Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Bài 3: LÊN MEN BIA Giới thiệu Men bia • Men bia 1.1 Men bia vi sinh vật có tác dụng lên men đường Men bia chuyển hóa đường thu từ hạt ngũ cốc tạo cồn CO2 Men bia loại nguyên liệu lấy từ nhà máy sản xuất bia Nó bao gồm chủ yếu xác loại vi sinh vật lên men lúa mì tạo bia, (sau lên men xong người ta lọc lấy dịch để sản xuất bia phần lắng xuống xác loại vi sinh – men bia) Ở VN dùng chủ yếu loại saccharomyces cerevisiae • Nấm men: Nấm men có dạng hình cầu, oval, trứng, sinh sản nảy chồi sinh sản bào tử Hiện có hai loại sử dụng phổ biến nấm men chìm nấm men + 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 thích nghi với điều kiện lên men nhiệt độ thấp trình lên men kết lắng đáy thùng Yêu cầu nấm men để sản xuất bia - Nấm men bia phải nhân giống từ chủng khiết chủng nấm men phù - hợp có chất lượng tốt Giống nấm men phải thích ứng với điều kiện như: nhiệt độ, độ pH, thành phần môi trường NHÓM Thực hành sản xuất bia - GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Mật độ gieo cấy nấm men ban đầu nhiều hàm lượng diaxetyl thấp, chất lượng bia tốt, mật độ gieo cấy ban đầu vượt qua ngưỡng 70.10 tế bào/cm3 1.2 - hiệu mang lại không rõ nét - Số tế bào 1m chiếm 100- 120 triệu - Số tế bào nảy chồi chiếm 10- 15% - Số tế bào chết không 5% - pH = 4- - Mức độ nhiễm khuẩn không kính trường có độ phóng đại 400 lần Quá trình lên men Quá trình lên men trình chuyển dung dịch đường thành rượu, CO sản phẩm phụ tác dụng nấm men thông qua hoạt động sống chúng Trong đó, trình quan trọng trình lên men rượu, dịch lên men diễn nhiều trình hóa sinh, sinh lý phức tạp khác Những trình đóng vai trò quan trọng thành phần chất lượng bia - Các giai đoạn trình lên men bia: gồm giai đoạn + Giai đoạn tăng sinh khối nấm men: dịch đường có đầy đủ chất dinh dưỡng lượng oxy vừa đủ cho nấm men sử dụng để tăng sinh khối Lúc tế bào nảy chồi phát triển nhanh + Giai đoạn lên men: hết oxy nấm men bắt đầu biến đổi đường thành rượu etylic CO2 - Đặc điểm trình lên men: + Là trình lên men đa mục tiêu Ngoài phản ứng quan trọng phản ứng tạo thành CO2 C2H5OH phải thu nhận 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 đánh giá dựa vào hàm lượng sản phẩm mà phải vào tập hợp nhiều số khác Một tỷ lệ thích hợp khối lượng cấu tử dịch dường houblon hóa hóa cần phải tồn bia, để với chất tạo thành trình lên men trình sau tạo nên đặc thù riêng hương, vị nhiều tính chất khác bia thành phẩm 1.3 Các phương pháp lên men NHÓM Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Các phương pháp lên men cổ điển: - Lên men chìm thiết bị hở - Lên men Lên men 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 phụ) dài Các phương pháp lên men đại: Phương pháp gia tốc lên men dịch đường thiết bị thân hình trụ - đáy Sản xuất bia theo công nghệ lên men pha thiết bị kích thước lớn - Lên men theo phương pháp bán liên tục liên tục Ưu điểm : rút ngắn 50 – 70 % chu kì lên men, tăng suất, chất lượng bia tiệm cận với phương pháp cổ điển Nhược điểm: chất lượng bia không chất lượng bia lên men phương pháp cổ điển Vì phòng thực hành thiết bị cho phương pháp đại sản xuất số lượng nên ta sử dụng phương pháp lên men cổ điển (lên men thiết bị kín) Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị A Hóa chất STT Tên hóa chất Cồn Bông thấm Dịch men sữa nấm men B Dụng cụ STT Tên dụng cụ Buồng đếm vi sinh Pipet nhựa Pipet Ống nghiệm Cốc thủy tinh Đèn cồn Bình tia Chai nhựa chịu áp lực C Thiết bị STT Tên thiết bị NHÓM Quy cách Đơn vị tính 960 Cuộn Ml Gam Ml Quy cách Đơn vị tính 2,5ml 10ml Nhỏ 100ml Thủy tinh Nhựa 1500 ml cái cái cái chai Quy cách Đơn vị tính Số lượng 1000 200 100 Ghi Số lượng 1 4 Ghi Số lượng Cộng giá đỡ Dùng chung Dùng chung Ghi Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Kính hiển vi Bx kế 0-30 Cái Cái Dùng chung Dùng chung Cách thực Bước 1: Xác định mật độ tế bào nấm men Mục đích Xác định mật độ nấm men có bình giống để tính thể tích giống cần thiết cho trình lên men Cách tiến hành - Chuẩn bị ống nghiệm, pha loãng mẫu bình giống đến nồng độ 10- Nhỏ giọt ống nghiệm có độ pha loãng 10-4 vào buồng đếm quan sát kính hiển vi: + Đếm số tế bào bình men giống cách đếm số lượng tế bào nấm men vùng + Xác định mật độ nấm men 1ml mẫu ban đầu theo công thức N = (tế bào/ml) Trong đó: - A: số tế bào trung bình đếm vùng - NHÓM hệ số pha loãng Thực hành sản xuất bia - GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG V: thể tích vùng Nhóm không đếm mật độ nấm men, nên cho men giống cho vào dịch bia với thể tích chiếm 1,5% thể tích dịch bia Bước 2: Thực lên men Mục đích Quá trình lên men nhằm chuyển hóa đường dịch nha thành ethanol, carbondioxide với sản phẩm phụ sản phẩm trung gian từ trình trao đổi chất nấm men Cách tiến hành - Sau nấu houblon xong ta tiến hành lọc bã, để nguội đến khoảng 38 0C cho dịch - men giống vào nồi, dịch men giống chiếm khoảng 1,5% thể tích dịch lọc Sau dùng cốc chuyển vào chai đựng đem cho lên men t nhiệt độ từ 8-12 0C Sau kết thúc trình lên men chính, thực trình lên men phụ nhiệt độ 120C Các trình lên men • Quá trình lên men Là trình chuyển hóa chất đường destrin thấp phân tử trình lên men thành C2H5OH, CO2 số chất hữu khác nhờ tác dụng nấm men C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Các sản phẩm phụ (các este, acid hữu cơ, rượu bậc cao, andehyde, glycerin,…) vào thành phần hòa tan dịch lên men Một số thành phần hòa tan kết tủa lắng xuống với sinh khối nấm men Sau cấy giống vào nước nha ta bắt đầu tính thời gian lên men Quá trình lên men phụ • Ở trình phần chất khô sót lại sau lên men tiếp tục lên men, xảy trình bão hòa CO2 tăng cường mùi vị cho bia, thực trình ủ chín bia (ổn định chất lượng bia), làm bia Đưa bia nhiệt nhiệt độ thấp để hạn chế xâm nhập phá hủy vi sinh vật NHÓM Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Thời gian lên men phụ từ 15 – 35 ngày Hiện hượng giải thích quà trình lên men Thời gian 1-2 ngày đầu Ngày thứ – Hiện tượng Xung quanh chai xuất vành bọt tạo bọt mặt dịch đường Lớp bọt dềnh cao đến mức cực đại, bọt trắng mịn, có lớp cặn mỏng phía đáy chai Ngày 6-7 Kích thước bọt to bắt đầu xẹp dần, lớp cặn dày Ngày 8-9 Bọt tan, vành bọt bám thành chai có lớp bọt mỏng, tạo thành lớp cặn dày khoảng cm Giải thích Nấm men nẩy chồi phát triển mạnh Tế bào nấm men phát triển cực đại, tốc độ lên men bắt đầu mạnh lên, có kết tủa protein lắng đáy chai Tốc độ lên men đạt cực đại, có kết tủa protein lắng đáy chai Tốc độ lên men giảm,có kết tủa protein tế bào nấm men lắng đáy chai Các yếu tố ảnh hưởng - Tỷ lệ giống cấy Trong trình lên men chính, tỷ lệ giống cấy thấp khả nảy chồi thời gian đạt tỷ lệ nấm men theo yêu cầu dài, ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển trao đổi chất nấm men từ ảnh hưởng tới hiệu lên men chất lượng thành phẩm Nếu tỷ lệ giống cấy cao dẫn tới tỷ lệ nảy chồi tốc độ sinh trưởng tương đối thấp cạnh tranh dinh dưỡng tốc độ lên men lớn Tuy nhiên trường hợp cho bia có chất lượng không tốt thời gian lên men ngắn, sản phẩm trao đổi bậc tế bào nấm men sinh thấp hình thành lên ester thấp Do