3.1.1Cơ sở sinh hĩa của quá trình lên men
Chúng ta lợi dụng hệ men của vi sinh vật phát triển trên nguyên liệu giàu đạm, để rồi chúng thủy phân protein cĩ trong nguyên liệu thành các sản phầm như polypeptide, oligopeptide, acid amin. Trong quá trình sản xuất, chúng ta phải nuơi vi sinh vật trong điều thuận lợi cho vi sinh vật phát triển tốt để cĩ nhiều enzyme thủy phân, năng suất thủy phân protein cĩ trong nguyên liệu cao thì sẽ nâng cao năng suất, hạ giá thành sản phẩm và nâng cao chất lượng của nước chấm thành phẩm.
Trong sản xuất nước mắm lên men từ đậu nành, ta dùng enzyme protease và proteinase của vi khuẩn bacillus để thủy phân protein của đậu nành thành acid amin.
3.1.2 Cơ chế của quá trình hình thành nước mắm khi lên men đậu nành
Đậu nành đem trộn với nước muối theo tỷ lệ nhất định, lên men trong điều kiện thích hợp. Sau một thời gian sẽ hình thành một dung dịch acid amin và các chất khác.
Bản chất của q trình này chính là q trình thủy phân protein trong đậu nành nhờ hệ enzyme protease và proteniase của vi khuẩn bacillus subtilis.
Protein → polypeptide → peptid → acid amin
Quá trình thủy phân protein đến các acid amin là 1 quá trình rất phức tạp. Sự tham gia của enzyme trong quá trình thủy phân theo cơ chế xúc tác E + S ES E + P với E
là enzyme, S là cơ chất (protein), ES là hợp chất trung gian giữa enzyme và cơ chất, P là sản phẩm tạo thành. Sản phẩm chủ yếu của quá trình phân giải protein là amino acid và các peptid cấp thấp. Sự tạo thành và chuyển biến hợp chất ES qua 3 bước:
Bước 1: Enzyme kết hợp với protein tạo thành phức chất enzyme protein, bước này xảy ra khá nhanh, liên kết khơng bền.
Bước 2: Xảy ra sự chuyển biến của các phân tử protein dẫn đến làm phá vỡ các mối liên kết đồng hĩa trị tham gia vào phản ứng. Khi đĩ phức ES đồng thời xảy ra hai quá
trình là sự dịch chuyển thay đổi electron, dẫn đến sự cực hĩa của mối liên kết tham gia vào phản ứng và sự biến dạng hình học của nối liên kết đồng hĩa trị trong phân tử protein cũng như trong tâm hoạt động của enzyme, quá trình thủy phân sẽ dễ dàng hơn.
Bước 3: Giai đoạn tạo thành các amino acid và peptid, giải phĩng enzyme. Ngồi ra, đường và chất béo cũng bị phân giải thành rượu và các acid hữu cơ.
3.2 Các hệ enzyme tham gia vào quá trình thủy phân
α-Amylase: Là một enzyme ngoại bào tạo ra mantose, dextrin, mantotriose. Nĩ cắt đứt nối đơi α-1-4-glucocide.
Protease: Là một nhĩm enzyme phân giải protein (protease, peptidase, proteinase,..) mà phần lớn là được tế bào tiết ra ngồi mơi trường và hoạt động bên ngồi mơi trường. Các protein được phân giải ngồi tế bào nhờ các enzyme ngoại để tạo thành polypeptide và olygopeptide và sau đĩ phân giải thành các amino acid.
