CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

PHÒNG SAU ĐẠI HỌC -@ -

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Những người thực hiện: Vũ Thị Ngọc

Nguyễn Hồng QuangPhạm Thị Thu PhươngNguyễn Thị Thanh Tâm

Lê Thị Tám

Hà Nội, 2011

Được sản xuất từ các nguyên liệu chính là đại mạch ươm mầm, hoa houblon và nước với một quy trình công nghệ khá đặc biệt, cho nên bia có tính chất cảm quan rất hấp dẫn đối với con người: hương thơm đặc trưng, vị đắng dịu, lớp bọt trắng mịn, với hàm lượng CO2 khá cao (4 – 5g/l) giúp con người giải khát một cách triệt để khi ta uống.

Để tạo ra được bia đạt chất lượng thu hút sự quan tâm của nhiều người thì quá trình sản xuất bia cần phải được thực hiện trên một quy trình hoàn thiện Chất lượng của bia được xem như là kết quả từ các quá trình hoạt động của nấm men trong giai đoạn lên men bia Sau đây là phần tìm hiểu thông tin chi tiết về công nghệ sản xuất bia nói chung cũng như quá trình lên men bia nói riêng

PHẦN NỘI DUNG

1 Nấm men trong sản xuất bia

1.1 Các chủng nấm men bia thường sử dụng

Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả Nhiều loài nấm men có khả năng lên men rượu Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào

lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein Ngoài ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men có hại, gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm.

Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào Sau

đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển

và lên men của nấm men được tiến hành

Dựa vào đặc tính công nghệ ta phân làm hai loại: nấm men nổi và nấm

men chìm, giữa chúng có sự khác nhau cơ bản sau:

- Về đặc tính hình thái:

Nấm men chìm: Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi Hình dạng chủ yếu là hình cầu.

Nấm men nổi: tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi thường dính lại

với nhau tạo thành như chuỗi các tế bào nấm men, hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan có kích thước là 7-10 Micromet

- Về đặc tính sinh lí:

Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza Trong nấm men chìm có enzym có

thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza.

Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm

Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi

- Về công nghệ lên men:

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

Nấm men chìm còn chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấm men kết bông Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị Còn loài nấm men nổi không có khả năng này

Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm men nổi

Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau Nấm men chìm có thể lên men 4 - 120C, nấm men nổi là 14 - 250C.

1.2 Chất lượng của nấm men sản xuất:

Để bảo đảm cho quá trình lên men được tiến triển bình thường và bia có chất lượng thì nấm men phải đủ các yêu cầu sau:

- 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 những điều kiện bất lợi của môi trường

- Cho bia có hương vị tốt, ít các sản phẩm phụ không mong muốn, nhất là diaxetyl

2 Quy trình công nghệ sản xuất bia

2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Sản xuất bia cần có 4 nguyên liệu chính, malt đại mạch , hublông, nước

và men Chất lượng của các nguyên liệu này có ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm Sự hiểu biết về đặc tính của nguyên liệu, ảnh hưởng của nguyên liệu đến quá trình sản xuất và sản phẩm là điều cơ bản để cho ra một sản phẩm hoàn hảo

a) Malt đại mạch

- Vai trò: Đại mạch là nguồn cung cấp các chất đường, chất đạm, các vitamins

và khoáng chất cần thiết cho nấm men bia hoạt động trong quá trình sản xuất bia

Để trích ly được các chất nêu trên, người ta phải tiến hành thủy phân tinh bột và các chất đạm có trong đại mạch thành các chất tan được (gọi là extract) trong quá trình mashing ở nhà nấu Chất xúc tác cho các quá trình thủy phân

là các enzymes

Muốn có đủ lượng enzymes cần thiết cho quá trình thủy phân, người ta phải tiến hành quá trình xử lý, ngâm đại mạch để cho chúng nảy mầm, còn gọi là quá trình malting Đại mạch sau quá trình malting được gọi là Malt

- Phân loại:

