NGUYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Thực phẩm là đồ ăn, thức uống đƣợc cơ thể con ngƣời tiếp nhận qua ăn uống hoặc bằng các phƣơng pháp khác nhằm thỏa mãn nhu cầu con ngƣời về dinh dƣỡng, năng lƣợng hoặc cảm giác cho một hệ thống cơ quan nào đó trong cơ thể con ngƣời. Thực phẩm có những yêu cầu đặc biệt sao cho:

C TRƢỜN N N C BÁC K OA KHOA HÓA B ẢN N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN C Ế B ẾN T ỰC P ẨM B ÊN SO N ThS TRẦN T Ế TRUYỀN TS T T Ị TỐ QUYÊN ThS BÙ V ẾT CƢỜN N N , 2022 MỤC LỤC Chƣơng T ỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1.1 Thực phẩm 1.1.1 Khái niệm .5 1.1.2 Phân loại thực phẩm .5 1.1.3 Các tiêu chất lƣợng thực phẩm 1.2 Công nghệ thực phẩm 1.2.1 Khái niệm .8 1.2.2 Đặc điểm công nghệ thực phẩm 10 1.2.3 Tính hệ thống cơng nghệ thực phẩm 11 1.2.4 Phân loại trình dựa sở khoa học 13 1.2.5 Phân loại q trình dựa mục đích cơng nghệ 14 Chƣơng N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN CƠ C 16 2.1 Quá trình phân loại lựa chọn 16 2.1.1 Bản chất mục đích 16 2.1.2 Các biến đổi trình 17 2.1.3 Phƣơng pháp thiết bị thực trình 17 2.2 Quá trình tách vỏ .24 2.2.1 Bản chất mục đích 24 2.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .25 2.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình 25 2.2.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .25 Chƣơng N UYÊN LÝ CÁC QUÁ TRÌN CƠ LÝ 29 3.1 Quá trình nghiền 29 3.1.1 Bản chất mục đích q trình nghiền 29 3.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .30 3.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình nghiền 31 3.1.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .34 3.2 Quá trình ép 42 3.2.1 Bản chất mục đích 42 3.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .44 3.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình ép 44 3.2.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .46 3.3 Quá trình phân riêng hỗn hợp khơng đồng 54 3.3.1 Quá trình lắng .54 3.3.2 Quá trình lọc 66 3.3.3 Quá trình ly tâm 72 3.3.4 Phân riêng membrane 81 3.4 Quá trình phối chế đảo trộn (quá trình phối trộn) 94 3.4.1 Bản chất mục đích 94 3.4.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .96 3.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng 96 3.4.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .97 Chƣơng CÁC QUÁ TRÌN ÓA LÝ 102 4.1 Q trình trích ly .102 4.1.1 Bản chất mục đích 102 4.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .104 4.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình trích ly 106 4.1.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .107 4.2 Quá trình chƣng cất 111 4.2.1 Bản chất mục đích 111 4.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .113 4.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .113 4.2.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .114 4.3 Quá trình kết tinh 120 4.3.1 Bản chất mục đích 120 4.3.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .123 4.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .124 4.3.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .125 4.4 Quá trình keo tụ 127 4.4.1 Bản chất mục đích 127 4.4.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .128 4.4.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .137 4.4.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .138 Chƣơng CÁC QUÁ TRÌN N ỆT 142 5.1 Q trình đun nóng - chần - hấp .142 5.1.1 Bản chất mục đích 142 5.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .143 5.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .146 5.1.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .147 5.2 Quá trình nƣớng 151 5.2.1 Bản chất mục đích 151 5.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .152 5.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .154 5.2.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .155 5.3 Quá trình chiên, rán 158 5.3.1 Bản chất mục đích 158 5.3.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu, dầu mỡ sản phẩm .159 5.3.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình 162 5.3.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .162 5.4 Quá trình sao, rang 167 5.4.1 Bản chất mục đích 167 5.4.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .167 5.4.3 Phƣơng pháp thiết bị thực .168 5.5 Quá trình lạnh lạnh đông 170 5.5.1 Bản chất mục đích 170 5.5.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .171 5.5.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .175 5.5.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .176 5.6 Q trình đặc 184 5.6.1 Bản chất mục đích 184 5.6.2 Nguyên liệu, sản phẩm biến đổi chúng 185 5.6.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .187 5.6.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .188 5.7 Quá trình sấy .192 5.7.1 Bản chất mục đích 192 5.7.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .193 5.7.3 Các yếu tố ảnh hƣởng .198 5.7.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .199 Chƣơng N UN LÝ CÁC Q TRÌN ĨA C 214 6.1 Quá trình thủy phân 214 6.1.1 Bản chất mục đích 214 6.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .214 6.1.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân 216 6.1.