Bài giảng thực hành công nghệ lên men

1 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG & CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÀI GIẢNG THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN Biên soạn: TS. Nguyễn Hoài Hương - 2009 - 2 - NỘI DUNG THỰC HÀNH Bài 1 : Lên men bia (25 tiết) Bài 2 : Sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men/ kết hợp hóa giải (20 tiết) Bài 3: Sản xuất yoghurt (15 tiết) 3 Bài 1: Lên men bia A. Lý thuyết I. Giới thiệu Bia là loại đồ uống có cồn và có gas đã có từ cổ xưa, thơm ngon và bổ dưỡng. Công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện trên thế giới hàng ngàn năm vào được du nhập vào Việt Nam hơn một trăm năm nay. Bia là đồ uống bắt nguồn từ Ai Cập cổ đại Độ cồn trong bia thấp (3-8%) và nhờ có CO2, khi rót bia tạo nên nhiều bọt gây sảng khoái khi uống. Giá trị dinh dưỡng của bia khá cao, trong bia có nhiều vitamin nhóm B và các nguyên tố vi lượng. Vì vậy công nghệ sản xuất bia không ngừng phát triển và hoàn thiện trên thế giới. II. Nguyên liệu và thiết bị 4 1. Nguyên liệu: a) Có thể sản xuất bia thuần túy từ malt (đại mạch nảy mầm) hoặc có bổ sung thế liệu (gạo, đại mạch…) để giảm giá thành. Khi nấu malt ở nhiệt độ thích hợp, tinh bột malt sẽ được hệ enzyme amylase (alpha và beta amylase) gọi chung là diastase thủy phân thành đường maltose. Đại mạch (Hordeum distichum) Hạt đại mạch b) Hoa bia (hoa houblon): là nguyên liệu cơ bản thứ hai đứng sau malt trong công nghệ sản xuất bia. Hoa bia làm cho bia có vị đắng dịu, hương thơm đặc trưng và làm tăng khả năng tạo và giữ bọt. Thành phần chính của hoa bia mà ta quan tâm là các chất đắng gồm acid đắng và nhựa đắng; tannin; tinh dầu. Trong công nghệ sản xuất bia người ta sử dụng trực tiếp hoa bia hoặc chế phNm từ hoa bia bột hoa hay cao hoa bia. c) Nấm men Saccharomyces cerevisiae và Saccharomyces carlsbergensis là hai loại nấm men thường được sử dụng để lên men bia. Các loài nấm men lên men bia thuộc loại yếm khí tùy tiện. Khi có oxy chúng tăng sinh khối nhờ hô hấp tế bào, khi không có oxy chung lên men tạo thành ethanol và CO2 theo phương trình: 5 Đường + Nitơ amine tự do + Nấm men + Oxy → Ethanol + CO2 + Nấm men (150 g/l) + (150 mg/l) (1g/l) (25 mg/l) (45g/l) (42g/l) (5g/l) Đặc tính lên men của hai loài nấm men này có nhiều điểm khác nhau dùng để lên men các loại bia khác nhau Đặc tính Nấm men nổi Saccharomyces cerevisiae Loại bia: Ale Nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis Loại bia: Lager Nhiệt độ lên men 10-25oC 0-10oC Cơ chất Chủ yếu lên men đường đơn (glucose, fructose), đường đôi (saccharose, maltose), khó lên men đường tam (raffinose) Lên men tốt glucose, mannose, galactose, fructose, saccharose, maltose và cả raffinose. Khả năng lên men Lên men mạnh trên bề mặt môi trường Lên men mạnh trong lòng môi trường Khả năng tạo bông, kết lắng Kết bông trên bề mặt, bia khó trong tự nhiên Kết chùm lắng xuống đáy, bia trong tự nhiên Cấu tạo tế bào nấm men 6 Khun lạc nấm men (x 100) a) Nấm men lên men nổi b) Nấm men lên men chìm c) Nấm men dại d) Phụ gia Làm giảm độ cứng của nước: Al2(SO4)3, CaSO4; Điều chỉnh pH = H2SO4, acid lactic, CaCl2 Chất chống oxy hóa: acid ascorbic Chất tạo màu: caramen. III. Yêu cầu chất lượng (TCVN7042:2002) Bảng 1 – Yêu cầu cảm quan của bia hơi Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1. Màu sắc Đặc trưng của từng loại sản phNm 2. Mùi Đặc trưng của bia sản xuất từ hoa houblon và malt đại mạch, không có mùi lạ 3. Vị Đặc trưng của bia sản xuất từ hoa houblon và malt đại mạch, không có vị lạ 4. Bọt Bọt trắng, mịn 5. Trạng thái Đặc trưng