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 Bài 1 : Lên men bia (25 tiết) Bài 2 : Sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men/ kết hợp hóa giải (20 tiết) Bài 3: Sản xuất yoghurt (15 tiết) 3 Bài 1: Lên men bia A. Lý thuyết I. Giới thiệu Bia là loại đồ uống có cồn và có gas đã có từ cổ xưa, thơm ngon và bổ dưỡng. Công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện trên thế giới hàng ngàn năm vào được du nhập vào Việt Nam hơn một trăm năm nay. Bia là đồ uống bắt nguồn từ Ai Cập cổ đại Độ cồn trong bia thấp (3-8%) và nhờ có CO2, khi rót bia tạo nên nhiều bọt gây sảng khoái khi uống. Giá trị dinh dưỡng của bia khá cao, trong bia có nhiều vitamin nhóm B và các nguyên tố vi lượng. Vì vậy công nghệ sản xuất bia không ngừng phát triển và hoàn thiện trên thế giới. II. Nguyên liệu và thiết bị 4 1. Nguyên liệu: a) Có thể sản xuất bia thuần túy từ malt (đại mạch nảy mầm) hoặc có bổ sung thế liệu (gạo, đại mạch…) để giảm giá thành. Khi nấu malt ở nhiệt độ thích hợp, tinh bột 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) Đặc tính lên men của hai loài nấm men này có nhiều điểm khác nhau dùng để lên men các loại bia khác nhau Đặc tính Nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae Loại bia: Ale Nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis Loại bia: Lager Nhiệt độ lên men 10-25 o C 0-10 o C Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn (glucose, fructose), đường đôi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose) Lên men tốt glucose, mannose, galactose, fructose, saccharose, maltose và cả raffinose. Khả năng lên men Lên men mạnh trên bề mặt môi trường Lên men mạnh trong lòng môi trường 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 , CaSO 4 ; Điều chỉnh pH = H 2 SO 4 , acid lactic, CaCl 2 Chất chống oxy hóa: acid ascorbic Chất tạo màu: caramen. III. Yêu cầu chất lượng (TCVN7042:2002) Bảng 1 – Yêu cầu cảm quan của bia hơi Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1. Màu sắc Đặc trưng của từng loại sản phNm 2. Mùi Đặc trưng của bia sản xuất từ hoa houblon và malt đại mạch, không có mùi lạ 3. Vị Đặc trưng của bia sản xuất từ hoa houblon và malt đại mạch, không có vị lạ 4. Bọt Bọt trắng, mịn 5. Trạng thái Đặc trưng của từng loại sản phNm Bảng 2 – Yêu cầu đối với các chỉ tiêu hoá lý Tên chỉ tiêu Mức 1. Độ axit, số mililit NaOH 1 N trung hòa hết 100 ml bia hơi đã đuổi 1,8 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 4 . Khi này các enzyme hemicellulase, glucanase, protease được hoạt hóa thủy phân glucan hoặc protein phức tạp bao quanh hạt tinh bột tạo điều kiện cho enzyme amylase thủy phân tinh bột. Nâng nhiệt độ lên 52 o C giữ 30 min: quá trình enzyme protease thủy phân protein thành amino acid và peptide tạo nguồn dinh dưỡng cho nấm men. Thành phần này c hiếm 5-7% chất hòa tan của dịch đường. Ngoài ra thành phần này còn giúp bia có hương vị đậm đà, có khả năng giữ bọt. 8 Nâng nhiệt độ lên 65 o C giữ nhiệt độ trong 30 min để enzyme amylase hoạt động thủy phân tinh bột thành các đường có khả năng lên men. Nâng nhiệt độ lên 72 o C giữ ở 20 min để enzyme amylase hoạt động Nâng nhiệt độ lên 78 o C giữ 30 min rồi lọc. Điều kiện hoạt động của các enzyme trong malt: 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 men 10 4. Nhân giống nấm men: Cần bổ sung Zn và N. Môi trường giống khởi động càng giống môi trường lên men chính càng tốt. Sục khí hoặc lắc đóng vai trò quan trọng.