Seminar môn công nghệ lên men công nghệ sản xuất bột ngọt

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG SEMINAR MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT NGỌT Người hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ CẨM VI Người thục hiện: 1/ TRẦN THỊ PHƯƠNG NGHI_62101148 2/ NGUYỄN THÙY AN_62101082 3/ NGƠ TẤN TỒN_62101191 4/ CAO NHÃ THÙY TRANG_62101199 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 MỤC LỤC: MỤC LỤC: i CHAPTER 1: TỔNG QUAN 1.1: Nguyên liệu sản xuất bột phương pháp lên men: 1.1.1: Tinh bột sắn .2 1.1.2: Mật rỉ mía: .4 1.1.3: Nguyên liệu khác: 1.2: Vi sinh vật: 1.2.1: Corynebacterium Glutamicum: .5 1.2.2: Con đường sản xuất acid glutamic nhờ vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum: CHAPTER 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT: .7 2.1 Sơ đồ sản xuất mì chính: 2.2: Giải thích sơ đồ quy trình: 10 2.2.1 Công đoạn thủy phân tinh bột: .10 2.2.2 Cơng đoạn trung hịa: .11 2.2.3 Công đoạn ép lọc: 11 2.2.4 Công đoạn lên men: .11 2.2.5 Công đoạn trao đổi ion: 15 2.2.6 Tách acid glutamic: 15 2.2.7 Cơng đoạn trung hịa kết tinh: .16 CHAPTER 3: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ BỘT NGỌT THEO VNQC: 17 3.1 Yêu cầu kỹ thuật sản xuất acid-glutamic: 17 3.2: Yêu cầu kỹ thuật đổi với mononatri L-Glutamat: 18 CHAPTER 4: BÀI BÁO NGHIÊN CỨU: 19 4.1: Giới thiệu: .19 4.2: Tóm tắt vấn đề: .19 4.3: Kết quả: 20 V TÀI LIỆU THAM KHẢO: .21 DANH MỤC HÌNH: Hình 1: Tinh bột sắn Hình 2: Mật rỉ mía Hình 3: Corynebacterium glutamicum DANH MỤC BẢNG: Bảng 1: Thành phần tinh bột sắn .3 Bảng 2: Phân loại mật rỉ LỜI MỞ ĐẦU: - Bột có tên khoa học Monosodium glutamate (gọi tắt MSG), muối Natri Acid glutamic (L-AG), acid amin cần thiết cho trình tổng hợp chất (protein) thể Với cơng thức hóa học là: - Acid glutamic tồn phổ biến thực phẩm tự nhiên thịt, cá, trứng, sữa, (kể sữa mẹ) loại rau củ cà chúa, bí đỏ, đậu Hà Lan Hiện nay, bột sản xuất phương pháp lên men vi sinh tự nhiên – tương tự phương pháp sản xuất bia, giấm, nước mắm - Muối Natri Acid glutamic (L-AG) mà ta quen gọi mì chính, đọc chệch từ “vị tinh “của Trung Quốc thường gặp dạng bột tinh thể màu trắng ngậm phân tử nước, chất điều vị có giá trị cơng nghiệp thực phẩm, nấu nướng thức ăn ngày (đặc biệt nước phương Đông) - Từ đời vào năm 1909, bột sử dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm bếp ăn gia đình L- AG đưa vào thể, làm tăng khả lao động trí óc chân tay người Các nghiên cứu khoa học rằng, glutamate đóng vai trị quan trọng chế chuyển hoá chất bổ dưỡng thể người CHAPTER 1: TỔNG QUAN 1.1: Nguyên liệu sản xuất bột phương pháp lên men: 1.1.1: Tinh bột sắn 1.1.1.1: Thành phần cấu tạo: Hình 1: Tinh bột sắn - Củ sắn (khoai mì) sau trải qua giai đoạn gia công cho tinh bột sắn Tinh bột sắn có giá thành rẻ nên trở thành nguyên liệu nhà máy lựa chọn để trở thành nguyên liệu hay phụ gia cho nhiều loại sản phẩm Vì sản xuất mì người ta lựa chọn tinh bột sắn làm nguyên liệu thô [3] - Thành phần hóa học tinh bột sắn thay đổi tùy theo trình độ kỹ thuật chế biến, nhiên tinh bột sắn thường có thành phần sau: Tinh bột 83 ÷ 88% Nước 10,6 ÷ 14.4% Xenluloza 0.1 ÷ 0.3% Đạm 0.1 ÷ 