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
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.Cơng 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
-1-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
3.1.3.Thành phần hóa học của hạt đậu nành.............................................................37
3.2.Khơ đậu nành ...............................................................................................................42
3.3.Bột mì ..........................................................................................................................43
3.4.Nấm mốc Aspergillus oryzae ........................................................................................45
3.4.1.Độ ẩm của mơi trường ....................................................................................46
3.4.2.Độ ẩm tương đối của khơng khí ......................................................................46
3.4.3.Ảnh hưởng của khơng 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 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
NƯỚC TƯƠNG.................................................................................................................62
4.1.Sơ đồ quy trình cơng nghệ ............................................................................................63
4.2. Thuyết minh quy trình cơng nghệ ................................................................................64
4.2.1.Rang (bột mì)..................................................................................................64
4.2.2.Nghiền ............................................................................................................64
4.2.3.Phối liệu và trộn nước.....................................................................................66
-2-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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
-3-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 cơng nghệ là cơng 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 tồn từ q trình sản xuất tới sản phẩm cuối cùng đến tay
người tiêu dùng. Cịn 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 địi 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
-4-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
cịn 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 CƠNG NGHỆ
SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG
Dù đã hết sức cố gắng nhưng cũng không thể nào tránh khỏi những sai sót,
rất mong cơ 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 “Cơng nghệ
sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men” này.
-5-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
Chương 1
GIỚI THIỆU
TỔNG QUAN VỀ
NƯỚC TƯƠNG
-6-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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,…
Nước tương là loại gia vị phổ biến trong bữa
ăn hằng ngày
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 tồn 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.
-7-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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
Thành
Hàm
phần
lượng
lượng
(g/l)
(g/l)
Đạm
tồn
phần
(tính
Thành phần
Hàm
15÷21,6
Phenylalanin
7
8,5÷13
Methionin
3,32
Lysine
6,5
theo Nitơ)
Nitơ
Đường
14,5÷15,3
Lipid
17÷25
Muối ăn
Acid
(theo
200÷250
2÷8
acid acetic)
NH3
Chất khơ
325÷387
pH
5,9÷6,2
Khối
lượng
riêng (g/ml)
1÷2
1.3.Acid amin
-8-
1,01÷1,04
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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,…
1.4.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.
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. 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.
-9-
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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.
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.
- 10 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
Chương 2
KỸ THUẬT
SẢN XUẤT
NƯỚC TƯƠNG
- 11 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
2.1.Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất nước tương
Cơ sở của cơng 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 khơng hồn
tồn. Các sản phẩm thủy phân chưa hồn tồn 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, H2SO4) 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
+ Thời gian và quy
Nhược điểm
+ Độc hại với cơng nhân
trình sản xuất được rút
sản xuất do sử dụng acid
ngắn.
mạnh, kiềm mạnh, áp
+ Hiệu suất thủy phân
suất cao, nhiệt độ cao.
cao, giàu acid amin,
+ Sinh ra chất 3MCPD
- 12 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 + Hiệu suất thủy phân
chế tạo, giá thành không không cao.
cao, phù hợp với điều + Thời gian và quy trình
kiện sản xuất ở địa sản xuất kéo dài hơn
phương, vốn đầu tư ban phương pháp hóa giải, cần
đầu không lớn, không thêm công đoạn nuôi mốc
cần sử dụng thiết bị chịu giống để thủy phân.
nhiệt, chịu kiềm, chịu áp
suất và nhiệt độ cao…
+ Không độc hại với
- 13 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
cơng nhân.
+ Điều kiện sản xuất nhẹ
nhàng, ơn hịa như nhiệt
độ khơng q cao, pH
trung tính hoặc aicd yếu,
áp suất thường.
+ Khơng tổn hao acid
amin trong q trình sản
xuất.
2.1.3. 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 phải 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 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 + Phải sử dụng nhiều loại
- 14 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
giản.
enzyme.
+ Khơng khơng cần sử + Chi phí sản xuất cao.
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, ơn hịa.
+ Khơng tổn hao acid
amin trong q trình sản
xuất.
