tiỂu luẬn cÔng nghỆ lÊn men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ LÊN MEN

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

LỚP 10DSH01

SINH VIÊN THỰC HIỆN: CHUNG NGỌC MI MIPHAN THỊ NGỌC ÁICHÂU NGỌC MINH THIPHẠM THÙY TRANG

I. SẢN PHẨM LÊN MEN: BIA

Công ngh lên men ệ GVHD: TS. Nguy n Hoài H ngễ ươ

1. Giới thiệu sản phẩm:

Ngày nay cùng với tốc độ hóa đô thị và công nghiệp hóa của đất nước, nghành công nghệ thực phẩm đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đóng vai trò chủ lực trong đó có lĩnh vực chế biến đồ uống.

Bia – nói một cách tổng thể là một loại đồ uống chứa cồn được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men.

Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp, giàu dinh dưỡng. Ngoài việc cung cấp một lượng calori khá lớn, trong bia còn chứa một hệ enzim khá phong phú, đặc biệt là nhóm enzim kích thích tiêu hóa amylaza.

2. Lịch sử phát triển:

Bia đã được phát hiện từ 8000 năm trước, ở xứ Mesoptamia là một trong những nơi xuất hiện nền văn minh sớm nhất của nhân loại. Dân du mục tình cờ phát hiện khi lúa dại được ủ sẽ bị vi sinh vật tự nhiên tác động tạo ra một dung dịch uống được, cùng với thời gian dung dịch này đã trở thành một thứ thức uống rất được ưa thích.

Đến 7000 năm TCN con người ở xứ Babilon đã tìm ra cách làm bia từ lúa mạch (hạt đại mạch) và lúa mì, vài năm sau đó người Ai Cập cổ đại, Ba Tư, các nước lân cận ở vùng Trung Đông Châu Á rồi tràn xuống các nước phía Nam cũng đã tìm ra cách làm bia với vị thơm ngon đặc trưng của các vùng hoàn toàn khác nhau.

Ở Trung Quốc công nghệ sản xuất bia được ghi nhận trong các tài liệu cổ có từ những năm 2300 TCN. Trong thời gian này các nước La Mã, Hi Lạp cũng sản xuất được bia, cái tên bia là “beer” xuất phát từ chữ “bibere” có nghĩa là uống trong tiếng La Tinh.

Mãi đến năm 1857, nhà khoa học người Pháp Luis Paster đã nghiên cứu và đi tới khẳng định: nấm men là vi sinh vật duy nhất mà hoạt sống của chúng đã làm nên quá trình lên men bia.

Đ tài: Lên men biaề


Đến những năm cuối thế kỉ XIX, một số nhà khoa học Đức và Nga mới chứng minh được rằng, nấm men tạo nên các enzyme và các enzyme này là những chất xúc tác sinh hóa đặc biệt để chuyển nguyên liệu thành sản phẩm.

Từ năm 1867 đến năm 1875 công nghệ làm bia phát triển mạnh ở Cộng Hòa Zech và Slovakia (Tiệp Khắc), Đức, Anh, Pháp, Thụy Điển, Italia, Nga, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha,… và đã có một số nhà máy sản xuất bia ra đời, sản xuất theo hình thức công nghiệp và ngày nay nó đã duy trì và phát triển thành nhiều hãng bia nổi tiếng trên thế giới như: Carsberg, Heneiken, Larser,…

Từ năm 1970 đến 1919 các thương gia người Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Anh, Pháp, Italia,… đã giao du tới châu Mỹ và họ đã đem công nghệ làm bia tới lục địa này. Mỹ trở thành quốc gia đứng đầu thế giới về cả chất lượng và số lượng.

Ngày 18/10/1919, một đạo luật có tên là Volstead ra đời cấm sản xuất và tiêu thụ các thức uống có chứa Ancohol, lúc đó ngành công nghiệp sản xuất bia chựng lại, số lượng bia giảm xuống. Mãi đến 5/12/1933 bản sửa đổi luật Volstead ra đời cho phép các khu vực tự ban hành và quản lý sản xuất và tiêu thụ bia, lúc này công nghệ sản xuất bia mới phát triển mạnh mẽ trở lại.

Đến nay, bia đã sản xuất và tiêu thụ khắp thế giới và Mỹ vẫn là nước có tầm ảnh hưởng lớn nhất về thói quen uống bia và tiêu thụ bia trên toàn thế giới.

3.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới và Việt Nam

3.1.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia trên thế giới

Hiện nay có trên 25 quốc gia năm 2003 sản xuất bia với sản lượng hơn 1 tỷ lít/năm, trong đó Mỹ, cộng hòa liên bang Đức mỗi nước sản xuất trên dưới 1 tỷ lít/ năm. Bình quân đầu người lượng bia uống trên thế giới hiện nay là 25 lít/năm.

Bảng 1. 21 nước có sản lượng bia nhiều nhất thế giới (năm 2005) (ĐVT: triệu hecto lít/năm)

Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượngMỹ 250,67 Mehico 45,6 Hà Lan 22,4CHLB Đức 102,12 CHDC Đức 40,6 Colombia 21,67Anh 87,34 Tây Ban Nha 56,7 Nam Phi 19,3Nhật 80,07 Canada 38,9 Bỉ 17,8Nga 81,13 Cezh&Slovakia 39,89 Nam Tư 24,5Braxin 67,9 Pháp 41,9 Ba Lan 32,2Trung Quốc 78,98 Úc 30,2 Italia 76,8

Bảng 2. 19 nước tiêu thụ bia nhiều nhất thế giới (năm 2005) (ĐVT: lít/người/năm)

Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượng Tên nước Sản lượngCHLB Đức 146,6 Áo 118,5 CH Ailen 80,0CHDC Đức 140,0 Úc 111,3 Thụy Sĩ 69,4



Cezh&Slovakia 133,4 Anh 100,1 Bungary 64,3Đan Mạch 125,0 Hungary 99,4 Tây Ban Nha 62,0Tân Tây Lan 123,5 Mỹ 90,8 Veneduela 60,0Bỉ 119,9 Hà Lan 86,0Lucxambua 119,3 Canada 83,0

3.2.Tình hình sản xuất và tiêu thụ bia ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, nhiều nhà máy xí nghiệp bia lớn được đầu tư công nghệ tiên tiến hiện đại. Cụ thể, công ty bia Hà Nội đã đầu tư hệ thống bồn lên men, lấp thêm 2 hệ thống máy chiết chai và dây chuyền làm lon bia… hiện đại đưa năng suất từ 30 triệu lít/năm lên 50 triệu lít/năm. Công ty bia Sài Gòn đầu tư công nghệ và thiết bị rất hiện đại đưa năng suất từ 77,6 triệu lít/năm lên 166 triệu lít/năm. Các nhà máy bia BGI Tiền Giang, nhà máy bia Tiger, Heneiken… Việt Nam đã và đang trên đà mở rộng quy mô sản xuất với công suất được nâng lên rất nhiều lần.

Ngoài những nhà máy có tên tuổi sản phẩm đạt chất lượng quốc tế như bia Sài Gòn, Hà Nội, Tiger, Heneiken,… thì ở địa phương khắp trên cả nước đều có sản xuất bia với quy mô vừa và nhỏ. Loại bia này gọi là bia địa phương, bia hơi,… đã ra đời trong bối cảnh hết sức thuận lợi và nhu cầu về bia tăng nhanh khi cung còn quá thấp.

Tuy nhiên, các cơ sở nấu bia quy mô nhỏ đã gặp nhiều khó khăn do thiếu vốn, nguyên liệu… nên dây chuyền công nghệ thường bị chấp vá, thiết bị máy móc không đồng bộ, dây chuyền công nghệ có nhiều khâu còn bán thủ công, chưa tự động hóa hoàn toàn. Đây là nguyên nhân ít nhiều làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Năm 2004 đã thống kê thì sản lượng bia nước ta cho thấy hàng năm đã tăng lên rất đều đặn, đến năm 2004 đã tăng lên 784 triệu lít/năm.

II. PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1. Sản phẩm trao đổi chất bậc 1: rượu etylic (C2H5OH) và CO2 Quá trình lên men rượu bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng):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.

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 fructose-6-P, biến một aldose thành một ketose.

Phản ứng 3: Phosphoryl hóa fructose-6-P thành fructose1,6 biphosphate

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.



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.

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.

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



Phản ứng 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:

Phản ứng 9: 2P glycerate bị loại nước để tạo thành phosphoenolpyruvate là phản ứng thuận nghịch được xúc tác bởi enzyme enolase.



Phản ứng 10: Chuyển 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) .



Phản ứng 11: Chuyển 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.

2. 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 tạo 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.

a. 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 đồEmbden-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 -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

b. 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.

c. 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 + CH3-CO-COOH = COOH-CH2-CH2-CO-COOH + CH3CHNH2-COOH

COOH-CH2-CH2-CO-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.

d. 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.

e. 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

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.

f. Hydro sunfua (SH 2) 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.

