Luận văn Bước đầu tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về quy trình sản xuất nước tương bằng nấm mốc aspergillus oryzae

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG NẤM MỐC ASPERGILLUS ORYZAE Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VI SINH Sinh viên thực hiện : LÊ THỊ PHƯƠNG LAN MSSV: 0811110040 Lớp: 08CSH2 TP. Hồ Chí Minh, 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp, đề tài “ Bước đầu tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về quy trình sản xuất nước tương bằng nấm mốc Aspergillus oryzae” này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, trên cơ sở nghiên cứu tài liệu, lý thuyết, không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào. Các số liệu, những kết quả trong bài báo cáo khóa luận tốt nghiệp là trung thực. Nội dung bài báo cáo này có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, sách, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình. Tác giả khóa luận Lê Thị Phương Lan Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TPHCM, khoa Môi trường và Công nghệ sinh học nơi mà ba năm qua em đã được học tập, cùng quý thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp 08CSH, đã hết lòng giảng dạy, chỉ bảo tận tình cho em cũng như lớp em không những là kiến thức chuyên môn bổ ích với tinh thần trách nhiệm cao từ đó cho em có được một lượng kiến thức cần thiết nhất cho mình sau này mà còn rèn luyện cho em những kiến thức về đạo đức đó là những hành trang để em tự tin bước vào đời. Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Thu Hương đã giúp đỡ em và hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này, cũng như là giáo viên chủ nhiệm đã dìu dắt tập thể lớp 08CSH trong suốt khóa học ở trường. Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn và kính chúc tất cả các thầy cô trong khoa Môi trường và Công nghệ Sinh học dồi dào sức khỏe, công tác tốt và thành công hơn trong cuộc sống. i MỤC LỤC Trang bìa phụ. Lời cam đoan. Mục lục. Lời mở đầu. Nội dung trang Phần 1: Lời mở đầu ............................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1 2. Mục tiêu đề tài...................................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ đề tài .................................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2 5. Kết cấu khóa luận tốt nghiệp ............................................................................... 2 Phần 2: Nội dung .................................................................................................... 3 Chương 1: Sơ lược về nước tương ......................................................................... 3 1.1 Nước tương là gì? ........................................................................................... 3 1.2 Các phương pháp chế biến nước tương .......................................................... 3 1.2.1 Phương pháp thủy phân ......................................................................... 3 1.2.2 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật .................................................. 4 1.3 3 – MCPD là gì? ............................................................................................. 5 1.3.1 Thực phẩm nào có chứa 3 – MCPD? ....................................................... 5 1.3.2 Điều kiện hình thành độc tố ..................................................................... 5 1.3.3 3- MCPD là gì? Phát sinh như thế nào? ................................................... 7 1.3.4 Làm giảm 3- MCPD trong chế biến nước tương bằng phương pháp thủy phân ................................................................................................................... 7 Chương 2: Nguyên liệu trong sản xuất nước tương ............................................ 10 2.1 Nguồn protein ................................................................................................. 10 2.1.1 Đậu nành .................................................................................................. 10 2.1.2 Bánh dầu đậu phộng ................................................................................ 13 2.2 Nguồn tinh bột ................................................................................................ 14 ii 2.2.1 Gạo nếp .................................................................................................... 14 2.2.2 Gạo tẻ ....................................................................................................... 15 2.2.3 Bột mì ...................................................................................................... 15 2.2.4 Bắp ........................................................................................................... 16 2.3 Vi sinh vật trong chế biến nước tương ........................................................... 16 2.3.1 Nấm mốc Aspergillus oryzae ................................................................... 17 2.3.2 Quá trình làm mốc giống ......................................................................... 18 2.3.2.1 Nuôi cấy mốc trong bình tam giác.................................................... 18 2.3.2.2 Nuôi cấy mốc trên khay .................................................................... 20 2.3.2.3 Các điều kiện nuôi cấy Aspergillus oryzae ....................................... 22 2.4 Các thành phần khác ....................................................................................... 23 Chương 3: Hóa sinh trong sản xuất nước tương ................................................. 24 3.1 Biến đổi hoạt động enzyme và hàm lượng đường khử trong quá trìnhn ủ mốc tương ................................................................................................................. 25 3.2 Biến đổi hoạt động enzyme và hàm lượng các dạng đạm trong quá trình làm nước đậu ............................................................................................................. 26 3.3 Biến đổi sau khi ủ tương ................................................................................. 27 Chương 4: Quy trình sản xuất nước tương .......................................................... 28 4.1 Phương pháp hóa giải ..................................................................................... 28 4.2 Phương pháp lên men ..................................................................................... 30 4.3 Phương pháp lên men kết hợp phương pháp hóa giải bằng acid .................... 33 4.4 Các phương pháp khác .................................................................................... 37 4.5 Tiêu chuẩn về nước tương của bộ y tế ............................................................ 42 4.5.1 Tiêu chuẩn về độ đạm .............................................................................. 43 4 .5.2 Phương pháp cảm quan ........................................................................... 45 4.5.3 Tiêu chuẩn vi sinh vật và độc tố .............................................................. 47 Phần 3: KẾT LUẬN ................................................................................................ 49 Tài liệu tham khảo iii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Các loại đậu nành ........................................................................... 10 Hình 2.2: Nấm mốc Aspergillus oryzae. ........................................................ 17 Hình 4.1: Các loại nước tương có trên thị trường Việt Nam. ........................ 41 Hình 4.2: Các loại nước tương có trên thị trường thế giới. ........................... 42 Bảng 1.1: Giới hạn tối đa 3- MCPD cho phép trong nước chấm. ................. 9 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của đậu nành. ............................................... 