Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thị trường bia đen toàn cầu ghi nhận tốc độ tăng trưởng kép (CAGR) đạt 4,1% trong giai đoạn dự báo 2020–2025 nhờ vào nhu cầu đồ uống có cồn tăng, sự đô thị hóa nhanh chóng và thu nhập bình quân gia tăng tại các quốc gia đang phát triển. Tại Việt Nam, số liệu thống kê từ cuộc khảo sát mức sống dân cư năm 2020 của Tổng cục Thống kê cho thấy lượng tiêu thụ rượu bia đã tăng từ 0,9 lít/người/tháng (năm 2018) lên 1,3 lít/người/tháng (năm 2020). Mặc dù bia vàng truyền thống vẫn chiếm thị phần chủ đạo, phân khúc bia đen đang dần mở rộng sự hiện diện tại các nhà hàng bia tươi thủ công (như Hoa Viên với tỷ lệ bia đen chiếm 40%, Lion chiếm 45%) cũng như các dòng sản phẩm đóng chai của các doanh nghiệp lớn. Tuy nhiên, nguồn cung bia đen chất lượng cao sản xuất công nghiệp quy mô lớn trong nước còn tương đối hạn chế, chủ yếu phụ thuộc vào hàng nhập khẩu.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đồ án tốt nghiệp của sinh viên Hán Minh Anh (MSSV: 20174400) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một cơ sở sản xuất bia đen quy mô công nghiệp.

Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế cụ thể bao gồm:

  1. Phân tích thị trường, lập luận kinh tế kỹ thuật và xác định địa điểm xây dựng nhà máy.
  2. Xây dựng và thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia chai Lager đen phù hợp với điều kiện nguyên liệu nhập khẩu và khí hậu Việt Nam.
  3. Lập kế hoạch vận hành sản xuất và tính toán cân bằng vật chất (sản phẩm, nguyên liệu chính, nguyên liệu phụ, sản phẩm phụ, phế liệu và tổn thất qua từng công đoạn).
  4. Tính toán kỹ thuật và lựa chọn hệ thống máy móc, thiết bị cho dây chuyền công nghệ từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến phân xưởng nấu.
  5. Thiết kế hệ thống phụ trợ, bao gồm quy trình vệ sinh tại chỗ (CIP) và hệ thống xử lý nước thải bảo đảm tiêu chuẩn môi trường.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất bia chai Lager đen độ đường ban đầu 12°Bx, nồng độ cồn 5% thể tích, phối trộn 90% malt nền (Pilsner, Munich nhạt) và 10% malt đen (đại mạch rang, malt chocolate).
  • Phạm vi thiết kế: Nhà máy có năng suất thiết kế 20 triệu lít/năm, dự kiến đặt tại Khu công nghiệp Sài Đồng B, quận Long Biên, thành phố Hà Nội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đề tài dựa trên cơ sở lý thuyết về hóa sinh học thực phẩm, công nghệ lên men chìm (Lager) và kỹ thuật truyền khối, truyền nhiệt trong công nghệ thực phẩm. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy chuẩn quốc gia được áp dụng làm căn cứ thiết kế và đánh giá chất lượng sản phẩm gồm:

  • TCVN 6057:2013: Tiêu chuẩn quốc gia về bia, quy định các chỉ tiêu cảm quan và hóa học (độ đắng, hàm lượng diaxetyl, độ axit, hàm lượng etanol, CO2).
  • QCVN 6-3:2010/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với các sản phẩm đồ uống có cồn, quy định giới hạn vi sinh vật.
  • QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.

