NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN GEL ALGINATE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN QUỐC HIỀN
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO
SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN GEL ALGINATE
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH, 2012
-
i -

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN QUỐC HIỀN
Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và đồ uống
Mã số chuyên ngành: 62 54 02 01
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn
2. TS. Hoàng Kim Anh
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO

SỬ DỤNG NẤM MEN CỐ ĐỊNH TRÊN GEL ALGINATE
Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
-
ii -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Những kết quả trình bày trong luận án này chưa được một tác giả nào khác công bố

Nghiên cứu sinh







Trần Quốc Hiền

-
iii -

LỜI CẢM ƠN


Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các giảng viên hướng dẫn khoa học là
PGS. TS. Lê Văn Việt Mẫn và TS. Hoàng Kim Anh đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ và
động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cám ơn những người thân trong gia đình đã động viên và tạo
điều kiện cho tôi thực hiện luận án này.
Xin chân thành cám ơn Thầy Ngô Đăng Nghĩa, Viện Công nghệ Sinh học -
Trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã hỗ trợ phân tích các chỉ tiêu hóa lý của chế
phẩm alginate; xin cảm ơn các chuyên viên Phòng phân tích sắc ký, Trung tâm Hóa
dầu, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ phân
tích sắc ký ethanol và một số sản phẩm phụ có trong dịch lên men. Đồng thời xin

gửi lời cảm ơn tới các chuyên viên Phòng thí nghiệm kính hiển vi điện tử, Viện
Công nghệ Hóa học, Trung tâm KHTN & CN QG đã giúp đỡ nhiệt tình trong phần
nghiên cứu về thay đổi hình dạng nấm men dưới tác động của áp lực thẩm thấu và
nồng độ ethanol cao trong quá trình lên men.
Xin gửi lời cám ơn tới Quý thầy cô và các bạn trong Bộ môn Công nghệ thực
phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh đã hết sức giúp đỡ và ủng hộ
trong suốt thời gian thực hiện luận án.


NCS Trần Quốc Hiền





-
iv -

TÓM TẮT LUẬN ÁN

Lên men bia nồng độ cao là kỹ thuật lên men dịch nha với nồng độ chất khô ban
đầu rất cao (> 15
o
Pt), sau đó pha loãng sản phẩm bia thu được để đạt nồng độ
ethanol theo giá trị mong muốn. Sản xuất bia nồng độ cao với nấm men cố định
trong gel alginate sẽ làm giảm khả năng tạp nhiễm vi sinh vật lạ; tăng mật độ tế bào
trong một đơn vị thể tích dịch lên men, tăng số lần tái sử dụng nấm men trong
phương pháp lên men chu kỳ; tiết kiệm chi phí năng lượng, chi phí lao động; tăng
năng suất của thiết bị lên men; giảm bớt lượng nước cần sử dụng trong sản xuất.
Đối với phương pháp lên men chu kỳ, khi nồng độ dịch nha tăng từ 12 lên

28
o
Bx, thời gian lên men sẽ tăng theo. Tuy nhiên thời gian lên men của nấm men cố
định thấp hơn so với nấm men tự do từ 26,2-46,2%. Trong quá trình lên men, nấm
men cố định sinh trưởng tốt hơn và có tỷ lệ tế bào sống cao hơn nấm men tự do.
Nhìn chung, hoạt tính lên men của nấm men cố định luôn tốt hơn nấm men tự do
trong lên men bia nồng độ cao. Đó là do chất mang alginate có khả năng bảo vệ tốt
tế bào nấm men trước tác động của stress áp lực thẩm thấu và stress ethanol.
Sự thay đổi mật độ nấm men và nồng độ alginate trong hạt gel sẽ ảnh hưởng đến
hoạt tính lên men của nấm men cố định khi lên men dịch nha 24
o
Bx từ malt đại
mạch. Khi tăng mật độ nấm men trong hạt gel từ 25x10
6
-100x10
6
tb/mL gel thì tổng
số chu kỳ lên men thực hiện được sẽ giảm, thời gian lên men trung bình và hàm
lượng ethanol trong bia non tăng. Tuy nhiên, tốc độ sinh tổng hợp ethanol sẽ giảm
mạnh. Khi nồng độ alginate trong hạt gel thay đổi trong khoảng 0,5-1,0% w/v, độ
bền gel sẽ yếu, hạt gel sẽ bị dễ vỡ trong quá trình lên men. Do đó, nồng độ alginate
trong khoảng trên không thích hợp để cố định nấm men ứng dụng trong lên men bia
nồng độ cao. Khi nồng độ alginate trong hạt gel thay đổi từ 1,5-3,0%w/v, thời gian
lên men trung bình của các chu kỳ giảm nhẹ nhưng hàm lượng ethanol trung bình
trong bia non và tốc độ sinh tổng hợp ethanol tăng lần lượt từ 9,59 lên 10,22%v/v
và từ 0,47 lên 0,72g/L.h.
Việc tăng tỷ lệ giống cấy để lên men dịch nha 24
o
Bx từ malt đại mạch là không
phải giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế cho quá trình lên men bia nồng độ cao sử

dụng nấm men cố định trong gel alginate. Giải pháp này tuy có rút ngắn được thời
gian lên men chính nhưng sẽ làm cho hàm lượng ethanol trong bia non giảm đi đáng
kể so với mẫu đối chứng. Điều này không có lợi bởi vì hệ số pha loãng sẽ thấp khi
-
v -
pha bia thành phẩm về độ cồn 5%v/v. Đối với giải pháp cung cấp oxy vào dịch nha,
khi thời gian sục không khí tăng từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên thì thời gian lên
men giảm 41,7%; tuy nhiên, hàm lượng ethanol trong bia non giảm 9,5%. Trong
quá trình lên men bia nồng độ cao, thời gian sục khí thích hợp cho dịch nha sau khi
cấy giống là 12 giờ, hàm lượng oxy hòa tan trong dịch lên men trong suốt thời gian
sục khí là 7,5 ppm.
Khi lên men dịch nha 24
o
Bx có 30% suyrup maltose, giải pháp bổ sung tween
80 và ergosterol sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính lên men của nấm men cố định trong gel
alginate. Từ kết quả quy hoạch thực nghiệm, hàm lượng Tween 80 và ergosterol tối
ưu cần bổ sung vào dịch nha lần lượt là 0,3%v/v và 18mg/L. Khi đó, thời gian lên
men chính giảm 22,2% và hàm lượng ethanol trong bia non không thay đổi khi so
sánh với mẫu đối chứng.
Các tế bào nấm men tự do và nấm men cố định trong gel alginate đã chuyển hóa
hoặc hấp thu cả 4 loại đường trong dịch nha là glucose, fructose, saccharose và
maltose trong những giờ lên men đầu tiên. Việc cố định nấm men trong gel Ca-
alginate làm cho các tế bào có thể sử dụng maltotrisoe từ những giờ lên men đầu
tiên, trong khi nấm men tự do chỉ bắt đầu sử dụng maltotriose sau giờ lên men thứ
48. Ngoài ra, hiệu suất sinh tổng hợp ethanol tính theo đường lên men của nấm men
cố định thấp hơn 8,3% so với nấm men tự do. Trong khi đó, hiệu suất sinh tổng hợp
các sản phẩm phụ khác trong bia như glycerol, acid hữu cơ và rượu cao phân tử của
nấm men cố định lần lượt thấp hơn 39,1; 13,7 và 53,8% so với nấm men tự do.
Việc gia tăng tỷ lệ giống cấy từ 1,0x10
7

tb/mL (mật độ giống cấy thông thường)
lên 7,0x10
7
tb/mL (mật độ giống cấy cao) sẽ làm tăng tỷ lệ pha loãng trong phương
pháp lên men liên tục lên 3,2 lần, từ đó làm tăng năng suất sử dụng thiết bị lên men.
Tuy nhiên, việc tăng tỷ lệ giống cấy sẽ làm giảm hàm lượng ethanol trong bia non
nên làm giảm thể tích bia được tạo thành sau khi pha loãng bia về độ cồn 5%. Ngoài
ra, nấm men cố định với tỷ lệ giống cấy cao chỉ có thể sử dụng liên tục trong 24
ngày; trong khi đó nấm men cố định ở tỷ lệ giống cấy thông thường có thể sử dụng
trong 44 ngày. Việc tăng tỷ lệ giống cấy làm giảm hàm lượng các sản phẩm phụ
trong bia non, ngoại trừ diacetyl. Tuy nhiên, hàm lượng acetaldehyde, rượu cao
phân tử và ethylacetate trong bia non sau khi pha loãng về độ cồn 5% ở hai nghiệm
thức 1,0x10
7
tb/mL và 7,0x10
7
tb/mL đều nằm trong ngưỡng cho phép.





-
vi -
MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA i
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CẢM ƠN iii
TÓM TẮT LUẬN ÁN iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐỊNH NGHĨA ix
DANH MỤC CÁC BẢNG xi
DANH MỤC CÁC HÌNH xiii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Tình hình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam 3
1.2. Nấm men bia cố định 4
1.2.1. Định nghĩa 4
1.2.2. Yêu cầu đối với chất mang và phương pháp cố định nấm men bia 4
1.2.3. Chất mang cố định nấm men 5
1.2.4. Phương pháp cố định nấm men 6
1.3. Lên men bia nồng độ cao 9
1.3.1. Định nghĩa 9
1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bia nồng độ cao 9
1.3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô ban đầu trong dịch nha 9
1.3.2.2. Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng trong dịch nha 10
1.3.2.3. Ảnh hưởng của mật độ nấm men gieo cấy ban đầu 10
1.3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng oxy trong dịch nha ban đầu 11
1.3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men 12
1.3.2.6. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol trong dịch lên men 13
1.4. Ứng dụng nấm men cố định trong quá trình lên men bia nồng độ cao 13
1.4.1. Tính chất sinh lý của nấm men cố định 13
1.4.2. Khả năng sử dụng cơ chất 14
1.4.3. Khả năng chịu đựng những yếu tố bất lợi 14
1.4.4. Khả năng sinh tổng hợp các sản phẩm trao đổi chất 15
-
vii -
1.5. Chất mang alginate 16

1.5.1 Cấu trúc của alginic acid 17
1.5.2 Khả năng tạo gel của alginate 17
1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về kỹ thuật lên men bia nồng độ 19

cao sử dụng nấm men cố định trong gel alginate

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 19
1.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 21
1.7.
Nội dung nghiên cứu của luận án 23


CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 26
2.1. Nguyên liệu 26
2.2. Phương pháp nghiên cứu 27
2.2.1. Thiết bị lên men 27
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm 28
2.2.3. Bố trí thí nghiệm 29
2.2.4. Một số quy trình chuẩn bị nguyên liệu cho thí nghiệm 45
2.3. Phương pháp phân tích 46
2.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 47
2.5. Công thức tính toán 48

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50
3.1. Ảnh hưởng của việc cố định tế bào trong gel alginate đến hình thái và 50
khả năng lên men bia nồng độ cao của nấm men cố định
3.1.1. So sánh hoạt tính lên men của nấm men tự do và nấm men cố định khi 50
nồng độ dịch nha thay đổi
3.1.2. Quan sát hình thái của nấm men trong điều kiện stress áp lực thẩm thấu 62
và stress ethanol tăng cao

