GI ỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG
Giá trị dinh dưỡng của nước tương
Khi đánh giá chất lượng nước tương, hàm lượng đạm toàn phần là yếu tố quan trọng nhất do giá trị dinh dưỡng cao Tiếp theo, cần xem xét lượng đạm amin và từ đó tính toán tỷ lệ đạm amin so với đạm toàn phần để đánh giá mức độ thủy phân protein Tỷ lệ này càng cao thì chất lượng nước tương càng tốt, với mức trung bình trong nước tương lên men khoảng 50÷60% Hàm lượng đạm amin cao cũng góp phần nâng cao giá trị mùi vị của nước tương.
Nước tương là loại gia vị phổ biến trong bữa ăn hằng ngày
Thành ph ần hóa học của nước tương
Chất lượng nước tương phụ thuộc vào nguyên liệu, tỷ lệ phối chế và phương pháp chế biến Nước chấm lên men chứa nhiều đường nhờ enzyme amylase trong nấm mốc, cùng với một lượng chất béo, vitamin, muối và các nguyên tố vi lượng khác Khi sản xuất và bảo quản đúng quy trình kỹ thuật, nước chấm sẽ có màu sắc bắt mắt, hương vị thơm ngon và vị ngọt đặc trưng từ đạm và đường.
Thành phần hóa học trung bình của nước tương
Acid amin
Thành phần Hàm lượng (g/l) Đạm toàn phần (tính theo Nitơ)
Nước tương chứa nhiều acid amin quan trọng như Arginin, Methionin, Tryptophan, Tyrosin, Valin, Serin, Lysin, Histidin, Alanin, acid Glutamic, và Asparagin, cùng với di, tri, tetra-peptid, tạo nên vị ngọt đặc trưng của đạm Nước tương được sản xuất qua phương pháp lên men giữ lại hầu hết các acid amin có trong đậu nành, trong khi nước tương hóa giải có tỷ lệ đạm amin/đạm toàn phần cao hơn Tuy nhiên, trong nước tương hóa giải, một số acid amin như Tryptophan, Lysin, Cystein, và Arginin có thể bị phân hủy Nếu quá trình thủy phân bằng acid diễn ra quá mức, một số acid amin sẽ bị phân hủy thành các chất có mùi hôi như NH3 và H2S.
Đường
Trong nước tương có các loại đường như Glucose, Maltose, Pentose, Dextrin Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương.
Acid h ữu cơ
Các acid hữu cơ trong nước tương đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương vị đặc trưng, với acid lactic là thành phần chiếm ưu thế nhất (khoảng 1,6%) Acid lactic tương tác với nước tương để hình thành các hợp chất lactate như lactate phenol Bên cạnh đó, nước tương còn chứa acid acetic (0,2%), acid succinic (0,087÷0,16%) và acid formic (0,05%) Các muối của các acid này góp phần vào việc tạo vị cho nước tương.
Ch ất m àu
Màu sắc của nước tương chủ yếu do sự kết hợp giữa đường và acid amin Quá trình lên men của nước tương tạo ra màu sắc từ vàng nhạt đến nâu đậm, với sự chuyển biến dần dần qua các giai đoạn.
Màu sắc của nước tương được hình thành từ nồng độ đường, acid amin và nhiệt độ Việc tăng cường phản ứng giữa acid amin và đường không mang lại lợi ích, vì tạo ra Melanoid, chất khó hấp thụ và làm giảm hương vị sản phẩm khi nồng độ cao Đồng thời, quá trình hình thành màu cũng gây tổn thất cho acid amin Để hạn chế điều này, nên chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp và tránh nhiệt độ cao.
Chất mùi
Mùi của nước tương được hình thành từ sự kết hợp của nhiều hợp chất khác nhau như acid hữu cơ, rượu, aldehyde và các thành phần hương thơm có lưu huỳnh, phenol Các hợp chất cụ thể bao gồm acetaldehyde, propandehyde, butaldehyde, valeraldehyde, alkyl mecaptan, methylen mecaptan, isobutan aldehyde, dimethyl mecaptan, rượu ethylic, acid acetic, acid petanoic, acid propinoic, acid benzoic và benzaldehyde, tạo nên hương thơm đặc trưng của ngũ cốc rang.
K Ỹ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất nước tương
Cơ sở của công nghệ sản xuất nước tương chính là sự thủy phân protein.
Thủy phân protein chủ yếu là quá trình phân giải các liên kết peptid, một loại liên kết mạnh Để thực hiện thủy phân này, cần có sự hiện diện của các tác nhân xúc tác nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình.
Tác nhân xúc tác hóa học là acid hoặc kiềm, và tác nhân xúc tác sinh học là enzyme protease thuộc nhóm thủy phân protein.
