Quá trình ủ chín bia trong công nghệ sản xuất bia

Quá trình ủ chín bia (maturation) diễn ra song song với quá trình lên men ngay khi kết thúc giai đoạn tăng sinh khối của nấm men. Kỹ thuật ủ chín bia tùy thuộc vào dòng bia và tác động quan trọng đến độ hoàn thiện về hương vị của sản phẩm.

1. Quá trình ủ chín bia diễn ra khi nào?

Khi nấm men kết thúc quá trình tăng sinh khối, quá trình ủ chín bia bắt đầu. Nghĩa là quá trình ủ chín diễn ra song song với quá trình lên men (không phải sau khi kết thúc lên men). Quá trình ủ chín có thể tiếp tục trong cùng một tank lên men hoặc được chuyển sang bồn chuyên biệt.

2. Nguyên tắc ủ chín bia

Quá trình ủ chín bia có nhiệm vụ quan trọng là loại bỏ diacetyl đối với bia larger, nó cần có sự hiện diện của nấm men. Việc loại bỏ diacetyl diễn ra nhanh khi dịch lên men ở nhiệt độ và mặt độ tế bào nấm men cao hơn.

2.1. Nhiệt độ

Tuy nhiên, nếu tăng nhiệt độ lên quá cao thì quá trình lên men sẽ kết thúc sớm, nấm men kết lắng hết thì việc loại trừ diacetyl không còn khả thi nữa. Mỗi loại bia có một nhiệt độ ủ chín khác nhau, và các nhiệt độ này được xác định nhằm loại bỏ nhanh nhất các hợp chất tạo mùi không mong muốn trong bia.

Điều cần lưu ý khi tăng nhiệt độ đồng thời phải tăng áp suất dằn tank để đảm bảo hàm lượng CO2 bão hòa trong bia. Việc này lại ảnh hưởng đến việc loại bỏ các hợp chất lưu huỳnh. Tóm lại, việc tăng nhiệt độ phải hài hòa và có giới hạn.

2.2. Mật độ tế bào nấm men

Trong một số trường hợp, nhất là việc lên men ở nhiệt độ cao (lên men nổi), nấm men lắng nhanh, đường lên men ít, vì vậy khi sản xuất bia cần bổ sung thêm bia non ở giai đoạn krausen hoặc cấy thêm men và bổ sung một ít đường để tái khởi động lên men nhằm tăng mật độ tế bào nấm men đẩy nhanh quá trình ủ chín.

Việc này sẽ hoạt hóa lại men và thúc đẩy quá trình khử các hợp chất không mong muốn mà đặc biệt là diacetyl. Quá trình ủ chín kết thúc khi hàm lượng diacetyl còn <0,1ppm.

3. Những thay đổi về hương vị bia

Quá trình ủ chín làm thay đổi một loạt các sản phẩm phụ hình thành trong quá trình lên men như diketon, các hợp chất lưu huỳnh, aldehyde, và các axit béo dễ bay hơi cũng như tạo thêm cồn, CO2 làm giảm vị ngọt, tạo cho bia có vị nhẹ nhàng dễ uống hơn.

Việc lên men triệt để làm tăng hiệu suất quá trình lên men bia.

Quá trình ủ chín diễn ra làm giảm hàm lượng acetaldehyde cũng như làm vị bia dịu hơn.

Quá trình tái hấp thu pyruvate cũng như các axit hữu cơ khác làm pH của bia non tăng nhẹ trở lại và giảm độ chua cho bia.

4. Kỹ thuật ủ chín bia

Kỹ thuật ủ chín rất đa dạng và khác nhau ở quy trình sản xuất bia mỗi nhà máy. Nhìn chung, bia lên men chìm thì mục tiêu của giai đoạn ủ chín tập trung vào việc tạo ra hương vị cân bằng cho bia với hàm lượng diacetyl ở mức tối thiểu.

Còn đối với bia lên men nổi thì nhà làm bia chú trọng vào việc làm nổi bật hương vị đặc trưng của bia còn hàm lượng diacetyl không phải là vấn đề quan trọng.

4.1. Ủ chín bia lên men chìm (Lager)

Tại các nhà máy bia còn sử dụng kiểu bồn lên men cổ điển (bồn nằm ngang) để lên men bia, thi bắt buộc phải chuyển bia sang bồn lên men khác để ủ chín và tàng trữ nhằm tách men và cặn. Bia trước khi chuyển phải được làm lạnh xuống tối thiểu là 5°C.

Đối với các bồn lên men thân trụ đáy côn thì thường áp dụng công nghệ lên men một bồn (unitank) cho cả lên men, ủ chín và tàng trữ. Trước khi thu hồi men, phần bia ở đáy còn được làm lạnh xuống 5°C.

Phần bia phía trên của bồn lên men (chiếm khoảng 95% tổng thể tích bia trong bồn) vẫn được duy trì ở nhiệt độ cao hơn để khử diacetyl. Thời điểm 24 giờ sau khi đạt 5°C thì có thể thu hồi nấm men.

Khi hàm lượng diacetyl giảm đến mức mong muốn thì hạ nhiệt toàn bộ bia trong bồn lên men về 5°C để bắt đầu giai đoạn đầu của quá trình tàng trữ. Việc hạ nhiệt nên tiên hành chậm để không gây sốc nhiệt cho nấm men.

Sau khi nấm men được thu hồi xong, tùy theo yêu cầu công nghệ, bia có thể được hạ nhiệt tiếp về 0 hay -1°C cho quá trình ổn định cặn. Ở nhiệt độ này, cặn lạnh protein – polyphenol bắt đầu hình thành và lắng xuống. Trong quá trình tàng trữ, cặn men phải được xả bỏ định kỳ để không ảnh hưởng đến chất lượng bia.

Trên thực tế, có rất nhiều biến thể của kỹ thuật ủ chín theo phương pháp này tại các nhà máy bia và đều đã được áp dụng từ lâu. Một số công nghệ sản xuất bia, tại một vài nhà máy có thời gian tàng trữ nhiều hơn sáu tuần, trong trường hợp này thì hơn 40% vốn sản xuất được dùng cho quá trình tàng trữ.

Kỹ thuật lên men và tàng trữ cùng một bồn có thuận lợi là tiết kiệm các chi phí vận hành như hóa chất cho vệ sinh công nghiệp, điện năng cho việc chuyển bia và tiết kiệm CO2, nhưng lại làm lãng phí dung tích bồn chứa trong thời gian tàng trữ.

4.2. Ủ chín bia lên men nổi (Ale)

Quá trình lên men chính của bia Ale diễn ra rất nhanh ở nhiệt độ từ 20-25°C. Bia sau đó được làm lạnh về khoảng 15°C để hỗ trợ nấm men kết lắng. Sau khi thu hồi men thì bia được làm lạnh để chuyển sang bồn tàng trữ.

Việc giảm hàm lượng diacetyl về giá trị mong muốn 0,1 ppm không phải là mục tiêu chính của quá trình lên men phụ của bia Ale mà quá trình này chủ yếu để khắc phục những vấn đề về hương vị sinh ra trong quá trình lên men ở nhiệt độ cao, cũng như kết tủa cặn lạnh.

Quá trình lên men của bia ale diễn ra trong tank hở (open tank) thì nấm men sẽ nổi lên trên và trào ra miệng tank lên men. Trong trường hợp lên men trong tank lên men kín (như bồn dạng thân trụ đáy côn) thì dung tích dịch nha châm vào bồn chỉ khoảng 50-70% dung tích tổng, và nấm men sẽ tự kết lắng khi kết thúc quá trình lên men. Một số loại nấm men ít lắng thì phải cần máy ly tâm để tách men ra khỏi bia non.

5. Lưu ý

• Các nhà làm bia luôn muốn rút ngắn thời gian tàng trữ nhằm tăng lợi nhuận về kinh tế, vì thời gian lên men phụ kéo dài sẽ kéo theo số bồn lên men tăng lên và chi phí vốn sản xuất cho việc trữ bia cũng tăng lên.
• Để rút ngắn thời gian tàng trữ cho bia lên men chìm, các nhà làm bia sử dụng các phương pháp tăng tốc độ khử diacetyl:
  Giữ ấm tại thời điểm kết thúc quá trình tăng trưởng;
  Cải tạo gen của các chủng nấm men;
  Sử dụng bình phản ứng nấm men cố định;
  Xử lý nhiệt dưới điều kiện yếm khí để kích thích việc chuyển hóa trực tiếp α- acetolactate thành aceton…
  Chú ý: cần xem xét lựa chọn phương pháp, biện pháp xử lý phù hợp.
• Giai đoạn krausen: là giai đoạn hoạt động tăng trưởng của nấm men trong quá trình tiêu thụ matotriose. Xảy ra ở thời điểm 1 -4 ngày lên men chính

6. Một số điều kiện ủ chín bia áp dụng tại nhà máy hiện nay

Bia được ủ chín trong tank lên men tại nhiệt độ 1°C trong thời gian từ 1-2 ngày và tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu: độ đường, màu, diacetyl (VDK), CO2, pH.

Khi bia đạt yêu cầu đặt ra, chuyển tank về nhiệt độ -0,5°C để tàng trữ. Sau khoảng 16 ngày, bia có thể kiểm tra và đem đi lọc.