Đề tài Lên men bia

ả và kiểm soát nồng độ cồn. Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nha chủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, than củi, trấu, và sau năm 1600 là từ than cốc. Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi khói sinh ra trong các lò sấy, và do đó các loại bia thời kỳ đó có thành phần hơi khói trong hương vị của chúng; các chứng cứ chỉ ra rằng các nhà sản xuất mạch nha và bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm. Sự phát minh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạch nha mạch nha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout). Sự phát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi Louis Pasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởi các loại vi sinh vật không mong muốn.- Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lên men liên tục. Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cách mạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là 4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ. Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiều nhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn. Trong khi bia chủ yếu là đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giới phương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cái gọi là bia không cồn. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia: - Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới: Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển, đời sống kinh tế cao thì bia được sử dụng như một thứ nước giải khát thông dụng. Hiện nay trên thế giới có trên 25 nước sản xuất bia với sản lượng trên 100 tỷ lít/năm, trong đó: Mỹ, Đức mỗi nước sản xuất trên 10 tỷ lít/năm, Trung Quốc 7 tỷ lít/năm. Thống kê bình quân mức tiêu thụ hiện nay ở một số nước công nghiệp tiên tiến trong năm 2004 như sau: cộng hòa Czech hơn 150 lít/người/năm, Đức 115 lít/người/năm, Úc khoảng 110 lít/người/năm. Lượng bia tiêu thụ tăng hầu như ở tất cả các vùng, ngoại trừ vùng Địa Trung Hải, đẩy lượng tiêu thụ bia trên toàn thế giới tăng lên. Nhưng lượng tăng đáng kể nhất là Trung Quốc, Thái Lan, Philippin với tốc độ tăng đến 11,2%. Châu Á là một trong những khu vực lượng bia tiêu thụ đang tăng nhanh, các nhà nghiên cứu thị trường bia của thế giới nhận định rằng châu Á đang dần giữ vị trí dẫn đầu về tiêu thụ bia trên thế giới. Tổng lượng bia tiêu thụ của các nước khu vực châu Á trong năm 2004 đạt 43147 triệu lít, tăng 11,2% so với năm 2003. - Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự có mặt của Nhà máy Bia Sài Gòn và Nhà máy Bia Hà Nội, như vậy ngành bia Việt Nam đã có lịch sử trên 100 năm. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy biada94 có từ trước và xây dựng các nhà máy bia khác thuộc Teung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng nước ngoài. Công nghiệp bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành sản xuất khác. Năm năm trở lại đây, do tác động của nhiều yếu tố như tốc độ tăng trưởng GDP, tốc độ tăng dân số, tốc độ đô thị hóa, tốc độ đầu tư…mà ngành công nghiệp Bia đã phát triển với tốc độ tăng trưởng cao. Chẳng hạn như năm 2003, sản lượng bia đạt 1290 triệu lít, tăng 20.7% so với năm 2002, đạt 79% so với công suất thiết kế, tiêu thụ bình quân đầu người đạt 16 lít/năm, nộp ngân sách nhà nước khoảng 3650 tỷ đồng. Chương II: Tổng quan