GIỚI 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 và đạm amin là hai yếu tố quan trọng nhất Tỷ lệ đạm amin/đạm toàn phần cho biết mức độ thủy phân protein, với tỷ lệ cao từ 50÷60% trong nước tương lên men được coi là tốt Hàm lượng đạm amin cao cũng nâng cao giá trị mùi vị của nước tương.
Nước tương là loại gia vị phổ biến trong bữa ăn hằng ngày
Thành phần 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 tác động lên tinh bột, cùng với một lượng chất béo, vitamin, muối ăn và các nguyên tố vi lượng Khi sản xuất và bảo quản đúng quy trình kỹ thuật, nước chấm sẽ có màu sắc đẹp, hương vị thơm ngon và vị ngọt đặc trưng của 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, góp phần tạo nên vị ngọt đặc trưng của đạm Phương pháp lên men sản xuất nước tương giúp 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 nhưng lại làm giảm một số acid amin như Tryptophan, Lysin, Cystein và Arginin do quá trình phân hủy Nếu thủy phân bằng acid quá mức, một số acid amin có thể bị phân hủy thành các chất có mùi khó chịu 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 hữu cơ
Các acid hữu cơ trong nước tương có mối quan hệ chặt chẽ, tạo nên hương vị đặc trưng cho sản phẩm Acid lactic chiếm tỷ lệ cao nhất, khoảng 1,6%, và tương tác với nước tương để tạo thành 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 những acid này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo vị cho nước tương.
Chất màu
Màu sắc của nước tương chủ yếu được hình thành từ sự kết hợp giữa đường và acid amin Quá trình lên men của nước tương diễn ra dần dần, bắt đầu từ màu vàng, chuyển sang nâu nhạt và cuối cùng đạt đến màu nâu đậm.
Màu sắc của nước tương được hình thành bởi nồng độ đường, acid amin và nhiệt độ Việc tăng cường phản ứng giữa acid amin và đường có thể tạo ra Melanoid, một 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 hiện tượng này, nên chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp và tránh nâng cao nhiệt độ.
Chất mùi
Mùi của nước tương được hình thành từ sự kết hợp của nhiều hợp chất khác nhau, bao gồm acid hữu cơ, rượu, aldehyde và các thành phần hương thơm như lưu huỳnh và phenol Các hợp chất cụ thể như acetaldehyde, propandehyde, butaldehyde, valeraldehyde, và alkyl mecaptan, cùng với rượu ethylic và nhiều loại acid như acid acetic, acid petanoic, acid propinoic, acid benzoic, và benzaldehyde, tạo nên hương thơm đặc trưng của ngũ cốc rang trong nước tương.
KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất nước tương
Công nghệ sản xuất nước tương dựa trên quá trình thủy phân protein, trong đó liên kết peptid, một loại liên kết mạnh, cần được phân giải dưới sự tác động của xúc tác.
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 chưa hoàn toàn thường có vị đắng, do chứa các peptid với amino acid kị nước Hiệu suất thủy phân thấp, chỉ đạt khoảng 4÷40%, có thể dẫn đến vị đắng Tuy nhiên, vị đắng này 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 thủy phân protein động vật và thực vật sử dụng acid mạnh như HCl hoặc H2SO4, hoặc kiềm mạnh như NaOH làm tác nhân xúc tác để chuyển đổi protein thành các acid amin Sau khi thủy phân, dung dịch cần được trung hòa bằng kiềm hoặc acid tùy thuộc vào loại tác nhân đã sử dụng, nhằm đưa pH về khoảng 6,5 đến 7 Cuối cùng, NaCl được bổ sung cho đến khi nồng độ nước tương đạt từ 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 chủ yếu chứa 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 ưu điểm này, nước chấm cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Thiết bị này có thiết kế đơn giản và dễ dàng chế tạo, với chi phí thấp, rất phù hợp với điều kiện sản xuất tại địa phương Đầu tư ban đầu không lớn và không yêu cầu thiết bị phải chịu nhiệt, kiềm, áp suất hay 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 pHopt của enzyme
+ Nhiệt độ liên quan đến hoạt lực của enzyme
Nếu enzyme có thời gian tác dụng nhanh, cần nhanh chóng vô hiệu hóa enzyme 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 phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương
Phản ứng thủy phân là quá trình phân giải các chất có sự tham gia của nước, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Thông qua phản ứng này, nhiều sản phẩm mới như glucose, mạch nha, tương và chao được sản xuất từ protid của động vật và thực vật, giúp cải thiện hương vị và khả năng tiêu hóa của thực phẩm 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 của thực phẩm trong quá trình bảo quản, như thịt, cá, trứng và dầu mỡ.
Phản ứng thủy phân là bước khởi đầu cho nhiều phản ứng tiếp theo, dẫn đến sự phân giải sâu hơn của các hợp chất Chẳng hạn, protid sau khi thủy phân thành acid amin sẽ trải qua các quá trình như decarboxyl hóa và dezamin hóa, tạo ra những sản phẩm có hại về mặt cảm quan và dinh dưỡng Tương tự, polysaccharide thủy phân thành monosaccharide, sau đó sẽ bị oxy hóa để tạo ra sản phẩm trung gian, cuối cùng chuyển hóa thành CO2 và H2O Đối với lipid, thủy phân tạo ra acid béo và glycerin, sau đó acid béo tiếp tục oxy hóa, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm có mùi vị khó chịu, được gọi là sự ôi 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 nhất 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 mà chúng tác động, bao gồm Esterase, Glucosidase, Peptidase và Amidase Mỗi nhóm tương ứng với một loại phản ứng hóa học đặc trưng.
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 kỳ diệu nhờ vào bốn dạng cấu trúc đặc biệt, điều này không thấy ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào khác Trong số bốn dạng cấu trúc của protein, bao gồm cấu trúc bậc 1, bậc 2, bậc 3 và bậc 4, cấu trúc bậc 1 được coi 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 khi nhóm α-cacboxyl của một acid amin kết hợp với nhóm α-amin của một acid amin khác, đồng thời loại bỏ một phân tử nước.
Liên kết peptid hình thành từ các electron δ của liên kết đơn và một 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 sự cộng hưởng, theo quy tắc rằng 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 của nguyên tử dị mạch 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 mang điện tích dương, nó sẽ giữ lại một phần của hai electron từ cặp không chia, thay vì giữ nguyên cả hai electron.
Do sự khác biệt về độ âm điện giữa nguyên tử cacbon và oxy trong liên kết C=O, nguyên tử cacbon mang điện tích tổng dương Vì vậy, các nguyên tử cacbon và nitơ sẽ 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:
Hai nguyên tử carbon (C) và nitơ (N) trong liên kết này đều mang điện tích dương, dẫn đến việc chúng được gọi là liên kết nhị dương Liên kết nhị dương hình thành do sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử Mức độ khuyết electron này có thể gia tăng khi tổng điện tích dương của cả hai nguyên tử tăng lên, hoặc khi chỉ có một trong hai nguyên tử tăng điện tích.
Trong một phân tử có nhiều liên kết giống nhau, liên kết nhị dương hơn sẽ bị 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 được minh họa trong sơ đồ dưới đây.
Khi tiếp xúc với enzyme, các tâm hoạt động của enzyme thể hiện ái lực khác nhau với hai nguyên tử, dẫn đến hiện tượng “kéo – đẩy” Sự tương tác này làm cho liên kết giữa các nguyên tử bị giãn ra và cuối cùng dẫn đến việc đứt hẳn liên kết đó.
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 đến 4,9, 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 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 với phân tử lượng trung bình Enzyme peptidase, hay còn gọi là exopeptidase, cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Enzyme này là một nhóm enzyme đa thành phần, có khả năng phân cắt polypeptid thành dipeptid và sau đó thành acid amin Trong quá trình xúc tác thủy phân các mạch polypeptide, enzyme này tuần tự phá vỡ các liên kết peptid gần nhóm amin (–NH2) hoặc gần nhóm cacboxyl (–COOH), trong đó trọng lượng phân tử của cơ chất không phải là yếu tố quan trọng.
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 Ngoài ra, chúng cần hydro từ nước và các hợp chất hữu cơ, cùng với oxy có trong thành phần cấu trúc cơ bản của môi trường và dưới 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 duy trì 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 sản xuất enzyme amylase Đặc biệt, trong điều kiện không vô trùng tuyệt đối, độ ẩm sau khi cấy giống 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 khô hạn của môi trường, vì khi khô, hoạt lực của enzyme sẽ giảm đáng kể Do đó, việc giữ ẩm ở mức tối ưu là cần thiết cho sự phát triển của nấm sợi.