3.1.3. Xác định mật độ tế bào và nồng độ alginate thích hợp trong 1mL gel để 65
cố định nấm men ứng dụng trong quá trình lên men bia nồng độ cao
3.1.4. Quan sát hình thái hạt gel trong quá trình lên men bia nồng độ cao theo 68
phương pháp chu kỳ
3.1.5. So sánh hoạt tính lên men của nấm men cố định và nấm men tự do 70
trong quá trình tái sử dụng để lên men bia nồng độ cao theo phương
pháp chu kỳ
3.2. Nghiên cứu ứng dụng nấm men cố định để lên men dịch nha 24
o
Bx từ 75
malt đại mạch
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến khả năng lên men của 75
-
viii -
nấm men cố định
3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của thời gian sục khí trong giai đoạn đầu của 84
quá trình lên men đến khả năng lên men của nấm men cố định
3.3. Sử dụng nấm men cố định để lên men dịch nha có bổ sung thế liệu syrup 93
maltose
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thế liệu đến hoạt tính lên men của nấm 93
men cố định trong quá trình lên men bia nồng độ cao
3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp bổ sung Tween 80 vào dịch nha 98
đến hoạt tính lên men của nấm men cố định
3.3.3. Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp bổ sung ergosterol vào dịch nha 100
đến hoạt tính lên men của nấm men cố định
3.3.4. Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp bổ sung kết hợp Tween 80 và 102
ergosterol đến hoạt tính lên men của nấm men cố định
3.3.5. Thiết lập phương trình cân bằng vật chất của quá trình lên men chính 110
khi sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do
3.4. Bước đầu thử nghiệm sử dụng nấm men cố định lên men dịch nha có bổ 118

sung thế liệu bằng phương pháp lên men liên tục.
3.5. So sánh các phương án lên men bia nồng độ cao sử dụng nấm men cố định 126
trong gel alginate

KẾT LUẬN 129
KIẾN NGHỊ 131

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO 133















-
ix -
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐỊNH NGHĨA


A. CHỮ VIẾT TẮT

-
o
Bx: Độ Brix
-
o
Pt: Độ Plato
- DEAE: Diethylaminoethyl
- DCM (Delignified cellulose materials): Nguyên liệu cellulose đã tách lignin
- EDTA: Ethylen diamin tetraacetic acid
- FAN (Free amino nitrogen): Nitơ amin tự do
- SEM (Scanning electron microscope): Kính hiển vi điện tử quét
- VDK: Vicinal diketones
- YE (Yeast extract): Chất chiết nấm men
- YPC (Yeast peptide complex): Hỗn hợp peptide được trích ly từ nấm men
- M/G: Tỷ lệ D-mannuronic acid/L-guluronic acid của chế phẩm alginate

B. ĐỊNH NGHĨA
- Độ Brix: là đơn vị đo hàm lượng đường hòa tan trong dung dịch. Một độ
Brix tương ứng với 1 gam saccharose hòa tan trong 100 gam dung dịch ở
20
o
C. Theo lý thuyết, 1
o
Bx tương đương với 1
o
Pt và tương đương với
1%w/w.
- Nấm men cố định: là nấm men được gắn trên chất mang hoặc được nhốt
trong chất mang hoặc có vị trí hoạt động bị giới hạn trong một vùng không
gian nhất định của bình lên men nhưng vẫn có khả năng duy trì được hoạt

tính trao đổi chất.
- Khả năng sinh trưởng thực của nấm men hay số lượng tế bào nấm men
sinh trưởng thực: là hiệu số giữa tổng số tế bào nấm men cực đại trong quá
trình lên men bia và số lượng tế bào nấm men gieo cấy ban đầu.
-
x -
- Lên men bia nồng độ cao: là kỹ thuật lên men dịch nha với nồng độ chất
khô ban đầu rất cao (>15
o
Pt), sau đó pha loãng sản phẩm bia thu được để đạt
nồng độ ethanol theo giá trị mong muốn.
- Độ lên men: là tỷ lệ giữa hàm lượng đường khử đã được nấm men sử dụng
và hàm lượng đường khử ban đầu của dịch nha. Độ lên men được tính theo
đơn vị là phần trăm khối lượng (%w/w).
- Lên men chính: là quá trình chuyển hóa dịch nha thành bia non. Phần lớn
các đường lên men trong dịch nha sẽ được chuyển hóa thành ethanol, CO
2
,
aldehyde, rượu cao phân tử, ester, acid hữu cơ
-
Bia non: là bia được hình thành sau quá trình lên men chính.

- Tỷ lệ pha loãng: là tỷ lệ giữa lưu lượng dịch nha được bơm vào bình lên
men và thể tích sử dụng của bình lên men. Trong phương pháp lên men liên
tục chemostate, lưu lượng dịch nha được bơm liên tục vào bình lên men sẽ
bằng với lưu lượng dịch lên men được tháo liên tục ra khỏi bình.

-
xi -
DANH MỤC CÁC BẢNG

trang
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Bảng 1.1: Các phương pháp và chất mang cố định ứng dụng trong lên men bia 7

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Bảng 2.1: Một số chỉ tiêu chất lượng của malt sử dụng trong luận án 26
Bảng 2.2 Ma trận thực nghiệm trong phương án cấu trúc có tâm, trực giao bậc 2 42
– hai yếu tố.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Bảng 3.1: Mật độ tế bào cực đại và tỷ lệ sống sót của nấm men tự do và nấm men 50

cố định khi quá trình lên men kết thúc (Nồng độ dịch nha thay đổi từ 12 đến 28
o
Bx)
Bảng 3.2: Nồng độ của một số sản phẩm phụ trong bia non (mg/L) sau khi pha loãng 61
về 5% ethanol khi sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do với nồng độ dịch
nha thay đổi từ 12-28
o
Bx.
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của mật độ tế bào nấm men trong 1mL gel đến hoạt tính lên men 65
của nấm men cố định với dịch nha 24
o
Bx (Thời gian khảo sát là 150 ngày)
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ alginate trong 1mL gel alginate-nấm men đến khả 66
năng lên men của nấm men cố định với dịch nha 24
o
Bx
Bảng 3.5: Thời gian lên men và hàm lượng ethanol có trong bia non theo phương pháp 71
lên men chu kỳ khi sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do
Bảng 3.6: Nồng độ của một số sản phẩm phụ trong bia non (mg/L) trong quá trình 74
tái sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do
Bảng 3.7: Nồng độ của một số sản phẩm phụ trong bia non (mg/L) khi sử dụng nấm 91
men cố định và thời gian sục khí thay đổi (dung dịch bia non được pha loãng với
hàm lượng ethanol là 5%v/v)
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ thế liệu syrup maltose đến quá trình lên men dịch nha 94
24
o
Bx với nấm men cố định trong gelalginate.
Bảng 3.9: Nồng độ của một số sản phẩm phụ trong bia non (mg/L) khi lên men dịch 97
nha 24
o

