Tiểu luận hoá sinh học thực phẩm công nghệ sản xuất bột ngọt lịch sử quá trình hình thành và phát triển

Umami có thể được mô tả là vị ngọt “nước dùng” hoặc “ngọt thịt” ; tuy nhiên để dùng từ ngữ khác xác định mùi vị này thì không một từ nào thay thế được; vì vậy từ “umami” vẫn được giữ ngu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TẬP TIỂU LUẬN HOÁ SINH HỌC THỰC PHẨM

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT: LỊCH SỬ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN

GVHD: Nguyễn Phan Khánh Hoà

SVTH: Nhóm 7

Bùi Thị Thanh Hoà MSSV: 2005230173

Trần Thanh Tiền MSSV: 2005230502

Lê Thị Thuý Hiền MSSV: 2005230160

Dương Phước Lộc MSSV: 2005230273

Phạm Vũ Đại Phong MSSV: 2005230432

Hồ Anh Hợp MSSV: 2005230183

Hứa Bách Hào MSSV: 2005230141

TP HỒ CHÍ MINH, 2024

MỤC LỤC

I Lịch sử phát hiện bột ngọt 1

II Giới thiệu về bột ngọt 2

1 Tính chất vật lý 2

2 Tính chất hoá học 2

3 Vai trò 3

4 Lưu ý sử dụng bột ngọt 5

4.1 Độ an toàn của bột ngọt 5

4.2 Những lưu ý khi sử dụng 5

III Quy trình sản xuất bột ngọt hiện nay trong công nghiệp 6

1 Phương pháp lên men 7

2 Phương pháp thuỷ phân Protit 8

3 Phương pháp tổng hợp hoá học 9

4 Phương pháp tổng hợp 10

IV Xu hướng phát triển 10

1 Đa dạng nguyên liệu 10

2 Cải tiến công nghệ sản xuất bột ngọt 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

Danh mục hình ảnh

Hình 1 Giáo sư Kikunae Ikeda 1

Hình 2 Bột ngọt 2

Hình 3 Công thức cấu tạo bột ngọt 2

Hình 4 Phản ứng mất nước 3

Hình 5 Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ cao 3

Hình 6 Bột ngọt được sử dụng làm gia vị nấu ăn 4

Hình 7 Hình ảnh vi khuẩn Corynebacterium glutamicum 8

Hình 8 Quy trình sản xuất bột ngọt theo phương pháp lên men 8

Hình 9 Rỉ đường 11

Hình 10 Phân Urê 11

Hình 11 Hình ảnh nhà máy Ajinotmoto Việt Nam 13

Danh mục bảng

Bảng 1 Phân bố mức độ yêu thích của các tình nguyện viên theo các công thức 5 Bảng 2 Bảng Hàm lượng bột ngọt có trong một số loại thực phẩm 6 Bảng 3 Bảng một số chỉ tiêu kiểm định bột ngọt theo TCVN 1459 : 1996 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN / TC / F4 Phụ gia thực phẩm biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng đề nghị Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành 6 Bảng 4 Bảng tỷ lệ Protit một vài nguyên liệu thực phẩm 9

I Lịch sử phát hiện bột ngọt

Vào đầu thế kỷ 20 vào năm 1908 được phát minh bởi Giáo sư hóa sinh người Nhật Bản tên là Kikunae Ikeda từ khám phá ra vị umami Trong một lần thưởng thức nước dùng dashi nấu từ tảo bẹ Kombu, bằng cảm nhận vị giác tinh tế, Giáo sư Ikeda nhận thấy có 1 vị đặc biệt, khác với 4 vị cơ bản

đã được biết đến là ngọt, chua, mặn và đắng Qua nghiên cứu, Giáo sư Ikeda xác định chính axit amin Glutamate đã tạo nên vị đặc biệt này và ông đặt tên là vị umami Năm 1985, tại Hội thảo khoa học quốc tế về vị

Umami lần đầu tiên ở Hawaii; thuật ngữ Umami chính thức được công

nhận là thuật ngữ khoa học để mô tả vị của glutamat và nucleotit Umami

là vị của axit amin L-glutamat và 5’-ribonucleotit như Guanosin Monophosphat và Inosin Monophosphat Umami có thể được mô tả là vị ngọt “nước dùng” hoặc “ngọt thịt” ; tuy nhiên để dùng từ ngữ khác xác định mùi vị này thì không một từ nào thay thế được;  vì vậy từ “umami” vẫn được giữ nguyên trong tất cả các ngôn ngữ phổ biến; bao gồm tiếng Anh, tiếng Tây Ban Nha, tiếng Pháp, v.v… Giáo sư Ikeda đã thành công trong việc chiết xuất các tinh thể axit glutamic; một axit amin và một khối protein

