Đồ án Sản xuất tinh bột gạo

.................................................................... 42 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 1 Phần 1: GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 2 I. GẠO: Họ : Poaceae/Gramineae . Phân họ : Oryzoideae. Tộc : Oryzeae. Chi : Oryza. Loài : Oryza Sativar L. Hình 1: Cây lúa (Oryza sativa) Gạo là cây lương thực chính của thế giới. Khoảng 90% sản lượng gạo thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở châu Á. Mức sản xuất và tiêu thụ ở Mỹ, một nước mà gạo không phải là lương thực chính, cũng đang tăng lên 40% suốt từ 1980 đến 1995 và tăng thêm 25% từ 1995 đến 2005. Giá gạo ở Mỹ cho thấy sự tăng lên đáng chú ý vào năm 2007, đến 75% so với giá của nó năm 2003. Sự tăng giá này là do sự gia tăng nhu cầu về gạo trong nước Mỹ và thị trường quốc tế nhưng sản lượng gạo lại không tăng. Mức sử dụng của gạo trên thế giới trong năm 2005 khoảng 406 triệu mét tấn (mmt). Gạo chủ yếu được sản xuất ở những khu vực như Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc và Philipine. Ngoài châu Á, vùng sản xuất gạo chủ yếu ở Brazil, Mỹ, Ai Cập, Colombia, Nigeria và Ý. Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 3 1.1. Cấu tạo của hạt lúa: Hình 2: Cấu trúc hạt lúa Cấu tạo của hạt lúa gồm những thành phần sau: 1.1.1. Vỏ trấu:  Là lớp bao ngoài cùng của hạt lúa.  Gồm các tế bào rỗng có thành hóa gỗ có thành phần là cellulose.  Các tế bào vỏ trấu được kết với nhau nhờ khoáng và lignin.  Độ dày vỏ trấu tùy thuộc vào giống hạt, vào độ mẩy: trong khoảng 0.120.15mm, chiếm khoảng 1819.6% so với toàn hạt. 1.1.2. Vỏ quả và vỏ hạt:  Vỏ quả: Liên kết không bền với vỏ hạt.  Thành phần vỏ quả thường chứa cellulose, pentosan, pectin và khoáng.  Trong cùng một hạt, chiều dày lớp tế bào vỏ quả không giống nhau, ở gần phôi, lớp vỏ quả là mỏng nhất.  Vỏ quả liên kết chặt chẽ với lớp aleurone.  So với vỏ quả thì vỏ hạt chứa ít cellulose hơn nhưng nhiều protid và glucid hơn. 1.1.3. Lớp aleurone:  Bao bọc nội nhũ và phôi. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 4  Chiếm khoảng 612% khối lượng hạt.  Trong tế bào, lớp aleurone có chứa nhiều protid, tinh bột, cellulose, pentosan, các giọt lipid và phần lớn các vitamin và khoáng của hạt.  Khi xay xát hạt, lớp aleurone bị vụn ra thành cám. 1.1.4. Nội nhũ:  Nội nhũ là phần dự trữ chất dinh dưỡng của hạt.  Các tế bào nội nhũ khá lớn, thành mỏng và có hình dạng khác nhau.  Thành phần hóa học của nội nhũ: Tinh bột và protid, ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ lipid, muối khoáng, cellulose và một số sản phẩm phân giải của tinh bột như dextrin, đường…  Lượng vitamin và muối khoáng trong nội nhũ không nhiều, ta có thể làm tăng hàm lượng các chất này trong nội nhũ nhờ quá trình gia công nước nhiệt.  Tùy theo giống và điều kiện canh tác, phát triển của hạt lúa mà nội nhũ có thể trắng hay đục, vấn đề này quan hệ rất lớn đến tỷ lệ chế biến ra gạo. Nếu độ nhũ có độ trắng trong cao thì gạo ít nát và cho tỷ lệ thành phẩm cao, ngược lại nếu nội nhũ có độ trắng đục cao thì hạt qua chế biến bị gãy nát nhiều, tỷ lệ thành phẩm thấp, tỷ lệ tấm gạo cao. 1.1.5. Phôi:  Khi hạt nảy mầm thì phôi sẽ phát triển lên thành cây con.  Trong phôi chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển ban đầu.  Thành phần hóa học của phôi gồm có protid, glucid hòa tan, khá nhiều lipid, khoáng, cellulose và các vitamin.  Phôi các nội nhũ bởi lớp ngù là lớp trung gian chuyển từ nội nhũ sang phôi khi hạt nảy mầm.  Lớp ngù có cấu tạo từ các tế bào dễ thẩm thấu các chất hòa tan và rất nhiều các enzyme.  Các chất dinh dưỡng trong phôi rất dễ bị biến đổi. 1.2. Thành phần hóa học của hạt gạo: Bảng 7: Thành phần hóa học của một số nông sản ( Tính theo 100g) Thành phần Lúa mì Lúa gạo Năng lượng ( Kcal) 330 360 Glucid (g) 78.5 7375 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 5 Protid (g) 1215 7.510 Lipid (g) 1.82.2 1.32.1 Cellulose (g) 2.3 0.9 Vitamin B1 (g) 0.55 0.33 Vitamin B2 (g) 0.13 0.09 Vitamin PP (mg) 6.4 4.9 Vitamin B3 (mg) 1.36 1.2 Vitamin B6 (mg) 0.53 0.79 Phospho (mg) 410 285 Kali (mg) 580 340 Canxi (mg) 60 68 Magie (mg) 180 90 Sắt (mg) 6 1.2 Đồng (mg) 0.8 0.3 Mangan (mg) 5.5 6 Kẽm ( mg) 2.2  Glucid là thành phần dinh dưỡng chính của hạt gạo, chiếm khoảng 7080%. Gạo giã càng trắng thì hàm lượng glucid càng cao, glucid gạo chủ yếu là tinh bột, một ít đường đơn kép nằm ở màng. Bảng 8: Sự phân bố glucid trong từng phần của hạt lúa Tên các thành phần Tinh bột (%) Đường (%) Cellulose (%) Toàn bộ hạt 59 4.34 2.76 Nội nhũ 79.56 3.54 0.15 Phôi Rất ít 25.12 2.46 Vỏ và lớp aleurone Rất ít 4.18 16.20  Trong các bộ phận thì tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và phôi. Trong lớp aleurone thì chỉ có một thành phần đường 68%, cellulose 710%. Bảng 9: Hàm lượng các glucid trong hạt lúa Cực tiểu Cực đại Trung bình Tinh bột 47.7 68 56.2 Cellulose 8.74 12.22 9.41 Đường 0.2 4.5 3.2 Dextrin 0.8 3.2 1.3 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 6  Tinh bột gạo thuộc loại phức tạp, kích thước nhỏ ( nhỏ nhất so với tinh bột các loại hạt ngũ cốc khác) 1.2.1. Tinh bôṭ gaọ:  Hình đa giác, kích thước 210 µm.  Thành phần: amylose mac̣h thẳng chiếm 1535% và amylopectin mạch nhánh . Tỉ lệ thành phần amylose và amylopectin cũng có liên quan đến độ dẻo của hạt: Hàm lượng amylose trong hạt quyết định độ dẻo của hạt. Nếu hạt có 1018% amylose thì gạo mềm, dẻo, từ 2530% thì gạo cứng. Các loại gạo của Việt Nam có hàm lượng amylose thay đổi từ 1845%, cá biệt có giống lên đến 54%.  Nhiêṭ đô ̣hồ hoá: 7080oC. Các biến đổi của tinh bột trong quá trình bảo quản:  Tinh bột bị thủy phân thành dextrin, maltodextrin, maltose, glucose dưới tác dụng của enzyme amylase.  Hao hụt tinh bột do hô hấp.  Vi sinh vật thủy phân hay lên men tinh bột: nấm mốc (Aspergillus niger...) và nấm men (Saccharomyces). 1.2.2. Protein:  Albumin 5%, globulin 10%, prolamin 5%, glutelin 80%.  Tập trung chủ yếu ở phôi, lớp aleurone và giảm dần khi vào tâm nội nhũ. Do đó gạo càng xát kỹ thì hàm lượng protein càng giảm.  