Bx, sử dụng sử dụng thế liệu maltose syrup với các tỷ lệ khác nhau
Bảng 3.10:
Ảnh hưởng của việc bổ sung Tween 80 vào dịch nha trong quá trình lên men 99
bia n
ồng độ cao sử dụng nấm men cố định trong gel alginate
(Dịch nha 24
o
Bx có sử
-
xii -
dụng 30% thế liệu syrup maltose)

Bảng 3.11:
Ảnh hưởng của việc bổ sung ergosterol vào dịch nha trong quá trình lên men bia 101
nồng độ cao sử dụng nấm men cố định trong gel alginate (Dịch nha 24
o
Bx có sử dụng 30%
thế liệu syrup maltose)

Bảng 3.12. Ma trận bố trí thí nghiệm và kết quả quy hoạch thực nghiệm ảnh hưởng 102
của Tween 80 và ergosterol đến quá trình lên men bia nồng độ cao sử dụng
nấm men cố định trong gel alginate
Bảng 3.13: Coefficient, effects, standard errors and P-value đối với hàm mục tiêu 103
là hàm lượng ethanol trong bia non (Y
E
) khi sử dụng phương pháp quy hoạch
thực nghiệm. hàm lượng ethanol trong bia non (Y
E
) sử dụng phương pháp
quy hoạch thực nghiệm.

Bảng 3.14: Nồng độ của một số sản phẩm phụ trong bia non (mg/L) khi sử dụng nấm 109
men cố định trong lên men bia nồng độ cao với sự bổ sung thành phần Tween 80 và
ergosertol (dung dịch bia non được pha loãng với hàm lượng ethanol là 5%v/v).
Bảng 3.15: Thành phần acid amin trong dịch nha (mg/100g) và trong bia non (mg/100g)114
được lên men bởi nấm men cố định trong gel alginate và nấm men tự do (Dịch nha
24
o
Bx, tỷ lệ thế liệu syrup maltose là 30%).
Bảng 3.16: Tỷ lệ thành phần nguyên tố của nấm men bia, các đường lên men, 115
các acid amin trong dịch nha, rượu cao phân tử và acid hữu cơ trong bia non
khi lên men bia nồng độ cao sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do.
Bảng 3.17: Lượng cơ chất đã được nấm men sử dụng hoặc hàm lượng sản phẩm do 116
nấm men sinh ra trong bia non trong quá trình lên men bia nồng độ cao sử dụng nấm
men cố định trong gel alginate và nấm men tự do.
Bảng 3.18: Số mole cơ chất hoặc sản phẩm tính theo 1 mole đường lên men trong quá 116
trình lên men bia nồng độ cao sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do.
Bảng 3.19: Hiệu suất (%) tổng hợp sinh khối và sản phẩm tính theo đường lên men 117
trong quá trình lên men bia nồng độ cao sử dụng nấm men cố định và nấm men tự do.
Bảng 3.20: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến khả năng lên men liên tục của nấm men 121
cố định trong gel alginate
Bảng 3.21: Nồng độ của một số sản phẩm trong bia non (mg/l) khi sử dụng nấm men 125
cố định và mật độ giống cấy thay đổi (dung dịch bia non được pha loãng với
hàm lượng ethanol là 5%v/v)

-
xiii -
DANH MỤC CÁC HÌNH


trang

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Hình 1.1: Sản lượng bia của Việt Nam từ năm 2003 đến năm 2010 3
Hình 1.2: Phân tử acid aginic 17
Hình 1.3: Sự hình thành gel của alginate với Ca
2+
18

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Hình 2.1: Bình lên men sử dụng cho phương pháp lên men chu kỳ 28
Hình 2.2: Hạt gel có chứa nấm men sử dụng trong luận án 28
Hình 2.3: Bình lên men sử dụng cho phương pháp lên men liên tục 29
Hình 2.4: Quy trình cố định nấm men trong gel alginate 46

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Hình 3.1: Tốc độ sử dụng đường khử của nấm men tự do và nấm men cố định khi 53
nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.2: Tốc độ sử dụng FAN của nấm men tự do và nấm men cố định khi nồng độ 54
chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.3: Tốc độ sinh ethanol của nấm men tự do và nấm men cố định khi nồng độ 55
chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.4: Thời gian lên men của nấm men tự do và nấm men cố định khi nồng độ 57
chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o

Bx
Hình 3.5: Nồng độ diacetyl trong bia non khi sử dung nấm men tự do và nấm men 58
cố định khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.6: Nồng độ acetaldehyde trong bia non khi sử dung nấm men tự do và nấm 59
men cố định khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.7: Nồng độ propanol trong bia non khi sử dung nấm men tự do và nấm men 60
cố định khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.8: Nồng độ isoamyl alcohol trong bia non khi sử dung nấm men tự do và nấm 60
men c
ố định khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
-
xiv -
Hình 3.9: Nồng độ ethyl acetate trong bia non khi sử dung nấm men tự do và nấm men 61
cố định khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha thay đổi 12-28
o
Bx
Hình 3.10: Hình ảnh của nấm men cố định và nấm men tự do được chụp bởi SEM. 63
Nồng độ Alginate trong hạt gel là 2,5% (w/v) và mật độ nấm men là 5,0x10
7
tb/mL
gel: (A
1

