Bột ngọt có tên khoa học là Monosodium Glutamate (viết tắt là MSG), là muối natri của acid glutamic, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, được sử dụng thường xuyên trong các món ăn hàng ngày của người Nhật và các nước phương Đông trong đó có Việt Nam.
GIỚI THIỆU
Lịch sử bột ngọt
Người Nhật đã sử dụng rong biển, đặc biệt là rong lá (Laminaria japonica), làm thực phẩm trong hàng ngàn năm Đây là một loại gia vị tuyệt vời, mặc dù trước đây, hoạt chất tạo nên hương vị đặc trưng của rong biển này vẫn chưa được xác định.
Năm 1909, nhà khoa học Kikunae Ikeda từ Nhật Bản đã phát hiện monosodium glutamate, một muối của acid glutamic, trong cặn nâu từ dung dịch canh tảo biển, chất này chính là yếu tố tạo nên vị ngon đặc trưng của món ăn Ngày 21 tháng 4 năm 1909, ông đã đăng ký bằng sáng chế số 9440 với tiêu đề “sản xuất chất liệu gây vị”.
Bột ngọt, hay còn gọi là Monosodium Glutamate (MSG), là muối natri của acid glutamic, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm Đây là một chất điều vị quan trọng, thường xuất hiện trong các món ăn hàng ngày của người Nhật và nhiều quốc gia phương Đông, bao gồm cả Việt Nam.
Công thức của bột ngọt:
Hình 1.2 Công thức cấu tạo monosodium glutamate
Vai trò của acid glutamic
Acid glutamic là một amino acid rất cần thiết cho quá trình tổng hợp chất đạm (protein) của cơ thể, xây dựng cấu tạo tế bào.
Các amino acid như alanine, cysteine và proline đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa amin, giúp cơ thể tiêu hóa và loại bỏ nhóm amin một cách hiệu quả.
Acid glutamic được sử dụng trong y học để điều trị các tình trạng như suy nhược thần kinh nặng, mệt mỏi trí nhớ, ngộ độc NH3 trong cơ thể và một số bệnh lý về tim mạch.
N-acetylglutamate, một hợp chất của acid glutamic, là chất hoạt động bề mặt có khả năng phân giải bởi vi sinh vật, được ứng dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và sản xuất xà phòng Ngoài ra, acetylglutamate còn được sử dụng hiệu quả trong việc xử lý nước biển bị ô nhiễm bởi dầu hỏa và dầu thực vật.
Acid glutamic là một amino acid phổ biến có mặt trong nhiều thực phẩm tự nhiên, bao gồm thịt, cá, trứng, sữa (bao gồm cả sữa mẹ) và các loại rau củ như cà chua, bí đỏ, đậu Hà Lan.
Vai trò của bột ngọt
Bột ngọt có thật sự an toàn ?
Hình 1.3: Bột ngọt có an toàn?
Mononatri glutamate (tên Tiếng Anh: Monosodium glutamate – MSG –
Bột ngọt, hay còn gọi là mì chính, có công thức hóa học là C5H8NO4Na, là muối Natri của acid glutamic, một trong những amino acid không thiết yếu phổ biến nhất trong tự nhiên.
- Tinh thể rắn không màu, không mùi, có vị muối nhạt
- Độ tan trong nước 74 g/ml
Bột ngọt là gia vị an toàn
Bột ngọt là một chất điều vị phổ biến trong chế biến thực phẩm, giúp tăng hương vị cho các món ăn Nó không chỉ làm gia tăng sự hấp dẫn của món ăn mà còn hỗ trợ cải thiện khả năng lao động trí óc và thể chất.
Các nghiên cứu gần đây chỉ rõ bột ngọt đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa chất dinh dưỡng trong cơ thể con người.
Tại Mỹ, bột ngọt được coi là một thành phần thực phẩm phổ biến, tương tự như muối, bột nổi và tiêu Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) đã xác nhận rằng bột ngọt là an toàn cho sức khỏe, cho phép sử dụng trong các món ăn hàng ngày mà không gây nguy hiểm.
Bột ngọt được chính phủ nhiều quốc gia trên thế giới, bao gồm châu Âu, Nhật Bản, cũng như các nước châu Á, châu Mỹ và châu Phi, cho phép sử dụng.
Vào năm 1987, Hội đồng chuyên gia phụ gia thực phẩm của FAO và WHO đã công nhận bột ngọt là an toàn cho sức khỏe Hội đồng này cũng cho rằng không cần thiết phải quy định một lượng bột ngọt cụ thể mà người tiêu dùng nên sử dụng hàng ngày.
Bột ngọt đã trở thành gia vị phổ biến trong hầu hết các gia đình tại Việt Nam và được Bộ Y tế công nhận là phụ gia thực phẩm hợp pháp.
Từ năm 1909 đến nay, bột ngọt được sản xuất thương mại trên toàn thế giới.
Một số sản phẩm từ bột ngọt:
Hạt nêm xương hầm rau củ:
Hình 1.4: Hạt nêm nấm hương rau củ - Bột chiên gà giòn - Bột chiên giòn đa dụng
Các sản phẩm tinh bột
Hình 1.5 Sản phẩm tinh bột
Sản phẩm CMS ( Condensed Molassess Fermentation Solubes)
Hình 1.6: Sản phẩm phân bón Vedargo - Venatto
Sản phẩm hóa học đặc biệt
Hình 1.7: Sản phẩm Xút - Acid
Sản phẩm hàng tiêu dùng
Hình 1.8 Sản phẩm đậu tằm rang muối - đậu phộng rang muối - đậu phộng da cá vị cà phê
Hình 1.9 Sản phẩm hạt hướng dương vị dừa - hạt hướng dương ngũ vị hương
CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT
Nguyên liệu
Rỉ đường, hay còn gọi là mật rỉ đường, là chất lỏng đặc sánh còn lại sau quá trình tách đường kính bằng phương pháp cô đặc và kết tinh Đây là sản phẩm phụ quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến đường từ mía, nho và củ cải Chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống cây trồng, điều kiện canh tác, địa lý, trình độ chế biến của nhà máy và độ chín của nguyên liệu mía hoặc củ cải.
- Thành phần chính của rỉ đường: đường 62%, các chất phi đường 10% và nước 20%
- Đường trong mật rỉ đường bao gồm: 25-40% saccharose, 15-25% đường khử (glucose và fructose), 3-5% đường không lên men được.
Các chất phi đường bao gồm chất hữu cơ và vô cơ Chất hữu cơ chủ yếu là amino acid, cung cấp một lượng nhỏ protein và các sản phẩm phân giải của chúng Trong khi đó, chất vô cơ bao gồm các loại muối được tìm thấy trong tự nhiên.
7 thành phần tro của rỉ đường (độ tro của đường mía thấp hơn độ tro đường củ cải).
- Rỉ đường chứa nhiều nguyên tố khác nhứ Fe, Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo
- Giàu các chất sinh trưởng như a.patotenic, nicotinic, folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin.
Nhà máy sản xuất tại Việt Nam sử dụng sản phẩm mật rỉ đường này là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bột ngọt
2.1.2 Tinh bột sắn (tinh bột khoai mì)
Tinh bột khoai mì là bột trắng mịn được chiết xuất từ khoai mì qua các bước phơi, sấy và nghiền Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghệ thực phẩm cũng như các lĩnh vực khác Với giá thành rẻ và dễ dàng tìm kiếm, tinh bột khoai mì mang lại lợi nhuận cao khi được sử dụng để chế biến các sản phẩm bột ngọt.
Thành phần của sắn phụ thuộc vào trình độ và kỹ thuận chế biến sắn:
Khi chế biến bột sắn, tinh bột cần được vi sinh vật thủy phân thành đường, sau đó các chủng vi sinh sẽ lên men đường để sản xuất acid glutamic Cuối cùng, acid glutamic sẽ được phản ứng với Natri hydroxide để tạo ra bột ngọt.
Tuyển chọn giống vi sinh vật
Quá trình chọn giống là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm trong quá trình lên men Sự thành công của sản phẩm không chỉ dựa vào mong muốn của nhà sản xuất mà còn phải đảm bảo các quy chuẩn khắt khe về thành phần, độ tinh sạch và giá trị cảm quan.
Gần đây, các nhà khoa học đã phát triển các giống vi sinh vật đột biến thông qua phương pháp hóa học và sinh học, nhằm tạo ra các chủng mới với nhiều đặc tính quý Những chủng này có khả năng sản xuất L-acid glutamic trong môi trường giàu biotin mà không cần bổ sung chất kháng biotin, cho hiệu suất lên men L-acid glutamic cao, đồng thời có khả năng chống chịu tốt trong môi trường khắc nghiệt, dễ dàng ứng dụng trong ngành công nghiệp.
Tính năng kháng kháng sinh trong môi trường lên men rất quan trọng cho việc chọn giống, giúp tiết kiệm công sức và chi phí trong việc thanh trùng và ức chế vi sinh vật khác Ví dụ, các thể đột biến Brevibacterium và Corynebacterium có khả năng kháng kháng sinh, sinh trưởng tốt trong môi trường áp suất thẩm thấu cao và sản xuất L-acid glutamic đạt tiêu chuẩn.
Một khả năng nữa là chống chịu các Phage Vi khuẩn nào bền với thực khuẩn thể sẽ được ưu tiên sử dụng.
Trong lên men sản xuất người ta thường hay sử dụng các giống vi khuẩn có không có khả năng tạo bào tử như: Micrococcus glutamicum,
Corynebacterium Glutamicum, Corynebacterium VN 3969 và Brevibacterium Divaricatum, Microbacterium Những giống này có khả năng tạo 30-50g/L acid glutamic từ 100g glucose
Những giống vi khuẩn này thuộc loại gram dương, không sinh bào tử và không có khả năng di chuyển Chúng có hình dạng tế bào là hình que hoặc hình cầu, với khả năng oxy hóa acid glutamic và α-ketoglutarat rất thấp Vi khuẩn này phát triển tốt trong môi trường có biotin và có hoạt tính glucose hydrogenase cao.
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NGỌT BẲNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN
Quy trình sản xuất bột ngọt bằng Phương pháp lên men từ nguyên liệu mật rỉ mía đường
Sơ đồ 3.1 Quy trình sản xuất bột ngọt thực tế tại Công ty Vedan
Thuyết minh quy trình sản xuất
Quy trình sản xuất bột ngọt gồm 4 công đoạn chính:
Sơ đồ 3.2: Bốn bước chính để sản xuất bột ngọt
3.2.1 Lên men nguyên liệu mật rỉ Đây là khâu quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất Ngoài ra còn có những công đoạn phụ phục vụ cho quá trình lên men như: dây chuyền lọc khí, xử lý urê, xử lý dầu khử bọt a Chuẩn bị môi trường lên men
Môi trường lên men được chuẩn bị từ nguyên liệu như đường glucosse, saccharose hoặc tinh bột đã được thủy phân và thanh trùng kỹ lưỡng Nồng độ đường trong dung dịch lên men dao động từ 8-25%, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lên men acid glutamic phát triển.
Dịch mật rỉ là nguồn thức ăn chủ yếu cho vi khuẩn lên men, cung cấp đầy đủ biotin cần thiết cho quá trình này Để vi khuẩn phát triển và tăng sinh khối hiệu quả, cần bổ sung thêm NH3, H3PO4, O2 và các chất dinh dưỡng khác.
Lên men nguyên liệu mật rỉ
Ly tâm thu hồi bột ngọt b Chuẩn bị giống lên men
Giống vi khuẩn thuần khiết được thu thập từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền và nhân sinh khối trong môi trường lỏng Quá trình nhân giống diễn ra qua hai giai đoạn trong khoảng thời gian 33 giờ.
Khi môi trường lên men chưa sẵn sàng, cần giữ giống trong nồi với cánh khuấy tắt và áp lực không thay đổi Để hạ nhiệt độ xuống gần 10°C, cho nước đông lạnh qua vỏ thiết bị Lưu ý không để giống quá 3 giờ để tránh tình trạng giống già, ảnh hưởng đến hiệu suất tạo Acid Glutamic (AG).
Các nguồn chất chính để nuôi đảm bảo yêu cầu trên:
- Hợp chất cacbon: đường glucose
- Các muối khoáng cần thiết
- Các chất phát triển c Cấy vi khuẩn vào môi trường lên men
Chủng vi khuẩn thuần đã được nhân giống và được cấy vào môi trường mật rỉ đã có đầy đủ dưỡng chất thiết yếu cho vi khuẩn hoạt động
Kiểm soát pH môi trường ở 6.7-7.5, nhiệt độ trong khoảng 37- 41 O C. Thời gian lên men thường là 32 giờ
Trong quá trình lên men, pH sẽ giảm dần do sự hình thành acid glutamic Để duy trì độ pH ổn định cho vi khuẩn hoạt động hiệu quả, người ta thường bổ sung thêm nguồn dinh dưỡng amoni (NH3, H3PO4) vào môi trường.
Trong quá trình lên men, cần tránh điều kiện yếm khí để không tạo ra acid lactic Do đó, việc bổ sung O2 liên tục là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
17 d Cơ chế quá trình lên men
Quá trình lên men acid glutamic diễn ra phức tạp, trong đó vi khuẩn sử dụng đường với sự hỗ trợ của enzyme để chuyển hóa qua nhiều phản ứng khác nhau, cuối cùng tạo ra acid glutamic cùng với một số sản phẩm phụ Quá trình này được chia thành ba giai đoạn chính.
Trong giai đoạn đầu từ 8-12 giờ, vi khuẩn chủ yếu tập trung vào việc tăng sinh khối, với đường hao hụt chậm và acid glutamic chưa tích lũy hoặc chỉ tích lũy rất ít pH trong môi trường tăng dần, trong khi các chất như đường, đạm vô cơ và hữu cơ, khoáng chất, vitamin, cùng các chất sinh trưởng hỗ trợ sự phát triển của tế bào vi khuẩn Quá trình này tiếp tục cho đến khi vi khuẩn đạt kích thước cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia, lặp lại cho đến khi đạt giá trị cực đại.
Giai đoạn hai diễn ra từ giờ thứ 12 đến giờ thứ 24, trong đó đường hao nhanh, acid glutamic được tạo ra mạnh mẽ, pH giảm nhanh chóng và nhiệt độ cùng bọt tăng cao Số lượng tế bào trong giai đoạn này không tăng hoặc chỉ tăng rất ít Quá trình chính bao gồm đường và đạm vô cơ thẩm thấu qua màng tế bào, cùng với các phản ứng enzym để tạo ra acid glutamic Lượng acid glutamic hòa tan vào môi trường làm giảm pH, trong khi CO2 thoát ra nhiều hơn và bọt tăng lên Nhiệt độ tăng nhanh, lượng đường giảm từ 8.9% xuống 2.3%, và acid glutamic tăng từ 0 lên 30-40 g/lít.
Giai đoạn ba của quá trình lên men diễn ra trong những giờ cuối cùng, khi tất cả các biểu hiện giảm dần cho đến khi hàm lượng đường dưới 1%, đánh dấu sự kết thúc của quá trình Nhiệt độ cần duy trì từ 30-32°C và áp suất ở mức 1kg/cm² Lượng không khí cung cấp là 30-40 m³/giờ/m³ môi trường, trong khi tốc độ quay của cánh khuấy đạt từ 180-300 vòng/phút Khi pH giảm xuống còn 7, cần bổ sung ure để tăng pH lên 8 Nếu xuất hiện nhiều bọt, nên sử dụng dầu phá bọt để kiểm soát tình hình.
Thời gian lên men kéo dài từ 28 đến 32 giờ, tạo ra sản phẩm cuối cùng là dịch màu nâu đen Dịch này có hàm lượng đường còn lại dưới 1%, acid glutamic đạt 17% và pH khoảng 7, được gọi là dịch BO (dịch sau lên men).
Sơ đồ 3.3: Thiết bị lên men
Thiết bị này được sử dụng phổ biến để tiệt trùng trong các quá trình lên men vi sinh vật, nhằm tạo ra các sản phẩm có hoạt tính sinh học.
Thiết bị lên men được thiết kế với một xilanh đứng bằng kim loại, có nắp và đáy hình nón, với tỷ lệ chiều cao và đường kính là 2.6:1 Trên nắp có bộ dẫn động cho cơ cấu chuyển đảo và khử bọt bằng cơ học Nó còn bao gồm ống nối để nạp môi trường dinh dưỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, cũng như các cửa quan sát, cửa để đưa vòi rửa, van bảo hiểm và các khớp nối để cắm các dụng cụ kiểm tra.
Sau quá trình lên men, hàm lượng dịch BO (Dịch sau lên men) đạt 17%, với nồng độ axit glutamic tương đối thấp và pH khoảng 7 Bên cạnh đó, vẫn còn một lượng axit amin và các thành phần môi trường chưa được lên men hoàn toàn Vì vậy, cần tiến hành cô đặc chân không đến mức bão hòa.
19 hòa dịch BO (Dịch sau lên men) lên 30% Glutamic acid, pH khoảng 5.5-6 đạt điều kiện cho quá trình kết tinh
Sơ đồ 3.4: Thiết bị cô đặc b Kết tinh Glutamic acid
