tìm hiểu về koji và ứng dụng koji trong sản xuất các sản phẩm lên men truyền thống

Koji là một trong những thành phần quan trọng nhất được coi là giốngkhởi động để sản xuất một số thực phẩm lên men truyền thống của Nhật Bản.Koji có chứa một hệ các enzyme thủy phân được

ĐẶT VẤN ĐỀ

Lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó chất hữu cơ bị biến đổi dưới tác

dụng của các men (enzyme) vi sinh vật Các vi sinh vật thường được sử dụng đểlên men là vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Lên men là một trong những kỹ thuậtlâu đời nhất trong chế biến thực phẩm và mang tầm quan trọng kinh tế to lớn Thực phẩm lên men truyền thống có thể xem là một nét văn hóa đặc trưngcho một đất nước Chúng được tạo ra nhờ sự tìm tòi sáng tạo của mỗi một dântộc trên con đường phát triển những món ăn truyền thống Theo thời gian, cácsản phẩm lên men truyền thống được mở rộng về cả chủng loại và phương phápchế biến Hầu như mỗi dân tộc trên thế giới đều có riêng một sản phẩm thựcphẩm mang đặc sắc riêng của vùng như Hàn Quốc (kim chi, rượu shochu), Việtnam (nem, chả, tôm chua ), Nhật Bản (rượu sake, tương miso, nước tươngshoyu ),

Nhật Bản là một trong những quốc gia có những sản phẩm lên men truyềnthống phát triển lâu đời nhất, ứng dụng cho các sản phẩm đó là nhờ sự tìm tòiphát hiện loại mốc "koji" ngay từ rất sớm "Koji" là mốc cấy trên gạo, lúa mạchhoặc đậu nành, nó hoạt động như một chất mồi cho quá trình lên men Truyềnthống này đã được thực hiện ít nhất 500 năm tại Nhật Bản và đã tạo ra nhiềusản phẩm có tiếng như rượu sake, tương miso, nước tương shoyu

Trãi qua thời gian lâu dài của việc sử dụng thực phẩm cho thấy rằng kojimốc rất an toàn để áp dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm khác

Việc ứng dụng mốc koji trong chế biến thực phẩm vẫn còn rất lạ lẫmvới nhiều quốc trên thế giới Trong quá trình học tập nghe đến tên loại nàyđối với chúng em vẫn còn rất lạ lẫm Cho nên nhóm chúng em chọn đề tài:

“Tìm hiểu về koji”.

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ KOJI

1.1 KOJI LÀ GÌ?

Koji là một trong những thành phần quan trọng nhất được coi là giốngkhởi động để sản xuất một số thực phẩm lên men truyền thống của Nhật Bản.Koji có chứa một hệ các enzyme thủy phân được tạo thành trong nấmmốc sinh trưởng trên các cơ chất chứa tinh bột Các enzyme thủy phân này

(glucoamyloza, α-amyloza, proteaza) để thủy phân tinh bột và protein thành

các chất có trọng lượng phân tử thấp Tùy thuộc sản phẩm cuối cùng, các

chủng nấm mốc khác nhau được sử dụng để sản xuất koji như: Aspergillus

oryzae, Aspergillus awamoki, Aspergillus kawachi, Aspergillus niger,

Koji được nuôi cấy từ hạt gạo, đậu nành, hạt lúa mì, hoặc đậu tương

Đó là một thành phần quan trọng trong việc sản xuất của các loại thực phẩmtruyền thống của Nhật Bản lên men như sake, miso và shoyu Các loại mốckoji khác nhau được sử dụng để sản xuất các loại thực phẩm khác

nhau Aspergillus oryzae là nấm mốc được sử dụng để sản xuất koji rộng rãi

nhất Đối với malt sản xuất bia, mốc koji cung cấp enzyme cần thiết để phânhủy các chất nền cho quá trình lên men thực phẩm

1.2 PHÂN LOẠI KOJI:

Koji được phân loại với 3 dạng màu sắc khác nhau: kuro (màu

đen), shiro (màu trắng) và Kiroi (màu vàng) Sự khác nhau của koji không

chỉ mang lại một sự khác biệt về màu sắc, mà còn mang đặc tính riêng biệt

về hình dạng, các hương vị và mùi thơm của mỗi sản phẩm sản xuất

* Một vài đặc điểm của nấm mốc Aspergillus Oryzae:

Aspergillus oryzae thuộc chi Aspergillus, họ Trichocomaceae, bộ Eurotiales, lớp Eurotiomycetes, ngành Ascomycota và thuộc giới nấm