Các giống lúa Việt Nam có lượng protein thấp nhất là 5.25%, cao nhất 12.84%, phần lớn trong khoảng 78%, lúa nếp có lượng protein cao hơn tẻ, lúa chiêm cũng có lượng protein cao. Các biến đổi của protein trong quá trình bảo quản:  Tỷ lệ giữa các nhóm protein thay đổi do quá trình thủy phân dưới tác dụng của hệ enzyme protease có trong hạt hay do vi sinh vật tiết ra.  Xuất hiện quá trình trùng hợp của các peptide mạch ngắn tạo thành các protein có khối lượng phân tử cao hơn.  Vi sinh vật hiếu khí phân hủy các acid amin thành các acid hữu cơ và NH3.  Các vi khuẩn kị khí phân hủy acid amin theo hướng tạo CO2 và các amin.  Nếu phối trộn cả vi khuẩn kị khí và hiếu khí thì các biến đổi của protein rất phức tạp tạo ra các sản phẩm như phenol, scatol, crezol, indol, mercaptan...là các chất gây CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 7 độc bài tiết nước bọt nhiều và gây co giật, tạo mùi vị khó chịu, thậm chí mùi thối cho khối hạt bảo quản. Bảng 10: Thành phần hóa học của 100g gạo Các chỉ số Loại gạo Tám thơm Chiêm canh Mộc tuyền Nếp cái Nước (% theochất khô) 12 11.5 12.2 11.8 Nitơ (% theo chất khô) 1.13 1.34 1.25 1.29 Nitơ hoà tan (% theo chất khô) 0.15 0.1 0.1 0.08 Đường chung (% chất khô) 0.71 0.92 0.87 0.71 Đường khử (% theo chất khô) 0.19 0.13 0.16 0.21 Tinh bột (% theo chất khô) 85 83 82.4 84.8 Dextrin (% theo chất khô) 0.7 0.95 0.72 2.2 Cellulose (% theo chất khô) 0.46 0.53 0.45 0.49 Tro (% theo chất khô) 0.72 0.7 0.72 0.61 Vitamin B1 mg% - 0.05 0.068 - Vitamin B2 mg% - 0.012 0.024 - 1.3. Phân loại: 1.3.1. Định nghĩa một số thuật ngữ :  Tạp chất: Là tất cả các chất không phải là gạo và thóc.  Hạt rạn nứt: Những hạt có vết rạn nứt ngang, dọc, một vết hay nhiều vết rạn.  Hạt phấn (hạt bạc phấn): Là những hạt mà nội nhũ có từ ¾ thể tích trở lên có màu trắng như phấn.  Hạt vàng:Là những hạt mà một phần hoặc toàn bộ nội nhũ chuyển sang màu vàng nhạt hoặc vàng nâu khác với màu tự nhiên của nó. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 8  Hạt bệnh: Là những hạt mà nội nhũ bị hư hỏng do nước, nấm mốc, nhiễm sâu bệnh, chúng bao gồm: hạt mọc mầm, hạt mục, hạt bị mọt đục, hạt nhiễm sâu bệnh ngoài đồng.  Hạt xanh non: Là những hạt chưa chín và phát triển chưa hoàn thiện, nội nhũ xốp và kém bền vững. Hạt thường có màu đục.  Hạt đỏ: Là những hạt có tổng diện tích lớp cám đỏ bằng hoặc lớn hơn ¼ diện tích bề mặt hạt hoặc những hạt có nội nhũ màu đỏ.  Hạt sọc đỏ: Là những hạt có những sọc đỏ lớn hơn ½ chiều dài hạt gạo và tổng diện tích lớp cám màu đỏ nhỏ hơn ¼ diện tích bề mặt hạt.  Hạt lẫn loại: Là những hạt khác giống hoặc khác về kích thước, hình dạng hạt so với hạt tiêu chuẩn.  Hạt nguyên vẹn: Là hạt không bị gãy, vỡ, sứt mẻ.  Hạt nguyên: Là hạt có chiều dài lớn hơn hoặc bằng 7.5/10 chiều dài trung bình của hạt nguyên vẹn.  Tấm: Là phần gạo gãy có chiều dài từ 2.5/10 đến 7.5/10 chiều dài trung bình của hạt nguyên vẹn tương ứng.  Tấm nhỏ: Là phần gạo gãy lọt sàng có đường kính lỗ 2 mm và không lọt sàng có đường kính lỗ 1.5 mm.  Hạt xát dối: Là hạt xát chưa đến mức cần thiết để đáp ứng được yêu cầu với mỗi phẩm cấp gạo.  Mức xát trắng: Có 2 mức xát trắng:  Xát trắng kỹ: Gạo được tách bỏ hết phần phôi, lớp cám ngoài, phần lớn phôi và lớp cám trong.  Xát trắng bình thường: Gạo được tách bỏ toàn bộ lớp cám ngoài, phần lớn phôi và lớp cám trong. Bảng 11: Phân loại theo chiều dài hạt gạo lật Dạng hạt Chiều dài Thon dài Dài Trung bình Ngắn Trên 7.50 Từ 6.61 đến 7.50 Từ 5.51 đến 6.60 Dưới 5.51 Bảng 12: Phân loại theo tỷ số chiều dài/ chiều rộng hạt gạo lật Dạng hạt Tỷ số dài/rộng CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 9 Thon dài Trung bình Hơi trịn Trịn Trên 3 Từ 2.1 đến 3 Từ 1.1 đến 2 Dưới 1.1 1.3.2. Chỉ tiêu chất lượng tấm, cám: Bảng 7: Bảng chỉ tiêu chất lượng tấm, cám STT Các chỉ tiêu Cám mịn Cám to Tấm ¾ Tấm ½ 1 Độ mịn của cám 85% lọt sàng 1.5 ly 40% lọt sàng 1.5 ly 2 Độ đồng nhất Trên 95% Trên 95% 3 Bổi lẫn trong tấm cm 8% 30% 1.3.3. Tỉ lệ thu hồi thành phụ phẩm từ lúa:  Lúa loại 1: Bảng 8: Bảng tỉ lệ thu hồi thành phụ phẩm từ lúa loại 1 STT Các chỉ tiêu 5% 10% 15% 20% 25% 35% 1 Gạo (%) 46.0 49.0 52.5 56.0 60.0 2 Tấm ½ (%) 15.5 13.0 10.5 8.0 4.5 3 Tấm ¾ (%) 3.0 3.0 2.5 2.5 2.5 4 Cám 1 (%) 9.5 9.0 8.5 7.5 7.0 5 Cám 2 (%) 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 6 Tổng thu hồi (%) 77.0 77.0 77.0 77.0 77.0  Lúa loại 2: Bảng 9: Bảng tỉ lệ thu hồi thành phụ phẩm từ lúa loại 2 STT Các chỉ tiêu 5% 10% 15% 20% 25% 35% 1 Gạo (%) 42.0 45.0 48.5 52.5 56.0 63.0 2 Tấm ½ (%) 17.7 15.2 12.7 9.2 6.7 0.7 3 Tấm ¾ (%) 3.5 3.5 3.0 3.0 2.5 2.5 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 10 4 Cám 1 (%) 10.0 9.5 9.0 8.5 8.0 7.0 5 Cám 2 (%) 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 6 Tổng thu hồi (%) 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 . Bảng 10: Chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng gạo STT Chỉ tiêu Hạng chất lượng 1 2 3 4 1 Độ ẩm (% khối lượng, không lớn hơn) 14 14 14 14 2 Tạp chất (% khối lượng, không lớn hơn) 2 2 2 2 3 Hạt bạc trắng (% khối lượng, không lớn hơn) 7 12 20 40 4 Hạt biến vàng (% khối lượng, không lớn hơn) 0.5 1 2 4 5 Hạt không hoàn thiện (% khối lượng, không lớn hơn) 3 4 6 8 6 Hạt bị hư hỏng (% khối lượng, không lớn hơn) 0,5 1 3 5 7 Hạt rạn nứt (% khối lượng, không lớn hơn) 10 15 25 40 8 Hạt lẫn loại (% khối lượng, không lớn hơn) 5 10 15 20 9 Hạt đỏ (% khối lượng, không lớn hơn) 1 3 8 15 10 Sâu mọt sống hại thóc (% khối lượng, không lớn hơn) 5 5 5 5 Để sản xuất tinh bột gạo người ta sử dụng gạo tấm. II. NƯỚC: Bảng 11: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng của nước để chế biến thực phẩm STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép I. Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ 1 Màu sắc(*) TCU 15 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 11 2 Mùi vị(*) - Không có mùi, vị lạ 3 Độ đục(*) NTU 2 4 pH (*) - Trong khoảng 6,58,5 4 Độ cứng, tính theo CaCO3 (*) mg/l 300 5 Tổng chất rắn hoà tan (TDS) (*) mg/l 1000 6 Hàm lượng Nhôm(*) mg/l 0,2 7 Hàm lượng Amoni(*) mg/l 3 8 Hàm lượng Antimon mg/l 0,005 9 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 10 Hàm lượng Bari mg/l 0,7 11 Hàm lượng Bo tính chung cho cả Borat và Axit boric mg/l 0,3 12 Hàm lượng Cadimi mg/l 0,003 13 Hàm lượng Clorua(*) mg/l 250 300 (**) 14 Hàm lượng Crom tổng số mg/l 0,05 15 Hàm lượng Đồng tổng số(*) mg/l 1 16 Hàm lượng Xianua mg/l 0,07 17 Hàm lượng Florua mg/l 1,5 18 Hàm lượng Hydro sunfur(*) mg/l 0,05 19 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(*) mg/l 0,3 20 Hàm lượng Chì mg/l 0,01 21 Hàm lượng Mangan tổng số mg/l 0,3 22 Hàm lượng Thuỷ ngân tổng số mg/l 0,001 23 Hàm lượng Molybden mg/l 0,07 24 Hàm lượng Niken mg/l 0,02 25 Hàm lượng Nitrat mg/l 50 26 Hàm lượng Nitrit mg/l 3 27 Hàm lượng Selen mg/l 0,01 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 12 28 Hàm lượng Natri mg/l 200 29 Hàm lượng Sulfate (*) mg/l 250 30 Hàm lượng Kẽm(*) mg/l 3 31 Chỉ số Permanganate mg/l 2 II. Vi sinh vật 1 Coliform tổng số Vi khuẩn/100ml 0 2 E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/100ml 0 Ghi chú: (*) Là chỉ tiêu cảm quan. (**) Áp dụng đối với vùng ven biển và hải đảo. III. NaOH : Bảng 12: Chỉ tiêu chất lượng NaOH (Codex) STT Tên chỉ tiêu Giới hạn cho phép 1 Tổng hàm lượng kiềm ≥ 99% (w/w) 2 Na2CO3 ≤ 4 g/kg 3 Cl - ≤ 40 ppm 4 SO4 2- ≤ 40 ppm 5 Fe ≤ 10 ppm 6 As ≤ 3 ppm 7 Pb ≤ 0.5 ppm 8 Hg ≤ 0.05 ppm CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 13 Phần 2: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 14 Gạo Tách kim loại Nước NaOH Nước Kim loại Ngâm Rây Sàng Nghiền Tạp chất Ly tâm Sản phẩm Sấy Đóng gói Nước Bã Nước thải I. QUY TRÌNH 1: Hình 3: Qui trình sản xuất tinh bột gạo (qui trình 1) CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 15 Gạo Tách kim loại Nước NaOH Nước Kim loại Ngâm Rây Sàng Nghiền Tạp chất Lắng Sản phẩm Sấy Đóng gói Nước Bã Nước thải Nước II. QUY TRÌNH 2: Hình 4: Qui trình sản xuất tinh bột gạo (qui trình 2) CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 16 Phần 3: THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 17 I. QUY TRÌNH 1: 1.1. Tách kim loại: 1.1.1. Mục đích công nghệ:  Chuẩn bị cho quá trình ngâm.  Loại bớt tạp chất kim loại, làm giảm mối nguy vật lý. 1.1.2. Các biến đổi: Không có biến đổi gì đáng kể. 1.1.3. Phương pháp thực hiện: Dùng máy tách kim loại. Nguyên lý tách: sử dụng từ tính của nam châm để tách các mảnh kim loại có trong nguyên liệu đang di chuyển trên băng tải. 1.1.4. Thiết bị: Hình 5: Máy phân loại bằng nam châm điện CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 18 Hình 6: Máy tách kim loại 1.2. Sàng: 1.2.1. Mục đích công nghệ:  Chuẩn bị cho quá trình ngâm.  Loại bỏ rơm rác, và sạn có trong nguyên liệu gạo. 1.2.2. Các biến đổi: Không có biến đổi gì đáng kể. 1.2.3. Phương pháp thực hiện: Sử dụng máy sàng. Nguyên lý hoạt động: gạo được đưa vào từ phía trên thiết bị. Qua bộ phận sàng trống là bộ phận hình trụ có lỗ hình lục giác, các loại rơm rác có kích thước lớn được giữ bên ngoài sàng trống, gạo và bụi sẽ lọt qua lỗ sàng rùi theo các đĩa bên trong chuyển xuống dưới. Sau đó, bụi sẽ được tách ra bằng quạt. Tiếp theo, gạo được phân phối thành 2 dòng đi qua sàn lắc để tách hết các tạp chất. Máy hoạt động dựa trên kích thước hạt và sự khác nhau giữa trọng lượng giữa gạo và các thành phần tạp chất khác. 1.2.4. Thiết bị: CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 19 Hình 7: Máy sàng 1.3. Ngâm: 1.3.1. Mục đích: chuẩn bị cho quá trình nghiền.  Làm sạch gạo.  Làm cho haṭ gạo mềm dê ̃nghiền, giúp các hạt tinh bột thoát ra dễ dàng hơn.  Tách bớt một số chất hòa tan trong nước. 1.3.2. Các biến đổi:  Vật lý: Hạt gạo hút nước, trương nở, tăng khối lươṇg làm cho tỷ troṇg thay đổi và đô ̣cứng haṭ thay đổi (hạt mềm hơn).  Hóa lý: Môṭ số chất hòa tan vào trong nước.  Sinh học: Sư ̣phát triển cúa vi sinh vâṭ đăc̣ biêṭ là vi khuẩn Lactic khi môi trường nước ngâm ngày càng chứa nhiều chất dinh dưỡng hoà tan từ g ạo. Tách bỏ vi sinh vâṭ bám trên gạo. 1.3.3. Phương pháp thực hiện: Ngâm trong nước có bổ sung NaOH với nồng độ 1,5 kg/m3. Việc này giúp những tế bào có cấu trúc mềm dẻo hơn, dễ dàng tách ra. Việc nghiền nguyên liệu có tác dụng làm gãy vỡ các tế bào làm các cấu tử có trong tế bào dễ dàng tách ra và tạo ra dung dịch huyền phù. Đồng thời, vì thành phần protein chủ yếu trong gạo là glutelin, là một protein tan trong kiềm nên việc sử dụng kiềm có tác dụng tách protein ra khỏi hạt gạo. Tốc độ:  Rải liệu: 140160 v/ph.  Sàng trống : 13 v/ph.  Chổi cao su cho sàng trống: 25 v/ph.  Trục giữa: 35 v/ph.  Sàng giật : 380 v/ph.  Chổi cao su cho sàng giật: 30 v/ph. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 20 Thời gian thực hiện quá trình ngâm là 1216 giờ. 1.3.4. Thiết bị: bồn ngâm. Hình 8: Thiết bị bồn ngâm 1.3.5. Thông số công nghê:̣  Nước ngâm: 4852oC.  Thời gian: từ 1224 giờ. 1.4. Nghiền: 1.4.1. Mục đích công nghệ:  Chế biến. Quá trình nghiền chuyển nguyên liệu ở dạng hạt có kích thước lớn thành bột có kích thước nhỏ, giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, giải phóng các hạt tinh bột tự do. 1.4.2. Các biến đổi:  Vật lý: Giảm kích thước nguyên liệu. Tăng diện tích bề mặt riêng. Nhiệt độ tăng.  Hóa học: Các thành phần bên trong vật liệu như các vitamin sẽ có điều kiện tiếp xúc với oxy nên dễ bị oxy hóa.  Hóa lý: Chuyển từ trạng thái rắn sang dung dịch huyền phù, hòa tan một số chất trong gạo vào nước.  Sinh học: Sau khi nghiền, các chất dinh dưỡng trong hạt thoát ra ngoài tạo cơ hội cho vi sinh vật phát triển. 1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng:  Tỉ lệ nước:gạo = 1:5 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 21  Nhiệt độ nước cung cấp cho quá trình nghiền: 3037oC. 1.4.4. Phương pháp thực hiện:  Gạo và nước được đưa vào bộ phận nhập liệu với tỉ lệ nêu trên  Nước sử dụng có nhiệt độ khoảng nhiệt độ cuối quá trình ngâm.  Mức độ nghiền: nghiền mịn (7080%). 1.4.5. Thiết bị: Thiết bị nghiền trục đôi với trục có rãnh cạn. Hình 9: Thiết bị nghiền trục đôi Nguyên tắc hoạt động:  Nguyên liệu được chuyển qua bộ phận nhập liệu của máy nghiền.  Piston thủy lực di chuyển trục tịnh tiến theo phương ngang làm thay đổi khoảng cách giữa 2 trục.  Nguyên liệu cùng nước đi vào khu vực nghiền giữa 2 trục nghiền, chuyển động tịnh tiến của trục tịnh tiến và chuyển động quay của 2 trục giúp nghiền nát vật liệu thành dịch huyền phù. 1.5. Rây: 1.5.1. Mục đích công nghệ: khai thác.  