3.3 Ưu và nhược điểm của quá trình lên men
- Ưu điểm:
Thiết bị đơn giản
Khơng dùng hĩa chất trong sản xuất Khơng tổn hao acid amin trong sản xuất
- Nhược điểm:
Hiệu suất thủy phân khơng cao
3.4 Sơ đồ quy trình sản xuất nước mắm lên men từ đậu nành
Nước muối
Đậu nành Ngâm Rửa, tách
vỏ Hấp chín Làm nguội Rang chín sơ Phối trộn Lên men ủ Trích ly lần 1 Nước 1 Bã Trích ly lần 2 Nước 2 Phối chế Lọc tinh
Thanh trùng Vơ chai
Gạo mì Giống Sản phẩm nước mắm chay Bã Nước muối
3.5 Thuyết minh quy trình
- Nguyên liệu
Đậu nành là nguyên liệu chính trong sản xuất nước mắm lên men từ đậu nành, nĩ quyết định tỷ lệ thu hồi protein và chất lượng sản phẩm. Do đĩ trong sản xuất, đậu nành phải được lựa chọn đúng tiêu chuẩn: Hạt chín về mặt sinh học, loại bỏ những hạt non. Chúng ta phải chọn những hạt to, đều, khơng cĩ vết bệnh, khơng dị dạng, màu sắc vỏ và rốn hạt đặc trưng của giống đậu nành, khơ, sạch, khơng sâu mọt, khơng cĩ mùi hơi. Độ ẩm của hạt thấp, khoảng 10-13%. Vỏ hạt màu nâu vàng nhạt, tránh sử dụng những hạt cĩ vỏ màu xanh vì hợp chất chlorophyll cĩ trong vỏ hạt hay trong lá mầm sẽ tạo vị đắng và chuyển thành hợp chất phytophytin (màu nâu) trong quá trình chế biến. Hạt nứt khơng quá 5% khối lượng, hạt hư khơng quá 2% khối lượng, hạt xanh khơng quá 2%. Tạp chất khơng quá 3% khối lượng.
- Giai đoạn ngâm hạt
Đây là quá trình lên men tự nhiên khá phức tạp và nĩ quyết định mùi vị đặc trưng của sản phẩm, pH nước = 5.5 cĩ tác dụng phù hợp với quá trình xúc tác và chuyển hĩa của hỗn hợp enzyme amilase và protease và một số enzyme khác khi lên men.
Ngâm hạt nhằm mục đích làm cho hạt đậu hút nước và trương lên. Khi đĩ các phân tử nước cĩ tính lưỡng cực sẽ tác động lên các phân tử protein, lipid, glucid và xenlulose. Các phân tử nước sẽ tiếp tục tác động và làm phá vỡ liên kết các phân tử trong hạt đậu và chuyển chúng sang dịch thể keo linh động nằm trong các tế bào hạt đậu. Đồng thời làm giảm hàm lượng oligosaccharide (raffinose, stachyose), và tiêu diệt một phần vi sinh vật.
Cĩ 3 yếu tố ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình ngâm hạt là thời gian ngâm, lượng nước ngâm và nhiệt độ của nước ngâm.
Thời gian ngâm: Nhiệt độ ngồi trời từ 15 – 250C, ngâm trong 5 – 6 giờ. Nhiệt độ ngồi trời từ 25 – 300C, ngâm trong 3 – 4 giờ. Kết thúc giai đoạn ngâm, độ ẩm của hạt
đậu đạt 55 – 65% là tốt nhất. Nếu thời gian ngâm đậu quá dài sẽ tổn thất chất dinh dưỡng, hạt dễ bị thối và chua.
Nhiệt độ của nước ngâm: Nếu ngâm ở nhiệt độ cao, tốc độ trương của hạt nhanh nhưng độ trương của hạt lại nhỏ, thì các thành phần trong hạt đậu chỉ ở trạng thái keo đơng chứ khơng phải dịch thể keo nên sẽ khĩ hịa tan. Nhiệt độ nước ngâm tốt nhất dùng để ngâm là 20 – 250C.
Lượng nước ngâm: tỷ lệ ngâm tốt nhất là 1đậu : 2 nước. Lượng nước ngâm này sẽ giúp độ trương của hạt đạt tương đối cao, độ chua thấp (khoảng 2,23g acid acetic trong 100g đậu nành) và sự tổn hao chất khơ nhỏ (chỉ 0,6g trong 100g đậu nành).
