Sử dụng kỹ thuật lên men tĩnh có bổ sung cơ chất (FED BATCH) trong quá trình lên men bia nồng độ cao

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VÕ THỊ VĨNH PHÚC

SỬ DỤNG KỸ THUẬT LÊN MEN TĨNH CĨ BỔ SUNG CƠ
CHẤT (FED-BATCH) TRONG Q TRÌNH
LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO
Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm và đồ uống

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2010


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học
PGS.TS LÊ VĂN VIỆT MẪN

Cán bộ chấm nhận xét 1
TS. HOÀNG KIM ANH

Cán bộ chấm nhận xét 2
TS. TRẦN BÍCH LAM

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 02 tháng 02 năm 2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày 2 tháng 2 năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: VÕ THỊ VĨNH PHÚC

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 04/04/1983

Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và đồ uống

MSHV: 01108475

1- TÊN ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG KỸ THUẬT LÊN MEN TĨNH CĨ BỔ SUNG CƠ
CHẤT (FED-BATCH) TRONG Q TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát ảnh hưởng của chất dinh dưỡng bổ sung vào dịch nha ban đầu đến động
học quá trình lên men tĩnh có bổ sung cơ chất
- Khảo sát ảnh hưởng của chất dinh dưỡng bổ sung vào dịch châm đến động học
q trình lên men tĩnh có bổ sung cơ chất
- So sánh ảnh hưởng của chất dinh dưỡng bổ sung vào dịch nha ban đầu và vào dịch
châm đến động học q trình lên men tĩnh có bổ sung cơ chất
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH


Lời cảm ơn
Em xin chân thành cảm ơn Thầy Lê Văn Việt Mẫn đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là các thầy cô
trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã dạy dỗ và truyền đạt kiến
thức, kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình học tập. Em xin cảm
ơn các thầy cô ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn đã giúp đỡ và
tạo điều kiện cho em hoàn thành các thí nghiệm của luận văn.
Xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã luôn động viên và giúp
đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Tp Hồ Chí Minh tháng 1 năm 2010

Võ Thị Vónh Phúc


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong nghiên cứu này, kỹ thuật lên men fed-batch được sử dụng để thực hiện
quá trình lên men bia nồng độ cao. Dịch nha ban đầu có nồng độ chất khô 20oBx
(dịch nha được nấu từ 100% malt đại mạch, sau đó bổ sung high maltose syrup theo
tỉ lệ 40% chất khô). Dịch châm là dịch nha có nồng độ chất khơ 28oBx (dịch châm
cũng được nấu từ 100% malt đại mạch, sau đó bổ sung high maltose syrup theo tỉ lệ
40% chất khô); được châm vào giờ lên men thứ 96 theo tỉ lệ 1:1 về thể tích. Chúng
tơi khảo sát ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng bổ sung vào dịch nha ban đầu và
vào dịch châm đến động học quá trình lên men. Các thí nghiệm đã tiến hành gồm:


Khảo sát ảnh hưởng của chất chiết nấm men hoặc Tween 80 –

Ergosterol bổ sung riêng lẻ vào dịch nha ban đầu đến động học quá trình lên men.


Khảo sát ảnh hưởng của chất chiết nấm men hoặc Tween 80 –

Ergosterol bổ sung riêng lẻ vào dịch châm đến động học quá trình lên men.


So sánh ảnh hưởng của việc bổ sung kết hợp chất chiết nấm men,

Tween 80 và Ergosterol vào dịch nha ban đầu và vào dịch châm đến động học quá
trình lên men.
Kết quả cho thấy : Bổ sung kết hợp các chất dinh dưỡng giúp đẩy nhanh quá
trình lên men hơn so với khi bổ sung riêng lẻ từng chất. Ngoài ra, nếu bổ sung chất

dinh dưỡng vào dịch nha ban đầu, thời gian lên men được rút ngắn hơn 24 giờ so
với khi bổ sung vào dịch châm và 48 giờ so với mẫu đối chứng không bổ sung.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ......................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO
2.1. KHÁI NIỆM ........................................................................................................ 4
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO ĐẾN
SINH LÝ VÀ KHẢ NĂNG LÊN MEN CỦA NẤM MEN ..................................... 6

2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO ĐẾN
CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ..................................................................................11

2.4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ
CAO
2.4.1. Sử dụng chủng nấm men phù hợp .......................................................... 14
2.4.2. Bổ sung chất dinh dưỡng vào môi trường lên men ................................ 15
2.4.3. Sử dụng tỉ lệ giống cấy cao .................................................................... 21
2.4.4. Sục oxy hòa tan (DO) vào dịch lên men ..................................................30
2.4.5. Tăng nhiệt độ lên men .............................................................................32
2.4.6. Sử dụng nấm men cố định ...................................................................... 33
2.4.7. Sử dụng kỹ thuật lên men fed-batch ....................................................... 37

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NGUYÊN LIỆU ......................................................................................................... 40
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mục đích và nội dung nghiên cứu ..................................................................... 40
Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................... 41
Quy trình cơng nghệ sản xuất bia trong nghiên cứu .......................................... 46

Các phương pháp phân tích ............................................................................... 50


CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH LÊN MEN TĨNH ..............................55
4.2. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT DINH DƯỠNG BỔ SUNG VÀO
DỊCH NHA BAN ĐẦU ĐẾN ĐỘNG HỌC Q TRÌNH LÊN MEN CHÍNH CĨ
BỔ SUNG THÊM CƠ CHẤT
4.2.1. Bố trí thí nghiệm .....................................................................................60
4.2.2. Kết quả ....................................................................................................62
4.2.3. Kết luận .................................................................................................. 80
4.3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT DINH DƯỠNG BỔ SUNG VÀO
DỊCH CHÂM ĐẾN ĐỘNG HỌC Q TRÌNH LÊN MEN CHÍNH CĨ BỔ SUNG
CƠ CHẤT
4.3.1. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................81
4.3.2. Kết quả .....................................................................................................82
4.3.3. Kết luận ................................................................................................... 96
4.4. SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT DINH DƯỠNG BỔ SUNG VÀO DỊCH
NHA BAN ĐẦU VÀ VÀO DỊCH CHÂM ĐẾN ĐỘNG HỌC Q TRÌNH LÊN
MEN CHÍNH CĨ BỔ SUNG CƠ CHẤT
4.4.1. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................97
4.4.2. Kết quả .....................................................................................................98
4.4.3. Kết luận ................................................................................................. 111

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................114


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của nồng độ dịch nha (12 – 30% w/w) đến một số thông số của q

trình lên men chính. Nhiệt độ lên men là 13oC (Pátková và cộng sự, 2000) ....................... 7
Bảng 2.2. Kết quả phân tích bia thành phẩm đã pha lỗng về độ cồn 5% (v/v) sau quá trình
lên men các dịch nha có nồng độ chất khơ ban đầu khác nhau. Dịch nha 12 oP được nấu từ
100% malt. Các dịch nha có nồng độ cao hơn được điều chỉnh nhờ bổ sung high
syrup maltose. Quá trình lên men được thực hiện trên quy mô pilot (35 L dịch nha),
nhiệt độ 14oC, tỷ lệ giống cấy 12.5 triệu tế bào/mL, nồng độ oxy ban đầu 10 mg/L. Khi
quá trình lên men kết thúc, bia được bảo quản lạnh trong 2 tuần ở 10oC (Macaig và cộng
sự, 1992) ............................................................................................................................. 12
Bảng 2.3 . Kết quả phân tích một số chất tạo hương từ bia non được lên men từ dịch
nha 12oP và 18 oP sử dụng các chủng nấm men khác nhau (Blieck và cộng sự, 2007) .... 13
Bảng 2.4. Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm peptide có nguồn gốc từ nấm men (YPC)
đến sinh khối và thành phần tế bào nấm men khi lên men dịch nha 19oP (dịch nha 12oP
được bổ sung high syrup maltose). Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị lên men
theo mô hình của Hiệp hội bia Châu Âu, nhiệt độ lên men 21oC (Dillemans và cộng sự,
2001) ................................................................................................................................... 17
Bảng 2.5. Ảnh hưởng của hàm lượng FAN ban đầu đến thành phần protein của tế bào nấm
men sau 120 giờ lên men. Dịch nha 16oP được nấu từ malt và thế liệu bắp, nguồn nitơ bổ
sung là chất chiết nấm men. Quá trình lên men được thực hiện ở 14oC, tỷ lệ giống cấy 80
triệu tế bào/mL (O’Connor-Cox và cộng sự, 1990) ........................................................... 23
Bảng 2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy và nồng độ dịch nha ban đầu đến khả năng sống
sót của nấm men sau 0,5 giờ. Dịch nha 11,5oP được nấu từ malt và thế liệu bắp, hiệu chỉnh
nồng độ chất khô bằng dung dịch high syrup maltose. Quá trình lên men được thực hiện ở
14oC (Casey G. P. và cộng sự, 1984) ................................................................................. 24
Bảng 2.7. Tỉ lệ tế bào sống sót khi kết thúc q trình lên men ở các tỷ lệ giống cấy ban
đầu khác nhau khi lên men dịch nha 16oP (dịch nha được nấu từ 100% malt). Quá trình lên
men được thực hiện trong Erlen 1000 chứa 800 mL môi trường, nhiệt độ lên men 10oC,
quá trình lên men kết thúc khi 80% lượng đường được sử dụng (Erten H, 2007) ............ 25


Bảng 2.8. pH, độ đắng, nồng độ ethanol, glycerol và các hợp chất bay hơi sau quá trình lên

men dịch nha 15oP với tỉ lệ giống cấy khác nhau (Verbelen và cộng sự, 2008b) ............. 28
Bảng 2.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấy đến hàm lượng rượu bậc cao, ester và hợp chất
carbonyl của quá trình lên men dịch nha nồng độ 16oP (Erten và cộng sự, 2007) ............ 29
Bảng 2.10. Ảnh hưởng của sự sục khí oxy đến hàm lượng cồn và diacetyl của bia thành
phẩm khi lên men dịch nha có nồng độ 22oP của chủng nấm men Saccharomyces
cerevisiae LCC 2021. Quá trình lên men được thực hiện trong bình 3L, nhiệt độ lên men
14,5oC (Jones H. L. và cộng sự, 2007) .............................................................................. 32
Bảng 2.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men đến số tế bào cực đại và số tế bào nấm men ở
giờ lên men thứ 120. Dịch nha sử có nồng độ 27% (w/v) (Casey và cộng sự, 1984) ....... 33
Bảng 2.12. Các thông số của quá trình lên men dịch nha nồng độ chất khô ban đầu 12 30% (w/w) ở 13oC, sử dụng nấm men chìm Saccharosemyces cerevisiae cố định trong gel
alginate (Pátková và cộng sự, 2000) .................................................................................. 34
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật cho các biến đổi hóa sinh trong quá trình nấu dịch nha ...... 47
Bảng 4.1. Thời gian lên men và tốc độ sử dụng đường khử trung bình của nấm men trong
q trình lên men chính dịch nha 20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban
đầu khơng được bổ sung chất dinh dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28oBx (40% thế liệu high
maltose syrup), được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ
khác nhau ........................................................................................................................... 87
Bảng 4.2. Tốc độ sinh tổng hợp cồn trung bình và nồng độ cồn cuối q trình lên men
chính dịch nha 20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ
sung chất dinh dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28oBx (40% thế liệu high maltose syrup),
được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau ....... 92


