Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, công nghệ sản xuất bia là một trong những lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học và kỹ thuật lên men có lịch sử lâu đời và quy mô công nghiệp lớn. Quá trình sản xuất đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các công đoạn cơ học, hóa lý và các phản ứng sinh hóa phức tạp của hệ enzyme và vi sinh vật. Tại Việt Nam, sự cạnh tranh và yêu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm buộc các nhà máy sản xuất phải liên tục hiện đại hóa dây chuyền, tối ưu hóa thông số công nghệ nhằm giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất thu hồi chất hòa tan.

Đề tài "Khảo sát công nghệ sản xuất bia của công ty Bia Sài Gòn - Phủ Lý" do sinh viên Trần Hồng Hiếu thực hiện tại Khoa Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên (năm 2017) được tiến hành nhằm phân tích thực tế dây chuyền công nghệ tại cơ sở sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu:

  • Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu công nghệ sản xuất bia tại Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Phủ Lý, đánh giá những ưu nhược điểm của quy trình công nghệ tại nhà máy, từ đó đề xuất các khuyến nghị kỹ thuật nhằm ổn định chất lượng và nâng cao năng suất sản xuất.
  • Mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:
    • Nội dung 1: Nghiên cứu khảo sát toàn bộ quy trình sản xuất bia của công ty, bao gồm: chuẩn bị nguyên vật liệu, quy trình chuẩn bị dịch lên men (đường hóa, lọc, houblon hóa, lắng trong, làm lạnh) và quy trình lên men.
    • Nội dung 2: Nghiên cứu và đánh giá chi tiết công nghệ lên men (lên men chính, lên men phụ, kiểm soát áp suất, nhiệt độ, nấm men và thu hồi sản phẩm phụ).
    • Nội dung 3: Đánh giá ưu và nhược điểm của công nghệ sản xuất bia tại Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Phủ Lý.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ sản xuất bia công nghiệp (tập trung vào dòng sản phẩm bia Lager kiểu Pilsener).
  • Phạm vi không gian: Phân xưởng công nghệ và hệ thống thiết bị tại Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Phủ Lý (xã Thanh Hà và Thanh Tuyền, huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam).
  • Phạm vi thời gian: Dữ liệu theo dõi quy trình công nghệ và các mẻ lên men thực tế vào tháng 01/2017.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình công nghệ

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết vi sinh học và sinh hóa học thực phẩm:

  • Công nghệ lên men Lager: Ứng dụng chủng nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis / Saccharomyces pastorianus), hoạt động ở dải nhiệt độ thấp (7–9°C cho lên men chính và 0–5°C cho lên men phụ), hạn chế sự tạo thành ester và rượu bậc cao, tạo vị thanh và giảm cảm giác nhức đầu cho người sử dụng so với bia lên men nổi (Ale).
  • Cơ chế thủy phân sinh hóa: Quá trình hồ hóa và dịch hóa tinh bột gạo bằng enzyme chịu nhiệt $\alpha$-amylase; quá trình đạm hóa và đường hóa nguyên liệu malt đại mạch bằng hệ enzyme nội tại ($\alpha$-amylase, $\beta$-amylase, protease) tạo dịch đường lên men giàu maltose, dextrin bậc thấp và acid amin.
  • Hệ thống tiêu chuẩn quản lý áp dụng tại nhà máy: Hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001:2000 (được cấp bởi tổ chức BMTRADA năm 2003), hệ thống quản lý môi trường ISO 14001:2004 và tiêu chuẩn an toàn thực phẩm ISO 22000 (HACCP).

Nguồn nguyên liệu và chế phẩm sinh học

  • Malt đại mạch: Sử dụng malt đại mạch 2 hàng nhập khẩu, độ ẩm 4–5%, hàm lượng chất hòa tan 78–80% (chất khô), dung trọng 560 g/l, tỷ lệ hạt gãy < 0,5%.
  • Nguyên liệu thay thế (Gạo): Tỷ lệ phối trộn gạo:malt là 25%:75%. Gạo có hàm lượng tinh bột khoảng 75%, protein 6–8%, độ ẩm $\le 14%$, tỷ lệ tạp chất thóc $\le 4%$, bảo quản không quá 90 ngày và không dùng gạo mới thu hoạch dưới 1 tháng.
  • Hoa Houblon: Kết hợp hoa viên (chứa 8% $\alpha$-acid đắng) và cao hoa trích ly bằng $\text{CO}_2$ (chứa 50% $\alpha$-acid đắng, bảo quản ở 5–10°C).
  • Chế phẩm enzyme và phụ gia kỹ thuật:
    • Termamyl 120L: Endo-$\alpha$-amylase chịu nhiệt từ vi khuẩn Bacillus licheniformis (Novo Đan Mạch), tỷ lệ dùng 0,1% so với khối lượng gạo để dịch hóa nhanh ở nhiệt độ cao.
    • Maturex: Enzyme $\alpha$-acetolactate decarboxylase từ vi khuẩn Bacillus brevis (tỷ trọng 1,2 g/ml, liều lượng 0,02 g/l hoặc 150 ml/tấn nguyên liệu, pH tối ưu 6,0–6,5, nhiệt độ tối ưu 35–45°C), có tác dụng xúc tác chuyển hóa $\alpha$-acetolactate trực tiếp thành acetoin, hạn chế tạo diacetyl và rút ngắn thời gian lên men phụ.
    • Phụ gia khác: Acid lactic (chỉnh pH dịch đường về 5,5–5,6), $\text{CaCl}_2$ (tạo hệ đệm và làm mềm nước), $\text{ZnSO}_4$ (cung cấp vi lượng cho nấm men), caramen (tạo màu), than hoạt tính, bột trợ lọc Diatomit, dung dịch sát khuẩn $\text{HNO}_3$, $\text{NaOH}$ 2%, P3-Polix, P3-stabilon (ACP), Foam-Nox.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập dữ liệu kỹ thuật: Quan sát, ghi chép nhật ký vận hành các thiết bị chính (nồi nấu gạo, nồi nấu malt, thùng lọc bã, nồi đun hoa, thùng lắng xoáy Whirlpool, thiết bị làm lạnh nhanh Alfa Laval, tank lên men 220 $\text{m}^3$).
  • Phương pháp tính toán men gieo cấy: Xác định lượng men sữa tiếp vào tank thông qua công thức: $$M,(\text{kg}) = k \times \frac{100}{100 - %c} \times \frac{100}{D} \times V_{\text{dịch}}$$ $$V,(\text{lít}) = 0,6 \times M$$ (Trong đó: $k$ là hệ số gieo cấy, $%c$ là tỷ lệ tế bào men chết yêu cầu $< 10%$, $D$ là độ đậm đặc men $\ge 50%$, đời men $\le 8$, $V_{\text{dịch}}$ tính bằng hectoliter - hl).
  • Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu hóa lý: Kiểm tra độ đường sót (°Bx, °P) bằng tỷ trọng kế/chiết quang kế tại các khung giờ cố định (7h, 19h hàng ngày), kiểm tra pH, độ màu, kiểm tra thử tinh bột sót bằng dung dịch iod ($\text{I}_2$), đo độ tinh khiết khí $\text{CO}_2$ thu hồi.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày vai trò của ngành công nghệ sinh học và công nghiệp thực phẩm đồ uống trong nền kinh tế quốc dân. Nêu rõ tính cấp thiết của việc kiểm soát nghiêm ngặt các quy trình công nghệ sinh hóa, vi sinh và vận hành máy móc công nghiệp để đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm bia. Đặt ra mục tiêu tổng quát, 3 nội dung nghiên cứu cụ thể và phạm vi khảo sát tại Nhà máy Bia Sài Gòn – Phủ Lý.

