Dịch hèm được lạnh nhanh và được sục khí. Mục đích là hạ nhiệt độ của dịch đường xuống nhiệt độ lên men , bão hòa oxy cho dịch lên men và kết tủa huyền phù.
Dịch hèm từ nồi sôi hoa đang ở nhiệt độ là 100oC sẽ được nghỉ trong 10 phút nhiệt độ sẽ giảm xuống 95oC và bắt đầu quá trình lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 15oC trong 30 phút.
Hèm nóng 52 hl với độ đường là 12 – 12,5oP được làm lạnh tới 15oC ở máy lạnh nhanh hèm được nước lạnh 25 – 30oC làm mát, nước này được nâng nhiệt lên khoảng 78oC ở lần 1 và làm lạnh tới -4oC bởi chất làm lạnh glycol ở lần 2. Hèm được sục khí trước khi cho men vào, để lượng O2 khoảng 8 ppm/l hèm bằng cách thêm không khí vô trùng vào 40l/h, lạnh nhanh được khống chế và điều khiển van tiết lưu bằng tay, nhiệt độ của hèm lạnh được khống chế bởi bộ phận PI, dùng tay điều chỉnh bộ phận sục và tỷ lệ không khí vào bao nhiêu thì xem bộ phận đo dòng.
* Các quá trình hoa lý xảy ra khi làm lạnh nhanh:
- Sự hòa tan oxy vào dịch lên men: khi dịch đường tiếp xúc với oxy và các chất hữu cơ, nhựa hoa houblon và tanin sẽ bị oxy hóa từng phần. Ngoài ra, oxy chính là điều kiện cần thiết cho sự sinh sản và phát triển của nấm men trong quá trình lên men sau này.
- Sự tạo thành và tách các kết tủa: Trong quá trình làm lạnh sẽ hình thành các chất cặn ở dạng huyền phù, chúng xuất hiện trong quá trình nấu sôi hoa và quá trình làm lạnh. Các chất cặn này sẽ làm ảnh hưởng tới quá trình sinh lý và sinh hóc của nấm men về sau. Và chún được loại bỏ bằng việc lắng.
- Sự bay hơi nước: Khi làm lạnh một phần nước bị bốc hơi, do đó thể tích dịch lên men sẽ giảm và nồng độ của nó tăng lên.
Chú ý: Bộ phận lọc khí ở máy lọc phải được tháo ra và khử trùng trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ 120oC trong 2h. Việc khử trùng bộ phận lọc này được tiến hành thường xuyên 1 tuần 1 lần.
III.2.2. Quá trình nhân giống nấm men.
Nguyên tắc: Nhân giống nấm men được tiến hành trong thùng kết hợp giữ men và nhân men.
Nhân giống ở điều kiện vô trùng bắt đầu việc nhân giống trong phòng thí nghiệm và kết thúc cho men dạng đặc vào trong các tank lên men.
Tùy vào yêu cầu của con men ở trong các tank, thường thì nhân giống 2 tháng 1 lần.
Chất lượng nấm men chấp nhận được khi: + Số đời là lớn hơn 8.
+ Độ tinh khiết của vi sinh thấp. + Số lượng men chết cao (20%)…
* Các bước nhân giống trong phòng thí nghiệm:
Lọ đựng men
Thể tích
ban đầu Thêm vào
Thời gian lên men
Nhiệt độ
lên men Chuyển tới
Đĩa cấy men Nuôi cấy bề mặt 0.12l dịch hèm 3 ngày 25 oC Bình Carlsberg 25l Bình Carlsberg 18l dịch hèm 0.12l men huyền phù 5 – 8 ngày 25 oC Thùng lên men 600l Nấm men được nuôi cấy trong bình lắc 1 ngày, dịch hèm trong bình được sục khí vô trùng 1h trước khi cho nấm men vào, suốt thời gian 3 ngày đầu lên men, mỗi ngày phải sục khí vô trùng 20 phút đồng thời lắc nhẹ trong suốt quá trình.
* Quá trình nuôi
Thùng
chứa Thể tích ban đầu Thêm vào Thời gian lên men Nhiệt độ lên men Chuyển tới
Thùng 600l 130 l hèm 18 l men 3 ngày 20oC Không chuyển Thùng 600l 150 l men 150 l 3 ngày 18oC Tank 175 hl Tank kết hợp 175 hl 300 l men 50 hl 2 ngày 18 oC Không chuyển Tank kết hợp 175 hl 53 hl 50 hl hèm 2 ngày 18 oC Không chuyển Tank kết hợp 175 hl 103 hl 50 hl hèm 2 ngày 18 oC Tank chứa men dạng dặc Trong quá trình nhân men ở tank lên men, thời gian sục khí 60 phút vào từng buổi sáng với không khí sạch đã khử trùng qua đáy (đầu vào và đầu ra). Khống chế
nhiệt độ của thùng lên men bằng tay. Việc nhân men trong tank kết hợp 175 hl phải tiến hành ở tank có bộ phận làm lạnh ở đáy để có điều kiện khống chế nhiệt độ với 1 mẻ nấu trong tank.
