Giới thiệu dự án

Ngành công nghiệp sản xuất đồ uống lên men, đặc biệt là sản xuất bia lager, đóng vai trò kinh tế trọng điểm trong ngành công nghệ thực phẩm tại Việt Nam. Theo thống kê của Hiệp hội Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam (VBA), sản lượng bia toàn quốc năm 2014 đạt 3,1 tỷ lít (tương đương 4,56 tỷ USD) và đạt mức tiêu thụ bình quân từ 45–47 lít/người/năm. Xu hướng tiêu dùng gia tăng đặt ra áp lực lớn cho các nhà máy sản xuất trong việc tối ưu hóa chi phí nguyên liệu, rút ngắn chu kỳ lên men nhưng vẫn phải đảm bảo nghiêm ngặt độ bền keo, hương vị đặc trưng và độ tinh khiết của sản phẩm theo tiêu chuẩn chất lượng quốc tế (ISO 9001:2000, ISO 22000/HACCP).

        +-------------------------------------------------------------+
        |                 THÁCH THỨC SẢN XUẤT HIỆN TẠI                |
        +-------------------------------------------------------------+
                                       |
        +------------------------------+------------------------------+
        |                                                             |
        v                                                             v
+-------------------------------+             +-------------------------------+
|  CHI PHÍ NGUYÊN LIỆU CAO      |             |  CHU KỲ LÊN MEN DÀI           |
|  - 100% Malt nhập khẩu        |             |  - 14-21 ngày lên men/tồn trữ |
|  - Tốn kém ngoại tệ           |             |  - Tồn dư diaxetyl cao        |
|  - Giá thành sản phẩm cao     |             |  - Vòng quay thiết bị thấp    |
+-------------------------------+             +-------------------------------+
                                       |
                                       v
        +-------------------------------------------------------------+
        |                     GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA                    |
        |  1. Thay thế 25% Malt bằng Gạo + Enzyme Termamyl 120L       |
        |  2. Bổ sung Maturex (alpha-acetolactate decarboxylase)      |
        |  3. Thiết bị Tank côn 220m3 + Thu hồi CO2 >= 99.8%          |
        +-------------------------------------------------------------+

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự phụ thuộc lớn vào nguồn đại mạch (Hordeum vulgare) nhập khẩu làm tăng giá thành, cùng với giới hạn động học của nấm men chìm làm kéo dài thời gian lên men phụ nhằm khử hợp chất diaxetyl (hợp chất gây mùi bơ ôi khó chịu). Đồ án tập trung nghiên cứu, khảo sát thực tế và tối ưu hóa dây chuyền công nghệ tại Nhà máy Bia Sài Gòn – Phủ Lý (công suất thiết kế 50 triệu lít/năm, mở rộng 100 triệu lít/năm) nhằm giải quyết các điểm nghẽn kỹ thuật trong quy trình nấu và lên men công nghiệp.

Mục tiêu dự án

  1. Khảo sát và chuẩn hóa quy trình xử lý nguyên liệu phối trộn với tỷ lệ 25% gạo thế liệu và 75% malt đại mạch.
  2. Thiết lập quy trình công nghệ đường hóa có bổ sung chế phẩm enzyme chịu nhiệt $\alpha$-amylase (Termamyl 120L).
  3. Đánh giá động học quá trình lên men chìm trong tank lên men dạng trụ - côn (cylindroconical tank) dung tích 220 $\text{m}^3$.
  4. Ứng dụng chế phẩm Maturex ($\alpha$-acetolactate decarboxylase) nhằm rút ngắn thời gian lên men phụ từ 14–21 ngày xuống còn 10–12 ngày.
  5. Kiểm soát và thu hồi khí $\text{CO}_2$ đạt độ tinh khiết $\ge 99,8%$, tối ưu hóa hệ thống lạnh Glycol ($-3^\circ\text{C} \div -5^\circ\text{C}$) và quy trình vệ sinh CIP (Clean-in-Place).

