Đề tài Sản xuất nước tương lên men từ bã đậu nành

Mục lục PHẦN I: NGUYÊN LIỆU 4 Nguyên liệu chính 4 Nguyên liệu phụ 6ï Tính chất nguyên liệu 7 Tiêu chí chọn nguyên liệu 7 PHẦN II: SƠ ĐỒ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 10 PHẦN III: GIẢI THÍCH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 12 Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải 12 Nghiền nhỏ 12 Thủy phân 13 Để nguội 16 Trung hòa 16 Trích ly – Lọc 18 Phối trộn 19 Thanh trùng 21 Lắng 21 Vô chai, dán nhãn 22 Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp lên men 22 Nghiền nhỏ 22 Phối liệu và trộn nước 22 Ủ 24 Hấp 24 Đánh tơi, làm nguội 25 Cấy mốc giống 26 Nuôi mốc 27 Đánh tơi 29 Thủy phân 29 Trích ly – Lọc 32 Phối trộn 32 Thanh trùng 32 Lắng 32 Vô chai, dán nhãn 32 Ưu nhược điểm của mỗi qui trình 32 PHẦN IV: CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM 34 Chỉ tiêu cảm quan 34 Chỉ tiêu hóa lý 34 Chỉ tiêu vi sinh 35 PHẦN V: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ 36 PHẦN VI: KẾT LUẬN 37 PHẦN VII: TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 37 Mục lục bảng Bảng 1: Thành phần hoá học của bã đậu nành (%) 4 Bảng 2: Thành phần các nhóm protein đơn giản (%) 5 Bảng 3: Thành phần các acid amine trong bã đậu nành (%) 5 Bảng 4: Thành phần carbohydrates trong bã đậu nành (%) 5 Bảng 5: Thành phần chất tro trong bã đậu nành (%) 6 Bảng 6: Bảng chọn năng suất quạt phụ thuộc vào loại bể 28 Bảng 7: Bảng so sánh ưu nhược điểm của 2 qui trình sản xuất nước tương theo phương pháp hoá giải và lên men 32 Bảng 8: Chỉ tiêu cảm quan của nước tương 33 Bảng 9: Chỉ tiêu hoá lý của nước tương 34 Bảng 10: Hàm lượng kim loại cho phép trong nước tương (mg/kg hay ppm) 34 Bảng 11: Chỉ tiêu vi sinh của nước tương 34 Mục lục hình Hình 1: Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải 10 Hình 2: Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp lên men 11 Hình 3: Máy nghiền búa 13 Hình 4: Thiết bị thủy phân 16 Hình 5: Thiết bị trung hòa 17 Hình 6: Thiết bị lọc băng tải 19 Hình 7: Thiết bị phối trộn 19 Hình 8: Thiết bị thanh trùng 21 Hình 9: Thiết bị lắng 21 Hình 10: Tủ rót kết hợp đóng nắp và dán nhãn 22 Hình 11: Máy trộn ướt 23 Hình 12: Thiết bị ủ 24 Hình 13: Thiết bị hấp 25 Hình 14: Máy đánh tơi 26 Hình 15: Máy trộn khô 27 Hình 16: Bể nuôi mốc 29 Hình 17: Thiết bị thủy phân 32 Hình 18: Mushroom seasoning sauce 35 Hình 19: Rain Forest Herb Sauce 35 PHẦN I: NGUYÊN LIỆU Có nhiều loại nguyên liệu thường được dùng làm nước tương là: bánh dầu đậu nành, bánh dầu đậu phộng hay hạt đậu nành … Người ta còn có thể lấy cả xương gân, thịt vụn, huyết, da, đồ lòng tốt… để nấu nước tương (nước tương động vật). Một số chất phụ để làm cho hương vị tăng cường thêm lên như bắp hột chưa khô, đậu nành đã rang khô, gạo mì đã đánh cám, lúa mì..