sản xuất bia tùy theo loại chủng men đời men mà lựa chọn tỷ lệ cấy giống men thích hợp - Nhiệt độ thời gian lên men NHÓM Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Nhiệt độ thời gian lên men yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men từ ảnh hưởng tới chất lượng thành phẩm Đối với men nhiệt độ lên men giữ 150C; qua đời 120C ; qua đời 90C ; từ đời tới đời giữ ổn định 80C Thời gian lên men đến 10 ngày tùy thuộc vào nhiệt độ pH lên men - pH dịch lên men pH ảnh hưởng quan trọng đến hệ enzym nấm men, phải theo dõi pH để theo dõi hoạt động trao đổi chất nấm men pH dịch nha trước lên men từ 5,2 ÷ 5,6 kết thúc trình lên men 4,4 ÷ 4,5 - Ảnh hưởng oxy Oxy yếu tố cần thiết cho nấm men sinh trưởng phát triển giai đoạn đầu trình lên men Thực chất giai đoạn lên men hiếu khí nhằm tăng sinh khối nấm men Sự sinh tổng hợp lượng lớn enzym nấm men yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới cường độ lên men - Áp suất bề mặt Áp suất bề mặt dich lên men ảnh hưởng trực tiếp tới mức độ bão hòa CO bia, nhiên hợp chất yếu tố ức chế trình lên men áp suất giữ ổn dịnh áp suất 0,5atm có phận giảm áp suất CO sinh làm tăng áp suất bề mặt dịch lên men - Nồng độ sản phẩm lên men Sản phẩm trình lên men ethanol khí CO Đây hợp chất ức chế hoạt động sống tế bào nấm men Ở nồng độ thấp 2% hoạt động sống nấm men xảy bình thường vượt 2% khả nảy chồi nấm men bắt đầu giảm dần nồng độ ethanol vượt 5% khả nảy chồi nấm men chấm dứt hoàn toàn trình lên men tiếp tục xảy Còn nồng độ ethanol vượt 12% trình lên men bị đình hoàn toàn Yêu cầu công đoạn NHÓM Thực hành sản xuất bia GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Cần phải giữ nhiệt độ lên men phù hợp ổn định Cho lượng men giống vào đủ tránh để nhiễm vi sinh vật Sau trình lên men kết thúc bia có màu mùi thơm đặc trưng Trả lời câu hỏi Trình bày ý nghĩa việc lên men công nghệ sản xuất bia - Trong trình lên men, nấm men thông qua đường trao đổi chất lượng điều kiện kĩ thuật thích hợp để chuyển gluxit phân tử lượng thấp (các đường, dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ: C6 H12O6 → C2H5OH + CO2 + Q Đồng thời có trình sinh hóa xảy xúc tác sinh học enzyme hình thành trình lên men, số sản phẩm phụ hình thành axit hữu cơ, rượu bậc cao, glyxerin Maltoza Glucoza Maltotrioza Maltotripermeaza Maltopermaza Maltoza Maltotrioza α-glucosidaza Glucoza Glucoza Glucoza Tất biến đổi dẫn đến thay đổi chất lượng chất hòa tan có dịch đường lên men biến dịch đường thành bia Các điều kiện ảnh hưởng tới trình lên men bia NHÓM Thực hành sản xuất bia - GVHD : NGUYỄN THỊ PHƯỢNG Nấm men: Ảnh hưởng đến thông số trình công nghệ hương vị sản phẩm cuối khả kết bông, lắng khả sinh trưởng nấm men chủng - nấm men lựa chọn phải có tính ổn định đặc trưng Nhiệt độ lên men: nhiệt độ dịch lên men môi trường xung quanh có ảnh hưởng mạnh đến trình lên men, nhiệt độ lên men cao (khoảng 10-25 C) cường độ - lên men nhanh lượng este, diaxetyl hình thành tăng Áp suất: áp suất bề mặt dịch lên men ảnh hưởng trực tiếp đến trình công nghệ Nó xác đinh mức độ bão hòa CO bia, mà hợp chất lại nhân tố ức chế trình lên men Áp suất lên men ảnh hưởng đến lượng sinh khối tạo thành Khi trình lên men bước sang thời kì gần kết thúc việc tăng áp suất không gây ảnh hưởng đến hoạt động nấm men tiến trình lên men Ngược lại hạn chế - trình oxi hóa, làm tăng độ bền bia Nồng độ sản phẩm lên men: Sản phẩm trình lên men rượu C2H5OH khí CO2 Khi hợp chất tích tụ đến nồng độ định dịch lên men hoạt động sống tế bào nấm men bắt đầu bị ức chế NHÓM