công nghệ sản xuất bột ngọt

Hiện nay trên thế giới có 4 phương pháp sản xuất cơ bản:  Phương pháp tổng hợp hóa học  Phương pháp thủy phân protit  Phương pháp lên men  Phương pháp kết hợp Phương pháp tổng hợp hó

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ

MỤC LỤC

PH N 1: C S LÝ THUY T ẨN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ơ SỞ LÝ THUYẾT Ở LÝ THUYẾT ẾT 2

1 GIỚI THIỆU SẢN PHẨM 2

1.1 Bột ngọt là gì? 2

2.2 Lịch sử về bột ngọt 2

1.3 Phân loại bột ngọt 3

1.4 Vai trò của bột ngọt: 3

1.5 Các phương pháp sản xuất bột ngọt 4

2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT NGỌT 5

2.1 Tinh bột sắn 6

2.2 Rỉ đường mía 7

3 GIỐNG VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT 7

PHẨN 2: SẢN XUẤT BỘT NGỌT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 8

1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 8

2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

2.1 Công đoạn thủy phân tinh bột: 11

2.2 Trung hòa: 12

2.3 Ép lọc: 13

2.4 Công đoạn lên men 13

2.5.Công đoạn trao đổi ion: 18

2.6 Tách acid Glutamic: 19

2.7 Acid hóa acid Glutamic: 19

2.8 Làm lạnh kết tinh: 19

2.9 Trung hòa 20

2.10 Cô đặc: 20

2.11 Tiếp mầm tinh thể: 21

2.12 Nuôi mầm: 21

2.13 Ly tâm: 22

2.14 Sấy mì chính: 22

2.15 Sàng mì chính: 23

2.16 Bao gói: 23

PHẦN 3: TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM BỘT NGỌT 25

1 Thế giới: 25

2 Việt Nam: 26

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm: 28

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành L-AG: 28

3.2 Các yếu tố điều hòa quá trình lên men: 31

3.3 Ảnh hưởng của quy trình sản xuất và thiết bị máy móc: 32

PHẦN 4: KẾT LUẬN 33

PH N 1: C S LÝ THUY T ẨN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ơ SỞ LÝ THUYẾT Ở LÝ THUYẾT ẾT

1 GI I THI U S N PH M ỚI THIỆU SẢN PHẨM ỆU SẢN PHẨM ẢN PHẨM ẨN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 B t ng t là gì? ột ngọt là gì? ọt là gì?

Bột ngọt (hay mì chính) là tên thường gọi của Monosodium Glutamate (viết tắt làMSG), là muối của axit glutamic, một trong hơn 20 loại axit amin để kiến tạo nên protein

cơ thể

Tên thường gọi: Natri glutamat, MSG

Tên quốc tế và cộng đồng châu Âu: INS

lượng lớn Glutamate( bột ngọt ) tự nhiên

Mãi đến năm1880, Rittenhausen ở Humburg (Đức)

mới có những bước đầu nghiên cứu tìm kiếm, xác định cơ

cấu của các protein động vật, đặc biệt là các acid amin

trong đó có acid glutamic

Tuy nhiên, việc phát hiện ra hoạt chất có trong rong

biển làm thức ăn có mùi vị ngon là Ikeda năm 1908, ông

đã khám phá ra hoạt chất đó là Monosodium Glutamate,

đây là muối của acid glutamic và năm 1909 tên sản phẩm

Hình 1: Công thức cấu tạo của bột ngọt

“ajnomoto”(nguồn gốc hương vị) được ra đời 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 (là một dược sĩ), họ đã chọn

từ "Aji nomoto "làm tên cho sản phẩm của mình "Aji" có nghĩa là nguồn gốc, "moto" cónghĩa là hương vị Đến năm 1933 sản xuất bọt ngọt tại Nhật đạt 4,5 triệu kg hàng năm

1.3 Phân lo i b t ng t ại bột ngọt ột ngọt là gì? ọt là gì?

Bột ngọt sản xuất:

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

Chức năng sử dụng trong thực phẩm: tăng vị Umami

Bột ngọt tự nhiên:

Bột ngọt có sẵn trong các thực phẩm tự nhiên như thịt, cá, sữa (kể cả sữa mẹ) và

có trong nhiều loại rau quả như cà chua, đậu hà lan, bắp, cà rốt… Trong khoảng 100g càchua 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 haitrạng 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

Mì chính là chất điều vị trong chế biến thực phẩm, làm gia vị cho các món ăn nhờ

đó mà các món ăn có vị hấp dẫn hơn và 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, Glutamat đống vai trò quan trọng trong

cơ chế chuyển hóa chất bổ dưởng trong cơ thể con người

Các nghiên cứu cũng đã cho thấy rằng Glutamat tự nhiên có trong thực phẩm vàGlutamat có nguồn gốc từ mì chính đều giống nhau Thực tế nghiên cứu cũng đã chothấy, Glutamat từ thực phẩm hay từ mì chính đều quan trọng đối với chức năng của hệtiêu hóa

1.5 Các ph ương pháp sản xuất bột ngọt ng pháp s n xu t b t ng t ản xuất bột ngọt ất bột ngọt ột ngọt là gì? ọt là gì?

Hiện nay trên thế giới có 4 phương pháp sản xuất cơ bản:

 Phương pháp tổng hợp hóa học

 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 nên các a.glutamic và các aminoaxit khác từ các khí thải của công nghiệp dầu hỏa hay cácngành khác

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

Nhược điểm:

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 để thủy phân một nguồn nguyên liệu protit nào đó( khô đậu, khô lạc…) ra một hỗn hợp 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 thủ công , 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 các axit amin từ các nguồn gluxit và đạm vô cơ

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

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

Do phương pháp này có nhiều ưu điểm nên hiện nay được ứng dụng rộng rãi trênthế giới, kể cả ở Việt nam

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 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 đó 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 và nghiên cứu chứ ít áp dụng vào công nghiệp sản xuất

2 NGUYÊN LI U S N XU T B T NG T ỆU SẢN PHẨM ẢN PHẨM ẤT BỘT NGỌT ỘT NGỌT ỌT

Trên thế giới hiện nay sử dụng hai phương pháp chủ yếu để sản xuất mì chính là:phương pháp thủy phân protit và phương pháp lên men Nhưng trong phạm vi môn học

ứng dụng công nghệ sinh học trong công nghệ thực phẩm nên nhóm thực hiên đề tài đã đisâu vào nghiên cứu phương pháp lên men.

Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu là các loại đường, nênnguyên liệu cho công nghệ lên men phải giàu gluxit như: tinh bột sắn, rỉ đường, glucose,saccharose

2.1 Tinh b t s n ột ngọt là gì? ắn

Nguồn gốc:

Tinh bột sắn được sản xuất trong quá trình chế biến sắn củ Có hai loại sắn: sắnđắng và sắn ngọt khác nhau về hàm lượng tinh bột và xyanua Sắn đắng có nhiều tinh bộthơn nhưng đồng thời cũng có nhiều axit xyanhidric, khoảng 200- 300 mg/kg Sắn ngọt có

ít axit xyanhidric (HCN) và được dùng làm lương thực, thực phẩm Ở nước ta sắn trồng

ở các tỉnh phía bắc chủ yếu là sắn ngọt và tinh bột thu được không có HCN

Thu nhận glucoza từ tinh bột sắn:

Phương pháp thủy phân bằng axit: dùng HCl hoặc H2SO4 Khi dùng HCl thì thờigian thủy phân ngắn hơn nhưng không tách được gốc axit ra khỏi dung dịch Dùng H2SO4

thời gian thủy phân dài, nhưng có thể tách gốc (SO4)2- ra khỏi dung dịch đường bằngcách dùng CaCO3 trung hòa dịch thủy phân

