Thực hành công nghệ lên men

Thực hành công nghệ lên men

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG & CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN Biên soạn: TS Nguyễn Hoài Hương - 2009 - NỘI DUNG THỰC HÀNH Bài : Lên men bia (25 tiết) Bài : Sản xuất nước tương phương pháp lên men/ kết hợp hóa giải (20 tiết) Bài 3: Sản xuất yoghurt (15 tiết) Bài 1: Lên men bia A Lý thuyết I Giới thiệu Bia loại đồ uống có cồn có gas có từ cổ xưa, thơm ngon bổ dưỡng Cơng nghệ sản xuất bia xuất giới hàng ngàn năm vào du nhập vào Việt Nam trăm năm Bia đồ uống bắt nguồn từ Ai Cập cổ đại Độ cồn bia thấp (3-8%) nhờ có CO2, rót bia tạo nên nhiều bọt gây sảng khoái uống Giá trị dinh dưỡng bia cao, bia có nhiều vitamin nhóm B ngun tố vi lượng Vì công nghệ sản xuất bia không ngừng phát triển hoàn thiện giới II Nguyên liệu thiết bị Nguyên liệu: a) Có thể sản xuất bia túy từ malt (đại mạch nảy mầm) có bổ sung liệu (gạo, đại mạch…) để giảm giá thành Khi nấu malt nhiệt độ thích hợp, tinh bột malt hệ enzyme amylase (alpha beta amylase) gọi chung diastase thủy phân thành đường maltose Đại mạch (Hordeum distichum) Hạt đại mạch b) Hoa bia (hoa houblon): nguyên liệu thứ hai đứng sau malt công nghệ sản xuất bia Hoa bia làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng làm tăng khả tạo giữ bọt Thành phần hoa bia mà ta quan tâm chất đắng gồm acid đắng nhựa đắng; tannin; tinh dầu Trong công nghệ sản xuất bia người ta sử dụng trực tiếp hoa bia chế phNm từ hoa bia bột hoa hay cao hoa bia c) Nấm men Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis hai loại nấm men thường sử dụng để lên men bia Các loài nấm men lên men bia thuộc loại yếm khí tùy tiện Khi có oxy chúng tăng sinh khối nhờ hơ hấp tế bào, khơng có oxy chung lên men tạo thành ethanol CO2 theo phương trình: Đường + Nitơ amine tự + Nấm men + Oxy → Ethanol + CO2 + Nấm men (150 g/l) + (150 mg/l) (1g/l) (25 mg/l) (45g/l) (42g/l) (5g/l) Đặc tính lên men hai lồi nấm men có nhiều điểm khác dùng để lên men loại bia khác Đặc tính Nhiệt độ lên men Cơ chất Nấm men Saccharomyces cerevisiae Loại bia: Ale 10-25oC Nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis Loại bia: Lager 0-10oC Chủ yếu lên men đường đơn (glucose, fructose), đường đơi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose) Khả lên Lên men mạnh bề mặt môi men trường Khả tạo Kết bề mặt, bia khó bơng, kết lắng tự nhiên Lên men tốt glucose, mannose, galactose, fructose, saccharose, maltose raffinose Lên men mạnh lịng mơi trường Kết chùm lắng xuống đáy, bia tự nhiên Cấu tạo tế bào nấm men Khu n lạc nấm men (x 100) a) Nấm men lên men