100 gram tảo bẹ khô chứa khoảng 1 gram Glutamate, dạng ion của Axit Glutamic Giáo sư Ikeda nhận thấy rằng glutamate có vị đặc trưng; khác với ngọt, chua, đắng và mặn, và ông đặt tên cho hương vị này là umami Giáo sư Ikeda quyết định làm gia vị bằng cách sử dụng thành phần mới được phân lập và nếm thử Để được sử dụng làm gia vị; axit glutamic phải

có một số đặc tính vật lý tương tự của đường và muối: nó phải dễ dàng hòa tan trong nước nhưng không hấp thụ độ ẩm cũng như hóa rắn Giáo

sư Ikeda phát hiện ra rằng bột ngọt, một loại muối có chứa glutamate và natri, có đặc tính lưu trữ tốt và vị unami mạnh (vị mặn) Nó hóa ra là một gia vị lý tưởng Bởi vì bột ngọt không có mùi hoặc kết cấu cụ thể của riêng

nó, nó có thể được sử dụng trong nhiều món ăn khác nhau, nơi nó làm tăng hương vị ban đầu của thực phẩm một cách tự nhiên. 

Hình 1 Giáo sư Kikunae Ikeda

II Giới thiệu về bột ngọt

Bột ngọt là tên thường gọi của Monosodium Glutamate (Viết tắt là MSG), là muối của monohydra natri đơn của axit glutamic

Hình 2 Bột ngọt

1 Tính chất vật lý

Ở dạng tinh thể, bột ngọt rắn và , dễ dàng hoà tan trong nước, và không hòa tan trong cồn ,thơm, ngon, kích thích vị giác

Vị umami của MSG có thể cảm nhận rõ nhất trong khoảng pH 6 – 8 Có 3 dạng MSG là D – MSG, L – MSG và LD – MSG nhưng chỉ có dạng L – MSG là tạo nên hương vị mạnh và dễ dàng nhận biết nhất

2 Tính chất hoá học

Công thức hoá học: C5H8NO4Na.H2O

Công thức cấu tạo:

Hình 3 Công thức cấu tạo bột ngọt

 Bột ngọt là một hợp chất không hút ẩm, không chịu tác động bởi ánh sáng và có nhiệt độ nóng chảy cao nên có thể duy trì được chất lượng đảm bảo ngay cả khi được bảo quản ở nhiệt

độ phòng Bột ngọt chỉ bị nóng chảy với mức nhiệt trên 350oC,

vì vậy nó có thể giữ được trạng thái và tính chất khi đang trong các quá trình gia nhiệt sản xuất

 Bột ngọt là một chất điện ly lưỡng tính với pH thường nằm trong khoảng 6.7 – 7.2 khi hoà tan trong nước Khi pH nằm ngoài khoảng này đặc biệt trong môi trường rất axit hoặc base

sẽ gây biến tính cho bột ngọt

 Phản ứng mất nước Với nhiệt độ trên 80oC bột ngọt sẽ bị mất nước, tạo thành Anhydric firolicarbonic

Hình 4 Phản ứng mất nước

 Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao axit glutamic trong dung dịch nguyên chất bị mất nước và chuyển thành axit hydroglutamic theo phản ứng sau:

Hình 5 Phản ứng phân huỷ ở nhiệt độ cao

 Khi trung hoà Axit Glutamic chuyển thành Monosodium Natri Glutamate (MSG), kết tinh có vị ngọt dịu trong nước, gần giống với vị của thịt Glutamat natri có ý nghĩa lớn đối với đời sống con người, nó được sử dụng ở các nước Trung Quốc, Nhật Bản, Việt Nam Các nước châu Âu chủ yếu dùng mì chính để thay một phần thịt cho vào các hỗn hợp thực phẩm, súp, rượu, bia và các sản phẩm khác

