1
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG & CÔNG NGHỆ SINH HỌC
BÀI GIẢNG
THỰC HÀNH
CÔNG NGHỆ LÊN MEN

Biên soạn: TS. Nguyễn Hoài Hương
- 2009 -

2

-
NỘI DUNG THỰC HÀNH


malt sẽ được hệ enzyme amylase (alpha và beta amylase) gọi chung là diastase thủy
phân thành đường maltose.
Đại mạch (Hordeum distichum) Hạt đại mạch

b) Hoa bia (hoa houblon): là nguyên liệu cơ bản thứ hai đứng sau malt trong công
nghệ sản xuất bia. Hoa bia làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng và làm
tăng khả năng tạo và giữ bọt. Thành phần chính của hoa bia mà ta quan tâm là các
chất đắng gồm acid đắng và nhựa đắng; tannin; tinh dầu. Trong công nghệ sản xuất
bia người ta sử dụng trực tiếp hoa bia hoặc chế phNm từ hoa bia bột hoa hay cao hoa
bia.
c) Nấm men Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces carlsbergensis là hai loại
nấm men thường được sử dụng để lên men bia. Các loài nấm men lên men bia thuộc
loại yếm khí tùy tiện. Khi có oxy chúng tăng sinh khối nhờ hô hấp tế bào, khi không
có oxy chung lên men tạo thành ethanol và CO
2
theo phương trình:
5
Đường + Nitơ amine tự do + Nấm men + Oxy →
→→
→ Ethanol + CO
2
+ Nấm men
(150 g/l) + (150 mg/l) (1g/l) (25 mg/l) (45g/l) (42g/l) (5g/l)


Khả năng tạo
bông, kết lắng
Kết bông trên bề mặt, bia khó
trong tự nhiên
Kết chùm lắng xuống đáy, bia
trong tự nhiên
Cấu tạo tế bào nấm men
6

Khun lạc nấm men (x 100)
a) Nấm men lên men nổi
b) Nấm men lên men chìm
c)
Nấm men dại
d) Phụ gia
Làm giảm độ cứng của nước: Al
2
(SO
4
)
3

7
hết CO
2
, không lớn hơn
2. Hàm lượng diaxetyl, mg/l, không lớn hơn 0,2
3. Hàm lượng etanol (cồn), % (V/V) Theo tiêu chuNn đã được
công bố của nhà sản
xuất
4. Hàm lượng chất hoà tan ban đầu

Chỉ tiêu về kim loại nặng, vi sinh (xem TCVN7042:2002) IV. Sơ đồ công nghệ lên men bia malt thuần túy

Các quá trình chính trong công nghệ lên men bia:

1. Nấu bia: tinh bột dưới tác dụng của enzyme amylase trong malt (hoạt lực diastase
…). Khi nấu bia có thể liệu cần bổ sung enzyme để tăng vận tốc đường hóa. Enzyme
thường sử dụng: Termamyl nguồn gốc vi khuNn, chịu nhiệt.
Giản đồ nấu là đồ thị hướng dẫn quá trình nấu: sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian.

Các giai đoạn trong quá trình nấu bia:

Malt: nước trộn theo tỉ lệ 1:4 rồi đưa nhiệt độ lên 38 – 40
o
C trong 30 min. Điều chỉnh
pH về 5,5 bằng H
2
SO


Đường hóa kết thúc khi p hản ứng giữa iod và tinh bột cho thấy màu iod không bị
thay đổi.

2. Lọc rửa bã
Rửa bã bằng nước nóng 76
o
C 3 lần
Bảo đảm lượng nước trong dịch đường
Rửa đến khi nồng độ chất hòa tan trong nước rửa bã còn 0,3-0,5% thì ngưng.

3. Nấu hoa:
9
Mục đích:
Bất hoạt enzyme malt
Thanh trùng dịch đường
Trích ly hoa bia
Đông tụ protein trong dịch đường
Hình thành hương vị và màu
Hình thành các chất khử chống oxy hóa trong giai đạon tiếp theo
Giảm pH dịch đường

Tiến hành:
Nâng nhiệt lên 76 – 78
o
C giữ 10 min để đường hóa nốt phần tinh bột còn lại
Đun sôi dịch đường 10 min thì cho ½ hoa bia vào tạo vị đắng.
Trước khi kết thúc 10 min cho ½ hoa bia vào tạo hương.

