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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG LÊN MEN SVTH : VÕ THỊ THU HẰNG MSSV : 60300849 CBHD : PGS. TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN KS. HUỲNH TRUNG VIỆT BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TP Hồ Chí Minh, 01/2008 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Văn Việt Mẫn và thầy Huỳnh Trung Việt đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong thời gian làm luận văn vừa qua. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các quý thầy cô trong khoa Hóa, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại Học Bách Khoa đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4 năm học. Cám ơn gia đình và bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2007 Sinh viên Võ Thị Thu Hằng tóm tắt luận văn Mục đích của luận văn “Bước đầu nghiên cứu sản xuất nước tương lên men” nhằm khảo sát các thông số công nghệ để thủy phân một cách có hiệu quả và triệt để hàm lượng protein thô còn tồn tại khá lớn trong nguyên liệu khô lạc của các nhà máy ép dầu, nâng cao hàm lượng Nitơ amin tự do trong nước tương lên men. Đồng thời đưa người sản xuất và người tiêu dùng trở về với một sản phẩm lên men truyền thống thân thiện với môi trường và tốt cho sức khoẻ con người. Sau khi tham khảo các nguồn tài liệu thu thập được về các nội dung: Quy trình sản xuất nước tương lên men ở một số nước trên thế giới. Điều kiện sinh trưởng của nấm mốc Aspergillus oryzae. Đặc tính của một số chế phẩm enzym protease trên thị trường. Chúng tôi đã đề ra hướng nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp này như sau: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nuôi nấm mốc để sinh tổng hợp enzym protease có hoạt tính cao nhất. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân để nâng cao hàm lượng Nitơ amin tự do trong nước tương. Bước đầu sử dụng kết hợp enzym protease của nấm mốc và các chế phẩm protease thương mại nhằm nâng cao hơn nữa hàm lượng Nitơ amin tự do trong nước tương. Sản phẩm mà chúng tôi thu được trong nghiên cứu này là dịch nước tương sau thủy phân với hàm lượng Nitơ amin và Nitơ tổng cao nhất là 8.93 (g/l) và 14.41 (g/l). MỤC lục Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii danh mục hình vii danh mục bảng viii các từ viết tắt ix danh mục hình HÌNH 2.1: Cây lạc 4 HÌNH 2.2: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương hóa giải 11 HÌNH 2.3: Quy trình công nghệ sản xuất nước tương lên men 13 HÌNH 2.4: Aspergillus oryzae 20 HÌNH 3.1: Bánh dầu lạc 30 HÌNH 3.2: Khô lạc sau nghiền 30 HÌNH 4.1: Quan hệ giữa tỉ lệ nguyên liệu và hoạt tính protease 44 HÌNH 4.2: Quan hệ giữa độ ẩm môi trường và hoạt tính protease (lần 1) 48 HÌNH 4.3: Quan hệ giữa độ ẩm môi trường và hoạt tính protease (lần 2) 49 HÌNH 4.4: Quan hệ giữa tỉ lệ mốc cấy và hoạt tính protease. 52 HÌNH 4.5: Quan hệ giữa thời gian nuôi cấy và hoạt tính protease (lần 1) 55 HÌNH 4.6: Quan hệ giữa thời gian nuôi cấy và hoạt tính protease (lần 2) 56 danh mục bảng BẢNG 2.1: Thành phần hóa học trung bình của lạc nhân 5 BẢNG 2.2: Thành phần hóa học của hạt lạc 5 BẢNG 2.3: Các loại acid amin không thay thế trong hạt lạc 7 BẢNG 2.4: Thành phần hóa học của khô lạc 8 BẢNG 2.5: Hàm lượng acid amin trong khô lạc 8 BẢNG 2.6: Hàm lượng khoáng trong khô lạc 8 BẢNG 2.7: Chỉ tiêu hóa học của nước chấm ( TCVN 1763-75) 16 BẢNG 2.8: Chỉ tiêu cảm quan của nước chấm ( TCVN 1763-75) 17 BẢNG 2.9: Các loài vi sinh vật dùng trong sản xuất nước tương ở các nước 18 BẢNG 4.1: Kết quả khảo sát thành phần hóa học của khô lạc 40 BẢNG 4.2: Thành phần hóa học của khô đậu nành 40 BẢNG 4.3: Thành phần hóa học của bột mì từ công ty Bình Đông 42 BẢNG 4.4: Aûnh hưởng của tỉ lệ khối lượng khô lạc:bột mì đến hoạt tính protease trong canh trường bề mặt Asp. oryzae 44 BẢNG 4.5: Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu trong sản xuất nước tương ở Nhật Bản 46 BẢNG 4.6: Aûnh hưởng của độ ẩm môi trường đến hoạt tính protease từ Asp. oryzae (lần 1) 47 BẢNG 4.7: Aûnh hưởng của độ ẩm môi trường đến hoạt tính protease từ Asp. oryzae (lần 2) 48 BẢNG 4.8: Aûnh hưởng của tỉ lệ giống cấy đến hoạt tính protease từ Asp. oryzae 51 BẢNG 4.9: Aûnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hoạt tính protease (lần 1) 54 BẢNG 4.10: Aûnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến hoạt tính protease từ Asp. oryzae (lần 2) 55 các từ viết tắt Từ viết tắt Tên đầy đủ Đvhđ/gctk Đơn vị hoạt độ/gam canh trường khô Tb Trung bình N Nitơ W Khối lượng V Thể tích C Carbon Asp. Aspergillus Vit Vitamin TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 3-MCPD 3-monochloropropandiol MỞ ĐẦU Giới thiệu Trong cuộc sống ngày nay, người ta luôn dùng các loại gia vị kèm vào bữa ăn như nước mắm, nước chấm từ thực vật … Nước chấm từ thực vật hay còn gọi là nước tương, tàu vị yểu được dùng phổ biến ở Việt Nam. Nước chấm từ thực vật ngoài vai trò cung cấp mùi vị, nó còn cung cấp cho cơ thể người một lượng đạm nhất định và một số khoáng chất cần thiết cho cơ thể. Nước tương là tên gọi cho các sản phẩm nước chấm từ thực vật lên men từ đậu nành nguyên hạt. Còn tàu vị yểu là sản phẩm nước chấm từ thực vật được sản xuất bằng phương pháp hóa giải nguyên liệu khô dầu. Magi là sản phẩm nước chấm thủy phân từ động vật… Tuy nhiên, hiện nay, nước tương, xì dầu, magi, tàu vị yểu được người sử dụng gọi chung là nước tương. Nước tương lên men là một loại nước chấm giàu chất dinh dưỡng, có hương vị thơm ngon, nó là sản phẩm của quá trình thủy phân nguyên liệu giàu protein dưới tác dụng của enzym vi sinh vật. Nước tương có vị đậm đà của chất đạm, vị ngọt của đường, vị mặn của muối ăn… Nước tương được làm và sử dụng cách nay hơn 2500 năm bởi người phương Đông. Khi đạo Phật được truyền bá rộng rãi và việc sử dụng thịt bị kiêng kị thì nước tương là một thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, đáp ứng được nhu cầu ăn chay và nhanh chóng trở thành loại gia vị phổ biến ở các nước có tôn giáo là đạo Phật. Từ thế kỷ 16, nước tương đã được cải tiến hương vị và hình thức, chúng trở nên đa dạng hơn, phong phú hơn. Nhờ vào những thương gia người Hà Lan mà nước tương được mang tới Châu Âu vào thế kỷ 17. Và ngày nay nước tương được tiêu thụ và ngày càng trở nên phổ biến ở Châu Âu. Trên thế giới, nước tương là loại gia vị thực phẩm có tính chất cổ truyền của nhân dân các nước thuộc khu vực châu Á như: Trung Quốc, Nhật Bản, Malaysia, Việt Nam, Indonesia… Hiện nay, có rất nhiều loại nước tương được sản xuất theo khẩu vị và thói quen sử dụng của người tiêu dùng, chẳng hạn như nước tương