* Phân loại theo sự phân bố của hạt quanh cuống

- Loại hai nhánh: hạt lớn, thẳng, có vỏ hạt căng, mỏng, ít sần sùi, trong hạt có chứa nhiều các chất hữu ích, đồng thời do có vỏ mỏng nên sẽ sinh ra ít hợp chất polyphenol và chất đắng hơn các loại khác Hạt rất đồng đều và có hàm lượng chất chiết (extract) cao

- Loại 6 nhánh: hạt ghồ ghề, do 6 hạt mọc trên cùng một nhánh nên hạt không

có nhiều chỗ để hạt phát triển đầy đủ, cuống hạt mỏng hơn, hạt bị cong và xoắn ở phần đầu hạt (twisted grains) Đây là một trong những đặc điểm rất đặc trưng của đại mạch 6 nhánh, dùng để phân biệt với các loại khác

* Phân loại theo thời gian thu hoạch

- Winter barley: gieo hạt vào mùa Thu (giữa tháng 9) thu hoạch vào mùa đông

- Spring barley: gieo hạt vào mùa Xuân (tháng 3 và 4)

Do sản lượng thu hoạch lớn hơn (6 tấn/ha), thời gian từ khi gieo đến khi thu hoạch ngắn hơn, winter barley được sản xuất nhiều hơn Vì vậy, thông thường loại đại mạch này sẽ có giá thành rẻ hơn.

* Tổng hợp sự phân loại trên chúng ta có các loại đại mạch sau:

- Two-row spring barleys

- Two-row winter barleys

- Six-row spring barleys

- Six-row winter barleys

- Chủng loại (varieties)

Có rất nhiều chủng loại đại mạch khác nhau Tuy nhiên, không phải tất cả

chúng đều tốt cho sản xuất bia Để có được chất lượng malt tốt nhất (giàu extract nhất), người ta phải tiến hành quá trình tuyển chọn, sàng lọc ra chủng loại đại mạch thích hợp nhất với quá trình sản xuất ra loại bia đã lựa chọn Trong các chủng loại đại mạch, two-row spring là loại được ưu tiên sử dụng nhiều hơn cả bởi vì đã có nhiều nỗ lực một cách có hệ thống để duy trì, sàng lọc, nâng cao chất lượng của chúng trong sản xuất bia từ hơn một trăm năm qua

b) Hoa Hupblon

Một trong những nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất ra bia và tạo nên

hương vị đặc trưng của bia và để phân biệt bia với các đồ uống khác là hoa bia

hay hoa houblon.

Hoa houblon được con người biết đến và đưa vào sử dụng khoảng 3000 năm TCN, được xem là thành phần rất quan trọng và không thể thay thế được trong quy trình sản xuất bia, giúp mang lại hương thơm rất đặc trưng, làm tăng

khả năng tạo và giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.

Cây hoa bia được trồng bởi nông dân trên khắp thế giới với nhiều giống khác nhau, được trồng nhiều nhất bởi nông dân vùng Trung Âu và Bắc Mỹ vì

nó là loại thực vật rất ưa ẩm, rất thích hợp với vùng đất phù sa, đất mùn, đất cát pha với pH=7 Hoa bia được sử dụng trong sản xuất bia là chủ yếu (nên

ở Việt Nam ta mới gọi nó là hoa bia), có thể được đem dùng ở dạng tươi, nhưng để bảo quản được lâu và dễ vận chuyển, houblon phải sấy khô và chế biến để gia tăng thời gian bảo quản và sử dụng

* Các loại hoa houblon

- Hoa houblon cực kì thơm

- Hoa Houblon thơm

- Hoa Houblon đắng

* Thành phần hóa học của hoa houblon

Phụ thuộc vào chủng giống, điều kiện khí hậu, đất đai gieo trồng, và kỹ thuật canh tác, thành phần hóa học của hoa houblon có sự khác nhau đáng kể

và thường dao động trong khoảng rộng như sau (tính theo % chất khô):

