Ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm quy trình SẢN XUẤT dấm

Điều này là do dấm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, y học…ở cá nước lớn nhưTrung Quốc, Pháp, Đức…Ngoài ra còn có một số lượng lớn acid axetic đậm đặc đượcsản xuất ở qu

TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

4 Nguyễn Trần Nhân Nghĩa 03DHTP5 2005120366

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 05 năm 2015

MỤC LỤC

1 Tổng quan 3

1.1 Nguyên liệu 3

1.2 Vi sinh vật lên men acid axetic 7

2 Sơ đồ quy trình 10

2.1 Thuyết minh quy trình 10

2.1.1 Trộn 10

2.1.2 Lên men 12

2.1.3 Tàng trữ 13

2.1.4 Lão hóa 13

2.1.5 Đóng chai 14

2.1.6 Bảo quản giấm 15

2.2 Phương pháp lên men 15

2.2.1 Các phương pháp lên men 15

2.2.2 Phương pháp lên men chậm 15

2.2.3 Phương pháp lên men nhanh 17

2.2.4 Phương pháp lên men chìm 20

2.2.5 Phương pháp lên men kết hợp 22

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men 24

2.3.1 Nồng độ acetic 24

2.3.2 Nồng độ rượu 24

2.3.3 Nhiệt độ 24

2.3.4 Độ thoáng khí 24

2.3.5 Môi trường dinh dưỡng 24

2.4 Một số hiện tượng hư hỏng trong quá trình sản xuất 24

2.4.1 Giấm bị đục và giảm độ chua 24

2.4.2 Hiện tượng lươn giấm 25

2.4.3 Bọ giấm 25

2.4.4 Ruồi giấm 25

3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng giấm 26

3.1 Chỉ tiêu cảm quan 26

3.2 Các kim loại gây ô nhiễm 26

4 Giới thiệu một số sản phẩm có sẵn trên thị trường và ứng dụng của dấm 28 4.1 Một số sản phẩm có sẵn 28 4.2 Ứng dụng của dấm 28

1 TỔNG QUAN.

Dấm đã được sản xuất từ rất lâu đời và có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất côngnghiệp, sản xuất thực phẩm hay y học…Acid axetic là tên gọi hóa học của dấm

Công thức hóa học của acid axetic là CH3COOH

Khối lượng phân tử: 60,05 đvC

Acid axetic hoàn toàn tan trong nước, cồn eter, benzen, axeton và trong clorofrom.Nhưng chúng hoàn toàn không tan trong CS2

Acid axetic rất bền với các chất oxy hóa như: acid chromic, permanganate Chúng

có khả năng hòa tan cellulose, các hợp chất tương tự cellulose Chúng còn có khả năngphân hủy da, gây bỏng da, ăn mòn nhiều kim loại

Từ thời cổ đại, người ta đã biết tạo giấm và chỉ khoảng 2 thế kỉ gần đây người tamới biết sản xuất ra acid axetic ở dạng đậm đặc

Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 3,2 tỉ lít dấm chứa 5% acid axetic Điều này là

do dấm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, y học…ở cá nước lớn nhưTrung Quốc, Pháp, Đức…Ngoài ra còn có một số lượng lớn acid axetic đậm đặc đượcsản xuất ở quy mô công nghiệp (sản xuất các loại este, các loại acetyl, acetaldehyt, axetalxenlulose, tổng hợp indigo, tổng hợp các chất diệt cỏ, tổng hợp aspirin…)

Thực chất của quá trình lên men tạo acid axetic (hoặc dấm) là quá trình oxi hóa

đuợc thực hiện bởi một nhóm vi khuẩn gọi là vi khuẩn axetic (thuộc chi Acetobacter).

1.1 Nguyên liệu.

Giới thiệu về nguyên liệu.

Nguyên liệu dùng để sản xuất là các loại nước quả (chưa hoặc đã lên men rượu),rượu và bia sản phẩm kém, các loại dịch đường nhưng chủ yếu vẫn là các loại rượu.Trong đó nước nho và rượu nho là nguyên liệu để sản xuất dấm có chất lượng cao Rượuetylic là nguồn nguyên liệu được dùng phổ biến trong công nghiệp lên men axetic Cácloại quả chín được ép lấy nước và các loại dịch đường cho lẫn nấm men rượu sẽ xảy raquá trình lên men rượu, biến các loại đường thành rượu etylic và thu được dịch rượu nhẹ

Có trường hợp người ta bổ sung nấm men saccharomyces vào các loại dịch trên trước khi

làm dấm Qúa trình lên men rượu tự nhiên kéo dài 2 -3 tuần, xác men lắng xuống dưới tagạn lấy dịch trong cso nồng đọ rượu thấp để cho lên men axetic

Nồng độ rượu thích hợp cho lên men axetic là 10 -13 %, trường hợp cao hơn sẽ ứcchế giống vi khuẩn axetic phát triển và một phần rượu không bị oxi hóa thành dấm;ngược lại nếu nồng độ rượu quá thấp thì sẽ xẩy ra quá trình oxi hóa triệt để biến dámthành CO2 và H2O

Trong môi trường dinh dưỡng, ngoài rượu etylic, cần phải có đầy đủ các chất đảmbảo cho vi khuẩn sống và hoạt động, gồm các nguồn cacbon nito, các chất khoáng K, Mg,

Ca, Fe, P, S…

Nguồn cacbon có thể là đường, nguồn nito là acid amin, pepton hoặc muối amon.Các chất khoáng dùng ở dạng vô cơ hoặc các hợp chất hữu cơ bia, nước mạch nha, nướcquả, dịch nấm men…là các nguồn dinh dưỡng rất tốt đối với vi khuẩn axetic Nhưng khi

sử dụng các nguồn này phải cẩn thận, vì dùng hàm lượng cao thì vi khuẩn sẽ phát triểnmạnh, kém khả năng lên men hay tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật khác phát triển

Trong sản xuất chúng ta dùng môi trường như sau: 100 lít cồn tuyệt đối thì cho vào

25 g supephotphat, 25 g amon sulfat, 0,9 g kali cacbonat, 500 g gluza hay dịch đườngthủy phân từ tinh bột tương đương với lượng glucoza (có thể dùng sacroza thay choglucoza) Thêm nước pha thành 800 – 1000 lít môi trường

Vi khuẩn axetic thường tiêu hóa rất ít các chất dinh dưỡng Để có được dấm có chấtlượng cao và tránh hiện tượng nhạt ở phôi bào cần phải bổ sung các chất dinh dưỡng làmnhiều lần, nhưng mỗi lần với lượng thấp Nếu trường hợp lên men bị yếu, thì bổ sung vàomôi trường dịch malt hay bia

Sản xuất dấm theo con đường sản xuất rượu etylic:

Khi sản xuất rượu ta cần chọn nguyên liệu chứa đường có thể lên men hay chứagluxit có thể chuyển hóa thành đường để sản xuất

Ở nước ta, gạo là cây lương thực chính nên không dùng để sản xuất dấm thay vào

đó là ngô, khoai, sắn…Loại nguyên liệu này gọi là nguyên liệu từ tinh bột và cellulose.Tinh bột được sử dụng dưới dạng hạt hay bột của khoai, sắn…Dạng nguyên liệunày trước khi sử dụng cần phải qua khâu xử lý và đường hóa Đối với chủng vi sinh vậtcso hệ enzyme amylase phát triển người ta sử dụng trực tiếp tinh bột sống không quakhâu đường hóa để nuôi cấy vi sinh vật

Cellulose được sử dụng dưới dạng giấy, rơm, rạ, mạt cưa,… Các loại này tùy theotừng đối tượng vi sinh vật sẽ có cách xử lý khác nhau Nhưng hiện nay sử dụng trực tiếpcellulose còn rất hạn chế

Thành phần

Khoai lang tươi rất khó bảo quản, thường ta phải xắt lát phơi khô hoặc sấy Trungbình 3 kg khoai lang tươi thu đựơc 1 kg khoai lang khô

Có 2 loại rỉ đường: rỉ đường mía và rỉ đường củ cải

Rỉ đường mía là phụ phẩm thu được của công nghiệp ép mía thành đường sau khi

đã thu saccharose

Thu nhận rỉ đường mía từ sản xuất saccharose:

Đường mía thô gồm 2 hợp phần: các tinh thể đường saccharose và mật bao bọc phíangoài có chứa đường sau khi đã thu saccharose