Phạm vi và giới hạn

  • Phạm vi: Phân xưởng công nghệ nấu (Brewhouse), phân xưởng lên men - lọc (Fermentation & Filtration Cellar) tại Nhà máy Bia Sài Gòn – Phủ Lý.
  • Giới hạn: Dòng sản phẩm bia lager nồng độ cồn nhẹ (3,0% - 6,0% ABV), nguyên liệu gạo Khang Dân hoặc tương đương, men thuần chủng nấm men chìm (Saccharomyces pastorianus) tái sử dụng $\le 8$ thế hệ đời men.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí Công nghệ truyền thống (100% Malt) Công nghệ thế liệu thủ công Giải pháp tối ưu tại Sabeco Phủ Lý
Tỷ lệ phối trộn 100% Malt đại mạch 2 hàng 10–15% Gạo (không dùng enzyme) 75% Malt : 25% Gạo (bổ sung Termamyl 120L)
Hiệu suất thu hồi chất hòa tan 76–78% 72–74% (dễ nghẹt bã lọc) 78–80% (tinh bột thủy phân triệt để)
Thời gian lên men & ủ 18–25 ngày 16–20 ngày 10–13 ngày (bổ sung Maturex 150 ml/tấn)
Hàm lượng Diaxetyl Phụ thuộc hoàn toàn nấm men Dễ biến động chất lượng $< 0,1 \text{ mg/l}$ (ổn định chuẩn KCS)
Chi phí nguyên liệu/hl Rất cao Trung bình Giảm 12–15% so với dùng 100% malt

Ưu tiên hóa yêu cầu kỹ thuật theo mô hình MoSCoW:

  • Must have: Phối trộn malt/gạo chính xác $\pm 0,5%$; bão hòa oxy hòa tan đạt $8 \text{ mg/l}$ ở $T < 40^\circ\text{C}$; mật độ tế bào nấm men sống $> 90%$; áp suất gài lên men $\ge 0,3 \text{ kg/cm}^2$.
  • Should have: Thu hồi $\text{CO}_2 \ge 99,8%$; tái sử dụng nước nóng $78^\circ\text{C} \div 80^\circ\text{C}$ từ dàn trao đổi nhiệt Alfa Laval để rửa bã; kiểm soát độ đường sót $\le 2,6^\circ\text{Bx}$.
  • Could have: Tự động hóa điều khiển van jacket Glycol 3 khoang thân tank; kéo dài vòng đời men lên 8 thế hệ.
  • Won't have: Sử dụng chất chống oxy hóa hóa học ngoại lai không thuộc danh mục HACCP/ISO 22000.

Thiết kế hệ thống công nghệ

Kiến trúc dây chuyền sản xuất được thiết kế thành một khối tích hợp liên tục:

graph TD
    A[Malt đại mạch] --> B[Nghiền trục]
    C[Gạo thế liệu 25%] --> D[Nghiền búa]
    B --> E[Nồi Malt: Đạm hóa 50°C]
    D --> F[Nồi Gạo: Hồ hóa 72°C - Dịch hóa 83°C - Sôi 100°C + Termamyl 120L]
    F -->|Hội cháo 65°C| G[Nồi Đường hóa: 65°C - 75°C - 76°C]
    G --> H[Thùng lọc đáy giả + Dao cào đảo bã]
    H -->|Dịch trong| I[Nồi nấu hoa Houblon 100-102°C]
    H -->|Bã hèm| J[Thu hồi thức ăn gia súc]
    I --> K[Thùng lắng xoáy Whirlpool 30.4 m3]
    K --> L[Dàn lạnh nhanh bản mỏng Alfa Laval 2 cấp]
    L -->|Nạp O2: 8mg/l + Maturex + Men giống| M[Tank lên men hình trụ đáy côn 220 m3]
    M -->|Thu CO2 >= 99.8%| N[Hệ thống thu hồi CO2]
    M -->|Thu men sữa đời <= 8| O[Tank bảo quản men 2-5°C]
    M --> P[Lọc trong bia & Tank thành phẩm TBF 0-1°C]

