Mục đích: chuyển hĩa các đường trong nước nha thành rượu (ethanol), CO2 và một số
sản phẩm khác như este, aldehyde, rượu bậc cao,… gĩp phần tạo ra hương vị đặc trưng của bia dưới tác dụng của nấm men.
Quá trình thực hiện
Lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng thiết bị thân trụ đáy cơn (phương pháp lên men một pha). Lên men trong thiết bị kín kết hợp thu hồi CO2.
Nước nha sau khi được làm lạnh 6-8oC được chuyển qua tank (tank nhỏ 6 mẻ, tank lớn 12 mẻ), lên men trong vịng 24h để bắt đầu thực hiện quá trình lên men chính. Quá trình lên men chính kéo dài 5-7 ngày, áp suất P = 0 bar.
Trong thời gian lên men, nhiệt độ của bia non được điều chỉnh qua 3 vùng áo lạnh với chất tải lạnh cĩ nhiệt độ -2oC. Các vùng cĩ sự trên lệch nhiệt độ, chất lỏng ở phía trên lạnh
Nước nha lạnh
Khử oxy Nước nấu bia
Làm lạnh 20 C Gia nhiệt Lên men chính Lọc khung bản Pha bia Lên men phụ Lọc tinh Lọc đĩa Bột trợ lọc Bột PVPP Thu hồi men
Bão Hịa CO2 – Tàng trữ bia
Bồn chứa Thu hồi CO2
Xử lý
CO2 tinh khiết
hơn sẽ chuyển dịch xuống phía dưới và ngược lại giúp nấm men luơn ở trạng thái hoạt động, do đĩ tốc độ lên men diễn ra nhanh chĩng.
Hằng ngày tiến hành kiểm tra tốc độ lên men (đo Plato) thơng qua việc kiểm tra hàm lượng chất hịa tan giảm đi mỗi ngày để xác định tốc độ lên men và điều chỉnh nhiệt độ lên men cho thích hợp, sau đĩ tiến hành xã bỏ cặn men (xác men và các kết tủa lạnh) gây mùi vị xấu cho bia. Độ Plato trước khi lên men là 13oP, trong quá trình lên men chính độ Plato sẽ giảm do nấm men sử dụng các chất hịa tan để trao đổi chất giúp chúng phát triển sinh khối.
Khi kiểm tra độ Plato khoảng 2,5-2,6oP thì kết thúc quá trình lên men chính và cho tiến hành điều chỉnh nhiệt độ tank xuống 2–5oC, dằn áp lên 0,3bar để giữ CO2 lại trong bia bán thành phẩm và cho thu hồi men để tái sử dụng.
* Các giai đoạn trong quá trình lên men chính:
+ Giai đoạn tăng trưởng sinh khối: 1÷2 ngày đêm, ở giai đoạn này là sự phát triển tế
bào nấm men, tạo sinh khối. Bọt đã lan phủ đầy mặt thùng. Bọt nhỏ, mịn và trắng, hàm lượng chất hồ tan giảm. Nồng độ oxy trong dịch bia giảm nhanh do quá trình hơ hấp của nấm men.
+ Giai đoạn lên men cực đại: giai đoạn này là nấm men phát triển đến mật độ cực đại.
Quá trình lên men yếm khí tạo rượu ethylic và CO2 diễn ra nhanh chĩng, chất hồ tan giảm rất nhanh. Bọt dân cao đến mức cực đại tạo thành những mảng lớn. Kích thước bọt to, màu xám. Nhiệt độ tank lên men tăng, phải tiến hành làm lạnh cục bộ để dịch lên men hạ về nhiệt độ ban đầu.
+ Giai đoạn cuối: 2÷3 ngày cuối, tốc độ lên men giảm. Do hàm lượng chất hồ tan tiêu
hao gần hết, mặt khác do hạ nhiệt độ. Giai đoạn này nấm men và nhiều cặn khác dần dần được kết lắng. Sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính, tiến hành xả khối kết lắng ở đáy tank.
