BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN ĐỀ TÀI Công nghệ sản xuất nước tương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO
MÔN CÔNG NGHỆ LÊN MEN
ĐỀ TÀI: Cơng nghệ sản xuất nước tương

Nhóm 2
Giảng viên : Nguyễn Thị Lan Anh
Thành viên : Nguyễn Thị Như Quỳnh
Nguyễn Phan Ái Vy
Phạm Thị Diệu
Nguyễn Thị Bảo Ngọc


Đà Nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2021.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG.........................................4
1. Nguyên liệu thô.............................................................................................................. 4
1.1 Đậu nành..................................................................................................................... 4
1.2

Lúa mì..................................................................................................................... 4

1.3

Muối........................................................................................................................ 4

1.4

Chất lên men...........................................................................................................5

1.5

Chất bảo quản và các chất phụ gia khác..............................................................5

2. Giá trị dinh dưỡng của nước tương.............................................................................5
3. Thành phần hóa học của nước tương..........................................................................5
4. Acid amin....................................................................................................................... 6
5. Đường............................................................................................................................6
6. Acid hữu cơ...................................................................................................................6
7. Chất mùi........................................................................................................................7
CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG....................................................8
1. Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước tương.........................................................8
1.1

Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học.............................8

1.2

Cơng nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men.............................9

1.3

Công nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme.....................................................9

2. Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương.............10
2.1

Khái quát chung về phản ứng thủy phân...........................................................10

2.2

Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương................11

2.3

Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương...............15

2.4

Phương pháp nuôi cấy nấm mốc.........................................................................20

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ.........................................................................24
1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ..........................................................................................24
2. Thuyết minh quy trình cơng nghệ................................................................................25
2.1. Rang (bột mì)...........................................................................................................25
2.2. Nghiền...................................................................................................................... 25
2.3. Phối liệu và trộn nước.............................................................................................25


2.4. Ủ................................................................................................................................ 26
2.5. Hấp........................................................................................................................... 27
2.6. Đánh tơi, làm nguội.................................................................................................27
2.7. Cấy mốc giống.......................................................................................................... 28
2.8. Nuôi mốc..................................................................................................................28
2.9. Đánh tơi.................................................................................................................... 30
2.10. Trộn........................................................................................................................30
2.11. Thủy phân..............................................................................................................31
2.12. Trích ly – Lọc.........................................................................................................33

2.13. Phối trộn................................................................................................................. 34
2.14. Thanh trùng...........................................................................................................35
2.15. Lắng........................................................................................................................ 36
2.16. Vô chai, dán nhãn..................................................................................................36
CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ.......................................................................................................37
1. Rang (bột mì)...............................................................................................................37
2. Nghiền.......................................................................................................................... 37
3. Phối liệu và trộn nước.................................................................................................38
4. Phối liệu và trộn nước.................................................................................................39
5. Hấp............................................................................................................................... 39
6. Đánh tơi và làm nguội.................................................................................................40
8. Cấy mốc giống.............................................................................................................41
9. Trích ly – Lọc..............................................................................................................41
10. Phối trộn......................................................................................................................42
11. Thanh trùng................................................................................................................43
12. Lắng............................................................................................................................. 43
13. Đóng chai, dán nhãn...................................................................................................44


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG

Nước chấm là tên gọi chung cho tất cả các loại gia vị có nồng độ muối hơi cao,
mặc dù có rất nhiều tên goi khác nhau như xì dầu, tàu vị yểu, nước tương,…. Ngồi
vai trị làm tăng mùi vị thì nước chấm cũng cung cấp một lượng đạm nhất định cho
cơ thể. Nguyên liệu dùng để sản xuất nước tương là các nguồn protein thực vật như
đậu nành, đậu phộng, hay bánh khô dầu đậu nành, bánh khô dầu đậu phộng,… hoặc
từ xương động vật như trâu, bò, heo, gà,…
1. Nguyên liệu thô
1.1 Đậu nành
(Glycine max) cũng được gọi là soja beans, Chinese peas, soy peas, và

Manchurian beans. Chúng được mệnh danh là “Vua của các loại đậu” nhờ các đặc
tính dinh dưỡng quý giá. Trong số tất cả các loại đậu, đậu nành có lượng tinh bột
thấp nhất và có hỗn hợp protein đầy đủ và tốt nhất. Chúng cũng có nhiều khoáng
chất, đặc biệt là canxi, magiê và Vitamin B. Chúng đã được trồng từ sơ khai của
nền văn minh Trung Quốc, Nhật Bản và được du nhập vào Hoa Kỳ vào thế kỷ 19.
Trong những năm 1920 và 1930, đậu nành đã trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ như một
loại cây lương thực.
Đậu nành có cấu trúc ngắn, có lơng, chứa hai hoặc ba hạt có thể nhỏ và tròn
hoặc lớn hơn và thon dài. Màu sắc của chúng đa dạng từ vàng, nâu, xanh lá cây đến
đen. Giống được chỉ định có màu vàng # 2 được sử dụng phổ biến nhất cho các sản
phẩm thực phẩm. Tên của chúng bắt nguồn từ bộ phận hilum có màu vàng chạy
dọc thân bên của vỏ. Tiêu chuẩn các loại ngũ cốc được phép giao dịch tuân theo
Tiêu chuẩn ngũ cốc Hoa Kỳ do Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ quản lý. Đậu nành không
giống như các loại ngũ cốc khác, hầu hết chúng được sử dụng trong chế biến hoặc
xuất khẩu, và không được dùng làm thức ăn chăn ni trực tiếp. Điều này là do đậu
nành có chứa các chất “phản dinh dưỡng” (anti-nutrients) phải được loại bỏ khỏi
đậu thì mới đem lại giá trị dinh dưỡng cho động vật. Đậu nành được sử dụng trong
chế biến nước tương thường được nghiền trước khi trộn với các thành phần khác.
1.2 Lúa mì
Trong nhiều cơng thức lên men truyền thống, lúa mì được trộn với tỉ lệ thành
phần bằng nhau với đậu nành. Lúa mì và đậu nành nghiền là thành phần chính của
hỗn hợp. Tuy nhiên, với kỹ thuật khơng ủ (nonbrewed), lúa mì thường khơng được
sử dụng.


