CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2 Nghiên cứu kỹ thuật đường hoá và lên ment ạo bia nồng độc ồn thấp và
3.2.2 Nghiên cứu kỹ thuật lên men
Các phương án lên men: lên men theo mẻ không cấp dưỡng (batch fermentation) và lên men cấp dưỡng (fed-batch fermentation) được khảo sát trên dịch đường thu được từ chế độ đường hoá 78oC, 30 phút, lọc và rửa bã đến khi nồng độ chất hồ tan khoảng 5-6oP và được đun sơi với hoa houblon trong 1 giờ. Vì sản phẩm khơng đặt ra yêu cầu vềhương thơm đặc trưng nên hoa houblon được lựa chọn là hoa viên Saaz (Czech). Đây là loại hoa viên được sử dụng phổ biến trong sản xuất các loại bia nhẹnhư Pilsner và các loại bia Lager nói chung. Mục
56
đích của nghiên cứu này là muốn tìm ra phương án lên men để giảm lượng cồn tạo
thành và tăng lượng sinh khối nấm men sinh ra trong quá trình lên men. Tuy nhiên, phải kết hợp với cả chất lượng cảm quan của sản phẩm thu được để chọn phương
án lên men tạo sản phẩm cuối cùng.
3.2.2.1. Lên men theo mẻ không cấp dưỡng
Chủng Saccharomyces boulardii được lên men theo mẻ không cấp dưỡng và lấy mẫu theo dõi trong 24 giờ. Sự chuyển hoá đường maltose, glucose, sinh khối nấm men và cồn trong quá trình lên men này được thể hiện trên Hình 3.9. Có thể
thấy, đường maltose và glucose là các đường chính trong dịch đường, dễ sử dụng nên giảm nhanh từ 15,53g/L xuống dưới 0,61g/L tại thời điểm 10 giờ. Cùng với sự giảm đường, mật độ nấm men tăng từ 107 tế bào/mL lên 8,85×107 tế bào/mL tại 8 giờ và bước vào pha cân bằng.
Mật độ tếbào sau đó được duy trì trong khoảng 8,5 - 9,1×107 tếbào/mL đến hết 24 giờ theo dõi (Hình 3.9A). Trong điều kiện lên men theo mẻ không cấp
dưỡng, nấm men tạo cồn, thu năng lượng và hình thành sinh khối, nên cồn được tạo ra cùng sự phát triển của nấm men nhưng chậm hơn và kết thúc tăng tại thời
điểm 10 giờ, đạt (8,07g/L). Với tổng 5L dịch lên men, lượng tế bào tạo ra đạt cao nhất là 44×1010 - 45×1010 tếbào, tương ứng với tổng lượng cồn tạo ra đạt 40,35 g (Hình 3.9B).
3.2.2.2. Lên men cấp dưỡng
Việc sử dụng nồng độđường lên men cao thường ức chế sựsinh trưởng và phát triển của nấm men, ngồi ra có thể gây hiệu ứng Crabtree, hướng tế bào theo
con đường lên men thay vì hơ hấp ngay cả khi có mặt oxy, gây tăng hàm lượng cồn và giảm lượng sinh khối [65]. Trong phương án lên men cấp dưỡng, sau 10 giờ đầu lên men với lượng thể tích ban đầu 1,5L, tổng lượng đường maltose và glucose còn lại thấp (< 1g/L) thì bắt đầu bổ sung dịch đường vào với các tốc độ
khác nhau: 1L/giờ, 0,5L/giờ và 0,25L/giờ, có kèm theo sục khơng khí vơ trùng như đã mơ tả ở phần Phương pháp nghiên cứu. Quá trình cấp dưỡng diễn ra khi hết
lượng dịch 3,5L còn lại cho đến khi đạt tổng lượng dịch 5L. Sự biến đổi các chỉ
tiêu của quá trình lên men được thể hiện trên các hình: Hình 3.10, Hình 3.11 và
57
Hình 3.9: Sự thay đổi của các thông số trong 24 giờ lên men theo mẻ không
cấp dưỡng
Trong cả ba thí nghiệm với các tốc độ cấp dưỡng sủ dụng, 10 giờ trước khi bắt đầu cấp dưỡng, quá trình lên men diễn ra tương tự nhau. Đường maltose và glucose giảm nhanh từ ban đầu về dưới 1g/L, mật độ tế bào nấm men tăng lên
khoảng 9,0 - 10×107 tế bào/mL (Hình 3.10, Hình 3.11 và Hình 3.12). Tương ứng
hàm lượng cồn tạo ra trong khoảng 6g/L (tại thời điểm 10 giờ). Sau thời điểm này, khi dịch đường được cấp vào dịch lên men với các tốc độ khác nhau thì sự vận
58
Hình 3.10: Sự thay đổi của các thơng số trong 24 giờ lên men cấp dưỡng
tốc độ 1 L/giờ
Đối với tốc độ 1L/giờ, chỉ mất khoảng 3,5 giờđể cấp hết lượng dịch còn lại,
lượng đường cấp thêm vào cho nấm men khá nhanh so với khảnăng tiêu thụ của
chúng nên lượng đường maltose + glucose tăng lên 9g/L, tại thời điểm 13 giờ (Hình 3.10A). Nấm men tiếp tục sử dụng đường này để tạo sinh khối và cồn. Nồng độ
cồn sau khi tiếp dịch vào giảm đi do pha lỗng và sau đó tăng trở lại khi nấm men tạo ra cồn từđường bổsung thêm, đạt nồng độ6,5g/L. Trong khi đó, mật độ tế bào chỉ có sự giảm nhẹ và tiếp tục được duy trì trong khoảng 9-10,5×107 tế bào/mL
59 (Hình 3.10A). Tính trên thể tích của dịch lên men, tổng lượng tếbào tăng dần và
đạt 48-52×1010 tế bào. Tổng lượng cồn tạo ra đạt 32-33g (Hình 3.10B).
Hình 3.11: Sự thay đổi của các thông số trong 24 giờ lên men cấp dưỡng tốc độ 0,5 L/giờ
60 Kết quả khảo sát các phương án lên men cho thấy phương án lên men
cấp dưỡng kèm sục khí có tác dụng làm tăng sinh khối nấm men nhưng lượng cồn giảm không đáng kể so với phương án lên men theo mẻ không cấp dưỡng.
Hơn nữa, lượng sinh khối quá nhiều cũng làm giảm tính chất cảm quan của sản phẩm. Vì thế, phương án lên men theo mẻ khơng cấp dưỡng được lựa chọn để
sử dụng trong sản xuất bia nồng độ cồn thấp của đềtài này. Phương án lên men
này cũng dễdàng hơn cho việc sản xuất bia ở quy mơ lớn.
Hình 3.12: Sự thay đổi của các thông số trong 24 giờ lên men cấp dưỡng tốc độ 0,25 L/giờ
61 Với tốc độ cấp dưỡng 0,5g/L (Hình 3.11), lượng đường được bổ sung thêm vào dịch chậm hơn, nên nồng độđường maltose + glucose chỉtăng lên 4g/L sau đó giảm dần (Hình 3.11A). Mật độ tế bào giảm nhẹ từ 9×107 tế bào/mL xuống khoảng 8×107 tếbào/mL, sau đó lại tăng nhanh và đạt 15×107 tế bào/mL (tại 17 giờ lên men). Cùng với đó, hàm lượng cồn cũng giảm nhẹ về 6g/L tại 15 giờ và
sau đó tăng nhẹ lên 6,2g/L từ 17 giờ trởđi. Tổng lượng tế bào tạo ra với tốc độ
cấp dịch 0,5L/giờ đạt 75-76×1010 tếbào, cao hơn so với tốc độ cấp dịch 1L/giờ
và lên men theo mẻ không cấp dưỡng. Tổng lượng cồn tạo ra là 31g, giảm nhẹ nhưng khơng đáng kể so với tốc độ 1L/giờ (Hình 3.11B).
Ở tốc độ cấp dịch thấp nhất trong nghiên cứu này là 0,25L/giờ, thời gian cấp dịch kết thúc 24 giờ. Với tốc độ cấp dịch thấp, lượng đường được đưa vào
chậm, kết hợp với việc nấm men sử dụng nên nồng độđường maltose + glucose trong dịch gần như được duy trì ở mức quanh giá trị < 1g/L, kết hợp với việc sục khí làm mật độ tế bào nấm men tăng lên mạnh mẽ, đạt 25,5×107 tế bào/mL tại 20 giờ (Hình 3.12A). Cùng với đó, nồng độ cồn có xu hướng giảm nhẹ về cuối q trình lên men (Hình 3.12A). Tính trên tổng thể tích dịch lên men, lượng tế
bào nấm men tạo ra trong trường hợp này đạt 117×1010 tế bào (Hình 3.12B), gấp 2,6 lần so với lên men theo mẻ không cấp dưỡng, tuy nhiên tổng lượng cồn tạo
ra tươngđương so với các tốc độ cấp dịch lớn hơn, khoảng 32g (Hình 3.12B).