Kỹ thuật lên men bia

* Đặc điểm hình thái• Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào • Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces • Có hai dạng là nấm men nổi và nấm men chìm • Nấ

LÊN MEN BIA

Chương 1 • Vi sinh vật trong lên men bia

Chương 3 • Thiết bị và kĩ thuật lên men

Nấm men

• Nấm men chúng phân bố rộng rãi trong thiên

nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất

trồng nho và các nơi trồng hoa quả.

• Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường Các giống men bia cụ thể được lựa chọn

để sản xuất các loại bia khác nhau, nhưng có hai giống chính là

+ men ale(Saccharomyce cerevisiae)

+ men lager (Saccharomyces carlsbergensis),

với nhiều giống khác nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất

• Men bia sẽ chuyển hóa đường thu được từ

hạt ngũ cốc và tạo ra cồn, cacbon đioxit (CO2)

• Trung bình, hàm lượng cồn trong bia là

khoảng 4 – 6% rượu theo thể tích, mặc dù nó

có thể thấp tới 2% và cao tới 14% trong một

số trường hợp nào đó Một số nhà sản xuất bia còn đưa ra loại bia chứa tới 20% cồn

* Đặc điểm hình thái

• Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào

• Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng

thuộc giống Saccharomyces

• Có hai dạng là nấm men nổi và nấm men chìm

• Nấm men lên men nổi là Sacchromyces

cerevisiae dùng trong sản xuất bia ale

• Nấm men lên men chìm tên là Sacchromyces

carlsbergensis, lên men ở nhiệt độ thấp dùng trong

sản xuất bia lager

• Tên gọi nấm men nổi hay chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men.

• Nấm men nổi nổi lên trên bề mặt dịch trong

và cuối quá trình lên men chính

• Nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính

Đặc tính Nấm men nổi S.Cerevisiae

Loại bia: Ale

Nấm men chìm

S carlsbergensis Loại bia: Lager Nhiệt độ lên

men

14 – 25oC 4 – 12oC

Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn

(glucose, fructose), đường đôi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose).

Lên men tốt glucose, maltose, galactose, fructose, saccharose, mannose và cả raffinose.

* Cấu tạo

• Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay

hình trứng, có kích thước nhỏ từ 5-15 micromet, sinh sản bằng cách nảy chồi hay bào tử.

• Thành tế bào độ bền chắc cao

• Thành tế bào có vai trò quan trọng trong việc xác định nấm men nổi lên bề mặt hay chìm xuống trong quá trình lên men dịch đường Thành tế bào của nấm men lên men nổi kỵ nước hơn tế bào nấm men chìm

• Màng tế bào chất

• Tế bào chất

* Các tiêu chí lựa chọn nấm men

• Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiên nhiệt đô thấp với dịch đường malt.

• Khả năng kết lắng đối với những loài lên men chìm

• Hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành của quá trình lên men

• Tính ổn định trong sản xuất

• Tạo hương vị và chất lượng sản phẩm đặc trưng.

* Nhân giống nấm men trong sản xuất

• Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn nuôi cấy trong

phòng thí nghiệm Giai đoạn nuôi cấy trong sản xuất

Nhân giống trong phòng thí nghiệm

• Giống được nuôi cấy trên ống nghiệm thạch

nghiêng rồi cấy chuyền vào ống nghiệm 20ml chứa 10ml môi trường nuôi cấy vô trùng Tiến hành nuôi ở 28-32C trong vòng 16-20h Sau

khoảng thời gian này thì ta lần lượt cấy vào các bình tam giác và trong thiết bị lớn hơn, tỷ lệ

giống chuyển cấp là 1:10 cho đến khi được 100l thì chuyển sang giai đoạn nhân giống chế độ

phân xưởng.

Nhân giống trong phân xưởng

• Tiến hành nhân giống trong thiết bị nuôi cấy cũng ở nhiệt độ và thời gian như trên, sau đó

ta tiếp tục nhân giống vào những thiết bị lớn hơn với tỷ lệ mỗi cấp chuyển giống là 1:10

* Vai trò của nấm men

• Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia.

• Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa dịch đường thành rượu (C2H5OH) và sinh ra khí CO2 là thành phần chính của bia, tạo ra các mùi vị đặc trưng cho sản phẩm, tùy vào loại nấm men mà tạo ra các mùi vị khác nhau.

• Đường + Nitơ amine tự do + Nấm men + Oxy →

Ethanol + CO2 + Nấm men

 Nhờ tác động của các enzyme trong nấm men

chuyển các chất có trong dịch đường huoblon hóa,một lượng lớn cơ chất chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp thành rượu, CO2

C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2 + Q

 Đồng thời còn tạo ra các sản phẩm phụ như: este,

rượu bậc cao, aldehyde, acid hữu cơ, glycerin hòa tan vào dịch lên men tạo thành bia non

 Lên men phụ là tiếp tục lên men phần đường còn lại

sau lên men chính, bão hòa CO2 cho bia và tăng cường mùi vị cho bia.

Mục đích của lên men bia

Hệ enzyme xúc tác cho quá trình

Aldolaza: phản ứng thuận nghịch bẽ gãy phân

tử fructozo-1,6-diphosphat thành phosphodioxyaxeton và

Enolaza quá trình dehydrat hóa thuận nghịch

của axit 2-phosphoglyxerinic thành axit 2-phosphoenolpiruvic

Cacboxylaza phản ứng decacboxyl của axit piruvic

để tạo thành axetaldehid và CO2

GĐ đầu ( sau một ngày)

Gđ 2( 1-2 ngày)

Giai đoạn

3 : tăng trưởng

GĐ 4( 2-3 ngày cuối)

Giai đoạn 5: Bình ổn

Các giai đoạn trong quá trình lên men

Các giai đoạn trong quá trình lên men

Giai đoạn đầu ( sau một ngày) :

Nấm men trải qua một giai đoạn thích nghi Cần cung cấp oxi nhất định cho nấm men hấp thu.

Giai đoạn 2( 1-2 ngày) :

Quá trình sinh sản và trưởng thành theo sự phân chia tế bào Dấu hiệu lên men có thể nhìn thấy thông qua các hạt bọt khí CO2, một lớp bọt vàng nổi lên trên bề mặt dịch đường Các

tế bào men ăn đường dự trữ dưới dạng glycogen để dùng sau

đó, hàm lượng các chất hòa tan giảm 2-2.5%, nhiệt độ tăng 1-1.5oC.

Giai đoạn 3 :

Là giai đoạn tăng trưởng rất nhanh Dấu hiệu lên men nhận biết rõ qua lượng CO2 tăng dần, cứ 90-180 phút một thế hệ mới được sinh ra

Bọt dầy với kích thước lớn bắt đầu ngả xám, cuối giai đoạn này bọt bắt đầu dẹp xuống.

Hàm lượng chất tan giảm 2,5-3%

Nhiệt độ có chiều hướng tăng mạnh Rượu chưa được tạo ra.

Các giai đoạn trong quá trình lên men

Giai đoạn 4( 2-3 ngày cuối):

 Các tế bào sinh trưởng chậm lại, nấm men lên men giải

phóng nhiều lượng CO2 giải phóng ào ạt , sử dụng lượng đường đã ăn để cho ra phần rượu

 Hàm lượng chất hòa tan giảm 0.8- 1% còn nhiệt độ giảm

3-4oC Đồng thời trong quá trình đó màng tế bào trao đổi chất hình thành sản phẩm phụ Rượu được tạo ra và pH giảm từ vào khoảng 4,5-4,8.

Các giai đoạn trong quá trình lên men

Giai đoạn 5: giai đoạn ổn định

Để yên sau vài ba ngày, phần lớn chất được kết tụ lắng từ từ xuống đáy bình chứa

Bia bớt đục, không còn thấy nhiều bọt khí phóng

ra từ đáy lên , các tế bào sinh trưởng vẫn lơ lửng, trở nên yếu ớt trong dịch bia non

Nếu thời gian này để trong không khí, tiếp xúc với oxy, bia sẽ nhiễm khuẩn Do vậy bia phải để trong thùng kín

Các giai đoạn trong quá trình lên men

Diacetyl

 Diacetyl còn gây cảm giác đau đầu khi có mặt trong bia với

nồng độ lớn Do diacetyl là chất độc gây kìm hãm sự trao đổi chất, có ảnh hưởng đến sự sinh sản, độ lắng, độ đục, độ trong làm cho men tạo ra mùi vị lạ, gây đau đầu, khó chịu cho người tiêu dùng.

 Rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng bia có hàm

lượng diacetyl cao bao gồm: Quy trình công nghệ chưa phù hợp, nguyên liệu, chủng nấm men

 Hàm lượng diacetyl trong bia không được quá 0.2mg/l.

Diacetyl là sản phẩm phụ của quá trình tạo

valin-alpha-acetolactate hợp chất trung gian của quá trình được chuyển hoá thành diacetyl

• Tăng hiệu quả của quá trình lên men bia

• Giảm thời gian lên men phụ

Đặc tính

• hòa tan trong nước, an toàn khi sử dụng trực tiếp

• pH sử dụng tối ưu : 6-6.5 nhiệt độ sử dụng tối ưu là 35-45oC.

Maturex L

Tác dụng rút ngắn thời gian phụ, giảm hàm lượng diacetyl tạo thành trong quá trình lên men chính

Các nguyên liệu thêm vào trong dịch chuẩn bị lên men.

Acid lactic Điều chỉnh pH dịch hèm trong

quá trình nấu và đường hóa

HNO3 Vệ sinh, tẩy rữa và xát trùng

H3pO4 Điều chỉnh pH cho nước và vệ

sinh tẩy rữa

Tên muối Yêu cầu kỹ thuật Tác dụng

CaSO4 Bổ sung vào nồi malt và nồi hoa để điều

chỉnh nước

Na2S Na2S> 63.5% Khử sắt, khử mùi tanh màu vàng của sắt

thường hòa Na2S thành dung dịch 15 độ Baume

ZnCL2 Cung cấp Zn cho sinh trưởng nấm men

CaCL2 Tinh khiết Bổ sung vào dịch đường hóa để bảo vệ

enzyme khỏi tác động nhiệt độ

• Chế phẩm enzyme

• Amyloglucosidase

• Tác dụng:

• Đảm bảo dịch thủy phân 100% liên kết A-1,6 glucosi trong tinh bột

• Hạn chế rủi ro tinh bột suy thoái hình thành

• protease( papain, pepsin)

• Tác dụng:

• Làm tăng hàm lượng amino acid tự do cần thiết cho quá trình lên men của nấm men trong dịch hèm.

• Cải thiên hiệu suất lên men và chất lượng cuối cùng của bia

• Cải thiện quá trình thủy phân protein từ các nguyên liệu casein , đỗ tương, lúa mỳ

• Làm giảm độ nhớ của dịch hèm, cải thiện tốc độ ọc.

Chất lượng của nấm men sản xuất

Lượng nấm men cấy vào ban đầu

Nồng độ chất tan của dịch đường houblon hóa

Nhiệt độ của dịch lên men

Hàm lượng oxy và thế oxy hóa khử

Nồng độ của sản phẩm lên men

Các yếu tố ảnh hưởng

Chất lượng của nấm men sản xuất

• Có tốc độ sinh trưởng và phát triển vừa phải.

• Có khả năng lên men nhanh chóng nhiều loại đường khác nhau.

• Có khả năng kết tụ tốt vào cuối thời kì lên men chính.

• Có khả năng giữ được các đặc tính sinh lý, sinh hóa qua nhiều thế hệ.

• Có khả năng chống chọi tốt với các điều kiện bất lợi của môi trường.

• Cho bia có hương vị tốt, hình thành ít các sản phẩm phụ không mong muốn, nhất là diacetyl.

