Nước giải khát Lên men bia

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÔN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT RƯỢU BIA NƯỚC GIẢI KHÁT

TIỂU LUẬN

LÊN MEN BIA
GVHD: PHAN THỊ HỒNG LIÊN
THỨ 4, TIẾT 7-9, PHỊNG B302
LỚP 04ĐHTP
NHĨM 10
1. Nguyễn Thị Ân
2. Huỳnh Thị Xuân Kiều
3. Mai Thị Ánh Nhi
4. Trần Thị Minh Nhung
5. Vũ Thị Oanh
6. Nguyễn Thùy Trang

TP.HCM, tháng 4 năm 2015

2005130117
2005130054
2005130120
2005130127
2005130260
2005130101


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

DANH SÁCH NHÓM
STT

Họ Tên

MSSV

1

Nguyễn Thị Ân

2005130117

2

Huỳnh Thị Xuân Kiều

2005130054

3

Mai Thị Ánh Nhi

2005130120

4

Trần Thị Minh Nhung

2005130127

5

Vũ Thị Oanh

2005130260

6

Nguyễn Thùy Trang

Nhóm 10

2005130101

2

Phân cơng
Chương 2
Word
Power point
Chương 1
Word
Power point
Chương 1
Word
Power point
Chương 2

Word
Power point
Chương 3
Word
Power point
Chương 3
Word
Power point


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

MỤC LỤC
Chương 1. Vi sinh vật trong lên men bia............................................................................5
1.1.

Giới thiệu nấm men..............................................................................................5

1.2.

Đặc điểm hình thái cấu tạo....................................................................................6

1.2.1.

Đặc điểm hình thái.........................................................................................6

1.2.2.

Sự khác biệt giữa hai chủng loại men.............................................................7

1.2.3.

Cấu tạo...........................................................................................................9

1.2.4.

Thành phần hóa học.....................................................................................10

1.3.

Các chất dinh dưỡng cho nấm men.....................................................................11

1.3.1.

Nước............................................................................................................12

1.3.2.

Nguồn cacbon..............................................................................................12

1.3.3.

Nguồn nitơ...................................................................................................12

1.3.4.

Các chất khống...........................................................................................12

1.3.5.

Các chất kích thích sinh trưởng....................................................................12

1.4.

Sự hấp phụ chất dinh dưỡng của tế bào nấm men...............................................12

1.5.

Các tiêu chí lựa chọn nấm men...........................................................................13

1.6.

Nhân giống nấm men trong sản xuất...................................................................14

1.7.

Vai trò của nấm men...........................................................................................16

Chương 2. Mục đích và cơ sở khoa học của q trình lên men........................................17
2.1.

Mục đích.............................................................................................................17

2.2.

Cơ sở khoa học của q trình lên men................................................................17

2.2.1.

Sinh tổng hợp các sản phẩm của quá trình lên men bia................................17

2.2.2.

Sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ)...................................22

2.3.

Hệ enzyme xúc tác trong quá trình lên men........................................................26

2.4.

Các giai đoạn xảy ra trong quá trình lên men bia:...............................................27

2.5.

Phương pháp lên men hiện đại............................................................................28

2.5.1.

Công nghệ lên men một pha:........................................................................28

2.5.2.

Phương pháp bán liên tục.............................................................................30

2.5.3.

Phương pháp liên tục:..................................................................................30

Nhóm 10

3


Lên men bia

2.6.

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men bia................................................31

2.6.1.

Chất lượng của nấm men sản xuất:..............................................................31

2.6.2.

Lượng nấm men cấy vào ban đầu:................................................................31

2.6.3.

Nồng độ chất tan của dịch đường houblon hóa:...........................................32

2.6.4.

Nhiệt đợ của dịch lên men:...........................................................................32

2.6.5.

Hàm lượng oxy và thế oxy hóa khử:............................................................33

2.6.6.

Nồng đợ của sản phẩm lên men:..................................................................33

2.7.

Sự cố trong quá trình lên men.............................................................................34

Chương 3. Thiết bị và kỹ thuật thực hiện.........................................................................36
3.1.

Thiết bị lên men liên hợp....................................................................................36

3.2.

Kỹ thuật thực hiện...............................................................................................40

3.2.1.

Chuẩn bị thiết bị...........................................................................................40

3.2.2.

Nạp dịch lên men vào combitank lên men...................................................40

3.2.3.

Kỹ thuật lên men chính................................................................................42

3.2.4.

Kỹ thuật lên men phụ...................................................................................45

3.2.5.

Điều chỉnh lên men phụ, tàng trữ.................................................................45

3.2.6.

Vệ sinh, vơ trùng combitank........................................................................46

Tài liệu tham khảo............................................................................................................46

Nhóm 10

4


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Chương 1. Vi sinh vật trong lên men bia
1.1.

Giới thiệu nấm men

Nấm men chúng phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt chúng có nhiều ở
vùng đất trồng nho và các nơi trồng hoa quả. Nhiều lồi nấm men có khả năng lên
men rượu. Từ lâu người ta đã biết sử dụng nấm men để sản xuất rượu bia. Nấm
men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không thay thế, hàm
lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào, nên nhiều loại nấm men
còn được sử dụng để sản xuất protein. Ngồi ra nấm men cịn được sử dụng trong
cơng nghệ sản xuất bánh mì. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại nấm men có hại, gây
bệnh cho người và gia súc, làm hư hỏng lương thực, thực phẩm.