Phần 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu

Phần này hệ thống hóa các dữ liệu lịch sử và cơ sở khoa học về sản xuất bia:

  • Lịch sử hình thành và cơ cấu tổ chức nhà máy: Tiền thân là Khách sạn chuyên gia Phủ Lý (1973), phát triển dây chuyền 1 triệu lít/năm (giai đoạn 1986–1994), đầu tư dây chuyền Đức 6 triệu lít/năm (1995–2003). Năm 2007 cổ phần hóa gia nhập Tổng công ty Bia - Rượu - NGK Sài Gòn (Sabeco); năm 2009 đầu tư nhà máy mới công suất 50 triệu lít/năm (định hướng 100 triệu lít/năm) tại Thanh Liêm - Hà Nam; tháng 01/2013 hoàn tất sáp nhập Công ty CP Bia Sài Gòn - Hà Nam vào Công ty CP Bia Sài Gòn - Phủ Lý.
  • Thành phần hóa học và dinh dưỡng của bia: Nước chiếm 90%, cồn 3–6%, $\text{CO}_2$ 0,35–0,4%, glycerin 0,2–0,3%, chất chứa nitơ 8–10%, muối khoáng (Ca, Fe, Al, K, Na) chiếm 3–4% dịch chiết. Năng lượng của 1 lít bia (12%) đạt 440 calo.
  • Thống kê thành phần nguyên liệu: So sánh thành phần hóa học của malt đại mạch, hoa houblon và gạo làm cơ sở tính toán phối liệu.
Thành phần hóa học Malt đại mạch (% chất khô) Hoa Houblon (% chất khô) Gạo (% chất khô)
Tinh bột 58 – 65 - 75
Đường khử / Đạm hòa tan 4 - -
Saccaroza 5 - -
Xelluloza 6 12 – 14 0,5 – 0,8
Hợp chất chứa nitơ / Protein 10 15 – 17 6 – 8
Chất béo 2,5 - 1 – 1,5
Chất khoáng 2,5 5 – 8 1 – 1,2
Chất đắng ($\alpha$-acid, $\beta$-acid) - 15 – 20 -
Polyphenol - 2,5 – 6 -
Tinh dầu thơm - 0,5 – 1 -
Độ ẩm nguyên liệu 4 – 5 10 – 11 $\le 14$

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết phương pháp công nghệ chuẩn bị nguyên liệu và quy trình sản xuất dịch đường:

  • Nghiền nguyên liệu: Gạo được nghiền bằng máy nghiền búa; malt được nghiền bằng máy nghiền trục (2 cặp trục) nhằm bảo vệ vỏ trấu làm màng trợ lọc.
  • Quy trình nấu và đường hóa:
    • Nồi nấu gạo: Phối trộn bột gạo:nước tỷ lệ 1:2,7; bổ sung malt lót lần 1 (7% khối lượng gạo) và acid lactic. Nâng nhiệt lên 72°C (giữ 20 phút), nâng lên 83°C (giữ 5 phút), thêm nước và malt lót lần 2 hạ về 72°C (giữ 20 phút), sau đó đun sôi 100°C trong 30 phút để dịch hóa hoàn toàn.
    • Nồi nấu malt: Phối trộn malt:nước tỷ lệ 1:2,8; bổ sung $\text{CaCl}_2$ và acid lactic (pH 5,5–5,6). Nâng nhiệt 50°C (giữ 10 phút để đạm hóa).
    • Hội cháo: Bơm cháo sôi từ nồi gạo sang nồi malt ở nhiệt độ 65°C (giữ 5 phút để đường hóa tạo maltose nhờ $\beta$-amylase), nâng lên 75°C (giữ 20 phút để $\alpha$-amylase thủy phân tinh bột sót, kiểm tra bằng $\text{I}_2$), nâng lên 76°C chuẩn bị lọc.
  • Lọc dịch đường và rửa bã: Thùng lọc đáy giả; rửa bã bằng nước nóng 78°C để thu hồi chất hòa tan còn sót đến khi nồng độ đường sót trong nước rửa đạt $\le 1^\circ\text{P}$.
  • Houblon hóa và lắng Whirlpool: Đun sôi dịch đường với hoa houblon trong 60–80 phút ở 100–102°C, độ bay hơi 8–10%; bổ sung $\text{ZnSO}_4$ và caramen. Lắng xoáy tách cặn thô tại thùng Whirlpool trong 20 phút, nhiệt độ giảm từ 100°C xuống 85–90°C.
  • Làm lạnh nhanh và nạp oxy: Hệ thống trao đổi nhiệt bản mỏng Alfa Laval 2 cấp (Cấp 1: dùng nước 2°C hạ dịch xuống 14–15°C; Cấp 2: dùng Glycol $-3 \div -5^\circ\text{C}$ hạ dịch về 7–9°C). Nạp oxy vô trùng với hàm lượng $8\text{ mg/l}$ ở nhiệt độ $< 40^\circ\text{C}$, bổ sung Maturex (150 ml/tấn) trước khi đưa vào tank lên men.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung phân tích kết quả vận hành lên men và thông số kỹ thuật của các thiết bị chính:

  • Thông số điều hành lên men chính và lên men phụ:
Thông số / Công đoạn Lên men chính Lên men phụ
Nhiệt độ điều khiển 7°C ÷ 9°C (duy trì 8°C) 0°C ÷ 5°C
Áp suất vận hành Ban đầu 0,0 $\text{kg/cm}^2$; gài áp $\ge 0,3\text{ kg/cm}^2$ khi độ đường sót còn 2,6 °Bx Duy trì ổn định 0,8 $\text{kg/cm}^2$
Kiểm soát độ đường Đo vào 7h và 19h hàng ngày, cùng các thời điểm gài/hạ nhiệt Đo vào 7h và 19h hàng ngày
Các mốc hạ nhiệt độ Giữ 7–9°C đến khi độ đường đạt yêu cầu - Hạ 5°C khi độ đường sót còn 2,9 °Bx (giữ 2–3 ngày với bia chai 450ml; 5–7 ngày với bia 355ml)
- Hạ 2°C khi độ đường còn 2,75 °Bx
- Hạ về 0°C ÷ 1°C khi kết thúc
Xả cặn / Thu hồi men Xả cặn đáy 1 lần/ngày; thu hồi men sữa sau khi kết thúc lên men chính 20–24h Thu men khi đạt 5°C (trong vòng 12–48h); bảo quản men ở 2–5°C ($\le 48\text{h}$)
Thu hồi khí $\text{CO}_2$ Bắt đầu thu hồi sau 12–14h khi độ tinh khiết khí đạt $\ge 99,8%$ -
  • Cấu tạo và nguyên lý thiết bị chính:
    • Tank lên men 220 $\text{m}^3$: Cấu tạo hình trụ đáy côn, làm bằng Inox SUS 304, vỏ bảo ôn Polyurethane dày 150mm, áo lạnh glycol chia 3 vùng (đáy côn, thân dưới, thân trên) điều khiển độc lập; tích hợp van an toàn DN50, van một chiều DN65, van chân không DN100, cảm biến nhiệt Pt100 và quả cầu CIP Toftejorg TZ-74.
    • Thùng lọc bã malt: Đường kính trong ID 5000mm, trang bị hệ thống dao đảo bã quay 3,2 vòng/phút khi lọc và 5 vòng/phút khi xả bã (áp lực khí nén 2–3 bar), nước lót đáy sàng 600 lít ở 78°C ngập sàng 1–2 cm.
    • Nồi đun hoa (Houblon hóa): Thể tích đến vai 43,3 $\text{m}^3$, tổng thể tích 48,2 $\text{m}^3$, tích hợp bộ trao đổi nhiệt ống chùm tuần hoàn trong.
    • Thùng lắng xoáy Whirlpool: Dung tích 30,4 $\text{m}^3$, ống nạp dịch vào tiếp tuyến ở vị trí 1/4 chiều cao thùng, tạo dòng xoáy ly tâm gom bã hoa và cặn thô vào tâm đáy.
  • Hiện tượng, nguyên nhân và biện pháp xử lý sự cố lên men:
Hiện tượng Nguyên nhân Biện pháp xử lý
Tốc độ lên men quá nhanh hoặc quá chậm Nhiệt độ lên men không ổn định (quá cao hoặc quá thấp so với quy định kỹ thuật) Điều chỉnh hệ thống cấp lạnh Glycol về đúng dải 7–9°C (lên men chính) hoặc 0–5°C (lên men phụ).
Nhiệt độ lên men biến động bất thường Hoạt lực men giống không đảm bảo; mật độ tế bào nấm men tăng hoặc giảm quá mức Kiểm tra hoạt lực men trước khi tiếp giống; điều chỉnh nhiệt độ giảm khi mật độ tế bào quá cao và ngược lại.
Nấm men sinh trưởng kém, kết lắng kém Vệ sinh vô trùng tank/đường ống không đạt; nấm men bị thoái hóa do số đời tái sử dụng $> 8$ đời Thực hiện nghiêm ngặt chu trình CIP; thay thế men giống mới khi đời men vượt quá 8 đời.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm lược các kết quả khảo sát về dây chuyền công nghệ hiện đại, tự động hóa tại công ty. Đưa ra các khuyến nghị về việc duy trì định mức kinh tế kỹ thuật, tăng cường kiểm soát vi sinh trong quá trình thu hồi men tái sử dụng và kiểm soát tổn thất dịch đường.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật cụ thể

  • Khảo sát và chuẩn hóa được lưu trình sản xuất thực tế tại nhà máy với tỷ lệ thay thế nguyên liệu 25% gạo : 75% malt, giúp hạ giá thành sản phẩm mà vẫn đảm bảo độ bền keo và hương vị đặc trưng của dòng bia Lager.
  • Xác lập đầy đủ các thông số nhiệt độ - thời gian của quá trình nấu: đạm hóa ở 50°C (10 phút), hồ hóa - dịch hóa gạo ở 72°C - 83°C - 100°C, đường hóa ở 65°C (5 phút) và 75°C (20 phút), kết thúc ở 76°C.
  • Xác định chế độ đun sôi dịch đường với hoa houblon trong thời gian 60–80 phút, kiểm soát tốc độ bay hơi đạt 8–10%, thu hồi dịch trong qua thùng lắng Whirlpool 30,4 $\text{m}^3$ với thời gian lắng tĩnh 20 phút.
  • Thiết lập quy trình vận hành làm lạnh 2 cấp qua dàn trao đổi nhiệt bản mỏng Alfa Laval, đạt nhiệt độ nạp men 7–9°C, kiểm soát hàm lượng oxy hòa tan $8\text{ mg/l}$ và bổ sung chế phẩm enzyme Maturex (150 ml/tấn nguyên liệu) để phân hủy tiền chất diacetyl.
  • Số liệu hóa toàn bộ quá trình lên men trên tank 220 $\text{m}^3$, bao gồm công thức phối trộn men sữa ($D \ge 50%$, men chết $< 10%$, đời men $\le 8$), quy trình gài áp ($\ge 0,3\text{ kg/cm}^2$ ở 2,6 °Bx), các mốc hạ nhiệt lên men phụ (5°C $\rightarrow$ 2°C $\rightarrow$ 0–1°C) và thu hồi $\text{CO}_2$ độ tinh khiết $\ge 99,8%$.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Tuân thủ quy trình kiểm soát chất lượng nấm men giống nghiêm ngặt trước khi tiếp giống: không sử dụng men tái sử dụng quá 8 đời, thời gian lưu men sữa trong tank chứa không vượt quá 48 giờ ở nhiệt độ 2–5°C.
  • Đảm bảo quy trình vệ sinh CIP đường ống và van đáy tank bằng cồn 70°, sục rửa hóa chất sát trùng đúng nồng độ và thời gian quy định nhằm triệt tiêu nguy cơ nhiễm vi sinh vật lạ gây chua hoặc đục bia.
  • Duy trì áp suất đối áp ổn định trong quá trình xả men và chuyển bia thành phẩm sang tank TBF (duy trì ở 0–1°C) để tránh thất thoát khí $\text{CO}_2$ và hạn chế hiện tượng xáo trộn cặn đáy.

