotrioza Hình II.2: α-Amylaza thủy phân tinh bột β-amylaza cắt 2 gốc glucosit trên toàn mạch amylo và amylopectin của tinh bột tạo thành đường maltoza.

Enzyme này cũng không phân cắt được liên kết 1,6 nên chúng dừng tác động trước điểm rẽ nhành của mạch amylopectin, hình vẽ thể hiện sau khi α-amylaza phân cắt mạch thành nhiều dextrin thì β-amylaza lại tiếp tục phân cắt 2 gốc đường để tạo thành nhiều đường maltoza.3: β-amylaza thủy phân tinh bột Trong malt còn chứa các enzim thuỷ phân như: proteinaza, peptinaza, fitaza, xitaza, amylophotphataza… Trong thành phần hoá học của malt quan trọng nhất là hàm lượng tinh bột, hàm lượng tinh bột càng cao càng tốt, nhưng hàm lượng protein phải nằm trong khoảng 12%, nếu cao hơn thì bia sẽ bị đục, khó bảo quản, nếu thấp hơn thì bia kém bọt, kém vị đậm đà và kèm theo các chỉ số khác. SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 5 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương Một số chỉ tiêu chất lượng của malt + Phải sạch, có mùi thơm đặc trưng, có vị ngọt, màu vàng sáng đều. Không được có mùi vị lạ, không mốc, không hôi khói.

+ Khối lượng 1000 hạt tăng thì tỷ lệ hạt loại I tăng và hàm lượng chất chiết cũng tăng. Đại mạch trung bình KL 1000 hạt 41-44g, nặng >45g. + Chất chiết là tập hợp các chất có thể hòa tan tạo thành dịch chiết trong quá trình đường hóa, chiếm 77-80%. + Kích thước hạt malt phải đồng đều: Hạt trên sàng 2,8mm và 2,5mm chiếm 94% hạt dưới sàng 2,2mm không quá 0,5%.

+ Dung trọng của malt trong khoảng 68 – 75 kg/100 lít đại mạch + Ðộ ẩm của malt không quá 6% của nhà máy là 4%. + Malt có thời gian đường hoá 1035phút Bảo quản và nguồn thu mua Nước ta không trồng được đại mạch do đó phải nhập từ nước ngoài bằng đường thuỷ và đường bộ. Nhà máy thường nhập 2 loại malt Úc và Canada, loại malt vàng Pilsen của hãng Jeowhite. Sau khi nhập về được bảo quản trong kho và nhập vào 2silo chứa malt, mỗi silo 50 tấn.2/ HOUBLON Vai trò Houblon là nguyên liệu không thể thiếu được trong sản xuất bia.

Nó làm cho bia có mùi thơm và vị đắng dễ chịu, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. Có thể sử dụng cao hoa, hoa viên hoặc hoa nguyên cánh. Các nhà máy đa số máy sử dụng cao hoa và hoa viên. Hàm lượng sử dụng được tính theo α-acid đắng.

SVTH: Huỳnh Đức Phú Trang 6 LỚP: 07CSH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD - TS. Nguyễn Hoài Hương Thành phần hoá học: + Thành phần hoá học của hoa houblon gồm nhiều chất khác nhau nhưng các chất có giá trị trong công nghệ sản xuất bia là nhựa houblon, các tanin và tinh dầu. Ngoài ra trong hoa còn chứa một số chất khác như: protein, mỡ, sáp, các hợp chất phi protein. + Nhựa hoa houblon là thành phần chính và quan trọng của hoa houblon bao gồm nhựa cứng và nhựa mềm: Nhựa mềm gồm có α-nhựa mềm và β - nhựa mềm, trong nhựa mềm gồm các dạng axít đắng là α, β,γ, δ-axít đắng.

Vị đắng của bia chủ yếu là do α-axít đắng tạo nên, còn các dẫn xuất của β- axít đắng tạo nên vị đắng hài hoà, dễ chịu. + Các chất tanin của hoa houblon là các polyphenol, dễ hoà tan trong nước, dễ bị oxi hóa nên nó bảo vệ nhựa houblon. Trong quá trình nấu bia, hầu hết tanin của hoa houblon liên kết với protein của malt, do đó hàm lượng polyphenol ở trong bia chủ yếu là của malt và chỉ khoảng 10-20% là polyphenol của hoa houblon. + Tinh dầu hoa houblon là một hỗn hợp phức tạp của các hydrat cacbon và nhiều hợp chất chứa ôxi dạng tecpen.

Tinh dầu houblon không hoà tan trong nước nhưng dễ bay theo hơi nước. Trong quá trình sản xuất khoảng 98% lượng tinh dầu bị bay hơi chỉ còn khoảng 2% tồn tại trong bia tạo hương thơm cho bia.