II – THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CễNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA TRấN CỞ SỞ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA TẠI NHÀ
2. Lờn men
2.1 Nhõn giống men
- Quỏ trỡnh nhõn men giống nhằm chuẩn bị lượng men giống ban đầu cần thiết. Đồng thời hoạt húa tớnh năng của nấm men. Tại cụng ty bia NaDa, men được sử dụng là giống nấm men lờn men chỡm.
- Đặc điểm của nấm men chỡm:
+ Thuộc loài Saccharomyces carlbergensis. + Cú thể phỏt triển tốt ở t = 6ữ70C.
+ Trong điều kiện bỡnh thường, nấm men sinh sản theo cỏch nảy chồi, khi điều kiện khụng thuận lợi, nấm men sinh sản theo cỏch tạo bào tử.
+ Quỏ trỡnh sinh trưởng của nấm men cũng tuõn theo 5 pha sinh trưởng là pha tiềm sinh, pha logarit, pha sinh trưởng chậm, pha ổn định và pha chết.
- Yờu cầu đối với nấm men:
+ Mật độ định mức: 15ữ25.106 tế bào/ml.
+ Tỷ lệ tế bào chết/tế bào sống cho phộp trong sản xuất là nhỏ hơn 10%. + Mật độ gieo: 15.106 tế bào/ml.
- Nguồn men:
+ Hiện tại, cụng ty bia NaDa vẫn nhập men giống từ Đan Mạch, sau đú tự quay vũng men cho 1 năm.
+ Men được bảo quản ở 40C, cỏc men quay vũng tàng trữ ở nhiệt độ 0ữ40C. + Cụng ty sử dụng axit H3PO4 để loại trừ men già và men dại trong bảo quản cũng như xử lý men thu hồi sau khi đó sử dụng.
- Nguồn thu nấm men:
+ Cỏch 1: Sử dụng men giống
• Đầu tiờn dựng 1 que cấy giống lấy mẫu giống từ ống thạch nghiờng cho vào mụi trường dịch thể vụ trựng đến một chỉ tiờu nhất định rồi chuyển sang mụi trường vụ trựng khỏc và nuụi đến khi đủ số lượng. • Giống đó nhõn này được chuyển vào thựng bảo quản men trong xưởng
sản xuất để tiếp tục nhõn lờn, lần này sử dụng mụi trường dịch đường trực tiếp của xưởng nấu, tuy nhiờn điều chỉnh nồng độ đường tới 10.50P.
Hỡnh 18: Hệ thống bảo quản và tàng trữ men.
+ Cỏch thứ 2: Sử dụng men tỏi sinh.
• Đú là quay vũng nấm men của cụng ty, đõy là nguồn men chủ yếu trong sản xuất của cụng ty.
• Sau khi lờn men chớnh, nấm men được thu hồi ở đỏy tank lờn men, từ đõy chuyển và thựng chứa men. Men trong thựng được giữ lạnh và được hoạt húa, sử dụng H3PO4 để loại trừ men già và men yếu, men dại, đồng thời đưa pH mụi trường về 3ữ4.
• Men giống sử dụng sau khi quay vũng thường được ở cỏc tank kết thỳc lờn men chớnh trước đú ớt nhất 2 giờ.
• Ở cụng ty bia NaDa thỡ men sữa được sử dụng đến đời thứ 8, tuy nhiờn men cú hoạt lực cao nhất vào khoảng đời thứ 3ữ6.
Hỡnh 19: Hệ thống bảo quản và tàng trữ men nhà mỏy bia NaDa
- Trong nhà mỏy sử dụng hệ thống gõy men 2 bỡnh: + Bỡnh nhỏ: 430kg, ở ỏp suất 0,5atm.
+ Bỡnh lớn: 3200kg.
- Nước nha núng sau khi lắng cặn sẽ được bơm vào bỡnh gõy men nhỏ và được đun sụi đến 1000C nhằm mục đớch thanh trựng cơ chất. Sau đú hạ dần nhiệt độ xuống 150C và tiến hành cấy men giống. Giữ ở nhiệt độ này trong suốt quỏ trỡnh gõy men vỡ đõy là quỏ trỡnh thớch hợp cho quỏ trỡnh lờn men và tạo điều kiện cho nấm men thớch nghi dần với điều kiện lờn men chớnh.