0.4% Chất khống 0.1 ÷ 0.6% Chất hịa tan 0.1 ÷ 1.3% Bảng 1: Thành phần tinh bột sắn - Tinh bột sắn chứa mạch amilopectin amiloza, tỷ lệ amilopectin amiloza 4:1 Nhiệt độ hồ hoá tinh bột sắn nằm khoảng 60 ÷ 8000C [3] 1.1.1.2: Thu nhận glucose từ tinh bột sắn: - Có hai phương pháp để thu nhận glucose từ tinh bột sắn phương pháp thủy phân acid phương pháp thủy phân enzyme Trong đó: o Phương pháp thủy phân acid sử dụng hai loại acid chủ yếu HCl acid H2SO4 Đối với acid HCl có ưu điểm thời gian thủy phân ngắn so với dùng H2SO4 lại tách gốc acid khỏi dung dịch H2SO4 dùng CaCO3 trung hòa để tách gốc SO42- khỏi dung dịch [3] o Phương pháp thuỷ phân enzyme: hai loại enzyme sử dụng chủ yếu cho trình α- amylase γ- amylase Với α- amylase làm nhiệm vụ phá huỷ mối liên kết α-1,4-glucozit tinh bột tạo sản phẩm có phân tử lượng lớn dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza cuối maltose Cịn γ- amylase có tác dụng thuỷ phân mối liên kết α-1,4 α-1,6-glucozit bắt đầu từ đầu không khử mạch amylose amylopectin sản phẩm cuối glucose Thông thường công nghiệp để thủy phân tinh bột thành glucose người ta kết hợp α- amylase bền nhiệt γ- amylase nấm mốc với [3] ⭢ Phương pháp thủy phân enzyme có hiệu suất chuyển hố cao phương pháp thủy phân acid, không chứa gốc acid tạp chất có hại, thích hợp cho việc sản xuất glucose tinh thể cho lên men nhờ vi sinh vật [3] 1.1.2: Mật rỉ mía: Hình 2: Mật rỉ mía 1.1.2.1: Thành phần - Rỉ đường mía phần cịn lại dịch đường sau tách phần đường kính kết tinh, thơng thường mía thu chiếm - % trọng lượng mía đưa vào chế biến Thành phần rỉ đường là: đường 62% ( gồm saccharose, glucose, fructose, chất phi đường 10%, nước 20% [3] - Ngoài ra, rỉ đường mía cịn chưa nhiều ngun tố khác với lượng cự kì nhỏ Ngồi ngun tố kim loại kim kể trên, rỉ đường mía cịn chứa nhiều nguyên tố khác với lượng nhỏ tính mg/kg rỉ đường như: Fe 115 (mg/kg); Zn 34; Mn 18; Cu 4,9; B 3,0; Co 0,59; Mo 0,2 Rỉ đường mía giàu chất sinh trưởng acid pantotenic, nicotinic, folic, B1, B2 đặc biệt biotin [3] 1.1.2.2: Vi sinh vật rỉ đường mía: Trong rỉ đường mía có nhiều vi sinh vật Vi sinh vật chịu tác dụng nhiệt hay tác dụng hố chất thìtồn Có thể phân chúng thành loại: vi khuẩn, nấm men nấm mốc Trong loại đầu nguy hiểm gồm nhiều giống có khả sinh bào tử Người ta chia rỉ đường làm loại tuỳ theo số lượng vi sinh vật tạp nhiễm [3] Loại rỉ đường Số lượng vi sinh vật Đánh giá xử lý gam rỉ đường I 100.000 Không cần xử lý II 100.000÷ 1.000.000 Cần trùng Cần xử lý nghiêm ngặt III 1.000.000÷ 5.000.000 hóa chất nhiệt Bảng 2: Phân loại mật rỉ 1.1.2.3: Phương pháp xử lý rỉ đường mía: - Để loại bỏ tạp chất có hại CO2, chất keo, chất màu, acid hữu dễ bay vi sinh vật người ta sử dụng phương pháp cố định enyme Invertase thủy phân saccharose trông điều kiện pH=5,5 nhiệt độ 5000C [3] - Invertase loại enzym thủy phân saccharose Để cố định enzyme Invertase cần dụng chất mang sodium alginat Thơng thường, Invertase có động thực vật, vi sinh vật đặc biệt nấm men có khả tổng hợp invertase cao Saccharomyces vi sinh vật quan tâm nhiều lãnh vực lên men tạo Invertase thủy phân saccharose theo phương pháp liên tục thiết bị có cánh khuấy khẳng định 95% saccharose rỉ đường mía nồng độ 55% chuyển hoá thành glucose fructose 5000C [2] [3] - Phản ứng thủy phân saccharose Invertase xúc tác sau: [2] Saccharose (đường không khử) Invertase Invertase α-Glucose + β-Fructose (đường khử) 1.1.3: Nguyên liệu khác: Ngun liệu để sản xuất mì theo phương pháp lên men tinh bột sắn mật rỉ mía cịn có số ngun liệu khác acid HCl, NaOH, Na2CO3, Na2S, than hoạt tính dùng để tẩy màu cho mì có màu trắng đạt yêu cầy hay NaCl tinh chế bổ sung vào mì để kích thích tiêu hóa thêm khối lượng [3] 1.2: Vi sinh vật: 1.2.1: Corynebacterium Glutamicum: - Vào năm 1950 Tiến sĩ Kinoshita người phát Corynebacterium Glutamicum nhà sản xuất acid amin vượt trội, Corynebacterium glutamicum loại vi khuẩn dạng trực khuẩn, Gram dương, kỵ khí tùy tiện diện đất Nó khơng hình thành bào tử khơng gây bệnh [4] Hình 3: Corynebacterium glutamicum 1.2.2: Con đường sản xuất acid glutamic nhờ vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum: 1.2.2.1: Trong điều kiện có oxi: kkkkk Glucose Acetyl coenzyme A Citrate Oxaloacetate Isocitrate Malate 10 α-Ketoglutarate Succinate Glucose Acetyl coenzyme A Citrate Oxaloacetate Isocitrate Malate Succinate α-Ketoglutarate Glutamate CHAPTER 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT: 2.1 Sơ đồ sản xuất mì chính: Bột Hòa Thủy phân hoản xung nước Trung hòa Ép lọc Pha chế dịch men Thùng cao vị Bình trao đổi ion 12 Kết tinh Trung hòa khử sắt Ép lọc Bã Trung hòa tẩy màu Ép lọc Bã than Thùng chứa Nồi cô đặc chân không Ly tâm Thùng chứa Thùng chứa kết Sấy Sấy Nghiền Sàng Sàng Mì 99% Mì 80% Bao gói Bao gói bảo bảo quản quản 13 2.2: Giải thích sơ đồ quy trình: Căn vào dây chuyền sản xuất ta chia cơng đoạn sau: 1) Công đoạn thủy phân tinh bột 2) Công đoạn lên men 3) Công đoạn trao đổi ion tách axit glutamic khỏi dịch lên men 4) Cơng đoạn trung hồ, tinh chế tạo glutamat natri tinh khiết 2.2.1 Công đoạn thủy phân tinh bột: [3] - Mục đích: tạo điều kiện để thực phản ứng thủy phân tinh bột thành đường lên men (chủ yếu đường glucose) - Phản ứng: - Có nhiều phương pháp để thực phản ứng Nhưng đáng ý phương pháp sau: o Phương pháp thủy phân enzyme: - Có thể dùng đường α-amilase, β-amilase hạt nảy mần hay nấm mốc để hủy phân tinh bột - Ưu điểm: không cần dùng đến hóa chất hay thiết bị chịu acid, thiết bị chịu áp lực , không độc hại cho người không làm hư hại thiết bị - Nhược điểm: + Đường hóa khơng triệt để tinh bột (tạo thành đường dạng trung gian dextrine ) làm cho vi khuẩn lên men mì khơng có khả sử dụng + Thời gian đường hóa tương đối dài + Hàm lượng đường sau đường hóa thấp, cần sử dụng thiết bị to, cồng kềnh 14 o Phương pháp thủy phân H2SO4: - Ưu điểm: sau thủy phân, trung hòa lượng acid dư CaO nên tiết kiệm chi phí - Nhược điểm: + Sản phẩm phản ứng trung hòa bị kết tủa làm cho dịch đường theo phản ứng mà không tạo NaCl dùng HCl + Hiệu suất thấp dùng HCl o Phương pháp thủy phân HCl: - Ưu điểm: cho hiệu suất cao thời gian thủy phân ngắn (do cường lực xúc tác mạnh) - Nhược điểm: phải dùng thiết bị cịu acid nhiệt độ áp suất cao, trùng hòa acid dư phải dùng đến Na2CO3 tạo lượng muối định: - Quá trình thủy phân tiến hành theo phản ứng: 2.2.2 Công đoạn trung hòa: [3] - Thuỷ phân xong dung dịch vào thiết bị trung hoà cho 30% vào để đạt pH = 4,8 Cho than hoạt tính vào tẩy màu Than tẩy màu giúp cho trình lọc dễ, dung dịch có màu sáng 2.2.3 Cơng đoạn ép lọc: [3] - Tách phần bã chất không hồ tan, dịch đường glucoza 16 ÷18% 2.2.4 Cơng đoạn lên men: [3] - Là khâu có tính chất định toàn dây chuyền sản xuất Được chia làm giai đoạn nhỏ: 15 + Nuôi giống cấp I + Ni giống cấp II + Lên men lớn - Ngồi cịn có cơng đoạn phụ phục vụ cho q trình lên men như: dây chuyền lọc khí, xử lý urê, xử lý dầu khử bọt o Giống chủng: - Các giống chủng tuyển chọn phần giới thiệu giống vi khuẩn o Môi trường: - Môi trường thạch nghiêng: Pepton 1%; Cao thịt bò 1%; 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%; Urê 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 2000g; MgSO4 24g; H3PO4 60g; KOH; pH = 9; Nước chấm 300 ml; Rỉ đường 600g; Urê 480g; Dầu lạc 60 ml; B1 20 mg - Quá trình ni giống tiến hành theo bước sau: Giống gốc → cấy truyền ống thạch nghiêng đời → cấy truyền ống thạch nghiêng đời → lên men bình lắc (giống cấp 1) → ni thùng tơn (giống cấp 2) → lên men (nồi lên men cấp 3) o Bảo quản giống: - Mơi trường thạch nghiêng - Kích thước nghiệm có mặt phẳng nghiêng φ15 - Ống nghiệm trước dùng, trùng cẩn thận 12000C/ 0,5h 16 - Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan chất, cho thạch vào sau cho NaOH, điều chỉnh pH = ÷ 7,2 Cuối cho môi trường vào ống nghiệm trùng 20 ÷ 30 phút, áp lực 1KG/cm2 Sau hạ nhiệt độ xuống 50 ÷ 600 C, để ống nghiệm nghiêng thạch đông lại, sấy 45 to = 320 C, đem bảo quản lạnh Khi cần, cấy tiếp chúng vào mặt thạch Tiếp chủng xong, bảo quản tủ lạnh ÷ tháng Sau ÷ tháng hoá, nhặt bỏ yếu Bảo quản nito lỏng -84OC o Thuần hóa: - Dùng để đảm bảo giống sản xuất khỏe Có cách hóa: + Dùng phương pháp phân ly pha lỗng: Lấy nước vơ trùng rửa, pha lỗng, dùng kính hiển vi soi, chọn khoẻ + Chọn lọc: Lấy nhóm đơn khuẩn cho vào mơi trường ống thạch nghiêng để 24h, 320 C Cho sang bình 1000 ml đưa vào bình tam giác 250 ml có chứa 200 ÷ 250 ml mơi trường Để môi trường lên mặt sàng lắc nhiệt độ 320 C 12 Sau lấy 1ml cho vào bình tam giác 250 ml chứa 15ml mơi trường - Sau trình lên men dùng giống lên men cấp o Lên men (nuôi men cấp 3): - Trong thiết bị lên men sản xuất có đủ chất cho q trình lên men hiếu khí mơi trường Q trình lên men cho khơng khí vào khuấy trộn, lên men tạo bọt, phải dùng dầu để khử bọt - Tất thiết bị, dụng cụ nguyên liệu phải thật sẽ, vô trùng - Môi trường trùng phải để nguội phịng vơ trùng Sau chuẩn bị đầy đủ môi trường, dụng cụ dùng que cấy cấy giống từ ống gốc sang ống thạch nghiêng để vào tủ ấm 24 cho khuẩn lạc phát triển, ta giống đời I, cấy truyền sang ống thạch nghiêng lần nữa, ta giống đời II đủ lượng cho vào bình tam giác có sẵn mơi trường đưa lên men máy lắc 12 giống cấp I 17 o Lên men cấp II: - Chuẩn bị môi trường thiết bị q trình lên men chính, trùng mơi trường 1200 C 30 phút, q trình ni giống khống chế nhiệt độ 320 C, không tiếp thêm ure dầu q trình lên men Đến thứ soi chọn giống: Nồi dùng giống cấy tiếp sang nồi lên men (Đo OD dịch lên men, soi nồng độ vi khuẩn xác định hàm lượng đường sót ) chưa đạt u cầu kéo dài thời gian lên men thêm ÷ 2h Như thời gian nuôi cấy giống cấp đến thứ biết kết giống tiếp hay khơng - Trường hợp giống thu không đạt yêu cầu, buộc phải hủy bỏ ni nồi khác Có biện pháp thường dùng để khắc phục tình trạng này: + Ni giống dự phịng: Thường cần nồi giống người ta cho nuôi nồi lúc, đến kết thúc chọn lấy 2, hủy bỏ Cách nói chung đảm bảo cho lên men, kịp thời lãng phí + Biện pháp 2: Căn tốc độ tiêu hao đường, diễn biến pH, nhiệt độ, màu sắc dịch thứ thứ phải phán đoán kết phát triển nồi giống đó, thấy cần định cho cấy giống dự phịng từ o Lên men (lên men cấp I): - Mục đích: thơng qua hoạt động sống vi khuẩn nhũng điều kiện thích hợp để chuyển hóa đường glucose đạm vơ thàn acid glutamic - Giai đoạn đầu – giai đoạn tạo sinh khối (từ đến 12h): + Các chất đường mạ vơ hữu cơ, muối khống, vitamin chất sinh trường có mơi trường thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn làm chúng lớn lên đạt kích thước cực đại Sau chúng bắt đầu sinh sản, phân chia Quá trình lặp lặp lại lượng vi khuẩn đạt giá trị cực đại 18 + Biểu hiện: nhiệt độ tăng vừa phải, cuối tốc độ tăng nhiệt nhanh; pH tăng dần; lượng đường tiêu hao lượng tế bào vi khuẩn tăng dần; hàm lượn acid glutamic chưa có có - Giai đoạn giữa: Giai đoạn giữ cho số tế bào không tăng thêm tăng Q trình chủ yếu giai đoạn là: Đường đạm vô thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn q trình chuyển hố men phản ứng để tạo axit glutamic tế bào Lượng axit glutamic tạo thành lại hoà tan vào môi trường làm cho pH môi trường giảm dần, CO2 bay nhiều, bọt tăng ạt - Giai đoạn cuối: lại tất biểu giảm dần hàm lượng đường cịn ≤ 1% lên men kết thúc 2.2.5 Cơng đoạn trao đổi ion: [3] - Mục đích: tách lấy acid glutamic khỏi dịch lên men 2.2.6 Tách acid glutamic: [3] - Khi dịch đạt 4500C ngừng cho nước nóng bắt đầu cho NaOH 5% gia nhiệt đến 6000C vào để tách axit glutamic - Acid hóa acid glutamic: Tồn dung dịch axit glutamic thu khoảng lần đạt đưa thùng kết tinh, cho cánh khuấy hoạt động liên tục để ngăn ngừa axit glutamic kết tinh sớm, tinh thể nhỏ, hiệu suất thấp - Làm lạnh kết tinh: Dịch axit glutamic sau đưa điểm đẳng điện cho nước vào vỏ thùng kết tinh để giảm dần nhiệt độ, cánh khuấy tiếp tục hoạt động làm cho axit glutamic kết tinh to, tơi xốp Sau 48 trình làm lạnh kết tinh kết thúc Ở đây, dung dịch axit glutamic chia làm pha rõ rệt: 19 + Pha rắn: gồm axit glutamic kết tinh lắng xuống + Pha lỏng: gồm nước axit glutamic khơng kết tinh hịa tan vào, ta gọi nước Phần nước đưa trao đổi lại, phần kết tinh đưa ly tâm ta axit glutamic ẩm 2.2.7 Cơng đoạn trung hịa kết tinh: [3] - Mục đích: chuyển từ axit glutamic thành glutamat natri theo phản ứng Đồng thời cịn có phản ứng khử sắt tẩy màu - Về ngun tắc, diễn biến q trình đặc kết tinh sau: Đầu tiên nồng độ dịch loãng, phần tử glutamat natri dịch nằm riêng lẻ xen kẽ phân tử nước theo kiểu: - Q trình đặc phân tử nước tự loại dần tác dụng nhiệt chân không chuyển động hỗn loạn (sôi) lượng nước giảm đi, mật độ phân tử glutamat natri dầy đặc, tỉ lệ va chạm vào lớn, kết tạo nên liên kết đa phân tử theo kiểu: - Xuất phát nguyên tắc mà ta có quy trình kĩ thuật đặc kết tinh mì tinh thể sau: 20