Theo quy trình sản xuất đường tinh thì đường thô được tinh luyện, lắng trong làmsạch bằng phương pháp cacbonat cho bão hòa CO2, sau đó được lọc và sulfit hóa Tiếptheo dịch mật được làm sạch được cô đặc trong thiết bị chân không, ta thu được dịchđường non I Dịch này sẽ đem ly tâm cho ra đường trắng Còn cặn có màu được sử lý 3lần để thu đường loại II, III, IV Phần cuối cùng còn lại là rỉ đường Có thể nói rỉ đường

là một hỗn hợp phức tạp Bên cạnh hàm lượng đường được lên men khá cao, trong rỉđường còn chứa một lượng đường đáng kể các hợp chất chứa nitrogen, các vitamin vàcác hợp chất vô cơ Ngoài ra trong rỉ đường còn chứa một số chất keo và vi sinh vật tạpnhiễm Nên tùy theo mục đích sử dụng khác nhau mà ta có cách xử lý đường khác nhautrước khi dùng làm môi trường nuôi cấy

Thành phần rỉ đường dao động như sau:

Nước: 15 – 20 %

Chất khô 80 – 85 %

Trong đó có 60% đường (40% saccharose và 20% fructose và glucose), 40% chấtkhô còn lại là chất phi đường

Thu nhận rỉ đường từ củ cải đường:

Rỉ đường củ cải: là nước cốt sinh ra trong sản xuất đường từ củ cải đường Dịch nàyđựơc cô đặc, có thể dùng lâu dài

Thành phần theo %

Saccharose 48%

Rafinose 1%

Đường chuyển hóa khác 1%

Các acid hữu cơ 2%

Rỉ đường củ cải chứa một vitamin trong đó hàm lượng biotin thấp hơn trong rỉđường mía

Trong rỉ đường ngoài thành phần kích thích sinh trưởng cồn chứa một số chất mànếu dùng ở nồng độ cao sẽ kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật như: SO2, hydro-xymethulfurfurol…

 Sản xuất dấm bằng rượu vang:

Rượu vang có thành phần phức tạp, đến nay ngay cả ở các nước có công nghệ sảnxuất rượu vang lâu đời cũng chưa biết các chất cấu thành rượu vang

Thành phần chủ yếu của rượu vang quan trọng phải kể đến là cồn etanol – là mộttrong những thành phần quan trọng nhất của rượu vang Cồn etanol có do lên men tựnhiên từ dịch trái cây, do đó nó là thứ cồn tinh khiết, không lẫn aldehyd, ester Độ cồncủa rượu vang từ 10o – 12o là thích hợp Nói chung rượu vang chứa một lượng cồn trungbình thích hợp để vi khuẩn axetic phát triển

Trong quá trình này dấm được tạo thành từ một dung dịch rượu vang để tĩnh, trong

đó rượu sẽ được vi sinh vật oxi hóa thành acid acetic

Tóm lại, trong quá trình sản xuất dấm nguyên liệu trải qua các biến đổi sau:

Nếu nguyên liệu là ethanol thì quá trình lên men axetic chỉ có một bước là chuyểntrực tiếp cồn thành acid axetic

Còn các nguyên liệu khác thì phải qua buớc sau:

Nguyên liệu có tinh bột đường hóa → Đườngrượu hóa → Rượu vikhuẩn oxy hóa → Acid axeticNguyên liệu có đường rượu hóa → Rượu vikhuẩn oxy hóa → Acid axetic

Nguyên liệu có rượu ethanol vikhuẩn oxy hóa → Acid axetic

1.2 Vi sinh vật lên men acid axetic.

Có rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng lên men để tạo ra acid axetic Tất cả các vikhuẩn có khả năng tạo ra acid axetic được gọi chung là vi khuẩn axetic Các vi khuẩnaxetic không chỉ có khả năng lên men cồn để tạo thành acid axetic, mà cồn có khả năngchuyển hóa được rượu propionic thành acid propionic và chuyển hóa rượu butylic thànhacid butylic

Các loại vi khuẩn axetic không thể oxi hóa được rượu bậc cao và rượu metylic.Các loại vi khuẩn axetic là những lòai hiếu khí mạnh Trong điều kiện môi trườngđầy đủ và lượng oxi được cung cấp lien tục chúng có thể tăng sinh khối sau 12 giờ gấp 17triệu lần so với sinh khối ban đầu

Trong 20 loài được nghiên cứu kỹ, cho thấy khả năng có thể áp dụng vào thực tếsản xuất, các giống vi nkhuẩn được xem là có ưu điểm hơn cả

Acetobacter acetic:

Vi khuẩn này có hình dạng giống vi khuẩn hình que nhưng kích thước rất ngắn.Chúng không thể tạo được bào tử và các tế bào thường tạo thành hình chuỗi có kíchthước rất dài Khi nhuộm iod tế bào chuyển thành màu vàng Chúng chịu được nồng độrượu 11% V và trong điều kiện môi trường thuận lợi chúng có khả năng tạo ra được 6%acid axetic Nhiệt độ thích hợp nhất để vi khuẩn phát triển là 34oC

Acetobacter pasteurianum:

Hình thái Acetobacter pasteurianum giống Acetobacter acetic, nhưng khi nhuộm

màu với iot, tế bào sẽ có màu xanh Khả năng chịu nồng độ cồn của chúng thấp hơn

Acetobacter acetic Trong điều kiện môi trường phát triển thuận lợi chúng có khả năng

tạo được 5- 6% acid axetic

Acetobacter orleaneuse :

Hình thái vi khuẩn này giống hai vị khuẩn trên nhưng kích thước nhỏ hơn nhiều.Đặc biệt hai đầu tế bào thường nhỏ lại Nhiều trường hợp người ta lẫn lộn vi khuẩn nàyvới vi khuẩn kỵ khí clostridium Trong dịch nước cấy, chúng thường tạo ra váng rấtmỏng trên bề mặt Váng vi khuẩn thường rất chắ; khi nhuộm với iot, tế bào sẽ chuyểnsang màu vàng Vi khuẩn này chịu được lựơng cồn đến 12% V, và trong điều kiện lênmen thích hợp chúng có thể tạo ra 9,5% acid axetic.

Acetobacter curvum:

Về cơ bản vi khuẩn này giống Acetobacter Schiitizenbachii Trong môi trường lên

men thuận lợi vi khuẩn này có thể tạo ra được 10 -11% acid axetic Vi khuẩn này tạováng rất chắc trên bề mặt môi trường Nhiệt độ lên men tối ưu của vi khuẩn này là 35 –

37oC

Acetobacter suboxydans:

Loại vi khuẩn này được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất vitamin C Chúng

có khả năng chịu được nông độ cồn rất cao Nếu trong môi trường, ta cho thêm mộtlượng nhỏ các chất dinh dưỡng cần thiết ( ví dụ glucose), vi khuẩn này có thể chuyển hóahoàn toàn cồn thành acid axetic Lượng acid axetic được tạo thành cáo thể lên tới 13%.Trong quá trình lên men cần phải thông khí lien tục vì các vi khuẩn này cần oxy rấtnhiều cho quá trình chuyển hóa cồn thành acid axetic và cho quá trình lên men

Ngoài khả năng oxy hóa cồn thành acid axetic thì các vi khuẩn axetic còn có khảnăng tham gia chuyển hóa một loạt các loại rượu thành các acid tương ứng và các chấtkhác

Chuyển hóa rượu propyolic thành acid propionic

Chuyển hóa butanol thành acid butylic

Chuyển hóa glyxerin thành dioxyaxeton

Chuyển hóa sorbic thành sorbose

Chuyển hóa arabino thành acid arabanic

Chuyển hóa glucose thành acid glucosenic

Chuyển hóa acid lactic thành acid glucosenic

2 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH.

Sơ đồ quy trình sản xuất giấm từ nguồn nguyên liệu rượu etylic

Hình : Quy trình sản xuất giấm.

2.1 Thuyết minh quy trình.

Đóng chaiLão hóaTàng trữNhân giống

NướcĐường

Giống vsv

Sản phẩm

Bakery Machine with netting (Mixer) 20 lít

Năng suất: 20lit / mẻ

Tốc độ: điều chỉnh 3 loại tốc độ khác nhau

Các loại tốc độ máy: 360/166/100 vòng/phút

Kích thước: 550x420x790mm

đủ oxy.

Dung dịch giấm sau khi thu nhận được thường có nồng độ thấp Muốn có nồng độcao hơn ta tiếp tục cho giấm vừa tạo thành đi qua môi trường lên men, làm như vậy nhiềulần ta sẽ có giấm ở nồng độ cao hơn

Phương trình oxi hóa rượu thành axit acetic trong tế bào:

C2H5OH + O2  CH3COOH + H2O +177 KcalLên men acetic là quá trình lên oxi hóa rượu thành axit acetic, nhờ vi khuẩn acetictrong điều kiện hiếu khí

Phản ứng xảy ra trong tế bào vi khuẩn, muốn phản ứng xảy ra, C2H5OH và O2 phảiđược thẩm thấu trong tế bào Khi đó các enzyme trong tế bào của vi khuẩn tham gia oxihóa rượu thành CH3COOH Acid acetic đươc tạo thành sẽ thoát khỏi tế bào và tan trongdịch môi trường

Hình : Quá trình oxy hóa rượu thành acid acetic.

Trong tế bào của vi khuẩn, quá trình oxi hóa xảy ra rất phức tạp Quá trình này xảy

ra qua hai giai đoạn Các giai đoạn được tóm tắt như sau:

 Chuyển hóa rượu propyolic acid propyonic

 Chuyển hóa butanol acid butylic

2.1.4 Lão hóa.

Lão hóa là thời gian mà giấm hình thành, hoàn thiện bên trong thùng, các thay đổithời gian phụ thuộc vào hóa chất, tính chất vật lý và cảm quan Trong giai đoạn lão hóa,các este được hình thành và mùi chua gắt của giấm tươi sẽ dần biến mất

Màu của giấm dao động từ vàng  nâu  đen trong quá trình lão hóa do sự tích tụcủa các hợp chất, chủ yếu là melanoidins, từ các phản ứng xúc tác của enzyme không nhưđường xuống cấp, tính axit và phản ứng Mailard

Độ nhớt: các tính chất chảy của giấm được xác định bởi lực hấp dẫn cụ thể và về sốlượng trọng lượng phân tử cao melanoidins, một lớp không đồng nhất của biopolymers

đã hình thành và tích lũy trong quá trình bão hòa

2.1.5 Đóng chai.

Giấm phải được lão hóa và gạn trong trước khi đóng chai Cho giấm vào chai rồiđậy nút thật kín để ngăn không khí lọt vào chai Khử trùng giấm bằng cách làm nóngchai giấm ở nhiệt độ 65oC cho tới khi giấm trong chai đạt 60oC trong khoảng 30 phút.Nếu số lượng giấm lớn ta có thể dùng phương pháp: khử trùng tất cả lượng giấm rồi đểnguội đến 24oC thì đóng chai ngay

Thông số kỹ thuật:

Số công vị 18 đầu rửa, 18 đầu chiết rót, 6 đầu ép nắp

Sản lượng 4000-6000 chai/giờ (đối với chai 500ml)

Áp lực nguồn khí 0.2MPa

Lượng khí tiêu thụ 0.2m3/min

Áp lực xúc rửa 0.2Mpa

Hệ thống chiết rót đóng nắp tự động

Lượng nước tiêu hao 1 T/giờ

Công suất máy 5KW

Kích thước máy 2250x1670x2300mm

Trọng lượng máy 2500kg

2.1.6 Bảo quản giấm.

Giấm có khả năng ăn mòn cao, thậm chí nó còn ăn mòn cả thép không gỉ nếu tiếpxúc lâu Sắt rất dễ bị giấm ăn mòn, còn kẽm bị giấm ăn mòn và tạo ra acetat kẽm có mùikhó chịu và rất độc, ngay cả đồng cũng không nên dùng để đựng giấm vì đồng cũng tácdụng đến mùi vị của giấm Chỉ những vật liệu như: gỗ, nhôm, thủy tinh, cao su cứng, gỗ

ép hoặc giấy đã qua xử lý là có thể dùng để đựng giấm

2.2 Phương pháp lên men.

2.2.1 Các phương pháp lên men.

Có 4 phương pháp lên men chính:

 Phương pháp lên men chậm

 Phương pháp lên men nhanh

 Phương pháp lên men chìm

 Phương pháp kết hợp

2.2.2 Phương pháp lên men chậm.

Hình Sơ đồ lên men chậm.

Phương pháp này được người Pháp thực hiện từ rất lâu và được coi như là phươngpháp lên men truyền thống của người Pháp

Nước ép Nho

Nạp vào thùng gỗ

Lên men

Sản phẩmAxit acetic

A orleaneuse