Nhu cầu thực phẩm của người Việt đang dần hòa nhập cùng với thế giới. Khi cuộc sống được cải thiện, người dân ngày càng quan tâm hơn về thực phẩm và ảnh hưởng của chúng tới sức khỏe của mọi người. Sản xuất isomaltulose từ mía đường đang là một trong những sự quan tâm của mọi người. Hãy cũng Foodnk tìm hiểu nhé!
Tình hình sản xuất và tiêu thụ
Hiện nay lượng isomaltulose tiêu thụ tại thị trường Việt Nam đa số là sản phẩm nhập khẩu. Trong khi đó, tiềm năng sản xuất isomaltulose tại Việt Nam lại rất lớn:
- Sản lượng đường nước ta rất dồi dào, với diện tích khoảng 250.000 ha nguyên liệu, cho sản lượng mỗi năm khoảng 1,2 – 1,3 triệu tấn cộng với hàng nhập khẩu (chính ngạch và tiểu ngạch) đường nguyên liệu từ phía Trung Quốc và Thái Lan.
- Cả nước ta hiện có khoảng 41 doanh nghiệp hoạt động kinh doanh sản xuất đường, rất thuận lợi để áp dụng sản xuất công nghiệp.
- Sản xuất đường chức năng phù hợp với xu hướng thị trường trong nước và cả thế giới. Đường chức năng giúp giảm tỷ lệ béo phì, tăng cường sức khỏe, dinh dưỡng an toàn cho người tập luyện thể thao và bệnh nhân tiểu đường.
Cùng với nền công nghiệp mía đường của thế giới, ngành đường nước ta đang ở giai đoạn bão hòa. Thế giới đang thừa đường, lượng đường tồn kho của nước ta khoảng 650.000 tấn, gây thiệt hại về kinh tế. Giá mía liên tục giảm trong khi đường nhập khẩu từ Trung Quốc, Thái Lan ngày càng nhiều.
Mặt khác, trên thị trường hiện đã xuất hiện nhiều loại sản phẩm ứng dụng đường chức năng nhằm giảm béo phì, chống sâu răng, thực phẩm ăn kiêng cho người mắc bệnh tiểu đường,… Chúng phần lớn được nhập từ Thái Lan, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc,… Một số đang được các cơ sở nghiên cứu trong nước phát triển.
Do vậy, việc giảm giá thành sản xuất, chuyển hóa đường mía thành đường chức năng isomaltulose. Nhằm đa dạng hóa sản phẩm và nâng cao giá trị thương mại của mía đường. Đang là giải pháp tạo được giá trị lớn không chỉ về kinh tế, mà còn phục vụ tốt hơn cho đời sống xã hội.
Quy trình và phương pháp sản xuất
Quy trình sản xuất đường isomaltulose sử dụng enzyme
Chuyển hóa sucrose thành isomaltulose
Nước RO được gia nhiệt thanh trùng 121°C trong 10 phút, sau đó làm lạnh về 80°C và bổ sung đường mía để đạt nồng độ 40%. Kiểm tra PH của dịch đường, điều chỉnh về PH 6,5 – 7 bằng NaOH và HCl nếu cần thiết. Khi nhiệt độ hạ đạt 40°C, tiến hành bổ sung enzyme sucrose isomerase tái tổ hợp đạt tỷ lệ 10U/mL (tương đương tỷ lệ 25 U/g cơ chất) chuyển hóa ở điều kiện nhiệt độ 40°C/100 rpm trong thời gian 16 giờ. Kết thúc quá trình chuyển hóa, dịch đường isomaltulose sau khi chuyển hóa được chuyển sang thiết bị cô đặc.
Trao đổi ion
Hệ thống cột trao đổi ion sử dụng hạt trao đổi anion UBA120 (DIAIONTM) và trao đổi cation UBK08 (DIAIONTM). Lưu lượng trao đổi 2 – 10 m3/giờ tùy thuộc vào chất lượng dịch. Nhiệt độ làm việc tối đa 120°C, PH 0 – 14. Trong thực nghiệm, sử dụng tại điều kiện nhiệt độ phòng 25 – 30°C, PH 5 – 7, lưu lượng 20 – 50 lít/phút.
Trong thực tế sản xuất tại nhà máy, nguyên liệu đưa vào chuyển hóa tạo đường isomaltulose. Có thể đi từ nguyên liệu dịch đường 40% trực tiếp từ nhiều phân đoạn sản xuất khác nhau. Bên cạnh đó, phương pháp trao đổi ion để làm sạch dịch đường thường được sử dụng tại các nhà máy đường. Do đó, trong quy trình sản xuất này chúng tôi đề xuất công đoạn trao đổi ion để làm sạch dịch đường ứng dụng trong trường hợp sản xuất tại nhà máy với nguyên liệu dịch đường từ nhiều nguồn khác nhau. Thiết bị trao đổi ion có thể loại tạp chất hiệu quả trước khi đi vào quá trình cô đặc hạn chế tối đa tạp chất trong quá trình cô đặc.
