Sản phẩm lên men từ đậu nành và những biến đỗi trong quá trình lên men

Thuật ngữ lên men trong tiếng Anh hay Pháp (hoặc một số ngôn ngữ khác) là fermentation có nguồn gốc từ tiếng La tinh fervere có nghĩa là sôi hay ferveo có nghĩa là sủi bọt. Lý do là thuật ngữ này ra đời khi người ta quan sát quá trình lên men rượu thấy dịch nho bị sủi bọt do khí CO2 thoát khỏi dịch nho giống như khi nước sôi. Ý nghĩa của thuật ngữ này cũng thay đổi theo thời gian cùng với sự phát triển của kỹ thuật lên men

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

I Giới thiệu chung về cây đậu nành

1 Mô tả

cành mảnh, có lông màu trắng Lá kép mọc so le, gồm 3 láchét hình bầu dục hoặc trái xoan, gốc tròn, đầu nhọn, dài

3-12 cm, rộng 2- 8cm, lá chét bên lệch, hai mặt có lông

rải rác, gân chính 3; cuống chung dài 7- 10cm, có lông

Cụm hoa mọc thành chùm ngắn ở kẽ lá; hoa nhỏ

màu trắng hoặc tím; đài hình chuông, phủ lông mềm;

tràng có cánh cờ rộng, không có tai; nhị một bó; bầu có

lông

Quả đậu nành có rất nhiều lông mềm màu vàng, mọc thỏng xuống, dài khoảng 4cm; hơi thắt lại giữa các hạt; hạt 2-5, màu trắng vàng

3-Mùa hoa quả: tháng 6-8

2 Phân bố, sinh thái

Là giống cây trồng cổ điển Cây được trồng đầu tiên ở vùng Đông – Bắc TrungQuốc thế kỷ thứ XI trước Công nguyên sau lan ra vùng Mãn Châu Lý, Triều Tiên, NhậtBản và Viễn Đông Nga

Đậu nành trồng ở Việt Nam cũng như các nước khác ở Đông Nam và Nam Á cũngđều có nguồn gốc từ Đông – Bắc Á

Hình 1 Cây đậu nành

Hình 2 Hạt đậu nành

Năm 1765, Samuen Bowen mới đưa đậu tương của Trung Quốc vào Hoa Kỳ TừHoa Kỳ, cây tiếp tục được phổ biến sang các nước Trung và Nam Mỹ.

Ngày nay, đậu tương đã trở thành cây phổ biến rất rộng rãi từ vùng ôn đới ấm đếnvùng nhiệt đới, ở cả Nam và Bắc bán cầu

Là cây trồng lâu đời, lại thường xuyên được nghiên cứu lai tạo giống mới, tậpđoàn đậu tương trên thế giới hiện có vài ngàn chủng loại

Bên cạnh các đặc điểm về hình dạng, kích thước cây, màu sắc, phẩm chất hạt, cácchủng và giống còn đặc trưng bởi khả năng thích nghi với điều kiện thời tiết, khí hậu vàsức chống chịu sâu bệnh ở các vùng trồng khác nhau Ngay ở Việt Nam, gần như ở mỗivùng sinh thái đều có những cây đậu tương truyền thống được trồng Vài năm trở lại đây,

do nhập nội và lai tạo nên trong nước đã có thêm nhiều giống mới bổ sung

Nói chung, đậu tương là loài cây có biên độ sinh thái rất rộng Tùy theo từng giống, màbiên độ nhiệt thích nghi có thể từ 15oC đến 32oC Đó là cây ưa ẩm, ưa sáng, sinh trưởngphát triển nhanh Từ các giống đậu tương cổ điển có vòng đời 5-6 tháng, nay có nhữnggiống dưới 3 tháng đã cho thu hoạch Cây thích nghi được với nhiều loại đất Tuy nhiên,

độ pH thích hợp nhất là 6 – 6,5, vượt quá giới hạn này là bất lợi… Do có giá trị dinhdưỡng cao và thời gian trồng ngắn, nên đậu tương đã trở thành cây trồng kinh tế quantrọng của thế giới Theo số liệu trong PROSEA, NO 1, hằng năm trên thế giới có khoảng52,6 triệu hecta trồng đậu tương, với tổng sản lượng 96 triệu tấn Hoa Kỳ là nước đứngđầu thế giới (48% tổng diện tích với 56% tổng sản lượng), Braxin (10 triệu ha, 16 triệutấn) và Trung Quốc (7,5 triệu ha, 10 triệu tấn)… Diện tích và sản lượng ở Việt Nam còn ởmức rất khiêm tốn (14.900 ha, 120.000 tấn), song bước đầu đã có sản phẩm tham gia vàothị trường thế giới

