Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men beer

Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men beer

TIỂU LUẬN

VI SINH THỰC PHẨM

Đề tài:

Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá

trình lên men beer

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2011

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ngành sản xuất beer 4

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ beer ở Việt Nam 4

1.4 Khái niệm về beer 5

1.4.1Nguyên liệu 5

1.4.2 Quy trình lên men beer 10

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN BEER 10

2.1 Nấm men: 10

2.1.1 Đặc điểm hình thái và cấu tạo 10

2.1.2 Thành phần hóa học 10

2.1.3 Nguồn cacbon của nấm men 10

2.1.4 Nguồn năng Lượng của nấm men 10

2.1.5 Những nấm men gây hại trong sản xuất beer 10

2.2 Vi khuẩn lactic 10

2.2.1 Đặc điểm 10

2.2.2 Nguồn C của vi khuẩn lactic 10

2.2.3 Nguồn năng lượng của vi khuẩn lactic 10

2.3 Vi khuẩn acetic 10

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN BEER 10

3.1 Tác động của vi sinh vật trong từng giai đoạn làm beer 10

3.1.1Quá trình nấu – đường hóa hay là quá trình chuẩn hóa dịch nha 10

2

3.1.2 Đun sôi dịch đường với hoa Houblon 10

3.1.3 Làm lạnh 10

3.1.4 Quá trình lên men 10

3.1.4.1 Giai đoạn lên men chính 10

3.1.4.2 Cơ sở lý thuyết 10

3.1.4.3 Các biến đổi xảy ra trong lên men chính 10

3.1.4.4 Các phương pháp lên men chính 10

3.1.4.5 Giai đoạn lên men phụ 10

3.1.5 Lọc và rửa bã 10

3.1.6 Thanh trùng 10

3.2 Sự xâm nhập của vi sinh vật trong một số giai đoạn ảnh hưởng đến chất lượng beer 10

3.2.1 Giai đoạn nấu 10

3.2.2 Giai đoạn lọc dich nha 10

3.2.3 Giai đoạn lên men 10

3.2.4 Giai đoạn tạo sản phẩm 10

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 10

CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Beer là loại đồ uống có cồn và gas Nó một trong những loại đồ uống lâu đờinhất mà loài người đã tạo ra Beer được sản xuất từ các loại nguyên liệu chính là malt,hoa houblon và nước Sau quá trình lên men sẽ cho ra một loại thức uống giàu dinhdưỡng, có hương thơm đặc trưng, độ rượu nhẹ, tính giải khát cao, vị đắng dịu và lớpbọt mịn với hàm lượng CO2 phù hợp Ngoài việc cung cấp một lượng lớn calori, ngườidùng nên uống beer thường xuyên với liều lượng thích hợp sẽ có lợi cho sức khỏe Nókích thích quá trình tiêu hóa, giúp ăn ngon miệng, giảm mệt mỏi Chính vì vậy, màngày nay beer đã trở thành một thức uống không thể thiếu trong cuộc sống

Với sự yêu thích và mong muốn được học hỏi, khám phá về vai trò của hệ visinh vật trong quá trình lên men beer nên chúng em chọn đề tài: “Ảnh hưởng của visinh vật trong quá trình lên men beer” để làm tiểu luận cho môn học này

1.2 Nguồn gốc của beer

Bia được cho là có nguồn gốc ở Lưỡng Hà, nơi người ta nói rằng tới 40% sảnlượng ngũ cốc tổng số đã được sử dụng cho mục đích này Bia đã trở thành thiết yếuđối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phương Tây cổ xưa, đặc biệt là

ở Lưỡng Hà Tại Lưỡng Hà, chứng cứ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000năm tuổi của người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng cáccần hút bằng sậy từ thùng công cộng

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ beer ở Việt Nam

Ở nước ta ngày nay, sản phẩm beer không chỉ phong phú về nhãn hiệu nhưSaiGon, Heneiken, Zorok, Tiger… mà còn đa dạng về chủng loại như beer tươi, beerhơi, beer ly… nhìn chung dù ở hình thức hay chủng loại nào thì mỗi loại beer đều gâynên sự chú ý khác nhau đối với người thưởng thức