(Kitamoto, 2002) Bào tử của A oryzae có màu vàng hoa cau, không chứa độc tố aflatoxin A.oryzae tiết ra môi trường các enzym thủy phân như

amylase, glucoamylase, xenlulase, pectinase, xylanase và hemixenlulase Cơ

thể sinh trưởng của nấm mốc A oryzae là một hệ sợi bao gồm những sợi rất

mảnh, chiều ngang 5-7 µm, phân nhánh rất nhiều và có vách ngăn, chia sợithành nhiều bao tế bào

Từ những sợi nằm ngang này hình thành những sợi đứng thẳng gọi làcuống đính bào tử, ở đó có cơ quan sinh sản vô tính Cuống đính bào tử của

A.oryzae thường dài 1-2 mm nên có thể nhìn thấy bằng mắt thường Phía đầu

cuống đính bào tử phồng lên gọi là bọng Từ bọng này phân chia thànhnhững tế bào nhỏ, thuôn, dài, gọi là những tế bào hình chai

Đầu các tế bào hình chai phân chia thành những bào tử đính vào nhau,

nên gọi là đính bào tử Đính bào tử của A oryzae có màu vàng lục hay màu

vàng hoa cau

Đặc điểm của giống A oryzae là giàu các enzyme thủy phân nội bào và

ngoại bào (amylase, protease, pectinase,…) Chúng mọc và phát triển có khithành lớp mốc, có màu sắc đen, vàng… Các bào tử này dễ bị gió cuốn bay xakhi gặp điều kiện thuận lợi sẽ mọc thành mốc mới

Nấm mốc A oryzae khi mới phát triển, hệ sợi có màu trắng, sau đó

chuyển dần sang màu vàng lục và khi già chuyển hẳn sang màu vàng

Aspergillus oryzae là một loại nấm mốc koji, một trong những loại nấm

được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp Đặc biệt ở Nhật Bản,

nó không thể thiếu, là một chất thiết yếu của các loại thực phẩm truyền thống

và đồ uống như tương miso, shoyu (nước tương), và sake (rượu gạo) Nuôicấy nấm mốc koji từ đậu nành, gạo, hoặc lúa mì, được trộn với môi trườngdinh dưỡng và lên men để sản xuất thực phẩm Truyền thống này đã đượcthực hiện ít nhất 500 năm tại Nhật Bản Trãi qua thời gian lâu dài của việc sửdụng thực phẩm cho thấy rằng koji mốc rất an toàn để áp dụng trong các quá

hấp dẫn trong sản xuất một loạt các enzyme tự nhiên Nấm mốc tương

Aspergillus oryzae thích hợp với môi trường giàu gluxit: Gạo, ngô, cám Aspergillus oryzae chủ yếu tiết ra các enzyme amylaze và proteaza Khi nuôi

cấy trên môi trường rắn thì PH môi trường ít ảnh hưởng đến quá trình tạothành enzyme của nấm mốc vì môi trường có tính đệm cao

Aspergillus oryzae là sinh vật hoàn toàn hiếu khí, chỉ phát triển hoàn

không khí cho 1kg môitrường trong toàn bộ quá trình phát triển

1.2.1 Koji vàng (kiroi koji)

Koji vàng (kiroi) đã tồn tại ở Nhật Bản nhiều năm Nó đã được sử dụng

nhiều trong sản xuất thực phẩm do lợi ích của nó mang lại Kiroi-koji rất nhạy cảm với nhiệt độ và thích hợp với khí hậu lạnh Kiroi-koji hiếm khi được sử dụng Đầu những năm 1990, việc sử dụng Kiroi-koji đang dần tăng

lên, nhưng trên một cơ sở rất hạn chế

Koji vàng: loại nấm mốc sử dụng chủ yếu là Aspergillus oryzaeMột loạt các nguyên vật liệu có thể được sử dụng kết hợp với Kiroi-koji: gạo

(kome), khoai lang (imo), lúa mạch (mugi) Shochu sản xuất với kiiroi-koji thường

có màu sắc đẹp và mùi trái cây

1.2.2 Koji đen (kuro koji )

Trong lịch sử, kuro - koji có nguồn gốc ở Okinawa để sản xuất rượu

Awamori, ngày nay nó vẫn được sử dụng hầu hết để sản xuất Awamori Năm

1910, kuro - koji lần đầu tiên được đưa vào đất liền Nhật Bản qua đảo

Kyushu Nó đã được giới thiệu bởi Genichiro Kawachi nhờ sự nỗ lực kiếm đểcung cấp cho shochu ở địa phương koji có chất lượng cao