Trong quá trình ngâm đậu phải thường xuyên thay nước nhiều lần để tránh đậu bị chua do quá trình lên men lactic làm cho lượng acid latic tích tụ nhiều.
- Rửa, tách vỏ
Q trình này nhằm mục đích là loại bỏ các tạp chất bẩn cĩ trong đậu nành hay bám trên bề mặt vỏ đậu nành như: đá, đất, bụi, hạt cỏ, đồng thời loại bỏ được một số vi sinh vật bám trên vỏ. Thu được triệt để hàm lượng protein trong quá trình lên men vì loại được sự ngăn cản của lớp cỏ, loại bỏ được mùi đậu, vị đắng và các chất gây ảnh hưởng xấu đến màu của sản phẩm cĩ trong vỏ, làm tăng chất lượng của sản phẩm sau này.
Cho đậu sau khi ngâm vào thau nước sạch, vừa rửa vừa tách lớp vỏ. Lớp đậu nành sau khi tách sẽ nổi trên mặt nước, ta dùng tay hay rổ nhỏ hớt bỏ lớp vỏ ra ngồi.
- Phối chế nguyên liệu và trộn nước
Ta phối trộn theo tỉ lệ 90% đậu và 10% gạo mì
Mục đích của việc hấp chín ngun liệu là làm cho nguyên liệu trở thành một loại mơi trường thích hợp với sự phát triển của vi khuẩn. Vì protein sau khi hấp một phần sẽ biến tính thành protein cĩ tính hịa tan, cịn tinh bột bị hồ hĩa biến thành đường. Những chất đĩ đều là những chất dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn.
Protein biến tính 1 lần do đĩ các chất gây vẩn đục trong quá trình lên men sẽ bị phân giải vì vậy sản phẩm sau này cĩ pha lỗng và gia nhiệt cũng khơng gây ra hiện tượng vẩn đục. Tiêu diệt vi sinh vật bám trên nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển.
Trong quá trình hấp cần chú ý tới nhiệt độ hấp và thời gian hấp. Nhiệt độ hấp là 1000C, hấp trong khoảng 3giờ, thấy hạt đậu chuyển màu hơi nâu là được khơng nên để quá đậm màu.
- Quá trình ướp muối
Mục đích là ngừng sự phát triển của vi khuẩn, chuẩn bị cho giai đoạn lên men.
Ta pha dung dịch muối từ 20 – 220Be, cĩ nghĩa là pha khoảng 265 – 300g muối trong một lít nước.
- Quá trình ủ
Đây là quá trình lên men. Lên men là giai đoạn rất quan trọng, giai đoạn này quyết định chất lượng của sản phẩm. Nếu lên men khơng đúng kỹ thuật thì nước chấm thu được sẽ khơng đạt yêu cầu, hiệu suất thu hồi nguyên liệu thấp (đạm amin trong dung dịch thấp), giá thành sản phẩm cao. Trong giai đoạn này, các enzyme của vi khuẩn Bacillus subtilis tiết ra sẽ tham gia vào các phản ứng sinh hĩa để tiến hành thuỷ phân cơ chất
protein trong nguyên liệu đậu nành thành chủ yếu là các amino acid (thực hiện bởi protease), đồng thời các sản phẩm khác cũng hình thành trong giai đoạn này để tạo sản phẩm nước mắm cĩ hương vị đặc trưng riêng. Hương vị này do 4 nhĩm chính tạo nên: các amino acid và NH3, các sản phẩm thủy phân protein, các acid béo và methylacetone.
Trích ly lần thứ 1: ta được nước mắm đậm màu, ngọt, chiếm khoảng 60 – 80% lượng đạm cĩ trong nước mắm.
Trích ly lần thứ 2: sau khi trích ly lần thứ 1, bã vẫn cịn lưu lại 1 lượng nước chấm, vì vậy ta cho thêm nước muối từ 15 – 180Be vào ngâm khoảng 12 – 16 giờ rồi lại tiến hành trích ly lần 2.
