2.3.1 Cấu tạo nấm men
Hiện nay nấm men sản xuất bia được chia thành hai loại chính: nấm men chìm
Saccharomyces carlsbergensis và nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae.
Đặc điểm của nấm men Saccharomyces carlsbergensis: hình oval, có kích thước 6 – 12 μm. Sinh sản bằng cách nảy chồi, rất khó tạo ra bào tử. Thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp (khoảng 2 – 8oC), phát triển ở tầng sâu của thiết bị. Trong qúa trình lên men chúng có xu hướng chìm sâu và kết lắng xuống đáy tank do đó dễ thu hồi men để tái sử dụng và làm cho bia tự trong nhanh hơn.
Đặc điểm của nấm nem Saccharomyces cerevisiae: sinh sản bằng cách tạo ra bào tử, thích nghi với điều kiện sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao từ 12oC trở lên, thích hợp cho lên men ở nhiệt độ 14 – 25oC. Khi lên men tế bào của chúng lơ lửng và tập trung trên bề mặt dịch. Với đặc tính như vậy nên tốc độ lên men nhanh và mạnh mẽ.
Hình 2.3. Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces carlsbergensis
(Nguồn: http://www.iaszoology.com)
2.3.2 Nguồn gốc và chủng nấm men
Việc lựa chọn chủng nấm men thích hợp là yếu tố vô cùng quan trọng để sản xuất bia có chất lượng cao. Trong sản xuất bia người ta thường sử dụng nấm men thuộc giống Saccharomyces để chuyển hóa đường thu được từ malt và gạo để tạo thành rượu ethanol và CO2, đó là các nòi thuần chủng được tách lập hay phân lập từ một tế bào.
Hiện tại công ty sử dụng nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis được chuyển từ tổng công ty bia Sài Gòn với đầy đủ các đặc tính của chủng nấm men chìm và nhiều ưu điểm vượt trội:
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 16
- Phát triển và lên men ở nhiệt độ thấp (7 – 9oC), là loại men được dùng phổ biến trên toàn thế giới để sản xuất các loại bia vàng sáng màu. Lên men mạnh trong lòng môi trường, các tế bào nấm men khi lên men thường kết dính vào nhau ở dạng bụi hoặc dạng bông và kết lắng nhanh xuống đáy tank, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc nhanh hơn, làm cho bia có màu vàng óng và trong suốt hơn.
- Nấm men chìm có thể thủy phân trisaccharide thành fructose melibiose, sau đó dưới tác dụng của enzyme melibiase, các đường glucose và galactose được tạo thành.
- Nấm men chìm còn lên men được các loại đường như: glucose, fructose và maltose, nhưng không lên men được tinh bột và các dextrin.
- Không lên men được các loại đường như: lactose, inulin, xilose, arabinose, cellobiose, manit, socbit,… Ngoài ra chủng nấm men này còn có khả năng tái sử dụng tốt trong 6 – 8 đời, tỷ lệ men chết phải < 10%.
Quá trình sinh trưởng của nấm men gồm có 4 pha:
- Pha tiềm phát: là giai đoạn nấm men mới được cấy vào môi trường còn chưa sinh sản. Nấm men thích nghi với môi trường mới trong đó một số tế bào bị ức chế, thậm chí có thể bị chết, số lượng tế bào nấm men không tăng hoặc tăng lên nhưng không đáng kể. Trong môi trường đầy đủ chất dinh dưỡng giống nấm men cấy vào càng khỏe, pha tiềm phát càng ngắn.
- Pha chỉ số: số lượng tế bào nấm men phát triển theo cấp số nhân với tốc độ sinh trưởng cực đại. Trong pha này nấm men nảy chồi rất mạnh, số tế bào phát triển ồ ạt, chất dinh dưỡng bắt đầu cạn dần, các sản phẩm sinh ra làm mất đi điều kiện thuận lợi cho sinh trưởng và chuyển sang pha ổn định. - Pha cân bằng: sinh trưởng của nấm men ổn định và lên men mạnh.
- Pha suy vong: sự sinh sản hầu như ngừng lại, các tế bào sống trở nên già đi và bắt đầu kết lắng.
Tốc độ sinh sản của nấm men phụ thuộc vào nhiệt độ, các thành phần các chất dinh dưỡng, các chất độc, các hợp chất nitơ, cacbon có trong môi trường. Đối với lên men chìm, nhiệt độ tối ưu cho quá trình tăng sinh khối là 25 – 30oC, ở 40oC nấm men ngừng hoạt động và bắt đầu chết, nhưng ở 2 – 3oC thì vẫn còn hoạt động và ở nhiệt độ thấp làm ức chế quá trình tăng sinh khối của nấm men. Trong môi trường giàu hợp chất nitơ và nghèo hợp chất hydratcacbon thì nấm men phát triển chậm lại. Ở nồng độ dịch đường ≥ 20%, quá trình phát triển nấm men và lên men ngừng hoạt động. Vì các tế bào huyết tương hóa do áp lực thẩm thấu cao.