 Bột ngọt là chất điều vị trong chế biến thực phẩm, làm gia vị cho các món ăn, cháo, mì ăn liền, thịt nhân tạo, các loại thịt cá đóng hộp v v nhờ đó sản phẩm hấp dẫn hơn và Glutamic acid được đưa vào cơ thể, làm tăng khả năng lao động trí óc

và chân tay của con người

Hình 6 Bột ngọt được sử dụng làm gia vị nấu ăn

 Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng, glutamate đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chuyển hoá chất bổ dưỡng trong

cơ thể con người Trên thực tế, cơ thể của mỗi người chứa khoảng 2kg glutamate được tìm thấy trong các cơ bắp, não, thận, gan và các cơ quan khác Lượng Glutamate có trong cơ thể người ở dạng tự do và liên kết là khoảng 2000g Lượng glutamate tự do có trong cơ thể người là 10g, trong đó:

 Cơ bắp: 6g

 Não: 2.3g

 Gan: 0.7g

 Thận: 0.7g

 Máu: 0.04g

 Khi ăn thực phẩm có chứa glutamate, các thụ thể của glutamate tại khoang miệng và dạ dày sẽ kết hợp với glutamate và gửi tín hiệu đến não Nhận được tín hiệu, não sẽ yêu cầu tăng tiết nước bọt trong khoang miệng, đồng thời, dạ dày tăng lượng dịch vị giúp hỗ trợ hoạt động tiêu hóa Ngoài

ra, lượng chất nhầy trong dạ dày cũng được gia tăng giúp bề mặt dạ dày được bảo vệ khỏi tác dụng ăn mòn của acid

 Hỗ trợ chế độ ăn giảm muối: Phương pháp phổ biến được áp dụng hiệu quả và rộng rãi trên thế giới là ứng dụng khả năng tạo vị umami của bột ngọt (trong khi bột ngọt chỉ chứa khoảng 1/3 lượng Natri so với muối ăn) để cân bằng vị ngon tổng thể của thực phẩm giảm muối, vừa giúp giữ được sự hài lòng khi thưởng thức món ăn giảm muối và vừa giúp giảm lượng muối

ăn vào Theo nghiên cứu mới nhất vào năm 2021 của Rosa

và cộng sự tại Brazil đã cho thấy phương pháp giảm muối kết hợp bổ sung bột ngọt là một phương pháp hiệu quả có thể áp dụng trong bữa ăn hàng ngày Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng phần lớn tình nguyện viên tham gia đánh giá mức độ yêu thích thấp nhất (mức 3) cho công thức sử dụng Natri sẵn có trong thực phẩm Ngược lại, cả công thức chỉ bổ sung muối

và công thức giảm muối kết hợp bổ sung bột ngọt đều có số lượt đánh giá yêu thích mức cao nhất (mức 1) và trung bình (mức 2) nhiều hơn

4 Lưu ý sử dụng bột ngọt

Tại Mỹ, mì chính được xem như một thành phần thực phẩm phổ biến như muối, bột nổi và tiêu Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) đã xếp mì chính vào danh sách các chất được xem là an toàn (GRAS) Việc xếp loại này có nghĩa là mì chính an toàn trong mục đích sử dụng thông thường của nó

Trong báo cáo gửi cho FDA năm 1995, dựa trên việc xem xét một cách toàn diện các tư liệu về mì chính, Hội đồng Thực Nghiệm Sinh học Liên bang Mỹ (FASEB) đã kết luận rằng không có sự khác biệt nào giữa Glutamate tự do có trong các loại nguyên liệu thực phẩm tự nhiên như trong nấm, pho mai, các loại rau củ… với Glutamate sản xuất công nghiệp như trong bột ngọt, protein thuỷ phân hay nước tương Báo cáo này cũng kết luận rằng bột ngọt an toàn đối với hầu như tất cả mọi người

Bảng 1 Phân bố mức độ yêu thích của các tình nguyện

viên theo các công thức

Tại Việt Nam, từ mấy chục năm qua, mì chính là gia vị được sử dụng rộng rãi trong hầu hết mọi gia đình, và cũng từ lâu, mì chính đã được liệt kê trong danh mục phụ gia thực phẩm được phép sử dụng do Bộ Y tế ban hành

4.2 Những lưu ý khi sử dụng

 Chọn thời điểm dùng bột ngọt

Để bột ngọt đạt được tác dụng tốt nhất, hãy nêm nó khi món ăn vừa được chế biến xong và tắt bếp Thời điểm này vừa giúp cho hương vị món ăn được đảm bảo vừa an toàn cho sức khỏe