Phương pháp thủy phân bằng enzyme: hai loại enzyme được dùng nhiều cho quátrình này là α- amylase và β – amylase α- amylase cắt liên kết α-1,4 – glucoside của tinhbột tạo ra sản phẩm cuối cùng là maltoza, β – amylase cắt liên kết α-1,4 – glucoside vàα-1,6 – glucoside và sản phẩm cuối cùng là glucoza

2.2 R đ ỉ đường mía ường mía ng mía

Rỉ đường mía là thành phần còn lại của dung dịch đườngsau khi đã tách phầnđường kính kết tinh Số lượng và chất lượng của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, điềukiện trồng trọt, hoàn cảnh địa lý và trình độ kỹ thuật chế biến của nhà máy đường

Thành phần chính của rỉ đường là: đường 62%, các chất phi đường 10%, nước20%

Đường trong rỉ đường bao gồm 25%- 40% sacaroza, 15%- 25% đường khử(glucoza và fructoza), 3%- 5% đường không lên men được

Các chất phi đường gồm có các chất hữu cơ và vô cơ Các chất hữu cơ chứa nitơcủa rỉ đường mía chủ yếu là các axit amin cùng với một lượng nhỏ protein và sản phẩmphân giải của nó Các chất phi đường vô cơ là các loại muối tìm thấy trong thành phần trocủa rỉ đường Độ tro của rỉ đường mía thấp hơn độ tro của rỉ đường củ cải

Rỉ đường mía còn chứa các nguyên tố khác với hàm lượng nhỏ như là: Zn, Mn,

Cu, B, Co, Mo

Rỉ đường mía rất giàu các chất sinh trưởng như: a.patotenic nicotinic, folic, B1, B2

và đặc biệt là biotin

Có rất nhiều loài vi sinh vật trong rỉ đường mía: có thể phân chúng thành 3 loại: vikhuẩn, nấm men, nấm mốc Trong đó vi khuẩn là nguy hiểm hơn cả vì gồm nhiều giống

có khả năng sinh bào tử

3 GI NG VI SINH V T TRONG S N XU T B T NG T ỐNG VI SINH VẬT TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT ẬT TRONG SẢN XUẤT BỘT NGỌT ẢN PHẨM ẤT BỘT NGỌT ỘT NGỌT ỌT

Giống vi sinh vật lên men được chọn phải có năng suất sản xuất cao, tốc độ sinhtrưởng phát triển nhanh, có tính ổn định cao trong thời gian dài, chịu được nồng độ axitcao, môi trường nuôi cấy đơn giản, dễ áp dụng trong thực tế sản xuất

Tham gia vào quá trình lên men sản xuất axit glutamic, chủng vi sinh thường sử

dụng là: Corynebacterium Glutanicum, Brevibacterium Lactofermentus, Micrococus

Glutamicus Nhưng chủ yếu nhất vẫn là chủng Corynebacterium Glutamicum (loại vi

khuẩn này đã được nhà vi sinh vật Nhật Bản Kinosita phát hiện từ 1956, có khả năng lênmen từ tinh bột, ngô, khoai, khoai mì để tạo ra acid Glutamic)

Chủng Corynebacterium Glutamicum là:

 Vi khuẩn gram dương

 Vi khuẩn không sinh bào tử

 Vi khuẩn không thể chuyển động

 Tế bào dạng hình que hoặc hình cầu

 Có khả năng oxy hóa a.glutamic ra ketoglutarat thấp nhất

 Hoạt tính gluco hydrogenase cao

 Vi khuẩn phát triển trên môi trường cần Biotin

Ngày nay đa số các chủng sản xuất acid glutamic đã được biến đổi truyền nhằmtăng năng suất sản xuất acid glutamic Khả năng tích lũy acid glutamic của các

chủng này trong môi trường rất cao, đạt 150g/lit môi trường

Acetyl-CoA

a.cis-aconitic acid lactic

a.isocitric acid fumaric

PH N 2: S N XU T B T NG T B NG PH ẨN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ẢN PHẨM ẤT BỘT NGỌT ỘT NGỌT ỌT ẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN ƯƠ SỞ LÝ THUYẾT NG PHÁP LÊN MEN

1 S Đ QUY TRÌNH CÔNG NGH Ơ SỞ LÝ THUYẾT Ồ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ỆU SẢN PHẨM

Corynebacterium Glutamicum

Nước Tinh bột

Than

hoạt tính Thủy phân

có sẵn đường Cho vào môi

trường lên men

Bổ sung dinh dưỡng

Tách acid Glutamic

Dịch thải Acid hóa acid

Glutamic

2 THUY T MINH QUY TRÌNH CÔNG NGH ẾT ỆU SẢN PHẨM

2.1 Công đo n th y phân tinh b t: ại bột ngọt ủa bột ngọt: ột ngọt là gì?

Mục đích: công đoạn này tạo điều kiện để thực hiện phản ứng thủy phân tinh bột

thành đường lên men được, chủ yếu là đường glucoza

Phản ứng xảy ra như sau:

(C6H10O5)n nC6H12O6

Để thực hiện phản ứng trên, người ta có thể tiến hành theo nhiều phương phápkhác nhau và mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, đáng chú nhất là 3 phươngpháp: phương pháp thủy phân bằng enzyme, phương pháp thủy phân bằng H2SO4,phươngpháp thủy phân bằng HCl

phương pháp thủy phân bằng enzim

Người ta có thể dùng amila, amila của các hạt nảy mầm hay của nầm mốc để thủyphân tinh bột thành đường

Ưu điểm: không dùng đến hóa chất hay thiết bị chịu axit, chịu áp lực… không độchại 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 dường hóa tương đối dài

 Lượng đường sau khi đường hóa thấp, do đó phải sử dụng thiết bị to, cồngkềnh

Phương pháp thủy phân bằng H 2 SO 4

Ưu điểm : sau khi thủy phân việc trung hòa axit dư sau này không phải dùngNa2CO3 hay NaOH mà dùng CaO rẻ tiền hơn, mặt khác sản phẩm của phản ứng trunghòa lại kết tủa làm cho dịch đường trong theo phản ứng:

CaO +H2SO4 =CaSO4 +H2O

Nhược điểm: hiệu suất thủy phân bằng H2SO4 thấp hơn bằng HCl, trong thực tếhay dùng HCL

nH2O

Phương pháp thủy phân bằng HCL

Ưu điểm: cho hiệu suất nhanh, thời gian phản ứng ngắn hơn do cường lực xúc tácmạnh, khi trung hòa tạo ra một lượng NaCl trong dung dịch ảnh hưởng tới quá trình nuôicấy vi khuẩn

Nhược điểm: phải dùng thiết bị chịu axit ở nhiệt độ cao, áp suất cao

Thiết bị thủy phân tinh bột:

2.2 Trung hòa:

Khi thủy phân xong đưa dung dịch vào thiết bị trung hòa cho 30% vào để đạt pH =4,8 Cho than hoạt tính vào tẩy màu, giúp cho quá trình lọc dễ, dung dịch có màu trongsáng

2.3 Ép l c: ọt là gì?

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

Thiết bị lọc khung bản :

Cấu tạo: Gồm có hệ thống bảng nhựa

có những tấm vải lọc, thiết bị bơm, khay

hứng, trục vít Ngoài ra còn có thùng chứa,

hệ thống dây dẫn …

Nguyên lý hoạt động : Nguyên liệu

được đưa từ thùng chứa sang thiết bị lọc nhờ

hệ thống bơm Dựa trên lực ép của trục vít,

những tấm bản sẽ có áp lực và phần nước

quả trong sẽ đi qua các khe hở trên tấm vải

lọc Phần bã sẽ được giữ lại ở phía trong

Phần nguyên liệu sau khi đi qua tấm vải học

sẽ được chuyển đến thùng chứa Hình : Thiết bị lọc khung bản

2.4 Công đo n lên men ại bột ngọt

Các khâu sẽ lần lượt được nghiên cứu theo quy trình sau:

Đây là khâu có tính chất quyết định nhất đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất.Trong công đoạn này có 3 giai đoạn nhỏ là: nuôi cấy giống cấp I, nuôi cấy giống cấp II

và lên men lớn Ngoài ra, còn có những công đoạn phục vụ cho quá trình lên men như:dây chuyền lọc khí, xử lí ure, xử lí dầu khử bọt

Giống vi sinh vật

Tạo môi trường

Bảo quản giống Thuần hóa giống

Lên men cấp I Lên men cấp II

Xử lý Urê và dầu phá bọt

Xử lý không khí

Lên men cấp III

Dịch đã được lên men

Với công đoạn này, trước tiên giống vi sinh vật sẽ được tuyển chọn một cách kĩlưỡng Tiếp theo, tùy vào cấu trúc tế bào và thành phần hóa học của xác vi khuẩn mà tachọn môi trường nuôi cấy thích hợp Quá trình nuôi giống được tiến hành như sau:

Giống gốc  cấy truyền ra ống thạch nghiêng đời 1  cấy truyền ra ống thạchnghiêng đời 2  lên men bình lắc (giống cấp 1)  nuôi ở thùng tôn (giống cấp 2  lênmen chính (nồi lên men cấp 3)

VN3969 Trong môi trường MT1 ở 30 độ, 48h

BD trong MTT2, ở 30độ, 48h

Giống sau nuôi cấy được bảo quản trong môi trường thạch nghiêng với điều kiện

vô trùng, được đem bảo quản lạnh Sau đó chúng ta tiến hành thuần hóa giống bằng cáchphân ly và pha loãng hoặc chọn lọc để đảm bảo giống dùng trong sản xuất được khỏe(giống thuần này được dùng để lên men cấp III )

Lên men cấp I, là quá trình lên men cho không khí vào và khuấy trộn, lên men tạobọt, do đó phải dùng dầu để khử bọt

Lên men cấp II, ta chuẩn bị môi trường và thiết bị như quá trình lên men chính

Xử lý Urê và dầu phá bọt: Xử lý Urê, gồm Urê đầu và Urê cuối trong quá trình;

Xử lý dầu phá bọt, do quá trình lên men của vi khuẩn thải ra nhiều CO2 tạo ra nhiều bọt,

vì vậy cần phải dùng một lượng dầu thích hợp để phá bọt

Xử lý không khí, không khí từ khí trời được hút qua một thùng tách bụi sơ bộ, quamáy nén, qua hệ thống tách bụi, làm nguội, qua bình lọc bông thủy tinh đến các bình lộcriêng sơ bộ rồi mới vào nơi sử dụng như nồi giống, nồi lên men

Lên men cấp III, đây là công đoạn cuối cùng, mang tính chất quyết định cho việclên men sản phẩm, mục đích của khâu này là thông qua hoạt động sống của vi khuẩntrong những điều kiện thích hợp để chuyển hóa đường Glucoza và đạm vô cơ thành acidGlutamic Quá trình xảy ra theo 3 giai đoạn: giai doạn đầu, giai đoạn giữa và giai đoạncuối Sau đó, ta lấy mẫu phân tích, xác định các thành phần, nếu sai số không quá lớn sovới các tiêu chuẩn kỉ thuật cho phép thì tiếp giống cấp II sang và bắt đầu lên men Cuốicùng, ta dùng khí nén đẩy dịch lên men sang thùng cao vị để chuẩn bị tiến hành trao đổiion

Thiết bị lên men:

-Thiết bị lên men có bộ đảo trộn cơ học dạng sủi bọt:

Thiết bị này được sử dụng rộng rãi cho các quá trình tiệt trùng để nuôi cấy các visinh vật tạo ra các sản phẩm có hoạt tính sinh học

Đây là thiết bị lên men hoạt động dưới áp suất dư 0.25 Mpa và để tiệt trùng vớinhiệt độ 130- 140oc , cũng như hoạt động dưới áp suất chân không Trong quá trình nuôicấy vi sinh vật, áp suất bên trong thiết bị 50Kpa, tiêu hao không khí tiệt trùng 1m3/ phút,chiều cao cột chất lỏng trong thiết bị 5-6m