Đề tài Sản xuất cải muối chua

Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 1 I- Nguyên liệu 1. Cải bẹ - Tên tiếng Anh là: mustard green, mustard cabbage, Chinese mustard green - Tên khoa học: Brassica juncea (thuộc loài: Brassica juncea, giống: Brassica) 1.1 Thành phần hóa học Thành phần hóa học của cải luôn thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố : giống, điều kiện gieo trồng, mức độ chín, quá trình thu hoạch, vận chuyển và bảo quản. Nói chung, thành phần của cải gồm các chất khác nhau như : nước, gluxit (đường, tinh bột, xenluloza, pectin, chất chát, chất màu, các axit hữu cơ, các chất chứa nitơ trong đó kể cả protein, các chất khô, các vitamin, các enzyme và khoáng chất …) Thành phần hóa học của cải bẹ (% khối lượng): Nước : 91 Protid : 1,6 Glucid : 4,5 Cellulose : 1,4 Tro : 1,1 a) Nước Nước trong cải nguyên liệu chiếm tỉ lệ rất lớn dao động khoảng 68%-96% khối lượng. Nước ở hai dạng: nước tự do và nước liên kết. * Nước tự do: là loại nước thường chứa trong tế bào, là dung môi hòa tan các chất như : đường, axit hữu cơ, muối khoáng. Lượng nước tự do trong cải nhiều hơn lượng nước liên kết * Nước liên kết: chiếm không quá 6% khối lượng , là thành phần nước tham gia vào các thành phần keo của hệ mixen và đồng thời là lượng nước chứa các ion hoặc phân tử của các chất hòa tan. Thành phần của nước là chỉ tiêu quan trọng trong việc bảo quản nguyên liệu, thời gian và khả năng bảo quản của nguyên liệu phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng nước vì nó là dung môi hòa tan các chất hữu cơ, chất khoáng và cũng là chất tham gia vào quá trình xảy ra trong rau củ. Hàm lượng nước mất từ 5%-7% thì rau bị héo, đồng thời ảnh hưởng đến quá trình co nguyên sinh, phá vỡ sự trao đổi chất bình thường trong các tế bào, mặt khác nó còn kích thích sự hoạt động của các men ở trong rau củ. Quá trình bốc hơi phụ thuộc vào trạng thái nước ở trong tế bào của chúng. Thành phần nước cũng là chỉ tiêu quan trọng trong giai đoạn cắt nhỏ nguyên liệu chuẩn bị cho quá trình muối chua, lượng nước càng nhiều làm nguyên liệu càng dễ gãy nát, thất thoát dịch bào gây tổn thất đường - nguyên liệu cho quá trình lên men. Chính vì vậy cần phải có giai đoạn làm héo nguyên liệu để giảm hàm lượng nước trước khi cắt nhỏ. b) Gluxit Là thành phần chủ yếu trong hàm lượng chất khô của rau cải ( cũng như các loại rau), gluxit là nguồn dự trữ năng lượng cho các quá trình sống của rau quả tươi khi Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 2 bảo quản. Vì lượng chất khô trong rau không nhiều nên lượng glluxit cũng không nhiều(4,5% lượng chất khô), độ sinh năng lượng của rau không lớn lắm ( 100g rau cho 25-40kcal). Mặc khác, gluxit còn là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm rau, trong thành phần của rau có các loại gluxit khác nhau như : đường, tinh bột, xenluloza, hemixenluloza và các chất kha ùc như : inulin…  Đường Trong rau hàm lượng đường từ 0.8-12% lượng gluxit. Khi nghiên cứu đường trong rau