4

Tuy đã hội nhập nhưng Đất nước ta vẫn còn là nước đang phát triển do đó tầnglớp công nhân, nhân viên và các tầng lớp trung bình vẫn chiếm đại đa số dân cư vì vậy

mà các nhãn hiệu beer chai, beer tươi sản xuất trong nước vẫn có điều kiện đứng vững

và ngày càng khẳng định vị thế Ngoài tác dụng góp vui mang lại sự thoải mái, sảngkhoái cho người sử dụng thì đây còn là dòng sản phẩm có giá cả rất hợp lý, phải chăngvới người lao động cũng như tầng lớp công nhân

1.4 Khái niệm về beer

Nói một cách tổng thể beer là một loại nước uống thu được từ quá trình lênmen của đường trong môi trường lỏng, có độ cồn thấp (3-8%) và không qua chưng cấtsau khi lên men

1.4.1 Nguyên liệu

1.4.1.1 Malt

Là nguyên liệu chính, quyết định chất lượng và

tạo hương vị đặc trưng cho beer Mặc dù các loại ngũ cốc

khác đôi khi được sử dụng như lúa mì trong các loại bia

như Berliner Weisse và các loại bia Gueuze-Lambic của

Bỉ là trường hợp ngoại lệ đáng chú ý Châu Phi có một số

loại bia truyền thống sản xuất từ ngũ cốc địa phương như

lúa miến hoặc kê và một số được sản xuất trên quy mô công nghiệp lớn

Malt đại mạch rất giàu dinh dưỡng, chứa khoảng 16 – 18% các chất có phân tửlượng nhỏ, dễ hòa tan chủ yếu là đường đơn giản, dextrin bậc các acid amin, khoáng,vitamin và đặc biệt là hệ enzymee phong phú: amylase, protease, … Các enzymee này

là tác nhân chủ yếu thủy phân tinh bột, protein cao phân tử trong nội nhũ của các hạtthành các phân tử nhỏ hơn dễ hòa tan vào nước và tạo thành dịch chiết của dịch đường.

Lý do để người ta sử dụng malt làm nguyên liệu chính là trong cấu tạo của vỏmalt khi nghiền không bị nát nhiều thì nó sẽ tạo thành lớp lọc rất hiệu quả, hỗ trợ tốtcho quá trình lọc Vì vậy, không nên nghiền mịn mà cần bảo toàn nguyên vỏ bao nhiêucàng tốt bấy nhiêu Mặt khác nhiệt độ của tinh bột trong malt thấp hơn so với các loạingũ cốc khác (52-590C), và điều này cho phép tinh bột được gelatinized hòa tan, ởnhiệt độ này sẽ không vô hiệu hóa các enzymee thủy phân tinh bột Một lý do khácnữa đó là trong malt chứa một hệ enzymee phong phú amylase, protease…rất cần thiếtcho việc chuyển đổi nhanh chóng của tinh bột và dextrin

1.4.1.2 Hoa Hublon

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản sau malt đại mạch, giúp cho beer có vịđắng, dịu và hương thơm đặc trưng, có khả năng giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổnđịnh thành phần sinh học của sản phẩm

Hoa houblon cũng được thêm vào trong quá

trình sôi Đây là những tế bào hình nón, các hop nhựa có

chứa các alpha - acid, chẳng hạn như humulone và

cohumulone mà chỉ có một phần hòa tan trong dịch nha

Trong quá trình đun sôi, các alpha – humulone bị đôn

phân hóa thành isomerizes và isohumulones được hòa

tan nhiều hơn và nhiều vị đắng hơn là alpha acid Mặc

dù nhựa hop có một số tính kháng khuẩn, thêm một phần

nhỏ nhằm đảm bảo sự ổn định của vi khuẩn, như vi khuẩn gây hư hỏng beerlactobacillus

6

Hình: Isomerization của hops alpha và beta - acid

< 155

8

1.4.1.4 Nước

Nước có vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất beer Nước được dùngtrong quá trình nấu, quá trình pha loãng dung dịch đường để lên men, dùng để vệ sinhthiết bị, đường ống, cung cấp nhiệt lượng Đặc biệt, nước còn là thành phần chiếm hàmlượng lớn trong beer (77 – 90%) Vì vậy, nước cũng là một nguyên liệu chính trong sảnxuất beer

1.4.1.5 Các chất phụ gia

Trong sản xuất beer, ngoài các nguyên liệu chính còn phải kể đến nhiềunguyên liệu phụ như: NaOH, acid (HCl, acid lactic, H2SO4 ), một số muối (NaCl,CaCl2, Na2CO3, ) vai trò rất quan trọng Các nguyên liệu này có thể kể đến là các hóachất sử dụng trong công nghệ tẩy rửa, hay các chất sử dụng để tăng hiệu quả của cáccông đoạn sản xuất như bột trợ lọc, các chất ổn định, chất tạo màu,

Ngoài ra người ta còn bổ sung thêm một số chế phẩm enzyme từ vi sinh vậttrong công nghiệp beer như:

α – amylaza từ vi khuẩn, từ nấm mốc dung trong quá trình làm loãng bột nấu

Các chế phẩm enzyme chuyển dextrin trung gian thành dextrin cuối có thể lênmen để tăng hiệu suất lên men và beer thành phẩm dễ lọc, có độ bền cao hơn

Termamyl 120L

Chế phẩm enzyme α – amylaza, chịu nhiệt, pH trung tính ở dạng lỏng, hoạttính 120 kilonovo, được sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus licheniformis trongphân tử có ion Ca2+ Enzyme này thủy phân tinh bột ở mối α – 1,4 glucozit trong pẩn

tử amyloza và amylopectin Nhờ vậy tinh bột sẽ nhanh chóng bị phân giải thànhdextrintan trong nước

Dùng trong nấu beer ở khâu dịch hóa các loại bột không phải là malt ở 95 –1050C với liều lượng enzyme là 0,05 – 0,1% so với lượng bột Chế phẩm enzyme nàyhoạt động ổn định ở nhiệt độ trên nếu trong dịch chế phẩm có một lượng 50 – 70 ppmCa2+.

Dùng enzyme có thể thay phần bột malt lót khi dịch hóa và có thể tăng tỉ lệ bộtkhông hải malt trong công thức nấu, thời gian nấu ngắn hơn

Finizym 200L

Chế phẩm enzyme β – glucan được sản xuất từ chủng nấm mốc Asp.nigertheo phương pháp lên men chìm Enzyme này thủy phân ở mối β – 1,3 và β - 1,4 –glucan thành oligosaccarid và những phần nhỏ của disaccarid Finizym dung trong lênmen là ủ chín beer để hạn chể hiện tượng khó lọc do β – glucan

1.4.2 Quy trình lên men beer

Sơ đồ lên men beer

Lọc

Thanh trùng pasteur Điều kiện

Tùy thuộc vào sản phẩm, beer có thể lên men từ có thể phải chịu một loạt cácquy trình hạ lưu Nó có thể được đưa xuống thùng nơi đường mồi được thêm vào đểkích thích quá trình lên men thứ cần thiết trong thùng beer lạnh hoặc nó có thể đượclọc trước khi thanh trùng và kegging Các loại beer đóng chai đóng hộp thường trải quamột sự kết hợp của lọc và ly tâm trước khi đóng gói và thanh trùng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN BEER

2.1 Nấm men:

2.1.1. Đặc điểm hình thái và cấu tạo

a Đặc điểm hình thái, kích thước

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào

Tế bào nấm men hình trứng (men beer),

hình elip (men rượu vang), hình cầu, hình gậy,

hình quả chanh,

Hình thái của nấm men thay đổi phụ

thuộc tùy loại nấm men, điệu kiện nuôi cấy, tuổi

của ống giống

Kích thước tế bào nấm men thay đổi rất

nhiều, phụ thuộc giống, loài

+ Nấm men chìm (lager ): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứngriêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng chủ yếu là hình cầu

