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

Bia là loại nước uống có cồn và gas. Nó là một trong những loại nước uống lâu đời mà loài người tạo ra. Bia được tạo ra từ các nguyên liệu chính là malt, hoa houblon và nước. Sau quá trình lên men sẽ cho loại thức uống giàu dinh dưỡng, có hương thơm đặc trưng, độ rượu nhẹ, tính giải khát cao, vị dịu đắng và lướp bọt mịn với hàm lượng CO2 phù hợp. Ngoài việc cung cấp một lượng lớn calo, người dùng nên uống bia thường xuyên với liều lượng thích hợp sẽ có lợi cho sức khỏe. nó kích thích quá trình tiêu hóa, giúp ăn ngon miệng, giảm mệt mỏi. Chính vì vậy, mà ngày nay bia đã trở thành một thức uống không thể thiếu trong cuộc sống.Với sự yêu thích và mong muốn được học hỏi, khám phá về vai trò của hệ vi sinh vật trong qua trình lên men bia nên chúng em chọn đề tài: “Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men bia” để làm tiểu luận cho môn học này.2.Một số khái niệmBia là loại nước uống có truyền thống lâu đời, độ cồn thấp, mùi thơm ngon, bổ dưỡng có giá trị dinh dưỡng cao và đặc biệt là cung cấp hệ enzyme cho tiêu hóa. Đây là một sản phẩm công nghệ sinh học được sản xuất bằng quá trình lên men của đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lên men. Trong đó, lên men là công đoạn quan trọng nhất. Lên men bia là quá trình chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng. Đây là giai đoạn quyết định cho chất lượng bia và hiệu suất sản xuất.Mục đích: nhờ tác động của các enzyme trong nấm men chuyển các chất có trong dịch lên men thành rượu,CO2 cùng với những sản phẩm khác góp phần tạo mùi, vị đặc trưng cho bia.3.Nguyên liệu3.1 MaltLà nguyên liệu chính, quyết định chất lượng và tạo hương vị đặc trưng cho bia. Malt đâị mạch rất giàu dinh dưỡng, chứa khoảng 1618% các chất có phân tử lượng nhỏ, dễ hòa tan, chủ yếu là đường đơn giản, dextrin bậc các acid amin, khoáng, vitamin và đặc biệt là hệ enzyme phong phú: amilase, protease,… Các enzyme này là tác nhân chủ yếu thủy phân tinh bột, protein cao phân tử trong nội nhũ của các hạt thành các phân tử nhỏ hơn dễ hòa tan vào nước và tạo thành dịch chiết của dịch đường3.2Hoa houblonHoa houblon là nguyên liệu cơ bản sau malt đại mạch, giúp cho bia có vị đắng, dịu và hương thơm đặc trưng, có khả năng giữ bọt, làm tăng độ bền keo và ổn định thành phần sinh học của sản phẩm. 3.33.3 Nấm men 3.4NướcNước giữ vai trò rất quan trọng trong qua trình sản xuất bia. Nước được dùng trong qua trình nấu, quá trình pha loãng dung dịch đường để lên men, dùng để vệ sinh thiết bị, đường ống, cung cấp nhiệt lượng. Nước là thành phần chiếm hàm lượng lớn trong bia (77 – 90%). Vì vậy, nước là một nguyên liệu chính trong quá trình sản xuất bia.3.5Các chất phụ giaTrong sản xuất bia, ngoài các nguyên liệu chính còn phải kể đến nhiều nguyên liệu phụ như: NaOH, acid (HCl, H¬2SO¬4, acid lactic,…), một số muối (NaCl, CaCl2, Na2CO3,…) vai trò rất quan trọng. Các nguyên liệu này có thể kể đến là các hóa chất sử dụng trong công nghệ tẩy rửa, hay các chất sử dụng để tăng hiệu quả của các công đoạn sản xuất như bột trợ lọc, các chất ổn định, chất tạo màu,…4.Quy trình lên men bia II. Tổng quan về vi sinh vật trong quá trình lên men bia1, Nấm men sử dụng trong sản phẩm bia a)Đặc điểm hình thái và cấu tạo •Khái quát Nấm men thuộc nhóm cơ thể đơn bào, chúng phân bố rộng rộng rãi trong tự nhiên.Nấm men sinh sôi nhanh, tế bào lại chứa nhiều vitamin, acid amin không không thể thay thế, hàm lượng protein chiếm tới 50% trọng lượng khô của tế bào.Nấm men dùng trong sản xuất bia thường là các chủng thuộc giống saccharomycesCó 2 giống chính là men ale (saccharomyces cerevisiae) và men lager ( saccharomyces carlsbergensis)• Thành phần hóa học Nấm men ép có chứa 7075% nước, 2530% còn lại là chất khô.Thành phần chất khô của tế bào nấm men bao gồm protein và các chất có Nito khác chiếm 50%, chất béo 