ta cần chú ý đến các loại đường tự do quan trọng sau: D.fructoza, D.glucoza, saccaroza. - Glucoza : là loại đường tương đối phổ biến trong các loại rau, chúng thường ở dạng tự do, ngoài ra nó còn ở dạng liên kết trong các phân tử gluxit phức tạp, trong thành phần phân tử saccaroza, pectin, tinh bột, xenluloza, hemixemluloza và một số hợp chất khác. - Fructoza : cũng có nhiều trong rau ở dạng tự do hoặc ở cùng glucoza. Đối với cơ thể thì fructoza dễ tiêu hóa hơn glucoza vì fructoza dễ thấm vào máu hơn. Đôi khi chúng ta còn thấy các gốc của phân tử fructoza có thành phần của phân tử polysaccarit inulin và saccaroza. - Saccaroza : với tác dụng của enzyme invectaza ở dạ dày, đường saccaroxza dễ bị thủy phân thành glucoza và fructoza. Nhìn chung trong rau các loại hàm lượng đường saccaroza nhiều hơn ở các loại quả.  Xenluloza Chủ yếu là ở vỏ làm nhiệm vụ cấu tạo nên màng tế bào và bảo vệ cho rau củ. Xenluloza không tan trong nước và các dung môi khác. Khi đun nóng với acid vô cơ thì xenluloza thủy phân thành glucoza, xenluloza làm tăng độ rắn chắc cho nguyên liệu. Hàm lượng xenluloza chiếm khoảng 0.5-2% thay đổi tùy theo các loại rau, hàm lượng xenluloza có ảnh hưởng đến mùi vị, trạng thái và độ tiêu hóa của rau củ : loại có ít xenluloza thì dễ tiêu hóa hơm, có mùi vị thơm ngon; loại có nhiều xenluloza thì rắn và khó tiêu hóa vì xenluloza trong cơ thể người không thể tiêu hóa được, nhưng với một lượng ít sẽ có tác dụng co thắt ruột, thuận lợi cho tiêu hóa. Xenluloza không phải là chất dinh dưỡng đối với cơ thể chúng ta nhưng cũng cần một lượng ít để giúp bài tiết dễ dàng. Xenluloza có ảnh hưởng đáng kể trong bảo quản, chống va chạm cơ học vì tính bean vững của nó che chở cho rau củ khỏi bị dập nát. Trong bảo quản xenluloza không bị biến đổi gì. Tuy nhiên, khi bảo quản bắp cải, xenluloza bị giảm đi (có thể do bị thủy phân). Lượng xenluloza trong rau là 0.2- 2.8% tùy giống và loại rau (cà, bắp cải, rau cần có 1.5%, măng 3%) cũng có khi cao hơn ( dưa chuột 4-5%). Thành phần của xenluloza trong cải bẹ là 1,4%.(chất xơ)  Hemixenluloza: Là polusaccarit cao phân tử cùng với xenluloza tạo màng tế bào thực vật. Các hexozan như galactan, mangan và các pentozan như araban, xilan thuộc nhóm Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 3 hemixenluloza khi thủy phân cho đường. Phần lớn hemixenluloza không tan trong nước trừ một số pentozan. c) Các chất pectin Trong rau củ có các hợp chất cao phân tử gần giống gluxit, chúng là pectin. Trong pectin gồm có : protopectin, pectin và acid pectin, các chất này khác nhau về cấu tạo phân tử và tính chất hóa học.  Protopectin Có ở lớp ngoài màng tế bào, đồng thời ở khoảng gian bào chúng tạo thành những bản mỏng gắn liền các màng tế bào lại với nhau. Propectin không hòa tan trong nước, chúng làm cho các củ quả chưa chin rắn lại. Sự thủy phân protopectin dưới tác dụng của men protopectinaza tùy theo mức độ chin của rau củ mà protopectin chuyển thành pectin hòa tan làm yếu sự liên hệ giữa các tế bào dẫn đến rau củ bị mềm. Khi đun nóng dưới tác dụng của axit, kiềm thì trở thành pectin hòa tan.  