Luận văn tìm hiểu quy trình sản xuất natto

Các sản phẩm lên men từ đậu nành khác như tương, chao được lên men từ con men như Aspergillus, Rhozipus, Actinomucos, duy chỉ có natto là được lên men từ vi khuẩn Bacillus subtilis có tr

M ỤC LỤC

Giới thiệu 3

1 Nguyên liệu 4

2 Giống vi sinh vật trong sản xuất natto 8

3 Quy trình công nghệ 11

4 Giải thích quy trình công nghệ 11

4.1 Phân loại 12

4.2 Rửa sạch 13

4.3 Ngâm 14

4.4 Hấp 15

4.5 Cấy giống 18

4.6 Cho vào bao bì 18

4.7 Lên men 20

4.8 Làm chín 23

5 Sản phẩm 26

6 Thành tựu công nghệ 32

7 Tài liệu tham khảo 33

PHỤ LỤC HÌNH

Hình 1: Natto ăn với cơm 3

Hình 2: Natto làm nhân shushi 3

Hình 3: Natto xào với rau 3

Hình 4: Hình ảnh về đậu nành 4

Hình 5: Vi khuẩn Bacillus subtilis dưới kính hiển vi 8

Hình 6: Thiết bị sàng phân loại hạt đậu nành 12

Hình 7: Thiết bị sàng và quạt thổi gió 13

Hình 8: Thiết bị rửa đậu nành 14

Hình 9: Thiết bị ngâm và đường ống nước 15

Hình 10: Nồi hấp quay 16

Hình 11: Phòng nạp đậu hấp vào gói và thiết bị nạp đậu hấp tự động 16

Hình 12: Phòng nạp đậu và thiết bị đóng hộp tự động 16

Hình 13: Thiết bị đóng hộp tự động 17

Hình 14: Khu vực kho chứa sản phẩm lên men 18

Hình 15: Natto được trong bao bì PSP và nhãn sản phẩm được dán bên ngoài 19

Hình 16: Natto được đựng trong bao bì dạng cúp 21

Hình 17: Thiết bị lên men tự động 21

Hình 18: Thiết bị vận chuyển tự động 23

Hình 19: Khu vực làm lạnh 24

Hình 21: Phòng đóng gói và thiết bị đóng gói dạng cup 24

Hình 20: Thiết bị băng tải 26

Hình 22: Natto được bao gói bằng phương pháp thủ công 27

Hình 23: Sản phẩm Natto thương mại 28

PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1 : Thành phần hóa học của hạt đậu nành 5

Bảng 2: Thành phần acid amin trong protein của đậu nành 5

Bảng 3: Thành phần khoáng trong hạt đậu nành 6

Bảng 4: Thành phần vitamin trong hạt đậu nành 6

Tên natto được ghép bởi chữ “nat” (nạp) và chữ “to” (đậu), là một loại “đậu nành lên men” Các sản phẩm lên men từ đậu nành khác như tương, chao được lên

men từ con men như Aspergillus, Rhozipus, Actinomucos, duy chỉ có natto là được lên men từ vi khuẩn Bacillus subtilis có trong rơm rạ, và được gọi phổ biến là

Bacillus natto

Hình 1: Natto ăn với cơm Hình 2: Natto làm nhân shushi

1 Nguyên liệu:

1.1 Đậu nành:

Đậu nành, hay còn gọi là đậu tương, hay đỗ tương

Tên khoa học là Glycine max merrill

Hình 4: Hình ảnh về đậu nành

1.2 Nguồn gốc:

Đậu nành có nguồn gốc ở vùng Mãn Châu (Trung Quốc) xuất phát từ một loại đậu nành dại, thân mảnh, dạng dây leo, tên khoa học là Zucc Từ Trung Quốc đậu nành lan truyền dần ra khắp thế giới, vào khoảng 200 năm trước công nguyên,

đậu nành được đưa vào Triều Tiên và sau đó phát triển sang Nhật

Hiện nay do giá trị dinh dưỡng cao mà nó đem lại cho con người, đậu nành được trồng ở nhiều nơi, đặc biệt là ở Mỹ và các nước dọc theo sông Misisipi Tại một số quốc gia trên thế giới, đậu nành trở thành nguồn thực phẩm được dùng hằng ngày như là một nguồn dinh dưỡng chính

Tại Nhật, người dân Nhật Bản sử dụng natto để ăn kèm với cơm và tương hằng ngày

Ở Việt Nam, đậu nành được trồng nhiều ở các tỉnh phía Bắc và các tỉnh phía Nam Đậu nành có nhiều màu khác nhau, trong đó đậu nành màu vàng có chất lượng tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều nhất

Tro (%)

Hydratcacbon (%)

Trong protein của đậu nành, globulin chiếm khoảng 85 – 95%, ngoài ra còn

chứa một lượng nhỏ albumin, và một lượng không đáng kể prolamine và glutelin

Các acid amin không thay thế trong đậu nành có mặt khá đầy đủ và cân đối

Bảng 2: Thành phần acid amin trong protein của đậu nành

Chiếm khoảng 34% hạt đậu nành Phần hydratcacbon có thể chia thành hai loại,

loại tan trong nước và loại không tan trong nước Loại tan được trong nước chỉ

Đậu nành còn chứa rất nhiều vitamin khác nhau, trừ vitamin C và vitamin D

Bảng 4: Thành phần vitamin trong hạt đậu nành

Enzyme

• Urease: chống lại sự hấp thụ các chất đạm qua hàng ruột do đó không nên

ăn đậu nành sống

• Lipase: thủy phân glyceride tạo thành glycerin và acid béo

• Phospholipase: thủy phân ester của acid acetic

• Amylase: thủy phân tinh bột, ß- amylase có trong đậu nành với số lượng khá lớn

• Lipoxygenase: xúc tác phản ứng chuyển H2 trong acid béo

Ngoài ra trong đậu nành còn có hợp chất isoflavone, là một chất tương tự như kích thích tố nữ estrogen, được xem như là estrogen thực vật (plant estrogen), có khả năng phòng ngừa và trị liệu một số bệnh như bệnh tim mạch, bệnh tai biến mạch máu não, ung thư vú…

Các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh được rằng những phụ nữ sử dụng nhiều thực phẩm làm từ đậu nành hàng ngày sẽ ít bị ung thư vú hơn những người

ít sử dụng các loại thực phẩm đó

1.4 Tiêu chuẩn chọn nguyên liệu đậu nành:

Chất lượng của natto ảnh hưởng bởi chất lượng hạt đậu nành Phẩm chất mong muốn của hạt đậu nành để sản xuất natto nhìn chung như sau:

- Kích thước nhỏ

- Dễ dàng rửa sạch tạp chất hay chất bẩn dính vào

- Hạt đậu nành có bề mặt màu vàng, trông còn tươi

- Khi sản xuất natto cho sản phẩm có độ nhầy thích hợp

- Có hương vị ngọt, hài hòa

- Ít thay đổi về thành phần trong thời gian lưu trữ

Sau đây là một số lưu ý về tiêu chí chọn nguyên liệu:

• Loại nhỏ có đường kính từ 5,5 mm – 7,3 mm

• Loại trung bình có đường kính từ 7,3 mm – 7,9 mm

• Loại lớn có đường kính lớn hơn 7,9 mm

Thông thường loại rất nhỏ và loại nhỏ là thích hợp để sản xuất natto Do chúng tạo

ra hương vị đặc trưng

+ Protein:

Vi khuẩn B.subtilis sẽ sử dụng acidamin, peptide và protein để làm thức ăn

giúp chúng sinh trưởng và phát triển trong quá trình lên men Việc tạo ra acidamin

và peptide bởi hoạt động của B.subtilis ảnh hưởng tới hương vị của natto Do đó,

việc đậu nành có hàm lượng protein cao là rất thích hợp

+ Hydratcarbon:

Để sản xuất natto với hương vị và chất lượng tốt, điều quan trọng là có sẵn

hydratcarbon trong hạt đậu nành để cung cấp cho B.subtilis Hạt đậu nành nhỏ

thường chứa hàm lượng đường cao hơn, có phẩm chất cao hơn để sản xuất natto

B.subtilis có thể dùng một số đường như sucrose, raffinose và stachyose

2 Giống vi sinh vật trong sản xuất natto:

Vào năm 1905 TS Shin Sawamura (đại học Tokyo) đã thành công trong việc tách hai loại vi khuẩn Natto từ đậu nành nấu chín, đó là vi khuẩn gây ra mùi

hương đặc biệt làm hạt đậu lên men (Bacillus natto) và vi khuẩn tạo chất nhờn rất

dẻo dai (Bacillus mesentericus vulgarus) tạo vị ngọt

Bacillus subtilis được phát hiện và đặt tên vào năm 1872, nó phân bố phổ biến trong đất, đặc biệt trong cỏ khô nên còn có tên gọi khác là trực khuẩn cỏ khô