+ O2 được cung cấp tự động và mỏy cung cấp O2 được cài đặt sẵn: cứ chạy 5 phỳt thỡ nghỉ 3 phỳt, mỗi lần chạy cung cấp khoảng 33g O2.
+ Thời gian gõy men trong bỡnh gõy men nhỏ khoảng 3 ngày
- Sau khi gõy men xong ở bỡnh nhỏ sẽ được gõy men ở bỡnh lớn đó chứa 280kg dịch nha. Bỡnh gõy men lớn hoạt động tương tự như bỡnh gõy men nhỏ và sau 3 ngày sẽ được đem đi cấy vào bồn lờn men chớnh.
2.2 Lờn men.
- Lờn men là giai đoạn quyết định để chuyển húa dịch đường đó Houblon húa thành bia nhờ tỏc động trực tiếp của hệ thống nấm men dưới hoạt động sống của chỳng.
- Lờn men bia trong nhà mỏy bia NaDa diễn ra trong tổng thời gian là 9.5 ngày,
diễn ra trong hai giai đoạn lờn mờn:
+ Lờn men chớnh: kộo dài 7 ngày ở nhiệt độ 160C.
+ Lờn men phụ: Thực tế thỡ mựa hố tiến hành lờn men phụ và tàng trữ khoảng 2.5 ngày, cũn mựa đụng thỡ việc lờn men phụ và tàng trữ cú thể kộo dài tới 2 thỏng. Nhiệt độ lờn men phụ là -0.5ữ10C.
2.2.1 Lờn men chớnh.
- Mục đớch lờn men chớnh là nhằm chuyển húa đường trong dịch nha thành ethanol, carbondioxide cựng với cỏc sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian từ quỏ trỡnh trao đổi chất của nấm men.
- Phương phỏp lờn men: Cụng ty bia NaDa sử dụng hệ thống sản xuất lờn men bia 1 pha. Đú là quỏ trỡnh lờn men chớnh và lờn men phụ được thực hiện trong cựng một thiết bị. Phương phỏp lờn men này được thực hiện trong nhiều loại thiết bị cú hỡnh dạng khỏc nhau. Cụng ty bia NaDa lựa chọn loại tank trụ trũn lớn cú đỏy dạng phễu. Sự điều chỉnh nhiệt độ lờn men nhờ vào cỏc lớp ỏo lạnh, tank lờn men nhà mỏy bia NaDa cú hệ thống 2 lớp ỏo lạnh, được cấp lạnh trực tiếp nhờ hệ thống làm lạnh của nhà mỏy tại khu vực lờn men. Tỉ lệ nấm men giống được sử dụng cao hơn so với phương phỏp cổ điển. Đồng nghĩa là thời gian lờn men cũng được rỳt ngắn lại, với phương phỏp này thỡ giảm bớt tổn thất và cỏc chi phớ cho quỏ trỡnh sản xuất.
Hỡnh 20: Hệ thống lờn men trong nhà nhà mỏy bia NaDa
- Cỏc biến đổi trong quỏ trỡnh lờn men chớnh:
* Biến đổi sinh học:
+ Giai đoạn sinh trưởng hiếu khớ: Đõy là giai đoạn đầu của quỏ trỡnh lờn men. Ở giai đoạn này, nấm men nảy chồi và phỏt triển nhanh chúng, đạt cực đại là ở cuối ngày thứ 3 đồng thời là sự giảm nhanh nồng độ chất hũa tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng dần và sự xuất hiện của nhiều búng khớ to, phủ kớn bề mặt dịch nha.
+ Giai đoạn sinh trưởng kỵ khớ: Trong giai đoạn này nấm men vẫn tiếp tục sinh trưởng nhưng trong điều kiện khụng cú oxy và nồng độ đường thấp. Quỏ trỡnh lờn men chuyển dần từ kiểu lờn men hiếu khớ (để tăng sinh khối) sang lờn men kỵ khớ (len men rượu tạo C2H5OH, CO2 và một số sản phẩm phụ khỏc).
