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

- Muối Natri của Acid glutamic L-AG mà ta quen gọi là mì chính, đọc chệch từ “vị tinh “của Trung Quốc thường gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tửnước, nó là chất đi

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/ NGÔ TẤN TOÀN_62101191 4/ CAO NHÃ THÙY TRANG_62101199

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023

MỤC LỤC:

MỤC LỤC: i

CHAPTER 1: TỔNG QUAN 1

1.1: Nguyên liệu sản xuất bột ngọt bằng phương pháp lên men: 2

1.1.1: Tinh bột sắn 2

1.1.2: Mật rỉ mía: 4

1.1.3: Nguyên liệu khác: 5

1.2: Vi sinh vật: 5

1.2.1: Corynebacterium Glutamicum: 5

1.2.2: Con đường sản xuất acid glutamic nhờ vi khuẩn Corynebacterium Glutamicum: 6

CHAPTER 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT: 7

2.1 Sơ đồ sản xuất mì chính: 7

2.2: Giải thích sơ đồ quy trình: 10

2.2.1 Công đoạn thủy phân tinh bột: 10

2.2.2 Công đoạn trung hòa: 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 Công đoạn trung hòa kết tinh: 16

CHAPTER 3: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ BỘT NGỌT THEO VNQC: 17

3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với 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 1: Tinh bột sắn 2Hình 1 2: Mật rỉ mía 4Hình 1 3: Corynebacterium glutamicum 6

DANH MỤC BẢNG:

Bảng 1 1: Thành phần của tinh bột sắn 3Bảng 1 2: Phân loại mật rỉ 5

LỜI MỞ ĐẦU:

- Bột ngọt có tên khoa học là Monosodium glutamate (gọi tắt là MSG), và là muối Natricủa Acid glutamic (L-AG), một acid amin rất cần thiết cho quá trình tổng hợp chất(protein) của cơ thể Với công thức hóa học là:

- Acid glutamic tồn tại phổ biến trong các thực phẩm tự nhiên như thịt, cá, trứng, sữa, (kể

cả sữa mẹ) và các loại rau củ quả như cà chúa, bí đỏ, đậu Hà Lan Hiện nay, bột ngọtđược sản xuất bằng phương pháp lên men vi sinh tự nhiên – tương tự như phương phápsản xuất bia, giấm, nước mắm

- Muối Natri của Acid glutamic (L-AG) mà ta quen gọi là mì chính, đọc chệch từ “vị tinh

“của Trung Quốc thường gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tửnước, nó là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ănhằng ngày (đặc biệt là các nước phương Đông)

- Từ khi ra đời vào năm 1909, bột ngọt đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chếbiến thực phẩm và trong bếp ăn gia đình L- AG được đưa vào cơ thể, làm tăng khả nănglao động trí óc và chân tay của con người Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng,glutamate đóng vai trò quan trọng trong cơ chế chuyển hoá chất bổ dưỡng trong cơ thểcon người

ta cũng lựa chọn tinh bột sắn làm nguyên liệu thô [3]

- Thành phần hóa học trong tinh bột sắn sẽ thay đổi tùy theo trình độ kỹ thuật chế biến,tuy nhiên trong tinh bột sắn sẽ thường có các thành phần sau:

6

- Tinh bột sắn cũng chứa các mạch amilopectin và amiloza, tỷ lệ amilopectin và amiloza

là 4:1 Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột sắn nằm trong 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 là phương pháp thủy phân bằngacid và phương pháp thủy phân bằng enzyme Trong đó:

o Phương pháp thủy phân bằng acid sử dụng hai loại acid chủ yếu là HCl là acid

H2SO4 Đối với acid HCl thì có ưu điểm là thời gian thủy phân ngắn hơn so vớidùng H2SO4 nhưng lại không thể tách gốc acid ra khỏi dung dịch trong khi H2SO4

thì có thể dùng CaCO3 trung hòa để tách gốc SO42- ra khỏi dung dịch [3]

o Phương pháp thuỷ phân bằng enzyme: hai loại enzyme được sử dụng chủ yếu choquá trình này là α- amylase và γ- amylase Với α- amylase làm nhiệm vụ phá huỷcác mối liên kết α-1,4-glucozit của tinh bột tạo ra các sản phẩm có phân tử lượnglớn như dextrin bậc cao, dextrin bậc thấp, mantotrioza và cuối cùng là maltose.Còn γ- amylase có tác dụng thuỷ phân mối liên kết α-1,4 và α-1,6-glucozit bắt đầu

từ đầu không khử trên mạch amylose và amylopectin và sản phẩm cuối cùng làglucose Thông thường trong công nghiệp để thủy phân tinh bột thành glucosengười ta kết hợp α- amylase bền nhiệt và γ- amylase của nấm mốc với nhau [3]

⭢ Phương pháp thủy phân enzyme có hiệu suất chuyển hoá cao hơn phương pháp thủyphân acid, không chứa gốc acid và tạp chất có hại, rất thích hợp cho việc sản xuất glucosetinh thể và cho lên men nhờ vi sinh vật [3]

1.1.2: Mật rỉ mía:

Hình 1 2: Mật rỉ mía 1.1.2.1: Thành phần

- Rỉ đường mía là phần còn lại của dịch đường sau khi đã tách phần đường kính kết tinh,thông thường mía thu được chiếm 3 - 4 % trọng lượng mía đưa vào chế biến Thànhphần chính của rỉ đường là: đường 62% ( gồm saccharose, glucose, fructose, các chất phiđường 10%, nước 20% [3]

- Ngoài ra, rỉ đường mía còn chưa nhiều các nguyên tố khác với lượng cự kì nhỏ Ngoàicác nguyên tố kim loại và á kim kể trên, rỉ đường mía còn chứa nhiều nguyên tố khác vớilượng cực kì nhỏ chỉ có thể tính bằng mg/kg rỉ đường như: Fe 115 (mg/kg); Zn 34; Mn18; Cu 4,9; B 3,0; Co 0,59; Mo 0,2 Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như acidpantotenic, nicotinic, folic, B1, B2 và đặc biệt là biotin [3]

8

1.1.2.2: Vi sinh vật trong rỉ đường mía:

Trong rỉ đường mía có rất nhiều vi sinh vật Vi sinh vật nào có thể chịu được tác dụngnhiệt hay tác dụng của hoá chất thìtồn tại Có thể phân chúng thành 3 loại: vi khuẩn, nấmmen và nấm mốc Trong đó loại đầu là nguy hiểm hơn cả vì nó gồm nhiều giống có khảnăng sinh bào tử Người ta chia rỉ đường làm 3 loại tuỳ theo số lượng vi sinh vật tạpnhiễm [3]

Loại rỉ đường Số lượng vi sinh vật trong

1 gam rỉ đường Đánh giá và xử lý

II 100.000÷ 1.000.000 Cần thanh trùngIII 1.000.000÷ 5.000.000 Cần xử lý nghiêm ngặt

bằng hóa chất và nhiệt

Bảng 1 2: Phân loại mật rỉ 1.1.2.3: Phương pháp xử lý rỉ đường mía:

- Để loại bỏ những tạp chất có hại như CO2, chất keo, chất màu, acid hữu cơ dễ bay hơi

và vi sinh vật người ta sử dụng phương pháp cố định enyme Invertase thủy phânsaccharose trông điều kiện pH=5,5 và nhiệt độ 5000C [3]

- Invertase là một loại enzym thủy phân saccharose Để cố định enzyme Invertase cầndụng chất mang là sodium alginat Thông thường, Invertase có trong động thực vật, visinh vật và đặc biệt là nấm men có khả năng tổng hợp invertase cao Saccharomyces hiện

là vi sinh vật được quan tâm nhiều nhất trong lãnh vực lên men tạo Invertase và thủyphân saccharose theo phương pháp liên tục trong thiết bị có cánh khuấy và khẳng định95% saccharose của rỉ đường mía nồng độ 55% đã được chuyển hoá thành glucose vàfructose ở 5000C trong 7 giờ [2] [3]

- Phản ứng thủy phân saccharose do Invertase xúc tác như sau: [2]

Saccharose (đường không khử) Invertase α-Glucose + β-Fructose (đường khử)

1.1.3: Nguyên liệu khác:

Invertase

Nguyên liệu để sản xuất mì chính theo phương pháp lên men ngoài tinh bột sắn và mật rỉmía thì còn có một số nguyên liệu khác như acid HCl, NaOH, Na2CO3, Na2S, than hoạttính dùng để tẩy màu cho mì chính có màu trắng đạt yêu cầy hay NaCl tinh chế bổ sungvào mì chính để kích thích tiêu hóa và thêm khối lượng [3]

1.2: Vi sinh vật:

1.2.1: Corynebacterium Glutamicum:

- Vào những năm 1950 khi Tiến sĩ Kinoshita là người đầu tiên phát hiện ra rằng

Corynebacterium Glutamicum là một nhà sản xuất acid amin vượt trội, Corynebacterium glutamicum là một loại vi khuẩn ở dạng trực khuẩn, Gram dương, kỵ khí tùy tiện và hiện

diện trong đất Nó không hình thành bào tử cũng không gây bệnh [4]

Hình 1 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:

MalateOxaloacetate

- Trong C Glutamicum, L-glutamate được sinh tổng hợp từ glucose thông qua con đường

lên men hiếu khí Glucose qua quá trình đường phân tạo ra acid pyruvate trải qua quátrình decarboxyl hóa oxy hóa để tạo thành acetyl-CoA, sau đó acetyl-CoA đi vào chutrình Kreps Tuy nhiên, trong chu trình Kreps có giai đoạn tạo α-ketoglutarate Từ α-ketoglutarate nhờ xúc tác của hai hệ thống enzyme transaminaza và L-AG –dehydrogenaza tạo ra L-glutamate [4] [5]

1.2.2.2: Trong điều kiện oxi bị hạn chế:

- Trong điều kiện oxi bị hạn chế, vi khuẩn C Glutamicum vẫn có thể tổng hợp ra L-AG

tuy nhiên khác với điều kiện có oxi ở chỗ từ α-ketoglutarate sẽ không tạo thành succinate

và tương tự isocitrate cũng không hình thành được malate và succinate

CHAPTER 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT:

MalateOxaloacetate

Trung hòa 2 và khử sắt Ép lọc Bã

Trung hòa 3 và tẩy màu

Ép lọc

Bãthan Thùng chứa

Nồi cô đặc chân không

2.2: Giải thích sơ đồ quy trình:

Căn cứ vào dây chuyền sản xuất ta có thể chia ra 4 công đoạn chính như sau:

1) Công đoạn thủy phân tinh bột

2) Công đoạn lên men

3) Công đoạn trao đổi ion tách axit glutamic ra khỏi dịch lên men

4) Công đoạn trung hoà, tinh chế tạo glutamat natri tinh khiết

2.2.1 Công đoạn thủy phân tinh bột: [3]

- Mục đích: tạo điều kiện để thực hiện phản ứng thủy phân tinh bột thành đường lên menđược (chủ yếu là đường glucose)

- Phản ứng:

- Có nhiều phương pháp để thực hiện phản ứng trên Nhưng đáng chú ý nhất là 3 phươngpháp sau:

o Phương pháp thủy phân bằng enzyme:

- Có thể dùng đường α-amilase, β-amilase của các hạt nảy mần hay của nấm mốc để hủyphân 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 và không làm hư hại thiết bị

- Nhược điểm:

+ Đường hóa không triệt để tinh bột (tạo thành đường ở dạng trung gian như dextrine )làm cho vi khuẩn lên men mì chính không có khả năng sử dụng

+ Thời gian đường hóa tương đối dài

+ Hàm lượng đường sau khi đường hóa thấp, cần sử dụng thiết bị to, cồng kềnh

14

o Phương pháp thủy phân bằng H2SO4:

- Ưu điểm: sau khi thủy phân, trung hòa lượng acid dư bằng CaO nên tiết kiệm chi phíhơn

- Nhược điểm:

+ Sản phẩm của phản ứng trung hòa bị kết tủa làm cho dịch đường trong theo phản ứng

mà không tạo ra NaCl như dùng HCl

+ Hiệu suất thấp hơn khi dùng HCl

o Phương pháp thủy phân bằng HCl:

- Ưu điểm: cho hiệu suất cao và thời gian thủy phân ngắn (do cường lực xúc tác mạnh)

- Nhược điểm: phải dùng thiết bị cịu acid ở nhiệt độ và áp suất cao, khi trùng hòa acid dưphải dùng đến Na2CO3 tạo ra lượng muối nhất định:

- Quá trình thủy phân được 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 Chothan hoạt tính vào tẩy màu Than tẩy màu và giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màutrong sáng

2.2.3 Công đoạn ép lọc: [3]

- Tách các phần bã và các chất không hoà tan, được dịch đường glucoza 16 ÷18%

2.2.4 Công đoạn lên men: [3]

- Là khâu có tính chất quyết định đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất Được chia làm 3giai đoạn nhỏ:

- 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 chấm0,32%; MgSO4 7H2O 0,04%; Fe, Mn (đã pha 2000g/l) 0,002%; Urê 0,5%; B1 (đã pha150g/l) 0,00015%

- Môi trường nhân giống cấp II (VD ứng với thể tích thiết bị lên men 60 lít): Đườngglucoza 2000g; MgSO4 24g; H3PO4 60g; KOH; pH = 9; Nước chấm 300 ml; Rỉ đường600g; Urê 480g; Dầu lạc 60 ml; B1 20 mg

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

Giống gốc → cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 → cấy truyền ra ống thạch nghiêngđời 2 → lên men bình lắc (giống cấp 1) → nuôi ở thùng tôn (giống cấp 2) → lên menchính (nồi lên men cấp 3)

o Bảo quản giống:

- Môi trường thạch nghiêng

- Kích thước ổng nghiệm có mặt phẳng nghiêng φ15

- Ống nghiệm trước khi dùng, thanh trùng cẩn thận 12000C/ 0,5h

16

- Pha trộn môi trường: Dùng nước hoà tan các chất, cho thạch vào sau đó cho NaOH,điều chỉnh pH = 7 ÷ 7,2 Cuối cùng cho môi trường vào ống nghiệm thanh trùng 20 ÷ 30phút, áp lực 1KG/cm2 Sau đó hạ nhiệt độ xuống 50 ÷ 600 C, để ống nghiệm nghiêngthạch đông lại, sấy 45 giờ ở to = 320 C, đem bảo quản lạnh Khi cần, cấy tiếp chúng vàomặt thạch Tiếp chủng xong, bảo quản trong tủ lạnh 3 ÷ 4 tháng Sau 3 ÷ 4 tháng thuầnhoá, nhặt bỏ những con yếu Bảo quản trong nito lỏng -84OC.

o Thuần hóa:

- Dùng để đảm bảo giống trong sản xuất được khỏe Có 2 cách thuần hóa:

+ Dùng phương pháp phân ly và pha loãng: Lấy nước vô trùng rửa, pha loãng, dùng kínhhiển vi soi, chọn con khoẻ nhất

+ Chọn lọc: Lấy nhóm đơn khuẩn cho vào môi trường ống thạch nghiêng để trong 24h, ở

320 C Cho sang bình 1000 ml đưa vào bình tam giác 250 ml có chứa 200 ÷ 250 ml môitrường Để môi trường lên mặt sàng lắc ở nhiệt độ 320 C trong 12 giờ Sau đó lấy 1mlcho vào bình tam giác 250 ml chứa 15ml môi trường

- Sau quá trình lên men dùng giống này lên men 3 cấp

o Lên men (nuôi men cấp 3):

- Trong các thiết bị lên men sản xuất có đủ các chất cho quá trình lên men và hiếu khímôi trường Quá trình lên men cho không khí vào và khuấy trộn, lên men tạo bọt, do đóphải dùng dầu để khử bọt

- Tất cả các thiết bị, dụng cụ và nguyên liệu đều phải thật sạch sẽ, vô trùng

- Môi trường đã thanh trùng phải để nguội trong phòng vô trùng Sau khi đã chuẩn bị đầy

đủ môi trường, dụng cụ dùng que cấy cấy giống từ ống gốc sang ống thạch nghiêng đểvào tủ ấm 24 giờ cho khuẩn lạc phát triển, ta được giống đời I, cấy truyền sang ống thạchnghiêng một lần nữa, ta được giống đời II và đủ lượng cho vào bình tam giác đã có sẵnmôi trường đưa đi lên men trên máy lắc 12 giờ được giống cấp I

o Lên men cấp II:

- Chuẩn bị môi trường và thiết bị như quá trình lên men chính, thanh trùng môi trường

1200 C trong 30 phút, quá trình nuôi giống khống chế ở nhiệt độ 320 C, không tiếp thêmure và dầu như trong quá trình lên men chính Đến giờ thứ 8 thì soi chọn giống: Nồi nàodùng được thì 9 giờ giống có thể cấy tiếp sang nồi lên men chính (Đo OD dịch lên men,soi nồng độ vi khuẩn và xác định hàm lượng đường sót ) nếu chưa đạt yêu cầu thì có thểkéo dài thời gian lên men thêm 1 ÷ 2h nữa Như vậy thời gian nuôi cấy giống cấp 2 mất 9giờ và đến giờ thứ 8 mới biết kết quả giống có thể tiếp được hay không

- Trường hợp giống thu được không đạt yêu cầu, buộc phải hủy bỏ và nuôi nồi khác Có 2biện pháp thường dùng để khắc phục tình trạng này:

+ Nuôi giống dự phòng: Thường cần 2 nồi giống thì người ta cho nuôi 3 nồi một lúc, đếnkhi kết thúc chọn lấy 2, hủy bỏ 1 Cách này nói chung đảm bảo cho lên men, kịp thờinhưng lãng phí

+ Biện pháp 2: Căn cứ tốc độ tiêu hao đường, diễn biến của pH, nhiệt độ, màu sắc củadịch ngay giờ thứ 4 thứ 5 phải phán đoán được kết quả phát triển của nồi giống đó, nếuthấy cần thì quyết định cho cấy giống dự phòng từ giờ đó

o Lên men chính (lên men cấp I):

- Mục đích: thông qua hoạt động sống của vi khuẩn trong nhũng điều kiện thích hợp đểchuyển hóa đường glucose và đạm vô cơ thàn acid glutamic

- Giai đoạn đầu – giai đoạn tạo sinh khối (từ 8 đến 12h):

+ Các chất đường mạ vô cơ và hữu cơ, các muối khoáng, vitamin và các chất sinh trường

có trong môi trường thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn làm chúng lớn lên và đạt được kíchthước cực đại Sau đó chúng bắt đầu sinh sản, phân chia Quá trình được lặp đi lặp lại chođến khi lượng vi khuẩn đạt được giá trị cực đại

18