Tách bã thô, tăng lượng tinh bột trong dung dịch. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 22  Tăng độ đồng đều về kích thước của sản phẩm. 1.5.2. Các biến đổi:  Hóa lý: Tăng hàm ẩm của dịch sữa tinh bột.  Sinh học: Có thể bị nhiễm vi sinh vật từ môi trường bên ngoài. 1.5.3. Thiết bị:  Để tách bã, người ra dùng một hệ nhiều thiết bị rây với kích thước lỗ rây nhỏ dần: 0,6 – 0,3 – 0,15mm.  Không nên cho dịch sữa tinh bột qua thiết bị rây có kích thước lỗ rây nhỏ ngay từ đầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp.  Để hiệu suất rây cao, khi rây phải xối nước liên tục. 1.6. Ly tâm: 1.6.1. Mục đích công nghệ: khai thác.  Tách tinh bột ra khỏi dịch sữa tinh bột. 1.6.2. Các biến đổi:  Vật lý: Sản phẩm sau quá trình ly tâm là tinh bột dạng paste có độ tinh khiết cao, độ ẩm giảm còn 4045%.  Sinh học: Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật nhờ sự tách nước ra khỏi hỗn hợp.  Hóa học: Nồng độ tinh bột trong dịch huyền phù tăng lên.  Có tổn thất do tinh bột chui qua lưới ly tâm. Nước dic̣h thu đươc̣ có thể tâṇ thu tái sử duṇg làm nước ngâm cho mẻ sau. 1.6.3. Phương pháp thực hiện: Dùng bơm bơm dịch huyền phù vào thiết bị ly tâm. Dịch này được ly tâm với tốc độ trong thời gian. Thực hiện quá trình ly tâm 2 lần để rửa NaOH. 1.6.4. Thiết bi:̣ Dùng thiết bị ly tâm dĩa. Nguyên lý của quá trình ly tâm là dựa trên việc áp dụng các cơn lốc ly tâm để phân riêng các phần tử và chất lỏng có kích thước và tỉ troṇg khác nhau. Các trụ đứng trữ những phần tử có tỉ troṇg nhe ̣hơn trong khi h ệ thống nón chứa những phần tử có tỉ troṇg năṇg hơn . Hệ thống trụ và nón được kết hợp hiệu quả trong hệ thống ly tâm liên tục. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 23 Các đĩa ly tâm có lỗ giúp việc phân riêng bằng phương pháp ly tâm các chất lỏng có tỉ trọng khác nhau dê ̃dàng hơn . Các chất lỏng được nhập vào phối trộn tại trung tâm của đĩa và chúng được phân riêng bằng lốc ly tâm . Những phần tử n ặng hơn sau khi phân riêng se ̃đư ợc tách ra bằng hệ thống ống dẫn đặc biệt. Việc tháo sản phẩm sau ly tâm được thực hiện khi một lượng đáng kể các phần tử rắn lắng xuống trong môi trường ly tâm. Hình 10: Máy li tâm đĩa 1.7. Sấy: 1.7.1. Mục đích công nghệ:  Giảm hàm ẩm của sản phẩm.  Bảo quản sản phẩm. 1.7.2. Các biến đổi:  Có hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng lên, giảm khối lượng do lượng nước bay lên. Có sự biến đổi nhiệt độ: tạo gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong vật liệu.  Độ ẩm giảm, có hiện tượng khuếch tán ẩm. Ngoài ra còn có sự chuyển pha từ lỏng sang hơi của ẩm.  Làm yếu hay tiêu diệt vi sinh vật. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 24 1.7.3. Thiết bị và thông số công nghệ: Hình 11: Thiết bị sấy khí động Nguyên lí hoạt động: Không khí nóng và vật liệu ướt đi vào thiết bị từ phía đáy. Sau khi sấy khô các hạt sẽ được phân loại bằng lực ly tâm. Các hạt nhỏ sẽ đi ra khỏi thiết bị từ trên đỉnh. Các hạt lớn sẽ quay trở lại và được nghiền mịn. Nguyên tắc phân loại bằng lực ly tâm: Nguyên tắc phân loại bằng lực ly tâm được trình bày trên hình. Xét hạt có kích thước nằm ở ranh giới thiết bị phân loại. Khi đó hạt sẽ chịu các lực tác dụng sau:  R: Lực hướng tâm, do dòng khí tác dụng vào hạt.  F: Lực ly tâm do thiết bị phân loại tạo nên. Sẽ xảy ra hai trường hợp:  Nếu F > R: Hạt sẽ bị nảy ra khỏi thiết bị phân loại.  Nếu F < R: Hạt sẽ được hút vào thiết bị phân loại. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 25 1.7.4. Các thông số công nghệ:  Vận tốc quay của roto và vận tốc gió được xác định qua tần số roto.  Vận tốc gió đi vào thiết bị được điều chỉnh tới giá trị ổn định uv = 6 m/s ứng với lưu lượng 4,9 m3/h.  Vận tốc quay của trục máy nghiền: 2720 vòng / phút. Nhiệt độ tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy được khảo sát trong giới hạn từ 100130oC.  Sấy gồm 2 giai đoạn:  Giai đoạn 1: nhiệt độ sấy là 4045oC. Vì ban đầu hàm lượng ẩm trong nguyên liệu cao nên cần sấy với nhiệt độ thấp để tránh hồ hóa tinh bột.  Giai đoạn 2: khi độ ẩm nguyên liệu là 2022% thì nhiệt độ sấy tăng lên 65 oC để giảm thời gian sấy.  Độ ẩm của nguyên liệu sấy: 4045 %.  Độ ẩm sản phẩm sau khi sấy: 13% 1.8. Đóng gói: 1.8.1. Mục đích công nghệ:  Hoàn thiện sản phẩm.  Bao bì ngoài chức năng che chở cho sản phẩm không bị nhiễm bẩn, nhiễm độc từ môi trường mà còn có tác dụng hoàn thiện sản phẩm, tạo sự thu hút đối với người tiêu dùng. 1.8.2. Các biến đổi: Không đáng kể. 1.8.3. Thiết bị và thông số công nghệ:  Tinh bột sau khi sấy sẽ được qua vít tải. Sau đó, sản phẩm được chuyển sang thiết bị đóng gói.  Tùy vào mục đích sử dụng mà sản phẩm được đóng gói với khối lượng khác nhau, thường là 0.51 kg đựng trong bao bì plastic để bán lẻ và từ 1520 kg đựng trong bao giấy để làm nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp.  Yêu cầu chung về bao bì là phải hạn chế được sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và độ ẩm từ môi trường xung quanh. CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 26 II. QUY TRÌNH 2: 2.1. Tách kim loại: tương tự qui trình 1 2.2. Sàng: tương tự qui trình 1 2.3. Ngâm: tương tự qui trình 1 2.4. Nghiền: tương tự qui trình 1 2.5. Lắng: 2.5.1. Mục đích công nghê:̣ Khai thác: thu nhận sản phẩm ở dạng paste, tách tinh bột triêṭ để. 2.5.2. Các biến đổi: Không có biến đổi hoá sinh, hoá học nào nhưng chất lượng sản phẩm cũng được nâng lên. Biến đổi vâṭ lý: giảm khối lươṇg, thay đổi tỷ troṇg . Biến đổi hóa lý: có hiện tượng tách pha. 2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình công nghê:̣  Tốc độ lắng phụ thuộc vào kích thước hạt, mức độ phân tán của hỗn hợp và khối lượng riêng của 2 pha. Kích thước vật liệu lớn, chênh lệch khối lượng riêng của 2 pha càng lớn thì tốc độ lắng càng tăng lên. Đồng thời độ nhớt dung dịch lớn thì tốc độ lắng giảm.  Nhiệt độ: nhiệt độ cao độ nhớt giảm, tốc độ lắng tăng.  