Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men bia

VI SINH THỰC PHẨM
Đề tài:
Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá
trình lên men bia
I. Giới thiệu
II. Tổng quan về vi sinh vật trong quá trình lên
men bia
III. Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên
men bia
IV. Kết luận
Giới thiệu
1. Đặt vấn đề:
Bia là loại nước uống có cồn và gas. Nó là một trong những loại nước uống lâu
đời mà loài người tạo ra. Bia được tạo ra từ các nguyên liệu chính là malt, hoa
houblon và nước. Sau quá trình lên men sẽ cho loại thức uống giàu dinh dưỡng, có
hương thơm đặc trưng, độ rượu nhẹ, tính giải khát cao, vị dịu đắng và lướp bọt mịn
với hàm lượng CO
2
phù hợp. Ngoài việc cung cấp một lượng lớn calo, người dùng
nên uống bia thường xuyên với liều lượng thích hợp sẽ có lợi cho sức khỏe. nó kích
thích quá trình tiêu hóa, giúp ăn ngon miệng, giảm mệt mỏi. Chính vì vậy, mà ngày
nay bia đã trở thành một thức uống không thể thiếu trong cuộc sống.
Với sự yêu thích và mong muốn được học hỏi, khám phá về vai trò của hệ vi sinh
vật trong qua trình lên men bia nên chúng em chọn đề tài: “Ảnh hưởng của vi sinh
vật trong quá trình lên men bia” để làm tiểu luận cho môn học này.
2. Một số khái niệm
Bia là loại nước uống có truyền thống lâu đời, độ cồn thấp, mùi thơm ngon, bổ
dưỡng có giá trị dinh dưỡng cao và đặc biệt là cung cấp hệ enzyme cho tiêu hóa. Đây
là một sản phẩm công nghệ sinh học 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.
Trong đó, lên men là công đoạn quan trọng nhất.

Lên men bia là quá trình chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác
động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Đây là giai đoạn quyết định
cho chất lượng bia và hiệu suất sản xuất.
Mục đích: nhờ tác động của các enzyme trong nấm men chuyển các chất có trong
dịch lên men thành
rượu,CO
2
cùng với những
sản phẩm khác góp phần
tạo mùi, vị đặc trưng cho
bia.
3. Nguyên liệu
3.1 Malt
Là nguyên liệu chính, quyết định chất lượng và tạo hương vị đặc trưng cho bia.
Malt đâị mạch rất giàu dinh dưỡng, chứa khoảng 16-18% các chất có phân tử
lượng nhỏ, dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn giản, dextrin bậc các acid amin,
khoáng, vitamin và đặc biệt là hệ enzyme phong phú: amilase, protease,… Các
enzyme này là tác nhân chủ yếu thủy phân tinh bột, protein cao phân tử trong nội
nhũ của các hạt thành các phân tử nhỏ hơn dễ hòa tan vào nước và tạo thành dịch
chiết của dịch đường
3.2 Hoa houblon
Hoa houblon
là nguyên liệu cơ
bản sau malt đại
mạch, giúp cho
bia có vị đắng,
dịu và hương
thơm đặc trưng,
có khả năng giữ
bọt, làm tăng độ

bền keo và ổn
định thành phần
sinh học của sản
phẩm.
3.3
3.3 Nấm men
3.4 Nước
Nước giữ vai trò rất quan trọng trong qua trình sản xuất bia. Nước được
dùng trong qua trình nấu, quá trình pha loãng dung dịch đường để lên men, dùng
để vệ sinh thiết bị, đường ống, cung cấp nhiệt lượng. Nước là thành phần chiếm
hàm lượng lớn trong bia (77 – 90%). Vì vậy, nước là một nguyên liệu chính trong
quá trình sản xuất bia.
3.5 Các chất phụ gia
Trong sản xuất bia, ngoài các nguyên liệu chính còn phải kể đến nhiều
nguyên liệu phụ như: NaOH, acid (HCl, H
2
SO
4
, acid lactic,…), một số muối
(NaCl, CaCl
2
, Na
2
CO
3
,…) vai trò rất quan trọng. Các nguyên liệu này có thể kể
đến là các hóa chất sử dụng trong công nghệ tẩy rửa, hay các chất sử dụng để tăng
hiệu quả của các công đoạn sản xuất như bột trợ lọc, các chất ổn định, chất tạo
màu,…
4. Quy trình lên men bia