Ngay khi mẻ nấu thứ 2 đã được bơm vào tank thì nhiệt độ được khống chế tự động, mỗi mẻ cho hèm vào đều phải được sục khí.
* Giữ, thu hoạch và bơm men.
Sau khi kết thúc quá trình lên men trong tank thì men được thu hoạch bằng cách dùng bơm, ống mềm, ống hình chữ T để chuyển tới thùng chứa men. Dùng thước đo lượng men thu hoạch được bao nhiệu.
Nếu dư thừa nấm men, thì chỉ chọn loại nấm men tốt, số còn lại thì loại bỏ.
Nếu lô men thừa đó không bị nhiễm thì loại bỏ đời men cao.
Nhiệt độ trong thùng chứa men giữ ở 4oC, nhiệt độ này được khống chế bởi van điều tiết làm lạnh cho thùng chứa lạnh và đồng hồ.
Nấm men thu hoạch thông thường giữ ở thùng chứa men trong thời gian không quá 1 tuần. Thời gian và số lượng men trong thùng chứa được khống chế bằng thước để đo.
III.2.3. Công nghệ lên men và giữ men 1. Thông số cho quá trình lên men
-Nhiệt độ đặt: 15oC ± 0.5oC -Nhiệt độ lên men: 16oC -Thời gian lên men: 7 ngày -Làm lạnh xuống: 4oC -Thời gian hạ lạnh: 1 ngày -Nhiệt độ thu hoạch men: 4oC -Hạ lạnh xuống: -1oC
-Thời gian làm lạnh: 1 ngày -Nhiệt độ tàng trữ: -1oC
Hình 3.6: Biểu đồ lên men 2. Quá trình lên men.
2.1. Lên men chính.
Mẻ 1,2 cần được thông khí vô trùng với lưu lượng khí là 14 l/h. Mẻ 3 không cần sục khí do lượng khí đã đủ khi sục ở mẻ 1 và 2.
Nồng độ tế bào từ 10 – 18 triệu tế bào/1 ml được đưa vào dịch hèm để lên men. Bình thường có khoảng 150 l men được đưa vào (tương đương khoảng 1% so với thể tích dịch đưa vào để lên men).
Quá trình lên men ở trong tank với áp suất P = 0.8 bar, điều chỉnh bởi van điều áp.
Dựa vào biểu đồ nấu ta thấy rằng sau khi dịch hèm được làm lạnh nhanh từ 95oC xuống 15oC thì được chuyển sang giai đoạn lên men chính. Sau khi chuyển sang lên men chính thì nhiệt độ được tăng lên 16oC và giữ ở 16oC để lên men trong 7 ngày. Ở đây thường ngày theo dõi sự phát triển của nấm men bằng việc đo sự thay đổi hàm lượng đường trong các tank lên men. Cùng với việc đó thì cũng theo dõi sự thay đổi của pH, nhiệt độ. pH thay đổi là do trong quá trình lên men ngoài quá trình chuyển hóa đường thành rượu mà còn hình thành một số các acid hữu cơ, một số
oC -1 2 3 4 5 16 6 7 8 9 Ngày 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 15 12 13 11 1
chất thơm…vì vậy làm cho pH của dịch lên men giảm xuống. Còn nhiệt độ do trong quá trình lên men nó còn thải ra 1 lượng nhiệt, làm cho nhiệt độ trong các tank lên nhưng ở các tank có các áo lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, giữ nhiệt độ trong tank không đổi, tác nhân làm lạnh đó là glycol.
* Phương trình chuyển hóa trong tank lên men: 2g dịch → 1g alcohol + 1g CO2
Maltose + H2O → Glucose → Ethanol + CO2 + Q
½ C12H22O11 + ½ H2O → C6H12O6 → 2 C2H5OH + CO2 + 2 ATP + Q 1.86g + 0.1g → 1.96g → 1.0g + 0.96g
Quá trình lên men chính kết thúc khi kiểm tra thấy hàm lượng đường trong dịch thay đổi 0.2oP/24h thì sẽ được chuyển qua lên men phụ (thường là 7 ngày).
* Cơ chế hình thành Ethanol:
* Cơ chế hình thành các rượu bậc cao khác:
- Chuyển hóa acid amin với acid pyruvic trong cơ thể nấm men.
- Quá trình hình thành rượu bậc cao do hoạt động sống của nấm men.