 Lượng bột ngọt

Hàng ngày, mỗi người không nên ăn quá 6g bột ngọt vì nếu vượt mức này

dễ sinh ra cao huyết áp, buồn nôn, đau đầu, Vì thế, người bị bệnh thận, cao huyết áp, người cao tuổi, được khuyến cáo không nên ăn nhiều bột ngọt

 Kết hợp thực phẩm

Nếu ăn những món ăn đã có sẵn vị ngọt tự nhiên như rau, củ, xương, thì tốt nhất không nên thêm bột ngọt vào vì nó làm mất đi vị vốn có Ngoài ra, không nên dùng bột ngọt cho món chiên vì món ăn này được chế biến ở nhiệt độ cao có thể làm biến đổi thành phần hóa học trong bột ngọt, vừa làm mất hương vị thực phẩm vừa dễ gây tổn hại dạ dày

Bột ngọt tự nhiên 100 (mg/100g) 100 (mg/100g)

Bảng 2 Bảng Hàm lượng bột ngọt có trong một số loại thực phẩm

III Quy trình sản xuất bột ngọt hiện nay trong công nghiệp

Bột ngọt hiện nay được làm từ nguyên liệu thiên nhiên như tinh bột sắn và mật mía đường bằng phương pháp lên men là chủ yếu, một quá trình tương tự như sản xuất bia, giấm, nước tương Ngoài phương pháp lên men thì mì chính còn được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác:

Bột ngọt dù được sản xuất bằng phương pháp nào cũng thường tuân theo một

số tiêu chuẩn sau:

Giảm khối lượng khi sấy khô =< 0.5% (Sấy ở 98oC, 5h)

Bảng 3 Bảng một số chỉ tiêu kiểm định bột ngọt theo TCVN 1459 : 1996 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN / TC / F4 Phụ gia thực phẩm biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng đề nghị Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban

hành.

Có nhiều phương pháp sản xuất mì chính khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hiện nay, trên thế giới có 4 phương pháp cơ bản:

 Phương pháp lên men

 Phương pháp tổng hợp hoá học

 Phương pháp thuỷ phân Protit

 Phương pháp kết hợp

1 Phương pháp lên men

Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các axit amin từ các nguôn gluxit và đạm vô cơ Phương pháp nảy đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại amino axit như: Axit Glutamic, Lysine, Valine, Alanin, Phenylalanin, Tryptophan, Methionin… Phương pháp lên men có nguồn gốc từ Nhật Bản, năm 1956 khi mà Shukuo và Kinoshita sử dụng chúng Micrococeus glutamicus sản xuất Glutamate từ môi trường

có chứa Glucosevà Amoniae Sau đó một số loài vi sinh vật khác cũng

được sử dụng như Brevi bacterium và Microbacterium

Ví dụ: Corynebacterium glutamicum là một loại vi được sử dụng trong

công nghiệp để sản xuất amino axit quy mô lớn ,đặc biệt là Axit Glutamic và Lysine Tất cả các vi sinh vật được ứng dụng có một vài đặc điểm chung như sau:

 Vi khuẩn gram dương, hình que

 Là một vi khuẩn hiếu khí

 Không tạo bào tử

 Nhu cầu dinh dưỡng: Sử dụng nguồn carbonhydrate chủ yếu là glucose, succrose… Thường được bổ sung cao nấm men, Ure

để cung cấp nguồn nitrogen cho vi sinh vật Ngoài ra sử dụng các ion khoáng và vitamin như Ca2+, Mg2+, Biotin (Vitamin B7)…

 Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng và lên men trong khoảng 25 –

30oC, pH môi trường sinh trưởng từ 6.5 – 8

Hình 7 Hình ảnh vi khuẩn Corynebacterium glutamicum

Ưu điểm

Hiệu suất cao, chi phí đầu tư và vận hành thấp

Không cần sử dụng quá nhiều chất hoá học và thiết bị chống ăn mòn

Hình 8 Quy trình sản xuất bột ngọt theo phương pháp lên men

2 Phương pháp thuỷ phân Protit

Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hoá chất hoặc fermen để thuỷ phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó (khô đậu, khô lạc ) ra một hỗn hợp các amino axit, từ đấy tách các Axit Glutamic ra và sản xuất bột ngọt

