Đề tài Công nghệ lên men: Kim Chi

Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................. trang 04 PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG .................................................................................. trang 05 A- LÊN MEN LACTIC ................................................................................................. trang 06 1. Vi khuẩn lactic............................................................................................................ trang 06 2. Khái niệm lên men lactic ........................................................................................... trang 06 3. Cơ sở lý thuyết quá trình muối chua ........................................................................ trang 07 B- KIM CHI.................................................................................................................... trang 09 1. Khái niệm – nguồn gốc .............................................................................................. trang 09 2. Tình hình sản xuất ..................................................................................................... trang 09 3. Một số hình ảnh......................................................................................................... trang 09 PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT KIM CHI ..................................................... trang 11 1. Vi sinh vật tham gia lên men..................................................................................... trang 12 2. Cải thảo ....................................................................................................................... trang 13 3. Củ cải........................................................................................................................... trang 15 4. Carrot .......................................................................................................................... trang 17 5. Dƣa chuột .................................................................................................................... trang 19 6. Cải bắp ........................................................................................................................ trang 20 7. Ớt ................................................................................................................................ trang 22 8. Tỏi ................................................................................................................................ trang 23 9. Hành ............................................................................................................................ trang 24 10. Gừng .......................................................................................................................... trang 25 11. Muối ăn ..................................................................................................................... trang 26 12. Tảo biển Glue plant ................................................................................................. trang 26 13. Mắm cá...................................................................................................................... trang 27 14. Các chất phụ gia ....................................................................................................... trang 27 15. Nƣớc .......................................................................................................................... trang 27 PHẦN 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KIM CHI ................................. trang 29 A- SƠ ĐỒ KHỐI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .......................................................... trang 30 B- GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ........................................................... trang 31 1. Giải