Ngành: Firmicutes

Lớp: Trực khuẩn Bộ: Bacillales

Họ: Bacillaceae

Giống: Bacillus

Loại: Bacillus subtilis

Hình 5: Vi khuẩn Bacillus subtilis dưới kính hiển vi

Là những vi khuẩn hình que, ngắn, nhỏ, kích thước 3 µm đến 5 µm

Tế bào nối với nhau thành chuỗi dài ngắn khác nhau hoặc tế bào đứng riêng

rẽ

Khuẩn lạc khô, không màu hoặc màu xám nhạt, hơi nhăn hoặc tạo ra lớp

màng mịn lan trên bề mặt thạch, có mép nhăn bám chặt vào môi trường thạch

Bào tử hình bầu dục, kích thước 0.6-0.9µm, phân bố lệch tâm, gần tâm

nhưng không chính tâm Bào tử có thể sống vài năm đến vài chục năm Đã có

những chứng cứ về việc duy trì sức sống của bào tử B.subtilis trong 200 - 300 năm

Vi khuẩn B.subtilis có màng nhày (giác mạc) giúp vi khuẩn có khả năng chịu đựng được điều kiện thời tiết khắc nghiệt, vì màng nhày có thể dự trữ thức ăn và bảo vệ vi khuẩn tránh tổn thương khi khô hạn Màng nhày có thể quan sát được

khi nhuộm tiêu bản, qua kính hiển vi thấy màng nhày không màu, trong suốt còn

tế bào vi khuẩn bắt màu nâu đỏ trên nền tiêu bản xanh hoặc đen

2.1 Tính ch ất sinh lý và dinh dưỡng vi sinh vật:

Nhiệt độ thích hợp cho B subtilis sinh trưởng là 30- 500C, thường nuôi cấy ở

370C

B.subtilis có khả năng sinh một số enzym như: α-amylase, protease kiềm có giá trị cao, đặc biệt có khả năng sinh tổng hợp riboflavin (tiền vitamin B2) Vì vậy

B.subtillis được ứng dụng khá nhiều trong các ngành công nghiệp

Bacillus subtilis là loại vi khuẩn hiếu khí

Vi khuẩn Bacillus subtilis có thể lên men sử dụng nhiều loại đường như:

glucose, fructose, sucrose, raffinose, stachyose và một số nguồn carbon

Sucrose không chỉ cần thiết cho sự phát triển mà còn cần cho sự tạo nhớt

trong sản phẩm natto lên men từ đậu nành

Phát triển trong môi trường pH trung tính

Phát triển chậm ở pH 4.5 và thấp hơn

B subtilis đỏi hỏi phải cung cấp chất sinh trưởng là biotin để bào tử của nó có thể nảy mầm

Bacillus subtilis: có nha bào không gây bệnh Nha bào chịu 1000C trong 1 giờ,

1150C trong 6 phút Loại này có trong đồ hộp cá, rau, thịt Không gây mùi vị lạ, phát triển rất mạnh ở 25 – 350

C

2.2 Tiêu chuẩn chọn giống:

-Khả năng sinh tổng hợp độc tố thấp

-Tạo ra tỉ lệ hàm lượng của các sản phẩm trao đổi chất cân đối và ảnh hưởng tốt

tới giá trị cảm quan của sản phẩm

-Khả năng thích nghi và tốc độ sinh trưởng cao để rút ngắn thời gian lên men, lấn

át các vi sinh vật tạp nhiễm

-Điều kiện nuôi cấy đơn giản, rẻ tiền

-Hoạt tính trao đổi chất ổn định

Phụ liệu khác:

-Nước: theo tiêu chuẩn nước của Nhật Bản

4 Giải thích quy trình công nghệ:

Quy trình sản xuất natto trong công nghiệp không sử dụng chủng

Bacillus.subtilis trong tự nhiên mà sử dụng chủng từ canh trường vi sinh vật thuần khiết

Các biến đổi của nguyên liệu:

Phân loại thường không tạo ra những biến đổi đáng kể trong quá trình thực hiện Chỉ là làm giảm những tạp chất và những hạt kích thước không phù hợp

Thi ết bị:

Ta dùng thiết bị sàng để loại những hạt có kích thước không phù hợp

Hình 6 : Thiết bị sàng phân loại hạt đậu nành

Hình 7: Thiết bị sàng và quạt thổi gió

4.2 Rửa sạch:

M ục đích công nghệ: chuẩn bị

Tách tạp chất ra khỏi nguyên liệu, làm các hạt đậu nành nguyên liệu đáp ứng được yêu cầu về chất lượng, về vệ sinh trong suốt quy trình sản xuất, và sản phẩm thu

được có chất lượng đạt yêu cầu

Tạp chất xuất hiện trong nguyên liệu có thể từ các nguồn sau:

− Nguyên liệu khi đưa vào nhà máy đã lẫn sẵn tạp chất

− Trong quá trình bảo quản nguyên liệu, các tạp chất, bụi bẩn có thể lẫn vào Việc cơ giới hóa trong thu hoạch, hay sử dụng các loại thuốc trừ sâu, phân bón trong quá trình canh tác nông nghiệp mang lại nguy cơ nhiễm bẩn nhiều hơn cho thực phẩm Ở đây tạp chất thường gặp trong hạt đậu nành thường là các tạp chất

vô cơ (đất, cát, đá, thủy tinh, kim loại…), động vật (côn trùng, sâu bọ ), hóa chất (dư lượng thuốc trừ sâu), và các vi sinh vật

Biến đổi: phụ thuộc vào thiết bị sử dụng

Thiết bị:

Dùng thiết bị để rửa cát, đất bám trên bề mặt nguyên liệu

Hình 8: Thiết bị rửa đậu nành

4.3 Ngâm:

M ục đích công nghệ: Chuẩn bị

Làm hạt đậu mềm, dễ trương nở, chuẩn bị cho quá trình hấp

Bi ến đổi:

- Vật lý: trong quá trình ngâm, các hạt đậu nành sẽ hút nước, trương nở, dẫn đến

sự tăng về kích thước và khối lượng Hạt đậu trở nên mềm hơn

- Hóa lý: hạt đậu nành bị hydrat hóa Một số các oligosaccharide như raffinose, hay stachyose (là nguyên nhân gây đầy hơi, khó tiêu) được trích ly ra khỏi đậu nành

Thiết bị và thông số công nghệ:

- Tỉ lệ đậu và nước thường là 1 : 3 (w/w)

- Thời gian ngâm từ 18 - 20 tiếng ở nhiệt độ khoảng 15oC Thời gian ngâm có ảnh hưởng lớn đến giá trị dinh dưỡng của đậu nành Nếu ngâm quá lâu sẽ làm thất thoát các chất tan trong nước như các chất khoáng, vitamin, glucid, và protein tan trong nước là các albumin….Ngược lại, thời gian ngâm ngắn, hạt đậu chưa đạt độ trương nở tối đa, kích thước hạt không lớn và không đồng đều Nhìn chung, sau khi ngâm, hạt đậu đạt hàm ẩm khoảng 55 – 65% là tốt

Hình 9: Thiết bị ngâm và đường ống nước

Những đường ống ở phía trên là đường nước vào, đường ống thấp hơn là đường nước ra

4.4 Hấp:

Mục đích công nghệ:

-Chế biến: Làm chín hạt đậu nành, protein bị biến tính,

-Bảo quản: Trong quá trình hấp dưới nhiệt độ cao cũng có mục đích tiêu diệt một

số vi sinh vật

Biến đổi:

- Vật lý: hạt đậu nành trở nên mềm hơn, độ bền cơ học giảm

- Hóa học: Protein bị biến tính

- Sinh học: tiêu diệt vi sinh vật trên bề mặt, giúp vi khuẩn Bacillus natto dễ phát triển hơn, lên men tốt hơn

Thiết bị và thông số công nghệ:

Hình 10: Nồi hấp quay

Thiết bị hấp ta sử dụng hơi nước ở áp suất 1,5 kg/cm2 trong vòng 30 - 40

phút ở 132o

C để làm mềm đậu hơn nữa và biến tính protein đậu nành Thùng hấp

thông thường có thể chứa 60-120 kg đậu nành nguyên liệu

Nguyên liệu sau khi hấp phải chín đều , hấp cho đến khi chu yển sang màu hơi nâu là được, không quá sẫm màu, có mùi thơm của đậu nành