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sự thay đổi hình thái của tế bào nấm men chìm khi tiếp xúc với dung dịch
sorbitol 20% trong 15 phút (Pratt và cộng sự, 2003) ............................................................ 8
Hình 2.2. Sự trương phồng của khơng bào nấm men trong môi trường dịch nha 20oP
(100% malt) (Pratt và cộng sự, 2007) .................................................................................. 9
Hình 2.3. Sự sinh trưởng của nấm men khi lên men kỵ khí dịch nha nồng độ 27% có và
khơng bổ sung các chất dinh dưỡng (Casey và cộng sự, 1984) ......................................... 19

Hình 2.4. Sự thay đổi nồng độ chất khơ trong q trình lên men kỵ khí dịch nha nồng độ
27% có và khơng bổ sung chất dinh dưỡng (Casey và cộng sự, 1984) ............................. 19
Hình 2.5. Ảnh hưởng của việc bổ sung các chất dinh dưỡng vào dịch nha nồng độ 27% đến
quá trình lên men bán kỵ khí (Casey và cộng sự, 1984) .................................................... 20
Hình 2.6. Lượng FAN được nấm men sử dụng trong quá trình lên men dịch nha 15 oP với
tỉ lệ giống cấy khác nhau (Verbelen P. J. và cộng sự, 2008b) ........................................... 22
Hình 2.7. Thời gian lên men dịch nha có nồng độ 12 – 23 oP với tỉ lệ giống cấy khác nhau
(Suihko M.L, 1993) ........................................................................................................... 26
Hình 2.8. Hàm lượng nitơ tự do trong bia non sau khi lên men dịch nha có nồng độ ban
đầu 12-30% (w/w) (sau khi đã pha lỗng về bia có nồng độ 12%) sử dụng nấm men tự do
và nấm men cố định (Pátková và cộng sự, 2000) .............................................................. 35
Hình 2.9. Tốc độ sinh tổng hợp ethanol và thời gian lên men khi lên men dịch nha có nồng
độ ban đầu 12-28oBx sử dụng nấm men tự do và nấm men cố định. (Tran Quoc Hien và
cộng sự, 2007) .................................................................................................................... 35
Hình 2.10. Hàm lượng trehalose tối đa tích lũy trong tế bào nấm men tự do và nấm men cố
định trong gel alginate trước khi gieo cấy và trong quá trình lên men của các dịch nha có
nồng độ từ 12 – 30% (w/w) ở 13oC (Pátková và cộng sự, 2000) ...................................... 36
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................... 41
Hình 3.2. Sơ đồ quy trình sản xuất bia non sử dụng trong nghiên cứu ............................. 46
Hình 3.3. Giản đồ quá trình nấu dịch nha trong nghiên cứu ............................................. 48


Hình 4.1. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men trong q trình lên men chính dịch nha có
nồng độ chất khô 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup) .............................................. 55
Hình 4.2. Sự thay đổi hàm lượng chất khơ trong q trình lên men chính dịch nha có nồng
độ chất khô 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup) ...................................................... 56
Hình 4.3. Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong q trình lên men chính dịch nha nồng
độ chất khô 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup) ...................................................... 57
Hình 4.4. Sự thay đổi hàm lượng nitơ amin tự do trong q trình lên men chính dịch nha
có nồng độ chất khô 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup) 59

Hình 4.5. Sự thay đổi hàm lượng ethanol trong q trình lên men chính dịch nha có nồng
độ chất khô 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup) ...................................................... 59
Hình 4.6. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men trong q trình lên men chính dịch nha 20
o

Bx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm men

hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế
liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ....................................... 62
Hình 4.7. Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men chính dịch nha 20
o

Bx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm men

hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28oBx (40% thế
liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ....................................... 66
Hình 4.8. Tốc độ sử dụng đường khử trung bình trong q trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm
men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28oBx (40%
thế liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ................................. 67
Hình 4.9. Sự thay đổi hàm lượng Nitơ amin tự do trong q trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm
men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40%
thế liệu high maltose syrup), khơng được bổ sung chất dinh dưỡng ................................. 69
Hình 4.10. Lượng nitơ amin tự do được nấm men sử dụng trong q trình lên men chính
dịch nha 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất
chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ
28oBx (40% thế liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ............ 70

Hình 4.11. Sự thay đổi hàm lượng ethanol trong quá trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm men
hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế
liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ....................................... 72
Hình 4.12. Tốc độ sinh tổng hợp ethanol trung bình trong q trình lên men chính dịch nha
20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm
men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40%
thế liệu high maltose syrup), khơng được bổ sung chất dinh dưỡng ................................. 74
Hình 4.13. Sự thay đổi pH trong q trình lên men chính dịch nha 20 oBx (40% thế liệu
high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và
Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose
syrup), khơng được bổ sung chất dinh dưỡng .................................................................... 76
Hình 4.14. Sự thay đổi hàm lượng diacetyl trong quá trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu được bổ sung chất chiết nấm men
hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế
liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh dưỡng ....................................... 78
Hình 4.15. Hàm lượng diacetyl trong bia non đã pha lỗng về độ cồn 5% của q trình lên
men chính dịch nha 20 oBx (sử dụng 40% thế liệu high maltose syrup), dịch nha ban đầu
được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau. Dịch
châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), không được bổ sung chất dinh
dưỡng ................................................................................................................................. 79
Hình 4.16. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men trong q trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ sung chất dinh
dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung
chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................. 83
Hình 4.17. Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong quá trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ sung chất dinh
dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung
chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................. 85
Hình 4.18. Sự thay đổi hàm lượng nitơ amin tự do trong q trình lên men chính dịch nha