1.3 Muối
Muối, hoặc natri clorua, được thêm vào lúc bắt đầu lên men với khoảng 1218% trọng lượng thành phẩm. Muối không chỉ được thêm vào như một gia vị; nó
cũng giúp thiết lập mơi trường hóa học thích hợp cho vi khuẩn lactic và nấm men
lên men đúng cách. Nồng độ muối cao cũng cần thiết trong việc bảo vệ thành phẩm
khỏi hư hỏng.

1.4 Chất lên men
Hỗn hợp lúa mì-đậu nành được “tiếp xúc” với các chủng nấm mốc cụ thể mang
tên Aspergillus oryzae hoặc, Aspergillus soyae giúp phá vỡ các protein trong hỗn hợp.
Tiếp theo, quá trình lên men tiếp tục xảy ra thông qua việc bổ sung các vi khuẩn
lactobacillus và nấm men, tạo nên phản ứng enzyme với dư lượng protein, đồng thời
cũng sản xuất ra một số axit amin và peptide, bao gồm axit glutamic và aspartic,
lysine, alanine, glycine và tryptophan. Các dẫn xuất protein này đều đóng góp hương
vị cho sản phẩm cuối cùng.
1.5 Chất bảo quản và các chất phụ gia khác
Natri benzoate hoặc axit benzoic được thêm vào để giúp ức chế sự phát triển của
vi sinh vật trong nước tương thành phẩm. Quá trình khơng ủ (nonbrewed) địi hỏi phải
bổ sung thêm các chất tạo màu và hương vị.
2. Giá trị dinh dưỡng của nước tương
Khi đánh giá chất lượng nước tương, trước hết người ta chú ý đến hàm lượng đạm
toàn phần, vì đây là chất có giá trị dinh dưỡng nhất của nước tương, tiếp theo là xem
xét đến lượng đạm amin. Từ hai lượng đạm này suy ra tỷ lệ đạm amin/ đạm tồn phần
thì biết được mức độ thủy phân protein trong nước tương, tỷ lệ càng cao càng tốt.
Trung bình tỷ lệ này trong nước tương lên men khoảng 50÷60%. Hàm lượng đạm amin
cao sẽ cho giá trị mùi vị của nước tương được nâng lên.
3. Thành phần hóa học của nước tương
Chất lượng nước tương thay đổi tùy theo nguyên liệu, tỷ lệ phối chế, phương pháp
chế biến,…Trong nước chấm lên men còn chứa khá nhiều đường do tác dụng của
enzyme amylase trong nấm mốc lên tinh bột. Nước chấm còn chứa một lượng chất
béo, một số vitamin, muối ăn và các nguyên tố vi lượng khác. Vì vậy các loại nước
chấm nếu được sản xuất theo đúng quy trình kỹ thuật và được bảo quản tốt sẽ có màu
sắc đẹp, hương vị thơm ngon và có vị ngọt của đạm, đường,..


Thành phần
Đạm tồn phần

(tính theo Nito)
Nito

Hàm

Thành phần

lượng (g/l)
15÷21,6
8,5÷13

Phenylalanin

Hàm lượng (g/l)
7

Methionin

3,32
6,5

Đường

14,5÷15,3

Lysine

Lipid

14,5÷15,3

Chất khơ

325÷387

Muối ăn

200÷250

pH

5,9÷6,2

Acid (Theo
acid acetic)
NH3

2÷8

Khối lượng riêng
(g/ml)

1,01÷1,04

1÷2

4. Acid amin
Trong nước tương có nhiều acid amin như Arginin, Methionin, Tryptophan,
Tyrosin, Valin, Serin, Lysin, Histidin, Alanin, acid Glutamic, Asparagin,… Những
acid amin này cùng với di, tri, tetra – peptid làm cho nước tương có vị ngọt của đạm.

Nước tương sản xuất theo phương pháp lên men hầu như giữ được tất cả các aicd amin
có trong đậu nành, cịn nước tương sản xuất theo phương pháp hóa giải thì có tỷ lệ đạm
amin/ đạm toàn phần cao hơn trong nước tương lên. Tuy nhiên trong nước tương hóa
giải thì một số acid amin đã bị phân hủy, trước hết là Tryptophan, sau đó đến Lysin,
Cystein, Arginin,… Nếu thủy phân bằng acid quá độ thì một số acid amin sẽ bị phân
hủy thành các chất có mùi hơi như NH3, H2S,…
5. Đường
Trong nước tương có các loại đường như Glucose, Maltose, Pentose, Dextrin.
Đường có vai trị quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương.
6. Acid hữu cơ
Các acid hữu cơ trong nước tương có mối quan hệ mật thiết với nhau tạo nên
hương vị đặc trưng cho nước tương, trong đó acid lactic chiếm hàm lượng nhiều nhất
(khoảng 1,6%). Acid lactic tác dụng với nước tương tạo thành hợp chất lactate, chẳng
hạn như lactate phenol. Ngồi ra cịn có acid acetic (chiếm 0,2%), acid sucinic (chiếm
0,087÷0,16%), acid formic (chiếm 0,05%). Muối của các aicd này tham gia tạo vị cho