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .217 6.2 Quá trình làm thay đổi màu 221 6.2.1 Bản chất mục đích 221 6.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .222 6.2.3 Phƣơng pháp thiết bị thực .222 Chƣơng CÁC QUÁ TRÌN S N ÓA V S N C 225 7.1 Q trình dấm chín 225 7.1.1 Bản chất mục đích 225 7.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .226 7.1.3 Phƣơng pháp thiết bị thực .227 7.2 Quá trình lên men .228 7.2.1 Bản chất mục đích 228 7.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm .230 7.2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men 231 7.2.4 Phƣơng pháp thiết bị thực .233 Chƣơng THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1.1 Thực phẩm 1.1.1 Khái niệm Thực phẩm đồ ăn, thức uống đƣợc thể ngƣời tiếp nhận qua ăn uống phƣơng pháp khác nhằm thỏa mãn nhu cầu ngƣời dinh dƣỡng, lƣợng cảm giác cho hệ thống quan thể ngƣời Thực phẩm có yêu cầu đặc biệt cho: - Không gây độc hại sức khỏe ngƣời - Phù hợp với tôn giáo ngƣời sử dụng - Phù hợp với tập quán, thói quen, truyền thống ngƣời sử dụng Đồ ăn thực phẩm đảm bảo hoạt động phát triển bình thƣờng thể ngƣời; đồ ăn có nguồn gốc từ thực vật động vật; thành phần đồ ăn glucid, lipid, protein, ngồi cịn có thêm chất khoáng, vitamin, nguyên tố vi lƣợng khác… Ví dụ: cơm giàu glucid, bánh mì giàu protein, đậu nành giàu protein, đậu phộng giàu lipid … Thức uống chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật, thƣờng khơng có giá trị lớn mặt dinh dƣỡng nhƣng có ý nghĩa lớn kích thích tạo cảm giác dễ chịu Ví dụ: nƣớc tinh khiết giúp giải khát; cà phê tạo cảm giác hƣng phấn; bia, rƣợu tạo cảm giác kích thích, hƣng phấn… Thực phẩm đa dạng chủng loại Một số loại thực phẩm phổ biến đƣợc sử dụng khắp nơi tồn giới, ví dụ nhƣ sữa, đƣờng saccharose Tuy nhiên, số thực phẩm có tính truyền thống đặc trƣng riêng, hạn nhƣ sushi Nhật Bản, kim chi Hàn Quốc, chả giò Việt Nam Hiện với vấn đề tồn cầu hóa, phát triển du lịch, giao lƣu văn hóa khoa học công nghệ nƣớc, ngƣời dân giới có điều kiện tìm hiểu loại thực phẩm đặc trƣng nhiều quốc gia khác Số lƣợng loại thực phẩm ngày đa dạng Ngoài ra, cần lƣu ý theo thời gian, ngƣời sáng tạo chế biến thêm nhiều sản phẩm thực phẩm từ nguyên liệu sẵn có Do khó thống kê đầy đủ tên sản phẩm thực phẩm có vùng miền hay quốc gia đƣợc 1.1.2 Phân loại thực phẩm Có nhiều phƣơng pháp để phân loại thực phẩm dựa nguyên lý khác Có thể phân loại thực phẩm theo thành phần hố học, theo mục đích sử dụng theo phƣơng pháp chế biến - Phân loại thực phẩm theo thành phần hóa học: Theo thành phần hóa học thực phẩm đƣợc chia thành bốn nhóm chính: thực phẩm giàu glucid, thực phẩm giàu protein, thực phẩm giàu lipid thực phẩm dạng hỗn hợp + Thực phẩm giàu glucid đƣợc chia thành hai nhóm nhóm có phân tử lƣợng thấp nhóm có phân tử lƣợng cao Nhóm glucid có phân tử lƣợng thấp nhƣ: mật ong, mật tinh bột, kẹo, đƣờng,… Nhóm glucid có phân tử lƣợng cao nhƣ: bánh mì, mì sợi, rau câu,… + Thực phẩm giàu protein: Protein có nhiều nguyên liệu động vật (thịt, thủy sản), số nhóm nguyên liệu thực vật (các loại đậu, nấm, ) số thực phẩm giàu protein nhƣ khác thịt, cá đóng hộp; thịt, cá làm khơ; nấm đóng hộp, + Thực phẩm giàu lipid: Cùng với glucid protein, lipid ba thành phần bắt buộc phần ăn hàng ngày ngƣời Một số thực phẩm giàu lipid phổ biến nhƣ dầu thực vật, bơ, margarin, + Thực phẩm dạng hỗn hợp: Có thực phẩm mà tỉ lệ khối lƣợng thành phần hóa học (trừ nƣớc) lại xấp xỉ Khi đó, xếp thực phẩm nhƣ vào nhóm thực phẩm dạng hỗn hợp Ví dụ nhƣ sữa bò tƣơi, tỉ lệ hàm lƣợng glucid, protein lipid gần nhƣ tƣơng đƣơng Sữa bò tƣơi ví dụ điển hình cho nhóm thực phẩm dạng hỗn hợp - Phân loại thực phẩm theo mục đích sử dụng: Theo mục đích sử dụng thực phẩm đƣợc phân thành thực phẩm với mục đích dinh dƣỡng, mục đích phịng trị bệnh mục đích khác + Mục đích dinh dƣỡng: Hầu hết loại thực phẩm đƣợc ngƣời sử dụng hàng ngày nhằm mục đích chủ yếu dinh dƣỡng Trƣớc kia, số ngƣời quan niệm dinh dƣỡng mục đích ngƣời sử dụng thực phẩm Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, ngƣời ta chế biến loại thực phẩm mới, mục đích dinh dƣỡng cịn có mục đích khác + Mục đích phịng trị bệnh: Ngày nay, số loại thực phẩm (mật ong, ) đƣợc ngƣời sử dụng với mục đích phịng trị bệnh chủ yếu, chức dinh dƣỡng chúng trở thành thứ yếu Đó thực phẩm có chứa thành phần hóa học đặc biệt, gặp sản phẩm thực phẩm truyền thống Những thành phần có chức phịng ngừa điều trị đƣợc số bệnh + Các mục đích sử dụng khác: Ở số ngƣời, ăn uống đƣợc đƣợc xem thú vui Khi sử dụng thực phẩm, ngƣời không quan tâm đến mục đích dinh dƣỡng hay mục đích phịng trị bệnh Có thể xem nhƣ cách thƣ giãn sống - Phân loại thực phẩm theo phƣơng pháp chế biến: Theo cách phân loại thực phẩm bao gồm thực phẩm tƣơi, thực phẩm chế biến quy mơ gia đình thực phẩm chế biến quy mô công nghiệp + Thực phẩm tƣơi: Là thực phẩm không đƣợc qua chế biến hay đƣợc chế biến phƣơng pháp đơn giản, không làm thay đổi đáng kể thành phần hóa học giá trị cảm quan sản phẩm so với nguyên liệu ban đầu Ví dụ điển hình cho nhóm sản phẩm loại trái đƣợc bóc vỏ, cắt miếng, làm cho vào bao bì + Thực phẩm chế biến quy mơ gia đình: Là thực phẩm đƣợc chế biến bếp ăn gia đình nhà hàng, khách sạn, ví dụ thịt kho, cá chiên, canh chua, rau xào, Trong trình chế biến, dựa vào khả đánh giá cảm quan thân chất lƣợng bán thành phẩm thành phẩm mà ngƣời chế biến tự hiệu chỉnh tỷ lệ nguyên phụ liệu sử dụng quy trình thực cho phù hợp Chính khơng có kiểm sốt chặt chẽ "thơng số kỹ thuật" trình chế biến nên chất lƣợng sản phẩm khơng ổn định mẻ nấu + Thực phẩm chế biến quy mô công nghiệp: Là thực phẩm đƣợc chế biến nhà máy với quy mô lớn Ngƣời ta áp dụng kiến thức thành tựu khoa học công nghệ vào quy trình sản xuất sản phẩm Trong suốt quy trình chế biến, thông số công nghệ công đoạn sản xuất tiêu chất lƣợng nguyên liệu, bán thành phẩm thành phẩm đƣợc kiểm sốt cách hệ thống nghiêm ngặt Nhờ mà chất lƣợng thực phẩm ổn định mẻ sản xuất Các thực phẩm chế biến quy mô cơng nghiệp nhƣ: mì ăn liền, bánh bích quy, kẹo, cà phê hịa tan, pate đóng hộp, xúc xích tiệt trùng, 1.1.3 Các tiêu chất lượng thực phẩm Chất lƣợng thực phẩm đƣợc đánh giá dựa nhiều tiêu khác Có nhiều phƣơng pháp phân loại tiêu chất lƣợng thực phẩm Trong phƣơng pháp phân loại tiêu chất lƣợng thực phẩm theo sở phƣơng pháp phân tích thƣờng sử dụng Theo sở phƣơng pháp phân tích ngƣời ta chia tiêu chất lƣợng thực phẩm thành ba nhóm: hóa lý, sinh học cảm quan - Chỉ tiêu hóa lý: Phần lớn tiêu chất lƣợng thực phẩm đƣợc định lƣợng thiết bị phân tích Cơ sở khoa học phƣơng pháp phân tích định lƣợng dựa tảng lý thuyết ngành khoa học vật lý, hóa học hóa lý Do đó, tiêu nói đƣợc gọi tên nhóm tiêu hóa lý Ví dụ: Hàm lƣợng cấu tử hƣơng thực phẩm đƣợc định lƣợng phƣơng pháp sắc ký khí, hoạt tính enzyme thực phẩm đƣợc xác định cách sử dụng thiết bị quang phổ so màu Trong trƣờng hợp trên, hàm lƣợng chất hƣơng hoạt tính enzyme đƣợc gọi tiêu hóa lý thực phẩm - Chỉ tiêu sinh học: Khi tiêu chất lƣợng thực phẩm đƣợc xác định phƣơng pháp sinh học chúng đƣợc gọi tên tiêu sinh học Phƣơng pháp sinh học dựa sở khoa học trình trao đổi chất Trong công nghiệp thực phẩm, tiêu sinh học phổ biến sản phẩm thƣờng liên quan đến mật độ loài vi sinh vật sản phẩm - Chỉ tiêu cảm quan: Một số tiêu chất lƣợng thực phẩm đƣợc đánh giá cách sử dụng giác quan ngƣời Khi đó, chúng đƣợc gọi tên tiêu cảm quan Một số tiêu cảm quan thƣờng gặp thực phẩm nhƣ màu sắc, độ trong, độ dòn, mùi, vị Nhƣ vậy, phân loại tiêu chất lƣợng thực phẩm dựa vào sở khoa học phƣơng pháp phân tích, ngƣời ta gọi tên tiêu theo tên phƣơng pháp đánh giá Ví dụ, ngƣời ta lập hội đồng để đánh giá cảm quan sản phẩm bia nhà máy A màu sắc bia Trong trƣờng hợp này, độ màu bia đƣợc xếp vào nhóm tiêu cảm quan Tuy nhiên, nhà máy B, ngƣời ta dùng máy so màu để xác định cƣờng độ màu sản phẩm Do đó, độ màu bia đƣợc xếp vào nhóm tiêu hóa lý 1.2 Cơng nghệ thực phẩm 1.2.1 Khái niệm a Công nghệ Theo quan điểm truyền thống, công nghệ đƣợc hiểu phƣơng pháp, thủ tục hay qui trình sản xuất Tuy nhiên theo quan điểm nay, công nghệ khái niệm rộng vận dụng ngun lí, qui luật, định luật khoa học tự nhiên xã hội vào q trình sản xuất Do vậy, cơng nghệ bao gồm yếu tố tạo nên trình sản xuất: - Nguyên, vật liệu trình biến đổi chúng trình sản - Phƣơng pháp, kĩ thuật qui trình sản xuất - Dụng cụ, trang thiết bị phƣơng tiện sản xuất - Điều kiện kinh tế kĩ thuật, quản lí tổ chức sản xuất xuất Nguyên liệu Sản phẩm Biến đổi Qui trình Thiết bị Kinh tế Hiệu kinh tế Số lƣợng Chất lƣợng Hình 1.1 Sơ đồ mối quan hệ yếu tố cấu tạo nên công nghệ Trong sơ đồ biến đổi nguyên liệu tạo sản phẩm tuân theo nguyên lí, qui luật định thay đổi ngƣời thay đổi nguyên lí, qui luật biến đổi nguyên liệu để tạo sản phẩm Ví dụ: Để sản xuất cà phê nhân có hai phƣơng pháp: Phƣơng pháp khơ phƣơng pháp ƣớt, nguyên liệu hạt cà phê phải bị biến đổi để thu đƣợc nhân cà phê Từ biến đổi nguyên liệu để thu đƣợc sản phẩm xây dựng đƣợc qui trình cơng nghệ sản xuất; xây dựng qui trình sản xuất cần phải cân nhắc đến thiết bị, điều kiện kĩ thuật kinh tế; qui trình, thiết bị kinh tế có mối quan hệ tác động qua lại tƣơng hỗ với có mối quan hệ mật thiết với nhau; xây dựng qui trình cơng nghệ, tính tốn thiết bị, tính kinh tế ngƣời đóng vai trị quan trọng nhằm đảm bảo qui trình cơng nghệ đáp ứng yêu cầu thiết bị, điều kiện kĩ thuật ngƣợc lại; qui trình cơng nghệ, thiết bị đáp ứng yêu cầu kinh tế ngƣợc lại Ví dụ: Nếu xây dựng qui trình cơng nghệ mà xét đến cơng đoạn khơng có thiết bị đáp ứng yêu cầu kĩ thuật phải thay cơng đoạn tƣơng đƣơng có biến đổi nguyên liệu nhƣ nhau, tất nhiên chọn qui trình cơng nghệ, thiết bị phải đáp ứng u cầu kinh tế dành cho qui trình cơng nghệ thiết bị Qui trình cơng nghệ, thiết bị đáp ứng đƣợc yêu cầu kinh tế ngƣợc lại trình sản xuất dựa qui trình cơng nghệ thiết bị ảnh hƣởng đến hiệu kinh tế Để đảm bảo đƣợc hiệu kinh tế cần phải tổ chức sản xuất quản lí cách có khoa học b Công nghệ thực phẩm Khoa học thực phẩm khoa học nghiên cứu tính chất biến đổi nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm Có mối quan hệ mật thiết tính chất biến đổi cơng nghệ thực phẩm Do có nhiều quan điểm khoa học thực phẩm thƣờng quan điểm thƣờng gắn liền khoa học thực phẩm với khoa học cụ thể khoa học định Khi gắn quan niệm khoa học thực phẩm phận hóa học hóa học thực phẩm gắn liền với hóa hữu cơ, hóa vơ cơ, hóa phân tích, hóa lí… đặc biệt quan tâm đến tính chất biến đổi nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm Do dùng phƣơng pháp phân tích, tổng hợp hóa học để khảo sát, chế biến, tổng hợp… để nghiên cứu nguyên liệu sản phẩm thực phẩm Khi sản xuất sản phẩm thực phẩm nhƣ: Dầu béo, cồn, đƣờng… thƣờng đƣợc quản lí, tổ chức sản xuất phát triển hệ thống công nghiệp hóa chất Ví dụ: Hydro hóa chất béo khơng no thành chất béo no, sản xuất cồn phƣơng pháp hydrat hóa… Khi gắn quan niệm khoa học thực phẩm phận sinh học, hóa sinh y tế quan tâm đến chuyển hóa chất nguyên liệu thực phẩm nhƣ hô hấp, tạo sinh khối… Vì phần lớn nguyên liệu thực phẩm có nguồn gốc từ động vật thực vật, tổng hợp sản phẩm thực phẩm từ vi sinh vật, lên men tạo sản phẩm… đặc biệt khả chữa bệnh phòng chống bệnh thực phẩm nhƣ thực phẩm chức năng, thực phẩm chữa bệnh Các sản phẩm thực phẩm phải có giá trị sinh học cao (độ sinh lƣợng, cân chất…) có khả chuyển hóa đƣợc ngƣời tiếp nhận qua ăn uống (các q trình hóa sinh) Ví dụ: Sản xuất acid gluconic từ rỉ đƣờng nhờ nấm mốc Aspergillus niger; lên men bia, rƣợu với hoạt động, trao đổi chất nấm men; thực phẩm chức nhƣ bánh qui cho ngƣời tiểu đƣờng, trà bạc hà giúp nhiệt… Khi quan niệm khoa học thực phẩm phận vật lí hóa lí quan tâm đến qui luật vật lí nhƣ khối lƣợng riêng, nhiệt dung riêng, tính chất, cấu trúc nguyên liệu, độ bền nguyên liệu bảo quản, biến đổi vật lí trình chế biến… Ngồi ra, khoa học thực phẩm cịn gắn liền với khí quan tâm đến mức độ giới hóa, tự động hóa sản xuất, kinh tế quan tâm đến bao bì, thƣơng hiệu, nhãn, tiện dụng sản phẩm trình vận chuyển, lƣu thơng sử dụng, hiệu kinh tế Ví dụ: Một sản phẩm thực phẩm có khả cạnh tranh thị trƣờng khơng có chất lƣợng tốt mà cịn phải có bao bì đẹp, giá thành thấp muốn đƣợc nhƣ cần phải tự động hóa sản xuất để giảm giá thành sản phẩm, tổ chức sản xuất quản lý tốt để nâng cao hiệu kinh tế Nhƣ vậy, nghiên cứu khoa học thực phẩm cách riêng lẻ tách rời lĩnh vực định mà phải nghiên cứu cách tổng hợp, toàn diện nghiên cứu riêng lẻ tách rời lĩnh vực định không đánh giá khái niệm khoa học thực phẩm nhƣ không nhìn thấy đƣợc tiềm năng, phát triển hƣớng cho khoa học thực phẩm nói chung ngành cơng nghệ thực phẩm nói riêng Vậy: Cơng nghệ thực phẩm lĩnh vực khoa học nghiên cứu ngun liệu, phương pháp, qui trình cơng nghệ, thiết bị, phương tiện sản xuất, điều kiện kinh tế, kĩ thuật quản lý, tổ chức sản xuất để sản xuất loại sản phẩm thực phẩm 1.2.2 Đặc điểm công nghệ thực phẩm - Công nghệ thực phẩm ngành khoa học nghiên cứu tính chất biến đổi - Cơng nghệ thực phẩm ngành khoa học tích hợp nhiều ngành khoa học khác Khoa học thực phẩm ngành khoa học tích hợp nhiều ngành khoa học khác nhiên vấn đề đƣợc quan tâm nhiều khoa học thực phẩm tính chất biến đổi nguyên liệu sản phẩm thực phẩm Mối liên hệ khoa học thực phẩm ngành khoa học khác đƣợc biểu diễn nhƣ sơ đồ Hình 1.2 Biến đổi Tính chất Vật lí Hóa lí Cơng nghệ thực phẩm Cảm quan Hóa học Sinh học Hóa sinh Hình 1.2 Mối quan hệ công nghệ thực phẩm ngành khoa học khác 10 chất xơ Đối với rau đạt đƣợc độ chín sinh lí rau hoa, ngồng rau có nhiều chất xơ c Mục đích Chuẩn bị - q trình dấm chín đƣợc sử dụng để chuẩn bị cho trình thu mua ngun liệu khơng mua chín mà mua già nhằm nâng cao khả bảo quản kéo dài thời gian bảo quản, đồng thời q trình sản xuất cơng nghiệp cần có lƣợng nguyên liệu lớn nên để đáp ứng yêu cầu sản xuất cần phải dấm chín Hồn thiện chất lƣợng sản phẩm - rau đạt đƣợc độ chín định có chất lƣợng cao nhất, sử dụng để ăn sống - Điều tiết cho q trình lƣu thơng phân phối  Chƣa cần sử dụng nguyên liệu kéo dài thời hạn làm chậm chín  Khi cần sử dụng nguyên liệu thúc đẩy q trình chín ngun liệu 7.1.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm a Nguyên liệu Nguyên liệu để thực trình dấm chín thƣờng rau tƣơi, hạt u cầu hạt, rau để dấm chín phải đạt đƣợc độ chín định có chất lƣợng cao loại rau có đặc trƣng hàm ẩm cao khơng đạt đƣợc độ chín định sức đề kháng đƣa dấm chín chín khơng khơng chín b Sự biến đổi nguyên liệu Biến đổi sinh hóa - dƣới tác động enzyme có sẵn hạt, rau xúc tác phản ứng sinh hóa xảy nhƣ: Thủy phân, phản ứng oxy hóa… mức độ xảy phản ứng phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng chủ yếu nhiệt độ - Q trình hơ hấp khí xảy mạnh Quá trình thủy phân chất tăng: Tinh bột protopectin bị thủy phân mạnh rau, Biến đổi hóa học - thay đổi thành phần hóa học hạt, rau Glucid: Cellulose không biến đổi nhiều, phần lớn loại rau hàm lƣợng tinh bột giảm, hàm lƣợng đƣờng tăng lên, loại hạt hàm lƣợng tinh bột tăng lên Acid hữu giảm có q trình tác dụng acid hữu rƣợu để tạo thành este, nhiên có số loại acid hữu đặc trƣng cho loại rau lại tăng Ví dụ: Acid citric cam, chanh tăng Rƣợu tăng lên trình hơ hấp khí có lƣợng rƣợu dùng để tổng hợp loại este nhiên không đáng kể so với lƣợng rƣợu tạo 226 Các chất thơm đặc trƣng loại este tăng lên làm cho rau chín có mùi thơm - Polyphenol giảm xuống làm cho rau chát chín Biến đổi sinh học Rau quả, hạt có vi sinh vật hạt, rau môi trƣờng giàu dinh dƣỡng nên vi sinh vật hoạt động q trình dấm chín Mức độ hoạt động vi sinh vật phụ thuộc vào điều kiện dấm chín hoạt động vi