Tiết diện thiết bị lắng. 2.5.4. Thiết bị và thông số công nghệ: Sử duṇg bể lắng. Quá trình lắng được thực hiện 2 lần nhằm rửa NaOH. Cấu tạo: CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 27 1. Thùng chứa 2. Điã phân phối 3. Màng chứa nước trong 4. Ống tháo bột 5. Ống dẫn không khí nóng Hình 12: Thiết bị lắng hình phễu Nguyên lí hoạt động: Cho dòng sữa bôṭ vào thùng chứa qua điã phân phối (2), dưới tác duṇg của troṇg lưc̣ các haṭ tinh bôṭ năṇg se ̃lắng xuống dưới đáy còn nước trong phía trên màng se ̃ đươc̣ tháo ra ngoài. Sau khi lắng, dùng không khí nén đẩy bột ra khỏi ống tháo bột . Thông số công nghệ: Thời gian lắng: 1112h 2.6. Sấy: tương tự qui trình 1 2.7. Đóng gói: tương tự qui trình 1 CNCB Thực phẩm Tinh bột gạo 28 Phần 4: SO SÁNH 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CN chế biến Tinh bột gạo 29 Bảng 13: Bảng so sánh 2 qui trình Quy trình 1 Quy trinh2 Hiệu suất thu hồi sản phẩm. cao hơn Hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp hơn. Năng suất cao. Năng suất thấp hơn Sản phẩm thu được có lượng tạp chất lẫn vào ít Sản phẩm thu được có thể vẫn còn lẫn một số tạp chất. Thời gian thực hiện qui trình nhanh hơn. Thời gian để thực hiện qui trình dài Chi phí năng lượng cao hơn. Chi phí năng lượng thấp hơn. Chi phí đầu tư cho thiết bị cao Chi phí đầu tư cho thiết bị thấp hơn. Thiết bị sử dụng trong qui trình phức tạp hơn, đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật vận hành cao hơn. Thiết bị đơn giản và vận hành dễ dàng. Áp dụng trong qui mô công nghiệp lớn Qui mô những phân xưởng nhỏ. CN chế biến Tinh bột gạo 30 Phần 5: SẢN PHẨM CN chế biến Tinh bột gạo 31 I. TINH BỘT GẠO: 1.1. Thành phần: Sự khác nhau chủ yếu của bột gạo và tinh bột gạo là hầu hết protein và lipid đã được loại ra khỏi tinh bột.  Thành phần protein trong nội nhũ khoảng từ 4,515,9% (Kennedy and Burlingame 2003). Lipid tồn tại trong gạo với lượng ít hơn nhiều. Vì vậy, chiết tách tinh bột từ gạo chủ yếu liên quan đến những kĩ thuật tách loại protein. Protein gạo khá độc đáo so với protein của bắp, lúa mì, khoai tây… nên việc chiết tách tinh bột từ gạo yêu cầu những quá trình khác hẳn.  Protein của gạo đa số thuộc loại tan trong kiềm, vì thế phương pháp ngâm kiềm được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp cũng như trong các nghiên cứu để làm giảm hàm lượng protein trong sản xuất tinh bột gạo đến mức 0,5% hay ít hơn.  Tinh bột thu được từ phương pháp ngâm kiềm (0.10.2% sodium hydroxide) có hàm lượng tinh bột là 7385%, hàm lượng protein 0,070,42% và 0,072,6% tinh bột bị phá hủy.  Lumdubwong and Seib (2000) đã ứng dụng chế phẩm protease kiềm để tách tinh bột gạo từ bột gạo được nghiền ướt tại pH 10 trong 12h và 550C, đã thu được 95% tinh bột và 0,52% protein trên lượng chất khô, trong đó tinh bột bị phá hủy là 2,1%.  Wang and Wang (2001) sử dụng enzyme protease để chiết tách tinh bột gạo ở pH 6,5 trong 18h và 500C, đã sản xuất ra tinh bột với hàm lượng cao hơn, giảm lượng tinh bột bị phá hủy và cho thấy những tính chất tương tự với phương pháp kiềm.  Bên cạnh protein, trong tinh bột gạo còn tìm thấy lipid, phospho, các nguyên tố dạng vết…  Gạo thường chứa 0,30,4% lipid liên kết, gạo nếp chứa ít hơn (0,03%). Thành phần chất béo gồm: 32% acid béo tự do và 68% lisophosphatidyl choline ((Morrison et al. 1984).  Phospho đóng vai trò quan trọng tạo nên đặc tính của tinh bột, như độ trong của hỗn hợp dạng paste, ổn định độ nhớt… Phospho trong tinh bột chủ yếu tồn tại ở 2 dạng: phosphate-monoester và phospholipid (0.013%, chất khô là phosphate- monoester và 0.048% là phospholipid) . Trong khi đó ở gạo nếp, phospho hiện diện chủ yếu ở dạng tinh bột phosphate-monoester (0,003%) (Lim et al. 1994; Jane et al. 1996). Tinh bột phosphate-monoester trong tinh bột gạo tự nhiên chủ yếu được tìm thấy trong amylopectin, chỉ thấy dạng vết ở amylose. Khoảng 8090% phosphate- monoester trong gạo nếp nằm ở C6 của đơn vị glucose. CN chế biến Tinh bột gạo 32 1.2. Chỉ tiêu chất lượng: 1.2.1. Chỉ tiêu hóa học: tính trên tổng hàm lượng chất khô.  Hàm lượng tinh bột: 7385%  Hàm lượng tinh bột bị phá hủy: 0,072,6%  Hàm lượng protein: 0,070,42%  Hàm lượng lipid : 0,030,04%  Độ ẩm:  13%  Phospho và các nguyên tố dạng vết. 1.2.2. Chỉ tiêu cảm quan: Sản phẩm ở dạng bột mịn, không lẫn tạp chất, có màu trắng tự nhiên. Bảng 14: Ứng dụng của tinh bột gạo Gạo thường Gạo nếp Chất kết dính: CN bánh kẹo Sản phẩm từ sữa Thức ăn trẻ em Pudding / custard Sốt / Súp Chất kết dính: Đồ hộp Thức ăn trẻ em Thức ăn nấu nhanh Thực phẩm ăn liền Chất giả béo: Màng bao Sản phẩm từ sữa Bánh kem Sốt / Súp Chất tạo độ giòn: Ngũ cốc ăn sáng Snack ép đùn Đông lạnh: Kem ít béo Sốt không béo CN chế biến Tinh bột gạo 33 Phần 6: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ CN chế biến Tinh bột gạo 34 I. ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG TÁCH TINH BỘT GẠO: Sóng siêu âm cường độ cao có khả năng tác động tới quá trình tách tinh bột gạo mà không gây ra những phá hủy không cần thiết tới tinh bột. Bằng cách kết hợp với chất hoạt động bề mặt, đặc biệt là SDS, với sóng siêu âm cường độ cao, tinh bột thu được được gia tăng hơn nữa và protein dư thừa còn lại được giảm một cách mạnh mẽ. Phương pháp này bỏ những bước ngâm kiềm và không có bất cứ liên quan hoá học nào, vì vậy bước làm sạch thì đơn giản và nước thải giảm đáng kể. Lớp protein loại ra trong suốt quá trình chiết tinh bột có thể được khôi phục dễ dàng như là những sản phẩm có giá trị như protein từ gạo cô vì hóa học không được dùng. Nghiên cứu xa hơn, sóng siêu âm sẽ được áp dụng vào những kĩ thuật khác để thu được nhiều tinh bột hơn, ít protein dư thừa và tinh bột bị phá hủy hơn. Sóng siêu âm cường độ cao được xem như là một kỹ thuật được lựa chọn để tách tinh bột gạo nếu không sử dụng biện pháp hóa học là biện pháp ngâm kiềm truyền thống. Các chất hoạt động bề mặt, bao gồm sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium stearoyl lactylate(SSL), và Tween 80, nồng độ là 0.1, 0.3 hoặc 0.5% kết hợp với sóng siêu âm cường độ cao cũng được nghiên cứu cho tách tinh bột gạo. Dung dịch bột gạo (33%) được để dưới tác động của sóng âm trong 15, 30 hoặc 60 phút ở biên độ là 25, 50, hoặc 75% và ở 40 hoặc 50oC. Hàm lượng tinh bột thì không bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tác động của nhiệt độ và xác định trong khoảng từ 46.7 đến 76.2% (tinh bột khô cơ bản) sau việc xử lý bằng các tác động âm thanh; hàm lượng protein và tinh bột bị tổn thất trong tinh bột tách chiết tương ứng là 0.9-1.7% và 3.1÷3.5%(khô cơ bản). Sự kết hợp của SDS 0.5% và sóng siêu âm cường độ cao cải thiện hàm lượng tinh bột tới 84.9% với hàm lượng protein thừa thấp, tuy nhiên, có sự cải thiện nhỏ khi tiến hành với SSL hoặc Tween 80. Tính dính của tinh bột gạo tách chiết theo đo lường bởi nhà phân tích Rapid Visco bị ảnh hưởng bởi tác động của nhiệt độ và tỉ lệ của protein dư thừa và tinh bột tiêu hao. Tính chất phụ thuộc nhiệt độ của tinh bột tách chiết không bị thay đổi bởi sóng siêu âm và thành phần amilo còn lại không đổi. Bề mặt của tinh bột tách chiết không bị phá hủy bởi tác động của sóng âm khi nhìn dưới kính hiển vi điện tử. Sóng siêu âm cường độ cao, riêng rẽ hoặc kết hợp với SDS thể hiện một khả năng to lớn cho việc tách tinh bột gạo trong khoảng thời gian ngắn mà không sử dụng nhũng phương pháp có kiềm. Sóng siêu âm cường độ cao được dùng trong nhiều ứng dụng trong thực phẩm như làm tăng sự oxy hóa, dịch sữa, tiệt trùng, tách chiết, khử khí độc, lọc, và sấy (Mason 1998; Leadly và Williams 2002). Sóng siêu âm cường độ cao được tin là tạo ra lỗ rỗng âm thanh, liên quan tới bọt khí hoạt động. Những bọt khí nhỏ sẽ dao động và lớn hơn kích thước ban đầu của chúng nhiều lần rồi vỡ vụn hàng loạt khi sóng siêu âm được áp dụng với một hệ thống chất lỏng. Trường hợp tập trung năng lượng âm thanh, tạo CN chế biến Tinh bột gạo 35 ra nhiệt độ cao và áp lực lớn khu vực phụ cận (El'Pinẻ 1964; Suslick 1988). Microjet của chất lỏng, ảnh hưởng đến bề mặt khi một bọt khí vỡ. Sóng siêu âm đã được dùng trong tinh bột để solubilization, làm biến đổi, và tinh chế. Tinh bột bắp nấu và lúa miến bị solubilized với sóng âm (Jackson et al 1988, 1989). Xử lý bằng sóng siêu âm có thể phá vỡ sự phồng ra của hạt tinh bột và giúp giải phóng phân tử tinh bột ra khỏi hat. Chung và cộng sự (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của âm thanh lên tính chất hóa lý của tinh bột bằng cách cho âm thanh tác động lên đậu xanh, khoai tây, và tinh bột gạo đã được đun nóng 5 phút ở nhiệt độ 95OC. Độ nhớt của kiềm trong xử lý tinh bột giảm; giảm nhiều nhất là tinh bột khoai tây. Điều này được giải thích rằng sóng siêu âm chỉ phá hủy những hạt trương phồng, không phải những hạt tinh bột tự nhiên. Tuy nhiên, không có dữ liệu so sánh cấu trúc tinh bột trước và sau khi xử lý bằng sóng siêu âm được cung cấp để chứng minh kết luận đó. Những chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong làm sạch tinh bột. Fujii(1973) phát biểu rằng dodecyl benzene sulfonate(DBS) làm giảm đáng kể lượng protein dư thừa trong tinh bột do sự hình thành của phức protein-DBS. Fujii và Tomiyama(1973) nghiên cứu ảnh hưởng của sodium α-olefin sulfonaté (0.1÷0.5%) vào việc loại bỏ protein trong khoai tây ngọt. Sau 1hr khuấy trộn, hàm lượng protein dư thừa còn lại trong tinh bột giảm xuống còn 0.08%, khoảng 50% hàm lượng protein dư thừa còn lại so với 29% khi chỉ sử dụng nước. Kung et al (1987) dùng sodium stearoyl lactylate 0.3÷0.5%(SSL) để tách chiết tinh bột gạo, và hàm lượng protein dư thừa còn lại trong tinh bột sản phẩm là 1.6%(db). Có một báo cáo rằng sự kết hợp của sóng siêu âm và Tween 60 cải thiện màu sắc tinh bột cọ và giảm hàm luợng tro( Komoto et al 1982). Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm lựa chọn phương pháp để tách chiết tinh bột gạo. Sóng siêu âm cường độ cao riêng lẻ và kết hợp với chất hoạt động bề mặt được đánh giá là những phương pháp mạnh để tách chiết tinh bột gao. Thành phần của tinh bột được tách chiết được mô tả để xác định sự hiệu quả của phương pháp. II. TÍNH CHẤT CỦA MÀNG BAO PHÂN HỦY SINH HỌC LÀM TỪ HỖN HỢP TINH BỘT GẠO – CHITOSAN: Màng bao phân hủy sinh học làm từ hỗn hợp tinh bột gạo – chitosan đã được phát triển.Với những tỉ lệ tinh bột và chitosan (2:1; 1,5:1; 1;1 và 0,5:1) khác nhau thì những tính chất cơ học, khả năng chống thoát ẩm và độ hòa trộn của màng bao có sự khác biệt và đã được nghiên cứu. Màng bao phân hủy sinh học làm từ hỗn hợp tinh bột gạo – chitosan được chứng minh rằng tăng khả năng kéo dãn (TS), tính chống thấm hơi nước (WVP), màu sáng hơn hay không có màu vàng, và việc giảm giá trị của điểm kéo giãn giới hạn (E), và khả năng hòa tan của màng (FS) sau khi được phối trộn với chitosan. Chitosan cũng có tác dụng làm tăng đỉnh kết tinh của màng tinh bột, tuy nhiên, nếu nồng độ chitosan quá cao thì sẽ có sự tách pha giữa chitosan và tinh bột. Các nhóm amino trong phân tử chitosan có quang phổ FTIR thay đổi từ 1541,15 cm-1 đối với màng chitosan và 1621,96 cm-1 đối với màng hỗn hợp chống khuẩn. Kết quả CN chế biến Tinh bột gạo 36 trên cho biết rằng có sự phối hợp phân tử giữa 2 cấu tử. Có sự so sánh các tính chất của màng tinh bột gạo – chitosan, màng polyme sinh học và màng polymer nhân tạo. Kết quả là màng tinh bột gạo – chitosan có những tính chất cơ học tương tự như những màng chitosan khác. Tuy nhiên, khả năng chống thấm hơi của màng tinh bột gạo – chitosan thì thấp hơn so với màng chitosan khác nhưng lại cao hơn polyolefin. Có những lựa chọn thú vị cho màng bao phân hủy sinh học được làm từ polymer tự nhiên và có khả năng thay mới ví dụ như tinh bột (Lawton, 1996). Một số tài liệu nghiên cứu về tính chất của màng bao phân hủy sinh học có nguồn gốc từ tinh bột (Arvanitoyannis & Biliaderis, 1998; Garcia, Martino, & Zarizky, 1999; Lourdin, Valle, & Colonna, 1995; Mali & Grossmann, 2003). Màng polymer phân hủy sinh học không thể thay thế cho tất cả màng bao tổng hợp, nhưng màng phân hủy sinh học giúp giới hạn việc thấm hơi nước, mùi thơm, và chất béo giữa các thành phần thực phẩm, đó là điều mà những bao bì truyền thống không làm được. Chẳng hạn, màng bao phân hủy sinh học và màng bao ăn được có thể được sử dụng cho nhiều loại sản phẩm để làm giảm việc mất nước, giới hạn khả năng thấm của oxy, làm giảm sự chuyển hóa chất béo, tăng cường các tính chất cơ học, cung cấp khả năng bảo vệ cơ học, hay là một lựa chọn làm vật liệu bao gói thương mại (Kester & Fennema, 1986; Murray & Luft, 1973; Nelson & Fennma, 1991). Ứng dụng của các polymer sinh học như tinh bột là nguồn khai thác thú vị, vì chúng tương đối rẻ, phong phú, có khả năng phân hủy sinh học và có thể ăn được (Mali & Grossmann, 2003). III. SỬ DỤNG PROTEASE TRONG QUÁ TRÌNH NGÂM: Quá trình alkaline protease với enzyme thực phẩm được sử dụng để sản xuất tinh bột gạo từ WMRF. Trong mô hình thí nghiệm lí tưởng, việc thu hồi tinh bột và protein lẫn vào được thực hiện ở pH 8.510, lượng protease 0.51.5% dựa trên lượng WMRF, thời gian từ 530h. Các điều kiện thí nghiệm được giữ là không đổi, 550C có lắc đảo nhẹ, 3437% flour solid, độ base thay đổi trong khoảng  0,2. Phương trình hồi quy 3 biến biểu diễn phương sai của hiệu suất thu hồi tinh bột và lượng protein còn lại tương ứng là 92% và 98%. Trong quá trình sử dụng protease với nồng độ 1,1% ở pH 10 và trong 18 giờ, hiệu suất thu hồi tinh bột là 95% và lượng protein còn lẫn trong tinh bột là 0,5%. Hầu hết quá trình thủy phân protein gạo xảy ra trong 34 giờ đầu như đã được xác định bởi sự tiêu thụ NaOH. Tinh bột gạo cũng được phân tách bằng cách trích li WMRF với nồng độ của NaOH 0,05 M tại pH 12. Hiệu suất thu hồi tinh bột khi sử dụng phương pháp protease cao hơn khoảng 10% so với phương pháp sử dụng NaOH, và dòng sản phẩm chứa hầu hết các muối amino acid trái với protein được trộn với kiềm. Tinh bột gạo phân tách bằng cách sử dụng protease thì trông sáng hơn, chứa nhiều lipid hơn, và ít dính hơn. Nguyên liệu thô được sử dụng để phân tách tinh bột gạo bằng phương pháp protease ước lượng thì cao hơn khoảng 2 lần so với giá năm 1996 được sử dụng trong phương pháp NaOH, điều đó là do giá của protease (55% tổng giá). CN chế biến Tinh bột gạo 37 Bảng 15: Hiệu suất thu hồi và thành phần của tinh bột gạo ở 2 quá trình xử lí Phương pháp Thu hồi (%) Protein (%) Tinh bột (%) Tro (%) Tinh bột bị phá hủy (%) Acid béo ester hóa (mg/100g) Thực tế Thí nghiệm Thực tế Thí nghiệm Sử dụng protease 97,1 95,1 0,6 0,52 99 0,16 2,1 544 Sử dụng NaOH - 85,4 - 0,42 98,9 00,19 2,6 390 Qua bài nghiên cứu này ta thấy protease thực phẩm có thể thu hồi được tới 95% tinh bột gạo từ WMRF sau khi được phân giải ở 550C và pH 10 trong 18h. Trong quá trình xử lý, NaOH được bổ sung để duy trì pH ổn định trong khoang 3-4h đầu quá trình. Tinh bột gạo được thu nhận từ phương pháp protease chứa 0,5% protein và có màu trắng sáng. So sánh với tinh bột từ phương pháp NaOH 0.05M ở 250C, phương pháp protease cho sản phẩm tinh bột chứa nhiều lipid hơn và đỉnh nhớt của nó thì thấp hơn. Tỉ lệ thu hồi tinh bột của phương pháp protease cao hơn 10% so với phương pháp NaOH. Phương pháp protease còn tạo ra các muối acid amin như là đồng sản phẩm trong khi phương pháp NaOH chỉ là protein. Từ kết quả thí nghiệm, chúng tôi đưa ra 2 bước trong quá trình sản xuất tinh bột gạo. bước thứ nhất tách tinh bột từ bột gạo với 24% protein. Bước thứ 2, bổ sung protease để giảm lượng protein xuống còn 0.5%. IV. TÁCH TINH BỘT GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP PROTEASE TRUNG TÍNH VÀ SÓNG SIÊU ÂM: Hiệu quả của protease trung tính và sự kết hợp của protease trung tính và sóng siêu âm trong sản xuất tinh bột gạo đã được nghiên cứu. Huyền phù tinh bột gạo (33%) được xử lí với protease nồng độ 0.01, 0.03 hay 0.05% (so với bột), hoặc xử lí kết hợp với nồng độ 0.03% protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao tại biên độ 25, 50, hay 75% trong 15, 30 hay 60 phút đồng thời hay liên tục. Sản lượng tinh bột tăng lên đến 79.886.7% với hàm lượng protein sót lại 0.50.96% và hàm lượng tinh bột bị phá hủy là 0.981.87% khi xử lí protease trung tính kết hợp với sóng siêu âm cường độ cao. Sự kết hợp được ưu tiên là xử lí protease trung tính trong 2 giờ, tiếp theo xử lí sóng siêu âm với biên độ 75 hay 50% trong 15 đến 30 phút. Tinh bột thu được cho thấy không có sự phá hủy cấu trúc phân tử hay bề mặt hạt tinh bột. 4.1. Tiến trình thí nghiệm: Chuẩn bị: Bột gạo (RL – 100) được mua từ Rivland Partnership, Houston, Texas. Protease trung tính (N “Amano” với hoạt tính 150,000~190,000 đơn vị/g, pH tối ưu 7.5 và nhiệt độ 55oC) dạng bột khô. Máy xử lí sóng siêu âm cường độ cao (750 Watt Model, 20 kHz) . CN chế biến Tinh bột gạo 38 Phương pháp tách tinh bột bằng cách ngâm kiềm: được xem như là phương pháp kiểm chứng. 100g bột gạo được ngâm trong 200 ml 0,1% NaOH trong 18 giờ. Dung dịch huyền phù được khuấy trộn bằng máy trộn Waring tốc độ cao trong 2 phút, đi qua rây 63μm, sau đó li tâm tại 1400.g trong 10 phút. Lớp tinh bột ở dưới đáy được hòa tan lại và rửa với 0.1% NaOH và nước, sau đó trung hòa với 1N HCl đến pH 6.5 và li tâm. Tinh bột sau đó được rửa với nước loại ion hơn 3 lần, sấy ở 45oC trong lò trong 48 giờ. Tách tinh bột gạo bằng protease trung tính: sử dụng bột gạo (100g) trộn với nước loại ion (200ml) trong becher 500ml. Nhiệt độ được giữ ở 50oC, pH được điều chỉnh ở 7.0 với 1.0N NaOH. Nồng độ khác nhau của protease trung tính (0.01, 0.03, hay 0.05% trên lượng bột gạo) được thêm vào huyền phù và cho phản ứng trong 1, 3 hay 5 giờ, khuấy liên tục bằng cánh khuấy có từ tính. Huyền phù bột sau đó được trộn bằng máy trộn Waring với tốc độ cao trong 2 phút sau khi xử lí với protease. Cho huyền phù đi qua rây 63- μm rồi li tâm tại 1400.g trong 10 phút. Lớp tinh bột được hòa tan trở lại và rửa 3 lần với nước loại ion. Tinh bột thu được sau đó đem đi sấy ở 45°C trong 48 giờ. Tách tinh bột bằng phương pháp kết hợp protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao: Xử lí sóng siêu âm được thực hiện trước, trong, và sau quá trình xử lí protease. Bột gạo (100g) trộn với nước loại ion (200ml) trong becher 500ml. Protease trung tính được thêm vào với hàm lượng 0.03% (trên lượng bột), nhiệt độ của hỗn hợp huyền phù được giữ ở 50oC, khuấy liên tục. Trong quá trình xử lí sóng siêu âm , nhiệt độ được giữ ở 40oC (Wang and Wang, 2001). Biên độ sóng là 25%, 50%, hay 75% với 5 giây bật (on) và 5 giây tắt (off) trong 15, 30, hay 60 phút. Thời gian xử lí siêu âm không bao gồm thời gian tắt (off). Tinh bột thu được cũng được xử lí giống như tiến trình được diễn tả trong phương pháp xử lí protease. Độ ẩm, hàm lượng protein, tổng lượng tinh bột, và tinh bột bị phá hủy được xác định bằng phương pháp AACC. Hàm lượng amylose của tinh bột được xác định bằng cách sử dụng sắc kí cao áp (Wang and Wang, 2000). 