Chương 5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÊN MEN
5.1. Các biến đổi sinh hĩa trong quá trình lên men
5.1.1. Quá trình hình thành rượu, CO2 và kết hợp với thu hồi CO2
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 .
Một số sản phẩm phụ cũng được hình thành trong quá trình lên 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.
Thu hồi CO2 trong tank lên men:
Thiết bị thân trụ đáy cơn là loại thiết bị kín nên cĩ thể thu hồi được CO2 sinh ra trong quá trình lên men.
Quá trình lên men diễn ra trong điều kiện thế oxy hĩa - khử thấp, khơng hề ảnh hưởng đến sinh sản và phát triển của nấm men. Thậm chí khi áp suất bên mặt khoảng 0,3 – 0,4 bar do CO2 tạo ra lại cĩ khả năng kích thích q trình lên men. Lượng oxy cần thiết cho quá trình sinh sản đã bị nấm men hấp thụ ở ngày đầu tiên, và sau đĩ khơng cần đến nguyên tố này nữa.
Phương pháp lên men này thu nhận được bia thành phẩm cĩ độ bền sinh học cao hơn, khả năng tạo bọt nhiều hơn và vị hồi hịa hơn.
Ngồi vấn đề kinh tế, việc thu hồi CO2 cịn là giải pháp rất hữu hiệu để bảo vệ mơi trường khu vực sản xuất. Đồng thời cịn ngăn chặn sự xâm nhập của các loại vi khuẩn vào dịch đường lên men.
Ngành Cơng nghệ thực phẩm – Khoa Nơng nghiệp & SHƯD Trang 63
Màu sắc của bọt bia ở thiết bị lên men này luơn trắng sáng, khơng ngả sang màu nâu hay xám. Nguyên nhân là do các chất hoạt động bề mặt của bọt bia khơng bị oxy hĩa. Do đĩ mà lớp bọt của bia khơng ảnh hưởng đến hương, vị của bia thành phẩm. Nên khơng cần loại bỏ ra ngồi khi đem bia non đi tang trữ giống như thiết bị lên men hở. Việc thu hồi CO2 tại nhà máy kéo theo sự phát triển của nhà máy sản xuất nước giải khát cĩ gaz. Việc thu hồi CO2 cịn đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn là tạo được áp lực đối kháng trong khâu chiết bia vào lon, bão hịa CO2 cho bia sau khi lọc.
5.1.2. Quá trình hình thành các sản phẩm phụ.
Diacetyl: 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.
Sự phân hủy diacetyl hay vicinal diketone ở giai đoạn lên men phụ xảy ra cùng lúc với các phản ứng khác làm chín bia nên diacetyl được xem như là tiêu chuẩn để đánh giá mức độ chín của bia. Sự khử diacetyl phụ thuộc vào số lượng và chủng loại nấm men, nhiệt độ lên men, điều kiện tiếp xúc giữa nấm men và diacetyl cĩ trong bia. 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 0.1mg/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.
Aldehyde: 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…
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
Ngành Cơng nghệ thực phẩm – Khoa Nơng nghiệp & SHƯD Trang 64
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 đáng 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 – 60mg/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.
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.
Ester: 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 q trình lên men chính do các acid béo bị ester hĩa 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, β- phenylactate, ethylcaproate, ethylcaprylate. Trong đĩ ethylacetate chiếm 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.
Hợp chất lưu huỳnh: Nấm men khi trao đổi chất dẫn đến sự hình thành các hợp 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.
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.