Nguyên liệu: - Malt: malt vàng được nhập từ Australia, độ ẩm 10%. - Houblon: dạng viên, được nhập từ Autralia, hàm lượng alpha acid đắng 12%. - Thế liệu (gạo): độ ẩm 12%. - Glucose, (NH4)2SO4, hóa chất phân tích: do Trung Quốc sản xuất. - Nấm men: sử dụng loài Saccharomyces cerevisiae do Công ty TNHH Foster Tiền Giang cung cấp. 2. Cơ sở hóa học của lên men bia: Khi tiến hành lên men dịch đường houblon hóa,một lượng lớn cơ chất ,chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp bị nấm men hấp thụ để tạo thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ. Ngoài các gluxit bị tác động mạnh,các thành phần khác của dịch đường cũng chịu những sự thay đổi lớn. Một phần trong đó bị nấm men đồng hoá và bị biến đổi thành những hợp chất khác nhau ,còn một số khác thì chuyển đổi thành trạng thái không hoà tan và bị tách ra ngoài dưới dạng kết lắng. Tất cả những điều đó dẫn đến một sự thay đổi lớn về lượng và biến đổi sâu sắc về chất trong các cấu tử hợp thành chất hoà tan của dịch đường. Ta thấy rằng hàm lượng chất hoà tan trong bia là thấp hơn so với dịch đường houblon hóa .Nguyên nhân của việc giảm này là từ ba lý do sau: - Do nấm men tiêu tốn một phần để cung cấp năng lượng cho việc phát triển sinh khối. - Do một số sản phẩm tạo thành là hợp chất dễ bay hơi - Do một phần bị kết lắng. Tổng lượng chất hoà tan đã bị tiêu hao trong thời gian lên men chính (kể cả phần tiêu hao do kết lắng) gọi là chất chiết đã lên men. Khối lượng chất chiết đã lên men biểu thị bằng phần trăm so với lượng chất hoà tan ban đầu của dịch đường,gọi là mức độ lên men hay độ lên men. Một phần chất hoà tan ban đầu của dịch đường houblôn hoá tồn tại trong bia như là một cấu tử hợp thành chất hoà tan của nó,gọi là chất chiết không lên men hay chất khô sót. Trong thành phần của chất hoà tan ban đầu của dịch đường nấm men có thể hấp thụ được một phần rất lớn, phần đó được gọi là chất chiết có khả năng lên men, phần còn lại nấm men không có khả năng hấp thụ gọi là chất chiết không lên men. Khối lượng của chất chiết có khả năng lên men biểu thị bằng phần trăm theo lượng chất chiết ban đầu của dịch đường houblon hóa,gọi là độ lên men cuối cùng. Độ lên men và độ lên men cuối cùng của các loại bia khác nhau dao động trong những khoảng rất lớn. Đây là những chỉ số cơ bản và đặc trưng cho chủng loại và chất lượng của bia. Những chỉ số này có thể điều chỉnh được thông qua việc điều khiển các quá trình hoá sinh ở giai đoạn sản xuất dịch đường. Về lý thuyết thì toàn bộ lượng chất chiết có khả năng lên men,có thể sẽ được lên men hoàn toàn. Lúc đó độ lên men sẽ có gía trị bằng độ lên men cuối cùng. Nhưng trong thực tế sản xuất, không bao giờ độ lên men của một dịch đường lại có thể đạt đến độ lên men cuối cùng của nó.Vấn đề ở đây là hoàn thiện chu trình lên men,xác định được các điều kiện ở mức tối ưu với mục đích cao nhất là giảm đến mức thấp nhất sự sai lệch giữa hai chỉ số độ lên men đó. Và đây là một trong những tiền đề quan trọng nhất để thu nhận được các loại bia có độ bền sinh học cao. Ở những nhà máy sản xuất bia theo phuơng pháp cổ điển,quá trình lên men được thực hiện trong các thùng hoặc các bể dạng hở. Trong điều kiện như vậy, không phụ thuộc là nhiệt độ cao hay thấp thì một lượng CO2 đáng kể cần thiết cho bia đã bị bay ra ngoài.Nghĩa là sau khi lên men chính hàm luợng CO2 ở trong bia non chưa đạt mức bão hoà cần thiết.Thực tế đó đã buộc các nhà công nghệ phải đình chỉ quá trình lên men chính khi mà trong dịch lên men đó (bia non) còn một lượng đáng kể các chất hoà tan,mà nấm men có thể hấp thụ được ở điều kiện đó để chuyển chúng sang một điều kiện khác: lên men trong các thùng kín ở nhiệt độ thấp hơn. Đây chính là giai đoạn hai của quá trình lên men:lên men phụ. Lên men phụ thực chất là quá trình lên men chính nhưng với tốc độ lên men thấp hơn nhiều so với giai đoạn đầu. Bình thường thì hàm lượng CO2 ở trong bia thành phẩm phải đạt ít nhất là 0.35% khối lượng . Con số này ở trong bia non sau khi lên men chính kết thúc là khoảng 0.15-0.2%. Như luợng CO2 thiếu hụt đi ít nhất là 0.2% . Để bù vào lượng đó cần thiết phải lên men tiếp 0.4% cơ chất nhưng vì trong quá trình bơm chuyển bia non từ khu vực lên men chính sang mặt bằng lên men phụ một phần CO2 lại tiếp tục mất đi. Do đó từ 0.4% lượng cơ chất chắc chắn là không đủ lượng CO2 cần thiết. Hơn nữa, mức độ lên men như trên đã nói là không bao giờ đạt đến độ lên mên cuối cùng. Cho nên thời điểm đình chỉ quá trình lên men chính thích hợp nhất là khi hàm lượng chất chiết trong dịch lên men giảm xuống còn khoảng 30-35% so với lượng chất chiết ban đầu có như vậy trong giai đoạn lên men phụ,một lượng cơ chất 1-1.2% tiếp tục bị lên men thì may ra bù đủ lượng CO2 cần có . Phương trình hóa học: 3.1. Sinh tổng hợp các sản phẩm chính (bậc 1)của quá trình lên men bia: rượu etylic + CO2: Quá trình lên men rượu bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng): 3.1.1 Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C6 để cho sản phẩm glucose-6-P, nguồn phosphate là ATP. Phản ứng xảy ra được là do sự xúc tác của hexokinase với sự có mặt bắt buộc của Mg2+ . Hexokinase không những xúc tác sự phosphoryl hóa glucose mà còn xúc tác sự phosphoryl hóa các hexose khác như fructose, manose 3.1.2 Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P: Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác sự chuyển hóa đồng phân glucose-6-P thành fuctose-6-P, biến một aldose thành một ketose 3.1.3 Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate 3.1.4.Phản ứng 4: Phân cắt Fructose 1,6 biphosphate. Fructose1,6 biphosphate bị phân cách thành 2 phân tử triozophosphat cụ thể là aldehit 3- phosphoglyxerinic và phosphodioxyaxeton. Phản ứng này được sự xác tác của enzim aldolase 3.1.5.Phản ứng 5: Chuyển hóa nội phân tử triose phosphate: Chỉ một trong hai triose phosphate là aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào quá trình đường phân. Nhưng dihydroxyaceton-P có thể được chuyển hóa thành 3-P glyceraldehyde nhờ triose phosphate isomerase 3.1.6 Phản ứng 6: Oxy hóa 3-P glyceraldehyde thành 1,3 biphosphoglycerate: Xúc tác cho phản ứng này là enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có coenzyme NAD+, trong trung tâm hoạt động có nhóm –SH 3.1.7 Phản ứng 7: Trong phản ứng này gốc phosphate cao năng của 1,3 biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP ( oxy hóa phosphoryl hóa mức cơ chất) và 3P glycerate 3.1.8 Chuyển hóa 3P glycerate thành 2P glycerate (chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg2+ cho hoạt động của nó. Đây là phản ứng thuận nghịch 2P glycerate bị loại nước để tạo thành phosphoenolpyruvate là phản ứng thuận nghịch được xúc tác bởi enzyme enolase. 3.1.10Chuyển nhóm phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP, phản ứng được xúc tác bởi pyruvat kinase, để tạo ATP và pyruvate. Pyruvat kinase bị kìm hãm bởi ATP, khi nồng độ ATP cao thì nó gây kìm hãm dị không gian. Ở động vật có xương sống pyruvat kinase có ít nhất 3 isozyme, hơi khác nhau trong phân bố ở các mô và trong việc đáp ứng đối với những chất điều hòa (modulator) . 3.1.11Chuyển hóa pyruvat thành rượu etylic: Trong bước 1, pyruvate bị khử cacboxyl-hóa vốn được xúc tác bởi enzyme pyruvate decarboxylase, enzyme này cần Mg2+ và có coenzyme là TPP. Bước 2, acetaldehyde bị khử thành ethanol với NADH+H+ được tạo ra từ sự oxy hóa khử 3P glyceraldehyde. Sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ): Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên men chính còn tao ra nhiều sản phẩm bậc hai hay còn gọi là sản phẩm phụ. Những sản phẩm này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia, mặc dù vai trò đó có thể là tích cực và cũng có thể là tiêu cực. Một số trong những sản phẩm bậc hai này là sản phẩm trung gian của quá trình chuyển hóa đường thành rượu, còn một số khác là kết quả của những biến đổi hóa sinh phức tạp của những cấu tử khác trong dịch đường khi chúng tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào nấm men. 3.2.1 Glyxerin: Nếu gọi glyxerin là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men thì điều đó là hoàn toàn đúng. Nhưng nếu nói rằng glyxerin là sản phẩm chính thứ ba của quá trình trên thì cũng không sai. Ta hãy nhớ lại ở sơ đồ Embden-Meyerhor. Ở phản ứng thứ tư, sau khi tạo thành phosphodioxyaxeton, phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố bên ngoài thay đổi . Từ hợp chất này dưới sự xúc tác của coenzim NAD+ sẽ tạo ra thành a-glyxerophosphat. Sau đó với sự có mặt của photphataza,glyxerin và axit phosphoric được tạo thành. Theo Pasteur thì lượng glyxein trong quá trình lên men có thể tích tụ đến 3 g/l. Glyxerin là một cấu tử rất quý đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm đà cho sản phẩm. Glyxerin cũng có thể thu nhận được bằng con đường đề amin của axit glutamic 3.2.2 Rượu bậc cao: Ở trong bia chứa các loại rượu bậc cao như: propylic izopropylic, butylic, izobutylic, amylic, izoamylic, và nhiều loại khác. Khối lượng của chúng dao động trong khoảng rộng từ 20 đến 95 mg/l nhưng thông thường là khoảng 50 đến 60 mg/l . Ở điều kiện lên men nổi hàm lượng rượu bậc cao lớn hơn lên men chìm do lên men ở nhiệt độ cao hơn. Trong các loại rượu bậc cao thì hàm lượng izoamylic cao nhất. Từng loại rượu bậc cao đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung đó không phải là đặc trưng của bia mà chúng tạo cho khứu giác những cảm giác khó chiụ. Nói tóm lại các loại rượu bậc cao gây ảnh hưỏng tiêu cực đến chất lượng cảm quan của bia. Cơ chế tạo thành rượu bậc cao đến hiện nay chưa được giải thích thỏa đáng do đó ta không đề cập đến nhiều. 3.2.3 Acid hữu cơ: Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình trao đổi sinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men. Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên men do vi khuẩn gây ra khi dịch đường houblon hoá bị nhiễm. Axit lactic và axit xitric được tạo thành từ axit piruvic. Trong trường hợp này axit piruvic không bị decacbonxyl mà là bị khử thành axit lactic. Hàm lượng trung bình của chúng trong bia là khoảng 150-200mg/l. Nếu dịch lên men bị nhiễm khuẩn lactic thì hàm lượng của chúng tăng vọt lên rất nhiều lần. Một sản phẩm thương trực khác trong nhóm axit hữu cơ là axit susinic. Nó được tạo thành do quá trình deamin axit glutamic hoặc qua phản ứng chuyển amin. Trong trường hợp thứ nhất, chất nhận hydro là aldehit triozoglyxerinic, vì lẽ đó, song song với việc tạo thành axit susinic ta còn nhận được glyxerin. Phương trình tổng hợp của các quá trình trên được biểu diễn như sau: C6H12O6 + COOH.CH2.CHNH2.COOH + 2H2O = HOOC.CH2.CH2.COOH + 2C3H8O3 + NH3 + CO2. Ở trường hợp thứ hai, axit glutamic bị deamin đến axit xetoglutaric, còn axit piruvic thì được amin hoá đến alanin. Axit xetoglutanic bị decacbonxyl, và aldehit thu được tham gia ngay vào phản ứng oxy hoá - khử với axetadehit. Kết quả của dãy quá trình này là ta nhận được axit susinic và etanol: COOH.CH2.CH2.CHNH2.COOH + CH3CO.COOH = COOH.CH2.CH2CO.COOH + CH3CHNH2.COOH COOH.CH2CH2CO.COOH -CO2 COOH.CH2.CH2.CHO COOH.CH2.CH2.CHO + CH3CHO = COOH.CH2.CH2.COOH + C2H5OH. Hàm lượng của axit susinic ở trong bia khoảng 60-70 mg/l. Trong quá trình lên men chính, ngoài những axit trên đây còn tạo thành một số axit bay hơi khác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic. Axit axetic nhận được bằng con đường phân hoá axetaldehit. Trong trường hợp này nó bị oxy hoá thành axit axetic, còn hydro của nước thì liên kết với phân tử aldehit thứ hai để tạo thành etanol. Hàm lượng trung bình của axit axetic ở trong bia là khoảng 80-100mg/l còn axit fomic đến 30 mg/l. 3.2.4 Ester và aldehid: Este là sản phẩm bậc hai không thường trực của quá trình lên men chính. Nó không phải là sản phẩm tạo thành từ hoạt động sống của tế bào nấm men mà là kết quả của sự tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực: este hoá các axit bay hơi và không bay hơi với các loại rượu khác nhau. Chiếm khối lương nhiều nhất trong khối este là atyl axetat (15-20 mg/l ) chứa ít nhất là izoetyl formiat (0,8 – 1 mg/l ), còn izoamin axetat thì chỉ có vết . Tổng lượng của chúng trong bia dao động trong khoảng 30-80 mg/l. Với rượu etylic, axit cacbonic có thể tham gia phản ứng để tạo thành các este mono và dietyncacbonat không bền vững. Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vòng thơm của bia. Tuy không phải là sản phẩm bậc hai thường trực nhưng chúng được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn lên men chính.Theo số liệu của các tác giả người Mỹ thì hàm lượng của etylaxetat sau lên men chính là 18,6% mg/l, còn trong bia thành phẩm là 25mg/l. Ở điều kiện len men nổi lượng este tạo thành nhiều hơn so với lên men chìm. Trong cùng một điều kiện, nấm men nổi tạo ra nhiều este hơn nấm men chìm. Aldehid là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm men, và cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hoá các loài rượu. Chiếm nhiều nhất trong bia thì có axetaldehid, hàm lượng của nó, là 5-7 gm/l. Tổng lượng andehid trong bia dao động từ 9 đến 10 mg/l. Ở điều kịên yếm khí,lượng andehid tạo ra ít hơn so với ở điều kiện hiếu khí. Ở mức độ vừa phải (10-15 mg/l), andehid làm tăng hương cho bia, nhưng nếu cao quá thì vai trò của nó lại trở thành tiêu cực. Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng andehid của bia giảm đi rất nhiều. 