- Các giai đoạn trong quá trình lên men bia: gồm 2 giai đoạn chính + Giai đoạn tăng sinh khối của nấm men: trong dịch đường có đầy đủ các chất dinh dưỡng và một lượng oxy vừa đủ cho nấm
Trang 1Bài 3: LÊN MEN BIA
1. Giới thiệu
1.1. Men bia
• Men bia
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Men bia sẽ chuyển hóa đường thu được từ hạt
ngũ cốc và tạo ra cồn và CO2
Men bia là loại nguyên liệu lấy từ các nhà máy
sản xuất bia Nó bao gồm chủ yếu là xác các loại vi
sinh vật khi lên men lúa mì tạo ra bia, (sau khi lên men
xong người ta lọc lấy dịch trong để sản xuất bia và
phần lắng xuống là xác các loại vi sinh – men bia) Ở
VN dùng chủ yếu là loại saccharomyces cerevisiae.
• Nấm men:
Nấm men có dạng hình cầu, oval, trứng, sinh sản bằng nảy chồi và sinh sản bằng bào tử Hiện nay có hai loại được sử dụng phổ biến là nấm men chìm và nấm men nổi
+ Lên men chìm: sử dụng chủng Sac.Carlbergensis, Sac.Uvanium…
+ Lên men bề mặt: sử dụng chủng Sac.Cerevisiae.
Ta sử dụng nấm men Sac.Carlsbergensis để sản xuất Loại này thích nghi với điều
kiện lên men ở nhiệt độ thấp và trong quá trình lên men kết lắng dưới đáy thùng
Yêu cầu đối với nấm men để sản xuất bia
- Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một chủng nấm men phù hợp có chất lượng tốt
- Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ, độ pH, thành phần môi trường
Trang 2- Mật độ gieo cấy nấm men ban đầu càng nhiều thì hàm lượng diaxetyl càng thấp, chất lượng bia càng tốt, nhưng mật độ gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng 70.106 tế bào/cm3 thì hiệu quả mang lại không được rõ nét
- Số tế bào trong 1m chiếm 100- 120 triệu
- Số tế bào nảy chồi chiếm 10- 15%
- Số tế bào chết không quá 5%
- pH = 4- 5
- Mức độ nhiễm khuẩn không quá 1 con trong kính trường có độ phóng đại 400 lần
1.2. Quá trình lên men
- Quá trình lên men là quá trình chuyển dung dịch đường thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ dưới tác dụng của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng Trong đó, quá trình quan trọng nhất là quá trình lên men rượu, ngoài ra trong dịch lên men còn diễn ra nhiều quá trình hóa sinh, sinh lý phức tạp khác Những quá trình này đóng vai trò rất quan trọng trong thành phần chất lượng bia
- Các giai đoạn trong quá trình lên men bia: gồm 2 giai đoạn chính
+ Giai đoạn tăng sinh khối của nấm men: trong dịch đường có đầy đủ các chất dinh dưỡng và một lượng oxy vừa đủ cho nấm men sử dụng để tăng sinh khối Lúc này tế bào nảy chồi và phát triển nhanh
+ Giai đoạn lên men: khi hết oxy nấm men bắt đầu biến đổi đường thành rượu etylic và CO2
- Đặc điểm quá trình lên men:
+ Là quá trình lên men đa mục tiêu Ngoài phản ứng quan trọng nhất là phản ứng tạo thành CO2 và C2H5OH còn phải thu nhận được hỗn hợp lên men gồm nhiều cấu tử với
tỷ lệ hài hòa, cân đối
+ Việc đánh giá chất lượng sản phẩm lên men không chỉ đánh giá dựa vào hàm lượng sản phẩm chính mà còn phải căn cứ vào tập hợp nhiều chỉ số khác Một tỷ lệ thích hợp về khối lượng các cấu tử trong dịch dường houblon hóa hóa cần phải tồn tại trong bia, để cùng với các chất tạo thành trong quá trình lên men và các quá trình sau đó tạo nên sự đặc thù riêng về hương, vị và nhiều tính chất khác của bia thành phẩm
1.3. Các phương pháp lên men
Trang 3Các phương pháp lên men cổ điển:
- Lên men chìm trong thiết bị hở
- Lên men nổi
- Lên men trong thiết bị kín (không phân biệt lên men chìm hay nổi)
Ưu điểm : bia có chất lượng cao, mùi vị hài hòa
Nhược điểm: chu kì lên men (chính và phụ) quá dài
Các phương pháp lên men hiện đại:
- Phương pháp gia tốc lên men dịch đường trong các thiết bị thân hình trụ - đáy
- Sản xuất bia theo công nghệ lên men một pha trong các thiết bị kích thước lớn
- Lên men theo phương pháp bán liên tục và liên tục
Ưu điểm : rút ngắn được 50 – 70 % chu kì lên men, tăng năng suất, chất lượng bia tiệm cận với phương pháp cổ điển
Nhược điểm: chất lượng bia không bằng chất lượng bia lên men bằng phương pháp
cổ điển
Vì phòng thực hành không có các thiết bị cho phương pháp hiện đại và chỉ sản xuất ra số lượng ít nên ta sử dụng phương pháp lên men cổ điển (lên men trong thiết bị kín)
2. Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị
A Hóa chất
B Dụng cụ
lượng
Ghi chú
C Thiết bị
Trang 41 Kính hiển vi Cái 4 Dùng chung
3. Cách thực hiện
Bước 1: Xác định mật độ tế bào nấm men
Mục đích
Xác định mật độ nấm men có trong bình giống để tính thể tích giống cần thiết cho quá trình lên men
Cách tiến hành
- Chuẩn bị 4 ống nghiệm, pha loãng mẫu trong bình giống đến nồng độ 10
Nhỏ một giọt trong ống nghiệm có độ pha loãng 10-4 vào buồng đếm và quan sát
dưới kính hiển vi: + Đếm số
bình men giống bằng cách đếm
bào nấm men trong 5 vùng
3
+ Xác định mật độ nấm men trong 1ml mẫu ban đầu theo công thức
N = (tế bào/ml) Trong đó: - A: số tế bào trung bình đếm được trong 1 vùng
- hệ số pha loãng
Trang 5- V: thể tích của 1 vùng Nhóm không đếm được mật độ nấm men, nên đã cho men giống cho vào dịch bia với thể tích chiếm 1,5% thể tích dịch bia
Bước 2: Thực hiện lên men
Mục đích
Quá trình lên men nhằm chuyển hóa đường trong dịch nha thành ethanol, carbondioxide cùng với các sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men
Cách tiến hành
- Sau khi nấu houblon xong ta tiến hành lọc bã, để nguội đến khoảng 380C rồi cho dịch men giống vào nồi, dịch men giống chiếm khoảng 1,5% thể tích dịch lọc
- Sau đó dùng cốc chuyển vào chai đựng đem cho lên men chính ở t nhiệt độ từ 8-120C
- Sau khi kết thúc quá trình lên men chính, thực hiện quá trình lên men phụ ở nhiệt độ
1-20C
Các quá trình lên men
• Quá trình lên men chính
Là quá trình chuyển hóa các chất đường và destrin thấp phân tử trong quá trình lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ tác dụng của nấm men
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Các sản phẩm phụ (các este, các acid hữu cơ, rượu bậc cao, andehyde, glycerin,…)
đi vào thành phần hòa tan của dịch lên men
Một số thành phần hòa tan kết tủa và lắng đều xuống cùng với sinh khối của nấm men
Sau khi cấy giống vào nước nha ta bắt đầu tính thời gian lên men
• Quá trình lên men phụ
Ở quá trình này phần chất khô còn sót lại sau lên men chính tiếp tục được lên men, ngoài ra còn xảy ra quá trình bão hòa CO2 và tăng cường mùi vị cho bia, thực hiện quá trình ủ chín của bia (ổn định chất lượng bia), làm trong bia Đưa bia về nhiệt nhiệt độ thấp để hạn chế sự xâm nhập và phá hủy của vi sinh vật
Trang 6Thời gian lên men phụ từ 15 – 35 ngày
Hiện hượng và giải thích quà trình lên men
1-2 ngày đầu Xung quanh chai xuất hiện một vành
bọt và tạo màn bọt trên mặt dịch đường
Nấm men nẩy chồi và phát triển mạnh
Ngày thứ 3 – 5 Lớp bọt dềnh cao đến mức cực đại, bọt
trắng mịn, có một lớp cặn mỏng phía đáy chai
Tế bào nấm men phát triển cực đại, tốc độ lên men bắt đầu mạnh lên, có kết tủa protein lắng dưới đáy chai Ngày 6-7 Kích thước của bọt to và bắt đầu xẹp
dần, lớp cặn dày hơn
Tốc độ lên men đạt cực đại,
có kết tủa protein lắng ở đáy chai
Ngày 8-9 Bọt tan, chỉ còn 1 vành bọt bám ở
thành chai và ở giữa có một lớp bọt mỏng, tạo thành lớp cặn dày khoảng 1 cm
Tốc độ lên men giảm,có kết tủa protein và tế bào nấm men lắng ở đáy chai
Các yếu tố ảnh hưởng
- Tỷ lệ giống cấy
Trong quá trình lên men chính, nếu tỷ lệ giống cấy quá thấp thì khả năng nảy chồi và thời gian đạt được tỷ lệ nấm men theo yêu cầu là quá dài, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển và trao đổi chất của nấm men từ đó ảnh hưởng tới hiệu quả lên men và chất lượng thành phẩm
Nếu tỷ lệ giống cấy quá cao dẫn tới tỷ lệ nảy chồi và tốc độ sinh trưởng tương đối thấp do sự cạnh tranh về dinh dưỡng nhưng tốc độ lên men lớn Tuy nhiên trong trường hợp này cũng cho bia có chất lượng không tốt vì thời gian lên men ngắn, sản phẩm trao đổi bậc 2 do tế bào nấm men sinh ra cũng thấp và sự hình thành lên những ester cũng thấp
Do đó trong sản xuất bia tùy theo từng loại chủng men và đời men mà lựa chọn
tỷ lệ cấy giống men thích hợp
