Luận văn Bước đầu nghiên cứu sản xuất nước tương lên men

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan về cây lạc [2, 3, 4, 9] Giới thiệu về cây lạc (Arachis hypogaea) Hình ảnh và cấu tạo của quả lạc Phân loại khoa học: Giới (regnum): Plantae Ngành (divisio): Magnoliophyta Lớp (class): Magnoliopsida Bộ(Ordo): Fabales Họ(familia): Fabaceae Phân họ(subfamilia): Faboideae Tông (tribus): Aeschynomeneae Chi (genus): Arachis Loài (species): A. hypogaea Lạc, còn được gọi là đậu phộng (danh pháp khoa học: Arachis hypogaea), là một loài cây thực phẩm thuộc họ Đậu có nguồn gốc tại Nam Mỹ. Lịch sử trồng lạc ở Việt Nam hiện nay chưa được xác minh rõ ràng. Nếu căn cứ tên gọi mà xét đoán thì danh từ “lạc” có thể là do từ Hán “lạc hoa sinh”, người Trung Quốc gọi cây lạc là lạc hoa sinh, như vậy có thể lạc từ Trung Quốc nhập vào nước ta khoảng thế kỷ XVII-XVIII. Lạc có 2 loại: loại 3-4 tháng và 6-8 tháng. Hạt lạc có nhiều hình dạng khác nhau: tròn, bầu dục… Về màu sắc cũng khác nhau như đỏ tím, đỏ nâu nhạt, nâu… Hạt lạc có 3 bộ phận là vỏ lụa, tử diệp và phôi. Vỏ lụa rất mỏng, ở ngoài cùng, bao lấy tử diệp và phôi, khi sấy khô để nguội, vỏ dễ tách ra khỏi tử diệp. Tử diệp gồm 2 phiến có màu trắng sữa hoặc trắng ngà. Phôi gồm 3 phần: phôi mầm, phôi lá, phôi rễ. Hạt đậu phộng là nguồn thực phẩm vừa cung cấp đạm vừa cung cấp dầu. Người ta chia quả đậu phộng làm 2 loại: loại quả to và loại quả nhỏ. Loại quả to có chiều dày 12mm, loại nhỏ bé hơn 12mm, kích thước hạt: dài 10 ÷ 20mm, rộng và dày 7,5 ÷ 13mm. Khối lượng 1.000 hạt nặng khoảng 400 ÷ 750gram Vỏ quả chiếm 25 ÷ 28%, vỏ hạt chiếm 3 ÷ 4% khối lượng quả. Giá trị kinh tế của cây lạc: Cây lạc là loại cây có giá trị dinh dưỡng cao, được trồng để làm thực phẩm, nguyên liệu chế biến công nghiệp và làm thức ăn trong chăn nuôi. Trung bình trong hạt lạc có: protein (20-37.2%), lipid (40-55%), hydratcarbon (6-22%), cenllulose (1.2-4.9%), Tro (1.8-4.6%) [8]. Thành phần hóa học của lạc Thành phần hoá học của lạc [3] Thành phần Tử diệp (%) Vỏ quả (%) Vỏ lụa (%) Phôi (%) Hạt bóc vỏ lụa khử dầu (%) Bột lạc khử dầu (%) Độ ẩm 5.0-8.0 5.0-8.0 9.0 - 2.7 7.3 Protein 25.4-38.8 4.8-7.2 11.0-13.4 26.5-27.8 43.2 47.9-56.8 Lipid 44.5-56.0 1.2-2.8 0.5-1.9 39.4-43.0 16.6 8.6-9.2 Glucid 6.0-24.9 10.6-21.2 48.3-52.2 - 31.2 21.3-31.5 Đường khử 0.1-0.4 0.3-1.8 1.0-1.2 7.9 - - Saccharose 2.9-6.4 1.7-2.5 - 12.0 - - Pentozan 2.2-2.7 16.1-17.8 - - - - Tinh bột 0.9-5.3 0.7 - - - - Hemicellulose 3.0 10.1 - - - - Xơ thô 1.6-1.9 65.7-79.3 21.4-34.9 1.6-1.8 - 2.7-4.0 Tro 1.8-2.9 1.9-4.6 2.1 2.9-3.2 6.3 4.1 Năng lượng (cal) 564.0/100g - - - 415.8/100g 371.0/100g Thành phần hoá học của lạc có thể thay đổi phụ thuộc vào giống, vào sự biến động của các điều kiện khí hậu giữa các năm, vào vị trí hạt ở quả, các yếu tố không bình thường như sâu, bệnh cũng ảnh hưởng đến thành phần hoá học của cây lạc. Trong một thời gian, người ta chỉ chú ý đến dầu trong hạt