Trong chế biến thực phẩm, thủy phân protein được sử dụng để tạo ra các sản phẩm thủy phân hoàn toàn hoặc không hoàn toàn Các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn thường có vị đắng, do chứa các peptid với amino acid kị nước Sự hiện diện của vị đắng cho thấy hiệu suất thủy phân thấp, chỉ đạt từ 4 đến 40% Tuy nhiên, vị đắng chỉ ảnh hưởng đến tính chất cảm quan mà không làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
2.1.1.Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học
Phương pháp này dựa trên cơ sở hóa sinh của việc thủy phân protein động vật hoặc thực vật thành các acid amin, sử dụng tác nhân xúc tác là acid mạnh như HCl hoặc H2SO4, hoặc kiềm mạnh như NaOH Sau khi thủy phân, dung dịch sẽ được trung hòa bằng kiềm hoặc acid tùy thuộc vào loại tác nhân xúc tác, nhằm đưa pH về khoảng 6,5 đến 7 Cuối cùng, NaCl sẽ được bổ sung vào dung dịch cho đến khi đạt nồng độ 23 đến 25% Phương pháp này có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét.
+ Thời gian và quy trình sản xuất được rút ngắn.
+ Hiệu suất thủy phân cao, giàu acid amin,
+ Độc hại với công nhân sản xuất do sử dụng acid mạnh, kiềm mạnh, áp suất cao, nhiệt độ cao.
+ Sinh ra chất 3MCPD hương vị thơm ngon với hàm lượng cao, gây độc cho người tiêu dùng
+ Phá hủy 1 số aicd amin trong quá trình thủy phân như Lysin, Arginin, Cystein, Tryptophan
2.1.2.Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men Đối với phương pháp sản xuất nước tương lên men, cơ sở khoa học của nó là tận dụng hệ enzyme của vi sinh vật bằng cách cho vi sinh vật phát triển trên nguyên liệu giàu đạm, sau đó sử dụng hệ men này để thủy phân protein có trong nguyên liệu thành nước tương Enzyme này có thể tạo ra bằng cách nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường riêng rồi đưa vi sinh vật vào nguyên liệu
Dưới tác động của enzyme vi sinh vật, nước chấm chứa chủ yếu acid amin, peptone và peptid có trọng lượng phân tử nhỏ, giúp cơ thể dễ dàng đồng hóa và hấp thu Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích này, cũng tồn tại một số nhược điểm cần được lưu ý.
Thiết bị này có thiết kế đơn giản, dễ chế tạo và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện sản xuất tại địa phương Đầu tư ban đầu không lớn và không yêu cầu sử dụng thiết bị chịu nhiệt, kiềm, áp suất hoặc nhiệt độ cao.
+ Hiệu suất thủy phân không cao
+ Thời gian và quy trình sản xuất kéo dài hơn phương pháp hóa giải, cần thêm công đoạn nuôi mốc giống để thủy phân. công nhân
+ Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng, ôn hòa như nhiệt độ không quá cao, pH trung tính hoặc aicd yếu, áp suất thường.
+ Không tổn hao acid amin trong quá trình sản xuất
2.1.3 Công nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme
Khi sản xuất nước tương bằng cách sử dụng enzyme, cần lưu ý đến các điều kiện sử dụng và đặc tính của chế phẩm enzyme như:
+ pH của môi trường phản ứng phải tương ứng với pH opt của enzyme.
+ Nhiệt độ liên quan đến hoạt lực của enzyme.
Nếu enzyme có thời gian tác dụng nhanh, cần phải vô hiệu hóa enzyme ngay sau khi phản ứng kết thúc Ngược lại, nếu enzyme có thời gian tác dụng lâu, nên lựa chọn enzyme có độ bền hoạt lực cao để đảm bảo hiệu quả.
+ Lưu ý đến các chất hoạt hóa hoặc kiềm hãm enzyme trong môi trường. Điều kiện để ứng dụng enzyme:
+ Nguồn cung cấp enzyme phải thường xuyên và ổn định nếu việc sử dụng enzyme làm thay đổi lớn tới công nghệ sản xuất
+ Nên lấy tỷ lệ giàu giá trị và chất lượng enzyme làm tiêu chuẩn xem xét trong việc lựa chọn nhà cung cấp. Ưu điểm Nhược điểm
+ Qúa trình sản xuất đơn + Phải sử dụng nhiều loại giản.
+ Không không cần sử dụng thiết bị chịu nhiệt, chịu kiềm, chịu áp suất và nhiệt độ cao…
+ Không độc hại với công nhân
+ Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng, ôn hòa
+ Không tổn hao acid amin trong quá trình sản xuất enzyme
+ Chi phí sản xuất cao.
Các ph ả n ứng thủy phân ti êu bi ểu trong công nghệ sản xuất nước tương
Phản ứng thủy phân là phản ứng phân giải các chất có sự tham gia của nước
Phản ứng thủy phân là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm mới như Glucose, mạch nha, tương, và chao từ protid của động vật và thực vật Những sản phẩm này không chỉ làm cho món ăn trở nên ngon miệng hơn mà còn dễ tiêu hóa hơn Sau khi thực hiện phản ứng thủy phân, tính chất cảm quan và dinh dưỡng của thực phẩm được cải thiện đáng kể Mặc dù phản ứng thủy phân thường mang lại lợi ích, nhưng trong một số trường hợp, nó cũng có thể dẫn đến sự hư hỏng thực phẩm, đặc biệt là trong quá trình bảo quản thịt, cá, trứng và dầu mỡ.