Trong quy trình sản xuất bia, Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng Phản ứng sinh học chính của quá trình này tạo cồn

và CO2 Ngoài ra, nhà sản xuất còn thu được một dịch lên men có nhiều cấu

tử với tỉ lệ về khối lượng của chúng hài hoà và cân đối Có thể chia quá trình lên men thành hai giai đoạn: quá trình lên men chính nhằm thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hoà tan của dịch đường; quá trình lên men phụ nhằm chuyển hoá hết phần đường có khả năng lên men còn tồn tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quan của sản phẩm

c) Nước

Nước là nguyên liệu cơ bản nhất không thể thay thế được trong công nghệ sản xuất bia Trong bia thành phẩm hàm lượng nước chiếm 80-90%

Thành phần hóa học và chất lượng nước ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình công nghệ và chất lượng của bia thành phẩm

* Yêu cầu kỹ thuật nước dùng trong sản xuất bia

- Hàm lượng muối Ca nhỏ hơn 100mg/l

- Hàm lượng muối Mg nhỏ hơn 80mg/l

- Hàm lượng muối Cl nhỏ hơn 75-150mg/l

- Hàm lượng muối CaSO4 : 150-200mg/l

- Các kim lọai nặng : không có

- Vi sinh vật nhỏ hơn 100 tê bào/ml

- Vi sinh vật gây bệnh : không có

Để đảm bảo chất lượng cho bia thì nước phải nhất thiết được xử lý để đạt được những yêu cầu trên

d) Thế liệu

Trong sản xuất bia, việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện khách quan và chủ quan, có thể nhằm:

- Hạ giá thành sản phẩm

- Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm

- Tạo các loại bia có mức độ chất lượng khác nhau

- Theo đơn đặt hàng

* Yêu cầu kỹ thuật

Thế liệu phải dồi dào nguồn glucid mà từ đó đưới tác dụng của các enzyme trong malt, glucid của thế liêu sẽ chuyển thành chất hòa tan Vì vậy các loại ngũ cốc thường được dùng làm thế liệu trong sản xuất bia

* Ví dụ:

Bia Heineken 100% đại mạch

Tiger 80% đại mạch, 20% gạo

2.2 Chế biến dịch đường houblon hóa

a) Làm sạch

Malt đã tách phôi trong quá trình vận chuyển và bảo quản có thể lẫn các tạp chất (bụi bẩn, lá khô, rơm, đá nhỏ…), và vụn kim loại Chúng sẽ gây hư hỏng máy xay và ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm

b) Nghiền nguyên liệu

- Mục đích: Phá vỡ cấu trúc tế bào hạt, tăng bề mặt tiếp xúc với nước, tạo điều kiện hồ hóa nhanh và enzyme dễ dàng tiếp cận cơ chất Nhờ đó thực hiện quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn

- Tiến hành: Nghiền có thể được thực hiện theo 3 phương pháp: nghiền khô, nghiền ướt và nghiền ẩm Với phương pháp nghiền ướt và nghiền ẩm thì vỏ malt thường được giữ nguyên nên rút ngắn được thời gian lọc Tuy nhiên, tốn năng lượng và bột có thể bị chua làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi nghiền xong mà chưa nấu

Chọn phương pháp nghiền khô vì đơn giản, dễ thực hiện và không ảnh

hưởng đến chất lượng sản phẩm trong thời gian chờ nấu

c) Nấu nguyên liệu

- Mục đích: Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hòa tan sang trạng thái hòa tan nhờ tác động của các hệ enzym thủy phân.