của từng loại sản phNm Bảng 2 – Yêu cầu đối với các chỉ tiêu hoá lý Tên chỉ tiêu Mức 1. Độ axit, số mililit NaOH 1 N trung hòa hết 100 ml bia hơi đã đuổi 1,8 7 hết CO2, không lớn hơn 2. Hàm lượng diaxetyl, mg/l, không lớn hơn 0,2 3. Hàm lượng etanol (cồn), % (V/V) Theo tiêu chuNn đã được công bố của nhà sản xuất 4. Hàm lượng chất hoà tan ban đầu Chỉ tiêu về kim loại nặng, vi sinh (xem TCVN7042:2002) IV. Sơ đồ công nghệ lên men bia malt thuần túy Các quá trình chính trong công nghệ lên men bia: 1. Nấu bia: tinh bột dưới tác dụng của enzyme amylase trong malt (hoạt lực diastase …). Khi nấu bia có thể liệu cần bổ sung enzyme để tăng vận tốc đường hóa. Enzyme thường sử dụng: Termamyl nguồn gốc vi khuNn, chịu nhiệt. Giản đồ nấu là đồ thị hướng dẫn quá trình nấu: sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian. Các giai đoạn trong quá trình nấu bia: Malt: nước trộn theo tỉ lệ 1:4 rồi đưa nhiệt độ lên 38 – 40oC trong 30 min. Điều chỉnh pH về 5,5 bằng H2SO4. Khi này các enzyme hemicellulase, glucanase, protease được hoạt hóa thủy phân glucan hoặc protein phức tạp bao quanh hạt tinh bột tạo điều kiện cho enzyme amylase thủy phân tinh bột. Nâng nhiệt độ lên 52oC giữ 30 min: quá trình enzyme protease thủy phân protein thành amino acid và peptide tạo nguồn dinh dưỡng cho nấm men. Thành phần này c hiếm 5-7% chất hòa tan của dịch đường. Ngoài ra thành phần này còn giúp bia có hương vị đậm đà, có khả năng giữ bọt. 8 Nâng nhiệt độ lên 65oC giữ nhiệt độ trong 30 min để enzyme amylase hoạt động thủy phân tinh bột thành các đường có khả năng lên men. Nâng nhiệt độ lên 72oC giữ ở 20 min để enzyme amylase hoạt động Nâng nhiệt độ lên 78oC giữ 30 min rồi lọc. Điều kiện hoạt động của các enzyme trong malt: Đường hóa kết thúc khi p hản ứng giữa iod và tinh bột cho thấy màu iod không bị thay đổi. 2. Lọc rửa bã Rửa bã bằng nước nóng 76oC 3 lần Bảo đảm lượng nước trong dịch đường Rửa đến khi nồng độ chất hòa tan trong nước rửa bã còn 0,3-0,5% thì ngưng. 3. Nấu hoa: 9 Mục đích: Bất hoạt enzyme malt Thanh trùng dịch đường Trích ly hoa bia Đông tụ protein trong dịch đường Hình thành hương vị và màu Hình thành các chất khử chống oxy hóa trong giai đạon tiếp theo Giảm pH dịch đường Tiến hành: Nâng nhiệt lên 76 – 78oC giữ 10 min để đường hóa nốt phần tinh bột còn lại Đun sôi dịch đường 10 min thì cho ½ hoa bia vào tạo vị đắng. Trước khi kết thúc 10 min cho ½ hoa bia vào tạo hương. 3. Làm lạnh nhanh: đưa nhanh chóng dịch đường sau khi nấu hoa về nhiệt độ lên men 10 4. Nhân giống nấm men: Cần bổ sung Zn và N. Môi trường giống khởi động càng giống môi trường lên men chính càng tốt. Sục khí hoặc lắc đóng vai trò quan trọng. 11 Ống thạch nghiêng (rửa bằng môi trường vô trùng) 10 ml YEPG 24 h, 20oC 100 ml YEPG 3 ngày lắc 25oC 2 L YEPG 3 sục khí 25oC 20 L dịch đường 3 ngày lắc 25oC (Môi trường: YEPG: yeast extract 5g/l; peptone 10 g/ l; glucose 20 g/l) 5. Cấy giống Tỉ lệ cấy giống tối ưu là 6-10.106 tế bào/ml men nổi; 10-14.106 tế bào/ml men chìm. Dịch đường càng đậm đặc tỉ lệ cấy giống phải càng cao. 6. Lên men chính Hiện nay lên men theo mẻ vẫn là phương pháp thịnh hành. Sau đây là đồ thị tăng trưởng của nấm men trong lên men bia. 12 Thời gian (giờ) I) Pha lag: Nấm men hấp thụ toàn bộ oxy có trong dịch đường, tổng hợp enzyme cần thiết, tổng hợp sterol. Pha lag xảy ra trong vòng một vài giờ sau khi cấy giống. Nếu môi trường giai đoạn nhân giống trước giống giai đoạn hiện tại pha lag sẽ ngắn. II) Pha tăng tốc: tế bào tăng trưởng và phân chia. ChuNn bị lên men. Tổng hợp glycogen. III) Pha lũy thừa: tế bào sinh sản và trao đổi chất cực đại. Chu kỳ phân chia 90-180 phút. Bắt đầu lên men. Số lượng nấm men có thể tăng 1000 lần trong vòng 24 giờ. Tỉ lệ cấy giống ảnh hưởng đến mức độ phân chia của tế bào. Nếu cấy giống ở tỉ lệ thích hợp 5-15. 