Phản ứng thủy phân là bước khởi đầu cho nhiều phản ứng hóa học tiếp theo Chẳng hạn, protid khi thủy phân thành acid amin sẽ dẫn đến các quá trình phân giải sâu hơn như decarboxyl hóa và dezamin hóa Cuối cùng, những quá trình này có thể tạo ra các sản phẩm không mong muốn, ảnh hưởng tiêu cực đến cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Polysaccharide khi thủy phân sẽ tạo ra monosaccharide, tiếp tục bị oxy hóa để sản xuất các sản phẩm trung gian, cuối cùng chuyển hóa thành CO2 và H2O Lipid sau khi thủy phân sẽ tạo ra acid béo và glycerin, trong đó acid béo sẽ tiếp tục bị oxy hóa, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm có mùi vị khó chịu, được gọi là sự ôi thiu của chất béo.
Ngày nay, phản ứng thủy phân ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong ngành công nghiệp thực phẩm Trong lĩnh vực này, tác nhân thủy phân thường là acid, kiềm hoặc enzyme, trong đó enzyme thủy phân từ vi sinh vật được sử dụng phổ biến và hiệu quả Nhóm enzyme này được gọi chung là Hydrolase.
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân
Hydrolase được phân loại thành bốn nhóm chính dựa trên bản chất và cơ chất tác dụng, bao gồm Esterase, Glucosidase, Peptidase và Amidase Mỗi nhóm này tương ứng với một phương trình phản ứng riêng biệt.
2.2.2.Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.2.1.Đặc điểm của liên kết peptid trong phân tử protein
Protein là hợp chất cao phân tử, được tạo ra từ nhiều loại acid amin.
Amino acid là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc mạch thẳng hoặc vòng, trong đó mỗi phân tử chứa ít nhất một nhóm amin (–NH2) và một nhóm cacboxyl (–COOH).
Từ nhiều loại acid amin, theo nhiều phương án kết hợp sẽ tạo ra một số lượng cực kỳ phong phú protein.
Protein sở hữu nhiều tính chất và khả năng kỳ diệu nhờ vào bốn dạng cấu trúc đặc biệt mà không có ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào khác Trong bốn dạng cấu trúc này, bao gồm cấu trúc bậc 1, bậc 2, bậc 3 và bậc 4, cấu trúc bậc 1 được xem là phổ biến và quan trọng nhất.
Cấu trúc bậc 1 của protein là thành phần và trình tự sắp xếp acid amin trong mạch polypeptide.
Liên kết peptid (–CO–NH–) hình thành từ phản ứng giữa nhóm α-cacboxyl của một acid amin với nhóm α-amin của một acid amin khác, trong quá trình này một phân tử nước bị loại bỏ.
Liên kết peptid được hình thành từ các electron δ của liên kết đơn và hệ thống electron π linh động, bao gồm bốn electron: hai electron từ nối kép C = O và hai electron từ cặp không chia của nitơ Hệ thống này tạo thành một sự cộng hưởng, trong đó khi nguyên tử dị mạch kề liền với nối kép có cặp electron không chia, sẽ xảy ra sự chuyển dịch một phần điện tích từ cặp không chia tới nguyên tử cuối của nối kép Do đó, sự phân bố điện tích trong liên kết peptid được thể hiện rõ ràng.
Khi nguyên tử nitơ tích điện dương, nó giữ lại một phần của hai electron trong cặp không chia, thay vì giữ cả hai electron.
Sự khác biệt về độ âm điện giữa nguyên tử cacbon và oxy trong liên kết C=O dẫn đến việc nguyên tử cacbon mang điện tích tổng dương Do đó, cả nguyên tử cacbon và nitơ đều đóng góp ít hơn một electron π vào hệ thống electron π.
CH 3 –CH–COOH+H 2 N–CH 2 –COOH CH 3 –CH–C–N–CH 2 –COOH
Còn nguyên tử oxy góp vào hệ thống ít hơn một electron π, do đó có điện tích tổng âm
Nếu biểu diễn các phần điện tích đó bằng δ thì sự phân bố điện tích trong liên kết peptid sẽ được biểu diễn nhu sau:
Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:
Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã tính được sự phân bố bốn electron của hệ thống như sau:
Còn điện tích của hệ thống là:
Trong mối liên kết giữa hai nguyên tử carbon (C) và nitơ (N), cả hai đều mang điện tích dương, dẫn đến việc gọi đây là liên kết nhị dương Liên kết này hình thành do sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử Mức độ khuyết electron có thể tăng lên khi tổng điện tích dương của cả hai nguyên tử tăng, hoặc khi chỉ điện tích của một trong hai nguyên tử được tăng cường.
Trong các phân tử có nhiều liên kết giống nhau, liên kết nhị dương hơn sẽ được phân ly và thủy phân trước Ví dụ, trong phân tử alantion với năm liên kết peptid, liên kết bị thủy phân đầu tiên là liên kết có nét đứt như trong sơ đồ dưới đây.
