Tiểu luận Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men Beer

lỏng, hoạt tính 120 kilonovo, được sản xuất từ dịch nuôi cấy vi khuẩn Bacillus licheniformis trong phân tử có ion Ca2+. Enzyme này thủy phân tinh bột ở mối α – 1,4 glucozit trong pẩn tử amyloza và amylopectin. Nhờ vậy tinh bột sẽ nhanh chóng bị phân giải thành dextrintan trong nước. Dùng trong nấu beer ở khâu dịch hóa các loại bột không phải là malt ở 95 – 1050C với liều lượng enzyme là 0,05 – 0,1% so với lượng bột. Chế phẩm enzyme này hoạt động ổn định ở nhiệt độ trên nếu trong dịch chế phẩm có một lượng 50 – 70 ppm Ca2+. Dùng enzyme có thể thay phần bột malt lót khi dịch hóa và có thể tăng tỉ lệ bột không hải malt trong công thức nấu, thời gian nấu ngắn hơn. Finizym 200L Chế phẩm enzyme β – glucan được sản xuất từ chủng nấm mốc Asp.niger theo phương pháp lên men chìm. Enzyme này thủy phân ở mối β – 1,3 và β - 1,4 – glucan thành oligosaccarid và những phần nhỏ của disaccarid. Finizym dung trong lên men là ủ chín beer để hạn chể hiện tượng khó lọc do β – glucan. 1.4.2 Quy trình lên men beer Sơ đồ lên men beer Racking Thùng lạnh alles Đóng lon Chiết chai, can Lọc Thanh trùng pasteur Điều kiện Nghiền Nước Malt Đun sôi Hoa Houblon với dịch đường Làm lạnh Lên men Cấy nấm men Bã Xử lý Tùy thuộc vào sản phẩm, beer có thể lên men từ có thể phải chịu một loạt các quy trình hạ lưu. Nó có thể được đưa xuống thùng nơi đường mồi được thêm vào để kích thích quá trình lên men thứ cần thiết trong thùng beer lạnh hoặc nó có thể được lọc trước khi thanh trùng và kegging. Các loại beer đóng chai đóng hộp thường trải qua một sự kết hợp của lọc và ly tâm trước khi đóng gói và thanh trùng. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN BEER 2.1 Nấm men: Đặc điểm hình thái và cấu tạo a. Đặc điểm hình thái, kích thước Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào. Tế bào nấm men hình trứng (men beer), hình elip (men rượu vang), hình cầu, hình gậy, hình quả chanh,.. Hình thái của nấm men thay đổi phụ thuộc tùy loại nấm men, điệu kiện nuôi cấy, tuổi của ống giống. Kích thước tế bào nấm men thay đổi rất nhiều, phụ thuộc giống, loài. + Nấm men chìm (lager ): hầu hết các tế bào khi quan sát thì nảy chồi đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu. + Nấm men nổi (ale ): tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi tế bào nấm men. Hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc ovan với kích thước 7-10 micromet. b. Sự khác nhau giữa nấm men nổi và nấm men chìm: Là khả năng lên men các loại đường trisaccarid, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có enzyme có thể sử dụng hoàn toàn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng được 1/3 đường sacaroza. Nấm men chìm có nồng độ enzyme thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi. Beer nhẹ và beer nặng là hai loại beer chính được lên men bởi các chủng tương ứng là S.uvarum và S.cereviciae. Sự khác nhau 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 vào 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 hai loại tùy thuộc vào khả năng kết lắng của nó: nấm men bụi và nấm men bông . Ngoài ra nhiệt độ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm có thể lên men ở 4-120C, nấm men nổi là 14-250C. Theo công nghệ sản xuất beer truyền thống, nấm men chìm thường lên men ở nhiệt độ 7-150C. Khi kết thúc quá trình lên men chúng kết lắng xuống đáy thiết bị. Còn lên men nổi thực hiện ở điều kiện nhiệt độ từ 18- 220C, cuối quá trình lên men thì các tế bào nấm men kết thành chùm và bị hấp thụ vào các