Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


BÀI TIỂU LUẬN MÔN:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
SVTH:
Lý Minh Tuấn 2205112205
Lê Mạnh Hùng 2205112215
Võ Minh Quốc 2205112212
Nguyễn Thị Kim Liên 2205112012
Tạ Thị Vui 2205112214
Nguyễn Thị Thúy Kiều 2205112010




TP.HCM
12/2013

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 1 -
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG 6
1.1.Giá trị dinh dưỡng của nước tương 7
1.2.Thành phần hóa học của nước tương 8
1.3.Acid amin 8
1.4.Đường 9
1.5.Acid hữu cơ 9
1.6.Chất màu 9
1.7.Chất mùi 10
Chương 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 11
2.1.Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất nước tương 12
2.1.1.Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hóa học 12
2.1.2.Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men 13
2.1.3. Công nghệ sản xuất nước tương bằng enzyme 14
2.2.Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương 15
2.2.1.Khái quát chung về phản ứng thủy phân 15
2.2.2.Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương 17
2.2.3.Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương 22
2.3.Các phương pháp nuôi cấy nấm mốc 29
2.3.1. Phương pháp nuôi cấy bề mặt 29
2.3.2. Phương pháp nuôi cấy bề sâu 31
Chương 3: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA TRONG CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 34
3.1.Giới thiệu chung về đậu nành 35
3.1.1.Nguồn gốc và sự phát triển của đậu nành 35
3.1.2.Đặc điểm của đậu nành 35
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 2 -
3.1.3.Thành phần hóa học của hạt đậu nành 37
3.2.Khô đậu nành 42
3.3.Bột mì 43

3.4.Nấm mốc Aspergillus oryzae 45
3.4.1.Độ ẩm của môi trường 46
3.4.2.Độ ẩm tương đối của không khí 46
3.4.3.Ảnh hưởng của không khí 46
3.4.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ 47
3.4.5.Thời gian nuôi nấm mốc 47
3.4.6.pH 47
3.5.Nước 48
3.6.Muối ăn 50
3.7.Phụ gia 51
3.7.1.Chất bảo quản Sodium Benzoate (211) 51
3.7.2.Chất điều vị Monosodium Glutamate (621) 53
3.7.3.Caramel (150a) 53
3.7.4.Acesulfame Kali (950) 54
3.7.5.Aspartame (951) 56
3.7.6.Xanthan gum (415) 58
3.7.7.Acid citric (330) 59
Chương 4: GIỚI THIỆU VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
NƯỚC TƯƠNG 62
4.1.Sơ đồ quy trình công nghệ 63
4.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 64
4.2.1.Rang (bột mì) 64
4.2.2.Nghiền 64
4.2.3.Phối liệu và trộn nước 66
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 3 -
4.2.4.Ủ 67
4.2.5.Hấp 67
4.2.6.Đánh tơi, làm nguội 69
4.2.7. Cấy mốc giống 70

4.2.8. Nuôi mốc 71
4.2.9.Đánh tơi 74
4.2.10.Trộn 74
4.2.11.Thủy phân 75
4.2.12.Trích ly – Lọc 79
4.2.13.Phối trộn 80
4.2.14.Thanh trùng 81
4.2.15.Lắng 83
4.2.16.Vô chai, dán nhãn 84
CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM 86
MỘT SỐ SẢN PHẨM NƯỚC TƯƠNG TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM VÀ TRÊN
THẾ GIỚI 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93









Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 4 -
LỜI MỞ ĐẦU
Trong văn hóa ẩm thực của các nước phương Đông, nước tương là một loại
nước chấm phổ biến, thường được sử dụng trong các bữa ăn hằng ngày và được
xem như là thành phần bổ sung dinh dưỡng cho khẩu phần ăn.
Hiện nay để sản xuất nước tương có 3 phương pháp công nghệ là công nghệ
hóa học, công nghệ lên men và công nghệ enzyme.