- Tiến hành: Nấu bia có ba phương pháp: phương pháp ngâm, phương pháp đun sôi và phương pháp kết hợp Ở đây, nhà máy sử dụng 35% nguyên liệu thay thế nên tiến hành nấu theo phương pháp kết hợp Phối trộn nguyên liệu và nước nấu theo tỷ lệ:

Malt : nước = 1 kg : 3 lít

Thế liệu : nước = 1 kg : 4 lít

* Tại nồi thế liệu:

Bột thế liệu đem vào phối trộn với nước ấm 34oC theo tỷ lệ trên Bổ sung chế phẩm enzym: 0,05% Fungamyl 800l, khuấy trộn trong 5 phút Sau khi khuấy trộn, nhiệt độ của khối nấu hạ xuống khoảng 32oC Bổ sung axit H2SO4

để điều chỉnh pH = 5,3 và 0,5g CaCl2/1kg bột để bảo vệ enzyme dưới tác động của nhiệt độ Tiếp đó cấp hơi để nâng nhiệt độ của khối nấu lên 60oC trong 25 phút và giữ ở nhiệt độ này khoảng 30 phút để hồ hóa tinh bột Rồi nâng nhiệt độ khối nấu đến nhiệt độ sôi trong 30 phút và giữ sôi 30 phút Sau đó chuẩn bị đem

đi hội cháo

Trong suốt quá trình nấu thế liệu cần khuấy liên tục để tránh cháy nồi

* Tại nồi malt:

Khi bắt đầu nâng nhiệt để đun sôi ở nồi thế liệu thì ở nồi malt cũng bắt đầu pha bột ở nồi malt Cho nước ấm 34oC vào, sau đó xuống bột hòa malt trong 10 phút Dùng axit lactic điều chỉnh pH của khối nấu đến 5,3 và bổ sung thêm CaCl2 Sau đó dùng hơi để nâng nhiệt độ khối nấu lên 52oC trong khoảng

20 phút và giữ ở nhiệt độ này 30 phút để thực hiện quá trình đạm hóa nhờ enzyme proteaza trong malt

Cần tính toán sao cho khi nồi cháo thế liệu đun sôi xong thì quá trình đạm hóa ở nồi malt cũng vừa kết thúc.

* Hội cháo:

Bơm cháo thế liệu sang nồi malt để hội cháo, bơm từ từ để nhiệt độ không tăng lên đột ngột và trong thời gian khoảng 10 phút Điều chỉnh nhiệt độ toàn khối nấu sao cho đạt 65oC và giữ ở 65oC trong 25 phút để tạo điều kiện cho enzim β-amylaza thuỷ phân tinh bột Sau đó, tiếp tục nâng nhiệt độ khối nấu lên

75oC trong vòng 10 phút và giữ ở 75oC trong 30 phút để enzim α-amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột Cuối cùng nâng nhiệt độ toàn khối dịch lên 78oC trong vòng 5 phút và bơm dịch đi lọc

• Giai đoạn lọc dịch đường

• Giai đoạn rửa bã

Đầu tiên tiến hành thu hết dịch đường có trong khối nguyên liệu Bằng cách: Bơm nước nóng vào khoảng không gian giữa khung, bản để làm nóng thiết bị Sau đó, tháo nước nóng và bơm dịch đường vào Thời gian đầu, dịch đường chảy ra có thể vẫn còn đục nên cần bơm hồi lưu để lọc lại Khi quan sát dịch đường đã đạt được độ trong cần thiết thì cho chảy vào thiết bị houblon hóa Sau khi đã tiến hành rửa bã để thu hồi các chất hòa tan còn sót trong bã

Để tăng cường quá trình khuyếch tán các chất hòa tan vào dung dịch rửa bã thì

cần dùng nước nóng 78oC để rửa (nước rửa bã cũng được chảy vào nồi

houblon hóa) Không nên dùng nước có nhiệt độ cao hơn 78oC để rửa bã vì sẽ làm vô hoạt enzyme và tốn năng lượng Kết quả làm cho dịch lên men bị đục

và bia cũng bị đục theo

3.5 Houblon hóa

- Mục đích:

• Truyền cho bia mùi và vị của hoa houblon

• Ổn định thành phần dịch đường và có nồng độ theo yêu cầu

• Làm keo tụ các protit

• Vô hoạt các enzim và thanh trùng dịch đường

- Tiến hành: Đầu tiên dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc được chuyển thẳng vào nồi houblon hóa Khi dịch đường đầy đáy nồi thì bắt đầu cung cấp nhiệt để nhiệt độ dịch đường luôn giữ ở 75oC để tạo điều kiện enzym

