BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------------------------

NGUYỄN HUY BẢO

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH
CỦA HỆ THỐNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG
NHÀ NẤU TẠI NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TỪ VIỆT PHÚ

Hà Nội – Năm 2016
i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Từ Việt Phú, đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo, động viên trong suốt quá trình học tập nghiên cứu, hoàn thành luận
văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ nhân viên của Viện Công nghệ
Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa học thạc sĩ
của trường.
Em xin cảm ơn ban lãnh đạo, các anh chị Phòng Kỹ thuật, Phòng KCS và Phòng
Thống kê của Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội đã hết lòng giúp đỡ.
Với kiến thức còn hạn chế, em mong được sự đóng góp chân thành từ các thầy cô

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................vi
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 2
1.1.

Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới ........................ 2

1.2.

Giới thiệu chung về ngành công nghiệp bia tại Việt Nam ..................................... 3

1.3.

Nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội ............................................................................. 5

1.3.1.
1.3.1.1.

Thuyết minh quy trình công nghệ ............................................................ 6

1.3.1.2.

Quá trình nấu ............................................................................................ 8



Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch đường ......................................... 23

1.5.1.

Vai trò nhiệm vụ của nồi nấu hoa .............................................................. 23

1.5.2.

Các tác động lên quá trình đun sôi dịch đường ......................................... 23

1.6.

Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 24

CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 26
2.1.

Nguyên vật liệu .................................................................................................... 26

2.2.

Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 26

2.2.1.

Phân tích hóa lý và cảm quan .................................................................... 27
iv



3.2.1.

Kết quả phân tích trên các chỉ tiêu của dịch đường và bia thành phẩm .... 32

3.2.1.1.

Kết quả phân tích dịch đường trên 145 mẻ nấu ..................................... 32

3.2.1.2.

Kết quả phân tích bia thành phẩm trên 58 lô.......................................... 38

3.2.2.

Thảo luận ................................................................................................... 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 54
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 56

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

TKNL


Hình 3.15: Đồ thị theo dõi lượng CO2 hòa tan của 58 lô bia thành phẩm ..................... 43

vii


Hình 3.16: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng CO2 hòa tan .............................. 44
Hình 3.17: Đồ thị theo dõi độ màu của 58 lô bia thành phẩm ....................................... 45
Hình 3.18: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ màu ................................................ 45
Hình 3.19: Đồ thị theo dõi độ trong của 58 lô bia thành phẩm...................................... 46
Hình 3.20: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu độ trong .............................................. 47
Hình 3.21: Đồ thị theo dõi lượng khí air của bia thành phẩm trên 58 lô bia thành phẩm
........................................................................................................................................ 48
Hình 3.22: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu lượng khí air ....................................... 48
Hình 3.23: Đồ thị theo dõi chỉ tiêu cảm quan trên 58 lô bia thành phẩm. ..................... 49
Hình 3.24: Biểu đồ hộp của các lô trên chỉ tiêu cảm quan ............................................ 50

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Lượng bia tiêu thụ và sản xuất theo quốc gia năm 2014 ................................. 3
Bảng 2.1: Bảng tiêu chuẩn các phương pháp phân tích ................................................. 28
Bảng 3.1: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu hóa lý của 2 mô hình có và
không áp dụng hệ thống TKNL ..................................................................................... 29
Bảng 3.2: Bảng thống kê kết quả đo lường các chỉ tiêu chất lượng trên bia thành phẩm
của mô hình có và không áp dụng hệ thống TKNL ....................................................... 30

ix



lượng của dịch đường cũng như của bia thành phẩm nhằm đánh giá tính hiệu quả của
hệ thống tiết kiệm năng lượng.

1


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất bia trên thế giới
Bia là loại đồ uống có lịch sử hình thành lâu đời nhất trên thế giới. Người ta tìm
thấy nhiều bằng chứng về sự xuất hiện của bia trên toàn thế giới có thể kể đến như là
trong văn bản lịch sử của vùng Lưỡng Hà khoảng 6000 năm TCN, trong các tài liệu về
người Summer, hay sự xuất hiện của bia làm từ ngũ cốc nãy mầm do người Sumérien
và Assyrien tạo ra (Arnold, John P (2005)). Và theo một vài tài liệu thì bia lúa mạch
đã có mặt vào khoảng 3500 năm TCN tại Godin Tepei gần dãy Zagros (John, N.W
(1992). Cho đến cuối thế kỷ 19, các mô hình sản xuất bia thủ công được công nghiệp
hoá, việc sản xuất nhỏ lẻ dần bị thu hẹp lại và chính từ giai đoạn này - sau khi các
nghiên cứu về bia của Louis Pasteur được công bố, ngành khoa học nghiên cứu về bia
được phát triển trên toàn thế giới. Với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuât, rất nhiều công
trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới đã góp phần không nhỏ cho sự phát triển
của ngành công nghiệp bia. Ngày nay, bia trở thành một lại thức uống không thể thiếu
trong đời sống của con người bởi các giá trị dinh dưỡng và chất lượng của nó đem lại.
Năm 1040, nhà máy bia đầu tiên được xây dựng tại Đức và ngay sau đó, bia trở thành
sản phẩm được ưa chuộng tại các nước như Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp… Ngày nay,
ngành công nghiệp bia phát triển nhanh, đem lại nguồn thu nhập tương đối cao cho
ngành kinh doanh bia và các dịch vụ đi kèm.
Theo báo cáo của Kirin Beer, lượng bia sản xuất năm 2014 đạt 1910 triệu hecto


