Thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm ngắn ngàynăng xuất 500.000 lít/năm

Đồ án mơn học GVHD: Thi Thanh Trung BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THUỶ SẢN ĐỀ TÀI : Thiết kế phân xưởng sản xuất nước mắm ngắn ngày xuất 500.000 lít/năm GVHD: Thi Thanh Trung SVTH: Lương Minh Khánh MSSV: 2006120159 Tp.Hồ Chí Minh-2015 Đồ án mơn học GVHD: Thi Thanh Trung Mục lục Nội dung trang Lời mở đầu .4 I Enzyme protease Khái quát enzyme 1.1 Enzyme 1.2 Đặc tính chung enzym 1.3 Cấu tạo enzym Tổng quan enzyme protease 2.1 Giới thiệu 2.2 Đặc điểm chung 2.3 Phân loại .8 Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung 2.4 Cơ chế tác dụng 10 2.5 Nguồn cung cấp 10 II Thu nhận enzyme protease từ nấm mốc Aspergillus oryzae 15 Quy trình thu nhận enzyme protease 15 Thu nhận enzyme protease từ nấm mốc Aspergillus oryzae 16 2.1 Tổng quan Aspergillus oryzae 16 2.2 Quy trình sản xuất protease từ chủng nấm mốc Aspergillus oryzae 23 2.2.1 Sơ đồ quy trình .24 2.2.2 Thuyết minh quy trình 25 III Ứng dụng enzyme Protease công nghệ sản xuất nước mắm ngắn ngày 30 Ứng dụng enzyme protease 30 Ứng dụng protease sản xuất nước mắm ngắn ngày .33 2.1 Giới thiệu 33 2.2 Phân loại nước mắm 34 2.3 Các hệ enzyme sản xuất nước mắm 36 2.4 Vi sinh vật sản xuất nước mắm 37 2.5 Nguồn nguyên liệu .37 2.5.1 Cá 37 2.5.2 Muối 41 2.5.3 Nguyên liệu phụ 43 2.6 Quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày 45 2.7 Giải thích quy trình .46 2.7.1 Rửa 46 2.7.2 Xử lý 47 2.7.3 Lên men 47 2.7.4 Lọc 51 2.7.5 Cô đặc chân không 52 Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung 2.7.6 Bổ sung hương 54 2.7.7 Đóng chai 56 IV Sản phẩm 58 Cách tăng hương vị cho nước mắm ngắn ngày .58 Tiêu chuẩn nước mắm thành phẩm 58 Giá trị dinh dưỡng nước mắm 58 Một số sản phẩm nước mắm sử dụng phương pháp ngắn ngày thị trường .60 Kết luận 62 Tài liệu tham khảo 63 Lời mở đầu Một thành tựu to lớn khoa học công nghệ thời gian gần nghiên cứu enzyme, đặt trưng cho phát triển khoa học tự nhiên chục năm qua, enzyme nghiên cứu nhiều, enzyme protease, enzyme thu nhận từ nhiều nơi, từ động vật, thực vật vi sinh vật nguồn gốc enzyme protease, điều đặc biệt enzyme protease đóng vai trị vơ quan trọng sống ứng dụng nhiều ngành nghề, số ứng dụng quan trọng công nghệ sản xuất nước mắm ngắn ngày Bài báo cáo enzyme protease ứng dụng sản xuất nước mắm ngắn ngày giúp cho hiểu rõ enzym protease, cách thu nhận hiểu tầm quan trọng enzyme protease sản xuất nước mắm ngắn ngày, để tham khảo áp dụng thực tế cách tốt vào thực tế Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung Với góp mặt thành viên tích cực, kết hợp ưng ý phân công công việc công bằng, hứa hẹn đem đến báo cáo hấp dẫn, đầy kiến thức thú vị bổ ích Dù cố gắng hết sức, báo cáo chắn khơng tránh khỏi thiếu xót Nhóm tác giả mong đóng góp ý kiến Cơ toàn thể bạn nghiên cứu đề tài để nhóm có kiến thức đầy đủ Xin cảm ơn! I ENZYME PROTEASE Khái quát enzyme 1.1 Enzym - Enzym có chất protein sinh vật tổng hợp nên, tham gia vào phản ứng hóa sinh học 1.2 Đặc tính chung enzym - Enzym tạo tế bào sinh vật, không độc hại, thân thiện với môi trường - Enzym tham gia phản ứng tế bào sống tách khỏi tế bào sống Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung - Enzym tham gia xúc tác phản ứng thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn cuối giải phóng hồn tồn lượng dự trữ hợp chất hóa học Trong chuỗi chuyển hóa hở hay chuỗi chuyển hóa khép kín, sản phẩm phản ứng trước chất cho phản ứng sau - Enzym thực phản ứng: xảy tế bào (như ống nghiệm) - Phản ứng enzym tiêu hao lượng ít, hiệu suất tốc độ cao - Enzyme tính chọn lọc cao - Enzym chịu điều khiển gen điều kiện phản ứng 1.3 Cấu tạo enzym Nhóm enzym đơn cấu tử : Thành phần cấu tạo có protein Nhóm enzym đa cấu tử : - Gồm phần: + Phần I: protein : apoprotein hay apoenzym + Phần II: thành phần protein : cofactor – chúng gắn chặt (prosthetic) lỏng lẻo với phần protein (coenzym) Ngồi cịn có số kim loại giữ vai trò liên kết enzym chất, apoenzym coenzym, tham gia vận chuyển điện tử Tổng quan enzyme protease 2.1 Giới thiệu Protease chất xúc tác thủy phân protein tạo thành phân tử thấp amino acid Chúng khơng có ý nghĩa cho q trình sinh trưởng, sinh sản sinh vật mà cịn đóng vai trị quan trọng cơng nghệ chế biến thực phẩm, y học, công nghệ gen bảo vệ môi trường Protease enzyme ứng dụng nhiều lĩnh vực Đặc biệt công nghiệp thực phẩm, protease có đóng góp to lớn việc phục vụ nâng cao đời sống người Hiện giới, công nghệ thu nhận protease từ vi sinh vật cịn phát triển, tìm tịi nghiên cứu khả ứng dụng enzyme protease Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung Ở Việt Nam có nhiều cơng trình cơng bố việc nghiên cứu sử dụng Protease, chủ yếu tập trung vào protease thực vật động vật protease vi sinh vật nghiên cứu chục năm trở lại 2.2 Đặc điểm chung Ezyme protease enzyme thủy phân liên kết pectid (-CO-NH-) phân tử protein giải phóng acid amin, pepton dittripepton Hình 1.1: Mơ hình enzyme Protease thủy phân phân tử Protein Cấu trúc bậc bốn phân tử protein ảnh hưởng đến trình phân giải chất tác dụng protease Dạng monomer dimer chất dễ phân giải dạng tetramer Protease cần thiết cho sinh vật sống, đa dạng chức từ mức độ tế bào, quan đến thể nên phân bố rộng rãi nhiều đối tượng từ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm virus) đến thực vật (đu đủ, dứa ) động vật (gan, dày bê ) So với protease động vật thực vật, protease vi sinh vật có đặc điểm khác biệt Trước hết hệ protease vi sinh vật hệ thống phức tạp bao gồm nhiều enzyme giống cấu trúc, khối lượng hình dạng phân tử nên khó tách dạng tinh thể đồng Cũng phức hệ gồm nhiều enzyme khác nên protease vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sản phẩm thuỷ phân triệt để đa dạng Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung Hình 1.2: cấu trúc khơng gian enzyme protease 2.3 Phân loại Protease (peptidase) thuộc phân lớp lớp thứ (E.C.3.4) Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung Hình 1.3: Sơ đồ phân loại protease Với enzym protease có nhiều cách phân loại ta dựa vào hai đặc điểm sau để phân loại chúng:  Dựa vào vị trí tác dụng protease lên peptide phân tử protein, người ta chia protease làm nhóm chính: • Exopeptidase: (Dựa vào vị trí tác động mạch polypeptid,) phân thành loại: Amino peptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid đầu N tự chuỗi poly peptid để giải phóng amino acid, dipeptid tripeptid Carboxy peptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid đầu C chuỗi poly peptid giải phóng amino acid đipepti • Endo peptidase: (Dựa vào động lực học chế xúc tác) chia thành nhóm: Serin proteinase: proteinase chứa nhóm –OH gốc serine trung tâm hoạt động có vai trị đặc biệt quan trọng hoạt động xúc tác Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung enzyme Nhóm bao gồm nhóm nhỏ chymotripsin subtilisin Nhóm chymotripsin bao gồm enzyme động vật chymotripsin, tripsin, elastase Nhóm subtilisin bao gồm loại enzyme vi khuẩn subtilisin carlsberg, subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh vùng kiềm tính thể đặc hiệu chất tương đối rộng Cyteim proteinase: proteinase chứa nhóm –SH trung tâm hoạt động Cystein protease bao gồm proteinase thực vật papayin, bromelin, vài proteinase động vật proteinase ký sinh trùng Các Cystein proteinase thường hoạt động vùng PH trung tính, có tính đặc hiệu chất rộng Aspatic proteinase: hầu hết asportic proteinase thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm enzyme tiêu hố như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin… Các asportic proteinase có chứa nhóm carboxyl trung tâm hoạt động thường hoạt động mạnh PH trung tính Metallo proteinase metallo proteinase: nhóm proteinase tìm thấy vi khuẩn, nấm mốc vi sinh vật bậc cao Các metallo proteinase thường hoạt động vùng PH trung tính giảm hoạt động mạnh tác dụng EDTA  Dựa vào thành phần amimo acid vùng pH tối ưu protease, người ta chia làm nhóm: - Protease acid: pepsin, renin, … hoạt động vùng pH acid 2-4 - Protease kiềm: tryssin, chymmotrysin, … hoạt động vùng pH kiềm 9- 11 Protease trung tính: papain từ đu đủ, bromelain từ dứa, … hoạt động vùng pH trung tính 7-8  Ngồi phân làm loại khác: Enzyme protease nồi bào enzyme tiết từ bên ngoại biên màng protein trích ly vào mơi trường kĩ thuật trích ly - Enzyme protease ngoại bào thu nhận từ q trình lên men hồn tất q trình lên men diễn Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung trình phức tạp với tham gia nhiều enzyme Mỗi enzyme có tính đặc hiệu riêng chất hay vị trí tác dụng Ví dụ peptidase tác dụng lên liên kết peptide để thủy phân mối liên kết nước , peptidase -CO-NH -COOH + -NH2 Sinh học: Biến đổi quan trọng trao đổi chất sinh trưởng vi sinh vật Do nồng độ muối cao vi khuẩn gây thối ngừng hoạt động vi khuẩn khác bị ức chế cao độ Mặt khác số vi sinh vật có khả tổng hợp acid amin nên có số acid amin tăng lên trình chế biến: acid glutamic, alanin, serin, prolin, cystin, cystein… d Thiết bị: Nồi hai vỏ có áo điều nhiệt có cánh khuấy Hình 3.3 : Thiết bị lên men Cấu tạo: Nồi hai vỏ có áo nhiệt để nâng nhiệt độ khối chượp ln đạt 45 0C ± 20 C giữ nhiệt độ q trình thủy phân Dùng nồi dung tích 500 – 1000l Thiết bị hình trụ , nắp đáy elipse gắn vào thân nhờ mối ghép bích Mặt thiết bị có lớp cao su chịu acid, chịu áp lực cao Trên thân thiết bị có ống dẩn trực tiếp vào dịch thủy phân Trên nắp thiết bị có cửa nhập nhập liệu đáy thiết bị có cửa tháo liệu Bên thành thiết bị cịn có cửa để dễ dàng vệ sinh sửa chữa thiết bị e Thông số công nghệ : Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung + + + + Chế phẩm enzyme : – % so với cá Nước : – 6% so với cá Thời gian : 10 – 20 ngày Nhiệt độ: Nhiệt độ tối thích cho enzyme hoạt động từ 30 - 47 0C Nhiệt độ cao trình phân giải thịt cá nhanh Nhiệt độ 70 0C trở lên hầu hết hệ enzyme cá hoạt tính Trong q trình thủy phân tiến hành nâng nhiệt lên từ từ lên 50- 55 0C, nhiệt độ có tác dụng ức chế hoạt động vi khuẩn gây thối lượng muối cho vào lúc đầu hạn chế Chú ý nhiệt khơng q 60 0C Sau khuấy đảo, lượng muối cho vào nhiều tiến hành hạ nhiệt giữ nhiệt độ 450C - PH: Enzyme nhạy cảm với độ pH môi trường, enzyme hoạt động mạnh độ pH xác định Trong q trình phân giải có nhiều enzyme tham gia ta phải xem loại enzyme có nhiều đóng vai trị chủ yếu q trình thủy phân để tạo mơi trường thích hợp cho hoạt động  Enzyme protease thân nguyên liệu:  Pepsin tripsin enzyme chủ yếu Pepsin hoạt động tốt mơi trường acid có pH = 1.5 - 2.2 Môi trường muối mặn mơi trường có muối MgSO4, NH4Cl… mơi trường kiềm ức chế hoạt động enzyme Tripsin giữ vai trị quan trọng hoạt động mạnh mơi trường pH = 8-9, nồng độ muối NaCl cao tripsin hoạt động Enzyme tripsin phát triển tốt gặp mơi trường có chất keo albumin, peptone, gelatin nhiệt độ thích hợp Do q trình chế biến cần phải tạo điều kiện tốt cho enzyme phát triển mạnh giai đoạn đầu Trong điều kiện tự nhiên tripsin hoạt động mạnh giai đoạn trình chế biến Chượp chế biến phương pháp tự nhiên có mơi trường pH = 5.5-6.5 Khi dùng hóa chất acid hay bazơ để điều chỉnh pH mơi trường thấy chất lượng nước mắm không so với chế biến chượp tự nhiên Qua thí nghiệm phát điều chỉnh pH=1.5-2 thấy màu sắc chượp đẹp tốc độ thủy phân chậm mùi vị so với chượp chế biến phương pháp tự nhiên Cịn giữ pH=7.5-8.5 (thích hợp cho enzyme tripsin hoạt động) thấy tốc độ thủy phân nhanh đạm thối nhiều màu sắc không so với chượp chế biến phương pháp tự nhiên Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung Ở môi trường tự nhiên pH = 5.5- 6.5 không ưu tiên phát triển loại enzyme nào, hai loại enzyme pepsin tripsin phát triển Mặt khác lại có tác dụng ức chế phần hoạt động vi sinh vật Enzyme protease nấm mốc: hoạt động tốt pH= Vậy pH tự nhiên mơi trường thích hợp cho enzyme cá vi sinh vật hoạt động - Muối : Lượng muối cho vào cá chia làm nhiều lần Lúc đầu cho lượng muối hạn chế để không ảnh hưởng đến hoạt động enzyme ức chế vi khuẩn gây thối Sau lượng muối cho tăng dần lên để khống chế lượng vi khuẩn gây thối hệ enzyme hoạt động tốt Khi cho đủ lượng muối cần thiết hạ nhiệt độ xuống 40- 45 0C Chế độ cho muối vào sau : + Sau 12-18 cho 7% muối so với cá + Sau 30- 48 cho 3% muối so với cá + Sau ngày cho thêm 15 - 17 % để đủ lượng muối tổng cộng 25 – 27 % so với cá Hàm lượng đạm (đạm toàn phần , đạm formon đạm amin) bắt đầu ổn định từ ngày thứ Sau 10 – 15 ngày kéo rút nước mắm 2.7.4 Lọc : a Mục đích: khai thác cấu tử hịa tan chượp chín b Biến đổi nguyên liệu : Vật lý: sau lọc ta thu dịch lọc bã lọc Một số tiêu vật lý dịch lọc thay đổi so với huyền phù ban đầu : tỷ trọng , độ Hóa học: q trình lọc khơng gây biến đổi hóa học huyền phù Tuy nhiên điều kiện tiếp xúc với khơng khí cấu tử nguyên liệu bị biến đổi tương tác với tạo số hợp chất hóa học khơng đáng kể Hóa lý: phân riêng hai pha rắn (bã chượp) lỏng ( dịch thủy phân) Một số cấu tử dễ bay chất mùi dịch lọc bị tổn thất Sinh học : q trình lọc khơng gây biến đổi sinh học Nhưng thời gian lọc huyền phù kéo dài hệ vi sinh vật có sẵn huyền phù môi trường sản xuất bị nhiễm vào huyền phù phát triển Vì cần phải lọc nhanh điều kiện kín Hóa sinh : không xảy c Thiết bị:  Cấu tạo : Máy lọc kiểu ống tinh vi loại PG nhiều lỗ cứng cáp kết Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung cấu thành thiết bị lọc, đơn vị lọc đạt đến micrơmét, vật liệu có chất dính tỉ mỉ khoảng 0.5μm-100μm cần qua lần lọc, đạt hiệu lọc chất lỏng  Đặc điểm máy lọc tinh vi kiểu ống: - Độ tinh chất lọc cao, phạm vi rộng, thỏa mãn yêu cầu độ tinh chất lọc khác Chịu acid, kiềm, muối dung môi hữu cơ, không độc, không mùi, không tróc di vật Kết cấu theo hình lập đứng, chiếm diện tích đặt máy nhỏ Dễ dàng thao tác, lượng xử lý lớn, giá thành đầu tư thấp Dùng máy nén khí “hơi nước” tái sinh cặn rửa trở lại, tái sinh lại khóa học, làm cho tuổi thọ sử dụng tâm lọc dài Máy lọc kiểu ống tinh vi PG ống polyetylen (PE) lỗ micrơmét Hình 3.4: Máy lọc tinh vi kiểu ống d - Thơng số cơng nghệ: Kích thước lỗ lọc: 40-80 μm Áp suất lọc P = 3at Thời gian lọc t = 40 ph/mẻ 2.7.5 Cô đặc chân khơng: a Mục đích: khai thác, bảo quản Khai thác: q trình đặc làm tách bớt nước khỏi nước mắm làm tăng độ đạm nước mắm thành phẩm Bảo quản: q trình đặc làm bay nước từ nước mắm, làm Đồ án môn học GVHD: Thi Thanh Trung giảm hàm lượng nước làm tăng hàm lượng chất khô sản phẩm hoạt độ nước nước mắm thành phẩm giảm đi, yếu tố gây ức chế hệ vi sinh vật nước mắm, giúp kéo dài thời gian bảo quản b Các biến đổi nguyên liệu: Vật lý: hàm lượng chất khô tăng, độ nhớt, khối lượng riêng tăng tăng… khối lượng thể tích nước mắm giảm, hoạt độ nước nước mắm giảm Hóa học : đặc chân khơng nhiệt độ thấp nên hạn chế biến đổi, mát acid amin phản ứng caramen, maillard Hóa lý: chuyển pha nước, nước tồn trạng thái lỏng nước mắm trước cô đặc chuyển sang trạng thái thoát khỏi nước mắm Sinh học: số vi sinh vật bị ức chế c Thiết bị: Thiết bi cô đặc chân không  Cấu tạo: Thiết bị bao gồm phần: Nồi cô đặc, ngưng tụ sơ dùng tách khí nước Bộ ngưng thứ hai dùng làm mát thu hồi thành phẩm Phần tiếp xúc nguyên liệu chế tạo thép khơng gỉ, máy hồn tồn phù hợp cho việc vệ sinh, máy khơng bị gỉ, ăn mòn  Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu đưa vào khoang đun nóng Hơi cấp khoang đun nóng xảy tượng bốc Phần nước chuyển sang khoang ngưng, sau làm mát ngưng tụ Quá trình bốc làm cho nguyên liệu cô đặc Hình 3.5: Thiết bị đặc chân khơng d Thơng số cơng nghệ - Dung tích: tùy chọn: 200-500-700-1000-2000 (lít) - Năng suất bay tương ứng: 60-100-130-150-350 (kg/h) - Áp lực hơi: 45% Bảng: Chỉ tiêu thành phần hóa học chượp Đồ án mơn học Thành phần GVHD: Thi Thanh Trung Chượp loại A Chượp loại B Chượp loại C Nitơ toàn phần 20-30 14 -22 13 -17 Nitơ toàn phần chượp (g/Kg) 20 -22 13 -19 -13 ≤ 25% ≤ 27% ≤ 30% Tỉ lệ Nitơ amoniac toàn phân Tỉ lệ Nitơ a >40% 40% 30oN >25oN >15oN >10oN Chỉ tiêu vi sinh vật: - Vi khuẩn hiếu khí: