1.2.3.1 Hệ ezyme xúc tác quá trình lên men bia:
Tế bào nấm men chứa một tập hợp enzyme rất phong phú và đa dạng. Ngoài những enzyme điều khiển quá trình hô hấp của tế bào và cơ chế phosphoryl hóa, quá trình lên men còn được hoạt hóa bởi một tập hợp gồm nhiều enzim khác.
Các phản ứng xảy ra trong dãy quá trình chuyển hóa của lên men rượu được xúc tác bởi 12 enzim khác nhau với sự tham gia của 2 coenzim (acid 2,3 – diphosphoglyxerinic và phat), hai cofactor hữu cơ (ATP/ADP và NAD/ NADH), và hai chất hoạt hóa vô cơ (Mg2+ và K+).
1.2.3.1.1 Aldolaza:
Aldolaza được phát hiện vào năm 1934. Thoạt đầu nó được gọi là zimoherxaza. Enzym này xúc tác phản ứng thuận nghịch bẽ gãy phân tử fructozo- 1,6-diphosphat thành phosphodioxyaxeton và phosphoglyxeradehid.
1.2.3.1.2 Triozophosphatdehydrogenaza:
Enzym này xúc tác sự chuyễn hóa của andehid 3-phosphoglyxerinic thành axit 1,3-diphosphoglyxernic. Phản ứng chỉ xảy ra trong môi trường có sự hiện diện của NAD+ và phosphat vô cơ.
1.2.3.1.3 Phosphoglyxeromutaza:
Enzym này xúc tác phản ứng đồng phân hóa 3-phosphoglyxerat thành 2- phosphoglyxerat. Trong trường hợp này nhất thiết coenzym phải là 2,3- diphosphoglyxerinic.
1.2.3.1.4 Enolaza:
Là enzym có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa đường thành rượu etylic. Nó xúc tác quá trình dehydrat hóa thuận nghịch của axit 2- phosphoglyxerinic thành axit 2-phosphoenolpiruvic. Ở phản ứng này mối liên kết phosphat cao năng được hình thành. Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch và nó xảy ra trong khi năng lượng tự do không hề thay đổi. Theo Lipman thì khi thủy phân mối liên kết phosphate của acid 2 – phosphoglyxerinic, năng lượng được giải phóng là 125,57 J trong khi thủy phân liên kết phosphate của acid 2 – phosphoenolpirunic thì năng lượng tỏa ra là 48,19 J.
1.2.3.1.5 Cacboxylaza:
Enzym này được phân bố khá phổ biến trong tế bào thực vật và tế bào nấm men. Với sự có mặt của Mg2+ enzym này sẽ xúc tác quá trình phân rã của - ketoaxit thành aldehid và khí cacbonic. Phản ứng quan trọng nhất của enzym cacboxylaza xúc tác là phản ứng decacboxyl của axit piruvic để tạo thành axetaldehid và CO2 trong chuỗi phản ứng lên men rượu.
1.2.3.2 Nấm men giống được sử dụng trong quá trình lên men bia:
1.2.3.2.1 Chất lượng của nấm men sản xuất:
Để bảo đảm cho quá trình lên men được tiến triển bình thường và bia có chất lượng thì nấm men phải đủ các yêu cầu sau:
Có tốc độ sinh trưởng và phát triển vừa phải.
Có khả năng lên men nhanh chóng nhiều loại đường khác nhau.
Có khả năng kết tụ tốt vào cuối thời kì lên men chính.
Có khả năng giữ được các đặc tính sinh lý, sinh hóa qua nhiều thế hệ.
Có khả năng chống chọi tốt với những điều kiện bất lợi của môi trường .
Cho bia có hương vị tốt, ít các sản phẩm phụ không mong muốn, nhất là diaxetyl.
1.2.3.2.2 Các chủng nấm men bia thường sử dụng:
Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả.
Nhiều loài nấm men có khả năng lên men rượu. Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia. Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men còn được sử dụng để sản xuất protein.
Ngoài ra nấm men còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất bánh mì. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men có hại, gây bệnh cho người và gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm.
Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid amin,
peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào. Sau đó, hàng loạt các phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến hành.
Dựa vào đặc tính công nghệ ta phân làm hai loại: nấm men nổi và nấm men chìm giữa chúng có sự khác nhau cơ bản sau:
Về đặc tính hình thái:
Nấm men chìm: Hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chội đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu.
Nấm men nổi: tế bào nấm men mẹ và con sau nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành như chuỗi các tế bào nấm men, hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan có kích thước là 7-10 Micromet.
Về đặc tính sinh lí:
Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm là khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzym có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza.
Ngoài ra chúng còn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men chìm chủ yếu xảy ra trong quá trình lên men, còn của nấm men nổi xảy ra mạnh trong quá trình hô hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn nấm men chìm.
Nấm men chìm có nồng độ enzym thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.
Về công nghệ lên men:
Tên gọi nấm men nổi hay nấm men chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men. Nấm men nổi nổi lên bề mặt dịch trong và cuối quá trình lên men chính, trong khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính.
Nấm men chìm còn chia ra 2 loại tuỳ thuộc khả năng kết lắng của nó là nấm men bụi và nấm men kết bông. Nấm men bụi là loài nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng từ từ khi kết thúc lên men chính. Nấm men kết bông là loài nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bông lớn nên lắng nhanh xuống đáy thiết bị. Còn loài nấm men nổi không có khả năng này.
Nấm men chìm kết bông rất có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bia nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm men nổi.
Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau. Nấm men chìm có thể lên men 4 - 120C, nấm men nổi là 14 - 250C.
1.2.3.2.3 Quá trình chuẩn bị giống:
Phương pháp nuôi cấy nấm men giống thuần khiết:
Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua 2 giai đoạn : Giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và nuôi cấy sản xuất
Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ một tế bào. Trong phòng thí nghiệm, để đảm bảo men giống người ta nuôi cấy nó trong môi trường dịch đường 10% và bảo quản ở nhiệt độ 2 ÷ 4 0C. Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền 1 lần.
Ðể đưa men giống vào sản xuất, trước hết phải nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho đến 5 ÷10lít. Sau đó nhân giống trong các thiết bị chuyên dụng đặt trong phòng bên cạnh phân xưởng lên men. Mỗi lần nhân giống , thể tích men giống tăng từ 3 ÷ 5 lần.
Men thuần khiết thường phải tuyển chọn và bắt đầu nuôi cấy ở 250C. Trong
phòng thí nghiệm nó sinh sản ở nhiệt độ 18 ÷ 200C. Khi đưa vào nuôi cấy sản xuất thì cho nó phát triển ở 12 ÷ 150C và tiếp tục giảm đến 6 ÷ 100C rồi đưa vào thiết bị lên men. Quá trình thực hiện như vậy gọi là sinh sản ở điều kiện bán sản xuất, bao gồm các bước thực hiện:
Dịch đường làm môi trường cho nấm men sinh sản phải được tiệt trùng và làm lạnh tại chỗ đến 6-100C .
Quá trình sinh sản của nấm men được tiến hành trong một hoặc nhiều thiết bị của hệ thống. Để đảm bảo sự phát triển mạnh của nấm men, ở tất cả các thiết bị sinh sản này,theo định kỳ phải được sục khí vô trùng vào canh trường.
Tuyệt đối không để dịch lên men tiếp xúc với không khí chưa tiệt trùng.
Việc tiệt trùng môi trùng nhân giống được thực hiện ở áp suất thường hoặc áp suất dư trong thời gian 30 phút. Đồng thời với quá trình làm nguội, dịch đường được bão hoà oxy bằng không khí vô trùng. Thời gian sinh sản của nấm men được kéo dài hết một thế hệ ở điều kiện bán sản xuất là 6-8 ngày đêm.
Phương pháp xử lí sữa men:
Lượng sinh khối thu được sau lên men chính (sữa men) nhiều gấp 5 đến 8 lần lượng nấm men giống ban đầu. Hầu hết lượng sinh khối này còn rất bẩn vì trong đó có nhiều tạp chất kết lắng cùng nên việc xử lí sũa men trải qua nhiều giai đoạn:
Tận thu lượng bia non trong sữa men bằng cách lọc bằng máy ép khung bản.
Rây nấm men để tách các tạp chất có kích thước lớn.
Rửa nấm men để tách hết tế bào chết và cặn mịn.
Sát trùng để diệt các vi sinh vật lạ.
Bảo quản nấm men sạch dùng để lên men các mẻ sau hoặc sử dụng vào các mục đích khác.