4.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ LÊN MEN
4.3.4 Một số biến đổi xảy ra trong quá trìnhlên men
4.3.4.1 Quá trình hình thành rượu và CO2
Nấm men cĩ thể phát triển được trong cả mơi trường hiếu khí và mơi trường kỵ khí.
Trong điều kiện hiếu khí, nấm men hấp thụ O2 sinh sản và tăng trưởng sinh khối. Cịn trong điều kiện yếm khí, nấm men lên men đường thành rượu và CO2.
Các loại đường cĩ thể lên men được trong dịch chiết malt là đường maltose, maltotriose, sucrose, glucose, fructose. Sucrose được thủy phân bên ngồi tế bào nấm men nhờ enzyme invertase tạo thành đường glucose và fuctose. Trong quá trình lên men, nấm men thơng qua con đường trao đổi chất và năng lượng để chuyển hĩa glucid phân tử thấp thành rượu ethylic và CO2 theo phương trình phản ứng:
Các quá trình sinh hĩa 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 trong quá trìnhlên men như các acid hữu cơ, ester, rượu bậc cao, aldehyde… Những biến đổi
sinh hĩa làm thay đổi thành phần dịch nước nha và biến dịch nước nha thành bia.
Thành phần chất lượng bia phụ thuộc vào thành phần của đường, dịch nước nha, loại nấm men và các điều kiện lên men. Độ lên men là mức độ chuyển hĩa các đường thành ethylic và CO2 phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đĩ quan trọng nhất là thành phần các chất hịa tan trong dịch nước nha và các điều kiện tiến hành lên men.
4.3.4.2 Quá trình tạo thành các sản phẩm phụ a. Glycerin
Glycerin cũng được hình thành trong q trình lên men chính, chúng được hình thành khi aldehyde glyceric bị khử hoặc deamin hĩa acid glutamic.
b. Rượu bậc cao
Rượu bậc cao được hình thành từ các con đường khác nhau như: nấm men chuyển hĩa
amino acid trong dịch đường bằng cách khử amin và khử carbonyl, do tổng hợp từ
đường qua con đường acetate,do hydroxy acid hay keto acid trung gian. Phần lớn rượu
bậc cao được hình thành trong q trình lên men chính, trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng rượu bậc cao tăng khơng dáng kể.
Khối lượng và thành phần rượu bậc cao phụ thuộc vào thành phần của dịch nha, chủng nấm men và nhiệt độ lên men. Các rượu bậc cao trong bia như isopropylic, isobutylic,
isoamylic… Hàm lượng các rượu này giao động trong khoảng 50 ÷ 60 mg/l, khi lên
men ở nhiệt độ cao thì hàm lượng này tăng lên. Các rượu bậc cao khác nhau gây cho bia cĩ mùi vị khác nhau nhưng nhìn chung đều gây vị khĩ chịu cho bia.
c. Acid hữu cơ
Trong q trình lên men chính một số acid hữu cơ được tạo thành là sản phẩm phụ của sự lên men và do sự trao đổi chất của nấm men và vi khuẩn qua quá trình khử amin từ các amino acid trong dịch đường.
d. Este
Ester là hợp chất tạo hương quan trọng nhất trong bia và tạo nên hương đặc trưng cho từng loại bia. Tuy nhiên ester ở hàm lượng cao sẽ cho mùi trái cây và vị đắng khĩ
chịu. Ester được hình thành trong suốt quá trình lên men chính do các acid béo bị esterhĩa bởi ethanol và một lượng nhỏ cồn bậc cao, nồng độ ester tăng cao ở giai đoạn lên men mãnh liệt nhất.
Trong bia cĩ chứa khoảng 60 ester khác nhau nhưng chỉ cĩ khoảng 6 ester cĩ ảnh
hưởng quyết định đến hương của bia là: ethyl acetate, isoamylactate, isobutylactate,
- phenylactate, ethylcaproate, ethylcaprylate. Trong đĩ ethylacetatechiếm hàm lượng cao nhất là 15 ÷ 20 mg/l.
Ở điều kiện và nhiệt độ lên men như nhau thì phương pháp lên men nổi cho nhiều ester hơn phương pháp lên men chìm.
e. Aldehide
Aldehyde quan trọng nhất trong bia là acetaldehyde, nĩ là sản phẩm trung gian của quá trình lên men. Acetaldehyde được hình thành trong bia non ở 3 ngày đầu của quá
trình lên men gây cho bia cĩ mùi táo, mùi cỏ mục và mùi mốc.