lạc mà chưa chú ý đến protein khá cao trong hạt và trong các bộ phận khác của cây lạc. Tình trạng thiếu protein hiện nay trên thế giới đòi hỏi phải nghiên cứu sử dụng toàn diện loại cây này. Protein thô trong hạt lạc khá cao, chủ yếu do 2 globulin (arachin và conarachin) hợp thành (95%). Conarachin hơn hẳn arachin về dinh dưỡng và có hàm lượng methionin nhiều gấp 3 lần. Trong protein hạt lạc có 2/3 arachin và 1/3 conarachin. Protein của hạt lạc nghèo 4 loại acid amin cần thiết là lysine, tryptophan, methionine và threonine. Thành phần dầu lạc gồm chủ yếu là acid béo chưa no (chiếm khoảng 80%), còn lại khoảng 20% là acid béo no. Các loại acid béo không no bao gồm: acid oleic (50-70%), acid linoleic (13-20%)…. Các loại acid béo no bao gồm: acid palmitic (6-111%), acid stearic (2-6%)… [2] Lạc là thức ăn giàu vitamin nhóm B (ngoại trừ B12) (bảng 2.3), như thiamin (B1), riboflavin (B 2), acid pantotenin (B3), B6, acid nicotinic (PP). Giá trị chính của lạc là giàu vitamin PP (100g lạc đủ cung cấp nhu cầu vitamin PP hàng ngày cho 1 người lớn). Như vậy, lạc là một loại thức ăn giàu lipid, nhiều protein và vitamin. Lạc có hương và mùi vị đặc biệt, vị ngọt điển hình và mùi thơm nhẹ được tạo nên bởi đường và một số chất hữu cơ bay hơi (acetaldehyde, acetone, methanol, ethanol, 2-buthanol…) Hàm lượng các acid amin trong 100 g lạc hạt [1] Tên acid amin Hàm lượng các acid amin trong 100 g lạc hạt (mg) Lysine 990 Methionine 360 Tryptophan 300 Phenylalanine 1680 Threonine 770 Valine 1290 Leucine 1760 Isoleucine 880 Arginine 2720 Histidine 580 Cystine 249 Tyrosine 669 Alanine 669 Aspartic acid 2952 Glutamic acid 5070 Glycine 1287 Proline 1236 Serine 1557 Hàm lượng một số vitamin trong 100 g lạc hạt [1] Vitamin Hàm lượng vitamin trong 100 g lạc hạt Beta-carotene 10.00 (mcg) B1 (Thiamine) 0.44 (mg) B2 (Riboflavin) 0.12 (mg) PP (Niacine) 16.00 (mg) Khô dầu lạc Khô dầu lạc là bã thu được trong quá trình ép lạc ở các nhà máy sản xuất dầu. Khô dầu lạc có hàm lượng đạm cao (bảng 2.4) là môi trường thuận lợi cho sự hoạt động của nhiều vi sinh vật. Để tiện lợi cho việc sử dụng và bảo quản, khô dầu cần được xử lý sơ bộ ngay sau khi vừa ép ra. Khô dầu lạc thường được ép thành bánh cứng khoảng 1kg có hàm ẩm thấp để tiện lợi cho quá trình bảo quản và vận chuyển Thành phần của khô lạc [2] Thành phần Khô lạc Cả vỏ Nhân Chất khô % 90 90 Đạm thô % 27.7 45.5 Béo thô % 10 8 Xơ thô % 24.4 4.8 Hàm lượng acid amin trong khô lạc [2] Acid amin Hàm lượng (g/1 kg khô lạc) Triptophan 3.6 Cystine 3.6 Arginine 34.4 Lysine 10 Methionine 2.7 Hàm lượng khoáng trong khô dầu lạc: 1kg khô dầu lạc có 0.67g Na; 12.45g K; 1.14g Ca; 5.7g P Tổng quan về nước tương [7, 17, 27] Nước tương là một loại nước chấm dùng làm gia vị có hàm lượng đạm và nồng độ muối tương đối cao. Mặc dù có nhiều tên gọi khác nhau như xì dầu, tàu vị yểu, Magi…nhưng chúng đều được sản xuất chủ yếu bằng 2 phương pháp lên men và hoá giải, nguồn