… Nguyên tắc sản xuất nước tương: dựa vào sự thủy phân protein của protease hoặc acid (hoặc kiềm). Bản chất là quá trình thủy phân các liên kết peptide của protein, chuyển protein dạng không tan hoặc ít tan và kém mùi vị thành một hỗn hợp acid amine và các polypeptide tan trong nước, có hương vị thơm ngon và dễ hấp thu bởi cơ thể con người. Phương trình tổng quát chung của quá trình thủy phân protein : Acid, kiềm hay protease R – CO – NHR’ + HOH RCOOH + R’NH2 Mục đích của bài báo cáo này là tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất nước tương từ nguyên liệu bã đậu nành. I.1. Nguyên liệu chính: bãâ đậu nành Bã đậu nành là phần bã sau khi ép lấy dầu, còn gọi là khô đậu nành. Bảng 1: Thành phần hoá học của bã đậu nành (%) Thành phần % chất khô Nước 10 Protid 44.5 Lipid 5 Glucid 29.2 Cellulose 5.8 Tro 5.5 Protein và thành phần acid amine trong bã đậu nành: Bảng 2: Thành phần các nhóm protein đơn giản (%) Nhóm protein % so với tổng số protein Albumine 6-8 Globuline 25-34 Gluteline 13-14 Prolamine Không đáng kể Về giá trị protein, đậu nành đứng hàng đầu về đạm nguồn gốc thực vật và không những về hàm lượng protein cao mà cả về chất lượng protein. Protein đậu nành dễ tan trong nước và chứa nhiều acid amine không thay thế như Lysine, Tryptophane. Trừ Methionine và Cysteine hơi thấp, các acid amine khác của đậu nành có thành phần giống thịt. Bảng 3: Thành phần các acid amine trong bã đậu nành (%) Acid amine % so lượng acid amine tổng Isoleucine 1.1 Leucine 7.7 Lysine 5.9 Methionine 1.6 Cysteine 1.3 Phenyalanine 5 Threonine 4.3 Tryptophane 1.3 Valine 5.4 Histidine 2.6 Carbohydrate: Carbohydrate được chia làm 2 loại: loại tan trong nước chiếm khoảng 10% (bao gồm các loại đường không khử như sucrose, raffinose và stachyose) và loại không tan trong nước (cellulose, hemicellulose). Bảng 4: Thành phần carbohydrate trong bã đậu nành (%) Carbohydrate % so với lượng carbohydrate tổng Cellulose 4 Hemicellulose 15.4 Tinh bột 3.8 Rafinose 1.1 Saccharose 5 Các loại khác* 5.1 (* Bao gồm một lượng nhỏ các đường arabinose, glucose và verbascose.) Chất tro: Chất tro trong đậu nành chiếm từ 4.5–6.8%. Bảng 5: Thành phần chất tro trong bã đậu nành (%) Chất tro % chất khô toàn bánh dầu P2O5 0.6–2.18 K2O 1.91–2.64 CaO 0.23–0.63 MgO 0.22–0.55 SO3 0.41–0.44 Na2O 0.38 Cl 0.025 Chất khác 1.17 Ngoài ra còn có các nguyên tố khoáng khác: Al, Fe, I, Mn, Cu, Mo… Một số enzyme trong đậu nành: Urease : enzyme xúc tác cho phản ứng thuỷ phân urea thành carbon dioxide và ammonia, có tính chất chống lại sự hấp thu các chất đạm qua màng ruột do đó không nên ăn đậu nành sống. Lipase : thủy phân glyceride tạo thành glycerine và acid béo. Phospholipase: enzyme thủy phân phospholipid thành các acid béo và các hợp chất tan trong chất béo khác. Lipoxygenase: enzyme có chứa sắt, xúc tác cho phản ứng oxy hoá acid béo không no tạo sản phẩm hydroperoxide. I.2. Nguyên liệu phụ: Trong công nghệ sản xuất nước tương, ngoài bã đậu nành còn có các nguyên liệu phụ khác như: Bột mì Nước Muối ăn Chất xúc tác: HCl, H2SO4, Na2CO3, NaOH. Phụ gia bảo quản: benzoate natri. I.3. Tính chất nguyên liệu Hàm lượng protein và glucid cao (hơn hạt đậu nguyên chất) lại chứa nhiều acid amine không thay thế nên hiệu suất thủy phân cao, nước tương thu được có giá trị dinh dưỡng cao. Chất béo trong quá trình chế biến sẽ bị thủy phân một phần thành các acid béo tự do, glycerine và một số sản phẩm thủy phân khác như MG, DG; điều này ảnh hưởng đến mùi vị và chất lượng nước tương. Bã đậu nành do chứa chất béo rất thấp nên vai trò làm nguyên liệu của nó trong công nghệ sản xuất nước tương ưu thế hơn so với hạt đậu nành. Bã đậu nành là phế liệu của quy trình sản xuất cooking oil , là nguồn nguyên liệu có sẵn và rẻ tiền. I.4. Tiêu chí chọn nguyên liệu Bã đậu nành Bánh dầu đậu nành tốt, không hôi, không bị mốc, hắng dầu, không lẫn các tạp chất như cát, đá, rác…, độ ẩm không quá 10%, hàm lượng chất béo không quá 5%. Nếu có nhiều chất béo trong bã đậu nành thì trong quá trình chế biến, một phần chất béo này chuyển thành acid béo tự do, glycerine, và các sản phẩm thuỷ phân khác như monoglyceride, diglyceride. Các chất này làm ảnh hưởng đến mùi, vị và chất lượng của sản phẩm nước tương. Nước : Nước sử dụng trong sản xuất nước tương cần đạt những chỉ tiêu về hóa học, hóa lý và vi sinh. Độ cứng của nước trung bình khoảng 8-170 (1 độ cứng tương đương 10 mg CaO/ lít nước hay 7.19 mg MgO/ lít nước). Độ cứng của nước quá lớn sẽ ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein. Hàm lượng khoáng và các chất hữu cơ khác không quá 500-600 mg/lít. Số lượng vi sinh vật không quá 20-100 tế bào/cm3 nước, quan trọng nhất là không chứa các vi sinh vật gây bệnh. Chỉ số E.coli trong 1 lít nước không quá 20 tế bào và chuẩn độ E.coli phải lớn hơn 50 ( chuẩn độ E.coli là lượng nước ít nhất tính bằng ml trong đó có chứa 1 tế bào E.coli). Độ pH của nước nên đạt 6,5 – 7,5. Muối ăn : Thành phần chính của muối ăn là NaCl. Ngoài ra có lẫn một số tạp chất như nước, MgSO4, MgCl2, KCl, CaSO4, bùn, cát, … Muối Mg có vị đắng và dễ hút ẩm làm muối bị chảy nước và tạo vị đắng nên không có lợi cho sản xuất nước tương. Do đó, muối sử dụng trong công nghệ sản xuất nước tương cần càng ít tạp chất càng tốt và độ tinh sạch yêu cầu 92-97%. Trong sản xuất nước tương thường dùng muối hột hay muối xay, có độ ẩm không quá 4%, hàm lượng NaCl ít nhất là 95%, tạp chất vô cơ không tan không quá 0.5%, tạp chất tan trong nước không quá 2.3% và muối khi hòa tan vào nước không có vị chát. Cả 2 loại muối đều không được chứa hàm lượng kim loại nặng (mg/kg) vượt quá quy định : Fe(<50), As(<2), Cu(<2), Pb(<2), Hg(<0.2). Muối ăn sau khi sản xuất ở đồng muối phải được tinh chế trước khi đưa vào sản xuất nước tương. Phụ gia bảo quản: cần đạt các yêu cầu sau Có tính kháng khuẩn, nấm mốc và nấm men cao hoặc có tính chống oxy hóa xảy ra trong quá trình bảo quản. Không được gây độc cho người và gia súc. Không làm biến đổi hoặc làm biến đổi rất ít tính chất hóa lý, cảm quan của thực phẩm. Không tạo ra những phản ứng phụ hoặc những sản phẩm độc hại cho