3


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

Đến năm 2014, mức tiêu thụ bia của Việt Nam đã nằm trong tốp 11 nước có mức
tiêu thụ bia hàng đầu trên thế giới, sản lượng bia Việt cũng nằm trong tốp 10 nước có
sản lượng lớn nhất (Kirin Beer 2014). Về các sản phẩm bia được tiêu thụ trong thị
trường Việt Nam, bia chai chiếm thị phần lớn nhất với 52%, kế đến là bia lon (35.5%)
và bia hơi (12.5%).
Theo điều tra của Euromonitor International, hiện có khoảng 150 doanh nghiệp
sản xuất bia với 3 ông lớn của ngành bia dẫn đầu là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước
giải khát Sài Gòn (Sabeco) – 47.5%, xếp thứ 2 là công ty TNHH Nhà máy bia VIệt
Nam VBL – 17.5% và thứ 3 là Tổng Công ty CP Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội
(Habeco) – 17.3%. Năm 2010, Sabeco đã được xếp hạng thứ 21 trong số các doanh
nghiệp sản xuất bia hàng đầu trên thế giới và đứng top 3 nhà sản xuất bia Đông Nam Á
(Euromonitor (2013))
Bên cạnh đó theo Quyết định 3690 của Bộ Công Thương về “Phê duyệt quy
hoạch phát triển ngành bia, rượu, nước giải khát việt nam đến năm 2025, tầm nhìn đến
năm 2035”, mục tiêu tổng quan của ngành là đẩy mạnh sự phát triển của ngành bia,
rượu, nước giải khát với định hướng đa dạng hóa sản phẩm, đảm bảo tốt chất lượng và
khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập, mục tiêu cụ thể đối với ngành bia là sản
lượng dự kiến các năm 2020 đạt 4.1 tỷ lít bia, năm 2025 là 4.5 tỷ lít bia và đến năm
2035 là 5.5 tỷ lít bia. Hơn nữa các định hướng phát triển cụ thể của ngành bia là: giảm
tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu, nâng cao chất lượng sản phẩm và khuyến khích sản
xuất các dòng bia không cồn, chất lượng cao để đẩy mạnh xuất khẩu.
Thực tế cho thấy hiện tại ở nước ta có khá nhiều nhà máy bia lớn nhỏ được xây

quá trình xử lý lò đốt hơi, thu hồi tái sử dụng lượng nước dư thừa…, nhà máy đã có
những con số đáng kể trong giảm tải năng lượng cụ thể như mức tiêu thụ điện năm
2010 chỉ bằng 77% so với năm 2009, mức dầu giảm đến 19% và mức nước là 14% cho
sản xuất 1000 lít bia.

5


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

1.3.1. Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy
1.3.1.1.

Thuyết minh quy trình công nghệ

Bia được sản xuất từ nguyên liệu chính là: malt, gạo, nước, hoa houblon, nấm
men. Ngoài ra còn một số nguyên liệu có thể được thêm vào để thay thế malt như: lúa
mì, ngô, gạo... Quy trình công nghệ sản xuất bia tại nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội
được thể hiện trong sơ đồ 1 – 1. Quy trình sản xuất bia là một quy trình phức tạp gồm
nhiều công đoạn. Về tổng thể quy trình được chia ra 4 quá trình chính:
 Quá trình nấu
 Quá trình lên men
 Quá trình lọc và bão hòa khí CO2
 Quá trình chiết

6



b) Nghiền malt
Mục đích của quá trình là thông qua phương pháp nghiền malt khô làm cho malt
lót được tạo thành hạt có độ xốp để làm lớp lót cho nồi hồ hóa, phương pháp nghiền
malt ướt áp dụng cho lượng malt còn lại.
Quá trình sử dụng hệ thống máy nghiền malt khô và nghiền malt ướt đi kèm với 2
thiết bị là hệ thống nhập liệu và hệ thống lấy liệu gồm băng tải, gầu tải, silo chứa malt,
hệ thống hút bụi, máy sàng, máy rung, máy tách kim loại và cân khối lượng.
Malt được đưa liên tục vào máy nghiền từ silo chứa thông qua hệ thống băng tải
đến gầu tải qua máy sàng rung, sàng loại bỏ những hạt malt không đạt yêu cầu và phần
rác thải lớn nằm trên sàng và được loại ra ngoài, còn malt tiêu chuẩn được đưa qua hệ