b) Nấm men lên men chìm c) Nấm men dại d) Phụ gia Làm giảm độ cứng nước: Al2(SO4)3, CaSO4; Điều chỉnh pH = H2SO4, acid lactic, CaCl2 Chất chống oxy hóa: acid ascorbic Chất tạo màu: caramen III Yêu cầu chất lượng (TCVN7042:2002) Bảng – Yêu cầu cảm quan bia Tên tiêu Yêu cầu Màu sắc Đặc trưng loại sản phNm Mùi Đặc trưng bia sản xuất từ hoa houblon malt đại mạch, khơng có mùi lạ Vị Đặc trưng bia sản xuất từ hoa houblon malt đại mạch, khơng có vị lạ Bọt Bọt trắng, mịn Trạng thái Đặc trưng loại sản phNm Bảng – Yêu cầu tiêu hoá lý Tên tiêu Mức Độ axit, số mililit NaOH N trung hòa hết 100 ml bia 1,8 đuổi hết CO2, không lớn Hàm lượng diaxetyl, mg/l, không lớn Hàm lượng etanol (cồn), % (V/V) Hàm lượng chất hoà tan ban đầu 0,2 Theo tiêu chuNn công bố nhà sản xuất Chỉ tiêu kim loại nặng, vi sinh (xem TCVN7042:2002) IV Sơ đồ công nghệ lên men bia malt túy Các q trình công nghệ lên men bia: Nấu bia: tinh bột tác dụng enzyme amylase malt (hoạt lực diastase …) Khi nấu bia liệu cần bổ sung enzyme để tăng vận tốc đường hóa Enzyme thường sử dụng: Termamyl nguồn gốc vi khuNn, chịu nhiệt Giản đồ nấu đồ thị hướng dẫn trình nấu: thay đổi nhiệt độ theo thời gian Các giai đoạn trình nấu bia: Malt: nước trộn theo tỉ lệ 1:4 đưa nhiệt độ lên 38 – 40oC 30 Điều chỉnh pH 5,5 H2SO4 Khi enzyme hemicellulase, glucanase, protease hoạt hóa thủy phân glucan protein phức tạp bao quanh hạt tinh bột tạo điều kiện cho enzyme amylase thủy phân tinh bột Nâng nhiệt độ lên 52oC giữ 30 min: trình enzyme protease thủy phân protein thành amino acid peptide tạo nguồn dinh dưỡng cho nấm men Thành phần c 5-7% chất hòa tan dịch đường Ngồi thành phần cịn giúp bia có hương vị đậm đà, có khả giữ bọt Nâng nhiệt độ lên 65oC giữ nhiệt độ 30 để enzyme amylase hoạt động thủy phân tinh bột thành đường có khả lên men Nâng nhiệt độ lên 72oC giữ 20 để enzyme amylase hoạt động Nâng nhiệt độ lên 78oC giữ 30 lọc Điều kiện hoạt động enzyme malt: Đường hóa kết thúc p hản ứng iod tinh bột cho thấy màu iod không bị thay đổi Lọc rửa bã Rửa bã nước nóng 76oC lần Bảo đảm lượng nước dịch đường Rửa đến nồng độ chất hòa tan nước rửa bã cịn 0,3-0,5% ngưng Nấu hoa: Mục đích: Bất hoạt enzyme malt Thanh trùng dịch đường Trích ly hoa bia Đơng tụ protein dịch đường Hình thành hương vị màu Hình thành chất khử chống oxy hóa giai đạon Giảm pH dịch đường Tiến hành: Nâng nhiệt lên 76 – 78oC giữ 10 để đường hóa nốt phần tinh bột cịn lại Đun sơi dịch đường 10 cho ½ hoa bia vào tạo vị đắng Trước kết thúc 10 cho ½ hoa bia vào tạo hương Làm lạnh nhanh: đưa nhanh chóng dịch đường sau nấu hoa nhiệt độ lên men Nhân giống nấm men: Cần bổ sung Zn