BỘ MÔN : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHỦ ĐỀ: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU VÀ PHỤ GIA THỰC PHẨM

BỘ MÔN : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHỦ ĐỀ: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU VÀ PHỤ GIA THỰC PHẨM BỘ MÔN : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHỦ ĐỀ: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU VÀ PHỤ GIA THỰC PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN

MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, cuộc sống người dân ngày càng được nâng cao, mối quan tâm của con người không còn là làm sao ăn cho đủ no, mặc sao đủ ấm mà đã chuyển sang một bước mới là ăn sao cho ngon, mặc sao cho đẹp Phần lớn mỗi người trong chúng ta, khi nhắc đến thực phẩm điều quan trọng và đặt lên đầu tiên có phải luôn là liệu nó có ngon không? Sau đó là mẫu mã nó như thế nào? Và sau cùng là thành phần dinh dưỡng có trong đó Vâng xin thưa là vậy, tôi dám chắc là như thế Như vậy, điều đó đã chứng minh tầm quan trọng của tính chất cảm quan thực phẩm là quan trọng như thế nào trong cuộc sống hiện nay Và phụ gia và hương liệu thực phẩm là ngững sản phẩm góp phần quan trọng cho các tính chất cảm quan ấy.

Chất phụ gia là gì ? ( Additifs alimentaires, Food additives)

Đây là những chất người ta cố tình trộn thêm vào thức ăn hoặc thức uống để cho chúng khỏi bị hư thối, để kéo dài thời gian bảo quản được lâu hơn , nhưng vẩn không làm thay đổi chất lượng và hương vị của sản phẩm Đôi khi người ta cũng sử dụng chất phụ gia để có được một tính chất mong muốn nào đó , như để cho sản phẩm được dai , được dòn ,để có một màu sắc hoặc một mùi vị thích hợp nào đó hầu dể hấp dẫn người tiêu thụ Nhờ chất phụ gia mà bánh mì có thể được giử lâu ngày mà không sợ meo mốc , bánh biscuit, céreal, chip , giử được độ dòn rất lâu , củ kiệu được trắng ngần dòn khướu , jambon saucisse vẩn giử được màu hồng tươi thật hấp dẩn , dầu ăn và margarine được trộn thêm 1 số chất chống oxy hóa nên không bị hôi ( rancid) theo thời gian

Chất phụ gia có thể có nguồn gốc thiên nhiên, hay được tổng hợp hoặc bán tổng hợp hóa học ( như bicarbonate de sodium ) , đôi khi chúng cũng được tổng hợp từ vi sinh vật , chẳng hạn như các loại enzymes dùng để sản xuất rayogurts Chất phụ gia cũng có thể là các vitamins được người ta thêm vào thực phẩm để tăng thêm tính bổ dưỡng ….

Hương liệu thực phẩm là gì?

Là sản phẩm được sử dụng làm chất gia hương cho bánh kẹo, chè thuốc lá, nước giải khát, rượu mùi, Là chất thơm khai thác từ thiên nhiên - đó là tinh

dầu (được lấy ra từ động vật, thực vật) và chất thơm tổng hợp (este, rượu, aldehit, xeton ) Nhưng nguồn chất thơm lấy từ thiên nhiên là có giới hạn, hơn nữa có những chất thơm không thể khai thác được hoặc khai thác được thì giá thành sản phẩm cực kỳ cao, ví dụ như vanillin chỉ có ở trong quả vani ở vùng nhiệt đới Bởi vậy việc sản xuất chất thơm tổng hợp là một lĩnh vực không thể thiếu ở mỗi nước đặc biệt là những nước có nền công nghiệp tiên tiến Khai thác chất thơm thiên nhiên và sản xuất chất thơm tổng hợp là hai hướng song song tồn tại và nó sẽ tạo ra nguồn chất thơm phong phú, đa dạng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống.

Các chất phụ gia và hương liệu thực phẩm rất phong phú và đa dạng.Công nghệ sản xuất các chất này cũng rất phong phú và đa dạng Bột ngọt và hương vani là hai sản phẩm phụ gia và hương liệu khá phổ biến trong chế biến thực phẩm Nhóm chúng mình xin tập trung nghiên cứu công nghệ sản xuất hai sản phẩm này.

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ CHẤT PHỤ GIA THỰC

PHẨM

Trung hòa

NaoH,NaH 2 PO 4, Na 2 HPO4,

I CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT(MÌ CHÍNH)

1 TỔNG QUAN VỀ BỘT NGỌT:

-Tên thường gọi: Natri glutamat, MSG

-Tên quốc tế và cộng đồng châu Âu: INS 621, EEC 621

Trên thế giới hiện nay sử dụng hai phương pháp chủ yếu để sản xuất mìchính là: phương pháp thủy phân protit và phương pháp lên men Nhưng donhận thấy được những ưu điểm nổi bật của phương pháp lên men nên nhóm

đã đi vào nghiên cứu phương pháp này

Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu là các loạiđường, nên nguyên liệu cho công nghệ lên men phải giàu gluxit như: tinhbột sắn, rỉ đường, glucose, saccharose

a.Tinh bột sắn:

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến sắn củ

Thành phần hóa học của tinh bột sắn phụ thuộc chủ yếu vào trình độ kĩ thuậtchế biến Trong tinh bột sắn thường có các thành phần sau:

Trong thành phần của tinh bột sắn thường chứa tới 83%- 88% tinh bột rấtthích hợp cho sản xuất

b.Rỉ đường mía:

Rỉ đường mía là thành phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã táchphần đường kính kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộcvào giống mía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chếbiến của nhà máy đường

Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%,nước 20%

Đường trong rỉ đường bao gồm 25%- 40% sacaroza, 15%- 25% đường khử(glucoza và fructoza), 3%- 5% đường không lên men được

Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như: a.patotenic nicotinic, folic,

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường

sử dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus,

Micrococus Glutamicus; nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita

phát hiện từ 1956, có khả năng lên men từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì đểtạo ra acid Glutamic)

Đây là:

• Vi khuẩn gram dương

• Vi khuẩn không sinh bào tử

• Vi khuẩn không thể chuyển động

• Tế bào dạng hình que hoặc hình cầu

• Có khả năng oxy hóa a.glutamic ra

ketoglutarat thấp nhất

• Hoạt tính gluco hydrogenase cao

• Vi khuẩn phát triển trên môi trường

cần Biotin

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độsinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịuđược nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực

Phương pháp tổng hợp hóa học.

Phương pháp thủy phân protit

Phương pháp lên men

Phương pháp tổng hợp

a.Phương pháp tổng hợp hóa học:

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nênaxit glutamic và các aminoaxit khác từ khí thải công nghiệp dầu hỏa hay cácngành khác

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 hỏa

b.Phương pháp thủy phân protit:

Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các chất hóa học hoặcfecmen để thủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó (khô đậu, khôlạc…) ra một hỗn hợp các aminoaxit, từ đấy tách các axit glutamic ra và sảnxuất mì chính

Ưu điểm: Dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở

thủ công, bán cơ giới, cơ giới dễ dàng

Nhược điểm:

Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt

Cần nhiều hóa chất và thiết các thiết bị chống ăn mòn.

Hiệu suất thấp, đưa đến giá thánh cao

c.Phương pháp lên men:

Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp racác axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ

Sử dụng chủng Micrococcus glutamicus, Brevi bacterium hoặc Microbacteriurn để lên men.

Ưu điểm:

Không sử dụng nguyên protit

Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn

Hiệu suất cao, giá thành hạ

Tạo ra axit glutamic dạng L, có hoạt tính sinh học cao

Do phương pháp này có nhiều ưu điểm nên hiện nay được ứng dụng rộngrãi trên thế giới, kể cả ở Việt nam

d.Phương pháp kết 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 các axit amin từ các nguồn đạm vô cơ

và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợptạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vậttiếp tục tạo ra axit amin

Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kĩ thuật cao, chỉ áp dụng nghiêncứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất.

3.QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN

Tinh bột

Than hoạt tính

Dịc

h thải

Acid hóa acidGlutamic

Nướ

c cái

3.2.Thuyết minh quy trình:

a.Công đoạn thủy phân tinh bột:

Mục đích của công đoạn này là tạo điều kiện để thực hiện phản ứng thủyphân tinh bột thành đường lên men được, chủ yếu là đường glucoza

Phản ứng xảy ra như sau:

Để thực hiện phản ứng trên, người ta có thể tiến hành theo nhiều phươngpháp khác nhau và mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, đáng chúnhất là 3 phương pháp: phương pháp thủy phân bằng enzyme, phương phápthủy phân bằng H2SO4,phương pháp thủy phân bằng HCl.

b.Trung hòa:

Khi thủy phân xong đưa dung dịch vào thiết bị trung hòa cho 30% vào đểđạt pH = 4,8 Cho than hoạt tính vào tẩy màu, giúp cho quá trình lọc dễ,dung dịch có màu trong sáng

c.Ép lọc:

Tách các phần bã và các chất không hòa tan, được dịch đường glucoza 16 –18%

d.Công đoạn lên men.

Đây là khâu có tính chất quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sảnxuất Trong công đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là: nuôi cấy giống cấp I, nuôicấy giống cấp II và lên men lớn Ngoài ra, còn có những công đoạn phục vụcho quá trình lên men như: dây chuyền lọc khí, xử lí ure, xử lí dầu khử bọt

Các khâu sẽ lần lượt được nghiên cứu theo quy trình sau:

Giống vi sinh vật

Tạo môi trường

Bảo quản giống

Thuần hóa giống

- Với công đoạn này, trước tiên giống vi sinh vật sẽ được tuyển chọn mộtcách kĩ lưỡng Tiếp theo, tùy vào cấu trúc tế bào và thành phần hóa học củaxác vi khuẩn mà ta chọn môi trường nuôi cấy thích hợp Quá trình nuôigiống được tiến hành như sau:

Lên men cấp II

Xử lý Urê và dầuphá bọt

Xử lý không khí

Lên men cấp III

Dịch đã được lên men

Giống gốc  cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1  cấy truyền ra ốngthạch nghiêng đời 2  lên men bình lắc (giống cấp 1)  nuôi ở thùng tôn(giống cấp 2  lên men chính (nồi lên men cấp 3).

- Giống sau nuôi cấy được bảo quản trong môi trường thạch nghiêng vớiđiều kiện vô trùng, được đem bảo quản lạnh Sau đó chúng ta tiến hànhthuần hóa giống bằng cách phân ly và pha loãng hoặc chọn lọc để đảm bảogiống dùng trong sản xuất được khỏe ( giống thuần này được dùng để lênmen cấp III )

- Lên men cấp I, là quá trình lên men cho không khí vào và khuấy trộn, lênmen tạo bọt, do đó phải dùng dầu để khử bọt

- Lên men cấp II, ta chuẩn bị môi trường và thiết bị như quá trình lên menchính

- Xử lý Urê và dầu phá bọt: Xử lý Urê, gồm Urê đầu và Urê cuối trong quátrình; Xử lý dầu phá bọt, do quá trình lên men của vi khuẩn thải ra nhiều

CO2 tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phábọt

BD trong MTT2, ở 30độ, 48h VN3969 Trong môi trường MT1 ở 30 độ, 48h

- Xử lý không khí, không khí từ khí trời được hút qua một thùng tách bụi sơ

bộ, qua máy nén, qua hệ thống tách bụi, làm nguội, qua bình lọc bông thủytinh đến các bình lộc riêng sơ bộ rồi mới vào nơi sử dụng như nồi giống, nồilên men

- Lên men cấp III, đây là công đoạn cuối cùng, mang tính chất quyết địnhcho việc lên men sản phẩm, mục đích của khâu này là thông qua hoạt độngsống của vi khuẩn trong những điều kiện thích hợp để chuyển hóa đườngGlucoza và đạm vô cơ thành acid Glutamic Quá trình xảy ra theo 3 giaiđoạn: giai doạn đầu, giai đoạn giữa và giai đoạn cuối Sau đó, ta lấy mẫuphân tích, xác định các thành phần, nếu sai số không quá lớn so với các tiêuchuẩn kỉ thuật cho phép thì tiếp giống cấp II sang và bắt đầu lên men Cuốicùng, ta dùng khí nén đẩy dịch lên men sang thùng cao vị để chuẩn bị tiếnhành trao đổi ion

e.Công đoạn trao đổi ion:

Mục đích của công đoạn này là tách lấy acid Glutamic ra khỏi dịch lên menbằng hạt nhựa Polyetylen sunfuric hay còn gọi là Refin Quá trình trao đổinhựa ion gồm các quá trình sau:

Pha chế dịch men

Dịch lên men

Xử lý hạt nhựaRefinTrao đổi Ion

Acid Glutamic và dịch thải

- Với dịch đã được lên men ở công đoạn lên men ta tiến hành pha chế dịchmen bằng cách pha loãng dịch men bằng dịch thải của công đoạn trước hoặcbằng nước lạnh sao cho dịch men có hàm lượng acid Glutamic khoảng 18-20g/l, và pH=6-7 (người ta có thể dùng HCl để điều chỉnh độ acid)

-Xử lý hạt nhựa Refin: Hạt nhựa rêfin sau một mẻ trao đổi không còn khảnăng hấp thụ nữa, muốn tiếp tục trao đổi phải qua khâu xử lý tái sinh Dùngnước sạch rửa ngược khoảng 1 giờ, dùng thiết bị áp suất chân không, vanđóng mở gián đoạn để sục đảo cho khối nhựa được tơi, đều, rửa cho tới khi

pH = 8 ÷ 9 thì thôi (trước khi rửa cho pH =12 ÷ 13), xả bỏ hết lớp nước bẩn

ở trên, sau đó tiếp tục cho nước vào rửa xuôi cho đến khi pH = 7 thì thôi vàtiến hành tái sinh

Tái sinh: Dùng axit thu hồi cho chảy ngược 15 ÷ 20 phút sau đó mới cho axitmới pha, giữ cho tốc độ vào và ra ngang nhau để cho mặt nước có chiều cao

cố định tới khi dịch ra có pH = 2 ÷ 2,5 thì ngừng cho HCl

Rửa tái sinh: mở van đáy thu hồi lấy axit cho tái sinh lần sau rồi mới dùngnước lạnh rửa xuôi cho tới khi pH = 3 thì ngừng cho nước và có thể tiếnhành trao đổi Thời gian kéo dài 40 ÷ 60 phút

-Trao đổi ion, sau khi hạt refin được tái sinh, rữa tái sinh và dùng chânkhông đóng mở ngắt quảng làm cho hạt nhựa được tơi, xốp để cho ổn địnhrồi cho dich vào trao đổi ngược, lưu tốc vừa phải, khống chế trong khoảng

80 phút trao đổi hết một mẻ là vừa Công đoạn này gồm:

Rửa trao đổi: Sau khi trao đổi hết để cho refin lắng xuống tự nhiên, xã bỏlớp dịch bẩn trên bề mặt, đảo trộng hạt nhựa rồi cho nước vào rữa ngược chotới khi sạch là thôi

Giữ nhiệt: Sau khi rữa sạch thì ngừng cho nước lạnh, cho nước nóng vào đểgia nhiệt hạt nhựa Gia nhiệt cho tới khi nước thải đạt 48% thì thôi và choNaOH 5% vào để tách

Công đoạn này chịu ảnh hưởng cua: pH, tốc đọ trao đổi, hàm lượng AG dịchmen tới hiệu suất thu hồi AG, và xác vi khuẩn.

f.Tách acid Glutamic:

Khi dịch đạt 450C thì ngừng cho nước nóng và bắt đầu cho NaOH 5% cũng

đã được gia nhiệt đến 600C vào để tách axit glutamic, lúc này dịch thải ravẫn dược thu hồi để pha sẵn mẻ sau đồng thời phải liên lục kiểm tra pH và

độ Baumé Khi kết thúc, phần còn lại được thu hồi làm nước chấm

g.Acid hóa acid Glutamic:

Toàn bộ dd axit glutamic thu được cho vào thùng kết tinh, cho cánh khuấyhoạt động liên tục để ngăn axit glutamic kết tinh quá sớm, tinh thể nhỏ, hiệuxuất thấp Cho HCl 31% vào và tạo điểm đẳng điện đến pH= 2.9-3.2 thì thôi

và mở nước lạnh

h.Làm lạnh kết tinh:

Dịch acid Glutamic sau khi đã đưa về điểm đẳng điện thì cho nước vào vỏthùng kết tinh để giảm dần nhiệt độ, trong khi đó cánh khuấy tiếp tục hoạtdộng làm cho axit glutamic kết tinh to tơi và xốp Tám giờ sau thì ngừngkhuấy nhưng vẫn tiếp tục giảm dần nhiệt độ đến nhiệt độ không khí Sau ítnhất 48 giờ kết thúc quá trình làm lạnh kết tinh

Ở đây, dung dịch axit glutamic chia làm 2 pha rõ rệt

+Pha rắn: axit glutamic kết tinh lắng xuống dưới

+Pha lỏng: gồm nước và một ít axit glutamic không kết tinh hòa tan vào tagọi đó là nước cái

Đưa nước cáiđi trao đổi lại, phần kết tinh đưa đi ly tâm ta được acidGlutamic ẩm

i Trung hòa

Nhằm chuyển axit glutamic thành glutamat natri

C5H9NO4 + Na2CO3 = C5H8NO4Na + CO2 + H2O

Đồng thời còn có các phản ứng khử sắt và tẩy màu

Để phản ứng trung hòa cũng như khử sắt đạt kết quả tốt nhất, nên thực hiệnphản ứng trung hòa ở nhiệt độ 50-600C không để nhiệt độ cao hoặc thấp quá,phản ứng khử sắt tiến hành ở 60-700C và pH 5-5.5

khuấy hoạt dộng rồi từ từ vừa cho axit glutamic vừa cho Na2CO3 cho đến pH

= 5-5.5, cho than hoạt tính vào để tẩy mầu, cho Na2S khử sắt Sau đó cho

Na2CO3 vào để trung hòa và tạo glutamat natri đến pH= 6.5-6.8 rồi đi ép lọclần 1

Trung hòa 2: nhằm tẩy màu dịch ép lọc sau trung hòa 1

Sau khi ép lọc lấn 1 dịch được bơm lên thùng trung hòa 2 được gia nhiệt

50-600C rồi cho than hoạt tính vào khuấy đều đồng thời cũng kiểm tra quálượng Na2S nếu còn Fe2+ thì tiếp tục cho Na2S khử cho hết, lọc màu thấytrắng, trong suốt thì ép lọc lần 2 được dung dịch glutamat natri đem đi côđặc

k.

Cô đặc :

Cho dịch trung hòa có nồng độ 20 ÷ 210Be vào nồi cô đặc, cho khoảng 80%tổng lượng dịch, cô ở nhiệt độ 700C chân không 600 mmHg, áp suất hơi ≤ 1kg/cm2

l Tiếp mầm tinh thể :

khi dịch đã đạt đến nồng độ 31,5 ÷ 320Be (phải đo chính xác) thì cho cánhkhuấy nồi cô đặc hoạt động và dùng áp lực chân không hút mầm tinh thểvào Mầm là mì chính tinh thể sàng lấy ở mẻ trước loại hạt nhỏ đều, lượngmầm tiếp vào khoảng 7% so với tổng lượng mì chính đưa vào cô

m Nuôi mầm :

Sau khi tiếp mầm, số dịch 20% còn lại pha loãng ≈120Be, gia nhiệt lên 600Crồi bổ sung liên tục vào nồi cô đặc sao cho lượng bổ sung cân bằng vớilượng bốc hơi của nồi Lúc này mầm tinh thể lớn dần nhưng phải chú ý quansát, nếu thấy xuất hiện các tinh thể nhỏ thì phải tiếp nước ngưng tụ đã gia