* Biến đổi vật lý:
+ Nhiệt độ lờn men:
• Trong quỏ trỡnh lờn men chớnh yếu tố nhiệt độ đúng vai trũ rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lờn men và từ đú ảnh hưởng đến chất lương bia.
• Nhiệt độ trong quỏ trỡnh lờn men tăng dần do quỏ trỡnh trao đổi chất của nấm men cú kốm theo hiện tượng giải phúng nhiệt. Do đú, để đảm bảo nhiệt độ luụn ổn định người ta thường điều chỉnh nhiệt độ trong quỏ trỡnh lờn men một cỏch tự động, hay bỏn tự động bằng cỏch tiếp khớ CO2 lạnh vào tank, khuấy đảo để giảm nhiệt độ.
• Khi đún dịch vào tank lờn men thỡ nhiệt độ điều chỉnh là 120C, sau mẻ dịch cuối cựng 12h thỡ tăng nhiệt độ lờn 160C. Khi nhiệt độ tank ổn định ở 160C thỡ tiếp giống, giống được tiếp vào tank ở nhiệt độ 180C, ổn định sau 2h thỡ hạ nhiệt độ xuống 160C để tiến hành lờn men chớnh.
• Thực tế thỡ nhiệt độ đặt tự động trong tank và nhiệt độ thực luụn chờnh lệch nhau, do đú, khi mực chờnh lệch quỏ cao thỡ
tiến hành tiếp khớ CO2 lạnh và khuấy đảo để hạ nhiệt độ trong tank.
• Tank lờn men cú hai tầng nhiệt khỏc nhau, phớa trờn của tank lờn men nhiệt độ cao hơn phớa dưới (hỡnh phễu), mặc dự nhiệt độ đặt là như nhau, nhưng nhiệt độ thật thỡ thay đổi.
Hỡnh 21: Thụng số nhiệt của 1 tank trờn bảng điều khiển nhiệt lờn men, đõy là hệ
thống điều khiển nhiệt bằng tay. Chỉ số màu xanh là nhiệt độ đặt, chỉ số màu đỏ là nhiệt độ thực tank lờn men.
• Kết thỳc quỏ trỡnh lờn men chớnh thỡ hạ nhiệt độ từ từ xuống 40C tạo điều kiện cho quỏ trỡnh lắng men và chuẩn bị cho lờn men phụ.
+ Áp suất lờn men:
• Quỏ trỡnh lờn men thỡ ỏp suất của tank lờn men sẽ tăng dần do giải phúng lượng CO2 trong quỏ trỡnh phõn giải glucose, và quỏ
trỡnh tiếp CO2 lạnh để điều chỉnh nhiệt độ vỡ thế tank lờn men trang bị hệ thống điều ỏp tự động.
• Áp suất lờn men luụn duy trỡ ở 1atm, mặc dự ỏp suất luõn dao động, tuy nhiờn khụng lớn.
• Áp suất của tank lờn men trong quỏ trỡnh đún dịch là 0.4atm.
* Biến đổi húa sinh:
+ Trong quỏ trỡnh lờn men diễn ra sự trao đổi glucid ở tế bào nấm men chủ yếu bao gồm:
• Sự thủy phõn cỏc loại đường disacharide, trisacharide,… thành glucose dưới tỏc dụng của một số enzym tương ứng như: maliase, invertase, melibiase,…
• Chuyển húa glycose thành etanol và CO2. Ngoài ra cũn chuyển
húa cỏc loại đường khỏc thành cỏc loại rượu như propylic,
izopropylic, amilic…
• Sự tổng hợp vật chất tế bào từ glucose thành glucogen cũng cú thể xảy ra trong quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển của nấm men.
+ Sự trao đổi lipid:
• Trong quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển hiếu khớ thường kốm theo quỏ trỡnh tổng hợp cỏc acid bộo và sterol ở nấm men. Cỏc chất này là thành phần quan trọng của tế bào.