Nấm men bia
Nấm men có khả năng sống trong mơi trường dinh dưỡng có chứa đường, nito,
photpho và các chất hữu cơ, vô cơ khác. Chúng là các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng
sống trong điều kiện hiếu khí và yếm khí.
Có nhiều dịng men khác nhau, mỗi dịng men có các đặc tính đặc thù riêng biệt của
chúng. Phần lớn các lồi men tḥc về ngành nấm túi (Ascomycota), mặc dù có mợt số
lồi tḥc về ngành nấm đảm (Basidiomycota). Mợt số ít các lồi nấm, chẳng hạn
như Candida albicans Candida albicans có thể gây ra nhiễm đợc nấm ở người
(Candidiasis). Lồi men được con người sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces
cerevisiae, nó được dùng để sản xuất bia, rượu vang từ hàng nghìn năm trước.
Nhóm 10

5


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Ngày nay trên thế giới có nhiều loại bia, hương vị đặc trưng của mỗi loại bia phụ

tḥc vào nhiều yếu tố, trong đó men bia đóng vai trị quan trọng.
Men bia là các vi sinh vật có tác dụng lên men đường. Các giống men bia cụ thể được
lựa chọn để sản xuất các loại bia khác nhau, nhưng có hai giống chính là
men ale(Saccharomyce cerevisiae) và men lager (Saccharomyces carlsbergensis), với
nhiều giống khác nữa tùy theo loại bia nào được sản xuất. Men bia sẽ chuyển hóa đường
thu được từ hạt ngũ cốc và tạo ra cồn, cacbon đioxit (CO 2). Trước khi các chức năng của
men bia được hiểu rõ thì mọi quá trình lên men đều sử dụng các loại men bia hoang dã.
Mặc dù cịn rất ít loại bia, chẳng hạn như bia lambic vẫn dựa trên phương pháp cổ này
nhưng phần lớn các quá trình lên men ngày nay đều sử dụng các loại men bia được nuôi
cấy và có đợ tinh khiết cao. Trung bình, hàm lượng cồn trong bia là khoảng 4 – 6% rượu
theo thể tích, mặc dù nó có thể thấp tới 2% và cao tới 14% trong mợt số trường hợp nào
đó. Mợt số nhà sản xuất bia còn đưa ra loại bia chứa tới 20% cồn.
Ngày nay cũng với việc phát triển chung của các kỹ thuật lên men, việc cải tiến trang
thiết bị và chủng nấm men ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất nấm men hiện đại.

1.2.

Đặc điểm hình thái cấu tạo

1.2.1. Đặc điểm hình thái
Nấm men tḥc nhóm cơ thể đơn bào. Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là
các chủng tḥc giống Saccharomyces, chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng
trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hoà tan, các hợp chất nitơ (các acid
amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng…qua màng tế bào. Sau đó, hàng loạt các
phản ứng sinh hóa mà đặc trưng là q trình trao đổi chất để chuyển hoá các chất này
thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men được tiến
hành.
Có hai dạng là nấm men nổi và nấm men chìm.
Nấm men lên men nổi là Sacchromyces cerevisiae dùng trong sản xuất bia ale. 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 – 10μm.
Nhóm 10

6


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Đặc điềm hình thái: Sacchromyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ
cao, lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt độ lên men từ 10 – 25 oC. 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 lên men chìm tên là Sacchromyces carlsbergensis, 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 đơi, hình dạng chủ yếu là hình cầu. Thành phần hoá 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 hình thái: Sacchromyces carlsbergensis sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ
thấp, nhiệt độ lên men từ 0 – 10oC. Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị. Dễ kết lắng và dễ
tách lớp. Do đó q trình lọc dễ hơn đồng thời tạo điều kiện sử dụng lại nấm men. Nấm
men được sử dụng từ nấm men thuần chủng, men được giữ dưới dạng men khơ, sau đó
nhân giống trung gian rồi đưa vào sử dụng trung sản xuất bia.
1.2.2. Sự khác biệt giữa hai chủng loại men
Khả năng lên men các loại đường trisacarit, ví dụ raffinoza. Trong nấm men chìm có
enzym có thể sử dụng hồn tồn đường raffinoza trong khi đó nấm men nổi chỉ sử dụng
được 1/3 đường saccharoza.
-

Ngồi ra chúng cịn khác nhau về khả năng hô hấp, khả năng trao đổi chất khi
lên men và khả năng hình thành bào tử. Quá trình trao đổi chất của nấm men
chìm chủ yếu xảy ra trong q trình lên men, cịn của nấm men nổi xảy ra
mạnh trong q trình hơ hấp, vì vậy sinh khối nấm men nổi thu được nhiều hơn
nấm men chìm.

-

Nấm men chìm có nồng đợ enzym thấp hơn nấm men nổi. Khả năng tạo bào tử
của nấm men chìm lâu hơn và hạn chế hơn nấm men nổi.

-

Bia nhẹ và bia nặng là hai loại ia chính được lên men bởi các chủng tương ứng
là S.uvarum và S.cerevicies.

 Sự khác nhau về cơng nghệ lên men:
Nhóm 10

7


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Tên gọi nấm men nổi hay chìm xuất phát từ quan sát quá trình lên men.
Nấm men nổi nổi lên trên bề mặt dịch trong và cuối q trình lên men chính. Trong
khi đó nấm men chìm lắng xuống đáy thiết bị khi kết thúc lên men chính, làm cho bia
nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men nổi. Như vậy đối

với sản xuất bia bằng phương pháp lên men nổi, nấm men được tách khỏi bia bằng cách
hớt bọt, lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị lên men.
Nấm men chìm cịn chia ra hai loại tùy tḥc vào khả năng kết lắng của nó là nấm
men bụi và nấm men kết bông.
-

Nấm men bụi là nấm men phân ly mịn trong dịch lên men và lắng tư từ khi kết
thúc lên men chính.

-

Nấm men kết bơng là lồi nấm men có thể kết dính với nhau trong thời gian
ngắn khi kết thúc lên men chính và tạo thành khối kết bơng lớn nên lắng nhanh
xuống đáy thiết bị. Cịn nấm men nổi khơng có khả năng này.

Nấm men chìm kết bơng có ý nghĩa quan trọng trong thực tế sản xuất bia, làm cho bia
nhanh trong nhưng khả năng lên men hết đường không bằng nấm men bụi và nấm men
nổi.
Ngoài các đặc điểm nêu trên, giữa hai loại nấm men này cịn có nhiều đặc điểm sinh
hóa khác nhau dựa vào năng lực lên men đường disacarit melibioza của chúng. Nấm men
chìm (S. carlsbergensis) có chứa các gen MEL. Các gen này tạo ra enzyme ngoại bào là α
– galactosidaza (melibiaza) có khả năng chuyển hóa đường melibioza. Trong khi đó nấm
men nổi (S. cerevisiae) khơng chứa gen MEL do đó khơng chuyển hóa được đường
melibioza.
Nhiệt đợ lên men của mỗi chủng cũng khác nhau: nấm men chìm lên men ở 4 – 12 oC,
nấm men nổi ở 14 – 25oC.
Theo công nghệ sản xuất bia truyền thống, nấm men chìm thường lên men ở nhiệt đợ
7-15 0C. Khi kết thúc q trình lên men chúng lắng xuống đáy thiết bị. Còn lên men nổi
thực hiện ở điều kiện nhiệt độ từ 18-22 0C, cuối quá trình lên men thì các tế bào lên men
kết thành chùm và bị hấp thụ váo các bọt khí CO 2 rồi nổi lên bề mặt dịch lên men. Như

Nhóm 10

8


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

vậy đối với sản xuất bia bằng phương pháp lên men mổi, nấm men được tách khỏi bia
bằng cách hớt bọt, còn lên men chìm thì xả cặn ở dưới đáy thiết bị.
 So sánh đặc tính của nấm men nổi và nấm men chìm
Đặc tính

Nấm men nổi S.Cerevisiae

Nấm

Loại bia: Ale

S. carlsbergensis

chìm

Loại bia: Lager
4 – 12oC

o

Nhiệt độ lên 14 – 25 C
men
Cơ chất

men

Chủ yếu lên men đường đơn Lên men tốt glucose, maltose,
(glucose, fructose), đường đơi galactose, fructose, saccharose,
(saccharose, maltose), khó lên mannose và cả raffinose.

men đường tam (raffinose).
Khả năng lên Lên men mạnh trên bề mặt mơi Lên men mạnh trong lịng mơi
men
trường.
trường.
Khả năng tạo Kết bơng trên bề mặt, bia khó Kết chùm lắng xuống đáy, bia
bông, kết lắng trong tự nhiên.
1.2.3. Cấu tạo

trong tự nhiên.

Nấm men Saccharomyces thuộc họ Saccharomycetaceae, ngành Ascomycota và giới
nấm.
Nấm men Saccharomyces cerevisiae có hình cầu hay hình trứng, có kích thước nhỏ từ 515 micromet, sinh sản bằng cách nảy chồi hay bào tử.
 Thành tế bào
-

Có đợ bền chắc cao, chiều dày là 150-250nm. Trên thành tế bào cso những lỗ nhỏ
li ri với đường kính khoảng 3,6nm để nước đường, các chất dinh dưỡng cần thiết
cho tế bào có thể đi qua đươc. Thành tế bào chiếm khoảng 20% tổng khối lượng

chất khô của tế bào.

-

Các tế bào đã thực hiện nhiều qus trình nảy chồi sẽ có vết sẹo trịn trên thành tế
bào, đó chính là nơi tế bào con tách ra khỏi tế bào mẹ. Vùng sẹo chồi giàu chất

Nhóm 10

9


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

chitin. Trên thành tế bào con cũng có vết sẹo chồi tương ứng với tế bào mẹ , đó là
vị trí sẽ nảy chồi sau này.
-

Trong suốt q trình lên men, mợt số thành phần của dịch đường như các lipit kết
lắng và iso-–axit của houblon bao thành tế bào. Hàm lượng iso-–axit của hoa
houblon cần phải điều chỉnh do có mợt lượng thất thốt theo sinh khối nấm men.
Tác đợng của các thành phần cặn đối với thành tế bào nấm men rất khó đánh giá.
Khi các thành phần trong dịch bao bọc sẽ vơ hiêu hóa các vùng nhận liên quan tới
khả năng kết lắng của nấm men, hơn nữa sựu bao bọc của các cặn làm thay đổi
tồn bợ diện tích bề mặt tế bào liên quan tới việc lọc bia.

-

Thành tế bào có vai trị quan trọng trong việc xác định nấm men nổi lên bề mặt
hay chìm xuống trong quá trình lên men dịch đường. Thành tế bào của nấm men
lên men nổi kỵ nước hơn tế bào nấm men chìm. Người ta cho rằng nguyên nhân
do từ thành phần photphat trên thành tế bào bên ngoài. Các tế bào có tính kỵ nước
cáo sẽ bám vào các bong bóng và bề mặt dung dịch mang điện tích như dịch lên
men.
 Màng tế bào chất

Nằm sát vách tế bào, có cấu tạo chủ yếu lipoprotein, giữ vai trị điều hòa vận chuyển
các chất dinh dưỡng cho tế bào.
 Tế bào chất
Có mạng lưới nợi chất là vị trí của hệ thống enzyme khác nhau đảm bảo sự vận
chuyển vật chất cho tế bào và các cấu tử khác nahu như bộ máy Golgi, Lysosom, không
bào. Trong tế bào chất nhân chứa thông tin di truyền cho tế bào và các thành phần liên
quan trong quá trình sinh tổng hợp và sinh sản của tế bào. Năng lượng cung cấp cho tế
bào qua những phản ứng xảy ra trong ty thể cũng nằm trong tế bào chất. Ngồi ra cịn có
các hạt glycogen, hạt mỡ dữ trữ chất dinh dưỡng cho tế bào.
1.2.4. Thành phần hóa học
Tế bào nâm men chứa đến 80% là nước. Bởi vậy, trong nấm men bia ép tỉ lệ giứa
trọng ướt và trọng lượng khô là 4:1. Nguyên tố chủ yếu là cacbon, chiếm <50% chất khơ.
Nhóm 10

10


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Các nguyên tố chính khác như oxy (30-35%), nito (75%) và photpho (1&). Hàm lượng

chất khống tổng số khoảng 5-10% chất khơ của tế bào. Trong tế bào còn bao gồm nhiều
vết các thành khác như nhơm, canxi, đồng, crom, sắt, chì...
Các nhóm thành phần chính gồm các chất cao phân tử, đó là protein (40-45% chất
khô), cacbohydrat (30-35%), axit nucleic (6-8%) và lipit (4-5%). Thành phần chính xác
của các nhóm cao phân tử trong mỗi chủng nấm men khác nhau do điều kiên nuôi cấy và
phát triển.
Hydrocacbon gồm: polysaccharit, glycogen, trehalose (12-12,5%), mannan (18,724,9%), glucan (9,47-10,96%) và chitin. Những nghiên cứu động học về sự biến đổi
hydrat cacbon trong quá rinhg bảo quản nấm men cho thấy glucan, mannam và dạng
glycogen tan trong kiềm và acid clohydric là yếu tố cấu trúc tế bào, trong khi trehalose và
glycogen tan trong acid acetic, chất tạo nặng lượng chính cho tế bào. Hàm lượng
trehalose trong nấm men có liên quan đến tính bên vững của nó: lượng trehalose càng cao
nấm men càng bền.
Chất mỡ của nấm men là trung tính glycerol, photpho lipit, sterol tự do và nhiều
sterol, este.
Tro chiếm 6,5-12% lượng chất khô trong nấm men, có thành như sau:
K2 O
Na2O
CaO
MgO

23,33-39,5
Fe2O3
0,06-0,7
0,5-2,26
P2O6
44,8-59,4
1-7,53
SO3
0,57-6,38
3,77-6,34

SiO2
0,52-1,88
Bảng thành phần tro của nấm men (% khối lượng)

Ngồi ra nấm men cịn có vitamin B2, B3, B5, B6, D và những chất có vitamin khác
khơng được tiết ra ngồi dưới dạng tinh thể.
Như vậy hàm lượng đáng chú ý của nấm men là protein và nguồn vitamin nhóm B.

1.3.

Các chất dinh dưỡng cho nấm men

Trong công nghiệp vi sinh, môi trường nuôi cấy tốt nhất là môi trường cho hiệu suất
thu hồi sản phẩm cao nhất, trong thời gian ngắn nhấ với giá thành thấp nhất đối với chủng
vi sinh vật.

Nhóm 10

11


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Nguồn thức ăn chủ yếu cho nấm men là các chất hữu cơ dạng dễ hấp thu và các chất
vơ cơ. Ngồi ra, để nấm men phát triển bình thường cần mợt lượng nhỏ các yếu tố vi
lượng và các chất kích thích, nguồn thức ăn cho nấm men rất đa dạng, do đó cần nghiên
cứu riêng từng nguồn.
1.3.1. Nước

Nước rất cần thiết cho hoạt đợng sống của tế bào nấm men. Khơng có nước khơng có
q trình đồng háo thức ăn và q trình trao đổi chất bên trong tế babfo.
1.3.2. Nguồn cacbon
Nguồn cacbon là nguồn chủ yếu liên quan đén quá trình trao đổi chất và chuyển hóa
năng lượng. Nấm men có khả năng đồng hóa hồn tồn đường glucoza, fructoza và
mannoza, ngồi ra tùy vào chủng giống, nấm men cịn có thể đồng hóa hồn tồn hoặc
mợt phần nào đó đường galactoza.
Đường disaccarit quan trong cần quan tâm tới là sacaroza, lactoaza, melibioza. Nấm
men đồng hóa lên men rất tốt maltoza và saccaroza, đồng hóa hồn tồn hoặc mợt phần
đường lactoza. Riêng melibioza chỉ lên men được khi có enzyme melibioza.
Các polissacarit cần được thủy phân hoàn toàn bằng axit hoặc enzym thì nấm men
mới sử dụng được
1.3.3. Nguồn nitơ
Ý nghĩa chủ yếu của nguồn nito là cung cấp cho tế bào ngun liệu để hình thành các
nhóm amin và imim để tổng hợp nên protein và các hợp chất khác của nguyên chất. Nấm
men đồng hóa được các hợp chất axit amin và nito vơ cơ.
Nấm men có thể tự tổng hợp các axit amin. Tuy nhiên nếu cho các axitamin vào mơi
trường thì q trình sinh sản và phát triển của tế bào sẽ nhanh hơn.
1.3.4. Các chất khoáng
Trong mơi trường dinh dưỡng cần phải có mợt lượng nhất định các chất khoáng để
đảm bảo cho tế bào phát triển.

Nhóm 10

12


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

1.3.5. Các chất kích thích sinh trưởng
Thường à các vitamin và các axitamin. Các lại vi sinh vật khác nhau có nhu cầu về
vitamin cũng khác nhau.

1.4.

Sự hấp phụ chất dinh dưỡng của tế bào nấm men

Trong điều kiện ni cấy thuận lợi thì tế bào nấm men sinh sản và phát triển, sinh
khối tăng nhanh. Điều này có được khi các chất dinh dưỡng từ môi trường nuôi cấy được
thấm vào tế bào theo các định luật thẩm thấu. Hướng di chuyển của các chất dinh dưỡng
hòa tan trong nước được xác định theo tính chất phụ tḥc vào sự chên lệch nồng đợ của
chất đó giữa mơi trường và tế bào.
Q trình khuếch tán được thực hiện như sau: khi nồng độ các chất trong tế bào làm
áp suất thảm thấu trong tế bào cao hơn của mơi trường thì nước sẽ dẫn vào liên tục để cân
bằng nồng độ, song để tránh hiện tượng phá hủy tế bào hif tế bào phải đẩy Na + ra ngoài.
Khi thâm nhập vào tế bào nấm men, nó kéo cả saccaroza và các axit ngay cả khi khơng
có sự chênh lệch nồng đợ các chất này. Như vậy chỉ những cơ chất được vận chuyển vào
trong tế bào mới tham gia phản ứng trao đổi chất.