III. VI SINH VẬT TẠO SẢN PHẨM

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 (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis) 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.

Từ năm 1984, nhà phân loại học nấm men người Hà Lan, Kreger-Van-Rij đã xếp nấm men nổi và nấm men chìm vào cùng một loài với tên gọi là Saccharomyces cerevisiae.

IV. PHÂN LOẠI VI SINH VẬT- Giới (regnum): Fungi- Ngành (phylum): Ascomycota- Phân ngành (subphylum): Saccharomycotina- Lớp (class): Saccharomycetes- Bộ (ordo): Saccharomycetales- Họ (familia): Saccharomycetaceae- Chi (genus): Saccharomyces - Loài(species): Saccharomyces carevisiae

V. CƠ SỞ HÓA SINH CỦA QUÁ TRÌNH TẠO SẢN PHẨM



Đường hóa các nguyên liệu chứa tinh bột thành dịch lên men (có chứa đường và các chất hòa tan khác từ các nguyên liệu), sau đó dịch lên men được lên men nhờ nấm men trong điều kiện yếm khí tạo thành bia (dung dịch có chứa C2H5OH).

Đường lên men sẽ chuyển hóa theo chu trình đường phân để tạo thành acid pyruvic rồi tiếp tục chuyển hóa thành ethanol và khí carbon dioxide.

VI. PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC

C6H12O6 C2H5OH + 2CO2 + 112,86 KJ 1Kg 0,51kg 0,49kg 627KJ

VII. NGUYÊN LIỆU Các nguyên liệu chính để sản xuất bia:

Malt đại mạch Hoa houblon Nước Nấm men bia Các chất phụ gia

Bên cạnh Malt đại mạch ta có thể dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, bột gạo, bột ngô,…

Trên thế giới bia được sản xuất theo công thức chung sau : BIA = MALT ĐẠI MẠCH + HOUBLON + NƯỚC

1. Nước :Trong sản xuất bia nước là một nguyên liệu không thể thiếu được, chiếm khoảng (77-99)%

trong bia thành phần. Để sản xuất 1 lít bia cần phải tiêu tốn khoảng 25 lít nước .Trên dây chuyền công nghệ chính, nước dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, thậm chí nước còn là 1 chất tải lạnh trung gian có nhiều tính ưu việt cung cấp cho quá trình làm lạnh dịch lên men, cũng như các quá trình lên men… Nước đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành vị của sản phẩm, nước dùng để uống, vì thế nước trở thành thành phần chính của dây truyền sản xuất bia.

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia đòi hỏi phải đạt được chỉ tiêu chất lượng quan trọng như :độ cứng, độ pH, hàm lượng khoáng chất và chỉ tiêu về vi sinh…

Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia luôn phải được kiểm tra trước khi đưa vào sử dụng, nếu nước không đạt chất lượng nó là nguyên nhân gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm.

Nước dùng cho sản xuất bia tốt nhất là nước rất mềm hoặc ít ra nước mềm, thích hợp nhất là có độ cứng tạm thời ≤ 0,7 mg đương lượng/lít.



Nước dùng trong công nghệ sản xuất bia trước khi đưa vào sử dụng phải qua thiết bị xử lý nước riêng của nhà máy và được tiệt trùng, đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng.

Nước dùng trong sản xuất bia phải đạt các chỉ tiêu sau:- Màu sắc: trong- Mùi: không mùi,vị lạ, không chứa các chất gây mùi khó chịu như H2S, Cl2, NH3, …- Độ cứng vĩnh cửu: 0,4 – 0,7 mg đương lượng/lít.- Độ pH: 6,5 – 7- Hàm lượng muối Ca: < 100mg/l- Độ cứng, mềm: (4 -80Đ), độ cứng trung bình (8-120Đ)- Hàm lượng muối Mg: <80mg/l- Hàm lượng muối Cl: <75 – 150 mg/l. - Hàm lượng CaSO4: 150 – 200 mg/l- Các kim loại nặng: không có- Vi sinh vật: < 100 tế bào/ml- Vi sinh vật gây bệnh: không có

2. Malt đại mạch

Đại mạch là một loại ngũ cốc, được chia làm hai nhóm: đại mạch mùa đông (gieo hạt mùa đông, thu hoạch vào mùa hè) và đại mạch mùa xuân (gieo hạt vào mùa xuân, thu hoạch vào mùa thu). Chu kỳ sinh trưởng của đại mạch thông thường từ 100 ngày đến 120 ngày.

Hạt đại mạch được cấu tạo từ ba bộ phận chính: vỏ, nội nhủ, phôi. Trọng lượng trung bình của hạt đại mạch khoảng từ (40-50)g/1000 hạt, kích thước hạt tương đối nhỏ, nó có hình dạng gần giống như hạt lúa.

Malt đại mạch là nguyên liệu chính để sản xuất bia, malt là sản phẩm được sản xuất từ hạt đại mạch, khi cho hạt đại mạch nảy mầm trong những điều kiện nhân tạo, sau đó loại bỏ mầm sấy khô sẽ thu được đại mạch, sau đó bảo quản.

Qua quá trình nảy mầm một lượng lớn enzyme xuất hiện và tích tụ trong hạt đại mạch nảy mầm. Trong đó chủ yếu là enzyme amilaza, proteaza, và một số enzyme khác, những enzyme này rất hữu ích bởi vì nó tham gia vào xúc tác sinh học trong quá trình sản xuất bia. Chất lượng malt được quyết định bởi các giống đại mạch, các loại malt đại mạch khác nhau sẽ cho chất lượng bia khác nhau. Malt được dùng trong sản xuất bia là loại malt được sản xuất từ các đại mạch hạt to, vỏ mỏng, hàm lượng protein thấp, độ hòa tan cao không gây khó khăn trong quá trình xử lý. Quá



trình đường hóa cũng như lọc bã làm cho bia có độ trong cao, bảo quản được lâu. Các enzyme trong malt đại mạch là những nhân tố thực hiện việc chuyển hóa các chất trong thành phần hạt đại mạch (tinh bột “polyglycoza”, protein, cenluloza,… ) thành nguyên liệu mà nấm men có thể sử dụng được để tạo ra bia (các loại đường, các acid amin tự do, các vitamin, chất khoáng đa vi lượng,… ).

Sơ đồ quy trình sản xuất malt đại mạch từ hạt đại mạch

Malt phải luôn được giữ trong khô ráo thoáng mát để phòng chuột, mối và các loại côn trùng phá hoại. Thường xuyên đạo trộn malt và thổi không khí khô vào kho, nhiệt độ bảo quản malt nhỏ hơn hoặc bằng 300C để tránh sự hoạt động của men và vi sinh vật làm tiêu hao các chất dinh dưỡng trong malt, làm giảm chất lượng malt, đồng thời đảm bảo hoạt lực của các hệ men nhất là amilaza và proteaza.

Các thông số kỹ thuật của malt dùng sản xuất bia

Các chỉ tiêu kỹ thuật Giá trị phải đạt được

Màu sắcMalt vàng phải có màu vàng rơm, sáng. Malt đen phải có màu hơi sẫm hơn, kích thước và hình dạng phải gần giống như hạt đại mạch không biến dạng màu vỏ sáng.


Ngũ cốc, malt đại mạch,…

Nguyên liệu ban đầu

Phun nước với W = (40 – 49)%t= (13 – 23)0C

τ=2-3 ngàyNảy mầm hạt đại malt

Ẩm còn lại W=(3-4)%t=(13-23)0Cτ=2-3 ngày

Sấy hạt mầm malt

Loại bỏ mầm

Bảo quản maltThời gian τ=3-4 ngày


MùiMalt phải có mùi đặc trưng (giống như mùi rạ tươi) không có mùi mốc, chua, úng hoặc xuất hiện mùi lạ,…

Vị Nhai thử có vị ngọt nhẹ, không có vị đắng có chịu

Độ tinh khiếtKhông lẫn tạp chất, sạn, rơm rác, tạp chất lạ. Nếu có thì mức độ cho phép phải nhỏ hơn 1%.

Độ cứng Hạt cần phải xốp, dòn, không chai cứng

Độ thủy tinh Hạt xốp, không có độ thủy tinh lớp ngoài hay tâm hạt.

Khả năng nẩy mầmHạt không còn nẩy mầm trong điều kiện vô trùng, nếu có thì mức độ cho phép < 5%.