α─amylaza tiếp tục thuỷ phân tinh bột sót Trong quá trình cung cấp nhiệt cần phải tính toán sao cho để khi quá trình rửa bã vừa kết thúc thì dịch đường cũng vừa sôi

Ở đây sử dụng 70% cao hoa và 30% hoa viên Tỷ lệ hoa dùng là 4 g/l Cho

hoa vào nồi theo phương án:

•50 % cao hoa lúc dịch đường bắt đầu sôi

•20 % cao hoa còn lại vào khi sôi được 30 phút

•30 % hoa viên cho vào trước khi kết thúc 10 phút

Và trước khi kết thúc ở nồi hoa khoảng 10 phút ta tiến hành bổ sung 3% đường vào Tổng thời gian quá trình houblon hóa khoảng 100 phút.

3.6 Lắng trong và làm lạnh

- Mục đích :

• Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men

• Tách cặn cho dịch đường

• Bão hòa oxy cho dịch lên men

- Tiến hành: Lắng trong được tiến hành trong thiết bị whilpoor Sau đó được chuyển sang thiết bị làm lạnh là thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men chính 100C với tác nhân lam lạnh là nước

2oC Lên men cần lượng sinh khối nấm men lớn, nên cần tạo điều kiện để nấm men giống sinh trưởng và phát triển trong giai đoạn đầu của quá trình lên men Hàm lượng O2 cấp vào dịch đường là 7 mg/l dịch lên men Nếu thiếu O2 thì lên men chậm và không triệt để Ở nhiệt độ thấp và nồng độ chất hòa tan thấp thì việc hòa tan O2 vào dịch đường càng nhiều Do đó tiến hành cấp O2 ngay sau khi dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu (O2 phải đảm bảo vô

trùng) Đồng thời để rút ngắn chu kỳ lên men và làm giảm hàm lượng diaxetyl thì tiến hành bổ sung Maturex L với hàm lượng 1kg/100 hl dịch lên men

3 Lên men và tàng trữ bia

3.1 Định nghĩa "Lên men bia"

“Lên men bia” là quá trình chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng

3.2 Mục đích lên men bia

Nhờ tác động của các enzyme trong nấm men chuyển các chất có trong dịch lên men thành rượu, CO2 cùng với những sản phẩm khác góp phần tạo mùi, vị đặc trưng cho bia.

3.3 Cơ sở khoa học của quá trình lên men

Khi tiến hành lên men dịch đường houblon hóa,một lượng lớn cơ chất ,chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ Ngoài các gluxit bị tác động mạnh,các thành phần khác của dịch đường cũng chịu những sự thay đổi lớn Một phần trong đó

bị nấm men đồng hoá và bị biến đổi thành những hợp chất khác nhau ,còn một

số khác thì chuyển đổi thành trạng thái không hoà tan và bị tách ra ngoài dưới dạng kết lắng

Ở những nhà máy sản xuất bia theo phuơng pháp cổ điển,quá trình lên men được thực hiện trong các thùng hoặc các bể dạng hở Trong điều kiện như vậy, không phụ thuộc là nhiệt độ cao hay thấp thì một lượng CO2 đáng kể cần thiết cho bia đã bị bay ra ngoài.Nghĩa là sau khi lên men chính hàm luợng CO2 ở trong bia non chưa đạt mức bão hoà cần thiết.Thực tế đó đã buộc các nhà công nghệ phải đình chỉ quá trình lên men chính khi mà trong dịch lên men đó (bia non) còn một lượng đáng kể các chất hoà tan,mà nấm men có thể hấp thụ được

ở điều kiện đó để chuyển chúng sang một điều kiện khác: lên men trong các thùng kín ở nhiệt độ thấp hơn Đây chính là giai đoạn hai của quá trình lên men:lên men phụ Lên men phụ thực chất là quá trình lên men chính nhưng với tốc độ lên men thấp hơn nhiều so với giai đoạn đầu