Trong suốt quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, việc thông khí là rất cần thiết để duy trì môi trường sống Vi sinh vật tiêu thụ khoảng 25÷35% chất dinh dưỡng và thải ra nhiệt sinh lý cùng CO2, do đó cần thông gió bằng không khí vô trùng để loại bỏ nhiệt này 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 tầng khay Ở giai đoạn sinh trưởng thứ nhất, cần thông khí 4÷5 lần thể tích không khí trên một thể tích phòng mỗi giờ; ở giai đoạn thứ hai, yêu cầu tăng lên 30÷60 thể tích không khí; và ở giai đoạn thứ ba, giảm xuống còn 10÷12 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 đính 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 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 hô hấp mạnh mẽ, tạo ra nhiệt sinh lý lớn, khiến nhiệt độ trong lớp sợi nấm tăng lên đến 37-40°C, thậm chí có thể đạt 47°C Do đó, cần hạ nhiệt độ phòng nuôi để sợi nấm phát triển đều và đẹp Tại các nhà máy, không khí vô trùng với nhiệt độ 28-29°C và độ ẩm cao được thổi vào phòng nuôi để đảm bảo điều kiện tốt nhất cho sự phát triển của nấm.
Thời kỳ tạo enzyme amylase mạnh mẽ kéo dài từ 10 đến 20 giờ, trong đó quá trình trao đổi chất giảm dần và sự tỏa nhiệt giảm mạnh Trong giai đoạn này, enzyme amylase được tổng hợp với hiệu suất cao Theo Rodxevits (Pozerur, 1967), trong 24 giờ đầu của giai đoạn sinh trưởng thứ nhất và thứ hai, nấm mốc Aspergillus oryzae chỉ sản xuất 7,5 đến 8% enzyme, nhưng sau 12 giờ, hoạt lực của α-amylase tăng 9 đến 12 lần, hoạt lực đường hóa tăng gấp đôi và hoạt lực của oligo-1,6-glucosidase tăng lên 10 lần Để tối ưu hóa sự phát triển của đa số vi sinh vật trong giai đoạn này, nên hạ nhiệt độ xuống 3 đến 4 độ C so với giai đoạn đầu, với nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng của nấm mốc trên môi trường rắn là 28 đến 30 độ C.
Thời gian nuôi vi sinh vật để đạt lượng enzyme cao thường được xác định qua thực nghiệm, tùy thuộc vào tính chất sinh lý của chủng vi sinh vật Sự ngừng tổng hợp enzyme có thể xảy ra khi nấm mốc ngừng sinh trưởng Hiện tượng tạo bào tử là không mong muốn vì làm giảm hoạt lực của enzyme Đối với nấm mốc Aspergillus, sự tạo enzyme amylase đạt cực đại thường kết thúc khi nấm mốc bắt đầu sinh đính bào tử.
2.3.2 Phương pháp nuôi cấy bề sâu
Khác với phương pháp nuôi cấy bề mặt, phương pháp nuôi cấy bề sâu cho phép si 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 chỉ một số ít chủng sử dụng đường dễ đồng hóa như glucose Để cải thiện khả năng đồng hóa, tinh bột có thể được đường hóa sơ bộ bằng amylase trước khi thanh trùng, tạo ra maltose, một chất cảm ứng tốt hơn cho enzyme đường hóa của nấm mốc Hơn nữa, thể lỏng của môi trường có độ nhớt thấp hơn, giúp cải thiện khả năng nuôi cấy.
Trị số pH ban đầu của môi trường có ảnh hưởng đến sự tạo thành enzyme, nhưng cần lưu ý rằng vi sinh vật có khả năng làm biến đổi nhanh chóng chỉ số này Đối với enzyme α-amylase, pH tối ưu cho 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 vi sinh vật cần oxy cho 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 hỗ trợ sự sinh trưởng và tích lũy sinh khối mà còn thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp enzyme của vi sinh vật.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng để nuôi vi sinh vật (nấm sợi, nấm men và vi khuẩn) tạo enzyme hiệu suất cao, cần khuấy đảo môi trường bằng sục khí hoặc máy khuấy liên tục Chọn chế độ sục khí phù hợp ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng của vi sinh vật hiếu khí và sự tổng hợp enzyme amylase Đối với nấm sợi, chế độ sục khí tối ưu là 10÷12 m³ không khí vô trùng trên 1m³ môi trường trong một giờ, với thời gian nuôi khoảng 68÷72 giờ Trong các thùng lên men nhân giống và sản xuất, lượng không khí cần sục vào môi trường cho Aspergillus oryzae 3 – 9 – 15 lần lượt là 30 m³/m³ môi trường/giờ và 40 m³/m³ môi trường/giờ Mức sục khí tối ưu cho chủng này là 180 micromol O2/lít môi trường Chủng Aspergillus oryzae có tốc độ tiêu thụ oxy hòa tan cao trong giai đoạn sinh trưởng logarithm, nhưng 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 độ hòa tan oxy giảm ở nhiệt độ cao (50÷65 °C), trong khi nhu cầu oxy lại tăng lên.