Độ ẩmNhỏ hơn 5%, vì nếu độ ẩm quá lớn thì xay ra không mịn và dính vào rulô làm hư máy móc thiết bị,

Chỉ tiêu qua màng ray90% trên sàng có kích thước lỗ 2,5mm, 99% trên sàng có kích thước lỗ 2,2mm

Trọng lượng hạt Xấp xỉ từ (40-45)g/1000 hạt

Dung trọng Từ (500-530)g/lít

Hoạt lực của malt Từ (280-350) độ Windish Kolbach

Độ hòa tan Khoảng (76-78)%

Tỉ lệ nghiền mịn/thô Khoảng 2,5

Thời gian đường hóa Khoảng từ (10-20) phút ở 700C

3. Hoa houblon (Hoa bia)



Sau malt đại mạch và nước thì hoa houblon là nguyên liệu chính thứ 3 không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia, là nhân tố góp phần quan trọng tạo ra mùi vị đặc trưng của bia (mùi thêm thơm dễ chịu, có vị đắng chát nhẹ) tạo màu vàng cho bia, tạo bọt và giữ bền độ bọt, ngoài ra hoa houblon còn được sử dụng như một chất bảo quản cho bia (sát trùng, tăng tính ổn định cho các thành phần bia,… ), làm trong bia do tạo được kết tủa protein (albumine) khi chúng chưa được thủy phân hết.

3.1 Chất đắng

Chất đắng là thành phần chủ yếu và đặc trưng nhất của houblon, được chia thành hai nhóm: Acid đắng (Humulong – C21H30O5) và nhựa đắng (do quá trình biến đổi acid đắng tạo ra). Trung bình trong hoa houblon chứa từ (16-19)% chất đắng, trong đó acid đắng chiếm từ (9-11)%, nhựa đắng chiếm từ (7-8)%.

3.2. Tinh dầu

Có dạng nước trong vàng sáng và mùi thơm rất mạnh, khi đun sôi đa phần tinh dầu bay hơi và thành phần, tính chất tinh dầu sẽ bị thay đổi. Sản phẩm tạo thành cùng phần bay hơi của tinh dầu tạo ra mùi thơm dễ chịu đặc trưng riêng cho bia.

3.3. Chất chát (Tanin hay polyphenol – C25H24O4)

Có khả năng làm kết tủa và tăng tính ổn định của bia. Mặt khác nó cũng làm giảm một lượng đáng kể protid khác (chưa được thủy phân thành acid amin, protid bền vững), vì vậy nó làm giảm khả năng tạo bọt và giữ bọt của bia. Thông thường trong bia còn chứa khoảng (0,012-0,02)% tanin.

Bảo quản hoa houblon ở kho lạnh khô và tối, nhiệt độ bảo quản dao động trong khoảng (-2 - 0,5)0C. Nhiệt độ cao, không khí ẩm và ánh sáng mặt trời sẽ làm giảm chất lượng của hoa houblon, vì vậy khi bảo quản nên tránh những tác nhân này. Giữ môi trường bảo quản khô ráo và độ ẩm từ (8 – 10)% là tốt nhất, khi bảo quản nên xếp houblon trên những giá đỡ nhiều tầng.

4. Nấm men bia

Trong công nghệ sản xuất bia, để chuyển dịch men hay còn gọi là nước nha được điều chế từ các nguyên liệu chính (nước – malt đại mạch – hoa houblon) thành bia thì phải có tác nhân làm chuyển hóa cả chất lẫn lượng của quá trình đó và tác nhân đó chính là nấm men, vì vậy nấm men là tác nhân không thể thiếu được trong công nghệ sản xuất bia.

Nấm men sử dụng trong công nghệ sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống saccharomyces, nó có kích thước trung bình của tế bào từ (6 – 9) µm. Sinh sản dưới hình thức nảy chồi và phân cắt, đây là hình thức sinh sản vô tính. Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của chúng nằm trong khoảng từ (25 – 30)0C và ngừng hoạt động trên 400C, cũng có thể chết ở nhiệt độ này.



Khác với các sinh vật kỵ khí bắt buộc phải sống trong môi trường hoàn toàn không có oxy (O2), hoặc vi sinh vật hiếu khí bắt buộc phải sống trong môi trường có O2, nấm men bia có thể phát triển trong môi trường có O2 lẫn môi trường không có O2. Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia, vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu dịch men thành sản phẩm.

Căn cứ vào tính chất, công nghệ sản xuất bia, thể hiện qua quá trình lên men bia có thể chia nấm men bia thành hai loại: Nấm men nổi (Saccharomyces cerevisiae) và nấm men chìm (Saccharomyces carlsbergensis).

4.1. Loài Saccharomyces cerevisiae

Đây là nấm men nổi, nghĩa là trong quá trình lên men nó nổi lơ lửng trong dịch lên men và tập trung ở bề mặt của dịch lên men (nước nha). Nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển tạo sinh khối tốt nhất là từ (12- 13)0C tương đối cao.

Ưu điểm:

Bề mặt tiếp xúc của tế bào nấm men với dịch lên men (cơ chất) rất rộng lớn, như vậy nó làm tăng tốc độ sinh trưởngvà sinh khối, rút ngắn thời gian lên men

Đối với loài Saccharomyces cerevisiae: có thể ứng dụng cho công nghệ lên men liên tục (công nghệ lên men hiện đại).

Hiện nay các nước ở châu Âu như Đan Mạch, Đức,… sử dụng loài này trong công nghệ sản xuất bia. Vì nó rút ngắn thời gian sản xuất bia.

Nhược điểm:

Khi sử dụng nấm men nổi, đòi hỏi thiết bị kèm theo biện pháp lọc cẩn thận mới có sản phẩm trong suốt, vì tế bào nấm men lởn vỡn trong dịch men ngay cả thời kì lên men phụ.



Đối với công nghệ lên men liên tục, thông thường người ta dùng thiết bị lọc hay thiết bị phân riêng là menbrane, như vậy sản phẩm cho quá trình lên men phụ đạt chất lượng tốt, nhưng giá thành đầu vào thiết bị công nghệ sản xuất bia rất lớn.

4.2. Loài Saccharomyces carlsbergensis

Đây là loại nấm men chìm, nghĩa là trong quá trình lên men nó nằm ở phần đáy tạo thành một lớp của thiết bị lên men, nhiệt độ sinh trưởng và phát triển tạo sinh khối tốt nhất của loài này là từ (6 – 7)0C tương đối thấp so với nấm men nổi.

Ưu điểm:

Nó có khả năng đặc biệt kết dính vào nhau thành từng chùm rồi lắng xuống đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận tiện cho việc tách lớp tế bào đó là men giống cho đợt sản xuất tiếp theo.

Vì nó có tính chất trên do đó quá trình lọc, phần riêng để có sản phẩm tốt dễ dàng hơn nhiều so với nấm men nổi, không cần thiết bị lọc, phân riêng menbrane.

Nhược điểm:

Do tính chất kết dính tạo thành lớp ở dưới đáy thiết bị lên men mà bề mặt tiếp xúc của nó với cơ chất (dịch lên men) bị hạn chế, khả năng tiêu hao cơ chất tạo thành sản phẩm chậm vì vậy kéo dài thời gian lên men.

Quá trình sinh tổng hợp các chất của nấm men được thực hiện cục bộ trong dịch lên men, vì vậy nó chịu ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh và áp suất do sự chênh lệch gradien nồng độ tạo ra, ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của loại nấm men này.

Biện pháp khắc phục:

Để khắc phục những nhược điểm trên, người ta thiết kế chế tạo thiết bị lên men có cánh khuấy, với tốc độ khuấy thích hợp và đây cũng là biện pháp khắc phục tối ưu nhất.



Đối với lên men chìm ta không thể áp dụng cho công nghệ sản xuất bia hiện đại được. Nấm men bia đối với cả hai loài nấm men chìm và nấm men nổi ngừng hoạt động ở nhiệt độ trên 40 0C và nó chết dần ở nhiệt độ này, nhưng chúng lại chịu được nhiệt độ thấp rất tốt, thậm chí ở nhiệt độ -1800C (nhiệt độ không khí hoặc nitơ lỏng) chúng vẫn còn sống.

Tuy nhiên ở đây ta sử dụng nấm men Saccharomyces carlsbergensis để sản xuất. Giống này có nguồn gốc từ nước ngoài, đã được huấn luyện thích ứng lên men chìm ở nhiệt độ tương đối cao 15 – 160C nhằm rút ngắn thời gian lên men, phù hợp với các yêu cầu công nghệ.

- Yêu cầu kỹ thuật đối với giống nấm men để sản xuất bia:

+ Nấm men bia phải được nhân giống từ chủng thuần khiết và một đời men giống có thể sử dụng được 6 – 10 chu kỳ lên men.

+ Giống nấm men phải thích ứng được với những điều kiện như: nhiệt độ, pH, thành phần môi trường… Trong sản xuất phải được huấn luyện để chúng thích ứng.

+ Số lượng men giống ít nhất phải đạt từ 8 – 10.106 tế bào/1cm3 khi cho vào để lên men dịch đường.

4.3. Hệ enzyme của tế bào nấm men

Nấm men là tác nhân cung cấp phức hệ enzyme “Zimaza” để gây men dịch lên men.

Sự trao đổi chất ở nấm có vai trò chủ đạo trong việc hình thành nên sản phẩm chính cũng như sản phẩm phụ của quá trình lên men. Nói cách khác, toàn bộ tính chất đặc trưng của bia đều được hình thành thông qua sự trao đổi chất của vi sinh vật này.

Nấm men có chứa tất cả bộ enzyme, coenzyme và các hệ enzyme oxy hóa-khử cần thiết để chuyển hóa các đường ở trong dịch lên men. Qua con đường trao đổi chất của mình nấm men không những tạo cho bia có mùi, vị và độ bền vững cần thiết mà còn tạo ra hương thơm tương ứng cho bia. Hình thơm đặc trưng của bia chủ yếu là do sản phẩm phụ như: aldehit, rượu cao… gây ra, thành phần sản phẩm phụ này phụ thuộc loại nấm men, điều kiện lên men và thành phần môi trường.

Hệ enzyme của nấm men là hệ enzyme nội bào, nghĩa là những enzyme đó tiến hành xúc tác ở bên trong tế bào. Như vậy sự phân ly đường sẽ xảy ra ở bên trong tế bào của nấm men, còn bia, rượu, CO2 được tạo thành đi ra ngoài tế bào và tích tụ ở môi trường.

Phức hệ enzyme của nấm men cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp sinh khối nó thuộc các nhóm enzyme sau:

Nhóm enzyme kinaza như: Glucokinaza, Phosphofructokinaza, Phosphoglyxeratkinaza, pyruvatkynaza,… nhóm enzyme này chủ yếu là vận chuyển các gốc tới cho quá trình phản ứng.



Nhóm enzyme izomeraza như: Glucozaphosphatizomeraza, aldolaza,… nhóm enzyme này chủ yếu là thay đổi đồng phân của cơ chất.

Nhóm enzyme mutaza như: phospholyxeratmutaza,… chủ yếu làm chức năng hoán vị các nhóm chức trong phân tử của cơ chất.

Nhóm enzyme dehydrogenaza như: NAD, NADP, FAD,… chính là enzyme oxy hóa-khử thma gia trong quá trình chuyển hóa đường thành rượu, bia. Trong đó enzyme có tầm quan trọng nhất là alcodehydrogenaza để chuyển hóa sản phẩm cuối cùng axetaldehyt thành bia, rượu.

Nhóm enzyme proteaza, lipaza và một số các enzyme khác tham gia trong quá trình thủy phân cũng có mặt trong tế bào nấm men.

4.4. Chu kỳ sinh trưởng của nấm men

Trong điều kiện bình thường, nấm men bia sinh sản theo hình thức nẩy chồi, khi gặp điều kiện không bình thường chúng có thể sinh sản theo hình thức tạo bạo tử. Quá trình sinh sản nấm men bia chia làm năm giai đoạn.

a) Giai đoạn tiền phát

Giai đoạn này tế bào nấm men làm quen với tế bào sống, sinh khối chưa tăng, thành phần môi trường không thay đổi và nếu có thì xem như đáng kể.

b) Giai đoạn logarit

Giai đoạn này nấm men phát triển rất nhanh, sinh khối tăng ào ạt, kèm theo sự thay đổi mạnh về thành phần môi trường, nước nha chuyển hóa thành bia gần hết.

c) Giai đoạn tăng sinh chậm

Tốc độ sinh trưởng của tế bào tăng chậm dần, sinh khối tăng không đáng kể. Các thành phần của nước nha còn ít, các sản phẩm lên men được tích tụ nhiều, số tế bào nẩy chồi rất thưa thớt, số tế bào chết tăng rõ rệt.

d) Giai đoạn ổn định

Giai đoạn ổn định bắt đầu khi số lượng của tế bào nấm men trong dịch lên men tuyệt đối không tăng lên nữa. Lúc này, tốc độ sinh trưởng của tế bào bằng với tốc độ tử vong của chúng.

e) Giai đoạn chết

Tốc độ chết của tế bào vượt lên trên tốc độ sinh sản, tổng lượng sinh khối giảm do hiện tượng tự phân của tế bào nấm men.



Nấm men bia được sử dụng từ men bia thuần chủng (dưới dạng men khô) qua hệ thống nhân giống trung gian trước khi dùng một lượng lớn cho sản xuất, hoặc cũng có thể tái sử dụng lại nấm men sau khi đã lên men mẻ trước, xử lý để dùng cho mẻ sau.

Hiện nay thông thường một đời men giống được sử dụng từ (6-10) chu kỳ lên men.

Sơ đồ nhân giống và thu hồi nấm men

Cho dù theo hình thức lên men nào đi chăng nữa thì nấm men cho vào dung dịch lên men để lên men đều phải đạt từ (10-12) triệu tế bào/1mml dịch lên men giống.

5. Các nhóm chất phụ gia

Chất phụ gia là các chất được sử dụng dưới dạng các nguyên liệu phụ nhằm đạt được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết trong các quá trình của công nghệ sản xuất bia, góp phần nâng cao độ bền hóa lí, sinh học của bia.

Các chất phụ gia trong công nghiệp sản xuất bia có thể phân ra thành các nhóm chính sau đây:

a) Nhóm các chất phụ gia dùng để xử lý nguyên liệu dùng để sản xuất bia.

Nhóm này dùng làm mềm nước phục vụ cho sản xuất bia, nồi hơi và xử lý làm vệ sinh trong các thiết bị máy móc dây chuyền công nghệ, các chất phụ gia của nhóm này hiện nay thường dùng nhất là Phèn nhôm Al2(SO4)3.16H2O, Natrisunfat Na2SO4, Natrisunfit Na2SO3, Canxihydroxyt Ca(OH)2, than hoạt tính, các polyme hữu cơ hoạt tính, các chất hữu cơ có tích điện


Men giống Nhân giống trung gian Sinh khối dịch lên men mẻ trước

Tách nấm men

Nấm men thu hồi

Xử lý làm sạch

Nấm men Lên men mẻ sau


dùng trong kỹ thuật rửa giải xử lý làm mềm nước bằng các cột trao đổi ion (Cation), bằng phương pháp điện ly,…

b) Nhóm chất sát trùng và điều chỉnh độ pH của nước, dịch đường

Nhóm này thường dùng các loại hóa chất như: dung dịch Cl2, axit sunfuaric H2SO4, axit lactic CH3-CHOH-COOH,…

c) Nhóm chất sát trùng, tẩy rửa, vệ sinh đường ống và thiết bị

Nhóm chất này thường dùng các hóa chất axit clohydric HCl, natrihydroxit NaOH, nước clo (Javen),…

d) Nhóm chất dùng trong thu hồi khí cacbonicCO2

Hiện nay, trong quá trình thu hồi khí CO2 các hóa chất thường dùng trong quá trình này là than hoạt tính, H2SO4, KMnO4, canxiclorua khan CaCl2.2H2O,…

e) Nhóm chất chống oxy hóa cho bia

Nhóm này sử dụng các chất dễ bị oxy hóa như: axit ascorbic, nước oxy già H2O2, những chất có tính tan trong nước nhưng có khả năng chống oxy hóa.

f) Nhóm chất các chế phẩm enzyme dùng trong đường hóa và lên men

Nhóm này thường dùng các chế phẩm enzyme amilase cho đường hóa, nhất là trong trường hợp sử dụng nhiều thế liệu và malt chất lượng kém. Trong quá trình lên men cũng có thể cho thêm các chế phẩm enzyme vào dịch lên men nhằm đẩy nhanh quá trình lên men và độ chín sinh học của bia.

g) Nhóm hóa chất dùng ở phòng thí nghiệm và ở các bộ phận khác

Như quá trình làm lạnh thường dùng các môi chất lạnh amoniac NH3, các loại Freon R22, R502,… các chất tải lạnh trung gian như: alcohol, glycol,nước muối, nước,…

h) Nhóm các chất cần thiết cho việc xử lý nấm men thu hồi và phân lập, nuôi cấy nấm men, nhân giống trung gian.

i) Nhóm chất trợ lọc, lọc làm trong bia sau khi lên men

Nhóm này thường dùng R200, R500, R700, hoặc các bột trợ lọc kizelgua, diatomit, bentonit, nhựa PVPP,…

Nói chung đối với các chất phụ gia bất kỳ thuộc nhóm nào đi cchăng nữa thì khi dùng cần phải tuân theo sự nghiêm ngặt của quy trình công nghệ, phải sử dụng đúng liều lượng.



6. Nguyên liệu có thể thay thế

Malt đại mạch là nguyên liệu truyền thống không thể thiếu đối với việc sản xuất bia. Tuy nhiên có thể sử dụng các nguyên liệu phụ thay thế một phần cho nguyên liệu chính malt đại mạch. Các nguyên liệu phụ có thể dùng như: bột mì, bột gạo,… tỉ lệ giữa malt đại mạch và nguyên liệu thay thế thích hợp, tùy theo từng công nghệ nhà máy sản xuất bia. Mục đích sử dụng nguyên liệu thay thế là:

- Giảm được giá thành sản phẩm, sản phẩm làm ra có giá thành phù hợp thuận lợi cho việc cạnh tranh thương mại.

- Cải thiện mùi vị của bia, mùi vị đa dạng hơn so với chỉ dùng một loại nguyên liệu.

- Bảo quản bia được lâu hơn.

Nếu dùng các nguyên liệu phù hợp này ở dạng không nẩy mầm thì có thể nâng cao tỉ lệ nguyên liệu phụ. Hiện nay, một số nước đã đưa tỉ lệ này đến mức rất cao và còn có thể đưa thêm cao được nữa. Chẳng hạn, Nhật Bản 40%, Mỹ, Australia… đã đưa tỉ lệ lên tới từ (40-50)%, nguyên liệu thay thế cho malt đại mạch trong sản xuất bia có thể chia làm hai nhóm: nhóm dạng hạt và nhóm dạng đường.

6.1. Nguyên liệu có thể thay thế dạng hạt

Chủ yếu là tiểu mạch, thóc (hoặc gạo) và ngô, các loại này được sử dụng ở trạng thái chưa ươn mầm và đưa vào chế biến dưới dạng bột nghiền mịn, phối trộn cùng với bột malt đại mạch.

6.2. Nguyên liệu có thể thay thế dạng đường

Ngoài các nguyên liệu thay thế dạng hạt, trong công nghiệp sản xuất bia còn sử dụng một số loại nguyên liệu thay thế là nguyên liệu dạng đường hoặc bán thành phẩm chế biến từ đường, các loại nguyên liệu này được bổ sung trực tiếp vào dịch đường ở giai đoạn nấu hoa houblon. Chẳng hạn đường mía, đường củ cải, đường thủy phân,…

Ở Việt Nam, hiện nay đứng thứ ba về xuất khẩu gạo trên thế giới. Đây là nguồn nguyên liệu phụ dồi dào, rẻ mà đáp ứng được các mục trên. Như vậy, gạo nội địa được chọn làm nguyên liệu thay thế tham gia vào công thức nấu bia, tiết kiệm và điều chỉnh % đạm quá cao trong malt.

Khi sử dụng nguyên liệu gạo để sản xuất bia, để quá trình đường hóa đạt hiệu suất cao thì cần phải có quá trình hồ hóa, sau đó tạo điều kiện cho hệ enzyme amilase hoạt động để thủy phân tinh bột thành đường đơn glucose hoặc maltose, tạo điều kiện cho quá trình lên men dễ dàng hơn. Gạo làm nguyên liệu thay thế phải đạt những tiêu chuẩn sau: gạo phải sạch, không lẫn tạp chất, không mốc, mối, có hàm lượng amilopectin thấp. Khi sử dụng gạo với số lượng nhiều cần phải tính đến hoạt tính hệ enzyme amilase có trong malt và có thể bổ sung thêm chế phẩm enzyme amilase vào làm cho quá trình đường hóa xảy ra nhanh.



Phương pháp bảo quản gạo: gạo mua về từ các tỉnh trong nước được bảo quản trong các Cylo ở dạng rời.

VIII. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

1. Các giai đoạn công nghệ và quá trình sản xuất bia

Công nghệ sản xuất bia trải qua rất nhiều bước công việc được sắp xếp theo một trình tự nhất định rất phức tạp, nhưng có thể phân toàn bộ công nghệ sản xuất bia thành các giai đoạn chính sau:

Giai đoạn 1: quá trình sản xuất dịch lên men(nước nha thành phẩm)

Giai đoạn 2: quá trình lên men (lên men chính và lên men phụ)

Giai đoạn 3: quá trình lọc, bão hòa CO2, đóng chai – lon và bảo quản



2. Giải thích quy trình công nghệ2.1. Nghiền 2.1.1. Nghiền Malt

Mục đíchNhằm tăng diện tích tiếp xúc với nước, làm cho sự xâm nhập của nước vào các thành phần

chất của nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy quá trình đường hóa và các quá trình thủy phân khác nhanh và triệt để hơn. Yêu câu

Vỏ malt được giữ càng nguyên càng tốt để không cho chất tanin trích ly ra dung dịch vì nó làm cho bia có vị đắng, đồng thời vỏ malt còn nguyên sẽ có tác dụng như một chất trợ lọc trong quá trình lọc trong dịch đường sau này. Phần nội nhũ chứa nhiều hàm lượng tinh bột, dextrin, đường, protein, các sản phẩm thủy phân của protein. Các hợp chất này là nguồn cung cấp chính chất hòa tan cho dịch đường. Vì vậy cần phải nghiền nhỏ phần nội nhũ để tạo điều kiện cho các phản ứng của enzyme xảy ra trong quá trình nấu, quá trình đường hóa diễn ra triệt để thu được tối đa lượng chất chiết.

2.1.2. Nghiền gạo Mục đích

Làm tăng bề mặt tiếp xúc với enzyme, giúp quá trình trương nở và hoà tan tốt hơn. Tăng việc phá vỡ cấu trúc màng tế bào của gạo. Yêu cầu

Phải nghiền gạo thật nhỏ để phá vỡ cấu trúc của tinh bột tạo điều kiện cho sự hút nước, trương nở hạt tinh bột tạo điều kiện cho enzyme tiếp xúc với hạt tinh bột, thuỷ phân tinh bột thành chất chiết.

2.2. Hô hóa (Nấu cháo hay nấu gạo) Mục đích

Nhằm phá vỡ cấu tạo màng tế bào của tinh bột chuyển tinh bột từ trạng thái không tan về trạng thái hoà tan, tạo điều kiện cho quá trình phân cắt các mạch tinh bột của hệ enzyme. Tiến hành nấu

Cho malt lót vào trước ( bằng 10% trọng lượng gạo) và chia làm 2 lần. Lần 1 cho khoảng 53,85 % tổng số malt lót, nhằm chống cháy xém nguyên liệu và cung cấp cung cấp một ít enzyme thủy phân giúp cho sự hồ hoá tinh bột dễ dàng hơn. Sau đó tiến hành nhập liệu gạo.

Nâng dần nhiệt độ lên khoảng 720C trong thời gian khoảng 20 phút. Lúc này hạt tinh bột sẽ bắt đầu hút nước và trương nở lên, làm cho các phân tử tinh bột bị phá vỡ, các phân tử polymer của tinh bột sẽ bị cắt thành dextrin, maltose và glucose. Lúc này tinh bột đã được dịch hoá một phần.

Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 830C để hồ hóa gạo, giữ ở 830C trong 10 phút để cho tinh bột gạo được hồ hóa hoàn toàn. Sau đó tiếp tục bơm nước nhằm làm loãng dịch cháo đồng thời cho malt lót lần 2 và để hạ nhiệt độ nồi gạo xuống 720C là nhiệt độ thích hợp cho enzyme α – amylase có trong malt thủy phân tinh bột đã hồ hóa thành các dextrin, một ít maltose và glucose. Giai đoạn này gọi là giai đoạn dịch hóa. Sau giai đoạn dịch hóa, nhiệt độ của nồi gạo được tăng lên 100 0C và được giữ trong 20 phút để hồ hoá hoàn toàn tinh bột.



2.3. Đường hoá (Nấu malt) Mục đích:

Là chiết tối đa các chất có thể hoà tan trong nguyên liệu và thuỷ phân các chất có phân tử lượng cao, tạo thành những chất đơn giản, hoà tan được với nước tạo thành dịch đường hoá.

Quá trình đạm hóa Mục đích:

Thuỷ phân protein thành albumose, peptone, polypeptide và các acid amin. Tiến hànhSau khi malt được hòa với nước (nước ở nhiệt độ 300C ) thì được nâng lên 500C giữ trong 15 phút cùng với việc bổ sung acid lactic để điều chỉnh pH (pH = 5,2 – 5,6) thì đây là điều kiện lý tưởng cho enzyme hoạt động.

Sau quá trình đạm hoá sẽ chuyển sang công đoạn hội cháo từ nồi gạo sang nồi malt, thời gian hội cháo khoảng 7 phút, kết thúc quá trình hội cháo nhiệt độ khoảng 650C. Giữ ở nhiệt độ này trong thời gian khoảng 15 phút. Đây là nhiệt độ tối ưu đối với hoạt động của enzim β–amylaza. Enzym này sẽ phân cắt tinh bột từng góc một, như vậy tạo một lượng lớn maltose và một lượng không đáng kể dextrin.

Nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 750C trong vòng 12÷13 phút và giữ nhiệt độ này trong khoảng thời gian 19 phút. Đây là nhiệt độ thích hợp cho α-amylaza tác dụng lên amylose và amylopeptin của tinh bột tạo thành nhiều gốc glucose và các gốc này sẽ tạo thành những phân tử dextrin khác nhau.

2.4. Lọc dịch đườngDịch sau khi đường hoá còn chứa rất nhiều các chất không hoà tan, điển hình là cellulose và

tinh bột sống. Mục đích của quá trình lọc là tách phần lỏng ra khỏi cháo malt để thu được nước nha trong.