Trích ly lần thứ 3: để tận dụng nguyên liệu một cách triệt để, bã sau khi trích ly lần 2 xong vẫn cịn chứa một ít muối và nước mắm, chúng ta sẽ cho nước khơng pha muối vào ngâm khoảng 6 giờ rồi tiến hành trích ly lần 3. Nước mắm trích ly lần này cĩ độ đạm thấp.
Để cĩ sản phẩm nước chấm đa dạng, người ta cĩ thể tiến hành phối chế các loại dịch trích ly 1, 2 và 3 theo tỉ lệ thích hợp trên cơ sở độ đạm cần đạt cho mỗi loại nước chấm.
- Thanh trùng sản phẩm
Mục đích tiêu diệt vi sinh vật giúp kéo dài thời gian bảo quản.
Nhiệt độ thanh trùng khoảng 60 – 700C, thời gian từ 1 giờ 30 phút đến 2 giờ để khơng ảnh hưởng đến chất lượng của nước mắm.
3.6 Các sự cố xảy ra trong quá trình lên men và phương pháp xử lý
- Nguyên liệu sau khi hấp bị khơ quá hoặc nhão quá.
Yêu cầu độ ẩm của nguyên liệu sau khi hấp là khoảng 45 – 50%.
Khi lượng nước trộn vào q ít hoặc khi trong q trình hấp, nấp nồi bị hở, hơi nước thốt ra ngồi nhiều làm cho nguyên liệu bị khơ, cĩ thể trộn thêm nước sơi với lượng 0,1 – 0,2% so với khối lượng nguyên liệu.
Trường hợp quá nhiều nước làm cho nguyên liệu bị nhão thì ta phải tải mỏng nguyên liệu cho bay bớt hơi nước hoặc trộn thêm một ít bột mì rang.
- Ngun liệu hấp chín khơng đều
Khi trộn nước vào nguyên liệu, trộn khơng đều. Để giải quyết vấn đề này, ta trộn thêm nước vào nguyên liệu rồi hấp lại khoảng 30 – 45 phút và cho phần nguyên liệu sống nhiều xuống đáy nồi hấp.
- Bị nhiễm mốc
Khâu nhân giống khơng đảm bảo vệ sinh nên dễ bị nhiễm mốc. Nếu nhiễm mốc ở mức độ thấp (< 30%), thường thì bị nhiễm mốc bề mặt, khi đĩ ta chỉ cần tách lớp mốc bề mặt ra, và xịt cồn xung quanh dụng cụ nuơi cấy vi khuẩn. Nếu mà nhiễm mốc quá nhiều thì nuơi giống mới.
- Chượp bốc mùi chua
Chua do mặn đầu: do lượng muối lúc đầu quá nhiều, muối chưa kịp ngấm đều vào hạt đậu làm hạt đậu bị nhạt muối, xảy ra quá trình phân giải sinh ra nhiều acid phức tạp như: glucose bị phân giải yếm khí tạo acid lactic. Các chất béo bị phân hủy tạo thành glycerin và acid béo hoặc chất đạm khử amin thành acid béo.
Chua vì nhạt đầu: đậu nành nhạt muối khơng đủ sức kiềm hãm sự phát triển của vi sinh vật, phân giải tạo nhiều acid bay hơi phức tạp làm phát sinh mùi chua, nhanh chĩng chuyển sang hư thối.
Cách phịng chữa: cần phải cho muối đều và đủ. Dùng rượu để chuyển các acid sang dạng ester cĩ mùi thơm, hoặc trung hịa bằng NaHCO3. Dùng thính để hấp phụ mùi. Chua vì mặn đầu thì cho thêm nước vào, trộn đều. Chua vì nhạt đầu thì thêm muối, trộn đều.
- Chượp thối
Chượp thối cĩ màu nâu đen và cĩ mùi hơi thối. Nguyên nhân chủ yếu là do muối quá nhạt, khi đĩ các vi sinh vật hoạt động phân hủy các acid amin thành các sản vật cấp thấp làm cho chượp thối.
Trptophan Indol, skatol Cystein NH3, H2S
Cần xử lý nguyên liệu cho tốt, tránh để nước mưa vào. Dụng cụ chế biến phải sạch sẽ, khơng để chượp nơi ẩm thấp, dơ bẩn. Cần áp dụng đúng kỹ thuật chế biến. Cĩ thể trộn với chượp khác và đem đi nấu. Chượp bị nước mưa vào thì nên cho thêm muối.
3.7 Phương pháp thí nghiệm 3.7.1Mục đích thí nghiệm 3.7.1Mục đích thí nghiệm
Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng muối, lượng giống, nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân protein. Nhằm mục đích là tìm ra nhiệt độ, lượng muối và lượng giống tối ưu khi lên men để tạo ra sản phẩm nước mắm cĩ chất lượng và cĩ giá trị cảm quan tốt đối với người tiêu dùng. 3.7.2 Phương pháp thí nghiệm - Nhân tố thí nghiệm Nhân tố Ký hiệu Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 Mức độ 4 Lượng giống G 1 2 3 4 Nồng độ muối M 15 20 25 Nhiệt độ T 47 - Bố trí thí nghiệm G1M1T G2M1T G3M1T G4M1T G1M2T G2M2T G3M2T G4M2T G1M3T G2M3T G3M3T G4M3T
3.8 Thiết bị dùng trong sản xuất
Việc lựa chọn thiết bị để thực hiện hấp đậu phụ thuộc vào năng suất sản xuất, mức năng lượng tiêu thụ năng lượng, tỉ lệ hao hụt các chất dinh dưỡng hịa tan trong nước. Các loại máy hấp:
Máy hấp bằng hơi hình giếng: Loại này cĩ cấu trúc đơn giản, chỉ là 1 thùng đựng
bằng kim loại, cĩ khi bằng gỗ. Bên trong thùng cĩ ống phun hơi trực tiếp. Thiết bị này làm việc gián đoạn.
Nồi hấp hai vỏ: Nồi cĩ vỏ trong làm bằng thép khơng rỉ hay bằng đồng, cĩ loại thì
bên trong tráng men, cĩ cánh khuấy, cĩ tay quay để đổ sản phẩm ra, nắp hở.
Máy hấp bằng hơi kiểu trục vít: Loại máy này được phun hơi nước trực tiếp và cĩ
thể được đun nĩng gián tiếp, nguyên liệu được vận chuyển bằng trục vít.
Máy hấp kiểu băng tải: Thiết bị này làm việc liên tục ở áp suất khí quyển. Loại máy
này cĩ cấu tạo rất khác nhau với băng tải làm nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu, các miếng tơn, lưới sắt, gáo đựng nguyên liệu gắn trên hai dây xích chuyển động. Q trình hấp được thực hiện ngay trên băng tải nhờ việc chuyển động của băng tải ngang qua phịng kín cĩ ống phun hơi hoặc qua thùng kim loại cĩ chứa nước. Vận tốc chuyển động của băng tải nhỏ, khoảng từ 0,01 đến 0,05 m/s, tương ứng với thời gian hấp cần thiết.
Thiết bị hấp IQB: Thiết bị này bao gồm một băng tải kiểu cổ ngỗng A vận chuyển
nguyên liệu đến bộ phận gia nhệt B. Băng tải này được thiết kế nằm trong thân máy kín để giảm lượng nhiệt hao phí do thốt ra mơi trường xung quanh. Nguyên liệu được trải thành lớp đơn và được nâng nhiệt trong bộ phận gia nhiệt B nhờ hơi nước bão hịa, sau đĩ dồn thành lớp dày và giữ nhiệt đĩ trong băng tải C. Cơng đoạn cuối cùng là làm nguội được thực hiện ở bộ phận D nhờ khơng khí lạnh kết hợp nước phun dạng sương mù. Sử