Đóng góp thực tiễn của khóa luận

Khóa luận đã hệ thống hóa và mô tả chi tiết quy trình công nghệ sản xuất bia quy mô công nghiệp tại một nhà máy đang vận hành thực tế (Bia Sài Gòn – Phủ Lý). Cung cấp các số liệu vận hành thực chứng, bảng biểu điều hành mẻ nấu và lên men, đóng vai trò là tài liệu mô tả công nghệ hoàn chỉnh cho dây chuyền sản xuất bia Lager tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Dữ liệu nghiên cứu chủ yếu dựa trên phương pháp khảo sát, quan sát và ghi chép vận hành thực tế tại một nhà máy, chưa thực hiện các bố trí thí nghiệm đối chứng đa yếu tố (như thay đổi tỷ lệ thế gạo ở các mức khác nhau 20%, 30%, 35% hoặc thử nghiệm các chủng nấm men khác).
  • Nội dung tập trung vào các công đoạn từ xử lý nguyên liệu, nấu, đường hóa đến lên men và tàng trữ; chưa đi sâu phân tích chi tiết dữ liệu thực nghiệm của công đoạn lọc trong bia thành phẩm, chiết rót đóng chai/lon và hệ thống xử lý nước thải công nghiệp của nhà máy.

Hướng phát triển

  • Nghiên cứu tối ưu hóa việc nâng tỷ lệ nguyên liệu thay thế (gạo hoặc các loại ngũ cốc khác) kết hợp sử dụng các tổ hợp enzyme ngoại sinh nhằm tối ưu hóa chi phí sản xuất mà không làm suy giảm chất lượng cảm quan của bia.
  • Đánh giá sâu hơn về động học lên men và sự biến đổi của các hợp chất bay hơi (ester, alcohol bậc cao, aldehyde) qua từng chu kỳ tái sử dụng nấm men giống từ đời 1 đến đời 8.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

  • Sinh viên và học viên: Chuyên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học nghiên cứu về công nghệ lên men công nghiệp và thiết kế nhà máy thực phẩm.
  • Kỹ sư và kỹ thuật viên công nghệ: Tham khảo quy trình công nghệ chuẩn, các bảng thông số điều hành lên men thực tế (nhiệt độ, áp suất, độ đường sót theo thời gian), công thức tính lượng men gieo cấy và các biện pháp xử lý sự cố trong quá trình lên men bia.
  • Giá trị nổi bật nhất: Các thông số kỹ thuật chi tiết của hệ thống thiết bị quy mô công nghiệp (tank lên men 220 $\text{m}^3$, thùng lọc bã có dao đảo, thùng lắng Whirlpool 30,4 $\text{m}^3$) và bảng tra cứu quy trình điều hành lên men chính, lên men phụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu thay thế gạo và malt trong quy trình là bao nhiêu và mục đích của việc sử dụng malt lót là gì?

Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu được áp dụng là 25% gạo và 75% malt đại mạch. Khi nấu cháo gạo, nhà máy bổ sung malt lót lần 1 (khoảng 7% lượng bột gạo) và malt lót lần 2 nhằm mục đích chống cháy khét đáy nồi, đồng thời tận dụng enzyme $\alpha$-amylase có sẵn trong malt lót để hỗ trợ dịch hóa, cắt mạch tinh bột thành dextrin phân tử thấp ngay trong giai đoạn hồ hóa.