Kikoman ở Nhật Bản, Taogi ở Philippin, Tempeh ở Indonesia, Trung Quốc có Yanwajun, Thái lan có Chiang… Để thủy phân protein trong sản xuất nước chấm, trong nước, hiện nay thông dụng nhất là sử dụng phương pháp hóa giải bằng acid. Tuy nhiên trên thế giới, người ta dần dần hủy bỏ phương pháp hóa giải trong sản xuất nước tương và chuyển sang phương pháp lên men vi sinh vật. Nhật Bản và Trung Quốc là những nước vẫn duy trì công nghệ lên men truyền thống có cải tiến nhiều về các thiết bị và máy móc nên chất lượng nước tương rất ổn định và được tiêu thụ trên toàn thế giới. Do những nhược điểm về ô nhiễm môi trường, về chất lượng dinh dưỡng và an toàn của sản phẩm nên xu thế hiện nay ở trong nước sẽ chuyển dần các cơ sở sản xuất nước tương từ phương pháp hóa giải sang phương pháp lên men. Trước những yêu cầu thực tế đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Bước đầu nghiên cứu sản xuất nước tương lên men”. Mục tiêu của đề tài Khảo sát quá trình nuôi cấy nấm mốc để tạo ra enzym protease có hoạt tính cao nhất. Khảo sát quá trình thủy phân protein nhằm nâng cao hàm lượng acid amin bằng phương pháp: Sử dụng enzym từ canh trường nấm mốc Aspergillus oryzae. Kết hợp sử dụng enzym từ canh trường nấm mốc Aspergillus oryzae và sử dụng chế phẩm enzym protease. Nội dung nghiên cứu Khảo sát thành phần của nguyên liệu. Xác định tỉ lệ phối trộn nguyên liệu trong môi trường, tỷ lệ mốc cấy, độ ẩm và thời gian thích hợp của quá trình nuôi mốc để sinh tổng hợp protease có hoạt tính cao nhất. Xác định tỉ lệ môi trường : dung môi (nước muối), nồng độ muối, nhiệt độ, pH và thời gian thích hợp của quá trình thủy phân protein bằng enzym từ canh trường nấm mốc để hàm lượng đạm trong dịch thủy phân là lớn nhất. Bước đầu khảo sát quá trình thủy phân protein khi sử dụng kết hợp enzym từ canh trường nấm mốc và chế phẩm enzym thương mại để tăng hàm lượng đạm trong dịch thủy phân. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan về cây lạc [2, 4, 9] Lịch sử phát hiện và đặc điểm thực vật của cây lạc HÌNH 2.1: Cây lạc Tên khoa học : Arachis hypogea Giới : Magnoliophyta Lớp : Magnoliopsida Bộ : Fabales Họ : Fabaceae Giống : Arachis Loài : Arachis 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 từ 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 do 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 thuộc đậu, thân bò và thẳng, mọc thành bụi. Hoa sau khi nở chui xuống đất, kết quả và thành củ. Lạc sinh trưởng nhiều ở vùng nhiệt đới và một số vùng ôn đới. Trên thế giới, nơi nhiều lạc nhất là các nước thuộc châu Phi, Ấn Độ. Miền nam nước Nga cũng trồng nhiều lạc. Ở Việt Nam, lạc hiện trồng nhiều trên các lưu vực sông Hồng, sông Mã, sông Lam, một số huyện thuộc Hà Bắc và một số nông trường. Trồng lạc không những làm tăng độ màu mỡ cho đất khi cấy lúa (do tác dụng của vi sinh vật cố định đạm của các nốt sần có ở rễ lạc, làm tăng chất đạm cho đất) mà còn cho nguyên liệu có dầu thực vật, cho nguồn đạm thực vật phục vụ cho nhu cầu nước chấm của nhân dân (sản xuất nước chấm từ khô lạc) và là nguyên liệu xuất khẩu có giá trị lớn. Từ khô lạc còn có thể chế biến thành bột bánh, bột dinh dưỡng phẩm chất tốt, loại phẩm chất kém dùng làm thức ăn gia súc. Thành phần hóa học của hạt lạc BẢNG 2.1: Thành phần hóa học trung bình của lạc nhân [9] Thành phần hóa học Hàm lượng (% tổng khối lượng) Lipid 40-55 Protein (N x 6.25) 20-37.2 Cellulose 1.2-4.9 Chất hòa tan không chứa N 6-24.5 Chất tro 1.8-4.6 BẢNG 2.2: Thành phần hóa học của hạt lạc [18] Thành phần Hàm lượng/100g lạc nhân Carbohydrates 21g Đường 0.0 g Xơ  9 g Chất béo 48 g Bão hoà 7 g Một nối đôi 24 g Nhiều nối đôi  16 g Protein 25 g Thiamin (Vit. B1)   0.6 mg Riboflavin (Vit. B2)   0.3 mg Niacin (Vit. B3)   12.9 mg Pantothenic acid (B5)   1.8 mg Vitamin B6   0.3 mg Folate (Vit. B9)   246 mg Vitamin C   0.0 mg Calcium   62 mg Iron   2 mg Magnesium   184 mg Phosphorus   336 mg Potassium   332 mg Zinc   3.3 mg Thành phần hóa học của lạc có thể thay đổi phụ thuộc vào giống, vào sự biến động của các điều kiện khí hậu giữa các năm. Các yếu tố không bình thường như sâu, bệnh cũng ảnh hưởng đến thành phần hóa học của lạc. Trước đây, 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: 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 methionine nhiều gấp 3 lần. Trong protein hạt lạc có 2/3 arachin và 1/3 conarachin. Hàm lượng 4 loại acid amin là Lys, Trp, Met, Thr trong lạc thấp hơn so với các loại protein khác (BẢNG 2.3). BẢNG 2.3: Các loại acid amin không thay thế trong hạt lạc [4] Acid amin Chỉ tiêu lý tưởng (g/16g N) Lạc (g/16g N) Lysine 4.2 3a Tryptophan 1.4 1a Phenylalanine 2.8 5.1 Methionine 2.2 1a Treonin 2.8 2.6a Leucine 4.8 6.7 Isoleusine 4.2 4.6 Valine 4.2 4.4 Lipid: Trong lipid của hạt lạc có 2 loại acid béo no và acid béo không no. Loại acid béo không no bao gồm: Acid oleic (50-70%); Acid linoleic (13-20%); Acid linolenoic (13-20%). Loại acid béo không no bao gồm: Acid palmitic(6-11%); Acid stearic (2-6%); Acid arachidic (5-7%). Vitamin: Lạc là thức ăn giàu vitamin nhóm B (ngoại trừ B12), như thiamin (B1), riboflavin (B2), 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. Ngoài ra, lạc còn có hương thơm và mùi vị đặc biệt được tạo nên bởi đường và một số chất hữu cơ bay hơi. Tổng quan về khô lạc [2, 9] Khô lạc hay còn gọi là khô đậu phộng là bã thu được sau quá trình ép lạc ở các nhà máy ép dầu. Khô lạc có hàm lượng protein thô cao, chứa khoảng 35-50% hoặc 5.5-17% protein (tuỳ từng loại khô dầu). Trước đây, người ta thường sử dụng khô lạc làm thức ăn gia súc. Nhưng hiện nay, các nhà sản xuất đã nhận ra được giá trị dinh dưỡng cao trong khô lạc và biết cách tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền này trong sản xuất nước tương nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao. BẢNG 2.4: Thành phần hóa học của khô lạc [2] Thành phần Khô lạc Cả vỏ Nhân Chất khô (% tổng khối lượng) 90 90 Protein thô (% tổng khối lượng) 27.7 45.5 Lipid thô (% tổng khối lượng) 10 8 Cellulose (% tổng khối lượng) 24.4 4.8 BẢNG 2.5: Hàm lượng acid amin trong khô lạc [2] Acid amin Hàm lượng (g/1 kg khô lạc) Tryptophan 3.6 Cystine 3.6 Arginine 34.4 Lysine 10 Methionine 2.7 BẢNG 2.6: Hàm lượng khoáng trong khô lạc [2] Chất khoáng Hàm lượng (g/1 kg khô lạc) Na 0.67 K 12.45 Ca 1.14 P 5.7 Tình hình sản xuất khô lạc ở Việt Nam Hiện tại ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu khô lạc để sản xuất nước tương chủ yếu được nhập từ Ấn Độä. Bã lạc sau khi đã trích ly dầu sẽ được ép thành bánh gọi là bánh khô lạc. Bánh khô lạc ép thủ công có hàm lượng béo khoảng 5-8%. Trong