PH ẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
NO 3 Nitrate được nấm men khử thành NO 2
4.6. Thiết bị lên men
Thiết bị lên men bia ngày nay là kết quả của quá trình phát triển về thiết bị song song với tiến bộ của công nghệ ủ bia: từ tank hở dạng hình khối bằng gỗ, đá, và đồng (Hình 11.11), tank kín bằng kim loại (Hình 11.12), đến tank chế tạo từ thép chống rỉ dạng thân trụ (Hình 11.13). Hiện nay dạng tank thân trụ-đáy côn được sử dụng rộng rãi do có nhiều ưu điểm.
158
Hình 11.11. Thùng lên men hở bằng gỗ: (a) loại hình trụ, (b) loại hình khối.
Hình 11.12. Thùng lên men kín hình khối.
159
Hình 11.13. Thùng kim loại kín hình trụ. (a) kiểu nằm ngang, (b) kiểu đứng.
Mẫu nguyên bản của tank thận trụ-đáy côn phát minh bởi Nathan được chế tạo bằng nhôm, dạng trụ đứng, có đáy hình côn. Hiện nay, vật liệu chủ yếu là thép chống rỉ. Tank có nhiều kích cỡ khác nhau, từ 5 - 7 m3 đến 1500 m3, chiều cao 8 – 40 m, đường kính từ 1 – 10 m. Tỷ lệ chiều cao đối với đường kính của dịch lên men chứ trong tank từ 1:1 đến 5: 1. Góc côn của đáy tank khoảng 60-70 độ. Trên thân trang bị các khoang cấu trúc theo kiểu 2 vỏ để dẫn chất tải lạnh cho việc điều nhiệt. Bên ngoài được bọc cách nhiệt (thường bằng sợi thủy tinh) và ngoài cùng bọc bằng các lá kim loại phản xạ nhiệt. Các tank được lắp đặt ngoài trời thành từng cụm (tank farm) nhằm hạn sự mất nhiệt và tác động của môi trường. Hình 11.14 biểu diễn cấu tạo của một tank lên men bia kiểu thân trụ-đáy côn điển hình.
Với tank kiểu này, ngoài các ưu điểm như của tank lên men kiểu kín, như hạn chế tạp nhiễm từ không khí, giảm lượng bia thất thoát, thu nhận CO2 như một phụ phẩm, còn có các ưu việt đặc trưng so với tank loại hình khối:
- Giảm chi phí đầu tư (25 - 30%) và phí vận hành (50 - 60%)
- Tăng hiệu quả sử dụng của thể tích thiết bị và không gian lên men (tỷ lệ giữa chiều cao và bề rộng hợp lý)
- Giảm tổn thất bia và chất đắng
- Linh hoạt trong sử dụng (có thể dùng cho lên men, ủ chín, tàng trữ).
- Làm sạch, tháo men, tháo bia dễ dàng. Bề mặt bên trong thường được gia công nhẵn nên vi sinh vật tạp khó trú ngụ. Dễ tự động hóa quá trình làm sạch thiết bị.
- Rút ngắn thời gian lên men do có sự đối lưu tự nhiên mạnh.
- Có thể tạo ra các vùng nhiệt độ khác biệt cho các mục đích khác nhau trong cùng một thời điểm (ví dụ nhiệt độ ấm ở thân để gia tăng quá trình chín, trong khi đó phần đáy tank ở chế độ lạnh để lắng men và hạn chế men tự phân).
Trong quá trình lên men sơ cấp, diễn ra sự đảo trộn theo phương thẳng đứng mãnh liệt do sự sinh tạo mạnh mẽ của CO2, đặc biệt gần đáy tank nơi phần lớn sinh khối men tụ tập. Cơ chế tự đảo trộn này giúp tăng cường tốc độ lên men, nhờ đó thời gian lên men có thể được rút ngắn đến 50%. Lên men trong tank loại này có thể sử dụng chất đắng hiệu quả hơn (không bị thất thoát theo lớp nấm men bề mặt). Hàm lượng CO2trong bia cũng cao hơn nhiều so với các hệ thống lên men gián đoạn khác.
(b) (a)
160
Hình 11.14. Cấu tạo của tank lên men thân trụ-đáy côn 4.7. Sự bất thường trong lên men
Sự thông suốt và ổn định trong lên men là yêu cầu hàng đầu để chất lượng sản phẩm ổn định. Tuy nhiên, ngay trong các nhà máy trang bị các hệ thống điều khiển và kiểm tra hiện đại vẫn có thể gặp quá trình lên men với những biểu hiện bất thường, thông thường nhất là tiến trình lên men bị “treo”. Biểu hiện của lên men bị “treo” có thể là pha lag kéo dài, quá trình lên men chậm dần và dừng hẵn. Các khả năng khác là ban đầu pha lag bình thường, tuy nhiên hoạt động lên men dừng trước khi các đường lên men được được sử dụng hết hoặc lên men với tốc độ cao bất thường.