2. Hai loại chế phẩm enzyme Termamyl 120L và Maturex được sử dụng ở công đoạn nào và có vai trò gì?

  • Termamyl 120L: Là enzyme endo-$\alpha$-amylase chịu nhiệt từ vi khuẩn Bacillus licheniformis, được bổ sung vào nồi nấu gạo với tỷ lệ 0,1% (so với khối lượng gạo) để thủy phân nhanh tinh bột gạo ở nhiệt độ cao, làm giảm độ nhớt và tăng hiệu suất thu hồi chất hòa tan.
  • Maturex: Là enzyme $\alpha$-acetolactate decarboxylase từ Bacillus brevis, được bổ sung vào dịch đường ở giai đoạn làm lạnh nhanh trước khi vào tank lên men (liều lượng 150 ml/tấn nguyên liệu hoặc 0,02 g/l) nhằm xúc tác chuyển hóa trực tiếp $\alpha$-acetolactate thành acetoin, ngăn chặn sự hình thành diacetyl và rút ngắn thời gian lên men phụ.

3. Quy định kỹ thuật đối với nấm men sữa tái sử dụng và công thức tính toán lượng men tiếp vào tank như thế nào?

Men sữa tái sử dụng phải thỏa mãn các tiêu chuẩn: đời men $\le 8$, tỷ lệ tế bào men chết $< 10%$, độ đậm đặc men $D \ge 50%$, thời gian bảo quản ở 2–5°C không quá 48 giờ. Lượng men tiếp vào tank được tính theo khối lượng: $$M,(\text{kg}) = k \times \frac{100}{100 - %c} \times \frac{100}{D} \times V_{\text{dịch}}$$ và quy đổi ra thể tích $V,(\text{lít}) = 0,6 \times M$.

4. Chế độ điều khiển áp suất và nhiệt độ trong các giai đoạn lên men được quy định cụ thể ra sao?

  • Lên men chính: Nhiệt độ duy trì từ 7°C đến 9°C (chuẩn 8°C). Áp suất giai đoạn đầu mở thoáng ($0,0\text{ kg/cm}^2$), bắt đầu gài áp $\ge 0,3\text{ kg/cm}^2$ vào cuối giai đoạn khi độ đường sót giảm còn 2,6 °Bx. Khí $\text{CO}_2$ được thu hồi sau 12–14h khi độ tinh khiết đạt $\ge 99,8%$.
  • Lên men phụ: Nhiệt độ duy trì từ 0°C đến 5°C, áp suất giữ ở mức $0,8\text{ kg/cm}^2$. Hạ nhiệt độ xuống 5°C khi độ đường còn 2,9 °Bx, hạ xuống 2°C khi độ đường còn 2,75 °Bx và hạ về 0–1°C khi kết thúc để thúc đẩy quá trình lắng trong và hoàn thiện hương vị bia.

5. Hệ thống làm lạnh nhanh dịch đường hoạt động theo nguyên lý nào và bổ sung oxy ở điều kiện nào?

Dịch đường sau khi lắng xoáy Whirlpool (nhiệt độ 85–90°C) được đưa qua hệ thống trao đổi nhiệt bản mỏng Alfa Laval 2 cấp: Cấp 1 dùng nước lạnh 2°C hạ dịch xuống 14–15°C (nước nóng thu hồi ở 78–80°C dùng làm nước rửa bã); Cấp 2 dùng Glycol ($-3 \div -5^\circ\text{C}$) hạ tiếp dịch xuống nhiệt độ lên men (7–9°C). Không khí sạch vô trùng được nạp vào dịch đường khi nhiệt độ đã hạ xuống $< 40^\circ\text{C}$ để đạt hàm lượng oxy hòa tan $8\text{ mg/l}$, giúp nấm men tăng sinh khối ban đầu mà không gây oxy hóa dịch đường.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Hồng Hiếu đã hoàn thành việc khảo sát, mô tả và phân tích có hệ thống toàn bộ quy trình công nghệ sản xuất bia Lager tại Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Phủ Lý. Công trình cung cấp các thông số kỹ thuật chi tiết từ khâu xử lý nguyên liệu, phối trộn 25% gạo : 75% malt, chế độ đường hóa - houblon hóa đến các quy chuẩn kiểm soát lên men trên tank 220 $\text{m}^3$. Các dữ liệu thực chứng và quy trình xử lý sự cố kỹ thuật trong văn bản là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ học tập, nghiên cứu và vận hành thực tế trong ngành công nghệ sinh học và thực phẩm.