Lượng nấm men cấy vào ban đầu

Lượng nấm men cấy vào ban đầu liên quan mật thiết đến tiến trình lên men qua các chỉ số sau:

• Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa các quần thể nấm men với môi trường lên men (cơ chất)

• Lượng tế bào nảy chồi

• Thời gian lên men

• Hàm lượng các sản phẩm phụ tạo thành và tỉ số tương quan giữa chúng

Mật độ nấm men gieo

cấy

Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa các quần thể nấm men với môi trường lên men

Thời gian để thiết lập được thế cân bằng động giữa các quần thể nấm men với môi trường lên men

Mật độ nấm men gieo

cấy

Lượng nấm men cấy vào ban đầu

Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng động phụ thuộc vào lượng nấm men gieo cấy ban đầu

Mật độ tối đa của lượng nấm men gieo cấy ban đầu thường nằm trong khoảng từ 10 – 20.106 tế bào/cm3 nếu vượt qua ngưỡng 70.106 tế bào/ cm3 thì hiệu quả mang lại không được rõ nét

Nồng độ chất tan của dịch đường

houblon hóa

Nồng độ chất hòa tan trong dung dịch đường houblon hóa có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của nấm men và tốc độ lên men

Từ thực tế sản xuất đã chứng minh được rằng dịch đường hoa houblon hóa có nồng độ chất hòa tan 11-12% lên men tốt hơn các loại dịch đường có nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn

Nhiệt độ của dịch lên men:

Nhiệt độ của dịch lên men và môi trường xung quanh có ảnh hưởng khá mạnh đến quá trình lên men Nếu lên men ở nhiệt độ cao thì:

• Thời gian lên men nhanh.

• Mật độ tối đa đạt được cao hơn so với nhiệt độ thấp.

• Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm phụ tạo ra nhiều.

• Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết lại nhiều hơn và tốc độ suy giảm các đặc tính công nghệ cũng nhanh hơn.

• Kết quả cuối cùng nhận được là tỉ số giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm.

Mỗi loài nấm men đều có nhiệt độ thích hợp

cho sự phát triển và lên men Nấm men chìm

có thể lên men ở nhiệt độ 4-12oC, nấm men

nổi là 14-25oC

Hàm lượng oxy và thế oxy hóa khử

Ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh sản của nấm men và lượng sinh khối ở cùng điều kiện Là yếu tố tác động mạnh đến tốc độ suy giảm đặc tính công nghệ của nấm men.

Lượng oxy hòa tan trong dịch đường houblon hóa chỉ nên khống chế ở nồng độ 6,7-8mg/l.

- Mất khả năng nảy chồi.

- Vẫn tiếp tục quá

trình lên men

Quá trình lên men bị đình chỉ hoàn toàn

Nồng độ của sản phẩm lên men

<2%

>2%

>5%

>12%

Thiết bị và kỹ thuật thực hiện

Thiết bị lên men liên hợp (combitank):

• Thiết bị lên men đặc trưng cho công nghệ sản xuất bia theo phương pháp lên men gia tốc

• Được sử dụng phổ biến

Bồn lên men - bia Quảng

Chuẩn bị thiết bị

Nạp dịch lên men vào combitank lên men

Kỹ thuật lên men chính

Kỹ thuật lên men phụ

Điều chỉnh lên men phụ, tàng trữ

Vệ sinh, vô trùng combitank

Kỹ thuật thực hiện

Chuẩn bị thiết bị

• Kiểm tra các điều kiện đảm bảo an toàn cho thiết bị làm việc

• Trong trường hợp cần thiết phải vệ sinh,

vô trùng lại để đảm bảo đúng các chế độ

kỹ thuật và đưa thiết bị về trạng thái sẵn sàng làm việc

Nạp dịch lên men vào combitank lên

men

• Nạp liệu một lần

• Nạp liệu hai lần

Các cách nạp liệu khác

Kỹ thuật lên men chính

• T= 8-120C

• 5-7 ngày

• Kết thúc khi hàm lượng chất khô chỉ giảm 0,2%/ngày đêm và lớp bọt trên bề mặt

dịch (trong bình lên men) xẹp xuống và

ngã sang màu nâu xám

Kỹ thuật lên men phụ

• Điều chỉnh t0 xuống 1-20C theo lên men truyền thống hoặc lên men gia tốc.

ban đầu.

Kiểm tra chất lượng bia tươi của

combitank, thực hiện điều hòa chất lượng chung

Hạ nhiệt độ bia tươi xuống (-1)-00C

Lọc sơ bộ trên máy lọc bột diatomid hay

Rửa bằng nước sạch, 2-100C, hay