3.1 Xử lý nguyên liệu
a. Mục đích cơng nghệ : chuẩn bị cho quá trình phối liệu, trơn nước, ủ và hấp. Hạt đậu nành hoặc khơ 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 ngồi chín. Ngồi ra nghiền cịn 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.
ـ Sự tổn thất nguyên liệu do cịn dính lại trong máy nghiền. c. Phương pháp thực hiện và các thơng 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 thơng số kỹ thuật:
Ta sử dụng máy nghiền búa để nghiền đậu nành và khơ đậu nành
Đầu vào
Đầu ra
Hình 17: Máy nghiền búa
Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào máy nghiền và được 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 cĩ kích thước nhỏ hơn lỗ rây sẽ được đi ra ngồi, những hạt nguyên liệu cĩ kích thước lớn hơn lỗ rây sẽ được tiếp tục nghiền nhỏ cho đến khi đạt yêu cầu
a. Mục đích cơng 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 hố sơ bộ.
b. Các biến đổi xảy ra
ـ Tinh bột bị biến tính ـ Tinh bột bị hồ hố
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 cơng 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 khơng khí nĩng thổi liên tục và được sử dụng cho đến ngày nay.
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị: Khơng khí và gas được đưa vào thiết bị từ dưới lên và được đốt nĩng. Quạt hút sẽ hút khơng khí nĩng vào thùng quay. Bột mì được đưa vào thùng quay từ trên xuống sẽ tiếp xúc với dịng khí nĩng. Sau đĩ, bột mì đã rang sẽ ra khỏi thiết bị, dịng khí nĩng hồn lưu được đi qua cyclone để thu hồi lượng bột cịn lẫn trong dịng khí nĩng.
Hình 19: Thiết bị rang bột mì bằng khí nĩng thổi liên tục (Continuos through-flow hot air wheat roaster) d. Thơng số cơng nghệ :
Thời gian rang: 5-7 phút Nhiệt độ rang: 170-1800C
3.2 Phối liệu và trộn nước:
a. Mục đích cơng nghệ:
Chuẩn bị cho quá trình hấp, nuơi 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. Ngồi ra, bột cịn cĩ tác dụng tạo cho nước tương thành phẩm cĩ vị ngọt nhẹ và màu sắc sáng hơn. Tỷ lệ giữa đậu nành và bột khác nhau sẽ tạo cho nước tương cĩ vị khác biệt.
Trộn nước cĩ tác dụng làm cho nguyên liệu cĩ độ ẩm thích hợp cho sự phát triển của nấm mốc.
b. Các biến đổi xảy ra:
Hĩa 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 thơng số cơng nghệ:
Hàm lượng khơ đậu nành và bột mì của các loại nước tương ở các quốc gia như sau:
Nước tương (Việt Nam): Trộn khơ đậu nành và bột mì theo tỷ lệ 9:1. Sau đĩ thêm 60-70% nước so với tổng nguyên liệu.
Si yau (Trung Quốc): khơ đậu nành và bột mì được trộn với tỷ lệ 6:4.
Kecap asin (Indonesia): khơ đậu nành và bột được trộn với tỷ lệ 1:2. Sau đĩ thêm 66% nước so với tổng nguyên liệu
Toyo (Philipine): hàm lượng khơ 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 khơng tốt
Nếu sử dụng bột mì quá cao: nước tương cĩ 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 Tỷ lệ đậu nành/bột 1:1 1:1 Khơng dùng bột mì 10:1 1:5 d. Thiết bị: Ta sử dụng máy trộn ướt
Cho nguyên liệu vào thiết bị, cho nước vào, sau đĩ khởi động cánh đảo để đảo trộn nguyên liệu với nước.
Hình 20: Máy trộn ướt
3.3 Ủ
a. Mục đích cơng 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 tồn 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 thơng số kỹ thuật:
Tồn 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:
Đầu vào
Đầu ra
Hình 21: Thiết bị ủ
3.4 Hấp
a. Mục đích cơng nghệ:
Khai thác chất dinh dưỡng cung cấp cho quá trình nuơi mốc. b. Các biến đổi xảy ra:
ـ Vật lý: Nguyên liệu trở nên mềm hơn.
ـ Hĩa học: làm chín tinh bột, protein bị biến tính thành những chất mà vi sinh vật cĩ 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
Bảng 36: Mối quan hệ giữa điều kiện hấp và hiệu suất thủy phân nước tương Điều kiện hấp Hàm lượng N của nước tương tạo thành Aùp suất (kg/cm2) Nhiệt độ (0C) Thời gian (phút) Hàm lượng đạm tổng (g/100ml) Hàm lượng đạm N (g/100ml) Hiệu suất thủy 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 hịa tan trong nước tương/ hàm lượng N tổng trong nguyên liệu ban đầu)
d. Thiết bị và thơng số kỹ thuật
Trước năm 1910: đậu nành hoặc khơ đậu nành được hấp trong một nồi hấp lớn dưới áp suất khí quyển như hình 22
Hình 22: Nồi hấp thủ cơng
Sau đĩ, 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 cĩ tác động quay vừa cĩ 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 đĩ được làm nguội bằng tia nước lạnh và lấy ra ngồi.
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 khơng 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 cĩ độ ẩm khoảng 60% (wet puffing system): nguyên liệu đậu nành hoặc khơ 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 cĩ 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 cơng nghệ:
Chuẩn bị cho quá trình nuơi 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 nuơi mốc tốt hơn
c. Biện pháp thực hiện và thơng số cơng nghệ:
Nguyên liệu đã hấp được cho qua máy đánh tơi cĩ quạt thổi nguội đến 33- 350C (vào mùa hè) và khoảng 400C (vào mùa đơng) tạo điều kiện thích hợp cho mốc phát triển. Nếu nhiệt độ cao hơn thì mốc cĩ thể bị tổn thương, cơ năng sinh lý bị mất đi.
d. Thiết bị:
Đầu vào
Đầu ra
Hình 27: Máy đánh tơi
3.6 Cấy mốc giống
a. Mục đích cơng nghệ: Chuẩn bị cho quá trình nuơi mốc b. Phương 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 khơ để trộn đều nguyên liệu và mốc giống
Hình 28: Máy trộn khơ
3.7 Nuơi mốc (tạo koji)
a. Mục đích cơng nghệ
Khai thác: tạo điều kiện cho mốc phát triển đều trên mơi trường nuơi cấy để hình thành các hệ enzyme cần thiết (đặc biệt là enzyme protease và amylase) cĩ hoạt lực cao, cĩ 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 Đơng như một nguồn cung cấp enzyme khơng chỉ trong sản xuất nước tương mà cịn dùng để sản xuất các sản phẩm lên men khác như rượu sake, miso,…
b. Các biến đổi xảy ra
ـ Vật lý: sự tăng nhiệt độ do quá trình hơ hấp của nấm mốc.
ـ Hĩa 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 phịng nuơi mốc trong khoảng thời gian từ 3-4 ngày. Trong suốt thời gian phát triển của nấm mốc, các thơng số cần lưu ý tới là: nhiệt độ, độ ẩm và thơng giĩ. Trong đĩ yếu tố nhiệt độ là quan trọng nhất.
Trong suốt quá trình nuơi mốc thủ cơng, nhiệt độ và độ ẩm của khối nguyên liệu được kiểm sốt 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 cĩ thể làm mốc giống bị chết. Thường đối với trường hợp nuơi mốc bằng khay gỗ, ta đảo trộn mốc 2 lần: một lần sau 20 giờ và một lần sau khoảng 25 giờ nuơi 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 khơng cao, rất khĩ cơ giới hĩa và tốn nhiều sức lao động. Năm 1962, thiết bị nuơi 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 30: Thiết bị nuơi mốc với hệ thống thổi khí cưỡng bức liên tục
Hình 31: Phịng nuơi mốc (nguyên liệu được đặt trong khay gỗ)
Ưu đểm về hoạt lực enzyme và hiệu suất thủy phân của phương pháp nuơi mốc bằng thiết bị tự động so với phương pháp thủ cơng 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 nuơi mốc bằng khay gỗ và thiết bị tự động
Phương pháp nuơi 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 nuơi 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 nuơi mốc rất hiện đại, đạt năng suất cao. Đây là một thiết bị nuơi mốc liên tục cĩ kích thước rất lớn: đường kính khoảng 38m (Hình 32). Băng tải chứa nguyên liệu quay rất chậm. Thiết bị này cĩ thể đạt năng suất 4150 tấn/giờ.
Hình 33: Băng tải
Hình 34: Bộ phận đảo trộn
3.8 Đánh tơi
a. Mục đích cơng nghệ
Chuẩn bị cho quá trình thủy phân b. Các biến đổi xảy ra
Vật lý: nguyên liệu rời ra và trở nên tơi xốp hơn.
c. Biện pháp thực hiện và thiết bị: sử dụng máy đánh tơi để mốc được trộn đều hơn với nguyên liệu, giúp quá trình lên men được tốt hơn.
d. Thiết bị: Máy đánh tơi tương tự như hình 28
3.9 Thuỷ phân (lên men) và ủ hương:
* Quá trình thuỷ phân protein:
a. Mục đích cơng nghệ
Chế biến: tạo pH thích hợp cho enzyme protease và amylase của nấm mốc hoạt động, làm biến đổi sâu sắc thành phần nguyên liệu theo hướng tạo ra sản phẩm là nước tương.
b. Các biến đổi xảy ra ـ Hĩa sinh:
Enzyme protease thủy phân phân tử protein thành những chất trung gian tương đối đơn giản như peptide, polypeptide và cuối cùng thành các acid amine đơn giản.
Tinh bột bị enzyme amylase thủy phân thành đường maltose và glucose
ـ Hĩa học:
Ban đầu, pH của dung dịch khoảng 6.5-7.0, pH dịch lên men giảm do sự hình thành các acid hữu cơ gĩp phần ức chế các vi sinh vật tạp khơng cĩ lợi cho quá trình lên men.
ـ Vật lý:
Cĩ sự tăng thể tích do bổ sung thêm nước muối
Cĩ sự tăng nhiệt độ do phản ứng thủy phân là phản ứng tỏa nhiệt
Độ nhớt của dung dịch giảm do protein bị thủy phân dần thành các acid amine và peptide cùng với tác dụng của nhiệt độ cao.
Lên men cĩ tầm quan trọng như nuơi mốc. Nếu xử lý nguyên liệu tốt, nuơi mốc đúng kỹ thuật mà lên men khơng đảm bảo thì nước tương vẫn khơng đạt yêu cầu, hiệu suất thu hồi nguyên liệu thấp, giá thành cao.
Nguyên liệu sau khi đã nuơi mốc xong, làm tơi, để ủ đống cho tới khi nhiệt độ đạt khoảng 46-480C thì bắt đầu cho nước vào. Khi cho nước vào nên dùng nước cĩ nhiệt độ 600C để khi cho vào bể lên men, nguyên liệu đạt nhiệt độ 530C. Trộn nước nhanh rồi cho ngay vào thùng lên men. Sau đĩ rải một lớp muối kín trên bề mặt để đề phịng tạp khuẩn xâm nhập. Đậy nắp để hơi nước khơng bay đi và nhiệt độ khơng bị giảm
Các thơng số kỹ thuật: