Tinh bột bắp - Công nghệ sản xuất và ứng dụng

1 Mục Lục 1. TỔNG QUAN VỀ NGÔ ( BẮP ) ..........................................................................................3 1.1. Giới thiệu ...........................................................................................................................3 1.2. Phân loại ngô .....................................................................................................................3 1.3. Cấu tạo bắp ngô ................................................................................................................3 1.4. Cấu tạo hạt ngô .................................................................................................................4 1.5. Thành phần hóa học .........................................................................................................5 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP.........................................................................9 2.1. Rửa ...................................................................................................................................11 2.2. Ngâm hạt ..........................................................................................................................11 2.3. Ngiền sơ bộ.......................................................................................................................12 2.4. Tách phôi .........................................................................................................................14 2.5. Sàng sữa tinh bột .............................................................................................................14 2.6. Nghiền mịn .......................................................................................................................15 2.7. Rây ....................................................................................................................................17 2.8. Tách Gluten .....................................................................................................................18 2.9. Tinh chế dịch sữa ............................................................................................................19 2.10. Ly tâm tách nước ..........................................................................................................20 2.11. Sấy ..................................................................................................................................21 2.12. Đóng gói .........................................................................................................................23 3. SẢN PHẨM ...........................................................................................................................23 3.1 Các hình thức sản phẩm ..................................................................................................23 3.2. Chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tinh bột bắp ...........................................................24 4. ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BẮP ...................................................................................25 4.1. Các ứng dụng ...................................................................................................................25 4.2. Bao bì từ tinh bột ngô .....................................................................................................26 4.