2.2.Các phản ứng thủy phân tiêu biểu trong cơng 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
- 15 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 CO2 và H2O. 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 (cịn gọi là sự ơi
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
R1R2
+
H2O
R1OH
+
R2H
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:
- 16 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
Esterase
R1 – COO – R2 + H2O
Các ester
R1 – COOH + R2OH
Glucosidase
R – O – R3 + H2O
Glucid, Peptid
R – OH + R3OH
Peptidase
R4 – CO – NH – R5 + H2O
R4– COOH + R5 – NH2
Protid, Peptid
Amidase
R – CO – NH2 + H2O
Amid
R – COO – NH4
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 vịng mà trong
phân tử có chứa ít nhất một nhóm amin (–NH2) 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.
- 17 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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:
O
CH3–CH–COOH+H2N–CH2–COOH
CH3–CH–C–N–CH2–COOH
NH2
NH2
H
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 khơng 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:
O–
R1 – C+ – N+ – R2
H
Khi đó ngun 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 thơi.
Ngồi 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 ngun tử cacbon và nitơ góp vào hệ thống electron π ít hơn một electron π.
- 18 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 nhu sau:
O– δ3
R1 – C+δ2 – N+δ1 – R2
H
Về sự cân bằng điện tích ta có thể viết:
δ3 = δ1 + δ2
↔ (1+ δ3) + (1– δ2) + (2– δ1) = 4
Bằng phương pháp quỹ đạo phân tử, người ta đã tính được sự phân bố bốn
electron của hệ thống như sau:
O1,397
R1 – C0,744 – N1,859 – R2
H
Còn điện tích của hệ thống là:
O–0,397
R1 – C0,250 – N1,859 – R2
H
- 19 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 cịn 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:
O
+ 0,121
+ 0,260
H2N
+ 0,228
C
NH
+ 0,236
O=C
=O
+ 0,121
+ 0,121
N
N
H
H
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
–C – N –
bị giãn ra và đi đến việc đứt hẳn.
O H
2.2.2.2.Hệ enzyme và đặc điểm của quá trình thủy phân protein
a)Enzyme proteinase (hay còn gọi là endopeptidase)
- 20 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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:
NH2–R1–CO–NH–R2–COOH + H2O
H2N–R1–COOH+H2N–R2–COOH
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÷60oC. 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 50oC, 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, cịn ở
nhiệt độ 60oC 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 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 (– NH2) 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, cịn
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 –
- 21 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
NH2 tự do hoặc nhóm – COOH, cịn 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÷42oC. Trong mơi trường giàu nước hoạt lực của
chúng yếu dần khi nhiệt độ tăng đến 50oC, còn ở nhiệt độ 60oC 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 hịa 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 50oC.
+ Nhiệt độ tối ưu cho sự tích lũy đạm tổng là từ 50÷55oC.
+ 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:
- 22 -
Công nghệ sản xuất nước tương
H
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
CH2OH
O H
H
OH
H 1
CH2OH
H
H
OH
4
O
H
O
H
O
OH
H
OH
amylase
OH–
H2O
H+
+
Enzyme amylase phân cắt liên
kết α – 1,4 - glucosid
H+
OH–
+
H2 O
amylase
CH2OH
H O
H
H
HO
1
H
6
H2C
O
O
OH
H
O
H
O H
OH
H
H
OH
O
Enzyme amylase phân cắt liên kết
α – 1,6 – glucosid
- 23 -
Công nghệ sản xuất nước tương
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Thu Sang
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 glucosid giữa nguyên
tử cacbon số 1 (C1) 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 C1 ở gốc glucosid bên trái, còn cation hydro (H+) sẽ liên kết với nguyên tử C4 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 ngun tử C1 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 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 khơng đáng kể. Lúc đó phương trình tổng qt
của phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn như sau:
(C6H10O5)n + nH2O = nC6H12O6
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 khơng có electron 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
trung tâm, nên gây ra một sự tập trung điện tích nào đó trên ngun 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 ,cịn δ+ chỉ điện tích
dương):
δ–
O
δ+
δ–
O
C1
C4
O
- 24 -
C1
δ–
O