20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ sung chất dinh


dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung
chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................. 89
Hình 4.19. Hàm lượng nitơ amin tự do được nấm men sử dụng trong q trình lên men
chính dịch nha 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ
sung chất dinh dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup),
được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau ....... 90
Hình 4.20. Sự thay đổi hàm lượng ethanol trong quá trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ sung chất dinh dưỡng.
Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung chất chiết
nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................................. 91
Hình 4.21. pH dịch lên men trong quá trình lên men chính dịch nha 20 oBx (40% thế liệu
high maltose syrup). Dịch nha ban đầu không được bổ sung chất dinh dưỡng. Dịch châm
có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung chất chiết nấm men
hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................................................. 93
Hình 4.22. Sự thay đổi hàm lượng diacetyl trong q trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu khơng được bổ sung chất dinh dưỡng.
Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high maltose syrup), được bổ sung chất chiết
nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .............................................. 95
Hình 4.23. Hàm lượng diacetyl trong bia non đã pha loãng về độ cồn 5% trong q trình
lên men chính dịch nha 20 oBx (sử dụng 40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban
đầu không được bổ sung chất dinh dưỡng. Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu
high maltose syrup), được bổ sung chất chiết nấm men hoặc Tween 80 và Ergosterol với tỉ
lệ khác nhau ....................................................................................................................... 96
Hình 4.24. Sự thay đổi số lượng tế bào nấm men trong quá trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ..................................................................................................... 98

Hình 4.25. Sự thay đổi hàm lượng đường khử trong q trình lên men chính dịch nha
20oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ................................................................................................... 100


Hình 4.26. Tốc độ sử dụng đường khử trung bình trong q trình lên men chính dịch nha
20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ................................................................................................... 102
Hình 4.27. Sự thay đổi hàm lượng nitơ amin tự do trong quá trình lên men chính dịch nha
20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ................................................................................................... 103
Hình 4.28. Lượng nitơ amin tự do được nấm men sử dụng trong q trình lên men chính
dịch nha 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế
liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm
men, Tween 80 và Ergosterol .......................................................................................... 105
Hình 4.29. Sự thay đổi hàm lượng ethanol trong quá trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ................................................................................................... 106
Hình 4.30. Tốc độ sinh tổng hợp ethanol trung bình trong q trình lên men chính dịch nha
20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol ................................................................................................... 108
Hình 4.31. Sự thay đổi hàm lượng diacetyl trong q trình lên men chính dịch nha 20 oBx
(40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ 28 oBx (40% thế liệu high
maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung chất chiết nấm men,
Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau .................................................................... 109

Hình 4.32. Hàm lượng diacetyl trong bia non đã pha loãng về độ cồn 5% sau q trình lên
men chính dịch nha 20 oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch châm có nồng độ
28oBx (40% thế liệu high maltose syrup). Dịch nha ban đầu hoặc dịch châm được bổ sung
chất chiết nấm men, Tween 80 và Ergosterol với tỉ lệ khác nhau ................................. 110


-1-

Chương 1

GIỚI THIỆU
Bia là loại đồ uống có độ cồn thấp và giàu dinh dưỡng. Nó là sản phẩm của
quá trình lên men ethanol nhờ nấm men từ nguyên liệu chính là malt, hoa houblon,
nước. Bia có các tính chất cảm quan rất hấp dẫn: hương thơm đặc trưng, vị đắng
dịu, lớp bọt trắng mịn, hàm lượng CO2 khá cao (4 – 5 g/L) nên rất được ưa chuộng.
Theo số liệu của các DN, hiện tại, mức tiêu thụ bia bình qn đầu người của
Việt Nam là 18 lít/năm, mức tiêu thụ này chỉ bằng 1/2 so với Hàn Quốc và bằng
1/6-1/7 so với Ireland, Đức, Séc. Tuy nhiên, với mức thu nhập của người dân tăng
lên cộng với sự thay đổi tập quán uống (chuyển từ uống rượu tự nấu sang uống bia)
của người dân ở nhiều vùng nông thơn… thì vào năm 2010, mức tiêu thụ bia bình
qn đầu người của Việt Nam ước sẽ tăng tới 28 lít/năm.
Trên thực tế, sản lượng bia ở Việt Nam đã tăng nhanh trong thời gian qua từ
1.29 tỷ lít năm 2003 tăng lên 1.37 tỷ lít năm 2004 (gấp 2 lần so với năm 1997); 1.5
tỷ lít năm 2005; 1.7 tỷ lít trong năm 2006; 1.9 tỷ lít trong năm 2007 (tăng 19.1%);
dự kiến 2008 sẽ vượt 2 tỷ lít (Theo Hiệp hội Rượu - Bia - Nước giải khát Việt Nam,
nửa đầu năm 2008, tăng trưởng bia vẫn ở mức 14%), và dự báo đến năm 2010 tổng
sản lượng bia trong nước ước đạt 2.7 tỷ lít, tăng 45% so với năm 2007
Bên cạnh đó, tháng 5/2007, Bộ Cơng nghiệp đã ra Quyết định số
18/2007/QĐ-BCN duyệt điều chỉnh, bổ sung Quy hoạch tổng thể phát triển ngành
Bia - Rượu - Nước giải khát Việt Nam đến năm 2010; mục tiêu cụ thể là đạt sản

lượng bia 3,5 tỷ lít vào năm 2010 [11].
Trước tình hình nhu cầu về bia tăng nhanh cả về số lượng và chất lượng, việc
nâng cao sản lượng ở các nhà máy sản xuất bia là rất cần thiết nhưng vấn đề về vốn
đầu tư gặp nhiều khó khăn. Mặt khác, do đặc điểm thời tiết, mức tiêu thụ bia giữa
các mùa ở nước ta không cân đối. Thực tế đã cho thấy nhiều nhà máy bia bị quá