3. Làm lạnh nhanh: đưa nhanh chóng dịch đường sau khi nấu hoa về nhiệt độ lên
Ống thạch nghiêng (rửa
bằng môi trường vô trùng)

10 ml YEPG
24 h, 20
o
C

100 ml YEPG
3 ngày lắc 25
o
C
2 L YEPG
3 sục khí 25
o
C
20 L dịch đường
3 ngày lắc 25
o
C

(Môi trường: YEPG: yeast extract 5g/l; peptone 10 g/ l; glucose 20 g/l)
5. Cấy giống
Tỉ lệ cấy giống tối ưu là 6-10.10
6
tế bào/ml men nổi; 10-14.10
6
tế bào/ml men

.
S
ố l
ư
ợng tế b
ào

13
V) Pha cân bằng động: các chất dinh dưỡng lên men cạn kiệt. Nấm men không còn
tăng trưởng mà bắt đầu kết bông. Sterol và glycogen được tổng hợp và dự trữ trong
các pha trước đó bắt đầu được sử dụng. Kéo dài pha này dẫn đến tự phân nấm men.
Thời gian Biến đổi sinh học

Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý
Giai đoạn hiếu
khí: 3 h sau khi
cấy
Nấm men tăng
trưởng nảy chồi
nhờ oxy còn lại
trong thiết bị, hô
hấp tỏa nhiệt đạt
cực đại, xuất hiện
nhiều bóng khí to
Nồng độ đường
giảm nhanh
Thủy phân đường đôi
thành đường đơn
Đường phân
Tổng hợp glucogen

sinh ra
- Nồng độ ethanol
Nồng độ ethanol 2% nấm men phát triển bình thường
Nồng độ ethanol 2% - 5%: nấm men giảm tăng trưởng
Nồng độ ethanol > 5 % nấm men chấm dứt tăng trưởng nhưng vẫn lên men
Nồng độ ethanol =12% nấm men chấm dứt lên men
Thời gian lên men: 7 – 10 ngày phụ thuộc vào độ cồn và pH.
14
Kết thúc quá trình lên men chính ta thu được bia non, mùi vị còn nồng, cảm quan
chưa đạt.

7. Quá trình lên men phụ:
Quá trình lên men phụ là quá trình
- các phản ứng enzyme và phi enzyme diễn ra dẫn đến ổn định chất lượng bia,
- các hợp chất tạo hương quan trọng hình thành
- diacetyl bị phân hủy xuống tới dưới mức quy định 0,2 mg/l là chỉ tiêu quyết
định thời gian lên men phụ.
- Bão hòa bia bằng CO
2
để tăng vị và khả năng tạo bọt, ức chế sự phát triển của
vi sinh vật có hại.
Tiến hành:
Sau khi tách men, hạ nhiệt đô dịch xuống 0-1
o
C, duy trì áp suất 0.9 – 1.2 mg/cm2,
ngưng thu hồi CO2 khi quá trình lên men phụ diễn ra 15 ngày. Kết thúc quá trình lên
men phụ nồng độ đường còn lại cỡ 1,9
o
Br, tách nốt phần nấm men còn lại. Bia sau
khi lên men được bơm qua thiết bị lọc.

Brix kế (khúc xạ kế)
15

16

Bộ chưng cất
cồn Nồi nấu malt ổn nhiệt Bình lên men bia có khóa khí

III. Nội dung thực hành

1. Chun bị men giống
17
Men chìm lấy từ bồn lên men chính của nhà máy bia Vinaken, cấy trên môi trường
Hansen. Môi trường nhân giống YEPG hoặc dịch malt đường hóa

Ống thạch nghiêng → ống nghiệm 10 ml YEPG → bình tam giác 100 ml dịch malt
đường hóa.
Giống phải đạt số lượng tế bào 15-20.10
7
tế bào/ml.
2. Chun bị nguyên liệu:
Xay malt bằng máy xay phòng thí nghiệm.
3. Quy trình nấu:
Malt : nước = 1: 4 nấu theo quy trình mô tả ở phần lý thuyết theo giản đồ sau:

Đường hóa đến khi thử với iod không đổi màu.


o
C.
Trước khi sử dụng phải kiểm tra tỉ lệ sống của nấm men.
10. Phân tích

Tài liệu “Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men”, PGS.TS Lê Thanh
Mai, NXBKHKT, Hà Nội 2007

a) Phân tích nguyên liệu
Xác định độ m malt (%): mục 2.1 <19>.
Sấy malt nghiền đến trọng lượng không đổi ở 105oC rồi cân
Độ Nm W% = (mo-m)/mo x 100 %
Xác định độ hòa tan của malt (%): (mục 2.4 <20>)
Độ hòa tan của malt là lượng chất khô trong malt có thể hòa tan vào dung dịch trong
điều kiện phòng thí nghiệm và biểu thị theo tỉ lệ phần trăm so với trọng lượng của
malt. Đó là hàm lượng chất hòa tan của dịch đường sau khi đường hóa và lọc bã
malt.

19
Độ hòa tan của malt:
E1(%)= e(W+800)/(100-e)
W = độ Nm malt, %
e = hàm lượng chất hòa tan của dịch đường, % (theo khối lượng)
800 = lượng nước cất dùng để đường hóa 100 g malt, ml

Độ hòa tan của malt tính theo chất khô tuyệt đối:
E2(%)= E1x 100/(100-W)

Xác định hàm lượng chất hòa tan của dịch đường (e) ở 20
o


Hoạt tính diastase của mẫu:
DP1 = F(V -V )
VB = thể tích Na
2
S
2
O
3
dùng để chuNn độ iod dư trong mẫu trắng (đối chứng)
20
VT = thể tích Na
2
S
2
O
3
dùng để chuNn độ iod dư trong mẫu thực (thí nghiệm)
F = hệ số chuyển đổi để tính kết quả theo 100 g malt dùng chiết enzyme.

Xác định độ lên men biểu kiến của dịch đường
Độ lên men biểu kiến là độ lên men khi đo hàm lượng chất hòa tan trong dịch lên men
khi chưa đưổi rượu và CO
2
.
Độ lên men biểu kiến = (E1-E2)/E1x100, trong đó: E1: lượng chất hòa tan (g) trong
100 ml dịch đường trước khi lên men; E2: lượng chất hòa tan biểu kiến (g) trong 100
ml dịch đường đã lên men.

Độ lên men thực

Dịch đường 12
o
Br có khối lượng riêng d= 1,0462 kg/l.
Do đó thể tích dịch đường sau khi đun hoa là: V = M/d
27 kg/1,0462 = 25,81 l
Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ, tổn thất chung là 2%
25,81 l x 0,98 = 25,29 l
Lượng bia non sau khi lọc tổn thất 1,5% là:
25,29 l x 0,985 = 24,79 l

Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men
Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 3,24 kg sau khi để lắng và làm lạnh nhanh tổn
thất chung là 2 %. Như vậy lượng chất chiết trong dịch lên men là
3,24 kg x 0,98 = 3,175 kg
Hiệu suất lên men thực là ví dụ là 60% và coi toàn bộ đường lên men là maltose
(tức là chỉ 60% đường maltose đường sử dụng để lên men). Cứ 1 kg đường maltose
lên men sẽ tạo ra 0,682 l cồn, đo đó độ cồn của bia sau khi lên men là:
3,175 kg x 0,682 l x 0,6 = 1,299 l cồn
1,299 l x 100/24,79 = 5,2 (v/v).

C. Kết luận
Biện luận các số liệu phân tích. 22

Phụ lục 1: Chất lượng malt của nhà máy bia Sài gòn

Gần đây người ta phát hiện trong nước chấm (nước tương) hóa giải bằng HCl có chứa
nhiều 3-MCPD (3-monochloropropane-1,2diol) có khả năng gây ung thư. Vì vậy có
xu hương quay trở về công nghệ truyền thống. Một số quy trình sản xuất nước chấm
an toàn (về 3-MCPD) giá thành chấp nhân được bằng cách kết hợp lên men và hóa
giải đã được triển khai.
II. Nguyên liệu:
1. Khô dầu nành hoặc đậu phộng (hàm lượng béo càng thấp càng tốt < 5%)
2. Nấm sợi Aspergillus oryzae
Asp.oryzae sinh trưởng dạng hệ sợi, bao gồm các sợi rất mảnh chiều ngang 5-7
µm, phân nhánh nhiều, có vách ngăn chia sợi thành nhiều tế bào
Asp. oryzae có khuNn lạc, màu sắc bào tử và hình thái rất giống Asp. flavus, một
loài nấm tổng hợp aflatoxin.

KhuNn lạc Asp.flavus và Asp. oryzae
25

Asp. flavus
Aflatoxin

Asp. oryzae
So sánh hình thái khuNn lạc, cấu trúc
III. Yêu cầu chất lượng
Chỉ tiêu cảm quan
Tên Loại đặc biệt Loại 1 Loại 2
Độ trong Không vNn đục
Màu Màu nâu đậm hay nâu cánh gián
Vị Ngọt đậm, sau khi nếm
không có cảm giác khé
cổ, không đắng chua hay
có các vị không thích hợp