Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Vấn đề bảo đảm chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm (CLVSATTP) và phòng ngừa ngộ độc thực phẩm là mối quan tâm hàng đầu của xã hội, tác động trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng và sự phát triển kinh tế - xã hội. Theo các số liệu dịch tễ học và y tế được tác giả tổng hợp, tình trạng ngộ độc thực phẩm diễn biến phức tạp trên phạm vi toàn cầu lẫn tại Việt Nam:
- Thống kê của Mayer trong 50 năm cho thấy tỷ lệ tử vong do ngộ độc Botulism chiếm 34,2%, riêng tại Mỹ tỷ lệ này lên tới 63,7% với 960 vụ ngộ độc và 39.989 người mắc; tại Úc mỗi ngày ghi nhận khoảng 11.500 ca mắc các bệnh cấp tính do ăn uống.
- Vụ nhiễm độc tụ cầu trong sữa tươi đóng hộp của hãng Snow Brand tại Osaka (Nhật Bản, tháng 6/2000) làm 14.700 người ngộ độc, gây đình trệ sản xuất và thiệt hại kinh tế nghiêm trọng.
- Tại Việt Nam, theo số liệu từ Cục Quản lý chất lượng Vệ sinh an toàn thực phẩm (Bộ Y tế), trung bình mỗi năm xảy ra khoảng 250 – 500 vụ ngộ độc thực phẩm với 7.000 – 10.000 nạn nhân và 100 – 200 ca tử vong; ngân sách nhà nước phải chi trả trên 3 tỷ đồng cho công tác điều trị, xét nghiệm và điều tra nguyên nhân.
- Thống kê đến ngày 10/06/2014 trên toàn quốc ghi nhận 67 vụ ngộ độc với 2.084 người mắc, 1.528 ca nhập viện và 24 ca tử vong. Báo cáo của Bộ Y tế cũng chỉ ra rằng hơn 70 – 80% thức ăn đường phố bị nhiễm khuẩn E. coli.
Song song với thách thức về an toàn thực phẩm, ngành công nghiệp sản xuất bia tại Việt Nam ghi nhận tốc độ tăng trưởng nhanh:
- Năm 1997, cả nước có 469 cơ sở sản xuất bia với tổng công suất 1.021 triệu lít/năm, mức tiêu thụ bình quân 8,5 lít/người/năm.
- Năm 2001, sản lượng đạt 817 triệu lít (xếp thứ 29 thế giới); đến năm 2011 đạt 2.780 triệu lít (tăng 240%, vươn lên vị trí thứ 13 thế giới và thứ 3 khu vực châu Á, sau Trung Quốc và Nhật Bản).
- Năm 2013, sản lượng sản xuất đạt 2.902 triệu lít và lượng tiêu thụ đạt khoảng 3,2 tỷ lít; dự báo năm 2015 mức tiêu thụ đạt từ 4,0 đến 4,4 tỷ lít (bình quân 45 – 47 lít/người/năm).
Tuy nhiên, bên cạnh các đơn vị quy mô lớn đã áp dụng hệ thống ISO 9000, ISO 22000 hay ISO 14000 (như Habeco, Sabeco, VBL), cả nước còn tồn tại nhiều cơ sở sản xuất bia tư nhân quy mô nhỏ có điều kiện vệ sinh kém, thiết bị cũ nát, hoen rỉ, không tuân thủ nguyên tắc một chiều và thiếu hệ thống xử lý nước thải. Trước yêu cầu hội nhập và đòi hỏi khắt khe từ thị trường, việc thiết kế nhà máy đạt chuẩn kỹ thuật kết hợp áp dụng hệ thống HACCP là nhiệm vụ cấp thiết.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu quy trình sản xuất bia chai và nhận diện các mối nguy xảy ra trong từng công đoạn sản xuất.
- Thiết kế kỹ thuật nhà máy sản xuất bia chai năng suất 20 triệu lít/năm và xây dựng hệ thống quản lý an toàn thực phẩm theo nguyên tắc HACCP.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Dây chuyền công nghệ sản xuất bia chai sử dụng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis với tỷ lệ phối trộn 75% malt đại mạch và 25% gạo; hệ thống quản lý an toàn thực phẩm theo tiêu chuẩn HACCP, GMP và SSOP.
- Phạm vi không gian: Quy hoạch mặt bằng và thiết kế kỹ thuật đặt tại Khu công nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai (thị trấn Quốc Oai và xã Phùng Xá, huyện Thạch Thất, TP. Hà Nội).
- Phạm vi thời gian: Đồ án hoàn thành vào năm 2015, sử dụng chuỗi số liệu thống kê ngành và an toàn thực phẩm giai đoạn 2007 – 2014.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
- Hệ thống phân tích mối nguy và điểm kiểm soát tới hạn (HACCP): Dựa trên hệ thống kiểm soát chất lượng có nguồn gốc từ thập niên 1960 (phát triển bởi Công ty Pillsbury, Phòng thí nghiệm quân đội Mỹ Natick và NASA). Hệ thống vận hành dựa trên 7 nguyên tắc cơ bản và 12 bước triển khai logic, sử dụng Sơ đồ cây quyết định CCP gồm 4 câu hỏi để xác định các điểm kiểm soát trọng yếu.
- Chương trình tiên quyết:
- Quy phạm thực hành sản xuất tốt (GMP): Thiết lập cho từng công đoạn chế biến nhằm kiểm soát điều kiện vận hành, thông số kỹ thuật và trách nhiệm nhân sự.
- Quy phạm vệ sinh chuẩn (SSOP): Quy định các thủ tục, phương pháp làm sạch, kiểm soát và giám sát môi trường vệ sinh công nghiệp.
- Lý thuyết công nghệ sản xuất bia: Ứng dụng quy trình lên men dịch đường trích ly từ malt đại mạch và gạo nhờ chủng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis (có khả năng hấp thụ đường Rafinoza và lắng tốt ở tầng đáy). Các tiêu chuẩn cảm quan và hóa học áp dụng cho bia thành phẩm bao gồm: chiều cao bọt > 2 cm, thời gian giữ bọt > 2 phút, độ đường sót 1 – 2%, hàm lượng $\text{CO}_2$ đạt 4,5 – 5 g/L, hàm lượng diaxetyl $\le$ 0,2 mg/L, khoáng chất 0,14 – 0,38%.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập, phân loại và xử lý các báo cáo thống kê dịch tễ ngộ độc thực phẩm của Bộ Y tế, số liệu sản lượng ngành bia từ Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam (VBA) và các nghiên cứu chuyên ngành.
- Phương pháp tính toán cân bằng vật chất: Xác định định mức tiêu hao nguyên vật liệu cho 1.000 lít bia chai thành phẩm, 1 mẻ nấu (20.000 lít), 1 ngày sản xuất (80.000 lít) và toàn bộ chu kỳ 1 năm (20 triệu lít) dựa trên các thông số kỹ thuật đầu vào: độ ẩm malt $W = 7%$, hiệu suất hòa tan chất khô malt $75%$; độ ẩm gạo $W = 14%$, hiệu suất hòa tan chất khô gạo $85%$; tỷ lệ tổn thất nghiền $0,5%$.
- Phương pháp tính toán và thiết kế thiết bị kỹ thuật: Tính toán thể tích công tác, kích thước hình học (đường kính, chiều cao thân trụ, chiều cao đáy, nắp) và công suất động cơ cho từng thiết bị trong dây chuyền sản xuất (nồi hồ hóa, nồi đường hóa, thùng lọc, nồi nấu hoa, thùng lắng xoáy, tank lên men, hệ thống CIP, máy chiết chai, máy thanh trùng).
- Phương pháp thiết kế tổng mặt bằng công nghiệp: Phân chia nhà máy theo 4 phân vùng chức năng (Khu sản xuất chính, Khu động lực, Khu kho tàng - sân bãi - giao thông, Khu sinh hoạt - hành chính) trên tổng diện tích khu đất 32.000 m².
- Phương pháp đánh giá rủi ro an toàn thực phẩm: Nhận diện 3 nhóm mối nguy (sinh học, hóa học, vật lý) tại từng công đoạn sản xuất, xác định biện pháp kiểm soát tương ứng và đối chiếu qua cây quyết định CCP.
Nguồn dữ liệu
- Báo cáo thống kê của Cục Quản lý chất lượng Vệ sinh an toàn thực phẩm – Bộ Y tế giai đoạn 2007 – 2011 và 6 tháng đầu năm 2014.
- Báo cáo tài chính và sản xuất của Tổng công ty Cổ phần Bia - Rượu - Nước giải khát Hà Nội (Habeco) năm 2012.
- Số liệu niên giám và thống kê của Hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam (VBA) năm 2013.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Tổng quan tài liệu
Nội dung chương tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về an toàn thực phẩm, hệ thống HACCP và công nghệ sản xuất bia:
- Thực trạng ngộ độc thực phẩm: Phân loại 3 tác nhân chính gây ngộ độc gồm tác nhân sinh học (chiếm 33 – 49%, trong đó vi khuẩn Salmonella gây ra 70% các vụ, nấm mốc sinh độc tố Aflatoxin), tác nhân hóa học (chiếm 11 – 27% do thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng $\text{As, Hg, Pb, Cl}^-$, độc tố tự nhiên) và tác nhân vật lý (chiếm 9 – 13% do mảnh thủy tinh, kim loại, đất cát). Tác giả tổng hợp cơ cấu nguyên nhân ngộ độc tại Việt Nam giai đoạn 2007 – 2011:
| Năm |
Vi sinh vật (%) |
Hóa chất (%) |
Độc tố tự nhiên (%) |
Không rõ nguyên nhân (%) |
| 2007 |
36,3 |
7,7 |
27,0 |
29,0 |
| 2008 |
7,8 |
0,5 |
25,4 |
66,3 |
| 2009 |
9,52 |
0,7 |
19,0 |
7,8 |
| 6/2010 |
38,2 |
5,2 |
25,4 |
21,2 |
| 2011 |
27,7 |
10,8 |
27,0 |
34,5 |
- Hệ thống HACCP và chương trình tiên quyết: Làm rõ 7 nguyên tắc, 12 bước thiết lập kế hoạch và vai trò nền tảng của GMP, SSOP; phân tích lợi ích của hệ thống đối với doanh nghiệp, người tiêu dùng và cơ quan quản lý nhà nước.
- Công nghệ sản xuất bia chai: Mô tả chi tiết quy trình công nghệ 14 bước từ tiếp nhận nguyên liệu, nghiền, hồ hóa, đường hóa, lọc bã, nấu hoa houblon, lắng xoáy tách cặn, làm lạnh nhanh ($10^\circ\text{C}$), lên men chính ($10 - 12^\circ\text{C}$ trong 5 – 7 ngày), lên men phụ ($0 - 2^\circ\text{C}$ trong 10 – 20 ngày), lọc trong, bão hòa $\text{CO}_2$ ($4,5 - 5\text{ g/L}$), chiết chai đẳng áp, thanh trùng chai đến dán nhãn thành phẩm.
Phần 2: Thiết kế nhà máy bia năng suất 20 triệu lít/năm
Chương này giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật công nghệ cho nhà máy:
- Lựa chọn địa điểm xây dựng: Khu công nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai, Hà Nội (giáp cao tốc Láng – Hòa Lạc, cách trung tâm Hà Nội 17 km). Khu đất có địa hình bằng phẳng, địa chất ổn định, không ngập lụt, thuận tiện cấp điện cao thế, cấp nước sạch và gom nước thải.
- Kế hoạch sản xuất: Nhà máy làm việc 300 ngày/năm (chia 4 quý, mỗi tháng làm việc 25 ngày, mỗi ngày vận hành 4 mẻ nấu, mỗi mẻ đạt 20.000 lít bia; tương đương năng suất 80.000 lít/ngày):
- Quý I (tháng 1 – 3): 3,5 triệu lít
- Quý II (tháng 4 – 6): 6,0 triệu lít
- Quý III (tháng 7 – 9): 6,0 triệu lít
- Quý IV (tháng 10 – 12): 4,5 triệu lít
- Tính cân bằng sản phẩm: Thiết lập bảng cân bằng vật chất hoàn chỉnh cho toàn bộ chu trình sản xuất.
- Tính chọn thiết bị: Tính toán kích thước, công suất và số lượng cho 21 danh mục thiết bị chính trong toàn bộ dây chuyền sản xuất.
- Thiết kế tổng mặt bằng và tổ chức nhà máy: Tổng diện tích mặt bằng đạt 32.000 m² (diện tích xây dựng 7.686 m², diện tích sân đường và cây xanh 24.314 m²) gồm 23 hạng mục công trình. Thiết lập cơ cấu quản trị đứng đầu là Tổng Giám đốc cùng 3 Giám đốc điều hành nhánh (Kinh tế - Nhân sự, Sản xuất, Kinh doanh).
Phần 3: Xây dựng hệ thống HACCP cho nhà máy sản xuất bia chai
Chương này xây dựng toàn bộ tài liệu kiểm soát chất lượng và an toàn thực phẩm cho nhà máy:
- Chương trình GMP: Ban hành 4 quy phạm gồm GMP 01 (Thiết kế xây dựng nhà xưởng), GMP 02 (Thiết bị và dụng cụ chế biến), GMP 03 (Phương tiện phục vụ sản xuất), GMP 04 (Vệ sinh công nghiệp).
- Chương trình SSOP: Thiết lập 8 quy phạm vệ sinh chuẩn gồm SSOP 01 (Kiểm soát nguồn nước), SSOP 02 (Vệ sinh khử trùng thiết bị), SSOP 03 (Kiểm soát lây nhiễm chéo), SSOP 04 (Vệ sinh cá nhân), SSOP 05 (Kiểm soát sử dụng thiết bị), SSOP 06 (Sử dụng và bảo quản hóa chất, dầu máy), SSOP 07 (Kiểm tra sức khỏe công nhân), SSOP 08 (Kiểm soát động vật gây hại).
- Bảng phân tích mối nguy và xác định CCP: Đánh giá chi tiết các mối nguy sinh học, hóa học, vật lý tại các công đoạn công nghệ (tiếp nhận nguyên liệu malt, gạo, hoa; nghiền; đường hóa; lọc bã; nấu hoa; lắng sơ bộ; làm lạnh nhanh...) và đề xuất biện pháp phòng ngừa tương ứng.
Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công nghệ
1. Bảng cân bằng sản phẩm
Kết quả tính toán cân bằng vật chất cho các quy mô sản xuất trong đồ án được tổng hợp như sau:
| Hạng mục vật chất |
Đơn vị tính |
1.000 L bia |
1 mẻ (20.000 L) |
1 ngày (80.000 L) |
1 năm (20 triệu L) |
| Malt đại mạch |
kg |
149,36 |
2.987,2 |
11.948,8 |
2.987.200 |
| Gạo |
kg |
49,79 |
995,8 |
3.983,2 |
995.800 |
| Cao hoa |
kg |
0,10 |
2,0 |
8,0 |
2.000 |
| Hoa viên |
kg |
1,00 |
20,0 |
80,0 |
20.000 |
| Men giống |
L |
109,02 |
2.180,4 |
8.721,6 |
2.180.400 |
| Men sữa |
L |
10,90 |
218,0 |
872,0 |
218.000 |
| Dịch đường nóng |
L |
1.170,70 |
23.414,0 |
93.656,0 |
23.414.000 |
| Dịch đường lạnh |
L |
1.090,20 |
21.804,0 |
87.216,0 |
21.804.000 |
| Bia non |
L |
1.046,60 |
20.932,0 |
83.728,0 |
20.932.000 |
| Bia đã lọc |
L |
1.036,10 |
20.722,0 |
82.888,0 |
20.722.000 |
| Bia bão hòa $\text{CO}_2$ |
L |
1.030,90 |
20.618,0 |
82.472,0 |
20.618.000 |
| Bã malt ẩm |
kg |
200,10 |
4.002,0 |
16.008,0 |
4.002.000 |
| Cặn lắng |
kg |
3,485 |
69,7 |
278,8 |
69.700 |
| Sữa men thu hồi |
L |
20,00 |
400,0 |
1.600,0 |
400.000 |
| $\text{CO}_2$ thu hồi |
$\text{m}^3$ |
16,67 |
333,4 |
1.333,6 |
333.400 |
| $\text{CO}_2$ bổ sung |
$\text{m}^3$ |
1,40 |
28,0 |
112,0 |
28.000 |
| Nước nấu hồ hóa |
L |
272,50 |
5.450,0 |
21.800,0 |
5.450.000 |