Thông số kỹ thuật thiết bị chính

  1. Nồi nấu cháo (Gạo) & Nồi malt: Chế tạo bằng thép không gỉ SUS304, vỏ bọc bảo ôn polyurethane, cánh khuấy đối lưu 30 vòng/phút, cấp nhiệt bằng áo hơi bão hòa $P = 1,5 \div 2,5 \text{ bar}$.
  2. Thùng lọc bã malt (Lauter Tun): Đường kính $\text{ID} = 5000 \text{ mm}$, trang bị sàng đáy giả có khe hở $0,7 \text{ mm}$, hệ thống dao cào bã nâng hạ thủy lực tự động với tốc độ quay $3,2 \div 5 \text{ vòng/phút}$.
  3. Nồi đun sôi hoa Houblon: Thể tích tổng $48,2 \text{ m}^3$ (thể tích đến vai $43,3 \text{ m}^3$), trang bị bộ trao đổi nhiệt ống chùm trong nồi (Internal Calandria), tốc độ bốc hơi đạt $8 \div 10%/\text{giờ}$.
  4. Thùng lắng Whirlpool: Thể tích $30,4 \text{ m}^3$, góc nghiêng đáy $18^\circ$, dòng dịch vào tiếp tuyến tạo lực xoáy ly tâm tách cặn trub thô triệt để trong 20 phút.
  5. Dàn làm lạnh nhanh bản mỏng (Plate Heat Exchanger - Alfa Laval): 2 cấp trao đổi nhiệt:
    • Cấp 1: Trao đổi nhiệt với nước lạnh $2^\circ\text{C}$ hạ dịch từ $95^\circ\text{C}$ xuống $14 \div 15^\circ\text{C}$, nước ra thu hồi ở $78 \div 80^\circ\text{C}$ dùng cho rửa bã.
    • Cấp 2: Trao đổi nhiệt với dung dịch Glycol ($-3^\circ\text{C} \div -5^\circ\text{C}$) hạ dịch từ $15^\circ\text{C}$ xuống $7 \div 9^\circ\text{C}$.
  6. Tank lên men dạng trụ - côn (CCT): Dung tích $220 \text{ m}^3$, chiều cao $20,9 \text{ m}$, đường kính $\text{OD} = 4580 \text{ mm}$, chế tạo bằng thép không gỉ AISI 304, 3 áo lạnh thân và 1 áo lạnh đáy côn, lớp cách nhiệt foam polyurethane dày $100 \text{ mm}$, gắn đầu phun CIP Toftejorg TZ-74.

Phương pháp nghiên cứu và kiểm soát chất lượng (QA/QC)

Quy trình áp dụng phương pháp kiểm tra thực nghiệm tại hiện trường kết hợp kiểm nghiệm phòng KCS:

  • Kiểm soát đường hóa: Phương pháp đo độ khúc xạ ($^\circ\text{Bx}$), đo tỷ trọng bằng tỷ trọng kế ($^\circ\text{P}$), phản ứng thử tinh bột sót bằng dung dịch iot $\text{I}_2$ ($0,02 \text{ N}$).
  • Kiểm soát sinh khối nấm men: Đếm buồng đếm hồng cầu Thoma, nhuộm xanh methylene (Methylene Blue $0,1%$) xác định tỷ lệ tế bào chết ($c% < 10%$).
  • Kiểm soát độ tinh sạch khí gas: Thiết bị đo độ tinh khiết $\text{CO}_2$ bằng dung dịch hấp thụ $\text{KOH } 30%$, yêu cầu độ tinh sạch $\ge 99,8%$.

Implementation và kết quả

Quy trình triển khai thực nghiệm

Toàn bộ quy trình nấu và lên men được thiết lập theo giải thuật điều khiển phân cấp (Batch Processing Control) với các thông số nghiêm ngặt:

[BƯỚC 1: Phối trộn & Hồ hóa tại Nồi Gạo]
   |--> Bột gạo + Nước (Tỷ lệ 1 : 2,7) + 7% Malt lót 1 + Axit Lactic (pH 5,5)
   |--> Gia nhiệt lên 72°C (giữ 20 phút) --> Nâng lên 83°C (giữ 5 phút, thêm Termamyl 120L)
   |--> Bổ sung nước lạnh & Malt lót 2 hạ về 72°C (giữ 20 phút) --> Đun sôi 100°C (giữ 30 phút)
   |
[BƯỚC 2: Đạm hóa tại Nồi Malt]
   |--> Bột malt + Nước (Tỷ lệ 1 : 2,8) + CaCl2 + Axit Lactic (pH 5,5)
   |--> Gia nhiệt lên 50°C (giữ 10 phút để proteaza phân giải protein)
   |
[BƯỚC 3: Hội cháo & Đường hóa]
   |--> Bơm cháo 100°C sang nồi Malt --> Đạt nhiệt độ hội cháo 65°C (giữ 5 phút: beta-amylase)
   |--> Nâng lên 75°C (giữ 20 phút: alpha-amylase) --> Kiểm tra phản ứng Iot (mất màu)
   |--> Nâng lên 76°C (diệt men & giảm độ nhớt) --> Bơm sang Thùng lọc bã
   |
[BƯỚC 4: Lọc dịch & Houblon hóa]
   |--> Hồi lưu 7 phút đến khi dịch trong --> Lọc sang nồi hoa
   |--> Rửa bã 4 lần bằng nước nóng 78°C (độ đường sót nước rửa bã <= 1°P)
   |--> Đun sôi dịch hoa 60-80 phút (Bổ sung Cao hoa lúc 95-98°C, Hoa viên trước khi tắt 20 phút)
   |--> Bổ sung ZnSO4 (cung cấp vi lượng Zn2+ cho men) + Caramen tạo màu
   |
[BƯỚC 5: Lắng trong, Làm lạnh & Lên men]
   |--> Lắng xoáy Whirlpool 20 phút (nhiệt độ giảm còn 85-90°C)
   |--> Làm lạnh nhanh Alfa Laval xuống 7-9°C + Nạp khí O2 vô trùng (8 mg/l) + Maturex (150 ml/tấn)
   |--> Bơm men giống vào dòng dịch nha với liều lượng tính toán

Công thức chuẩn hóa lượng men sữa gieo cấy vào tank lên men:

$$M , (\text{kg}) = k \times \left( \frac{100}{100 - %c} \right) \times \frac{100}{D} \times V_{\text{dịch}}$$

$$V_{\text{men}} , (\text{lít}) = 0,6 \times k \times \left( \frac{100}{100 - %c} \right) \times \frac{100}{D} \times V_{\text{dịch}}$$

Trong đó:

  • $k$: Hệ số gieo cấy ($k = 0,8 \div 1,2 \times 10^7 \text{ tế bào/ml}$).
  • $%c$: Tỷ lệ tế bào nấm men chết ($%c < 10%$).
  • $D$: Độ đậm đặc của men sữa ($\ge 50%$).
  • $V_{\text{dịch}}$: Thể tích dịch nha nạp vào tank (tính theo hectoliter - hl).

Đoạn mã điều khiển giả lập (Logic Control Script) chu trình làm lạnh và gài áp suất tank lên men:

def fermentation_controller(current_day, gravity_bx, current_temp):
    """
    Hệ thống giám sát và điều khiển tự động nhiệt độ, áp suất Tank 220m3
    """
    target_temp = 8.0
    pressure_setpoint = 0.0
    glycol_zones = [False, False, False, False] # [Áo đáy, Áo 1, Áo 2, Áo 3]

    if current_day <= 5:
        # Giai đoạn lên men chính (Primary Fermentation)
        target_temp = 8.0
        glycol_zones[1] = True # Chỉ làm lạnh khoang trên cùng
        if gravity_bx <= 2.6:
            pressure_setpoint = 0.3 # Gài áp suất giữ CO2 tự nhiên
            status = "Primary fermentation completed. Closing spunding valve."
    elif 5 < current_day <= 9:
        # Giai đoạn hạ lạnh & chuyển hóa Diaxetyl (Lagering Phase 1)
        if gravity_bx <= 2.9:
            target_temp = 5.0
            glycol_zones[1] = True
        if gravity_bx <= 2.75:
            target_temp = 2.0
            glycol_zones[1] = True
            glycol_zones[2] = True # Kích hoạt 2 áo lạnh trên
        pressure_setpoint = 0.8
        status = "Cooling down to 2-5°C. Collecting yeast bottom slurry."
    else:
        # Giai đoạn ổn định & kết lắng triệt để (Stabilization Phase)
        target_temp = 0.5
        glycol_zones = [False, True, True, True] # Kích hoạt 3 áo thân
        pressure_setpoint = 0.8
        status = "Deep cooling 0-1°C. Ready for beer filtration."

    return {
        "target_temperature": target_temp,
        "spunding_pressure": pressure_setpoint,
        "glycol_valves_state": glycol_zones,
        "process_status": status
    }

Dữ liệu thử nghiệm và kiểm chứng thực tế

Quá trình theo dõi thực nghiệm trên 3 mẻ lên men liên tiếp tại các tank số 22, 23, 24 (dung tích $220 \text{ m}^3$) ghi nhận kết quả động học suy giảm độ đường và tăng trưởng nồng độ cồn:

Ngày lên men Nhiệt độ thực tế ($^\circ\text{C}$) Áp suất tank ($\text{kg/cm}^2$) Độ đường sót ($^\circ\text{Bx}$) Mật độ tế bào men ($\times 10^6 \text{ tb/ml}$) Trạng thái công nghệ
Nạp dịch (N0) $8,5$ $0,0$ $11,2$ $18,5$ Bão hòa $O_2$, bổ sung Maturex
Ngày 1 $8,0$ $0,0$ $10,4$ $35,2$ Nấm men tăng sinh khối
Ngày 3 $8,2$ $0,0$ $6,8$ $68,4$ Lên men rộ, bắt đầu thu hồi $\text{CO}_2$
Ngày 5 $8,0$ $0,35$ $2,6$ $42,1$ Gài áp suất, kết thúc lên men chính
Ngày 6 $5,0$ $0,80$ $2,5$ $22,0$ Xả cặn đáy, hạ lạnh $5^\circ\text{C}$
Ngày 8 $2,0$ $0,80$ $2,4$ $8,5$ Thu hồi men sữa tái sử dụng
Ngày 11 $0,5$ $0,80$ $2,35$ $1,2$ Lên men phụ, kết lắng, khử Diaxetyl
Ngày 13 $0,0$ $0,80$ $2,35$ $< 0,5$ Hoàn tất chu kỳ, chuyển lọc trong 
ĐỘ ĐƯỜNG SÓT (°Bx) THEO THỜI GIAN LÊN MEN
12 | * (11.2)
10 |   * (10.4)
 8 |
 6 |       * (6.8)
 4 |
 2 |           * (2.6) - - - - - - - - - - - - - - - * (2.35)
 0 +---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+--->
  N0  N1  N2  N3  N4  N5  N6  N7  N8  N9 N10 N11 N12 N13 (Ngày)
       [  LÊN MEN CHÍNH  ]   [     LÊN MEN PHỤ & TỒN TRỮ     ]

Kết quả đạt được so với mục tiêu

  1. Hiệu suất chuyển hóa đường: Độ đường dịch nha ban đầu $11,2^\circ\text{Bx}$ chuyển hóa ổn định về độ đường sót $2,35^\circ\text{Bx}$, độ cồn thành phẩm đạt $4,5 \pm 0,2% \text{ v/v}$.
  2. Thời gian lên men: Chu kỳ rút ngắn từ 18 ngày xuống còn 12–13 ngày (giảm $\approx 30%$) nhờ tác động của Maturex xúc tác phân hủy trực tiếp tiền chất $\alpha$-acetolactate thành acetoin mà không cần qua giai đoạn khử diaxetyl tự nhiên kéo dài.
  3. Chất lượng cảm quan và vi sinh: Bia non sau lọc có độ trong cao, bọt mịn xốp bền $> 5 \text{ phút}$, hàm lượng vi sinh tạp nhiễm bằng 0 nhờ chế độ CIP 5 bước tự động.

Đổi mới và đóng góp

  1. Tối ưu hóa tỷ lệ thế liệu gạo kết hợp enzyme thích hợp:

    • Thay thế $25%$ malt bằng gạo tẻ giúp hạ giá thành nguyên liệu trực tiếp $12,8%$ cho mỗi hectoliter ($100 \text{ lít}$) bia.
    • Việc bổ sung enzyme Termamyl 120L ($0,1% \text{ w/w}$) giải quyết triệt để vấn đề dịch cháo bị nhớt, tăng hiệu suất trích ly chất hòa tan thêm $2,4%$ so với công nghệ nấu gạo truyền thống không có enzyme ngoại sinh.

  2. Ứng dụng công nghệ xử lý tiền chất Diaxetyl bằng Maturex:

    • Ứng dụng enzyme $\alpha$-acetolactate decarboxylase từ Bacillus brevis (liều lượng $150 \text{ ml/tấn}$ nguyên liệu) loại bỏ hoàn toàn nguy cơ tái tạo diaxetyl trong quá trình đóng chai/lon, giảm thời gian ủ lạnh $5 \div 7 \text{ ngày}$.

  3. Cải tiến thiết kế thu hồi năng lượng nhiệt và $\text{CO}_2$:

    • Hệ thống làm lạnh 2 cấp thu hồi $100%$ lượng nước nóng $78 \div 80^\circ\text{C}$ sinh ra từ quá trình giải nhiệt dịch đường để cấp ngược lại làm nước rửa bã và nước vệ sinh CIP, tiết kiệm $18,5%$ lượng hơi đốt lò hơi.
    • Thu hồi $\text{CO}_2$ tinh khiết $\ge 99,8%$ phục vụ cho hệ thống gài áp suất tank, chiết lon 333 và bão hòa bia, giảm chi phí mua khí công nghiệp ngoài.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Triển khai tại Nhà máy Bia Sài Gòn – Phủ Lý

Công nghệ đã được áp dụng trực tiếp trên toàn bộ dây chuyền sản xuất bia lon 333 và bia chai Sài Gòn Lager tại Nhà máy Bia Sài Gòn – Phủ Lý (Cụm Công nghiệp Thanh Hà, Thanh Liêm, Hà Nam) với công suất thực tế 50 triệu lít/năm.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT SABECO - PHỦ LÝ                    |
+-------------------------------------------------------------------------+
| [Nhập liệu]  | Silo Malt (2x150T) + Silo Gạo (1x100T)                   |
| [Nấu]        | Nồi Gạo (15m3) + Nồi Malt (25m3) + Lọc (ID 5m) + Hoa     |
| [Lên men]    | 24 Tank CCT 220m3 (Áo lạnh Glycol 3 khoang)              |
| [Chiết rót]  | Dây chuyền chiết lon Krones (Đức) công suất 24.000 lon/h |
| [Phụ trợ]    | Lò hơi đốt dầu 6T/h + Trạm lạnh NH3/Glycol + CIP tự động |
+-------------------------------------------------------------------------+

Đánh giá hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit & ROI Analysis)

  • Chi phí đầu tư bổ sung: Chi phí cho chế phẩm enzyme (Termamyl 120L + Maturex) xấp xỉ $12.000 \text{ VNĐ/mẻ nấu } (200 \text{ hl})$.
  • Lợi nhuận từ tiết kiệm nguyên liệu: Giá gạo rẻ hơn malt đại mạch khoảng $45%$. Thay thế $25%$ malt giúp tiết kiệm khoảng $18.500.000 \text{ VNĐ}$ cho mỗi $1.000 \text{ hl}$ dịch nha.
  • Tăng công suất quay vòng thiết bị: Giảm thời gian lên men từ 18 ngày xuống 12 ngày giúp tăng năng lực sản xuất của hệ thống tank lên men thêm $33,3%$ mà không cần đầu tư thêm vỏ tank mới.
  • Thời gian hoàn vốn (ROI): Ước tính hệ thống nâng cấp điều khiển và phụ gia đạt điểm hòa vốn sau 8,5 tháng vận hành thực tế.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  1. Phụ thuộc vào chất lượng thế liệu gạo: Độ ẩm và hàm lượng lipid trong gạo nếu $> 1,5%$ dễ gây ảnh hưởng xấu đến độ bền bọt và làm giảm tuổi thọ màng lọc diatomite.
  2. Khả năng tự động hóa cục bộ: Một số thao tác chuyển van tại trạm phân phối đường ống (Pipe Fence) vẫn cần sự can thiệp thủ công của công nhân vận hành, tiềm ẩn rủi ro sai sót thao tác.
  3. Thế hệ men giống: Sau đời men thứ 8, tỷ lệ tế bào thoái hóa và đột biến tăng cao ($> 10%$), đòi hỏi phải cấy mới hoàn toàn từ giống thuần khiết trong phòng thí nghiệm.

Hướng phát triển công nghệ

  • Nghiên cứu tăng tỷ lệ gạo lên $35 \div 40%$ bằng cách bổ sung tổ hợp enzyme đa chức năng ($\beta$-glucanase, protease, xylanase).
  • Triển khai hệ thống điều khiển tích hợp SCADA/MES hoàn toàn tự động từ khâu nghiền đến khâu lọc bia thành phẩm.
  • Lắp đặt hệ thống cảm biến quang học đo độ đục trực tuyến (In-line Turbidity Sensor) trên đường ống dịch lọc để tối ưu hóa thời gian hồi lưu bã hèm.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm: Nguồn tài liệu thực tế về dây chuyền sản xuất bia quy mô công nghiệp, thông số kỹ thuật chi tiết của thiết bị nấu, thùng lọc bã và tank lên men $220 \text{ m}^3$.
  • Kỹ sư vận hành và Kỹ thuật viên nhà máy: Cẩm nang tra cứu thông số công nghệ (nhiệt độ, áp suất, độ đường sót, tỷ lệ nạp men, định mức hóa chất vệ sinh CIP).
  • Doanh nghiệp sản xuất bia: Mô hình tham chiếu để tối ưu hóa chi phí nguyên liệu, rút ngắn chu kỳ sản xuất và giảm suất tiêu hao năng lượng.
  • Nhà nghiên cứu ứng dụng Enzyme: Dữ liệu thực nghiệm về hiệu quả của $\alpha$-amylase chịu nhiệt và $\alpha$-acetolactate decarboxylase trong điều kiện quy mô sản xuất lớn.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai công nghệ lên men trong tank côn $220\text{ m}^3$?

Cần trang bị hệ thống kiểm soát nhiệt độ tự động qua cảm biến Pt100 tại 3 vị trí thân tank; hệ thống cấp dung dịch làm mát Glycol ($-3^\circ\text{C} \div -5^\circ\text{C}$) điều khiển van điện từ; van an toàn kép chống quá áp và chống chân không (chân không sinh ra khi vệ sinh nước nóng rồi xả đột ngột).

2. Giới hạn tỷ lệ thay thế gạo tối đa là bao nhiêu để không làm mất hương vị bia lager?

Tỷ lệ thay thế gạo tối ưu là $20 \div 30%$. Nếu vượt quá $35%$, hàm lượng nitơ amin tự do (FAN - Free Amino Nitrogen) trong dịch đường sẽ bị thiếu hụt nghiêm trọng ($< 140 \text{ mg/l}$), khiến nấm men suy dinh dưỡng, dẫn đến lên men kéo dài và làm mất hương vị malt đặc trưng.

3. Làm thế nào để kiểm soát và phòng ngừa nhiễm tạp khuẩn trong quá trình lên men?

Áp dụng nghiêm ngặt quy trình CIP 5 bước trước khi nạp dịch:

  1. Rửa nước lạnh thu hồi men thừa ($5 \div 10 \text{ phút}$).
  2. Rửa xút nóng $\text{NaOH } 2%$ ở $75 \div 80^\circ\text{C}$ để hòa tan protein và cặn hữu cơ ($20 \div 30 \text{ phút}$).
  3. Rửa trung gian bằng nước sạch.
  4. Rửa axit $\text{HNO}_3 \text{ } 1,5%$ hoặc $\text{P3-Oxonia}$ ở nhiệt độ thường để diệt khuẩn và loại bỏ cặn bia/oxalat ($15 \div 20 \text{ phút}$).
  5. Tráng nước vô trùng lần cuối và kiểm tra pH nước xả đạt trung tính ($6,8 \div 7,2$).

4. Tại sao cần nạp oxy hòa tan ($8\text{ mg/l}$) khi nhiệt độ dịch nha $< 40^\circ\text{C}$?

Nấm men cần oxy trong pha lag ban đầu để tổng hợp axit béo không no và ergosterol cấu tạo màng tế bào. Nếu nạp oxy khi $T > 40^\circ\text{C}$, oxy sẽ phản ứng oxy hóa các hợp chất polyphenol và melanoidin trong dịch nha nóng, làm bia bị sẫm màu, tăng độ đắng gắt và làm mất độ bền keo của sản phẩm.

5. Tiêu chuẩn lựa chọn men sữa tái sử dụng giữa các mẻ nấu là gì?

Men tái sử dụng phải đạt: số đời men $\le 8$; tỷ lệ tế bào sống nhuộm methylene blue $> 90%$; độ đậm đặc men sữa $\ge 50%$; thời gian bảo quản trong tank trữ men lạnh ($2 \div 5^\circ\text{C}$) không quá $48 \text{ giờ}$.

Kết luận

Đề tài "Khảo sát công nghệ sản xuất bia của Công ty Bia Sài Gòn – Phủ Lý" đã cung cấp bức tranh toàn diện và chi tiết về việc ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào thực tiễn sản xuất bia lager công nghiệp. Việc kết hợp hài hòa giữa $25%$ nguyên liệu gạo thế liệu cùng enzyme Termamyl 120L, quy trình lên men có bổ sung Maturex trong hệ thống tank côn $220 \text{ m}^3$ và giải pháp thu hồi năng lượng nhiệt/$\text{CO}_2$ đã chứng minh tính hiệu quả vượt trội về cả mặt kỹ thuật lẫn kinh tế:

  • Đảm bảo chất lượng bia đạt chuẩn ISO 9001 và HACCP với nồng độ cồn ổn định $4,5% \text{ ABV}$.
  • Giảm chi phí nguyên vật liệu $12,8%$, rút ngắn chu kỳ lên men $30%$, nâng cao hiệu quả quay vòng vốn và bảo vệ môi trường sinh thái.

Đây là mô hình công nghệ chuẩn mực, có tính khả thi cao và là nguồn tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất đồ uống lên men tại Việt Nam.