thực phẩm. Trong sản xuất nước tương, người ta thường dùng chất bảo quản là Benzoate natri - chất bền vững, không mùi, hạt màu trắng hay bột kết tinh, có vị hơi ngọt, tan ít trong nước, ít độc, có tác dụng bảo quản thực phẩm, chống nấm mốc, có hoạt tính cao nhất ở .pH = 2.5 – 4. Trong bảo quản nước tương thường dùng Benzoat natri có nồng độ 0.1% COONa Công thức hóa học : (C7H5NaO2) Tác nhân xúc tác trong sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa giải: Yêu cầu là có hoạt tính xúc tác cao, không có tác dụng oxy hóa quá mạnh. Không lẫn nhiều tạp chất, đặc biệt là các ion kim loại nặng có hại cho sức khỏe như chì, thủy ngân, asen… Trong sản xuất nước tương thường dùng acid HCl có nồng độ 10-200Be, tùy theo thiết bị sử dụng để thủy phân. Vi sinh vật trong sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men: Trong phương pháp cổ truyền, người ta thường dùng vi sinh vật có sẵn trong tự nhiên. Những vi sinh vật thường thấy là các loại nấm mốc như Mucor rouxii, Rhizopus nigricans, Asp. oryzae, Asp. niger, Trichoderma lignorum. .. Muốn đưa nước chấm vào sản xuất công nghiệp, điều trước tiên phải có giống thuần chủng vì nó quyết định hương vị, hiệu suất sử dụng nguyên liệu và chất lượng sản phẩm, và còn là điều kiện cơ bản để ổn định sản xuất, không bị động và hư hại trong sản xuất. Giống được đưa vào sản xuất phải có điều kiện như sau: Aûnh hưởng tốt đối với hương thơm. Hoạt lực của enzyme protease cao. Sức phát triển mạnh và chống tạp khuẩn tốt. Không sinh độc tố Aflatoxin. Nấm mốc có ý nghĩa lớn nhất trong sản xuất nước tương là Asp. oryzae, do vậy trong công nghiệp sản xuất nước tương chủ yếu là dùng loại nấm mốc này Ở các nước khác nhau, người ta sử dụng các mốc giống khác nhau. Trung Quốc: Asp. oryzae, Asp. sojae Nhật: Asp. mellicus, Asp. niger, Asp. ochraceus Việt Nam: Asp. oryzae do viện công nghệ thực phẩm cung cấp. Mốc này có đặc tính cho protease có hoạt lực cao, không độc tố, được phép dùng trong công nghệ thực phẩm. Trong bài báo cáo này tìm hiểu về quy trình sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men sử dụng hệ vi sinh vật: nấm mốc Asp.oryzae có màu vàng nên người ta quen gọi là mốc vàng, nấm men Zygosacchromyces rouxii, và một lượng vi khuẩn Lactobacillus delbrueckii vừa đủ để tạo hương vị màu sắc đặc trưng cho sản phẩm. PHẦN II: SƠ ĐỒ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Hình 1: Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải Hình 2: Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp lên men PHẦN III: GIẢI THÍCH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Qui trình công nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải Nghiền nhỏ: Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình thủy phân: Giảm kích thước hạt, tăng diện tích tiếp xúc giữa acid và nguyên liệu trong quá trình thủy phân nhờ đó nguyên liệu được thủy phân dễ dàng và triệt để. Tăng hiệu suất và giảm thiểu thời gian thủy phân. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Vật lý: Sự giảm kích thước của hạt nguyên liệu Sự tăng nhiệt độ của khối nguyên liệu do ma sát giữa các hạt nguyên liệu với nhau, giữa chúng với búa và thành máy. Sự giảm khối lượng của nguyên liệu đầu ra so với đầu vào do nguyên liệu còn sót lại trong máy nghiền. Phương pháp thực hiện và các thông số kỹ thuật: Nguyên liệu được nghiền tới kích thước hạt là 0,5 – 1mm. Kích thước hạt sau khi nghiền khá lớn vì nếu nghiền nhỏ quá thì các hạt sẽ kết dính lại với nhau làm giảm diện tích tiếp xúc với xúc tác acid trong quá trình thủy phânơi1 Thiết bị : Sử dụng máy nghiền búa. Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu cho vào máy nghiền, được nghiền nhỏ do sự va đập của búa vào vật liệu và chà xát vật liệu giữa búa và thành máy. Các hạt nguyên liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới phân loại sẽ đi ra ngoài, các hạt nguyên liệu có kích thước lớn hơn lỗ lưới phân loại sẽ được tiếp tục nghiền. Công suất 5 HP Dung tích (Kg/h) 200 Hiệu suất (%) 50-75 Hình 3: Máy nghiền búa Thủy phân: Mục đích công nghệ: Chế biến: protein đậu nành dưới tác dụng của xúc tác acid sẽ thủy phân thành acid amine - thành phần chính của nước tương. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Hóa học : Phản ứng thủy phân protein thành những chất trung gian tương đối đơn giản peptid, polypeptid và cuối cùng thành các acid amine, xúc tác HCl. R – CO – NHR’ + HOH RCOOH + R’NH2 Tinh bột bị thủy phân thành đường maltose và cuối cùng thành glucose: Các phản ứng tạo màu: phản ứng caramel hóa và phản ứng maillard (do đường kết hợp với các acid amine) Màu được hình thành dần dần từ màu vàng đến nâu nhạt cuối cùng là nâu đậm. Sự hình thành màu phụ thuộc vào nồng độ đường, acid amine và nhiệt độ. Nếu tăng cường phản ứng giữa acid amine với đường thì không có lợi vì melanoid là chất mà cơ thể khó hấp thu, và khi nồng độ của nó cao sẽ làm giảm hương vị của sản phẩm. Mặt khác, quá trình hình thành sản phẩm màu còn gây tổn thất lớn các acid amine. Để hạn chế quá trình này, ta chọn nguyên liệu có hàm lượng đường không cao quá, tránh nâng cao nhiệt độ và kéo dài thời gian thủy phân. Phản ứng thủy phân chất béo thành glycerine và acid béo: không đáng kể vì hàm lượng béo trong bã đậu nành rất thấp. Phản ứng thủy phân hemicellulose thành pentose và cuối cùng thành furfuran: Các phản ứng phụ nếu thời gian thủy phân quá lâu như phản ứng phân hủy acid amine (deamine hóa, decacboxyl hóa) tạo ra các chất mùi không có lợi cho sản phẩm. RCH(NH2)COOH + H2O ® RCH(OH)COOH + NH3 RCH(NH2)COOH ® RCH2(NH2) + CO2 Sự tạo thành các hợp chất chloropropanol (do acid HCl đậm đặc kết hợp với chất béo trong nguyên liệu ở nhiệt độ cao), hàm lượng nhiều nhất là 1,3-DCP (1,3-dichloro 2-propanol) và 3-MCPD (3-monochloropropane- 1,2-diol) . 