Cô đặc dịch đường
Dung dịch đường isomaltulose từ bồn chứa nguyên liệu được bơm tới thiết bị gia nhiệt. Dung dịch đường được đun nóng đến 70°C bằng hơi nước bão hòa có nhiệt độ khoảng 119.6°C (2 at) lấy từ lò hơi. Sau đó được bơm vào nồi cô đặc và được cô đặc đến 70°Bx. Sử dụng thiết bị cô đặc loại màng mỏng, nhiệt độ sôi của dung dịch trong nồi cô đặc duy trì nhiệt độ thấp 70.4°C để hạn chế cháy đường. Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra khỏi nồi cô vào bồn chứa sản phẩm và kiểm tra nồng độ chất tan. Nếu dung dịch chưa đạt đến nồng độ cần thiết thì sẽ được bơm trở lại nồi cô đặc để tiếp tục cô đặc.
Kết tinh đường lần 1
Dịch đường 70°Bx trong bồn chứa được tiến hành kết tinh ở nhiệt độ thường (25°C) trong thời gian 16 – 24 giờ. Có thể kết hợp bổ sung tinh thể isomaltulsoe để tạo mầm kết tinh. Tinh thể đường sau kết tinh được chuyển sang ly tâm.
Ly tâm vắt
Sau khi isomaltulose kết tinh ở nhiệt độ phòng, các hạt tinh thể được tách ra khỏi dịch đường thu hồi bằng cách đưa vào trong túi vải và ly tâm với tốc độ 3.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút. Dịch đường chưa kết tinh sẽ thấm qua túi vải và được thu lại để tiếp tục kết tinh. Có thể sử dụng một lượng nhỏ nước RO để rửa bề mặt tinh thể đường trong ly tâm. Lượng tinh thể đường thu được tiếp tục được tinh sạch bằng cách hòa tan trong nước RO để đạt khoảng 70°Bx và kết tinh lần 2.
Kết tinh đường lần 2
Đường sau khi được hòa tan về 70°Bx bằng nước RO được tiến hành kết tinh lần 2 ở cùng điều kiện kết tinh 1, nhiệt độ thường (25°C) trong thời gian 16 – 24 giờ. Tinh thể đường sau kết tinh được chuyển sang ly tâm.
Ly tâm vắt
Đường tinh thể được ly tâm tốc độ 3.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút. Dịch đường được thu hồi để chuyển sang các công đoạn xử lý khác (cô đặc). Lượng tinh thể đường thu được chuyển sang công đoạn sấy. Dịch đường thu được sau kết tinh lần 2 (tương đối sạch). Được thu hồi và quay trở lại bước kết tinh nhằm tận thu đường sót.
Sấy đường
Sử dụng thiết bị sấy dùng không khí khô là tác nhân trao đổi ẩm, nhiệt độ sấy 45 – 50°C để tránh làm cháy đường. Thời gian sấy từ 8 – 10 giờ, hàm ẩm khi kết thúc đạt dưới 2%. Đường isomaltulsoe thành phẩm được đóng bao và bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát tránh nhiệt độ và độ ẩm cao.
Quy trình sản xuất đường isomaltulose sử dụng trực tiếp nấm men tái tổ hợp
Nhân giống
Nhân giống cấp 1
Chủng nấm men tái tổ hợp P. pastoris CNTP 9102 được hoạt hóa trên môi trường thạch YPD (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose) ở 28°C trong 2 ngày. Lấy một khuẩn lạc nấm men cấy vào 100 ml môi trường YPD lỏng, nuôi lắc ở 28°C với tốc độ 150 rpm trong 24 giờ.
Nhân giống cấp 2
Chuyển 10 mL sinh khối cấp 1 sang 990 mL môi trường YPD lỏng. Nuôi lắc ở 28°C với tốc độ 150 rpm trong 2 ngày.
Nhân giống cấp 3
Chuyển 1L sinh khối cấp 2 vào hệ thống lên men 500L chứa 200L môi trường YPD lỏng, nuôi lắc 150rpm, 28°C trong 24 giờ ở chế độ hiếu khí.
Chuyển hóa
100L giống cấp 3 được chuyển vào hệ thống lên men 1.500L chứa 600L môi trường chuyển hóa SPY (0,5% yeast extract, 1% peptone, 40% sucrose) nuôi lắc 100 – 150rpm, 28°C ở chế độ hiếu khí. Sau hơn 16 giờ, sucrose được chuyển hóa hoàn toàn thành đường isomaltulose.
Lọc khung bản
Lọc khung bản được áp dụng để tách sinh khối tế bào khỏi dịch đường sau chuyển hóa. Dịch lọc đầu vào được chứa trong thiết bị 200L. Được bơm qua qua hệ thống lọc dưới áp suất 0,15 – 0,2MPa. Độ chênh lệch áp suất đầu ra duy trì dưới 0,1MPa. Lưu lượng đầu ra điều chỉnh trong khoảng 100 – 300L/giờ để đảm bảo áp suất lọc.
Máy lọc khung bản gồm một dãy các khung và bản lọc có cùng kích thước, xếp liền nhau. Khung và bản có tay tựa trên hai thanh nằm ngang, giữa khung và bản có vải lọc. Giới hạn hai đầu gồm tấm cố định, đầu kia là tấm di động, di chuyển được nhờ tay quay. Ép chặt khung bản với một lực bằng cơ cấu vít đai ốc được thực hiện bởi tay quay. Toàn bộ thiết bị lọc được đặt trên bệ đỡ. Lỗ dẫn truyền nhập liệu của khung và bản lọc nối liền tạo thành ống dẫn nhô ra để ghép với hệ thống cấp liệu. Nước lọc từ bản lọc chảy xuống để lấy ra theo van.
Dưới tác động của áp suất, dịch tế bào được đưa vào rãnh rồi và các khoảng rỗng của khung. Chất lỏng thấm qua vải lọc sang các rãnh của bản lọc tiếp theo rồi theo van ra ngoài. Các hạt huyền phù, tế bào vi sinh vật được giữ lại trong khung. Để loại bỏ phần cặn này, ngừng cấp liệu sau đó xả bã nấm men và rửa vải lọc thủ công.
Trao đổi ion
Dịch đường sau lọc khung bản được trao đổi ion sử dụng hệ thống cột trao đổi ion UBA120 (DIAIONTM) và UBK08 (DIAIONTM) điều kiện nhiệt độ phòng 25 – 30°C, PH 5 – 7, lưu lượng 20 – 50lít/phút. Lưu lượng trao đổi 2 – 10 m3/giờ tùy thuộc vào chất lượng dịch. Nhiệt độ làm việc tối đa 120°C, PH 0 – 14.
Cô đặc dịch đường
Dung dịch đường isomaltulose từ bồn chứa nguyên liệu được bơm tới thiết bị gia nhiệt. Dung dịch đường được đun nóng đến 70°C bằng hơi nước bão hòa có nhiệt độ khoảng 119.6°C (2 at) lấy từ lò hơi. Sau đó được bơm vào nồi cô đặc và được cô đặc đến 70°Bx. Sử dụng thiết bị cô đặc loại màng mỏng. Nhiệt độ sôi của dung dịch trong nồi cô đặc duy trì nhiệt độ thấp 70,4°C. Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra khỏi nồi vào bồn chứa sản phẩm và kiểm tra nồng độ chất tan. Nếu dung dịch chưa đạt đến nồng độ cần thiết thì sẽ được bơm trở lại nồi cô đặc để tiếp tục cô đặc.
Kết tinh
Dịch đường 70°Bx trong bồn chứa được tiến hành kết tinh ở nhiệt độ thường (25°C) trong thời gian 16 – 24 giờ. Có thể kết hợp bổ sung tinh thể isomaltulsoe để tạo mầm kết tinh. Tinh thể đường sau kết tinh được chuyển sang ly tâm.
Ly tâm vắt
Sau khi isomaltulose kết tinh ở nhiệt độ phòng. Các hạt tinh thể được tách ra khỏi dịch đường thu hồi bằng cách đưa vào trong túi vải và ly tâm với tốc độ 3.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút. Dịch đường chưa kết tinh sẽ thấm qua túi vải vào được thu lại để tiếp tục kết tinh. Có thể sử dụng mộ lượng nhỏ nước RO để rửa bề mặt tinh thể đường trong ly tâm.
Sấy đường
Sử dụng thiết bị sấy dùng không khí khô là tác nhân trao đổi ẩm. Nhiệt độ sấy từ 45 đến 50°C để tránh làm cháy đường. Thời gian sấy từ 8 – 10 giờ, hàm ẩm khi kết thúc đạt dưới 2%. Đường isomaltulose thành phẩm được đóng bao. Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát tránh nhiệt độ và độ ẩm cao.
Ưu điểm công nghệ và Hiệu quả kinh tế
Quá trình lên men dễ điều khiển. Sản phẩm sau lên men dễ bảo quản do không bị biến đổi thêm.
Chủng chủ không độc hại, từng được dùng cho sản xuất protein sinh khối. Cắt bỏ công đoạn sản xuất enzyme (trong công nghệ sử dụng trực tiếp chủng).
Bổ sung dinh dưỡng tối thiểu, giảm chi phí loại bỏ tạp chất.
Có thể tích hợp sản xuất isomaltulose vào các nhà máy đường mía với đầu tư tối thiểu (đặc biệt khi dùng dịch mía ép làm nguyên liệu).
Linh Như
