Công nghệ lên men Bia tạo hương vị đặc trưng
Thứ năm, 29 Tháng 4 2021 14:22
Công nghệ lên men bia là một quá trình tổng hợp các hoạt động lý, hóa sinh học của nấm men với môi trường lên men . Các hợp chất chính tạo hương cho sản phẩm Bia được hình thành trên cơ sở phản ứng trao đổi chất của tế bào nấm men, trên nguồn dinh dưỡng cacbonhydrat, protein, vitamin, vi lượng các chất khoáng...

Những sản phẩm hình thành hương trong lên men từ hoạt động chuyển hóa của nấm men bia: Rượu (ethanol), Este, Rượu bậc cao, Acetaldehyde, các hợp chất lưu huỳnh, diacetyl...

1. Rượu (ethanol): là sản phẩm chính của quá trình lên men bia và cũng là thành phần có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng của bia thành phẩm. Trong quá trình lên men, các loại đường được chuyển hóa theo con đường glycolytic (EMP) thành axit pyruvic. Nấm men không chịu được môi trường axit cao nên axit pyruvic được loại cacboxyl, chuyển thành CO2 và acetaldehyd trong điều kiện thiếu oxy, nó bị khử thành etanol.
 
alt                  
Chu trình Pyruvate

2. Este là những hợp chất  tạo hương vị cho bia, và hương  của este được mô tả là hương vị của "trái cây nhiệt đới".
Những hợp chất này được hình thành chủ yếu bởi sự kết hợp của các loại rượu với các axit hữu cơ, do đó những chất này có số lượng cao nhất, chẳng hạn như ethyl acetate  được tạo ra từ ethanol. Một ester khác có hương vị rất mạnh là iso-amyl acetate, trong đó thường có nồng độ cao để tạo hương vị "chuối" hay " lê chín". Đặc biệt quan trọng là  nồng độ cao của dịch nha ban đầu thường tạo ra este cao và như vậy, loại bia này có hương vị mạnh của trái cây.           
 
alt         
Sự hình thành các ester

Một số yếu tố khác nhằm tác động mạnh đến sự tăng trưởng nấm men, như tăng lượng oxy hòa tan vào giai đoạn bắt đầu của quá trình lên men, làm giảm sự hình thành este. Tăng nhiệt độ lên men tạo điều kiện tốt cho sự tạo thành các este.

Tuy nhiên, tăng áp lực trong quá trình lên men có xu hướng giảm tốc độ tăng trưởng của nấm men và do đó làm giảm sự hình thành este. Điều này có nghĩa là quá trình lên men trong thiết bị lên men rất cao thì quá trình hình thành lượng este thấp hơn, vì áp lực thủy tĩnh ở đó tăng lên.

-   Este là nhóm chất thơm quan trọng nhất trong số các hợp chất bay hơi của bia. Chúng mang lại mùi hương tương tự mùi “quả”, mùi “ dung môi” và góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho bia. Hơn 90 loại Este trong bia, trong đó etyl acetat đóng vai trò quan trọng.  

3. Các loại rượu bậc cao (còn được gọi là dầu Fusel) được tạo ra từ quá trình tổng hợp protein có mùi thơm và hương vị như rượu vang, iso-butanol rượu iso-amyl. Tổng nồng độ rượu  bậc cao tạo ra trong quá trình lên men có liên quan trực tiếp đến quá trình phát triển nấm men, vì vậy tạo điều kiện tốt cho tăng trưởng nấm men cũng tạo ra rượu bậc cao nhiều hơn như: Tăng mức độ oxy hòa tan vào dịch nha ban đầu, nồng độ cao của Free Amino Nitrogen (FAN) trong dịch nha, tăng nhiệt độ lên men, tăng áp lực trong quá trình lên men có xu hướng giảm tốc độ tăng trưởng nấm men và do đó làm giảm sự hình thành rượu bậc cao.

4. Acetaldehyde là các carbonyl có nồng độ cao nhất trong bia. Nó được tạo thành trong quá trình lên men và là cơ chất trung gian trên con đường chuyển hóa hydratcacbon thành etanol. Acetaldehyde tạo thành có thể bị khử thành cồn nhờ phản ứng của enzyme alcohol dehydrogenaza hoặc bị ôxy hóa thành axit acetic. Nồng độ cồn tăng sẽ làm giảm sự tạo thành acetaldehyde.