N Môi trường giống khởi động giống mơi trường lên men tốt Sục khí lắc đóng vai trị quan trọng 10 Độ acid tương 5-7 5-7 5-7 đương acid acetic (g/l) pH 5,5-6,2 NaCl (g/l) 230-250 Quan trọng: khơng chứa aflatoxin (âm tính test aflatoxin) IV Quy trình cơng nghệ Xử lý ngun liệu: ảnh hưởng đến chất lượng mốc, độ thủy phân, Mục đích: tạo cấu trúc hạt đủ tạo mơi trường thơng thống lên men (ni mốc) Nghiền: Kích thước hạt mm Phối liệu trộn nước Mục đích: chuNn bị mơi trường lên men thích hợp nguồn C, nguồn N hàm lượng Nm Để mốc mọc nhanh cần cung cấp lượng tinh bột thích hợp, nhiều nước tương dễ bị chua Phương án : đậu nành (khô dầu) 100% 26 Phương án 2: đậu nành (khơ dầu) 90% + bột mì (bột bắp) 10% Nước bổ sung = đạt độ Nm 40-45% Ủ nước với nguyên liệu h để nguyên liệu ngấm nước Hấp chín trùng Mục đích: Hồ hóa tinh bột (tăng tính hịa tan) biến tính protein (enzyme dễ thủy phân) Biến tính chất ức chế enzyme protease đậu sử dụng nguyên liệu chưa qua xử lý nhiệt Thanh trùng/ tiệt trùng Xử lý nhiệt phụ thuộc vào nguyên liệu cho protein biến tính lần - Khơ dầu (đã qua xử lý nhiệt cần vừa đủ đạt độ Nm đồng trùng - Chế độ hấp: Áp lực 0.7-0.9 kG/cm2, thời gian – 30 - Áp lực thường, thời gian – 30 Chu n bị giống a) Giống mốc: Aspergillus oryzae b) Chu n bị mốc giống i) Môi trường giống ống thạch nghiêng: Môi trường Czapeck cho nấm mốc môi trường thạch giá đậu Môi trường Czapeck: - Saccharose: 30g - NaNO3: 3g - K2HPO4: 1g - MgSO4: 0,5g - FeSO4: 0,01g - Agar: 20g - Nước cất: 1000ml pH = 6, khử trùng 1atm/30 phút Môi trường thạch giá đậu: 27 - Đường maltose đường saccharose: 20 g - Nước chiết giá đậu: 1000 ml - Agar: 2g - pH: 5,5- 6,0 Điều chế nước giá đậu: 300 g giá đậu + 1000 ml nước, đun sôi 30 phút, chắt lấy nước, bổ sung thêm nước cho đủ 1000 ml, cho agar đường vào đun sôi, lọc, tiệt trùng, kiểm tra pH ii) Môi trường nuôi bào tử giống Cơm (nếp, gạo lức) bánh dầu 50% + gạo 50%, hấp chín sơ độ Nm 30-35% iii) Các hình thức nhân giống bào tử - Bình tam giác (250 ml, 500 ml) - Bao polyethylene 16 x 25 cm, ống nhựa/ carton đường kính 3,2 cm dài cm thay cổ bình tam giác (Hình ) - Khay nhựa, inox đục lỗ Hình Ni giống bao polyethylen 28 iv) Ni mốc giống: - Tiệt trùng môi trường - Cấy giống 0.1% - Ủ nhiệt độ: phòng (30oC), thời gian: ngày bào tử màu xanh đậm Năng suất bào tử từ 109 – 1010 /g - Sấy khô giống bào tử (để nguyên bao polyethylene) 40-50oC để đạt độ Nm 6% bảo quản - Có thể rây lấy bào tử để dành sử dụng Lên men: Mục đích: mốc phát triển tổng hợp enzyme protease thủy phân đậu nành Thiết bị ni bề mặt: khay ni mốc kích thứơc 60 cm x 30 cm x cm Các thông số kỹ thuật