thích quy trình ................................................................................................... trang 31 2. Biến đổi nguyên liệu sau muối chua ......................................................................... trang 33 3. Các yếu tố ảnh hƣởng quá trình lên men lactic ...................................................... trang 34 4. Hiện tƣợng hƣ hỏng ở rau quả muối chua ............................................................... trang 34 PHẦN 4: SẢN PHẨM KIM CHI.................................................................................. trang 36 1. Chỉ tiêu chất lƣợng ..................................................................................................... trang 37 2. Thành phần dinh dƣỡng ............................................................................................ trang 37 3. Bảo quản sản phẩm.................................................................................................... trang 38 4. Một số loại kim chi ..................................................................................................... trang 38 PHẦN 5: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ....................................................................... trang 43 1. Các biện pháp bảo quản sản phẩm sau muối chua ................................................. trang 44 2. Hỗ trợ thiết bị quá trình lên men ............................................................................. trang 44 3. Nghiên cứu những giải pháp công nghệ ................................................................... trang 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. trang 46 Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 2 DANH MỤC BẢNG STT TIÊU ĐỀ TRANG 1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g cải thảo 14 2 Thành phần dinh dưỡng trong 100g củ cải 16 3 Thành phần dinh dưỡng trong 100g carrot 18 4 Thành phần dinh dưỡng trong 100g dưa chuột 20 5 Thành phần dinh dưỡng trong 100g cải bắp 21 6 Thành phần dinh dưỡng trong 100g ớt 22 7 Thành phần dinh dưỡng trong 100g tỏi 24 8 Thành phần dinh dưỡng trong 100g hành 25 9 Thành phần dinh dưỡng trong 100g gừng 25 10 Tiêu chuẩn muối dùng trong chế biến thực phẩm 26 11 Chỉ tiêu hóa lý của nước uống 28 12 Chỉ tiêu vi sinh vật của nước uống 28 13 Thành phần dinh dưỡng của kim chi trong 100g 37 DANH MỤC HÌNH STT TIÊU ĐỀ TRANG 1 Cơ chế của quá trình lên men lactic 6 2 Sơ đồ lên men lactic 7 3 Chuẩn bị nguyên liệu làm kim chi 9 4 Chế biến kim chi 10 5 Bảo quản kim chi trong chùm sành 10 6 Cải thảo 13 7 Thành phần năng lượng của cải thảo 14 8 Củ cải 15 9 Thành phần năng lượng của củ cải 16 10 Carrot 17 11 Thành phần năng lượng của carrot 18 12 Dưa chuột 19 13 Cải bắp 20 14 Ớt 22 15 Tỏi 23 16 Hành 24 17 Củ gừng 25 18 Muối ăn 26 19 Tảo biển 27 20 Mắm cá 27 21 Kim chi cải thảo nguyên cây và cắt miếng 37 22 Kim chi củ cải muối 38 23 Kim chi Doraj 39 24 Kim chi Yolmu 39 25 Kim chi Oisobagi 39 Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 3 26 Kim chi Crown daisy 39 27 Kim chi Puchu 40 28 Kim chi Kkanenip 40 29 Kim chi Minary 40 30 Kim chi từ cải soong 40 31 Kim chi Uong 40 32 Kim chi Sobagi 41 33 Kim chi Got 41 34 Kim chi Pa 41 35 Kim chi Bo 41 36 Kim chi Baek 42 37 Kim chi Dongchimi 42 38 Kim chi Hobak 42 39 Kim chi Godlebbaegi 42 Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 4 LỜI MỞ ĐẦU Lương thực, thực phẩm là nhu cầu không thể thiếu của con người. Chính vì vậy mà con người luôn tìm cách chế biến lương thực thực phẩm thành những dạng thực phẩm khác nhau, rất đa dạng và phong phú. Từ lâu, các sản phẩm lên men là một trong những sản phẩm truyền thống đã phổ biến khắp nơi trên thế giới. Ngoài hương vị đặc trưng, các sản phẩm lên men còn có tác dụng chữa bệnh như yaourt giúp tiêu hóa tốt, phòng bệnh đường ruột. Đặc biệt các sản phẩm muối chua rau quả với quá trình lên men đường trong nguyên liệu rau quả