GIỚI THIỆU CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Giới thiệu chung về đậu nành
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
Đậu nành, có nguồn gốc từ Mãn Châu (Trung Quốc), đã phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, Canada và Brazil sau Thế chiến thứ II, và ngày càng được mở rộng ra toàn cầu.
Đậu nành và các sản phẩm chế biến từ đậu nành hiện nay đã trở thành mặt hàng quan trọng, với 88% sản lượng toàn cầu tập trung ở bốn quốc gia lớn: 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, và có đặc điểm thẳng đứng hơn so với các loại cây họ đậu khác, đồng thời ít phân nhánh.
Cây sản xuất quả theo chùm, mỗi chùm chứa từ 2 đến 20 quả, với tổng số lượng gần 400 quả trên mỗi cây Mỗi quả đậu tương có từ 2 đến 7 hạt, có hình dáng hơi cong và chiều dài trung bình dao động từ 4 đến 6 cm.
Giới (Kingdom) Plantae Ngành (Phylum) Magnoliophyta
Hạt đậu nành có nhiều hình dạng như tròn, bầu dục, tròn dài và tròn dẹt, cùng với nhiều màu sắc khác nhau như vàng, xanh, xám và đen Tuy nhiên, hạt đậu nành chủ yếu có màu vàng, và loại đậu nành vàng được coi là tốt nhất.
Hạt đậu nành bao gồm ba bộ phận chính: vỏ, tử điệp và phôi Vỏ hạt nằm ở bên ngoài, bên trong là hai tử điệp gắn với nhau qua mầm, đóng vai trò là nơi dự trữ chất dinh dưỡng Khác với các loại hạt ngũ cốc, hạt đậu nành không có lớp alơrông, nội nhũ và phôi tách biệt; toàn bộ phần bột của hạt đậu nành 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
Thành phần hóa học của hạt đậu nành biến đổi theo giống, điều kiện trồng trọt, và cách chăm sóc Nghiên cứu cho thấy, khi hàm lượng protein trong hạt đậu nành tăng thêm 1%, hàm lượng lipid sẽ giảm 0,5%.
Thành phần hóa học của các phần trong hạt đậu nành
Thành phần (% trọng lượng khô)
% trọng lượng hạt Protein Lipid Glucid Tro
Đậu nành chứa hơn 40% protein, làm cho nó trở thành nguồn thực phẩm dinh dưỡng cao hơn so với các loại đậu khác và protein từ 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 và ít tan nhất ở pH 4,2 đến 4,6, nơi protein không tích điện và bị kết tủa Khi giảm pH xuống dưới 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 của protein là yếu tố quan trọng trong việc sử dụng chúng làm thức uống, với protein tốt nhất có khả năng tan trong nhiều pH khác nhau và bền nhiệt Khi pH không ở điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện âm hoặc dương, dẫn đến sự tương tác giữa phân tử nước và protein, giúp protein tan Các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau, làm chúng phân ly và tự giãn mạch Đặc biệt, độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ từ 0 đến 50 độ C Độ nhớt của protein cũng tăng theo quy luật số mũ với nồng độ protein do tương tác protein – protein, và 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 theo trật tự nhất định, đặc biệt khi protein đậu nành có nồng độ trên 5% và được nung nóng ở pH gần trung tính Quá trình tạo gel 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 pH khoảng 4,2 đến 4,6, là điểm mà điện tích toàn phần của protein bằng 0, dẫn đến tăng cường tương tác giữa các protein và xuất hiện 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, với Leucithin chiếm 3% tổng lượng lipid.
Hàm lượng acid béo không no trong đậu nành rất cao, chiếm khoảng 85%, trong đó 60-70% là các acid béo không thay thế như Linolenoic, Linoleic và Oleic Acid Linoleic có tốc độ oxy hóa nhanh, dẫn đến việc đậu nành có 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 tự nhiên, giúp tăng cường trí nhớ, củng cố xương và nâng cao sức đề kháng Đặc biệt, đậu nành không chứa cholesterol và có khả năng nhạy cảm với sự oxy hóa.
Glucid trong đậu nành có giá trị dinh dưỡng không cao và thường bị bỏ qua trong quá trình chế biến, chiếm khoảng 34% tổng thành phần, bao gồm 10% glucid hòa tan và 24% glucid không hòa tan như Cellulose, Hemicellulose, Pectin, và Pentozan Phần glucid hòa tan chủ yếu là các loại đường khử, trong đó Stachyose và Rafinose có thể gây ra hiện tượng 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
P 2 O 5 CaO MgO K 2 O SO 3 Na 2 O Cl Khác
Chiếm khoảng 1%, trong đó có các loại vitamin thiết yếu gồm A, E, K, B1,
(so với trọng lượng hạt)
Thành phần vitamin trong đậu nành
Loại Hàm lượng Đơn vị
Khô đậu nành
Khô đậu nành, hay còn gọi là bã đậu nành, là nguyên liệu sản xuất nước tương được tạo ra sau khi ép dầu từ đậu nành nguyên hạt Tuy nhiên, trong nhiều cơ sở sản xuất nước tương, khô đậu nành thường không phải là nguyên liệu chính mà thường được sử dụng thay thế cho khô đậu phộng, vì sản phẩm nước chấm từ khô đậu nành thường không ngon bằng sản phẩm từ khô đậu phộng.
Thành phần hóa học của khô đậu nành gồm:
Các chỉ tiêu chất lượng được khuyến cáo đối với khô dầu đậu nành
Thành phần Yêu cầu chất lượng
Tro không tan trong acid Dưới 1%
Lysine Trên 2,9% Độ hòa tan KOH 0,2% 73÷85%
Hoạt lực Urease 0,05÷0,30 đơn vị pH tăng
Kết cấu Đồng nhất, dễ trôi, không đóng cục, đóng bánh
Màu sắc Các phần tử đồng màu từ nâu vàng tới nâu nhạt
Mùi và vị Tươi, không mốc, không chua, không có mùi Amoniac, không có mùi cháy Vị dịu
Nhiễm bẩn Không có urea, không có amoniac, không có mycotoxin và mốc
So sánh giá trị dinh dưỡng của các loại khô dầu đậu nành
US tách vỏ Brazil Argentina Ấn Độ Trung Quốc
Bột mì
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 chứa glucid với tỷ lệ cao nhất, là thành phần chính cấu tạo nên lớp nội nhũ và vỏ hạt Tinh bột trong bột mì có một lượng nhỏ glucose (0,1-0,37%) và các loại đường khác (1,0-3,7%), những 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 chính là nguyên nhân 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 và 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 sợi với kích thước rất nhỏ, đường kính từ 5 đến 7 μm Chúng có cấu trúc phân nhánh phức tạp và có vách ngang, chia các sợi thành nhiều bào tế bào, tạo thành nấm đa bào.
Cuống đính bào tử của Aspergillus oryzae được hình thành từ những sợi nằm ngang, với chiều dài khoảng 1,0÷2,0 mm, có thể nhìn thấy bằng mắt thường Ở đầu cuống, có một bọng phồng lên, từ đó phân chia thành các tế bào nhỏ hình chai Các tế bào hình chai này tiếp tục phân chia để tạo ra 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 loại nấm có khả năng chịu nồng độ muối cao, sinh enzyme protease với hoạt tính cao, và không chứa độc tố, cho phép sử dụng trong chế biến thực phẩm Để sản xuất nước tương, cần nuôi cấy Aspergillus oryzae nhằm thu được bào tử giống hoặc men thủy phân Các điều kiện nuôi cấy nấm này rất quan trọng để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình sản xuất.
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 độ ẩm 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 nhất khi có đủ oxy Để nuôi Aspergillus oryzae, môi trường cần phải xốp và được rải thành lớp mỏng, không dày quá 2,5 đến 3 cm, đồng thời phòng nuôi cần phải thoáng khí Theo nghiên cứu, để đáp ứng nhu cầu hô hấp của Aspergillus oryzae trong suốt chu kỳ phát triển, môi trường cần khoảng 1,7m³ không khí cho mỗi giờ Sinh vật 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
Hầu hết các chủng Aspergillus oryzae đạt cực đại hoạt động amylase trong khoảng từ 30 đến 36 giờ, tiếp theo là cực đại protease trong khoảng 36 đến 42 giờ Một số chủng có thể cho hai cực đại enzyme, với amylase đạt cực đại ở 36 giờ và 60 giờ Thời gian nuôi cấy mốc giống thường kéo dài từ 60 đến 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
Nước dùng trong sản xuất nước tương phải đạt tiêu chuẩn về hóa học, hóa lý và vi sinh Độ cứng trung bình của nước cần nằm trong khoảng 8÷17 độ (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