3 – MCPD 1,3 - DCP Cl OH Cl Cl OH OH H– C – C – C – H H– C – C – C– H H H H H H H Đây là các chất độc làm hư hại vật liệu cấu trúc di truyền và gây ra bệnh ung thư. Vì vậy, các chuyên gia về an toàn vệ sinh thực phẩm đã khuyến cáo rằng chất 1,3-DCP và 3-MCPD không nên có trong thực phẩm dùng cho người. Hàm lượng 3-MCPD nên được giới hạn càng ít càng tốt khoảng 0.002 mg/kg/ngày. Giới hạn cho phép cho các hợp chất Chloropropanol : Hoa Kỳ : 0,05 -1mg/kg Châu Aâu : 0.02mg/kg Việt Nam : 1mg/kg Bỉ : 0.05mg/kg Biện pháp hạn chế : Ngăn cách không cho chất béo tác dụng với acid bằng cách : Rút toàn bộ chất béo ra khỏi bánh dầu Cho hóa chất vào kìm hãm phản ứng của chất béo với acid. Thủy phân protein mà không sử dụng HCl (phương pháp lên men bằng vi sinh vật). Vật lý : Nhiệt độ: trong quá trình thủy phân nhiệt độ dịch thủy phân tăng dần vì phản ứng thủy phân là phản ứng tỏa nhiệt. Nhiệt độ tăng đến 125-1300C khi ta tiến hành sục hơi vào để tăng áp lực thủy phân. Thể tích: trong quá trình thủy phân nhờ bổ sung dung dịch HCl nên thể tích dịch thủy phân tăng lên. Nồng độ chất khô: phản ứng thủy phân tạo ra các hợp chất đơn giản như: đường, acid amine … làm cho nồng độ chất khô trong dịch tăng lên. Độ nhớt: protein bị thủy phân dần thành acid amine và peptide cùng với tác dụng của nhiệt độ cao làm cho độ nhớt dịch thủy phân giảm dần. Phương pháp thực hiện và các thông số kỹ thuật: Ở đây ta thực hiện phương pháp gia nhiệt trực tiếp: sau khi dẫn nguyên liệu vào thiết bị, ta bổ sung HCl vào thiết bị, sau đó hơi nước sẽ được sục trực tiếp vào để tăng áp lực thủy phân. Nhiệt độ thủy phân: 125 – 1300C. Lưu ý ở đây ta không nên thủy phân ở áp suất và nhiệt độ cao quá vì điều này sẽ làm cho protein bị phân hủy mạnh dẫn đến hiệu suất thu hồi acid amine không cao. Khi dịch thủy phân nguội, ta vớt bỏ màng váng dầu trên mặt dịch. Trong quá trình thủy phân, người ta thường xác định điểm kết thúc của quá trình bằng cách dùng giấy thử anilin acetat. Nguyên tắc: sau khi protein bị thủy phân hết, hemicellulose trong nguyên liệu sẽ bị thủy phân thành pentose và cuối cùng thành furfuran; furfuran bay ra làm giấy thử anilin acetate ngả sang màu đỏ. Thời gian thủy phân : 12 giờ. Nồng độ acid dùng trong quá trình thủy phân này theo thực nghiệm là 25%.. Thiết bị : Thiết bị hình trụ, nắp và đáy elipse được gắn vào thân nhờ 2 mối ghép bích. Mặt trong thiết bị có lớp cao su chịu acid (kiềm), chịu áp lực cao. Trên thân thiết bị có ống dẫn hơi trực tiếp vào dịch thủy phân. Trên nắp thiết bị có cửa nhập liệu và đáy thiết bị có cửa tháo liệu. Bên thành thiết bị còn có cửa người để dễ dàng vệ sinh và sửa chữa thiết bị. Hình 4: Thiết bị thủy phân Để nguội: Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình trung hòa. Các biến đổi xảy ra trong quá trình: Vật lý: nhiệt độ của dụng dịch sau thủy phân giảm dần. Phương pháp thực hiện và các thông số kỹ thuật: Dung dịch sau quá trình thủy phân được bơm qua thiết bị trung hòa để nguội khoảng 50-60oC. Thiết bị: Thiết bị trung hoà. Trung hòa: Mục đích công nghệ: Hoàn thiện: Giảm nồng độ acid trong dung dịch nhờ đó giảm mức độ nguy hiểm