10 Bảng 2.2: Thành phần acid trong đậu nành. ................................................. 11 Bảng 2.3: Thành phần hydratecarbon trong đậu nành ................................... 12 Bảng 2.4: Thành phần khoáng trong đậu nành. ............................................. 12 Bảng 2.5: Thành phần vitamin trong đậu nành. ............................................. 13 Bảng 2.6: Thành phần hóa học của gạo nếp. ................................................. 14 Bảng 2.7: Thành phần hóa học trung bình của gạo tẻ.................................... 15 Bảng 2.8: Thành phần hóa học của bột mì. .................................................. 15 Bảng 2.9: Thành phần hóa học của bắp. ........................................................ 16 Bảng 4.1: Bảng so sánh các phương pháp. .................................................... 39 Bảng 4.2: Chỉ tiêu về độ đạm trong nước tương ở Việt Nam. ....................... 43 Bảng 4.3: Chỉ tiêu về độ đoạm của các cơ sở sản xuất phân cấp chất lượng nước tương. .................................................................................................... 43 Bảng 4.4: Phân cấp chất lượng sản phẩm. ..................................................... 46 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 1 PHẦN I: LỜI MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nước chấm lên men như nước mắm, tương, chao, nước tương,…là loại thực phẩm truyền thống và rất phổ biến được sử dụng trong dân gian từ xa xưa, đặc biệt ở các nước châu Á. Nước chấm vừa là thực phẩm giàu chất dinh dưỡng vì chứa nhiều amino acid, vừa có tính gia vị giúp ăn ngon miệng. Về bản chất, tất cả các loại nước chấm lên men đều là sản phẩm thủy phân nguyên liệu giàu protein đông vật hoặc thực vật, nhờ tác động thủy giải của acid, kiềm hay enzyme protease. Thành phần chính của nước chấm là amino acid, nước và một ít peptide. Nước tương là sản phẩm làm từ nguyên liệu chủ yếu từ đậu nành. Thật ra nước chấm làm từ nguyên liệu đậu nành có hai loại là “ nước tương và tàu vị yểu”. Hai loại này có tên khác nhau là để phân biệt phương pháp làm và sản phẩm khác nhau . “tàu vị yểu” là sản phẩm phân giải nguyên liệu đạm bằng acid vô cơ, “nước tương” là sản phẩm lên men. Nhưng tượng trưng đều là gia vị có màu đen, vị mặn và có hương thơm đặc trưng . Nước tương là sản phẩm nước chấm được sử dụng rộng vì nó thích hợp cho cả người ăn chay và người ăn mặn đặc biệt là các nước Châu Á. Ở Nhật, sản phẩm này gọi là shoyu: có 2 loại, loại lên men (fermented shoyu) và loại hóa giải (chemical shoyu). Sản phẩm tương tự ở Trung Quốc gọi là Chiang yu, ở Indonexia là Tao yu, ở Philippin là Tayu. Ngoài ra ở phương Tây gọi là Shoysauce ( nước xốt đậu nành) Nước tương giàu acid amin và có mùi vị đặc trưng nên khi dùng trong bữa ăn vừa có lợi cho sức khoẻ vừa tạo thêm vị ngon cho món ăn đồng thời cung cấp cho cơ thể một lượng đạm dễ hấp thu nhất định. Ngày nay, người ta làm thêm nước chấm theo phương pháp hóa giải vẫn có giá trị dinh dưỡng, hương vị thơm ngon và độ chua thấp hơn. Ngoài ra, sản xuất theo phương pháp hóa giải nhanh hơn, năng suất cao hơn. Tuy nhiên nước tương sản xuất với mức giống thuần KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 2 chủng, đảm bảo điều kiện vô khuẩn tốt thì hương cũng thơm ngon, có vị đặc trưng riêng. Vì vậy cũng có rất nhiều người thích ăn loại nước tương này hơn. 2. Mục tiêu đề tài Hiện nay, để đáp ứng với nhu cầu cao của người tiêu dùng, thì các phương pháp sản xuất tương theo kiểu thủ công truyền thống đã được chuyển dần sang hướng quy mô công nghiệp và hiện đại. Đây cũng là lý do tôi thực hiện đề tài “Tìm hiểu về quy trình sản xuất nước tương bằng nấm mốc Aspergillus oryzae” Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu để làm tăng sản lượng cũng như chất lượng của nước tương bằng những công nghệ sản xuất truyền thống và hiện đại. 3. Nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu về những nguyên liệu dùng trong sản xuất nước tương. Nghiên cứu về các quy trình sản xuất nước tương bao gồm các quy trình sản xuất truyền thống và các quy trình sản xuất hiện đại. 4. Phương pháp nghiên cứu Thu thập và nghiên cứu tài liệu, lý thuyết. 5. Kết cấu của khóa luận tốt nghiệp Nội dung của khóa luận bao gồm 3 phần chính: PHẦN I: LỜI MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG (bao gồm 4 chương) Chương 1: Sơ lược về nước tương. Chương 2: Nguyên liệu trong sản xuất nước tương. Chương 3: Những biến đổi hóa sinh trong sản xuất nước tương. Chương 4: Các quy trình sản xuất nước tương. PHẦN III: KẾT LUẬN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 3 PHẦN II: PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ NƯỚC TƯƠNG 1.1 Nước tương là gì? Xì dầu hay nước tương (phương ngữ miền nam Việt Nam) là một loại nước chấm dạng lỏng, màu nâu, có vị mặn được thủy phân từ protein thực vật còn gọi chung là HVP (hydrolyzed vegetable protein). Nước chấm này có nguồn gốc từ Trung Quốc được sử dụng khá phổ biến trong ẩm thực Châu Á tại khu vực Đông Á và Đông Nam Á. 1.2 Các phương pháp chế biến nước tương Nước tương được chế biến theo 2 phương pháp chủ yếu: phương pháp thủy phân bằng hóa chất và phương pháp lên men vi sinh vật. 1.2.1 Phương pháp thủy phân Phương pháp thủy phân (hay phương pháp hóa giải): Nguyên liệu được ngâm, nấu sôi ở nhiệt độ 1100- 1200C với acid Clohydric 15- 16% trong 18- 24h, sau khi sôi để nguội hoàn toàn, lọc rửa dịch thủy phân, trung hòa natri hydrocid hoặc natri cacbonat đến pH từ 5- 6 (nếu pH thấp hơn sẽ có vị chua, pH cao hơn sẽ có vị đắng, mùi nồng), thêm muối vào cô đặc đến hàm lượng đạm cần thiết (tiêu chuẩn đạm: 10-22g/l). Sau đó đem thanh trùng, vô chai, bảo quản và phân phối tiêu thụ. ¾ Ưu điểm: - Rút ngắn thời gian lên men từ 2-3 tháng còn 1 tháng so với phương pháp lên men bình thường. - Tận dụng bã sau khi lọc để lên men tạo chế phẩm sinh học giàu đạm và enzym dùng trong nuôi trồng thủy sản và chăn nuôi. - Chi phí đầu tư thấp, đơn giản, nhanh. ¾ Nhược điểm: - Không kiểm soát được chất lượng sản phẩm ( hóa chất sử dụng không theo quy định, không rõ nguồn gốc). KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 4 - Sản phẩm không an toàn cho người sử dụng. 1.2.2 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật Phương pháp lên men vi sinh vật: Chủ yếu dựa vào tác dụng của enzyme (men) thu được từ mốc giống đã chọn lọc và nuôi cấy để thủy phân protid và glucid của nguyên liệu thực vật. Mốc giống được nuôi trong môi trường thạch sẽ được nhân ra và cấy vào hỗn hợp khô đậu tương (bã đậu nành) hoặc khô lạc (bánh dầu đậu phộng) và bột mì (bột làm bánh mì không phải bột khoai mì) đã hấp chín, đánh tơi ra và để nguội. Sau đó, ủ mốc ở nhiệt độ ấm (30-35oC), nơi thoáng khí, có độ ẩm tương đối của không khí hơn 90%. Khi giai đoạn phát triển mốc kết thúc, làm tơi nguyên liệu đã lên mốc, pha trộn vào đó dung dịch nước muối 20% theo tỷ lệ từ 25-30% và đem ủ ấm ở nhiệt độ 50-60oC. Sau đó chiết rút và pha tiếp nước muối vào và tiếp tục chiết rút nước tương,... (nước cốt hay nước 1, nước 2, nước 3,..). Các lò tương sản xuất tiểu thủ công nghiệp thường thu nhận giống từ tự nhiên nên năng suất và chất lượng thường không ổn định. Nấm mốc Aspergillus oryzae sinh ra các enzym amylase, invertase, maltose, protease và catalase có khả năng phân giải tinh bột, protein thành đường, acid amin. Nấm mốc Aspergillus oryzae là tác nhân chủ yếu lên men trong sản xuất nước tương theo phương pháp vi sinh vật. Trong công nghiệp người ta nhân giống nấm mốc này để sản xuất tương. Nấm mốc Aspergillus flavus cũng là mốc vàng rất giống Aspergillus oryzae chỉ khác là Aspergillus flavus có kích thước nhỏ hơn (chiều cao của cuống sinh bào tử từ 0,4-1mm so với Aspergillus oryzae từ 1-2 mm). Nấm mốc này có thể sinh ra độc tố Aflatoxin gây ung thư. ¾ Ưu điểm: - Chọn được 1 số chủng Aspergillus oryzae có họat tính Alpha Amylase và protease cao, không sinh aflatoxin, lên men ổn định. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 5 - Nước tương không chứa độc tố 3 – MCPD. - Tạo 3 sản phẩm: nước tương, tương đặc và hắc xì dầu. ¾ Nhược điểm : - Thời gian sản xuất kéo dài (2- 3 tháng). - Chiếm nhiều mặt bằng. 1.3 3- MCPD? 1.3.1 Thực phẩm nào có chứa 3- MCPD? Kết quả khảo sát 300 mẫu thực phẩm, 90 mẫu nước tương và nhiều phụ liệu thực phẩm ở châu Âu và Canada thấy rằng 89/300 sản phẩm thực phẩm được khảo sát có chứa 3-MCPD, gồm các sản phẩm nướng (bánh mì, bánh qui mặn…), sản phẩm rang (cà phê) hàm lượng trung bình 0,012ppm, các phụ liệu là dextrin vàng sản xuất bằng phương pháp axit, malt bia cũng có chất này. Trong số các thực phẩm được khảo sát thì nước tương, dầu hào là những sản phẩm có hàm lượng 3-MCPD cao nhất mà nguyên nhân là phương pháp sản xuất, 22% số mẫu tương EU phân tích có độc tố chloropropanol, hàm lượng cao nhất tìm thấy là 93ppm. Hàm lượng trung bình của 90 mẫu nước tương xét nghiệm ở Canada là 18ppm, trong đó mẫu có hàm lượng cao nhất là 330ppm. Nước tương do làm gia vị, được dùng trong bữa ăn hoặc dùng trong chế biến, nên lượng sử dụng nhỏ, chiếm khoảng từ 0,1 đến 1% hàm lượng thức ăn. 1.3.2 Điều kiện hình thành độc tố: k1 k2 Glycerol + Cl- Æ Chloropropanol Æ phân hủy Phản ứng này tạo ra các sản phẩm: monochloropropanol, dichloropropanol, monochloropropanediol, nhưng nhiều nhất là 1,3- dichloro- 2- propanol (1,3- DCP) và 3- monochloropropanol (3- MCPD). KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 6 Cường độ phản ứng tạo 3-MCPD phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Ở điều kiện tối ưu là 2300C thì lượng 3-MCPD tạo thành là 50 mg/kg glycerol tham gia phản ứng. Ở 1000C hàm lượng 3-MCPD sinh ra chỉ là 0,6mg/kg. Hằng số tốc độ phản ứng k1 tạo 3-MCPD từ glycerol nhỏ hơn hằng số tốc độ phản ứng k2 phân hủy 3- MCPD Dùng HCl nồng độ 6-10 N, nhiệt độ 100 – 1800C, thời gian thủy phân 24 đến 72 giờ. Nếu gia tăng áp suất, sẽ giảm được thời gian. Do nhiệt độ cao và nồng độ axit đặc, một số axit amin bị phá huỷ trong quá trình thuỷ phân. Tryptophan bị phá hủy hoàn toàn, các axit amin chứa lưu huỳnh bị mất 10-30%. Các axit amin chứa nhóm -OH bị phân hủy một phần Trong thực tế, phương pháp thuỷ phân bằng axit đã được ứng dụng trong kỹ nghệ sản xuất nước tương hóa giải còn gọi là xì dầu hay tàu vị yểu. Phương pháp thuỷ phân bằng axit có ưu điểm là rẻ và nhanh, hiệu suất thuỷ phân cao từ 85 - 90%, thời gian và quy trình sản xuất được rút ngắn, sản phẩm giàu axit amin và dễ bảo quản. Mùi vị nước tương rất ngọt và thơm. Nhược điểm của thuỷ phân bằng axit là: Chi phí năng lượng và thiết bị cao do phải chịu nhiệt và chống axit ăn mòn, việc sử dụng HCl đặc độc hại và gây ô nhiễm môi trường, trong quá trình thuỷ phân ở nhiệt độ cao với xúc tác axit HCl đặc, sẽ làm phân hủy hoàn toàn Tryptophan và một phần Thr, Ser, Met, Cys. Ngoài ra khi nồng độ HCl cao và nhiệt độ cao thường xảy ra phản ứng giữa Cl2 hoặc HCl với glycerol có trong chất béo sinh độc tố 3-MCPD. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP SVTH: LÊ THỊ PHƯƠNG LAN 7 1.3.3. 3- MCPD là gì? Phát sinh như thế nào? 3- MCPD (3- monochloropropanol 1,2 diol) là hóa chất thuộc nhóm chloropropanol được hình thành và hiện diện trong thực phẩm thông qua quá trình phản ứng giữa một nguồn có chứa clorine ( như muối ăn hoặc kể cả nước) trong thực phẩm hoặc một thành phần nào đó có trong thực phẩm với các chất béo. Sự hình thành 3- MCPD trong nước tương là do quá trình sử dụng acid clohydric ( HCl) thủy phân chất đạm cũng phân hủy luôn chất béo còn sót lại trong bánh dầu ( hay còn gọi là acid HPV) sinh ra monochloropropanol, dichloropropanol, monochloropropanediol. Các chất này sẽ tác dụng với Clo ở nhiệt độ cao, tạo