| Nước đường hóa |
L |
574,64 |
11.492,8 |
45.971,2 |
11.492.800 |
| Nước rửa bã |
L |
499,43 |
9.988,6 |
39.954,4 |
9.988.600 |
| Bột trợ lọc |
kg |
0,70 |
14,0 |
56,0 |
14.000 |
2. Tổng hợp lựa chọn thiết bị công nghệ chính
Hệ thống thiết bị dây chuyền sản xuất được tác giả tính toán và lựa chọn với các thông số kỹ thuật cụ thể:
| STT |
Tên thiết bị |
Số lượng |
Thông số kỹ thuật / Kích thước cơ bản |
| 1 |
Cân nguyên liệu |
2 |
01 cân mã 1.000 kg (sai số $\pm 0,5$ kg); 01 cân đĩa hoa 10 kg |
| 2 |
Máy nghiền malt |
1 |
Năng suất 2.200 kg/h; 2 đôi trục; công suất 2,5 kW; $1900 \times 1040 \times 1450\text{ mm}$ |
| 3 |
Máy nghiền gạo |
1 |
Kiểu nghiền búa; năng suất 1.000 kg/h; công suất 5 kW; $1500 \times 800 \times 1200\text{ mm}$ |
| 4 |
Nồi hồ hóa |
1 |
Thép không gỉ 2 vỏ; $D_t = 2400\text{ mm}; D_n = 2600\text{ mm}$; cánh khuấy 30 vòng/phút, 5 kW |
| 5 |
Nồi đường hóa |
1 |
Thân trụ đáy cầu; $D_t = 3400\text{ mm}; D_n = 3600\text{ mm}; H = 2040\text{ mm}; h_1 = 680\text{ mm}; h_2 = 510\text{ mm}$ |
| 6 |
Thùng lọc đáy bằng |
1 |
$D_n = 4700\text{ mm}; H = 1900\text{ mm}; h_2 = 675\text{ mm}$ |
| 7 |
Nồi nấu hoa |
1 |
Thép không gỉ 2 vỏ; $D_t = H = 3300\text{ mm}; D_n = 3310\text{ mm}; h_1 = 660\text{ mm}; h_2 = 500\text{ mm}$ |
| 8 |
Thùng lắng xoáy |
1 |
Đáy nghiêng $2^\circ$; $D = 3600\text{ mm}; H = 2880\text{ mm}; h_2 = 540\text{ mm}$ |
| 9 |
Máy làm lạnh nhanh |
1 |
Kiểu tấm bản 1 cấp; tác nhân nước $2^\circ\text{C}$; năng suất $28\text{ m}^3\text{/h}$ |
| 10 |
Nồi đun nước nóng |
1 |
$D_t = 2400\text{ mm}; D_n = 2520\text{ mm}; H = 2880\text{ mm}; h_1 = 480\text{ mm}; h_2 = 360\text{ mm}$ |
| 11 |
Thùng CIP |
2 |
Thân hình trụ nắp bằng; $D = H = 1300\text{ mm}; h_1 = 195\text{ mm}$ |
| 12 |
Thùng lên men |
23 |
Bố trí ngoài trời; $D = 3200\text{ mm}; H = 12800\text{ mm}$; chiều cao tổng thể 16,89 m |
| 13 |
Thiết bị gây men cấp II |
1 |
$D_t = H = 2000\text{ mm}; D_n = 2120\text{ mm}; h_1 = 400\text{ mm}; h_2 = 300\text{ mm}$ |
| 14 |
Thiết bị gây men cấp I |
1 |
$D_t = H = 1600\text{ mm}; D_n = 1720\text{ mm}; h_1 = 320\text{ mm}; h_2 = 240\text{ mm}$ |
| 15 |
Máy lọc bia |
1 |
Máy lọc khung bản thép không gỉ; năng suất lọc $15\text{ m}^3\text{/h}$ |
| 16 |
Máy chiết chai đẳng áp |
1 |
36 van chiết, 8 đầu dập nắp; năng suất 13.000 chai/h; áp suất 3 bar; 3 kW; $2215 \times 2040 \times 2330\text{ mm}$ |
| 17 |
Hệ thống thanh trùng |
1 |
Năng suất 10.000 chai/h; chu trình 60 phút; công suất 20 kW; nước $6 - 8\text{ m}^3\text{/h}$; $18000 \times 2500\text{ mm}$ |
| 18 |
Máy rửa chai |
1 |
Kích thước $8450 \times 2800 \times 2550\text{ mm}$ |
| 19 |
Máy dán nhãn |
1 |
Năng suất 3.000 – 9.000 chai/h; kích thước nhãn 40 – 180 mm; bơm chân không 2,2 kW; $3300 \times 1145 \times 1300\text{ mm}$ |
| 20 |
Thiết bị vận chuyển |
4 |
Gầu tải malt (4.500 kg/h, 2 kW), gầu tải gạo (1.500 kg/h, 2 kW), vít tải (4.000 kg/h, 2 kW) |
| 21 |
Máy in hạn sử dụng |
1 |
Kích thước $1450 \times 4200 \times 2600\text{ mm}$ |
3. Quy hoạch tổng mặt bằng công trình
Mặt bằng nhà máy được bố trí trên khu đất $32.000\text{ m}^2$ ($160\text{ m} \times 200\text{ m}$), bao gồm 23 hạng mục:
- Khu sản xuất chính: Nhà sản xuất chính ($30\text{ m} \times 36\text{ m} = 1.080\text{ m}^2$, chiều cao $H = 8,5\text{ m}$, kết cấu khung thép tôn lợp, tường bao 250 mm, bước cột 6 m); Khu tank lên men ngoài trời ($18\text{ m} \times 36\text{ m} = 648\text{ m}^2$, bố trí 23 tank đặt trên sàn cao theo 4 cột và 6 hàng); Nhà hoàn thiện sản phẩm ($24\text{ m} \times 36\text{ m} = 864\text{ m}^2$).
- Khu phụ trợ và kho tàng: Kho nguyên liệu ($24\text{ m} \times 30\text{ m} = 720\text{ m}^2$, dự trữ đủ cho 1 tháng sản xuất); Kho thành phẩm ($24\text{ m} \times 36\text{ m} = 864\text{ m}^2$); Bãi để vỏ chai ($288\text{ m}^2$); Khu chứa bã malt ($108\text{ m}^2$).
- Khu động lực và xử lý chất thải: Khu xử lý nước sạch ($288\text{ m}^2$); Khu lò hơi đốt than ($162\text{ m}^2$); Bãi chứa than xỉ ($54\text{ m}^2$); Khu nén khí và thu hồi $\text{CO}_2$ ($216\text{ m}^2$); Khu xử lý nước thải ($288\text{ m}^2$); Xưởng cơ điện ($288\text{ m}^2$); Trạm biến áp ($36\text{ m}^2$).
- Khu hành chính và dịch vụ: Nhà hành chính – phòng họp ($288\text{ m}^2$); Nhà giới thiệu sản phẩm ($216\text{ m}^2$); Hội trường ($288\text{ m}^2$); Bếp – nhà ăn ($288\text{ m}^2$); Phòng KCS ($144\text{ m}^2$); Nhà xe ($162\text{ m}^2$); Gara ô tô ($270\text{ m}^2$); Phòng bảo vệ ($72\text{ m}^2$).
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Thiết kế hoàn chỉnh dây chuyền sản xuất: Xác lập toàn bộ các thông số kỹ thuật và định mức nguyên vật liệu cho nhà máy bia công suất 20 triệu lít/năm. Hàng năm, nhà máy tiêu thụ 2.987,2 tấn malt đại mạch, 995,8 tấn gạo, 2 tấn cao hoa, 20 tấn hoa viên, 5.450 $\text{m}^3$ nước nấu hồ hóa, 11.492,8 $\text{m}^3$ nước đường hóa và 9.988,6 $\text{m}^3$ nước rửa bã.
- Tính toán đồng bộ hệ thống thiết bị: Lựa chọn chính xác 21 chủng loại thiết bị phục vụ các phân xưởng nấu, lên men, lọc, chiết rót và hệ thống vệ sinh CIP tại chỗ, đáp ứng năng suất 4 mẻ/ngày (20.000 lít/mẻ).
- Quy hoạch tổng mặt bằng chuẩn hóa: Xây dựng bản vẽ phân vùng chức năng cho 23 hạng mục công trình trên tổng diện tích 3,2 ha, bảo đảm nguyên tắc công nghệ một chiều, giảm chiều dài đường ống vận chuyển và tách biệt khu vực sản xuất với nguồn gây ô nhiễm.
- Xây dựng hệ thống an toàn thực phẩm chuyên biệt: Thiết lập trọn bộ hệ thống văn bản quản lý chất lượng gồm 4 quy phạm GMP, 8 quy phạm SSOP và bảng phân tích mối nguy toàn diện cho tất cả các bước công nghệ.
Giải pháp và kiến nghị
- Kiểm soát nguyên liệu đầu vào: Yêu cầu ký kết hợp đồng chặt chẽ với các đơn vị cung ứng có chứng nhận kiểm dịch, kiểm tra dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và kim loại nặng trước khi nhập kho.
- Thực hiện nghiêm ngặt quy trình vệ sinh: Áp dụng hệ thống CIP tự động vệ sinh định kỳ thiết bị với liều lượng hóa chất bằng 5% dung tích bồn chứa; kiểm soát vi sinh nguồn nước cấp định kỳ hàng tuần.
- Xử lý triệt để chất thải: Nước thải từ các công đoạn sản xuất và vệ sinh phải được thu gom toàn bộ về trạm xử lý nước thải nội bộ ($288\text{ m}^2$) đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi xả ra mạng lưới chung của khu công nghiệp.
Đóng góp của đề tài
Đồ án đã kết hợp chặt chẽ giữa tính toán thiết kế kỹ thuật công nghệ sinh học truyền thống với việc thiết lập hệ thống quản lý an toàn vệ sinh thực phẩm hiện đại (HACCP/GMP/SSOP). Đây là mô hình tham khảo toàn diện cho các nhà máy bia quy mô vừa tại Việt Nam nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm khắt khe.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Các tính toán kỹ thuật, cân bằng vật chất và lựa chọn thiết bị được thực hiện trên cơ sở số liệu lý thuyết và định mức thiết kế, chưa có điều kiện kiểm chứng thông qua vận hành thử nghiệm thực tế tại một dây chuyền cụ thể.
- Đồ án tập trung chính vào giải pháp công nghệ và hệ thống chất lượng, chưa xây dựng chi tiết phần tính toán kinh tế (tổng mức đầu tư, chi phí vận hành, thời gian thu hồi vốn) cũng như thiết kế chi tiết hệ thống tự động hóa điều khiển tích hợp.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Tiến hành thẩm định thực tế (validation) các ngưỡng tới hạn tại các điểm kiểm soát trọng yếu (CCP) khi dây chuyền đi vào vận hành thực nghiệm.
- Nghiên cứu sâu các giải pháp công nghệ tận thu và tái chế phụ phẩm nhà máy bia: xử lý bã malt ẩm (4.002 tấn/năm), men sữa thải (400.000 L/năm) làm thức ăn chăn nuôi giàu protein hoặc sản xuất chế biến thực phẩm chức năng.
- Tối ưu hóa hệ thống thu hồi và tái sử dụng khí $\text{CO}_2$ ($333.400\text{ m}^3\text{/năm}$) nhằm giảm thiểu phát thải khí nhà kính và nâng cao hiệu quả kinh tế.
Giá trị tham khảo
- Đối tượng tham khảo:
- Sinh viên, học viên cao học và giảng viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học tại các trường đại học và viện nghiên cứu.
- Kỹ sư thiết kế công nghệ, chuyên viên tư vấn dự án công nghiệp thực phẩm và đồ uống.
- Cán bộ quản lý chất lượng (QA/QC) tại các nhà máy chế biến thực phẩm và cơ sở sản xuất bia.
- Các nội dung có giá trị sử dụng cao:
- Phương pháp và công thức tính toán cân bằng vật chất chi tiết từ nguyên liệu thô đến sản phẩm đóng chai hoàn thiện.
- Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật, kích thước hình học chuẩn của hệ thống nồi nấu, thùng lắng xoáy và 23 tank lên men công nghiệp.
- Mẫu danh mục phân công trách nhiệm và nội dung thiết lập 4 quy phạm sản xuất GMP cùng 8 quy phạm vệ sinh SSOP trong công nghệ sản xuất đồ uống lên men.
