1. Lên men chìm, gián đoạn, trong thiết bị hở:
Dịch đường houblon hóa sau khi tách cặn và làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết (6 - 100C), được đưa sang khu vực lên men chính bao gồm các thiết bị dạng hở. Việc chuyển dịch đường được thực hiện bằng bơm li tâm hoặc lợi dụng khả năng tự chảy của chúng. Sau khi dịch đường đã chiếm khoảng 1/3 thể tích của thùng lên men thì ta nạp nấm men giống vào dịch.Sau đó, bơm dịch vào thể tích cần thiết, kết hợp đảo đều bằng khuấy cơ học hoặc sục không khí vô trùng.
Quá trình lên men có thể chia thành 4 giai đoạn. Mỗi giai đoạn đều có những biểu hiện và dấu hiệu đặc trưng, với mức độ khác nhau củ sự thay đổi hàm lượng chất hòa tan, nhiệt độ và các dấu hiệu bề ngoài của dịch lên men, đặc biệt là hình thái của bọt.
Giai đoạn đầu của quá trình bao gồm 1 -2 ngày đêm. Đặc điểm lớn nhất của giai đoạn này là sự phát triển của tế bào nấm men, tức là quá trình tạo sinh khối. Đã có những dấu hiệu đầu tiên của sự lên men: nhiệt độ tăng 0.50C, xung quanh thùng lên men đã xuất hiện một vành bọt. Sang ngày thứ hai màn bọt đã lan phủ đầy mặt thùng. Bọt nhỏ, mịn và trắng. Hàm lượng chất hòa tan trong giai đoạn này giảm 0.3 – 0.5%.
Ở một số nhà máy, không phân biệt lên men hở hay kín, người tat hay giai đoạn này thành một số phương án mà người ta gọi “lên men sơ bộ”. các phương án đó như sau:
Sau một ngày lên men, một số cặn mịn kết tủa, đồng thời các tế bào chết cũng được kết lắng. Phần cặ được tháo ra, còn phần dịch ở phía trên được chuyển sang thùng lên men khác.
Sau 48 -60h lên men, khi toàn bộ tế bào đang nảy chồi ồ ạt thì dịch lên men được chuyển sang thùng lên men khác, có thể tích lớn hơn, đồng thời bổ sung tiếp dịch đường houblon hóa.
Phương án thứ nhất nhằm tăng cường độ trong chi bia non, giảm bớt mùi vị lạ do cặn lắng và nấm men chết gây ra. Còn ở phương án thứ hai, là rút ngắn thời gian thích nghi, tăng cường hoạt lực của nấm men.
Giai đoạn thứ hai bao gồm 2 -3 ngày đêm tiếp theo. Đặc điểm ở giai đoạn này là nấm men đã phát triển đến mật độ cực đại. Tốc độ lên men đã mạnh lên. Bọt dềnh cao thành “cục”, đầu tiên màu trắng, đến cuối giai đoạn thì bắt đàu ngả sang màu hơi nâu. Hàm lượng chất hòa tan giảm 2 – 2.5%. nhiệt độ tăng 1 – 1.50C.
Giai đoạn thứ ba là giai đoạn lên men mạnh nhất, kéo dài trong 2 ngày đêm tiếp theo. Bọt dềnh cao đến mức cực đại, tạo thành những mảng lớn. Kích thước của bọt to trông rất thô, trên mặt bọt đã bắt đầu ngả màu xám. Sang đến thời gian cuối của giai đoạn này thì bọt bắt đầu xẹp xuống. Hàm lượng chất hòa tan giảm 2,5 – 3,0%, còn nhiệt độ có chiều hướng tăng rất mạnh. Ở giai đoạn này phải tiến hành làm lạnh cục bộ để dịch lên men hạ về nhiệt độ ban đầu.
Giai đoạn cuối bao gồm 2 -3 ngày cuối cùng. Đến đây thì tốc độ lên men đã giảm. Lí do là vì hàm lượng chất hòa tan đã bị tiêu hao gần hết, mặc khác là do hạ nhiệt dộ của bia non. Bọt xẹp hết, trên bề mặt bia non phủ một lớp bột màu xám – nâu. Hàm lượng chất hòa tan giảm khoảng 0.8 – 1.0%, còn nhiệt độ giảm 3 – 40C. Trong giai đoạn này nấm men và một số cặn khác dần dần bị kết lắng, bia non dần dần được trong hơn. Thời gian kéo dài của quá trình lên men chính phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan ban đầu của dịch đường và chế độ nhiệt trong thời gian đó. Nếu lên men dịch đường có nồng độ trung bình (10 – 12%) với bia cần có hàm lượng đường sót cao thì thời gian cần thiết là 8 – 9 ngày. Còn với dịch đường có nồng độ cao hơn, thì trường độ của quá trình có khi dài tới 10 – 12 ngày.
Sau khi lớp men chính kết thúc, lớp phủ trên mặt cần phải vớt bỏ, còn bia non thì được bơm sang khu vực lên men phụ và tàng trữ.
Sau khi chuyển hết bia non đi lên men phụ và tàng trữ, ở dưới đáy thùng lên men chính còn lại là nấm men kết lắng cùng với vô số tạp chất khác kết lắng theo. Khối kết lắng này, bao gồm ba lớp: lớp trên cùng và lớp dưới cùng là các tạp chất và tế bào chết. Cả hai lớp này có màu đen – xám hoặc nâu – xám cần phải loại bỏ. Lớp ở giữa màu trắng ngà, kết dính dạng bông – đó là lớp sinh khối bao gồm tế bào sống. Lớp này cần phải tách riêng ra, rửa sạch đưa đi bảo quản để dùng vào nhiều mục đích khá nhau.
