a. b Hình 2.4 Hoa houblon (a hoa houblon, b houblon dạng viên)
3.2.7. Quá trình lên men
3.2.7.1. Mục đích công nghệ và cơ sở lý thuyết:
Mục đích của quá trình là để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấm men hoạt động để chuyển hóa cơ chất thành rượu, CO2 và các sản phẩm phụ như rượu bậc cao, acid hữu cơ, diaxetyl…
3.2.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Chất lượng của chủng nấm men sản xuất: Để thu nhận các loại bia có
chất lượng cao thì chất lượng của chuẩn nấm men là một trong những yếu tố quan trọng mà ta phải quan tâm đến. Nấm men chất lượng kém nếu cung cấp cho quá trình lên men thì chất lượng bia cũng sẽ giảm dù cho dịch trước khi lên men có chất lượng tốt. Do vậy nấm men trước khi sử dụng phải được kiểm tra một cách cận thận và nghiêm ngặt.
Lượng nấm men gieo cấy ban đầu: Mật độ nấm men ảnh hưởng đến mức
độ lên men và thời gian lên men. Nếu lượng nấm men không đủ dẫn đến mức độ lên men thấp, tốc độ lên men sẽ kéo dài, ngược lại nếu mật độ gieo cấy ban đầu quá cao cũng ảnh hưởng đến chất lượng bia thành phẩm.
Nồng độ chất hòa tan của dịch lên men: Đây cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của bia, nấm men và thời gian lên men. Nếu nồng độ quá cao sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của nấm men, bởi vì khi nồng độ cao nó sẽ tạo nên áp suất thẩm thấu cao làm cho nguyên sinh chất của tế bào nấm men teo lại, điều này làm hạn chế khả năng trao đổi chất của nấm men, đến một lúc nào đó làm cho tế bào nấm men không hoạt động được, nếu nồng độ chất hòa tan thấp làm cho chất lượng của bia kém đi vì một số thành phần trong bia chưa đầy đủ.
Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ lên men ảnh hưởng trực tiếp đến nấm men, vì thế nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của bia. Nếu khống chế nhiệt độ lên men cao hay thất đều ảnh hưởng cụ thể đến chất lượng bia thành phẩm.
Lên men ở nhiệt độ cao sẽ thu nhận được các kết quả: - Thời gian lên men nhanh.
- Mật độ nấm men tối đa đạt được cao hơn so với ở nhiệt độ thấp.
- Lên men triệt để hơn nhưng hàm lượng các sản phẩm phụ (đặc biệt là diacetyl) tạo ra nhiều hơn.
- Lượng sinh khối tạo ra nhiều hơn nhưng lượng tế bào chết tăng.
- Tỷ lệ hàm lượng giữa các cấu tử trong bia không cân đối, chất lượng bia giảm.
Lên men ở nhiệt độ thấp nhằm các mục đích chủ yếu như sau:
Áp suất lên men: trong tiến trình lên men ta duy trì áp suất ở mức 0.5-1at để giữ hàm lượng CO2 trong bia, đối với nhiều nhà máy việt duy trì áp suất giúp cho việc thu hồi CO2 dễ dàng hơn, không để áp suất cao vì áp suất cao vì áp suất cao (3-4 at) làm phá vỡ tế bào nấm men và đình chỉ quá trình lên men.
Cường độ khuấy trộn: cường độ khuấy trộn trong quá trình là hoàn toàn tự nhiên, không phải dùng cánh khuấy mà ta dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ phía trên và phía dưới tank lên men mà chất lỏng tự chuyển động, khi chất lỏng chuyển động làm cho nấm men chuyển động theo và phân bố đều trong khối dịch, nấm men sẽ tiêu thụ cơ chất nhanh và triệt để hơn. Kết quả thời gian lên men được rút ngắn.
Ngoài các yếu tố còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình lên men như nồng độ sản phẫm tạo thành, hàm lượng oxi và thể oxi hóa khử…
3.2.7.3. Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men:
+ Độ màu: Cường độ màu trong quá trình lên men giảm một cách đáng kể, nguyên nhân là do các hợp chất polyphenol dễ bị oxi hóa bị khử và sau đó kết lắng.
+ Sự tạo bọt: Sự tạo bọt là một trong những tính chất quan trọng của bia. Bọt được tạo thành ở giai đoạn lên men chính và một số công đoạn tiếp theo. Do quá trình lên men trong tank lên men dạng kín nên không thể quan sát được, cho nên ở đây chỉ đề cập đến sự tạo bọt ở cấp độ nhân giống phòng thí nghiệm.
Hình 3.4. Hệ thống tank lên men
Các quá trình lên men bia:
a. lên men chính:
* Mục đích:
Lên men chính là quá trình chuyển chất đường và các dextrin có phân tử lượng thấp thành ethanol, CO2 và một số sản phẩm phụ khác như: acid hữu cơ, ester, glyceryl, aldehyd… nhằm tạo mùi vị cho bia.
* Các biến đổi trong quá trình lên men chính:
Quá trình lên men chính để chuyển hóa dịch đường thành bia non thông qua những quy trình cơ bản sau:
- Quá trình sinh lý: thể hiện rõ ở các giai đoạn đầu, giai đoạn tăng sinh khối của nấm men. Thực chất đây là quá trình lên men hiếu khí, nấm men thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng để sinh sống và phát triển.
- Quá trình sinh hóa: tăng mạnh dần vào cuối giai đoạn thứ hai. Vào cuối giai đoạn lên men hiếu khí chuyển sang dần kỵ khí. Đây là quá trình chuyển hóa các chất đường thành ethanol và CO2 theo các phương trình sau:
Phương trình sinh hóa: C6H12O6 2C2H5OH +2CO2 +Q2
Nấm men sử dụng các hydrat cacbon theo quy luật từ những đường đơn giản nhất (đường đơn glucose, fructose), khi đã cạn nguồn đường đơn nấm men sẽ tấn công đến các loại đường kép (saccharose), còn các destrin bậc thấp nấm men chỉ sử dụng một phần, phần còn lại sẽ được sử dụng trong quá trình lên men phụ.
- Quá trình lý hóa: trong quá trình lên men chính, quá trình lý hóa cũng xảy ra mạng mẽ: pH từ 5,5-5,6 ở dịch đường ban đầu giảm dần về pH ở 4,2- 4,6 trong bia non do sự tạo thành CO2 và các hợp chất hữu cơ, pH thấp không ảnh hưởng đến độ chua của bia. Đặc biệt các acid hữu cơ dễ bay hơi phản ứng với rượu theo phản ứng ester hóa tạo mùi thơm cho bia.
*Quá trình lên men chính được chia làm 4 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu:Khi dịch đường và men đã được bơm vào tank lên men ơ nhiệt độ 9oC thì sau 24 giờ nấm men bắt đầu phát triển. Trong giai đoạn này oxy rất cần cho sự phát triển của tế bào nấm men do vậy lượng oxy cần thiết hòa tan vào dịch đường được đảm bảo bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với dịch đường trong thời gian làm lạnh (không khí được vô trùng bằng tia cực tím trước khi bơm vào dịch đường) hoặc cũng có thể sục khí vô trùng sau khi đã gieo men giống vào. Lượng oxy hòa tan vào dịch đường khống chế lưu lượng 60-80 lít/giờ.
Đặc điểm chính của giai đoạn này là tạo bọt trắng mịn ở xung quanh bề mặt dịch lên men, lúc này lượng CO2 tạo ra nhiều, lại ở nhiệt độ thấp nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Giai đoạn này kéo dài từ 24-36 giờ.