1,6% hydrat cacbon 33,2%, mô tế bào 7,6%, tro 7,6%. Thành phần những chất này không ổn định, nó có thể thay đổi trong quá trình nuôi cấy cũng như quá trình lên men b)Đặc điểm phân loại nấm men•Nấm men nổi Tế bào nấm men mẹ và con sau khi nảy chồi thường dính lại với nhau tạo thành chuỗi các tế bào nấm men hình dạng chủ yếu là hình cầu hoặc hình oval với kích thước từ 7 – 10 m Đặc điểm :Sacchromyces cerevisiae sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ cao, lơ lửng trên bề mặt là chủ yếu, nhiệt đô lên men từ 10 25C.Khi quá trình lên men kết thúc, tế bào kết chùm, thành chuỗi tạo lớp dày nổi lên bề mặt cùng với bọt bia làm cho khả năng tự trong của bia rất chậm, khả năng lắng yếu nên phải lọc cẩn thận.•Nấm men chìm Lên men ở nhiệt độ thấp dùng trong sản xuất bia lager.Hầu hết các tế bào sau khi nảy chồi thường đứng riêng lẻ hoặc cặp đôi, hình dạng chủ yếu là hình cầu.Thành phần hóa học của tế bào chứa khoảng 75% nước, 15 – 45% protein của chất khô, 25 – 35% cacbonhydrat, 4 – 7% chất béo, 8 – 9 % chất vô cơ Đặc điểm Tế bào sacchromyces carllsbergensis hình ovan, có kích thước 6 – 12 m, sinh sản bằng cách nảy chồi. Rất khó tạo thành bào tử ( nấm men nổi dễ sinh bào tử hơn).Sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ lên men từ 6 – 8%, nấm men chết ở nhiệt độ 50 – 60C.Phân bố ở tầng sâu trong thiết bị.Dễ kết lắng và dễ tách lớp.Dựa vào khả năng kết lắng:+ Nấm men bụi + Nấm men kết bông.c)Vai trò của nấm men .Nấm men đóng vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp sản xuất bia.Nhờ đặc tính sinh dưỡng của nấm men là quá trình chuyển hóa dịch đường thành rượu (C2H5OH) 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. những nấm men gây hại trong sản xuất beer a)Saaccharomyces intermediumXuất phát từ không khí trong khuôn biên nhà máy beer.Nhiệt độ để hình thành bào tử là 25C quá trình này xảy ra trong khoảng 26 giờ. Nấm men tồn tại dưới nhiều hình dạng khác: hình trứng, oval, cầu và chuối như xúc xích, là nguyên nhân gây đục beer.b)Saccharomyces validus Có khả năng tạo từ ở 25C trong khoảng thời gian 28 giờ, là nguyên nhân gây đục bia, thường gặp đi lẫn với nấm men chìm, nhưng tính chất của chúng gần với nấm men nổi hơn. Hinh dạng hơi giống với Saccharomyces intermedium, song chúng có vẻ mập hơn.c)TorulaĐây là nhóm nấm men dại khá gần với nấm men thuộc nhóm Saccharomyces.Khả năng tạo bào tử của torula yếu, sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi, hiếu khí tùy tiện và khả năng tạo etanol tối đa là 0,9%, nhưng tạo nhiều este, đặc biệt là acetatetyl. Thường gặp chúng trong malt tươi, hoặc nền nhà hầm lên men, ở máy hạ nhiệt độ nhanh... Torula làm cho beer đục, có mùi vị đồng thời cản trở quá trình lọc beer.d)Psedosaccharocharomyces apiculatusLà giả nấm men, không tạo bào tử, có hình thái chanh, thường gặp cùng với nấm men chìm do không có enzyme invectaza và maltaza nên không lên men được saccaroza và maltoza.e)Mycoderma cervisiaeThường gặp trên bề mặt beer sau lên men chính.Ở nhiệt đô khoảng 10C, chúng hoạt động rất yêu và gây cho beer có một lớp bọt rất mỏng trên bề mặt. Tế bào có chiều rất khác nhau, đa dạng, hoạt động trong beer có độ rượu thấp và làm cho beer có mùi khó chịu.f) Pichia, candida mycoderma, HansenulaPhát triển nhanh choosngs dưới sự cso mặt của oxyTạo lớp váng trên bề mặt beer.g)BrettanomycesRất chậm phát triển, nhưng nó tạo ra acid và gây ra mùi vị.2. Cơ chế sinh học của nấm men:Hầu hết các chủng nấm men đều nhạy cảm với môi trường có nồng độ axit cao, ví dụ như axit pyruvic giải phóng ra theo con đường EMP. Do vậy, trong quá trình tiến hoá, tự bản thân chúng đã hình thành một cơ chế “giải độc axit “ bằng cách chuyển hoá axit pyruvic thành rượu etylic và CO2, rồi sau đó cả hai chất này đều được bài tiết ra khỏi tế bào nấm men. Kết quả của chuỗi phản ứng này là NADH được tạo thành trong quá trình glucolytic