Khi enzyme tương tác, các tâm hoạt động của chúng sẽ có ái lực khác nhau đối với hai nguyên tử Sự “kéo – đẩy” này dẫn đến việc giãn nở liên kết và cuối cùng làm cho liên kết đó bị đứt hẳn.
2.2.2.2.Hệ enzyme và đặc điểm của quá trình thủy phân protein a)Enzyme proteinase (hay còn gọi là endopeptidase)
Enzyme này phân cắt liên kết peptid của đại phân tử protein để tạo thành albumose, peptone và polypeptid Phản ứng tổng quát có dạng:
Proteinase hoạt động hiệu quả hơn khi tấn công các phân tử protein đã bị biến tính, với pH tối ưu khoảng 4,6÷4,9 và có thể thay đổi tùy thuộc vào cơ chất Nhiệt độ tối ưu cho proteinase là từ 50 đến 60 độ C Enzyme này thể hiện hoạt lực mạnh mẽ khi cắt đứt các nhóm protein có điểm đẳng điện nằm trong vùng pH tối ưu Ở 50 độ C, sản phẩm thủy phân chủ yếu là các peptid và polypeptide, trong khi ở 60 độ C, sản phẩm chủ yếu là albumose có phân tử lượng trung bình Enzyme peptidase, còn gọi là exopeptidase, cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Các phương pháp nuôi cấy nấm mốc
2.3.1 Phương pháp nuôi cấy bề mặt
Yêu cầu cơ bản cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật là tính hoàn thiện, trong đó hầu hết các vi sinh vật sản xuất amylase hấp thụ carbon chủ yếu từ các hợp chất hữu cơ như tinh bột và dextrin Chúng cũng cần hydro từ nước và các hợp chất hữu cơ, cùng với oxy có trong cấu trúc của môi trường và ở dạng oxy phân tử.
Tổng hợp sự phân cắt của enzyme amylase lên tinh bột
Hàm lượng tinh bột trong môi trường nuôi cấy cần đạt từ 20% đến 23% Nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng tinh bột giảm, hoạt độ enzyme cũng sẽ giảm theo.
2.3.1.2.Độ ẩm của môi trường
Trong điều kiện sản xuất, độ ẩm ban đầu tối thích của môi trường đối với
Aspergillus oryzae yêu cầu độ ẩm từ 58% đến 70% trong suốt quá trình nuôi trồng Nếu độ ẩm vượt quá mức này, sẽ làm giảm độ thoáng khí của môi trường, trong khi độ ẩm thấp sẽ kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật và enzyme amylase Khi nuôi trong điều kiện không vô trùng tuyệt đối, độ ẩm không nên vượt quá 60% để tránh nhiễm khuẩn Tuy nhiên, việc duy trì độ ẩm cao là rất quan trọng để ngăn ngừa sự hong khô, vì sự khô hạn sẽ làm giảm hoạt lực của enzyme Do đó, cần thiết phải giữ ẩm cho môi trường ở mức độ tối ưu.
Trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, việc thông khí là rất quan trọng để duy trì môi trường sống tối ưu Vi sinh vật tiêu thụ khoảng 25-35% chất dinh dưỡng và thải ra một lượng lớn nhiệt và CO2, do đó cần phải thông gió bằng không khí vô trùng để loại bỏ nhiệt Chế độ thông khí có thể là liên tục hoặc gián đoạn, tùy thuộc vào độ dày của lớp môi trường nuôi và khoảng cách giữa các khay Ở giai đoạn sinh trưởng thứ nhất, cần thông khí khoảng 4-5 lần thể tích không khí trên thể tích phòng trong một giờ; ở giai đoạn thứ hai, con số này tăng lên 30-60 lần, trong khi ở giai đoạn thứ ba, chỉ cần giảm xuống còn 10-12 lần thể tích không khí.
Toàn bộ chu kỳ sinh trưởng của nấm mốc có thể chia làm ba thời kỳ
Trong giai đoạn trương và nảy mầm của bào tử, diễn ra trong 10 đến 11 giờ đầu tiên, cần duy trì nhiệt độ không khí trong phòng nuôi ở mức tối thiểu từ 23 đến 30 độ C Đồng thời, độ ẩm tương đối của không khí phải đạt từ 96 đến 100%.
Trong thời kỳ sinh trưởng nhanh của hệ sợi, kéo dài từ 4 đến 18 giờ, nấm mốc hoạt động hô hấp mạnh mẽ và sản sinh một lượng nhiệt sinh lý lớn.
Trong quá trình phát triển của sợi nấm, nhiệt độ trong phòng nuôi có thể tăng lên từ 37 đến 40 độ C, thậm chí có thể đạt tới 47 độ C Do đó, việc hạ nhiệt độ trong phòng nuôi là cần thiết để đảm bảo sợi nấm phát triển đồng đều và đẹp Tại các nhà máy, không khí vô trùng với nhiệt độ từ 28 đến 29 độ C và độ ẩm cao được đưa vào phòng nuôi để hỗ trợ quá trình này.
Trong giai đoạn tạo enzyme amylase mạnh mẽ kéo dài từ 10 đến 20 giờ, quá trình trao đổi chất dần yếu đi và sự tỏa nhiệt giảm mạnh Các enzyme amylase được tổng hợp với hiệu suất cao; cụ thể, theo Rodxevits (Pozerur, 1967), trong ngày đầu của giai đoạn sinh trưởng thứ nhất và thứ hai, nấm mốc Aspergillus oryzae chỉ tạo ra 7,5 đến 8% enzyme, nhưng sau 12 giờ, hoạt lực của α-amylase tăng gấp 9 đến 12 lần, hoạt lực đường hóa tăng gấp đôi và hoạt lực của oligo-1,6-glucosidase tăng gấp 10 lần Để tối ưu hóa sự phát triển của đa số vi sinh vật trong giai đoạn này, cần hạ nhiệt độ xuống 3 đến 4 độ C so với giai đoạn đầu, với nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng của hầu hết nấm mốc trên môi trường rắn là 28 đến 30 độ C.
Thời gian nuôi vi sinh vật để tạo ra lượng enzyme cao thường được xác định qua thực nghiệm Sự ngừng tổng hợp enzyme có thể xảy ra khi nấm mốc đạt đến một giai đoạn sinh trưởng nhất định Hiện tượng tạo bào tử là không mong muốn vì nó có thể làm giảm hoạt lực của enzyme Đối với hầu hết các chủng nấm mốc Aspergillus, sự sản xuất enzyme amylase đạt cực đại thường kết thúc khi nấm bắt đầu hình thành bào tử.
2.3.2 Phương pháp nuôi cấy bề sâu
Khác với phương pháp nuôi cấy bề mặt, nuôi cấy bề sâu cho phép vi sinh vật phát triển trong môi trường lỏng, với thành phần dinh dưỡng phù hợp cho từng chủng vi sinh vật Thông thường, môi trường nuôi cấy bề sâu chứa tinh bột, các dạng bột và một số vật liệu khác làm nguồn cacbon, trong khi một số ít chủng sử dụng đường dễ đồng hóa như glucose Đôi khi, tinh bột được đường hóa sơ bộ bằng amylase trước khi thanh trùng, giúp tạo ra maltose, một chất dễ đồng hóa hơn và là chất cảm ứng tốt hơn cho enzyme đường hóa của nấm mốc Hơn nữa, thể lỏng của môi trường nuôi cấy bề sâu có độ nhớt giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phát triển của vi sinh vật.
Trị số pH ban đầu của môi trường ảnh hưởng đến sự tạo thành enzyme, tuy nhiên, cần lưu ý rằng vi sinh vật có khả năng làm biến đổi nhanh chóng chỉ số pH này Đối với enzyme α-amylase, pH tối ưu cho quá trình sinh tổng hợp là khoảng 7 đến 8, trong khi pH tối ưu cho hoạt động của enzyme này lại nằm trong khoảng 4,7 đến 4,9.
2.3.2.3.Sục khí và khuấy trộn
Sự sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hòa tan trong dịch nuôi cấy, vì chúng sử dụng oxy cho các hoạt động sống Do đó, việc bổ sung oxy hòa tan là cần thiết để duy trì môi trường sống Sục khí và khuấy đảo môi trường không chỉ cải thiện sự sinh trưởng và tích lũy sinh khối mà còn thúc đẩy quá trình tổng hợp enzyme của vi sinh vật.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng để nuôi vi sinh vật như nấm sợi, nấm men và vi khuẩn tạo enzyme hiệu suất cao, cần phải khuấy đảo môi trường bằng sục khí hoặc máy khuấy liên tục Chọn chế độ sục khí phù hợp rất quan trọng cho sự sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí và tổng hợp enzyme amylase Đối với nấm sợi, chế độ sục khí lý tưởng là 10-12 m³ không khí vô trùng trên 1m³ môi trường mỗi giờ, với thời gian nuôi khoảng 68-72 giờ Trong các thùng lên men nhân giống và sản xuất, cần sục vào môi trường 30 m³/m³/giờ và 40 m³/m³/giờ tương ứng Mức sục khí tối ưu cho Aspergillus oryzae 3-9-15 là 180 micromol O₂/lít môi trường Chủng này có tốc độ tiêu thụ oxy hòa tan cao vào cuối pha sinh trưởng logarithm, và giảm dần trong pha ổn định Việc nuôi vi sinh vật ưa nhiệt cần nhiều không khí hơn so với vi sinh vật ưa ẩm, do ở nhiệt độ cao (50-65°C), độ hòa tan của oxy trong môi trường giảm, trong khi nhu cầu oxy cho phản ứng oxy hóa tăng lên.
GIỚI THIỆU CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA TRONG CÔNG
Gi ới thiệu chung về đậu n ành
Đậu nành có tên khoa học là Glycinemax, thuộc loại cây họ đậu, giàu protein, hạt của nó được làm thức ăn cho người và gia súc
3.1.1.Nguồn gốc và sự phát triển của đậu nành
Môt số nhà khoa học cho rằng đậu nành có nguồn gốc từ Mãn Châu (Trung
Quốc) Sau thế chiến thứ II mới thực sự phát triển ở Mỹ, Canada, Brazil và ngày càng lan rộng.
Hiện nay, đậu nành và các sản phẩm chế biến từ đậu nành đã trở thành mặt hàng quan trọng trên toàn cầu 88% sản lượng đậu nành thế giới tập trung chủ yếu ở bốn quốc gia, trong đó Mỹ chiếm 52%, Brazil 17%, Argentina 10% và Trung Quốc 9%.
3.1.2.Đặc điểm của đậu nành
Cây đậu nành, thuộc họ đậu, là loại cây ngắn ngày với thời gian sinh trưởng từ 80 đến 150 ngày Thân cây cao từ 30 đến 80 cm, tùy thuộc vào giống, có đặc điểm thẳng và đứng hơn so với các loại cây họ đậu khác, đồng thời ít phân nhánh.
Cây có quả theo chùm, mỗi chùm từ 2 đến 20 quả, với tổng số có thể lên tới gần 400 quả trên một cây Mỗi quả chứa từ 2 đến 7 hạt, có hình dáng hơi cong và chiều dài trung bình khoảng 4 đến 6 cm.
Giới (Kingdom) Plantae Ngành (Phylum) Magnoliophyta
Họ (Familia) Fabaceae Phân họ (Subfamilia) Faboideae
Hạt đậu nành có nhiều hình dạng đa dạng như tròn, bầu dục, tròn dài và tròn dẹt Về màu sắc, hạt đậu nành cũng phong phú với các màu như vàng, xanh, xám và đen, trong đó hạt đậu nành màu vàng được coi là loại tốt nhất.
Hạt đậu nành bao gồm ba bộ phận chính: vỏ, tử điệp (lá mầm) và phôi (trụ dưới lá mầm) Vỏ hạt nằm bên ngoài, trong khi hai tử điệp gắn với nhau bằng mầm nằm bên dưới Tử điệp đóng vai trò là nơi dự trữ chất dinh dưỡng Khác với các loại hạt cốc, hạt đậu nành không có lớp alơrông, nội nhũ và phôi tách biệt, mà toàn bộ bột hạt thực chất là một phôi lớn được bao quanh bởi lớp vỏ.
3.1.3.Thành phần hóa học của hạt đậu nành
So với các loại hạt đậu khác thì đậu nành hầu như không có tinh bột, trong khi đó thì hàm lượng protein và lipid lại cao hơn hẳn
Thành phần dinh dưỡng trong 100g đậu nành
Hạt đậu nành có thành phần hóa học biến đổi theo giống, điều kiện trồng trọt, đất đai và phương pháp chăm sóc Nghiên cứu di truyền cho thấy, khi hàm lượng protein trong hạt đậu nành tăng 1%, hàm lượng lipid sẽ giảm 0,5%.
Thành phần hóa học của các phần trong hạt đậu nành
Thành phần (% trọng lượng khô)
Các phần đậu tương % trọng lượng hạt Protein Lipid Glucid Tro
Đậu nành là nguồn thực phẩm giàu giá trị dinh dưỡng với hàm lượng protein chiếm trên 40%, vượt trội hơn hẳn so với các loại đậu khác và protein động vật Hàm lượng protein trong đậu nành gấp 10 lần so với sữa và gấp 2 lần so với thịt bò.
Trong thành phần protein của đậu nành thì globulin chiếm khoảng 85÷95%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ albumin và một lượng không đáng kể prolamin và glutelin
Protein của đậu nành chứa tất cả 8 loại amino acid không thay thế cùng với hàm lượng cần thiết, tương đương với protein của thịt động vật.
Protein đậu nành chủ yếu là loại tan trong nước, với 95% protein tan ở pH 11 Ngược lại, protein tan ít nhất ở pH từ 4,2 đến 4,6, đây là điểm đẳng điện của protein đậu nành, nơi protein không tích điện và dễ bị kết tủa Khi pH tiếp tục giảm qua điểm đẳng điện, protein sẽ lại tan.
Hàm lượng các amino acid không thay thế trong hạt đậu nành
Các amino acid không thay thế Hàm lượng (%)
Độ hòa tan và tính nhớt của protein là hai chỉ số quan trọng trong việc sử dụng protein làm thức uống Protein lý tưởng phải tan được trong nhiều pH khác nhau và có khả năng bền nhiệt Khi pH thay đổi, protein sẽ tích điện âm hoặc dương, ảnh hưởng đến khả năng hòa tan Sự tương tác giữa phân tử nước và protein giúp protein dễ tan hơn, trong khi các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau, dẫn đến sự phân ly và giãn mạch Nhiệt độ tăng từ 0 đến 50 độ C sẽ làm tăng độ hòa tan của protein Độ nhớt của dung dịch protein tăng theo quy luật số mũ với nồng độ protein do sự tương tác giữa các phân tử protein Khi lực tương tác đạt mức tối ưu, protein sẽ thể hiện tính nhớt.
Gel được hình thành khi các protein bị biến tính và tạo thành mạng lưới protein theo một trật tự nhất định Khi protein đậu nành có nồng độ trên 5% và được nung nóng ở pH gần trung tính, hiện tượng tạo gel sẽ xảy ra Quá trình này phụ thuộc vào sự cân bằng giữa protein và nước, cũng như liên kết giữa các protein Điểm đẳng điện của protein đậu nành, tại đó điện tích toàn phần của phân tử protein bằng 0, nằm trong khoảng pH 4,2 đến 4,6, dẫn đến sự gia tăng tương tác giữa các protein và tạo ra kết tủa.
Lipid chiếm khoảng 20% trong thành phần chất béo, trong đó có từ 6,4% đến 15,1% là acid béo no và 80% đến 93,6% là acid béo không no Hai thành phần quan trọng trong nhóm lipid là Triglycerid và Leucithin, chiếm 3% tổng lượng lipid.
Hàm lượng acid béo không no trong đậu nành rất cao, chiếm khoảng 85%, với 60-70% là các acid béo không thay thế như Linolenoic, Linoleic và Oleic Trong số này, acid Linoleic có tốc độ oxy hóa nhanh nhất, dẫn đến việc đậu nành có thể phát sinh mùi khó chịu.
Acid béo no chiếm khoảng 15% gồm: Palmitic, Stearic, Arachidonic.
Đậu nành chứa một lượng nhỏ phosphatic và phospholipid phức tạp, được xem như chất chống oxy hóa, giúp tăng cường trí nhớ, cải thiện sức đề kháng và hỗ trợ sức khỏe xương Đặc biệt, đậu nành không chứa cholesterol và có độ nhạy cảm với sự oxy hóa.
Glucid trong đậu nành có giá trị dinh dưỡng hạn chế và thường không được chú ý trong quá trình chế biến Nhóm glucid này chiếm khoảng 34% tổng thành phần, bao gồm hai loại: glucid hòa tan (chiếm 10%) và glucid không hòa tan như Cellulose, Hemicellulose, Pectin và Pentozan.
Phần hòa tan chủ yếu là các loại đường khử, trong đó Stachyose và Rafinose là nguyên nhân gây sôi bụng khi tiêu hóa
Hàm lượng carbohydrate trong hạt đậu nành
3.1.3.4.Các chất khác a)Khoáng chất
Chiếm khoảng 5%, trong đó có các chất đáng quan tâm như: Ca, P, Mn, Zn, Fe.
Thành phần tro tính theo phần trăm chất khô toàn hạt đậu nành
P2O5 CaO MgO K2O SO3 Na2O Cl Khác
Chiếm khoảng 1%, trong đó có các loại vitamin thiết yếu gồm A, E, K, B 1 ,
(so với trọng lượng hạt)
Thành phần vitamin trong đậu nành
Loại Hàm lượng Đơn vị
Các acid amin không thay thế bao gồm Acid Aspartic, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Cystein, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan, Valin, Histidin và Acid Glutamic Đặc biệt, đậu nành chứa hàm lượng Tryptophan và Lysin cao hơn so với các loại hạt ngũ cốc thông thường.
Chất ức chế Trysin: làm giảm khả năng tiêu hóa
Hemaglutinin: cản trở sự hoạt động của hồng cầu.
Goitrogens: làm phình tuyến giáp trạng.
Urease: phân giải Ure thành NH3, gây mùi khó chịu.
B ột m ì
Bột mì chứa bốn loại protein chính: albumine, prolamine, globuline và gluteline Trong đó, gluteline và prolamine chiếm khoảng 75% tổng lượng protein có trong bột mì.
Bột mì chủ yếu chứa glucid, chiếm tỷ lệ cao nhất và là thành phần chính cấu tạo nên lớp nội nhũ và vỏ hạt Bên cạnh đó, trong tinh bột của bột mì còn có một lượng nhỏ glucose.
(0,1÷0,37%) và các loại đường khác (1,0÷3,7%), các loại đường này đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men
Lipid được chia thành hai loại: no và không no Hai loại lipid này là nguyên nhân chính gây ra tình trạng bột mì bị ôi chua khi tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm cao.
Tiêu chuẩn chất lượng của bột mì (TCVN 4359)
STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu
1 Màu sắc Trắng hoặc trắng ngà
2 Mùi Không mốc, không có mùi lạ
3 Vị Không chua đắng, không có vị lạ
4 Tạp chất vô cơ Không có sạn
7 Độ mịn Không vón cục
9 Độ acid 0,75% (theo trọng lượng khô)
Chỉ tiêu vi sinh vật của bột mì
STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu
1 Tổng số vi khuẩn hiếu khí (khuẩn lạc/g) 10 6
Nấm mốc Aspergillus oryzae
Nấm mốc đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất nước tương lên men, vì chất lượng của nấm mốc sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng cũng như hiệu suất sử dụng nguyên liệu.