Pectin Là sản phẩm phân giải của protopectin, pectin có trong quả chin nhiều hơn ở rau. Pectin dễ tan trong nước lạnh và có ở dịch tế bào ở rau quả, đóng vai trò quan trọng trong trao đổi nước của sự chuyển hóa các chất và trong quá trình chin. Dưới tác dụng của kiềm loãng hoặc men pectinaza, pectin thủy phân tạo thành rượu metylic và các chất keo đông tụ có tính axit gọi là axit pectin, ở trong sản phẩm thủy phân của pectin thường có đường (arabimoza, galactoza ) và axid citric, axid acetic là sản phẩm phân giải axit pectic. Trong thành phần của rau quả các chất pectin không nhiều, khoảng 1-1.5% ( trong cà rốt và bí đỏ 2.5%), Trong quá trình lớn lên và chin của rau củ, hàm lượng pectin luôn biến đổi, cao nhất khi chin tới, sau đó bị giảm đi vì bị demetoxin và depolime hóa. d) Các axit hữu cơ. Ở rau quả thường có pH < 7 nghĩa là chúng có môi trường axit. Đối với các loại rau có pH 5.5 ( thuộc loại không chua). Trong các loại rau thường có các loại axit hữu cơ sau: acid malic, acid acetic, acid lactic và hàm lượng không lớn lắm các acid khác: acid formic, xalixilic, sucinic , benzoic. Acid acetic và acid lactic thường có nhiều trong một số rau củ bị sâu bệnh, hoặc bị vi sinh vật phá hoại. e) Protein Hàm lượng protein trong rau không lớn 1.6%,chủ yếu là các protein không hoàn hảo, thiếu các axit amin không thay thế. Hàm lượng protein trong nguyên liệu không ảnh hưởng đến quy trình công nghệ nhưng cũng làm tăng giá trị dinh dưỡng trong sản phẩm. f) Vitamin Trong rau cải lượng vitamin cũng không được phong phú, chủ yếu là vitamin C, B1, B2, B3. Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 4 Rau quả là nguồn cung cấp vitamin C chủ yếu,có hai dạng chủ yếu: dạng khử là axit L.ascorbic tự do và dạng oxy hóa là axit dehidroascorbic, hai dạng này có thể chuyển hóa thuận nghịch. Vitamins Đơn vị % trong 100g Vitamin C, total ascorbic acid mg 70.0 Thiamin mg 0.080 Riboflavin mg 0.110 Niacin mg 0.800 Bảng 1: Hàm lượng các vitamin trong 100g nguyên liệu Trong một số loại rau ( bắp cải, súp lơ…) còn gặp một dạng thứ 3 của axit ascorbic là dạng liên kết với protein gọi là ascobigen chứa nhiều trong các phần búp và rau non. Khi thủy phân một cách than trọng, từ ascorbigen có thể thu được vitamin C cho nên trong một số rau nấu chin ( bắp cải ) hàm lượng vitamin C khi xác định có thể không giảm hoặc lại tăng so với rau tươi. Vitamin C trong sản phẩm phân bố không đều, ví dụ trong lõi bắp cải hàm lượng vitamin C gấp đôi ở lá bẹ. Hàm lượng vitamin C trong nguyên liệu khá cao và được bảo vệ tốt trong môi trường axit khi muối chua nên trong sản phẩm vẫn còn khá nhiều vitamin C. g) Chất khoáng Trong rau củ chất khoáng một phần ở dạng muối của các axit hưu cơ và vô cơ như các sunfat, photphat, silicat… và một phần ở trong thành phần của các hợp chất cao phân tử ở dạng các nguyên tố (ví dụn như Mg trong phân tử clorofin, lưu