Ngày nay do nhu cầu ngày càng nhiều của người tiêu dùng, người ta đã
chuyển cách làm nước tương bằng phương pháp thủ công sang quy mô công
nghiệp bằng cách dùng HCl đậm đặc để thủy phân các chất đạm để rút ngắn thời
gian sản xuất. Đây chính là nguyên nhân tạo ra chất 3 – MCPD trong sản phẩm
nước tương, một chất gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của con người.
Trong khi đó, so với phương pháp sản xuất nước tương bằng phương pháp
hóa học thì phương pháp lên men lại không sinh ra chất độc trên, mà các acid amin
lại gần như được bảo toàn từ quá trình sản xuất tới sản phẩm cuối cùng đến tay
người tiêu dùng. Còn nếu so với phương pháp sử dụng enzyme thì phương pháp
lên men lại có chi phí thấp hơn nhiều. Sản xuất nước tương bằng hương pháp lên
men chỉ có nhược điểm là thời gian sản xuất kéo dài và yêu cầu diện tích nhà
xưởng phải lớn.
Đời sống con người ngày càng được cải thiện nên ý thức về bảo vệ sức khỏe
cũng ngày càng cao hơn. Do đó người tiêu dùng cũng ngày càng có xu hướng sử
dụng những thực phẩm gần gũi với tự nhiên hơn. Đó cũng là lý do mà trong một
thời gian không xa nữa, nước tương được sản xuất bằng phương pháp lên men sẽ
ngày càng được ưa chuộng hơn. Để đáp ứng được thực tế này thì đòi hỏi các nhà
sản xuất cũng như những sinh viên quan tâm đến loại gia vị nước chấm này cần
phải nắm vững các vấn đề cơ bản liên quan đến quá trình lên men cũng như công
nghệ sản xuất nước tương theo phương pháp này, từ đó làm nền tảng cho những
nghiên cứu khoa học, áp dụng công nghệ mới nhằm hạn chế những nhược điểm
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 5 -
còn tồn tại của phương pháp này, và đưa nó trở thành phương pháp sản xuất nước
tương phổ biến trong tương lai. Đây cũng chính là mục đích mà nhóm sinh viên
chúng tôi quyết định chọn đề tài “Công nghệ sản xuất nước tương bằng phương
pháp lên men”.
Đề này được chia làm các phần như sau:
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NƯỚC TƯƠNG
Chương 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG

Chương 3: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI NGUYÊN LIỆU VÀ PHỤ GIA
TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Chương 4: GIỚI THIỆU VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Dù đã hết sức cố gắng nhưng cũng không thể nào tránh khỏi những sai sót,
rất mong cô và các bạn đọc giả đóng góp ý kiến để bài báo cáo được hoàn thiện
hơn và trở thành tài liệu tham khảo có ích cho những ai nghiên cứu về “Công nghệ
sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men” này.


















Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 6 -

Chương 1
GIỚI THIỆU
TỔNG QUAN VỀ
NƯỚC TƯƠNG






Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 7 -
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,….
Ngoài vai trò 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,…

1.1.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 toàn 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.
Nước tương là loại gia vị phổ biến trong bữa
ăn hằng ngày
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 8 -
1.2.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 hóa học trung bình của nước tương















1.3.Acid amin
Thành
phần
Hàm
lượng
(g/l)
Thành phần Hàm
lượng
(g/l)
Đạm toàn
phần (tính
theo Nitơ)

15÷21,6

Phenylalanin

7
Nitơ 8,5÷13 Methionin 3,32
Đường 14,5÷15,3 Lysine 6,5
Lipid 17÷25 Chất khô 325÷387
Muối ăn 200÷250 pH 5,9÷6,2
Acid (theo
acid acetic)
2÷8 Khối lượng
riêng (g/ml)
1,01÷1,04
NH
3
1÷2
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 9 -
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, còn 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 hôi như NH
3
, H
2

S,…

1.4.Đường
Trong nước tương có các loại đường như Glucose, Maltose, Pentose,
Dextrin. Đường có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc nước tương.

1.5.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. Ngoài ra còn 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.
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 10 -
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 không 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 quá trình này,
ta nên chọn nguyên liệu có hàm lượng đường thấp và tránh nâng cao nhiệt độ.

1.7.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.













Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 11 -








Chương 2
KỸ THUẬT
SẢN XUẤT

NƯỚC TƯƠNG








Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 12 -
2.1.Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất nước tương
Cơ sở của công nghệ sản xuất nước tương chính là sự thủy phân protein.
Bản chất của sự thủy phân protein là sự thủy phân liên kết peptid. Do liên
kết peptid 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, và 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 không hoàn
toàn. Các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn hay có vị đắng. Vị đắng liên quan
đến các peptid 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 mà không ảnh hưởng tới giá trị dinh dưỡng của
sản phẩm.
2.1.1.Công 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 là acid mạnh (HCl, H
2
SO

4
) 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 aicd 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 Nhược điểm
+ Thời gian và quy
trình sản xuất được rút
ngắn.
+ Hiệu suất thủy phân
cao, giàu acid amin,
+ Độc hại với công nhân
sản xuất do sử dụng acid
mạnh, kiềm mạnh, áp
suất cao, nhiệt độ cao.
+ Sinh ra chất 3MCPD
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 13 -
hương vị thơm ngon. với hàm lượng cao, gây
độc cho người tiêu dùng.
+ Phá hủy 1 số aicd amin
trong quá trình thủy phân
như Lysin, Arginin,
Cystein, Tryptophan.

2.1.2.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 để thủy phân protein có trong
nguyên liệu thành nước tương. Enzyme này có thể tạo ra bằng cách nuôi cấy vi
sinh vật trên môi trường riêng rồi đưa vi sinh vật vào nguyên liệu.
Dưới tác dụng của enzyme vi sinh vật, thành phần của nước chấm thu được
chủ yếu là acid amin, peptone, peptid trọng lượng phân tử nhỏ, giúp cơ thể dễ đồng
hóa và hấp thu.

Ưu điểm Nhược điểm
+ Thiết bị đơn giản, dễ
chế tạo, giá thành không
cao, phù hợp với điều
kiện sản xuất ở địa
phương, vốn đầu tư ban
đầu không lớn, không
cần sử dụng thiết bị chịu
nhiệt, chịu kiềm, chịu áp
suất và nhiệt độ cao…
+ Không độc hại với
+ Hi
ệu suất thủy phân
không cao.
+ Thời gian v
à quy trình
sản xuất kéo d
ài hơn
phương pháp hóa gi
ải, cần
thêm công đo
ạn nuôi mốc
giống để thủy phân.

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 14 -
công nhân.
+ Điều kiện sản xuất nhẹ
nhàng, ôn hòa như nhiệt
độ không quá cao, pH
trung tính hoặc aicd yếu,
áp suất thường.
+ Không tổn hao acid
amin trong quá trình sản
xuất.

2.1.3. Công 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 phải tương ứng với pH
opt
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 vô hoạt hóa enzyme. Nếu thời gian tác dụng lâu thì nên sử dụng
enzyme có độ bền hoạt lực cao.
+ Lưu ý đến các chất hoạt hóa hoặc kiềm hãm enzyme trong môi trường.
Điều kiện để ứng dụng enzyme:
+ Nguồn cung cấp enzyme phải thường xuyên và ổn định nếu việc sử dụng
enzyme làm thay đổi lớn tới công nghệ sản xuất.
+ Nên lấy tỷ lệ giàu giá trị và chất lượng enzyme làm tiêu chuẩn xem xét
trong việc lựa chọn nhà cung cấp.

Ưu điểm Nhược điểm

+ Qúa trình sản xuất đơn + Ph
ải sử dụng nhiều loại
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 15 -
giản.
+ Không không cần sử
dụng thiết bị chịu nhiệt,
chịu kiềm, chịu áp suất
và nhiệt độ cao…
+ Không độc hại với
công nhân.
+ Điều kiện sản xuất nhẹ
nhàng, ôn hòa.
+ Không tổn hao acid
amin trong quá trình sản
xuất.
enzyme.
+ Chi phí sản xuất cao.

2.2.Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.1.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 đã ứng dụng phản ứng thủy phân để sản xuất ra hàng loạt sản
phẩm mới có tính chất khác xa với tính chất của nguyên liệu ban đầu, ví dụ như sản
xuất Glucose, mạch nha, tương, chao,… từ protid của động vật và thực vật. Những
sản phẩm này sẽ giúp chùng 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 sẽ 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 khi bảo quản 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
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 16 -
amin sẽ bị phân giải sâu xa hơn như decarboxyl 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 một loại sản phẩm trung gian, sản phẩm cuối
cùng là CO
2
và H
2
O. Lipid sau khi bị thủy phân sẽ tạo ra acid béo và glycerin, sau
đó acid béo tiếp tục bị oxy hóa tạo sản phẩm có mùi vị khó chịu (còn gọi là sự ôi
của chất béo).
Ngày nay phản ứng 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, thông thường tác nhân thủy phân có thể là acid, kiềm hay
enzyme, trong đó được sử dụng rộng rãi và hiệu quả là enzyme thủy phân từ vi
sinh vật. Nhóm enzyme thủy phân được gọi tên chung là Hydrolase.
Phương trình tổng quát của phản ứng thủy phân




Hydrolase được chia thành bốn nhóm tùy theo bản chất, cơ chất mà
nó tác dụng như Esterase, Glucosidase, Peptidase, Amidase và ứng với bốn phương
trình phản ứng như sau:

R
1
R
2
+ H
2
O R
1
OH + R
2
H

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 17 -

2.2.2.Phản ứng thủy phân protein trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.2.1.Đặc điểm của liên kết peptid trong phân tử protein
Protein là hợp chất cao phân tử, được tạo ra từ nhiều loại acid amin.
Acid amin là những hợp chất hữu cơ mạch thẳng hoặc mạch vòng mà trong
phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (–NH
2
) và một 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 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 rất đặc biệt mà không hề thấy ở
bất kỳ một dạng hợp chất hữu cơ nào khác. Trong bốn dạng cấu trúc của protein,
như ta đã biết là 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.
Esterase
R
1
– COO – R
2
+ H
2
O R
1

– COOH + R
2
OH
Các ester

Glucosidase
R – O – R
3
+ H
2
O R – OH + R
3
OH
Glucid, Peptid

Peptidase
R
4
– CO – NH – R
5
+ H
2
O R
4
– COOH + R
5
– NH
2
Protid, Peptid

Amidase
R – CO – NH
2
+ H
2
O R – COO – NH
4
Amid
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 18 -
Liên kết peptid (– CO – NH –) được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa
nhóm α – cacboxyl của một acid amin này với 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 liên kết đơn và một hệ thống
lectron π linh động tạo nên. Hệ thống đó gồm bốn electron, trong đó hai electron
của nối kép C = O và hai electron của cặp không chia của nitơ . Bốn electron này
tạo thành một hệ thống cộng hưởng và theo quy tắc chung: khi ở nguyên tử dị
mạch nằm kề liền với nối kép có cặp electron không chia thì sẽ xảy ra sự chuyển
dịch một phần điện tích của cặp không chia từ nguyên tử dị mạch tới nguyên tử
cuối của nối kép. Như vậy sự phân bố điện tích trong liên kết peptid được biểu diễn
như sau:

Khi đó nguyên tử nitơ tích điện dương, nghĩa là thay cho hai electron của
cặp không chia, nó sẽ chỉ giữ lại một phần nào đó của hai electron này thôi.
Ngoài ra do sự khác nhau về độ âm điện của nguyên tử cacbon và oxy trong
liên kết C = O mà nguyên tử cacbon cũng phải có điện tích tổng dương. Như vậy
các nguyên tử cacbon và nitơ góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π.
O

CH
3
–CH–COOH+H
2
N–CH
2
–COOH CH
3
–CH–C–N–CH
2
–COOH

NH
2
NH
2
H

O
–



R
1
– C
+
– N
+
– R
2



H

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 19 -
Còn nguyên 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 nhu sau:

Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:





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








Còn điện tích của hệ thống là:








O
–
δ

3

R
1
– C
+δ
2
– N
+δ
1
– R
2



H

δ
3
= δ
1
+ δ
2
↔ (1+ δ
3
) + (1– δ
2
) + (2– δ
1
) = 4

O
1,397


R
1
– C
0,744
– N
1,859
– R
2



H

O
–
0,397


R
1
– C
0,250
– N
1,859
– R

2



H

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 20 -
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 đó còn 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 được 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 phân tử của cơ chất có nhiều liên kết giống nhau 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 như sơ đồ dưới đây:












Khi tiếp xúc với 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
bị giãn ra và đi đến việc đứt hẳn.



2.2.2.2.Hệ enzyme và đặc điểm của quá trình thủy phân protein
a)Enzyme proteinase (hay còn gọi là endopeptidase)
–C – N –

O H

O

+ 0,121 + 0,260 + 0,228
H
2
N C NH



+ 0,236
O = C = O

+ 0,121 + 0,121
N N

H H
Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 21 -
Enzyme này phân cắt liên kết peptid của đại phân tử protein để tạo thành

albumose, peptone và polypeptid. 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 của enzyme này là khoảng 4,6÷4,9 và có
thể dao động tùy thuộc vào các thông số của cơ chất. Vùng nhiệt độ tối ưu của
poteinase nằm trong khoảng 50÷60
o
C. Proteinase cũng thể hiện hoạt lực của mình
mạnh hơn khi phân cắt các nhóm protein mà điểm đẳng điện của chúng nằm trong
vùng pH tối ưu của nó.
Ở nhiệt độ 50
o
C, dưới tác dụng của enzyme này, sản phẩm tạo thành từ sự
thủy phân protein chủ yếu là các pha thấp phân tử như peptid và polypeptide, còn ở
nhiệt độ 60
o
C thì sản phẩm tạo ra chủ yếu là thuộc nhóm albumose có phân tử
lượng trung bình.
b)Enzyme peptidase (hay còn gọi là exopeptidase)
Enzyme này là nhóm enzyme không ít hơn hai cấu tử, phân cắt polypeptid
thành dipeptid, và sau đó là thành acid amin. Trong khi xúc tác quá trình thủy phân
các mạch polypeptide, nhóm enzyme này tuần tự bẻ gãy các mối liên kết peptid ở
gần các nhóm amin (– NH
2
) phân ly hoặc ở gần nhóm định chức cacboxyl (–
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 cơ chất. Enzyme peptidase chỉ phân cắt dipeptid, còn
polypeptidase thì chỉ phân cắt các mạch polypeptide có ba acid amin trở lên. Nhóm
enzyme peptidase bao gồm các enzyme: aminopeptidase (α – aminoaxyl –
peptidhydrolase) và cacboxypeptidase (peptidyl – aminoacid – hydrolase). Hoạt
lực của enzyme thứ nhất chỉ thể hiện khi trong phân tử của cơ chất có chứa nhóm –
NH
2
–R
1
–CO–NH–R
2
–COOH + H
2
O H
2
N–R
1
–COOH+H
2
N–R
2
–COOH

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 22 -
NH
2
tự do hoặc nhóm – COOH, còn đối 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÷42
o
C. Trong môi trường giàu nước hoạt lực của
chúng yếu dần khi nhiệt độ tăng đến 50
o
C, còn ở nhiệt độ 60
o
C thì phân tử của
chúng bị biến tính phi thuận nghịch.
Một vài yếu tố ảnh hưởng đến sự thủy phân protein:
+ Khi tăng độ chua đến pH = 5,0 thì hàm lượng các hợp chất hòa tan bền
vững chứa nitơ, bao gồm các acid amin, peptid và peptone (pha đạm amin) cùng
albumose cũng tăng.
+ Hàm lượng đạm amin được tạo thành nhiều nhất là ở nhiệt độ 50
o
C.
+ Nhiệt độ tối ưu cho sự tích lũy đạm tổng là từ 50÷55
o
C.
+ Thời gian thủy phân nên tuân theo đúng giới hạn theo quy trình sản xuất,
nếu vượt quá giới hạn này thì sự tích lũy sản phẩm có tăng nhưng không đáng kể.

2.2.3.Phản ứng thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất nước tương
2.2.3.1.Cơ chế của phản ứng thủy phân tinh bột
Không phụ thuộc vào nguồn gốc của chất xúc tác, mỗi khi mối liên kết α –
1,4 và α – 1,6 – glucosid bị phân cắt, thì tại các điểm đó ngay lập tức được liên kết
với các nhóm ion của nước:

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 23 -

CH
2
OH CH
2
OH
H O H H
H H
OH H
1 4
OH H
O O O

H OH H OH

amylase

H
2
O OH
–
+ H
+


Enzyme amylase phân cắt liên
kết α – 1,4 - glucosid


H
+
+ OH
–
H
2
O


amylase CH
2
OH

H O H


1
H

6
H HO
H
2
C O O


OH H

H O H



O OH H O


H OH
Enzyme amylase phân cắt liên kết
α – 1,6 – glucosid

Công nghệ sản xuất nước tương GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
- 24 -
Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột ở môi trường giàu nước bởi enzyme
amylase cho thấy rằng, các chất xúc tác bẻ gãy mối liên kết glucosid giữa nguyên
tử cacbon số 1 (C
1
) với nguyên tử oxy. Ở mạch amylase, khi mối liên kết α – 1,4
– glucosid bị phân cắt thì nhóm hydroxyl (– OH) của nước sẽ liên kết với nguyên
tử C

1
ở gốc glucosid bên trái, còn cation hydro (H
+
) sẽ liên kết với nguyên tử C
4
ở
gốc glucosid 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 nguyên tử C
1
ở mạch
chính, còn

H
+
sẽ liên kết với – O
–
ở nguyên tử C
6
.
Một cách tổng quát, nếu tất cả các mối liên kết glucosid 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 không đáng kể. Lúc đó phương trình tổng quát
của phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn như sau:
(C
6
H
10

O
5
)
n
+ nH
2
O = nC
6
H
12
O
6

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 glucosid trong các polysaccharide là
chỉ có các electron δ mà không có electron π tham gia. Trong trường hợp như vậy,
đóng vai trò phân cực là bộ electron δ. Do hiệu ứng cảm ứng của nguyên tử oxy
trung tâm, nên gây ra một sự tập trung điện tích nào đó trên 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 được biểu diễn như sau (ký hiệu δ
–
chỉ điện tích âm ,còn δ
+
chỉ điện tích
dương):

δ–
O


δ+

δ–
C
1
C
4
C
1 δ–

O O O