Phương pháp tính toán và thiết kế

  • Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu: Tổng hợp số liệu thống kê ngành đồ uống, khảo sát mặt bằng kinh tế - xã hội, hạ tầng kỹ thuật và nguồn nguyên liệu.
  • Phương pháp cân bằng vật chất: Thiết lập phương trình cân bằng chất khô, chất chiết hòa tan và thể tích dòng chảy qua từng công đoạn công nghệ trên cơ sở định mức 100 lít bia thành phẩm và ngoại suy cho công suất 20 triệu lít/năm.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật và chọn thiết bị: Ứng dụng các công thức tính dung tích chứa, thời gian làm việc, hệ số điền đầy, công suất truyền nhiệt và trở lực dòng chảy để xác định kích thước, số lượng thiết bị gia công cơ khí hoặc chọn thiết bị tiêu chuẩn theo catalog công nghiệp.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Sơ đồ quy trình công nghệ

Quy trình sản xuất bia Lager đen tại nhà máy được thiết kế theo chuỗi công đoạn liên tục và khép kín:

  1. Chuẩn bị và xử lý nguyên liệu: Nhập liệu định kỳ vào silo chứa $\rightarrow$ sàng tạp chất và tách sạn $\rightarrow$ cân định lượng $\rightarrow$ làm ẩm vỏ bằng nước 65°C trong 120 giây (tăng ẩm lên 18–22%, trương nở 30–35%) $\rightarrow$ nghiền ẩm trên máy nghiền trục.
  2. Đường hóa (Phân xưởng nấu): Phối trộn bột nghiền với nước theo tỷ lệ 1:3,5 ở 35°C $\rightarrow$ bổ sung axit lactic (0,04% khối lượng malt) điều chỉnh pH $\rightarrow$ áp dụng phương pháp đun sôi 3 lần (lần 1 nâng lên 50–53°C; lần 2 nâng lên 65–70°C; lần 3 nâng lên 76°C) trong tổng thời gian 5 giờ.
  3. Lọc dịch đường: Sử dụng thùng lọc đáy bằng chuyên dụng bằng thép không gỉ (đáy giả cách đáy chính 10–15 mm) qua 7 bước: đuổi khí (nước 80–82°C) $\rightarrow$ bơm dịch hèm $\rightarrow$ để lắng 30 phút $\rightarrow$ hồi lưu dịch lọc đục $\rightarrow$ thu dịch lọc đầu (1,5–2 giờ) $\rightarrow$ rửa bã gián đoạn nhiều lần bằng nước 75–80°C $\rightarrow$ xả bã (tổng thời gian 4–6 giờ/mẻ).
  4. Nấu hoa houblon: Nấu trong thiết bị gia nhiệt ống chùm bên trong bằng hơi bão hòa (1 bar) trong 1 giờ 20 phút. Bổ sung cao hoa ở 94°C; bổ sung 50% hoa viên 45 khi sôi 100°C; bổ sung 50% hoa viên 45 còn lại trước khi kết thúc 15 phút; bổ sung muối ZnCl2 (0,1 mg/l).
  5. Lắng xoáy và làm lạnh nhanh: Tách cặn nóng bằng thùng lắng xoáy Whirlpool (bơm tiếp tuyến vận tốc 12–14 m/s, đáy nghiêng 1,5°, thời gian 50 phút) $\rightarrow$ làm lạnh nhanh qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản 1 cấp bằng nước lạnh 2°C, hạ nhiệt độ dịch từ 85°C xuống 10–12°C.
  6. Lên men và hoàn thiện: Bơm dịch vào tank lên men CCV, sục O2 vô trùng $\rightarrow$ cấy men giống Saccharomyces carlsbergensis (mật độ 70–90 triệu TB/ml) $\rightarrow$ bổ sung enzyme Maturex L (0,015 kg/100L dịch nha) $\rightarrow$ lên men chính ở 12°C trong 7–9 ngày (thu hồi khí CO2 tinh khiết $\ge$ 99%, duy trì áp suất 0,6–0,8 kg/cm2, xả cặn 1 ngày/lần) $\rightarrow$ hạ nhiệt độ xuống 2–4°C, rút men sữa $\rightarrow$ lên men phụ ở 3°C, áp suất 0,7–0,8 bar trong 10 ngày (xả cặn 2 ngày/lần).
  7. Lọc trong, pha loãng và bão hòa CO2: Lọc sơ bộ qua máy lọc nến sử dụng bột diatomit Filter Cel $\rightarrow$ lọc hấp phụ polyphenol bằng máy lọc đĩa ngang dùng hạt nhựa PVPP (liều lượng 0,4–0,6 kg/m3) $\rightarrow$ lọc tinh bằng thiết bị lọc bẫy $\rightarrow$ hiệu chỉnh độ cồn tự động bằng nước khử khí $\rightarrow$ nạp CO2 đạt nồng độ 5 g/l.
  8. Đóng chai và thanh trùng: Rửa chai thủy tinh 500 ml màu nâu đậm qua các vùng ngâm xút NaOH 2% (75–85°C), nước ấm, nước thường và nước vô trùng $\rightarrow$ kiểm tra khuyết tật bằng máy soi laser $\rightarrow$ chiết chai đẳng áp tự động $\rightarrow$ dập nút sắt mạ thiếc đường kính 32,1 mm $\rightarrow$ thanh trùng qua thiết bị hầm tunel 8 khoang (60°C trong 20 phút, tổng chu trình 60 phút) $\rightarrow$ thổi khô, dán nhãn và nhập kho.