bọt khí CO2 rồi nổi lên bề mặt dịch lên men. Như vậy đối với sản xuất beer bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi beer bằng cách hớt bọt, còn ở lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men. Loại nấm men này có khả năng hấp thụ các loại dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất Nitơ (các acid amin, peptid), vitamin và cac 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 hóa các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được hình thành. c. Cấu tạo: Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và thuộc giới nấm. Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ, từ 5-14 mircomet , sinh sản bằng cách tạo chồi hay bào tử. Nấm men Saccharomyces gồm những thành phần chủ yếu sau: Phần nước nằm bên ngoài tế bào là phần nước nằm trong khoảng trống giữa tế bào và nước nằm bên trong tế bào (nội bào) là phần nước nằm bên trong tế bào chất của tế bào. Lượng nước khác nhau tuỳ thuộc vào chủng nấm men, kỹ thuật nuôi và phương pháp thu tế bào. Ví dụ: khi nuôi trong môi trường NaCl thì lượng nước trong tế bào giảm. + Vách tế bào + Màng tế bào chất: nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu là lipoprotein, giữ vai trò điều hòa vận chuyển các chất dinh dưỡng cho tế bào. + Tế bào chất gồm có mạng lưới nội chất là vị trí của nhiều hệ thống enzyme khác nhau, đảm bảo sự vận chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nhau như bộ máy Golgi, lysosom, không bào. Trong tế bào chất có nhân chứa thông tin dị truyền cho tế bàovà các thành phần liên quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào. Năng lượng cung cấp cho tế bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất. Ngoài ra còn có hạt glycogen, hạt mỡ dự trữ chất dinh dưỡng cho tế bào. 2.1.2. Thành phần hóa học Thành phần hoá học của tế bào nấm men Saccharomyces khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường nuôi cấy, thành phần các chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy và tình trạng sinh lý của tế bào. - Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-75% còn lại là chất khô. - Nước: bao gồm Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có Nitơ khác chiếm 50%, chất béo 1.6%, hydrat cacbon 33.2%, mô tế bào 7.6%, tro 7.6%.Thành phần của những chất này không cố định, nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men. Hydrat cacbon gồm: polysaccharic, glycogen, trehalose (12-12.5%), mannan (18.7-24.9%), glucan (9.47-10.96%) và chitin. Những nghiên cứu động học về sự biến đổi hydrat cacbon trong quá trình bảo quản nấm men cho thấy là glucan, mannan và dạng glycogen tan trong kiềm và acid clohydric là yếu tố cấu trúc của tế bào, trong khi trehalose và glycogen tan trong acid acetic, là chất tạo năng lượng chính cho tế bào . Hàm lượng trehalose trong nấm men có liên quan đến tính bền vững của nó: lượng trehalose càng cao nấm men càng bền. Chất mỡ của nấm men là mỡ trung tính glycerol, photpho lipit, sterol tự do và nhiều sterol, este. Tro chiếm 6,5-12% lượng chất khô trong nấm men, có thành phần như sau và dao động tùy theo môi trường nuôi cấy. Ngoài ra nấm men còn có vitamin B2, B3, B5, B6, D và những chất có vitamin khác không được tiết ra ngòai dưới dạng tinh thể. Như vậy hàm lượng đáng chú ý của nấm men là prôtêin và nguồn vitamin nhóm B. 2.1.3 Nguồn cacbon của nấm men Là các hợp chất hữu cơ, CO2 Nguồn năng Lượng của nấm men Hóa năng: năng lượng là từ quá trình trao đổi chất của chất nguyên sinh của 1 cơ thể khác 2.1.5 Những nấm men gây hại trong sản xuất beer a. Saccharomyces intermedium