Một số nghiên cứu cho thấy, không phải chỉ có acetaldehyde mà sự kết hợp giữa acetaldehyde diacetyl và hydrosunphua mới tạo nên vị bia non. Do vậy, trong quá trình tàng trữ, khi hàm lượng của các thành phần này giảm xuống dưới ngưỡng cảm nhận thì bia mới có hương vị đặc trưng. Sử dụng các tác nhân ổn định, đặc biệt là các chất chống ôxy hóa có thể ảnh hưởng đến hàm lượng acetaldehyde, ví dụ sunphit có thể tạo thành phức hợp giữa acetaldehyde với carbonyl khác. Nồng độ acetaldehyde có thể tăng lên trong quá trình thanh trùng bia chai, đặc biệt nếu như trong chai có một lượng không khí lớn. Ở bia chai, trong quá trình bảo quản, nồng độ acetaldehyde có thể thay đổi theo sự ôxy hóa, đầu tiên tăng lên và sau đó giảm xuống.

5. Diacetyl tạo hương vị của "kẹo bơ cứng" hay hương vị mùi "bơ" cho bia. Thành phần này thường được chấp nhận trong những loại bia như bia Ale, nhưng thường là khó chịu trong những loại bia nhẹ và quá trình sản xuất bia được thiết kế để giảm mức độ diacetyl xuống dưới ngưỡng cảm nhận - khoảng 25 ppb hoặc microgram/lít (μgm/lít).

Diacetyl tạo ra trong quá trình lên men, nhưng được enzyme của nấm men chuyển hóa ở điều kiện nhiệt độ cao. Để hàm lượng diacetyl được khử dưới ngưỡng cảm nhận thì việc hạ nhiệt độ làm lạnh, ly tâm, lọc cần xác định thời điểm thích hợp.

Các yếu tố tác động đến quá trình tạo diacetyl: tính chất chủng nấm men sử dụng, thành phần của dịch đường, loại tank lên men, các điều kiện lên men để phát triển nấm men, như nhiệt độ cao và tỷ lệ tiếp giống, tăng  lượng oxy hòa tan vào dịch đường hóa.

6. Các hợp chất lưu huỳnh đóng góp đáng kể cho hương vị bia. Khi vượt quá hàm lượng cho phép, chúng có thể làm cho hương vị có mùi khó chịu vì vậy quá trình lên men cần được điều chỉnh bằng các giải pháp tối ưu để mức độ còn lại trong bia cuối cùng đạt dưới ngưỡng cho phép. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các hợp chất dễ bay hơi như hydrogen sulphid (H2S), có mùi trứng thối và sulfur dioxid (SO2) có mùi của khói cháy. Cả hai hợp chất lưu huỳnh được tạo ra bởi nấm men từ sulphat và các sản phẩm phụ trong quá trình tổng hợp các axit amin có chứa lưu huỳnh.

Các quá trình loại bỏ hợp chất lưu huỳnh bao gồm: Đảm bảo đủ quá trình thoát lên của CO2 để đẩy các hợp chất dễ bay hơi này ra từ các tank đang lên men. Tăng thời gian lên men phụ và giai đoạn tàng trữ. Quá trình lên men bia mạnh để các hợp chất lưu huỳnh dễ dàng bay hơi, mức độ còn lại thấp. Nấm men kết lắng không giữ trong tank quá lâu, vì tế bào nấm men già dễ phân hủy và giải phóng mùi lưu huỳnh khó chịu.

Một số hợp chất lưu huỳnh khác thường được tìm thấy trong sản phẩm bia, chủ yếu có nguồn gốc từ  malt đại mạch là Dimethyl sulphid (DMS), "rau nấu chín" hay "ngô đóng hộp".  Hợp chất này là rất hiếm được phát hiện trong sản xuất malt sau khi sấy khô, và có thể tồn lại sau khi đun sôi dịch đường với hoa houblong. Hãng Bia Lager đã đưa ra mức độ đặc hiệu của DMS cho sản phẩm bia thành phẩm  bằng cách kiểm soát quá trình đun sôi dịch đường để đạt dưới ngưỡng cho phép của bia (khoảng 30 ppb hoặc microgram/lít hoặc μgm/lít).

