PH ẦN II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
NO 3 Nitrate được nấm men khử thành NO 2
3. CHUẨN BỊ MEN GIỐNG 1. Các vấn đề chung
Nguồn men giống thuần chủng mà một nhà máy có được có thể nhờ trao đổi, mua từ các ngân hàng giống hoặc tự phân lập và thuần dưỡng.Việc lựa chọn một chủng nấm men giống thường phải căn cứ trên sự thích ứng giữa đặc tính của nấm men với các điều kiện công nghệ lên men và loại bia cần sản xuất, gồm:
- Thành phần và nồng độ dịch wort,
- Chế độ nhiệt độ và áp suất của quá trình lên men,
- Tốc độ lên men, khă năng sử dụng các loại cơ chất, độ lên men tận cùng, - Đặc tính tăng trưởng của nấm men,
- Khả năng tạo và khử vicinal deketon, các hợp chất bay hơi và tạo hương, - Đặc tính kết tụ của men,
- Cảm quan và đặc tính bọt của bia.
Để lưu giữ được các đặc tính tốt, nấm men cần được nuôi cấy và bảo quản cẩn thận. Điều này được thực hiện trong phòng thí nghiệm men hoặc đối với các cơ sở nhỏ hơn thì nhờ đến các cơ sở bên ngoài, ví dụ các ngân hàng giống. Có thể sử dụng các kỹ thuật khác nhau cho mục đích này. Nấm men có thể được nuôi cấy trên dịch wort.
Dịch wortcó thể được chế biến thành canh trường thạch rắn, cần được cấy trở lại sang môi trường mới sau khoảng mỗi 4 tuần để ngăn ngừa đột biến và thoái hóa và lưu giữ các tính năng tốt. Để bảo quản trong thời gian dài, nấm men có thể được đông
145
lạnh trong nitơ lỏng ở − 196 °C hoặc − 80 °C với glycerol làm chất chống đông. Đông lạnh nhanh ở − 196 °C hoặc có sử dụng glycerol ngăn cản sự tạo thành của các tinh thể có thể phá hủy tế bào. Với các phương pháp này, nấm men có thể được bảo quản ít nhất 1 năm. Sau đó nó có thể được cấy vào môi trường lỏng một lần rồi đông lạnh trở lại cho chu kỳ bảo quản tiếp theo.
Nấm men sử dụng cho mỗi mẻ lên men thường ở dạng canh trường đang ở giai đoạn tăng trưởng cao trào. Với thể tích lên men hàng trăm hl mỗi mẻ và mật độ tiếp giống ở mức thông thường hiện nay (20-30 triệu tế bào/ml), lượng sinh khối men sử dụng cho mỗi mẻ lên men khá lớn. Nếu phát triển từ giống gốc (ở dạng sinh khối tinh khiết ở trạng thái bảo quản) thì phải trải qua quá trình nhân men qua nhiều cấp trung gian. Để chi phí cho công đoạn chuẩn bị giống ở mức chấp nhận được, các nhà máy bia sử dụng sinh khối nấm men lắng để làm giống cho mẻ lên men sau đó. Việc quay vòng giống này chỉ nên thực hiện một số chu kỳ, sau đó phải nhân từ giống gốc. Như vậy có sự kết hợp giữa việc nhân từ giống gốc và dùng sinh khối thu hồi để làm giống.
Sơ đồ của việc quản lý và triển khai nguồn men giống cho sản xuất trong một nhà máy bia có thể như ở hình 11.6.
Hình 11.6. Quản lý và sử dụng nguồn men giống trong nhà máy bia
Thông thường, yêu cầu đối với canh trường giống chuẩn bị tiếp vào tank lên men là phải không chứa vi sinh vật tạp nhiễm, tỷ lệ tế bào chết thấp (thường < 5 %), có khả năng đạt được độ lên men cuối cùng cao, có thể dùng được qua nhiều lần lên men
146
(8 - 10 chu kỳ), cặn men thu được phải ở dạng huyền phù đặc, sạch, không nhiễm bẩn và tạo hương vị phù hợp. Mặc khác, canh trường giống nên có nhiệt độ thấp hơn của môi trường khởi điểm lên men để kích hoạt nấm men.
3.2. Nhân canh trường thuần chủng 3.2.1. Nhân men trong phòng thí nghiệm
Mục đích của nhân men cấp PTN là phát triển một canh trường thuần chủng đủ thể tích để cấp vào tank nhân men cấp xưởng. Quá trình được thực hiện nhờ sử dụng các kỹ thuật vi sinh truyền thống (chủ yếu bằng thiết bị thủy tinh) và các nhân viên thành thạo. Quan trọng nhất trong giai đoạn này là đảm bảo canh trường không bị nhiễm tạp. Cho dù vậy, việc kiểm tra tạp nhiễm chỉ tiến hành ở cấp nhân ở xưởng.