3 Giá trị dinh dưỡng của đậu nành

Đậu nành là một thực phẩm có dạng hạt, chứa một lượng protein từ thực vật dồidào Bên cạnh đó đậu nành chứa rất ít cholesterol và natri tốt cho tim mạch Đồng thờiđậu nành là nguồn rất tốt cung cấp Folate và Mangan

Hạt đậu nành chứa: 8% nước, 5% chất vô cơ, 15-25% glucose, 15-20% chất béo,35-45% chất đạm với đủ các loại amino acid cần thiết (isoleucin, lysin, metionin, phenylalanin, tryptophan, valin) và nhiều sinh tố, khoáng chất, Ca, Fe, Mg, P, K, Na, S, cácvitamin A, B1, B2, D, E, F, các enzyme, sáp, nhựa, cellulose

Vì có nhiều chất đạm nên đậu nành đã được coi như “thịt không xương” ở nhiềuquốc gia Á Châu Đạm rất tốt để thay thế cho thịt động vật vì có ít mỡ và cholesterol.Đậu nành có nhiều đạm hơn thịt, nhiều calcium hơn sữa bò, nhiều lecithin hơn trứng Cácamino acid cần thiết mà cơ thể không tạo ra được đều có trong đậu nành.

Thành phần dinh dưỡng của sữa đậu thành có nhiều điểm tương tự với sữa bò Sữađậu nành có lượng protein cao gần bằng sữa bò, nhưng nhiều calcium hơn sữa bò Sữađậu nành có ưu điểm là không có lactose, có thể thay thế sữa bò cho những người bị dễ bịđau bụng do lactose Sữa đậu nành cũng chứa ít chất béo bão hòa hơn sữa bò, có thể cólợi cho tim mạch hơn

Giá trị thật về dinh dưỡng được con người thừa nhận qua cuộc sống, không dừnglại ờ đó các nhà khoa học và dinh dưởng học còn tiếp tục nghiên cứu những đặc điểm cólợi để sử dụng nguồn dinh dưỡng này

Đậu nành có tỷ lệ protit và Lipit vượt xa lượng chất dinh dưỡng có trong thịt,nhiều nhất vẫn là protein Người ta thấy rằng protein động vật vừa khó hấp thu, vửa để lạinhững hợp chất cặn xấu cho cơ thể, làm suy thoái nhanh và gây ra nhiều chứng bệnh nan

y, ngược lại Protein đậu nành có lợi cho cơ thể, không để lại những hợp chất gây bệnh, lại

có đặc tính đặc biệt về khả năng kết hợp với các prorein từ ngũ cốc, ở một mức độ nào

đó, bổ sung cho nhau để tạo ra nhiều loại dưỡng chất tương ứng với nguồn gốc từ độngvật như protein trong trứng, cá và nhiều loại khác Vì thế mà khi protein đậu nành dùngthay thế protein động vật làm giảm những khiếm khuyết mà protein động vật gây ra,

Hình 3 Bảng giá trị dinh dưỡng của hạt đậu nành

đồng thời nhờ tính kết hợp, cung cấp cho cơ thề nhiều hợp chất phong phú đáp ứng quátrình trao đổi chất trong cơ thể.

Bên cạnh đó chất béo do chứa rất ít mỡ bão hoà không có hại mà lại được cơ thể

dễ hấp thụ, chống được béo phì, mở trong máu, chất béo không bão hoà chiếm 60% sovời bão hoà là 15%, trong đó có 2 loại axit Linolenic và Linolic ảnh hưởng tốt lên hệ tuầnhoàn và phòng được ung thư Chất xơ đóng vai tró cải thiện tình trạng tiêu hoá ở ruột,hạn chế ung thư ruột kết

Nhiều hợp chất khác có trong đậu nành có tính dược lý cao, được các nhà khoahọc lần lượt khám phá và họ đã khẳng định chúng có khả năng ngăn chặn hữu hiệu bệnhtim mạch, làm tăng khả năng chịu đựng các hoạt động cơ bắp, giảm khối lượng mỡ, giữcho cơ thể thon thả và khoẻ mạnh

Trong hạt đậu nành rất giàu Vitamin A, E, K cùng với khoáng chất Potassium sắt,kẽm và phốt pho bổ sung đảm bảo cho cơ thể có đầy đủ dưỡng chất

Một số sản phẩm lên men từ đậu nành

4 Một số sản phẩm lên men từ đậu nành được trình bày trong bảng sau:

Nước tương

lên men

truyền thống

TrungQuốc

Xì dầu hay nước tương(phương ngữ miền NamViệt Nam) là một loại nướcchấm được sản xuất bằngcách lên men hạt đậutương, ngũ cốc rang chín,nước và muối ăn

Chao Hàn

Quốc

Chao là một sản phẩm lênmen từ sữa đậu nành đôngđặc do vi sinh vật tiết raenzyme để chuyển hóa cácthành phần đạm, béo,đường có trong sữa đậunành thành những phần tửđơn giản như acid amin,acid béo, các đường đơn…Nhờ vậy, chao có mùi thơm

và vị béo đặc biệt

Miso được làm từ đậu nànhhấp trộn với muối và mốccấy trên gạo, lúa mì hoặcđậu nành , nó làm chất mồicho quá trình lên men.Miso có mùi vị giống nướctương lên men Nó có dạngpaste

Natto là những hạt đậunành đã luộc chín được ủvới vi khuẩn Bacillussubtilis có trong rơm rạ

Đậu phụ thối TrungQuốc Là một loại đậu phụ lênmen có mùi mạnh.

Bột đậu nành

lên men

Đông vàĐôngNam Á

Là loại thực phẩm lên menđược làm từ đậu nành

Doubanjiang TrungQuốc

Được làm từ đậu rộng, đậunành lên men, muối Là gia

vị cay, mặn, nó được gọi là

“ linh hồn của ẩm thực TứXuyên”

Là một loại sản phẩmtruyền thông lên men từđậu nành của Thái Lan Nóđược sản xuất bằng cáchlên men đậu nành nấu chínvới các vi khuẩn tự nhiên

II.Tổng quan về lên men

5 Định nghĩa

Thuật ngữ "lên men" trong tiếng Anh hay Pháp (hoặc một số ngôn ngữ khác) làfermentation có nguồn gốc từ tiếng La tinh "fervere" có nghĩa là sôi hay "ferveo" cónghĩa là sủi bọt Lý do là thuật ngữ này ra đời khi người ta quan sát quá trình lên menrượu thấy dịch nho bị sủi bọt do khí CO2 thoát khỏi dịch nho giống như khi nước sôi Ýnghĩa của thuật ngữ này cũng thay đổi theo thời gian cùng với sự phát triển của kỹ thuậtlên men

Công nghệ lên men là một thành phần của công nghệ sinh học, trong đó tác nhânsinh học được sử dụng là các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc) Như vậy ta cóthể xem lên men là sự biến đổi của nguyên liệu dưới tác động của vi sinh vật, và ta có thểbiểu diễn quá trình lên men bằng phản ứng tổng quát :

Về thực chất, sự chuyển hóa này xảy ra do tác động của enzym từ vi sinh vật

Ghi chú: ta sử dụng thuật ngữ "cơ chất" để chỉ thành phần bị biến đổi để tạo

thành sản phẩm Cơ chất có thể là toàn bộ nguyên liệu hay chỉ là một số thànhphần của nguyên liệu

6 Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men đậu nành

1 Chất lượng giống vi sinh vật

Cần bổ sung một lượng giống vi sinh vật phù hợp cho quá trình lên men đậu nành.Nếu lượng giống cấy quá ít thì điều kiện lên men sẽ kéo dài Ngoài ra, trong giai đoạnđầu của quá trình lên men, các vi sinh vật nhiễm trong môi trường dễ phát triển và có thểlàm ảnh hưởng xấu đến năng suất và chất lượng sản phẩm Ngược lại, nếu lượng giốngcấy quá nhiều thì sẽ làm tăng chi phí cho quá trình nhân giống

Trong công nghệ lên men thực phẩm, lượng giống cấy quá nhiều sẽ làm thay đổi tỉ

lệ sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men, từ đó giá trị cảm quan của thực phẩmlên men sẽ bị thay đổi Vì vậy cần dùng phương pháp thực nghiệm xác định lượng giốngcấy thích hợp

2 Chất lượng nguyên liệu đậu nành

Để quá trình lên men đạt được chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu thì cần chọnnguồn nguyên liệu đậu nành tốt, không sâu bệnh, không nhiễm các vi sinh vật trong quátrình bảo quản Nguồn nguyên liệu phải đồng nhất, được lựa chọn và kiểm tra kỹ càngtrước khi đưa vào sản xuất

3 Nhiệt độ cung cấp cho quá trình lên men

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật vàchất lượng của thực phẩm lên men Vì vậy cần chọn nhiệt độ lên men thích hợp để tăngnăng suất và chất lượng sản phẩm cao nhất, đồng thời tiết kiệm được chi phí sản xuất

Thông thường, quá trình lên men ở nhiệt độ thấp sẽ kéo dài Ngược lại, lên men ởnhiệt độ quá cao sẽ làm giảm bất thuận nghịch hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật Nếuchúng ta lên men thực phẩm ở nhiệt độ cao thì sự tổn thất các cấu tử hương trong sảnphẩm sẽ gia tăng Trong công nghệ lên men thực phẩm, nhiệt độ tối ưu của quá trình lênmen có thể không trùng với nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng của vi sinh vật

4 Ảnh hưởng của pH

Giá trị pH sẽ ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của vi sinh vật Mỗi loài vi sinh vật

sẽ phát triển ở một pH nhất định Mặt khác, trong quá trình lên men, sự vận chuyển cácchất qua màng tế bào sẽ làm cho pH thay đổi Vì vậy, cần điều chỉnh giá trị pH thích hợp

để quá trình lên men diễn ra thuận lợi, đạt được hiệu suất tối ưu

5 Thời gian lên men

Ứng với mỗi loại sản phẩm lên men từ đậu nành thì sẽ có thời gian lên men khácnhau Thời gian lên men phụ thuộc vào giống vi sinh vật được nuôi cấy trong nguyên liệu

và dạng sản phẩm cần thu nhận

7 Vi sinh vật thường có trong lên men đậu nành

Thành phần chính của đậu nành là protein, gluxit nên trong lên men đậu nành chủyếu là các quá trình thủy phân protein, gluxid thành các phân tử nhỏ hơn dưới tác dụngcủa các enzyme Các enzyme này chủ yếu do các nấm mốc sinh tổng hợp Hai enzymechủ yếu là amylaza và proteaza

- Amylaza thủy phân tinh bột đường và các dextrin có phân tử lượng nhỏ

- Proteaza thủy phân protein thành các axid amin và các peptit coa phân tử lượngnhỏ

Hình 4 Enzyme Amylaza (trái) và enzyme Proteaza (phải)

Các loài nấm mốc: Mucor, Aspergillus, Rhizopus thường có hoạt tính amylaza vàproteaza cao, phát triển nhah nên thường được dùng trong các sản phẩm lên men đậunành

Ngoài ra, trong quá trình lên men đậu nành còn có các vi sinh vật sản sinh sảnphẩm lên men nhờ quá trình trao đổi chất Các vi sinh vật này thường là vi khuẩn, vikhuẩn hấp thu các chất dinh dưỡng có phân tử lượng nhỏ như acid amin, acid béo, peptit

ngắn, các đường lên men và tạo thành sản phẩm lên men thải vào môi trường Điển hìnhnhư vi khuẩn lactic chuyển hóa đường thành acid latic, kết quả làm cho thực phẩm có vịchua của acid latic Một số vi khuẩn khác qua quá trình trao đổi chất tạo hương cho sảnphẩm.

Trong quá trình lên men truyền thống các sản phẩm từ đậu nành có giai đoạn ngâmnước đậu Trong nước đậu có vi khuẩn Bacillus subtilic phát triển, vi khuẩn này có tínhkháng khuẩn nên gây ức chế các vi sinh vật có hại cho sản phẩm

Tóm lại, trong lên men đậu nành, vi sinh vật chủ yếu là mấm mốc và vi khuẩn

Hình 5 Đậu nành lên men và vi khuẩn Bacillus subtilis natto

quan sát dưới kính hiển vi

Hình 6 Mốc khúc (Aspergillus) trong nước chấm

Hình 7 Các giống mốc dùng trong sản xuất chao Actinomucor elegans (trái) và Mucor hiemalis (phải)

Hình 8 Aspergillus Oryzae, giống vi sinh vật lên men nước tương

Hình 9 Rhizopus oligosporus trong lên men Tempeh

III Những biến đổi trong quá trình lên men

8 Biến đổi của protein trong đậu nành

1 Thủy phân protein

Phản ứng thủy phân là cơ sở kĩ thuật của nhiều quá trình chế biến thực phẩm,như sản xuất nước tương, sản phẩm lên men

Trong quá trình lên men đậu nành, phản ứng thủy phân protein là phản ứng xảy rachủ yếu và quan trọng nhất Khi thủy phân làm cho protein trong đậu nành chuyển thànhnhững chất trung gian đơn giản và sản phẩm cuối cùng là các acid amine

Protein trong đậu nành gồm có 2 axit amin chính là: Methionine và Tryptophan.Ngoài ra còn có các axit amin khác như: Lysine, Leucine, Isoleucine, Valine, Threonine,Phenylalanine

Trong môi trường acid, tryptophan bị phân hủy Trong môi trường kiềm, arginin,acid amine chứa lưu huỳnh (Methionine) bị phân hủy Xảy ra quá trình racemic hóa (acidamine chuyển sang dạng D dẫn đến không còn giá trị dinh dưỡng)

2 Sự biến tính protein do nhiệt

Trong quá trình gia công kĩ thuật các nguyên liệu giàu protein như đậu nành thìbên cạnh những biến đổi có định hướng và mong muốn, còn xảy ra những biến hóa phụngoài dự định và nhiều khi cũng không mong muốn Đó là biến đổi của protein trong quátrình gia nhiệt Hầu như mọi sản phẩm đều có quá trình gia nhiệt xảy ra

 Gia nhiệt

Khi gia nhiệt vừa phải thì protein đậu nành sẽ bị biến tính Khi đó các độc tố cóbản chất protein trong đậu như: antitripsin trong đậu nành đi vào thực phẩm theonguyên liệu sẽ mất độc tính Ở nhiệt độ này còn có tác dụng làm cho một số thực phẩmgiàu Collagen, Glixinin đậu nành sẽ dễ dàng tiêu hóa hơn vì mạch peptid bị duỗi ra giảitỏa các gốc acid amin tạo điều kiện cho proteaza tác dụng được thuận lợi hơn

Ngoài ra còn có tác dụng kìm hãm hoạt động của một số enzyme đường tiêu hóa(Antitrypsin Xunitz và Bowman trong đậu nành làm tăng quá trình tiêu hóa đối với sảnphẩm đậu nành).

Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao các thực phẩm giàu Protein trong điều kiện pH trungtính hoặc trong môi trường kiềm Arginine trong đậu nành sẽ chuyển thành Omitin, Ure,Sitrulin, Amoniac Ngoài ra trong điều kiện này thì các Lysine, Threonine trong đậu nànhcũng bị phân hủy

Ở nhiệt độ này xảy ra quá trình thủy phần các liên kết peptid và đồng phân hóa cácgốc acid amine, tạo ra hỗn hợp racemic làm giảm 50% giá trị dinh dưỡng sản phẩm

Lúc gia nhiệt làm các hợp chất (chiếm hàm lượng nhỏ) như: cestrogen, goitrogen,sterol, các chất phản vitamin bị biến tính và ta có thể loại nó đi vì xét về mặt dinh dưỡngthì chúng không có lợi đôi khi là chất độc

 Giảm nhiệt

- Kìm hãm hoạt động của vi sinh vật ở nhiệt độ trên dưới OOc

- Tăng phẩm chất cho đậu nành

- Làm hại cấu trúc tế bào

3 Sự biến đổi protein do enzyme

Trong quá trình bảo quản đậu nành thường xảy ra hiện tượng ôi thối làm mất giátrị dinh dưỡng Nguyên nhân của hiện tượng trên là do tác dụng của enzyme có sẵn trongthực phẩm cũng như của vi sinh vật xâm nhập từ môi trường ngoài vào Protein của đậunành dưới tác dụng phân hủy của các enzyme thì 50% - 60% protein được chuyển hóathành dạng hòa tan, trong đó có 10% acid amin và các peptid có trọng lượng phân tử

thấp Khả năng thủy phân của các enzyme được biểu thị bằng tỷ số giữa N.fomol/N toàn

phần (tốc độ thủy phân) và N hòa tan/ N toàn phần (tốc độ hòa tan).

Trong quá trình biến đổi này có xảy ra các phản ứng đặc trưng:

a) Phản ứng khử amin:

NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH + H2O NH2-CH2-(CH2)3-CH(OH)-COOH + NH3

NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH + H2 NH2-CH2-(CH2)3-CH2-COOH + NH3b) Phản ứng khử nhóm cacboxyl

Enzyme VSV