Lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đờng houblon hoá thành bia dới tác động của nấm men thông qua các hoạt động sống của chúng.
Phơng trình cơ bản của quá trình lên men: nấm men
đờng rợu + CO2
Mục tiêu của quá trình lên men không phải tạo rợu và CO2 tối đa mà tạo ra một lợng rợu vừa phải, tồn tại một lợng đờng sót, các sản phẩm phụ tạo thành (glyxerin, rợu bậc cao, axit hữu cơ, ester và alđehid, axetoin, diaxetyl) phải nằm trong tơng quan thích hợp để tạo ra sự đặc thù về hơng, vị và nhiều tính chất cảm quan khác của bia thành phẩm.
Lên men dịch đờng houblon hoá diễn ra qua hai giai đoạn: lên men chính và lên men phụ.
3.2.1.Lên men chính
Khi lên men chính dịch đờng houblon hoá, một lợng lớn cơ chất chủ yếu là đờng và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rợu etylic, khí cacbonic và các sản phẩm phụ, các thành phần khác cũng bị thay đổi lớn. Chính vì vậy hàm lợng chất hoà tan trong bia thấp hơn so với dịch đờng houblon hoá.
•Quá trình chuyển hoá đờng thành rợu
Quá trình này đợc trải qua nhiều giai đoạn và nhiều chuỗi phản ứng phức tạp liên quan mật thiết đến quá trình phosphoryl hoá các hợp chất hữu cơ. Giai đoạn đầu các hợp chất đờng – phosphat đợc tạo thành. Hợp chất cuối cùng đợc tạo thành ở giai đoạn này là fructoza – 1,6 – diphosphat. Tiếp tục quá trình chuyển hoá hợp chất này bị phân cắt thành hai phân tử triozaphosphat, đó là dioxyaxetonphospat và alđei – 3 – phospho glyxerinic sau khi bị dehydro và đợc phosphoryl hoá sẽ trở thành axit 1,3 – diphosphat glyxerinic. Axit này sau quá trình dehydro và phosphoryl hoá tiếp theo sẽ chuyển thành axit piruvic. Hợp chất cuối cùng này sau khi bị decacboxyl sẽ tạo thành axit cacbonic và axtaldehid. Tiếp tục quá trình chuyển hoá đến giai đoạn cuối cùng là sự tạo thành rợu.
Thời điểm lên men chính dừng khi hàm lợng chất chiết trong dịch lên men giảm xuống còn khoảng 30 - 35% so với lợng chất chiết ban đầu.
•Sự tạo thành các sản phẩm bậc hai ( sản phẩm phụ)
Những sản phẩm này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành h- ơng và vị của bia, mặc dù vai trò có thể là tiêu cực hay tích cực. Một số trong những sản phẩm này là sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hoá đờng thành rợu, còn một số khác là kết quả của những biến đổi hoá sinh phức tạp của những cấu tử khác trong dịch đờng khi chúng tham gia vào trao đổi năng lợng trong tế bào nấm men.
Những sản phẩm bậc hai chủ yếu tạo thành trong quá trính lên men: + glyxerin: lợng glyxerin có thể tích tụ đến 3g/l. Glyxerin là một cấu tử quý đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm đà cho sản phẩm.
+ rợu bậc cao: khối lợng dao động trong khoảng 20 - 95mg/l. Từng loại rợu bậc cao đều tạo cho bia hơng vị riêng biệt nhng hơng vị đó không phải là đặc trng cho bia mà còn tạo ra cảm giác khó chịu khi cảm quan bia. Hàm lợng rợu bậc cao đợc tạo thành chủ yếu trong giai đoạn lên men chính, sang giai
đoạn lên men phụ thì lợng tăng không đáng kể. Lợng rợu bậc cao tích tụ trong bia non, một mặt đợc quyết định bởi sự sinh sản và phát triển của nấm men, mặt khác cò đợc quyết định bởi sự trao đổi chất của các tế bào hình thành nên, nhng không sinh sản.
+ Axit hữu cơ: axit lactic, axit xitric, axit succinic, axit axetic, axit focmic. Các axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thờng trục của quá trình lên men rợu và quá trình trao đổi dinh dỡng nitơ trong tế bào nấm men. Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên men do vi khuẩn gây ra khi dịch đờng houblon hoá bị nhiễm.
+ Ester và Aldehid
Ester là sản phẩm bậc hai không thờng trực của quá trình lên men chính. Nó là kết quả của sự tơng tác giữa các sản phẩm bậc hai: ester hoá các axit hữu cơ bay hơi và không bay hơi với các loại rợu. Ester có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia.
Aldehid là sản phẩm bậc hai thờng trực của quá trình trao đổi chất ở nấm men, và cũng có thể đợc tạo thành qua con đờng oxy hoá các loại rợu. ở mức độ vừa phải ( 10 - 15mg/l), aldehid làm tăng thêm hơng cho bia, nhng nếu cao quá thì vai trò của chúng lại trở thành tiêu cực.
+ axetoin, diaxetyl và 2,3 – butadiol: đựơc thu nhận chủ yếu ở giaiđoạn lên men cính vàlà do kết quả của các quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men. Diaxetyl là chất lỏng không màu đến vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh và vị đắng gắt rất khó chịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con ng- ời.
• Các quá trình và những biến đổi khác
+ sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: ở giai đoạn lên men chính của dịch đờng houblon hoá có sự thay đổi lớn về độ chua tác dụng. Độ chua định phân tăng 0,4 - 0,5ml NaOH 1N/100ml vì sự tạo thành CO2 và một số axit hữu cơ trong quá trình lên men.
pH của dịch đờng trớc lúc lên men là 5,5 - 5,6, còn sau khi lên men nó giảm xuống chỉ còn 4,4 - 4,5, hiện tợng này là do sự phá vỡ hệ thống đệm ở trong dịch đờng.
+ sự thay đổi thế oxy hoá - khử và cờng độ màu
+ sự kết mảng của tế bào nấm men: xảy ra trong suốt giai đoạn lên men chính, nhng đặc biệt nhất ở những ngày cuối cùng khi lợng CO2 tạo ra đã ít đi và một phần khá lớn các loại cặn lắng đã kết tủa xuống đáy thùng lên men. Khi nấm men đã bị kết mảng thì năng lực lên men của chúng bị giảm tối thiểu, đến khi các mảng đó bị kết lắng thì khả năng lên men của chúng bị triệt tiêu. Sự kết mảng này còn phụ thuộc vào thành phần và tính chất của môi tr- ờng nơi mà chúng sinh sống.
+ sự tạo bọt: là một trong những tính chất quan trọng nhất của bia. Bọt đợc tạo thành ở trong giai đoạn lên men chính và ở tất cả các công đoạn khác trong dây chuyền sản xuất bia. Giai đoạn đầu của quá trình lên men lớp bọt này rất nhỏ, mịn trắng bông, sau đó thì kích thớc thớc của bong bóng bọt bắt đầu to dần lên và thành đám lớn. Màu sắc của lớp bọt cũng bị biến đổi dần từ màu trắng bông sang màu hơi xám và cuối cùng là màu nâu - xám, nguyên nhân là do các chất hoạt động bề mặt bị oxy hoá.
Khi quá trình lên men chính kết thúc khối bọt đã bị xẹp hết, trên bề mặt bia non phủ một lớp bột màu xám – nâu, có độ đắng rất mạnh.
•Các yếu tố ảnh hởng đến tiến trình lên men
+ chất lợng của nấm men: chủng nấm men tốt thì tốc độ lên men nhanh và triệt để, sản phẩm bậc hai tạo ra thích hợp. Một chủng nấm men phù hợp và có chất lợng tốt có thể tái sử dụng từ 7 - 8 lần.
+ lợng nấm men gieo cấy ban đầu: lợng nấm men gieo cấy ban đầu ít thì quá trình lên men sẽ bị “ỳ”, khi mật độ gieo cấy ban đàu cao thì quá trình lên men nhanh.
+ nồng độ các chất hoà tan trong dịch đờng houblon hoá: nồng độ tối u từ 11 - 120. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ nhiệt độ của dịch lên men: phải thích hợp cho từng loại nấm men. Khi nhiệt độ cao thì thời gian lên men nhanh, mật độ tối đa đạt cao hơn và chất l- ợng bia giảm.
+ áp suất bề mặt: áp suất bề mặt tối u cho từng giai đoạn là khác nhau. Ptối u giai đoạn đầu = 0,2 - 0,5kg/cm2
Ptơi u giai đoạn sau = 1,2 - 1,3 kg/cm2
áp suất bề mặt ảnh hởng đến lợng sinh khối tạo thành, trong một giới hạn áp suất bề mawtj càng cao thì sinh khối tạo thành càng ít. áp suất bề mặt còn ảnh hởng đến trạng thái sinh lý của nấm men, nếu nấm men chịu áp suất cao trong giai đoạn lên men thì nấm men cóng già hơn.
+ hàm lợng thế oxy hoá khử: hàm lợng oxy hoà tan trong dịch đờng houblon hoá chỉ khống chế ở nồng độ 6,7 - 7mg/l. Nếu trong dịch lên men có quá ít oxy thì tốc độ singh sản bị hạn chế, tốc độ lên men bị chậm lại, hơng và vị của bia không đạt mức cần có.
+ cờng độ khuấy đảo dịch lên men: thúc đẩy quá trình lên men, rút ngắn thời gian lên men nhng bia chứa nhiều sản phẩm bậc hai.
+ nồng độ sản phẩm lên men: sản phẩm chính là rợu etylic và khí cacbonic. Nếu nồng độ thấp, dới 2% các hoạt động sống của nấm men vẫn xảy ra bình thờng, khi vợt quá 2% thì khả năng nảy chồi của nấm men bị giảm. Khi lên đến 5% thì khả năng nảy chồi của nấm men bị chấm dứt, tuy rằng quá trình lên men vẫn tiếp tục. Nếu nồng độ cồn lên đến 12% thì quá trình lên men bị đình chỉ hoàn toàn.
Khả năng chịu nồng độ cồn của chủng nấm men là khác nhau, nó phụ thuộc vào khả năng thích ứng và trạng thái sinh lý của nấm men.
•Thiết bị lên men
Thiết bị lên men theo phơng pháp hiện đại: thiết bị thân trụ - đáy côn (TT - ĐC). Lên men phụ và lên men chính đợc thực hiên trong cùng một thiết bị. Thiết bị TT - ĐC đợc chế tạo từ thép không gỉ, phụ thuộc vào thể tích số áo lạnh trên thân có thể là một hoặc nhiều hơn. Phần côn thiết bị có thể trang bị
không có áo lạnh hoặc có áo lạnh. Thiết bị đợc ốp các vật liệu cách nhiệt: xốp hoặc thuỷ tinh, ngoài cùng đợc bọc bằng các lá kim loại. Góc của đáy côn 700. Trên thiết bị có cửa quan sát ở phần đáy côn và cửa này đồng thời là cửa cho men vào. Dới đáy côn có đờng ống xả nấm men, đờng ống lấy dịch ra.
•Tiến hành lên men
Trớc khi bơm dịch đờng đã làm lạnh vào, thiết bị lên men phải thanh trùng bằng các biện pháp hiện hành. Dùng dung dịch clozamin nồng độ 5%, cứ 1m3 thiết bị dùng 5l dung dịch này, phun đều clozamin vào thùng lên men, sau đó để khoảng 1h. Dùng hơi đẩy hết clozamin ra khỏi thùng rồi tiến hành lên men. Thanh trùng thùng lên men theo chu kỳ.
Nhiệt độ lên men chính bằng 140C và nhiệt độ này giảm dần trong quá trình lên men. Nấm men sử dụng là nấm men chìm, nấm men đợc nhân giống từ chủng thuần khiết hoặc đợc hoạt hoá lại, Nấm men từ thùng hoạt hoá đợc đẩy vào bằng khí nén CO2 hoặc không khí vô trùng. định mức nấm men 2lnấm men/hl dịch đờng, tơng đơng mật độ 25 - 30.106 tế bào/cm3.
Trong 24h, kể từ lúc nạp nấm men vào thiết bị, van xả CO2 của nó phải mở để CO2 tạo thành đẩy hết không khí ra ngoài. Đờng ống dẫn CO2 đợc nối mạng để qua bộ phận thu hồi.
Lên men dịch đờng 12% kéo dài 8 - 10 ngày đêm. Khi quá trình lên men chính kết thúc thì nấm men bắt đầu kết lắng, lúc đó cho áo lạnh ở phần côn làm việc. Nhiệt độ của bia non ở vùng này đợc hạ xuống sẽ thúc đẩy quá trình kết lắng của nấm men nhanh hơn và triệt để hơn. áp suất d trong thiết bị lên men luôn luôn khống chế ở 1,5kg/cm2, ở áp suất này nấm men sẽ đợc kết lắng rất chặt ở phần đáy thiết bị. Thu hoạch nấm men bằng cách: mở van phần côn, sinh khối sẽ bị đẩy ra và chúng theo đờng ống mềm đến khu vực xử lý và bảo quản. Sau đó bia non đợc làm lạnh xuống 20C và chuyển sang lên men phụ.