(TIỂU LUẬN) báo cáo môn CÔNG NGHỆ lên MEN đề tài công nghệ sản xuất nước tương

Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương.... 2.2 Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương.... 13 2.3 Phản ứng thủy phân tinh bột trong c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

KHOA HÓA

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN

ĐỀ TÀI: Công nghệ sản xuất nước tương

Nhóm 2 Giảng viên : Nguyễn Thị Lan Anh Thành viên : Nguyễn Thị Như Quỳnh

Nguyễn Phan Ái Vy Phạm Thị Diệu Nguyễn Thị Bảo Ngọc

Lúa mì 5 1.3

Muối

5 1.4

Chất lên men 5 1.5 khác 5 Chất bảo quản và các chất phụ gia

2 tương 5 Giá trị dinh dưỡng của nước

3 tương 6 Thành phần hóa học của nước 4.

Acid amin 6 5.

Đường

7 6.

Acid hữu cơ 7 7.

Chất mùi 7

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC

TƯƠNG 9

1 Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước tương 9 1.1 Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học 9 1.2

Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên

men 10 1.3

Công nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme 10 2.

Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước

tương 11 2.1 phân 11 Khái quát chung về phản ứng thủy

2.2 Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương 13 2.3 Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương 18

2.4 mốc 24 Phương pháp nuôi cấy nấm

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 28 1.

Sơ đồ quy trình công nghệ 28

2 Thuyết minh quy trình công nghệ 29

2.1 Rang (bột mì) 29

2.2 Nghiền 29

2.3 Phối liệu và trộn nước 30

2.4 Ủ 31

2.5 Hấp 31

2.6 Đánh tơi, làm nguội 32

2.7 Cấy mốc giống 33

2.8 Nuôi mốc 33

2.9 Đánh tơi 35

2.10 Trộn 36

2.11 Thủy phân 36

2.12 Trích ly – Lọc 39

2.13 Phối trộn 41

2.14 Thanh trùng 41

2.15 Lắng 42

2.16 Vô chai, dán nhãn 43

CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ 44

1 Rang (bột mì) 44

2 Nghiền 44

3 Phối liệu và trộn nước 45

4 Phối liệu và trộn nước 46

5 Hấp 47

6 Đánh tơi và làm nguội 47

7 Cấy mốc giống 48

8 Trích ly – Lọc 49

9 Phối trộn 50

10 Thanh trùng 51

11 Lắng 51

12 Đóng chai, dán nhãn 52

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG

Nước chấm là tên gọi chung cho tất cả các loại gia vị có nồng độ muối hơi cao,mặc dù có rất nhiều tên goi khác nhau như xì dầu, tàu vị yểu, nước tương,… Ngoàivai trò làm tăng mùi vị thì nước chấm cũng cung cấp một lượng đạm nhất định cho

cơ thể Nguyên liệu dùng để sản xuất nước tương là các nguồn protein thực vật nhưđậu nành, đậu phộng, hay bánh khô dầu đậu nành, bánh khô dầu đậu phộng,… hoặc

từ xương động vật như trâu, bò, heo, gà,…

1 Nguyên liệu thô

1.1 Đậu nành

(Glycine max) cũng được gọi là soja beans, Chinese peas, soy peas, vàManchurian beans Chúng được mệnh danh là “Vua của các loại đậu” nhờ các đặctính dinh dưỡng quý giá Trong số tất cả các loại đậu, đậu nành có lượng tinh bộtthấp nhất và có hỗn hợp protein đầy đủ và tốt nhất Chúng cũng có nhiều khoángchất, đặc biệt là canxi, magiê và Vitamin B Chúng đã được trồng từ sơ khai củanền văn minh Trung Quốc, Nhật Bản và được du nhập vào Hoa Kỳ vào thế kỷ 19.Trong những năm 1920 và 1930, đậu nành đã trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ như mộtloại cây lương thực

Đậu nành có cấu trúc ngắn, có lông, chứa hai hoặc ba hạt có thể nhỏ và trònhoặc lớn hơn và thon dài Màu sắc của chúng đa dạng từ vàng, nâu, xanh lá cây đếnđen Giống được chỉ định có màu vàng # 2 được sử dụng phổ biến nhất cho các sảnphẩm thực phẩm Tên của chúng bắt nguồn từ bộ phận hilum có màu vàng chạydọc thân bên của vỏ Tiêu chuẩn các loại ngũ cốc được phép giao dịch tuân theoTiêu chuẩn ngũ cốc Hoa Kỳ do Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ quản lý Đậu nành khônggiống như các loại ngũ cốc khác, hầu hết chúng được sử dụng trong chế biến hoặcxuất khẩu, và không được dùng làm thức ăn chăn nuôi trực tiếp Điều này là do đậunành có chứa các chất “phản dinh dưỡng” (anti-nutrients) phải được loại bỏ khỏiđậu thì mới đem lại giá trị dinh dưỡng cho động vật Đậu nành được sử dụng trongchế biến nước tương thường được nghiền trước khi trộn với các thành phần khác