Chủng vi sinh vật trong sản xuất nước tương lên men là nấm mốc
Aspergillus oryzae , do nấm mốc này có màu vàng nên người ta còn gọi là mốc vàng
Aspergillus oryzae là một loại nấm vi thể thuộc bộ Plectascales lớp
Ascomycetes, hay còn gọi là nang khuẩn, có cơ thể sinh trưởng dạng hệ sợi với những sợi rất mảnh, đường kính từ 5 đến 7 μm Chúng phân nhánh nhiều và có vách ngang, chia sợi thành nhiều bào tế bào, thuộc loại nấm đa bào.
Cuống đính bào tử của Aspergillus oryzae, dài từ 1,0 đến 2,0 mm, có thể nhìn thấy bằng mắt thường và ở đầu cuống có một bọng phồng Từ bọng này, các tế bào nhỏ, thuôn dài hình thành, gọi là tế bào hình chai Đầu các tế bào hình chai này phân chia thành những bào tử dính vào nhau, được gọi là đính bào tử.
Aspergillus oryzae có màu vàng lục, chính là màu ta thường thấy ở mốc tương.
Nấm mốc Aspergillus oryzae là một loại nấm mốc chịu được nồng độ muối cao, nổi bật với khả năng sinh enzyme protease và hoạt tính cao, không chứa độc tố, cho phép sử dụng trong chế biến thực phẩm Trong sản xuất nước tương, việc nuôi cấy Aspergillus oryzae là cần thiết để thu được bào tử làm mốc giống và men thủy phân Các điều kiện nuôi cấy Aspergillus oryzae cần được đảm bảo để đạt hiệu quả tối ưu.
3.4.1.Độ ẩm của môi trường Độ ẩm của môi trường tốt nhất cho sự hình thành enzyme của nấm mốc là 55÷58% Độ ẩm môi trường thích hợp sự hình thành bào tử là khoảng 45% Cần giữ cho độẩm môi trưởng không bị giảm trong quá trình phát triển
3.4.2.Độ ẩm tương đối của không khí Độ ẩm tương đối của không khí từ 80% trở lên đến bão hòa đều thích hợp cho nấm mốc Trong phòng nuôi cần giữ cho độ ẩm không khí bão hòa để tránh cho môi trường khỏi khô
3.4.3.Ảnh hưởng của không khí
Aspergillus oryzae là một sinh vật hoàn toàn hiếu khí, phát triển tốt khi có đủ oxy Để nuôi trồng hiệu quả, môi trường cần phải xốp, không dày quá 2,5-3cm và phòng nuôi phải thông thoáng Thực nghiệm cho thấy, trong suốt chu kỳ phát triển, mỗi giờ cần khoảng 1,7m³ không khí để đáp ứng nhu cầu hô hấp của Aspergillus oryzae Loại nấm này vẫn có thể phát triển bình thường ngay cả khi nồng độ CO2 trong không khí đạt tới 8%.
3.4.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển và hình thành enzyme của Aspergillus oryzae là khoảng 28÷32 o C Cần giữ cho nhiệt độ môi trường không xuống dưới
3.4.5.Thời gian nuôi nấm mốc
Most Aspergillus oryzae strains exhibit peak amylase activity between 30 to 36 hours, followed by peak protease activity occurring from 36 to 42 hours Some strains demonstrate two peaks of enzyme activity, with amylase reaching its maximum at both 36 and 60 hours.
Thời gian nuôi mốc giống thường hết 60÷70 giờ
3.4.6.pH pH thích hợp cho Aspergillus oryzae là môi trường acid yếu 5,5÷6,5 Các môi trường tự nhiên từ cám, đậu, ngô thường có sẵn pH ở khoảng này nên không cần điều chỉnh Đôi khi khả năng sinh bào tử của nấm mốc bị yếu hoặc mất hẳn Để khôi phục khả năng này có thể nuôi nấm mốc trong ánh sáng khuếch tán trong một vài thế hệ
Aspergillus oyzaze Aspergillus oyzaze được nuôi cấy trong đĩa petri
Các loại enzyme chứa trong tế bào Aspergillus oyzaze
Loại enzyme Loại enzyme α – Amylase Pirophosphatase β – Amylase Phosphomonoesterase
Môi trường giữ giống nấm mốc trong ống nghiệm thạch nghiêng
Thành phần Hàm lượng (g) Đường 40
Nước sử dụng trong sản xuất nước tương cần đạt tiêu chuẩn về hóa học, hóa lý và vi sinh Độ cứng trung bình của nước nên nằm trong khoảng 8÷17 o, với 1 độ cứng tương đương 10mg CaO/lít nước hoặc 7,19mg MgO/lít nước Nếu độ cứng của nước quá cao, nó sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thủy phân protein.
Bảng Tiêu chuẩn chất lượng của nước
STT Tên chỉ tiêu Yêu cầu
2 Mùi vị Không có vị lạ
3 Hàm lượng khoáng và các chất hữu cơ
13 Vi sinh vật