Bài giảng Công nghệ thực phẩm đại cương: Chương 2.3 - TS. Nguyễn Văn Hưng

Bài giảng Công nghệ thực phẩm đại cương: Chương 2.3 - TS. Nguyễn Văn Hưng có nội dung tìm hiểu về cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm gồm: Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác; Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm; Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ vi sinh vật; Quá trình lên men. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết tại đây.

Người thực hiện: TS NGUYỄN VĂN HƯNG

1

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Email: hung.nguyenvan@hust.edu.vn

MỤC TIÊU MÔN HỌC

Cung cấp cho người học kiến thức về tính chất của nguyên liệu thực phẩm, các quá trình cơ bản trong sản xuất thực phẩm và kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm Trên cơ sở đó nắm được yêu cầu của quy trình công nghệ sản xuất

các sản phẩm thực phẩm thông dụng từ đó có thể điều hành sản xuất đáp ứng

yêu cầu công nghệ.

Ngoài ra môn học cũng cung cấp cho người học các kỹ năng làm việc nhóm, thuyết trình và thái độ cần thiết để làm việc trong các lĩnh vực thuộc chuyên

ngành thực phẩm.

YÊU CẦU KHI KẾT THÚC HỌC PHẦN

1 Nắm được tính chất nguyên liệu thực phẩm và đánh giá được chất lượng nguyên liệu thực phẩm: Hiểu rõ các thành phần hóa học và tính chất vật lý của nguyên liệu thực phẩm; Hiểu

và nắm được những biến đổi của nguyên liệu sau khi thu hái đối với nguyên liệu thực vậthoặc giết mổ đối với động vật cũng như trong thời gian bảo quản; Có khả năng và đưa rađược các chỉ tiêu đánh giá được chất lượng nguyên liệu thực phẩm

2 Hiểu cơ sở lý thuyết và vận dụng được các quá trình cơ bản trong sản xuất thực phẩm để ứng dụng sản xuất các sản phẩm thực phẩm: Hiểu cơ sở lý thuyết và vận dụng được các quá

trình cơ học trong sản xuất thực phẩm; Hiểu cơ sở lý thuyết và vận dụng được các quá trìnhnhiệt trong sản xuất thực phẩm; Hiểu cơ sở lý thuyết và vận dụng được các quá trình sinhhọc trong sản xuất thực phẩm

3 Nắm được kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm và làm chủ được quy trình công nghệ từ đó có thể điều hành được sản xuất : Làm chủ được các kỹ thuật trong sản xuất các

sản phẩm thực phẩm ; Chủ động phát triển sản phẩm và đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm

NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA HỌC PHẦN

Chương 1 Tính chất của nguyên liệu thực phẩm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các quá trình cơ bản trong sản suất thực phẩm

2.1 Cơ sở lý thuyết và các quá trình cơ học trong sản xuất thực phẩm

2.2 Cơ sở lý thuyết và các quá trình nhiệt học trong sản xuất thực phẩm

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

Chương 3: Kỹ thuật sản xuất các sản phẩm thực phẩm

TÀI LIỆU HỌC TẬP

Nguyễn Xuân Phương (2010) Cơ sở lý thuyết và kỹ thuật sản xuất thực phẩm Nhà xuất bản Giáo dục.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bùi Đức Hợi ( chủ biên) (2006 ) Kỹ thuật chế biến lương thực tập 1,2 Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật

[2] Nguyễn Thị Hiền ( chủ biên) (2007) Khoa học -công nghệ malt và bia Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[3] Nguyễn Thị Hiền ( Chủ biên) (2004 ) Công nghệ sản xuất mì chính và các sản phẩm lên men cổ truyền Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[4] Lâm Xuân Thanh (2004) Công nghệ các sản phẩm sữa Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[5] Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2000) Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

[6] Hà Văn Thuyết (chủ biên) (2015) Công nghệ Rau quả Nhà xuất bản Bách Khoa Hà nội