1.2Lúa mì

Trong nhiều công thức lên men truyền thống, lúa mì được trộn với tỉ lệ thànhphần bằng nhau với đậu nành Lúa mì và đậu nành nghiền là thành phần chính củahỗn hợp Tuy nhiên, với kỹ thuật không ủ (nonbrewed), lúa mì thường không được

sử dụng

1.3Muối

Muối, hoặc natri clorua, được thêm vào lúc bắt đầu lên men với khoảng 18% trọng lượng thành phẩm Muối không chỉ được thêm vào như một gia vị; nócũng giúp thiết lập môi trường hóa học thích hợp cho vi khuẩn lactic và nấm menlên men đúng cách Nồng độ muối cao cũng cần thiết trong việc bảo vệ thành phẩmkhỏi hư hỏng

12-1.4Chất lên men

Hỗn hợp lúa mì-đậu nành được “tiếp xúc” với các chủng nấm mốc cụ thể mang tên

Aspergillus oryzae hoặc, Aspergillus soyae giúp phá vỡ các protein trong hỗn hợp.

Tiếp theo, quá trình lên men tiếp tục xảy ra thông qua việc bổ sung các vi khuẩn

lactobacillus và nấm men, tạo nên phản ứng enzyme với dư lượng protein, đồng thời

cũng sản xuất ra một số axit amin và peptide, bao gồm axit glutamic và aspartic,lysine, alanine, glycine và tryptophan Các dẫn xuất protein này đều đóng góp hương

vị cho sản phẩm cuối cùng

1.5Chất bảo quản và các chất phụ gia khác

Natri benzoate hoặc axit benzoic được thêm vào để giúp ức chế sự phát triển của

vi sinh vật trong nước tương thành phẩm Quá trình không ủ (nonbrewed) đòi hỏi phải

bổ sung thêm các chất tạo màu và hương vị

2 Giá trị dinh dưỡng của nước tương

Khi đánh giá chất lượng nước tương, trước hết người ta chú ý đến hàm lượng đạmtoàn phần, vì đây là chất có giá trị dinh dưỡng nhất của nước tương, tiếp theo là xemxét đến lượng đạm amin Từ hai lượng đạm này suy ra tỷ lệ đạm amin/ đạm toàn phầnthì biết được mức độ thủy phân protein trong nước tương, tỷ lệ càng cao càng tốt

Trung bình tỷ lệ này trong nước tương lên men khoảng 50÷60% Hàm lượng đạm amincao sẽ cho giá trị mùi vị của nước tương được nâng lên.

3 Thành phần hóa học của nước tương

Chất lượng nước tương thay đổi tùy theo nguyên liệu, tỷ lệ phối chế, phương phápchế biến,…Trong nước chấm lên men còn chứa khá nhiều đường do tác dụng củaenzyme amylase trong nấm mốc lên tinh bột Nước chấm còn chứa một lượng chấtbéo, một số vitamin, muối ăn và các nguyên tố vi lượng khác Vì vậy các loại nướcchấm nếu được sản xuất theo đúng quy trình kỹ thuật và được bảo quản tốt sẽ có màusắc đẹp, hương vị thơm ngon và có vị ngọt của đạm, đường,

Thành phần Hàm Thành phần Hàm lượng (g/l)

lượng (g/l)Đạm toàn phần

15÷21,6 Phenylalanin 7(tính theo Nito)

còn nước tương sản xuất theo phương pháp hóa giải thì có tỷ lệ đạm amin/ đạm toàn phầncao hơn trong nước tương lên Tuy nhiên trong nước tương hóa

giải thì một số acid amin đã bị phân hủy, trước hết là Tryptophan, sau đó đến Lysin,Cystein, Arginin,… Nếu thủy phân bằng acid quá độ thì một số acid amin sẽ bị phânhủy thành các chất có mùi hôi như NH3, H2S,…

5 Đường

Trong nước tương có các loại đường như Glucose, Maltose, Pentose, Dextrin.Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương

6 Acid hữu cơ

Các acid hữu cơ trong nước tương có mối quan hệ mật thiết với nhau tạo nênhương vị đặc trưng cho nước tương, trong đó acid lactic chiếm hàm lượng nhiều nhất(khoảng 1,6%) Acid lactic tác dụng với nước tương tạo thành hợp chất lactate, chẳnghạn như lactate phenol Ngoài ra còn có acid acetic (chiếm 0,2%), acid sucinic (chiếm0,087÷0,16%), acid formic (chiếm 0,05%) Muối của các aicd này tham gia tạo vị chonước tương 1.6.Chất màu Màu của nước tương chủ yếu do đường kết hợp với acidamin tạo nên Màu của nước tương lên men được hình thành dần dần từ màu vàng đếnmàu nâu nhạt, cuối cùng là màu nâu đậm

Sự hình thành màu của nước tương phụ thuộc vào nồng độ đường, acid amin vànhiệt độ Nếu tăng cường phản ứng giữa acid amin với đường thì không có lợi vì làmnhư vậy sẽ tạo ra Melanoid Đây là chất mà cơ thể khó hâp thụ và khi nồng độ của nócao sẽ làm giảm hương vị của sản phẩm Mặt khác quá trình hình thành sản phẩm màu

sẽ gây tổn thất lớn cho acid amin Để hạn chế quá trình này, ta nên chọn nguyên liệu

có hàm lượng đường thấp và tránh nâng cao nhiệt độ

7 Chất mùi

Mùi của nước tương là do tổng hợp của rất nhiều chất khác nhau tạo thành baogồm acid hữu cơ, rượu, aldehyde, thành phần hương thơm có lưu huỳnh, phenol,… Cụthể là các hợp chất như acetaldehyde, propandehyde, butaldehyde, valeraldehyde, alkylmecaptan, methylen mecaptan, isobutan aldehyde, dimethyl mecaptan, rượu ethylic,

acid acetic, acid petanoic, acid propinoic, acid benzoic, benzaldehyde… có hương thơm ngũ cốc rang

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG

1 Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước tương

Cơ sở của công nghệ sản xuất nước tương chính là sự thủy phân protein

Bản chất sự thủy phân protein là sự thủy phân liên kết peptit Do liên kết peptit là

một liên kết mạnh nên đòi hỏi sự thủy phân xảy ra trong điều kiện có xúc tác

Tác nhân xúc tác hóa học là acid hoặc kiềm, tác nhân xúc tác sinh học là enzyme

protease thuộc nhóm thủy phân protein

Trong chế biến, sự thủy phân protein được ứng dụng để thu nhận các sản phẩm

thủy phân hoàn toàn hoặc thu nhận các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn Các sản

phẩm thủy phân chưa hoàn toàn hay có vị đắng Vị đắng liên quan đến các peptit chứa

các amino acid kị nước Sản phẩm thủy phân bị đắng thì sẽ chứng tỏ hiệu suất thủy

phân thấp, chỉ đạt khoảng 4-40% Tuy nhiên vị đắng chỉ ảnh hưởng đến tính chất cảm

quan không ảnh hưởng tới giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

1.1Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học

Cơ sở hóa sinh của phương pháp này là thủy phân protein động vật hay thực vật

thành các acid amin với tác nhân xúc tác acid mạnh (HCL,H2SO4) hay kiềm mạnh

(NAOH) Sau quá trình thủy phân, người ta sẽ tiến hành trung hòa dung dịch bằng

kiềm (hoặc acid) tùy thuộc vào tác nhân xúc tác là acid hay kiềm để đưa pH về khoảng

6.5-7 Sau đó sẽ bổ sung NaCl đến khi nước tương đạt nồng độ 23-25%

Thời gian và quy trình sản xuất rút Độc hại với công nhân sản xuất do sửngắn dụng acid mạnh, kiềm mạnh, áp suất cao,

1.2Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men

Đối với phương pháp sản xuất nước tương lên men, cơ sở khoa học của nó là tậndụng hệ enzyme của vi sinh vật bằng cách cho vi sinh vật phát triển trên nguyên liệugiàu đạm, sau đó sử dụng hệ men này đẻ thủy phân protein có tỏng nguyên liệu thànhnước tương Enzyme này có thể tạo ra bằng cách nuôi cấy vi sinh vật trên môi trườngrồi đưa vi sinh vật vào nguyên liệu

Dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, thành phàn nước chấm thu được chủ yếu làacid amin, peptone, peptid trọng lượng phân tử nhỏ, giúp cơ thể dễ đồng đều và hấpthu

-Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, giá -Hiệu suất thủy phân không cao

thành không cao, phù hợp với điều -Thời gian và quy trình sản xuất kéo dàikiện sản xuất ở địa phương, vốn đầu tư hơn phương pháp hóa giải, cần thêmban đầu không lớn, không cần sử dụng công đoạn nuôi nấm mốc giống để thủythiết bị chịu nhiệt, chịu kiềm, chịu áp phân

lực, nhiệt độ cao,…

-Không độc hại với công nhân

-Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng ôn hòa

như nhiệt độ không quá cao, pH trung

tính hoặc acid yếu, áp suất thường

-Không tổn hao acid trong quá trình

sản xuất

1.3 Công nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme

Khi sản xuất nước tương bằng cách sử dụng enzyme, cần lưu ý đến các điều kiện

sử dụng và đặc tính của chế phẩm enzyme như:

+ pH của môi trường phản ứng tương ứng với pHopt của enzyme.