1.5.

Các tiêu chí lựa chọn nấm men

Chọn nấm men cần lưu ý các chỉ tiêu sau:
Quá trình sinh trưởng nấm men gồm các pha: pha tiềm phát, pha tăng trưởng, pha cân
bằng và pha suy vong. Trong tiềm phát nấm men hầu như không sinh sản, trong pha thứ
hai nấm men bắt đầu nảy chồi là lên men. Trong pha cân bằng sinh trưởng của nấm men
ổn định và lên men mạnh. Ở pha cuối cùng, sự sinh sản hầu như ngừng lại và bắt đầu kết

lắng.
Khả năng kết lắng nấm men có vai trị quan trọng trong cơng nghệ sản xuất bia. Men
chìm kết lắng ở dạng bơng dưới đáy các thùng lên men.
Sức lên men là điều quan trọng nhất trong thực tế sản xuất. Trong sản xuất bia thường
chọn những mẻ lên men mạnh và tạo cho bia có mùi đặc trưng thơm ngon. Tốc đợ lên
men tùy thuộc vào nhiều yếu tố: khả năng lên men của nấm men, hoạt tính sinh lý và số
lượng tế bào của chúng trong môi trường, phụ thuộc vào nhiệt đợ, pH, các thành phần
Nhóm 10

13


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

hóa học của dịch lên men...Ngồi ra cịn phụ tḥc vào hàm lượng các chất protein trong
tế bào nấm men.
Để bảo đảm cho quá trình lên men được tiến triển bình thường và bia có chất lượng
thì nấm men phải đủ các u cầu sau:
-

Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiên nhiệt đô thấp với dịch đường malt.

-

Khả năng kết lắng đối với những lồi lên men chìm

-

Hàm lượng các sản phẩm bậc hai tạo thành của q trình lên men

-

Tính ổn định trong sản xuất

-

Tạo hương vị và chất lượng sản phẩm đặc trưng.

1.6.

Nhân giống nấm men trong sản xuất

Nấm men giống thuần khiết được nuôi cấy qua 2 giai đoạn : Giai đoạn ni cấy trong
phịng thí nghiệm và nuôi cấy sản xuất
Nấm men thuần khiết là nấm men thu nhận từ mợt tế bào. Trong phịng thí nghiệm, để
đảm bảo men giống người ta ni cấy nó trong môi trường dịch đường 10% và bảo quản
ở nhiệt độ 2 ÷ 4 0C. Sau thời gian 1÷2 tháng phải cấy chuyền 1 lần.
Ðể đưa men giống vào sản xuất, trước hết phải ni cấy trong phịng thí nghiệm cho
đến 5 ÷10lít. Sau đó nhân giống trong các thiết bị chuyên dụng đặt trong phòng bên cạnh
phân xưởng lên men. Mỗi lần nhân giống , thể tích men giống tăng từ 3 ÷ 5 lần.
Men thuần khiết thường phải tuyển chọn và bắt đầu nuôi cấy ở 25 0C. Trong phịng thí
nghiệm nó sinh sản ở nhiệt đợ 18 ÷ 200C. Khi đưa vào ni cấy sản xuất thì cho nó phát
triển ở 12 ÷ 150C và tiếp tục giảm đến 6 ÷ 10 0C rồi đưa vào thiết bị lên men. Quá trình
thực hiện như vậy gọi là sinh sản ở điều kiện bán sản xuất, bao gồm các bước thực hiện:
 Dịch đường làm môi trường cho nấm men sinh sản phải được tiệt trùng và làm
lạnh tại chỗ đến 6-100C .
 Quá trình sinh sản của nấm men được tiến hành trong một hoặc nhiều thiết bị của
hệ thống. Để đảm bảo sự phát triển mạnh của nấm men, ở tất cả các thiết bị sinh

sản này,theo định kỳ phải được sục khí vơ trùng vào canh trường.
 Tuyệt đối không để dịch lên men tiếp xúc với khơng khí chưa tiệt trùng.
Nhóm 10

14


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Việc tiệt trùng môi trùng nhân giống được thực hiện ở áp suất thường hoặc áp suất dư
trong thời gian 30 phút. Đồng thời với q trình làm ng̣i, dịch đường được bão hồ oxy
bằng khơng khí vơ trùng. Thời gian sinh sản của nấm men được kéo dài hết một thế hệ ở
điều kiện bán sản xuất là 6-8 ngày đêm.
Qúa trình nhân giống trong sản xuất. Ta chuẩn bị lượng sữa men giống gồm 3 bình 5
lít, sau đó ta vệ sinh các dụng cụ bằng nước nóng.
Bắt đầu tiến hành ta lấy nước dịch chiết đường ở trong giai đoạn lọc hoa. Sau đó mở nắp
thùng mợt cho dịch vào từ từ để tránh tạp nhiễm, khơng bỏ ra ngồi, cho vào xong ta
đóng nắp thùng và bắt đầu mở vịi phun tạo vịng xốy mợt úc khoảng 10 phút. Tắt vòi
phun rồi cho men giống vào, lưu ý trước khi cho men giống vào phải lắc đều trong bình 5
lít, khi cho men giống vào phải nhanh và gọn. Cho men giống vào xong ta lại cho vịi
phun hoạt đợng nhưng lúc này ta cấp thêm nước lạnh vào để duy trì xuống nhiệt đợ thấp
15-170C. Bắt đầu duy thì nhiệt đợ này trong vịng 24h.
Sau 24h dịch trên men giống cấp 1 được chuyển sang thùng men giống cấp 2 bằng
vang chuyển dịch. Ta cấp nước lạnh bằng van cấp lạnh rồi duy trì tiếp nhiệt đợ 13-14 0C
cũng trong 24h. Hồn thành q trình nhân giống cấp 2 chuyển sang các tank lên men để
lên men dịch đường hoa houblon.
Ngồi lương men giống ni cấy nhà máy cịn tận dụng lượng men sữa trong quá trình
lên men :

-

Men sữa được thu hồi trong giai đoạn cuối của quá trình lên men. Đối với chủng
nấm men chìm giai đoạn cuối của q trình lên men sẽ kết thành mợt khối chìm
xuống đấy thùng lên men và chia ra thành 3 phần:

-

Phần 1: nằm ở dưới là cặn lạnh đây là các chất kết tủa kết thúc quá trình lên men
được loại bỏ cho các cơ sở chăn nuôi.

-

Phần 2: là lớp men tốt màu trắng sữa, lớp men này được giữ lại để tái sản xuất.
Lượng men được thu hồi qua xử lý đưa vào sản xuất và có thể quay được 20 lần.
Ưu điểm của men sữa là phát triển tốt trong quá trình lên men, vì đã quen với môi
trường, tiết kiệm và không tốn nhiều công nhân giống.

-

Phần 3: là phần nấm men đã chết già có màu sẫm cần sau q trình lên men cũng

Nhóm 10

15


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

loại bỏ cho các cơ sơ chăn nuôi gia súc.
Đối với men khô. Để hoạt hố 1kg men khơ ta sử dụng 3,5 lít dịch đường 11 oBx và
3,5 lít nước vơ trùng trợn lại với nhau sao cho hỗn hợp có nhiệt đợ 25o 28oC.
Ta vừa rắc men vừa lắc, sau 15 phút ta cho tiếp 1 lít dịch đường và lắc tiếp 15 phút.
Sau đó cho tất cả vào thùng nhân giống cấp 1 có chứa dịch đường đã thanh trùng ở áp
suất 0,5kg/cm2. Ở đây ta mở lạnh xuống đến 20 oC trong vòng 30 phút và cứ 3 giờ phải
sục khí mợt lần.
Sau mợt ngày thì chuyển sang thùng nhân giống cấp hai với điều kiện tương tự như
thùng nhân giống cấp mợt. Sau khoảng 24 đến 48 giờ thì bắt đầu dùng buồng đếm hồng
cầu đếm nếu được trên 60 triệu tế bào/ml thì ta cho vào tank lên men với tỉ lệ 18 triệu tế
bào/ml kèm theo sục khơng khí vơ trùng theo đường dẫn dịch từ máy lạnh nhanh vào
tank lên men.

1.7.

Vai trò của nấm men

Nấm men đóng vai trị hết sức quan trọng trong cơng nghiệp sản xuất bia. Nhờ đặc
tính sinh dưỡng của nấm men là q trình chuyển hóa dịch đường thành rượu (C 2H5OH)
và sinh ra khí CO2 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.
Các loại nấm men lên men bia thuộc loại yếm khí tùy tiện. Khi đó oxy chúng tăng sinh
khối nhờ hơ hấp tế bào, khi khơng có oxy chúng lên men tạo thành ethanol và CO 2 theo
phương trình:
Đường + Nitơ amine tự do + Nấm men + Oxy → Ethanol + CO2 + Nấm men

Nhóm 10

16

Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Chương 2. Mục đích và cơ sở khoa học của q trình lên
men
2.1.

Mục đích

Nhờ tác động của các enzyme trong nấm men chuyển các chất có trong dịch đường
huoblon hóa,mợt lượng lớn cơ chất chủ yếu là đường và dextrin bậc thấp thành rượu,
CO2.
C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Đồng thời còn tạo ra các sản phẩm phụ như: este, rượu bậc cao, aldehyde,acid hữu cơ
glycerin… hòa tan vào dịch lên men tạo thành bia non.
Lên men phụ là tiếp tục lên men phần đường cịn lại sau lêm men chính, bão hịa CO 2
cho bia và tăng cường mùi vị cho bia.
2.2.

Cơ sở khoa học của quá trình lên men

2.2.1. Sinh tổng hợp các sản phẩm của quá trình lên men bia
a) Sinh tổng hợp các sản phẩm chính (bậc 1)của q trình lên men bia: rượu
etylic + CO2:
Quá trình lên men rượu bao gồm 11 giai đoạn (11 phản ứng):
Phản ứng 1: Glucose được phosphoryl hóa ở C6 để cho sản phẩm glucose-6-P,



nguồn phosphate là ATP

Nhóm 10

17


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Phản ứng xảy ra được là do sự xúc tác của hexokinase với sự có mặt bắt ḅc của
Mg2+ . Hexokinase khơng những xúc tác sự phosphoryl hóa glucose mà cịn xúc tác sự
phosphoryl hóa các hexose khác như fructose, manose.


Phản ứng 2: Chuyển hóa glucose-6-P thành fructose-6-P

Enzyme phosphohexose isomerase xúc tác sự chuyển hóa đồng phân glucose-6-P
thành fructose-6-P, biến mợt aldose thành mợt ketose.



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



Phản ứng 4: Phân cắt Fructose 1,6 biphosphate

Nhóm 10

18


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Fructose1,6 biphosphate bị phân cách thành 2 phân tử triozophosphat cụ thể là
aldehit 3 – phosphoglyxerinic và phosphodioxyaxeton. Phản ứng này được sự xác tác của
enzim aldolase.

Phản ứng 5: Chuyển hóa nợi phân tử triose phosphate



Chỉ một trong hai triose phosphate là aldose: 3-P glyceraldehyde tham gia tiếp vào
quá trình đường phân. Nhưng dihydroxyaceton-P có thể được chuyển hóa thành 3-P
glyceraldehyde nhờ triose phosphate isomerase.



Phản ứng 6: Oxy hóa 3-P glyceraldehyde thành 1,3 biphosphoglycerate
Xúc tác cho phản ứng này là enzyme 3-P glyceraldehyde dehydrogenase, có

coenzyme NAD+, trong trung tâm hoạt đợng có nhóm –SH.

Nhóm 10

19


Lên men bia



GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Phản ứng 7: Trong phản ứng này gốc phosphate cao năng của 1,3
biphosphoglycerate chuyển cho ADP để tạo ATP ( oxy hóa phosphoryl hóa
mức cơ chất) và 3P glycerate



Phản ứng 8: Chuyển hóa 3P glycerate thành 2P glycerate

(chuyển gốc P nội phân tử) nhờ enzyme phosphoglycerate mutase cần Mg2+ cho
hoạt đợng của nó. Đây là phản ứng thuận nghịch:



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

Nhóm 10

20

Lên men bia



GVHD: Phan Thị Hồng Liên

Phản ứng 10: Chuyển nhóm phosphate từ phosphoenolpyruvate đến ADP, phản
ứng được xúc tác bởi pyruvat kinase, để tạo ATP và pyruvate.

Pyruvat kinase bị kìm hãm bởi ATP, khi nồng đợ ATP cao thì nó gây kìm hãm dị
khơng gian. Ở đợng vật có xương sống pyruvat kinase có ít nhất 3 isozyme, hơi khác
nhau trong phân bố ở các mô và trong việc đáp ứng đối với những chất điều hịa
(modulator) .



Nhóm 10

Phản ứng 11: Chuyển hóa pyruvat thành rượu etylic:

21


Lên men bia

Trong bước 1, pyruvate bị

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

khử cacboxyl-hóa vốn được xúc tác bởi enzyme

pyruvate decarboxylase, enzyme này cần Mg 2+ và có coenzyme là TPP. Bước 2,
acetaldehyde bị khử thành ethanol với NADH+H + được tạo ra từ sự oxy hóa khử 3P
glyceraldehyde.
2.2.2. Sinh tổng hợp các sản phẩm bậc hai (sản phẩm phụ)
Ngoài 2 sản phẩm chính là rượu etylic và khí cacbonic, trong quá trình lên men chính
cịn tao ra nhiều sản phẩm bậc hai hay còn gọi là sản phẩm phụ. Những sản phẩm này đều
có vai trị quan trọng trong việc hình thành hương và vị của bia, mặc dù vai trò đó có thể
là tích cực và cũng có thể là tiêu cực. Một số trong những sản phẩm bậc hai này là sản
phẩm trung gian của q trình chuyển hóa đường thành rượu, cịn mợt số khác là kết quả
của những biến đổi hóa sinh phức tạp của những cấu tử khác trong dịch đường khi chúng
tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào nấm men.
Glyxerin:
Nếu gọi glyxerin là sản phẩm bậc hai của quá trình lên men thì điều đó là hồn tồn
đúng. Nhưng nếu nói rằng glyxerin là sản phẩm chính thứ ba của q trình trên thì cũng
khơng sai. Ta hãy nhớ lại ở sơ đồEmbden-Meyerhor. Ở phản ứng thứ tư, sau khi tạo thành
phosphodioxyaxeton, phản ứng có thể sẽ tiến triển theo chiều hướng khác nếu các yếu tố
bên ngoài thay đổi . Từ hợp chất này dưới sự xúc tác của coenzim NAD + sẽ tạo ra thành
-glyxerophosphat. Sau đó với sự có mặt của photphataza,glyxerin và axit phosphoric

Nhóm 10

22


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

được tạo thành. Theo Pasteur thì lượng glyxein trong q trình lên men có thể tích tụ đến
3 g/l.
Glyxerin là mợt cấu tử rất q đối với bia, vì nó làm mềm vị và làm tăng thêm độ đậm
đà cho sản phẩm. Glyxerin cũng có thể thu nhận được bằng con đường đề amin của axit
glutamic
Rượu bậc cao
Ở trong bia chứa các loại rượu bậc cao như: propylic izopropylic, butylic, izobutylic,
amylic, izoamylic, và nhiều loại khác. Khối lượng của chúng dao động trong khoảng rộng
từ 20 đến 95 mg/l nhưng thông thường là khoảng 50 đến 60 mg/l . Ở điều kiện lên men
nổi hàm lượng rượu bậc cao lớn hơn lên men chìm do lên men ở nhiệt độ cao hơn. Trong
các loại rượu bậc cao thì hàm lượng izoamylic cao nhất.
Từng loại rượu bậc cao đều tạo cho bia có hương, vị riêng biệt nhưng nhìn chung đó
khơng phải là đặc trưng của bia mà chúng tạo cho khứu giác những cảm giác khó chiụ.
Nói tóm lại các loại rượu bậc cao gây ảnh hưỏng tiêu cực đến chất lượng cảm quan của
bia.
Cơ chế tạo thành rượu bậc cao đến hiện nay chưa được giải thích thỏa đáng do đó ta
khơng đề cập đến nhiều.
Acid hữu cơ:
Axit hữu cơ là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình lên men rượu và quá trình
trao đổi sinh dưỡng nitơ trong tế bào nấm men. Chúng cũng là sản phẩm của sự đồng lên
men do vi khuẩn gây ra khi dịch đường houblon hoá bị nhiễm.
Axit lactic và axit xitric được tạo thành từ axit piruvic. Trong trường hợp này axit
piruvic không bị decacbonxyl mà là bị khử thành axit lactic. Hàm lượng trung bình của
chúng trong bia là khoảng 150-200mg/l. Nếu dịch lên men bị nhiễm khuẩn lactic thì hàm
lượng của chúng tăng vọt lên rất nhiều lần.
Một sản phẩm thương trực khác trong nhóm axit hữu cơ là axit susinic. Nó được tạo
thành do quá trình deamin axit glutamic hoặc qua phản ứng chuyển amin. Trong trường
hợp thứ nhất, chất nhận hydro là aldehit triozoglyxerinic, vì lẽ đó, song song với việc tạo