nước tương 1.6.Chất màu Màu của nước tương chủ yếu do đường kết hợp với acid
amin tạo nên. Màu của nước tương lên men được hình thành dần dần từ màu vàng đến
màu nâu nhạt, cuối cùng là màu nâu đậm.
Sự hình thành màu của nước tương phụ thuộc vào nồng độ đường, acid amin và
nhiệt độ. Nếu tăng cường phản ứng giữa acid amin với đường thì khơng có lợi vì làm
như vậy sẽ tạo ra Melanoid. Đây là chất mà cơ thể khó hâp thụ và khi nồng độ của nó
cao sẽ làm giảm hương vị của sản phẩm. Mặt khác quá trình hình thành sản phẩm màu
sẽ gây tổn thất lớn cho acid amin. Để hạn chế q trình này, ta nên chọn ngun liệu
có hàm lượng đường thấp và tránh nâng cao nhiệt độ
7. Chất mùi
Mùi của nước tương là do tổng hợp của rất nhiều chất khác nhau tạo thành bao
gồm acid hữu cơ, rượu, aldehyde, thành phần hương thơm có lưu huỳnh, phenol,… Cụ
thể là các hợp chất như acetaldehyde, propandehyde, butaldehyde, valeraldehyde, alkyl

mecaptan, methylen mecaptan, isobutan aldehyde, dimethyl mecaptan, rượu ethylic,
acid acetic, acid petanoic, acid propinoic, acid benzoic, benzaldehyde… có hương
thơm ngũ cốc rang


CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
1. Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất nước tương
Cơ sở của cơng nghệ sản xuất nước tương chính là sự thủy phân protein.
Bản chất sự thủy phân protein là sự thủy phân liên kết peptit. Do liên kết peptit là
một liên kết mạnh nên đòi hỏi sự thủy phân xảy ra trong điều kiện có xúc tác.
Tác nhân xúc tác hóa học là acid hoặc kiềm, tác nhân xúc tác sinh học là enzyme
protease thuộc nhóm thủy phân protein.
Trong chế biến, sự thủy phân protein được ứng dụng để thu nhận các sản phẩm
thủy phân hoàn toàn hoặc thu nhận các sản phẩm thủy phân khơng hồn tồn. Các sản
phẩm thủy phân chưa hồn tồn hay có vị đắng. Vị đắng liên quan đến các peptit chứa
các amino acid kị nước. Sản phẩm thủy phân bị đắng thì sẽ chứng tỏ hiệu suất thủy
phân thấp, chỉ đạt khoảng 4-40%. Tuy nhiên vị đắng chỉ ảnh hưởng đến tính chất cảm
quan khơng ảnh hưởng tới giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
1.1 Cơng nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học
Cơ sở hóa sinh của phương pháp này là thủy phân protein động vật hay thực vật
thành các acid amin với tác nhân xúc tác acid mạnh (HCL,H 2SO4) hay kiềm mạnh
(NAOH). Sau quá trình thủy phân, người ta sẽ tiến hành trung hòa dung dịch bằng
kiềm (hoặc acid) tùy thuộc vào tác nhân xúc tác là acid hay kiềm để đưa pH về khoảng
6.5-7. Sau đó sẽ bổ sung NaCl đến khi nước tương đạt nồng độ 23-25%.
Ưu điểm
Thời gian và quy trình sản xuất rút

Nhược điểm
Độc hại với công nhân sản xuất do sử

ngắn

dụng acid mạnh, kiềm mạnh, áp suất cao,
nhiệt độ cao.

Hiệu suất thủy phân cao, giàu acid

Sinh ra chất 3MCPD hàm lượng cao, gây

amin, hương vị thơm ngon.

độc cho người tiêu dùng.
Phá hủy một số acid amin trong quá trình
thủy phân như Lysin, Arginin, Cystein,
Trytophan.


1.2 Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men
Đối với phương pháp sản xuất nước tương lên men, cơ sở khoa học của nó là tận
dụng hệ enzyme của vi sinh vật bằng cách cho vi sinh vật phát triển trên nguyên liệu
giàu đạm, sau đó sử dụng hệ men này đẻ thủy phân protein có tỏng nguyên liệu thành
nước tương. Enzyme này có thể tạo ra bằng cách nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường
rồi đưa vi sinh vật vào nguyên liệu.
Dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, thành phàn nước chấm thu được chủ yếu là
acid amin, peptone, peptid trọng lượng phân tử nhỏ, giúp cơ thể dễ đồng đều và hấp
thu.
Ưu điểm

Nhược điểm

-Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, giá

-Hiệu suất thủy phân không cao.

thành không cao, phù hợp với điều

-Thời gian và quy trình sản xuất kéo dài

kiện sản xuất ở địa phương, vốn đầu tư

hơn phương pháp hóa giải, cần thêm

ban đầu không lớn, không cần sử dụng

công đoạn nuôi nấm mốc giống để thủy

thiết bị chịu nhiệt, chịu kiềm, chịu áp

phân.

lực, nhiệt độ cao,…
-Không độc hại với công nhân.
-Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng ơn hịa
như nhiệt độ khơng q cao, pH trung
tính hoặc acid yếu, áp suất thường.
-Khơng tổn hao acid trong q trình
sản xuất.

1.3 Cơng nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme
Khi sản xuất nước tương bằng cách sử dụng enzyme, cần lưu ý đến các điều kiện

sử dụng và đặc tính của chế phẩm enzyme như:
+ pH của môi trường phản ứng tương ứng với pHopt của enzyme.
+ Nhiệt độ liên quan đến hoạt lực của enzyme.


+ Nếu thời gian tác dụng của enzyme nhanh, sau khi thực hiện phản ứng phải
nhanh chóng vơ hoạt enzyme. Nếu thời gian tác dụng lâu thì sử dụng enzyme có độ
bèn hoạt lực cao.
+Lưu ý đến các chất hoạt hóa hoặc kiềm hãm enzyme trong mơi trường.
Điều kiện để ứng dụng enzyme:
+ Nguồn cung cấp enzyme phải thường xuyên và ổn didnjhj nếu việc sử dụng
enzyme làm thay đổi lớn tới công nghệ sản xuất.
+ Nếu lấy tỉ lệ giàu giá trị và chất lượng enzyme làm tiêu chuản xem xét trong việc
lựa chọn nhà cung cấp.
-

-

Ưu điểm
Quá trình sản xuất đơn giản.
Không cần sử dụng thiết bị chịu nhiệt, chịu kiềm, chịu áp suất và
nhiệt độ cao,..
Không độc hại với cơng nhân.
Điều kiện sản xuất nhẹ nhàng, ơn
hịa,..
Khơng tổn hao acid amin trong quá
trình sản xuất.