quan trọng: - Cấy mốc giống 0.1% ( 2kg nguyên liệu cấy g bào tử sau rây) - Nhiệt độ: phịng (30-32oC) - Độ Nm khơng khí: 95% - Độ Nm ngun liệu ni nấm: 35% - 45% - Oxy: thơng khí thủ cơng hay khí Trong sản xuất thủ cơng cần lật mốc trì nhiệt độ bên khối nguyên liệu lên men 30-32oC Tránh nhiệt độ lên cao nước ngưng tụ làm hỏng sinh khối nấm Thời gian lên men: thấy bào tử có màu vàng hoa cau (42 giờ) Thời gian Các pha phát triển Mô tả 20 KhuNn ti (tơ nấm) xuất T= 38- 40oC: lật mốc trì t = 30-32oC 26 – 28 Tơ nấm lên dày, kết tảng t> 40oC: lật mốc trì t = 30-32oC Lật mốc lần t > 40oC 45 - 48 Tơ nấm ngưng tăng trưởng, Kết thúc giai đọan nuôi 29 xuất bào tử màu vàng hoa mốc cau Hình Ngun liệu (khơ dầu nành bột mì) trước lên men sau lên men (Yasama Koji sau ngày lên men) Thủy phân Mục đích: thủy phân đạm nguyên liệu enzyme nấm tổng hợp Các thông số kỹ thuật : - Lượng nước, nồng độ nước muối bổ sung (ức chế tăng trưởng sinh khối để enzyme bắt đầu thủy phân) - Nhiệt độ : 54 - 58oC - Thời gian = 64 - 72 (do hàm lượng đạm formon định) - Lượng nước bổ sung tính sau: kg mốc có độ Nm 32% cần bổ sung khối lượng nước W cho lượng nước mốc gấp 1,2 lần khối lượng chất khô mốc Hàm lượng nước mốc kg x 0,32 = 1,6 kg Hàm lượng chất khô mốc: kg – 1,6 kg = 3,4 kg Khối lượng nước mốc sau trộn nước là: 3,4 x 1,2 = 4,08 kg nKhối lượng nước bổ sung là: 4,08 – 1,6 kg = 2,48 kg Độ Nm mốc sau bổ sung nước là: 4,08/(5 + 2,48) x 100 = 55% 30 Nồng độ muối hòa tan nước bổ sung: 5-10% (tương ứng 0,124 – 0,248 kg muối) Tiến hành: - Làm tơi mốc, bỏ vào chum (lọ) - Thêm nước nóng (5-10% muối) 60oC để mốc đạt nhiệt độ 54oC - Rải lớp muối mỏng bề mặt ngăn nhiễm (10-15% so với nguyên liệu tương ứng 0,5 - 0,75 kg) - Ủ 64 – 72 h - Bổ sung nước muối cho muối chiếm 23,4%: Lượng nước phải bổ sung W = A.K-(B+C) Nguyên liệu không nước A kg, K hệ số chuyển đổi sang lượng nước chấm muốn thu được; K = 2,7 kg nước chấm/kg nguyên liệu Lượng nước chấm dự định kg x 2,7 =13,5 kg Nước có sẵn dịch thủy phân B = 4,08 kg C lượng muối ăn phải bổ sung thêm để đạt nồng độ 23,34% 4,08 x 23,34 % = 1,1 kg Tổng số nước muối phải cho thêm: W = A.K – (B+C) = 13,5 – (4,08+1,1) = 8,32 kg Muối ăn thực tế phải cho thêm = 1,1 kg – lượng muối bổ sung mục thủy phân = 1,1 kg – 0,124 – 0,5 = 0,476 kg muối B Thực hành: I Nuôi mốc giống bình tam giác/ bao polyethylene 100 g gạo lức (gạo nếp) nấu cơm chín sơ bỏ vào bình tam giác, hấp tiệt trùng 121oC, 15 phút, lắc bình cho cơm tơi, để nguội đến 30oC, cấy giống từ ống thạch nghiêng Ủ 30oC ngày đến bào tử 31 II Chu n bị nguyên liệu: 1,9 kg khô dầu nành khô dầu phộng 0,1 kg bột mì Nghiền/ đập khơ dầu đến kích thước mm Trộn khơ dầu (hoặc khơ dầu + bột mì) với nước cho độ Nm sau trộn đạt 35% (thay đổi độ Nm 25%, 35%, 45%) Hấp 121 oC, 30 III Cấy giống lên men Để nguội đến 30oC, cấy giống theo tỉ lệ 1-2% III Lên men 45 h đến thấy bào tử màu vàng IV Thủy phân Chuyển mốc vào lọ, đánh tơi ChuNn bị dung dịch nước muối 15 %, 20%, 25% đun nóng 55oC Ủ V mốc với 1,2 V nước muối 55oC 72 h V Phân tích Phân tích nguyên liệu Hàm lượng Nm khô dầu Khô dầu phộng / nành thường có hàm lượng Nm 7%, đạm tổng số 45-50% (Đạm TS = N tổng x 6,25) Hàm lượng Nm bột mì Hàm lượng N tổng Theo dõi trình thủy phân Lấy mẫu (đồng nhất) 100 gr đem lọc rửa bã định mức thành 100ml Phân tích N tổng số N formol Khi tỉ số Nformol/N tổng số = 55% kết thúc thủy phân Phân tích sản ph m N tổng 32 N NH3 N formol NaCl Độ acid Các tiêu chất lượng vệ sinh an toàn thực phNm Chú ý kiểm tra aflatoxin C Kết luận So sánh tiêu phân tích nước tương từ khơ dầu 100% khơ dầu + bột mì, đưa kết luận 33 Bài 3: Lên men Yoghurt A Lý thuyết Yoghurt dạng sữa lên men I Nguyên liệu 1) Sữa Sữa bị trung bình chứa 3,5% chất béo; 3,4% protein, 4,8% lactose 2) Giống vi khu n lactic Vi khuNn lên men lactic: chủ yếu Lactobacillus delbrueckii subsp bulgaricus (LB) Streptococcus thermophilus (ST) Lactobacillus acidophilus (LA) Vi khuNn Gram dương dạng hình que (Lactobacillus) liên cầu (Streptococcus), không sinh bào tử, không di động, kị khí khơng bắt buộc, chịu acid Lactobacillus delbrueckii subsp Streptococcus thermophilus bulgaricus Photo: Jeff Broadbent, Utah Photo: Robert Hutkins, University of State University Nebraska Kích thước: 0.5-0.8 x 2.0-9.0 mm 34 Lactobacillus acidophilus (© Miloslav Kalab, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Ottawa) 3) Sản ph m trao đổi chất vi khu n lactic trình lên men i) Acid lactic (CH3-CHOH-COOH, Mw = 90) - làm đông tụ casein (protein sữa) pH 4,6-4,7, tạo nên cấu trúc gel - tạo vị đặc trưng cho yoghurt (chua) - Ức chế vi sinh vật không mong muốn ii) Polysaccharide ngoại bào (exopolysaccahride – EPS) làm tăng độ nhớt yoghurt Sự tạo thành EPS vi khuNn yoghurt (Yoghurt Science and Technology) iii) Các hợp chất tạo hương 35 Acetaldehyde Diacetyl II Yêu cầu chất lượng yoghurt: Bảng – Các tiêu cảm quan sữa chua Tên tiêu Màu sắc Yêu cầu Màu trắng sữa màu đặc trưng phụ liệu bổ sung Mùi, vị Đặc trưng cho loại sản phNm Trạng thái Mịn, đặc sệt Bảng – Các tiêu lý - hoá sữa chua Mức yêu cầu Tên tiêu Sữa chua Sữa chua tách Sữa chua gầy phần chất béo Hàm lượng chất khô không chứa 8,2 8,2 8,2 > 2,0 0,5 – < 0,5 chất béo, % khối lượng, không nhỏ Hàm lượng chất béo, % khối