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ tinh bột bắp ................................................................28 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................29 2 Danh mục hình Hình 1: Cấu tạo hạt ngô ...............................................................................................................4 Hình 2: Hạt tinh bột ngô chụp dưới ánh sáng phân cực ..............................................................6 Hình 3: So sánh cấu trúc hạt tinh bột ngô với các hạt khác .........................................................6 Hình 4: Thiết bị rửa dạng thùng quay ........................................................................................11 Hình 5: Thiết bị bồn ngâm ..........................................................................................................12 Hình 6: Thiết bị nghiền 1đĩa .......................................................................................................13 Hình 7: Cấu tạo thiết bị nghiền đĩa ............................................................................................13 Hình 8: Thiết bị rửa bã DSM (Dutch State Mines) ....................................................................15 Hình 9: Rãnh hình chữ V ............................................................................................................15 Hình 10: Máy nghiền pin-disc ....................................................................................................16 Hình 11: Cấu tạo của thiết bị nghiền đĩa pin-disc......................................................................16 Hình 12: Thiết bị rửa bã DSM (Dutch State Mines) ..................................................................18 Hình 13: Rãnh hình chữ V ..........................................................................................................18 Hình 14: Thiết bị ly tâm dĩa ........................................................................................................19 Hình 15: Hệ thống xyclon nước ..................................................................................................20 Hình 16: Cấu tạo của xyclon ......................................................................................................20 Hình 17: Thiết bị ly tâm tách nước .............................................................................................21 Hình 18: Cấu tạo của máy ly tâm tách nước ..............................................................................21 Hình 19: Thiết bị sấy khí động ....................................................................................................22 Hình 20: Các hình thức bảo quản tinh bột dùng cho chế biến thức ăn hay các mục đích công nghiệp ..........................................................................................................................................24 Hình 21: Ứng dụng của tinh bột bắp trong các lĩnh vực ............................................................25 Hình 22: Ứng dụng tinh bột bắp trong công nghệ thực phẩm ....................................................25 Hình 23: Sử dụng tinh bột bắp cho các loại bao bì giấy ............................................................26 Hình 24: Các sản phẩm bao bì được làm từ tinh bột bắp ..........................................................27 Hình 25: Vòng tuần hoàn sử dụng bao bì từ tinh bột bắp ..........................................................27 Hình 26: Sơ đồ sản xuất ethanol từ tinh bột bắp ........................................................................28 Danh mục bảng Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần của hạt ngô ....................................................................................4 Bảng 2: Sự phân bố các chất trong hạt ngô (% khối lượng) ........................................................5 Bảng 3: Thành phần các loại protein trong ngô...........................................................................7 Bảng 4: Thành phần các acid amin ( mol% có trong ngô) ...........................................................7 Bảng 5: Chỉ tiêu chất lượng của bột bắp ....................................................................................24 3 1. TỔNG QUAN VỀ NGÔ ( BẮP ) 1.1. Giới thiệu Họ: Poacea (hòa thảo) Phân họ: Andropogonoideae Tộc: Tripsaceae ( maydeae, Zeeae) Chi: Zea Loài: Zea Mays L 1.2.Phân loại ngô Dựa vào cấu tạo tinh bột của nội nhũ hạt, ngô được chia thành 5 loại sau đây : Ngô răng ngựa : Hạt to, dẹt, đầu hạt có vết lõm như hình cái răng. Hai bên sườn hạt là tinh bột miền sừng, đầu và giữa hạt là chất tinh bột mềm (miền bột). Vỏ hạt màu vàng, đôi khi màu trắng. Ngô răng ngựa có hàm lượng tinh bột từ 60 - 65% khối lượng hạt, trong đó 21% là amilose, 79% có amilopectin. Ngô răng ngựa chủ yếu dùng để sản xuất thức ăn gia súc, và còn dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp hay thức ăn cho người. Ngô đá : Hạt tròn, nội nhũ chứa nhiều tinh bột miền sừng; vỏ hạt có màu trắng ngà, màu vàng hay màu đỏ. Ngô đá có làm lượng tinh bột chiếm từ 56 - 75% khối lượng hạt, trong đó 21% là amilose, 79% là amilopectin. Ngô đá được dùng để chế biến thức ăn cho người và gia súc, hay dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp. Ngô nếp : Hạt tròn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục hoặc màu vàng. Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60% khối lượng hạt, trong đó amilopectin chiếm gần 100%, amilose hầu như không đáng kể. Ngô nếp chủ yếu dùng làm thức ăn cho người, và còn làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất bánh kẹo. Ngô bột : Hạt bẹt và tròn đầu, mặt hạt nhẵn. Nội nhũ có màu trắng đục, cấu tạo xốp, dễ hút nước. Hàm lượng tinh bột chiếm từ 55 - 80% khối lượng hạt, trong đó 20% là amilose, 80% là amilopectin.Ngô bột dùng hầu hết làm thức ăn cho người. Ngô đường : Hạt thường nhăn nheo, vỏ có màu vàng, trắng hoặc tím. Hàm lượng tinh bột của nội nhũ khoảng 25 - 47% khối lượng hạt, hàm lượng đường và dextrin khá cao, có thể đến 19 - 31% khối lượng hạt. Thành phần tinh bột của ngô đường gồm : 60 - 90% amilose, 10 - 40% amilopectin. Ngô đường được dùng làm thức ăn cho người và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. 1.3. Cấu tạo bắp ngô Bắp ngô dạng hình trụ thuôn ở hai đầu gồm: lá bao, râu, bẹ, lõi, cuống, hạt. trong lõi có khoảng 0,22% hjat không tẻ ra được gọ là hạt kẹ. Trọng lượng một bắp ngô khoảng 200 – 400g, đặc biệt có loài nặng 600g. Chiều dài bắp khoảng 10 – 25cm. đường kính khoảng 3 – 5cm. Hạt phát triển thành từng hàng thẳng, số hàng mọc trên mỗi bắp thường là số chẵn. Số hàng phụ thuộc kích cỡ bắp ngô khoảng 8 – 24 hàng, trung bình 16 – 20 hàng. 4 Trong một bắp hạt chiếm 78% khối lượng còn lại lõi và cuống khoảng 22% khối lượng ở điều kiện tự nhiên. 1.4. Cấu tạo hạt ngô Hình 1: Cấu tạo hạt ngô Gồm 3 phần chính: vỏ, phôi và nội nhũ. Bảng 1: Tỉ lệ các thành phần của hạt ngô Thành phần Vỏ Phôi Nội nhũ Mày Phần trăm trong hạt ( theo % chất khô) 5,1 – 5,7 10,2– 11,9 81,8 – 83,5 0,8 – 1,1 1.4.1. Vỏ Ngô là loại hạt trần nên không có vỏ trấu mà chỉ có lớp vỏ ngoài (vỏ quả) và lớp vỏ trong (vỏ hạt). Chiều dày lớp vỏ khoảng 35 – 60 m. Vỏ quả gồm: lớp ngoài cùng, lớp giữa, lớp trong. Vỏ trong: lớp ngoài (lớp sắc tố), lớp trong. 