Câu hỏi thường gặp
1. Nhà máy bia được thiết kế với công suất bao nhiêu và phân bổ sản lượng theo các quý như thế nào?
Nhà máy được thiết kế với công suất 20 triệu lít bia chai/năm, hoạt động 300 ngày/năm. Sản lượng được phân bổ theo 4 quý: Quý I đạt 3,5 triệu lít; Quý II đạt 6,0 triệu lít; Quý III đạt 6,0 triệu lít; Quý IV đạt 4,5 triệu lít. Mỗi ngày nhà máy sản xuất 80.000 lít, chia đều thành 4 mẻ nấu (20.000 lít/mẻ).
2. Định mức tiêu hao nguyên liệu chính để sản xuất 1.000 lít bia chai thành phẩm là bao nhiêu?
Theo tính toán cân bằng vật chất của đồ án, để sản xuất 1.000 lít bia chai thành phẩm cần tiêu hao: 149,36 kg malt đại mạch; 49,79 kg gạo (nguyên liệu thay thế chiếm 25%); 0,10 kg cao hoa; 1,00 kg hoa viên; 109,02 lít men giống; 272,5 lít nước nấu hồ hóa; 574,64 lít nước đường hóa; 499,43 lít nước rửa bã và 0,70 kg bột trợ lọc.
3. Hệ thống thiết bị lên men của nhà máy có quy mô và thông số kỹ thuật ra sao?
Nhà máy sử dụng 23 thùng lên men hình trụ đáy côn chế tạo bằng thép không gỉ, được bố trí ngoài trời trên sàn cao (chia thành 4 cột, 6 hàng) tại khu đất có diện tích $648\text{ m}^2$. Mỗi thùng có đường kính trong $D = 3,2\text{ m}$, chiều cao phần trụ $H = 12,8\text{ m}$, chiều cao nắp $h_1 = 0,32\text{ m}$, chiều cao đáy $h_2 = 2,77\text{ m}$ và tổng chiều cao toàn bộ thiết bị là $16,89\text{ m}$.
4. Chương trình tiên quyết phục vụ hệ thống HACCP trong đồ án gồm những quy phạm nào?
Chương trình tiên quyết bao gồm 4 Quy phạm sản xuất tốt GMP (GMP 01: Thiết kế xây dựng nhà xưởng; GMP 02: Thiết bị và dụng cụ chế biến; GMP 03: Phương tiện phục vụ sản xuất; GMP 04: Vệ sinh công nghiệp) và 8 Quy phạm vệ sinh chuẩn SSOP (SSOP 01: Kiểm soát nguồn nước; SSOP 02: Vệ sinh khử trùng thiết bị; SSOP 03: Kiểm soát lây nhiễm chéo; SSOP 04: Vệ sinh cá nhân; SSOP 05: Kiểm soát sử dụng thiết bị; SSOP 06: Hóa chất và dầu máy; SSOP 07: Sức khỏe công nhân; SSOP 08: Kiểm soát động vật gây hại).
5. Địa điểm được lựa chọn xây dựng nhà máy có những ưu điểm hạ tầng kỹ thuật gì?
Nhà máy được quy hoạch tại Khu công nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai (Hà Nội), nằm tiếp giáp trục cao tốc Láng – Hòa Lạc, cách trung tâm Hà Nội 17 km. Khu đất có địa hình bằng phẳng, nền địa chất ổn định, không ngập lụt mùa mưa, thuận tiện kết nối tuyến điện cao thế Hà Nội, nguồn nước ngầm/nước máy dồi dào và có mạng lưới giao thông liên vùng thuận lợi cho vận chuyển nguyên liệu nhập khẩu lẫn tiêu thụ sản phẩm.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Hạnh đã giải quyết hoàn chỉnh nhiệm vụ thiết kế công nghệ và thiết lập hệ thống an toàn thực phẩm cho nhà máy sản xuất bia chai năng suất 20 triệu lít/năm tại Hà Nội. Tác giả đã tính toán chi tiết cân bằng vật chất, lựa chọn đồng bộ hệ thống 21 thiết bị công nghệ chính và quy hoạch mặt bằng 23 hạng mục công trình trên diện tích 3,2 ha theo đúng nguyên tắc kỹ thuật. Đồng thời, công trình đã xây dựng thành công bộ tài liệu quản lý chất lượng toàn diện gồm 4 quy phạm GMP, 8 quy phạm SSOP và hệ thống phân tích mối nguy HACCP, cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị cao cho ngành công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm.