106 tế bào/ml và phân chia 3 lần (số lượng tế bào tăng 8 lần) thì thu được 80-100.106 tế bào. 100.106 tế bào/ml là nồng độ nấm men cao nhất trong dịch đường lên men. Lên men cũng xảy ra rất mạnh và có hiện tượng trào bọt. IV) Pha giảm tốc: xảy ra 12-24 giờ sau khi cấy giống. Khi đó oxy đã hết, chỉ còn quá trình lên men sinh CO2. Bọt trào mạnh. Lên men cực đại xảy ra trong vòng 12-48 giờ, sinh nhiệt và CO2. Số lư ợ n g tế bà o 13 V) Pha cân bằng động: các chất dinh dưỡng lên men cạn kiệt. Nấm men không còn tăng trưởng mà bắt đầu kết bông. Sterol và glycogen được tổng hợp và dự trữ trong các pha trước đó bắt đầu được sử dụng. Kéo dài pha này dẫn đến tự phân nấm men. Thời gian Biến đổi sinh học Biến đổi sinh hóa Biến đổi vật lý Giai đoạn hiếu khí: 3 h sau khi cấy Nấm men tăng trưởng nảy chồi nhờ oxy còn lại trong thiết bị, hô hấp tỏa nhiệt đạt cực đại, xuất hiện nhiều bóng khí to Nồng độ đường giảm nhanh Thủy phân đường đôi thành đường đơn Đường phân Tổng hợp glucogen Tổng hợp acid béo và sterol Sử dụng nguồn N hữu cơ vô cơ để tăng trưởng Nhiệt độ tăng Giai đoạn kị khí : Lên men Sinh C2H5OH và CO2 và các sản phNm phụ trong đó ester đóng vai trò tạo hương Áp suất tăng Các thông số cần theo dõi trong quá trình lên men chính: - Hàm lượng đường oBr, pH - pH đầu là 5,2-5,6 - pH cuối lên men chính còn 4,4-4,5 do H2CO3 sinh ra - Nồng độ ethanol Nồng độ ethanol 2% nấm men phát triển bình thường Nồng độ ethanol 2% - 5%: nấm men giảm tăng trưởng Nồng độ ethanol > 5 % nấm men chấm dứt tăng trưởng nhưng vẫn lên men Nồng độ ethanol =12% nấm men chấm dứt lên men Thời gian lên men: 7 – 10 ngày phụ thuộc vào độ cồn và pH. 14 Kết thúc quá trình lên men chính ta thu được bia non, mùi vị còn nồng, cảm quan chưa đạt. 7. Quá trình lên men phụ: Quá trình lên men phụ là quá trình - các phản ứng enzyme và phi enzyme diễn ra dẫn đến ổn định chất lượng bia, - các hợp chất tạo hương quan trọng hình thành - diacetyl bị phân hủy xuống tới dưới mức quy định 0,2 mg/l là chỉ tiêu quyết định thời gian lên men phụ. - Bão hòa bia bằng CO2 để tăng vị và khả năng tạo bọt, ức chế sự phát triển của vi sinh vật có hại. Tiến hành: Sau khi tách men, hạ nhiệt đô dịch xuống 0-1oC, duy trì áp suất 0.9 – 1.2 mg/cm2, ngưng thu hồi CO2 khi quá trình lên men phụ diễn ra 15 ngày. Kết thúc quá trình lên men phụ nồng độ đường còn lại cỡ 1,9 oBr, tách nốt phần nấm men còn lại. Bia sau khi lên men được bơm qua thiết bị lọc. B. Thực hành I. Nguyên liệu: Malt nghiền : 5 kg Cao hoa : 1 g Nấm men Saccharomyces carlsbergensis (lên men chìm) II. Dụng cụ: a) Phòng thí nghiệm vi sinh đại cương: đĩa Petri, ống nghiệm, bình tam giác, máy lắc, buồng đếm hồng cầu, kính hiển vi… Buồng đếm hồng cầu b) Phòng thí nghiệm hóa sinh: Máy so màu c) Phòng thí nghiệm công ngh Dụng cụ đo hàm lượng chấ Phù kế (Tỉ trọng kế) ệ: t khô Brix kế (khúc xạ kế) 15 16 Bộ chưng cất cồn Nồi nấu malt ổn nhiệt Bình lên men bia có khóa khí III. Nội dung thực hành 1. Chun bị men giống 17 Men chìm lấy từ bồn lên men chính của nhà máy bia Vinaken, cấy trên môi trường Hansen. Môi trường nhân giống YEPG hoặc dịch malt đường hóa Ống thạch nghiêng → ống nghiệm 10 ml YEPG → bình tam giác 100 ml dịch malt đường hóa. Giống phải đạt số lượng tế bào 15-20.107 tế bào/ml. 2. Chun bị nguyên liệu: Xay malt bằng máy xay phòng thí nghiệm. 3. Quy trình nấu: Malt : nước = 1: 4 nấu theo quy trình mô tả ở phần lý thuyết theo giản đồ sau: Đường hóa đến khi thử với iod không đổi màu. 4. Lọc qua vải lọc (lọc nóng) 5. Nấu hoa bia: Lượng cao hoa sử dụng: 0,02% 6. Làm lạnh nhanh về nhiệt độ lên men 8 oC 7. Cấy giống Bảo đảm cấy giống vô trùng Đếm tế bào cấy giống dùng buồng đếm hồng cầu sao cho đạt 14.107 tế bào/ml 18 Xác định tỉ lệ sống của tế bào nấm men nếu sử dụng nấm men từ lần lên men trước bằng phương pháp nhuộm xanh methylen rồi đếm trong buồng đếm hồng cầu . Tế bào sống không bắt màu, tế bào chết bắt màu. Nếu sử dụng nấm men từ đợt lên men trước phải sục khí dịch đường. Tỉ lệ cấy giống 1: 10. 8. Lên men chính Trong phòng thí nghiệm lên men trong bình tam giác 1 L miệng bình bao bằng quả bóng cao su. Để đạt nhiệt độ lên men 8oC, để bình lên men trong tủ lạnh (kiểm soát nhiệt độ). Kiểm tra dịch đường trong thời gian lên men Hàm lượng đường (độ Brix), pH. 9. Thu hoạch bia non Sau lên men chính hạ nhiệt độ xuống 2oC để lên men phụ và kết lắng nấm men. Nấm men kết lắng được thu hồi và bảo quản 8oC. Trước khi sử dụng phải kiểm tra tỉ lệ sống của nấm men. 10. Phân tích Tài liệu “Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men”, PGS.TS Lê Thanh Mai, NXBKHKT, Hà Nội 2007 a) Phân tích nguyên liệu Xác định độ m malt (%): mục 2.1 . Sấy malt nghiền đến trọng lượng không đổi ở 105oC rồi cân Độ Nm W% = (mo-m)/mo x 100 % Xác định độ hòa tan của malt (%): (mục 2.4 ) Độ hòa tan của malt là lượng chất khô trong malt có thể hòa tan vào dung dịch trong điều kiện phòng thí nghiệm và biểu thị theo tỉ lệ phần trăm so với trọng lượng của malt. Đó là hàm lượng chất hòa tan của dịch đường sau khi đường hóa và lọc bã malt. 19 Độ hòa tan của malt: E1(%)= e(W+800)/(100-e) W = độ Nm malt, % e = hàm lượng chất hòa tan của dịch đường, % (theo khối lượng) 800 = lượng nước cất dùng để đường hóa 100 g malt, ml Độ hòa tan của malt tính theo chất khô tuyệt đối: E2(%)= E1x 100/(100-W) Xác định hàm lượng chất hòa tan của dịch đường (e) ở 20oC (% chất khô) Hàm lượng chất hòa tan của dịch đường được tính từ tỉ trọng của dịch đường đo ở 20oC dựa trên bảng Phụ lục 1 () b) Phân tích dịch đường trước, Xác định tỉ trọng của dịch đường (d2020) = Tỉ trọng của dịch đường so với nước ở 20oC Đo bằng tỉ trọng kế rồi tra Phụ lục 4 () hiệu chỉnh về 20oC, hoặc Đo bằng Brix kế (Hình) rồi tra Phụ lục 2 () hiệu chỉnh về 20oC, tra Phụ lục 8 () hiệu chỉnh về tỉ trọng. Xác định năng lực đường hóa của malt (hoạt tính diastase của malt): đo hoạt động tổng hợp của enzyme alpha và beta amylase () Các enzyme trong malt được chiết với nước ở 40oC và dùng để thủy phân dung dịch tinh bột chuNn. Lượng đường khử tạo thành nhờ hoạt động của enzyme amylase được tính theo phương pháp iod. Kết quả được tính bằng số g maltose tạo thành từ 100 g malt ở điều kiện chuNn. Hoạt tính diastase được tính theo đơn vị WK (Windish-Kolbach) Hoạt tính diastase của mẫu: DP1 = F(V -V ) VB = thể tích Na2S2O3 dùng để chuNn độ iod dư trong mẫu trắng (đối chứng) 20 VT = thể tích Na2S2O3 dùng để chuNn độ iod dư trong mẫu thực (thí nghiệm) F = hệ số chuyển đổi để tính kết quả theo 100 g malt dùng chiết enzyme. Xác định độ lên men biểu kiến của dịch đường Độ lên men biểu kiến là độ lên men khi đo hàm lượng chất hòa tan trong dịch lên men khi chưa đưổi rượu và CO2. Độ lên men biểu kiến = (E1-E2)/E1x100, trong đó: E1: lượng chất hòa tan (g) trong 100 ml dịch đường trước khi lên men; E2: lượng chất hòa tan biểu kiến (g) trong 100 ml dịch đường đã lên men. Độ lên men thực Độ lên men thực là độ lên men khi đo hàm lượng chất hòa tan trong dịch lên men khi đã đuổi hết rượu và CO2. Có thể tính độ lên men thực theo công thức sau: Độ lên men thực= độ lên men biểu kiến x 0,81. Phân tích nồng độ rượu Xác định nồng độ rượu của bia: chưng cất và sử dụng cồn kế đo nồng độ rượu Phương pháp chưng cất (chính xác nhất) . Đo nồng độ rượu bằng cồn kế: sử dụng cồn kế (phù kế có thang nồng độ rượu) bia non sau khi đã chưng cất cồn. 11. Tính toán Ví dụ: Malt: độ Nm, ví dụ 6%, hệ số hòa tan, ví dụ 70% Tính lượng nước sử dụng để đường hóa nhằm đạt dịch đường 12oBr: Lượng chất khô của malt 5 kg x 0,94 = 4,7 kg Lượng chất chiết từ malt là: 5 kg x 0,94 x 0,70 = 3,29 kg 21 Tính lượng chất hòa tan còn lại trong dịch đường sau giai đoạn nấu, đường hóa, lọc là nếu tổn thất chung là 1,5% (1-2%) 3,29 x 0,985 = 3,24 kg Lượng dịch đường 12oBr sau khi đun hoa là 3,24/ 0,12 = 27 kg Dịch đường 12oBr có khối lượng riêng d= 1,0462 kg/l. Do đó thể tích dịch đường sau khi đun hoa là: V = M/d 27 kg/1,0462 = 25,81 l Lượng bia non sau khi lên men chính và phụ, tổn thất chung là 2% 25,81 l x 0,98 = 25,29 l Lượng bia non sau khi lọc tổn thất 1,5% là: 25,29 l x 0,985 = 24,79 l Tính toán độ cồn của bia sau khi lên men Lượng chất chiết sau khi nấu hoa là 3,24 kg sau khi để lắng và làm lạnh nhanh tổn thất chung là 2 %. Như vậy lượng chất chiết trong dịch lên men là 3,24 kg x 0,98 = 3,175 kg Hiệu suất lên men thực là ví dụ là 60% và coi toàn bộ đường lên men là maltose (tức là chỉ 60% đường maltose đường sử dụng để lên men). Cứ 1 kg đường maltose lên men sẽ tạo ra 0,682 l cồn, đo đó độ cồn của bia sau khi lên men là: 3,175 kg x 0,682 l x 0,6 = 1,299 l cồn 1,299 l x 100/24,79 = 5,2 (v/v). C. Kết luận Biện luận các số liệu phân tích. 22 Phụ lục 1: Chất lượng malt của nhà máy bia Sài gòn Phụ lục 2: Thành phần hóa học của hoa bia 23 Phụ lục 3: Phân loại hoa bia Phụ lục 4: Giản đồ nấu của nhà máy bia Sài Gòn (nấu bia có thế liệu, sử dụng amylase Termamyl để thủy phân) 24 Bài 2: Sản xuất nước tương lên men A. Lý thuyết I. Giới thiệu Nước chấm nguồn gốc thực vật là dịch thủy phân nguồn đạm có trong nguyên liệu. Tác nhân thủy phân có thể là enzyme do vi sinh vật tiết ra, có thể là acid như HCl (nước chấm hóa giải). Nước chấm lên men thuần túy là nước chấm cổ truyền ở các nước Á châu. Tuy nhiên thời gian thủy phân kéo dài hàng tháng, giá thành cao. Vì vậy trong một thời gian dài hầu hết nước tương được sản xuất ở Việt Nam là nước chấm hóa giải Gần đây người ta phát hiện trong nước chấm (nước tương) hóa giải bằng HCl có chứa nhiều 3-MCPD (3-monochloropropane-1,2diol) có khả năng gây ung thư. Vì vậy có xu hương quay trở về công nghệ truyền thống. Một số quy trình sản xuất nước chấm an toàn (về 3-MCPD) giá thành chấp nhân được bằng cách kết hợp lên men và hóa giải đã được triển khai. II. Nguyên liệu: 1. Khô dầu nành hoặc đậu phộng (hàm lượng béo càng thấp càng tốt < 5%) 2. Nấm sợi Aspergillus oryzae Asp.oryzae sinh trưởng dạng hệ sợi, bao gồm các sợi rất mảnh chiều ngang 5-7 µm, phân nhánh nhiều, có vách ngăn chia sợi thành nhiều tế bào Asp. oryzae có khuNn lạc, màu sắc bào tử và hình thái rất giống Asp. flavus, một loài nấm tổng hợp aflatoxin. KhuNn lạc Asp.flavus và Asp. oryzae 25 Asp. flavus Aflatoxin Asp. oryzae So sánh hình thái khuNn lạc, cấu trúc III. Yêu cầu chất lượng Chỉ tiêu cảm quan Tên Loại đặc biệt Loại 1 Loại 2 Độ trong Không vNn đục Màu Màu nâu đậm hay nâu cánh gián Vị Ngọt đậm, sau khi nếm không có cảm giác khé cổ, không đắng chua hay có các vị không thích hợp khác Dịu ngọt, sau khi nếm không có cảm gáic khé cổ, không đắng, chua hay có các vị không thích hợp khác. Mùi Thơm ngon, không khét, hay có các mùi không thích hợp khác Chỉ tiêu hóa lý Tên chỉ tiêu Loại đặc biệt Loại 1 Loại 2 Đạm tổng số (g/l) 20 16 12 Đạm formon/Đạm tổng số 55 55 55 Đạm NH3 (g/l) 3 3 3 26 Độ acid tương đương acid acetic (g/l) 5-7 5-7 5-7 pH 5,5-6,2 NaCl (g/l) 230-250 Quan trọng: không chứa aflatoxin (âm tính test aflatoxin) IV. Quy trình công nghệ 1. Xử lý nguyên liệu: ảnh hưởng đến chất lượng mốc, độ thủy phân, Mục đích: tạo cấu trúc hạt đủ tạo môi trường thông thoáng khi lên men (nuôi mốc) Nghiền: Kích thước hạt 1 mm. 2. Phối liệu và trộn nước Mục đích: chuNn bị môi trường lên men thích hợp về nguồn C, nguồn N và hàm lượng Nm. Để mốc mọc nhanh cần cung cấp một lượng tinh bột thích hợp, quá nhiều nước tương dễ bị chua. Phương án 1 : đậu nành (khô dầu) 100% 27 Phương án 2: đậu nành (khô dầu) 90% + bột mì (bột bắp) 10% Nước bổ sung = đạt độ Nm 40-45% Ủ nước với nguyên liệu 1 h để nguyên liệu ngấm nước 3. Hấp chín và thanh trùng Mục đích: Hồ hóa tinh bột (tăng tính hòa tan) và biến tính protein (enzyme dễ thủy phân). Biến tính chất ức chế enzyme protease trong đậu nếu sử dụng nguyên liệu chưa qua xử lý nhiệt. Thanh trùng/ tiệt trùng Xử lý nhiệt phụ thuộc vào nguyên liệu sao cho protein chỉ biến tính một lần. - Khô dầu (đã qua xử lý nhiệt chỉ cần vừa đủ đạt độ Nm đồng nhất và thanh trùng. - Chế độ hấp: Áp lực 0.7-0.9 kG/cm2, thời gian 1 giờ – 1 giờ 30 - Áp lực thường, thời gian 2 giờ – 2 giờ 30. 4. Chun bị giống a) Giống mốc: Aspergillus oryzae b) Chun bị mốc giống i) Môi trường giống ống thạch nghiêng: Môi trường Czapeck cho nấm mốc hoặc môi trường thạch giá đậu. Môi trường Czapeck: - Saccharose: 30g - NaNO3: 3g - K2HPO4: 1g - MgSO4: 0,5g - FeSO4: 0,01g - Agar: 20g - Nước cất: 1000ml pH = 6, khử trùng 1atm/30 phút Môi trường thạch giá đậu: 28 - Đường maltose hoặc đường saccharose: 20 g - Nước chiết giá đậu: 1000 ml - Agar: 2 g - pH: 5,5- 6,0 Điều chế nước giá đậu: 300 g giá đậu + 1000 ml nước, đun sôi 30 phút, chắt lấy nước, bổ sung thêm nước cho đủ 1000 ml, cho agar và đường vào đun sôi, lọc, tiệt trùng, kiểm tra pH. ii) Môi trường nuôi bào tử giống Cơm (nếp, gạo lức) hoặc bánh dầu 50% + gạo 50%, hấp chín sơ bộ độ Nm 30-35% iii) Các hình thức nhân giống bào tử - Bình tam giác (250 ml, 500 ml) - Bao polyethylene 16 x 25 cm, ống nhựa/ carton đường kính 3,2 cm dài 5 cm thay cổ bình tam giác (Hình ....) - Khay nhựa, inox đục lỗ. Hình Nuôi giống bằng bao polyethylen 29 iv) Nuôi mốc giống: - Tiệt trùng môi trường - Cấy giống 0.1% - Ủ nhiệt độ: phòng (30oC), thời gian: 4 ngày cho đến khi ra bào tử màu xanh đậm. Năng suất bào tử từ 109 – 1010 /g. - Sấy khô giống bào tử (để nguyên trong bao polyethylene) ở 40-50oC trong 6 giờ để đạt độ Nm 6% và bảo quản. - Có thể rây lấy bào tử để dành sử dụng. 5. Lên men: Mục đích: mốc phát triển tổng hợp enzyme protease thủy phân đậu nành. Thiết bị nuôi bề mặt: khay nuôi mốc kích thứơc 60 cm x 30 cm x 7 cm. Các thông số kỹ thuật quan trọng: - Cấy mốc giống 0.1% ( 2kg nguyên liệu cấy 2 g bào tử sau khi rây) - Nhiệt độ: phòng (30-32oC) - Độ Nm không khí: 95% - Độ Nm nguyên liệu nuôi nấm: 35% - 45% - Oxy: thông khí bằng thủ công hay cơ khí. Trong sản xuất thủ công cần lật mốc duy trì nhiệt độ bên trong khối nguyên liệu lên men là 30-32oC. Tránh nhiệt độ lên quá cao và hơi nước ngưng tụ làm hỏng sinh khối nấm. Thời gian lên men: cho đến khi thấy bào tử có màu vàng hoa cau (42 giờ). Thời gian Các pha phát triển Mô tả 20 giờ KhuNn ti (tơ nấm) xuất hiện T= 38- 40oC: lật mốc duy trì t = 30-32oC 26 – 28 giờ Tơ nấm lên dày, kết tảng t> 40oC: lật mốc duy trì t = 30-32oC Lật mốc lần 3 nếu t > 40oC 45 - 48 giờ Tơ nấm ngưng tăng trưởng, Kết thúc giai đọan nuôi 30 xuất hiện bào tử màu vàng hoa cau mốc Hình Nguyên liệu (khô dầu nành và bột mì) trước khi lên men và sau khi lên men (Yasama Koji sau 3 ngày lên men) 6. Thủy phân Mục đích: thủy phân đạm trong nguyên liệu bằng enzyme do nấm tổng hợp. Các thông số kỹ thuật : - Lượng nước, nồng độ nước muối bổ sung (ức chế tăng trưởng sinh khối để enzyme bắt đầu thủy phân) - Nhiệt độ : 54 - 58oC - Thời gian = 64 - 72 giờ (do hàm lượng đạm formon quyết định) - Lượng nước bổ sung được tính như sau: 5 kg mốc có độ Nm 32% cần bổ sung khối lượng nước W sao cho lượng nước trong mốc gấp 1,2 lần khối lượng chất khô trong mốc. Hàm lượng nước trong mốc 5 kg x 0,32 = 1,6 kg Hàm lượng chất khô trong mốc: 5 kg – 1,6 kg = 3,4 kg Khối lượng nước trong mốc sau khi trộn nước là: 3,4 x 1,2 = 4,08 kg nKhối lượng nước bổ sung là: 4,08 – 1,6 kg = 2,48 kg. Độ Nm mốc sau khi bổ sung nước là: 4,08/(5 + 2,48) x 100 = 55% 31 Nồng độ muối hòa tan trong nước bổ sung: 5-10% (tương ứng 0,124 – 0,248 kg muối) Tiến hành: - Làm tơi mốc, bỏ vào chum (lọ) - Thêm nước nóng (5-10% muối) 60oC để mốc đạt nhiệt độ 54oC. - Rải một lớp muối mỏng trên bề mặt ngăn nhiễm (10-15% so với nguyên liệu tương ứng 0,5 - 0,75 kg). - Ủ 64 – 72 h. - Bổ sung nước muối sao cho muối chiếm 23,4%: Lượng nước phải bổ sung W = A.K-(B+C) Nguyên liệu không nước A là 5 kg, K là hệ số chuyển đổi sang lượng nước chấm muốn thu được; K = 2,7 kg nước chấm/kg nguyên liệu Lượng nước chấm dự định là 5 kg x 2,7 =13,5 kg Nước có sẵn trong dịch thủy phân là B = 4,08 kg C là lượng muối ăn phải bổ sung thêm để đạt nồng độ 23,34% là 4,08 x 23,34 % = 1,1 kg Tổng số nước muối phải cho thêm: W = A.K – (B+C) = 13,5 – (4,08+1,1) = 8,32 kg Muối ăn thực tế phải cho thêm = 1,1 kg – lượng muối đã bổ sung ở mục thủy phân = 1,1 kg – 0,124 – 0,5 = 0,476 kg muối. B. Thực hành: I. Nuôi mốc giống trong bình tam giác/ bao polyethylene 100 g gạo lức (gạo nếp) nấu cơm chín sơ bộ bỏ vào 4 bình tam giác, hấp tiệt trùng 121oC, 15 phút, lắc bình cho cơm tơi, để nguội đến 30oC, cấy giống từ ống thạch nghiêng. Ủ ở 30oC 3 ngày đến khi ra bào tử. 32 II. Chun bị nguyên liệu: 1,9 kg khô dầu nành hoặc khô dầu phộng 0,1 kg bột mì Nghiền/ đập khô dầu đến kích thước 1 mm Trộn khô dầu (hoặc khô dầu + bột mì) với nước sao cho độ Nm sau khi trộn đạt 35% (thay đổi độ Nm 25%, 35%, 45%) Hấp 121 oC, 30 min . III. Cấy giống và lên men Để nguội đến 30oC, cấy giống theo tỉ lệ 1-2% III. Lên men 45 h đến khi thấy bào tử màu vàng IV. Thủy phân 1 Chuyển mốc vào lọ, đánh tơi ChuNn bị dung dịch nước muối 15 %, 20%, 25% đun nóng 55oC Ủ 1 V mốc với 1,2 V nước muối ở 55oC trong 72 h. V. Phân tích 1. Phân tích nguyên liệu Hàm lượng Nm khô dầu Khô dầu phộng / nành thường có hàm lượng Nm 7%, đạm tổng số 45-50% (Đạm TS = N tổng x 6,25) Hàm lượng Nm bột mì Hàm lượng N tổng 2. Theo dõi quá trình thủy phân Lấy mẫu (đồng nhất) 100 gr đem lọc rửa bã và định mức thành 100ml Phân tích N tổng số N formol Khi tỉ số Nformol/N tổng số = 55% kết thúc thủy phân. 3. Phân tích sản phm N tổng 33 N NH3 N formol NaCl Độ acid Các chỉ tiêu về chất lượng và vệ sinh an toàn thực phNm. Chú ý kiểm tra aflatoxin. C. Kết luận So sánh các chỉ tiêu phân tích giữa nước tương từ khô dầu 100% và khô dầu + bột mì, đưa ra kết luận. 34 Bài 3: Lên men Yoghurt A. Lý thuyết Yoghurt là một dạng sữa lên men. I. Nguyên liệu 1) Sữa Sữa bò trung bình chứa 3,5% chất béo; 3,4% protein, 4,8% lactose. 2) Giống vi khun lactic Vi khuNn lên men lactic: trong đó chủ yếu là Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (LB) và Streptococcus thermophilus (ST) hoặc Lactobacillus acidophilus (LA) Vi khuNn Gram dương dạng hình que (Lactobacillus) hoặc liên cầu (Streptococcus), không sinh bào tử, không di động, kị khí không bắt buộc, chịu acid. Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus Photo: Jeff Broadbent, Utah State University Kích thước: 0.5-0.8 x 2.0-9.0 mm Streptococcus thermophilus Photo: Robert Hutkins, University of Nebraska 35 Lactobacillus acidophilus (© Miloslav Kalab, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Ottawa) 3) Sản phm trao đổi chất của vi khun lactic trong quá trình lên men i) Acid lactic (CH3-CHOH-COOH, Mw = 90) - làm đông tụ casein (protein sữa) ở pH 4,6-4,7, do đó tạo nên cấu trúc gel - tạo vị đặc trưng cho yoghurt (chua). - Ức chế vi sinh vật không mong muốn ii) Polysaccharide ngoại bào (exopolysaccahride – EPS) làm tăng độ nhớt của yoghurt Sự tạo thành EPS của vi khuNn yoghurt (Yoghurt Science and Technology) iii) Các hợp chất tạo hương 36 Acetaldehyde Diacetyl II. Yêu cầu chất lượng yoghurt: Bảng 1 – Các chỉ tiêu cảm quan của sữa chua Tên chỉ tiêu Yêu cầu 1. Màu sắc Màu trắng sữa hoặc màu đặc trưng của phụ liệu bổ sung 2. Mùi, vị Đặc trưng cho từng loại sản phNm 3. Trạng thái Mịn, đặc sệt Bảng 2 – Các chỉ tiêu lý - hoá của sữa chua Tên chỉ tiêu Mức yêu cầu Sữa chua Sữa chua đã tách một phần chất béo Sữa chua gầy 1. Hàm lượng chất khô không chứa chất béo, % khối lượng, không nhỏ hơn 8,2 8,2 8,2 2. Hàm lượng chất béo, % khối lượng > 2,0 0,5 – 2 < 0,5 3. Độ axit, 0T 75 - 140 Các chỉ tiêu khác: xem TCVN7030: 2002 37 III. Quy trình công nghệ 1) Xử lý sữa sơ bộ: a) Lọc sữa: Làm sạch sữa khỏi các vật lẫn trong sữa hoặc tế bào động vật b) Chun hóa nguyên liệu: ChuNn hóa hàm lượng chất béo: tùy theo yêu cầu hàm lượng chất béo trong sản phNm, loại bỏ chất béo bằng ly tâm tách béo hoặc bổ sung sữa nguyên kem hoặc kem. 38 ChuNn hóa hàm lượng chất khô: tăng chất khô tổng số lên 14-16 g / 100g để đạt độ trạng thái mịn và đặc sệt như yêu cầu chất lượng 2) Đồng hóa (quy mô công nghiệp) áp suất cao 2000-2500 psi. Mục đích làm ổn định cấu trúc hạt nhũ sữa, tăng thời gian bảo quản 3) Xử lý nhiệt: thanh trùng 85oC trong 30 min hoặc 95oC trong 10 min 4) Làm nguội đến 45oC (nếu sử dụng một chủng Lactobacillus) và 43oC nếu sử dụng hỗn hợp LB và ST 5) Cấy giống a) Nhân giống: Ống thạch nghiêng Môi trường: sữa gầy hoàn nguyên hàm lượng chất rắn khác béo 10-12 g/ 100g tiệt trùng ở 121oC, 15 min. Tỉ lệ cấy giống 2% 43 oC trong 3-4 h (đạt 0.85 g lactic acid/100 g) b) Cấy giống Cấy giống theo tỉ lệ 2% Nếu sử dụng ST và LB thì tỉ lệ là 1:1 6) Lên men: ủ ở 45oC nếu sử dụng một chủng và 43 oC nếu sử dụng 2 chủng (ST hoạt động tối ưu ở 39oC và LB ở 45oC) trong vòng 5 h (kiểm tra pH xuống đến 4.3 hoặc acid tổng là 0.85 – 0.9%) 7) Làm lạnh nhanh về 5oC B. Thực hành 39 I. Nguyên vật liệu: Sữa tươi : 1 l Sữa bột gầy: 100 g Giống: 1 hũ sữa chua Vinamilk (chứa hỗn hợp ST và LB) Ống thạch nghiêng: LA Đường Bếp điện Bể điều nhiệt Autoclave Nhiệt kế Nhớt kế Ostwald II. Nhân giống LA 40 Tiệt trùng 10 ml sữa gầy 121oC, 15 min Cấy 1 ống giống LA ủ 37oC qua đêm III. Chun bị sữa Hòa tan 40 g sữa bột gầy trong 1 l sữa tươi Đun nóng sữa 85oC 30 min Làm nguội IV. Cấy giống ½ lượng sữa (45oC) cấy giống LA (2%), ½ lượng sữa (43oC) cấy giống LB và ST từ hũ sữa chua Vinamilk IV. Lên men Ủ ở nhiệt độ thích hợp 3-4 h, theo dõi pH V. Làm lạnh Khi pH đạt đến 4,3, làm lạnh nhanh trong bể nước đá. VI. Phân tích Acid lactic (chuNn độ bằng NaOH 0,1 N sử dụng phenolphtalein làm chất chỉ thị màu, 1 ml NaOH 0,1 N tương ứng 90 x 0,1N = 9 g lactic acid/1000 ml hay 0.9 % lactic acid Độ nhớt đo bằng dụng cụ đo độ nhớt. Cảm quan C. Kết luận: So sánh hai loại yoghurt lên men từ hai giống khác nhau.