sinh vật thƣờng khơng có lợi Để hạn chế hoạt động vi sinh vật cần phải vô trùng, vệ sinh mơi trƣờng dấm chín khử trùng, làm nguyên liệu trƣớc đƣa vào dấm chín Sự dấm chín hạt nguyên nhân làm cho hạt “ngủ” nhƣng “ngủ” thiết dấm chín Các hạt có giai đoạn dấm chín làm cho tỷ lệ nảy mầm thấp, sức nảy mầm khơng Q trình dấm chín ngắn thƣờng bị nảy mầm kho bảo quản ẩm ƣớt gây tổn thất Hạt dấm chín có phẩm chất cao bảo quản có nhiều thuận lợi Biến đổi vật lí hóa lí Sự bay nƣớc - rau quả, hạt nhiều nƣớc nên trình dấm chín nƣớc bay q trình hơ hấp làm cho khối lƣợng rau quả, hạt giảm Quá trình hơ hấp xảy mãnh liệt, cƣờng độ hơ hấp đạt cực đại sau giảm dần làm cho khối lƣợng tự nhiên rau giảm tỏa nhiệt Các biến đổi vật lí khơng có lợi cho q trình dấm chín rau quả, hạt Cảm quan - số cảm quan rau quả, hạt nhƣ: Màu, mùi, vị, trạng thái thay đổi theo chủ định Trong sắc tố bị thay đổi nhiều nhất, chlorophyll màu xanh, màu hồng carotenoid, xantophyl antocyan c Sản phẩm Sản phẩm thu đƣợc sau q trình dấm chín phải đạt đƣợc độ chín theo u cầu cơng nghệ đảm bảo chín có chất lƣợng tốt 7.1.3 Phương pháp thiết bị thực a Phương pháp gia công nhiệt Tăng nhiệt độ môi trƣờng để tăng cƣờng hô hấp rau làm cho rau mau chín hơn, thƣờng tăng nhiệt độ 30  400C, độ ẩm khơng khí phịng bảo quản 85  90%, tùy theo loại nguyên liệu mà nhiệt độ thay đổi phạm vi cho phép Ví dụ: Cà chua cần nhiệt độ dấm chín khơng q 300C lớn sắc tố màu hồng cà chua khơng đƣợc chuyển hóa, màu sắc khơng đẹp Nhƣợc điểm thời gian lâu bị bay nƣớc nhiều dễ bị nhăn nheo lên men b Phương pháp yếm khí Dùng cho có nhiều chất tanin 227 Quả đem ngâm nƣớc vôi 10%  ngày ngâm vào nƣớc nóng 40 C ngày đêm sau để bình thƣờng Ví dụ: Cà chua, lê ngâm vào nƣớc ấm khoảng 40  500C khoảng  9h sau để ngồi khơng khí  ngày chín Dùng phịng kín cho CO2 vào đuổi khơng khí dấm chín tủ chân khơng c Phương pháp dùng oxy Dùng oxy để tăng trình hơ hấp hiếu khí thúc đẩy cho q trình chín nhanh Ví dụ:  Dùng 50  70% khí oxy với nhiệt độ 200C ngày để dấm chín cà chua  Nồng độ oxy đạt 50  70% chuối chín nhanh tự nhiên lần, nồng độ oxy  6% chín chậm 40  60 ngày d Phương pháp dùng hóa chất kích thích Đây phƣơng pháp áp dụng rộng rãi Các hóa chất có tác dụng thúc đẩy trình biến đổi sinh lý, sinh hóa làm cho chóng chín Các hóa chất thƣờng dùng C2H4 (etylen), C2H2 (axetylen), C3H6 (propylen), rƣợu - Đối với chất khí dùng cách sấy xơng - Đối với chất nƣớc ngâm tiêm vào Phịng hun phải tích hợp lý: cao 6m x rộng 6m x dài 10m, độ ẩm phòng phải đạt 80  90%, sau phải mở cửa thơng gió 7.2 Q trình lên men 7.2.1 Bản chất mục đích a Bản chất Q trình lên men q trình hóa sinh biến đổi chất dƣới tác dụng vi sinh vật tiết enzyme để xúc tác trình Lên men tích lũy sản phẩm trao đổi chất hữu ích cho ngƣời q trình nuôi cấy vi sinh vật Việc nuôi cấy vi sinh vật với quy mơ lớn (trong khoảng 10 lít đến 1.000.000 lít) thƣờng đƣợc gọi lên men cơng nghiệp Cơng nghiệp lên men hình thành từ cuối kỷ 19 phát triển mạnh nửa cuối kỷ 19 với hàng loạt thƣơng phẩm Thuật ngữ lên men ngơn ngữ châu Âu có gốc từ tiếng La Tinh "fervere", có nghĩa "làm chín", dùng để diễn tả hoạt động nấm men dịch chiết trái hay dịch đƣờng hóa ngũ cốc Louis Pasteur gọi lên men "sự sống thiếu khơng khí" ("kị khí", "thiếu oxy") Tuy nhiên, thuật ngữ lên men đến đƣợc hiểu tất trình biến đổi vi sinh vật thực điều kiện yếm khí (thiếu oxy) hay hiếu khí Thực chất trình lên men trình oxy hóa khử sinh học để thu lƣợng hợp chất trung gian Đối tƣợng trình lên men chất 228 đƣờng cịn đối tƣợng q trình hóa sinh chất Các q trình lên men có khác hình thức, chế phản ứng, sản phẩm cuối hệ vi sinh vật tham gia, hệ enzyme xúc tác Tuy nhiên, có chất giống Tùy theo hệ vi sinh vật khác tham gia vào trình lên men mà sản phẩm thu đƣợc khác nhau, sử dụng hệ vi sinh vật để chế biến sản phẩm khác công nghệ thực phẩm Phân loại trình lên men: * Lên men nấm men Loại nấm men tham gia vào q trình có hai loại: Saccharomyces cervicae, Saccharomyces calbergencis; sản phẩm tạo thành trình C2H5OH CO2 Thƣờng sử dụng công nghiệp sản xuất rƣợu bia, nƣớc giải khát lên men, nƣớc lên men, sản xuất nấm men gia súc… * Lên men vi khuẩn Sử dụng nhiều chủng vi khuẩn khác nhau, thƣờng sử dụng công nghệ muối chua rau quả, lên men sữa chua, sản xuất acid glutamic… Công nghệ muối chua rau quả, lên men sữa chua có tham gia vi khuẩn Lactic điều kiện yếm khí Sản phẩm tạo thành acid lactic CH3CHOHCOOH Công nghệ sản xuất acid acetic với tham gia vi khuẩn acetic điều kiện hiếu khí sản phẩm tạo thành acid acetic Ví dụ: Sản xuất dấm, sản xuất thạch dừa Công nghệ sản xuất acid glutamic điều kiện hiếu khí với tham gia vi khuẩn Micrococcus glutamicus Sản phẩm acid glutamic HOOC-CH2CH2-CH(NH2)-COOH muối mì (bột ngọt) NaOOC-CH2-CH2CH(NH2)-COONa Cơng nghệ sản xuất acid amin ứng dụng sản xuất aceton, etanol - * Lên men nấm mốc Phần lớn lên men điều kiện hiếu khí, phân giải hợp chất hữu phức tạp thành chất đơn giản khác dƣới tác dụng enzyme vi sinh vật hiếu khí sinh Ví dụ:  Quá trình sản xuất tƣơng, chao  Quá trình lên men acid citric với chủng nấm mốc tham gia trình Aspergillus niger b Mục đích - Chế biến thực phẩm - tạo nhiều sản phẩm có giá trị Ví dụ: Sản xuất acid glutamic, sản xuất mì chính, sản xuất sữa chua… 229 Bảo quản - sau q trình lên men làm thay đổi mơi trƣờng pH, nồng độ rƣợu… ức chế vi sinh vật gây hƣ hỏng thực phẩm, thƣờng kết hợp bảo quản với chế biến Ví dụ: Muối chua rau 7.2.2 Nguyên liệu, biến đổi nguyên liệu sản phẩm a Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng trình lên men đa dạng, phụ thuộc vào mục đích sản xuất mà chuẩn bị nguyên liệu khác nhiên nguyên liệu phải vừa nuôi đƣợc vi sinh vật vừa tạo đƣợc sản phẩm Phải có đầy đủ chất cung cấp nguồn cacbon, nitơ, khoáng chất cho vi sinh vật sinh trƣởng, phát triển sinh tổng hợp sản phẩm trao đổi chất b Sự biến đổi nguyên liệu Biến đổi sinh hóa - có tham gia vi sinh vật nên trình lên men có q trình chuyển hóa chất nhờ enzyme, chu trình trình lên men bao gồm: - Chu trình đƣờng phân - EMP - Chu trình Krep - Chu trình Pentozophosphat Phụ thuộc vào chủng vi sinh vật, điều kiện lên men trình lên men theo nhiều đƣờng khác tạo nhiều sản phẩm khác làm cho thực phẩm biến đổi sâu sắc cần kiểm sốt q trình lên men để điều khiển theo chu trình định Biến đổi sinh học - enzyme vi sinh vật sinh tổng hợp tham gia chuyển hóa chất có nguyên liệu, vi sinh vật có mơi trƣờng lên men có hai loại: Vi sinh vật giống - cần phải tạo điều kiện để sinh trƣởng, phát triển sinh tổng hợp chất tốt - Vi sinh vật tạp nhiễm - cần phải ức chế tiêu diệt Để tiêu diệt ức chế vi sinh vật tạp nhiễm cần phải: - Thanh, tiệt trùng môi trƣờng lên men - Điều khiển chế độ công nghệ để hạn chế nhiễm vi sinh vật - Sử dụng chất sát khuẩn, ức chế vi sinh vật tạp nhiễm Biến đổi vật lí hóa lí - thơng số vật lí hóa lí nhƣ: pH, oxi hóa khử, lƣợng đệm, độ thay đổi nhiều suốt trình lên men Biến đổi cảm quan - màu, mùi, vị, trạng thái sản phẩm thay đổi khác so với nguyên liệu ban đầu c Sản phẩm Sản phẩm trình lên men khác phụ thuộc vào mục đích q trình lên men 230 Dịch thu đƣợc sau lên men hỗn hợp phức tạp gồm: Sản phẩm lên men - sản phẩm sản phẩm phụ, yêu cầu sản phẩm nhiều tốt sản phẩm phụ tốt đặc biệt sản phẩm phụ không mong muốn sản phẩm Sinh khối vi sinh vật - sinh khối vi sinh vật tách bỏ Ví dụ: Lên men bia phải tách bỏ sinh khối nấm men, lên men lactic sản xuất sữa chua không cần tách bỏ sinh khối vi khuẩn lactic - Cơ chất dƣ thừa 7.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men Có nhóm yếu tố ảnh hƣởng đến trình lên men: giống vi sinh vật, môi trƣờng lên men điều kiện lên men a Giống vi vinh vật Trong công nghiệp vi sinh, việc chọn giống vi sinh vật vấn đề quan trọng Nếu chọn đƣợc giống vi sinh vật thỏa mãn tiêu chí đặt đảm bảo đƣợc suất chất lƣợng sản phẩm lên men cần thu nhận Riêng lĩnh vực lên men thực phẩm, ngƣời ta thƣờng sử dụng giống dạng tổ hợp gồm nhiều loài vi sinh vật khác Các nhà sản xuất cần ý đến tƣơng tác sinh học loài tổ hợp giống Những kiểu tƣơng tác nhƣ cộng sinh (symbiosis), tƣơng hỗ (mutualism), hợp lực (synergism), hội sinh (commensalism) trung tính (neutralism) thƣờng mang dến tác động có lợi cho q trình lên men b Mơi trường lên men Nếu môi trƣờng chứa đầy đủ thành phần chất với tỷ lệ cân đối thỉ trình lên men điễn nhanh, suất chất lƣợng sản phẩm lên men đạt yêu cầu Ngƣợc lại, môi trƣờng thiếu thành phần đinh dƣỡng tỷ lệ chất mồi trƣờng khơng cân đơi sẻ kìm hảm phát triển giống vi sinh vật, hệ thời gian lên men kéo dài, suất chất lƣợng sản phẩm cần thu nhận bị giảm Các nhà sản xuất cần tối ƣu hóa thành phần định tính định lƣợng mơi trƣờng trƣớc lên men Đối với môi trƣờng lỏng, nhà sản xuất cần quan tâm đến hàm lƣợng chất khô giá trị pH Khi thu nhận sản phẩm trao đổi chất từ vi sinh vật nhƣ acid hữu cơ, acid amin, dung môi hữu hàm lƣợng chất khô ban đầu mơi trƣờng q thấp hàm lƣợng sản phẩm thu đƣợc thấp Do đó, nhà sản xuất có xu hƣớng gia tàng nồng độ chất khô ban đầu môi trƣờng lên men Tuy nhiên, nồng độ chất khô môi trƣờng lớn làm tăng áp lực thẩm thấu gây ức chế vi sinh vật làm ảnh hƣởng xấu đến trình lên men Tùy theo dạng sản phẩm lên men cần thu nhận mà nhà sản xuất lựa chọn nồng độ chất khơ ban đầu thích hợp Giá trị pH ảnh hƣởng đến hoạt tính trao đổi chất vi sinh vật Trong 231 trình lên men, pH canh trƣờng thay đổi Tùy theo dạng sản phẩm lên men cần thu nhận mà nhà sản xuất hiệu chỉnh khồng hiệu chỉnh pH theo thời gian lên men Đối với môi trƣờng rắn, độ ẩm canh trƣờng yếu tố công nghệ quan trọng, độ ẩm thấp cao gây ảnh hƣởng xấu đến hoạt tính trao đổi chất vi sinh vật nhƣ suất chất lƣợng sản phẩm cần thu nhận Thông thƣờng, độ ẩm canh trƣờng giảm theo thời gian lên men tƣợng tỏa nhiệt vi sinh vật trình sinh trƣởng Các nhà sản xuất cần sử dụng khơng khí ẩm (độ ẩm tƣơng đối 98-99%) dề hiệu chỉnh độ ẩm nhiệt độ canh trƣờng trình lên men c Điều kiện lên men - Lượng giống cấy: lƣợng giống cấy thời gian lên men sè kéo dài Ngồi ra, giai đoạn đầu trình lên men, vi sinh vật nhiễm môi trƣờng dễ phát triển làm ảnh hƣởng xấu đến suất chất lƣợng sản phẩm Ngƣợc lại, lƣợng giống cấy q nhiều làm tăng chi phí cho q trình nhân giơng Trong cơng nghệ lên men thực phẩm, lƣợng giông cấy nhiều làm thay đổi tỷ lệ sản phẩm phụ tạo thành canh trƣờng lên men, từ giá trị cảm quan thực phẩm lên men bị thay đổi Các nhà sản xuất cần xác định lƣợng giống cấy thích hợp phƣơng pháp thực nghiệm - Nhiệt độ: nhiệt độ ảnh hƣởng đến sinh trƣởng, hoạt tính trao đổi chất vi sinh vật chất lƣợng thực phẩm lên men Các nhà sản xuất cần chọn nhiệt độ lên men thích hợp để suất chất lƣợng sản phẩm cao nhất, đồng thời tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất Thơng thƣờng, q trình lên men nhiệt độ thấp kéo dài Ngƣợc lại, lên men nhiệt độ cao làm giảm bất thuận nghịch hoạt tính trao dổi chất ví sinh vật Nếu lên men thực phẩm nhiệt độ cao tổn thất cấu tử hƣơng sản phẩm gia tăng Trong công nghệ lên men thực phẩm, nhiệt độ tối ƣu trình lên men khơng trùng vói nhiệt độ tối ƣu cho sinh trƣởng giống vi sinh vật Ví dụ nhƣ sản xuất bia, sử dụng nấm men chìm nhiệt độ thích hợp q trình lên men lên men phụ lần lƣợt 6-14°C 0-2°C Còn nhiệt độ sinh trƣởng tối ƣu nấm men chìm 28-30°C Lên men bia nhiệt độ thấp nhằm mục đích bão hịa CO2 cho bia cải thiện tiêu cảm quan sản phẩm nhƣ độ trong, mùi và- vị - Sự cung cấp oxy: việc cung cấp oxy cho q trình lên men hiếu khí bắt buộc ảnh hƣỗng định đến suất chất lƣợng sản phẩm cần thu nhận Đôi với môi trƣờng rắn, ngƣời ta thổi khơng khí vơ trùng qua lớp canh trƣờng thiết bị ni cấy Cịn mơi trƣờng lỏng, ngƣời ta sục khơng khí vào canh trƣờng, kết hợp với khuấy trộn Trong trƣờng hợp lên men kỵ khí bắt buộc, có mặt oxy mơi trƣờng có thề gây độc ức chế vi sinh vật giống Đôi với môi trƣờng lỏng, ngƣời ta thổi khí trơ (ví dụ nhƣ khí N2) vào khoảng khơng gian đƣợc giới hạn bề 232 mặt môi trƣờng đáy nắp thiết bị lên men sục khí trơ vào canh trƣờng suốt thời gian lên men - Thời gian lên men: phụ thuộc vào giống vi sinh vật, dạng sản phẩm cần thu nhận nhiều yếu tố khác Khi thu nhận sản phẩm trao đổi chất nhƣ acid amin, acid hữu cơ, dung môi hữu cơ, enzyme thời gian lên men thƣờng kéo dài từ đến ngày Ngƣợc lại, nhóm thực phẩm lên men, thời gian lên men tàng trữ kéo dài đến hàng tuần, hàng tháng chí hàng năm Các nhà sản xuất xác định thời gian lên men tàng trữ phƣơng pháp thực nghiệm 7.2.4 Phương pháp thiết bị thực a Các giai đoạn trình lên men Để thực trình lên men gồm bƣớc * Chuẩn bị vi sinh vật giống Vi sinh vật sử dụng trình lên men phải đáp ứng yêu cầu sau: Phải sinh trƣởng, phát triển sinh tổng hợp chất mong muốn môi trƣờng định sản xuất - Lên men nhanh, sử dụng chất triệt để Sinh tổng hợp sản phẩm có chất lƣợng tốt, sản phẩm nhiều tốt, sản phẩm phụ tốt đặc biệt sản phẩm phụ không mong muốn - Chống chịu đƣợc điều kiện bất lợi q trình lên men - Khơng sinh độc tố trình lên men bảo quản Dễ bảo quản giữ đƣợc đặc tính truyền suốt thời gian Nguồn giống vi sinh vật mua phân lập từ môi trƣờng tự nhiên Cải tạo giống vi sinh vật - nhằm nâng cao chất lƣợng vi sinh vật khả hoạt động vi sinh vật giống Bảo quản giống - giữ cho vi sinh vật giống khơng bị chết, khơng bị thối hóa, giữ đƣợc đặc tính truyền khơng bị tạp nhiễm suốt trình bảo quản Nhân giống vi sinh vật - nhằm tăng số lƣợng vi sinh vật đáp ứng yêu cầu sản xuất, nhân giống cho q trình sản xuất có hai cấp: - Nhân giống phịng thí nghiệm - Nhân giống phân xƣởng sản xuất * Chuẩn bị môi trường lên men Phụ thuộc vào trình lên men khác mà chuẩn bị mơi trƣờng từ ngun liệu khác Mơi trƣờng dạng dung dịch dạng bột rắn Nguyên liệu để chuẩn bị môi trƣờng phải đầy đủ lƣợng, sau tiến hành loại bỏ tạp chất, pha lỗng phối trộn sau tiệt trùng * Lên men Đây công đoạn quan trọng ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm 233 thu đƣợc sau q trình lên men Mục đích trình lên men nhờ hoạt động vi sinh vật chuyển hóa chất có môi trƣờng lên men tạo sản phẩm Yêu cầu q trình lên men phải nắm đƣợc thơng số kĩ thuật nhằm kiểm sốt q trình lên men theo mục đích định trƣớc nhƣ: Chủng vi sinh vật sử dụng, nồng độ chất, pH, nhiệt độ lên men, thời gian lên men Vật liệu để chế tạo thiết bị lên men không ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm thu đƣợc sau trình lên men hoạt động vi sinh vật suốt trình lên men Vật liệu dùng để chế tạo thiết bị lên men thƣờng inox thép khơng gỉ Phân loại q trình lên men: Dựa vào hoạt động vi sinh vật - lên men chìm, lên men nổi, lên men bề mặt, lên men bề sâu Dựa vào lực thiết bị - lên men liên tục, lên men gián đoạn, lên men bán liên tục * Xử lí dịch lên men hồn thiện sản phẩm Xử lí dịch lên men trình nhằm thu đƣợc sản phẩm cuối trình lên men nhƣ: Lắng, lọc, chƣng cất, đảo trộn, vò nghiền… Khâu cuối hồn thiện sản phẩm sau q trình lên men nhƣ đóng gói, dán nhãn, bảo quản, tiêu thụ sử dụng b Phương pháp thiết bị lên men * Phương pháp lên men Lên men đƣợc thực theo cách sau (dựa vào kĩ thuật nuôi cấy): Lên men liên tục: Nguyên liệu liên tục vào sản phẩm lên men liên tục Lên men liên tục q trình ni vi sinh vật thiết bị đƣợc cấu tạo đặc biệt cho vật nuôi phát triển đến giai đoạn thích hợp cho việc lấy thể tích mơi trƣờng lên men tế bào sản phẩm trao đổi chất chúng, lại bổ sung thể tích mơi trƣờng dinh dƣỡng vào bình ni cấy, lúc có đƣợc trạng thái cân động Vi sinh vật bình ni ln ln pha logarit Phƣơng pháp lên men liên tục đƣợc ứng dụng để sản xuất protein đơn bào (nấm men), sản xuất acid acetic, etanol, bia xử lý nƣớc thải số nhà máy Tuy nhiên nhiều nguyên nhân nên phƣơng pháp lên