Nấm men có thể phát triển trong môi trƣờng hiếu khí và yếm khí. Trong điều kiện hiếu khí thì tế bào nấm men hô hấp và tăng sinh khối (giai đoạn đầu của quá trình lên men), trong điều kiện yếm khí nấm men chuyển hóa đƣờng thành rƣợu và CO2.
Quá trình hình thành rƣợu ethylic và CO2
Các loại đƣờng có thể lên men trong nƣớc nha là maltose, maltotriose và một ít đƣờng glucose, sucrose, fructose. Sucrose đƣợc thủy phân bên trong tế bào nấm
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
29
men nhờ enzyme invertase trên màng tế bào nấm men và đƣợc tiết vào môi trƣờng thành glucose và fructose. Trong quá trình lên men nấm men thông qua con đƣờng trao đổi chất và năng lƣợng để chuyển hóa đƣờng thành rƣợu ethylic và CO2 theo sơ đồ phản ứng:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Các quá trình sinh hóa xảy ra do sự xúc tác sinh học của các enzyme đƣợc hình thành trong quá trình lên men, một số sản phẩm phụ cũng đƣợc hình thành nhƣ các acid hữu cơ, các ester, rƣợu bậc cao, aldehyde, glycerin…Tất cả những biến đổi này dẫn đến sự thay đổi thành phần nƣớc nha và biến đƣờng thành rƣợu. Thành phần và chất lƣợng bia phụ thuộc vào thành phần nƣớc nha, loại nấm men và điều kiện lên men.
Quá trình hấp thụ acid amin
Các acid amin trong nƣớc nha đƣợc chuyển hóa theo hai cách, ban đầu các acid amin này đƣợc đƣa vào trong tế bào và tham gia trực tiếp tạo thành protein của nấm men, sau đó nhóm amin đƣợc chuyển thành enzyme (trasaminaza) và duy trì bộ khung cacbon đƣợc tiết ra hay đƣợc sử dụng để tạo thành NAD+. Ở trƣờng hợp sau acid amin đƣợc tạo thành bởi sự cacboxyl hóa.
Trong quá trình lên men chính, ta thấy có sự gia tăng đáng kể độ acid của nƣớc nha là nguyên nhân chính tạo ra H2CO2 và một số acid amin khác. Một nguyên nhân khác làm giảm pH là sự biến đổi các gốc phosphat trong nƣớc nha do quá trình trao đổi chất của nấm men.
Sự chuyển hóa chất béo
Sinh tổng hợp các tế bào nấm men mới trong quá trình lên men đòi hỏi sự tổng hợp lipid, quá trình rất cần oxy để oxy hóa chất béo.
Các loại nấm men khác nhau đòi hỏi lƣợng oxy khác nhau, mà nhu cầu về oxy đƣợc thay thế khác nhau trong quá trình lên men bởi việc cung cấp các acid béo và các sterol không bão hòa vào môi trƣờng lên men.
Sự thiếu oxy sẽ dẫn đến quá trình lên men không đạt yêu cầu làm tăng lƣợng ester trong bia, làm ảnh hƣởng đáng kể đến hƣơng. Do đó, việc cung cấp đủ lƣợng oxy ban đầu vào nƣớc nha đảm bảo cho môi trƣờng lên men thích hợp.
Quá trình tạo sản phẩm phụ
Ngoài các sản phẩm chính tạo thành khi lên men, còn có một số chất khác cũng đƣợc hình thành và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành mùi vị của bia.
Các rƣợu bậc cao: khối lƣợng và thành phần rƣợu bậc cao phụ thuộc vào thành phần nƣớc nha, chủng nấm men và nhiệt độ. Trong bia có rƣợu bậc cao nhƣ propylic, isopropylic, buthylic, isobuthylic, amylic, isoamylic… Hàm lƣợng các rƣợu này dao động trong khoảng 50 ÷ 60 mg/l, khi lên men ở điều kiện nhiệt độ cao thì hàm lƣợng này tăng lên. Mỗi loại rƣợu bậc cao đều gây cho bia có một mùi vị
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
30
khác nhau và hầu nhƣ đều gây vị khó chịu cho bia. Phần lớn các rƣợu đƣợc tạo thành trong giai đoạn lên men chính, lúc đầu mạnh và về sau yếu dần, trong giai đoạn lên men phụ hàm lƣợng này tăng không đáng kể. Quá trình hình thành rƣợu bậc cao:
R – CHCN2 – COOH + H2O → R – CH2OH + CO2 + NH3
Các acid hữu cơ: trong quá trình lên men chính một số acid hữu cơ đƣợc tạo thành, một phần là sản phẩm phụ của quá trình lên men, một phần là do sự trao đổi chất của nấm men. Một vài acid hữu cơ nhƣ acid lactic, acid acetic, acid succinic, acid formic.
Sự tạo thành các ester: các ester tạo thành do quá trình ester hóa các acid bay hơi và không bay hơi với những loại rƣợu khác nhau. Các ester đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành mùi vị của bia, phần lớn các ester hình thành trong giai đoạn lên men chính. Ở điều kiện nhiệt độ nhƣ nhau thì lên men nổi cho nhiều ester hơn lên men chìm.
Sự tạo thành các aldehyde và các dẫn xuất: các aldehyde không ảnh hƣởng nhiều nhƣng các dẫn xuất của nó gây cho bia có mùi vị không tốt nhƣ diacetyl. Diacetyl có vị bơ gây cho bia có hƣơng vị xấu, hàm lƣợng cho phép trong bia là 0,1 ppm, đƣợc tạo ra từ sản phẩm trao đổi chất của nấm men và hòa tan vào bia. Trong quá trình lên men diacetyl tăng và sẽ giảm dần vào cuối quá trình lên men chính, sự khử diacetyl phụ thuộc vào số lƣợng tế bào nấm men, nhiệt độ và pH.
Các hợp chất lƣu huỳnh: nấm men sinh ra các hợp chất lƣu huỳnh từ các hợp chất sulfat, sulfit và các hợp chất chứa nitơ có chứa lƣu huỳnh. Những sản phẩm này làm cho bia có vị xấu ảnh hƣởng đến chất lƣợng của bia.
Sự tạo thành bọt
Sự tạo thành bọt là một trong những đặc tính cảm quan của bia thành phẩm. Giai đoạn đầu của quá trình lên men vì nhiệt độ còn thấp nên CO2 tạo thành sẽ hòa tan vào dung dịch không bị tách ra, nhƣng khi nồng độ CO2 trong dịch lên men cao và nhiệt độ đang tăng lên đã bào hòa CO2 thì lƣợng CO2 dƣ sẽ tách ra dƣới dạng bọt nhỏ li ti.
Quá trình kết bông của nấm men
Quá trình kết lắng là quá trình ngƣng kết của tế bào nấm men xảy ra ở cuối giai đoạn lên men.
Nấm men kết lắng ở cuối giai đoạn lên men, trong sản xuất bia hiện tƣợng này có một tầm quan trong đáng kể bởi vì nấm men kết lắng quá nhiều thì nó sẽ không còn tiếp xúc với bia và làm ngƣng quá trình lên men, nấm men kết bông không đều thì sẽ làm cho bia bị đục khó lọc. Khi nấm men kết tụ quá mịn nó sẽ nằm lơ lửng trong môi trƣờng và có nguy cơ tự thủy phân gây khó cho quá trình lọc.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Vũ Trường Sơn
31