Khối kết lắng này bao gồm 3 lớp; lớp trên cùng và lớp dưới cùng là các tạp chất và tế bào chết. Cả hai lớp này cĩ màu nâu xám, cần phải xả bỏ. Lớp giữa màu trắng ngà đĩ là lớp sinh khối gồm các tế bào cịn sống. Lớp này được thu hồi, rửa sạch, bảo quản ở nhiệt 2÷5o
C trong tank kín để dùng cho cấy men tank tiếp theo.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình lên men
* Chất lƣợng của nấm men sản xuất
Để thu nhận được các loại bia cĩ chất lượng cao thì yếu tố đầu tiên đĩ là chất lượng của men giống. Một chủng nấm men phù hợp và cĩ chất lượng tốt, cĩ thể tái sử dụng đến đời thứ tám.
* Lƣợng nấm men gieo cấy ban đầu
Nếu lượng nấm men gieo cấy quá ít, khả năng nảy chồi của chúng khơng đạt được diaxetyl tăng. Ngược lại mật độ gieo cấy ban đầu lớn vượt qua ngưỡng 70.106
tế bào/cm3 thì
tỉ lệ nảy chồi càng thấp, tốt độ sinh trưởng tương đối càng bé do sự cạnh tranh về dinh
dưỡng. Qua thực nghiệm thấy rằng nếu lượng gieo cấy khoảng 20.106
diaxetyl và các sản phẩm bậc hai giảm. Trong sản xuất bia tùy theo từng loại chủng men và đời men mà lựa chọn tỷ lệ cấy giống men thích hợp.
* Nồng độ chất hịa tan của dịch đƣờng với hops
Nồng độ chất hịa tan 11-12% lên men tốt hơn các loại dịch đường cĩ nồng độ cao hơn hoặc thấp hơn. Nếu nồng độ này tăng thì sự sinh sản của nấm men cũng khơng tăng, nĩ dừng ở một chỉ số xác định.
* Nhiệt độ của dịch lên men: ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả sau:
- Thì thời gian lên men nhanh.
- Mật độ tối đa đạt được cao hơn so với ở nhiệt độ thấp.
- Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng tế bào chết lại nhiều, thối hĩa nhanh hơn. - Tỷ số giữa các cấu tử trong bia khơng cân đối, chất lượng bia giảm.
- Lên men triệt để hơn nhưng các sản phẩm bậc hai (đặc biệt là diaxetyl) tạo ra nhiều hơn.
* Áp suất bề mặt
Áp suất (0,3-0,7 bar) trong quá trình lên men sẽ làm tăng sự hồ tan CO2 nhưng ảnh hưởng đến lượng sinh khối tạo thành. Trong một giới hạn xác định, nếu áp suất lên men càng cao thì lượng sinh khối tạo ra càng ít.
Ảnh hưởng đến trạng thái sinh lý của nấm men. Nếu nấm men chịu áp lực cao trong giai đoạn này thì nấm men chĩng “già” hơn.
Khi gần kết thúc quá trình thì việc tăng áp khơng ảnh hưởng đến tiến trình lên men. Ngược lại nĩ hạn chế được quá trình oxy hĩa và làm tăng độ bền cho bia.
* Hàm lƣợng oxy
Hàm lượng oxy hịa tan trong dịch đường ảnh hưởng đến tốc độ sinh sản của nấm men và lượng sinh khối tạo thành. Nếu lượng oxy hịa tan nhiều, hoạt động sống nuơi tế bào non diễn ra mạnh và sản phẩm bậc hai tạo ra nhiều hơn. Ngược lại, tốc độ lên men chậm, hương và vị khơng đạt. Lượng oxy hịa tan cũng tác động mạnh đến tốc độ thối hĩa của nấm men.
* Nồng độ sản phẩm lên men
Sản phẩm chính của quá trình lên men là rượu etylic và khí CO2. Khi những hợp chất này được tích tụ đến một nồng độ nhất định trong dịch lên men thì hoạt động sống của tế bào nấm men bắt đầu bị ức chế.
* Cƣờng độ khuấy đảo
Cường độ xáo trộn dịch lên men là một trong những yếu tố mạnh nhất thúc đẩy nhanh quá trình lên men. Việc khuấy đảo này là hồn tồn tự nhiên, nhờ sự khác nhau về nhiệt độ giữa vùng trên và vùng dưới của dịch lên men.