Hệ thống vệ sinh CIP và xử lý chất thải

  • Hệ thống CIP: Phân xưởng nấu vận hành trạm CIP 3 bồn (nước sạch, NaOH 2,5% ở 80–90°C, H3PO4 0,3%) định kỳ 50–60 mẻ/lần; phân xưởng lên men vận hành trạm CIP 4 bồn (nước sạch, xút 2%, axit Trimeta HC 2%, dung dịch khử trùng Oxonia 0,3–0,5%).
  • Trạm xử lý nước thải công suất 400 m3/ngày.đêm: Dòng thải nhà máy (tải lượng trung bình 3,5–4,2 hl nước thải/hl bia) được dẫn qua song chắn rác $\rightarrow$ bể thu gom $\rightarrow$ máy tách rác tinh $\rightarrow$ bể điều hòa $\rightarrow$ bể xử lý kỵ khí UASB $\rightarrow$ bể xử lý hiếu khí SBR $\rightarrow$ bể khử trùng trước khi xả ra sông Hồng theo QCVN 40:2011/BTNMT. Bùn thải được nén và ép bánh để chôn lấp hoặc làm phân bón.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật

Chương 1 thiết lập các luận cứ kinh tế, thị trường và điều kiện địa lý để định hình quy mô dự án. Tác giả phân tích nguồn gốc lịch sử bia đen từ các dòng bia Porter (ra đời năm 1721 tại Luân Đôn), Stout và Schwarzbier của Đức (lên men lạnh từ năm 1543). Nghiên cứu so sánh đặc tính kỹ thuật giữa hai phương thức lên men bia:

Tiêu chí Bia Ale Bia Lager
Phương pháp lên men Lên men nổi Lên men chìm
Nhiệt độ lên men Nhiệt độ cao (15 – 26°C) Nhiệt độ thấp: 7 – 12°C (chính), 0 – 4°C (phụ)
Thời gian lên men Nhanh hơn Lâu hơn
Lượng hoa bia sử dụng Nhiều hơn Ít hơn
Cảm quan thành phẩm Hương vị đậm, màu sắc đục, độ cồn và độ đắng cao Hương vị nhẹ nhàng, độ trong cao, độ cồn và độ đắng vừa phải

Từ phân tích trên, tác giả lựa chọn dòng bia Lager đen đóng trong chai thủy tinh dung tích 500 ml màu nâu nhằm đảm bảo tính ổn định công nghiệp và kéo dài thời hạn bảo quản.

Về địa điểm, nhà máy được chọn đặt tại KCN Sài Đồng B, quận Long Biên, Hà Nội với các thông số hạ tầng:

  • Giao thông: Nằm gần Quốc lộ 5, cách cảng biển Hải Phòng 94 km, cách trung tâm Hà Nội 8 km, cách Quốc lộ 1A 5 km; thuận tiện kết nối sân bay Gia Lâm và Nội Bài.
  • Cơ sở hạ tầng KCN: Diện tích gần 100 ha, vốn đầu tư hạ tầng 120,36 tỷ đồng; nguồn điện lưới 22 kV (công suất tối đa 50 MVA); hệ thống cấp nước sạch công suất 10.000 m3/ngày.đêm; trạm xử lý nước thải tập trung đạt chuẩn.
  • Nguồn nhân lực và thị trường: Tiếp cận thị trường tiêu thụ tại Hà Nội (hơn 8 triệu dân) và Hải Phòng (hơn 1 triệu dân); lực lượng lao động phổ thông dồi dào (hơn 85% có trình độ THCS và THPT).

Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm thiết kế được đối chiếu nghiêm ngặt với các quy chuẩn:

Thông số Yêu cầu thiết kế của sản phẩm Tiêu chuẩn đối chiếu (TCVN 6057:2013 / QCVN 6-3:2010)
Độ màu 17 – 20 SRM Đặc trưng cho từng loại
Độ đường ban đầu 12°Bx $\ge 10,5^\circ\text{Bx}$
Hàm lượng etanol 5% thể tích ở 20°C $\ge 4%$ thể tích
Hàm lượng CO2 5 g/l $\ge 5\text{ g/l}$
Độ axit $\le 1,6\text{ ml NaOH 1M/100ml}$ $\le 1,6\text{ ml NaOH 1M/100ml}$
Độ đắng 18 BU Tự công bố
Hàm lượng diaxetyl $\le 0,2\text{ mg/l}$ $\le 0,2\text{ mg/l}$
Tổng VSV hiếu khí $\le 1000\text{ CFU/ml}$ $\le 1000\text{ CFU/ml}$
E.coli, Coliforms, Cl.perfringens 0 CFU/ml 0 CFU/ml

Chương 2: Lựa chọn và thuyết minh sơ đồ công nghệ

Chương 2 mô tả chi tiết cơ sở lựa chọn nguyên liệu, phụ gia công nghệ và thông số vận hành cho từng cụm thiết bị:

  • Malt nền (90% tổng lượng malt): Sử dụng 60% Pilsner Malt (ẩm 4,5%, protein 10,5%, màu 2,4°EBC, α-amylase 40 DU) phối trộn với 40% Munich Malt nhạt (ẩm 4,5%, protein 11,5%, màu 15–20°EBC, α-amylase 30 DU) nhập khẩu từ Đức.
  • Malt đen (10% tổng lượng malt): Phối trộn tỷ lệ 1:1 giữa Đại mạch rang (sấy ở 225°C, màu 1200–1500°EBC) và Malt Chocolate (sấy ở 215°C, màu 900–1100°EBC).
  • Hoa houblon: Sử dụng 75% chế phẩm hoa viên 45 (hàm lượng α-axit 10%, chế biến ở -35°C, độ đắng cao hơn 10% so với hoa cánh) kết hợp 25% cao hoa (30% α-axit đắng).
  • Nước công nghệ: Độ cứng mềm đến trung bình, pH 6,5–7,0; muối cacbonat $\le 50\text{ mg/l}$, muối Mg2+ $\le 100\text{ mg/l}$, muối clorua 75–150 mg/l, CaSO4 150–200 mg/l, Fe2+ $\le 0,3\text{ mg/l}$, không có NH3 và NO2.
  • Nấm men: Chủng nấm men chìm thuần khiết Saccharomyces carlsbergensis có khả năng lên men đường raffinoza, kết lắng đáy tốt và di truyền ổn định.
  • Enzyme và phụ gia: Chế phẩm Maturex L (ngăn tạo diaxetyl trong lên men), ZnCl2 (bổ sung kẽm cho nấm men phát triển), axit lactic (chỉnh pH), bột trợ lọc diatomit Filter Cel và nhựa PVPP (tái sinh bằng dung dịch NaOH 2% ở 70°C).

Chương 3: Lập kế hoạch sản xuất và tính cân bằng sản phẩm

Nhà máy hoạt động 300 ngày/năm, chia đều 75 ngày/quý, vận hành 3 ca/ngày (8 giờ/ca). Kế hoạch phân bổ sản lượng theo quý nhằm thích ứng với nhu cầu tiêu thụ thời tiết miền Bắc:

  • Quý I: 4 triệu lít.
  • Quý II: 4 triệu lít.
  • Quý III: 6 triệu lít (giai đoạn cao điểm).
  • Quý IV: 6 triệu lít (giai đoạn cao điểm).

Năng suất ngày cao nhất là 80.000 lít/ngày. Với chế độ nấu 3 mẻ/ngày, dung tích mỗi mẻ nấu đạt khoảng 26.000 lít bia thành phẩm.

Định mức tổn thất kỹ thuật quy định:

  • Nghiền nguyên liệu: 0,5%
  • Đường hóa và lọc: 1,5% chất chiết
  • Nấu hoa (bay hơi): 6%
  • Lắng xoáy và làm lạnh nhanh: 3%
  • Lên men chính và phụ: 4%
  • Lọc bia: 1%
  • Bão hòa CO2: 0,5%
  • Chiết chai: 2%

Kết quả tính toán cân bằng vật chất tổng hợp cho các mốc sản lượng:

Hạng mục tính toán Đơn vị tính Cho 100 L thành phẩm Cho 1 mẻ (26.000 L) Cho 1 ngày (3 mẻ) Cho 1 năm (20 triệu L)
Malt nền (tính toán) kg 17,61 4.578,6 13.735,8 3.522.000
Malt đen kg 1,95 507,0 1.521,0 390.000
Hoa viên 45 g 30,0 7.800,0 23.400,0 6.000.000
Cao hoa g 10,0 2.600,0 7.800,0 2.000.000
Men giống cấy ban đầu L 8,63 2.243,8 6.731,4 1.726.000
Enzyme Maturex L g 16,0 4.160,0 12.480,0 3.200.000
Axit lactic điều chỉnh g 7,8 202,8 608,4 156.000
Bột diatomit g 820,0 21.320,0 63.960,0 164.000.000
Bột PVPP g 26,0 676,0 2.028,0 5.200.000
Dịch sau lọc L 118,34 30.768,4 92.305,2 23.668.000
Dịch đường lên men lạnh L 107,90 28.054,0 84.162,0 21.580.000
CO2 tạo ra từ lên men kg 4,21 1.094,6 3.283,8 842.000
CO2 thu hồi (hiệu suất 70%) kg 2,10 546,0 1.638,0 420.000
Bã malt ướt (ẩm 80%) kg 15,40 4.004,0 12.012,0 3.080.000
Bã hoa g 8,0 2.080,0 6.240,0 1.600.000
Cặn lắng xoáy (ẩm 80%) kg 1,71 444,6 1.333,8 342.000
Nước dùng đường hóa kg 68,11 17.708,6 53.125,8 13.622.000
Nước dùng rửa bã kg 53,12 13.811,2 41.433,6 10.624.000

Chương 4: Tính toán và chọn thiết bị

Chương 4 tập trung thiết kế kích thước và lựa chọn các thiết bị công nghệ chính thuộc dây chuyền tiếp nhận, vận chuyển và phân xưởng nấu:

  • Silo chứa nguyên liệu (chu kỳ nhập liệu 15 ngày/lần, dung trọng malt 550 kg/m3, hệ số sử dụng 0,95):
    • Silo chứa Pilsner Malt: Thể tích tính toán 165,6 m3 $\rightarrow$ chọn silo hình trụ đáy côn dung tích 170 m3.
    • Silo chứa Munich Malt: Thể tích tính toán 110,4 m3 $\rightarrow$ chọn silo dung tích 112 m3.
    • Silo chứa Đại mạch rang: Thể tích tính toán 18,2 m3 $\rightarrow$ chọn silo dung tích 18,2 m3 (đáy nón nghiêng 60°).
    • Silo chứa Malt Chocolate: Thể tích tính toán 18,2 m3 $\rightarrow$ chọn silo dung tích 18,2 m3 (đáy nón nghiêng 60°).
  • Hệ thống vận chuyển nguyên liệu:
    • Gầu tải nhập liệu malt nền: Năng suất yêu cầu 23,12 tấn/h (nhập 295,8 tấn trong 16 giờ, hệ số 0,8).
    • Gầu tải nhập liệu malt đen: Năng suất yêu cầu 6,09 tấn/h (nhập 39 tấn trong 8 giờ, hệ số 0,8).
    • Gầu tải cấp liệu sản xuất cho 1 mẻ: Gầu tải malt nền đạt 8,45 tấn/h; gầu tải malt đen đạt 2,23 tấn/h.
  • Hệ thống xử lý cơ học:
    • Máy sàng tạp chất và máy tách sạn: Năng suất thiết kế 8,37 tấn/h (xử lý 6,696 tấn malt/mẻ trong 1 giờ, hệ số 0,8).
    • Máy nghiền ẩm trục: Năng suất thiết kế 8,37 tấn/h.
  • Thiết bị đường hóa: Thiết kế 2 nồi đường hóa phục vụ quy trình đun sôi từng phần. Đối với nồi đường hóa chính, khối lượng hỗn hợp dịch mỗi mẻ gồm 6.696 kg malt và 23.436 kg nước (tổng 30.132 kg, khối lượng riêng 1,08 tấn/m3).

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thiết lập hoàn chỉnh hồ sơ công nghệ cho nhà máy bia Lager đen 20 triệu lít/năm, kiểm soát các chỉ tiêu cảm quan (màu sắc 17–20 SRM, độ đắng 18 BU) và chỉ tiêu hóa lý (độ đường 12°Bx, cồn 5% thể tích, CO2 bão hòa 5 g/l, diaxetyl $\le 0,2$ mg/l).
  2. Xây dựng bảng cân bằng vật chất chi tiết từ nguyên liệu thô đến thành phẩm đóng chai, xác định rõ tỷ lệ tiêu hao nguyên phụ liệu (17,61 kg malt nền, 1,95 kg malt đen cho 100 lít bia) và lượng phát thải phụ phẩm (15,40 kg bã malt ướt, 1,71 kg cặn lắng).
  3. Tính toán chính xác thông số làm việc của các silo chứa, hệ thống gầu tải vận chuyển và thiết bị phân xưởng nấu, đảm bảo dây chuyền vận hành nhịp nhàng 3 mẻ/ngày trong các tháng cao điểm.
  4. Đề xuất quy trình làm sạch CIP khép kín và hệ thống xử lý nước thải sinh học UASB kết hợp SBR công suất 400 m3/ngày.đêm xả thải đạt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.

Đóng góp thực tiễn

  • Đưa ra giải pháp công nghệ kết hợp 4 loại malt (Pilsner, Munich nhạt, Đại mạch rang, Malt Chocolate) cùng chế phẩm hoa viên 45 và enzyme Maturex L để sản xuất dòng bia đen chất lượng cao tại Việt Nam mà vẫn tối ưu hóa thời gian lên men và chi phí nhập khẩu nguyên liệu.
  • Cung cấp mô hình tính toán thiết kế chi tiết làm tài liệu tham khảo cho các dự án mở rộng quy mô hoặc xây mới nhà máy bia công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ nguyên liệu malt đại mạch và hoa houblon đều phải nhập khẩu từ nước ngoài do điều kiện nông nghiệp trong nước chưa sản xuất thương mại; các tính toán kỹ thuật trong đồ án tập trung chủ yếu vào phân xưởng nấu, hệ tiếp liệu và xử lý nước thải, chưa trình bày chi tiết phần tính toán nhiệt lạnh và kết cấu xây dựng công trình.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu khả năng sử dụng nguồn nguyên liệu thế liệu dạng tinh bột nội địa (gạo, ngô) trong sản xuất bia đen nhằm giảm giá thành; tính toán chi tiết mạng lưới cấp nhiệt, hệ thống máy lạnh trung tâm và tối ưu hóa năng lượng tái tạo từ khí sinh học sinh ra ở bể UASB.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Thực phẩm, Công nghệ Sinh học: Nắm vững phương pháp tính toán cân bằng vật chất, cân bằng pha, quy trình lên men chìm và nguyên lý vận hành thiết bị nhà nấu (thùng lọc đáy bằng, nồi nấu hoa ống chùm, Whirlpool).
  • Kỹ sư công nghệ đồ uống: Tham khảo định mức tổn thất kỹ thuật từng công đoạn, chế độ vận hành CIP nhiều cấp và quy trình xử lý nước thải nhà máy bia công suất trung bình.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhà máy lựa chọn phương pháp lên men chìm (Lager) thay vì lên men nổi (Ale)?