Kuro-koji bền hơn koji Kiroi màu vàng, phù hợp với khí hậu cận nhiệt

đới Mặc dù có thể tạo ra hương vị đặc biệt, hầu hết các nhà sản xuất cuối

cùng loại bỏ kuro - koji vì lý do vệ sinh

Năm 1985, Masaki Yamamoto phát triển NK- koji , loại này giúp sản phẩm tạo ra ngon miệng hơn kuro-koji NK koji lần đầu tiên được thực hiện

trong sản xuất của các thương hiệu Nishiki shochu Kuroisa năm 1987 koji shochu thường là dữ dội trong hương vị và mùi thơm

Kuro-Koji đen: sử dụng nấm mốc Aspergillus awamori

Khoai lang (imo) shochu và Awamori là phổ biến nhất là sản xuất với kuro-koji.

1.2.3 Koji trắng ( shiro)

Shiro koji được phát hiện vào năm 1923 khi Genichiro Kawachi (người

đã giới thiệu kuro-koji ) chứng kiến một sự biến đổi trong kuro-koji Điều

này dẫn đến việc nghiên cứu sâu hơn cho đến khi ông có thể xác định làm

thế nào để nuôi cấy nó độc lập Cuối cùng Shiro-koji thay thế kuro-koji để ngăn chặn các điều kiện vệ sinh khủng khiếp gây ra bởi kuro-koji Các nhà sản xuất nhận ra một số lợi ích từ việc sử dụng shiro-koji: độ bền, dễ dàng phổ biến rộng rãi và đẩy mạnh quá trình đường hóa Shiro-koji shochu có đặc

điểm là dễ uống, nhẹ và sạch

Koji trắng: loại nấm mốc được nuôi cấy thường là Aspergillus kawachii

1.3 KỸ THUẬT SẢN XUẤT KOJI

Koji là một bào tử nấm Nó thường được sản xuất bằng gạo, nhưng cũng có thể được tạo ra với kiều mạch (soba), khoai lang (imo), hoặc lúa mạch (mugi)

Quá trình tạo ra koji có thể mất 40-50 giờ và có bốn bước cơ bản:rửa, hấp vật liệu dùng các Tank, làm gia tăng các bào tử và làm mát

1 Rửa, ngâm nhằm phân loại xử lí tạp chất và làm sạch nguyên liệu

2 Hấp làm mềm vật liệu, cho phép các koji nấm mốc phát triển dễ

dàng hơn.Tane-kin được dùng hấp vật liệu

3 Koji được pha trộn đều, sau đó được bọc trong vải và đặt vào

phòng Phòng koji rất nóng và ẩm ướt, vải sẽ giúp giữ lại cả độ ấm và

ẩm Ngoài ra, khi các bào tử tăng trưởng với lượng lớn ở nhiệt phù hợp,koji phải được khuấy trộn để điều chỉnh nhiệt độ

4 Kết thúc quá trình làm koji, các khay chứa vật liệu lấy ra khỏiphòng và làm mát ở nhiệt độ phòng

Quy trình nhân giống A oryzae

ĐậunànhRửa

Tạp chất

Nước

1.3.1 Sản xuất koji từ đậu nành

Sơ đồ 1.1: Quy trình sản xuất Koji từ đậu nành

*Thuyết minh quy trình:

 Xử lí: Đậu nành được phân loại để loại bỏ tạp chất…

 Ngâm:

+ Mục đích: Làm mềm hạt đậu, giảm bớt mùi hăng của đậu nành.+ Các biến đổi của nguyên liệu:

 Vật lí: Trong quá trình ngâm hạt đậu hút nước, trương nở dẫn đến

sự tăng về kích thước và khối lượng Hạt đậu trở nên mềm hơn

 Hóa lí: hạt đậu nành bị hydrat hóa Trong quá trình này, một phầncác oligosaccharide như raffinose, stachyose (là nguyên nhân gây khó tiêu)được trích ly ra khỏi hạt đậu nành

+ Thông số công nghệ:

Tỉ lệ đậu: nước là 1:3 (w/w)

CThời gian ngâm đậu: 8h

Trọng lượng của đậu nành ngâm tăng lên 2,2- 2,4 lần so với đậu nànhthô Đậu thấm nước nhiều sẽ dễ nấu hơn Tuy nhiên trong quá trình làm koji.Nước ngâm cần thay 1-3 lần, tiếp theo phải rút nước ra sau 1h để đảm bảophân bố lượng ẩm đều, và do đó hơi nước có thể thấm vào trong từng hạt đậunành một cách dễ dàng

ôi cho đậu nành

 Làm nguội:

+ Mục đích: Tạo cho đậu nành có nhiệt độ thích hợp để nấm mốc phát triển+ Phương pháp: Làm nguội trong chân không, không khí lạnh hoặc băngtải lạnh sẽ làm nguội đậu nành một cách nhanh chóng Đậu nành nguội sau đóđược cắt nhỏ đến đường kính 5-6mm Kích thước càng nhỏ càng dễ tiêu hóa Tuynhiên, kích thước đậu quá mịn sẽ làm trì hoãn quá trình lên men

C

 Phối trộn: Tạo điều kiện cho mốc tiếp xúc đều với nguyên liệu.

 Khử các mùi khó chịu từ nguyên liệu

+ Các biến đổi của nguyên liệu: Mốc tăng sinh sản xuất ra các loạienzyme để thủy phân nguyên liệu thô

 Sản phẩm:

 Tiêu chuẩn của một koji tốt là:

 Có được hoạt động enzyme thích hợp

 Không nhiễm các vi sinh vật không mong muốn

 Sợi nấm phát triển tốt trên tất cả các hạt gạo

 Màu sáng và không xuất hiện màu nâu

 Không có mùi lạ.

 Đàn hồi và mềm

 Mốc khởi đầu:

tb/g và nó đã được thương mại hóa Chiều dài sợi nấm của mốc khởi đầu cóthể dài, trung bình hoặc ngắn Mốc khởi đầu có chiều dài trung bình với kíchthước túi bào tử 1- 3mm được dùng cho sản xuất Miso Mốc khởi đầu cóchiều dài sợi nấm ngắn có thể sản xuất protease nhiều hơn, còn sợi nấm dàisản xuất nhiều amylase

1.3.2 Koji gạo:

 Rửa, ngâm và hấp gạo:

Gạo cho vào rửa, rồi nhờ bơm đẩy gạo và nước vào nồi hấp tự động, nồihấp quay vừa quay vừa cấp nước để vo gạo Mục đích của việc vo gạo giúploại bỏ tạp chất và một phần vi sinh vật từ gạo Tùy theo số lượng và chấtlượng gạo mà số lần vo khác nhau Sau khi vo, cấp thêm nước để ngâm gạo

 Ngâm:

Tỉ lệ hút nước phụ thuộc vào kết cấu hạt, tỉ lệ chà xát, và nhiệt độ nước.Gạo có kết cấu mềm khi ngâm trong nước đến 4h để qua đêm cho nước thấmvào tận bên trong hạt và tỉ lệ hấp thu nước đạt đến 28% trọng lượng riêng làhoàn thành quá trình thủy phân tinh bột trong suốt quá trình hấp chín Thờigian ngâm tùy theo loại gạo, đối với các loại gạo Việt Nam thường cứng nênthời gian ngâm kéo dài 18-20h Hàm ẩm quá nhỏ sẽ khó khăn cho các sợinấm xâm nhập vào bên trong hạt Hàm ẩm quá cao, cơm sẽ nhão và rất khókhăn cho việc sản xuất koji

 Rút nước:

Gạo ở bước rửa và rút nước sẽ mất một số thành phần hòa tan trongnước và kali, khoảng 30-50% Một số các thành phần khác như Na, Mg, P,đường, protein, amino acid và lipid sẽ bị mất một phần, trong khi Ca và ionsắt sẽ được hấp thụ

 Mục đích của việc rút nước:

 Làm nguội:

Làm nguội cơm có thể được tiến hành hoặc làm nguội tự nhiên hoặclàm nguội liên tục bằng không khí lạnh để đạt đến nhiệt độ sẵn sàng cho quátrình sản xuất koji Nhiệt độ phụ thuộc vào mùa, phương pháp sản xuất koji,tình trạng ngủ của koji và số lượng koji nẩy chồi Nhiệt độ làm nguội là3,5o

C cho mùa hè để có thể thích ứng với quá trìnhtiếp theo của koji

 Phối trộn: Cho mốc tiếp xúc đều với cơ chất tạo điều kiện cho quá

trình phát triển và sản sinh enzyme

 Ủ mốc:

Theo phương pháp truyền thống: Sản xuất koji gạo theo phương pháptruyền thống sử dụng các khay bằng gỗ và đi ủ Cơm được làm nguội xuống

C và trộn với 0,1% men nấm mốc Hỗn hợp được trộn đều lên

C trong 3-4h cho bào tử nảy chồi Sau

Để hạn chế việc tăng thêm nhiệt độ và sự hình thành các khối, hỗn hợp ủ cầnphải được chia nhỏ và nên đảo trộn 4 lần trong 20h Hỗn hợp này được phân

của các khay koji cũng nên thay đổi sau lần trộn thứ hai để phân bố đều nhiệt

độ Sau khi ủ 40h, koji không tạo các bào tử nữa mà đem làm nguội

Theo phương pháp công nghiệp: So với phương pháp truyền thống sảnxuất koji công nghiệp tiết kiệm thời gian và nhân công hơn Trong nhữngnăm gần đây, phương pháp cơ học đã được áp dụng để thay thế cho các quátrình phối trộn bằng tay Không khí có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp đã được

sử dụng để thổi qua các bề mặt và trung tâm của hỗn hợp để xả bớt hơi nóng

và cung cấp nhiệt độ cho hỗn hợp koji Hai loại thông khí được sử dụng choviệc sản xuất koji bằng phương pháp cơ học là loại bề mặt và loại bên trong.Sau khi ủ 28-30h hỗn hợp sinh ra một lượng nhiệt lớn Các sợi nấm dài ra vàquấn vào nhau làm cho sự thông khí trở nên khó khăn Sau đó tiến hành đảotrộn để hạ nhiệt độ xuống thấp Không khí ẩm bão hòa với nhiệt độ được

C được duy trì đến 2-3h trước khi kết thúc quátrình làm koji

1.3.3 Koji lúa mì.

Làm koji lúa mì cũng tương tự như làm koji đậu nành và koji gạo Lúa

mì tạo ra nhiệt nhiều hơn gạo do có thành phần protein, kháng và vitamincao hơn Mốc koji sẽ không thể phát triển khi sự bay hơi ẩm diễn ra dễ dànghơn trên bề mặt của lúa mì Vì thế nên duy trì độ ẩm cao ngay từ đầu, từ đầugiai đoạn chuẩn bị koji Việc thông khí nên phối hợp với nhiệt độ tương ứngcủa koji trong việc chuẩn bị koji theo phương pháp cơ học Để có koji vớiamylase hoạt động mạnh, màu sáng và hiệu suất tạo sản phẩm cao, chúng ta

C trong 10-18h đầu, tiếp theo điều chỉnh về

PHẦN II ỨNG DỤNG CỦA KOJI TRONG SẢN XUẤT MỘT SỐ

SẢN PHẨM LÊN MEN TRUYỀN THỐNG

2.1 Quy trình công nghệ chế biến tương Miso:

Sơ đồ 2.1: Quy trình công nghệ chế biến tương Miso

* Thuyết minh quy trình:

Trong khi đậu nành nấu chín được làm nguội, koji muối, muối và dungdịch muối tiệt trùng cùng với một số nấm men, vi khuẩn lactic và vitaminđược thêm vào Sau đó hỗn hợp được nghiền và đặt vào thùng lên men cholên men và ủ chín

 Phối trộn

+ Mục đích: mục đích chính là bổ sung các tác nhân lên men vào đậunành để quá trình lên men xảy ra

+ Thiết bị phối trộn: Thiết bị phối trộn loại thùng tròn, loại phối trộn

tự động theo trọng lượng, loại đinh vít, loại thùng quay dạng trống được sửdụng với số lượng hỗn hợp lớn, còn với lượng nhỏ thì được thực hiện trongthùng làm bằng tay

+ Thông số kỹ thuật:

Nước: Nước chiếm tỷ lệ khoảng 10% tổng trọng lượng tương, dùng để

tạo ẩm độ cho tương ở mức 48-52 % Nước cần được loại bỏ các vi khuẩngây nhiễm, có thể đun sôi rồi để nguội

Muối: Nồng độ muối không nên lệch hơn 0,5% trong hỗn hợp.

Nhiệt độ phối trộn: Miso màu nhạt đòi hỏi phối trộn koji với đậu nành

chín trong khi đậu nành vẫn còn ấm

 Sử dụng enzyme từ koji miso để phân hủy những nguyên liệu thô

 Sử dụng khả năng lên men của vi sinh vật chịu muối để tổng hợp cácsản phẩm lên men làm tăng màu sắc và hương vị ở bước lên men và ủ chín

+ Các biến đổi của nguyên liệu:

 Sự biến đổi các chất đạm: Sau khi pha trộn, các nguyên liệu được đổ

vào các thùng chứa Trong thùng các enzyme nấm mốc bắt đầu tác động,phân cắt các dưỡng chất có trong đậu nành và hạt ngũ cốc Các protease tácđộng trên chất đạm, phân cắt thành các polypeptid rồi thành các acid amin