khi đó, bánh khô lạc ép công nghiệp chỉ còn khoảng 3-5% chất béo. Tổng quan về nước tương [2, 8, 12, 13, 14, 15, 16, 17] Định nghĩa nước tương 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 hóa giải nguồn nguyên liệu giàu đạm mà chủ yếu là các hạt có dầu. Nước tương là sản phẩm thủy phân protein của nguyên liệu giàu đạm thành hỗn hợp các acid amin và polypeptide hòa tan. Tác nhân xúc tác là enzym protease do nấm mốc Asperillus oryzae sinh tổng hợp ra. Bên cạnh đó, còn có quá trình thủy phân tinh bột thành đường (glucose, maltose, dextrin…) dưới tác dụng của enzym amylase cũng do nấm mốc Asperillus oryzae sinh tổng hợp. Ngoài ra, do hoạt động của một số vi sinh vật tạo hương và những phản ứng hóa học xảy ra dưới sự tham gia của các chất được hình thành trong quá trình thủy phân làm cho nước tương có hương vị đặc trưng. Giá trị dinh dưỡng của nước tương được thể hiện qua thành phần hóa học, gồm có protein, đường, acid hữu cơ, chất thơm, chất màu. Ta quan tâm đặc biệt đến protein trong nước tương, các acid amin có trong nước tương sẽ làm cho nước tương có vị ngọt và mùi thơm của thịt. Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc của nước tương do phản ứng caramel hóa và phản ứng Maillard giữa đường khử và acid amin. Các acid hữu cơ có khả năng tham gia tạo hương vị cho nước tương. Nước tương có nguồn gốc xuất phát từ Trung Quốc cách đây hàng ngàn năm. Theo con đường phật giáo, nước tương du nhập vào Nhật Bản vào khoảng thế kỉ thứ 7, được biến đổi và trở thành một sản phẩm mang nét đặc trưng riêng của người Nhật. Vào khoảng thế kỉ thứ 17, nước tương đã du nhập vào phương Tây và dần dần trở nên phổ biến khắp thế giới với nhiều chủng loại khác nhau. Hiện nay trên thế giới, nước tương được sản xuất chủ yếu bởi các nước châu Á như: Trung Quốc, Malaysia, Thái lan, Nhật Bản… và trong đó có Việt Nam. Nước tương được sản xuất ở các nước khác nhau, thậm chí ở các vùng khác nhau trong cùng một nước cũng có những đặc điểm chất lượng khác nhau, thể hiện qua độ sệt, màu sắc và mùi vị. Nguyên nhân là do có sự khác nhau về nguyên liệu ban đầu, tỷ lệ phối trộn giữa các nguyên liệu… Ngoài ra còn khác nhau về chủng vi sinh vật sử dụng trong quá trình lên men, thời gian lên men và chế biến sau lên men. Hiện nay các nước có các sản phẩm nước tương lên men như: kecap của Indonesia, Ceiew của Thái Lan, meju của Hàn Quốc, shoyu của Nhật Bản. Giới thiệu một số phương pháp sản xuất nước tương Để sản xuất nước tương, người ta sử dụng 2 phương pháp công nghệ chủ yếu là phương pháp lên men và phương pháp hóa giải. Cơ sở khoa học của các phương pháp sản xuất nước tương 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 thủy phân protein có trong nguyên liệu thành nước tương. Do vậy, trong quá trình sản xuất, phải nuôi vi sinh vật cho tốt để tạo ra nhiều enzym protease, 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 hóa giải là dùng hóa chất để thủy phân protein của nguyên liệu thành nước tương. Do vậy, trong quá trình thủy phân phải đảm bảo tốt các điều kiện nhiệt độ, thời gian để phản ứng tiến hành triệt để. Phương pháp hóa giải: Quy trình công nghệ (HÌNH 2.2) Đây là quy trình chủ yếu để sản xuất nước tương công nghiệp từ trước cho đến nay ở nước ta. Nguyên liệu sản xuất là bã đậu phộng hoặc bã đậu nành được é