men chu kỳ hay đƣợc ứng dụng Lên men gián đoạn: Vi sinh vật đƣợc ni cố định bình lên men với thể tích mơi trƣờng xác định Vi sinh vật phát triển theo giai đoạn (pha tiềm phát, pha logarit, pha cân bằng, pha suy vong) tạo sản phẩm Kết thúc trình, tiến hành công đoạn cần thiết để thu lấy sản phẩm Phƣơng pháp lên men chu kỳ đƣợc ứng dụng để sản xuất nhiều hoạt chất quan trọng nhƣ amino acid, chất kháng sinh Quá trình lên men đƣợc thực theo mẻ nên thƣờng có suất thấp chu kỳ sản xuất bị kéo dài - Lên men bán liên tục trình lên men vi sinh vật điều kiện xác 234 định Khi vi sinh vật phát triển thời gian đủ để tạo nồng độ sinh khối cần thiết, lấy bớt thể tích mơi trƣờng bao gồm sinh khối, đồng thời bổ sung thêm thể tích mơi trƣờng lấy Bằng cách làm nhƣ cần truyền giống lần thu hoạch sản phẩm nhiều lần Lên men bề mặt - vi sinh vật phát triển bề mặt môi trƣờng Phƣơng pháp thƣờng sử dụng để sản xuất acid citric số enzyme Nhƣợc điểm lớn phƣơng pháp tốn bề mặt Tuy nhiên, đầu tƣ nên cịn sử dụng Hình 7.1 Lên men bề mặt Lên men bán rắn phƣơng pháp trung gian lên men bề mặt bề sâu Hàm lƣợng nƣớc môi trƣờng chiếm khoảng 70% chất khô Một số enzyme đƣợc sản xuất theo phƣơng pháp Cải tiến phƣơng pháp thiết bị thùng quay nhằm cung cấp đủ oxy cho q trình lên men thực ln khâu sấy khơ sau lên men Điều khó khăn truyền nhiệt kémcủa chất độn nên khó thực tốt khâu trùng Lên men chìm phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhiều Nó cho phép kiểm sốt đƣợc tồn q trình lên men cách thuận lợi, tốn mặt Do hệ thống khuấy trộn tốt nên tồn mơi trƣờng ni cấy hệ thống 235 * Thiết bị lên men - Thiết bị nhân giống vi sinh vật Hình 7.2 Thiết bị nhân giống vi sinh vật loại 60m3 Động cơ, Hộp giảm tốc, Khớp nối, Ổ bi, Vịng bít kín, Trục, Thành thiết bị, Thiết bị khuấy trộn tuabin, Bộ trao đổi nhiệt dạng ống xoắn ruột gà, 10 Khớp nối, 11 Ống nạp khơng khí, 12 Thiết bị trộn kiểu cánh quạt, 13 Bộ sủi bọt, 14 Thiết bị khuấy dạng cánh vít, 15 Ổ đỡ, 16 Khớp để tháo, 17 Áo, 18 Khớp nạp liệu, 19 Khớp nạp khơng khí Ni cấy vi sinh vật đƣợc tiến hành điều kiện vô trùng Để đảm bảo điều kiện vơ trùng cần khử trùng thiết bị lên men, đƣờng ống dẫn, môi trƣờng nhân giống Thiết bị dùng để nhân giống nấm men dùng nhiều loại nhƣ thiết bị có đảo trộn học dạng sủi bọt, thiết bị lên men có đảo trộn khí động học thống khí mơi trƣờng, thiết bị lên men dạng trao đổi khối mạnh,…Thiết bị lên men có đảo trộn học dạng sủi bọt dạng thiết bị đƣợc sử dụng rộng rãi nhân giống nấm men Dạng thiết bị xilanh đứng đƣợc chế tạo thép hay kim loại kép có nắp đáy hình trịn Tỷ lệ chiều cao đƣờng kính 2,6:1 Trên nắp có dẫn 236 động cho cấu chuyển đảo khử bọt học; ống nối để nạp môi trƣờng dinh dƣỡng, vật liệu cấy, chất khử bọt, nạp thải khơng khí; cửa quan sát, cửa để đƣa vòi rửa; van bảo hiểm khớp nối để cắm dụng cụ kiểm tra Để tăng suất sử dụng thiết bị tích 100m3 đƣợc sản xuất Đức Loại thuộc thiết bị xilanh có dẫn động dƣới cấu đảo trộn Cơ cấu đảo trộn với số vòng quay trục 120 180vịng/phút Thiết bị có kết cấu gần giống với thiết bị tích 60m3 - Thiết bị lên men gián đoạn Hình 7.3 Thiết bị lên men gián đoạn có cánh khuấy Thiết bị đƣợc chế tạo từ thép không gỉ để tránh ăn mịn giải phóng ion sắt Nhiều trình bị ảnh hƣởng xấu nồng độ cao Đối với q trình lên men vơ trùng thiết bị lên men, kể van phải có tính chịu áp suất để khử trùng áp suất cao Thiết bị lên men cần phải có hệ thống sục khí đầy đủ Sự sục khí đƣợc thực nhờ việc cung cấp phân bố khơng khí khuấy trộn Thiết bị có đƣờng ống gần đáy có đục lỗ nhỏ để dẫn khơng khí vào sục qua lớp dịch lên men Sự khuấy trộn sục khí làm cho tế bào nấm men chất đƣợc phân bố đồng bọt khí sinh đƣợc phá hủy Thiết bị cịn có thép mỏng giúp cho việc sục khí đảo trộn đƣợc tốt Trục khuấy có gắn cánh khuấy làm nhiệm vụ đảo trộn dịch lên men, phận làm thép không gỉ Trong trình lên men nhiệt độ tăng cần làm nguội nƣớc lạnh Thiết bị có cấu tạo vỏ, khoảng không vỏ đƣợc dẫn nƣớc lạnh vào để làm nguội Ngồi ra, thiết bị cịn có van phận kiểm tra nhƣ đo độ thống khí, lƣợng oxy hịa tan, pH, nhiệt độ, tạo thành sản phẩm, tạo bọt,… 237 Hình 7.4 Thiết bị lên men ống xoắn ruột gà Ruột gà làm lạnh cần 0,4÷0,5 m2/m3 thùng, Ống dẫn dịch đƣờng men giống, Ống tháo dấm chín nƣớc vệ sinh, Ống CO2, Cửa quan sát vệ sinh, Đầu ống nối với hệ thống vệ sinh với thùng, Hệ thống vệ sinh, Van lấy mẫu, Đầu ống nối với hệ thống sục khí CO2 trùng - Thiết bị lên men liên tục có khuấy trộn Hình 7.5 Thiết bị lên men liên tục có cánh khuấy dịch nạp lần 238 Hình 7.6 Thiết bị lên men liên tục có cánh khuấy dịch nạp nhiều lần Hình 7.7 Thiết bị lên men liên tục dạng ống Đặc điểm: Vi sinh vật tồn dƣới dạng huyền phù bề mặt chất mang, dịch lên men đƣợc nạp liên tục sản phẩm thu liên tục Hình 7.8 Thiết bị lên men liên tục dạng tầng sôi 239 Đặc điểm: Vi sinh vật đƣợc cố định giá thể, dịch lên men đƣợc nạp liên tục, sản phẩm thu liên tục Hình 7.9 Quá trình thủy phân lên men cồn từ rơm, rạ Cột lên men: Thùng lên men cột hình trụ, làm thép khơng gỉ, bên chứa đầy arginat Kích thƣớc lỗ xốp phải đủ lớn enzyme vào, kích thƣớc lớn q trình xảy nhanh Nấm men đƣợc cố định lên arginat Quá trình lên men đƣợc thực cột lên men 240