+ Nhiệt độ liên quan đến hoạt lực của enzyme

+ Nếu thời gian tác dụng của enzyme nhanh, sau khi thực hiện phản ứng phảinhanh chóng vô hoạt enzyme Nếu thời gian tác dụng lâu thì sử dụng enzyme có độ bènhoạt lực cao

+Lưu ý đến các chất hoạt hóa hoặc kiềm hãm enzyme trong môi trường

Điều kiện để ứng dụng enzyme:

+ Nguồn cung cấp enzyme phải thường xuyên và ổn didnjhj nếu việc sử dụng enzyme làm thay đổi lớn tới công nghệ sản xuất

+ Nếu lấy tỉ lệ giàu giá trị và chất lượng enzyme làm tiêu chuản xem xét trong việc lựa chọn nhà cung cấp

- Quá trình sản xuất đơn giản - Phải sử dụng nhiều loại enzyme

- Không cần sử dụng thiết bị chịu - Chi phí sản xuất cao

nhiệt, chịu kiềm, chịu áp suất và

nhiệt độ cao,

- Không độc hại với công nhân

- Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng, ôn hòa,

- Không tổn hao acid amin trong quá trình sản xuất

2 Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương

2.1Khái quát chung về phản ứng thủy phân

Phản ứng thủy phân là phản ứng phân giải các chất có sự tham gia của nước Phảnứng thủy phân là phản ứng phổ biến và khá quan trọng trong công nghiệp thực phẩm.Người ta áp dụng phản ứng thủy phân để sản xuất động vật và thực vật Những sản

phẩm này sẽ giúp chúng ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa hơn Như vậy, sau khi thực hiệnphản ứng thủy phân thì tính chất cảm quan, tính chất dinh dưỡng của thực phẩm tănglên Trong đa số trường hợp thì phản ứng thủy phân là có lợi, tuy nhiên trong một sốtrường hợp thì phản ứng thủy phân cũng gây ra sự hư hỏng thực phẩm như trong bảoquản thịt, cá, trứng, dầu mỡ,…

Phản ứng thủy phân thường là phản ứng mở đầu cho hàng loạt các phản ứng kháctiếp diễn Ví dụ như protid sau khi thủy phân thành acid amin, sau đó acid amin bịphân giải sâu xa hơn như decarbonxyl hóa, dezamin hóa… cuối cùng là tạo ra nhữngsản phẩm có hại về mặt cảm quan và dinh dưỡng cho sản phẩm Polysaccharide saukhi thủy phân tạo monosaccharide thì các monosaccharide này sẽ tiếp tục bị oxy hóasâu xa hơn tạo sản phẩm trung gian, sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O Lipid sau khithủy phân sẽ tạo ra acid béo và glycerin, sau đó acid béo tiếp tục bị oxy hóa tạo ra sảnphẩm có mùi vị khó chịu (còn gọi là sự ôi hóa chất béo)

Ngày nay thủy phân ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sảnxuất, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm Trong công nghiệp thực phẩm, thôngthường tác nhân thủy phân có thể là acid, kiềm hay enzyme, trong đó sử dụng rộng rãi

và hiệu quả là enzyme thủy phân từ vi sinh vật Nhóm enzyme thủy phân gọi tên chung

2.2Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương

2.2.1 Đặc điểm của liên kết peptid trong phân tử protein

Protein là hợp chất cao phân tử, được tạo ra nhiều loại acid amin

Acid amin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng mà trong phân

tử có ít nhất một nhóm amin (-NH2) và mottj nhóm cacboxyl (-COOH)

Từ nhiều loại acid amin, theo nhiều phương án kết hợp sẽ tạo ra một số lượng cực

kỳ phong phú protein

Protein có nhiều loại tính chất và khả năng hết sức kỳ diệu Có được điều này là dophân tử protein tồn tại dưới bốn dạng cấu trúc đặc biệt mà không hề thấy ở bất lỳ mộtdạng hợp chất hữu cơ nào khác Trong bốn dạng cấu trúc protein, như ta đã biết cấutrúc bậc 1, cấu trúc bậc 2, cấu trúc bậc 3 và cấu trúc bậc 4, thì cấu trúc bậc 1 là cấu trúcphổ biến và quan trọng hơn cả

