Công thức phân tử: C3H7O2Cl Công thức cấu tạo:
Hình 13: Công thức cấu tạo 3-MCPD b. Nguyên nhân, điều kiện hình thành:
3-MDCP là sản phẩm của phản ứng thuỷ phân protein thực vật bằng acid ở nhiệt độ cao (acid-HVP- acidhydrolysed vegetable protein). Phản ứng xảy ra giữa các hợp chất chứa chlorine (HCl hay NaCl) và lipid có trong thực phẩm. Trong quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp hoá giải, 3-MCPD sinh ra ở giai đoạn trộn và nấu hoặc ở giai đoạn để nguội và trung hoà.
Ngoài nước tương, 3-MCPD còn được tìm thấy trong các loại thực phẩm khác như: bánh mì, bánh nướng, cheese, salami, các nguyên liệu chiết xuất từ thịt, tinh bột biến tính, các sản phẩm từ ngũ cốc... Tuy nhiên, hàm lượng 3- MCPD trong các sản phẩm này thấp hơn nhiều so với hàm lượng của nó trong nước tương thuỷ phân bằng acid.
Hình 14: Sự hình thành 3-MCPD và 1,3-DCP c. Tình hình nhiễm độc:
3-MCPD có khả năng gây ung thư nếu dùng trong một thời gian dài. Ngoài ra 3-MCPD còn có thể huỷ hoại thận (nghiên cứu trên động vật).
Bảng 33: Hàm lượng 3-MCPD có trong một số thực phẩm Thực phẩm 3-MCPD Số mẫu phát hiện 1-20 (µg/kg) 20-200 (µg/kg) Nước tương 9/38 8 1 Dầu hào 3/14 2 1 Bột súp 6/13 5 1 d. Giới hạn cho phép:
Hiện nay mỗi quốc gia có quy định về hàm lượng tối đa cho phép của 3- MCPD khác nhau. Năm 2001, SCF (European Commission’s Scientific Committee on Food) đã đưa ra khuyến cáo TDI (Tolerable Daily Intake) là 2µg/kg thể trọng/ngày, con số này cũng phù hợp với khuyến cáo của JEFCA (The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives).
Giới hạn cho phép: Hoa Kì : 1mg/kg
t0,P
Bỉ : 0.05mg/kg Trung Quốc : 1mg/kg Nhật Bản : 1mg/kg
1.2 Giới thiệu về 1,3-DCP:
a. Công thức:
Công thức phân tử : C3H6Cl2O Tên gọi khác: α, β- dichlorohydrin
Hình 15: Công thức cấu tạo 1,3-DCP b. Tính chất:
1,3-DCP là một chất lỏng, không màu, có mùi ete.
Khối lượng phân tử M=128,99
Khối lượng riêng d=1,35069 g/cm3
Nhiệt độ đông đặc: -40C, nhiệt độ sôi: 174,30C c. Tình hình nhiễm độc:
1,3-DCP cũng là một chất gây ung thư vì nó phá huỷ cấu trúc DNA. 1,3- DCP chỉ có mặt khi hàm lượng 3-MCPD trong nước tương cao (0,02mg/kg) và so với 3-MCPD thì hàm lượng 1,3-DCP thấp hơn nhiều. 1,3_DCP cũng có mặt trong một số thực phẩm khác, tương tự như 3-MCPD. Dưới đây là kết quả nghiên cứu hàm lượng 1,3- DCP có trong một số thực phẩm
Bảng 34: Hàm lượng 1,3-DCP có trong một số thực phẩm
Thực phẩm 1,3-DCP
Số mẫu phát hiện 1-5 (µg/kg)
Dầu hào 0/14 0
Bột súp 1/13 1
3. Thuyết minh quy trình công nghệ và một số thành tựu về công nghệ:
3.1 Xử lý nguyên liệu
3.1.1 Đối với đậu nành và khô đậu nành: Nghiền
a. Mục đích công nghệ : chuẩn bị cho quá trình phối liệu, trôn nước, ủ và hấp. Hạt đậu nành hoặc khô đậu nành được nghiền nhỏ để khi trộn nước, nước thấm đều hơn. Khi hấp nguyên liệu chín đều hơn, protein trong nguyên liệu chỉ biến tính một lần, tránh được hiện tượng trong sống ngoài chín. Ngoài ra nghiền còn nhằm mục đích tăng diện tích phát triển của nấm mốc và khả năng xúc tác của enzyme khi thuỷ phân.
b. Các biến đổi xảy ra : Chủ yếu là các biến đổi về vật lý ـ Sự giảm kích thước của nguyên liệu.
ـ Sự tăng nhiệt độ trong khối nguyên liệu do ma sát giữa hạt với nhau và với máy nghiền. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ـ Sự tổn thất nguyên liệu do còn dính lại trong máy nghiền. c. Phương pháp thực hiện và các thông số kỹ thuật:
Nguyên liệu được nghiền tới kích thước hạt 0,5-1mm, tốt nhất là 1mm. Kích thước hạt sau khi nghiền nếu quá nhỏ sẽ dễ dính lại với nhau làm giảm diện tích phát triển của nấm mốc.
d. Thiết bị và thông số kỹ thuật:
Ta sử dụng máy nghiền búa để nghiền đậu nành và khô đậu nành
Đầu vào
nghiền nhỏ nhờ tác dụng va đập của búa vào vật liệu và sự chà xát của nguyên liệu vào thành thiết bị. Các hạt nguyên liệu có kích thước nhỏ hơn lỗ rây sẽ được đi ra ngoài, những hạt nguyên liệu có kích thước lớn hơn lỗ rây sẽ được tiếp tục nghiền nhỏ cho đến khi đạt yêu cầu
3.1.2 Đối với bột mì: Rang
a. Mục đích công nghệ : chuẩn bị cho quá trình trộn nước, ủ và hấp
Trước khi phối liệu, bột mì nên rang trước khi dùng để làm protein biến tính và hồ hoá sơ bộ.
b. Các biến đổi xảy ra
ـ Tinh bột bị biến tính ـ Tinh bột bị hồ hoá
ـ Nhiệt độ nguyên liệu tăng ـ Hàm ẩm bột mì giảm c. Biện pháp thực hiện và thiết bị
Vào khoảng đầu thế kỷ 20, quá trình rang được thực hiện một cách thủ công bằng một chảo lớn như hình 18
Hình 18: Chảo dùng rang bột mì được sử dụng khoảng đầu thế kỷ 20 Gần đây, hãng Fujiwara Techno Art đã phát minh ra thiết bị rang bột mì bằng không khí nóng thổi liên tục và được sử dụng cho đến ngày nay.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị: Không khí và gas được đưa vào thiết bị từ dưới lên và được đốt nóng. Quạt hút sẽ hút không khí nóng vào thùng quay. Bột mì được đưa vào thùng quay từ trên xuống sẽ tiếp xúc với dòng khí nóng. Sau đó, bột mì đã rang sẽ ra khỏi thiết bị, dòng khí nóng hoàn lưu được đi qua cyclone để thu hồi lượng bột còn lẫn trong dòng khí nóng.
Hình 19: Thiết bị rang bột mì bằng khí nóng thổi liên tục (Continuos through-flow hot air wheat roaster)
d. Thông số công nghệ :
Thời gian rang: 5-7 phút Nhiệt độ rang: 170-1800C
3.2 Ph i liố ệ u và trộn nước:
a. Mục đích công nghệ:
Chuẩn bị cho quá trình hấp, nuôi mốc và lên men
Bột mì được dùng trong nước tương lên men là nguồn tinh bột cho nấm mốc và vi sinh vật sử dụng làm nguồn thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Sự phát triển mạnh của mốc giống sẽ lấn át sự phát triển của các loại mốc tạp
khác và giúp cho độ thủy phân nước tương cao hơn. Ngoài ra, bột còn có tác dụng tạo cho nước tương thành phẩm có vị ngọt nhẹ và màu sắc sáng hơn. Tỷ lệ giữa đậu nành và bột khác nhau sẽ tạo cho nước tương có vị khác biệt.
Trộn nước có tác dụng làm cho nguyên liệu có độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của nấm mốc.
b. Các biến đổi xảy ra:
Hóa học: hàm ẩm của nguyên liệu tăng
Vật lý: nguyên liệu trở nên mềm hơn, khối lượng nguyên liệu tăng, độ xốp giảm…
c. Biện pháp thực hiện và thông số công nghệ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hàm lượng khô đậu nành và bột mì của các loại nước tương ở các quốc gia như sau:
Nước tương (Việt Nam): Trộn khô đậu nành và bột mì theo tỷ lệ 9:1. Sau đó thêm 60-70% nước so với tổng nguyên liệu.
Si yau (Trung Quốc): khô đậu nành và bột mì được trộn với tỷ lệ 6:4. Kecap asin (Indonesia): khô đậu nành và bột được trộn với tỷ lệ 1:2. Sau đó thêm 66% nước so với tổng nguyên liệu
Toyo (Philipine): hàm lượng khô đậu nành khoảng 66-90%, bột mì khoảng 10-34%.
Ở Nhật: Tỷ lệ giữa đậu nành và bột mì của các loại nước tương khác nhau cũng khác nhau. (Bảng 35)
Nếu sử dụng bột mì quá ít: nước tương giàu acid amine nhưng hương vị không tốt
Nếu sử dụng bột mì quá cao: nước tương có màu vàng nhạt và hàm lượng acid amine rất thấp.
Bảng 35: Tỷ lệ phối trộn giữa khơ đậu nành và bột mì của các loại nước tương ở Nhật. Koikuchi- shoyu Usukuchi- shoyu Tamari- shoyu Saishikomi- shoyu Shiro-shoyu
d. Thiết bị:
Ta sử dụng máy trộn ướt
Cho nguyên liệu vào thiết bị, cho nước vào, sau đó khởi động cánh đảo để đảo trộn nguyên liệu với nước.
Hình 20: Máy trộn ướt
3.3 Ủ
a. Mục đích công nghệ : chuẩn bị cho quá trình hấp b. Các biến đổi xảy ra :
Chủ yếu là các biến đổi vật lý: nước thấm đều vào trong toàn bộ thể tích khối nguyên liệu làm tăng khả năng truyền nhiệt. Nguyên liệu trở nên mềm hơn, do vậy đậu sẽ mau chín và chín đều hơn khi hấp.
c. Biện pháp thực hiện và thông số kỹ thuật:
Toàn bộ hỗn hợp nguyên liệu sau khi phối trộn được cho vào thiết bị ủ với nhiệt độ 550C, thời gian ủ 1 ngày
d. Thiết bị: Sử dụng thiết bị ủ Đầu vào Đầu ra Hình 21: Thiết bị ủ 3.4 Hấp a. Mục đích công nghệ:
Khai thác chất dinh dưỡng cung cấp cho quá trình nuôi mốc. b. Các biến đổi xảy ra:
ـ Vật lý: Nguyên liệu trở nên mềm hơn.
ـ Hóa học: làm chín tinh bột, protein bị biến tính thành những chất mà vi sinh vật có thể hấp thụ được.
ـ Sinh học: tiêu diệt các vi sinh vật bề mặt làm cho mốc dễ phát triển hơn. c. Các yếu tố ảnh hưởng:
ـ Thời gian hấp ـ Nhiệt độ hấp ـ Aùp suất nồi hấp
(g/100ml) (g/100ml) phân(%)
0,9 118 45 1,653 0,817 82,05
2,0 132 5 1,697 0,837 84,24
6,7 151 2 1,752 0,839 86,87
7,0 170 0,25 1,778 0,878 88,26
( Hiệu suất thủy phân = hàm lượng N hòa tan trong nước tương/ hàm lượng N tổng trong nguyên liệu ban đầu)
d. Thiết bị và thông số kỹ thuật (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trước năm 1910: đậu nành hoặc khô đậu nành được hấp trong một nồi hấp lớn dưới áp suất khí quyển như hình 22
Hình 22: Nồi hấp thủ cơng
Sau đó, vào khoảng năm 1910, thiết bị hấp gián đoạn dạng đứng được phát minh. Nguyên liệu được hấp dưới áp suất 1 kg/cm2 trong khoảng thời gian 1 giờ. Trong giai đoạn này, hiệu suất thủy phân nước tương rất thấp, chỉ vào khoảng 60-63%.
Hình 23: Nồi hấp gián đoạn
Khoảng năm 1955-1970, hiệu suất thủy phân nước tương tăng lên được khoảng 73-78% khi dùng nồi hấp vừa có tác động quay vừa có hệ thống làm lạnh nhanh (NK-cooker). Nguyên liệu sau khi phối trộn được hấp ở 1200C trong khoảng 30-45 phút với áp suất khoảng 1 kg/cm2, sau đó được làm nguội bằng tia nước lạnh và lấy ra ngoài.
Hình 24: NK-cooker
Theo bảng 36 nhiệt độ và áp suất nồi hấp càng cao thì hiệu suất thủy phân càng lớn, ngược lại thời gian càng dài ảnh hưởng không tốt tới hiệu suất thủy phân nước tương. Các thiết bị trên yêu cầu thời gian hấp khá dài, vì vậy người ta đã phát minh ra 2 hệ thống hấp liên tục gồm:
- Hệ thống hấp dùng cho nguyên liệu có độ ẩm khoảng 60% (wet puffing system): nguyên liệu đậu nành hoặc khô đậu nành được hấp dưới áp suất 5-7 kg/cm2, nhiệt độ 160-1700C trong 60s.
Hình 25: Hệ thống hấp wet-puffing system
- Hệ thống dùng cho nguyên liệu có độ ẩm khoảng 8-15% (dry puffing system): nguyên liệu được hấp trong vài giây (5-7s) dưới áp suất 4-8 kg/cm2, nhiệt độ hấp 200-2800C.
Với hai hệ thống hấp “thời gian ngắn-nhiệt độ cao” (High temperature short time), hiệu suất thủy phân nước tương tăng khá cao, lên đến 90%, cao hơn 30% so với những năm trước năm 1955.
Hiện tại hai hệ thống này đang được các nhà sản xuất nước tương lớn sử dụng. Ở Việt Nam hiện sử dụng nồi hấp gián đoạn với thời gian hấp 1-1,5 giờ, áp suất 0,7-0,9 kg/cm2. Nĩi chung hấp cho đến khi hạt đậu chuyển sang màu hơi nâu là được, khơng nên để quá sậm màu.
Hình 26: Hệ thống hấp dry-puffing system
3.5 Đánh tơi, làm nguội
a. Mục đích công nghệ:
Chuẩn bị cho quá trình nuôi mốc b. Các biến đổi xảy ra:
Vật lý: nguyên liệu rời ra và trở nên tơi xốp hơn
Sự khuếch tán oxy vào trong khối nguyên liệu giúp quá trình nuôi mốc tốt hơn
c. Biện pháp thực hiện và thông số công nghệ:
Nguyên liệu đã hấp được cho qua máy đánh tơi có quạt thổi nguội đến 33-350C (vào mùa hè) và khoảng 400C (vào mùa đông) tạo điều kiện thích hợp cho mốc phát triển. Nếu nhiệt độ cao hơn thì mốc có thể bị tổn thương, cơ năng sinh lý bị mất đi.
d. Thiết bị: Thiết bị đánh tơi Đầu vào Đầu ra Hình 27: Máy đánh tơi 3.6 Cấy mốc giống
a. Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình nuôi mốc b. Ph ương pháp thực hiện
Khi đưa giống vào, nên trộn giống trước với một số nguyên liệu cho đều, sau đĩ nguyên liệu này rắc lên nguyên liệu định cấy giống. Khi rắc lên nên rắc đều và trộn kỹ để cĩ mốc giống đều khắp khối nguyên liệu và mốc phát triển cũng tạo cho nhiệt độ trong khối nguyên liệu tăng đều.
c. Thiết bị
Sử dụng máy trộn khô để trộn đều nguyên liệu và mốc giống
a. Mục đích công nghệ
Khai thác: tạo điều kiện cho mốc phát triển đều trên môi trường nuôi cấy để hình thành các hệ enzyme cần thiết (đặc biệt là enzyme protease và amylase) có hoạt lực cao, có khả năng thủy phân protein và tinh bột cao hơn.
Giống như “malt” được sử dụng phổ biến ở các nước phương Tây trong sản xuất bia hay rượu vang, koji được sử dụng phổ biến ở các nước phương Đông như một nguồn cung cấp enzyme không chỉ trong sản xuất nước tương mà còn dùng để sản xuất các sản phẩm lên men khác như rượu sake, miso,…
b. Các biến đổi xảy ra (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ـ Vật lý: sự tăng nhiệt độ do quá trình hô hấp của nấm mốc.
ـ Hóa sinh: sự tổng hợp các enzyme đặc biệt là protease và amylase ـ Sinh học: sự tăng sinh khối.
c. Biện pháp thực hiện, thiết bị và các thơng số:
Theo phương pháp cổ truyền, hỗn hợp gồm đậu tương, bột mì đã được cấy mốc giống được trải đều trên một khay gỗ và đặt trong phòng nuôi mốc trong khoảng thời gian từ 3-4 ngày. Trong suốt thời gian phát triển của nấm mốc, các thông số cần lưu ý tới là: nhiệt độ, độ ẩm và thông gió. Trong đó yếu tố nhiệt độ là quan trọng nhất.
Trong suốt quá trình nuôi mốc thủ cơng, nhiệt độ và độ ẩm của khối nguyên liệu được kiểm soát bằng cách đảo trộn. Nếu quá trình đảo trộn được thực hiện quá trễ, nhiệt độ của khối nguyên liệu sẽ tăng cao, làm cho khuẩn ty phát triển khơng tốt, giảm khả năng sản sinh enzyme và có thể làm mốc giống bị chết. Thường đối với trường hợp nuôi mốc bằng khay gỗ, ta đảo trộn mốc 2 lần: một lần sau 20 giờ và một lần sau khoảng 25 giờ nuôi mốc (Hình 29)
Hình 29: Đồ thị theo dõi nhiệt độ của phịng nuơi mốc và nguyên liệu theo phương pháp nuơi mốc thủ cơng
Tuy nhiên, phương pháp dùng khay gỗ cĩ nhược điểm là năng suất thấp (1m2 phịng nuơi mốc chỉ nuơi được 24-27 kg nguyên liệu), hiệu suất thủy phân không cao, rất khó cơ giới hóa và tốn nhiều sức lao động. Năm 1962, thiết bị nuôi mốc tự động với hệ thống thổi khí cưỡng bức liên tục đã được phát minh, thay thế cho phương pháp sử dụng khay gỗ cổ truyền.
Hình 31: Phòng nuôi mốc (nguyên liệu được đặt trong khay gỗ)
Ưu đểm về hoạt lực enzyme và hiệu suất thủy phân của phương pháp nuôi mốc bằng thiết bị tự động so với phương pháp thủ công bằng khay gỗ được cho ở bảng 37
Bảng 37: So sánh về hoạt tính của protease và hiệu suất thủy phân nước tương giữa phương pháp nuôi mốc bằng khay gỗ và thiết bị tự động
Phương pháp nuôi mốc Hoạt lực của protease (đơn vị)
Hiệu suất thủy phân (%)
Khay gỗ 28,40 75,0
Thiết bị tự động 40,53 81,0
Hiện nay, thiết bị nuôi mốc tự động này càng được cải tiến và phát triển. Năm 1986, Kikkoman Corporation (một hãng sản xuất nước tương lớn ở Nhật) bắt đầu phát triển và sử dụng thiết bị nuôi mốc rất hiện đại, đạt năng suất cao. Đây là một thiết bị nuôi mốc liên tục có kích thước rất lớn: đường kính khoảng 38m (Hình 32). Băng tải chứa nguyên liệu quay rất chậm. Thiết bị này có thể