Quy trình sản xuất mì chính 03
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÌ CHÍNH I) Sơ lược mì vai trò mì xã hội ngày nay: Mì hay gọi bột (tên tiếng anh monosodium glutamate , seosoning glutamate) la hợp chất muối natri axit glutamic, chất điều vị có giá trị công nghiệp thực phẩm , sử dụng thường xuyên ăn hàng ngày người dân ( đặc biệt nước phương đông : có VN) Công thức mì Vai trò a.Glutamic mì chính: 1) Vai trò a.glutamic: - Đóng vai trò quan trọng trình trao đổi chất người động vật, việc xây dựng Protit, xây dựng cấu tử tế bào - Tổng hợp nên aminoacid khac alanin, losin, cytein, prolin,….tham gia vao phản ứng chuyển amin giúp thể tiêu hoá nhóm amin loại bỏ nhóm NH3 khỏi thể Nó chiếm phần lớn thành phần protid chất xám não, đóng vai trò quan trọng biến đổi sinh hoá hệ thần kinh trung ương Trong y học sử dụng a.glutamictrong trường hợp suy nhược thần kinh nặng , mỏi mệt trí nhớ , đầu độc NH3 vào thể, số bệnh tim v.v… - hợp chất a.glutamate N-acetylglutamate chất hoạt động bề mặt , VSV phân giải , ăn da ,được sử dụng công nghiệp mó phẩm, xà phòng dầu gội đầu Acetylglutamate dược dùng tròngxử lý nước biển ô nhiểm dầu hoả dầu thực vật gây nên… - L-AG phân bố rộng rãi tự nhiên dạng hợp chất dạng tự do, có thành phần cấu tạo protein động thực vật 2) Vai trò mì chính: - Khi trung hòa a.glutamic chuyển thành glutamatnatri (mì chính), kết tinh có vị dịu nùc , gần giống với vị thịt , có ý nghóa lớn đời sống người - Mì chất điều vị chế biến thực phẩm, làm gia vị cho ăn Nhờ sản phẩm hấp dẫn L-AG đưa vào thể làm tăng khả lao động trí óc chân tay người Các nghiên cứu khoa học glutamate đóng vai trò quan trọng chế chuyển hóa chất bổ dưỡng thể người Glutamat tự nhiên có thực phẩm glutamate có nguồn gốc từ mì giống - Vào năm 1987 FAO WHO xác nhận mì an tòan Tuy nhiên mì phụ gia làm tăng hương vị thực phẩm không thay cho thịt cá trứng Do tùy vào lọai thực phẩm mà ta sử dụng mì cách thích hợp 3) TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM - Ngày sản xuất mì hoàn tòan theo phương pháp lên men - Sản lượng mì nước giới - Sản lượng mì Nhật tăng lên nhanh chóng Năm 1961 15.000 Năm 1966 67.000 Năm 1967 72.000 - Sản lượng mì giới tăng Năm 1965 109.000 Năm 1985 370.000 Năm 1989 613.330 - Việt Nam 1980 - Các công ty sản xuất mì + Ajinomoto + Vedan + Miwon II) CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MÌ CHÍNH - Hiện giới có phương pháp sản xuất bản: • Phương pháp tổng hợp hóa học • Phương pháp thủy phân protit • Phương pháp lên men • Phương pháp kết hợp 1) Phương pháp tổng hợp hóa học - Phương pháp ứng dụng phản ứng tổng hợp hóa học để tổng hợp nên a.glutamic aminoaxit khác từ khí thải công nghiệp dầu hỏa hay ngành khác - Ưu điểm: Phương pháp sử dụng nguồn nguyên liệu thực phẩm để sản xuất tận dụng phế liệu công nghiệp dầu hỏa - Nhược điểm: • Chỉ thực nước có công nghiệp dầu hỏa phát triển yêu cầu kó thuật cao • Tạo hỗn hợp không quay cực D,L-axit glutamic, Việc tách L-axit glutamic lại khó khăn làm tăng giá thành sản phẩm 2) Phương pháp thủy phân protit: - Phương pháp sử dụng tác nhân xúc tác hóa chất fecmen để thủy phân nguồn nguyên liệu protit đó( khô đậu, khô lạc…) hỗn hợp aminoaxit, từ tách axit glutamic sản xuất mì - Ưu điểm: dễ khống chế quy trình sản xuất áp dụng vào sở thủ công , bán giới giới dễ dàng - Nhược điểm: • Cần sử dụng nguyên liệu giàu protit đắt • Cần nhiều hóa chất thiết bị chống ăn mòn Hiệu suất thấp đưa đến gía thành cao 3) Phương pháp lên men - Phương pháp lợi dụng số vi sinh vật có khả sinh tổng hợp axit amin từ nguồn gluxit đạm vô - Sử dụng số vi sinh vật để lên men Micrococcus glutamicus, Brevi bacterium - Ưu điểm: • Không sử dụng nguyên liệu protit • Không cần sử dụng nhiều hóa chất thiết bị chịu ăn mòn • Hiệu suất cao, gía thành hạ • Tạo axit glutamic dạng L, có họat tính sinh học cao 4) Phương pháp kết hợp: - Đây phương pháp tổng hợp hóa học vi sinh vật học - Phương pháp vi sinh vật học tổng hợp nên axit amin từ nguồn đạm vô gluxit nhiều thời gian, người ta lợi dụng phản ứng tổng hợp tạo chất có cấu tạo gần giống axit amin , từ lợi dụng vi sinh vật tiếp tục tạo axit amin - Phương pháp nhanh yêu cầu kỹ thuật cao, áp dụng nghiên cứu áp dụng vào công nghiệp sản xuất III) SẢN XUẤT MÌ CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN: A) Các trình chuẩn bị 1) Nguyên liệu: Do vi sinh vật lên men sử dụng nguồn dinh dưỡng chủ yếu loại đường , nên nguyên liệu cho CN lên men phải giàu gluxit như: tinh bột sắn, rỉ đường, glucose, saccharose 1.1) Tinh bột sắn: a) Nguồn gốc: Tinh bột sắn sản xuất trình chế biến củ sắn Có hai lọai sắn: sắn đắng sắn khác hàm lượng tinh bột xyanua Sắn đắng nhiều tinh bột đồng thời có nhiều acid xyanhydric, khoảng 200 -> 300 mg/kg Xắn có axit xyanhdric dùng làm lương thực thực phẩm Sắn trông chủ yếu tỉnh phía bắc chủ yếu sắn tinh bột thu HCN b) Thành phần hoá học sắn gồm : Tinh bột: 83 -> 88% Nước : 10.6 ->14.4% Xenlulose: 0.1 -> 0.3% Đạm: 0.1 -> 0.4% Chất khoáng : 0.1 -> 0.6% Chất hoà tan : 0.1 -> 1.3% Trong thành phần tinh bột sắn thường chứa tới 83 -> 88% tinh bột thích hợp cho sản xuất 1.2) Rỉ dường mía: Rỉ đường mía phần lại dịch đường sau tách phần đường kính kết tinh Số lượng chất lượng rỉ đườngphụ thuộc giống mía , điều kiện trồng trọt , hoàn cảnh địa lý trình độ chế biến nhà máy đường - Thành phần rỉ đường là: đường 62%, chất phi đường 10%, nước 20% - Đường rỉ đường bao gồm: 25 ->40% saccharose, 15 -> 25% đường khử (glucose fructose) , -> 5% đường không lên men - Các chất phi đường gồm có chất vô hữu Chất hữu chứa Nitơ đường chủ yếu axitamin cung với lượng nhỏ protêin sản phẩm phân giải nó.Nitơ tổng số rỉ đường Mỹ xê dịch khoảng0.4 ->1.5% - Các chất phi đường vô lọai muối tìm thấy thành phần tro rỉ đường Độ tro rỉ đường mía thấp độ tro rỉ đường củ cải - Rỉ đường mía chứa nhiều nguyên tố khác với lượng nhỏ Fe, Zn, Mn, Cu, B, Co, Mo - Rỉ đường mía giàu chất sinh trưởng a.patotenic nicotinic, folic, B1, B2, đặc biệt biotin - Có nhiều lọai vi sinh vật rỉ đường mía Có thể phân chúng làm lọai : vi khuẩn, nấm men , nấm mốc Trong vi khuẩn nguy hiểm gồm nhiều giống có khả sinh bào tử 2) Tuyển chọn giống VSV: Đây trình then chốt toàn trình lên men, sản phẩm làm có ý muốn nhà sản xuất, có đảm bảo tiêu chuẩn khắt khe thành phần , độ tinh , giá trị cảm quan phụ thuộc lớn vào khâu tuyển giống Kihoshita va cộng thử 175 loài nấm mốc , 468 chủng nấm men, 372 chủng vi khuẩn 650 chủng vi khuẩn có 22% số có khả lên men L-A.glutamic(L-AG) xét toàn diện số lớn , cung cấp đa dạng cho trình lên men Trong chủng VSV kể xạ khuẩn nhóm có khả lên men cao với 30%, vi khuẩn 20% nấm mốc 10% Tuy nhiên xét quy mô , giá thành , khả ứng dụng vào sản xuất vi khuẩn lưa chọn số vì: - Dễ nuôi cấy phòng thí nghiệm - Khả sinh sản nhanh nhiều so với VSV khác đáp ứng nhu cầu kỹ thuật, thời gian lên men đưiợc rút ngắn lại - Quá trình lên men tiến hành dễ dàng - Dễ gây đột biến tạo tính có lợi cho sản xuất Cùng với phát triển mạnh mẽ KHKT nay, lúc có nhiều chủng tìm mang tính vượt trội tạo nhiều sản phẩm thích hợp nuôi cấy môi trường đặc biệt brevibacteriumsp.No (do yamamoto tìm )sinh 72g L-AG/1L môi trường với hiệu suất chuyển hoà 85%(lý thuyết 120%), hay chủng bacillus megatheriumsp6126 pseudomonas alcaligen attcc 12815 lên men môi trường axit Dl-pyrolidoncaboxylic đạt hiệu suất 90% Gần nhà khoa học tạo giống VSV đột biến tia cực tím,tia phóng xạ hoá chất hay tái tô’hợp AND tế bào tạo chủng có nhiều đặc tính quý mà chủng gốc tạo L-AG môi trường giàu biotin mà không cần thêm chất kháng biotin,tạo L-AG với hiệu suất cao, có khả lên men cho hiệu suất tạo L-AG cao, chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt , dễ ứng dụng vào CN, kháng lại chất kháng sinh… ví dụ như: kikuchi cộng , Nakao cộng tạo thể đột biến Corynebacterium No 314 đòi hỏi glyxerin cho sinh trưởng tạo nhiều L-AG, hiệu suất lên men tăng từ 60g/L (chủng gốc ) lên 72g/L( thể đột biến) điều kiện Kobayashi cộng tạo thể đột biến corymebacterium hydrocacboclastus UV PG-R10 từ C hydrocacboclastus R-7 bền vững vơiù penicilin tích luỷ 84 g/L L-AG từ x-hexadecan nguyên chủng có 26g/L Tính kháng lại chất kháng sinh môi trừơng lên men quan trọng trình tuyển giống , giống lên men mang đặc tính không cần nhiều công sức , tiền của,…… vào việc trùng , tiệt trùng hay ức chế hoạt động loại VSV khác gây hại mà đảm bảo chất lượng sản phẩm không bị nhiễm tạp chất khác ( có vài hoăïc vài VSV tồn môi trường thêm chất kháng sinh vào) -> dễ kiễm soát tạo thành sản phẩm , mức độ tinh sản phẩm… Murakami cộng tạo thể đột biến từ Brevibacterium Corynebacterium bền vững với kháng sinh , ức chế phản ứng tạo màng tế bào , sinh trưởng môi trường áp suất thẩm thấu cao tạo L-AG bình thường Một tính cần lưu ý Vi khuẩn lên men có khả chống chịu với phage( thực khuẩn thể) Những vi khuẩn bền với thực khuẩn thể , có biên độ pH dao động thích hợp cho trình lên men ưu tiên sử dụng Nói chung chủng VSV có khả phát triển tích luỹ lượng L-AG môi trường lên men từ 20 -> 40g/L đưa vào sản xuất Qua nghiên cứa cho thấy thiên nhiên có chủng VK tổng hợp a.glutamic cao ( theo Kinoshita Tanaka(1972) - Nhóm có khả tạo bào tử: chủ yếu Bacillus - Nhóm khả tạo bào tử: Trong trình lên men người ta hay sử dụng giống chủng thứ 2: micrococcus glutamicum , Corynebacterium Glutamicus , brevibacterium, Arthrobacter Microbacterium Những giống có khả tạo 30 -> 50g/l a.glutamic từ 100g glucose Các loại vi khuẩn có chung đặc điểm sau: VK gram dương VK không sinh bào tử VK chuyển động Tế bào có hình que hay hình cầu Có khả oxy hoá a.glutamic ketoglutarat thấp Hoạt tính gluco hydrogenase cao Vk phát triển môi trường cần biotin 3) Các thành phần hoá học nguyên liệu ảnh hưởng đến trình sản xuất a) Nguồn cacbon: Đây thành phần VSV hấp thu vào Nguồn C cung cấp vật chất cho VSV sinh trưởng tổng hợp a.a có dạng nguồn C dùng lên men , cacbonhydrat,cacbuahydro, cồn axit hữu , cacbonhydrat dùng rộng rãi Trong phòng thí nghiệm dùng glucoza, fructoza,saccharoza, mantoza, riboza, xyloza Trong lên men công nghiệp người ta thường sử dụng loại : Đường glucose thuỷ phân từ tinh bột Xenlulose thuỷ phân acid kiềm Rỉ đường mía Rỉ dường củ cải Nồng độ C ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất sinh tổng hợp L-AG giống Nồng độ đường cho vào thích hợp từ 10 -> 21% Nếu vượt giới hạn nồng độ đường cho vào cao hiệu suất lên men thấp Ngoài người ta sử dụng lúc nguồn C cho hiệu súât lên men cao Bảng 1: tạo thành a.glutamic phụ thuộc vào nguồn C khác nhau: Nguồn cacbon Thời gian nuôi cấy (giờ) 72 144 240 Glucose 3.2 3.8 2.7 Fructose 1.5 1.7 1.3 Saccharose 1.4 1.6 Lactose 2.3 2.6 1.4 Galactose 0.3 1.4 1.2 Arabinose 0.3 0.4 Maltose 1.4 1.2 Mannit 2.7 6.3 0.2 Glyxerin 11 Tinh bột hoà tan 0.8 0.7 Dunxit 0 Inozit 0 Sacbit 0 Rafinose 0 b) Nguồn Nitơ: Rất cần thiết cho việc tổng hợp protein tế bào chiếm tới 9,5% trọng lượng phân tử axit glutamic Chủ yếu loại muối chứa NH4+ : NH4CL; (NH4)2SO4 ;NH4H2SO4 ; (NH4)2HPO4 ;NH4OH hay khí NH3 ure làm nguồn cung cấp nitơ Tuy nhiên lượng lớn ion NH4+ môi trường lợi cho phát triển vi khuẩn việc tích luỹ L-AG Do người ta dùng lượng amoni ban đầu thấp tăng dần sau Trong công nghiệp người ta thường dùng NH3 dạng nước, khí urê Chú ý dùng ure phải quan tâm đến