8


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

thống máy tách đất và tách kim loại, sau đó qua cân khối lượng và chia làm 2 phần:
một phần vào máy nghiền malt lót (máy nghiền khô) phần còn lại đưa vào hệ thống
máy nghiền malt ướt.
c) Quá trình hồ hóa
Quá trình hồ hóa bao gồm 2 công đoạn chính là pha bột gạo và gia nhiệt. Pha bột
gạo là quá trình nhập liệu vào nồi hồ hóa qua các bước sau:
 Bật cánh khuấy
 Bổ sung malt lót lần 1 và bổ sung nước. Mục đích là tạo độ xốp cho nồi hồ hóa
tránh hiện tượng cháy khét đáy nồi tạo điều kiện thuận lợi cho các enzyme có
trong malt để hồ hóa tinh bột.
 Tiếp tục bổ sung nước ở 25oC kết hợp với gạo. Tỷ lệ gạo: nước = 1: 2.5
 Có thể bổ sung thêm acid để tạo môi trường có ph thấp dễ dàng cho enzyme

Công đoạn gia nhiệt nồi malt như sau:
 Sau công đoạn nhập liệu, nồi malt được gia nhiệt lên 50oC – đây là nhiệt tối ưu
cho sự hoạt động của enzyme protease và nhiệt này được giữ trong 10 phút kết
hợp khuấy đảo (thủy phân protein thành các acid amin).
 Nhiệt được nâng tiếp lên 65oC và giữ trong 15 phút, lúc này pH của dịch phải
đạt từ 5.3 – 5.5 nhằm tạo điều kiện tối ưu cho β-amylase trong malt hoạt động
để phân cắt tinh bột thành maltose và dextrin.
 Nhiệt được nâng tiếp lên 75oC và giữ trong 30 phút là điều kiện tốt nhất cho sự
hoạt động của α-amylase giúp thủy phân tinh bột thành dextrin bậc thấp, glucose
và maltose.
 Kết thúc quá trình nhiệt được nâng lên 76oC và bơm sang thùng lọc.
Việc nâng nhiệt độ nhiều lần là tạo điều kiện hoạt động cho các enzyme hoạt
động, phát huy hết hoạt lực của enzyme do mỗi enzyme chỉ thích nghi với điều kiện
nhiệt độ xác định.
e) Lọc dịch đƣờng và rửa bã
10


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

Mục đích của quá trình lọc là tách phần dịch đường ra khỏi bã và rửa bã bằng
nước nóng ở 76oC để tăng hiệu suất thu hồi đường.
Công đoạn này sử dụng thùng lọc Lautertun áp dụng sự chênh lệch áp suất phía
trên và dưới màng lọc. Dịch đường sẽ tự chảy qua lớp lọc để ra ngoài.
Các bước của giai đoạn lọc:
 Dịch đường trước khi bơm sang thùng lọc được kiểm tra các chỉ tiêu.
 Trước khi tiến hành lọc, một lượng nước ở nhiệt độ 80oC được bơm vào làm lớp
lót phía dưới thùng lọc tạo màng lọc.

g) Lắng cặn và làm lạnh nhanh
Sau quá trình houblon hóa dịch đường ở 101oC sẽ được chuyển sang nồi lắng
xoáy qua đường ống dịch theo phương tiếp tuyến với nồi lắng xoáy. Cặn và chất hòa
tan có khối lượng lớn dưới lực ly tâm sẽ xoáy và giữa thiết bị và lắng xuống đáy. Phần
dịch trong nhẹ sẽ văng ra xung quanh và được bơm sang thiết bị lạnh nhanh.
Mục đích của quá trình lạnh nhanh dịch đường là để hạ nhiệt độ của dịch đường
về nhiệt độ thích hợp của nhiệt độ lên men là 9oC. Công đoạn lạnh nhanh được thực
hiện bằng việc cho dịch đường nóng trao đổi nhiệt với dòng nước lạnh 2oC đi ngược
chiều nhau. Trong quá trình này có bổ sung O2 để tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men
phát triển tạo sinh khối ban đầu. Kết thúc quá trình lạnh nhanh nhiệt độ của dịch đường
vào khoảng 6 – 8oC.
1.3.1.3.

Quá trình lên men

Quá trình lên men bao gồm 2 giai đoạn là lên men chính và lên men phụ. Cả hai
giai đoạn này đều diễn ra trong cùng lô lên men.
 Lên men chính: đây là quá trình chuyển đường và dextrin bậc thấp sang
rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm khác thông qua sự hỗ trợ của nấm
men.