Treonin Leucin
Xetobutyric Acetyl - CoA α - xeto - β methylvaleric
Propionic Butanol Amylic
Treonin Valin Aldehyt isobutyric Isobutyric Leucin Glucose C 6H 12O 6 Acid pyruvic CH 3 – CO - COOH AcetaldehytCH 3 - CHO CH ETHANOL 3 – CH 2 – OH NAD+ NADH2
* Cơ chế hình thành diacetyl trong quá trình lên men bia:
* Cơ chế hình thành Glycerin trong qúa trình lên men bia: 2CH3 – C – COOH O 2R – C – COOH NH 2 CH3 – CH – COOH NH2 R – C – COOH O + + 2 R – CHO Acid hữu cơ
R – COOH R: gốc acid amin R – CH2OH Rượu cao R: gốc acid amin CO2 + H2O CH3 – CH – COOH OH Acid lactic CH3 – COOH Acid acetic OH CH3 – C – COOH C = O CH3 α - Acatolatat CH3 – C – C – CH3 O O DIACETYL VSV - H 2O VSV - CO2 - H2
* Sự thay đổi pH, độ đường trong quá trình lên men: Ngày oP pH 1 9.6 5.5 2 9.4 4.78 3 4.1 3.87 4 2.6 3.78 5 2.3 3.72 6 2 3.7 7 2 3.75
Sự thay đổi pH, độ đường trong dịch lên men
0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 7 Ngày pH Độ đường (oP)
Cuối giai đoạn này sự lên men giảm xuống, phần lớn men đã lắng xuống đáy thùng. Sản phẩm là bia non, trong đó co rượu, một ít CO2 và còn ít đường.
Glucose Phosphoglyceraldehyt Phosphoglycerinic Phosphoglycerin Acetaldehyt Glycerin CH2 – CH – CH2 OH OH OH Ethanol NADH2 NAD+ CO2
2.2. Quá trình thu CO2.
Quá trình này được điều chỉnh sao cho phù hợp độ tinh khiết phải đạt 98%. Thu CO2 trong các tank lên men:
+ Đối với tank 3 mẻ: Sau mẻ 3 là 3 h + Đối với tank 5 mẻ: Sau mẻ 3 là 4 h + Đối với tank 6 mẻ: Sau mẻ 4 là 4 h * Quá trình thu hồi CO2:
CO2 ở các tank lên men được thu hồi bằng cách cho chúng đi qua một bình gọi là bình bãy bọt, và sau đó CO2 được rửa bằng nước sạch trong ống có hình trụ thẳng đứng, bằng cách cho khí CO2 đi lên trên còn nước sạch đi từ trên xuống dưới, ở đây các cặn bẩn sẽ được giữ lại bởi lượng nước xuống còn CO2 thoát ra và đi qua máy nén cấp 1, rồi máy nén cấp 2. Tách nước trong CO2. Tách các khí độc bằng việc cho khí CO2 đi qua than hoạt tính. Rồi lại cho tách nước qua 2 giai đoạn một lần nữa. Cuối xùng nén và làm lạnh ở nhiệt độ -10 ÷ -30oC, ta thu được CO2 ở dạng tinh khiết, CO2 được chứa trong các bình phục vụ cho quá trình hoàn thiện bia thành phẩm sau này.
Tank lên men
Bình bãy bọt
Rửa bằng nước
Máy nén 2 cấp
Tách nước 2 giai đoạn
Lọc bằng than hoạt tính
P = 2 – 3 kg/cm3 t hoàn nguyên = 60 phút
Tách nước 2 giai đoạn Nén ở P=15 kg/cm3 Làm lạnh P = 15 kg/cm3 Nhiệt độ: -10 ÷ -30oC Bình chứa CO 2
2.3. Lên men phụ.
Bia non được bơm vào các thùng lên men phụ. Sau khi từ lên men chính chuyển sang lên men phụ thì nhiệt độ được hạ xuống 4oC trong vòng 1 – 2 ngày. Trong giai đoạn này vẫn tiếp tục lên men, CO2 sinh ra được giữ lại trong thùng và hòa tan dần vào dịch, pH dịch bia tăng dần, acid giảm, các ester phức tạp được tạo thành. Đây là quá trình tạo ra hương vị, kết thúc quá trình nó giúp tạo màu và làm chín bia (loại diacetyl ra khỏi bia).
Ngoài ra, men bia dần kết lại với nhau ở dạng bông hoặc bụi, các cặn vẩn cùng với men lắng xuống đáy thùng làm cho bia trong và sáng màu.
Mẫu được lấy hàng ngày kiểm tra độ đường, pH, nhiệt độ của mỗi tank lên men, tất cả được ghi vào sổ nhật ký.
Khi làm lạnh xuống 4oC trong 20 – 24h, men được thu hoạch ở 4oC thông qua van đáy tank nó được nối với bơm, ống cứng và ống cao su mềm, men được thu hoạch về thùng chứa men (G), khối lượng xấp xỉ 300l men (nhiệt độ của G phải được duy trì ở 2 – 4oC), thời gian lưu trữ men không nên để lâu.