Cấu trúc bậc 1 của protein là thành phần và trình tự sắp xếp acid amin trong mạchpolypeptide

Liên kết peptid (-CO-NH-) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm α –amin của một acid amin khác, loại đi một phân tử nước, ví dụ:

Liên kết peptid do các electron δ định vị của line kết đơn và một hệ thống electron

π linh động tạo nên Hệ thống đó gồm bốn electron, trong đó có hai electron của nốikép C=O và hai electron của cặp không chia nito Bốn electron này tạo thành một hệthống cộng hưởng và theo quy tắc chung: khi ở nguyên tử dị mạch nằm kế liền với nốikép có cặp electron không chia thì xảy ra sự chuyển dịch một phần điện tích của cặpkhông chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyen tử cuối của nối kép Như vậy sự phân bốđiện tích trong liên kết peptid được biểu diễn như sau:

Khi đó nguyên tử nito tích điện dương, nghĩa là thay cho hai electron của cặpkhông chia, nó sẽ chỉ giữ lại một phần nào đó của hai electron này thôi

Ngoài ra do sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử cacbon và oxy trong liênkết C=O mà nguyên tử cacbon cũng phải có điện tích tổng dương Như vậy các nguyên

tử cacbon và nito góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π

Còn nguyên tử oxy góp vào hệ thống ít hơn một electron π, do đó có điện tích tổngâm

Nếu biểu diễn các phần điện tích đó bằng δ thì sự phân bố điện tích trong liên kếtpeptid sẽ được biểu diễn như sau:

Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:

Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã tính sự phân bố bốn eletron của

hệ thống như sau:

Của điện tích của hệ thống là

Hai nguyên tử C và N trong mối liên kết này có điểm giống nhau là chúng đềumang điện tích dương, vì vậy mối liên kết còn có tên gọi là liên kết nhị dương, vì cậymối liên kết có tên gọi là liên kết nhị dương Nguyên nhân tạo ra liên kết nhị dương là

do sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử Sự khuyết đó có thể tăng lên khi tăng tổngđiện tích dương của cả hai nguyên tử tạo thành liên kết, hoặc khi chỉ tăng điện tích củamột trong hai

Nếu trong phan tử của cơ chất có nhiều liên kết giống nahu thì liên kết nào nhịdương hơn sẽ được phân ly và thủy phân trước Chẳng hạn như trong phân tử alantion

có năm liên kết peptid nhưng liên kết bị thủy phân trước tiên là liên kết có nét đứt sơ

đồ dưới đây:

Khi tiếp xúc vói enzyme, các tâm hoạt động của chúng sẽ thể hiện ái lực khác dấu

với hai nguyên tử nói trên Do sự “kéo-đẩy” này mà liên kết bị giãn ra và

đi đến việc đứt hẳn

2.2.2 Hệ enzyme và đặc điểm quá trình thủy phân protein

a) Enzyme proteinase (hay cò gọi là endopeptidase)

Enzyme này phân cắt liên kết peptid của đại phân tử protein để tạo thànhalbumose, peptone, polypeptide Phản ứng tổng quát có dạng:

Proteinase có khả năng hoạt động mạnh hơn khi chúng tấn công lên phân tửprotein đã bị biến tính Vùng pH tối ưu củ enzyme này khoảng 4.6-4.9 và có proteinasenằm khoảng 50-600C Proteinase cũng thể hiện hoạt lực của mình mạnh hon khi phâncắt các nhóm protein mà điểm đẳng điện của chúng nằm trong vùng pH tối ưu của nó

Ở nhiệt độ 500C, dưới tác dụng của enzyme này, sản phẩm tạo thành từ sự thủy phânprotein chủ yếu là pha thấp phân tử như peptid và polypeptide còn ở nhiệt độ 600C thì sảnphẩm tạo ra chủ yếu là thuộc nhóm albumose có phân tử lượng trung bình

b) Enzyme peptidase (hay còn gọi là exopeptidase)

Enzyme này là nhóm enzyme không ít hơn hai cấu tử, phân cắt polypeptide thànhdipeptide, và sau đó thành acid amin Trong khi xúc tác quá trình thủy phân các mạchpolypeptide, nhóm enzyme nỳ tuần tự bẻ gãy các mối liên kết peptid ở gần các nhómamin (-NH2) phân ly hoặc ở gần nhóm chức cacbonxyl (-COOH) vấn đề phân tử lượngcủa cơ chất ở đây là vấn đề thứ yếu.

