Công nghệ sản xuất bột ngọt

Bột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi Natri glutamat tên tiếng anh là Monosodium Glutamate (viết tắt là MSG)

Báo cáo : Công nghệ sản xuất bột ngọt

I Mở đầu

ột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi Natri glutamat tên tiếng anh là

Monosodium Glutamate (viết tắt là MSG),

B

Tên quốc tế và cộng đồng châu Âu: INS 621, EEC 621

Tên hóa học: Monosodium L – glutamat monohydrat, muối monohydra natri đơn của axit glutamic

Công thức: C5H8NO4Na

Trọng lượng phân tử: 187,13

Là hợp chất muối natri của axit glutamic, Axit glutamic (còn gọi là axit –

aminoglutaric) là một trong hơn 20 loại axit amin để kiến tạo nên protein cơ thể

và là hợp chất phổ biến nhất trong các protein của các loại hạt ngũ cốc, như trong prolamin của các hạt đậu chứa 43-46% axit này Axit glutamic đóng vai ròrất quan trọng trong việc trao đổi chất của cơ thể động vật, nhất là các cơ quan não bộ, gan và cơ nâng cho khả năng hoạt động của cơ thể Axit glutamic tham gia phản ứng thải loại amoniac, một chất độc với hệ thần kinh Amoniac là chất thải trong quá trình trao đổi chất Axit glutamic phản ứng với amoniac cho aminoaxit mới là glutamin Trong y học, axit glutamic được dùng như thuốc

chữa bệnh yếu cơ và choáng

1 Sơ lược lịch sử phát triển của Bột Ngọt

Trang 1

Cách đây hàng ngàn năm người nhật bắt đầu dùng rong biển làm thực phẩm, họ phát hiện ra loại rong lá( có tên khoa học là Laminaria japonica) còn là một loại gia vị hảo hạn Vào thời ấy, hoạt chất của loại rong lá làm thức ăn có hương vị đậm đà (do acid glutamic) chưa được nhận diện Vào năm 1980, nhà bác học Rittenhausen ở Đức đang tìm kiếm để xác định cơ cấu của các protein động vật, đặc biệt là acid amin kể cả acid glutamic.

Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong biển làm cho thức ăn có mùi vị ngon là Ikeda Ong đã khám phá ra thứ hoạt chất trích từ rong biển là monosodium glutamate, đây là một muối của acid glutamic Vào 21/4/1909 ông

đã đăng ký paten số 9440 với nhan đề là " sản xuất chất liệu gây vị"

Năm 1909 ông kết hợp với nhà kinh doanh có tên là Saburosuke Suzuki (là một dược sĩ), họ đã chọn từ " Aji nomoto " làm tên cho sản phẩm của mình "Aji" cónghĩa là nguồn gốc, "moto" có nghĩa là hương vị Đến năm 1933 sản xuất bọt ngọt tại Nhật đạt 4,5 triệu kg hàng năm

2 phân loại

Bột ngọt có sẵn trong các thực phẩm tự nhiên như thịt, cá, sữa (kể cả sữa mẹ) và cótrong nhiều loại rau quả như cà chua, đậu hà lan, bắp, cà rốt … Trong khoảng 100g cà chua hiện hữu 0,14g bột ngọt; 0,044g/100g thịt gà; 0,043g/100g tôm Cơ thể con người cân nặng từ 60g đến 70g, thì lượng prôtêin chiếm từ 14 đến 17% trong đó có khoảng 1/5 là bột ngọt

Bột ngọt 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 phầnprôtein Khi trong trạng thái độc lập, bột ngọt mới có thể phát huy tác dụng tạo hương vị đậm đà cho món ăn

Mô tả: Bột kết tinh trắng không dính vào nhau, rời rạc, không mùi, tan dễ dàng trong nước, tan vừa phải trong cồn MSG vừa có vị ngọt hoặc hơi mặn pH của dung dịch mẫu có tỷ lệ 1/20 giữa 6,7 và 7,2

Chức năng sử dụng trong thực phẩm: tăng vị Umami

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

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

Trang 2

Công thức phân tử của mì chính

Phương pháp thủy phân protit

Phương pháp lên men

Phương pháp kết hợp

Phương pháp tổng hợp hóa học

Phương pháp này ứng dụng các phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nêncác a.glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏahay các ngành khác

Ưu điểm: Phương pháp này có thể sử dụng nguồn nguyên liệu không phải thựcphẩm để sản xuất ra và tận dụng được các phế liệu của công nghiệp dầu hỏa Nhược điểm:

Trang 3

Chỉ thực hiện được ở các nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển và yêu cầu

kĩ thuật cao

Tạo hỗn hợp không quay cực D,L-axit glutamic, Việc tách L-axit glutamic

ra lại khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm

Phương pháp thủy phân protit:

Phương pháp này sử dụng các tác nhân xúc tác là các hóa chất hoặc fecmen đểthủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó( khô đậu, khô lạc…) ra một hỗnhợp các aminoaxit, từ nay tách các axit glutamic ra và sản xuất mì chính

Ưu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất và áp dụng được vào các cơ sở thủcông , bán cơ giới và cơ giới dễ dàng

Nhược điểm:

Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit hiếm và đắt

Cần nhiều hóa chất và các thiết bị chống ăn mòn

Hiệu suất thấp đưa đến gía thành cao

Phương pháp lên men

Phương pháp này lợi dụng một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp ra cácaxit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ

Sử dụng một số vi sinh vật để lên men như là Micrococcus glutamicus, Brevibacterium

Ưu điểm:

Không sử dụng nguyên liệu protit

Không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn

Hiệu suất cao, gía thành hạ

Tạo ra axit glutamic dạng L, có họat tính sinh học cao

Phương pháp kết hợp:

Đây là phương pháp tổng hợp hóa học và vi sinh vật học

Phương pháp vi sinh vật học tổng hợp nên axit amin từ các nguồn đạm vô cơ vàgluxit mất nhiều thời gian, do đó người ta lợi dụng các phản ứng tổng hợp tạo ranhững chất có cấu tạo gần giống axit amin , từ nay lợi dụng vi sinh vật tiếp tụctạo ra axit amin

Phương pháp này tuy nhanh nhưng yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ áp dụng và nghiêncứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất

Trang 4

II Nội dung

1 Nguồn nguyên liệu

Để lên men sản xuất axit glutamic, người ta dùng nguyên liệu chủ yếu là dịch cóđường, hoặc rỉ đường, hoặc các nguồn nguyên liệu tinh bột đã qua giai đoạn đường hóa Khoai mì là nguyên liệu tinh bột được sử dụng nhiều nhất hiện nay Ngoài ra còn có các nguồn dinh dưỡng bổ sung như muối amôn, photphat, sulfat, biotin, vitamin B…

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 khilên men Nếu là nguyên liệu chứa tinh bột, thì tinh bột phải được thủy phân (quátrình dịch hóa và đuờng hóa) nhờ enzym a -b- amylaza rồi sau đó mới bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường lên men

Giống vi khuẩn thuần khiết này được lấy từ ống thạch nghiêng tại các cơ sở giữ giống, sau đó được cấy truyền, nhân sinh khối trong môi trường lỏng (như đã nói ở phần trên) 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 bột ngọt:

Bột ngọt (còn gọi là mì chính) là một 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

Trang 5

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 Sự hình thành axit

glutamic phụ thuộc vào sự tích tụ axit a - xêtoglutaric trong tế bào vi khuẩn và

sự có mặt của NH3 và enzym xúc tác là glutamat dehydrogenaza

Phương pháp lên men vi khuẩn là phương pháp được sử dụng rộng rãi hiện nay trên thế giới để sản xuất axit glutamic và bột ngọt Hằng năm, sản lượng bột ngọt cả thế giới sản xuất theo phương pháp này khoảng 25 – 30 vạn tấn Ở Việt Nam cũng có nhiều nhà máy sản xuất bột ngọt bằng phương pháp lên men như VeDan, Ajino Moto, Việt Trì, Thiên Hương…

Để sản xuất bột ngọt từ axit glutamic bằng phương pháp lên men, quy trình công nghệ được triển khai theo các giai đoạn sau:

3.1 Chuẩn bị dịch lên men :

Môi trường lên men được chuẩn bị sẵn từ các nguyên liệu đường hoặc tinh bột (như đã nêu ở phần trên) được thanh trùng kỹ trước khi cấy vi khuẩn lên men glutamic vào gọi là corynebacterium glutamicum

3.2 Giai đoạn lên men:

Dung dịch nhân sinh khối vi khuẩn, dung dịch lên men được chuyển vào các dụng cụ, thiết bị lên men, sau corynebacterium glutamicum vào, cho lên men trong điều kiện thoáng khí, giữ ở nhiệt độ 32 – 370C trong thời gian 38 – 40 giờ Kết thúc quá trình lên men, lượng acid glutamic có thể đạt 50 – 60g/ lít

Trong thời gian lên men, pH sẽ chuyển dần sang acid do sự hình thành acid glutamic do đó người ta thường bổ sung thêm dinh dưỡng vào môi trường

nguồn amôn (NH4Cl, (NH4)2SO4, urê) để giữ ổn định độ pH cho vi khuẩn hoạtđộng tốt

Không được để điều kiện lên men là yếm khí vì sản phẩm tạo ra sẽ là acid

lactic Để tạo thoáng khí, trong các thiết bị lên men bố trí bộ phận khuấy trộn dịch với tốc độ V = 450 vòng/ phút

Trang 6

3.3 Tinh sạch acid glutamic:

Kết thúc quá trình lên men, acid glutamic được tạo thành cùng với một số tạp chất khác, do đó cần phải tinh chế các tạp chất này ra khỏi dung dịch chứa acid glutamic Phương pháp thường dùng là nhựa trao đổi rezin Nhựa trao đổi rezin

có hai loại: rezin dương tính (mang tính acid) và rezin âm tính (mang tính

4 – 5% để tách acid glutamic ra khỏi cột (tốc độ chảy NaOH là 5 – 6m/ giờ, lưu lượng 100lít/ phút)

Người ta có thể sử dụng than hoạt tính để khử màu Acid glutamic được thu bằng cách điều chỉnh pH = 3,2 rồi cô đặc dung dịch và giảm nhiệt độ xuống 40 – 150C sẽ thu được tinh thể acid glutamic với lượng 77 – 88% hoặc cao hơn

3.4 Sự tạo thành bột ngọt = Axit glutamic + NaOH

Đến đây, người ta đã có axit glutamic Từ axit glutamic, người ta tạo ra bột ngọtbằng cách dùng NaOH 40 – 50% để trung hòa dung dịch axit glutamic đến pH =6,8, sau đó đem lọc, cô đặc, và kết tinh bằng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp

Theo TS Đàm Sao Mai, Viện trưởng Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm Trường ĐH Công nghiệp TPHCM, sau khi sấy, bột ngọt đóng thành từng tảng, hạt tinh thể không đồng nhất nên yêu cầu phải nghiền

-Người ta sử dụng hệ thống nghiền bằng bi thép không rỉ để nghiền các tảng tinhthể này thành bột

Sau đó, dùng rây làm bằng lụa hoặc sợi hóa học để rây, lọc thành các hạt có kích thước đồng nhất Yêu cầu chất lượng là sản phẩm phải là tinh thể màu trắng, có kích thước > 1mm, đồng đều, độ tinh khiết 80 – 99%, độ ẩm <1%

Do bột ngọt có tính chất dễ hút ẩm, dễ chảy rữa nên cần bao gói cẩn thận, tránh tiếp xúc với không khí và hơi nước Người ta tiến hành đóng gói bằng các loại

Trang 7

bao bì như chai thủy tinh, hộp sắt tráng thiếc, giấy khơng thấm, polyethylen với khối lượng 1kg, 0,5kg, 200g, 100g.

Bột ngọt là muối natri của axit glutamic, gọi là glutamat natri Dùng NaOH 40 –50% để trung hịa dung dịch axit glutamic đến pH = 6,8, sau đĩ đem lọc, cơ đặc,

và kết tinh bằng phương pháp sấy chân khơng ở nhiệt độ thấp sẽ thu được tinh thể bột ngọt màu trắng Độ tinh khiết của bột ngọt cĩ thể đạt 99 – 99,6%

monoglutamat natri

4.Dây truyền cơng nghệ sản xuất Mì Chính

Trang 8

Giai đoạn thuỷ phân

Giai đoạn lên men

Pha chế dịch sau lên men

Trao đổi ion

Tái chế nhựa

Bột Thủy phân

phân phân

Trung hòa PHÂN PHÂN Ép lọc Sát trùng

Trang 9Bao gói

Sàng

Sàng

Bảo quản

Giai đoạn trung hòa và tách

Than hoạt tính Tẩy màu, lọc

Na2S

Bã than

5.Thuyết minh dây truyền

Căn cứ vào dây truyền sản xuất ta có thể chia ra bốn công đoạn 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 hòa, tinh chế tạo glutamic natri tinh khiết

5.1 Công đoạn thủy phân

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

Phản ứng sảy ra như sau :

nH2o

(C6H10O6)n nC5H12O6

Có 3 phương pháp sau đây :

phương pháp thủy phân bằng enzim

Người ta có thể dùng amila , amila của các hạt nảy mầm hay của nầm mốc đểthủy phân tinh bột thành đường phương pháp này có ưu điểm là không dùngđến hóa chất hay thiết bị chụi axit, chịu áp lực … không độc hại cho người vàthiết 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 dường hóa tương đối dài

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

Phương pháp thủy phân bằng H 2 SO 4

Ưu điểm : sau khi thủy phân việc trung hòa axit dư sau này không phải dùng Na2CO3 hay NaOH mà dùng CaO rẻ tiền hơn, mặt khác sản phẩm của phản ứng trung hòa lại kết tủa làm cho dịch đường trong theo phản ứng:

CaO +H2SO4 =CaSO4 +H2O

Trang 10

Nhược điểm :hiệu suất thủy phân bằng H2SO4 thấp hơn bằng HCL, trong thực tế hay dùng HCL.

Phương pháp thủy phân bằng HCL

Ưu điểm :cho hiệu suất nhanh thời gian phản ứng ngắn hơn do cườnglực xúc tác mạnh, khi trung hào tạo ra một lượng NaCL trong dung dịchảnh hưởng tới quá trình nuôi cấy vi khuẩn

Nhược điểm : phải dùng thiết bị chịu axit ở nhiệt độ cao, áp suất caoSau 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 tẩymàu và giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màu trong sáng

Ep lọc

Tách các phần bã vá các chất không hòa tan, được dịch đường glucoza 16-18%

5.2 Công đoạn lên men :

Đây là khâu có tính quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất Trongcông đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là :nuôi giống cấp I,giống cấp II và lên men lớn.Ngòai ra cón có những công đoạn phụ phục vụ cho quá trình lên men như : dâychuyền lọc khí, xử lí urê, xử lí dầu khử bọt

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 từống nghiệm ( môi trường nuôi cấy ban đầu ) sang các môi trường nuôi cấy lớn hơnnhư 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%; cao thịt 15; NaCl tinh chế0.5%; thạch 2%

Môi trường giống cấp I:đường glucoza tinh khiết 2.5%; rỉ đường0,25%; nước chấm 0,32%; MgSO4.7H2O 0,04%; Fe, Mn (đả pha2000g/l)0,002%;urree 0,5% ; B1(đả pha 150g/l)0,00015%

Môi trường nhân giống cấp II(VD ứng với thể tích thiết bị lên men 60lít):đường glucoza 200g; MgSO424g ;H3PO460g; KOH, pH=9; nướcchấm 300ml; rỉ đường 600g; urê 480g; dầu lạc 60ml; B1 20ml

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

Trang 11

Giống gốc cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1 cấy chuyền ốngthạch nghiêng đời 2 lên men bình lắc (giống cấp 1) nuôi ở thùng tôn(giống cấp 2) lên men chính (nồi lên men cấp ).

Trong quá trình nhân giống cấp 1: dùng que cấy cấy từ ống gốc sang ống môitrường 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, cuốicùng cho vào bình tam giác đã chứa sẵn môi trường tiến hành lên men tên máylắc 12h ta được giống cấp 1

Giống cấp 2: chuẩn bị môi trường và thiết bị như lên men chính, tiến hành thanhtrùng môi trường ở 1200C trong 30 phút Nuôi giống ở nhiệt độ 320C áp suất1kg/cm2 không thêm ure và dầu, lượng không khí cho vào khoảng 850-1100l/h Khi đến giờ thứ 8 bắt đầu soi chọn giống nếu đạt thì cấy tiếp sang môitrường lên men chính (đo OD của dịch lên men, soi nồng độ vi khuẩn …) nếuchưa đạt thì kéo dài thêm thời gian 1-2h

Khi giống đã chuẩn bị xong ma môi trường lên men chưa xong thì giữnguyên giống trong nồi, tắt cánh khuấy, giữ nguyên áp lực, cho nước đônglạnh qua vỏ ngoài thiết bị để nhiệt độ hạ xuống gần bằng 100C, không được

để giống quá 3 h vì giống sẽ già và hiệu suất tạo L-AG thấp

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 chuyểntoàn bộ VSV vào nồi lên men chính để chuyển hoá đường glucoza và đạm vô cơthành 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 choquá trình urê đầu là urê cho vào môi trường, sau khi môi trường được thanhtrùng và làm nguội nhiệt độ 320c urê tiếp là urê bổ sung trong quá trình lênmen, số lượng không cố định, khi pH dịch lên men đang từ trên 7 xuống dần thìphải tiếp dần urê cho đạt lên 7.5-8 sau đó đo lường axit glutamic tạo ra trongmôi trường càng nhiều, pH càng giảm xuống 7 hoặc dưới 7 lại tiếp urê nữa chođến 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 ranhiều CO2 tạo ra nhiều bọt, vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp đểphá bọt 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 đềuphải cung cấp không khí

Trang 12