Quá trình này có thể tóm tắt như sau: Gluten của bột mì được thủy phân bằng axit HCI để giải phóng ra tất cả các axit amin ở 150°C Sau đó các chất cặn bã

sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc và giữ ở nhiệt độ thấp để làm giảm độ hòa tan của chất tan, từ đó các hạt tinh thể kết tỉnh của hydroclorat glutamic Natri HOOC-CH2(NH3Cl)-CH2-CH-COOH quá bão hòa sẽ dần dần được tạo thành Những hạt tinh thể này sẽ được lọc để tách riêng và sau đó được hòa tan trong nước Dung dịch này sẽ được trung hòa bằng Na2CO3 cho tới pH = 3,2 (pH đăng điện), ở pH này tỉnh thể axít glutamic sẽ kết tỉnh ra khỏi dung dịch và được tách riêng bằng phương pháp ly tâm Sau đó pha loãng và kết tỉnh lần 2 với dung dịch

Na2CO3 ở pH = 5,7 + 7,0 Than hoạt tính và Na2CO3 được thêm vào để khử màu

và kết tủa các tạp chất Tạp chất sẽ được lọc, dịch lọc được cô đặc bằng phương pháp bay hơi chân không thu được dịch cô đặc MSG, dịch cô đặc được tách nước bằng phương pháp ly tâm, sản phẩm thu được được sấy khô tạo nên tỉnh thể cuối cùng là MSG tỉnh khiết Hiệu suất thu hồi MSG thay đổi trong khoảng 15% + 25% khi sử dụng bột mì Đối với đậu nành thì hiệu suất thu hồi MSG thấp hơn rất nhiều chỉ khoảng 4%+7%

Tên nguyên liệu Tỷ lệ Protit (%) Tỷ lệ Axit Glutamic

(%)

Bảng 4 Bảng tỷ lệ Protit một vài nguyên liệu thực phẩm

Ưu điểm: : Dễ kiểm soát quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở sản xuất thủ công, bán cơ giới, cơ giới dễ dàng

Nhược điểm:

Cần sử dụng nguyên liệu giàu Protit hiếm và đắt tiền

Cần nhiều hoá chất và thiết bị chống ăn mòn

Hiệu suất thấp nhưng chi phí đầu tư, vận hành lại khá cao

3 Phương pháp tổng hợp hoá học

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng hợp nên Axit Glutamic và các amino axit khác tử các khí thải của công nghiệp dầu hoá hay các ngành khác

Ví dụ: ở Nhật năm 1932 đã tổng hợp được 300 tấn Axit Glutamic, Prolin v.v từ cracking dầu hoả, từ furfurol tổng hợp ra Prolin, Lysine

Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thực phẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hoà Nhược điểm: Chỉ thực hiện được ở những nước có công nghiệp dầu hoả phát triển và yêu cầu kỹ thuật cao Mặt khác sản xuất bằng con đường này tạo ra một hỗn hợp không quay cực D, L-axit glutamic, việc tách L-axit glutamic ra lại khó khăn nên làm tăng giá thành sản phẩm

4 Phương pháp tổng hợp

Đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hóa học và vi sinh vật học Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất

IV Xu hướng phát triển

1 Đa dạng nguyên liệu

Trong sản xuất bột ngọt (Monosodium Glutamate - MSG), nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là các nguồn carbon hữu cơ giàu đường và tinh bột Đây

là các nguyên liệu tự nhiên, thường từ nông sản, giúp lên men và tạo ra axit glutamic, sau đó được trung hòa để tạo thành bột ngọt Các nguồn nguyên liệu chính gồm:

 Tinh bột từ ngô (bắp): Đây là nguyên liệu phổ biến nhất, đặc biệt ở các khu vực có sản lượng ngô lớn Tinh bột từ ngô dễ dàng chuyển hóa thành glucose qua quá trình thủy phân, cung cấp nguồn đường cho quá trình lên men.

 Sắn (khoai mì): Ở nhiều nước nhiệt đới, sắn là nguồn nguyên liệu quan trọng cho sản xuất bột ngọt Tinh bột từ sắn sau khi được thủy phân cũng tạo ra glucose, tương tự như ngô.

 Đường mía hoặc củ cải đường: Cả đường mía và củ cải đường đều có thể được sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho quá trình lên men sản xuất bột ngọt, nhờ hàm lượng đường sucrose cao

 Phụ phẩm nông nghiệp: Một số loại phụ phẩm từ ngành công nghiệp chế biến nông sản như rỉ mật mía (molasses) hoặc bã đậu nành cũng có thể được sử dụng