Nét đặc trưng quan trọng của nhóm enzyme peptidase là chúng thể hiện tính đặchiệu rất cao đối với các cơ chất Enzyme peptidase chỉ phân cắt dipeptide, cònpolypeptidase thì chỉ phân cắt mạch polypeptide có 3 acid amin trở lên Nhóm enzymepeptidase bao gồm các enzyme: aminopeptidase (α – aminoaxyl – peptidhydrolase) vàcacbonxypeptidase (peptidyl – aminoacid – hydrolase) Hoạt lực của enzyme thứ nhấtchỉ thể hiện khi trong phân tử cơ chất có chứa nhóm –NH2 tự do hoặc nhóm –COOHcòn đôi với enzyme thứ hai thì chỉ khi có nhóm –COOH tự do

Tất cả các enzyme trong nhóm peptidase đều thể hiện hoạt tính tối đa ở pH= 7-8

và nhiệt độ khoảng 40-420C Trong môi trường giàu nước hoạt lực của chúng yếu dầnkhi nhiệt độ tăng đến 500C, còn ở nhiệt độ 600C thì phân tử của chúng bị biến tínhthuận nghịch

Một vài yếu tố ảnh hưởng đén sự thủy phân protein:

+ Khi tăng độ chua pH=5 thì hàm lượng các hợp chat tan bền vững chứa nito, bao gồm các acid amin, peptid và peptone (pha đạm amin) cùng albumose cũng tăng

+ Hàm lượng đạm amin được tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 500C

+ Nhiệt độ tối ưu cho sự tích lũy đạm tổng là từ 50-550C

+ Thời gian thủy phân nên tuân theo đúng giới hạn theo quy trình sản xuất, nếu vượt giới hạn này thì sự tích lũy sản phẩm có tăng nhưng không đáng kể

2.3 Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương

2.3.1 Cơ chế phản ứng thủy phân tinh bột

Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi liên kết α – 1,4 à α – 1,6– glucoside bị phân cắt, thì tại điểm đó ngay lập tức được liên kết với các nhóm ion của nước:

Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột ở môi trường giàu nước bởi enzyme amylasecho thấy rằng, các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucoside giữa nguyên từ cacbon số

1 (C1) với nguyên tử oxy Ở mạch amylase, khi mối liên kết α -1,4 – glucoside bị phâncắt thì nhóm hydroxyl (-OH) của nước sẽ liên kết nguyên tử C4 ở gốc glucoside bênphải Đối với mạch amylopectin, khi mối liên kết α -1,6 –glucosid bị phân cắt, thìnhóm –OH của nước sẽ liên kết với nguyên tử C1 ở mạch chính, còn H+ sẽ liên kết với–O- ở nguyên tử C6

Một cách tổng quát , nếu tất cả các mối liên kết glucoside của tinh bột bị phân cắt(bao gồm n gốc) thì cần có n-1 phân tử nước để liên kết với chúng và sẽ tạo thành nphân tử đường glucose Nhưng vì n là một đại lượng lớn cho nên hiệu số giữa n và n-1

có thể xem là không đáng kể Lúc đó phương trình tổng quát của phản ứng thủy phântinh bột có thể biễu diễn như sau:

( C6H10O5)n + H2O = n C6H12O6

Từ đây ta có thể rút ra kết luận: lượng glucose thu hồi theo lý thuyết từ phản ứngthủy phân tinh bột bằng 111,11% lượng cơ chất tham gia ở đầu vào.

Một đặc điểm quan trọng của liên kết glucoside trong các polysaccharide là chỉ cóelectron δ mà không có π tham gia Trong trường hợp như vậy, đóng vai trò phân cực

là bộ electron δ Do hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử oxy, do đó oxy tích điện âm.Phân bố điện tích ở các nguyên tử trên hai gốc glucose của tinh bột có thể biễu diễnnhư sau (ký hiệu δ- chỉ điện tích âm, δ+ chỉ điện tích dương:

Khi các hạt bột được nghiền nhỏ và đặt trong môi trường giàu nước thì cácenzyme amylase sẽ bắt đầu tác động Do cấu trúc bậc ba của phân tử protein- enzymenên chúng trở nên linh động, đặc biệt các tâm hoạt động của chúng Khi đó giữa gốchydroxyl (-OH) của nhóm định chức cacboxyl (-COOH) và nguyên tử nito bậc ba củanhân imidazole thể hiện ái lực với nhau Do có khả năng đặc biệt này giữa hai tâm hoạtđộng enzyme hình thành mối liên kết cầu hydro Lúc đó nhóm COO- sẽ mang điện tích

âm còn nhân imidazole, do có H+ tiếp sức nên nó sẽ mang điện tích dương Có thểminh họa sụ phân cực đó như sau:

Khi tiếp xúc với tinh bột, cực H+ - imidazole sẽ thể hiện ái lực với nguyên tử oxy ởcầu α -1,4 hoặc α -1,6 Còn lực COO- sẽ thể hiện ái lực với nguyên tử C1 Nhờ có sự

kéo co naỳ mà mối liên kết C1 – O sẽ bị đứt Quá trình diễn biến qua bốn giai đoạn nhưsau:

2.3.2 Sự tác động của α – amylase lên tinh bột

α – amylase tác động lên mạch amylose và amylopectin của tinh bột và bẻ gãy cácmối liên kết α – 1,4 – glucosid Sau thời gian ngắn, toàn bộ mạch amylase và mạch chính củaamylopectin bị cắt nhỏ từng mảnh có năm hoặc sáu gốc glucosid Nhờ có quá trình này, độnhớt của dịch thủy phân sẽ giảm đi một cách nhanh chóng và màu xanh với iod cũng mất đi

Giai đoạn tiếp theo của quá trình thủy phân là α- amylase phân cắt cục bộ các màngdextrin để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose, maltose và dextrin thấp phân tửhơn

Như vậy dưới tác dụng riêng rẻ cuản α – amylase, tinh bột sẽ phân cắt thành chủ yếu

là dextrin, một ít glucose và maltose

2.3.3 Sự tác động β – amylase lên tinh bột

Enzyme β – amylase cắt hai gốc glucosid trên toàn mạch của amylase và mạchnhánh của amylopectin để tạo thành đường maltose Enzyme này không vượt qua đượcliên kết α – 1,6 – glycosid, β – amylase sẽ dừng tác động trước điểm rẽ của mạchnhánh amylopectin Tác động của enzyme này trên mạch amylose bắt đâu từ phía cựckín, còn trên mạch amylopectin thì từ phía ngoài của mạch nhánh đi vào Sản phẩm tạothành do tác động phân cắt của β – amylase là đường maltose

2.3.4 Sự tác động của γ – amylase tinh bột

γ – amylase còn có tên gọi là Glucan 1,4 – α – glucosidase; amyloglucosidase; Exo

– 1,4 – α – glucosidase; Glucosidase; Glucoamylase; Lysosomal α – glucosidase; 1,4 –

α – D- glucohydrolase

γ – amylase xúc tác thủy phân liên kết α – 1,4 và 1,5 glucosidase của phân tử tinh bột

và các polysaccharide

Sự thủy phân các cơ chất dưới tá dụng của γ – amylase tiến hành ở từng liên kết một,bắt đầu từ mạch không khử tách dần từng phân tử glucose, amylase cũng có khả năngthủy phân cả maltose, isomaltose và dextrin.

γ – amylase có hoạt lực tối đa ở pH= 3,5-5,5 Nhiệt độ tối thích của γ – amylase là

50-600C Hầu hết γ – amylase bị mất hoạt tính khi đun nóng trên 700C

2.4 Phương pháp nuôi cấy nấm mốc

2.3.1 Phương pháp nuôi cấy bề mặt

2.3.1.1 Môi trường dinh dưỡng

Yêu cầu cơ bản đối với thành phần nuôi cấy vi sinh vật là tính hoàn thiện Hầu hếtcác vi sinh vật tạo amylase đều hấp thụ cacbon chủ yếu ở dạng hợp chất hữu cơ (tinhbột, dextrin,…) hydro ở dạng nước và của các HCHC, oxy ở trong thành phần cơ bảncủa môi trường và ở dạng oxy phân tử

Hàm lượng tinh bột trong môi trường nuôi cấy không được ít hơn 20-23% Người

ta thấy rằng khi hàm lượng tinh bột trong môi trường giảm đi thì hoạt độ của enzymecũng sẽ bị giảm

2.3.1.2 Độ ẩm môi trường

Trong điều kiện sản xuất, độ ẩm ban đầu tối thích đối với Aspergillus oryzae là

58-70% và phải giữ cho môi trường có độ ẩm trong suốt quá trình nuôi Nếu thấy độ ẩmtăng quá mức này thì sẽ làm giảm độ thoáng khí của môi trường, còn thấp hơn thì sẽkìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật cũng như sự tạo ra enzymeamylase Cần nhớ rằng khi nuôi cấy trong điều kiện không được vô trùng tuyệt đối(trên các khay) thì độ ẩm của môi trường sau khi cáy giống không được vượt quá 60%,

vì cao hơn sẽ bị nhiễm khuẩn Tuy vậy, việc giữ được độ ẩm cao (nhằm phòng ngừa vàhạn chế sự hong khô của môi trường) trong suốt quá trình sinh trưởng của nấm sợi lạicòn có ý nghĩa to lớn hơn vì khi bị hong khô thì hoạt lực của enzyme sẽ giảm đi rấtnhiều Điều đó khẳng dịnh sự cần thiết phải giữ ẩm cho môi trường ở mức độ tối thích.Cần thông khi trong suốt thời kỳ sinh của vi sinh vật Trong quá trình sinh trưởngcủa mình, vi sinh vật tiêu thụ khoảng 25-35% chất dinh dưỡng của môi trường và thải

ra một lượng lớn nhiệt sinh lý và CO2 Vì vậy, cần phải thải nhiệt này bằng thông gióvới không khí vô trùng Chế độ thông khí có thể liên tục, giai đoạn tùy thuộc vào chiềudày của lớp môi trường nuôi, vào khoảng cách giữa các tầng khay và khay Thường là

ở giai đoạn sinh trưởng thứ nhất phải thông khí vào phòng nuôi khoảng 4-5 làn thể tíchkhông khí trên một thể tích phòng trong một giờ, còn ở giai đoạn thứ hai là 30-60% thểtích không khí trên thể tích phòng trong 1h, còn ở giai đoạn thứ ba giảm đi 10-12% thểtích không khí mà thôi

2.3.1.3 Nhiệt độ nuôi

Toàn bộ chu kỳ sinh trưởng của nấm mốc có thể chia làm ba chu kỳ:

+ Thời kỳ trươn và nảy mầm của đính bào tử (10-11h đầu tiên) Trong thời kỳ phảiđốt nóng không khí phòng nuôi không thấp hơn 23-300C Độ ẩm thời kỳ này phải đôtkhông khí phòng nuôi không thấp hơn 23-300C, Độ ẩm tương đối không khí là 96-100%

+ Thời kỳ sinh trưởng nhanh của hệ sợi (kéo dài trong vòng 4-18h) Ở giai đoạn nàynấm mốc hô hấp mạnh và tạo ra một lượng nhiệt sinh lý rất lớn Kết quả là trong lớp

sợi nấm mốc đang mọc, Nhiệt độ sẽ tăng lên đến 37-400C, đôi khi tới 470C Vì vậy cầnphải hạ nhiệt độ không khí vô trùng có nhiệt độ 28-390C và độ ẩm cao vào phòng nuôi.+ Thời kỳ tạo enzyme amylase mạnh mẽ (kéo dài 10-20h) Trong thời gian này cácquá trình trao đổi chất dần yếu đi, sự tỏa nhiệt giảm mạnh Các enzyme amylase đượctổng hợp mạnh mẽ Theo Rodxevits (pozerur, 1967) trong một ngày đầu ở giai đoạn sinh

trưởng thứ nhất và thứ hai, nấm mốc Aspergillus oryzae chỉ tạ được 7,5-8% enzyme,

trong vòng 12h sau, hoạt lực của enzyme, trong vòng 12h sau, hoạt lực của α –amylasetăng 9-12 lần, hoạt lưc đường hóa tăng 2 lần và hoạt lực oligo – 1,6 – glucosidase tănglên 10 lần Đối với đa số vi sinh vật ở giai đoạn naỳ nên hạ nhiệt độ

xuống 3-40C so với ban đầu Nhiệt độ tối thích cho sinh trưởng của đa số nấm mốc môi trường rắn là 28-300C

2.3.1.4 Thời gian nuôi

Thời gian nuôi để vi sinh vật tạo ra lượng enzyme cao thưởng được xác định bằngthực nghiệm Tùy thuộc vào tính chất sinh lý của chủng vi sinh vật và sự ngừng tổnghợp enzyme mà có thể ngừng sinh trưởng của nấm mốc vào bất kỳ lúc nào thấy cầnthiết Sự tạo bào tử là hiện tượng không mong muốn vì thường làm giảm hoạt động của

enzyme Đối với đa số nấm mốc Aspergillus, sự tạo enzyme amylase cực đại thường

kết thúc khi nấm mốc bắt đầu sinh bào tử

2.3.2 Phương pháp nuôi cấy bề sâu

2.3.2.1 Môi trường dinh dưỡng

Khác với phươn pháp nuôi cấy bề mặt, trong phươn pháp nuôi cấy bề sâu người ta

sẽ cho vi sinh vật phát triển trong môi trường lỏng Thành phần dinh dưỡng của môitrường lỏng thích hợp cho mỗi chủng vi sinh vật sẽ khác nhau

Trong nhiều trường hợp, môi trường nuôi cấy bề sâu thường chứa tinh bột, cácdạng bột, và một số vật liệu khác làm nguồn Cacbon là các đường dễ dàng đồng hóanhư glucose Thực tế, trong một số trường hợp người ta đường hóa sơ bộ tinh bộtamylase (trước khi vòa thanh trùng) Khi đó maltose được tạo thành sẽ được đồng hóatốt hơn và so với tinh bột, maltose là chất cảm ứng tốt hơn của enzyme đường hóa của