lại bị ôxy hoá thành dạng NAD , chất này sau đó lại xuất hiện trong quá trình chuyển hoá glucoza tiếp theo. Bằng cách này, nấm men có thể liên tục phát triển và chuyển hoá đường, phản ứng tạo thành rượu etylic có thể viết như sau: III. Ảnh hưởng của vi sinh vật trong quá trình lên men1.Tác động của vi sinh vật trong từng giai đoạn làm bia1.1 Quá trình nấu – đường hóa hay là quá trình chuẩn hóa dịch nhaTrước khi nấu malt và các nguyên liệu chứa tinh bột khác phải nghiền nhỏ rồi hòa với nước phần bột maltMục đíchThủy phân một số chất có phân tử lớn thành các chất có phân tử lượng nhỏ nhờ hệ enzyme có sẵn trong malt, để cung cấp chất dinh dưỡng cho nấm men phát triển trong quá trình lên men. Quá trình nấu được qua dàn các thang nhiệt độ thích hợp khác nhau, nhằm bảo đảm cho các enzyme amylase và protease hoạt động. Ngoài ra người ta còn bổ sung chế phẩm enzyme termamyl 1201 trong quá trình nấu. Thực chất của quá trình nấu là quá trình thủy phân tinh bột và protein. Sản phẩm thu được là maltose và acid amin cùng với các sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân: Tinh bột  Dextrin  MaltoseProtein  các sabr phẩm trung gian  acid amin(abumose, peptit, pepton)Trong quá trình nấu nếu không được xử lí đúng tiêu chuẩn như trên thì các vi sinh vật sẽ bị ức chế hoạt động.1.2Đun sôi dịch đường với hoa houblonMục đíchCác vi sinh vật bị tiêu diệt nhờ kháng khuẩn bên trong hoa houblon và nó cũng làm biến tính các enzyme tang độ bền sinh học của biaCác acid hữu cơ của hoa houblon hòa tan vào dịch đường làm giảm pH của dịch thủy phân, phù hợp với pH của nấm men.Tiêu diệt các enyme xúc tác sinh học.Khủ trùng dịch lên men ở 100oCCác hợp chất chứa nito trong hoa houblon được đưa vào đun nấu tuy ít về khối lượng nhưng chất lượng cao. Vì hầu hết chúng là những phân tử thấp, dễ hòa tan, là nguồn bổ sung dinh dưỡng nito quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau này.1.3Làm lạnhMục đíchHạ nhiệt độ dịch đường từ 90oC về 8oC để chuẩn bị cho quá trình lên men nhằm hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật.Huyền phù mảnh xuất hiện trong quá trình làm lạnh dịch đường. Khi đó, có một số chất hòa tan trở thành chất không hòa tan và tạo thành chất kết tủa. Các huyền phù mảnh sẽ bao phủ trên bề mặt tế bào, hạn chế sự thẩm thấu tế bào, làm cản trở quá trình sinh lí và sinh hoa của nấm men. Mặt khác nó làm cho bia và làm giảm độ bền hóa lí của bia.Khi làm lạnh dịch đường có một lượng nước nhất định bay hơi. Do đó thể tích của dịch lên men sẽ giảm và nồng độ của nó tăng.1.4Quá trình lên menMục đíchNhằm chuyển hóa các chất trong dịch đường thành C2H5OH, CO2 và các phụ phẩm khác. Cần cung cấp oxy cho nấm men phất triển nạnh. Trong giai đoạn này lượng CO2 tăng lên rất nhiều, cần thu hồi và để bão hòa CO2.Cơ chế: lên men là quá trình nuôi cấy nấm men với các chủng đặc hiệu, trong dịch đường malt và các sản phẩm phụ để cho dịch bia được hoàn thiện. Qua sự trao đổi chất của nấm men, dịch bia có hương vị và độ bền vững cần thiết. Trong quá trình lên men chuyển đổi cacbohydrat lên men thành ethanol thông qua con đường EMP. Mặc dù đây là một quá trình kị khí, một quá trình lên men mạnh thường nhờ sự thông khí của dịch nha trước khi kết hợp với nấm men. Điều này cung cấp oxy cần thiết cho việc tổng hợp các acid béo không bão hòa và các thành phần sterol của màng tế bào nấm men. 1.4.1Giai đoạn lên men chính:Mục đíchQúa trình lên men chính thường xảy ra ở nhiệt độ 68°C trong 712 ngày đối với bia vàng và khoảng 1218 ngày đối với bia đen. Tuy nhiên theo công nghệ hiện đại sau này, quá trình lên men có thể được rút ngắn hơn. Ở quá trình này nấm men hấp thụ đường và dextrin và chuyển hóa thành rượu etylic, khí CO2 và các sản phẩm phụ (như rượu bậc cao). Sản phẩm của quá trình là bia non.1.4.2Các biến đổi xảy ra trong lên men chínhQúa trình lên men chính chia làm 4 giai đoạn: