Đang tải... (xem toàn văn)
Thuật ngữ lên men trong tiếng Anh hay Pháp (hoặc một số ngôn ngữ khác) là fermentation có nguồn gốc từ tiếng La tinh fervere có nghĩa là sôi hay ferveo có nghĩa là sủi bọt. Lý do là thuật ngữ này ra đời khi người ta quan sát quá trình lên men rượu thấy dịch nho bị sủi bọt do khí CO2 thoát khỏi dịch nho giống như khi nước sôi. Ý nghĩa của thuật ngữ này cũng thay đổi theo thời gian cùng với sự phát triển của kỹ thuật lên men
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Báo cáo đề tài SẢN PHẨM LÊN MEN TỪ ĐẬU NÀNH NHỮNG BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN Mơn: Hóa học thực phẩm MỤC LỤC Các biến đổi lên men đậu nành I Giới thiệu chung đậu nành Mô tả Cây thân thảo, sống năm, cao 40 – 80cm cành mảnh, có lông màu trắng Lá kép mọc so le, gồm chét hình bầu dục trái xoan, gốc tròn, đầu nhọn, dài 3-12 cm, rộng 2- 8cm, chét bên lệch, hai mặt có lơng rải rác, gân 3; cuống chung dài 7- 10cm, có lơng Cụm hoa mọc thành chùm ngắn kẽ lá; hoa nhỏ màu trắng tím; đài hình chng, phủ lơng mềm; tràng có cánh cờ rộng, khơng có tai; nhị bó; bầu có lơng Thân Hình Cây đậu nành Quả đậu nành có nhiều lơng mềm màu vàng, mọc thỏng xuống, dài khoảng 34cm; thắt lại hạt; hạt 2-5, màu trắng vàng Mùa hoa quả: tháng 6-8 Hình Hạt đậu nành Phân bố, sinh thái Là giống trồng cổ điển Cây trồng vùng Đông – Bắc Trung Quốc kỷ thứ XI trước Công nguyên sau lan vùng Mãn Châu Lý, Triều Tiên, Nhật Bản Viễn Đông Nga Đậu nành trồng Việt Nam nước khác Đông Nam Nam Á có nguồn gốc từ Đơng – Bắc Á Các biến đổi lên men đậu nành Năm 1765, Samuen Bowen đưa đậu tương Trung Quốc vào Hoa Kỳ Từ Hoa Kỳ, tiếp tục phổ biến sang nước Trung Nam Mỹ Ngày nay, đậu tương trở thành phổ biến rộng rãi từ vùng ôn đới ấm đến vùng nhiệt đới, Nam Bắc bán cầu Là trồng lâu đời, lại thường xuyên nghiên cứu lai tạo giống mới, tập đồn đậu tương giới có vài ngàn chủng loại Bên cạnh đặc điểm hình dạng, kích thước cây, màu sắc, phẩm chất hạt, chủng giống đặc trưng khả thích nghi với điều kiện thời tiết, khí hậu sức chống chịu sâu bệnh vùng trồng khác Ngay Việt Nam, gần vùng sinh thái có đậu tương truyền thống trồng Vài năm trở lại đây, nhập nội lai tạo nên nước có thêm nhiều giống bổ sung Nói chung, đậu tương lồi có biên độ sinh thái rộng Tùy theo giống, mà biên độ nhiệt thích nghi từ 15oC đến 32oC Đó ưa ẩm, ưa sáng, sinh trưởng phát triển nhanh Từ giống đậu tương cổ điển có vòng đời 5-6 tháng, có giống tháng cho thu hoạch Cây thích nghi với nhiều loại đất Tuy nhiên, độ pH thích hợp – 6,5, vượt giới hạn bất lợi… Do có giá trị dinh dưỡng cao thời gian trồng ngắn, nên đậu tương trở thành trồng kinh tế quan trọng giới Theo số liệu PROSEA, N O 1, năm giới có khoảng 52,6 triệu hecta trồng đậu tương, với tổng sản lượng 96 triệu Hoa Kỳ nước đứng đầu giới (48% tổng diện tích với 56% tổng sản lượng), Braxin (10 triệu ha, 16 triệu tấn) Trung Quốc (7,5 triệu ha, 10 triệu tấn)… Diện tích sản lượng Việt Nam mức khiêm tốn (14.900 ha, 120.000 tấn), song bước đầu có sản phẩm tham gia vào thị trường giới Giá trị dinh dưỡng đậu nành Đậu nành thực phẩm có dạng hạt, chứa lượng protein từ thực vật dồi Bên cạnh đậu nành chứa cholesterol natri tốt cho tim mạch Đồng thời đậu nành nguồn tốt cung cấp Folate Mangan Hạt đậu nành chứa: 8% nước, 5% chất vô cơ, 15-25% glucose, 15-20% chất béo, 35-45% chất đạm với đủ loại amino acid cần thiết (isoleucin, lysin, metionin, pheny lalanin, tryptophan, valin) nhiều sinh tố, khoáng chất, Ca, Fe, Mg, P, K, Na, S, vitamin A, B1, B2, D, E, F, enzyme, sáp, nhựa, cellulose Các biến đổi lên men đậu nành Vì có nhiều chất đạm nên đậu nành coi “thịt không xương” nhiều quốc gia Á Châu Đạm tốt để thay cho thịt động vật có mỡ cholesterol Đậu nành có nhiều đạm thịt, nhiều calcium sữa bò, nhiều lecithin trứng Các amino acid cần thiết mà thể không tạo có đậu nành Hình Bảng giá trị dinh dưỡng hạt đậu nành Thành phần dinh dưỡng sữa đậu thành có nhiều điểm tương tự với sữa bò Sữa đậu nành có lượng protein cao gần sữa bò, nhiều calcium sữa bò Sữa đậu nành có ưu điểm khơng có lactose, thay sữa bò cho người bị dễ bị đau bụng lactose Sữa đậu nành chứa chất béo bão hòa sữa bò, có lợi cho tim mạch Giá trị thật dinh dưỡng người thừa nhận qua sống, khơng dừng lại nhà khoa học dinh dưởng học tiếp tục nghiên cứu đặc điểm có lợi để sử dụng nguồn dinh dưỡng Đậu nành có tỷ lệ protit Lipit vượt xa lượng chất dinh dưỡng có thịt, nhiều protein Người ta thấy protein động vật vừa khó hấp thu, vửa để lại hợp chất cặn xấu cho thể, làm suy thoái nhanh gây nhiều chứng bệnh nan y, ngược lại Protein đậu nành có lợi cho thể, khơng để lại hợp chất gây bệnh, lại có đặc tính đặc biệt khả kết hợp với prorein từ ngũ cốc, mức độ đó, bổ sung cho để tạo nhiều loại dưỡng chất tương ứng với nguồn gốc từ động vật protein trứng, cá nhiều loại khác Vì mà protein đậu nành dùng thay protein động vật làm giảm khiếm khuyết mà protein động vật gây ra, Các biến đổi lên men đậu nành đồng thời nhờ tính kết hợp, cung cấp cho thề nhiều hợp chất phong phú đáp ứng trình trao đổi chất thể Bên cạnh chất béo chứa mỡ bão hồ khơng có hại mà lại thể dễ hấp thụ, chống béo phì, mở máu, chất béo khơng bão hoà chiếm 60% so vời bão hoà 15%, có loại axit Linolenic Linolic ảnh hưởng tốt lên hệ tuần hồn phòng ung thư Chất xơ đóng vai tró cải thiện tình trạng tiêu hoá ruột, hạn chế ung thư ruột kết Nhiều hợp chất khác có đậu nành có tính dược lý cao, nhà khoa học khám phá họ khẳng định chúng có khả ngăn chặn hữu hiệu bệnh tim mạch, làm tăng khả chịu đựng hoạt động bắp, giảm khối lượng mỡ, giữ cho thể thon thả khoẻ mạnh Trong hạt đậu nành giàu Vitamin A, E, K với khoáng chất Potassium sắt, kẽm phốt bổ sung đảm bảo cho thể có đầy đủ dưỡng chất Một số sản phẩm lên men từ đậu nành Một số sản phẩm lên men từ đậu nành trình bày bảng sau: Tên Nước tương lên men truyền thống Hình ảnh Nguồn gốc Mơ tả Trung Quốc Xì dầu hay nước tương (phương ngữ miền Nam Việt Nam) loại nước chấm sản xuất cách lên men hạt đậu tương, ngũ cốc rang chín, nước muối ăn Các biến đổi lên men đậu nành Chao Tương Miso Natto Hàn Quốc Chao sản phẩm lên men từ sữa đậu nành đông đặc vi sinh vật tiết enzyme để chuyển hóa thành phần đạm, béo, đường có sữa đậu nành thành phần tử đơn giản acid amin, acid béo, đường đơn… Nhờ vậy, chao có mùi thơm vị béo đặc biệt Miso làm từ đậu nành hấp trộn với muối mốc cấy gạo, lúa mì đậu nành , làm chất mồi Nhật Bản cho q trình lên men Miso có mùi vị giống nước tương lên men Nó có dạng paste Natto hạt đậu nành luộc chín ủ Nhật Bản với vi khuẩn Bacillus subtilis có rơm rạ Đậu phụ thối Trung Quốc Là loại đậu phụ lên men có mùi mạnh Bột đậu nành lên men Đơng Đông Nam Á Là loại thực phẩm lên men làm từ đậu nành Các biến đổi lên men đậu nành Doubanjiang Thua nao Trung Quốc Được làm từ đậu rộng, đậu nành lên men, muối Là gia vị cay, mặn, gọi “ linh hồn ẩm thực Tứ Xuyên” Thái Lan Là loại sản phẩm truyền thông lên men từ đậu nành Thái Lan Nó sản xuất cách lên men đậu nành nấu chín với vi khuẩn tự nhiên II Tổng quan lên men Định nghĩa Thuật ngữ "lên men" tiếng Anh hay Pháp (hoặc số ngơn ngữ khác) fermentation có nguồn gốc từ tiếng La tinh "fervere" có nghĩa sơi hay "ferveo" có nghĩa sủi bọt Lý thuật ngữ đời người ta quan sát trình lên men rượu thấy dịch nho bị sủi bọt khí CO khỏi dịch nho giống nước sôi Ý nghĩa thuật ngữ thay đổi theo thời gian với phát triển kỹ thuật lên men Công nghệ lên men thành phần cơng nghệ sinh học, tác nhân sinh học sử dụng vi sinh vật (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc) Như ta xem lên men biến đổi nguyên liệu tác động vi sinh vật, ta biểu diễn q trình lên men phản ứng tổng quát : Cơ chất Vi sinh vật Sản phẩm Về thực chất, chuyển hóa xảy tác động enzym từ vi sinh vật Các biến đổi lên men đậu nành Ghi chú: ta sử dụng thuật ngữ "cơ chất" để thành phần bị biến đổi để tạo thành sản phẩm Cơ chất tồn ngun liệu số thành phần nguyên liệu Yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men đậu nành Chất lượng giống vi sinh vật Cần bổ sung lượng giống vi sinh vật phù hợp cho trình lên men đậu nành Nếu lượng giống cấy q điều kiện lên men kéo dài Ngồi ra, giai đoạn đầu q trình lên men, vi sinh vật nhiễm môi trường dễ phát triển làm ảnh hưởng xấu đến suất chất lượng sản phẩm Ngược lại, lượng giống cấy nhiều làm tăng chi phí cho q trình nhân giống Trong cơng nghệ lên men thực phẩm, lượng giống cấy nhiều làm thay đổi tỉ lệ sản phẩm phụ tạo thành q trình lên men, từ giá trị cảm quan thực phẩm lên men bị thay đổi Vì cần dùng phương pháp thực nghiệm xác định lượng giống cấy thích hợp Chất lượng nguyên liệu đậu nành Để trình lên men đạt chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu cần chọn nguồn nguyên liệu đậu nành tốt, không sâu bệnh, không nhiễm vi sinh vật trình bảo quản Nguồn nguyên liệu phải đồng nhất, lựa chọn kiểm tra kỹ trước đưa vào sản xuất Nhiệt độ cung cấp cho trình lên men Nhiệt độ ảnh hưởng đến sinh trưởng, hoạt tính trao đổi chất vi sinh vật chất lượng thực phẩm lên men Vì cần chọn nhiệt độ lên men thích hợp để tăng suất chất lượng sản phẩm cao nhất, đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất Thơng thường, q trình lên men nhiệt độ thấp kéo dài Ngược lại, lên men nhiệt độ cao làm giảm bất thuận nghịch hoạt tính trao đổi chất vi sinh vật Nếu lên men thực phẩm nhiệt độ cao tổn thất cấu tử hương sản phẩm gia tăng Trong công nghệ lên men thực phẩm, nhiệt độ tối ưu trình lên men khơng trùng với nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng vi sinh vật Ảnh hưởng pH Các biến đổi lên men đậu nành Giá trị pH ảnh hưởng đến trao đổi chất vi sinh vật Mỗi loài vi sinh vật phát triển pH định Mặt khác, trình lên men, vận chuyển chất qua màng tế bào làm cho pH thay đổi Vì vậy, cần điều chỉnh giá trị pH thích hợp để q trình lên men diễn thuận lợi, đạt hiệu suất tối ưu Thời gian lên men Ứng với loại sản phẩm lên men từ đậu nành có thời gian lên men khác Thời gian lên men phụ thuộc vào giống vi sinh vật nuôi cấy nguyên liệu dạng sản phẩm cần thu nhận Vi sinh vật thường có lên men đậu nành Thành phần đậu nành protein, gluxit nên lên men đậu nành chủ yếu trình thủy phân protein, gluxid thành phân tử nhỏ tác dụng enzyme Các enzyme chủ yếu nấm mốc sinh tổng hợp Hai enzyme chủ yếu amylaza proteaza - Amylaza thủy phân tinh bột đường dextrin có phân tử lượng nhỏ Proteaza thủy phân protein thành axid amin peptit coa phân tử lượng nhỏ Hình Enzyme Amylaza (trái) enzyme Proteaza (phải) Các loài nấm mốc: Mucor, Aspergillus, Rhizopus thường có hoạt tính amylaza proteaza cao, phát triển nhah nên thường dùng sản phẩm lên men đậu nành Ngồi ra, q trình lên men đậu nành có vi sinh vật sản sinh sản phẩm lên men nhờ trình trao đổi chất Các vi sinh vật thường vi khuẩn, vi khuẩn hấp thu chất dinh dưỡng có phân tử lượng nhỏ acid amin, acid béo, peptit 10 Các biến đổi lên men đậu nành ngắn, đường lên men tạo thành sản phẩm lên men thải vào mơi trường Điển vi khuẩn lactic chuyển hóa đường thành acid latic, kết làm cho thực phẩm có vị chua acid latic Một số vi khuẩn khác qua trình trao đổi chất tạo hương cho sản phẩm Trong trình lên men truyền thống sản phẩm từ đậu nành có giai đoạn ngâm nước đậu Trong nước đậu có vi khuẩn Bacillus subtilic phát triển, vi khuẩn có tính kháng khuẩn nên gây ức chế vi sinh vật có hại cho sản phẩm Tóm lại, lên men đậu nành, vi sinh vật chủ yếu mấm mốc vi khuẩn Hình Đậu nành lên men vi khuẩn Bacillus subtilis natto quan sát kính hiển vi 11 Các biến đổi lên men đậu nành Hình Mốc khúc (Aspergillus) nước chấm 12 Các biến đổi lên men đậu nành Hình Các giống mốc dùng sản xuất chao Actinomucor elegans (trái) Mucor hiemalis (phải) Hình Aspergillus Oryzae, giống vi sinh vật lên men nước tương Hình Rhizopus oligosporus lên men Tempeh 13 Các biến đổi lên men đậu nành III Những biến đổi trình lên men Biến đổi protein đậu nành Thủy phân protein Phản ứng thủy phân sở kĩ thuật nhiều trình chế biến thực phẩm, sản xuất nước tương, sản phẩm lên men Trong trình lên men đậu nành, phản ứng thủy phân protein phản ứng xảy chủ yếu quan trọng Khi thủy phân làm cho protein đậu nành chuyển thành chất trung gian đơn giản sản phẩm cuối acid amine Protein đậu nành gồm có axit amin là: Methionine Tryptophan Ngồi có axit amin khác như: Lysine, Leucine, Isoleucine, Valine, Threonine, Phenylalanine Trong môi trường acid, tryptophan bị phân hủy Trong môi trường kiềm, arginin, acid amine chứa lưu huỳnh (Methionine) bị phân hủy Xảy q trình racemic hóa (acid amine chuyển sang dạng D dẫn đến khơng giá trị dinh dưỡng) Sự biến tính protein nhiệt Trong q trình gia công kĩ thuật nguyên liệu giàu protein đậu nành bên cạnh biến đổi có định hướng mong muốn, xảy biến hóa phụ ngồi dự định nhiều khơng mong muốn Đó biến đổi protein q trình gia nhiệt Hầu sản phẩm có trình gia nhiệt xảy Gia nhiệt Khi gia nhiệt vừa phải protein đậu nành bị biến tính Khi độc tố có chất protein đậu như: antitripsin đậu nành vào thực phẩm theo nguyên liệu độc tính Ở nhiệt độ có tác dụng làm cho số thực phẩm giàu Collagen, Glixinin đậu nành dễ dàng tiêu hóa mạch peptid bị duỗi giải tỏa gốc acid amin tạo điều kiện cho proteaza tác dụng thuận lợi 14 Các biến đổi lên men đậu nành Ngồi có tác dụng kìm hãm hoạt động số enzyme đường tiêu hóa (Antitrypsin Xunitz Bowman đậu nành làm tăng q trình tiêu hóa sản phẩm đậu nành) Khi gia nhiệt nhiệt độ cao thực phẩm giàu Protein điều kiện pH trung tính môi trường kiềm Arginine đậu nành chuyển thành Omitin, Ure, Sitrulin, Amoniac Ngoài điều kiện Lysine, Threonine đậu nành bị phân hủy Ở nhiệt độ xảy trình thủy phần liên kết peptid đồng phân hóa gốc acid amine, tạo hỗn hợp racemic làm giảm 50% giá trị dinh dưỡng sản phẩm Lúc gia nhiệt làm hợp chất (chiếm hàm lượng nhỏ) như: cestrogen, goitrogen, sterol, chất phản vitamin bị biến tính ta loại xét mặt dinh dưỡng chúng khơng có lợi đơi chất độc Giảm nhiệt - Kìm hãm hoạt động vi sinh vật nhiệt độ OOc Tăng phẩm chất cho đậu nành Làm hại cấu trúc tế bào Sự biến đổi protein enzyme Trong trình bảo quản đậu nành thường xảy tượng ôi thối làm giá trị dinh dưỡng Nguyên nhân tượng tác dụng enzyme có sẵn thực phẩm vi sinh vật xâm nhập từ mơi trường ngồi vào Protein đậu nành tác dụng phân hủy enzyme 50% - 60% protein chuyển hóa thành dạng hòa tan, có 10% acid amin peptid có trọng lượng phân tử thấp Khả thủy phân enzyme biểu thị tỷ số N.fomol/N toàn phần (tốc độ thủy phân) N hòa tan/ N tồn phần (tốc độ hòa tan) Trong q trình biến đổi có xảy phản ứng đặc trưng: a) Phản ứng khử amin: NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH + H2O NH2-CH2-(CH2)3-CH(OH)-COOH + NH3 NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH + H2 Enzyme VSV b) Phản ứng khử nhóm cacboxyl 15 NH2-CH2-(CH2)3-CH2-COOH + NH3 Các biến đổi lên men đậu nành Phản ứng tạo thành dạng amin khác o Phản ứng khử methionine CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH o CH3-S-CH2-CH2-CH2-NH2 + CO2 decarboxylase Khử nhóm Lysine tạo thành Cardaver NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH NH2-CH2-(CH2)3-CH2-NH2 + CO2 decarboxylase c) Phản ứng deamin, decarboxyl o Phản ứng khử amin khử carboxyl Methionine + CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH CH3-S-CH2-CH2-OC-COOH decarboxylase CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH CH3-S-CH2-CH2-CH(OH)-COOH o enzyme +H2O - CO2 CH3-S-CH2-CH2-OC-COOH + NH3 CH3-S-CH2-CH2-CHO + CO2 CH3-S-CH2-CH2-CH(OH)-COOH + NH3 CH3-S-CH2-CH2-CH2-OH + CO2 Phản ứng khử amin khử cacboxyl lysine + NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH NH2-CH2-(CH2)3-CO-COOH enzyme decarboxylase NH2-CH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH NH2-CH2-(CH2)3-CH(OH)-COOH +H2 - CO2 NH2-CH2-(CH2)3-CO-COOH + NH3 NH2-CH2-(CH2)3-CHO + CO2 NH2-CH2-(CH2)3-CH(OH)-COOH + NH3 NH2-CH2-(CH2)3-CH2-OH + CO2 d) Phản ứng tạo mercaptan Phản ứng thường xảy với acid amine có chứa lưu huỳnh 16 Các biến đổi lên men đậu nành CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH + 2H CH3-S-CH2-CH2-CH3 + CO2 + NH3 e) Phản ứng tạo Phosphine H3PO4 -3O2 PH3 (phosphine) Ngồi ra, q trình lên men, biến đổi protein đậu nành liên quan đến phản ứng tạo thành scatol, crezol, phenol sản phẩm độc có mùi khó chịu Biến đổi tinh bột đậu nành Trong trình này, xét phản ứng thủy phân tinh bột chủ yếu m(C6H10O5)n Tinh bột IV H2O Amylase n(C6H10O5)m (m