- Nhiệt độ và thời gian lên men
Trang 7Nhiệt độ và thời gian lên men là 2 yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc
độ lên men và từ đó ảnh hưởng tới chất lượng thành phẩm
Đối với men mới nhiệt độ lên men luôn giữ ở 150C; qua đời 2 là 120C ; qua đời 3
là 90C ; từ đời 4 tới đời 8 luôn giữ ổn định là 80C
Thời gian lên men 7 đến 10 ngày còn tùy thuộc vào nhiệt độ và pH lên men
- pH dịch lên men
pH ảnh hưởng quan trọng đến hệ enzym nấm men, do đó phải theo dõi pH để theo dõi hoạt động trao đổi chất của nấm men pH của dịch nha trước khi lên men là từ 5,2 ÷ 5,6 và kết thúc quá trình lên men là 4,4 ÷ 4,5
- Ảnh hưởng bởi oxy
Oxy là yếu tố rất cần thiết cho nấm men sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men Thực chất đây là giai đoạn lên men hiếu khí nhằm tăng sinh khối nấm men Sự sinh tổng hợp một lượng lớn enzym nấm men là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới cường độ lên men
- Áp suất bề mặt
Áp suất bề mặt của dich lên men ảnh hưởng trực tiếp tới mức độ bão hòa CO2
trong bia, tuy nhiên hợp chất này là yếu tố ức chế quá trình lên men do đó áp suất luôn giữ ổn dịnh ở áp suất 0,5atm và có bộ phận giảm áp suất do CO2 sinh ra làm tăng áp suất
bề mặt dịch lên men
- Nồng độ sản phẩm lên men
Sản phẩm chính của quá trình lên men là ethanol và khí CO2 Đây là những hợp chất ức chế các hoạt động sống của tế bào nấm men Ở nồng độ thấp dưới 2% các hoạt động sống của nấm men vẫn xảy ra bình thường nhưng khi vượt quá 2% thì khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm dần và khi nồng độ ethanol vượt quá 5% thì khả năng nảy chồi của nấm men chấm dứt hoàn toàn nhưng quá trình lên men vẫn tiếp tục xảy ra Còn nếu nồng độ ethanol vượt quá 12% quá trình lên men bị đình chỉ hoàn toàn
Yêu cầu công đoạn
Trang 8- Cần phải giữ nhiệt độ lên men phù hợp và ổn định.
- Cho lượng men giống vào đủ và tránh để nhiễm vi sinh vật
- Sau quá trình lên men kết thúc bia có màu và mùi thơm đặc trưng
4. Trả lời câu hỏi
1. Trình bày ý nghĩa của việc lên men trong công nghệ sản xuất bia
Trong quá trình lên men, nấm men thông qua con đường trao đổi chất và năng lượng trong các điều kiện kĩ thuật thích hợp để chuyển các gluxit phân tử lượng thấp (các đường, dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ:
C6 H12O6 → C2H5OH + CO2 + Q Đồng thời có các quá trình sinh hóa xảy ra do sự xúc tác sinh học của các enzyme được hình thành trong quá trình lên men, một số sản phẩm phụ cũng được hình thành như các axit hữu cơ, rượu bậc cao, glyxerin
α-glucosidaza
Glucoza
Tất cả những biến đổi này đã dẫn đến sự thay đổi về chất và lượng của các chất hòa tan có trong dịch đường lên men và biến dịch đường thành bia
2. Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình lên men bia
Trang 9- Nấm men: Ảnh hưởng đến thông số của quá trình công nghệ và hương vị của sản phẩm
cuối cùng do khả năng kết bông, lắng và khả năng sinh trưởng của nấm men vì vậy chủng nấm men được lựa chọn phải có tính ổn định các đặc trưng trên
- Nhiệt độ lên men: nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng khá
mạnh đến quá trình lên men, nhiệt độ lên men càng cao (khoảng 10-250 C) thì cường độ lên men càng nhanh và lượng este, diaxetyl hình thành càng tăng
- Áp suất: áp suất bề mặt của dịch lên men ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình công
nghệ Nó xác đinh mức độ bão hòa CO2 ở trong bia, mà hợp chất này lại là nhân tố ức chế quá trình lên men Áp suất lên men còn ảnh hưởng đến lượng sinh khối tạo thành Khi quá trình lên men bước sang thời kì gần kết thúc thì việc tăng áp suất sẽ không gây ảnh hưởng đến sự hoạt động của nấm men và tiến trình lên men Ngược lại nó hạn chế được quá trình oxi hóa, và làm tăng độ bền của bia
- Nồng độ của sản phẩm lên men: Sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu C2H5OH
và khí CO2 Khi những hợp chất này được tích tụ đến nồng độ nhất định trong dịch lên men thì các hoạt động sống của tế bào nấm men bắt đầu bị ức chế