Hàm lượng độ DMS đưa vào trong bia là phụ thuộc nhiều yếu tố bởi số lượng DMS và tiền chất của nó còn sót trong malt sau khi sấy và còn dư lại sau khi dịch đường đun sôi. Đặc tính kỹ thuật của malt và điều kiện đun sôi dịch đường sẽ được kiểm soát để bảo đảm rằng lượng DMS đạt mức độ thấp trong bia thành phẩm.  
alt
Sơ đồ tổng quan quá trình đồng hóa nấm men bia

Một điểm quan trọng khác là một số loài nấm men có thể tạo ra một lượng nhỏ DMS trong quá trình lên men, mặc dù thông thường là cần kiểm soát mức độ DMS trong bia bởi do tính chất kỹ thuật của malt đại mạch và các điều kiện công nghệ trong quá trình đun sôi dịch đường.

Đánh giá cảm quan hương vị sản phẩm bia

Đánh giá cảm quan hương vị bia trên cơ sở mùi thơm và hương vị. (hình.1.)

alt
Hình 1. Sơ đồ minh họa sự đánh giá hương vị của các sản phẩm bia

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hương vị là 'cảm giác miệng', đó là các chất lỏng nằm trên lưỡi và giúp các hương vị đọng lại.

Các đặc điểm khác nhau của hương vị có thể được đưa về tiêu chuẩn để người nếm bia có thể nhận biết và mô tả hương vị đó trong một ngôn ngữ chung. Bằng cách đó, một loại bia có thể được đánh giá và phân tích hương vị trên cơ sở các thông số chất lượng khác như màu sắc, độ trong hoặc độ pH...

Để mô tả hương vị bia các nhà sản xuất bia trên toàn thế giới đã nhất trí đưa ra một thuật ngữ chung. Trong thuật ngữ này, mỗi hương vị dễ nhận biết đã được đặt một cái tên đại diện trong các vòng tròn hương vị được tóm tắt bằng hình ảnh: (hình 2).
 
alt
Hình 2. Vòng tròn mô tả các hương vị chính của bia

 Đánh giá chuyên nghiệp về cảm quan hương vị của bia là một công cụ phân tích cảm quan vô cùng quan trọng. Mỗi loại bia được đánh giá phù hợp với hương vị tiêu chuẩn cho các sản phẩm hoặc thương hiệu cụ thể. Hồ sơ hương vị được sản xuất bằng cách xác định hương vị và cường độ điển hình của một loại bia và ghi lại chúng, có thể là trong một hình thức đồ họa.
Một hương vị điển hình trong các từ của một sơ đồ nhện được thể hiện (hình 3.)
 
 alt
Hình 3. Sơ đồ mô tả hương vị đặc trưng của bia.

Mỗi thương hiệu bia sẽ có hương vị độc đáo riêng của mình cùng với các giá trị đặc điểm kỹ thuật đặc trưng khác nhau. Hiện nay, Bia được chia ra 54 hương vị điển hình:

Đánh giá phân loại hương vị điển hình trong sản phẩm Bia:

Acetic  Acid (giống mùi dấm hoặc bia hỏng).
Mùi hạnh nhân (Benzaldehyde - giống hạnh nhân đắng hoặc bột làm bánh  nhân hạnh nhân).
Vị kiềm (NaHCO3 - giống mùi xút hoặc thuốc tẩy).
Vị đắng (Iso-α-acid - giống vị của bia).
Bromophenol (2-bromophenol - giống mùi mực, mùi bảo tàng hoặc mùi TV cũ).
Butyric Acid  (Butyric acid –giống mùi ôi bơ hay ôi chất béo hoặc thức ăn nôn ra của trẻ em).
Caprylic (Octanoic acid – giống mùi lông dê hoặc sáp nến).
Catty (p-menthane-8-thiol-3-one - giống mùi nước quả phúc bồn tử đen hoặc nước tiểu mèo đực).
Chlorophenol (2,6-dichlorophenol - giống mùi thuốc sát trùng hoặc nước súc miệng).
Mùi rau nấu (methyl thioacetate - giống hoa súp lơ nấu kỹ).
β-damascenone (giống mùi quả mọng hay bia dùng hoa Houblong để qua lâu).
Diacetyl mùi bơ.
Dimethyl sulphide. DMS ( tương tụ như mùi ngô ngọt hoặc nước sốt cà chua).
Earthy  mùi đất (ethyl fenchol - giống mùi không khí ẩm ướt hoặc đất mới đào).
Earthy mùi đất  (2-isobutyl-3-methoxypyrazine - giống mùi hạt tiêu xanh).
Earthy (2-isopropyl-3-methoxypyrazine - giống mùi vỏ khoai tây hoặc đất mới đào).
Earthy (2-methylisoborneol - giống  mùi mốc, mùi than bùn hoặc phân compot).
Ethyl Acetate (giống mùi thuốc tẩy sơn móng tay).
Ethyl butyrate (giống mùi dứa hoặc xoài đóng hộp).
Ethyl hexanoate (giống mùi táo hoặc hạt hồi).
Mùi cỏ mới cắt (cis-3-hexenol).
Geosmin (giống mùi củ cải đường hoặc đất ẩm ướt).
Geraniol (giống mùi cánh hoa hồng hoặc mùi hoa houblong).
Grainy. Mùi hạt ngũ cốc (Isobutyraldehyde - giống mùi  malt đã nẩy mầm).
Mùi mật ong (ethyl phenylacetate) (giống như mùi rượu mật ong hay rượu cheri).
Hop oil (hop oil extract) Chất chiết tinh dầu thơm của hoa houblong như mùi hoa của bia Ale.
Mùi H2S-Hydrogen sulphide (giống mùi trứng ung).
Mùi Indole (giống mùi lợn trong trang trại).
Isoamyl acetate (giống mùi chuối hoặc lê rụng).
Isovaleric acid (giống mùi pho mát cũ bị ôi hay mùi tất ngấm mồ hôi).
Acid Lactic. Mùi muối chua rau quả.
Kettle hop  - hoa houblon nấu(giống mùi late hop lager - mùi được tạo ra bằng cách bổ sung houblong vào cuối quá trình chuẩn bị dịch  đường cho lên men).
Mùi da thuộc (Isobutylquinoline - hoặc giống mùi cỏ khô).
Lightstruck (3-methyl-2-butene-1-thiol - hoặc mùi chồn hôi hoặc pha cà phê tươi).
Malty- biscuity (2-acetyl pyridine - giống mùi  malt đại mạch  hoặc bánh bíscuit).
Mercaptan (Methanethiol - giống mùi nước cống  hoặc rác thải bị thối).
Metallic - Mùi kim loại (FeSO4 - giống mùi mực hoặc máu).
Methional (giống mùi khoai tây nấu hoặc nấm men tự phân).
Musty - Mùi mốc  (2,4,6-tribromoanisole - giống  mùi rượu vang nút li e có mùi cao su do đóng quá sâu).
Musty - Mùi mốc  (2,4,6-trichloroanisole - giống mùi nút li e chai rượu vang hoặc hầm tàng trữ bị ẩm).
Onion - Mùi hành (dimethyl trisulphide - giống mùi hành khô hoặc tỏi khô).
Papery - Mùi giấy (trans-2-nonenal - giống mùi  bìa cát tông hoặc bia bị oxy hóa).
Phenolic - Mùi phenol (4-vinyl guaiacol - giống mùi đinh hương hoặc bia làm từ lúa mì).
Mùi plastic - Mùi  nhựa tổng hợp (styrene - giống mùi polystyrene).
Mùi ôi dầu (trans, trans-2,4-heptadienal - giống mùi dầu gan cá tuyết).
Mùi rau ủng (dimethyl disulphide). Giống mùi ở phân xưởng xử lý nước thải
Vị mặn (NaCl - như muối).
Smoky - Mùi khói (guaiacol - giống mùi cá hun khói hoặc phomat).
Vị chua (citric acid - giống vị nước cốt chanh).
Spicy - Mùi gia vị (Eugenol - giống mùi dầu đinh hương hoặc hạt tiêu).
Mùi sunphit (SO2 - giống mùi diêm cháy hoặc rượu vang trắng còn non).
Sweet -Vị ngọt (Sucralose -  giống đường).
Mùi vani (Vanillin – giống mùi kem hoặc sữa trứng).

Những hương vị điển hình thường gặp trong bia thành phẩm.

Tên hóa học
Mô tả mùi Nguồn gốc mùi
Diacetyl Giống mùi bơ ngọt Sản sinh trong quá trình lên men, giảm trong lên men phụ. Nhiễm Pediococcus
Dimetylsulphide (DMS) Mùi ngô hay bắp cải luộc, rau quả luộc nói chung Tiền chất có trong malt chuyển hóa và bay hơi ở nồi đun sôi. Nhiễm Enterobacteriaceae.
Ion sắt (Fe2-) Tanh mùi mực viết, mùi máu, mùi sắt. Từ bột trợ lọc; khi sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với sắt. Sản phẩm oxy hóa của chất béo.
Chlorine phenol Mùi phenol của tủ thuốc, mùi bệnh viện. Clo dư nhiều trong nước nấu. Chất khử trùng còn sót trong đường ống.
4- Vinyl- Guaiacol (phenol 4-V-G) Mùi gia vị, mùi phenol, mùi thuốc chữa răng Nhiễm chủng nấm men nổi (ale), men bia lúa mì.
Iso amyl acetate, Ethyl hexanoate Mùi dầu chuối, mùi kẹo hoa quả Tính chất chủng nấm men, nhiệt độ lên men, tỷ lệ men cấy không thích hợp.
3-methyl- 2buten-1-thiol, Hợp chất lưu huỳnh Mùi chồn hôi Tác dụng của ánh sáng lên iso- alpha axid của houblong.
Axit Butyric, Axit Iso- valeric, axid béo chuỗi ngắn Mùi mồ hôi, mùi nôn chớ của trẻ em, mùi dê Nấm men tự phân, houblong cũ, nhiễm khuẩn Pectinatus và men dại Megasphaera cerevisiae
Sulphua hydro (H2S) Mùi trứng thối, Cống thối Có chất hữu cơ trong nước, thời gian tàng trữ ngắn, CO2 thiếu tinh khiết.
Sulphat bị oxy hóa trong quá trình sản xuất Chua, nước tiểu của mèo Tiếp xúc với oxy trong quá trình sản xuất Bia
Trans2-nonenal, 5 – methyl furfural Mùi bìa carton ẩm cũ Axit béo không no bị oxy hóa, phản ứng Maillard oxy hóa/khử
 
Acetaldehyde Mùi táo xanh Tàng trữ  ngắn, sục nhiều oxy, nhiễm vi sinh  vật dại

Để sản xuất được sản phẩm bia có hương vị đặc trưng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Trên cơ sở sử dụng nấm men bia thuần chủng với thành phần nguyên liệu chính là malt đại mạch, hoa houblong, H2O chất lượng cao thì các điều kiện công nghệ tối ưu trong quá trình lên men như nhiệt độ, áp suất, hàm lượng O2 hòa tan, các chế độ tiếp giống, cùng với các thiết bị tự động hóa đồng bộ sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển sản phẩm bia chất lượng cao, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm, phục vụ thị trường đồ uống trong nước cũng như mục đích xuất khẩu.  
    
GS.TS Nguyễn Thị Hiền - PGS.TS Trương Thị Hòa                             
Nguồn tài liệu:   AROXA ( UK) - 56 Individual Beer Flavour Card.2010.
 




   





 




 





 





Liên kết website

Hỗ trợ trực tuyến

My status

Thống kê truy cập

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterHôm nay12525
mod_vvisit_counterHôm qua21144
mod_vvisit_counterTuần này130147
mod_vvisit_counterTuần trước177347
mod_vvisit_counterTháng này55341
mod_vvisit_counterTháng trước765560
mod_vvisit_counterTất cả45250757
  Hội đồng Biên tập:
Chủ tịch: PGS. TS Nguyễn Văn Việt - Chủ tịch VBA
Các ủy viên:
GS. TS Đinh Văn Thuận
Nhà sử học Dương Trung Quốc

Phó Tổng biên tập phụ trách:
 
Nhà báo Nguyễn Văn Chương