Xuất phát từ không khí trong khuôn viên nhà máy beer. Nhiệt độ để hình thành bào tử là 250C, quá trình này xảy ra trong khoảng 26 giờ. Nấm men tồn tại dưới nhiều hình dạng khác nhau: hình trứng, oval, cầu và chuổi như xúc xích, là nguyên nhân gây đục beer. b. Saccharomyces validus Có khả năng tạo bào tử ở 250C trong khoảng thời gian 28 giờ, là nguyên nhân gây đục bai, thường gặp đi lẫn với nấm men chìm, nhưng tính chất cúa chúng gần với nấm men nổi hơn. Hình dạng hơi giống với Saccharomyces intermedium, song chúng có vẻ mập hơn. c. Torula Đây là nhóm nấm men dại khá gần với nấm men thuộc nhóm Saccharomyces. Khả năng tạo bào tử của torula yếu, sinh sản chủ yếu cũng bằng cách nảy chồi, hiếu khí tùy tiện và khả năng tạo etanol tối đa là 0,9%, nhưng tạo nhiều este, đặc biệt là acetatetyl. Thường gặp chúng trong malt tươi, hoặc nền nhà hầm lên men, ở máy hạ hiệt độ nhanh…Torula làm cho beer đục, có mùi vị lạ đồng thời cản trở quá trình lọc beer. d. Psedosaccharocharomyces apiculatus Là giả nấm men, không tạo bào tử, có hình trái chanh, thường gặp cùng với nấm men chìm do không có enzyme invectaza và maltaza nên không lên men được saccaroza và maltoza. e. Mycoderma cervisiae Thường gặp trên bề mặt beer sau lên men chính. Ở nhiệt độ khoảng 100C, chúng hoạt động rất yếu và gây cho beer có một lớp bọt rất mỏng trên bề mặt. Tế bào có chiều rất khác nhau, đa dạng, hoạt động trong beer có độ rượu thấp và làm cho beer có mùi vị khó chịu. f. Pichia, Candida mycoderma, Hansenula Phát triển nhanh chóng dưới sự có mặt của oxy Tạo lớp váng trên bề mặt beer. g. Brettanomyces Rất chậm phát triển, nhưng nó tạo ra acid và gây ra mùi vị. 2.2. Vi khuẩn lactic 2.2.1 Đặc điểm Vi khuẩn lactic thường có dạng hình cầu, hoặc hình ovan và hình que. Đường kính của các cầu khuẩn lactic từ 0,5-1,5um. Các tế bào hình cầu xếp thành cặp hoặc chuỗi có chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào trực khuẩn lactic thường từ 1-8um.. Vi khuẩn lactic là vi khuẩn gram dương Phân loại vi khuẩn lactic được coi là chưa hoàn thiện. Phần lớn các nhà phân loại chỉ theo hình dáng tế bào, thí dụ: cầu khuẩn xếp các giống Streptococcus và Leuconostoc, còn trực khuẩn thành một giống Lactobacillus Tất cả vi khuẩn lactic không chuyển động, không sinh bào tử, kị khí tùy tiện, vi hiếu khí. Vi khuẩn lactic lên men được mono và disacaric, nhưng không phải tất cả vi sinh vật này đều sử dụng được bất kì loại disaccaric nào. Một số bọn chúng không lên men được sacaroza, số khác lại không sử dụng maltoza. Các vi khuẩn lactic không lên men được tinh bột và polysacaric. Các loài vi khuẩn lactic có độ bền với acid khác nhau. Đa số các trực khuẩn của lactic có đồng hình tạo thành acid cao. Vi khuẩn lactic chịu được trạng thái khô hạn, bền vững với CO2 và cồn etylic, một số loài bền vững với NaCl Các loại vi khuẩn lactic ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối thích là 25-350C, các loài ưa nhiệt có nhiệt độ tối thích là 40-450C, ưa lạnh phát triển ở nhiệt độ tương đối thấp(<=500C) khi gia nhiệt tới 60-800C hầu hết chúng bị chết sau 10-30 phút Một số loại có khả năng tạo thành mang nhầy. Một số khác lại có khả năng đối với thể hoại sinh và các vi sinh vật gây bệnh hoặc làm thối rửa thực phẩm. 2.2.2 Nguồn C của vi khuẩn lactic Nguồn C là từ hợp chất hữu cơ thường là nhiều loại hydrat cacbon từ các monosaccarid (glucoza, fructoza, mantoza) cho đến các polysaccarid (tinh bột, dextrin) 2.2.3 Nguồn năng lượng của vi khuẩn lactic Nguồn năng lượng của vi khuẩn lactic là ngoài các nhu cầu về nguồn cơ chất chứa các nguyên tố như C, S, muối vô cơ mà còn các hợp chất acid amin, hoặc các hợp chất nitơ phức tạp hơn. Ngoài ra, còn có các vitamin (B, B1, B6, PP,các acid pentotenic và folic). Trong tự nhiên vi khuẩn lactic thường gặp trong đất, trong không khí, trong nước, nhưng chủ yếu ở thực vật và các sản phẩm thực phẩm (trên các loại rau, quả, sữa, thịt…). Quá trình lên men tự phát của một số vi khuẩn lactic trong nhiều trường hợp là nguyên nhân phá hỏng quá trình công nghệ, làm hỏng sản phẩm ví dụ như trong sản xuất beer (vi khuẩn Lactobacillus, Pediococcus, Pectinatus…), sản xuất đường, dịch quả, rượu vang…vi khuẩn lactic nhiễm từ ngoài vào sẽ lên men dịch đường, làm chu khối dịch, gây đục và khó lắng trong, tạo các mùi vị chua nồng khó chịu… 2.3 Vi khuẩn acetic Các vi khuẩn acetic đại diện cho một nhóm vi khuẩn có thể chuyển đổi ethanol thành acid acetic. Vi khuần acetic là các trực khuẩn, không sinh bào tử, gram dương và rất hiếu khí. Có loài chuyển động được và loài không chuyền động được. chúng có tính chịu acid cao, là vi khuẩn thuộc nhóm Acetobacter hoặc Bacterium. Phát triển tốt trên môi trường nước beer, glucose, rươu etylic hay manitol. Hiếu khí bắt buộc, pH= 5,4 - 5,8; t0 = 25 -300C Oxy hóa etylic thành acid acetic ở pH = 4,5. Sử dụng đường, etylic và các acid hữu cơ làm nguồn Cacbon, muối amon làm nguồn Nito. Một số chất kích thích sinh trưởng như acid nicotine, acid amin, folic và biotin… có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi khuẩn acetic. Có khả năng tổng hợp polysaccarid phân tử lớn Phân loại vi khuẩn acetic theo Frateur Tên nhóm Vi khuẩn đại diện Đặc điểm Subosydans Acetobacter subosydaz, Acetobacter melanogennum Không có khả năng oxy hóa acid acetic thành CO2 và H2O Mezoxydans Acetobacter aceti, Acetobacter xylinum, Acetobacter mezoxydan Có đầy đủ các đặc điểm trên Oxydans Acetobacter ascendans Acetobacter ransens Actobacter lovaniens Không có khả năng tạo các hợp cất keto Peroxydans Acetobacter peroxydans Acetobacter paradoxum Không chứa catalase, không oxy hóa glucose Các hạn chế duy nhất cho sự phát triển của nó trong beer là vì thiếu oxy. Acid hóa và độ đục gây ra bởi vi khuẩn acetic là hình thức phổ biến của sự hư hỏng, làm giảm chất lượng beer. CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN BEER Trong quá trình sản xuất beer, vi sinh vật ảnh hưởng đến từng giai đoạn trong quá trình sản xuất. 3.1 Tác động của vi sinh vật trong từng giai đoạn làm beer Quá trình nấu – đường hóa hay là quá trình chuẩn hóa dịch nha Trước khi nấu malt và các nguyên liệu chứa tinh bột khác phải nghiền nhỏ rồi hòa với nước phần bột malt. Mục đích Trích ly các chất chiết từ malt và gạo vào nước, góp phần tạo màu cho beer. Thuỷ phân một số chất có phân tử lượng lớn thành các chất phân tử lượng nhỏ nhờ hệ enzyme có sẵn trong malt, để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển trong quá trình lên men. Ngoài ra, có thể bổ sung thêm một lượng nhỏ chế phẩm enzyme. Quá trình nấu được qua dần các thang nhiệt độ thích hợp khác nhau, nhằm bảo đảm cho các enzymee amylaza và proteaza hoạt động. Ngoài ra người ta còn bổ sung chế phẩm enzyme enzyme termamyl 120l trong quá trình nấu. Thực chất của quá trình nấu là quá trình thủy phân tinh bột và protein. Sản phẩm thu được là được maltoza và axit amin cùng với các sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân: Tinh bột à Dextrin à Maltoza Protein à Các sản phẩm trung gian à Axit amin (abumozo, peptit, pepton) Quá trình thủy phân protein trong giai đoạn này là một quá trình cũng không kém phần quan trọng. Những sản phẩm trung gian và cuối cùng của quá trình này làm định màu sắc, tạo vị, tạo bọt, giữ độ bền cho beer. Trong quá trình nấu nếu nước không được xử lí đúng tiêu chuẩn như đã nêu ở trên thì các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoạt động. Trong giai đoạn thủy phân tinh bột nếu nhiệt độ quá cao dẫn đến enzyme giảm hoạt lực do biến tính sẽ làm quá trình thủy phân không triệt để. Thủy phân không triệt để gây khó khăn trong quá trình lọc tạo dịch cho quá trình lên men. 3.1.2 Đun sôi dịch đường với hoa Houblon Mục đích Nhằm ổn định thành phần, tạo cho beer có mùi thơm nhờ ester thơm, tinh dầu thơm, tạo vị đắng đặc trưng cho beer do trích ly chất đắng từ hoa houblon, tạo màu phản ứng melanoidin. Các vi sinh vật bị tiêu diệt nhờ chất kháng khuẩn bên trong hoa houblon và nó cũng làm biến tính các enzymee tăng độ bền sinh học của beer. Các acid hữu cơ của hoa houblon hòa tan vào dịch đường làm giảm pH của dịch thủy phân, phù hợp với pH của nấm men. Tiêu diệt các enzymee xúc tác sinh học. Khử trùng dịch lên men ở 1000C. Làm bay 1 phần hơi nước của dịch lên men. Các hợp chất chứa nitơ trong hoa houblon được đưa vào đun nấu tuy ít về khối lượng nhưng chất lượng cao. Vì hầu hết chúng là những hợp chất có phân tử thấp, dễ hoà tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nitơ quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau này. Sự keo tụ protein là một quá trình quan trọng khi đun sôi dịch đường với hoa houblon. Sự có mặt của protein hoà tan trong dịch lên men có thể là nguyên nhân làm đục beer ở nhiều dạng khác nhau và làm giảm độ bền sinh học của beer. 3.1.3 Làm lạnh Mục đích Nhằm tách cặn lắng sau quá trình đun sôi dịch đường với houblon để beer được trong hơn. Hạ nhiệt độ dịch đường từ 900C về 80C để chuẩn bị cho quá trình lên men nhằm hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật. Khi bắt đầu làm lạnh, nhiệt độ dịch thể còn cao, trong dịch đường xảy ra các quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ như maltoza, glucoza, fructoza, chất đắng, các hợp chất chứa nitơ, … Nhiệt độ dịch đường giảm dần cùng đó tốc độ oxy hóa tăng dần, đến 450C thì quá trình oxy hóa ngưng hoàn toàn. Hậu quả của quá trình oxy hóa là dịch đường thẫm hơn, hương thơm và vị đắng của hoa houblon giảm. Quá trình làm lạnh hình thành và kết lắng các huyền phù: Sự tách các huyền phù ra khỏi dịch lên men là một quá trình quan trọng khi làm lạnh dịch lên men. Có hai loại huyền phù: huyền phù mảnh và huyền phù thô. Huyền phù thô sinh ra trong quá trình đun sôi dịch đường với houblon và phần lớn được giữ lại trong thiết bị tách bã hoa, phần còn lại được kết tủa khi làm lạnh. Huyền phù mảnh xuất hiện trong quá trình làm lạnh dịch đường. Khi đó, có một số chất hoà tan trở thành chất không hoà tan và tạo thành chất kết tủa. Các huyền phù mảnh sẽ bao phủ trên bề mặt tế bào, hạn chế sự thẩm thấu của tế bào, làm cản trở quá trình sinh lý và sinh hoá của nấm men. Mặt khác, nó làm cho beer có vị đắng và làm giảm độ bền hoá lý của beer. Khi làm lạnh dịch đường có một lượng nước nhất định bay hơi. Do đó, thể tích của dịch lên men sẽ giảm và nồng độ của nó tăng. 3.1.4 Quá trình lên men Mục đích Nhằm chuyển hóa các chất trong dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các phụ phẩm khác. Cần cung cấp oxy cho nấm men phát triển mạnh. Trong giai đoạn này, lượng CO2 tăng lên rất nhiều, cần thu hồi và để bão hòa CO2 Cơ chế: Lên men là quá trình nuôi cấy nấm men với các chủng đặc hiệu, trong dịch đường malt sinh ra rượu malt và các sản phẩm phụ để cho dịch beer được hoàn thiện. Qua sự trao đổi chất của nấm men, dịch beer có hương vị và độ bền vững cần thiết. Hương thơm của beer chủ yếu là do các sản phẩm lên men phụ tạo thành. Trong quá trình lên men chuyển đổi cacbohydrate lên men thành ethanol thông qua con đường EMP. Mặc dù đây là một quá trình kỵ khí, một quá trình lên men mạnh thường nhờ sự thông khí của dịch nha trước khi kết hợp với nấm men. Điều này cung cấp oxy, cần thiết cho việc tổng hợp các acid béo không bão hòa và các thành phần sterol của màng tế bào nấm men. Con đường EMP: Glucose chuyển thành Pyruvat qua 10 phản ứng tạo ra các chất trung gian đều ở dạng photphoryl hóa: Glucose ® 2 pyruvat +2ATP +2NADH2 Ở đây ATP (chất cao năng dùng phổ biến ở mọi tế bào) được tạo thành do photphoryl hóa cơ chất. Con đường EMP đã cung cấp 6 tiền chất dùng để tổng hợp các đơn vị cấu trúc là Glc-6-P, Fruct-6P, 3-P glyceraldehyd, 3-P-glyxerat, P-enol pyruvat và pyruvat. Sơ đồ Lưu mẫu Lên men chính Dịch đường lắng trong làm lạnh Lên men phụ Men tái sử dụng Men giống Lưu mẫu O2 vô trùng CO2 thu hồi Xã bỏ 3.1.4.1 Giai đoạn lên men chính Là quá trình chuyển các chất đường và các dextrin có phân tử thấp thành rượu etylic, CO2 và một số sản phẩm phụ khác tạo thành beer theo yêu cầu kỹ thuật và chất lượng thành phẩm. Mục đích Quá trình lên men chính thường xảy ra ở nhiệt độ 6-80C trong 7-12 ngày đối với beer vàng và khoảng 12-18 ngày đối với beer đen. Tuy nhiên theo công nghệ hiện đại sau này, quá trình lên men có thể còn được rút ngắn hơn. Ở quá trình này nấm men hấp thụ đường và dextrin và chuyển hóa thành rượu etylic, khí cacbonic và các sản phẩm phụ (như rượu bậc cao). Sản phẩm của quá trình này là beer non. 3.1.4.2 Cơ sở lý thuyết Trong quá trình sống, nấm men thông qua con đường trao đổi chất và năng lượng trong điều kiện thích hợp để chuyển các glucid có phân tử lượng thấp thành rượu etylic và CO2 theo sơ đồ phản ứng sau: C6H12O6-> C2H5OH +CO2+H2O+Q (Năng lượng) 3.1.4.3 Các biến đổi xảy ra trong lên men chính Quá trình lên men chính được chia thành 4 giai đoạn Giai đoạn 1: Nấm men sẽ nảy chồi, phát triển và sinh khối đạt cực đại, nồng độ chất hòa tan trong dịch đường giảm dần, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều bóng to và tạo thành một lớp mỏng gồm nhiều bóng khí CO2 ở bề mặt môi trường lên men. Giai đoạn 2: Quá trình lên men mạnh nhất bắt đầu chuyển từ lên men hiếu khí sang lên men kị khí (để tạo CO2 và C2H5OH), bọt beer xuất hiện nhiều, nồng độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt tăng nhanh hơn. pH giảm từ 5,5-6 xuống còn 4,2-4,5 do sự hình thành một số acid hữu cơ trong quá trình lên men. Giai đoạn 3: Trong môi trường lên men đang tích lũy nhiều acetyl nhất, khí CO2 thoát ra nhiều ngăn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ t0max. Giai đoạn 4: Cường độ lên men yếu, nồng độ chất hòa tan giảm nhiệt độ ổn định, tế bào nấm men tạo thành khối lớn, nhỏ khác nhau và lắng xuống đáy thùng lên men, dịch men trong dần. Sự biến đổi các chất khô hòa tan: trong nước nha có đầy đủ các chất dinh dưỡng cho nấm men như: hydratcacbon, protein, các vitamin và muối khoáng… sau khi chuyển nấm men giống vào nước nha, qua thời gian ngắn của thời kỳ tiềm phát, nấm men nãy chồi và phát triển mạnh mẽ số lượng tế bào trong dịch tăng lên rõ rệt, vừa phát triển, vừa lên men, tiêu hao cơ chất và tạo ra các sản phẩm. Sự lên men các loại đường khác nhau diễn ra theo một tuần tự nhất định do sự thẩm thấu các loại đường này vào tế bào nấm men. Saccharoza cũng được chuyển hóa ngay ở giai đoạn đầu của quá trình lên men nhưng phải nhờ enzyme beta – fructofuranosidaza (enzyme này có trong nguyên sinh chất của tế bào nấm men) thủy phân thành đường đơn fructoza và glucoza nữa thì lúc này nấm men bắt đầu sử dụng đến maltoza (maltoza là thành phần chính trong dịch nha, có thể chiếm đến 50% tổng lượng hydratcacbon). Các sản phẩm thứ cấp của quá trình này được tích tụ như glycerin, acetaldehyt, acid pyruvic, axit acetic, axit lactic, diacetyl, 2,3- butylenglycol và một lượng ít acetoin, axid citric. Song song với các quá trình này là quá trình lên men rượu bậc cao từ các acid amin như: trytophylic, propylic, isoamylic, amylic, izomutylic, tirosol (tirosol được tạo từ tirosin có vị đắng mạnh và là thành phần chính sinh ra mùi thơm của beer). Bên cạnh đó quá trình này cũng hình thành một số hợp chất không có lợi như: C4 (aceton, diacetyl và 2,3 – butylenglycol), diacetyl là hợp chất không có lợi trong beer, gây nên mùi khó chịu. Nấm men phát triển kìm hãm quá trình oxy hóa, chúng hấp thụ oxy hòa tan trong dịch nha, tiêu hao cho phản ứng trao đổi chất. Trong giai đoạn lên men mạnh, tất cả oxy hòa tan trong dịch nha được nấm men sử dụng hết. Sự tích tụ CO2 trong môi trường làm chậm các quá trình oxy hóa. Qúa trình sinh lí: thể hiện rõ ở giai đoạn đầu thực chất là lên men hiếu khí, nhờ vậy nấm men sinh sản mạnh mẽ, sinh tổng hợp một lượng lớn enzyme zimaza trong tế bào nấm men thúc đẩy cường độ lên men. Nấm men sử dụng các hydratcacbon theo quy luật bắt đầu từ những đường đơn giản nhất (glucose, fructose) trở đi. Vì vậy các đường đơn thường bị giảm rất nhanh ở giai đoạn đầu. Khi đã cạn đường đơn nấm men sẽ tấn công đến đường kép sacarose nhờ enzymee invertaza để chuyển thành glucose và fructose. Với đường maltose thì enzymee maltose chuyển thành glucose hoàn toàn. Đối với maltodestrin thì trong lên men chính nấm men chỉ sử dụng một phần, phần còn lại sẽ được sử dụng tiếp ở lên men phụ. Sự đông tụ các protein và sự hình thành bọt: Qúa trình lên men tạo các cồn, este đã làm cho môi trường pH giảm đã tạo điều kiện cho các protein đông tụ và kết lắng một phần tế bào nấm men. Trong quá trình lên men chính, ngoài sự chuyển hóa các chất hydrat cacbon, nấm men cũng chuyển hóa một số hợp chất khác như protein, khoáng, chất béo,.. từ đó dẫn tới hình thành khá nhiều thành phần phụ trong sản phẩm beer như: các rượu bậc cao và glyxerin, axit hữu cơ, este và andehit, axeton, diacetyl, H2S… 3.1.4.4 Các phương pháp lên men chính Căn cứ trên hai chế độ nhiệt độ lên men chính khác biệt nhau đã hình thành hai phương pháp lên men thích hợp với hai chủng nấm men tương ứng: Phương pháp lên men chìm, đó là lên men chìm bằng chủng nấm men S.carlsbergensis (hoặc S.uvarum). Đặc điểm của phương pháp lên men chìm này là điều kiện nhiệt độ lên men thấp, vì thế hạn chế tối đa những sản phẩm phụ bất lợi hình thành trong quá trình lên men chính, từ đó có thể tạo ra được beer chất lượng cao. Đây là phương pháp cổ điển, có tính truyền thống. Phương pháp lên men nổi thực hiện ở điểu kiện nhiệt độ 14- 180C với chủng nấm men thích hợp S.cerevisiae. Vì lên men ở nhiệt độ tương đối cao, nên các sản phẩm phụ được hình thành trong sản phẩm beer thường nhiều hơn và làm tăng độc chất nhưng nó cũng có lợi là làm cho sản phẩm phong phú về hương vị nhưng không cho được sản phẩm chất lượng cao. Trong giai đoạn lên men phụ, nếu oxy xâm nhập vào thùng lên men với hàm lượng 1mg/l thì quá trình oxy hóa bắt đầu xảy ra gây hại cho beer. Đồng thời xảy ra hiện tượng tự phân của nấm men. Nếu quá trình này xảy ra ít thì hoàn toàn có lợi cho