Hình 11.7. Cấu trúc thùng nhân men Carlsberg thể tích 25 lít
Nhân cấp phòng thí nghiệm được thực hiện qua một chuỗi các lần nhân giống trung gian với thể tích tăng dần. Thông thường tỷ lệ tăng trưởng thể tích là 1:10 với thể tích ban đầu là 10 ml, tuy nhiên có thể dùng tỷ lệ giữa 1:5 và 1:10 và với thể tích ban đầu lên đến 50 ml. Các bước nhân đầu tiên sử dụng môi trường chung cho nuôi cấy nấm men, thường là dịch thủy phân malt có bổ sung peptone hoặc chất chiết nấm men;
pha cuối cùng dùng dịch wort trích từ dịch đem lên men bia.
Nuôi cấy thường ở nhiệt độ phòng và được điều tiết dần dần để tiếp cận nhiệt độ canh trường tiếp giống ở nhân men ở cấp xưởng sản xuất. Công đoạn nhân cấp phòng thí nghiệm thường sử dụng các thùng nhân men Carlsberg (hình 11.7) để đảm bảo quá trình chuyển giống tránh được tạp nhiễm.
Trong đó môi trường có thể được thanh trùng, quá trình nuôi có thể cấp không khí vô trùng, và canh trường trung gian được chuyển sang bình với thể tích lớn hơn bằng khí nén vô trùng. Thể tích canh trường cuối cùng trong chuổi nhân men ở phòng thí nghiệm thường khoảng 20 - 30 lít.
147
Thời gian cho toàn quá trình có thể đến gần 2 tuần. Sự tăng trưởng của nấm men được tăng cường bằng việc sục không khí vô trùng. Mật độ tế bào cuối cùng nên đạt khoảng 150-200x 106 tế bào/ml và tỷ lệ sống >98%.
3.2.2. Nhân men tại phân xưởng
Phân xưởng nhân men gồm nhiều tank kín kích thước khác nhau chế tạo bằng thép chrome-nickel (hình 11.8). Trong đó có thiết bị tiệt trùng dung dịch thủy phân malt và các tank nhân men. Các tank nhân men bố trí theo trình tự tăng dần về kích thước, tank cuối cùng có thể tích công tác bằng thể tích canh trường giống cần dùng cho thể tích dịch lên men.
Một qui trình điển hình như sau:
(1) Dung dịch thủy phân malt được tiệt trùng ở nhiệt độ 100oC trong 30 phút và làm lạnh về nhiệt độ 14 – 16oC.
(2) Nấm men được nạp vào tank nhân men. Nếu có một số tank nhân men thì tank thể tích nhỏ nhất được nạp giống từ bình Carlberg trong điều kiện vô trùng. Cần phải cấp khí vô
.
Hình 11.8. Sơ đồ một hệ thống nhân men cấp xưởng 2 tank
trùng, thực hiện bằng cách sau khi bơm dung dịch thủy phân malt tiệt trùng vào bình nhân men thì tiếp tục bơm tuần hoàn kết hợp cấp không khí vô trùng.
148
(3) Sau khoảng 1 ngày (24 - 36 giờ) canh trường sẽ đạt đến giai đoạn hoạt động cao trào (pha log) thì được bơm vào tank nhân men kế tiếp. Sau đó bơm môi trường (dung dịch thủy phân malt) tiệt trùng đã được bão hòa không khí vào. Quá trình tiếp diễn đến khi đạt được lượng nấm men cần thiết.
(4) Khi thể tích lớn nhất canh trường nấm men ở giai đoạn hoạt động cao trào thì được bơm vào tank lên men. Sau khi bơm, đáy thùng nhân men còn lại một lượng sinh khối. Có thể cấp môi trường tiệt trùng mới để tiếp tục nhân giống hoặc loại bỏ để vệ sinh thiết bị
3.2.3. Các lưu ý
- Quá trình nhân men giống phải thực hiện trong điều kiện vô trùng nghiêm ngặt. Một khi canh trường nhân men đã nhiễm vi sinh vật tạp thì sẽ không thể thanh lọc được vì đa số chúng có điều kiện sinh trưởng, phát triển tương tự nấm men.
- Cường độ thông khí cao là cần thiết để đạt được độ tăng trưởng nhanh của nấm men, thu được nấm men khỏe và có hoạt tính cao.
- Sử dụng giống men ở pha logarith sẽ giúp rút ngắn pha lag và tổng thời gian lên men, pH dịch lên men giảm nhanh, loại bỏ diacetyl nhanh và triệt để.
- Nhiệt độ để nấm men bia phát triển có lợi là khoảng 20 - 25oC. Tuy nhiên canh trường giống ở đợt nhân cuối cùng phải xấp xỉ (thấp hơn) nhiệt độ lên men sơ cấp.
- Trong các đoạn đầu, sử dụng dịch thủy phân malt chưa qua đun hoa để tránh nấm men bị ức chế bởi các chất trong houblon.
3.3. Thu hồi và sử dụng men lắng
Đối với nấm men lên men chìm, vào cuối quá trình lên men chính, nấm men kết mảng và lắng xuống đáy tank tạo thành khối cặn men. Khối cặn men gồm 3 lớp: lớp dưới cùng chứa nhiều tế bào già, lớp giữa chủ yếu là các tế bào trẻ, trên cùng là cặn lắng và xác men. Sinh khối ở lớp giữa của cặn lắng có thể được dùng để làm giống cho mẻ lên men mới.
Việc sử dụng sinh khối lắng để làm giống đem lại ích lợi kinh tế cao. Trung bình giống sau mỗi lần nhân có thể được thu hồi và tái sử dụng lại 4 – 8 chu kỳ. Nếu công nghệ lên men và xử lý nấm men thích hợp thì có thể tái sử dụng men giống nhiều lần mà chất lượng bia hầu như không biến động đáng kể.
3.3.1. Rút và xử lý cặn men
Đối với các tank lên men thân trụ - đáy côn cặn men được rút trước khi bia được chuyển sang chế độ ủ chín. Mục đích nhằm hạn chế sự tự phân nấm men trong bia và sử dụng lại nấm men làm giống.
Việc thu hồi sinh khối men lắng được thực hiện qua đường xả đáy. Xả bỏ phần cặn ban đầu và cuối có màu sẫm, chỉ thu nhận phần có màu trắng sữa. Lượng men đặc thu được trung bình 2,0 đến 2,5 lít/ hl bia non. Trong tank lên men, nấm men chùm cho sinh khối nhiều hơn men bụi, ngược lại trong tank ủ bia sản lượng sinh khối men bụi nhiều hơn men chùm.
Sinh khối thu nhận nên được sử dụng trực tiếp làm giống cho mẻ lên men sau.
Trong trường hợp cần thiết thì xử lý và bảo quản tạm thời trong nước trong một thời gian ngắn. Việc xử lý chủ yếu là rửa và sàng, trong đó nấm men được trộn với nước và cho qua sàng để loại bỏ các cặn đông tụ và cặn houblon. Trong quá trình sàng, phần lớn CO2 còn lại trong nấm men được giải phóng và ôxy không khí hòa tan vào khối men, điều này cần thiết để nấm men hô hấp và duy trì trạng thái hoạt động.
149
3.3.2. Bảo quản men đặc
Bảo quản men sữa là quá trình không mong muốn. Về mặt sinh lý học, việc rửa nấm men và bảo quản trong nước sẽ làm tổn hao các tác nhân sinh trưởng dẫn đến nấm men mất khả năng sử dụng tức thời maltose, từ đó pha tiềm phát sẽ kéo dài.
Tuy nhiên, trong thực tế, sinh khối men thường phải trải qua sự bảo quản tạm thời. Thường sử dụng các thùng 2 vỏ để duy trì nhiệt độ bảo quản ở khoảng 0oC.
Nhiệt độ bảo quản càng cao thì nấm men trao đổi chất càng mạnh. Trong điều kiện thiếu dinh dưỡng và nhiệt độ cao nấm men sẽ tiêu hóa vật chất tế bào, kể cả các enzyme và các tổ chức quan trọng, làm cho nấm men suy yếu nhanh.
Mặt khác cũng không nên cấp không khí cho nấm men ngay sau thu hoạch vì sẽ kích hoạt nấm men trong điều kiện thiếu dinh dưỡng. Hơn nữa, các vi khuẩn acetic sẵn có trong sinh khối nấm men dùng ôxy để ôxy hóa rượu và tăng trưởng.
3.4. Thoái hóa men
Theo thời gian, các phẩm chất của men giống sẽ giảm dần. Các biểu hiện thông thường của sự thoái hóa này là nấm men tăng khả năng kết lắng và kết lắng sớm, lên men chậm dần và không sâu, bia không đạt đến độ chín cần thiết, hương vị bia kém hơn, độ lên men cuối cùng giảm, cặn men dạng sáp nhờn, loãng và có những biểu hiện của lên men khôngbình thường.
Nguyên nhân thoái hóa có thể là do lên men ở nhiệt độ cao, dịch lên men thiếu dinh dưỡng, bảo quản men không hợp lý, nhiễm các vi sinh vật có khả năng tăng trưởng mạnh, do các nhân tố kỹ thuật như nhiệt độ dao động mạnh, áp suất thay đổi và có sự dao động lớn về nồng độ chất khô của dịch lên men.
Nấm men khi có biểu hiện thoái hóa phải được thay thế bằng một thế hệ men mới thông qua quá trình nhân men từ giống gốc.
4. KỸ THUẬT LÊN MEN