bởi vi khuẩn lactic, có tác dụng tạo hệ vi khuẩn có ích cho đường tiêu hóa. Rau quả muối chua tuy không phải là thuốc thuần túy nhưng dùng làm thức ăn rất tốt cho người mắc chứng béo phì, tiểu đường … vì nó ít glucid và khả năng sinh nhiệt thấp. Và kim chi là một trong những sản phẩm rau quả muối chua, lên men vi khuẩn lactic. Với người Hàn Quốc, kim chi trở thành món ăn điển hình của dân tộc. Người Hàn Quốc cho rằng, bữa ăn của họ sẽ vô vị nếu thiếu vắng vị cay, giòn của những món kim chi. Món ăn bổ dưỡng này không có cholesterol và đặc biệt ngon. Tùy theo khẩu vị mà có nhiều loại kim chi và cách chế biến khác nhau. Làm kim chi là một quy trình đơn giản nhưng đòi hỏi rất nhiều sự khéo léo của người nội trợ. Trong đời sống hiện nay, sản phẩm đóng hộp đang ngày càng thông dụng nhằm điều hòa thực phẩm các vùng, tiết kiệm thời gian cho việc chế biến thực phẩm. Vì vậy phương pháp bảo quản sau muối chua bằng cách đóng hộp, thanh trùng cũng được quan tâm đến. Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 5 PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG A- LÊN MEN LACTIC 1. Vi khuẩn lactic 2. Khái niệm về lên men lactic 3. Cơ sở lý thuyết của quá trình muối chua B- KIM CHI 1. Khái niệm - nguồn gốc 2. Tình hình sản xuất 3. Một số hình ảnh Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 6 A- LÊN MEN LACTIC 1. VI KHUẨN LACTIC Nhóm vi khuẩn lactic rất da dạng gồm nhiều giống khác nhau, tế bào của chúng có thể là hình cầu, hình que, phân biệt chúng về khả năng lên men đồng hình hay dị hình. Tất cả vi khuẩn lactic đều có đặc điểm chung là:  Là những vi khuẩn Gram dương, nói chung là bất động, không sinh bào tử.  Khả năng tổng hợp nhiều chất cần cho sự sống của những vi khuẩn này rất yếu.  Là những vi khuẩn kỵ khí tùy tiện, vi hiếu khí, là loại có khả năng lên men hiếu khí cũng như kỵ khí. Các giống vi khuẩn lactic: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus lactis, Lactobacillus bulgaricus, Leuconostoc. 2. KHÁI NIỆM VỀ LÊN MEN LACTIC. Lên men lactic là 1 trong những quá trình sinh hóa phổ biến trong thiên nhiên, đó là quá trình chuyển hóa kị khí đường với sự tích lũy acid lactic trong môi trường lên men. Tùy thuộc quá trình lên men này mà người ta chia thành 2 loại: đồng hình hay dị hình.  Lên men đồng hình: sản phẩm cuối cùng là acid lactic chiếm tỷ lệ cao.  Lên men dị hình: các sản phẩm cuối cùng đa dạng: acid lactic, ethanol, acid acetic, CO2. Quá trình lên men kim chi là một quá trình lên men lactic phức tạp xảy ra trong điều kiện yếm khí với sự tham gia của các vi khuẩn thuộc họ Lactobacteriaceae, Streptococcus lactis … Trong quá trình lên men lactic, lượng đường có trong bắp cải sẽ chuyển hóa thành acid lactic và sản phẩm phụ tạo cho sản phẩm có vị chua và mùi vị đặc trưng. Phương trình của quá trình lên men lactic: C6H12O6  2C3H6O3 + 136KJ (32.4 Kcal) Hình 1: Cơ chế của quá trình lên men lactic Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 7 Quá trình này xảy ra theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian. Giai đoạn đầu là quá trình tạo acid pyruvic, sau đó là quá trình biến đổi acid pyruvic thành acid lactic do vi khuẩn lactic. Ngoài ra còn có một phần nhỏ pyruvate bị khử thành acid acetic, CO2 được thực hiện bởi nấm men và nấm mốc có thể bị nhiễm trong quá trình lên men. Tác nhân gây lên men hay tác nhân cung cấp hệ enzyme là vi khuẩn họ Lactobacteraceae. Mặc dù nhóm vi khuẩn này không đồng nhất về mặt hình thái (gồm các vi khuẩn dạng que ngắn, que dài lẫn các vi khuẩn hình cầu) song về mặt sinh lý chúng tương đối đồng nhất. Tất cả đều là vi khuẩn G(+) không tạo bào tử và hầu hết không đi động. Chúng thu nhận năng lượng nhờ phân giải carbohydrate và tiết ra acid latic. Các vi khuẩn này là vi khuẩn yếm khí hoặc kỵ khí. Do quá trình lên men trong sản xuất kim chi là quá trình lên men lactic dị hình nên ở đây ta chỉ khảo sát quá trình lên men lactic dị hình. LÊN MEN DỊ HÌNH Là