Các yếu tố làm tăng acetaldehyde là: lên men nhanh, nhiệt độ lên men cao, tỷ lệ cấy
men cao, hàm lượng O2 trong dịch nha thấp,… Vì vậy để loại bỏ acetaldehyde ta cần phải: kích thích cho quá trình lên men phụ và chín bia mạnh mẽ hơn, đảm bảo hàm
lượng O2 trong dịch nha, gia tăng hàm lượng nấm men trong q trình làm chín bia… f. Diaxetyl
Ngành Cơng nghệ thực phẩm - Khoa Nơng nghiệp & SHƯD Trang 57
Diacetyl được tạo ra từ sản phẩm trao đổi chất của nấm men và hịa tan vào trong bia
gây ảnh hưởng đến mùi vị của bia, làm cho bia cĩ vị ngọt khơng tinh khiết. Ở hàm lượng cao gây hương vị xấu cho bia, làm cho bia cĩ mùi bơ. Trong quá trình lên men diacetyl tăng và giảm dần vào cuối q trình lên men chính.
Nhà máy lấy mẫu định kỳ hàng tuần ở tất cả các tank để kiểm tra hàm lượng diacetyl
và hàm lượng cho phép là 0,1 mg/l trong bia thành phẩm.
Trong quá trình lên men, nấm men chuyển glucose thành α-acetolactate ở trong tế
bào, α-acetolactate được nấm men thải ra mơi trường. trong điều kiện yếm khí và pH thấp chuyển thành diacetyl, lượng diacetyl được nấm men hấp thụ trở lại và chuyển
thành acetoin, sau đĩ thành 2,3-butadiol và thải ra mơi trường. Do đĩ nhà máy sử
dụng Malturex-L cĩ bản chất là α-acetolactate decarboxylase để chuyển α-acetolactate thành acetoin, hạn chế quá trình sinh diacetyl trong khi lên men.
g. Hợp chất lưu huỳnh
Nấm men khi trao đổi chất dẫn đến sự hình thành các hớp chất sulfur dễ bay hơi như H2S, mercaptan và các sản phẩm khác mà ngay cả ở hàm lượng nhỏ cũng cĩ mùi rất mạnh. Hàm lượng các chất sulfur vượt quá giá trị ngưỡng cảm nhận gây mùi vị bia
non và được coi như là những chất chủ yếu gây ra vị chưa chín của bia khi lên men.
4.3.4.3 Các biến đổi khác trong quá trình lên men a. Sự tạo bọt
Sự tạo thành bọt là một trong những đặc tính cảm quan quan trọng của bia thành phẩm. Giai đoạn đầu của quá trình lên men, do nhiệt đơ thấp nên CO2 sinh ra sẽ hịa tan vào trong dung dịch. Nhưng khi nồng độ CO2 cao, lượng CO2 đã bảo hịa thì lượng CO2 dư sẽ tách ra và thốt ra ngồi. Trong quá trình lên men phụ do dằn áp và nhiệt
độ lên men thấp hơn q trình lên men chính nên lượng CO2 hịa tan vào trong dung dịch tăng lên.
Các thành phần peptide trong dung dịch quyết định chủ yếu đến sự bền của bọt bia. Do trong bia chứa hàm lượng CO2 cao nên khi áp suất mơi trường thấp hơn thì CO2
thốt ra ngồi dưới dạng các hạt nhỏ và bọt. Các chất keo và các peptide bao bên
ngồi các bọt bia tạo độ bền cho bọt bia.
b. Sự thay đổi trong thành phần hợp chất chứa nitrogen.
Nấm men sử dụng hợp chất nitrogen từ dịch đường để tổng hợp nên vật chất trong tế bào. Nấm men khơng chỉ hấp thụ nitrogen mà cịn tiết vào mơi trường một số hợp chất chứa nitrogen trong suốt quá trình lên men chính và tồn trữ. Những chất này gồm:
acid amin, peptide, vitamin phosphate, glycoprotein… do đĩ thu hồi nấm men quá
Quá trình tiết hợp chất nitrogen bởi sự phân cắt khơng thuận nghịch của các enzyme nội bào dẫn đến sự tự phân của nấm men. Khi quá trình tự phân xảy ra sẽ ảnh hưởng
đến chất lượng của bia. Khoảng trên 70% hợp chất chứa nitrogen hiện diện trong bia dưới dạng amino acid nên quá trình tự phân sẽ được phát hiện khi hàm lượng amino acid tăng cao.
c. Sự thay đổi giá trị pH
Giá trị pH giảm đáng kể trong quá trình lên men, từ 5,2 ÷ 5,4 của dịch nước nha xuống cịn 4,0 ÷ 4,6 trong bia thành phẩm. Sự giảm pH là do: sự hình thành acid do quá trình khử amin, việc sử dụng ion phosphate bậc 1 bởi nấm men, việc hấp thụ NH4+, Na+ và giải phĩng H+ vào trong bia…
Trong suốt quá trình lên men, pH giảm từ từ và giữ ổn định trong suốt quá trình, khi
pH tăng trở lại là dấu hiệu bắt đầu sự tự phân của nấm men. Giá trị pH ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của bia, pH = 4,2 ÷ 4,4 là giá trị pH thích hợp cho bia thành phẩm tại nhà máy. Nếu pH < 4,4 sẽ thúc đẩy quá trình kết tủa chất keo khơng ổn định protein - polyphenol giúp bia chín nhanh và trong hơn. Cịn nếu pH 4,1 làm cho bia cĩ vị chua.
d. Sự thay đổi cường độ màu của bia
Màu sắc của dung dịch lên men giảm dần trong quá trình lên men, độ màu của bia
giảm khoảng 3 EBC trong ngày lên men đầu tiên. Độ màu của bia giảm là do:
Sự mất màu của một số hợp chất bởi sự giảm pH của dung dịch trong quá trình lên men.
Sự hấp thụ và hấp phụ các hợp chất tạo màu, melanoidin của nấm men.
Sự lơi kéo theo kết tủa các chất keo xuống đáy tank hay sự lơi cuốn theo CO2 trong bọt hình thành trong quá trình lên men.
e. Sự thay đổi thế oxy hĩa khử
Lượng oxy trong dịch nước nha ban đầu là 8 ÷10 mg/l. Trong giai đoạn đầu của q
trình lên men chính, lượng oxy giảm rất nhanh do nấm men hơ hấp để tăng sinh khối.
Hàm lượng oxy của nhà máy chỉ cịn 0,01 mg/l trong bia thành phẩm. Nếu hàm lượng
oxy thấp, quá trình lên men sẽ xảy ra chậm do sinh khối của nấm men nhỏ nhưng chất
lượng bia ổn định. Hàm lượng oxy cao, quá trình tăng sinh khối lớn, lên men nhanh nhưng gây ảnh hưởng đến chất lượng của bia, bia dễ bị sậm màu, bị chua và cĩ mùi vị
lạ. Do đĩ cần phải điều chỉnh lượng oxy trong dịch nha và lượng nấm men khi cấy phù hợp để cĩ thể lên men nhanh nhưng chất lượng bia ổn định.
Ngành Cơng nghệ thực phẩm - Khoa Nơng nghiệp & SHƯD Trang 59
Do ảnh hưởng của việc giảm pH nên trong suốt quá trình lên men một số chất gây đắng hịa tan ở dạng keo và các polyphenol được đưa xuống điểm đẳng điện và bị kết
tủa.
Các -acid đắng khơng được đồng phân trong quá trình đun sơi cũng sẽ bị kết tủa khi pH < 5 và nhiệt độ nhỏ hơn 100C.
Một phần isohumulon bị kết tủa vì nĩ là chất hoạt động bề mặt mạnh nên bị CO2 giữ
và đi lên trên. Người ta cĩ thể hạn chế việc thất thốt các chất đắng bằng cách loại bỏ
sự hình thành lớp bọt trên bề mặt bởi sự dằn áp. g. Sự thay đổi hàm lượng CO2
Khí CO2 được sinh ra trong suốt quá trình lên men và được sinh ra nhiều nhất trong
quá trình lên men chính. Hàm lượng CO2 trong bia là một trong những tiêu chuẩn quan trọng đánh giá chất lượng của bia, làm tăng giá trị cảm quan của bia. Hàm lượng CO2 theo tiêu chuẩn nhà máy phải đạt 4,5 ÷ 5,5 g/l bia thành phẩm. Độ hịa tan của CO2 trong dung dịch phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Do đĩ nồng độ CO2 hịa tan
trong giai đoạn lên men phụ cao hơn lên men chính do sự dằn áp và hạ thấp nhiệt độ
lên men