3.2.5 Axetoin, diaxetyl và 2,3 – butandiol Ba hợp chất này thu nhận đươc ở chủ yếu giai đoạn lên men chính và là do kết quả của các quá trình hoạt động sống của tế bào nấm men. Chúng là sản phẩm bậc hai thường trực của các quá trình lên men yếm khí và hiếu khí. Trong ba hợp chất này thì nguy hiểm nhất đến hương và vị của bia là diaxetyl. Diaxetyl không màu đến vàng nhạt, có mùi hôi cực mạnh và vị đắng gắt rất khó chịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con người. Chỉ số chất lượng N0=1cho tất cả các loại bia được bán ra thị trường được Công ước bia châu Âu quy định là “hàm lượng diaxetyl không được vượt quá 0,2 mg/l”. Nếu xem axit piruvic là điểm xuất phát thì diễn biến tạo thành ba hợp chất này có thể biễu diễn như sau: CH3 –CO –COOH decacboxyl hoá CH3 –CHO + CO2 Axit piruvic Axetaldehid CH3 –CHO + CH3 –CHO CH3 –CO –CHOH –CH3 Axetoin CH3 –CHOH –CHOH –CH3 khử (+H2) CH3CO –CHOH –CH3 2,3_butadiol oxyhoá (-H2) axetoin CH3 –CO –CHOH –CH oxyhoá (-H2) CH3 –CO –CO –CH3 Axetoin khử (+H2) Diaxetyl Trong quá trình lên men chính lượng diaxetyl tạo thành khoảng 0.35 - 0.55 mg/l. Trong thời gian tàn trữ chúng bị khử và hàm lượng giảm xuống dưới mức cho phép. Thời gian cần thiết cho quá trình khử này ít nhất là 3 tuần ở các hệ thống lên men cổ điển. Quá trình khử diaxetyl là một trong những chỉ tiêu hàng đầu để xem xét là quá trình tàng trữ đã đạt hay chưa đạt. 3.2.6 Hydro sunfua (SH2) và mercaptan: Nguồn gốc tạo thành các hợp chất này là các hợp chất chứa gốc sunfat,sunfit và các amin chứa lưu huỳnh ở trong dịch đường. Ở thời điềm lên men chính và đặc biệt là ở giai đoạn lên men phụ và tàng trữ bia non, điều kiện tạo ra khá thuận lợi cho quá trình khử các nhóm disunfit (-S-S-) thành các nhóm sunfơhidryl (-SH). Khi đó là cơ hội cho sự tao thành các sản phẩm bậc hai không thường trực nói trên. Hydro sunfua và mercaptan là những hợp chất đặc biệt có hại đối với hình thơm và vị của bia. Theo số liệu của nhiều chuyên gia thì hàm lượng của chúng có thể lên tới 0,5-0,9 mg/l. Nếu dịch đường houblon háo chứa nhiều cặn, hàm lượng của chúng có thể cao hơn. Hiện tượng tự phân của nấm men cũng là một nguyên nhân làm tăng các hợp chất này Chương III: Quy trình công nghê: 1. Sơ đồ khối: Nguyên liệu Nấu (đường hóa) Nấu với hoa houblon Làm lạnh dịch Lên men chính 8 – 12oC Men giống: Saccharomyces Lên men phụ 1 – 4oC Lọc Bão hòa CO2 Bã men CO2 Bia chai, bia lon Bia hơi thành phẩm Sát khuẩn Rửa sạch Chai Hấp Pasteur Cấp lạnh Nhân giống Rửa Đóng chai hoặc lon Lọc Nghiền Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát công nghệ sản xuất bia 2. Thuyết minh quy trình công nghệ: Các quá trình lên men: Quá trình sinh lí: Quá trình này được thể hiện bằng sự sinh sản của nấm men và nó chỉ xảy ra trong thời kì đầu của quá trình lên men chính. Lúa đó, trong dịch lên men xảy ra đồng thời sự sinh sản của nấm men và sự lên men. Nhưng trong điều kiện lên men bình thường sự sinh sản của nấm men kết thúc xa trước khi lên men chính xong. 2.1.2 Quá trình sinh hóa: - Quá trình sinh hóa cơ bản trong lên men là sự chuyển các đường thành rượu và CO2. Phần lớn các chết chiết được trong dịch lên men là hydratcaron, trong đó chứa: fructoza 1-3%, glucoza 3-8%, saccaroza 2-6%, maltoza 38-50%, mantotrioza 11-19%, mantotetraoza 2-6%, dextrin 14-22%. Như vậy phần lớn chất chiết (75%) là đường lên men được. Phần không lên men được chủ yếu là dextrin, protein và chất khoáng. - Sự chuyển hóa đường thành rượu và CO2 xảy ra chủ yếu trong thời kì lên men chính, còn trong lên men phụ nó diễn ra chậm chạp với một hàm lượng đường nhỏ. Ngoài rượu và CO2, trong quá trình lên men còn tạo ta nhiền sản phẩm phụ. Những sản phẩm phụ này đều có vai trò quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia. Vai trò đó có thể là tích cực mà cũng có thể là tiêu cực. 2.1.3.Quá trình hóa lí: - Sự thay đổi độ chua và năng lực đệm: trong giai đoạn lên men chính có sự thay đổi lớn về độ chua định phân. Sở dĩ có sự tăng đó là do sự tạo thành CO2 và một số các axit hữu cơ trong quá trình lên men. - Tuy nhiên sự giảm mạnh về pH (từ trên 5,5 giảm xuống còn dưới 4,5) không thể giải thích bằng sự tạo thành các axit hữu cơ vì chúng được sinh ra với hàm lượng ít và khả năng phân li yếu. Hiện tượng này chỉ giải thích bằng sự phá vỡ hệ thống đệm trong dung dịch đường. Khả năng đệm của dịch đường được hình thành và ổn định là nhờ các muối pho6tphat bậc 1 và bậc 2 ( chúng ổn định pH trong khoảng 5,67-7,07). Trong thời kì lên men, một phần muối photphat bị nấm men hấp thụ, do đó năng lực đệm của hệ thống này giảm đi một cách nhanh chóng. Thay thế vào đó là hệ thống “ photphat bậc 1, bicacbonat, axit cacbonic tự do”. Song song với nó, trong bia non lại được hình thành hệ thống đệm thứ hai “axit hữu cơ, muối của axit hữu cơ”. Cả hai hệ thống này đều tạo ra lực đệm ở khoảng pH = 4,27-5,67 và trong quá trình lên men khả năng đó của chúng được gia tăng. Sự thay đổi thế oxi hóa- khử và cường độ màu: trong giai đoạn lện men chính, thế oxi hóa-khử của hệ thống cũng bị biến đổi đáng kể. Sở dĩ như vậy vì trong quá trình lên men chính hàm lượng oxi chứa trong dịch lên men giảm dần và có sự tạo thành các chất có tính khử. - Cường độ màu của dịch đường trong những ngày lên men cũng bị giảm đáng kể. Nguyên nhân là do các hợp chất polyphenol dễ bị oxi hóa bị khử và sau đó bị kết lắng. - Sự hòa tan CO2 và tạo bọt: CO2 sinh ra trong quá trình lên men sẽ được hòa tan vào bia. Trong bia non chứa 0,2% CO2. Trong quá trình lên men phụ nó sẽ được bổ sung và bảo đảm cho hàm lượng CO2 có trong bia thành phần không nhỏ hơn 0,3%. - Ở giai đoạn đầu của quá trình lên men, lượng CO2 tạo ra chưa nhiều, lại ở nhiệt độ thấp cho nên chúng hòa tan hết vào dịch lên men. Ở giai đoạn sau của quá trình lượng CO2 tạo ra nhiều hơn và trong dịch lên men đã hoà tan một lượng đáng kể, cho nên CO2 tạo thành lúc này sẽ thoát ra ngoài dưới dạng những bong bóng nhỏ li ti. Trên bề mặt của những bong bóng này hình thành một lớp có sức căng bề mặt của các chất như protein, polyphenol. Chính do có lớp sức căng bề mặt này mà bong bóng khí CO2 không thể giải thoát mà chúng bị liên kết hấp thụ lại với nhau để tạo thành bọt. - Sự kết màng của các tế bào nấm men: hiện tượng này xảy ra suốt thời kì lên men chính, nhưng đặc biệt nhiều là ở những ngày cuối cùng, khi mà lượng CO2 tạo ra đã ít đi và một phần khá lớn các loại cặn đã kết tủa xuống đáy thùng lên men. Khi kết tủa, các tế bào nấm men sẽ kéo theo sự kết tủa của một số các chất khác nên làm cho bia trở nên trong hơn. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men: Chất lượng của nấm men sản xuất: 3.1.1 Các chủng nấm men 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 hại 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. 3.1.2 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 nhi