quá trình lên men mà ngoài acid lactic tạo thành còn có hàng loạt các sản phẩm khác nhau chiếm tỉ lệ khá cao như: acid acetic, glycerin, ethanol, CO2… Sở dĩ như vậy vì vi khuẩn lactic dị hình không có hai enzyme cơ bản của sơ đồ EMP là aldolase và triosaphosphate isomerase. Hình 2: Sơ đồ lên men lactic Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 8 Vì giai đoạn đầu của sự phân giải glucose xảy ra theo con đường pentose phosphate, tức là qua glucose-6-phosphate, 6-phosphogluconate và ribulose-6-phosphate. Chất này nhờ một enzyme epimerase được chuyển thành xylulose-5-phosphate và sau đó trong một phản ứng thuộc tiaminpirophosphate được enzyme pentosephosphoketolase phân giải thành glyceraldehydphosphate và acetylphosphate. Sự oxy hóa triose thành acid lactic giống như sự lên men đồng hình, còn acetylphosphate có thể chuyển hóa thành ethanol hoặc acid acetic. Các sản phẩm phụ của quá trình lên men dị hình không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm mà nó còn góp phần tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm lên men. 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH MUỐI CHUA. Quá trình lên men lactic trong sản phẩm rau muối chua có thể phân thành 3 giai đoạn: a. Giai đoạn 1: Do muối ăn gây áp suất thẩm thấu lớn nên đường và các chất dinh dưỡng khác có trong tế bào rau sẽ khuếch tán vào nước muối và bắt đầu có sự hoạt động của các vi sinh vật lactic và một số vi sinh vật khác. Trên bề mặt nước muối, thấy xuất hiện những bọt khí, đó là do hoạt động của một số vi sinh vật có khả năng sinh khí. Chủng vi khuẩn lactic phát triển chủ yếu trong thời kì này là Leuconostoc mesenteroides. Đó là loại cầu khuẩn có khả năng sinh acid lactic và sinh khí, khả năng tích tụ acid lactic của chủng này yếu (nhỏ hơn 1%). Giai đoạn này cần tiến hành nhanh để acid lactic sớm tạo thành,có thể ức chế được các vi sinh vật lạ. b. Giai đoạn 2: Các vi khuẩn lactic phát triển mạnh mẽ, acid lactic được tích tụ nhiều, nên pH môi trường giảm xuống vào khoảng 3-3,5 làm ức chế các vi khuẩn khác, chỉ còn vi khuẩn lactic phát triển, chiếm ưu thế tuyệt đối, rau quả trở nên chua, ngon. Đây là giai đoạn quyết định, nếu vi khuẩn lactic không chiếm được ưu thế thì các vi khuẩn khác sẽ phát triển làm rau, dưa hư bởi các nguyên nhân sau:  Rau quả rửa không kỹ, làm dập nát, có nhiều tạp khuẩn.  Cho muối vào không đúng 2,5 - 3 % ( nếu quá 5 -6 % sẽ ức chế cả vi khuẩn lactic,nếu dưới 3% thì nhiều tạp khuẩn khác sẽ lấn át).  Không đậy, nén kỹ, không tạo được điều kiện kỵ khí cho vi khuẩn lactic phát triển.  pH là yếu tố rất quan trọng, nếu vi khuẩn lactic phát triển chiếm ưu thế thì pH sẽ là 3 – 4,5, còn không thì các vi sinh vật khác sẽ phát triển (mấy bạn thông cảm hem có tìm đuoc pH của mấy con vi khuẩn nên tự tìm hen) Chủng vi khuẩn lactic phát triển chủ yếu trong thời kỳ này là L.cucumeris, B.brassicae fermentati và một số chủng khác. Hàm lượng acid lactic trong nước dưa chua thường vào khoảng 0,8 – 2 %. Mùi vị dưa tốt nhất khi nồng độ acid là 0,8 – 1,2 %. c. Giai đoạn 3: Khi acid lactic đã tích tụ với lượng khá cao thì các vi khuẩn lactic cũng bị ức chế (pH =3). Khi đó các nấm men và nấm mốc có khả năng phát triển mạnh, phân giải acid lactic thành CO 2 và H2O, pH tăng lên, sản phẩm bắt đầu có váng và môi trường giảm chua, có mùi mốc, có nhiều bọt khí (nấm men dại thường có là Geotrichum candidum). Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 9 B – KIM CHI 1. KHÁI NIỆM – NGUỒN GỐC KIM CHI Kim chi hay còn được đánh vần là Gimchi hay Kimchee là một món ăn truyền thống của Hàn Quốc và là sản phẩm lên men lactic tại nhiệt độ thấp để đảm bảo độ chín và sự bảo quản sản phẩm. Kim chi được chế biến với hỗn hợp gia vị chủ yếu gồm: ớt bột, tỏi, gừng, hành lá… Người Hàn Quốc đã sáng tạo ra kim chi từ rất lâu khoảng từ 2600- 3000 năm. Do mùa đông ở Hàn Quốc dài và khắc nghiệt nên khó có thể tìm được rau xanh vì vậy người dân Hàn Quốc đã nghĩ ra Kim chi để cung cấp vitamin cho cơ thể. Ban đầu kim chi được chế biến đơn giản từ cải thảo và nước muối nhưng đến thế kỉ 12 kim chi phát triển dần về thành phần, hương vị và màu sắc… Khi chưa biết đến ớt bột người dân Hàn Quốc sử dụng lá cây mù tạt và hoa mào gà để tạo nên màu đỏ nhạt cho kim chi, vì người Hàn Quốc rất coi trọng màu đỏ. Đến thế kỉ 17 ớt bột bắt đầu được sử dụng và dần trở thành nguyên liệu quan trọng tạo nên hương vị đặc biệt của kim chi cho đến tận ngày nay. 2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KIM CHI a. Ở Việt Nam: Mặc dù món ăn kim chi đã đến Việt Nam từ lâu nhưng cho đến hiện nay kim chi hầu như chỉ được làm ở quy mô gia đình để cải thiện bữa ăn chứ không mang mục đích dự trữ như Hàn Quốc. Cũng đã có một vài công ty chế biến kim chi và bán cho các đại lý phân phối nhưng vẫn chưa phổ biến và mặt hàng chưa đa dạng chủ yếu là kim chi từ cải thảo. b. Ở Hàn Quốc: Từ những năm 70, việc sản xuất kim chi đã tăng đáng kể vì mục đích thương mại. Số lượng nhà máy sản xuất kim chi tăng để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu, nhưng hầu hết là quy mô nhỏ. Trong năm 1997, 408000 tấn sản phẩm kim chi thương mại đã được sản xuất bởi 459 nhà máy. Và tiêu chuẩn Codex được soạn ra gia tăng tính thương mại quốc tế cho sản phẩm kim chi. Trong tương lai, càng nhiều sản phẩm kim chi thương mại hơn nữa và tính thương mại quốc tế của nó sẽ được nâng cao đáng kể nhờ sự trao đổi văn hóa. Việc cải tiến kỹ thuật của những nhà máy sản xuất kim chi đòi hỏi một sự đầu tư lớn và những nhà máy quy mô nhỏ sẽ dần biến mất. 3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH Hình 3 – 4: Chuẩn bị nguyên liệu làm kim chi Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 10 Hình 5: Chế biến kim chi Hình 6: Bảo quản kim chi trong chum sành Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 11 PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT KIM CHI 1. Vi sinh vật tham gia lên men 2. Cải thảo 3. Củ cải 4. Carrot 5. Dưa chuột 6. Cải bắp 7. Ớt 8. Tỏi 9. Hành 10. Gừng 11. Muối 12. Tảo biển 13. Mắm cá 14. Các chất phụ gia 15. Nước Công nghệ lên men – Kim Chi GVHD: PGSTS.Lê Văn Việt Mẫn Trang 12 1. VI SINH VẬT THAM GIA LÊN MEN. a. Vi sinh vật tham gia lên men: Quá trình lên men muối chua được bắt đầu với vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides. Là vi khuẩn lên men dị hình sinh acid yếu nhưng chịu mặn khá cao và phát triển rất nhanh ở giai đoạn đầu lên men. Đặc biệt chúng sinh khá nhiều CO2 làm giảm lượng O2 không khí khuếch tán vào môi trường lên men tạo điều kiện kị khí giúp các loại vi khuẩn khác phát triển tốt, ngoài ra còn có tác dụng ngăn sự oxi hóa vitamin C và làm mất màu sản phẩm. Quá trình lên men tích lũy acid lactic đến một giá trị nào đó thì vi khuẩn này không phát triển nữa, khi đó thì vi khuẩn Lactobacillus plantarum hoạt động, loại vi khuẩn lên men đồng hình có thể chịu được hàm lượng acid rất cao.  Leuconostoc mesenteroides: Tế bào hình cầu, đường kính 0.9 – 1.2 micron. Thường kết thành đôi, chuỗi ngắn hoặc chuỗi dài. Tế bào vi khuẩn Gram dương. Chúng thường tìm thấy ở các nguyên liệu thực vật và các sản phẩm sữa. Lên men được các đường glucose, fructose, galactose, xytose, arabinose, sucrose, lactose, raffinose, salicin và glycerol. Vi hiếu khí. Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển là 21o – 25o C. Tạo khuẩn lạc tròn, nhỏ, màu xám trắng đến hơi xám trên môi trường gelatin – glucose và phát triển dọc theo vết cấy chích sâu vào trong môi trường này. Không hóa lỏng gelatin. Không thấy phát triển trên môi trường khoai tây. Không sinh indol. Không khử nitrat thành nitrit. Có vị trí quan trọng trong thực phẩm nhờ khả năng tạo chất thơm, chịu được nồng độ muối và đường cao.  Lactobacillus plantarum: Tế bào hình que, kích thước (0,7-1)x(3-8) micron.Thường ở dạng đơn lẻ hoặc kết hợp thành chuỗi ngắn, tế bào ở cuối chuỗi hơi tròn. Ở môi trường thí