2. Lên men nổi (lên men bề mặt):
Lên men nổi là công nghệ được áp dụng ở khắp các nước Bắc Âu. Còn ở các nước khác chỉ áp dụng phương pháp lên men này trong sản xuất bia đen hoặc các loại bia đặc biệt từ malt tiêu mạch.
Diễn biến:
Quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độ 250C. Mặt bằng lên men không cần làm lạnh, còn dịch đường houblon hóa thì được làm lạnh bằng nước bình thường. Lượng nấm men gieo cấy ban đầu là khoảng 0.2 – 0.3 lít dịch lên men đặc trong 100 lít. Liều lượng này tương đương với mật độ 6 – 7.106 tế bào/1ml. Trước lúc gieo cấy vào thùng lên men chính thức, nấm men được cấy đều và hoạt hóa trong một thùng chuyên dụng. Nhiệt độ hoạt hóa là 18 - 190C, còn thời gian là 3 – 4 h.
Những biểu hiện bề ngoài của quá trình lên men trong 3 ngày đầu tiên, diễn ra tương tự như lên men chìm. Sau thời gian đó, nấm men bắt đầu nổi lơ lửng trên bề mặt dịch lên men. Thời gian lên men kéo dài 5 - 6 ngày. Sau đó, bia non được đưa đi tàng trữ. Thời gian tàng trữ là 3 tuần, có trường hợp kéo dài đến hàng tháng.
3. Lên men trong thiết bị kín kết hợp thu hồi CO2:
Không phân biệt là lên men chìm hay lên men nổi, miễn sao thiết bị chính có thể thu hồi được CO2 tạo thành trong quá trình lên men. Quá trình lên men diễn ra ở điều kiện thế oxy – hóa khử thấp không hề ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển của nấm men. Thậm chí khi áp suất bề mặt khoảng 0,3 – 0,4 kg/cm2 do oxy tạo ra lại có khả năng kích thích quá trình lên men. Lượng oxy cần thiết cho sự sinh sản đã bị nấm men hấp thụ hết ở ngày đầu tiên, và sau đó thì chúng không cần đến nguyên tố này nữa.
Thu nhận được bia thành phẩm có độ bền sinh học cao hơn, khả năng tạo bọt cao hơn và vị hài hòa hơn, tận dụng được một lượng CO2 tạo thành. Ở thời điểm lên men mạnh nhất từ 1hl dịch đường ta có thể thu hồ được 1,3 – 1,5 kg CO2. Lên men chính ngăn cản sự nhiễm khuẩn của dịch lên men.
Bề ngoài của quá trình lên men trong thiết bị kín cũng giống hoàn toàn như lên men ở điều kiện hở. Điểm khác là màu sắc của bọt lên men kín luôn luôn sáng, không ngả màu nâu – xám. Nguyên nhân là do chúng không bị oxy hóa, do đó lớp bọt trong bia non không ảnh hưởng đến hương, vị của bia thành phẩm. Vì thế, chúng không cần phải loại bỏ ra ngoài khi đưa bia non đi tàng trữ như trường hợp lên men trong thiết bị hở.
4. Phương pháp lên men liên tục:
Đặc trưng của phương pháp:
• Quá trình lên men được thực hiện trong 1 hệ thống bao gồm nhiều thiết bị và các thiết bị được nối với nhau bằng ống chảy chuyền.
• Thiết bị đặt trong phòng lạnh.
Thực hiện:
Quá trình lên men liên tục được thực hiện theo sơ đồ sau:
Bia đi lọc 2 DLM 1 3 4 4 4 5 6 7 8 8 8 9 nấm men
nuôi
1. Thùng tiếp liệu 5. Thiết bị chứa bia non trước li tâm 2. Thiết bị houblon 6. Li tâm đĩa
3. Bơm định lượng 7. Thiết bị chứa bia non sau li tâm 4. Thiết bị lên men chính 8. Thiết bị lên men phụ
9. Thiết bị chiết bia trước lọc
5. Phương pháp lên men bán liên tục:
Đặc trưng của phương pháp:
Dịch đường houblon hóa được lên men trong các tank kín, liên thông với nhau, mắc nối tiếp tạo thành dãy. Mỗi dãy có 6 tank: mỗi tank dùng để lên men sơ bộ và năm còn lại là các tank lên men. Tất cả các tank trong dãy được luân phiên giữ các chức năng “lên men sơ bộ” sau mỗi chu kì lên men. Trạng thái sinh sản cực đại của nấm men ở tank lên men sơ bộ luôn được bảo đảm trong suốt chu kỳ lên men.
Thực hiện:
Dịch đường được làm lạnh đến 9,50C và nạp vào tank lên men sơ bộ. Định mức nấm men giống là 20.106 tế bào/cm3. Sau 24h, dịch lên men ở tank sơ bộ lại được sang đôi sang tank lên men thứ hai, và cả hai tank được bổ sung dịch đường đến đầy thể tích. Sang ngày thứ sáu, khi tank thứ năm lên men được đổ đầy thì thể tích thì quá trình lên men ở tank thứ nhất đã kết thúc.
Bia non dược đưa đi tàng trữ, và tank này được đưa đi làm vệ sinh sạch sẽ, nạp mẻ mới và nó đóng vai trò là tank lên men sơ bộ cho chu kì tiếp theo.