2.5. Rửa bã maltRửa bã nhằm lấy lại các chất hoà tan còn sót lại trong hèm.

2.6. Houblon hóa Mục đích

Nhằm làm ổn định thành phần của dịch đường tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng, gia tăng nồng độ đường, độ acid, cường độ màu, tạo thành chất khử. Độ nhớt giảm xuống loại trừ những chất keo không bền vững, kết tủa protein và thanh trùng nước nha trước khi đưa vào lên men.

Tiến hànhĐun sôi 1000C trong 10 phút rồi bắt đầu cho caramel và cao hoa vào, caramel có vai trò là tạo

màu cho bia. Gia nhiệt tới 1050C đun trong 75 phút.

Cuối cùng đun sôi ở 1000C trong 10 phút. Sau cùng ZnCl2 được cho vào để được hòa tan đều, nó có vai trò làm giảm sự thoái hóa của nấm men.



2.7. Lắng Mục đích

Quá trình lắng trong cũng đồng thời làm lạnh sơ bộ dịch đường nhằm mục đích tách bỏ các phần tử rắn hay cặn, bã hoa ra khỏi dịch đường, tránh bia không bị đục.

2.8. Làm lạnhQuá trình làm lạnh nhanh nhằm mục đích hạ nhiệt độ của dịch đường tới nhiệt độ thích hợp

cho quá trình lên men. 2.9. Lên men chính Mục đích

Nhằm chuyển hóa đường trong dịch nha thành ethanol, carbondioxide cùng với các sản phẩm phụ, sản phẩm trung gian từ quá trình trao đổi chất của nấm men.

Các biến đổi trong quá trình lên men chính

Biến đổi sinh học

- Giai đoạn sinh trưởng hiếu khí:Ở giai đoạn này nấm men nảy chồi và phát triển rất nhanh, đạt cực đại là ở cuối ngày thứ 3

đồng thời là sự giảm nhanh nồng độ chất hòa tan trong dịch đường, nhiệt độ tăng dần và sự xuất hiện của nhiều bóng khí to phủ kín bề mặt dịch nha.

- Giai đoạn sinh trưởng kỵ khí:Trong giai đoạn này nấm men vẫn tiếp tục sinh trưởng nhưng trong điều kiện không có O 2 và

nồng độ đường thấp.

Biến đổi vật lý

- Nhiệt độ lên men: Nhiệt độ trong quá trình lên men tăng dần do quá trình trao đổi chất của nấm men kèm theo

hiện tượng giải phóng nhiệt - Áp suất lên men:

Áp suất lên men tăng dần do sự tạo thành khí CO2 và từ quá trình chuyển hóa đường glucose.

Biến đổi hóa sinh

- Trong quá trình lên men diễn ra sự trao đổi glulcid ở tế bào nấm men chủ yếu bao gồm:

+ Sự thủy phân của các loại đường disacharide, trisaccharide,..thành glucose dưới xúc tác của một số enzym như: maliase, invertase,melibiase,..

+ Chuyển hóa glycose thành etanol và CO2.

+ Sự tổng hợp vật chất tế bào từ glucose thành glucogen.

- Sự trao đổi lipid:



Trong quá trình sinh trưởng và phát triển hiếu khí thường kèm theo quá trình tổng hợp các acid béo và sterol ở nấm men. Các chất này là thành phần quan trọng của tế bào.

- Sự trao đổi các hợp chất nitơ:

Các hợp chất nitơ có trong dịch nha gạo gồm: các phân đoạn protein (các polypeptide, peptid, pepton, acid amin), các muối amoni, các purite, nucleotide…

Trong số các hợp chất này thì các muối amoni vô cơ và các acid amin sẽ được nấm men sử dụng như nguồn cung cấp nitơ phục vụ cho quá trình sinh trưởng và trao đổi chất.

Biến đổi hóa học

- Sự thay đổi hàm lượng chất khô:

Trong quá trình lên men, nấm men sử dụng đường trong dịch nha để tăng sinh khối và lên men ethanol. Do đó nồng độ chất khô trong dịch lên men sẽ giảm dần.

- Sự thay đổi pH:

Sau khi kết thúc quá trình lên men chính pH giảm xuống còn khoảng 4,4 - 4,5. Hiện tượng giảm pH trong quá trình lên men là do sự hình thành CO2 và các acid hữu cơ trong quá trình lên men. - Sự tạo thành các ester:

Các ester được tạo thành vào cuối giai đoạn lên men chính nhờ phản ứng ester hóa giữa alcol (chủ yếu là ethanol) và các acid hữu cơ sinh ra trong quá trình lên men. Các loại ester này tạo nên hương đặc trưng cho bia thành phẩm.

Biến đổi hóa lý

- Sự hình thành bọt:

Bọt được tạo thành trong quá trình lên men chính nhờ sự giải phóng các khíở dạng không liên kết đặc biệt là CO2. Do bản chất của dịch nha là hệ keo gồm các hợp chất có tính hoạt động bề mặt như protein, polyphenol, chất đắng…Các chất này tạo nên một lớp hấp phụ trên bề mặt các bóng khí do đó khí khó thoát khỏi bóng này và tạo thành bọt mịn.

- Sự hòa tan khí CO2:

Độ hòa tan của CO2 trong dịch lên men thấp hơn trong nước đồng thời hàm lượng CO 2 sinh ra tăng nhanh cùng hàm lượng ethanol. Do đó, một phần CO2 tồn tại trong dịch men dưới dạng liên kết với một số thành phần khác như protein, ester. Phần CO2 còn lại có xu hướng thoát lên trên bề mặt tạo lên sự tự khuấy đảo dịch lên men.



2.10. Lên men phụ Mục đích:

Quá trình lên men phụ được tiến hành sau khi lên men chính nhằm chuyển hoá phần đường còn sót lại sau quá trình lên men chính để tạo thành CO2 và các sản phẩm khác. Ngoài ra, quá trình lên mên phụ còn góp phần ổn định hương vị và độ trong cho bia thành phẩm.

Các biến đổi xảy ra trong quá trình lên men phụ:

- Sử dụng chất chiết còn lại: Đặc trưng cho quá trình lên men phụ là quá trình lên men chậm với một lựng đường không đáng kể, quá trình lên men phụ và tàng trữ rất có ý nghĩa với việc hình thành vị, bọt, quyết định độ bền vững của bia, quá trình sinh hóa xảy ra với tốc độ chậm và cường độ yếu.

- Hòa tan CO2: Đây là quá trình quan trọng xảy ra khi lên men phụ, CO2 là thành phần chính của bia, giúp bia có khả năng tạo bọt tốt, đồng thời đây cũng là chất bảo quản ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong bia.

- Hoàn thiện hương vị của bia: Hương vị của bia non khi vào thùng lên men phụ thường nồng, mùi nấm men đắng và ít hấp dẫn, nhiều loại hợp chất đã được chuyển hóa trong quá trình tàng trữ:diacetyl,aldehyde,acidamin,... - Làm trong bia: Để gia tăng quá trình lắng trong bia, người ta cho chất hấp phụ vào bia, chúng sẽ hấp phụ và kết tủa xuống kéo theo một số bã men hoặc các phức chất tanin-protid.

2.11. Lọc bia Mục đích:

Bia sau khi lên men đã được làm trong tự nhiên trong quá trình len men phụ nhưng chưa đạt mứa độ cần thiết nên cần phải lọc tiếp để loại bỏ hoàn toàn các cặn, kết tủa,...

2.12. Tàng trữ và ổn định tính chất sản phẩm, bão hòa CO2

Mục đích:Tăng chất lượng cảm quan của bia, chống oxy hóa, chống kết lắng, tăng thời gian bảo quản bia,

ổn định các thành phần trong bia,...

Quá trình tàng trữ, ổn định bia và bão hòa CO2:Bơm một lượng CO2 vào trước để đẩy hết không khí có trong tank ra ngoài, tránh không để bia

bị oxy hóa do tiếp xúc với oxy, sau đó bơm bia đã lọc từ dưới lên trên. Khi đã bơm hết bia, tiến hành bão hòa CO2 cho tới khi hàm lượng CO2 bia đạt 4.5 – 5 g/l.

2.13. Hoàn thiện chiết sản phẩm vào thùng bock

Bia hơi được chiết vào thùng bock nhằm phục nhu cầu trong ngày cho các cửa hàng, đại lý ở các vùng lân cận. Về nguyên tắc, bia chiết bock trước đó không cần bổ sung thêm CO2 nhưng nếu vẩn chuyển đi xa thì trong quá trình vận chuyển lượng CO2 sẽ bị hao hụt nên phải bổ sung thêm CO2.



IX. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BIA

1. Lên men chìm, gián đoạn, trong thiết bị hở:

Dịch đường houblon hóa sau khi tách cặn và làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết (6 - 10 0C), được đưa sang khu vực lên men chính bao gồm các thiết bị dạng hở. Việc chuyển dịch đường được thực hiện bằng bơm li tâm hoặc lợi dụng khả năng tự chảy của chúng. Sau khi dịch đường đã chiếm khoảng 1/3 thể tích của thùng lên men thì ta nạp nấm men giống vào dịch.Sau đó, bơm dịch vào thể tích cần thiết, kết hợp đảo đều bằng khuấy cơ học hoặc sục không khí vô trùng.

Diễn biến quá trình lên men:

Quá trình lên men có thể chia thành 4 giai đoạn. Mỗi giai đoạn đều có những biểu hiện và dấu hiệu đặc trưng, với mức độ khác nhau củ sự thay đổi hàm lượng chất hòa tan, nhiệt độ và các dấu hiệu bề ngoài của dịch lên men, đặc biệt là hình thái của bọt.

Giai đoạn đầu của quá trình bao gồm 1 -2 ngày đêm. Đặc điểm lớn nhất của giai đoạn này là sự phát triển của tế bào nấm men, tức là quá trình tạo sinh khối. Đã có những dấu hiệu đầu tiên của sự lên men: nhiệt độ tăng 0.50C, xung quanh thùng lên men đã xuất hiện một vành bọt. Sang ngày thứ hai màn bọt đã lan phủ đầy mặt thùng. Bọt nhỏ, mịn và trắng. Hàm lượng chất hòa tan trong giai đoạn này giảm 0.3 – 0.5%.

Ở một số nhà máy, không phân biệt lên men hở hay kín, người tat hay giai đoạn này thành một số phương án mà người ta gọi “lên men sơ bộ”. các phương án đó như sau:

Sau một ngày lên men, một số cặn mịn kết tủa, đồng thời các tế bào chết cũng được kết lắng. Phần cặ được tháo ra, còn phần dịch ở phía trên được chuyển sang thùng lên men khác.

Sau 48 -60h lên men, khi toàn bộ tế bào đang nảy chồi ồ ạt thì dịch lên men được chuyển sang thùng lên men khác, có thể tích lớn hơn, đồng thời bổ sung tiếp dịch đường houblon hóa.

Phương án thứ nhất nhằm tăng cường độ trong chi bia non, giảm bớt mùi vị lạ do cặn lắng và nấm men chết gây ra. Còn ở phương án thứ hai, là rút ngắn thời gian thích nghi, tăng cường hoạt lực của nấm men.

Giai đoạn thứ hai bao gồm 2 -3 ngày đêm tiếp theo. Đặc điểm ở giai đoạn này là nấm men đã phát triển đến mật độ cực đại. Tốc độ lên men đã mạnh lên. Bọt dềnh cao thành “cục”, đầu tiên màu trắng, đến cuối giai đoạn thì bắt đàu ngả sang màu hơi nâu. Hàm lượng chất hòa tan giảm 2 – 2.5%. nhiệt độ tăng 1 – 1.50C.

Giai đoạn thứ ba là giai đoạn lên men mạnh nhất, kéo dài trong 2 ngày đêm tiếp theo. Bọt dềnh cao đến mức cực đại, tạo thành những mảng lớn. Kích thước của bọt to trông rất thô, trên mặt bọt đã bắt đầu ngả màu xám. Sang đến thời gian cuối của giai đoạn này thì bọt bắt đầu xẹp xuống. Hàm lượng chất hòa tan giảm 2,5 – 3,0%, còn nhiệt độ có chiều hướng tăng rất mạnh. Ở giai đoạn này phải tiến hành làm lạnh cục bộ để dịch lên men hạ về nhiệt độ ban đầu.



Giai đoạn cuối bao gồm 2 -3 ngày cuối cùng. Đến đây thì tốc độ lên men đã giảm. Lí do là vì hàm lượng chất hòa tan đã bị tiêu hao gần hết, mặc khác là do hạ nhiệt dộ của bia non. Bọt xẹp hết, trên bề mặt bia non phủ một lớp bột màu xám – nâu. Hàm lượng chất hòa tan giảm khoảng 0.8 – 1.0%, còn nhiệt độ giảm 3 – 40C. Trong giai đoạn này nấm men và một số cặn khác dần dần bị kết lắng, bia non dần dần được trong hơn. Thời gian kéo dài của quá trình lên men chính phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan ban đầu của dịch đường và chế độ nhiệt trong thời gian đó. Nếu lên men dịch đường có nồng độ trung bình (10 – 12%) với bia cần có hàm lượng đường sót cao thì thời gian cần thiết là 8 – 9 ngày. Còn với dịch đường có nồng độ cao hơn, thì trường độ của quá trình có khi dài tới 10 – 12 ngày.

Sau khi lớp men chính kết thúc, lớp phủ trên mặt cần phải vớt bỏ, còn bia non thì được bơm sang khu vực lên men phụ và tàng trữ.

Sau khi chuyển hết bia non đi lên men phụ và tàng trữ, ở dưới đáy thùng lên men chính còn lại là nấm men kết lắng cùng với vô số tạp chất khác kết lắng theo. Khối kết lắng này, bao gồm ba lớp: lớp trên cùng và lớp dưới cùng là các tạp chất và tế bào chết. Cả hai lớp này có màu đen – xám hoặc nâu – xám cần phải loại bỏ. Lớp ở giữa màu trắng ngà, kết dính dạng bông – đó là lớp sinh khối bao gồm tế bào sống. Lớp này cần phải tách riêng ra, rửa sạch đưa đi bảo quản để dùng vào nhiều mục đích khá nhau.

2. Lên men nổi (lên men bề mặt):

Lên men nổi là công nghệ được áp dụng ở khắp các nước Bắc Âu. Còn ở các nước khác chỉ áp dụng phương pháp lên men này trong sản xuất bia đen hoặc các loại bia đặc biệt từ malt tiêu mạch.

Diễn biến:

Quá trình lên men được tiến hành ở nhiệt độ 250C. Mặt bằng lên men không cần làm lạnh, còn dịch đường houblon hóa thì được làm lạnh bằng nước bình thường. Lượng nấm men gieo cấy ban đầu là khoảng 0.2 – 0.3 lít dịch lên men đặc trong 100 lít. Liều lượng này tương đương với mật độ 6 – 7.106 tế bào/1ml. Trước lúc gieo cấy vào thùng lên men chính thức, nấm men được cấy đều và hoạt hóa trong một thùng chuyên dụng. Nhiệt độ hoạt hóa là 18 - 190C, còn thời gian là 3 – 4 h.

Những biểu hiện bề ngoài của quá trình lên men trong 3 ngày đầu tiên, diễn ra tương tự như lên men chìm. Sau thời gian đó, nấm men bắt đầu nổi lơ lửng trên bề mặt dịch lên men. Thời gian lên men kéo dài 5 - 6 ngày. Sau đó, bia non được đưa đi tàng trữ. Thời gian tàng trữ là 3 tuần, có trường hợp kéo dài đến hàng tháng.

3. Lên men trong thiết bị kín kết hợp thu hôi CO2:

Không phân biệt là lên men chìm hay lên men nổi, miễn sao thiết bị chính có thể thu hồi được CO2 tạo thành trong quá trình lên men. Quá trình lên men diễn ra ở điều kiện thế oxy – hóa khử



thấp không hề ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển của nấm men. Thậm chí khi áp suất bề mặt khoảng 0,3 – 0,4 kg/cm2 do oxy tạo ra lại có khả năng kích thích quá trình lên men. Lượng oxy cần thiết cho sự sinh sản đã bị nấm men hấp thụ hết ở ngày đầu tiên, và sau đó thì chúng không cần đến nguyên tố này nữa.

Thu nhận được bia thành phẩm có độ bền sinh học cao hơn, khả năng tạo bọt cao hơn và vị hài hòa hơn, tận dụng được một lượng CO2 tạo thành. Ở thời điểm lên men mạnh nhất từ 1hl dịch đường ta có thể thu hồ được 1,3 – 1,5 kg CO2. Lên men chính ngăn cản sự nhiễm khuẩn của dịch lên men.

Diễn biến:

Bề ngoài của quá trình lên men trong thiết bị kín cũng giống hoàn toàn như lên men ở điều kiện hở. Điểm khác là màu sắc của bọt lên men kín luôn luôn sáng, không ngả màu nâu – xám. Nguyên nhân là do chúng không bị oxy hóa, do đó lớp bọt trong bia non không ảnh hưởng đến hương, vị của bia thành phẩm. Vì thế, chúng không cần phải loại bỏ ra ngoài khi đưa bia non đi tàng trữ như trường hợp lên men trong thiết bị hở.

4. Phương pháp lên men liên tục:

Đặc trưng của phương pháp:

Quá trình lên men được thực hiện trong 1 hệ thống bao gồm nhiều thiết bị và

các thiết bị được nối với nhau bằng ống chảy chuyền.

Thiết bị đặt trong phòng lạnh.