Bình thường thì hàm lượng CO2 ở trong bia thành phẩm phải đạt ít nhất là 0.35% khối lượng Con số này ở trong bia non sau khi lên men chính kết thúc

là khoảng 0.15-0.2% Như luợng CO2 thiếu hụt đi ít nhất là 0.2% Để bù vào

lượng đó cần thiết phải lên men tiếp 0.4% cơ chất nhưng vì trong quá trình bơm chuyển bia non từ khu vực lên men chính sang mặt bằng lên men phụ một phần CO2 lại tiếp tục mất đi Do đó từ 0.4% lượng cơ chất chắc chắn là không

đủ lượng CO2 cần thiết Hơn nữa, mức độ lên men như trên đã nói là không bao giờ đạt đến độ lên mên cuối cùng Cho nên thời điểm đình chỉ quá trình lên men chính thích hợp nhất là khi hàm lượng chất chiết trong dịch lên men giảm xuống còn khoảng 30-35% so với lượng chất chiết ban đầu có như vậy trong giai đoạn lên men phụ,một lượng cơ chất 1-1.2% tiếp tục bị lên men thì may ra bù đủ lượng CO2 cần có

3.4 Yêu cầu của dịch lên men bia

- Đảm bảo hàm lượng chất khô cần thiết cho từng phương pháp lên men cụ thể

- Đạt độ trong tốt

- Enzyme đã được vô hoạt hoàn toàn

- Đảm bảo đủ hàm lượng các chất đắng, chất thơm, tannin… của hoa houblon trong thành phần

3.5 Hệ ezyme xúc tác quá trình lên men bia:

Tế bào nấm men chứa một tập hợp enzyme rất phong phú và đa dạng Các phản ứng xảy ra trong dãy quá trình chuyển hóa của lên men rượu được xúc tác bởi 12 enzim khác nhau với sự tham gia của 2 coenzim (acid 2,3 –

diphosphoglyxerinic và phat), hai cofactor hữu cơ (ATP/ADP và NAD/

NADH), và hai chất hoạt hóa vô cơ (Mg2+ và K+)

* Aldolaza: Aldolaza được phát hiện vào năm 1934 Thoạt đầu nó được gọi là

zimoherxaza Enzym này xúc tác phản ứng thuận nghịch bẽ gãy phân tử

fructozo-1,6-diphosphat thành phosphodioxyaxeton và phosphoglyxeradehid

* Triozophosphatdehydrogenaza: Enzym này xúc tác sự chuyễn hóa của

andehid 3-phosphoglyxerinic thành axit 1,3-diphosphoglyxernic Phản ứng chỉ xảy ra trong môi trường có sự hiện diện của NAD+ và phosphat vô cơ

* Phosphoglyxeromutaza: Enzym này xúc tác phản ứng đồng phân hóa

3-phosphoglyxerat thành 2-3-phosphoglyxerat Trong trường hợp này nhất thiết coenzym phải là 2,3-diphosphoglyxerinic

* Enolaza: Là enzym có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa đường

thành rượu etylic Nó xúc tác quá trình dehydrat hóa thuận nghịch của axit phosphoglyxerinic thành axit 2-phosphoenolpiruvic Ở phản ứng này mối liên kết phosphat cao năng được hình thành Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch và nó xảy ra trong khi năng lượng tự do không hề thay đổi Theo

2-Lipman thì khi thủy phân mối liên kết phosphate của acid 2 –

phosphoglyxerinic, năng lượng được giải phóng là 125,57 J trong khi thủy phân liên kết phosphate của acid 2 – phosphoenolpirunic thì năng lượng tỏa ra

là 48,19 J

* Cacboxylaza: Enzym này được phân bố khá phổ biến trong tế bào thực vật

và tế bào nấm men Với sự có mặt của Mg2+ enzym này sẽ xúc tác quá trình phân rã của -ketoaxit thành aldehid và khí cacbonic Phản ứng quan trọng nhất của enzym cacboxylaza xúc tác là phản ứng decacboxyl của axit piruvic

để tạo thành axetaldehid và CO2 trong chuỗi phản ứng lên men rượu

3.6 Nấm men giống trong sản xuất bia

* Nuôi cấy nấm men giống thuần khiết:

Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua 2 giai đoạn : Giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nuôi cấy sản xuất

Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ một tế bào Trong phòng thí nghiệm, để đảm bảo men giống người ta nuôi cấy nó trong môi trường dịch đường 10% và bảo quản ở nhiệt độ 2 ÷ 4 0C Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền 1 lần

Ðể đưa men giống vào sản xuất, trước hết phải nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho đến 5 ÷10lít Sau đó nhân giống trong các thiết bị chuyên dụng đặt trong phòng bên cạnh phân xưởng lên men Mỗi lần nhân giống , thể tích men giống tăng từ 3 ÷ 5 lần

Men thuần khiết thường phải tuyển chọn và bắt đầu nuôi cấy ở 250C Trong phòng thí nghiệm nó sinh sản ở nhiệt độ 18 ÷ 200C Khi đưa vào nuôi cấy sản xuất thì cho nó phát triển ở 12 ÷ 150C và tiếp tục giảm đến 6 ÷ 100C rồi đưa vào thiết bị lên men Quá trình thực hiện như vậy gọi là sinh sản ở điều kiện bán sản xuất, bao gồm các bước thực hiện:

- Dịch đường làm môi trường cho nấm men sinh sản phải được tiệt trùng và làm lạnh tại chỗ đến 6-100C

- Quá trình sinh sản của nấm men được tiến hành trong một hoặc nhiều thiết bị của hệ thống Để đảm bảo sự phát triển mạnh của nấm men, ở tất cả các thiết

bị sinh sản này,theo định kỳ phải được sục khí vô trùng vào canh trường

- Tuyệt đối không để dịch lên men tiếp xúc với không khí chưa tiệt trùng

Việc tiệt trùng môi trùng nhân giống được thực hiện ở áp suất thường hoặc áp suất dư trong thời gian 30 phút Đồng thời với quá trình làm nguội,

dịch đường được bão hoà oxy bằng không khí vô trùng Thời gian sinh sản của nấm men được kéo dài hết một thế hệ ở điều kiện bán sản xuất là 6-8 ngày đêm.

* Xử lí sữa men:

Lượng sinh khối thu được sau lên men chính (sữa men) nhiều gấp 5 đến 8 lần lượng nấm men giống ban đầu Hầu hết lượng sinh khối này còn rất bẩn vì trong đó có nhiều tạp chất kết lắng cùng nên việc xử lí sũa men trải qua nhiều giai đoạn:

- Tận thu lượng bia non trong sữa men bằng cách lọc bằng máy ép khung bản

- Rây nấm men để tách các tạp chất có kích thước lớn

- Rửa nấm men để tách hết tế bào chết và cặn mịn

- Sát trùng để diệt các vi sinh vật lạ

- Bảo quản nấm men sạch dùng để lên men các mẻ sau hoặc sử dụng vào các mục đích khác

3.7 Các phương pháp lên men bia

3.7.1 Phương pháp lên men cổ điển:

Lên men cổ điển là những quá trình lên men, qua đó người ta thu được những sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn phân tử lượng của các chất khởi thủy trong nguyên liệu, đồng thời những sản phẩm thu được có thể tạo ra bằng phương pháp hóa học Thực chất của quá trình lên men cổ điển là những phản ứng dị hóa

Đặc trưng của phương pháp: Lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong hai thiết bị riêng biệt

Các thiết bị được đặt trong hầm lạnh.