-2-

công suất trong mùa hè, không đáp ứng đủ nhu cầu người tiêu dùng trong khi vào
mùa đông lại tiêu thụ chậm. Sử dụng phương pháp lên men nồng độ cao là giải pháp
tốt giúp các nhà máy nâng cao năng suất tức thời trong mùa hè mà vẫn giữ được
chất lượng bia [13]
Bia truyền thống thường được lên men từ dịch nha có nồng độ chất khơ 10–
12oP và sản phẩm cuối có độ cồn là 4 – 5% (v/v). Sản xuất bia nồng độ cao là thực
hiện quá trình lên men dịch đường có nồng độ chất khơ cao hơn mức thông thường
(thường là 16 – 18oP). Bia nồng độ cao sau đó được pha lỗng với nước vô trùng đã
khử oxy đến khi đạt được hàm lượng cồn cuối cùng theo yêu cầu (Boulton C. and
Quain D, 2001). Kỹ thuật này lần đầu tiên được giới thiệu ở Hoa Kỳ vào những
năm 50 của thế kỷ 20 sau đó lan rộng khắp thế giới. Hiện nay, cơng nghệ sản xuất
này đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới như ở Mehico, các nước
Nam Mỹ, Nam Phi....
Lên men nồng độ cao có nhiều ưu điểm như tăng hiệu quả sử dụng thiết bị
nấu và thiết bị lên men, tăng năng suất dây chuyền hiện tại lên khoảng 20 – 30%;
tiết kiệm chi phí vận hành và chi phí đầu tư cơ bản ban đầu; có thể sử dụng thế liệu
với tỷ lệ cao, đặc biệt là sử dụng đường và siro, do đó giảm được nguyên liệu nhập
ngoại; cải thiện một số tính chất của bia thành phẩm như hương vị, độ bền keo.
Tuy nhiên, kỹ thuật lên men bia nồng độ cao vẫn có một số nhược điểm như:
giảm độ bền bọt của bia thành phẩm, áp lực thẩm thấu của dịch nha và nồng độ
ethanol cao làm giảm khả năng sống sót và phát triển của nấm men, tỉ lệ sử dụng thế

liệu cao gây ra sự thiếu hụt một số chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển và làm
chậm quá trình lên men.
Để khắc phục các nhược điểm trên, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số giải
pháp kỹ thuật như: sử dụng các chủng nấm men chịu được áp lực cao, bổ sung chất
dinh dưỡng vào dịch nha, tăng tỷ lệ giống cấy, tăng nhiệt độ lên men, sử dụng nấm
men cố định và sử dụng kỹ thuật lên men fed-batch.


-3-

Kỹ thuật lên men fed-batch là quá trình lên men tĩnh trong đó cơ chất được
bổ sung thêm (một lần hay nhiều lần) vào bình lên men, sản phẩm được tháo ra một
lần khi quá trình lên men kết thúc (Yamane T. và Shimizu S., 1984). Khi bắt đầu
quá trình lên men, người ta chỉ châm môi trường vào một phần thể tích thiết bị lên
men và cấy giống. Cơ chất sẽ được bổ sung sau đó khi vi sinh vật đã hấp thu gần hết
lượng cơ chất ban đầu. Như vậy ta có thể tăng được tổng hàm lượng cơ chất trong
bình lên men, tạo ra nhiều sản phẩm hơn mà vẫn duy trì nồng độ cơ chất nhỏ suốt
quá trình lên men, hạn chế sự gia tăng áp lực thẩm thấu lên màng tế bào vi sinh vật.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của việc bổ sung chất
dinh dưỡng vào dịch nha trong quá trình lên men bia nồng độ cao sử dụng kĩ thuật
fed-batch.


-4-

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT LÊN
MEN BIA NỒNG ĐỘ CAO
2.1. KHÁI NIỆM

Bia truyền thống thường được lên men từ dịch nha có nồng độ chất khơ 10–
12oP và sản phẩm cuối có độ cồn là 4 – 5% (v/v). Sản xuất bia nồng độ cao là quá
trình lên men dịch đường có nồng độ chất khơ cao hơn mức thông thường (thường
là 16 – 18oP). Bia nồng độ cao sau đó được pha lỗng với nước vơ trùng đã khử oxy
đến khi đạt được hàm lượng cồn cuối cùng theo yêu cầu (Boulton C. và
Quain D., 2001).
Kỹ thuật lên men bia nồng độ cao có những ưu điểm sau:


Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị nấu và thiết bị lên men, tăng năng suất

dây chuyền hiện tại lên khoảng 20 – 30% (Boulton C. và Quain D., 2001; Almeida
R. B. và cộng sự, 2001; Reilly D. I., 2004)


Giảm chi phí nhà xưởng, trang thiết bị, năng lượng và chi phí nhân

cơng trên một đơn vị bia thành phẩm cũng như giảm nguồn vốn đầu tư ban đầu, do
đó có thể giảm giá thành sản phẩm (Dievorst J., 2006; Silva D. P và cộng sự, 2008;
Boulton C. và Quain D., 2001; Almeida R.B và cộng sự, 2001; Reilly D.I và cộng
sự, 2004; Fernández S. và cộng sự, 1986; Blieck L. và cộng sự, 2007; Dragone G.
và cộng sự, 2004; McCaig R. và cộng sự, 1992)


Có thể sử dụng thế liệu với tỷ lệ cao, đặc biệt là sử dụng đường và

siro, do đó giảm được nguyên liệu nhập ngoại (Reilly D.I và cộng sự, 2004;
Dragone G. và cộng sự, 2004; Viện nghiên cứu rượu bia nước giải khát )

-5-



Nồng độ ethanol cao tạo thành sau khi lên men thúc đẩy sự tạo phức

polyphenol - protein. Vì vậy bia lên men nồng độ cao có độ bền keo tốt hơn bia lên
men từ dịch nha có nồng độ chất khô thông thường (Boulton C. và Quain D., 2001;
Dragone G và cộng sự, 2004)


Bán thành phẩm (bia non) có độ bền vi sinh tốt hơn do nồng độ

ethanol cao (Boulton C. và Quain D., 2001; Magnus và cộng sự, 1986).


Bia nồng độ cao tạo ra tính linh động cho sản phẩm. Từ một loại “bia

mẹ” ban đầu có thể tạo ra nhiều loại bia khác nhau tùy thuộc vào mức độ pha loãng
(Viện nghiên cứu rượu bia nước giải khát).
Tuy nhiên kỹ thuật này cũng có một số nhược điểm:


Các yếu tố bất lợi của môi trường lên men như : áp lực thẩm thấu cao

do nồng độ chất khô cao (D’Amore và cộng sự, 1988; O’Connor-Cox và cộng sự,
1990); nồng độ ethanol cao (Almeida R.B và cộng sự, 2001; Dragone G. và cộng
sự, 2001; Majara M. và cộng sự, 1996; Odumeru J.A. và cộng sự, 1992; Pratt và
cộng sự, 2002, 2003); sự thiếu hụt một số chất dinh dưỡng như Nitơ dễ đồng hóa,
ion kim loại và acid béo khơng bão hịa do tỉ lệ sử dụng thế liệu cao (Casey G.P.,

1985 ; Boulton C. và Quain D., 2001; Reilly D. I và cộng sự, 2004; Pátková J. và
cộng sự, 2000); độ nhớt dịch lên men tăng, hàm lượng CO2 tăng (Pátková J. và
cộng sự, 2000) dẫn đến những thay đổi trong cấu trúc sinh học của tế bào nấm men:
tăng lượng trehalose nội bào, giảm protein và glycogen (Majara cộng sự, 1996),
thay đổi thành phần của sterol và acid béo (Casey và cộng sự, 1984). Sự thay đổi
này làm giảm khả năng sống sót và phát triển của nấm men, ức chế sự tổng hợp
ethanol, tăng thời gian lên men và giảm số lần tái sử dụng nấm men. Ngoài ra, mức
độ lên men cũng như mùi vị của bia sản phẩm cũng bị ảnh hưởng (Pátková J. và
cộng sự, 2000; Dievorst J., 1999)


Khả năng kết bông của nấm men giảm (Cunningham S., 1998;

Boulton C. và Quain D., 2001; Almeida R.B., 2001; Stewart G.G., 2001).


-6-



Độ bền bọt của bia thành phẩm giảm do có nồng độ polypeptid thấp

hơn so với bia thông thường (Boulton C. và Quain D., 2001; Stewart G.G., 1997;
Almeida R. B.,2001)


Hàm lượng ester và rượu bậc cao trong bia thành phẩm có thể thay

đổi, làm thay đổi giá trị cảm quan của sản phẩm (Younis và cộng sự, 1999; Almeida
R.B., 2001)

2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ
CAO ĐẾN SINH LÝ VÀ KHẢ NĂNG LÊN MEN CỦA NẤM MEN
Như đã đề cập, các yếu tố bất lợi trong môi trường nồng độ cao như áp lực
thẩm thấu cao, nồng độ cồn cao, độ nhớt và nồng độ CO2 cao, tỉ lệ dinh dưỡng
không cân đối ảnh hưởng rất lớn đến quá trình trao đổi chất và khả năng lên men
của nấm men.
Nhiều nghiên cứu cho thấy có sự tác động mạnh của áp lực thẩm thấu đến tế
bào nấm men dẫn đến sự thay đổi về hình thái tế bào, làm giảm khả năng sống sót,
sinh trưởng và năng lực lên men của nấm men (Pratt P.L. và cộng sự, 2003). Kết
quả là tốc độ, mức độ lên men và hàm lượng cồn tạo thành giảm.
Trong nghiên cứu của Pátková và cộng sự (2000) khảo sát quá trình lên men
bia từ dịch nha có nồng độ chất khơ ban đầu 12% đến 30% (w/w), tốc độ sinh
trưởng của nấm men giảm khi nồng độ dịch nha vượt quá 22% (Bảng 2.1). Ở nồng
độ cao (20 – 22%), số lượng tế bào tạo thành nhiều hơn so với dịch nha có nồng độ
thấp (12%). Ở nồng độ dịch nha thấp (12%), nấm men đi vào pha ổn định chỉ sau 12
giờ lên men. Trong khi đó, sau 24 giờ, nấm men trong mơi trường dịch nha có nồng
độ cao mới đi vào pha ổn định.
Nồng độ dịch nha cũng ảnh hưởng đến khả năng sống sót của nấm men. Kết
quả nghiên cứu của Pátková và cộng sự (2000) ở bảng 2.1 cho thấy tỉ lệ tế bào sống
sót giảm khi nồng độ dịch nha ban đầu tăng. Tương tự, kết quả nghiên cứu của


-7-

Odumeru và cộng sự (1992) cũng cho thấy khả năng sống sót của nấm men sau
240h lên men dịch nha 25oP là 40% so với 90% đối với dịch nha 16oP. Trong
nghiên cứu của Casey và Ingledew (1984), khả năng sống sót của tế bào trong giai
đoạn đầu của quá trình lên men giảm mạnh khi nồng độ dịch nha tăng từ 12oP đến
39oP, đặc biệt khi nồng độ dịch nha lớn hơn 24oP.

Bảng 2.1. Ảnh hưởng của nồng độ dịch nha (12 – 30% w/w) đến một số thông số của q trình lên
men chính. Nhiệt độ lên men là 13oC (Pátková và cộng sự, 2000)
Nồng độ dịch nha (% w/w)
12

20

22

24

28

30

5.33

6.03

6.14

6.22

5.40

5.33

28

35

38

39

32

30

Tốc độ sinh tổng hợp cồn cực đại (g/L.h)

0.56

0.61

0.65

0.76

0.6

0.54

Tốc độ sinh tổng hợp tế bào cực đại (1/nL.h)

3.3

3.2

3.2

2.6

2.4

2.1

Tốc độ sử dụng đường cực đại (g/L.h)

0.8

1.8

1.82

1.25

1.35

1.28

Tốc độ riêng sinh tổng hợp cồn (g/g.h)

0.08

0.08

0.09

0.10

0.10

0.09

74

70

67

61

50

54

Chiều dài của nấm men (m)

8.32

7.89

8.30

8.37

8.42

8.53

Chiều rộng của nấm men (m)

6.24

5.65

5.95

5.86

6.07

6.50

Nồng độ ethanol (% v/v)
Nồng độ tế bào cuối cùng (1/nL)

% tế bào sống sót vào cuối quá trình lên men

Cũng trong nghiên cứu của Pátková và cộng sự (2000), tốc độ sinh tổng hợp
cồn cực đại và hàm lượng cồn cuối tăng khi nồng độ dịch nha tăng từ 12 – 24%
(Bảng 2.1). Tuy nhiên, khi nồng độ dịch nha tăng lên đến 30%, tốc độ sinh tổng hợp
cồn cực đại giảm, hàm lượng cồn trong bia non giảm chỉ bằng trường hợp dịch nha
12%. Nồng độ chất khơ ban đầu cao cịn làm giảm độ lên men. Đối với dịch nha có


-8-

nồng độ ban đầu 12 – 22% (w/w), độ lên men đạt được là 60%, tương tự độ lên men

của quá trình lên men bia truyền thống. Khi nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha
vượt quá 22%, giá trị này chỉ đạt 40%.
Trong mơi trường có nồng độ chất khơ cao, hình thái của nấm men cũng thay
đổi. Pratt và cộng sự (2003, 2007) khảo sát ảnh hưởng của áp lực thẩm thấu đến
hình thái và khả năng sống sót của tế bào nấm men bia. Sau khi tiếp xúc với dung
dịch sorbitol 20% trong vòng 15 phút, thể tích tế bào nấm men giảm do sự mất nước
nội bào. Tế bào nấm men bị biến dạng và lõm bề mặt (Hình 2.1). Ngồi ra thể tích
khơng bào của nấm men cũng tăng khi tăng nồng độ dịch nha từ 12oP lên 20oP
(Hình 2.2). Khơng bào của nấm men là cơ quan dự trữ chất dinh dưỡng và điều hòa
áp lực thẩm thấu của tế bào. Do vậy, hiện tượng này được xem là đáp ứng của nấm
men đối với việc tăng áp lực thẩm thấu của môi trường có nồng độ chất khơ cao.

(A)

(B)

Hình 2.1. Sự thay đổi hình thái của tế bào nấm men chìm khi tiếp xúc với dung dịch sorbitol 20%
trong 15 phút; (A): Trước khi tiếp xúc, (B): Sau khi tiếp xúc (Pratt và cộng sự, 2003)


-9-

Hình 2.2. Sự trương phồng của khơng bào nấm men trong môi trường dịch nha 20oP (100% malt)
(Pratt và cộng sự, 2007)

Ngoài áp lực thẩm thấu do nồng độ chất khơ cao, nấm men cịn chịu tác động
của nồng độ cồn cao vào cuối quá trình lên men. Ethanol là sản phẩm chính của q
trình lên men bia nhưng lại là chất độc đối với tế bào nấm men. Ethanol chủ yếu tác
động lên màng tế bào chất và một số màng nội bào khác. Ethanol xâm nhập vào
vùng kỵ nước, tác động đến thành phần phospholipid của màng tế bào, làm thay đổi

cấu trúc và tính thấm của màng, ảnh hưởng đến sự trao đổi chất, do đó ảnh hưởng
đến khả năng sống sót, phát triển và năng lực lên men của nấm men (Odumeru J.A.
và cộng sự, 1992, 1993). Ở hàm lượng thấp, ảnh hưởng của ethanol đến tế bào nấm
men là không đáng kể. Tuy nhiên, trong lên men bia nồng độ cao, giá trị này có thể
tăng cao, do đó ảnh hưởng của nó cần được quan tâm.
Khả năng chịu ethanol phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng nấm men, sinh
lý của nấm men, điều kiện vật lý của môi trường và thành phần dịch nha (Boulton
C. and Quain D., 2001). Theo Casey, Magnus và cộng sự (1984), nấm men bia chỉ
có thể chịu được nồng độ ethanol lên đến 7 - 9% (v/v). Nồng độ ethanol cao hơn có
thể làm giảm khả năng sống sót của tế bào nấm men. Theo nghiên cứu của
Odumeru và cộng sự (1992, 1993), với quá trình lên men dịch nha 25oP, mức độ
sống sót của tế bào nấm men giảm xuống nhỏ hơn 40% khi nồng độ ethanol trong


- 10 -

mơi trường đạt 11%; trong khi đó với dịch nha 16oP, khả năng sống sót của nấm
men vẫn duy trì trên 90% ở nồng độ ethanol 7%. Nghiên cứu của Pratt và cộng sự
(2003, 2007) cũng cho thấy tỉ lệ sống sót của tế bào nấm men giảm 15 - 18% sau 96
giờ ngâm trong môi trường ethanol 10%.
Ngồi ra ethanol cũng ảnh hưởng đến hình dạng tế bào nấm men. Cũng trong
nghiên cứu của Pratt và cộng sự (2003), khi ngâm tế bào nấm men trong ethanol
10% nhận thấy có sự co rút tế bào. Sau 96 giờ ngâm, thể tích tế bào giảm 35 - 47 %.
Bên cạnh các thay đổi về hình thái, hàm lượng các hợp chất carbon dự trữ
của nấm men (glycogen và trehalose) cũng thay đổi. Sự tích lũy trehalose xảy ra khi
nấm men phải chịu các loại stress như áp lực thẩm thấu, nồng độ chất độc tăng cao,
thiếu dinh dưỡng, shock nhiệt (Majara M. và cộng sự, 1996).
Trong nghiên cứu của Majara, O’Connor-Cox và Axcell (1996), khi lên men
dịch nha 16; 20 và 25oP (bổ sung thế liệu glucose), hàm lượng trehalose tích lũy cực
đại lần lượt là 9.2%; 11.7% và 21% khối lượng chất khô, cao hơn hẳn so với khi lên

men dịch nha 12oP (1.2% khối lượng chất khô). Tương tự, nghiên cứu của Pátková
và cộng sự (2000) cũng cho thấy khi tăng nồng độ dịch nha ban đầu, hàm lượng
trehalose nội bào tích lũy cực đại tăng.
Glycogen cũng được xem là chất chỉ thị stress trong lên men bia nồng độ
cao. Theo Majara và cộng sự (1996), hàm lượng glycogen cũng tỷ lệ thuận với nồng
độ chất khô của dịch nha. Tuy nhiên, hàm lượng glycogen tạo thành thấp hơn nhiều
so với trehalose và sự biến đổi lượng glycogen là ít hơn khi tăng nồng độ dịch nha.
Theo Pátková và cộng sự (2000), glycogen được tích lũy trong 2 ngày đầu
tiên sau đó giữ khơng đổi hoặc giảm nhẹ. Tuy nhiên, khi nấm men bắt đầu chịu các
stress, sự chuyển hóa glycogen khơng giống với trehalose. Đối với dịch nha có nồng
độ chất khơ ban đầu 20 – 30% (w/w), glycogen được tích lũy trong vịng 12 giờ đầu
tiên trong khi trehalose chỉ bắt đầu được tích lũy ở giờ lên men thứ 12. Đối với dịch
nha 20 – 30%, lượng glycogen đạt giá trị cực đại trong 12 – 24 giờ lên men đầu tiên
và không khác nhau đáng kể.


- 11 -

2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIA NỒNG ĐỘ
CAO ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM
Trong nghiên cứu của Macaig và cộng sự (1992), bia nồng độ cao sau khi
pha lỗng về độ cồn 5% (v/v) có pH cao hơn so với bia thông thường. Theo các tác
giả, nguyên nhân làm cho pH của bia được pha loãng cao có thể do nước dùng để
pha lỗng bia có tính kiềm. Ngồi ra, độ màu, hàm lượng SO2, độ bền bọt của bia
giảm nhưng độ bền keo tăng.
Bảng 2.2. Kết quả phân tích bia thành phẩm đã pha lỗng về độ cồn 5% (v/v) sau quá trình lên men
các dịch nha có nồng độ chất khơ ban đầu khác nhau. Dịch nha 12oP được nấu từ 100% malt. Các
dịch nha có nồng độ cao hơn được điều chỉnh nhờ bổ sung high syrup maltose. Quá trình lên men
được thực hiện trên quy mô pilot (35 L dịch nha), nhiệt độ 14oC, tỷ lệ giống cấy 12.5 triệu tế
bào/mL, nồng độ oxy ban đầu 10 mg/L. Khi quá trình lên men kết thúc, bia được bảo quản lạnh

trong 2 tuần ở 10oC (Macaig và cộng sự, 1992)

Nồng độ chất khô ban đầu của dịch nha
Thông số
12oP

18 oP

20 oP

24 oP

pH

4.64

4.9

4.8

4.8

Độ màu

2.34

1.92

1.64

1.56

Độ chất khơ hịa tan biểu kiến, oP

1.6

1.35

1.25

1.56

Độ chất khơ hịa tan thực, oP

3.42

3.17

3.09

3.37

Độ cồn. % (v/v)

4.91

4.9

4.97

4.86

Lượng chất khơ sót có thể lên men
được, %

0

0.02

0.02

0

26

10

14.5

6

10

10

0

0

108

108

109

115

Hàm lượng SO2 (mg/L)
Vicinal diketon (µg/L)
Độ bọt (đơn vị sigma)