nguyên liệu giàu đạm chủ yếu là các hạt có dầu. Cơ sở khoa học của phương pháp sản xuất nước tương lên men là lợi dụng hệ enzym của vi sinh vật phát triển trên nguyên liệu giàu đạm nuôi chúng để rồi thuỷ phân protein có trong nguyên liệu thành nước tương. Do vậy, trong quá trình sản xuất phải nuôi mốc cho tốt để tạo ra nhiều enzym thủy phân triệt để protein trong nguyên liệu, nâng cao hiệu suất thủy phân protein của nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm. Cơ sở khoa học của phương pháp sản xuất nước tương hoá giải là dùng hoá chất để thuỷ phân protein của nguyên liệu thành nước tương. Do vậy, trong quá trình thủy phân đảm bảo tốt các điều kiện nhiệt độ, thời gian để phản ứng tiến hành triệt để. Khái quát tình hình sản xuất nước tương ở trên thế giới và ở Việt Nam Nước tương đã nhanh chóng trở thành loại nước chấm phổ biến không chỉ trong hầu hết các món ăn Trung Hoa mà còn trong rất nhiều các món ăn Phương Tây như ragu, hamburger và các món salad. Ở Trung Quốc, nước tương là một loại nước chấm phổ biến và thường được sử dụng nhất. Sản lượng nước tương tiêu thụ và số nhà máy sản xuất nước tương luôn tăng theo từng năm. Sản lượng nước tương tiêu thụ lên tới 5 triệu tấn vào năm 2001. Hiện nay, Trung Quốc có hơn 4000 nhà sản xuất nước tương. Vào thế kỉ thứ 7, nước tương được du nhập vào Nhật Bản và được gọi là “sho-yu”. Nhưng đến thế kỉ 17 mới được sản xuất rộng rãi với số lượng lớn và vận chuyển đến các nước Châu Á và Châu Âu. Tuy nhiên, cho đến năm 1959, công nghệ sản xuất nước tương mới được nghiên cứu dưới góc độ khoa học. Kết quả là đã có sự thay đổi toàn bộ về công nghệ, máy móc và thiết bị. Nhật có khoảng 1600 nhà sản xuất nước tương (năm 2000) trong đó có 5 nhà sản xuất nước tương lớn và chi phối thị trường nội địa nước này. Lượng nước tương sản xuất năm 2001 là 1000 triệu l/năm. Sản lượng nước tương các loại của Nhật và 2001 [16] Loại nước tương 2001 Sản lượng (l) % Đặc biệta 533 740 000 52 Cao cấp 190 835 000 18.6 Loại thường 46 711 000 4.5 Những loại khác 256 067 000 24.9 Tổng cộng 1 027 353 000 100 a Loại đặc biệt chỉ là loại nước tương hoàn toàn sản xuất bằng phương pháp lên men Ở Việt Nam, theo một số thống kê, cả nước hiện có tổng lượng sản xuất khoảng 100 triệu lít/năm, trong đó riêng thành phố Hồ Chí Minh sản xuất khoảng 65-70 triệu lít và có khoảng 50 nhà sản xuất nước tương. Giới thiệu một số quy trình sản xuất nước tương Phương pháp hoá giải: Quy trình công nghệ Bánh dầu Tách tạp chất Nghiền Thủy phân Trung hòa Lọc thô Lắng trong Lọc tinh Pha chế Đóng gói Bao bì Thành phẩm Thanh trùng Tạp Nước, HCl 35% Na2CO3 khan Bã Cặn Phụ gia Quy trình công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa giải Khô dầu được tách tạp chất, sau đó được đem đi nghiền nhỏ khoảng 0.5 – 1 mm. Cho 70 kg bánh dầu đã được nghiền nhỏ vào 60 kg HCl 35% và khoảng 50 – 70 l nước vào nồi thủy phân chịu acid, rồi đậy nắp kín thiết bị. Sau đó tiến hành đun ở nhiệt độ 1200 -1300C trong 5 – 8 giờ, và làm nguội xuống còn 70 – 800C, ta được dịch thủy phân. Sau đó bơm dịch thủy phân qua thùng trung hòa, dùng Na2CO3 trung hòa để pH sản phẩm đạt pH=4.5 – 5. Sau trung hòa, bơm dịch qua hệ thống lọc thô để tách bã lọc. Dung dich lọc được bơm qua thùng thanh trùng. Tại đây có thể thêm muối vào để sản phẩm có độ mặn mong muốn, nhiệt độ thanh trùng từ 90 – 970C trong 15 phút. Dung dịch này sau khi thanh trùng được bơm sang bể lắng khoảng 3 ngày, sau đó dung dịch sẽ được bơm qua thiết bị lọc rồi vào thiết bị phối chế. Người ta sẽ bổ sung phụ gia để điều chỉnh vị phù hợp với yêu cầu của từng loại sản phẩm. Pha chế xong, nước chấm sẽ được cho vào chai và đóng nắp, dán nhãn tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh Ưu điểm của phương pháp hoá giải: Rẻ và nhanh.. Hiệu suất thủy phân protein cao Sản phẩm tạo ra giàu acid amin Mùi vị nước tương phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng tại Việt Nam hiện nay. Nhược điểm của phương pháp hóa giải: Chi phí năng lượng và thiết bị cao do phải chịu nhiệt và chịu ăn mòn. Việc sử dụng HCl đặc gây độc hại và gây ô nhiễm môi trường. Do nhiệt độ cao và nồng độ acid đặc nên một số acid amin bị phá hủy trong quá trình thủy phân. Các acid amin chứa S bị mất 10-30%. Các acid amin chứa nhóm –OH bị phân hủy một phần. Trp bị phân hủy hoàn toàn và Thr, Ser, Met, Cys bị phân hủy một phần. Khi nồng độ HCl cao và nhiệt độ cao thường xảy ra phản ứng giữa Cl- hoặc HCl với glycerol có trong chất béo, sinh độc tố 3-MCPD. Bộ y tế Việt Nam quy định nồng độ tối đa cho phép của 3-MCPD trong sản phẩm nước tương là 1mg/kg. Về nguyên tắc, có thể sử dụng kiềm để thủy phân thay cho acid. Ví dụ như sử dụng tác nhân thủy phân là NaOH, nồng độ 4-8 N, nhiệt độ 100-110oC, thời gian 24-36 giờ. Tuy nhiên, nếu thủy phân trong điều kiện này thì Trp được bảo toàn nhưng xảy ra hiện tượng racemic hoá. Sản phẩm thủy phân là hỗn hợp racemic D,L-amino acid, làm giảm giá trị dinh dưỡng. Ngoài ra còn xảy ra sự oxi hoá một số acid amin khác. Vì vậy trong sản xuất nước tương, người ta ít khi dùng kiềm để thuỷ phân protein. Phương pháp lên men bằng vi sinh vật: Quy trình công nghệ (hình 2.3) Thuyết minh quy trình công nghệ Nghiền: nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình phối trộn và hấp. Khô đậu nành được nghiền nhỏ để khi phối trộn, nước thấm đều hơn, khi hấp nguyên liệu chín đều hơn, tránh hiện tượng trong sống ngoài chín. Ngoài ra nghiền còn nhằm mục đích tăng diện tích phát triển của nấm mốc và khả năng xúc tác của enzym khi thuỷ phân. Kích thước nguyên liệu sau nghiền 0,5 – 1 mm. Phối trộn nguyên liệu: nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình hấp và nuôi mốc. Khô đậu nành, bột mì, nước được phân bố đều trong hỗn hợp. Bột mì là nguồn tinh bột cho nấm mốc sử dụng làm nguồn thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Nước có tác dụng làm cho nguyên liệu có độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của nấm mốc. Hấp: nhằm mục đích chuẩn bị chất dinh dưỡng cung cấp cho quá trình nuôi mốc. Hấp làm chín tinh bột, làm protein bị biến tính. Đây là nguồn thức ăn cho nấm mốc phát triển. Cấy giống: nhằm mục đích chuẩn bị cho quá trình nuôi mốc. Nguồn mốc giống sẽ được trộn đều trong nguyên liệu. Bột mì Bánh dầu Nghiền Phối trộn Hấp Cấy giống Nuôi mốc Lọc lần 1 Phối trộn Thanh trùng Rót chai Rang Nước Mốc giống Nước muối Bã Trích ly Lọc lần 2 Chai Nước tương Thủy phân Nước muối Điều hương – Điều vị Lắng Hương, vị Cặn Nước, muối Bã Quy trình công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men Nuôi mốc (Tạo koji): nhằm mục đích khai thác, tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển đều trên môi trường nuôi cấy để hình thành các hệ enzym cần thiết (đặc biệt là enzym protease và amylase) có hoạt lực cao, có khả năng thủy phân protein và tinh bột đạt hiệu suất cao. Thủy phân: nhằm mục đích chế biến, tạo pH thích hợp cho enzyme protease và amylase của nấm mốc hoạt động, quá trình thủy phân làm biến đổi sâu sắc thành phần nguyên liệu theo hướng tạo ra sản phẩm là nước tương. Lọc: nhằm mục đích khai thác, loại bỏ khô đậu phộng để thu được nước tương thành phẩm. Trích ly bã lọc: nhằm mục đích khai thác, trích ly phần nước tương còn sót lại trong khô đậu nành sau khi qua quá trình lọc. Phối trộn nước tương: nhằm mục đích hoàn thiện, tạo ra các sản phẩm nước tương với chất lượng khác nhau phụ thuộc vào tỉ lệ phối trộn. Thanh trùng: nhằm mục đích bảo quản, tiêu diệt vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm . Nhiệt độ thanh trùng: 90 – 95 0C, thời gian thanh trùng: 15 phút Điều hương –vị: nhằm mục đích hoàn thiện, tạo hương vị phù hợp với người tiêu dùng cho nước tương thành phẩm. Lắng: nhằm mục đích hoàn thiện, tách các chất không tan ra khỏi nước tương thành phẩm Rót chai: nhằm mục đích bảo quản: tránh sự tiếp xúc của sản phẩm với môi trường bên ngoài và hoàn thiện: tạo sản phẩm có hình dạng, mẫu mã đẹp, thu hút người tiêu dùng. Đặc điểm của phương pháp lên men bằng vi sinh vật là: Nước tương được sản xuất bằng phương pháp lên men do không có phản ứng sinh ra Glycerin và không sử dụng axit HCl nên không tạo thành 3-MCDP. Tuy nhiên cần quan tâm đến độc tố Aflatoxin cũng là tác nhân gây bệnh ung thư như 3-MCPD. Aflatoxin được sinh ra từ nấm Aspergillus flavus lẩn trong nấm Aspergillus oryzae lên men tạo thành nước tương. Mặt khác nước tương sản xuất từ phương pháp lên men thời gian kéo dài, hiệu suất thủy phân thấp và mùi vị khác so với phương pháp hoá giải. Sản phẩm thủy phân protein là hỗn hợp gồm protein, pepton, peptide, acid amin. Các sản phẩm này thường khó bảo quản, do trong sản phẩm có nhiều enzym khác gây nên sự biến đổi chất lượng. Vì vậy, cần phải có biện pháp ức chế enzyme hay thanh trùng sản phẩm khi đã thuỷ phân đạt yêu cầu. Để rút ngắn thời gian và ổn định chất lượng sản phẩm thì nên sử dụng chế phẩm enzym thay thế cho phương pháp lên men bằng vi sinh vật Phương pháp sử dụng enzym và enzym kết hợp với acid: Quy trình công nghệ (hình 2.4) Phương pháp enzym có ưu điểm là điều kiện thủy phân ôn hòa, hoàn toàn không sử dụng hoá chất, không làm biến đổi thành phần acid amin ban đầu, nhưng hiệu suất thủy phân tối đa chỉ đạt khoảng 70% [27]. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng kết hợp thủy phân bằng acid và thủy phân bằng chế phẩm enzym. Việc sử dụng kết hợp acid và enzym đã giảm thiểu sử dụng hoá chất độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, rút ngắn thời gian và có thể sản xuất trên hệ thống thiết bị sẵn có Bánh dầu Tách tạp chất Nghiền Thanh trùng Chỉnh pH Thủy phân 1 Thủy phân 2 Tạp EnzymO3 khan Lắng trong Lọc tinh Pha chế Đóng gói Bao bì Thành phẩm Cặn Phụ gia Để nguội Trung hòa HClO3 khan Na2CO3 Quy trình công nghệ sản xuất nước tương bằng enzym kết hợp với axit . Phương pháp vi sinh vật kết hợp enzyme: Quy trình công nghệ Bánh dầu Nghiền Phối trộn Hấp Cấy giống Nuôi mốc Lọc lần 1 Phối trộn Thanh trùng Rót chai Nước Mốc giống Nước muối Chai Nước tương Thủy phân Điều hương – Điều vị Lắng Hương, vị Cặn Nước, muối Bã Trích ly Lọc lần 2 Nước muối Bã Enzym Quy trình công nghệ sản xuất nước tương bằng vi sinh vật kết hợp enzym So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất nước tương hiện nay: So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp sản xuất nước tương [27] Phương pháp Đặc điểm Tính chất sản phẩm Ưu điểm Nhược điểm Hoá học Acid Tác nhân thủy phân là HCl đặc Không an toàn, chứa 3-MCPD; 1,3-DCP -Chi phí hoá chất rẻ -Thời gian ngắn Tiêu hao năng lượng, ăn mòn thiết bị, ô nhiễm môi trường Kiềm Tác nhân thủy phân là NaOH Tạo D-aminoacid, Lysinoalanin -Chi phí hoá chất rẻ -Thời gian ngắn Tiêu hao năng lượng, ăn mòn thiết bị Vi sinh Tác nhân thủy phân là vi sinh vật An toàn Ít tiêu hao năng lượng Diện tích nhà xưởng lớn, thời gian kéo dài Vi sinh + enzyme Tác nhân thủy phân là vi sinh vật và enzyme An toàn -Rút ngắn thời gian so với lên men truyền thống - Chi phí enzyme cao Enzym Tác nhân thủy phân là enzyme An toàn, mùi vị có thể điều chỉnh -Giảm 80% năng lượng so với phương pháp hóa học -Thời gian ngắn Sử dụng nhiều loại enzyme, chi phí cao, hiệu suất tối đa 70% Enzyme + acid Tác nhân thủy phân chủ yếu là enzyme An toàn, Mùi vị không khác biệt -Giảm 70% năng lượng so với phương pháp hóa học -Thủy phân trên 85% protein Chi phí enzyme cao hơn hoá chất Tiêu chuẩn chất lượng nước tương Người ta xem nước tương là một loại nước chấm gia vị, nên chất lượng của nước tương được đánh giá thông qua tiêu chuẩn của nước chấm theo 3 nhóm chỉ tiêu Thành phần hóa học Về thành phần hóa học người ta đánh giá nước chấm theo các chỉ tiêu: độ chua, hàm lượng acid, hàm lượng đạm tổng, hàm lượng đạm amin, hàm lượng đạm ammoniac, muối ăn, hàm lượng arsenic và giá trị pH Chỉ tiêu vi sinh Vi sinh