) (B
1
) và (C
1
): hình ảnh ban đầu của nấm men tự do, nấm men cố định trên bề
mặt của hạt gel và bên trong của hạt gel; (A
2
) (B
2
) và (C
2
) hình ảnh của nấm men tự do,
nấm men cố định trên bề mặt của hạt gel và bên trong của hạt gel sau 30 phút tiếp xúc
với dung dịch sorbitol (24
o
Bx); (A
3
), (B
3
) and (C
3
) hình ảnh của nấm men tự do, nấm
men cố trên bề mặt của hạt gel và bên trong của hạt gel sau 30 phút tiếp xúc với dung
dịch ethanol (10% v/v).
Hình 3.11: Tế bào nấm men S. cerevisiae cố định trong gel alginate được chụp bởi 70
SEM. Nồng độ alginate là 2,5% (w/v) và mật độ nấm men ban đầu là 5,0x10
7
tb/mL
gel: (a
1

) và (a
2
) bề mặt bên ngoài và mặt cắt bên trong hạt gel trước lên men; (b
1
) và
(b
2
) bề mặt bên ngoài và mặt cắt bên trong hạt gel sau một chu kỳ lên men; (c
1
) và (c
2
)
bề mặt bên ngoài và mặt cắt bên trong hạt gel sau 5 tháng lên men (hạt gel được tái sử
dụng 30 chu kỳ trong lên men bia nồng độ cao).
Hình 3.12: Sự biến đổi mật độ tế bào trong quá trình lên men khi mật độ giống cấy 75
thay đổi từ 1,0 đến 4,0x10
7
tb/mL (dịch nha 24
o
Bx & được nấu từ malt đại mạch)
Hình 3.13: Sự biến đối hàm lượng đường khử trong quá trình lên men chính, sử dụng 78
dịch nha 24
o
Bx và mật độ nấm men thay đổi từ 1,0 x10
7
tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.14: Sự biến đối FAN trong quá trình lên men chính, sử dụng dịch nha 24
o

Bx 79
và mật độ nấm men thay đổi từ 1,0 x10
7
tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.15: Tốc độ trung bình sử dụng cơ chất của nấm men cố định khi mật độ tế bào 79
gieo cấy thay đổi từ 1,0 x10
7
tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.16: Sự biến đổi nồng độ ethanol trong quá trình lên men chính khi mật độ 80
giống cấy thay đổi từ 1,0 x10
7
tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.17: Tốc độ sinh ethanol và nồng độ ethanol trong bia non khi mật độ tế bào 81
gieo cấy thay đổi từ 1,0 x10
7
tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.18: S
ự biến đổi nồng độ diacetyl ethanol trong bia non khi mật độ tế bào 83
-
xv -
gieo cấy thay đổi từ 1,0 x10
7

tb/mL đến 4,0x10
7
tb/mL
Hình 3.19: Sự biến đổi mật độ tế bào trong quá trình lên men chính khi thời gian 85
sục khí đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.20: Sự biến đổi hàm lượng đường khử của canh trường trong quá trình lên 86
men chính khi thời gian sục khí thay đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.21: Tốc độ trung bình sử dụng cơ chất của nấm men trong quá trình lên men 87
chính khi thời gian sục khí thay đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.22: Sự biến đổi hàm lượng FAN của canh trường trong quá trình lên men 88
chính khi thời gian sục khí thay đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.23: Sự Sự biến đổi hàm lượng ethanol của canh trường trong quá trình lên men 89
chính khi thời gian sục khí thay đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.24: Tốc độ sinh ethanol và nồng độ ethanol trong bia non khi thời gian sục 90
khí đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.25: Sự biến đổi hàm lượng diacetyl của canh trường trong quá trình lên men 91
chính khi thời gian sục khí thay đổi từ 0 đến 20 giờ lên men đầu tiên
Hình 3.26: Sự biến đổi hàm lượng đường khử của canh trường trong quá trình lên 95
men chính khi tỷ lệ thế liệu thay đổi 0-45% (w/w)
Hình 3.27: Sự biến đổi hàm lượng FAN của canh trường trong quá trình lên men 96
chính khi tỷ lệ thế liệu thay đổi 0-45% (w/w)
Hình 3.28: Nồng độ ethanol trong bia non trong thí nghiệm tối ưu hóa quy hoạch 104
thực nghiệm (Y: nồng độ ethanol (%v/v), X
1
: hàm lượng Tween 80 (%v/v) bổ
sung vào dịch nha và X
2
: hàm lượng ergosterol (mg/L) bổ sung vào dịch nha.
Hình 3.29: Sự biến đổi mật độ tế bào nấm men của canh trường trong quá trình lên 105
men khi dịch nha được bổ sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) ergosterol

(Dịch nha 24
o
Bx với tỷ lệ thế liệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men cố
định trong gel alginate).
Hình 3.30: Sự biến đổi hàm lượng đường khử của canh trường trong quá trình lên 106
men khi dịch nha được bổ sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) ergosterol
(Dịch nha 24
o
Pt với tỷ lệ thế liệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men
cố định trong gel alginate).
Hình 3.31: Sự biến đổi hàm lượng FAN trong quá trình lên men khi dịch nha được bổ 106
sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) ergosterol (Dịch nha 24
o
Bx với tỷ lệ thế
li
ệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men cố định trong gel alginate).
-
xvi -
Hình 3.32: Sự biến đổi nồng độ ethanol của canh trường trong quá trình lên men 107
khi dịch nha được bổ sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) ergosterol (Dịch
nha 24
o
Bx với tỷ lệ thế liệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men cố định
trong gel alginate)
Hình 3.33: Sự biến đổi nồng độ diacetyl của canh trường trong quá trình lên men 107
khi dịch nha được bổ sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) (Dịch nha 24
o
Bx
với tỷ lệ thế liệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men cố định trong gel alginate)
Hình 3.34: Sự biến đổi nồng độ một số sản phẩm phụ của canh trường trong quá trình 109

lên men khi dịch nha được bổ sung 0,3%(v/v) Tween 80 và 0,18 (mg/L) (Dịch nha
24
o
Bx với tỷ lệ thế liệu syrup maltose 30%w/w, sử dụng nấm men cố định
trong gel alginate)
Hình 3.35: Sự thay đổi hàm lượng các đường lên men trong quá trình lên men bia 111
nồng độ cao khi sử dụng nấm men tự do (Dịch nha 24
o
Bx, tỷ lệ thế liệu syrup
maltose là 30%)
Hình 3.36: Sự thay đổi hàm lượng các đường lên men trong quá trình lên men bia 111
nồng độ cao khi sử dụng nấm men cố định trong gel alginate (Dịch nha 24
o
Bx,
tỷ lệ thế liệu syrup maltose là 30%)
Hình 3.37: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến sự biến đổi mật độ tế bào tự do trong 119
dịch lên men trong quá trình lên men liên tục
Hình 3.38: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến sự biến đổi hàm lượng ethanol trong 122
dịch lên men trong quá trình lên men liên tục
Hình 3.39: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến sự biến đổi hàm lượng diacetyl trong 123
dịch lên men trong quá trình lên men liên tục
Hình 3.40: Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến sự biến đổi hàm lượng ethyl aceate, 124
rượu cao phân tử và acetaldehyde trong dịch lên men trong quá trình lên men liên tục

-
xvii -


- 1 -
MỞ ĐẦU

Bia được con người sản xuất và sử dụng từ 7000 năm trước công nguyên. Thành
phần hóa học chính của bia gồm có nước, ethanol và CO
2
. Ngoài ra, bia còn chứa
nhiều loại muối vô cơ và hơn 800 hợp chất hữu cơ khác [1]. Hiện nay, nguyên liệu
chính để sản xuất bia là malt đại mạch, thế liệu, hoa houblon và nước [2], [3].
Sản phẩm bia đã trở nên phổ biến trên toàn cầu. Nhu cầu về bia của người tiêu
dùng và sự cạnh tranh sản xuất của các doanh nghiệp ngày càng gia tăng. Hiện nay,
các nhà sản xuất đã và đang tìm nhiều giải pháp để nâng cao năng suất và chất
lượng bia.
Trong nhóm kỹ thuật mới được áp dụng để gia tăng năng suất sản xuất bia thì kỹ
thuật lên men bia nồng độ cao ngày càng trở nên phổ biến [4], [5].
Thành công của kỹ thuật lên men bia nồng độ cao phụ thuộc vào khả năng của
nấm men bia chịu được 2 kiểu stress: stress áp lực thẩm thấu do nồng độ chất khô
tăng cao trong dịch nha ban đầu và stress ethanol do nồng độ ethanol tăng cao trong
dịch lên men. Hiện nay, việc sản xuất bia nồng độ cao đã được triển khai ứng dụng
ở nhiều nơi trên thế giới và hàm lượng chất khô có thể gia tăng đến 18-24
o
Pt [6],
[7], [8].
Trong những năm gần đây, có rất nhiều loại vật liệu được sử dụng để cố định
nấm men như các polymer (alginate, agar, gelatin, κ-carrageenan, chitosan, pectin,
polyacrylamide, epoxy resin, silica sol) và vật liệu xốp (dăm bào, đá núi lửa, vải

cotton, mẫu thủy tinh xốp, ceramic, diatomite). Alginate là vật liệu được sử dụng
phổ biến nhất để cố định tế bào. Nedovic & cộng sự (2005) cho rằng có hơn 80%
các nghiên cứu trên thế giới về cố định tế bào đã sử dụng chất mang alginate [9].
Dựa trên kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, hãng Proenol-Industria
Biotechnologica, Ltd (Bồ Đào Nha) đã thương mại hóa các chế phẩm nấm men cố
định trong gel alginate để ứng dụng trong sản xuất ethanol, bia và rượu vang với các
sản phẩm như ProDessert
®
QA23 (S. bayanus), ProRestart
®
QA23 (S. bayanus),
ProDessert
®
BA11 (S. cerevisiae), ProELIF
®
DV10 (S. bayanus) và ProRestart
®

DV10 (S. bayanus) [10], [11]. Trong lĩnh vực sản xuất bia, chế phẩm nấm men cố

- 2 -
định trong gel alginate được sử dụng chủ yếu trong quá trình lên men bia truyền
thống với dịch nha từ malt đại mạch có nồng độ chất khô dao động trong khoảng
10-12
o
Pt [12], [12], [14], [15].
Ở nước ta hiện nay, ngành công nghiệp Bia-Rượu-Nước giải khát đã được quy
hoạch phát triển thành một ngành kinh tế mạnh. Các doanh nghiệp sản xuất bia
trong nước đã và đang từng bước hiện đại hóa công nghệ để nâng cao sản lượng bia
sản xuất. Một số công ty bia ở Việt Nam như Tổng công ty Bia-Rượu-Nước giải

khát Sài Gòn và công ty Bia Việt Nam đã áp dụng kỹ thuật sản xuất bia nồng độ cao
với hàm lượng chất khô từ 13-16
o
Pt, sử dụng thế liệu gạo chiếm từ 20-30%. Cần
lưu ý là các nhà máy sản xuất bia Việt Nam áp dụng kỹ thuật lên men bia nồng độ
cao với hàm lượng chất khô thấp hơn nhiều so với thế giới và chưa sử dụng nấm
men cố định trong quy trình sản xuất bia nồng độ cao.
Dựa trên những phân tích về nhu cầu thị trường, tình hình nghiên cứu và sản
xuất bia trong nước, cũng như định hướng phát triển của ngành bia trong những
năm tới, chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu quá trình lên men bia nồng độ cao sử
dụng nấm men cố định trong gel alginate nhằm mục đích nâng cao năng suất sản
xuất, tiết kiệm nhân công, năng lượng và chi phí đầu tư cho ngành công nghiệp sản
xuất bia.











- 3 -
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Tình hình phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam
Hiện nay, Việt Nam có khoảng 350 nhà máy sản xuất bia và tiếp tục tăng về số
lượng. Trong số này, có hơn 20 nhà máy đạt công suất trên 20 triệu lít/năm; 15 nhà

máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít/năm và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất
dưới 1 triệu lít/năm. Lượng bia Việt Nam sản xuất tăng dần trong những năm qua:
từ 1,29 tỷ lít trong năm 2003 tăng đến 2,7 tỷ lít trong năm 2010 (Hình 1.1).

Mức tiêu thụ bia bình quân đầu người của Việt Nam vào năm 2010 là 28 lít/năm,
tương đối thấp so với Hàn Quốc, Nhật Bản (43 lít/năm) và Ireland, Đức, Séc (88
lít/năm). Mức tiêu thụ bia ở nước ta dự kiến sẽ gia tăng trong thời gian tới nhờ vào
mức thu nhập của người dân tăng lên và sự thay đổi tập quán uống (chuyển từ uống
rượu sang uống bia) của người dân ở nhiều vùng nông thôn… [16]









Ở nước ta hiện nay, ngành Bia-Rượu-Nước giải khát đã được quy hoạch phát
triển thành một ngành kinh tế quan trọng. Bộ trưởng Bộ Công thương đã ra quyết
định số 2435 vào năm 2009, theo đó đến năm 2015 sản lượng bia đạt khoảng 4,0 tỷ
lít với lượng vốn đầu tư dự kiến cho ngành khoảng 18.042 tỷ đồng và đến năm 2025
sản lượng sản xuất đạt 6,0 tỷ lít với lượng vốn đầu tư dự kiến khoảng 24.056 tỷ
đồng [17].
1.29
1.37
1.50
1.70
1.90
2.00

2.40
2.70
0.0
1.0
2.0
3.0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Năm sản xuất
Sản lượng (Tỷ lít/năm)
Hình 1.1: Sản lượng bia của Việt Nam từ năm 2003 đến năm 2010 [16]

- 4 -
1.2. Nấm men bia cố định
1.2.1. Định nghĩa
Nấm men cố định là nấm men được gắn trên chất mang hoặc được nhốt trong
chất mang hoặc có vị trí hoạt động bị giới hạn trong một vùng không gian nhất định
của bình lên men nhưng vẫn có khả năng duy trì được hoạt tính trao đổi chất [18].
Cố định nấm men là sự mô phỏng những gì xảy ra trong tự nhiên khi nấm men
phát triển trên bề mặt hoặc bên trong cấu trúc vật liệu tự nhiên [19]. Nấm men cố
định có thể được sử dụng với những mục đích khác nhau trong quá trình lên men
bia như lên men chính hoặc lên men phụ trong phương pháp lên men bia truyền
thống, lên men bia không cồn hoặc bia có độ cồn thấp, lên men bia nồng độ cao [9],
[19], [20].
Trong quá trình lên men bia, việc sử dụng nấm men cố định có những thuận lợi
như: Ổn định hoạt tính lên men của nấm men trong một khoảng thời gian dài [21],
[22], [23]; tăng mật độ tế bào trong một đơn vị thể tích dịch lên men [24], [25]; sử
dụng phương pháp lên men liên tục [24], [25]; tăng số lần tái sử dụng nấm men
trong phương pháp lên men chu kỳ [26]; giảm khả năng tạp nhiễm của vi sinh vật
[27]; tăng năng suất của thiết bị lên men [24].
Tuy nhiên, sử dụng nấm men cố định có một số nhược điểm như: Một số loại

chất mang có thể giới hạn sự truyền khối của cơ chất và sản phẩm trao đổi chất
[24]; cấu trúc của chất mang có thể bị thay đổi và/hoặc phá vỡ trong quá trình lên
men [24].
1.2.2. Yêu cầu đối với chất mang và phương pháp cố định nấm men bia
Chất mang cố định nấm men bia phải thỏa mãn một số yêu cầu như: Có diện tích
bề mặt lớn và có khả năng kết dính tế bào; có khả năng chứa lượng sinh khối nấm
men càng cao càng tốt; có độ bền cao về vật lý (cơ học, áp lực thẩm thấu, nhiệt độ),
hóa học và sinh học; độ xốp của chất mang tương đối đồng nhất và cho phép cơ
chất, sản phẩm trao đổi chất và khí di chuyển dễ dàng trong quá trình lên men; chất
mang dễ bảo quản và tái sinh, không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và được
người tiêu dùng dễ dàng chấp nhận [9], [18], [24], [28].

- 5 -
Yêu cầu chung của phương pháp cố định nấm men bia là phải đơn giản, chi phí
thấp và phù hợp với quy mô sản xuất, không gây tạp nhiễm vi sinh vật có hại; nấm
men có khả năng phát triển tốt và hoạt động ổn định trên hoặc trong chất mang
trong thời gian dài; dễ dàng tách chất mang với nấm men cố định ra khỏi dịch lên
men [9], [18], [24], [28].
1.2.3. Chất mang cố định nấm men bia
Chất mang cố định nấm men bia thường là những polymer tự nhiên, polymer
tổng hợp hoặc các vật liệu vô cơ có trong tự nhiên [18].
1.2.3.1. Chất mang vô cơ
Chất mang vô cơ có ưu điểm là chi phí thấp và đa dạng về chủng loại. Vật liệu
vô cơ được sử dụng để cố định nấm men là polygorskite, montmorilonite,
hydromica, porcelain xốp, đá bọt [18], hạt γ-alumina [29], [30], [31], ceramic [32]
và hạt thủy tinh xốp [5], [26], [33], [34], [35].
1.2.3.2. Chất mang hữu cơ


 Chất mang tổng hợp

Chất mang hữu cơ tổng hợp có thành phần hóa học ổn định, phổ biến nhất là
màng hoặc vòng polyethylene, hạt gel polyvinyl alcohol, polyacrilamide,
polyurethane và polyethylenimine [18], [36], [37].