Thực hiện:

Quá trình lên men liên tục được thực hiện theo sơ đồ sau:


nuôi

nấm men

9 8 8 8 7

65444

3

1

DLM

2

Bia đi lọc


1. Thùng tiếp liệu 5. Thiết bị chứa bia non trước li tâm

2. Thiết bị houblon 6. Li tâm đĩa

3. Bơm định lượng 7. Thiết bị chứa bia non sau li tâm

4. Thiết bị lên men chính 8. Thiết bị lên men phụ

9. Thiết bị chiết bia trước lọc

5. Phương pháp lên men bán liên tục:

Đặc trưng của phương pháp:

Dịch đường houblon hóa được lên men trong các tank kín, liên thông với nhau, mắc nối tiếp

tạo thành dãy. Mỗi dãy có 6 tank: mỗi tank dùng để lên men sơ bộ và năm còn lại là các tank lên

men. Tất cả các tank trong dãy được luân phiên giữ các chức năng “lên men sơ bộ” sau mỗi chu

kì lên men. Trạng thái sinh sản cực đại của nấm men ở tank lên men sơ bộ luôn được bảo đảm

trong suốt chu kỳ lên men.

Thực hiện:

Dịch đường được làm lạnh đến 9,50C và nạp vào tank lên men sơ bộ. Định mức nấm men

giống là 20.106 tế bào/cm3. Sau 24h, dịch lên men ở tank sơ bộ lại được sang đôi sang tank lên

men thứ hai, và cả hai tank được bổ sung dịch đường đến đầy thể tích. Sang ngày thứ sáu, khi

tank thứ năm lên men được đổ đầy thì thể tích thì quá trình lên men ở tank thứ nhất đã kết thúc.

Bia non dược đưa đi tàng trữ, và tank này được đưa đi làm vệ sinh sạch sẽ, nạp mẻ mới và nó

đóng vai trò là tank lên men sơ bộ cho chu kì tiếp theo.

X. DOWNSTREAM PROCESSING

Quy trình thu hồi bia thành phẩm:

Bia đã lên men Làm lạnh Lọc Chiết chai Thanh trùng

Dán nhãn Bảo quản

1. Lọc bia:

Tách các phần tử rắn khuyết tán, tế bào nấm men làm cho bia có độ bền sinh học cao. Gồm

hai quá trình:

- Lọc cơ học: gồm lọc bề mặt và lọc bề sâu

- Lọc bề mặt: những phần tử có đường kính lớn hơn đường kính lỗ lọc thì được giữ lại trên

bề mặt vách ngăn lọc.

- Lọc bề sâu: phần tử rắn có kích thước tương đương lỗ lọc thì nằm sâu trong các mao quản

của vách ngăn lọc.



- Lọc hấp phụ: phần tử cần tách được hấp phụ trên bề mặt vật liẹu lọc như than…

2. Chiết bia:

Bia

Chai sạch Chiết chai Chiết lon Lon

Đóng nắp Đóng nắp

Thanh trùng Thanh trùng

Dán nhãn In ngày sản xuất

Két sạch Vào két Vào thùng

Thành phẩm

Bảo quản

Quá trình chiết bia cần tuân theo yêu cầu sau:

- Chiết bia trong hệ thống kính

- Hệ thống chiết luôn được làm vệ sinh sạch sẽ

- Đảm bảo đúng thể tích

- Tránh mất mát bia

- Giữ đươc chất lượng của bia

- Tiến hành nhanh

- Bia chảy vào theo men đường thành chai xuống đáy chai.

3. Rửa chai:

a. Nhà máy bia thường tái sử dụng vỏ chai nên việc vệ sinh đóng vai trò rất quan trọng. Chai

đựng bia được thu hồi từ chai thủy tinh có màu café hoặc xanh nhạt. Thành chai phải

nhãn, độ dày của vỏ phải đồng đều. Yêu cầu quan trọng đối với chai là phải chịu được áp

suất cao.

Chai dùng để chiết bia có thể tích rất khác nhau: 0.331, 0.51, 0.71,… Để tiện lợi cho người

sử dụng người ta còn dùng đại trà các loại hộp nhựa, hộp kim loại,…



b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình rửa chai:

- Thời gian ngâm chai trong nước

- Phun tia nước

- Nhiệt độ nước rửa

- Hóa chất làm sạch

c. Hai phương pháp cơ bản được sử dụng trong chiết bia:

- Phương pháp chiết đẳng áp: Dựa vào nguyên tắc bình thông nhau, áp suất của bầu chiết

bia bằng áp suất trong chai. Bia được chiết nhờ vào sự chênh lệch độ cao của mức chất

lỏng.

- Phương pháp chiết không đẳng áp: Dựa vào sự chênh lệch áp suất giữa bầu chiết bia và

trong chai mà chất lỏng được chảy vào chai.

4. Thanh trùng:

Thanh trùng được thực hiện bằng phương pháp thanh trùng Pasteur.

Đơn vị thanh trùng là PU: PU = 1,393*eT-60*t

T : nhiệt độ thanh trùng (0C)

t : thời gian thanh trùng (phút)

Thông thường bia được thanh trùng từ 15-25PU nhưng trong nhà máy, bia thanh trùng ở

17-18 PU. Ở PU này diệt vi sinh vật và cho bia chất lượng tốt nhất.

1. Mục đích

Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt toàn bộ tế bào vi sinh vật (kể cả nấm men trong bia)

giúp ổn định chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản và thuận tiện cho người sử

dụng.

2. Các biến đổi trong quá trình thanh trùng

Vật lý:

Sự thay đổi nhiệt độ trong thiết bị thanh trùng (4,60C; 44,30C; 50-580C; 62-640C; 61-630C)

làm xuất hiện gradien nhiệt độ.

Sự thay đổi về thể tích và tỷ trọng nhiệt độ.

Sự thay đổi áp suất không khí trong chai theo từng vùng trong thiết bị thanh trùng.



Hóa học:

Quá trình thanh trùng tạo ra sản phẩm ứng trong bia như: phản ứng giữa đường và

các acid amin hình thành nên các chất làm cho bia có màu sẫm hơn, phản ứng tạo

phức, phản ứng thủy phân, phản ứng oxy hóa.

Hóa lý:

Quá trình thanh trùng có thể dẫn tới hiện tượng vẫn đục bia. Điều này phụ thuộc

vào thành phần và hàm lượng protein trong bia, các hợp chất polyphenol, nhiệt độ

và thời gian thanh trùng.

Hóa sinh:

Nhiệt độ, thời gian và tốc độ phản ứng trong các vùng thanh trùng còn tùy thuộc

vào sự thay đổi hoạt tính của enzyme theo nhiệt độ. Ở giai đoạn đầu của quá trình

thanh trùng, nhiệt độ tăng dần. Khi đó, enzyme bắt đầu hoạt động mạnh làm tăng

tốc độ phản ứng. Do đó, nếu như giai đoạn gia nhiệt và làm lạnh kéo dài sẽ làm

thay đổi chất lượng sản phẩm.

Cảm quan:

Quá trình thanh trùng làm thay đổi màu sắc, hương vị sản phẩm do sự hình thành

hoạt chất melanoid.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thanh trùng

Thành phần và hàm lượng vi sinh vật:

Các loại sinh vật khác nhau sẽ bị tiêu diệt bởi chế độ nhiệt khác nhau. Do đó, nếu có

chứa nhiều loại vi sinh vật khác nhau thì chế độ xử lý phải làm nghiêm ngặt hơn về nhiệt

độ và thời gian thanh trùng.

Nhiệt độ và thời gian thanh trùng cũng ảnh hưởng bởi hàm lượng vi sinh vật, nếu hàm

lượng vi sinh vật cao, thì nhiệt độ cao và thời gian dài hơn.

Độ balling và độ rượu:

Nếu độ balling và độ rượu tăng thì hệ số dẫn nhiệt tăng do đó thời gian thanh trùng

giảm nhưng nhiệt độ không đổi.

Phương pháp thanh trùng:

Thời gian và nhiệt độ thanh trùng còn phụ thuộc và kích thước và hình dạng vật liệu.

Thể tích bao bì càng nhỏ và mỏng thì quá trình truyền nhiệt càng nhanh, do đó thời gian

gia nhiệt ngắn hơn.



Bia sau khi được thanh trùng sẽ được băng tải vận chuyển theo đường vòng nhằm ổn

định lưu lượng chai trước khi vào thiết bị dán nhãn. Sau đó tiếp tục chạy qua thiết bị in

date tới công đọan kiểm tra thủ công để lọai ra những chai dán nhãn bị lỗi. Chai tiếp tục

chạy tới thiết bị chất két innopack để bốc xếp chai vào két, một lần bố xếp được khoảng

80 chai và tốc độ của máy khoảng 1000-1500két/h .

Rửa két: sau khi đã tách vỏ chai ra khỏi két, két sẽ được băng tải vận chuyển theo

đường riêng tới thiết bị rửa két. Máy phụ nước ở nhiệt độ 60÷700C, với áp lực phun

2,5÷2,8 bar.


tiỂu luẬn cÔng nghỆ lÊn men

Documents