[7] Nguyễn Ngộ ( Chủ biên)(2015) Công nghệ Đường mía Nhà xuất bản Bách Khoa Hà nội

Chương 2 Cơ sở lý thuyết và các quá trình cơ bản trong sản suất

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.3 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ vi sinh vật

2.3.4 Quá trình lên men

XUẤT THỰC PHẨM

7

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.1 Khái quát về enzyme

- Enzym là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein, thường có cấu trúc b

- Tất cả các yếu tố như axit đặc, kiềm đặc, muối kim loại nặng, nhiệt độ cao… đều cóthể làm enzyme bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác;

- Enzym có nhiều tính chất ưu việt hơn hẳn các chất xúc tác hóa học;

- Enzym có cường lực xúc tác rất lớn;

- Enzym có tính đặc hiệu cao;

- Enzym tác dụng trong điều kiện êm dịu;

- Dễ dàng kiểm soát thông qua các thông số công nghệ;

- Tất cả các enzyme đều có nguồn gốc tự nhiên;

- Hầu hết các chế phẩm enzyme được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dễ kiếm, rẻtiền

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.1 Khái quát về enzyme

Một số nhược điểm khi sử dụng enzym

o Giá thành một số enzym cao;

o Một số trường hợp cần vô hoạt hoặc loại bỏ enzym sau khi sử dụng;

o Enzyme có thể là nguyên nhân gây dị ứng

• Danh pháp của enzym thường được cấu tạo bởi:

+ Tên cơ chất xúc tác + ase, ví dụ: maltase, amylase, protease… + Tên của dạng phản ứng + ase, ví dụ: polymerase

+ Các tên gọi khác: Pepsin, papain…

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.1 Khái quát về enzyme

EC 2 Transferase Vận chuyển các nhóm chức từ cơ chất này sang cơ chất khác Sử dụng trong

sản xuất cyclodextrin, tổng hợp các oligomer, trong sản xuất thịt…

Cyclodextrin, glycosyltransferase, transglutaminase

EC 3 Hydrolase

Xúc tác sự đứt gãy các liên kết hóa học từ phản ứng thủy phân Ứng dụng quan trọng nhất trong các nhóm enzym trong sản xuất các sản phẩm lên men:

bia, rượu, rượu vang, bánh mì… Trong sản xuất nước quả, pho mai, sữa…

Amylase, protease, pectinase…

EC 4 Lyase

Xúc tác sự nối thêm một chất mới vào cơ chất bằng cách làm gãy nối đôi

Ngược lại, chúng có thể xúc tác tạo nối đôi Lyase không xúc tác phản ứng thủy phân hay oxy hóa Có vai trò quan trọng trong quá trình làm chín bia

Ảnh hưởng đến sự biến màu trong rau quả, sự oxi hóa chất béo, thời hạn bảo quản sp

Tạo ra các sản phẩm chức năng isomaltose…

Có vai trò quan trọng trong sản xuất các sản phẩm lên men như bánh mì, bia, rượu, rượu vang, phomai…làm trong nước quả, tăng hiệu suất thu hồi dịch quả…

Phân loại enzym thường sử dụng trong sản xuất thực phẩm

Cơ chế xúc tác của emzym qua 3 bước:

1 Cơ chất (Substrate) liên kết với enzyme (Enzyme) để hình thành phức hệ

enzyme - cơ chất (E - S complex)

2 Enzyme xúc tác phản ứng biến đổi cơ chất thành sản phẩm (Product), tạo

thành phức hệ E-P

3 Sản phẩm P được giải phóng enzyme E

13

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.1 Khái quát về enzyme

Cơ chế xúc tác của enzym

Nguồn Wikipedia

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.1 Các quá trinh chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.2 Nguồn nguyên liệu thu enzyme

Enzym là những chất không thể điều chế được bằng phương pháp tổng hợp hóa học, màngười ta thường thu nhận chúng từ các nguồn