lượng Độ axit, 0T 75 - 140 Các tiêu khác: xem TCVN7030: 2002 36 III Quy trình cơng nghệ 1) Xử lý sữa sơ bộ: a) Lọc sữa: Làm sữa khỏi vật lẫn sữa tế bào động vật b) Chu n hóa nguyên liệu: ChuNn hóa hàm lượng chất béo: tùy theo yêu cầu hàm lượng chất béo sản phNm, loại bỏ chất béo ly tâm tách béo bổ sung sữa nguyên kem kem 37 ChuNn hóa hàm lượng chất khô: tăng chất khô tổng số lên 14-16 g / 100g để đạt độ trạng thái mịn đặc sệt u cầu chất lượng 2) Đồng hóa (quy mơ cơng nghiệp) áp suất cao 2000-2500 psi Mục đích làm ổn định cấu trúc hạt nhũ sữa, tăng thời gian bảo quản 3) Xử lý nhiệt: trùng 85oC 30 95oC 10 4) Làm nguội đến 45oC (nếu sử dụng chủng Lactobacillus) 43oC sử dụng hỗn hợp LB ST 5) Cấy giống a) Nhân giống: Ống thạch nghiêng Môi trường: sữa gầy hoàn nguyên hàm lượng chất rắn khác béo 10-12 g/ 100g tiệt trùng 121oC, 15 Tỉ lệ cấy giống 2% 43 oC 3-4 h (đạt 0.85 g lactic acid/100 g) b) Cấy giống Cấy giống theo tỉ lệ 2% Nếu sử dụng ST LB tỉ lệ 1:1 6) Lên men: ủ 45oC sử dụng chủng 43 oC sử dụng chủng (ST hoạt động tối ưu 39oC LB 45oC) vòng h (kiểm tra pH xuống đến 4.3 acid tổng 0.85 – 0.9%) 7) Làm lạnh nhanh 5oC B Thực hành 38 I Nguyên vật liệu: Sữa tươi : l Sữa bột gầy: 100 g Giống: hũ sữa chua Vinamilk (chứa hỗn hợp ST LB) Ống thạch nghiêng: LA Đường Bếp điện Bể điều nhiệt Autoclave Nhiệt kế Nhớt kế Ostwald II Nhân giống LA 39 Tiệt trùng 10 ml sữa gầy 121oC, 15 Cấy ống giống LA ủ 37oC qua đêm III Chu n bị sữa Hòa tan 40 g sữa bột gầy l sữa tươi Đun nóng sữa 85oC 30 Làm nguội IV Cấy giống ½ lượng sữa (45oC) cấy giống LA (2%), ½ lượng sữa (43oC) cấy giống LB ST từ hũ sữa chua Vinamilk IV Lên men Ủ nhiệt độ thích hợp 3-4 h, theo dõi pH V Làm lạnh Khi pH đạt đến 4,3, làm lạnh nhanh bể nước đá VI Phân tích Acid lactic (chuNn độ NaOH 0,1 N sử dụng phenolphtalein làm chất thị màu, ml NaOH 0,1 N tương ứng 90 x 0,1N = g lactic acid/1000 ml hay 0.9 % lactic acid Độ nhớt đo dụng cụ đo độ nhớt Cảm quan C Kết luận: So sánh hai loại yoghurt lên men từ hai giống khác 40 ... trước lên men; E2: lượng chất hòa tan biểu kiến (g) 100 ml dịch đường lên men Độ lên men thực Độ lên men thực độ lên men đo hàm lượng chất hòa tan dịch lên men đuổi hết rượu CO2 Có thể tính độ lên. .. maltose raffinose Lên men mạnh lịng mơi trường Kết chùm lắng xuống đáy, bia tự nhiên Cấu tạo tế bào nấm men Khu n lạc nấm men (x 100) a) Nấm men lên men b) Nấm men lên men chìm c) Nấm men dại d) Phụ... malt dùng chiết enzyme Xác định độ lên men biểu kiến dịch đường Độ lên men biểu kiến độ lên men đo hàm lượng chất hòa tan dịch lên men chưa đưổi rượu CO2 Độ lên men biểu kiến = (E1-E2)/E1x100, đó: