Tìm hiểu quy trình sản xuất bột ngọt

I.TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu sản phẩm: 3 1.2. Nguyên liệu sản xuất 5 1.2.1 Tinh bột sắn 5 1.2.2 Rỉ đường mía 5 1.2.3 Các nguyên liệu khác 6 1.3. Chủng vi sinh vật 6 II. Công nghệ sản xuất 7 2.1 Sơ đồ quy trình 7 2.2 Thuyết minh quy trình 9 2.2.1. Công đoạn thuỷ phân tinh bột 9 2.2.2. Công đoạn lên men 10 2.2.3 Công đoạn trao đổi ion 11 2.2.4 Công đoạn trung hòa, tinh chế tạo glutamate natri 13 2.2.5 Sấy bột ngọt: 14 2.2.6 Sàng bột ngọt: 14 2.2.7 Bao gói: 14 III. Một số thiết bị sử dụng trong quy trình: 14 IV. Tiêu chuẩn sản phẩm 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: Nguyễn Thị Thu Sang Nhóm: 6 thứ 6 tiết 9-10

Đề tài tiểu luận

TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT

BỘT NGỌT

TP.Hồ Chí Minh - 2016

Mục lục

I.TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu sản phẩm:

Bột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi Natri glutamat tên tiếng anh là Monosodium Glutamate (viết tắt là MSG)

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

• Tên hóa học: Monosodium L – glutamat monohydrat, muối monohydra natri đơn của axit glutamic

• Công thức: C5H8NO4Na

• Trọng lượng phân tử: 187,13

• Là hợp chất muối natri của axit glutamic Axit glutamic (còn gọi là axit – aminoglutaric) là một trong hơn 20 loại axit amin để kiến tạo nên protein cơ thể và

là hợp chất phổ biến nhất trong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa 43-46% axit này Axit glutamic đóng vai rò rất quan trọng trong việc trao đổi chất của cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan

và cơ nâng cho khả năng hoạt động của cơ thể Axit glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độc với hệ thần kinh… Axit glutamic phản ứng với

amoniac cho aminoaxit mới là glutamin Trong y học, axit glutamic được dùng như thuốc chữa bệnh yếu cơ và choáng

 Sơ lược lịch sử phát triển của Bột ngọt

Cách đây hàng ngàn năm người nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ phát hiện

ra loại rong lá (có tên khoa học là Laminaria japonica) còn là một loại gia vị hảo hạn Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn có hương vị đậm đà (do acid glutamic) chưa được nhận diện Vào năm 1980, nhà bác học Rittenhausen người Đức đang tìm kiếm để xác định cơ cấu của các protein động vật, đặc biệt là acid amin kể cả acid glutamic

Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có mùi vị ngon

là Ikeda Ông đã khám phá ra thứ hoạt chất trích từ rong biển là monosodium glutamate, đây là một muối của acid glutamic Vào 21/4/1909 ông đã đăng ký paten số 9440 với nhan đề là " sản xuất chất liệu gây vị"

Năm 1909 ông kết hợp với nhà kinh doanh (là một dược sĩ), họ đã chọn từ "Aji nomoto" làm tên cho sản phẩm của mình "Aji" có nghĩa là nguồn gốc, "moto" có nghĩa là hương

vị Đến năm 1933 sản xuất bọt ngọt tại Nhật đạt 4,5 triệu kg hàng năm

 Phân loại

Bột ngọt tự nhiên

Bột ngọt có sẵn trong các thực phẩm tự nhiên như thịt, cá, sữa (kể cả sữa mẹ) và có trong nhiều loại rau quả như cà chua, đậu hà lan, bắp, cà rốt…Trong khoảng 100g cà chua hiện hữu 0,14g bột ngọt; 0,044g/100g thịt gà; 0,043g/100g tôm Cơ thể con người cân nặng từ 60g đến 70g, thì lượng prôtêin chiếm từ 14 đến 17% trong đó có khoảng 1/5 là bột ngọt Bột ngọt dạng tự nhiên tồn tại trong thực phẩm cũng như trong các tế bào dưới hai trạng thái: trạng thái độc lập không kết nối với các axít amin khác trong thành phần prôtein Khi trong trạng thái độc lập, bột ngọt mới có thể phát huy tác dụng tạo hương vị đậm đà cho món ăn