• Enzym từ động vật;

• Enzym từ thực vật;

• Enzym từ vi sinh vật

Trong hàng trăm enzyme được sử dụng trong công nghiệp hơn một nửa được sản xuất từ

nấm mốc và nấm men, trên một phần ba từ vi khuẩn, còn lại từ nguồn động vật 8% và thực vật4%

2.3.1 Các quá trinh chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.2 Mục đích sử dụng enzym

 Giảm chi phí sản xuất;

 Phục vụ cho các mục đích sơ chế, chế biến;

 Tăng hiệu suất tách chiết, chích ly các hợp chất có giá trị từ nguyên liệu;

 Cải thiện chất lượng sản phẩm;

 Nâng cao giá trị cảm quan;

 Kéo dài thời hạn bảo quản sản phẩm

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.1 Các quá trinh chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.3 Một số quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

a, Ứng dụng của carbohyrase (α-amylase, glucoamylase, invertase, lactase, glucose isomerase…) trong nhiều lĩnh vực khác nhau: công nghiệp, nông nghiệp, y học, trong NCKH…

- Trong công nghiệp rượu

- Trong công nghiệp sản xuất bia

- Trong sản xuất bánh mỳ

- Trong sản xuất glucoza và mật tinh bột

- Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo

- Trong công nghiệp dệt

- Trong chăn nuôi

- Trong y học

2.3.1 Các quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.3 Một số quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

b, Ứng dụng của proteinaza trong nhiều lĩnh vực khác nhau: công nghiệp, nông nghiệp, y học, trong NCKH…

- Trong quá trình chế biến cá, nước mắm

- Trong công nghiệp thịt

- Trong quá trình chế biến sữa

- Trong công nghiệp nước giải khát

- Trong công nghiệp dệt

- Trong kỹ nghệ phim ảnh

- Trong công nghiệp da

- Trong công nghiệp dược phẩm và y học

- Trong nông nghiệp

- Trong nghiên cứu khoa học

Ứng dụng của proteinaza

2.3.1 Các quá trinh chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

2.3.1.3 Một số quá trình chuyển hóa nhờ enzyme xúc tác

c, Ứng dụng của pectinaza

- Trong sản xuất nước quả:

- Trong sản xuất rượu vang:

- Trong chăn nuôi:

- Trong trích ly các dược liệu đông

Ứng dụng pectinase trong sản xuất nước quả

α-Amylase Baking, brewing, starch liquefaction; Bread quality improvement; Rice cakes; Clarification of fruit

juice Glucoamylase Ethanol and Beer production; Bread quality improvement;High glucose and high fructose syrups Protease Brewing; Meat tenderization; Coagulation of milk; Bread quality improvement

Lactase (β-galactosidase) Lactose intolerance reduction in people; Prebiotic food ingredients;

Lipase Cheese flavour development; Cheddar cheese production

Phospholipase Cheese flavour development;Production of lipolyzed milk fat

Cellulase Animal feed; Clarification of fruit juice

Pectinase Production and Clarification of fruit juice

Glucose oxidase Food shelf life improvement; Food flavour improvement

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

Sản xuất chế phẩm enzyme từ hạt nảy mầm bao gồm các giai đoạn sau:

Hạt hòa thảo  Làm sạch và phân loai  Ngâm hạt  Ươm mầm  Sấy malt tươi  Đánh bóng, làm sạch → Malt khô

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.2 Ngâm hạt

- Mục đích:

Tạo điều kiện để hạt hút thêm một lượng nước tự do, sao cho

tổng hàm ẩm của hạt đạt 43-45%

- Động hóa của quá trình hút nước của hạt:

+ Trong hạt khô, hàm ẩm chỉ khoảng 11-13%, lượng nước này

là lượng nước liên kết hay là lượng nước cấu trúc;

+ Quá trình thấm nước vào hạt tuân theo định luật khuyếch

tán và thẩm thấu

+ Khi hạt ngâm, nước sẽ xâm nhập vào hạt theo ba hướng

chính

Quá trình ngâm hạt

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm 2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.2 Ngâm hạt

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngâm hạt

+ Nhiệt độ của nước ngâm

+ Độ lớn của hạt: hạt to hút chậm hơn hạt bé

+ Hàm lượng protein của hạt

+ Điều kiện khí hậu của vùng gieo trồng hạt

+ Thành phần hóa học của nước;

+ Mức độ thông khí trong quá trình ngâm;

Diễn biến quá trình ngâm hạt

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.2 Ngâm hạt

- Các quá trình hóa lý, hóa sinh, sinh lý của hạt ngâm:

+ Sự thẩm thấu và khuyếch tán của nước vào hạt: có sự thẩm thấu các chất trong nước vào hạt

+Hòa tan các chất có trong hạt vào nước

+ Sự hút nước và trương nở của tế bào

+Sự hoạt hóa enzyme: có nhiều enzyme được hoạt hóa: Sitaza, amylaza,

proteaza,

+ Sự hô hấp của hạt: quá trình ngâm hạt là quá trình hô hấp hiếu khí

+ Sự thủy phân các chất cao phân tử

+ Dấu hiệu của sự phát triển cây non của phôi

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.2 Ngâm hạt

- Các phương pháp ngâm hạt:

+ Ngâm lỳ trong nước

+ Ngâm hoán vị nước và không khí

+ Ngâm trong dòng liên tục nước và không khí

+ Ngâm bằng phương pháp phun nước

+ Ngâm bằng phương pháp phun nước và hút

khí

Thổi khí trong quá trình ngâm hạt

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.3 Ươm mầm

- Mục đích:

• Tích lũy một lượng tối ưu các enzym thủy phân→ nguồn enzym chính sử dụng sau này khi nấu dịch đường;

• Thủy phân màng tế bào làm cho hạt xốp → dễ xay nghiền;

• Chuyển hóa một phần các chất dự trữ phức tạp trong hạt thành các chất đơn giản → tạo màu, hương vị đặc trưng cho malt khi sấy, rang…

• Hạn chế tổn thất chất khô của hạt do hô hấp, sự phát triển của mầm

• Lưu ý: không để mầm phát triển thành cây non

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.3 Ươm mầm

- Những biến đổi xảy ra khi ươm mầm:

+ Biến đổi về hình thái và sinh lý của hạt

+ Biến đổi hóa sinh, tích tụ enzyme và biến đổi các chất

xẩy ra trong hạt ươm mầm:

a, Sự hoạt hóa sitaza và những biến đổi cơ lý của hạt

b, Sự hoạt hóa amylaza và sự thay đổi thành phần tinh

bột

c, Sự hoạt hóa proteaza và sự thay đổi thành phần

protein

d, Một số enzyme khác: lipaza, maltaza, enzyme hô

quá trình ươm mầm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.3 Ươm mầm

- Phương pháp thực hiện ươm mầm

+ Ươm mầm không thông gió

a, Đặc điểm

b, Ưu nhược điểm+ Ươm mầm có thông gió

a, Đặc điểm

b, Ưu nhược điểm

Tạo ra môi trường ươm mầm khắc nghiệt để hạn chế các chất dinh dưỡng trong hạt chuyển sang phát triển dễ, mầm, lá…→ Hạt chỉ tích lũy enzym và các hợp chất dễ hòa tan.

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.3 Ươm mầm – Sự tích lũy enzym trong quá trình ươm mầm

• Tạo ra và tích lũy các enzym thủy phân tinh

bột: α và β – amylase ;

• Các enzym thủy phân thành tế bào như:

β-glucanase, sitase;

• Các enzym thủy phân protein: proteinase

• Các enzym khác như: lipase, phosphatase…

1- Phôi 2- Vỏ trấu 3- Màng phôi 4- Mầm

5- Lớp epithelium 6- Vỏ cám

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.3 Ươm mầm – Sự tích lũy enzym trong quá trình ươm mầm

Quá trình tích lũy amylase khi ươm mầm

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.4 Sấy malt tươi

- Mục đích:

o Chấm dứt quá trình chuyển hóa và phát triển của hạt;

o Giảm độ ẩm của hạt đến độ ẩm bảo quản (1,5-3,5%);

o Bảo toàn lượng enzym đã được tích lũy trong quá trình

ươm mầm;

o Thủy phân các hợp chất cao phân tử thành các hợp

chất đơn giản, hòa tan;

o Tạo màu và hương vị cho malt

Quá trình sấy malt vàng

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.4 Sấy malt tươi

- Đặc điểm của quá trình sấy malt tươi:

+ Giai đoạn 1: Đặc trưng của quá trình sinh lý→ Tách nước tự do

+ Giai đoạn 2: Đặc trưng của quá trình hóa sinh → Tách nước liên kết

+ Giai đoạn 3: Đặc trưng cho các phản ứng hóa học→ Tạo màu, hương vị đặc trưng;

- Thiết bị sấy:

+ Lò sấy gián đoạn, lò sấy bán liên tục, lò sấy liên tục

+ Lò sấy đứng, lò sấy nằm ngang

+ Lò sấy nằm ngang một tầng, hai tầng, nhiều tầng

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.4 Sấy malt tươi

- Công nghệ sấy:

+ Công nghệ sấy malt vàng: Đặc điểm của công nghệ sấy malt vàng là loại nhanh hàm ẩm của malt trong khi nhiệt độ sấy còn ở khá thấp, muốn đạt điều này phải thông gió tới mức tối đa

+ Công nghệ sấy malt đen (malt sẫm màu – dark malt): Chu kỳ sấy kéo dài, sấy

nhiệt độ cao, đặc biệt là sấy kiệt, nhiệt độ sấy và hàm ẩm phải tuân theo quy luật hết sức nghiêm ngặt, tăng cường hoạt động của các enzyme thủy phân ở pha

enzyme

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.4 Sấy malt tươi

- Đánh giá chất lượng của malt:

Chiều dài mầm: 2/3  3/4 chiều dài hạt.

+ Độ xốp: malt càng xốp thì càng nhuyễn Malt phải xốp, khi cắn phải mềm.

2.3 Cơ sở lý thuyết và các quá trình sinh học trong sản xuất thực phẩm

2.3.2 Các quá trình sinh tổng hợp enzyme từ hạt nảy mầm

2.3.2.4 Sấy malt tươi

* Các chỉ số hoá học

+ Hàm lượng chất chiết: đối với malt vàng chất lượng cao phải đạt ít nhất 78%,malt đen 75%

+ Cường độ màu: malt vàng 0,16-0,3ml, malt đen 0,3-1,7ml dung dịch iot 0,1N

+ Hàm lượng đường maltoza: đối với malt vàng khoảng 65-72%, malt đen 59-65%

+ Độ chua: độ chua tác dụng: pH 5,5-6,5, trong phạm vi 4,5-6,0, nếu pH của malt càng thấp càng có lợi cho quá trình đường hóa Độ chua định phân dao động đối với malt vảng 15-17 ml NaOH 1N/100g chất khô, malt đen 10-21ml NaOH 1N/100g chất khô

+ Đạm hòa tan: chỉ số kolbach cao hơn 41 malt chất lượng cao, còn nếu thấp hơn 35 thì malt rất kém chất lượng

+ Đạm formol: 10-12% so với đạm tổng hoặc 20-25% so với đạm hòa tan

+ Hoạt lực diataza: của malt vàng dao động trong khoảng 160-340 0 WK, malt đen 70-120 0 WK