Nhược điểm
Phải sử dụng nhiều loại enzyme.

Chi phí sản xuất cao.

2. Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương
2.1 Khái quát chung về phản ứng thủy phân
Phản ứng thủy phân là phản ứng phân giải các chất có sự tham gia của nước. Phản
ứng thủy phân là phản ứng phổ biến và khá quan trọng trong công nghiệp thực phẩm.
Người ta áp dụng phản ứng thủy phân để sản xuất động vật và thực vật. Những sản
phẩm này sẽ giúp chúng ta ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa hơn. Như vậy, sau khi thực hiện
phản ứng thủy phân thì tính chất cảm quan, tính chất dinh dưỡng của thực phẩm tăng
lên. Trong đa số trường hợp thì phản ứng thủy phân là có lợi, tuy nhiên trong một số
trường hợp thì phản ứng thủy phân cũng gây ra sự hư hỏng thực phẩm như trong bảo
quản thịt, cá, trứng, dầu mỡ,…
Phản ứng thủy phân thường là phản ứng mở đầu cho hàng loạt các phản ứng khác
tiếp diễn. Ví dụ như protid sau khi thủy phân thành acid amin, sau đó acid amin bị
phân giải sâu xa hơn như decarbonxyl hóa, dezamin hóa… cuối cùng là tạo ra những
sản phẩm có hại về mặt cảm quan và dinh dưỡng cho sản phẩm. Polysaccharide sau
khi thủy phân tạo monosaccharide thì các monosaccharide này sẽ tiếp tục bị oxy hóa


sâu xa hơn tạo sản phẩm trung gian, sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O. Lipid sau khi
thủy phân sẽ tạo ra acid béo và glycerin, sau đó acid béo tiếp tục bị oxy hóa tạo ra sản
phẩm có mùi vị khó chịu (cịn gọi là sự ơi hóa chất béo).
Ngày nay thủy phân ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản
xuất, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm, thơng
thường tác nhân thủy phân có thể là acid, kiềm hay enzyme, trong đó sử dụng rộng rãi
và hiệu quả là enzyme thủy phân từ vi sinh vật. Nhóm enzyme thủy phân gọi tên chung
là Hydrolase.
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân:
R1R2 +H2O -> R1OH + R2H
Hydrolase được chia thành bốn nhóm bản chất, cơ chất mà nó tách dụng như

Esterase, Glucosisdase, Peptidase, Amidase và ứng với bốn phương trình phản ứng
như sau:

2.2 Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.1 Đặc điểm của liên kết peptid trong phân tử protein
Protein là hợp chất cao phân tử, được tạo ra nhiều loại acid amin.
Acid amin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vịng mà trong phân
tử có ít nhất một nhóm amin (-NH2) và mottj nhóm cacboxyl (-COOH).
Từ nhiều loại acid amin, theo nhiều phương án kết hợp sẽ tạo ra một số lượng cực
kỳ phong phú protein.


Protein có nhiều loại tính chất và khả năng hết sức kỳ diệu. Có được điều này là do
phân tử protein tồn tại dưới bốn dạng cấu trúc đặc biệt mà không hề thấy ở bất lỳ một
dạng hợp chất hữu cơ nào khác. Trong bốn dạng cấu trúc protein, như ta đã biết cấu
trúc bậc 1, cấu trúc bậc 2, cấu trúc bậc 3 và cấu trúc bậc 4, thì cấu trúc bậc 1 là cấu trúc
phổ biến và quan trọng hơn cả.
Cấu trúc bậc 1 của protein là thành phần và trình tự sắp xếp acid amin trong mạch
polypeptide.
Liên kết peptid (-CO-NH-) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm α –
amin của một acid amin khác, loại đi một phân tử nước, ví dụ:

Liên kết peptid do các electron δ định vị của line kết đơn và một hệ thống electron
π linh động tạo nên. Hệ thống đó gồm bốn electron, trong đó có hai electron của nối
kép C=O và hai electron của cặp không chia nito. Bốn electron này tạo thành một hệ
thống cộng hưởng và theo quy tắc chung: khi ở nguyên tử dị mạch nằm kế liền với nối
kép có cặp electron khơng chia thì xảy ra sự chuyển dịch một phần điện tích của cặp
khơng chia từ ngun tử dị mạch tới nguyen tử cuối của nối kép. Như vậy sự phân bố
điện tích trong liên kết peptid được biểu diễn như sau:

Khi đó ngun tử nito tích điện dương, nghĩa là thay cho hai electron của cặp
khơng chia, nó sẽ chỉ giữ lại một phần nào đó của hai electron này thơi.
Ngồi ra do sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử cacbon và oxy trong liên
kết C=O mà ngun tử cacbon cũng phải có điện tích tổng dương. Như vậy các nguyên
tử cacbon và nito góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π.
Cịn ngun tử oxy góp vào hệ thống ít hơn một electron π, do đó có điện tích tổng
âm.
Nếu biểu diễn các phần điện tích đó bằng δ thì sự phân bố điện tích trong liên kết
peptid sẽ được biểu diễn như sau:


Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:

Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã tính sự phân bố bốn eletron của
hệ thống như sau:

Của điện tích của hệ thống là

Hai nguyên tử C và N trong mối liên kết này có điểm giống nhau là chúng đều
mang điện tích dương, vì vậy mối liên kết cịn có tên gọi là liên kết nhị dương, vì cậy
mối liên kết có tên gọi là liên kết nhị dương. Nguyên nhân tạo ra liên kết nhị dương là
do sự khuyết electron π ở cả hai nguyên tử. Sự khuyết đó có thể tăng lên khi tăng tổng
điện tích dương của cả hai nguyên tử tạo thành liên kết, hoặc khi chỉ tăng điện tích của
một trong hai.
Nếu trong phan tử của cơ chất có nhiều liên kết giống nahu thì liên kết nào nhị
dương hơn sẽ được phân ly và thủy phân trước. Chẳng hạn như trong phân tử alantion
có năm liên kết peptid nhưng liên kết bị thủy phân trước tiên là liên kết có nét đứt sơ
đồ dưới đây:

Khi tiếp xúc vói enzyme, các tâm hoạt động của chúng sẽ thể hiện ái lực khác dấu

với hai nguyên tử nói trên. Do sự “kéo-đẩy” này mà liên kết
đi đến việc đứt hẳn.
2.2.2

bị giãn ra và

Hệ enzyme và đặc điểm q trình thủy phân protein
a) Enzyme proteinase (hay cị gọi là endopeptidase)

Enzyme này phân cắt liên kết peptid của đại phân tử protein để tạo thành
albumose, peptone, polypeptide. Phản ứng tổng quát có dạng:

Proteinase có khả năng hoạt động mạnh hơn khi chúng tấn công lên phân tử
protein đã bị biến tính. Vùng pH tối ưu củ enzyme này khoảng 4.6-4.9 và có proteinase
nằm khoảng 50-600C. Proteinase cũng thể hiện hoạt lực của mình mạnh hon khi phân
cắt các nhóm protein mà điểm đẳng điện của chúng nằm trong vùng pH tối ưu của nó.
Ở nhiệt độ 500C, dưới tác dụng của enzyme này, sản phẩm tạo thành từ sự thủy
phân protein chủ yếu là pha thấp phân tử như peptid và polypeptide cịn ở nhiệt độ
600C thì sản phẩm tạo ra chủ yếu là thuộc nhóm albumose có phân tử lượng trung bình.
b) Enzyme peptidase (hay cịn gọi là exopeptidase)
Enzyme này là nhóm enzyme khơng ít hơn hai cấu tử, phân cắt polypeptide thành
dipeptide, và sau đó thành acid amin. Trong khi xúc tác quá trình thủy phân các mạch
polypeptide, nhóm enzyme nỳ tuần tự bẻ gãy các mối liên kết peptid ở gần các nhóm


amin (-NH2) phân ly hoặc ở gần nhóm chức cacbonxyl (-COOH) vấn đề phân tử lượng
của cơ chất ở đây là vấn đề thứ yếu.
Nét đặc trưng quan trọng của nhóm enzyme peptidase là chúng thể hiện tính đặc

hiệu rất cao đối với các cơ chất. Enzyme peptidase chỉ phân cắt dipeptide, cịn
polypeptidase thì chỉ phân cắt mạch polypeptide có 3 acid amin trở lên. Nhóm enzyme
peptidase bao gồm các enzyme: aminopeptidase (α – aminoaxyl – peptidhydrolase) và
cacbonxypeptidase (peptidyl – aminoacid – hydrolase). Hoạt lực của enzyme thứ nhất
chỉ thể hiện khi trong phân tử cơ chất có chứa nhóm –NH 2 tự do hoặc nhóm –COOH
cịn đơi với enzyme thứ hai thì chỉ khi có nhóm –COOH tự do.
Tất cả các enzyme trong nhóm peptidase đều thể hiện hoạt tính tối đa ở pH= 7-8
và nhiệt độ khoảng 40-420C. Trong môi trường giàu nước hoạt lực của chúng yếu dần
khi nhiệt độ tăng đến 500C, còn ở nhiệt độ 600C thì phân tử của chúng bị biến tính
thuận nghịch.
Một vài yếu tố ảnh hưởng đén sự thủy phân protein:
+ Khi tăng độ chua pH=5 thì hàm lượng các hợp chat tan bền vững chứa nito, bao
gồm các acid amin, peptid và peptone (pha đạm amin) cùng albumose cũng tăng.
+ Hàm lượng đạm amin được tạo thành nhiều nhất ở nhiệt độ 500C.
+ Nhiệt độ tối ưu cho sự tích lũy đạm tổng là từ 50-550C.
+ Thời gian thủy phân nên tuân theo đúng giới hạn theo quy trình sản xuất, nếu
vượt giới hạn này thì sự tích lũy sản phẩm có tăng nhưng khơng đáng kể.
2.3 Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương
2.3.1 Cơ chế phản ứng thủy phân tinh bột
Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi liên kết α – 1,4 à α – 1,6
– glucoside bị phân cắt, thì tại điểm đó ngay lập tức được liên kết với các nhóm ion
của nước:


Khảo sát q trình thủy phân tinh bột ở mơi trường giàu nước bởi enzyme amylase
cho thấy rằng, các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucoside giữa nguyên từ cacbon số
1 (C1) với nguyên tử oxy. Ở mạch amylase, khi mối liên kết α -1,4 – glucoside bị phân
cắt thì nhóm hydroxyl (-OH) của nước sẽ liên kết nguyên tử C 4 ở gốc glucoside bên
phải. Đối với mạch amylopectin, khi mối liên kết α -1,6 –glucosid bị phân cắt, thì
nhóm –OH của nước sẽ liên kết với ngun tử C 1 ở mạch chính, cịn H+ sẽ liên kết với

–O- ở nguyên tử C6.


Một cách tổng quát , nếu tất cả các mối liên kết glucoside của tinh bột bị phân cắt
(bao gồm n gốc) thì cần có n-1 phân tử nước để liên kết với chúng và sẽ tạo thành n
phân tử đường glucose. Nhưng vì n là một đại lượng lớn cho nên hiệu số giữa n và n-1
có thể xem là khơng đáng kể. Lúc đó phương trình tổng qt của phản ứng thủy phân
tinh bột có thể biễu diễn như sau:
( C6H10O5)n + H2O = n C6H12O6
Từ đây ta có thể rút ra kết luận: lượng glucose thu hồi theo lý thuyết từ phản ứng
thủy phân tinh bột bằng 111,11% lượng cơ chất tham gia ở đầu vào.
Một đặc điểm quan trọng của liên kết glucoside trong các polysaccharide là chỉ có
electron δ mà khơng có π tham gia. Trong trường hợp như vậy, đóng vai trị phân cực
là bộ electron δ. Do hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử oxy, do đó oxy tích điện âm.
Phân bố điện tích ở các nguyên tử trên hai gốc glucose của tinh bột có thể biễu diễn
như sau (ký hiệu δ- chỉ điện tích âm, δ+ chỉ điện tích dương:

Khi các hạt bột được nghiền nhỏ và đặt trong môi trường giàu nước thì các
enzyme amylase sẽ bắt đầu tác động. Do cấu trúc bậc ba của phân tử protein- enzyme
nên chúng trở nên linh động, đặc biệt các tâm hoạt động của chúng. Khi đó giữa gốc
hydroxyl (-OH) của nhóm định chức cacboxyl (-COOH) và nguyên tử nito bậc ba của
nhân imidazole thể hiện ái lực với nhau. Do có khả năng đặc biệt này giữa hai tâm hoạt
động enzyme hình thành mối liên kết cầu hydro. Lúc đó nhóm COO - sẽ mang điện tích
âm cịn nhân imidazole, do có H+ tiếp sức nên nó sẽ mang điện tích dương. Có thể
minh họa sụ phân cực đó như sau:


Khi tiếp xúc với tinh bột, cực H+ - imidazole sẽ thể hiện ái lực với nguyên tử oxy ở
cầu α -1,4 hoặc α -1,6. Còn lực COO- sẽ thể hiện ái lực với nguyên tử C1. Nhờ có sự
kéo co naỳ mà mối liên kết C1 – O sẽ bị đứt. Quá trình diễn biến qua bốn giai đoạn như

sau:


2.3.2 Sự tác động của α – amylase lên tinh bột
α – amylase tác động lên mạch amylose và amylopectin của tinh bột và bẻ gãy các
mối liên kết α – 1,4 – glucosid. Sau thời gian ngắn, toàn bộ mạch amylase và mạch
chính của amylopectin bị cắt nhỏ từng mảnh có năm hoặc sáu gốc glucosid. Nhờ có
q trình này, độ nhớt của dịch thủy phân sẽ giảm đi một cách nhanh chóng và màu
xanh với iod cũng mất đi.
Giai đoạn tiếp theo của quá trình thủy phân là α- amylase phân cắt cục bộ các màng
dextrin để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose, maltose và dextrin thấp phân tử
hơn.
Như vậy dưới tác dụng riêng rẻ cuản α – amylase, tinh bột sẽ phân cắt thành chủ yếu
là dextrin, một ít glucose và maltose.
2.3.3 Sự tác động β – amylase lên tinh bột
Enzyme β – amylase cắt hai gốc glucosid trên toàn mạch của amylase và mạch
nhánh của amylopectin để tạo thành đường maltose. Enzyme này không vượt qua được
liên kết α – 1,6 – glycosid, β – amylase sẽ dừng tác động trước điểm rẽ của mạch
nhánh amylopectin. Tác động của enzyme này trên mạch amylose bắt đâu từ phía cực
kín, cịn trên mạch amylopectin thì từ phía ngồi của mạch nhánh đi vào. Sản phẩm tạo
thành do tác động phân cắt của β – amylase là đường maltose.
2.3.4

Sự tác động của γ – amylase tinh bột
γ – amylase cịn có tên gọi là Glucan 1,4 – α – glucosidase; amyloglucosidase; Exo
– 1,4 – α – glucosidase; Glucosidase; Glucoamylase; Lysosomal α – glucosidase; 1,4 –
α – D- glucohydrolase.


γ – amylase xúc tác thủy phân liên kết α – 1,4 và 1,5 glucosidase của phân tử tinh

bột và các polysaccharide.
Sự thủy phân các cơ chất dưới tá dụng của γ – amylase tiến hành ở từng liên kết một,
bắt đầu từ mạch không khử tách dần từng phân tử glucose, amylase cũng có khả năng
thủy phân cả maltose, isomaltose và dextrin.
γ – amylase có hoạt lực tối đa ở pH= 3,5-5,5. Nhiệt độ tối thích của γ – amylase
là 50-600C. Hầu hết γ – amylase bị mất hoạt tính khi đun nóng trên 700C.

2.4 Phương pháp ni cấy nấm mốc
2.3.1 Phương pháp nuôi cấy bề mặt
2.3.1.1 Môi trường dinh dưỡng
Yêu cầu cơ bản đối với thành phần nuôi cấy vi sinh vật là tính hồn thiện. Hầu hết
các vi sinh vật tạo amylase đều hấp thụ cacbon chủ yếu ở dạng hợp chất hữu cơ (tinh
bột, dextrin,…) hydro ở dạng nước và của các HCHC, oxy ở trong thành phần cơ bản
của môi trường và ở dạng oxy phân tử.
Hàm lượng tinh bột trong môi trường nuôi cấy khơng được ít hơn 20-23%. Người
ta thấy rằng khi hàm lượng tinh bột trong mơi trường giảm đi thì hoạt độ của enzyme
cũng sẽ bị giảm.
2.3.1.2 Độ ẩm môi trường
Trong điều kiện sản xuất, độ ẩm ban đầu tối thích đối với Aspergillus oryzae là 5870% và phải giữ cho mơi trường có độ ẩm trong suốt q trình ni. Nếu thấy độ ẩm
tăng quá mức này thì sẽ làm giảm độ thống khí của mơi trường, cịn thấp hơn thì sẽ


kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật cũng như sự tạo ra enzyme
amylase. Cần nhớ rằng khi nuôi cấy trong điều kiện không được vô trùng tuyệt đối
(trên các khay) thì độ ẩm của mơi trường sau khi cáy giống khơng được vượt q 60%,
vì cao hơn sẽ bị nhiễm khuẩn. Tuy vậy, việc giữ được độ ẩm cao (nhằm phòng ngừa và
hạn chế sự hong khơ của mơi trường) trong suốt q trình sinh trưởng của nấm sợi lại
cịn có ý nghĩa to lớn hơn vì khi bị hong khơ thì hoạt lực của enzyme sẽ giảm đi rất
nhiều. Điều đó khẳng dịnh sự cần thiết phải giữ ẩm cho môi trường ở mức độ tối thích.
Cần thơng khi trong suốt thời kỳ sinh của vi sinh vật. Trong quá trình sinh trưởng

của mình, vi sinh vật tiêu thụ khoảng 25-35% chất dinh dưỡng của môi trường và thải
ra một lượng lớn nhiệt sinh lý và CO2. Vì vậy, cần phải thải nhiệt này bằng thơng gió
với khơng khí vơ trùng. Chế độ thơng khí có thể liên tục, giai đoạn tùy thuộc vào chiều
dày của lớp môi trường nuôi, vào khoảng cách giữa các tầng khay và khay. Thường là
ở giai đoạn sinh trưởng thứ nhất phải thơng khí vào phịng ni khoảng 4-5 làn thể tích
khơng khí trên một thể tích phịng trong một giờ, còn ở giai đoạn thứ hai là 30-60% thể
tích khơng khí trên thể tích phịng trong 1h, cịn ở giai đoạn thứ ba giảm đi 10-12% thể
tích khơng khí mà thơi.
2.3.1.3 Nhiệt độ ni
Tồn bộ chu kỳ sinh trưởng của nấm mốc có thể chia làm ba chu kỳ:
+ Thời kỳ trươn và nảy mầm của đính bào tử (10-11h đầu tiên). Trong thời kỳ phải
đốt nóng khơng khí phịng ni khơng thấp hơn 23-300C. Độ ẩm thời kỳ này phải đơt
khơng khí phịng ni khơng thấp hơn 23-300C, Độ ẩm tương đối khơng khí là 96100%.
+ Thời kỳ sinh trưởng nhanh của hệ sợi (kéo dài trong vịng 4-18h). Ở giai đoạn này
nấm mốc hơ hấp mạnh và tạo ra một lượng nhiệt sinh lý rất lớn. Kết quả là trong lớp
sợi nấm mốc đang mọc, Nhiệt độ sẽ tăng lên đến 37-40 0C, đôi khi tới 470C. Vì vậy cần
phải hạ nhiệt độ khơng khí vơ trùng có nhiệt độ 28-390C và độ ẩm cao vào phịng ni.
+ Thời kỳ tạo enzyme amylase mạnh mẽ (kéo dài 10-20h). Trong thời gian này các
quá trình trao đổi chất dần yếu đi, sự tỏa nhiệt giảm mạnh. Các enzyme amylase được
tổng hợp mạnh mẽ. Theo Rodxevits (pozerur, 1967) trong một ngày đầu ở giai đoạn
sinh trưởng thứ nhất và thứ hai, nấm mốc Aspergillus oryzae chỉ tạ được 7,5-8%
enzyme, trong vòng 12h sau, hoạt lực của enzyme, trong vòng 12h sau, hoạt lực của α
–amylase tăng 9-12 lần, hoạt lưc đường hóa tăng 2 lần và hoạt lực oligo – 1,6 –
glucosidase tăng lên 10 lần. Đối với đa số vi sinh vật ở giai đoạn naỳ nên hạ nhiệt độ
xuống 3-40C so với ban đầu. Nhiệt độ tối thích cho sinh trưởng của đa số nấm mốc môi
trường rắn là 28-300C.
2.3.1.4 Thời gian nuôi


Thời gian nuôi để vi sinh vật tạo ra lượng enzyme cao thưởng được xác định bằng

thực nghiệm. Tùy thuộc vào tính chất sinh lý của chủng vi sinh vật và sự ngừng tổng
hợp enzyme mà có thể ngừng sinh trưởng của nấm mốc vào bất kỳ lúc nào thấy cần
thiết. Sự tạo bào tử là hiện tượng không mong muốn vì thường làm giảm hoạt động của
enzyme. Đối với đa số nấm mốc Aspergillus, sự tạo enzyme amylase cực đại thường kết
thúc khi nấm mốc bắt đầu sinh bào tử.
2.3.2 Phương pháp nuôi cấy bề sâu
2.3.2.1 Môi trường dinh dưỡng
Khác với phươn pháp nuôi cấy bề mặt, trong phươn pháp nuôi cấy bề sâu người ta
sẽ cho vi sinh vật phát triển trong môi trường lỏng. Thành phần dinh dưỡng của mơi
trường lỏng thích hợp cho mỗi chủng vi sinh vật sẽ khác nhau.
Trong nhiều trường hợp, môi trường nuôi cấy bề sâu thường chứa tinh bột, các
dạng bột, và một số vật liệu khác làm nguồn Cacbon là các đường dễ dàng đồng hóa
như glucose. Thực tế, trong một số trường hợp người ta đường hóa sơ bộ tinh bột
amylase (trước khi vịa thanh trùng). Khi đó maltose được tạo thành sẽ được đồng hóa
tốt hơn và so với tinh bột, maltose là chất cảm ứng tốt hơn của enzyme đường hóa của
nấm mốc. Ngồi ra thể lỗng của mơi trường cung tốt hơn của nó bị giảm xuống một
cách sâu sắc.
2.3.2.2 pH môi trường
Trị số pH ban đầu của mơi trường cũng có thể gây ảnh hưởng nào đó đến sự tạo
thành enzyme, nhưng khi đó cũng cần tính đến khả năng biến đổi nhanh chóng chi số
bởi vi sinh vật. Thông thường đối với α –amylase, pH tối ưu cho sinh tổng hợp là
khoảng 7-8 khác với pH tối ưu hoạt động của nó là khoảng 4,7-4,9.
2.3.2.3 Sục khí và khuấy trộn
Sự sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào lượng oxy phân tử hòa tan trong dịch
ni cấy. Trong q trình sinh trưởng của mình, vi sinh vật sử dụng oxy phân tử cho
hoat động sống nên lượng oxy hịa tan trong mơi trường lỏng phải ln được bổ sung.
Chính vì đó, việc sục khí khuấy đâỏ mơi trường có tác dụng tốt sự sinh trưởng và tích
lũy sinh khối cũng như sinh tổng hợp các enzyme vi sinh vật.
Nhiều cơng trình nghiên cứu đã xác nhận rằng muôn nuôi vi sinh vật (gồm nấm
sợi, nấm men và vi khuẩn) tạo enzyme có hiệu st cao thì khuấy đảo mơi trường bằng

sục khí hoặc máy khuấy làm việc liên tục trong suốt quá trình ni. Việc chọn chế độ
sục khí thích hợp sẽ có tác dụng khá quyết định không chỉ đối với sự sinh trưởng và
phát triển VSV hiếu khí trong điều kiện ni chìm mà cịn sự sinh tổng hợp enzyme
amylase nữa.


Đối với nấm sợi, chế độ sục khí thích hợp là 10-12m 3 khơng khí vơ trùng (nhiệt độ
khơng q 400C) trên 1m3 mơi trường trong 1h vói thời gian nuôi trong khoảng 68-72h.
Với thời gian nuôi ngắn hơn ở các thùng lên men nhân giống (48h) và trong các thùng
lên men sản xuất (48-52h) thì lượng khơng khí cần sục vào môi trường để nuôi
Aspergillus oryzae 3-9-15 phải là 30m3/m3 môi trường/ giờ đối với thùng nhân giống
và là 40m3/m3 môi trường/ giờ thùng sản xuất. Mức độ sục khí tối ưu trường để ni
Aspergillus oryzae 3-9-15 tương ứng với 180 micromol O2/lít mơi trường (nồng độ oxy
hồn tan đo bằng máy cực phổ với điện cực kiểu clark). Chủng này có vận tốc tiêu thụ
oxy hồn tan cực lớn vào cuối pha sinh trưởng logarithm. Vận tốc tiêu thụ O 2 giảm dần
từ lúc bắt đầu pha ổn định. Ni VSV ưa nhiệt địi hỏi nhiều khơng khí hơn là nuôi
VSV ưa ẩm. Nguyên nhân là do ở nhiệt độ tương đối cao (50-65 0C), độ hòa tan của
oxy trong môi trường giảm xuống, mặc dù nhu cầu của VSV ưa nhiệt về oxy cho các
phản ứng oxy hóa lại tăng lên.


CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
1. Sơ đồ quy trình công nghệ


2. Thuyết minh quy trình cơng nghệ
2.1. Rang (bột mì)
2.1.1. Mục đích
Chuẩn bị cho q trình phối trộn và hấp. Làm biến tính protein, tạo điều kiện thuận
lợi để nấm mốc phát triển.

2.1.2. Các thông số kỹ thuật
Nhiệt độ rang: 170÷180℃. Thời gian rang: 5÷7 phút.
2.2. Nghiền
2.2.1. Mục đích
Chuẩn bị cho quá trình phối liệu và trộn nước, hấp, lên mốc. Bởi vì đối với ngun
liệu giàu protein như khơ đậu nành phải nghiền nhỏ để nước được thấm đều khi trộn
nước, điều này sẽ giúp khối nguyên liệu chín đều khi hấp, tránh được trường hợp bên
ngồi chín nhưng bên trong lại chưa chín. Ngồi ra nghiền cịn làm tăng diện tích phát
triển của nấm mốc và diện tích tác dụng của enzyme trên nguyên liệu, từ đó làm tăng
hiệu suất quá trình lên men và giảm thiểu được thời gian thủy phân.
2.2.2 Các biến đổi xảy ra trong q trình nghiền
Kích thước hạt sau khi nghiền sẽ khá lớn vì nếu nghiền quá nhỏ thì các hạt sẽ kết
dính lại với nhau, điều này sẽ dẫn đến hiện tượng nguyên liệu bị khê cháy khi hấp và
làm giảm diện tích tiếp xúc của enzyme với nguyên liệu.
Nhiệt độ của khối nguyên liệu có thể tăng do ma sát trong q trình nghiền.
Sau q trình nghiền có thể bị thất thốt ngun liệu do cịn sót lại trong máy
nghiền dẫn đến giảm khối lượng nguyên liệu đầu ra so với đầu vào.
2.2.3 Phương pháp thực hiện và các thông số kỹ thuật
Ngun liệu được nghiền tới kích thước 0,5÷1mm.
Khởi động máy, đưa nguyên liệu cần nghiền vào máy và thực hiện quá trình
nghiền.
Thiết bị dùng để nghiền là máy nghiền búa. Nguyên liệu sau khi cho vào máy
nghiền sẽ được nghiền nhỏ do sự va đập của búa vào vật liệu và chà xát vật liệu giữa
búa và thành máy. Các hạt ngun liệu sau khi nghiền có kích thước nhỏ hơn lỗ lưới
phân loại sẽ đi ra ngoài, các hạt ngun liệu có kích thước lớn hơn lỗ lưới phân loại sẽ
được tiếp tục nghiền.