12


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

 Lên men phụ: là quá trình chuyển hóa tiếp đường còn sót lại sau quá trình
lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm phụ khác. Quá trình lên


và lượng CO2 sinh ra ít hơn. Lượng nấm men cùng với cặn lắng xuống đáy
tank và chia thành 2 lớp: lớp trên là nấm men sống, lớp dưới là cặn lớn và
nấm men chết.
Quá trình lên men phụ - quá trình này bao gồm các quá trình sinh lý, hóa sinh và
hóa lý của lên men chính nhưng ở tốc độ chậm vì nhiệt độ thấp hơn và lượng nấm men
ít hơn. Lên men phụ là quá trình lên men tiếp nhằm chuyển hóa phần đường có khả
năng lên me còn tồn tại trong bia non. Đây cũng là quá trình khử diacetyl, giảm hàm
lượng aldehid và hàm lượng rượu bậc cao, phản ứng tạo este để tăng chất lượng cảm
quan của sản phẩm. Quá trình này kéo dài từ 12 – 14 ngày. Nhiệt độ được duy trì từ 0 –
2oC và áp suất là 0.8 – 1.2 bar.
Quá trình lên men phụ - tàng trữ bia cực kỳ quan trọng trong việc kết lắng cặn.
Thời gian dài và nhiệt độ thấp là các điều kiện quan trọng nhất để thu được bia có độ
bền keo và chất lượng cao. Thời gian tàng trữ bia càng dài, độ trong của bia sẽ tăng lên.
Áp suất trong quá trình lên men phụ giảm, quá trình này yêu cầu phải bổ sung thêm
CO2 với mục đích đảm bảo áp suất – bão hòa khí CO2 đảo trộn đều khối dịch.
1.3.1.4.

Quá trình lọc và bão hòa khí CO2

Mục đích quá trình là loại bỏ các tạp chất và xác nấm men trong bia đảm bảo cho
bia được trong và không có mùi vị lạ.
Quá trình lọc bia được tiến hành như sau:
 Nước được đưa vào thùng chứa bột trợ lọc với tỷ lệ bột/nước = 1/5. Lúc này cánh
khuấy được mở để tiến hành hòa tan khối bột. Ở hệ thống điều khiển thiết bị bật
quá trình tạo màng lần 1, bật van hút và tiến hành đổ bột Hyflo Supercel. Khi bột
tan hết tiến hành phủ bột lần 2 và bổ sung bằng bột Standard Supercel.

14


của trọng lực. Bia được dẫn xuống đáy chai do vậy giảm khả năng hấp thụ O2 vào bia.
c) Dập nút
15


Luận văn thạc sĩ

Nguyễn Huy Bảo

Kết thúc quá trình chiết, bia chai được xiết nắp. Thiết bị cho công đoạn này gắn
liền với thiết bị chiết chai. Nắp được giữ bởi nam châm và nhờ tác động của đầu xiết
các rang của nắp chai được ép sát vào miệng chai và khi đó đầu xiết được nâng lên để
chai qua công đoạn tiếp theo.
d) Thanh trùng
Thanh trùng là công đoạn cuối cùng cho phần lớp các quy trình chế biến. Thanh
trùng có nhiệm vụ là tiêu diệt tế bào vi sinh vật, ổn định chất lượng của sản phẩm, tăng
thời gian bảo quản thông qua xử lý nhiệt. Nhiệt độ thanh trùng cho bia là 65oC trong 40
– 45 phút.
Công đoạn thanh tùng diễn ra như sau: bia sau khi dập nắp được chuyển đến vòi
phun để làm sạch bia trên chai rồi đưa qua thiết bị thanh trùng. Bia lạnh được đưa vào
khoang nâng nhiệt để lên đến nhiệt độ thanh trùng trong 10 phút sau đó qua khoang
nhiệt độ thanh trùng chính và bia ở giai đoạn này 20 phút và qua khoang họa nhiệt
bằng nhiệt độ chai đi vào. Thời gian lưu trong khoang hạ nhiệt là 10 phút. Kết thúc quá
trình, bia chai theo băng tải vào bộ phận dán nhãn vào thân và cổ chai sau đó qua máy
xếp két và lưu kho hoặc xuất xường.
1.3.2. Tình hình tiêu thụ năng lựơng trong nhà máy bia
Năng lượng sử dụng trong nhà máy bia bao gồm các 3 dạng chính là điện, nhiệt
và lạnh, trong đó năng lượng nhiệt và lạnh được sử dụng ở nhiều quá trình và các công
đoạn khác nhau trong nhà máy bia. Theo dữ liệu của U.S. Environmental Protection
Agency (EPA) thì hệ thống làm lạnh, quá trình bao gói, và hệ thống nén khí sử dụng