Men thu hoạch có thể tái sử dụng nếu cần thiết.
Mật độ tế bào nấm men sau khi thu hoạch men phải đạt xấp xỉ 5 triệu – 10 triệu tế bào/ml.
Quá trình làm lạnh từ 16oC xuống 4oC không được tiêm CO2 vào.
Sau khi thu hoạch men xong, CO2 được tiêm vào khoảng 10 phút, nó làm cho nhiệt độ trong tank lên men được đảo trộn đồng đều. Sau khi nhiệt độ được đảo trộn đồng đều thì nhiệt độ trong tank có thể tăng lên khoảng 8oC. Sau đó nhiệt độ lại được hạ xuống 4oC, CO2 không cần được tiêm vào thêm.
Quá trình làm lạnh từ 4oC xuống -1oC, CO2 được tiêm vào liên tục trong 1h sục 1 lần, mỗi lần 10 – 15 phút, P = 1 bar làm cho sự đối lưu bề mặt được tốt hơn (làm cho nhiệt độ trong tank được đảo trộn đều).
Suốt trong quá trình duy trì ở nhiệt độ -1oC ở tank chứa, men bùn được xả ra ngoài qua van đáy, tank men này không được tái sử dụng.
Khi nhiệt độ bia hạ -1oC sau 3 ngày, bia được duy trì ở nhiệt độ này trong 2 ngày, sau đó lọc thì quá trình lọc vẫn đảm bảo. Tổng thời gian lên men là 11 – 13 ngày.
Tất cả các tank sau lên men được vệ sinh, khoảng 14 ngày vệ sinh tank lên men 1 lần.
Như vậy, lên men phụ là để hoàn thiện hương vị, độ trong của bia, làm cho bia “chín”, bão hòa CO2, tăng khả năng tạo bọt và ức chế sự phát triển của vi sinh vật ngoại lai co hại bị nhiễm vào dịch bia.
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.
1. Các yếu tố ảnh hưởng đến lên men chính (thời gian, chất lượng bia).
Mật độ men sống, hoạt động của men trôi nổi hoặc thêm vào trong bia. Nhân tố ảnh hưởng đến việc cho men vào bia đang lên men.
Dạng men có xu hướng tạo chùm. Chuyển động trong tank.
Mật độ cao khi cho men vào như không được quá cao. Khả năng sống tối đa của men phụ thuộc vào:
+ Loại men.
+ Thời gian lưu giữ trong tank. + Nhiệt độ giữ men ở G. + Loại men bia sống trước. Phương pháp cho men vào:
Sự phân bố của men (độ đặc, thời gian và nơi lấy men vào). Nhiệt độ trong giai đoạn men phát triển.
Sục khí hèm, lưu lượng khí, thời gian sục khí.
2. Những yếu tố khác ảnh hưởng tới tỷ lệ nấm men.
+Nhiệt độ của quá trình trao đổi của lên men tăng lên là do các phản ứng sinh hóa. Ví dụ: nếu tăng nhiệt độ 10oC thì tỷ lệ biến đổi lên gấp đôi.
+Dung dịch hèm. +Độ đặc của hèm.
+Nhữa acid amin cơ bản có trong dịch hèm. +Vitamin và các thành phần phụ.
+Độ sáng của hèm.
+Những yếu tố ảnh hưởng ngược tới tỷ lệ nấm men:
+Áp suất cao làm tăng lượng CO2 ở bia dang lên men và số con men, dẫn đến sự giảm phát triển của con men.
+Lượng cồn được tạo thành trong quá trình lên men bia sẽ hạn chế tỷ lệ chuyển hóa của nấm men.
3. Tác dụng của việc vận hành hằng ngày
+Tăng tỷ lệ nấm men do tỷ lệ cao hơn và số men phát triển. +Khẳ năng làm giảm thời gian công nghệ.
+Bọt to hơn trong các tank lên men (làm lượng bia trong tank giảm). +Tăng sinh khối.
+Bia đắng hơn, trao đổi chất giảm vì tăng lượng hấp phụ để tăng lượng con men.
4. Ảnh hưởng về chất lượng
+Nhiệt dộ cao: Tăng quá trình tạo thêm cồn và ester.
+Lượng men phát triển: lượng cồn tăng nhưng ester bị giảm làm ảnh hưởng tới mùi, vị của bia thành phẩm và tăng sự rủi ro về quá trình tự phân.
5. Những nhân tố ảnh hưởng đến sự chín của bia.
+Ảnh hưởng từ nấm men.
+Sự đồng hóa và dị hóa do quá trình trao đổi chất.
+Sự bài tiết của nấm men sau giai đoạn lên men kết thúc. +Chuyển bia do quá trình tạo bọt CO2.
+Sự bão hòa CO2.