II. Tổng quan về vi sinh vật trong quá trình lên men
bia
1, Nấm men sử dụng trong sản phẩm bia
a) Đặc điểm hình thái và cấu tạo
• Khái quát
Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rộng rãi trong tự
nhiên.
Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không không
thể thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào.
Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống saccharomyces
Có 2 giống chính là men ale (saccharomyces cerevisiae) và men lager
( saccharomyces carlsbergensis)
• Thành phần hóa học
Nấm men ép có chứa 70-75% nước, 25-30% còn lại là chất khô.
Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có Nito
khác chiếm 50%, chất béo 1,6% hydrat cacbon 33,2%, mô tế bào 7,6%, tro 7,6%.
Thành phần những chất này không ổn định, nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi
cấy cũng như quá trình lên men
b) Đặc điểm phân loại nấm men
• Nấm men nổi
Tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành
chuỗi các tế bào nấm men hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc hình oval với kích
thước từ 7 – 10 µm
Đặc điểm :
Sacchromyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, lơ lửng trên
bề mặt là chủ yếu, nhiệt đô lên men từ 10 - 25°C.
Khi quá trình lên men kết thúc, tế bào kết chùm, thành chuỗi tạo lớp dày nổi lên
bề mặt cùng với bọt bia làm cho khả năng tự trong của bia rất chậm, khả năng lắng
yếu nên phải lọc cẩn thận.

• Nấm men chìm
Lên men ở nhiệt độ thấp dùng trong sản xuất bia lager.
Hầu hết các tế bào sau khi nảy chồi thường đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi, hình
dạng chủ yếu là hình cầu.
Thành phần hóa học của tế bào chứa khoảng 75% nước, 15 – 45% protein
của chất khô, 25 – 35% cacbonhydrat, 4 – 7% chất béo, 8 – 9 % chất vô cơ
Đặc điểm
Tế bào sacchromyces carllsbergensis hình ovan, có kích thước 6 – 12 µm,
sinh sản bằng cách nảy chồi.
Rất khó tạo thành bào tử ( nấm men nổi dễ sinh bào tử hơn).
Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ lên men từ 6 – 8%, nấm
men chết ở nhiệt độ 50 – 60°C.
Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị.
Dễ kết lắng và dễ tách lớp.
Dựa vào khả năng kết lắng:
+ Nấm men bụi
+ Nấm men kết bông.
c) Vai trò của nấm men .
Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia.
Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa dịch đường
thành rượu (C
2
H
5
OH) và sinh ra khí CO
2
là thành phần chính của bia, tạo ra các
mùi vị đặc trưng cho sản phẩm, tùy vào loại nấm men mà tạo ra các mùi vị khác
nhau.
**** những nấm men gây hại trong sản xuất beer

a) Saaccharomyces intermedium
Xuất phát từ không khí trong khuôn biên nhà máy beer.Nhiệt độ để hình thành bào
tử là 25°C quá trình này xảy ra trong khoảng 26 giờ. Nấm men tồn tại dưới nhiều
hình dạng khác: hình trứng, oval, cầu và chuối như xúc xích, là nguyên nhân gây
đục beer.
b) Saccharomyces validus
Có khả năng tạo từ ở 25°C trong khoảng thời gian 28 giờ, là nguyên nhân gây đục
bia, thường gặp đi lẫn với nấm men chìm, nhưng tính chất của chúng gần với nấm
men nổi hơn. Hinh dạng hơi giống với Saccharomyces intermedium, song chúng có
vẻ mập hơn.
c) Torula
Đây là nhóm nấm men dại khá gần với nấm men thuộc nhóm Saccharomyces.
Khả năng tạo bào tử của torula yếu, sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi, hiếu khí
tùy tiện và khả năng tạo etanol tối đa là 0,9%, nhưng tạo nhiều este, đặc biệt là
acetatetyl. Thường gặp chúng trong malt tươi, hoặc nền nhà hầm lên men, ở máy hạ
nhiệt độ nhanh Torula làm cho beer đục, có mùi vị đồng thời cản trở quá trình lọc
beer.
d) Psedosaccharocharomyces apiculatus
Là giả nấm men, không tạo bào tử, có hình thái chanh, thường gặp cùng với nấm
men chìm do không có enzyme invectaza và maltaza nên không lên men được
saccaroza và maltoza.
e) Mycoderma cervisiae
Thường gặp trên bề mặt beer sau lên men chính.Ở nhiệt đô khoảng 10°C, chúng
hoạt động rất yêu và gây cho beer có một lớp bọt rất mỏng trên bề mặt. Tế bào có
chiều rất khác nhau, đa dạng, hoạt động trong beer có độ rượu thấp và làm cho beer
có mùi khó chịu.
f) Pichia, candida mycoderma, Hansenula
Phát triển nhanh choosngs dưới sự cso mặt của oxy
Tạo lớp váng trên bề mặt beer.
g) Brettanomyces

Rất chậm phát triển, nhưng nó tạo ra acid và gây ra mùi vị.
2. Cơ chế sinh học của nấm men:
Hầu hết các chủng nấm men đều nhạy cảm với môi trường có nồng độ axit cao, ví
dụ như axit pyruvic giải phóng ra theo con đường EMP. Do vậy, trong quá trình tiến
hoá, tự bản thân chúng đã hình thành một cơ chế “giải độc axit “ bằng cách chuyển
hoá axit pyruvic thành rượu etylic và CO2, rồi sau đó cả hai chất này đều được bài
tiết ra khỏi tế bào nấm men. Kết quả của chuỗi phản ứng này là NADH được tạo
thành trong quá trình glucolytic lại bị ôxy hoá thành dạng NAD , chất này sau đó lại
xuất hiện trong quá trình chuyển hoá glucoza tiếp theo. Bằng cách này, nấm men có
thể liên tục phát triển và chuyển hoá đường, phản ứng tạo thành rượu etylic có thể
viết như sau:

III. Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men
1. Tác động của vi sinh vật trong từng giai đoạn làm bia
1.1 Quá trình nấu – đường hóa hay là quá trình chuẩn hóa dịch nha
Trước khi nấu malt và các nguyên liệu chứa tinh bột khác phải nghiền nhỏ
rồi hòa với nước phần bột malt
Mục đích
Thủy phân một số chất có phân tử lớn thành các chất có phân tử lượng nhỏ
nhờ hệ enzyme có sẵn trong malt, để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát
triển trong quá trình lên men.
Quá trình nấu được qua dàn các thang nhiệt độ thích hợp khác nhau, nhằm
bảo đảm cho các enzyme amylase và protease hoạt động. Ngoài ra người ta còn bổ
sung chế phẩm enzyme termamyl 1201 trong quá trình nấu. Thực chất của quá
trình nấu là quá trình thủy phân tinh bột và protein. Sản phẩm thu được là maltose
và acid amin cùng với các sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân:
Tinh bột  Dextrin  Maltose
Protein  các sabr phẩm trung gian  acid amin
(abumose, peptit, pepton)
Trong quá trình nấu nếu không được xử lí đúng tiêu chuẩn như trên thì các

vi sinh vật sẽ bị ức chế hoạt động.
1.2 Đun sôi dịch đường với hoa houblon
Mục đích
Các vi sinh vật bị tiêu diệt nhờ kháng khuẩn bên trong hoa houblon và nó
cũng làm biến tính các enzyme tang độ bền sinh học của bia
Các acid hữu cơ của hoa houblon hòa tan vào dịch đường làm giảm pH của
dịch thủy phân, phù hợp với pH của nấm men.
Tiêu diệt các enyme xúc tác sinh học.
Khủ trùng dịch lên men ở 100
o
C
Các hợp chất chứa nito trong hoa houblon được đưa vào đun nấu tuy ít về
khối lượng nhưng chất lượng cao. Vì hầu hết chúng là những phân tử thấp, dễ hòa
tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nito quan trọng cho sự phát triển của nấm men
sau này.
1.3 Làm lạnh
Mục đích
Hạ nhiệt độ dịch đường từ 90
o
C về 8
o
C để chuẩn bị cho quá trình lên men
nhằm hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật.
Huyền phù mảnh xuất hiện trong quá trình làm lạnh dịch đường. Khi đó, có
một số chất hòa tan trở thành chất không hòa tan và tạo thành chất kết tủa. Các
huyền phù mảnh sẽ bao phủ trên bề mặt tế bào, hạn chế sự thẩm thấu tế bào, làm
cản trở quá trình sinh lí và sinh hoa của nấm men. Mặt khác nó làm cho bia và làm
giảm độ bền hóa lí của bia.
Khi làm lạnh dịch đường có một lượng nước nhất định bay hơi. Do đó thể
tích của dịch lên men sẽ giảm và nồng độ của nó tăng.

1.4 Quá trình lên men
Mục đích
Nhằm chuyển hóa các chất trong dịch đường thành C
2
H
5
OH, CO
2
và các
phụ phẩm khác. Cần cung cấp oxy cho nấm men phất triển nạnh. Trong giai đoạn
này lượng CO
2
tăng lên rất nhiều, cần thu hồi và để bão hòa CO
2
.
Cơ chế: lên men là quá trình nuôi cấy nấm men với các chủng đặc hiệu,
trong dịch đường malt và các sản phẩm phụ để cho dịch bia được hoàn thiện. Qua
sự trao đổi chất của nấm men, dịch bia có hương vị và độ bền vững cần thiết.
Trong quá trình lên men chuyển đổi cacbohydrat lên men thành ethanol
thông qua con đường EMP. Mặc dù đây là một quá trình kị khí, một quá trình lên
men mạnh thường nhờ sự thông khí của dịch nha trước khi kết hợp với nấm men.
Điều này cung cấp oxy cần thiết cho việc tổng hợp các acid béo không bão hòa và
các thành phần sterol của màng tế bào nấm men.
1.4.1 Giai đoạn lên men chính:
Mục đích
Qúa trình lên men chính thường xảy ra ở nhiệt độ 6-8°C trong 7-12 ngày đối
với bia vàng và khoảng 12-18 ngày đối với bia đen. Tuy nhiên theo công nghệ
hiện đại sau này, quá trình lên men có thể được rút ngắn hơn. Ở quá trình này
nấm men hấp thụ đường và dextrin và chuyển hóa thành rượu etylic, khí CO
2

và
các sản phẩm phụ (như rượu bậc cao). Sản phẩm của quá trình là bia non.
I.4.2 Các biến đổi xảy ra trong lên men chính
Qúa trình lên men chính chia làm 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: nấm men sẽ nảy chồi, phất triển và sinh khối cực đại, nồng độ
chất hòa tan trong dịch đường giảm dần, nhiệt độ tăng dần, xuất hiện nhiều
bóng to và tạo thành một lớp mỏng gồm nhiều bóng khí CO
2
ở bề mặt môi
trường lên men.
Giai đoạn 2: quá trình lên men mạnh nhất bắt đầu chuyển từ lên men hiếu
khí sang lên men kị khí (để tạo CO
2
và C
2
H
5
OH), bọt bia xuất hiện nhiều, nồng
độ chất hòa tan trong dịch đang lên men và nhiệt tăng nhanh hơn, pH giảm từ
5,5-6 xuống còn 4,2-4,5 do sự hình thành một số acid hữu cơ trong quá trình lên
men.
Giai đoạn 3: trong môi trường lên men đang tích lũy nhiều acetyl nhất, khí
CO
2
thoát ra nhiều ngăn không cho nhiệt độ vượt quá nhiệt độ t
omax
.
Giai đoạn 4: cường độ lên men yếu, nồng độ chất hòa tan giảm nhiệt độ ổn
định., tế bào nấm men tạo thành khối lớn, nhỏ khác nhau và lắng xuống đáy
thùng lên men, dịch men trong dần.

Trong qúa trình lên men chính, ngoài sự chuyển hóa các chất hydrat
cacbon, nấm men củng chuyển hóa một số hợp chất khác như: protein, khoáng,
chất béo… từ đó dẫn đến hình thành khá nhiều thành phần phụ trong sản phẩm
bia như: các rượu bậc cao và glycerin, acid hữu cơ, este và andehit, aceton,
diacetyl, H
2
S…
I.4.3 Giai đoạn lên men phụ
Mục đích
Bão hòa CO
2
, tạo hương vị cho bia, ổn định chất lượng bia, làm trong bia,
làm cho bia “chín”, bão hòa CO
2
, tăng khả năng tạo bọt và ức chế sự phát triển
của VSV ngoại lai có hại bị nhiễm vào dịch bia.
Các biển dổi trong lên men phụ:
Trong quá trình lên men phụ một số hợp chất C4 được tạo thành như
axetoin, diaxetin và 2,3-butylenglycol chất này không ảnh hưởng đến bia.
Trong quá trình lên men phụ tuyệt đối không cho oxy xâm nhập vào thùng
lên men, nếu hàm lượng oxi có trong dịch lên men bia 1mg/l thì đã ở mức bắt
đầu xảy ra quá trình tự phân của nấm men. Nếu quá trình nàu xảy ra ít thì hoàn
toàn có lợi cho chát lượng bia. Nhưng nếu quá trình này xảy ra quá mạnh sẽ gây
ra hiện tượng bia bị hư hỏng rất nhanh vì sẽ hình thành rất nhiều mùi khó chịu.
Vì quá trình tự phân là quá trinhfnphaan hủy protein của proteaza của chính
nấm men Saccharomyces cerevisiae
I.5 Lọc và rửa bã
Làm trong sản phẩm bia, lọc tế bào còn sót, làm tăng gia vị cảm quan, ổn định
thành phần bia, tăn gđộ bền sinh học và độ bền keo bia.
I.6 Thanh trùng

Giai đoạn này tùy từng loại bia mà chúng ta có thể thực hiện hay không.
Đối với sản phẩm bia tươi thì bia sau khi lọc xong được chiết ngay tại tank vào
những block.
Còn đối với sản phẩm là bia chai hoặc bia lon trước khi đóng chai, lon ta phải
trải qua công đoạn thanh trùng nhằm mục đích:
Tiêu diệt hay làm yếu cac vi sinh vật có thể gây hại, tăng độ bền cho bia.
2. Sự xâm nhập của vi sinh vật trong một số giai đoạn ảnh hưởng đến chất
lượng bia
2.1 Giai đoạn nấu
Hệ vi sinh vật trong nước là hệ vi sinh vật vô cùng phong phú. Trong giai
đoạn nấu, nếu nước không được xử lí nghiêm ngặt, không đạt chỉ tiêu về vi
sinh thì dịch lên men sẽ bị nhiễm một số vi sinh vật (Escherichia, Enterobacter,
Legionella) gây ảnh hưởng xấu đến quá trình lên men và chất lượng bia.
2.2 Giai đoạn lọc dịch nha
Cả E.coli và Enterobacter phát triển dễ dàng trong dịch nha quá chưa lên
men gây ra vấn đề hương vị khi khi có số lượng cao.
2.3 Giai đoạn lên men
Trong quá trình lên men, nếu tank lên men không được vệ sinh sạch thì
dịch men sẽ bị nhiễm khuẩn làm hư hỏng men gây đình trệ sự lên men.
Xuất hiện Pediococcus, Lactobacillus lên men đường thành acid lactic. Sinh
ra acid, hợp chất diacetyl trong thời gian lên men,làm cho bia có vị chua.
Lactobacillus brevis: là loại vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn lên men acid
lactic. Là một trong những nguyen nhân phổ biến gây hư hỏng cho bia.
Acetobacter chuyển đổi rượu thành acid lactic trong điều kiện có không khí
tạo một lớp ván trên bề mặt, làm cho bia có mùi của giấm.
Obesum-bacterium chuyển đôi đường thành rượu phát triển cùng với nấm
men trong dịch nhưng chất đi đầu trong quá trình lên men, gây ra mùi vị trong
một quá trình lên men rất chậm.
Zymomonas chuyển đổi đường thành acetaldehyte, rượu và hydro sunfua
làm cho bia có mùi trứng thối.

Nếu không điều chỉnh tốt kỹ thuật lên men, có thể làm cho quá trình lên
men ngắn, nhiệt độ xuống quá nhanh do mật độ nấm men quá nhiều hoặc xuất
hiện vi sinh vật gây hại.
2.4 Giai đoạn tạo sản phẩm
Khuôn mẫu sẽ phát triển trong các gói bia trống ( ví dụ như chai) và tại nhà
máy chưa được làm sạch. Nếu điều này xảy ra các mốc sẽ ảnh hưởng đến
hương vị của bia.
Trong giai đoạn đóng chai có thể bị nhiễm Pediococcus, Lactobacillus,
Acetobacter, Zymomonas làm cho bia đục và có vị chua.
V. Kết luận
Cùng với sự phát triển của con người thì thị trường beer cũng ngày càng phát triển,
beer là một loại thức uống có tác dụng giải khát và làm mát, cung cấp năng lượng, CO2
trong beer còn có tác dụng như một chất làm tăng khả năng tiêu hóa của cơ thể, vì trong
đó có C2H5OH nên nếu lạm dụng quá nhiều không tốt cho sức khỏe.Trên thế giới hiện
nay cùng với quy trình làm beer theo công nghệ mới vẫn còn phương thức sản xuất beer
theo phương thức truyền thống mà trong đó vi sinh vật trong beer đóng vai trò rất quan
trong trong tất cả giai đoạn: từ nghiền và nấu malt nếu giai đoạn đường hóa-rửa bã, lọc
thanh trùng cũng như bão hòa C02. Đặc biệt là trong giai đoạn lên men, Bên cạnh đó,
một số vi sinh vật cũng gây hại cho beer cho beer bị đục, bị chua gây hư hỏng beer.
Tóm lại vi sinh vật đóng vai trò đặc biệt quan trọng lên men beer, nó có tác động đến
các giai đoạn và cuối cùng đã góp phần tạo nên một hương vị đặc trưng của beer- một
thức uống bổ ích. Chính vì thế, tất cả chúng ta hãy xem beer như một tinh hoa văn hóa
ẩm thực và để nó trở thành một thức uống bổ ích cho mỗi chúng ta, đừng nên lạm dụng
beer quá nhiều vì nếu uống beer thì chính nó sẽ phá hủy sức khỏe của chúng ta.
* Một số hãng bia: