CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIA SÀI GÒN – CẦN THƠ
4.3. CÔNG ĐOẠN LÊN MEN
4.3.1. Lên men chính
Mục đích: Làm thay đổi hàm lượng đường trong nước nha thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm khác như ester, andehyde, rượu bậc cao, góp phần tạo hương vị đặc trưng cho
bia dưới tác dụng của nấm men.
Quá trình lên men này dẫn đến những thay đổi cơ bản trong thành phần hóa học của nước nha, biến nước nha thành một loại nước uống có hương thơm và vị hài hịa.
Trong sản xuất bia có hai dạng lên men: Lên men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và lên men chìm (Saccharomyces carlsbergensis). Hai dạng này khác nhau ở chỗ sử dụng hai loại nấm men khác nhau.
Nhà máy bia Sài Gòn – Cần Thơ sử dụng phương pháp lên men chìm. Quá trình lên men
được tiến hành trong các thùng lên men (nhà máy có 24 thùng trong có 4 thùng lớn và 20
thùng nhỏ thể tích 450hl), thùng lên men được chia làm 3 vùng, trong đó vùng trên cùng
được làm lạnh hơn 2 vùng còn lại, nhằm tạo sự đối lưu giúp cho các tế bào nấm men đảo
trộn đều trong toàn bộ dịch lên men. Chất làm lạnh glycol – 4oC và tốc độ đi trong khoang lạnh từ 0,8 - 1m/s. Q trình lên men chính bắt đầu khi tiếp nhận nước nha từ khâu nấu. Lượng nước nha của mỗi lô là 6 mẻ, mỗi mẻ khoảng 2 giờ. Nấm men được cho vào ngay
sau khi mẻ nước nha đầu tiên được bơm vào tthùng với mật số 20 – 30x106 tế bào/ml (400 – 450kg), đồng thời ta cũng cho thêm malturex – L (1350g) để rút ngắn quá trình lên
men. Lên men chính đươc thực hiện ở nhiệt độ thấp 7 – 9oC, áp suất P = 0bar, thời gian 5 – 7 ngày. Mẻ nước nha đầu tiên phải được làm lạnh ở 6oC để bù mất nhiệt vì đây là mẻ đầu tiên sau khi vệ sinh thùng nên có nhiệt độ khá cao, tồn bộ q trình lên men xảy ra trong 21 ngày.
Nấm men Saccharomyces carlsbergensis được sử dụng trong lên men chìm. Lên men chìm
có đặc trưng là nấm men hoạt động ở lớp dưới của dịch đường, dễ quan sát hiện tượng nảy
chồi, chồi tách khỏi tế bào mẹ khi trưởng thành, có khả năng lên men hồn tồn đường trisaccharide (raffinose, maltotriose) vì có enzyme speotrum.
Trong thời gian lên men cần xả cặn mỗi ngày để loại bỏ lượng nấm men chết, kết tủa lạnh gây ảnh hưởng mùi vị bia. CO2 trong giai đoạn đầu của q trình lên men chính được thu
hồi sử dụng cho các cơng đoạn sau.
Kết thúc q trình lên men thơng thường còn khoảng 2,7 – 2,9oP ta tiến hành dằn áp với áp suất P=0,4 – 0,6kg/cm2, đồng thời hạ nhiệt độ dịch bia xuống 2 – 5oC.
Các giai đoạn trong q trình lên men chính
Giai đoạn tăng trưởng sinh khối: 1 – 2 ngày đầu, hàm lượng chất hồ tan giảm, tạo bọt nhỏ kín cả bề mặt dịch đường. Nồng độ oxy trong dịch bia giảm nhanh do quá trình hơ hấp của nấm men. Giai đoạn này chủ yếu là sự tăng số lượng tế bào nấm men đồng thời ethylic cũng được sinh ra trong giai đoạn này nhưng với lượng rất nhỏ.
Giai đoạn lên men cực đại: Mật số tế bào nấm men đã tăng cao, q trình lên men yếm khí
tạo etylic và CO2 diễn ra nhanh chóng, chất hồ tan giảm rất nhanh, nhiệt độ tank lên men
tăng, kích thước bọt to, thô.
Giai đoạn cuối: 2 – 3 ngày cuối, tốc độ lên men giảm. Nhiệt độ thùng lên men hạ thấp, quá
trình kết lắng của nấm men xảy ra. Sau khi kết thúc giai đoạn lên men chính, tiến hành thu hồi nấm men có vịng đời nhỏ hơn 8 và tỉ lệ men chết không quá 10%. Sau khi thu hồi,
nấm men được trữ ở nhiệt 3 – 5oC trong thùng kín để dùng cho cấy men thùng tiếp theo.
4.3.1.1. Quá trình lên men đường tạo rượu etylic và CO2
Đường và các acid amin thấm qua màng tế bào nhờ các enzyme “permeaza” đó là những enzyme đặc hiệu với một đường và một acid amin. Đường thấm qua màng tế bào theo thứ
tự như sau: glucose, fructose, maltose. Đường saccharose được thủy phân bên ngoài nhờ
enzyme invertaza thành glucose và fructose. Enzyme này được định vị ngay trên màng tế
bào và sẽ tiết vào mơi trường khi có saccharose.
Trong q trình lên men, nấm men thông qua con đường trao đổi chất và năng lượng trong
các điều kiện thích hợp để chuyển hóa các gluxit phân tử lượng thấp (các đường và dextrin…) thành rượu etylic, CO2 theo sơ đồ phản ứng sau.
C6H12O6= C2H5OH + CO2 +Q (năng lượng)
Đồng thời có các quá trình sinh hóa xảy ra do sự xúc tác sinh học của các enzyme được
hình thành trong quá trình lên men, một số sản phẩm phụ cũng được hình thành như các acid hữu cơ, các este, các rượu bậc cao, aldehyde, glycerin.
Tất cả những biến đổi này đã dẫn đến sự thay đổi về chất và lượng của các chất hịa tan có trong dịch đường lên men và biến dịch đường thành bia. Thành phần, chất lượng bia phụ thuộc vào thành phần dịch đường, loại nấm men và điều kiện lên men.
4.3.1.2. Sự tạo thành các sản phẩm phụ
Ngoài những sản phẩm chính được tạo thành khi lên men chính như rượu etylic và CO2, cịn có một số chất khác cũng đươc hình thành và chúng đóng vai trị quan trọng trong q trình hình thành mùi vị của bia.
Các rượu bậc cao
Các rượu bậc cao là những thành phần chính của dầu fusel. Ngồi ra trong dầu fusel cịn có
acid dễ bay hơi, este và các aldehyde. Khối lượng và thành phần rượu bậc cao phụ thuộc vào thành phần dịch đường, chủng nấm men và nhiệt độ. Trong bia có các rượu bậc cao
như propylic, isopropylic, butylic, isobutylic, amylic, isoamylic. Hàm lượng các rượu này dao động trong khoảng 50 – 60mg/l. Khi lên men ở điều kiện nhiệt độ cao thì hàm lượng này tăng lên. Mỗi loại rượu bậc cao đều gây cho bia có một mùi vị khác nhau và hầu như đều gây vị khó chịu cho bia. Phần lớn các rượu được tạo thành trong giai đoạn lên men chính, lúc đầu mạnh và về sau yếu dần. Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng này tăng không đáng kể.
R-CHCN2-COOH + H2O R-CH2OH + CO2 + NH3
Glycerin cũng được hình thành trong q trình lên men chính, được hình thành khi
aldehyde glyceric bị khử hoặc đề amin hoá acid glutamic. Trong bia hàm lượng glycerin có từ 1,5 – 3,0 mg/l.
Các acid hữu cơ
Trong quá trình lên men chính một số acid hữu cơ được tạo thành, một phần là sản phẩm phụ của sự lên men, một phần là do sự trao đổi chất của nấm men và vi khuẩn. Một vài acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid sucinic, acid formic.
Các acid hữu cơ hiện diện trong bia được hình thành bởi nấm men qua quá trình khử
amine từ amino acid trong dịch đường.
Sự tạo thành các este
Phản ứng giữa một phân tử rượu và một phân tử acyl coenzyme A tạo thành một este. Các chất este được tạo thành do quá trình este hóa các acid bay hơi và khơng bay hơi với những loại rượu khác nhau. Nhiều nhất là hàm lượng axetat etyl (15 – 20 mg/l). Các axit
không bay hơi tạo nên các este kém bay hơi, tổng hàm lượng thường từ 40 – 50 mg/l.
Các chất este đóng vai trị khá quan trọng trong việc hình thành mùi vị của bia, phần lớn các este hình thành trong khi lên men chính.
Sự tạo thành aldehyt và các dẫn xuất
Acetalldehyde là sản phẩm bậc hai thơng thường của q trình lên men. Các aldehyde bản thân nó khơng có ảnh hưởng nhiều, nhưng dẫn xuất của nó, đặc biệt là một vài chất gây cho bia vị khơng tốt: Diacetyl và acetoin.
Diacetyl có vị bơ gây cho bia có hương vị xấu. Hàm lượng cho phép trong bia là 0,1 mg/l.
Diacetyl được tạo ra từ sản phẩm trao đổi chất của nấm men và hồ tan vào bia. Trong q
trình lên men, diacetyl tăng và sẽ giảm dần vào cuối quá trình lên men chính. Sự khử diacetyl phụ thuộc vào mật độ nấm men còn lại sau khi thu hồi men, nhiệt độ, thời gian và áp suất.
Các hợp chất lưu huỳnh
Nấm men sản sinh ra các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ từ các hợp chất sulphat, sulphit và các hợp chất nitơ có chứa lưu huỳnh có trong dịch đường. Nấm men còn tạo ra các hợp chất
lưu huỳnh từ H2S và từ mercaptan. Những sản phẩm này có vị xấu và được coi như là
những chất chủ yếu gây ra vị chưa chín của bia sau khi lên men. Những hợp chất này còn
được tạo ra trong bia từ các hợp chất lưu huỳnh khác khi để bia ngoài ánh sáng.
Sự tạo thành bọt
Sự tạo thành bọt là một trong những tính chất quan trọng và đặc trưng của bia. Bọt được hình thành trong khi lên men dịch đường cũng như trong tất cả các thời kỳ của các q
được tạo thành sẽ hòa tan trong dung dịch và không bị tách ra. Nhưng khi khối lượng CO2 tăng lên đồng thời nhiệt độ cũng tăng lên và đã bão hịa CO2 thì khối lượng CO2 thừa sẽ tách ra dưới dạng bọt nhỏ li ti. Trên bề mặt hình thành một lớp hấp phụ gồm những chất
hoạt động bề mặt như protide, nhựa hoa houblon. Lớp hấp phụ này tạo điều kiện cho các bọt nhỏ li ti liên kết dính lại với nhau và tạo thành một lớp dày. Lúc đầu lớp bọt này chỉ gồm những bong rất nhỏ, mịn, nhưng dần dần bóng nhỏ mịn này kết hợp lại với nhau thành những bong lớn hơn đồng thời màu của lớp bọt cũng thay đổi, lúc đầu có màu trắng, sau sẫm dần, nguyên nhân là do khối lượng của các phức chất protid-polyphenol và nhựa hoa
houblon ngày càng tăng, các chấtt này bị oxy hóa dưới tác dụng của oxy khơng khí. Ngồi
ra CO2 cịn góp phần đẩy O2 ra làm giảm thế oxy hóa khử, vừa hạn chế vi sinh vật hiếu khí phát triển, vừa tránh được oxy hóa làm giảm chất lượng bia.
Q trình “chín” bia khi bia vừa lọc ra có mùi vị của malt, hơi ngọt, vị đắng gắt, cai tê đặc
trưng của men. Nó cũng có mùi chưa chín của các chất hương mới tạo thành như rượu,
este, H2S, diacetyl. Dần dần vị hơi ngọt sẽ mất dần do nấm men lên men hết phần chất khơ cịn lại, vị đắng gắt cũng mất dần do sự tác dụng tương hỗ giữa protein và tanin hình thành các phức chất kết tủa. Vị cay tê cũng dịu bớt khi kết thúc lên men phụ và nấm men lắng hết xuống, khi này bia “đã chín”.
4.3.1.3. Q trình kết bơng của nấm men
Nấm men kết bông ở cuối giai đoạn lên men, trong sản xuất bia, hiện tượng này có một phần có một tầm quan trọng đáng kể, bởi vì nếu nấm men kết bông quá nhiều thì nó sẽ khơng cịn tiếp xúc với bia và làm ngừng quá trình lên men, nếu nấm men kết bơng khơng nhiều thì sẽ gây đục, khó lọc và hương vị kém.
Q trình kết bông phụ thuộc vào: chủng nấm men, số thế hệ (sự kết bông sẽ tăng cùng với số thế hệ), điều kiện khơng khí, nhiệt độ và áp suất, nồng độ canxi và điều kiện thu nhận sữa men.