4.2. Kết quả: Chất lượng của tinh bột thu được của phương pháp xử lí bằng protease trung tính và phương pháp kết hợp protease và sóng siêu âm được liệt kê trong các bảng: Bảng 16: Hàm lượng tinh bột, protein sót lại, tinh bột bị phá hủy trong tinh bột gạo thu được bằng phương pháp xử lí protease trung tính ở những nồng độ và thời gian khác nhauz CN chế biến Tinh bột gạo 39 zgiá trị trung bình trong những cột giống nhau theo sau bởi những chữ cái khác nhau là khác nhau có ý nghĩa (P<0.05) y protease với lượng 0.01% và xử lí trong 1 giờ. Bảng 17: Hàm lượng tinh bột, protein sót lại, tinh bột bị phá hủy trong tinh bột gạo thu được bằng phương pháp xử lí kết hợp 0.03% protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao z zgiá trị trung bình trong những cột giống nhau theo sau bởi những chữ cái khác nhau là khác nhau có ý nghĩa (P<0.05) y xử lí sóng siêu âm trong 15 phút, biên độ sóng 50%, sau đó xử lí với protease trong 2 giờ. x xử lí protease và sóng siêu âm (biên độ 25%) đồng thời trong 30 phút. w xử lí protease trong 2 giờ, sau đó xử lí sóng siêu âm biên độ 50% trong 15 phút. Bột gạo sử dụng trong nghiên cứu có: tổng hàm lượng tinh bột 87.6%, protein 7.7%, tinh bột bị phá hủy 5.4% (trên chất khô). Khi protease được sử dụng một mình, CN chế biến Tinh bột gạo 40 sản lượng tinh bột tăng lên và protein sót lại giảm xuống theo sự tăng lên mức độ sử dụng protease và thời gian xử lí. Tinh bột thu được ở mức từ 62.5% đến 71.8% , trong khi đó lượng protein sót lại và tinh bột bị phá hủy lần lượt là 0.530.88% và 0.991.81%. Mẫu kiểm chứng (bằng phương pháp ngâm kiềm) có sản lượng tinh bột là 71.6%, hàm lượng protein sót là 0.12%, tinh bột bị phá hủy 1.59%. Kết quả này cho thấy xử lí protease với nồng độ 0.01% thì không hiệu quả trong việc phân tách protein và tinh bột thậm chí sau 5 giờ xử lí. Khi tăng lượng protease trung tính lên đến 0.03% và 0.05%, tinh bột thu được có thể so sánh với phương pháp ngâm kiềm. Sản lượng tinh bột và lượng protein sót lại tương đương với những mẫu được xử lí với 0,03% và 0.05% protease trung tính trong 3 và 5 giờ. Vì thế, phương pháp xử lí với 0.03% protease trung tính trong 2 giờ được chọn cho nghiên cứu tiếp theo so sánh với phương pháp xử lí kết hợp dùng enzyme và sóng siêu âm. Protease sẽ thủy phân protein trên bề mặt hạt tinh bột, kết quả là phá vỡ mạng protein thành những phần nhỏ và làm gia tăng tính mẫn cảm của bột gạo với hiện tượng xâm thực của sóng siêu âm. Hiệu ứng xâm thực do sóng siêu âm cường độ cao trong môi trường nước được áp dụng để phá vỡ liên kết giữa hạt tinh bột và mạng lưới protein. Sản lượng tinh bột cải thiện đáng kể khi xử lí sóng siêu âm kết hợp với protein trung tính, từ 80.8 đến 86.7%, so sánh với phương pháp chỉ xử lí protease và phương pháp ngâm kiềm (bảng 16). Lượng protein sót lại là 0.50.96% (trên chất khô) thì cao hơn nhưng lượng tinh bột bị phá hủy khoảng 0.981.87% thì tương đương với các mẫu của phương pháp ngâm kiềm. Tuy nhiên, protein còn sót lại trong tinh bột được xử lí bằng phương pháp kết hợp enzyme – sóng siêu âm thì thấp hơn một loại tinh bột gạo thương mại (3.1%) (StarchPlus SPR rice starch từ California Natural Products, Lathrop, Calif.). Sản lượng tinh bột gia tăng khi thời gian xử lí sóng siêu âm tăng lên ở biên độ thấp (25 – 50%), tuy nhiên sản lượng tinh bột lại tương đương (84%) tại biên độ sóng 75%. Ngoài ra ta thấy tinh bột dễ tách khỏi protein khi sóng siêu âm được sử dụng sau khi xử lí protease, và protease thì hiệu quả trong việc làm lỏng lẻo mạng lưới protein xung quanh hạt tinh bột hơn là sóng siêu âm. Vì thế, sự kết hợp giữa enzyme và sóng siêu âm thích hợp nhất là đầu tiên xử lí protease trong 2 giờ, sau đó xử lí sóng siêu âm tại biên độ sóng 50% hay 75% trong 15 đến 30 phút (bảng 17) vì sản lượng tinh bột cao hơn, hàm lượng protein sót lại thấp hơn, và sự tách ra dễ dàng hơn. Hàm lượng amylose trong tinh bột gạo chiết xuất được tương tự trong các phương pháp, điều đó đề nghị rằng xử lí sóng siêu âm dưới nhiệt độ hồ hóa thì không de- polime hóa hạt tinh bột. Kết quả SEM không cho thấy bấy kì sự phá hủy nào trên bề mặt hạt tinh bột gạo (Hình 14). Sự kết hợp giữa protease và sóng siêu âm cường độ cao chỉ ảnh hưởng đến liên kết không hóa trị giữa tinh bột và protein mà không phá hủy đến phân tử tinh bột và cấu trúc của nó. CN chế biến Tinh bột gạo 41 Hình 13: Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tinh bột gạo tách từ: (A) khuấy nhiệt độ phòng không dùng sóng siêu âm, (B) xử lí sóng siêu âm biên độ 75% trong 30 phút sau khi xử lí protease trong 2 giờ 4.3. Kết luận: Với phương pháp kết hợp protease trung tính và sóng siêu âm cường độ cao, hiệu quả của việc tách tinh bột được cải thiện đáng kể, và xử lí sóng siêu âm sau khi xử lí protease làm quá trình phân tách tiện lợi hơn. Phương pháp này cho thấy một tiềm năng để đạt được sản lượng tinh bột cao với những tính chất hóa lí tương tự với những phương pháp thông thường khác nhưng trong thời gian ngắn hơn. CN chế biến Tinh bột gạo 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2009. 2. Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2007. 3. Lê Ngọc Thúy, Máy và thiết bị trong sản xuất thực phẩm, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2009. 4. Ann-Charlotte Eliasson, Starch in food – Structure, function and applications, CRC Press, 2004. 5. James BeMiller and Roy Whistler, Starch – Chemistry and technology, Third edition, Food science and technology, 2009. 6. L. Wang và Y. J. Wang, Rice starch isolation by neutral protease and high- tensity ultrasound, AAES Research Series, 2003. 7. Linfeng Wang và Ya-Jane Wang, Application of High-Intensity Ultrasound and Surfactants in Rice Starch Isolation, 2004. 8. N. Lumdubwong and P. A. Seib, Rice Starch Isolation by Alkaline Protease Digestion of Wet-milled Rice Flour, 1996. 9. Thawien Bourtoom, Manjeet S. Chinnan, Preparation and properties of rice starch – chitosan blend biodegradable film, 2007.