Nhóm 10

23


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

thành axit susinic ta cịn nhận được glyxerin. Phương trình tổng hợp của các quá trình
trên được biểu diễn như sau:
C6H12O6

+

COOH.CH2.CHNH2.COOH

+

2H2O

=

HOOC.CH2.CH2.COOH

+

2C3H8O3 + NH3 + CO2.
Ở trường hợp thứ hai, axit glutamic bị deamin đến axit xetoglutaric, cịn axit piruvic
thì được amin hố đến alanin. Axit xetoglutanic bị decacbonxyl, và aldehit thu được tham
gia ngay vào phản ứng oxy hoá - khử với axetadehit. Kết quả của dãy quá trình này là ta

nhận được axit susinic và etanol:
COOH.CH2.CH2.CHNH2.COOH + CH3CO.COOH = COOH.CH2.CH2CO.COOH +
CH3CHNH2.COOH
COOH.CH2CH2CO.COOH

-CO

2

COOH.CH2.CH2.CHO

COOH.CH2.CH2.CHO + CH3CHO = COOH.CH2.CH2.COOH + C2H5OH.
Hàm lượng của axit susinic ở trong bia khoảng 60-70 mg/l.
Trong q trình lên men chính, ngồi những axit trên đây cịn tạo thành mợt số axit
bay hơi khác, chủ yếu là axit axetic và axit fomic. Axit axetic nhận được bằng con đường
phân hoá axetaldehit. Trong trường hợp này nó bị oxy hố thành axit axetic, cịn hydro
của nước thì liên kết với phân tử aldehit thứ hai để tạo thành etanol. Hàm lượng trung
bình của axit axetic ở trong bia là khoảng 80-100mg/l còn axit fomic đến 30 mg/l.
Ester và aldehid:
Este là sản phẩm bậc hai khơng thường trực của q trình lên men chính. Nó khơng
phải là sản phẩm tạo thành từ hoạt đợng sống của tế bào nấm men mà là kết quả của sự
tương tác giữa các sản phẩm bậc hai thường trực: este hố các axit bay hơi và khơng bay
hơi với các loại rượu khác nhau. Chiếm khối lương nhiều nhất trong khối este là atyl
axetat (15-20 mg/l ) chứa ít nhất là izoetyl formiat (0,8 – 1 mg/l ), cịn izoamin axetat thì
chỉ có vết . Tổng lượng của chúng trong bia dao động trong khoảng 30-80 mg/l. Với
rượu etylic, axit cacbonic có thể tham gia phản ứng để tạo thành các este mono và
dietyncacbonat khơng bền vững.
Este có ý nghĩa quan trọng trong việc hình thành vịng thơm của bia. Tuy không phải
là sản phẩm bậc hai thường trực nhưng chúng được tạo thành chủ yếu ở giai đoạn lên
Nhóm 10

24


Lên men bia

GVHD: Phan Thị Hồng Liên

men chính.Theo số liệu của các tác giả người Mỹ thì hàm lượng của etylaxetat sau lên
men chính là 18,6% mg/l, cịn trong bia thành phẩm là 25mg/l. Ở điều kiện len men nổi
lượng este tạo thành nhiều hơn so với lên men chìm. Trong cùng một điều kiện, nấm men
nổi tạo ra nhiều este hơn nấm men chìm.
Aldehid là sản phẩm bậc hai thường trực của quá trình trao đổi chất nấm men, và
cũng có thể được tạo thành qua con đường oxy hố các lồi rượu. Chiếm nhiều nhất trong
bia thì có axetaldehid, hàm lượng của nó, là 5-7 gm/l. Tổng lượng andehid trong bia dao
động từ 9 đến 10 mg/l. Ở điều kịên yếm khí,lượng andehid tạo ra ít hơn so với ở điều
kiện hiếu khí.
Ở mức đợ vừa phải (10-15 mg/l), andehid làm tăng hương cho bia, nhưng nếu cao q
thì vai trị của nó lại trở thành tiêu cực.
Trong giai đoạn lên men phụ hàm lượng andehid của bia giảm đi rất nhiều.
Axetoin, diaxetyl và 2,3 – butandiol:
Ba hợp chất này thu nhận đươc ở chủ yếu giai đoạn lên men chính và là do kết quả
của các quá trình hoạt đợng sống của tế bào nấm men. Chúng là sản phẩm bậc hai thường
trực của các quá trình lên men yếm khí và hiếu khí. Trong ba hợp chất này thì nguy hiểm
nhất đến hương và vị của bia là diaxetyl. Diaxetyl khơng màu đến vàng nhạt, có mùi hơi
cực mạnh và vị đắng gắt rất khó chịu, tác động rất mạnh đến hệ thần kinh con người. Chỉ
số chất lượng N0=1cho tất cả các loại bia được bán ra thị trường được Công ước bia châu
Âu quy định là “hàm lượng diaxetyl không được vượt quá 0,2 mg/l”.
Nếu xem axit piruvic là điểm xuất phát thì diễn biến tạo thành ba hợp chất này có thể
biễu diễn như sau:

CH3 –CO –COOH

decacboxyl hoá

CH3 –CHO + CO2

Axit piruvic

Axetaldehid

CH3 –CHO + CH3 –CHO

CH3 –CO –CHOH –CH3
Axetoin

CH3 –CHOH –CHOH –CH3
2,3_butadiol
CH3 –CO –CHOH –CH
Nhóm 10

khử (+H )
2

CH3CO –CHOH –CH3

oxyhố (-H )
2
oxyhố (-H )
2

25

axetoin
CH3 –CO –CO –CH3