Hình 11: Phòng nạp đậu hấp vào gói và thiết bị nạp đậu hấp tự động

Hình 12: Phòng nạp đậu và thiết bị đóng hộp tự động

Hình 13: Thiết bị đóng hộp tự động

Hình 14: Khu vực kho chứa sản phẩm lên men

4.5 Cấy giống

Mục đích công nghệ: Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình lên men

Thực hiện:

Bacillus subtilis (natto) tồn tại cả hai tế bào sinh dưỡng và ở dạng bào tử

Dạng bào tử là phù hợp hơn cho việc lưu trữ Do đó, sản phẩm huyền phù bào tử Natto được bán ra trên thị trường Ngay sau khi hấp, trong khi đậu nành vẫn còn

nóng (ví dụ, 85 ° C), đậu tương được di chuyển từ thùng và phun với B subtilis (natto) huyền phù bào tử Nồng độ của B subtilis (natto) bào tử trong khối

nguyên liệu đậu nành cần được hình thành khoảng 103 đơn vị thuộc địa (CFU) / g đậu nành

Bao bì có thể là các hộp plastic làm từ PSP (polystyrene) phía trên có đục lỗ nhỏ để thông thoáng khí, vì quá trình lên men natto cần oxi

4.6 Cho vào bao bì:

Mục đích công nghệ: Hoàn thiện

Phân chia sản phẩm vào bao bì với số lượng đồng đều, tạo điều kiện thuận

lợi cho quá trình vận chuyển

Do tính chất đặc biệt của sản phẩm, sau quá trình lên men sẽ tạo nhớt, khó phân chia, nên cần được bao gói trước khi lên men

Đậu nành sau khi hấp xong được cho vào các bao bì, phía trên nắp được

đục nhiều lỗ nhỏ để thoáng khí, tạo điều kiện lên men, do vi khuẩn Bacillus natto

lên men hiếu khí

Trước chiến tranh thế giới thứ hai, các gói được làm bằng rơm rạ hoặc bào gỗ

thường được sử dụng để đóng gói natto tại Nhật Bản Rơm rạ là một vật liệu lý tưởng để bao gói đậu nành trong quá trình lên men tạo natto Bởi vì nó thúc đẩy sự

tăng trưởng của B.natto đồng thời tạo môi trường thuận lợi trong quá trình lên men

Sau đó, người ta tìm ra một loại vật liệu mới dùng bao gói natto trong công nghiệp

là bao bì PSP (polystyrene) và phát triển mạnh cho tới bây giờ

Hiện nay, gói rơm chỉ được sử dụng như một sản phẩm mang tính đặc

trưng mang tính truyền thống hoặc dùng trong các sản phẩm ở địa phương Những gói PSP ban đầu có chứa 100 - 120 g natto được xem là quá lớn vì hầu hết người tiêu dùng muốn ăn một chén natto toàn bộ một lúc Do đó, bao bì PSP được cải tiến là chứa 40 hoặc 50 g Natto Còn hiện nay, mỗi gói natto nhỏ chỉ chứa từ 20-30

g natto để phù hợp khi sử dụng trong một bữa ăn

Bao gói natto

Hình 15: Natto được trong bao bì PSP và nhãn sản phẩm được dán bên ngoài

Hình 16: Natto được đựng trong bao bì dạng cúp và gói súp nhỏ được bọc trong một loại bao bì riêng

Đây là bao bì thường được bán ở Nhật

- Sinh học: biến đổi sinh học quan trọng trong quá trình lên men là xảy ra

sự trao đổi chất và sinh trưởng của vi khuẩn, sinh ra enzyme nattokinase và

có độ nhớt cao Bên cạnh đó, vi khuẩn còn sinh tổng hợp trypsin và diastase, giúp cho việc tiêu hóa protein và tinh bột dễ dàng cũng như hấp thu dưỡng chất từ những thức ăn khác trong cơ thể

Trong quá trình lên men, tùy thuộc vào dạng sản phẩm lên men cần thu nhận mà các nhà sản xuất sẽ điều khiển mức độ sinh trưởng của vi sinh vật sao cho phù hợp Cần chú ý là khi vi sinh vật sinh trưởng tốt với hàm lượng sinh khối cao thì chưa chắc sẽ đảm bảo là sản phẩm lên men được tạo thành với năng suất và chất lượng cao nhất Tuy nhiên, nếu vi sinh vật không sinh