+ Sự trao đổi cỏc hợp chất nitơ:
• Cỏc hợp chất nitơ cú trong dịch nha gạo gồm: cỏc phõn đoạn protein (cỏc polypeptide, peptid, pepton, acid amin), cỏc muối amoni, cỏc purite, nucleotide…
• Trong số cỏc hợp chất này thỡ cỏc muối amoni vụ cơ và cỏc acid amin sẽ được nấm men sử dụng như nguồn cung cấp nitơ phục vụ cho quỏ trỡnh sinh trưởng và trao đổi chất.
* Biến đổi húa học:
+ Sự thay đổi hàm lượng chất khụ trong quỏ trỡnh lờn men, nấm men sử dụng đường trong dịch nha để tăng sinh khối và lờn men ethanol. Do đú nồng độ chất khụ trong dịch lờn men sẽ giảm dần. Người ta dựa vào sự thay đổi Balling làm thụng số điều khiển quỏ trỡnh lờn men. Độ Balling trước quỏ trỡnh lờn men là 130Balling (Độ Balling nguyờn thủy). Tựy theo từng loại bia mà kết thỳc quỏ trỡnh lờn men chớnh và lờn men phụ cú độ Balling khỏc nhau.
+ Sự thay đổi pH: Sau khi kết thỳc quỏ trỡnh lờn men chớnh pH giảm xuống cũn khoảng 4,4ữ4,5. Hiện tượng giảm pH trong quỏ trỡnh lờn men là do sự hỡnh thành acid H2CO3 (do CO2 sinh ra trong quỏ trỡnh lờn men hũa tan vào nước), sự vận chuyển ion H+ qua màng tế bào và hỡnh thành nờn cỏc acid hữu cơ. Trong quỏ trỡnh trao đổi chất của nấm nem như acetic, acid, formic, acid lactic, acid citric …
+ Sự thay đổi hàm lượng khoỏng chất trong quỏ trỡnh lờn men, nấm men đó sử dụng một số kim loại cần cho sự sinh trưởng và phỏt triển của nấm men như: Ca2+; Mg2+; Fe2+; Mn2+; Co2+; K+; Ni2+ và Zn2+. Dịch nha được xem là nguồn cung cấp cỏc thành phần khoỏng cần thiết cho nấm men. Vỡ vậy, trong quỏ trỡnh nấu dịch nha cần bổ xung thờm Ca2+ và Zn2+.
+ Sự tạo thành cỏc ester: Cỏc ester được tạo thành vào cuối giai đoạn lờn men chớnh nhờ phản ứng ester húa giữa alcol (chủ yếu là ethanol) và cỏc acid hữu cơ sinh ra trong quỏ trỡnh lờn men. Cỏc loại ester này tạo nờn hương đặc trưng cho bia thành phẩm.
* Biến đổi húa lý:
+ Sự hỡnh thành bọt: Bọt được tạo thành trong quỏ trỡnh lờn men chớnh nhờ sự giải phúng cỏc khớ ở dạng khụng liờn kết đặc biệt là CO2. Do bản chất của dịch nha là hệ keo gồm cỏc hợp chất cú tớnh hoạt động bề mặt như protein, palyphenol, chất đắng…Cỏc chất này tạo nờn một lớp hấp phụ trờn bề mặt cỏc búng khớ do đú khớ khú thoỏt khỏi búng này và tạo thành bọt mịn. Những bọt này cú xu hướng thoỏt lờn trờn bề mặt tạo nờn sự khuấy trộn trong quỏ trỡnh lờn men.
+ Sự hũa tan khớ CO2: Độ hũa tan của CO2 trong dịch lờn men thấp hơn trong nước đồng thời hàm lượng CO2 sinh ra tăng nhanh cựng hàm lượng ethanol. Do đú, một phần CO2 tồn tại trong dịch men dưới dạng liờn kết với một số thành phần khỏc như protein, ester. Phần CO2 cũn lại cú xu hướng thoỏt lờn trờn bề mặt tạo lờn sự tự khuấy đảo dịch lờn men. Ngoài ra, sự tự khuấy đảo dịch lờn men cũn diễn ra bởi sự chờnh lệch nhiệt độ trong quỏ trỡnh giữ ổn định nhiệt.
- Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh lờn men chớnh:
* Tỷ lệ giống cấy:
+ Trong quỏ trỡnh lờn men chớnh, nếu tỷ lệ giống cấy quỏ thấp thỡ khả năng nảy chồi và thời gian đạt được tỷ lệ nấm men theo yờu cầu là quỏ dài, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phỏt triển và trao đổi chất của nấm men từ đú ảnh hưởng tới hiệu quả lờn men và chất lượng thành phẩm.
+ Nếu tỷ lệ giống cấy quỏ cao dẫn tới tỷ lệ nảy chồi và tốc độ sinh trưởng tương đối thấp do sự cạnh tranh về dinh dưỡng nhưng tốc độ lờn men lớn. Tuy nhiờn, trong trường hợp này cũng cho bia cú chất lượng khụng tốt vỡ thời gian lờn men ngắn, sản phẩm trao đổi bật 2 do tế bào nấm men sinh ra cũng thấp và sự hỡnh thành lờn những ester cũng thấp.
+ Do đú, nhà mỏy bia NaDa đó chọn mật độ gieo cấy thớch hợp đối với từng lứa men khỏc nhau để cho hoạt lực lờn men là cao nhất. Thường nhà mỏy chọn mật độ 15.106 tế bào/ml là phự hợp.
* Điều kiện lờn men:
+ Nhiệt độ và thời gian lờn men: Nhiệt độ và thời gian lờn men là 2 yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lờn men và từ đú ảnh hưởng tới chất lượng thành phẩm.
• Đối với nhà mỏy bia NaDa thỡ ở mọi đời men đểu tiến hành lờn men ở nhiệt độ 160C.
• Thời gian lờn men 7 đến 10 ngày cũn tựy thuộc vào nhiệt độ và pH lờn men.
+ PH dịch lờn men: PH ảnh hưởng quan trọng đến hệ enzym nấm men, do đú phải theo dừi pH để theo dừi hoạt động trao đổi chất của nấm men. pH của dịch nha trước khi lờn men là từ 5,2ữ5,6 và kết thỳc quỏ trỡnh lờn men là 4,4ữ4,5.
+ Ảnh hưởng bởi oxy: Oxy là yếu tố rất cần thiết cho nấm men sinh trưởng và phỏt triển trong giai đoạn đầu của quỏ trỡnh lờn men. Thực chất đõy là giai đoạn lờn men hiếu khớ nhằm tăng sinh khối nấm men. Sự sinh tổng hợp một lượng lớn enzym nấm men là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới cường độ lờn men.
+ Áp suất bề mặt: Áp suất bề mặt của dich lờn men ảnh hưởng trực tiếp tới mức độ bóo hũa CO2 trong bia, tuy nhiờn hợp chất này là yếu tố ức chế quỏ trỡnh lờn men do đú ỏp suất luụn giữ ổn dịnh ở ỏp suất 1atm và cú bộ phận điều ỏp suất do CO2 sinh ra làm tăng ỏp suất bề mặt dịch lờn men.
* Nồng độ sản phẩm lờn men.
Sản phẩm chớnh của quỏ trỡnh lờn men là ethanol và khớ CO2. Đõy là những hợp chất ức chế cỏc hoạt động sống của tế bào nấm men. Ở nồng độ thấp dưới 2% cỏc hoạt động sống của nấm men vẫn xảy ra bỡnh thường nhưng khi vượt quỏ 2% thỡ khả năng nảy chồi của nấm men bắt đầu giảm dần và khi nồng độ ethanol vượt quỏ 5% thỡ khả năng nảy chồi của nấm men chấm dứt hoàn toàn nhưng quỏ trỡnh lờn men vẫn tiếp tục xảy ra. Cũn nếu nồng độ ethanol vượt quỏ 12% quỏ trỡnh lờn men bị đỡnh chỉ hoàn toàn.
- Thu hồi nấm men.
Sau khi kết thỳc quỏ trỡnh lờn men chớnh hạ dần nhiệt độ xuống 40C nhằm
tạo điều kiện nhiệt độ cho quỏ trỡnh lờn men phụ và làm kết lắng nấm men xuống