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 17
Hàm lượng CO2 cao làm giảm sự tăng trưởng sinh khối, trong khi O2 cao làm tăng tốc độ phát triển nấm men.
Hàm lượng cồn ≥ 0,5% có ảnh hưởng độc hại cho nấm men và ảnh hưởng này tăng khi nhiệt độ tăng.
Chọn men bia cần chú ý đến các chỉ tiêu sau: - Men giống phải thuần chủng.
- Khả năng sinh trưởng, khả năng kết lắng và hoạt lực của nấm men. - Nhiệt độ bảo quản 10oC.
- Thời gian trữ 48 giờ.
- Khi đưa vào sản xuất tỉ lệ men chết 10%, số lần sử dụng 8 lần - Tỉ lệ nảy chồi 10%.
- Mật độ tế bào nấm men 15 – 30 triệu tế bào/ml.
2.3.3 Thu hồi và bảo quản nấm men
Sau khi cấy men vào nước nha để tiến hành công đoạn lên men, các nấm men được lên men trong điều kiện thích hợp để tăng tốc độ sinh sản của nấm men, men được lưu lại trong tank trong suốt quá trình lên men chính. Tuy nhiên, để đảm bảo cho quá trình lên men triệt để thì lượng nấm men có thể còn lại trong tank lên men trong giai đoạn lên men phu, tùy thuộc vào tốc độ lên men nhanh hay chậm mà việc thu hồi men về các tank chứa sớm hay là trễ. Quá trình lưu giữ men tại các tank chứa phải đảm bảo đúng yêu cầu về nhiệt độ (bảo quản ở 4 – 5oC), không thông gió, men sau khi thu hồi về tốt nhất phải cấy trở lại cho các tank lên men tiếp theo không được lưu giữ quá 48 giờ. Vì trong quá trình lưu giữ men trong thời gian dài sẽ làm cho hoạt lực của nấm men yếu dần, dẫn đến nấm men không đạt chất lượng để cung cấp cho quá trình lên men.
2.4 HOUBLON (Humulus lupulus)
Đây là loài thực vật loại cây leo phân tính, thuộc họ Gai dầu, được trồng ở các vùng ôn đới, hoa của nó được dùng để sản xuất bia, tạo hương vị đặc biệt. Hoa được sử dụng cho sản xuất bia phải là hoa cái chưa thụ phấn còn những hoa đã thụ phấn thì không sử dụng.
Là nguyên liệu quan trọng thứ hai trong công nghệ sản xuất bia. Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm rất đặc trưng, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm.
Khi hoa bắt đầu chín, bên trong các cánh hoa, đặc biệt ở nhị hoa xuất hiện các hạt màu vàng óng và nhờn dính, đó gọi là hạt lupulin. Chính những hạt lupulin nầy là nguồn gốc chính sinh ra chất đắng và tinh dầu thơm của hoa houblon.
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 18
Hình 2.4. Hoa houblon
(Nguồn: http://www.news.go.vn)
2.4.1 Thành phần hóa học và vai trò của hoa houblon
2.4.1.1 Một số thành phần trong hoa houblon
Chất đắng: là thành phần quan trọng nhất trong houblon, nó tập trung chủ yếu là những hạt lupulin dưới dạng nhựa hay axit đắng kết tinh. Những hạt này có chứa những chất thơm, các chất có vị đắng đặc trưng, nhờ đó bia có vị đắng dễ chịu, có hương thơm, bọt lâu tan, làm tăng độ bền sinh học cho bia, có tác dụng kháng khuẩn và giữ được phẩm chất khi thời gian kéo dài.
α – axit đắng: gồm 6 hợp chất humulon, cohumulon, prehumulon, adhumulon, posthumulon, 4 – deoxuhumulon.
Trong các hợp chất trên thì humulon là thành phần quý nhất trong hoa houblon, vì nó là nguồn cung cấp chính các chất đắng và khả năng kháng sinh. Humulon và các đồng phân tạo ra từ 85 – 95% chất đắng trong bia, nó có vị đắng mạnh, độ hoạt động bề mặt lớn. Khả năng hòa tan của α – axit đắng trong nước khoảng 500 mg/l, trong dịch đường thì ít hơn, trong bia thì không đáng kể (10 – 30 mg/l). Độ kiềm của dung môi càng cao thì khả năng hòa tan của chúng càng nhiều.
Trong giai đoạn đun sôi dịch đường với hoa houblon, các hợp chất humulon không trực tiếp hòa tan mà chúng trải qua một giai đoạn trung gian là quá trình đồng phân hóa α – axit đắng thành iso α – axit đắng. Sau quá trình đồng phân này sẽ tạo ra các sản phẩm có độ đắng cao hơn nhiều.
β – axit đắng: gồm 4 hợp chất hupulon, colupulon, adlupulon và prelupulon. Chủ yếu là lupulon có khả năng gây đắng và sự hoạt động bề mặt hay khả năng tạo bọt cũng yếu hơn humulon, nhưng khả năng kháng sinh lại mạnh hơn.
β – axit đắng dễ tan trong các ester, hexan, rượu methylic. Khả năng hòa tan trong nước, trong dịch đường kém hơn rất nhiều so với α – axit đắng. Khi đun sôi trong dịch đường, nó cũng bị đồng phân hóa sau đó mới bị phân cắt nhưng tốc độ rất
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 19
chậm. Nếu bị oxy hóa, β – axit đắng sẽ chuyển thành hupulon, khả năng hòa tan kém.
Nhựa mềm, nhựa cứng
Nhựa mềm là sản phẩm ở giai đoạn đầu của quá trình oxy hóa và polyme hóa. Ở giai đoạn này thì chất đắng và khả năng kháng sinh chỉ còn một phần. Tuy nhiên khả năng hòa tan cao nên độ đắng được tạo ra lớn hơn.
Nhựa cứng là sản phẩm cuối của quá trình. Ở giai đoạn này thì chúng không thể hòa tan vào dịch đường và thải theo cặn lắng, chính vì vậy hợp phần này không có giá trị trong sản xuất.
Polyphenol
Có vai trò quan trọng trong sản xuất, kết lắng và loại bỏ các hợp chất cao phân tử ra khỏi dịch đường. Làm ổn định thành phần và tăng độ bền keo của bia sản phẩm. Có vị gắt (làm se môi), bị oxy hóa thành hợp chất có màu nâu đỏ, kết hợp với các muối sắt thành các hợp chất đen (chúng gây đục bia, ảnh hưởng xấu đến vị và màu cho bia).
Tinh dầu thơm
Tạo mùi thơm đặc trưng nhẹ nhàng và dễ chịu cho sản phẩm. Là chất lỏng trong suốt, không màu hoặc màu vàng nhạt. Tinh dầu thơm có mùi rất mạnh, tỷ trọng khoảng 0,88, dễ dàng hòa tan trong rượu etylic ở nồng độ cao. Trong nước tỷ lệ hòa tan của chúng là không đáng kể, khoảng 1 : 20000. Tinh dầu thơm bay hơi khá nhanh ở nhiệt độ thường.
Trong thời gian đun sôi dịch đường với hoa houblon, có tới 98% lượng tinh dầu thơm bay ra theo hơi nước, chỉ còn tồn tại 2% trong bia.
Một số thành phần hóa học của hoa houblon được trình bày qua Bảng 2.5.
Bảng 2.5. Thành phần hóa học của hoa houblon
Thành phần Tỉ lệ (% chất khô)
Nước 11 – 13
Chất đắng 15 – 21
Polyphenol 2,5 – 6
Tinh dầu thơm 0,3 – 1
Protein 15 – 21
Cellulose 12 – 14
Chất khoáng 5 – 8
Các hợp chất khác 26 – 28
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 20 2.4.1.2 Vai trò của hoa houblon trong sản xuất
Hoa houblon có vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất bia. Nó có tác dụng làm ngưng kết albumin (làm cho dịch bia trở nên trong hơn), ức chế sự phát triển của vi sinh vật, làm tăng khả năng tạo và giữ bọt, nhất là tạo nên mùi thơm, vị đắng dịu đặc trưng cho bia, đồng thời làm tăng độ bền keo và ổn định cho sản phẩm.
2.4.2 Chế phẩm của hoa houblon
Có hai loại chế phẩm được sử dụng phổ biến tại các nhà máy bia hiện nay là: houblon cao, houblon viên được nhập khẩu từ Đức và được trữ ở nhiệt độ 5 – 7oC. Houblon cao (CO2 extract) hàm lượng α – axit đắng 52,5%, tạo vị đắng cho sản phẩm, dạng sệt màu vàng sậm hoặc xanh olive. Sử dụng dạng houblon cao sẽ tách được các chất đắng trong hoa ở dạng đậm đặc, chất lượng của chất đắng được bảo toàn tốt hơn, sử dụng tiện lợi và hiệu quả hơn nhiều. Houblon cao được đóng trong hộp sắt tây và bảo quản trong điều kiện lạnh (10 – 15oC).
Dạng sản phẩm này sẽ giảm được hao phí chất đắng trong quá trình bảo quản, tăng hệ số sử dụng hữu ích của houblon, giảm lượng bã, chất màu.
Houblon viên hàm lượng α – axit đắng 8,1% tạo mùi hương đặc trưng cho sản phẩm, dạnh houblon này có các thành phần tinh dầu nhiều, chủ yếu là dùng để trích ly hương. Houblon viên được đóng gói trong bao giấy nhôm và cũng được bảo quản trong điều kiện lạnh. Nhà máy sử dụng cả ba loại houblon là SI-Au 14,929%, Batch 10,3% và HPE 10,1% cho mỗi mẻ nấu.
Hình 2.5. Chế phẩm hoa houblon dạng cao và viên
(Nguồn: http://www.bieremaisonartisanaleblogspot.com)
Những ưu điểm khi sử dụng chế phẩm:
Làm cho bia có độ đắng ổn định và có thể bảo quản trong thời gian dài và chủ động được nguồn nguyên liệu.
Dạng viên: thơm và ít đắng, là chế phẩm giàu lupulin, có vai trò quan trọng là cung cấp tinh dầu thơm cho bia, sử dụng dạng viên sẽ giảm lượng bã thải ra.
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 21
Dạng cao: thường đắng và ít thơm.
Một số yêu cầu kỹ thuật của hoa houblon cao và houblon viên được trình bày qua Bảng 2.6.
Bảng 2.6. Yêu cầu kỹ thuật của hoa houblon cao và houblon viên
Tên chỉ tiêu Houblon cao Houblon viên
Màu sắc Vàng sậm hoặc xanh olive. Màu xanh lá mạ hơi vàng.
Mùi vị Mùi thơm đặc biệt, dễ bay
hơi, vị đắng rõ rệt.
Mùi thơm đặc trưng, vị đắng dịu.
Hình dạng Dạng sệt, có độ sánh cao. Dạng viên đùn không vở
vụn. Hàm lượng α – axit đắng
≥ 50%. Tan hết và có thể tạo kết tủa lắng nhanh khi đun sôi với dịch đường.
8 – 10%
(Nguồn: Công ty cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Tây)
2.5 THẾ LIỆU
Là nguyên liệu chưa nảy mầm có thể sử dụng ngũ cốc như: bo bo, gạo, ngô, bắp, khoai,…(Hình 2.6). Nhưng gạo là nguyên liệu có hàm lượng tinh bột cao, cấu trúc hạt khá rắn chắc, hàm lượng protein thấp, ít tan trong nước nên được sử dụng nhiều trong quá trình nấu bia.
Mục đích: hạ giá thành sản phẩm, cải thiện một số tính chất của sản phẩm, tạo ra chủng loại bia có phẩm cấp chất lượng khác nhau. Tuy nhiên, sử dụng thế liệu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bia (mùi, vị, màu…).
Công ty cổ phần Bia – Sài Gòn – Miền Tây sử dụng thế liệu là gạo với tỉ lệ thêm vào là 75% malt – 25% gạo.
Hình 2.6. Thế liệu dùng trong sản xuất bia
(Nguồn: http://www.dc166.4shared.com)
Thành phần hóa học của gạo và các chỉ tiêu đánh giá gạo dùng trong sản xuất được trình bày qua Bảng 2.7 và Bảng 2.8.
Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và SHƯD Trang 22
Bảng 2.7. Các thành phần chính của gạo
Thành phần Chất khô
Carbohydrate chung 85 – 90
Protein (các hợp chất chứa nitơ) 5 – 8
Chất béo 0,2 – 0,4
Nước 13 – 14
(Nguồn: Nguyễn Thị Hiền và ctv, 2007)
Bảng 2.8. Các chỉ tiêu đánh giá gạo dùng trong sản xuất
Tên chỉ tiêu Yêu cầu
Màu sắc Đồng nhất, không hạt mốc, sạn, rác, hôi
Tỉ lệ tập chất < 2% Tinh bột > 76% Chất béo < 1,6% chất khô Độ ẩm 13 – 13,5% Tro 1,1% chất khô Cellulose 0,8% chất khô
(Nguồn: Công ty cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Tây)
2.6 PHỤ GIA SỬ DỤNG
Trong công nghệ sản xuất bia, ngoài những nguyên liệu chính ra người ta còn dùng đến một số chất phụ gia nhằm nâng cao chất lượng của bia sản phẩm. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật công nghệ mà sử dụng với những hàm lượng khác nhau và được chia làm hai nhóm:
Nhóm phụ gia trực tiếp: gồm tất cả những nguyên liệu phụ và hóa chất có mặt trong thành phần của sản phẩm nhưng có sự kiểm soát chặt chẽ về hàm lượng cho phép.
- Axit lactic: điều chỉnh pH của khối cháo ở nồi malt, tạo môi trường thuận lợi để các enzyme amylase hoạt động đồng thời điều chỉnh pH của nước nha.