4.7.1. Nguyên nhân
Dao động về công nghệ: Mật độ giống ban đầu, lượng không khí bổ sung, và hàm lượng đường lên men được là các yếu tố hàng đầu có khả năng là nguyên nhân và dễ dàng được kiểm tra. Bổ sung không đủ không khí và mật độ tiếp giống thấp là nguyên nhân hàng đầu của hiện tượng lên men dị thường. Lên men nhiều lần trong điều kiện thiếu dinh dưỡng sẽ dẫn đến thoái hóa men giống và giảm sức lên men. Bằng việc đếm mật độ nấm men trong dịch lên men có thể phát hiện hiện tượng men lắng sớm hoặc khả năng hấp thụ maltose hoặc maltotriose kém. Dùng phép thử tinh bột để đánh giá hiệu quả chuyển hóa carbohydrate của công đoạn nấu.
161
Thiếu dinh dưỡng: Nếu lên men bị treo liên tục thì khả năng rất cao là do dịch wort có khiếm khuyết về dinh dưỡng đối với nấm men. Thông thường đối với nấm men trong lên men bia, nuớc nha là môi trường thừa dinh dưỡng. Tuy nhiên nếu nấm men được sử dụng hay xử lý không hợp lý sẽ bị mất một hoặc một số chất và nó cần nguồn dinh dưỡng tương ứng với mức lớn hơn bình thường để bù đắp, điều này dẫn đến khả năng thiếu cục bộ các thành phần đó trong dịch đem lên men.
Thành phần dễ bị thiếu là ôxy, kẽm, biotin, acid béo chưa no, và các sterol.
Nấm men trong lên men yếm khí cần một lượng ôxy, chất béo chưa no, và sterol. Nhu cầu về các chất này có liên quan với nhau. Thông thường, thiếu ôxy sẽ làm giảm nhu cầu về chất béo chưa no và sterol, và ngược lại. Biotin được chiết từ malt trong công đoạn nấu và là vi chất cần cho hầu hết các chủng men bia.
Việc sử dụng nguyên liệu thay thế với tỷ lệ cao dẫn đến khả năng thiếu hợp chất chứa nitơ đơn giản, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự tăng trưởng men. Mặc khác, dịch lên men có tỷ lệ glucose hoặc fructose cao cũng có thể làm chậm sự lên men do hiệu ứng ức chế sinh tổng hợp các enzyme cần cho việc hấp thu các loại đường khác.
Biến đổi của nấm men: Hoạt động của nấm men sẽ bị giảm bởi sự thoái hóa sau nhiều lần tái sử dụng, phát triển lấn át của các dòng biến đổi về di truyền (do đột biến), hoặc do nhiễm các dòng men sát thủ (killer yeast strain).
4.7.2. Xử lý
Nếu nguyên nhân của sự lên men dị thường được xác định là do dao động về công nghệ, thì chỉ cần điều chỉnh các yếu tố tương ứng. Nếu nghi ngờ có sự nhiễm tạp nấm men thì cần kiểm tra kỹ các nguồn tiềm năng. Dinh dưỡng nấm men có thể được bổ sung bằng nhiều nguồn, ví dụ chất chiết men. Trong trường hợp vẫn tái diễn sự lên men dị thường do thiếu dinh dưỡng, cần sự phân tích sâu để xác định chính xác chất nào bị thiếu. Ngăn ngừa thoái hóa men bằng việc sử dụng kịp thời các canh trường nhân từ giống gốc. Loại bỏ cặn lắng nhiều lần cũng hạn chế thoái hóa men.
162
Câu hỏi ôn tập chương 11
Câu 1: Trình bày sự chuyển hóa đường thành các sản phẩm trong môi trường đầy đủ ôxy và môi trường thiếu ôxy của nấm men? So sánh năng lượng tỏa ra khi chuyển hóa trong 2 môi trường nói trên?
Câu 2: Các loại đường và hợp chất chứa nitơ nào được nấm men sử dụng trong quá trình lên men?
Câu 3: Phân tích các chất khoáng có ảnh hưởng đến nấm men?
Câu 4: Trình bày sự sinh sản và phát triển nấm men?
Câu 5: So sánh 2 loại nấm men: nấm men chìm, nấm men nổi?
Câu 6: Việc chọn giống nấm men dựa trên các yêu cầu gì?
Câu 7: Trình bày các biểu hiện và nguyên nhân thoái nấm men?
Câu 8: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu như: thành phần và tính chất của dịch wort, nhiệt độ, mật độ nấm men, giống men, khuấy trộn, áp suất bề mặt?
Câu 9: Trình bày ảnh hưởng của các chất tạo thành trong quá trình lên men (rượu bậc cao, các ester, aldehyde, diacetyl, acid hữu cơ, hợp chất chứa lưu huỳnh) đến chất lượng bia? Các biện pháp làm giảm sự tạo thành các chất này?
Câu 10: Giải thích sự thay đổi pH trong quá trình lên men? Các biện pháp ổn định pH thích hợp?
Câu 11: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan CO2 vào dịch lên men? Trong quá trình lên men ta có thể điều chỉnh độ hòa tan của CO2 trong dịch lên men như thế nào?
Câu 12: Trình bày quá trình nhân men trong phòng thí nghiệm và tại phân xưởng sản xuất?
Câu 13: So sánh công nghệ lên men một pha và lên men hai pha?
Câu 14: Các hiện tượng bất thường, nguyên nhân và cách xử lý trong quá trình lên men?
163
Chương 12. HOÀN THIỆN VÀ BAO GểI SẢN PHẨM