huỳnh và photpho trong thành phần của protit ) Tổng các chất khoáng được xác định theo hàm lượng tro còn lại sau khi đốt một lượng rau củ nhất định. Tro của rau củ có phản ứng kiềm, độ kiềm của tro là hàm lượng ml dung dịch acid 0.1N dùng để trung hòa 1g tro. Hàm lượng tro của cải bẹ là :1.1% trong đó thành phần các chất có trong bảng dưới đây. Minerals Đơn vị % trong 100g Calcium, Ca mg 103 Iron, Fe mg 1.46 Magnesium, Mg mg 32 Phosphorus, P mg 43 Potassium, K mg 354 Sodium, Na mg 25 Zinc, Zn mg 0.20 Copper, Cu mg 0.147 Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 5 Manganese, Mn mg 0.480 Selenium, Se mcg 0.9 Bảng 2: Hàm lượng các chất khoáng trong 100g nguyên liệu 1.2 Tính chất của cải bẹ. Tính chất vật lý của cải bẹ phụ thuộc vào giống, loại, chế độ chăm bón và thời điểm thu hoạch của rau. * Điều kiện chăm sóc: nhóm cây này thuộc loại cây ưa lạnh, thời gian sinh trưởng dài (120-150 ngày). * Khối lượng: cây phát triển mạnh và trọng lượng có thể đạt tới 3-4 kg * Màu sắc : lúc còn xanh màu của rau chủ yếu được quyết định bởi màu của clorofin. Trong quá trình muối lượng clorofin bị phân hủy và thay vào đó là màu thật của sản phẩm. Màu này được quyết định chủ yếu bởi hàm lượng beta carotene, lutein, và zeaxanthin. Thường thì sản phẩm có màu vàng.Hàm lượng các chất này trong nguyên liệu theo bảng sau: Các chất màu Đơn vị Hàm lượng Carotene, beta mcg 6300 Lutein + zeaxanthin mcg 9900 Bảng 3 : thành phần các chất màu trong 100g nguyên liệu * Độ giòn: độ giòn của nguyên liệu phụ thuộc và thành phần của protopectin trong nguyên liệu. 1.3. Tính chất công nghệ Muối chua là một phương pháp lên men truyền thống, nó được sử dụng để kéo dài thời gian bảo quản của rau quả, cũng là để làm nên một món ăn mới. Phương pháp này sử dụng đường có sẵn trong nguyên liệu để chuyển hóa thành axit lactic nhờ vi khuẩn lactic. Phương pháp này có thể dùng với nhiều nguồn nguyên liệu, nhưng nguyên liệu cải bẹ được sử dụng phổ biến và rộng rãi ở Việt Nam nhất. Đơn giản vì nguồn nguyên liệu này khá phong phú, lại dễ trồng ở nhiều vùng miền, rẻ tiền. 1.4. Tiêu chuẩn chọn nguyên liệu. Nên dùng loại nguyên liệu cải bẹ có hàm lượng đường cao, và mô lá không quá giòn để sản phẩm đỡ gãy nát.  Yêu cầu đối với nguyên liệu: - Không nên dùng bắp cải quá non, quá già hoặc bị sâu bệnh. - Cải bẹ tươi được lưu trữ vài ngày để hơi héo, khi cắt nhỏ đỡ gãy nát. - Phải cắt bỏ những lá xanh và lá có khuyết tật trước khi tiến hành muối. 2. Nguyên liệu phụ 2.1. Củ hành tím Tên khoa học: Allium schoenoprasum Củ hành tím được bổ sung vào quá trình lên men trong muối chua nhằm mục đích: - Hồn thiện: Làm tăng hương vị cho sản phẩm. Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 6 - Bảo quản: do hành tím được cho là cĩ chất kháng sinh cĩ tác dụng bảo quản sản phẩm. Trong thành phần của nĩ cĩ chứa chất alliin bản chất là một sulfoxide nĩ là một dẫn xuất của amino acid cysteine. Khi hành bị cắt và làm nát thì enzyme alliinase sẽ làm biến đổi alliin thành allicin, một chất kháng sinh. 2.2. Tỏi Danh pháp khoa học: Allium sativum Trong tỏi cĩ chứa iod và tinh dầu (100kg tỏi chứa 60÷200g tinh dầu). Thành phần chủ yếu của tinh dầu tỏi là allycin, allicin là một chất kháng sinh cĩ tác dụng diệt vi khuẩn rất mạnh. Trong tỏi tươi khơng cĩ allycin mà chỉ chứa allyn (một acid amin). Do tác dụng của enzym alynase cĩ sẵn trong tỏi nên khi bảo quản sẽ cho ra allycin. Allycin với nồng độ 1/8500÷1/125000 đủ sức ức chế sự sinh trưởng của các vi khuẩn Staphylococcus, thương hàn, tả, lị, bạch hầu,… Vì vậy bổ sung tỏi với mục đích: - Bảo quản: ức chế sự sinh trưởng của các vi sinh vật cĩ hại - Hồn thiện: là một gia vị làm tăng hương vị cho sản phẩm. Bảng 4. Thành phần chất dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của tỏi 2.3. Ớt Danh pháp khoa học: Capaicumonimumlin Chất gây cay chủ yếu trong ớt là capcaisin (0,5÷0,2%). Capcaisin là một alcaloid, phần lớn tập trung ở biểu bì của giá nỗn. Chất này với nồng độ 1/100.000 vẫn cịn gây cay và khơng bị biến đổi trong mơi trường kiềm. Ngồi ra trong ớt cịn cĩ capcisin Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 7 0,01÷0,18%) xuất hiện khi quả chín, cĩ trạng thái dầu lỏng và là hoạt chất gây đỏ nĩng. Trong ớt cịn cĩ những chất khác như: capsantin là chất màu cĩ tinh thể thuộc loại caroten, vitamin B1, vitamin B2, vitamin C (0,80÷1,08%), acid citric, acid malic,… Mục đích hồn thiện: tăng hương vị cho sản phẩm 2.4. Muối ăn (NaCl) Muối ăn cĩ tính sát trùng nhẹ, ức chế một số vi sinh vật nhưng khơng diệt được vi sinh vật ưa muối. Muối ăn gĩp phần vào việc tạo vị cho sản phẩm. Trong sản phẩm rau muối chua, muối ăn cĩ tác dụng chủ yếu là gây ra hiện tượng co nguyên sinh ở tế bào rau làm dịch bào trong rau tiết ra. Trong dịch bào cĩ chứa đường và các chất dinh dưỡng khác sẽ tạo điều kiện tốt cho vi khuẩn lactic hoạt động và phát triển tạo sự lên men tốt, làm sản phẩm đạt chất lượng cao. Vì vậy việc bổ sung NaCl với mục đích: bảo quản, hồn thiện, khai thác. Thành phần chủ yếu của muối ăn là NaCl, ngồi ra cịn cĩ những tạp chất như các chất khống khơng tan, các ion Ca2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+. Lượng nước trong muối ăn thay đổi rất nhiều, nếu độ ẩm khơng khí lớn hơn 75% thì muối ăn hút nước nhiều. Trong muối ăn cĩ nhiều CaCl2, MgCl2. Độ hịa tan của hai muối này lớn hơn độ hịa tan của NaCl rất nhiều. Khi nhiệt độ tăng thì độ hịa tan của hai muối này rất cao. Do đĩ, nếu hàm lượng của hai muối này chiếm tỉ lệ cao trong muối ăn thì sẽ làm giảm đáng kể độ hịa tan của muối NaCl. Nếu như trong muối ăn cĩ từ 0,15÷0,18 % muối CaCl2, MgCl2 thì muối ăn sẽ cĩ vị đắng. Tiêu chuẩn muối ăn : sử dụng trong sản phẩm là hàm lượng Ca2+, Mg2+ khơng vượt quá 0,7% (Ca2+ = 0,6% và Mg2+ = 0,1%). 2.5. Đường Đường được sản xuất từ củ cải đường hoặc từ mía đường. Ở nước ta là một nước nhiệt đới nên đường được sản xuất từ cây mía. Trong quá trình muối chua đường cĩ tác dụng sau: - Hồn thiện: Tạo hương vị hài hịa cho sản phẩm. - Bảo quản: Kìm hãm một số vi sinh vật cĩ hại. - Chuẩn bị: Là mơi trường tốt cho nấm men và vi khuẩn phát triển. Đường cĩ thành phần chủ yếu là saccharose, cĩ cấu tạo phân tử là C12H22O11 Đường cĩ dạng tinh thể màu trắng, rất dể tan trong nước với tỉ lệ nước:đường là 1:2. Đường khơng tan trong dung mơi hữu cơ. Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 8 Bảng 5. Chỉ tiêu về đường saccharose sử dụng trong sản xuất II- Vi Sinh Vật 1 Vi khuẩn 1.1 Nhĩm vi khuẩn lactic a. Đặc tính chung - Những vi khuẩn gây lên men lactic được gọi là vi khuẩn lactic. Chúng cĩ thể lên men được các đường monosaccharid, đường disaccharid, protein tan, pepton và acid. Nhưng khơng lên men được tinh bột và các polisaccharid khác. Vi khuẩn lên men lactic được Pasteur tìm ra từ sữa bị chua. Vi khuẩn lactic thuộc họ Lactobacillaceae, thường cĩ dạng hình cầu (hoặc ovan) và hình que. Được xếp vào 4 nhĩm: Streptococcus, Pediococcus, Lactobacillus, Leuconostoc. Đây là những trực khuẩn hoặc cầu khuẩn khơng tạo bào tử. Tất cả vi khuẩn lactic đều khơng chuyển động, gram dương, hơ hấp yếm khí. Đường kính của các dạng cầu khuẩn lactic từ 0,5÷1,5µm. Các tế bào hình cầu xếp thành cặp hoặc hình chuỗi cĩ chiều dài khác nhau. Kích thước tế bào trực khuẩn lactic từ 1÷8µm. Trực khuẩn đứng riêng rẻ hoặc kết thành chuỗi. Các lồi vi khuẩn lactic cĩ khả năng rất khác nhau khi tạo thành acid lactic trong mơi trường, và sức chịu acid (hay độ bền acid) cũng rất khác nhau. Đa số các trực khuẩn lactic đồng hình tạo thành acid lactic cao hơn (khoảng 2÷3%) liên cầu khuẩn (khoảng 1%). Các trực khuẩn này cĩ thể phát triển ở pH 3,8÷4 (cầu khuẩn khơng thể phát triển được ở mơi trường này), hoạt lực lên men tốt nhất của trực khuẩn ở vùng pH 5,5÷6. Nhiệt độ sinh trưởng tối thích của vi khuẩn lactic ưa ấm là 25÷350C,ưa nhiệt là 40÷450C và ưa lạnh là thấp hơn 50C. Khi gia nhiệt khoảng 60÷800C thì hầu hết chúng bị chết sau 10÷30 phút. Trong tự nhiên, vi khuẩn lactic thường gặp ở trong đất, trong nước, trong Công nghệ lên men SX Cải muối chua GVHD:PGS.TS. Lê Văn Việt Mẫn Page 9 khơng khí, nhưng chủ yếu là ở thực vật và các sản phẩm thực phẩm (trên các loại rau, quả, sữa, thịt,…). b. Phân loại Vi khuẩn lên men lactic bao gồm 2 loại. - Loại vi khuẩn lên men lactic điển hình (lên men đồng hình). - Loại vi khuẩn lên men lactic khơng điển hình (lên men dị hình).  Vi khuẩn lên men lactic điển hình Chúng lên men đường và cho sản phẩm chủ yếu là acid lactic (khoảng 90÷98%). Bao gồm các vi khuẩn sau: Lactobacillus acidophilus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus plantarum Steptococcus cremoris Steptococcus lactis Steptococcus thermophilis Pediococcus cerevisiae Bacterium brassiceae fermentati Bacterium cucumeris fermentati Giống Lactobacillus: là giống được sử dụng rộng rãi, là lồi cĩ khả năng chịu đựng pH acid thấp. - Lactobacillus acidophilus: trực khuẩn dài. Đây là loại ưa nhiệt, nhiệt độ tối thiểu cho sinh trưởng là 200C và tối thích là 37÷400C. Trực k