 Chất mang tự nhiên
Chất mang hữu cơ tự nhiên đa dạng về cấu trúc, chi phí thấp, an toàn và được
người tiêu dùng chấp nhận làm vật liệu cố định tế bào [18], [20]. Các loại chất
mang tự nhiên để cố định nấm men bia được phân thành 3 nhóm:
• Nhóm chất mang giàu cellulose gồm có vỏ trấu, than từ thân cây bắp, thân
tre, thân cây cọ [38], [39]; xơ mướp [40]; dăm bào [41]; mẫu táo [42], [43], [44],
[45]; mẫu quince (Cotoneum malum)

[44], [46]; mẫu lê [46], [47], vỏ nho [48],
[49]; vỏ cam [50], mẫu sung [51]; bã mía [39], [52]; bã malt [20], [42], [53], [54],
[55], [56]; DEAE cellulose và cellulose đã tách lignin DCM [18], [22], [43], [57],
[58], [59], [60], [61], [62], [63], [64].

- 6 -
• Nhóm chất mang giàu các thành phần polysaccharides khác là agar [13],
[65]; alginate [13], [15], [66], [67], [68]; chitosan [69], [70]; pectin [66], [68], [71]
và κ-carrageenan [13], [19], [66], [68], [72], [73], [74].
• Chất mang tự nhiên giàu protein gồm có hạt gluten [59], [75] và gelatin [76].
1.2.4. Phương pháp cố định nấm men bia
Phương pháp cố định nấm men có thể được chia thành bốn nhóm chính [25]:
• Cố định nấm men trên bề mặt chất mang rắn
Nấm men được gắn trên bề mặt vật liệu rắn là nhờ vào các tương tác vật lý như
liên kết tĩnh điện, liên kết ion, liên kết kỵ nước [77] hoặc liên kết cộng hóa trị giữa
tế bào và bề mặt chất mang [18], [78], [79], [80].
Chất mang rắn sử dụng trong cố định tế bào bằng phương pháp hấp phụ có thể là

vật liệu bản chất là cellulose [49], [54], [55], [56], [81], [82], [83], [84], [85], [86];
vật liệu bản chất là protein [59] và vật liệu là dẫn xuất silicat [18], [35], [83], [87].
• Nhốt nấm men bên trong vật liệu xốp
Nấm men được nhốt bên trong cấu trúc mạng lưới nhằm ngăn cản sự khuếch tán
tế bào ra môi trường xung quanh nhưng vẫn cho phép chúng phát triển sinh khối và
trao đổi chất [18], [78]. Sự phát triển của tế bào trong chất mang phụ thuộc vào độ
xốp của vật liệu và khả năng khuếch tán của các chất dinh dưỡng có trong môi
trường [18], [88].
Để cố định nấm men bia, người ta thường sử dụng gel polysaccharides như
alginate, κ-carrageenan, agar, chitosan, polygalacturonic; gel protein như gelatin,
collagen hoặc gel polymer tổng hợp như polyvinyl alcohol [13], [15], [18], [66],
[79], [89], [90], [91].
• Hai phương pháp: kết bông tế bào [18], [77], [92] và giữ tế bào trong
màng bán thấm [18], [80] rất ít được sử dụng để lên men bia.


- 7 -

• Phương pháp hấp phụ nấm men trên bề mặt chất mang rắn
Chất mang Lượng nấm men cố định Thông số kỹ thuật/phương pháp lên men Tài liệu tham khảo
Bã malt 0,43 gam tb/gam bã malt Bã malt đã được xử lý loại bỏ phần tinh bột; lên men liên tục [54]
0,55 gam tb khô/gam bã malt khô nt [55]
0,65 gam tb khô/gam bã malt khô nt [1]
0,4 gam tb/gam bã malt nt [81]
0,63gam tb khô/gam bã malt khô nt [11]
0,33 gam tb/gam bã malt nt [21]
DEAE-cellulose 28 gam tb/L cellulose Lên men tĩnh, lên men liên tục [68]
Hạt gluten 0,42gam tb ướt/10 hạt gluten Hạt gluten (Ø 1.5-2 mm) lên men liên tục [59]
Sponge 1,0x10
9

tb/gam chất mang ướt Khối sponge (0,8x0,8x0,8cm); lên men tĩnh [93]
Hạt thủy tinh xốp 5,0x10
6
tb/hạt Hạt thủy tinh (Ø 3 mm, Ø lỗ xốp 10-20 µm; lên men tĩnh [35]
Hạt ceramic 1,0x10
8
tb/gam chất mang Hạt ceramic (Ø 8 mm, tính chất xốp 58%, d=0,8g/cm
3
; lên men tĩnh
có tuần hoàn dịch nha
[94]
• Phương pháp nhốt tế bào trong chất mang xốp
Ca-alginate 1,0x10
9
tb/mL gel Hạt gel (Ø3mm, 25g/L Na-alginate, 0.1 M CaCl
2
); lên men tĩnh [95]
1,0x10
9
tb/mL gel Hạt gel (Ø3mm, 25g/L Na-alginate, 0.1 M CaCl
2
); lên men liên tục [66]
2,0x10
7
tb/mL gel Hạt gel (Ø0,3-0,6mm, 2% Na-alginate); lên men tĩnh [37]
0,16 gam tb/mL gel Hạt gel (Ø3mm, 1% Na-alginate, 0.05 M CaCl
2
); lên men liên tục [96]
1,0x10
9

tb/mL gel Hạt gel (Ø2mm, 25g/L Na-alginate, 0,1% CaCl
2
); lên men tĩnh [15]

Bảng 1.1: Các phương pháp và chất mang cố định nấm men ứng dụng trong lên men bia