+ Nấm men nổi (ale ): tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dínhlại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovanvới kích thước 7-10 micromet

b Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm:

Là khả năng lên men các loại đường trisaccarid, ví dụ raffinoza Trong nấmmen chìm có enzyme có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm mennổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza

Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào

tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi

Beer nhẹ và beer nặng là hai loại beer chính được lên men bởi các chủng tươngứng là S.uvarum và S.cereviciae

12

Sự khác nhau về công nghệ lên men:

Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lênmen Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong vào cuối quá trình lên men chính, trongkhi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính

Nấm men chìm còn chia ra hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó:nấm men bụi và nấm men bông

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm cóthể lên men ở 4-120C, nấm men nổi là 14-250C

Theo công nghệ sản xuất beer truyền thống, nấm men chìm thường lên men ởnhiệt độ 7-150C Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị Cònlên men nổi thực hiện ở điều kiện nhiệt độ từ 18- 220C, cuối quá trình lên men thì các

tế bào nấm men kết thành chùm và bị hấp thụ vào các bọt khí CO2 rồi nổi lên bề mặtdịch lên men Như vậy đối với sản xuất beer bằng phương pháp lên men nổi, nấm menđược tách khỏi beer bằng cách hớt bọt, còn ở lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết

bị lên men

Loại nấm men này có khả năng hấp thụ các loại dinh dưỡng trong môi trườngnước mạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất Nitơ (các acid amin, peptid),vitamin và cac nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau đó hàng loạt các phản ứngsinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thànhnhững dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được hìnhthành

Phần nước nằm bên ngoài tế bào là phần nước nằm trong khoảng trống giữa tếbào và nước nằm bên trong tế bào (nội bào) là phần nước nằm bên trong tế bào chấtcủa tế bào Lượng nước khác nhau tuỳ thuộc vào chủng nấm men, kỹ thuật nuôi vàphương pháp thu tế bào Ví dụ: khi nuôi trong môi trường NaCl thì lượng nước trong tếbào giảm

2.1.2 Thành phần hóa học

Thành phần hoá học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tuỳ thuộcvào điều kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong môi trườngnuôi cấy và tình trạng sinh lý của tế bào

- Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-75% còn lại là chất khô

- Nước: bao gồm

Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có Nitơkhác chiếm 50%, chất béo 1.6%, hydrat cacbon 33.2%, mô tế bào 7.6%, tro7.6%.Thành phần của những chất này không cố định, nó có thể thay đổi trong quá trìnhnuôi cấy cũng như quá trình lên men

Hydrat cacbon gồm: polysaccharic, glycogen, trehalose (12-12.5%), mannan(18.7-24.9%), glucan (9.47-10.96%) và chitin Những nghiên cứu động học về sự biếnđổi hydrat cacbon trong quá trình bảo quản nấm men cho thấy là glucan, mannan và

14

dạng glycogen tan trong kiềm và acid clohydric là yếu tố cấu trúc của tế bào, trong khitrehalose và glycogen tan trong acid acetic, là chất tạo năng lượng chính cho tế bào Hàm lượng trehalose trong nấm men có liên quan đến tính bền vững của nó: lượngtrehalose càng cao nấm men càng bền.

Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, photpho lipit, sterol tự do vànhiều sterol, este

Tro chiếm 6,5-12% lượng chất khô trong nấm men, có thành phần như sau vàdao động tùy theo môi trường nuôi cấy

Ngoài ra nấm men còn có vitamin B2, B3, B5, B6, D và những chất có vitaminkhác không được tiết ra ngòai dưới dạng tinh thể

Như vậy hàm lượng đáng chú ý của nấm men là prôtêin và nguồn vitaminnhóm B

2.1.3 Nguồn cacbon của nấm men

Là các hợp chất hữu cơ, CO2

2.1.4 Nguồn năng Lượng của nấm men

Hóa năng: năng lượng là từ quá trình trao đổi chất của chất nguyên sinh của 1

b Saccharomyces validus

Có khả năng tạo bào tử ở 250C trong khoảng thời gian 28 giờ, là nguyên nhângây đục bai, thường gặp đi lẫn với nấm men chìm, nhưng tính chất cúa chúng gần vớinấm men nổi hơn Hình dạng hơi giống với Saccharomyces intermedium, song chúng

có vẻ mập hơn

c Torula

Đây là nhóm nấm men dại khá gần với nấm men thuộc nhóm Saccharomyces.Khả năng tạo bào tử của torula yếu, sinh sản chủ yếu cũng bằng cách nảy chồi, hiếu khítùy tiện và khả năng tạo etanol tối đa là 0,9%, nhưng tạo nhiều este, đặc biệt làacetatetyl Thường gặp chúng trong malt tươi, hoặc nền nhà hầm lên men, ở máy hạhiệt độ nhanh…Torula làm cho beer đục, có mùi vị lạ đồng thời cản trở quá trình lọcbeer

d Psedosaccharocharomyces apiculatus

Là giả nấm men, không tạo bào tử, có hình trái chanh, thường gặp cùng vớinấm men chìm do không có enzyme invectaza và maltaza nên không lên men đượcsaccaroza và maltoza

f Pichia, Candida mycoderma, Hansenula

Phát triển nhanh chóng dưới sự có mặt của oxy

Tạo lớp váng trên bề mặt beer

g Brettanomyces

Rất chậm phát triển, nhưng nó tạo ra acid và gây ra mùi vị

2.2 Vi khuẩn lactic

2.2.1 Đặc điểm

Vi khuẩn lactic thường có dạng hình cầu,

hoặc hình ovan và hình que

16

Đường kính của các cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5um Các tế bào hình cầu xếpthành cặp hoặc chuỗi có chiều dài khác nhau Kích thước tế bào trực khuẩn lacticthường từ 1-8um

Vi khuẩn lactic là vi khuẩn gram dương

Phân loại vi khuẩn lactic được coi là chưa hoàn thiện Phần lớn các nhà phânloại chỉ theo hình dáng tế bào, thí dụ: cầu khuẩn xếp các giống Streptococcus vàLeuconostoc, còn trực khuẩn thành một giống Lactobacillus

Tất cả vi khuẩn lactic không chuyển động, không sinh bào tử, kị khí tùy tiện, vihiếu khí

Vi khuẩn lactic lên men được mono và disacaric, nhưng không phải tất cả visinh vật này đều sử dụng được bất kì loại disaccaric nào Một số bọn chúng không lênmen được sacaroza, số khác lại không sử dụng maltoza Các vi khuẩn lactic không lênmen được tinh bột và polysacaric

Các loài vi khuẩn lactic có độ bền với acid khác nhau Đa số các trực khuẩncủa lactic có đồng hình tạo thành acid cao

Vi khuẩn lactic chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn etylic,một số loài bền vững với NaCl

Các loại vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25-350C, cácloài ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40-450C, ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đốithấp(<=500C) khi gia nhiệt tới 60-800C hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút

Một số loại có khả năng tạo thành mang nhầy Một số khác lại có khả năng đốivới thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh hoặc làm thối rửa thực phẩm

2.2.2 Nguồn C của vi khuẩn lactic

Nguồn C là từ hợp chất hữu cơ thường là nhiều loại hydrat cacbon từ cácmonosaccarid (glucoza, fructoza, mantoza) cho đến các polysaccarid (tinh bột, dextrin)

2.2.3 Nguồn năng lượng của vi khuẩn lactic

Nguồn năng lượng của vi khuẩn lactic là ngoài các nhu cầu về nguồn cơ chấtchứa các nguyên tố như C, S, muối vô cơ mà còn các hợp chất acid amin, hoặc các hợp