nồng độ ban đầu khả chịu đựng giống Bảng 2:sự tạo thành L-AG phụ thuộc nguồn Nitơ Nguồn Nitô NH4OH (NH4)2HPO4 (NH4)3PO4 (NH4)2CO3 Citrate amoni Axetat amoni Tactrat amoni Oxalat amoni ureâ NH4NO3 72 0.8 1.6 1.5 4.3 4.2 2.7 0.6 Thời gian nuôi cấy (giờ) 144 1.2 0.2 1.4 1.8 5.3 3.5 3.4 0.5 0.7 240 1.8 1.1 1.6 5.3 3.1 11 0.6 c) Nguồn muối vô khác: Các ion vô cần cho sinh trưởng tích lũy L-AG ,làm tăng hoạt lực photphoryl hóa hiếu khí,tăng đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men Các ion cần thiết : K+ ; Mg+2 ; Fe+2 ; Mn+2 ; PO4-3 ; SO4-2 ; Cu+2 Trong môi trường vai trò Fe2+ có vai trò tối cần thiết thay , hỗ trợ tích cực cho VSV phát triển Nhưng nồng độ Fe cao lượng L-AG bị vi khuẩn đồng hoá tiêu hao dần Ngoài Cu2+ nguyên tố quan trọng làm tăng hoạt lực photphoryl hóa hiếu khí,tăng đống hóa axit axetat ,tăng hiệu suất lên men d) nh hưởng pH: pH tối ưu cho sinh trưởng tạo L-AG vi khuẩn sinh L-AG trung tính hay kiềm , tốt từ -> Khi dùng môi trường saccharide , người ta phải điều chỉnh pH suốt trình lên men môi trường có xu hướng trở nên acid hình thành L-AG acid hữu khác gây nên Để tránh tình trạng tụt giảm pH trình lên men gây , người ta thường bổ sung loại hợp chất NH+4 urê dạng khí nước vào lên men Thường trình bổ sung urê chia làm lần Lần 1: urê đầu bổ sung vào môi trường trùng làm nguội Lần 2: pH dung dich liên tục giảm trình sản sinh L-AG đến ta phải bổ sung urê để pH đạt 7.5 ->8 lượng đường dung dich lên men 1% trình lên men chấm dứt không cần bổ sung urê e) nh hưởng nhiệt độ: Đa số vi khuẩn sinh L-AG sinh trưởng tạo L-AG tốt 30-350C,số 35370C ,cá biệt 41-430C Khi tiến hành trình nuôi dưỡng 37 o C nuôi dưỡng phụ 30oC hiệu suất chuyehoá 15% kéo theo chuyển hoá a.lactic -> ảnh hûng đến lượng L-AG tạo f) nh hưởng hệ thống thông gió khuấy Thông gió khuấy lên men công nghiệp có vai trò quan trọng Do vi khuẩn lên men thuộc loại hiếu khí nên không cung cấp đủ lượng oxy cho chúng, đồng thời CO2 sinh trình biến dưỡng nhiều tế bào vi khuẩn có khả chết làm cho sinh khối giảm kéo theo suy giảm lượng L-AG sản xuất Mục đích việc thông gió khuấy là: -Duy trì nồng độ oxy hòa tan mức giá trị tới hạn -Khống chế nồng độ CO2 ảnh hưởng tới sinh trưởng tích lũy L-AG vi khuẩn Hirose cộng chứng minh cungcấp đủ O2 trình lên men diễn trơn tru , hoạt lực hô hấp tế bào cao ,tiêu thụ đường nhanh, thời gian tạo L-AG dài Nhu cầu O2 không đảm bảo sau 10h lên men, tốc độ sinh trưởng chậm , thời gian sinh L-AG ngắn , hiệu suất lên men đồng thời tạo lượng lớn acid lactic, acid succinic…nhưng cung cấp nhiều O2 sinh trưởng tiêu hao đường bị ức chế hiệu suất tạo L-AG giảm g) nh hưởng thực khuẩn thể Thực khuẩn thể kẻ thù không đội trời chung với vi khuẩn.hầu hết thực khuẩn thể phân lập nhạy cảm với tác nhân Vật lý Hoá học , dễ bị bất hoạt 75oC -> 10 phút kh1 bền pH -> , tức trùng với điều kiện sinh trưởng vi khuẩn lên men Người ta thấy sau 12h vi khuẩn bị công dịch vi khuẩn bền vững Thời kỳ làm quen thực khuẩn thể ngắn 30 ->50 phút Để an toàn cho sản xuất người ta cho vào 10 Hình 4:Sơ đồ tạo Acid glutamic Acetyl-CoA Acid citric acid oxaloacetic a.cis-aconitic acid lactic a.isocitric acid fumaric Acid -cetoglutaric acid tactric CO2 acid L-glutamic 18 Hình 5: tạo L-AG môi trường thừa thiếu O2 NADPH2 + NH3 NADP CH2-COOH CH2-COOH CH2-COOH CH2 CH2 CH2 C=NH–COOH CO-COOH + H2O CHNH2COOH a.a-cetoglutaric a.aminoglutamic a.glutamic Ngoaøi có số aa khác tao từ trình lên men đường sản phẩm phụ trình lên men 5.2) Các sản phẩm trình lên men: 19 5.2.1) Sản phẩm chính: Phương trình tổng quát trình tạo L-AG từ glucose hay axetat NH3 diễn sau: Glucoza + NH3 + 1,5 O2 L-AG + CO2 + H2 axetat + NH3 + 1,5 O2 L-AG + CO2 + H2 Sản phẩm : L-AG CO2 Ở theo lý thuyết hiệu suất chuyển hoá (HSCH) glucoza hay axetat thành L-AG 81,66% ngày tuỳ theo diều kiện sản xuất phương tiện trình lên men HSCh 45 -> 50% , phòng thí ngiệm 55 -> 57% giống tự nhiên 61 -> 62% từ giống đột biến 5.2.2) Sản phẩm phụ a) acid lactic: Được sinh trình lên men chiếm tỉ lệ nhỏ, có lý để lượng a.lactic sinh nhiều : dư thừa biotin thiếu hụt O2 Đôi nhiệt dộ tăng đột ngột từ 30 -> 37O C dẫn tới việc biến trình lên men L-AG thành trình lên men A.lactic xãy với B.divaricum b) Acid Succinic : tạo nhiều môi trường thừa biotin hoạc thiếu O2 hoà tan c) Acid α -xetoglutaric Mọi trình sinh tổng hợp phải có phản ứng tạo L-AG từ α -XG nhờ hệ enzyme transaminase L-AG dehydrogenase Phản ứng thực môi trường dư NH4+ pH từ trung tính đến kiềm yếu Nếu môi trường thiếu NH4+ pH phạm vi acid yếu phản ứng không thực α -XG bị tích luỹ ngày nhiều môi trường Trường hợp lên men L-AG từ n_alkan nhờ chủng Corynebacterium hydrocacbonlastus S10B1 α -XG sinh nhiều nhờ hạn chế nồng độ B1 môi trường gây hiếu hụt TPP cần cho hoạt động Enzyme(citrat-decarbonxylase) hạn chế isocytrat vào chu trình Glyoxylat -> sản sinh nhiều α -XG d) Sản phẩm khác: glutamin, L-acetylglutamin, alanin aspartic… 20 ... cách thích hợp 3) TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MÌ CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM - Ngày sản xuất mì hoàn tòan theo phương pháp lên men - Sản lượng mì nước giới - Sản lượng mì Nhật tăng lên nhanh chóng... 72.000 - Sản lượng mì giới tăng Năm 1965 109.000 Năm 1985 370.000 Năm 1989 613.330 - Việt Nam 1980 - Các công ty sản xuất mì + Ajinomoto + Vedan + Miwon II) CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT MÌ CHÍNH -... a.glutamic Ngoaøi có số aa khác tao từ trình lên men đường sản phẩm phụ trình lên men 5.2) Các sản phẩm trình lên men: 19 5.2.1) Sản phẩm chính: Phương trình tổng quát trình tạo L-AG từ glucose hay axetat