Các biến đổi trong quá trình lên men chính – Công nghệ sản xuất Bia

Lên men chính là công đoạn cực kỳ quan trọng trong công nghệ sản xuất bia. Đây là công đoạn có nhiều biến đổi quan trọng để hình thành nên các đặc tính cảm quan hấp dẫn của loại đồ uống phổ thông này. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu nhé!

Biến đổi sinh học

• Giai đoạn sinh trưởng hiếu khí: Đây là giai đoạn đầu của quá trình lên men. Ở giai đoạn này, nấm men nảy chồi và phát triển nhanh chóng, 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 oxy và nồng độ đường thấp. Quá trình lên men chuyển dần từ kiểu lên men hiếu khí (để tăng sinh khối) sang lên men kỵ khí (len men rượu tạo C₂H₅OH, CO₂ và một số sản phẩm phụ khác).

Biến đổi vật lý

Nhiệt độ lên men:

• Trong quá trình lên men chính yếu tố nhiệt độ đóng vai trò rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ lên men và từ đó ảnh hưởng đến chất lượng bia.
• Nhiệt độ trong quá trình lên men tăng dần do quá trình trao đổi chất của nấm men có kèm theo hiện tượng giải phóng nhiệt. Do đó, để đảm bảo nhiệt độ luôn ổn định người ta thường điều chỉnh nhiệt độ trong quá trình lên men một cách tự động, hay bán tự động bằng cách tiếp khí CO₂ lạnh vào tank, khuấy đảo để giảm nhiệt độ.
• Khi đón dịch vào tank lên men thì nhiệt độ điều chỉnh là 12°C, sau mẻ dịch cuối cùng 12h thì tăng nhiệt độ lên 16°C. Khi nhiệt độ tank ổn định ở 16°C thì tiếp giống, giống được tiếp vào tank ở nhiệt độ 18°C, ổn định sau 2h thì hạ nhiệt độ xuống 16°C để tiến hành lên men chính.
• Thực tế thì nhiệt độ đặt tự động trong tank và nhiệt độ thực luôn chênh lệch nhau, do đó, khi mực chênh lệch quá cao thì tiến hành tiếp khí CO₂ lạnh và khuấy đảo để hạ nhiệt độ trong tank.
• Tank lên men có hai tầng nhiệt khác nhau, phía trên của tank lên men nhiệt độ cao hơn phía dưới (hình phễu), mặc dù nhiệt độ đặt là như nhau, nhưng nhiệt độ thật thì thay đổi.
• Kết thúc quá trình lên men chính thì hạ nhiệt độ từ từ xuống 4°C tạo điều kiện cho quá trình lắng men và chuẩn bị cho lên men phụ.

Áp suất lên men:

• Quá trình lên men thì áp suất của tank lên men sẽ tăng dần do giải phóng lượng CO₂ trong quá trình phân giải glucose, và quá trình tiếp CO₂ lạnh để điều chỉnh nhiệt độ vì thế tank lên men trang bị hệ thống điều áp tự động.
• Áp suất lên men luôn duy trì ở 1atm, mặc dù áp suất luôn dao động, tuy nhiên không lớn.
• Áp suất của tank lên men trong quá trình đón dịch là 0.4atm.

Biến đối hoá sinh

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

• Sự thủy phân các loại đường disacharide, trisacharide,… thành glucose dưới tác dụng của một số enzym tương ứng như: maliase, invertase, melibiase,…
• Chuyển hóa glycose thành etanol và CO₂. Ngoài ra còn chuyển hóa các loại đường khác thành các loại rượu như propylic, izopropylic, amilic…
• Sự tổng hợp vật chất tế bào từ glucose thành glucogen cũng có thể xảy ra trong quá trình sinh trưởng và phát triển của nấm men.

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. Người ta dựa vào sự thay đổi Balling làm thông số điều khiển quá trình lên men. Độ Balling trước quá trình lên men là 130Balling (Độ Balling nguyên thủy). Tùy theo từng loại bia mà kết thúc quá trình lên men chính và lên men phụ có độ Balling khác nhau.
• 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 acid H₂CO₃ (do CO₂ sinh ra trong quá trình lên men hòa tan vào nước), sự vận chuyển ion H+ qua màng tế bào và hình thành nên các acid hữu cơ. Trong quá trình trao đổi chất của nấm nem như acetic, acid, formic, acid lactic, acid citric,…
• Sự thay đổi hàm lượng khoáng chất trong quá trình lên men, nấm men đã sử dụng một số kim loại cần cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men như: Ca²⁺; Mg²⁺; Fe²⁺; Mn²⁺; Co²⁺; K⁺; Ni²⁺ và Zn²⁺. Dịch nha được xem là nguồn cung cấp các thành phần khoáng cần thiết cho nấm men. Vì vậy, trong quá trình nấu dịch nha cần bổ xung thêm Ca²⁺ và Zn²⁺.
• 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 khí ở 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, palyphenol, 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. Những bọt này có xu hướng thoát lên trên bề mặt tạo nên sự khuấy trộn trong quá trình lên men.
• Sự hòa tan khí CO₂: Độ hòa tan của CO₂ trong dịch lên men thấp hơn trong nước đồng thời hàm lượng CO₂ 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.
• Ngoài ra, sự tự khuấy đảo dịch lên men còn diễn ra bởi sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình giữ ổn định nhiệt.

FOODNK