Học phần công nghệ vi sinh thực phẩm tiểu luận cuối kì công nghệ sản xuất mì chính bằng phương pháp lên men

Mì chínhMì chính là muối Mononatri của axit glutamic, thường gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tử nước, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, tron

Giảng viên hướng dẫn: TS Võ Thị XuyếnSinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Kim Trâm MSSV: 207SH47584

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANGKHOA CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG

5 Tình hình sản xuất mì chính tại Việt Nam 5

II CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MÌ CHÍNH 6

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN .7

1 Nguyên liệu 7

2 Chủng vi sinh 7

3 Kỹ thuật sản xuất axit glutamic và mì chính 8

4 Quy trình sản xuất mì chính 9

5 Thuyết minh quy trình 9

5.1 Công đoạn thủy phân tinh bột 9

5.1.1 Phương pháp thủy phân bằng enzym 10

5.1.2 Phương pháp thủy phân bằng H2SO 104 5.1.3 Phương pháp thủy phân bằng HCl 10

5.2 Công đoạn lên men 11

5.3 Quá trình lên men công nghiệp ở nồi lên men 12

5.3.1 Xử lí urê và dầu phá bọt 12

5.3.2 Xử lí không khí 12

5.3.3 Các giai đoạn xảy ra trong quá trình lên men chính 13

5.3.4 Công đoạn trao đổi ion 14

5.3.5 Tinh chế và hoàn thành phẩm axit glutamic 15

IV CÁC SẢN PHẨM TRÊN THỊ TRƯỜNG 17

V XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

I TỔNG QUAN1 Mì chính

Mì chính là muối Mononatri của axit glutamic, thường gặp dưới dạng bột hoặc tinh thể màu trắng ngậm một phân tử nước, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hàng ngày (đặc biệt là các nước phương Đông) - Tên hóa học: MonoSodium Glutamate (MSG), còn gọi là Mononatri Glutamate - Công thức phân tử: C5H8NNaO 4

2 Lịch sử của mì chính

Năm 1907, một nhà nghiên cứu khoa học Nhật Bản, Giáo sư Kikunae Ikeda đã phát hiện ra một hương vị mới lạ được gọi là umami hoặc mì chính Hương vị độc đáo này đã được ông trải nghiệm khi đang thưởng thức món đậu phụ luộc với nước dùng tảo bẹ kombu và dashi Ông đã cảm nhân được hương vị mới và nó khác với hương vị cơ bản trước đây Từ các kiến thức của bản thân trong ngành hóa học, giáo sư bắt tay vào một loạt các thí nghiệm và nghiên cứu và cuối cùng ông đã tìm được nguồn gốc của hương vị đặc biệt này Theo giáo sư Kikunae Ikeda, vị umami có nguồn gốc từ glutamate, một loại axit amin có trong các sản phẩm thịt, cá, sữa, …

Sự phân giải của glutamate trong lúc nấu ăn dẫn đến sự biến đổi thành L-glutamate, cung cấp một hương vị độc đáo và mặn mà thỏa mãn vị giác Giáo sư đã tiến hành nghiên cứu về hiện tượng này và sau đó kết hợp glutamate với natri để tạo ra bột ngọt, có dạng tinh thể khi được sử dụng vào món ăn và tăng cường vị ngọt tự nhiên của thịt.

Hình 1 Cấu trúc hóa học của Mononatri Glutamate

Hình 2 Giáo sư Kikunae Ikeda

Tính đến năm 2002, cộng đồng khoa học đã chính thức công nhận umami là một hương vị cơ bản kết hợp các hương vị chua, ngọt, mặn và đắng đã được thiết lập trước đó để tạo ra năm loại hương vị thiết yếu trong ẩm thực Umami chính là mì chính (bột ngọt) được sử dụng rộng rãi trong nấu ăn hàng ngày.

3 Tính chất của mì chính

Mì chính là loại bột trắng hoặc tinh thể hình kim óng ánh, kích thước tuỳ theo điều kiện khống chế khi kết tinh Mì chính thuần độ 99%, tinh thể hình khối 1 ÷ 2 mm màu trong suốt, dễ dàng hoà tan trong nước, và không hòa tan trong cồn ,thơm, ngon, kích thích vị giác Vị của mì chính có thể nhận ra rõ nhất trong khoảng pH = 6 ÷ 8.

Thuần độ mì chính là tỷ lệ % glutamat natri trong sản phẩm, hiện nay thường sản xuất loại 80 - 99% Dung dịch 10% MSG trong suốt, không màu,giá trị pH khoảng 6,7

- Độ hoà tan: tan nhiều trong nước, nhiệt độ tăng độ hoà tan tăng

 Ở 80 C, độ hòa tan là 32 – 34ooBe

4 Phân loại mì chính4.1 Mì chính tự nhiên

Mì chính dạng tự nhiên tồn tại trong thực phẩm cũng như trong các tế bào dưới hai trạng thái: trạng thái độc lập không kết nối với các axít amin khác trong thành phần prôtein Khi trong trạng thái độc lập, bột ngọt mới có thể phát huy tác dụng tạo hương vị đậm đà cho món ăn Về bản chất, mì chính sản xuất từ quá trìn lên men vi sinh vật và mì chính tự nhiên trong thực phẩm là hoàn toàn giống nhau và cơ thể con người cũng không phân biệt hai nguồn glutamic này.

Một số loại thực phẩm giàu glutamic và vị umami có thể kể tới như: thịt gia súc, gia cầm, hải sản, rau củ quả, sữa và các sản phẩm từ sữa (đặc biệt là sữa mẹ), các thực phẩm lên men (nước mắm, nước tương, mì chính, …)

Bảng 1 Lượng “mì chính tự nhiên” trong một số loại thực phẩm

Bột ngọt hiện nay được làm từ nguyên liệu thiên nhiên như tinh bột sắn và mật mía đường bằng phương pháp lên men, một quá trình tương tự như sản xuất bia, giấm, nước tương

Monosodium Glutamate (bột ngọt) là một loại phụ gia thực phẩm có tác dụng điều vị làm cho thực phẩm ngon và hấp dẫn hơn.

5 Tình hình sản xuất mì chính tại Việt Nam

Việt Nam là nước đông dân và có thói quen sử dụng nhiều mì chính trong việc nấu ăn Nguyên liệu sắn và mật đường mía tại Việt Nam cũng vô cùng dồi dào, với các nguyên liệu có sẵn này có thể sản xuất hàng tram tấn mì chính, thừa để dùng trong nước và có thể xuất khẩu sang các nước khác.

Bảng 2 Sản lượng mì chính sản xuất tại Việt Nam (giai đoạn 2015 – 2022)

(Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam 2022, NXB Thống kê, 2022)

II CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MÌ CHÍNH

Các tiêu chuẩn sản xuất mì chính:

- Tinh thể MSG chứ không ít hơn 99% MSG tinh khiết - Độ ẩm (trừ nước kết tinh) không được cao hơn 0.5% - Thành phần NaCl không được quá 0.5%.

- Các tạp chất còn lại không chứa Asen, kim loại và hợp chất Canxi.

Có nhiều phương pháp sản xuất mì chính khác nhau, từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Hiện nay có 4 phương pháp cơ bản được áp dụng:

- Phương pháp tổng hợp hóa học: phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hoá học để tổng hợp nên axit glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hoả hay các ngành khác.

- Phương pháp thủy phân protit: phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hoá chất hoặc fermen để thuỷ phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó (khô đậu, khô lạc…) ra một hỗn hợp các aminoaxit, từ đấy tách các axit glutamic ra và sản xuất mì chính

- Phương pháp lên men: phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ Phương pháp này đang có nhiều triển vọng phát triển ở khắp các nước, nó tạo ra được nhiều loại aminoaxit như: axit glutamic, lizin, valin, alanin, phenylalanin, tryptophan, methionine, …

- Phương pháp kết hợp: đây là phương pháp kết hợp giữa tổng hợp hoá học và vi sinh vật học Phương pháp vi sinh vật tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ và gluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ra những chất có cấu tạo gần giống axit amin, từ đấy lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo ra axit amin Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng nghiên cứu ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất.

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN1 Nguyên liệu

Để lên men sản xuất axit glumatic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch có đường, rỉ đường hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa Ngoài ra, còn có nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B, … Tất cả được cung cấp cho môi trường lên men.

Môi trường dùng cho quá trình lên men sản xuất axit glutamic, thông thường được pha chế như sau:

pH của môi trường được điều chỉnh 6,7 – 8 Trong thực tế sản xuất, người ta dùng rỉ đường làm môi trường lên men thay cho cao bắp Rỉ đường thường pha loãng đến 13 – 14% và thanh trùng trước khi lên men Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (quá trình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym a -b- amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men.

này được nhà vi sinh vật học Kinosita phát hiện vào năm 1956, có khả năng lên men từ tinh bột ngô, khoai, khoai mì để tạo ra axit glutamic).

Giống vi khuẩn thuần khiết được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng Khối lượng sinh

khối đuợc nhân lên đến yêu cầu phù hợp cho quy trình sản xuất đại trà Trước khi nhân, cấy, môi trường lỏng phải được thanh trùng bằng phương pháp Pasteur.

Chủng vi khuẩn giống phải có khả năng tạo ra nhiều axit glutamic, tốc độ sinh trưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axit cao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất.

3 Kỹ thuật sản xuất axit glutamic và mì chính

Mì chính là 1 trong 20 axit amin cấu tạo nên phân tử protein được sử dụng nhiều trong thực tế cuộc sống vì công dụng của nó.

Axit glutamic sản xuất bằng phương pháp lên men vi khuẩn, với nguyên liệu là đường Quá trình này được xúc tác nhờ hệ enzym có sẵn trong vi khuẩn, chuyển hóa qua nhiều giai đoạn trung gian với nhiều phản ứng khác nhau tạo ra nhiều sản phẩm phụ, và cuối cùng là sản phẩm axit glutamic Thực chất của quá trình này là đuờng đuợc chuyển hóa (quá trình đường phân theo Enbden – Meyerhoff), rồi sau đó thông qua chu trình Krebs của quá trình hô hấp hiếu khí của vi khuẩn, sản phẩm axit glutamic được hình thành.

Hình 3 Chu trình sản xuất axit glutamic

4 Quy trình sản xuất mì chính

5 Thuyết minh quy trình

Dựa và bảng quy trình trên ta chia các bước thành 4 công đoạn chính: - Công đoạn thủy phân tinh bột

- Công đoạn lên men

- Công đoạn trao đổi ion tách axit glutamic ra khỏi dịch lên men - Công đoạn trung hòa, tinh chế tạo natri glutamic tinh khiết

5.1 Công đoạn thủy phân tinh bột

Mục đích của công đoạn này là để tạo điều kiện để thực hiện các phản ứng thủy phân tinh bột thành đường lên men được chủ chủ yếu là đường glucoza.

Hình 4 Quy trình sản xuất mì chính theo phương pháp lên men (nguồn: Nhà máy Ajnomoto)

Phản ứng xảy ra:

(C6H O106)nnC5H O126

5.1.1 Phương pháp thủy phân bằng enzym

Người ta có thể dùng amila, amila của các hạt nảy mầm hay của nầm mốc để thủy phân tinh bột thành đường Phương pháp này có ưu điểm là không dùng đến hóa chất hay thiết bị chịu axit, chịu áp lực không độc hại cho người và thiết bị.

Nhược điểm:

- Đường hóa không triệt để tinh bột, mà còn ổ dạng trung gian như detrin ….làm cho vi khuẩn lên men mì chính không có khả năng sử dụng.

- Thời gian đường hóa tương đối dài.

- Lượng đường sau khi đường hóa thấp, do đó phải sử dụng thiết bị to, cồng kềnh.

5.1.2 Phương pháp thủy phân bằng H2SO4

Ưu điểm: sau khi thủy phân việc trung hòa axit dư sau này không phải dùng

hòa lại kết tủa làm cho dịch đường trong theo phản ứng: CaO + H2SO4 CaSO + H O42

5.1.3 Phương pháp thủy phân bằng HCl

Ưu điểm :cho hiệu suất nhanh thời gian phản ứng ngắn hơn do cường lực xúc tác mạnh, khi trung hào tạo ra một lượng NaCl trong dung dịch ảnh hưởng tới quá trình nuôi cấy vi khuẩn.

Nhược điểm : phải dùng thiết bị chịu axit ở nhiệt độ cao, áp suất cao Sau khi thuỷ phân xong ta tiến hành tiếp các giai đoạn sau:

- Trung hòa: Thủy phân xong dung dịch vào thiết bị trung hòa cho 30% vào để đạt pH = 4.8 cho than hoạt tính vào tẩy màu (khoảng 100kg tinh bột cho 0.45 kg than ) Than tẩy màu và giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màu trong sáng - Ép lọc: Tách các phần bã vá các chất không hòa tan, được dịch đường glucoza

nH O2

Hình 5 Thiết bị thủy phân

5.2 Công đoạn lên men

Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quy trình sản xuất Trong công đoạn này sẽ có 3 bước nhỏ là: nuôi giống cấp 1, giống cấp 2 và lên men.

Các khâu của quá trình lên men lần lượt được nghiên cứu như sau: - Giống – chủng: phần giống chủng đã được tuyển chọn ở trên.

- Môi trường lên men: Phần giống sau khi được tuyển chọn xong tiến hành nhân giống lần lượt từ ống nghiệm ( môi trường nuôi cấy ban đầu ) sang các môi trường nuôi cấy lớn hơn như bình lắc , nuôi ở thùng tôn, cuối cùng là cho vào nồi lên men chính Người ta thường sử dụng các môi trường sau:

 Môi trường thạch nghiêng: pepton 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 0.002%, urê 0.5%, B1 0.00015%  Môi trường giống cấp II: đường glucoza, MgSO4, H3PO4, KOH, pH = 9, nước

chấm, rỉ đường, urê, dầu lạc, B1.

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

- Trong quá trình nhân giống cấp 1: dùng que cấy cấy từ ống gốc sang ống môi trường thạch nghiên rồi để vào tủ ấm trong 24h cho các khuẩn lạc phát triển, sau đó chọn tiếp những khuẩn lạc cấy sang môi trường thạch nghiên thứ hai, cuối cùng cho vào bình tam giác đã chứa sẵn môi trường tiến hành lên men tên máy lắc 12 giờ ta được giống cấp 1

- Giống cấp 2: chuẩn bị môi trường và thiết bị như lên men chính, tiến hành thanh trùng

không thêm ure và dầu, lượng không khí cho vào khoảng 850-1100 l/h Khi đến giờ thứ 8 bắt đầu soi chọn giống nếu đạt thì cấy tiếp sang môi trường lên men chính (đo OD của dịch lên men, soi nồng độ vi khuẩn …) nếu chưa đạt thì kéo dài thêm thời gian 1-2 giờ.

- Các nguồn chất chính để nuôi đảm bảo yêu cầu trên:  Hợp chất cacbon: đường glucoza

 Đạm vô cơ: urê

 Các muối khoáng cần thiết

 Các chất phát triển

5.3 Quá trình lên men công nghiệp ở nồi lên men

Sau khi tiến hành nhân giống qua ống nghiệm, bình lắc , thùng tôn ta chuyển toàn bộ VSV vào nồi lên men chính để chuyển hoá đường glucoza và đạm vô cơ thành axit glutamic.

5.3.1 Xử lí urê và dầu phá bọt

Xử lí urê : urê tham gia vào thành phần môi trường gồm urê đầu và urê tiếp cho quá trình Urê đầu là urê cho vào môi trường, sau khi môi trường được thanh trùng và

không cố định, khi pH dịch lên men đang từ trên 7 xuống dần thì phải tiếp dần urê cho đạt lên 7.5-8 sau đó đo lường axit glutamic tạo ra trong môi trường càng nhiều, pH càng giảm xuống 7 hoặc dưới 7 lại tiếp urê nữa cho đến khi đường trong dịch lên men còn khoảng 1% thì không cần tiếp nữa.

Xử lí dầu :trong quá trình lên men, do hoạt động chất men của vi khuẩn, thải ra

Ta hay dùng loại lạc dầu thô.

5.3.2 Xử lí không khí

Các loại vi khuẩn lên men axit glutamic là loại hiếu khí nên quá trình lên men đều phải cung cấp không khí.

Hình 6 Thiết bị lên men

Không khí từ khí trời được hút qua thùng tách bụi sơ bộ, qua máy nén, qua hệ thống tách bụi, làm nguội, qua bình lọc bông thuỷ tinh đến các bình lọc riêng sơ bộ rồi mời vào nơi sử dụng như nồi giống, nồi lên men.

5.3.3 Các giai đoạn xảy ra trong quá trình lên men chính

a) Giai đoạn đầu

8-12 giờ gọi là giai đoạn sinh khối , làm cho vi khuẩn lớn lên, đạt kích thướt cực đại và bắt đầu sinh sản, phân chia.

Những biễu hiện của giai đoạn này là :

- Càng về cuối giai đoạn tốc độ tăng nhiệt càng nhanh, - pH tăng dần từ 6.5 - 6.7 lên 7.5 - 8.

- Bọt tạo thành tăng dần

- Lượng đường tạo thành tăng dần, thường 2 - 3 giời đầu hao rất ít, càng về sau tốc độ hao càng nhanh, chung cho cả giai đoạn là 2 - 3 giờ.

- Lượng tế bào vi khuẩn tăng dần từ khoảng 0,13 - 0,14 đến số 1 (số đo OD trên máy so màu )

- Hàm lượng axit glutamic chưa có hoặc rất ít b) Giai đoạn giữa

Từ giờ thứ 10, 12 đến giờ thứ 24, 26 giai đoạn này giữ cho số tế bào không tăng thêm nữa hoặc tăng rất ít Lượng axit glutamic tạo thành lại hoà tan vào các môi trường làm cho pH môi trường giảm dần, CO bay ra nhiều, bọt tăng ào ạt.2

c) Giai đoạn cuối

Những giờ còn lại tất cả các biểu hiện đều giảm dần cho đến khi hàm lượng đường chỉ còn 1% thì lên men kết thúc.

Thông thường để đảm bảo quá trình lên men đạt hiệu quả cao cần chú ý các điều kiện kỹ thuật sau:

- Khi bọt nhiều phải bổ sung dầu phá bọt ngay để phá bọt, tạo điều kiện cho CO thoát ra2

ngoài dễ dàng.

5.3.4 Công đoạn trao đổi ion

Mục đích của công đoạn này là lấy axit glutamic ra khỏi dịch lên men Người ta lợi dụng tính chất hạt nhựa polyetilen sunfuric (rezin) sau khi được cation hoá (được tái sinh) có khả năng giữ lại trên bề mặt nó anion (ở đây chủ yếu là axit glutamic) Sau đó lại dùng NaOH để tách anion (axit glutamic) ra khỏi hạt nhựa Quá trình này xảy ra như sau:

Quá trình hấp thụ:

R’-SO H + NH ROO 33 R’SO3NH RCOOH3

Quá trình tách:

Quá trình trao đổi ion diễn ra theo các bước sau: a) Pha chế dịch lên men

Dịch lên men có hàm lượng axit glutamic khoảng 40g/l tức là mật độ phân tử tương đối dày đặc, nếu cứ để vậy thì dòng chảy qua khối nhựa sẽ giảm, mức độ hấp thu giữa axit glutamic và hạt nhựa kém gây ra hiệu suất trao đổi thấp Vì thế trước khi đưa vào trao đổi ion người ta phải pha loãng dịch lên men bằng dịch thải lần trao đổi trước hay bằng nước lạnh với tỷ lệ nào đó sao cho hàm lượng axit glutamic khoảng 18 - 20 g/l mặt khác dịch lên men thường có pH = 6 - 7, ở điều kiện này khả năng hấp thụ kém Để tăng khả năng hấp phụ phải dùng HCl điều chỉnh pH dịch lên men xuống 5 -5.5.

b) Xử lý hạt nhựa rezin

Nhựa rezin sau 1 mẻ trao đổi không còn khả năng hấp phụ nữa vì vậy phải xử lý Quá trình xử lý như sau: Dùng nước sạch rửa ngược trong 1 giờ, thỉnh thoảng dùng áp suất chân không và van đóng mở gián đoạn để sục đảo cho khối nhựa tơi, đều, rửa xuôi cho tới khi pH = 7 thì kết thúc và tiến hành tái sinh.

Tái sinh: dùng axit thu hồi cho chảy ngược 15 - 20 phút, sau đó cho axit mới pha vào và giữ cho tốc độ ra vào ngang nhau để cho mặt nước có chiều cao cố định cho tới khi dịch ra có pH = 2 - 2.5 thì ngừng cho HCl.

Rửa tái sinh: mở van đáy thu hồi axit cho tái sinh lần sau rồi mới cho nước lạnh rửa xuôi cho tới khi pH = 3 thì ngừng, thời gian rủa tái sinh thường là 40 - 60 phút.