Phương pháp lên men chìm (Lager) ở nhiệt độ thấp (7–12°C cho lên men chính và 0–4°C cho lên men phụ) giúp kiểm soát quá trình lên men chính xác hơn, nấm men lắng xuống đáy tank hình côn giúp dễ dàng thu hồi men sữa để tái sử dụng, đồng thời tạo ra sản phẩm bia có chất lượng đồng đều và độ ổn định cao khi sản xuất ở quy mô công nghiệp lớn 20 triệu lít/năm.

2. Tỷ lệ phối trộn các loại malt trong đồ án được thiết kế như thế nào?

Tổng lượng malt gồm 90% malt nền và 10% malt đen. Trong đó, malt nền gồm 60% Pilsner Malt và 40% Munich Malt nhạt (cung cấp enzyme, nguồn chất chiết và tạo tiền chất melanoid). Malt đen gồm 5% Đại mạch rang (225°C, độ màu 1200–1500°EBC) và 5% Malt Chocolate (215°C, độ màu 900–1100°EBC) nhằm tạo màu sắc đậm đặc trưng và hương thơm socola cho sản phẩm.

3. Phương pháp đường hóa nào được áp dụng và quy trình gia nhiệt diễn ra ra sao?

Nhà máy áp dụng phương pháp đường hóa đun sôi 3 lần trong tổng thời gian 5 giờ với tỷ lệ bột/nước là 1:3,5. Quá trình chia dịch hèm đun sôi gián đoạn để nâng nhiệt độ toàn khối dịch tuần tự qua các nấc nhiệt: bắt đầu ở 35°C, lần 1 nâng lên 50–53°C, lần 2 nâng lên 65–70°C và lần 3 nâng lên nhiệt độ kết thúc đường hóa 76°C.

4. Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy được thiết kế theo sơ đồ công nghệ nào?

Với công suất 400 m3/ngày.đêm, trạm xử lý nước thải áp dụng quy trình xử lý sinh học hai bậc kết hợp: cơ học (song chắn rác, máy tách rác tinh, bể điều hòa) $\rightarrow$ sinh học kỵ khí qua bể UASB $\rightarrow$ sinh học hiếu khí qua bể bùn hoạt tính SBR $\rightarrow$ khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận sông Hồng theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Hán Minh Anh đã giải quyết hoàn chỉnh nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất bia chai Lager đen năng suất 20 triệu lít/năm tại Khu công nghiệp Sài Đồng B, Hà Nội. Tác giả đã xây dựng quy trình công nghệ hợp lý dựa trên nguồn nguyên liệu phối trộn 90% malt nền và 10% malt đen, áp dụng các chế độ công nghệ hiện đại từ đường hóa đun sôi 3 lần, lọc dịch đáy bằng đến lên men chìm có kiểm soát. Các kết quả tính toán cân bằng vật chất, lựa chọn thiết bị nhà nấu, thiết kế trạm CIP và trạm xử lý nước thải 400 m3/ngày.đêm đều đạt độ tin cậy kỹ thuật cao, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn hiện hành của ngành công nghiệp đồ uống Việt Nam.