* Lên men chính: Dịch lên men sau khi làm lạnh được chuyển vào thùng lên

men Dịch men giống được chuyển vào thùng lên men theo luồng dịch đường với tỉ lệ men giống 0,5 lít men giống đặc /100 lít dịch lên men nhằm tạo điều kiện cho nấm men tiếp xúc tốt với môi trường và nhanh bước vào gian đoạn lên men đầu Nhiệt độ lên men chính là 8-100C, không tạo áp suất dư.(với hệ

số chứa đầy là φ =0.8-0.85) CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ hòa tan vào bia non một phần Ðộ hoà tan của CO2 vào bia non sẽ tăng khi nhiệt độ giảm, do đó để đảm bảo lượng CO2 hòa tan trong bia nhiều thì nhiệt độ thời

kỳ cuối của quá trình lên men còn khoảng 50C, hàm lượng CO2 trong bia non phải đạt 0,2%

Thời gian lên men chính phụ thuộc vào nồng độ dịch lên men đầu tiên

và nhiệt độ lên men Thời gian lên men chính khoảng 8÷9 ngày đêm Lên men chính được xem là kết thúc khi trong 12h tốc độ lên men chỉ đạt khoảng 0.15-0.2%

* Lên men phụ: Quá trình lên men phụ được tiến hành trong các thùng kín đặt

trong phòng lạnh từ 1÷20C Nhiệt độ lên men phụ khoảng 0,5÷20C, áp suất dư 0,3÷0.7 at Trong quá trình lên men phụ cần theo dõi áp suất trong thiết bị lên men, mức độ trong của bia, nhiệt độ trong phân xưởng

Bia non được chuyển vào từ đáy thiết bị nhằm giảm sự tạo bọt và giảm mất mát CO2 với hệ số chứa đầy là φ = 0.95-0.98% Ðầu tiên có thể cho bia chảy nhanh nhưng về sau do có sự tạo bọt nên cho bia chảy gián đoạn Khi bia non đã đầy thùng bắt đầu thải không khí trên bề mặt bia non Ðể đảm bảo bia thành phẩm có chất lượng như nhau về màu sắc, mùi vị cũng như thành phần hóa học thì bia non từ một thùng lên men chính có thể chuyển vào nhiều

thùng lên men phụ Quá trình chuyển bia non vào thiết bị lên men phụ có thể tiến hành từ từ và kéo dài 1÷2 ngày đêm Tuy nhiên sau 2 ngày đêm thì thùng lên men phụ cần phải chứa đầy bia non nếu không thì dễ bị nhiễm vi sinh vật

và sự bão hòa CO2 khó do sự bốc hơi của nó Khi bia chứa đầy thùng thì đóng van điều chỉnh áp suất, tiến hành thải không khí trên bề mặt bia và nâng áp suất đạt theo yêu cầu

Quá trình nâng cao áp suất kéo dài 1÷3 ngày kể từ lúc chuyển xong bia non vào Nếu nâng áp suất quá nhanh thì không khí trên bề mặt bia non sẽ hòa tan vào bia và oxy trong không khí sẽ gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng bia thành phẩm

a) Phương pháp lên men dịch đường có nồng độ cao:

- Nguyên lý thực hiện lên men dịch đường có nồng độ cao: Sản xuất bia ở nồng độ cao là quá trình lên men dịch đường có nồng độ chất khô cao hơn mức thông thường (10 –120Bx) Bia đã được sản xuất với nồng độ cao sau đó được pha loãng với nước vô trùng đã khử oxy đến khi đạt được hàm lượng cồn cuối cùng theo yêu cầu Thực tế, trong quá trình sản xuất có thể pha loãng bia với nước vô trùng ở các giai đoạn khác nhau Những nhà máy có công suất nhà nấu không đủ nhưng nhiều thùng lên men và tàng trữ thì pha loãng dịch

đường trước khi cho dịch vào thùng lên men Phần lớn các nhà máy tiến hành pha loãng trong quá trình lọc bia

- Chủng nấm men: Với dịch đường lên men có nồng độ cao tạo ra áp suất thẩm thấu lớn nên phải sử dụng chủng nấm men có hoạt tính mạnh chịu được

áp suất thẩm thấu lớn và độ cồn cao