Bột ngọt sản xuất

• Mô tả: Bột kết tinh trắng không dính vào nhau, rời rạc, không mùi, tan dễ dàng trong nước, tan vừa phải trong cồn MSG vừa có vị ngọt hoặc hơi mặn pH của dung dịch mẫu có tỷ lệ 1/20 giữa 6,7 và 7,2

• Chức năng sử dụng trong thực phẩm: tăng vị Umami

• Monosodium Glutamate (bột ngọt) là một loại phụ gia thực phẩm có tác dụng điều

vị làm cho thực phẩm ngon và hấp dẫn hơn

• Bột ngọt hiện nay được làm từ nguyên liệu thiên nhiên như tinh bột sắn và mật mía đường bằng phương pháp lên men, một quá trình tương tự như sản xuất bia, giấm, nước tương

 Giá trị dinh dưỡng của bột ngọt

Bột ngọt không có kết cấu màu hoặc mùi vị đặc trưng nên được dùng trong nhiều món ăn

và làm tăng cường hương vị gốc một cách tự nhiên Khi pha vào món ăn, bột ngọt tan trong nước, ngấm vào thức ăn và làm cho thức ăn thêm đậm đà mà không thay đổi màu lẫn mùi vị Bột ngọt giúp gia tăng hương vị tự nhiên của thực phẩm chứa nhiều chất đạm như cá, thịt Nó còn kết hợp tốt với vị mặn và chua, nhưng không có tác dụng gì với vị ngọt và đắng

1.2 Nguyên liệu sản xuất

1.2.1 Tinh bột sắn

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến củ sắn Có hai loại sắn: sắn đắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua

- Sắn đắng có nhiều tinh bột hơn nhưng đồng thời cũng có nhiều axit xyanhydric (HCN), khoảng 200-300 mg/kg

- Sắn ngọt có ít axit xyanhydric, được dùng làm lương thực, thực phẩm Tinh bột sắn gồm các mạch amilopectin và amiloza, tỉ lệ amilopectin và amiloza là 4:1 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột nằm trong khoảng 60-800C

1.2.2 Rỉ đường mía

Rỉ đường mía là phần còn lại của dung dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh Số lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điều kiện trồng trọt, hoàn cảnh địa

lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước 20%

+ Nước trong rỉ đường gồm phần lớn ở trạng thái tự do và một số ít ở trạng thái liên kết dưới dạng hydrat

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

+ Chất phi đường gồm các chất hữu cơ và vô cơ: Các chất hữu cơ chứa nitơ của rỉ đường mía chủ yếu là các axit amin cùng với một lượng rất nhỏ protein và sản phẩm phân giải của nó Các axit amin từ nước mía dễ dàng đi vào rỉ đường vì phần lớn chúng rất dễ hòa tan trong nước trừ tiroxin và xistin Các chất phi đường không chứa nitơ bao gồm pectin, araban, galactan, hoặc các sản phẩm thủy phân của chúng là arabinoza, galactoza, chất nhầy, chất màu, chất thơm Các chất vô cơ: chủ yếu là các loại muối tìm thấy trong thành phần tro của rỉ đường Muối kali có nhiều trong rỉ đường tiếp đến là canxi và dư lượng SO2

1.2.3 Các nguyên liệu khác

-Axit HCl: Điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau, chủ yếu là phương pháp điện phân và phương pháp thô

-NaOH

-Na2CO3

- Na2S

-Than hoạt tính

- NaCl tinh chế

Có nhiều phương pháp sản xuất mì chính như:

 Phương pháp tổng hợp hóa học

 Phương pháp thủy phân protit

 Phương pháp kết hợp

 Phương pháp sinh tổng hợp (hay phương pháp lên men)

1.3 Chủng vi sinh vật

Giống vi sinh vật lên men được chọn phải có năng suất sản xuất cao, ổn định qua nhiều thế hệ, có khả năng chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt (pH, nhiệt độ, nồng

độ cơ chất, nồng độ sản phẩm,…)

Chủng vi sinh vật tham gia quá trình lên men sản xuất acid glutamic thường sử dụng là:

Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium lactofermentus, Micrococus glutamicus… Nhưng chủ yếu nhất là chủng Corynebacterium glutamicum.

Chủng Corynebacterium glutamicum

Ngày nay, đa số các chủng sản xuất acid glutamic đã được biến đổi truyền nhằm tăng năng suất sản xuất acid glutamic Khả năng tích luỹ acid glutamic trong môi trường của các chủng này cũng rất cao, đạt 150g/l môi trường

II Công nghệ sản xuất

2.1 Sơ đồ quy trình

Để sản xuất bột ngọt từ acid glutamic bằng phương pháp lên men, quy trình công nghệ sản xuất như sau:

Bổ sung dinh dưỡng

+

Nguyên liệu có tinh bột

Đường hoá

Nguyên liệu có sẵn đường Môi trường lên men

Để nguội 30-350C Lên men

Nhân giống

Lọc

Trao đổi ion

Dung dịch acid glutamic tinh sạch

+NaOH Dung dịch mì chính (glutamate

Tinh thể mì chính (Bột ngọt)

2.2 Thuyết minh quy trình

2.2.1 Công đoạn thuỷ phân tinh bột

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

Phản ứng xảy ra như sau :

nH2O (C6H10O5)n nC6H12O6

Có 3 phương pháp sau đây :

Phương pháp thủy phân bằng enzyme

- Người ta có thể dùng α-amilaza, β-amilaza của các hạt nảy mầm hay của nấm mốc để thủy phân tinh bột thành đường Phương pháp này có ưu điểm là không dùng đến hóa chất hay thiết bị chịu axit, chịu áp lực,… không độc hại cho người và thiết bị

- Nhược điểm :

Đường hóa không triệt để tinh bột, mà còn ở dạng trung gian như dextrin… làm cho vi khuẩn lên men mì chính không có khả năng sử dụng

Thời gian đường hóa tương đối dài

Lượng đường sau khi đường hóa thấp, do đó phải sử dụng thiết bị to, cồng kềnh

 Phương pháp thủy phân bằng H2SO4

- Ưu điểm : sau khi thủy phân việc trung hòa axit dư sau này không phải dùng

Na2CO3 hay NaOH mà dùng CaO rẻ tiền hơn, mặt khác sản phẩm của phản ứng trung hòa lại kết tủa làm cho dịch đường trong theo phản ứng:

CaO +H2SO4 =CaSO4 +H2O

- Nhược điểm: hiệu suất thủy phân bằng H2SO4 thấp hơn bằng HCl, trong thực tế hay dùng HCl

Phương pháp thủy phân bằng HCl

- Ưu điểm: cho hiệu suất nhanh, thời gian phản ứng ngắn hơn do cường lực xúc tác mạnh, khi trung hòa tạo ra một lượng NaCl trong dung dịch ảnh hưởng tới quá trình nuôi cấy vi khuẩn

- Nhược điểm: phải dùng thiết bị chịu axit ở nhiệt độ cao, áp suất cao

Sau khi thuỷ phân xong ta tiến hành tiếp các giai đoạn sau:

Trung hòa thủy phân xong dung dịch vào thiết bị trung hòa cho 30% vào để đạt pH=4.8 Cho than hoạt tính vào tẩy màu (khoảng 100kg tinh bột cho 0.45 kg than)

Than tẩy màu và giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màu trong sáng Ép lọc Tách các phần bã và các chất không hòa tan, được dịch đường glucoza 16-18%

2.2.2 Công đoạn lên men

Đây là khâu có tính quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất Trong công đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là: nuôi giống cấp I, giống cấp II và lên men lớn Ngoài

ra còn có những công đoạn phụ phục vụ cho quá trình lên men như: dây chuyền lọc khí,

xử lí urê, xử lí dầu khử bọt

Các khâu của quá trình lên men lần lượt được nghiên cứu như sau :

 Giống -chủng: phần giống chủng đã được tuyển chọn ở trên

Môi trường lên men:

Phần giống sau khi được tuyển chọn xong tiến hành nhân giống lần lượt từ ống nghiệm (môi trường nuôi cấy ban đầu) sang các môi trường nuôi cấy lớn hơn như bình lắc, nuôi ở thùng tôn, cuối cùng là cho vào nồi lên men chính

Người ta thường sử dụng các môi trường sau:

 Môi trường thạch nghiêng: pepton 1%; cao thịt 15 %; NaCl tinh chế 0.5%; thạch 2%

 Môi trường giống cấp I: đường glucoza tinh khiết 2.5%; rỉ đường 0,25%; nước chấm 0,32%; MgSO4.7H2O 0,04%; Fe,Mn (đã pha 2000g/l) 0,002%; ure 0,5% ; B1(đã pha 150g/l) 0,00015%

Môi trường nhân giống cấp II (VD ứng với thể tích thiết bị lên men 60 lít):đường glucoza 200g; MgSO4 24g; H3PO4 60g; KOH, pH=9; nước chấm 300ml; rỉ đường 600g; urê 480g; dầu lạc 60ml; B1 20ml

Quá trình nuôi giống được tiến hành theo các bước sau:

Giống gốc  cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1  cấy chuyền ống thạch nghiêng đời 2  lên men bình lắc (giống cấp 1)  nuôi ở thùng tôn (giống cấp 2)

 lên men chính (nồi lên men cấp)

 Trong quá trình nhân giống cấp 1: dùng que cấy cấy từ ống gốc sang ống môi trường thạch nghiêng rồi để vào tủ ấm trong 24h cho các khuẩn lạc phát triển, sau đó chọn tiếp những khuẩn lạc cấy sang môi trường thạch nghiên thứ hai, cuối cùng cho vào bình tam giác đã chứa sẵn môi trường tiến hành lên men trên máy lắc 12h ta được giống cấp 1

 Giống cấp 2: chuẩn bị môi trường và thiết bị như lên men chính, tiến hành thanh trùng môi trường ở 1200C trong 30 phút Nuôi giống ở nhiệt độ 320 C

áp suất 1kg/cm2 không thêm urê và dầu, lượng không khí cho vào khoảng

850-1100 l/h Khi đến giờ thứ 8 bắt đầu soi chọn giống nếu đạt thì cấy tiếp sang môi trường lên men chính (đo OD của dịch lên men, soi nồng độ vi khuẩn…) nếu chưa đạt thì kéo dài thêm thời gian 1-2h

 Khi giống đã chuẩn bị xong mà môi trường lên men chưa xong thì giữ nguyên giống trong nồi, tắt cánh khuấy, giữ nguyên áp lực, cho nước đông lạnh qua vỏ ngoài thiết bị để nhiệt độ hạ xuống gần bằng 1000C, không được để giống quá 3h vì giống sẽ già và hiệu suất tạo L-AG thấp

Các nguồn chất chính để nuôi đảm bảo yêu cầu trên:

 Hợp chất cacbon: đường glucoza

 Đạm vô cơ: urê

Các muối khoáng cần thiết

Các chất phát triển

2.2.3 Công đoạn trao đổi ion

Mục đích của công đoạn này là tách lấy acid glutamic ra khỏi dung dịch lên men Người

ta sử dụng hạt nhựa polyetylen sunfuric (hay resin) sau khi đã được cation hóa (hay tái sinh) có khả năng giữ lại trên bề mặt nó anion (ở đây là acid glutamic) Sau đó dùng NaOH để tách acid glutamic ra khỏi hạt nhựa

Quá trình hấp thụ:

R-SO3H+ + NH3ROO- R’SO3NH3RCOOH

Quá trình tách:

R’SO3NH3RCOOH + NaOH R’SO3Na + NH2RCOOH + H2O

 Pha chế dịch lên men:

Dịch lên men có hàm lượng acid glutamic khoảng 40 g/l nên mật độ phân tử tương đối dày đặc nếu cứ để như vậy thì dòng chảy qua khối hạt nhựa, xác xuất tiếp xúc của acid glutamic với hạt nhựa sẽ ít hơn, số đi theo dòng chảy sẽ lớn hơn, gây ra tổn thất lớn Vì thế trước khi trao đổi người ta pha loãng dịch men bằng dịch thải trước hay bằng nước lạnh theo tỉ lệ để dịch men sau pha có nồng độ 18-20 g/l Mặt khác khi kết thúc quá trình lên men thường có pH=6-7, acid glutamic phần lớn ở dưới dạng không phân cực Nên người ta dùng HCl điều chỉnh pH dịch men xuống 5-5,5 để hạt nhựa có thể hấp thụ tốt acid glutamic

 Xử lý hạt nhựa: hạt nhựa resin sau một mẻ trao đổi không còn khả năng hấp thụ nữa, muốn tiếp tục trao đổi phải qua khâu xử lý tái sinh

- Tái sinh: Dùng acid thu hồi cho chảy ngược 15-20 phút sau đó mới cho acid mới pha vào, đến khi dịch đi ra có pH = 2-2,5 thì ngừng cho acid HCl

- Rửa tái sinh: Mở van đáy thu hồi acid để dùng cho tái sinh lần sau, sau đó dùng nước lạnh rửa xuôi cho tới khi pH=3 thì ngừng cho nước và có thể tiến hành trao đổi ion

 Trao đổi ion: Sau khi hạt nhựa đã được tái sinh, rửa tái sinh và dùng chân không đóng mở ngắt quãng làm cho hạt nhựa được tơi, xốp để cho ổn định rồi cho dịch men và trao đổi ngược, lưu tốc khống chế trong khoảng 80 phút trao đổi hết là vừa

- Rửa trao đổi: Sau khi trao đổi hết để cho resin lắng xuống tự nhiên, bỏ lớp dịch bẩn trên bề mặt, đảo trộn hạt nhựa, cho nước sạch vào rửa ngược đến khi sạch

Hạt nhựa resin

- Giữ nhiệt: Sau khi rửa sạch, ngừng cho nước lạnh và bắt đầu cho nước nóng vào để gia nhiệt hạt nhựa Nước thải ra gọi là dịch rò có chứa một lượng ít acid glutamic nên được thu hồi lại làm nước pha dịch men ở mẻ sau

 Tách acid glutamic: khi dung dịch đạt 45% thì ngừng cho nước nóng và bắt đầu cho NaOH 5% vào để tách acid glutamic, lúc này dịch thải ra được thu hồi để pha

mẻ sau đồng thời liên tục kiểm tra độ pH và Baumé, khi độ Baumé đạt 00 thì lập tức thu hồi acid glutamic

 Acid hóa acid glutamic: Toàn bộ acid glutamic được thu hồi đưa về thùng kết tinh, cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa acid glutamic kết tinh quá sớm tinh thể nhỏ, hiệu suất thấp Cho HCl 31% vào tạo điểm đẳng điện pH=2,9-3,2

2.2.4 Công đoạn trung hòa, tinh chế tạo glutamate natri

 Làm lạnh kết tinh: Cho nước lạnh vào thùng để giảm dần nhiệt độ, cánh khuấy vẫn hoạt động làm cho acid glutamic kết tinh to và tơi xốp Tám giờ sau thì ngừng khuấy, nhiệt độ hạ từ từ đến nhiệt độ không khí Sau 48 giờ thì quá trình làm lạnh kết tinh kết thúc Acid glutamic chia làm 2 pha rõ rệt:

- Pha rắn: acid glutamic đã kết tinh lắng xuống dưới

- Pha lỏng: gồm nước và acid glutamic không kết tinh hòa tan vào, ta gọi là nước cái Phần nước cái đưa đi trao đổi lại, phần kết tinh đưa đi ly tâm ta được acid glutamic ẩm

 Trung hòa:

Mục đích: chuyển acid glutamic thành glutamate natri Đồng thời còn có các phản ứng khử sắt và tẩy màu

C5H9NO4 + Na2CO3  C5H8NO4Na + CO2 + H2O

- Trung hòa 1: Cho ít nước vào thùng trung hòa, gia nhiệt đến 700C, cho cánh khuấy hoạt động rồi từ từ vừa cho acid glutamic vừa cho Na2CO3 cho đến

pH = 5-5,5 Cho than hoạt tính vào để tẩy màu Sau đó cho Na2S vào để khử sắt (Na2S được pha loãng đến 13-150Be)

- Trung hòa 2: Mục đích là tẩy màu dịch ép được sau trung hòa 1 Sau khi ép lọc lần 1, dịch được bơm lên thùng trung hòa 2, ở đây dịch được gia nhiệt cho nóng lên 50-600C rồi cho than hoạt tính vào khuấy đều Đồng thời cũng kiểm tra lượng Na2S nếu còn Fe2+ thì tiếp tục cho Na2S vào khử cho hết, lọc màu thấy trắng, trong suốt thì tiến hành ép lọc lần 2 ta được dung dịch glutamate natri đem đi cô đặc

 Cô đặc kết tinh

- Cô đặc

- Tiếp mầm tinh thể

- Nuôi mầm

- Ly tâm