1.4.2. Lớp aleurone Gồm những tế bào lớn, thành dày, trong có chứa hợp chất của Nitơ và những giọt chất béo. Lớp này không chứa tinh bột. Hình dạng: hình vuông hay hình chữ nhật. Chiều dày: 10 – 70 m. 1.4.3. Tế bào nội nhũ Khối tế bào lớn, thành mỏng, có hình dạng khác nhau, xếp không có thứ tự rõ ràng. Gồm 2 phần: nội nhũ sừng và nội nhũ bột. Nội nhũ bột: nằm bên trong, gần phôi, mềm và đục, chứa nhiều hạt tinh bột. Các hạt tinh bột lớn và trơn nhẵn. Liên lết các tế bào lỏng lẽo. Bên trong màng lưới các hạt protein mỏng và không bao bọc xung quanh được hết cac hạt tinh bột. 5 Nội nhũ sừng: cứng, trong mờ, nằm gần lớp vỏ, chứa nhiều hạt protein. Hạt tinh bột hình đa giác, kích thước nhỏ, kết dính nhau rất sát. 1.4.4. Phôi Phôi nằm gần cuống hạt và dính liền với nội nhũ. Phôi chiếm 8 – 15% khối lượng hạt. Cấu trúc của phôi khá xốp, thành phần chứa nhiều chất béo nên rất dễ bị hư hỏng. 1.5. Thành phần hóa học Thành phần thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngô, kĩ thuật canh tác, đất đai.... Bảng 2: Sự phân bố các chất trong hạt ngô (% khối lượng) Thành phần hóa học Vỏ Nội nhũ Phôi Protein 3,7 8 18,4 Lipit (trích ly bằng ether) 1 0,8 33,2 Tro 0,8 0,3 10,5 Tinh bột 7,3 87,6 8,3 Đường 0,34 0,62 10,8 Xơ 86,7 2,7 8,8 1.5.1. Nước Chiếm khoảng 12 – 15% trọng lượng của hạt khi đạt độ chín hoàn toàn, để khô tự nhiên. Thu hoạch tươi ẩm đạt 19 – 35%. 1.5.2. Glucid Nội nhũ chứa 73% glucid ở dạng tinh bột, đường và cellulose, ở phôi dạng đường và ở vỏ dạng cellulose. Tinh bột: ngô chứa khoảng 60 – 70% tinh bột. Hàm lượng amylose trong các giống khác nhau thì khác nhau, nhìn chung khoảng 21 – 23% (trừ ngô nếp chỉ chứa toàn amylopectin). - Hạt tinh bột có cấu tạo đơn, hình dạng rất khác nhau, thường có dạng cầu hay đa diện tùy theo giống và vị trí của hạt tinh bột trong hạt ngô. Kích thước hạt tinh bột khoảng 6 – 30 m. Khối lượng riêng tinh bột ngô khoảng 1,5 – 1,6. Nhiệt độ hồ hóa 62 – 67,50C. Góc quay cực 201,5 0 . 6 Hình 2: Hạt tinh bột ngô chụp dưới ánh sáng phân cực Hình 3: So sánh cấu trúc hạt tinh bột ngô với các hạt khác - Tinh bột và dầu béo tồn tại trong hạt nhân ngô giúp cho hạt giống nảy mầm - Hiện nay bằng cách lai tạo giống, người ta đã tạo ra giống ngô có chứa hàm lượng amylopectin cao được gọi là ngô sáp ( maxy maize ) hay tạo ra giống ngô có hàm lượng amylose rất cao, có thể lên đến 70%, được gọi là ngô cao ( amylose corn ). Gần đây nhất loại ngô có chứa 82% amylose đã được công bố. Ngô sáp có thể hồ hóa trong điều kiện nhuw ngô thường trong khi đó ngô co cần không những điều kiện nhiệt cao ( nước sôi ) mà còn cần áp lực nấu hay cần phải được hydrat hóa bằng dung dịch natri hydroxide loãng Các dạng đường và dẫn xuất - Tổng số đường chiếm 1 – 3%. - Monosaccharide ở nội nhũ: glucose, fructose và đường trong cấu trúc của nucleotide. - Disaccharide: chủ yếu là sacharose tập trung nhiều ở nội nhũ, một ít maltose. - Trisaccharide và các oligosaccharide có rất ít trong hạt, chủ yếu là raffinose. - Phytate: dạng dự trữ của myo – inositol là loại dẫn xuất duy nhất được tìm thấy trong ngô. 7 1.5.3. Protein Trong nội nhũ protein và tinh bột ở dạng dự trữ. Lớp protein này định vị trong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2 – 5m. Các thể protein hình cầu liên kết với nhau thành một màng lưới protein. Bảng 3: Thành phần các loại protein trong ngô Loại Tỷ lệ % Alumins 4 Globulins 2,8 Prolamins ( Zein) 47,9 Glutelins 45,3 Hàm lượng protein trung bình là 10%. Thành phần chính trong protein là prolamins (zein) tích trong nội nhũ còn phôi chứa chủ yếu globulins. Bảng 4: Thành phần các acid amin ( %mol có trong ngô) Acid amin Albumins Globulins Prolamins Glutelins Tổng cộng Aspartic acid 16,7 9,1 4,9 5,5 5,9 Threonin 4,4 5,2 3,1 4,2 3,7 Serine 6,2 7,5 6,9 6,1 6,4 Glutamic acid 12,4 10,7 19,4 16 17,7 Proline 8,6 5,6 10,2 11,1 10,8 Glycine 9,7 10,3 2,6 6,9 4,9 Alanine 10 10,7 13,6 9,4 11,2 Cystine 1,8 3,2 1 1,8 1,6 Valine 4,8 6,2 4 6,1 5 Methionine 1,1 1,5 1,1 2,8 1,8 Isoleucine 3 4,1 3,9 3,4 3,6 Leucine 5,1 6,5 18,5 10,9 14,1 Tyrosine 3,8 2,6 3,6 2,9 3,1 8 Phenylalanine 2 3,2 4,9 3,3 4 Histidine 2,1 2,3 1,1 3,3 2,2 Lysine 3,9 4,6 0 2,4 1,4 Arginine 3,9 6 1,2 3,2 2,4 Tryptophan 0,5 0,7 0 0,3 0,2 Trong ngô, hàm lượng acid amin trong phôi khác với hàm lượng acid amin trong nội nhũ. Xét về mức độ cân đối giữa các acid amin không thay thế thì protein phôi có giá trị cao hơn nội nhũ và toàn hạt do có hàm lượng lysine và tryptophan cao hơn. Giữa các giống ngô khác nhau thì sự phân bố protein giữa phôi và nội nhũ cũng khác nhau. Do đó cần phân tích kĩ để lựa chọn phương pháp chế biến phù hợp. 1.5.4. Lipit Trong các loại ngũ cốc, ngô có hàm lượng lipit cao nhất từ 3,5 – 7%. Phôi chứa 30 – 50% tổng số lipit. Ngoài ra còn một số nằm trong lớp aleuron của hạt. Thành phần chất béo trong ngô là hỗn hợp các triglyceride của các acid béo như linoleic, oleic, palmitic, steric, linolenic, arachidic, ngoài ra còn có lipit liên kết với gluten, cellulose, tinh bột và các acid béo tự do. Nhờ thành phần lipit này giúp hòa tan chất màu carotenoid và phân bố trong hạt tạo màu vàng cho hạt ngô. 1.5.5. Khoáng Ngô chứa khoảng 1,3% khoáng. Chất khoáng tập trung chủ yếu ở phôi chiếm khoảng 78% trong toàn hạt. Một số khoáng có trong ngô như: P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Mn, Zn... 1.5.6. Vitamin Các vitamin tan trong chất béo: - Ngô chứa 2 loại vitamin tan trong chất béo là tiền vitamin A hay carotenoids và vitamin E. - Carotenoids được tìm thấy chủ yếu ở các giống ngô vàng, còn ngô trắng chứa rất ít. Phần lớn carotenoids có ở nội nhũ sừng và có rất ít ở phôi. Betacarotene là tiền vitamin A quan trọng. Hoạt tính vitamin sẽ bị giảm trong quá trình bảo quản. - Vitamin E: chứa nhiều trong phôi. Nguồn gốc vitamin E là bốn loại tocopherols, trong đó alpha – tocopherols có hoạt tính sinh học mạnh nhất, còn gamma – tocopherols đóng vai trò là chất chống oxi hóa. Vitamin tan trong nước: - Vitamin tan trong nước chủ yếu được tìm thấy ở lớp aleuron, kế đến là trong phôi và nội nhũ. Trong quá trình chế biến lượng vitamin này mất đi rất nhiều. - Vitamin B: trong hạt ngô có nhiều vitamin B1 nhưng chứa ít vitamin B2, B6. 60 – 80% vitamin này nằm trong protein hay tinh bột. Hàm lượng vitamin này tăng khi bón Ca cho cây ngô. - Vitamin PP: hàm lượg thấp hơn trong lúa mì và gạo. Tập trung chủ yếu ở lớp aleuron. - Ngô không có vitamin B12, rất ít vitamin C, choline, acid folic và acid pantothenic. 9 Nguyên liệu Ngâm Rửa Rây Nghiền mịn Xơ Nghiền lần 1 Tách phôi lần 1 Tách phôi lần 2 Làm khô phôi Nghiền lần 2 Phôi Rây Rây Nước Tách gluten Ly tâm tách nước Sấy Tinh bột Tinh chế dịch sữa ten Gluten 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP Sơ đồ khối quy trình công nghệ: 10 Sơ đồ quy trình thiết bị: 11 2.1. Rửa 2.1.1. Mục đích Chuẩn bị, giúp làm sạch, loại bỏ một phần tạp chất, làm cho các tính chất của nguyên liệu đạt yêu cầu, đảm bả sản phẩm thu được có chất lượng tốt Thường là một trong những công đoạn đầu tiên của quy trình công nghệ. 2.1.2. Các biến đổi Biến đổi chủ yếu là biến đổi vật lý. Các chất bẩn được tách ra, hàm lượng tinh bột trong tổng chất khô tăng lên. Phần lớn vi sing vật bám trên bề mặt hạt được rửa trôi. 2.1.3. Phương pháp thực hiện Phương pháp rửa xối được ứng dụng khá phổ biến. Nguyên tắc là phun nước lên nguyên liệu với một áp lực nhất định. Dưới tác dụng của lực nước, chất bẩn sẽ được tách ra và đi theo dòng nước. Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố sau: áp suất, lượng nước sử dụng, nhiệt độ của nước, thời gian làm sạch. Áp suất nước càng cao, hiệu quả làm sạch càng tăng, nhưng mức độ tổn thương cũng tăng theo. Cần đảm bảo cho toàn bộ bề mặt nguyên liệu tiếp xúc với tia nước. 2.1.4. Thiết bị Hình 4: Thiết bị rửa dạng thùng quay 2.1.5. Thông số kỹ thuật Áp suất của tia nước phun (áp suất 1.96 – 2.94.10 5 N/m2, tức 2 – 3 at). 2.2. Ngâm hạt 2.2.1. Mục đích Chuẩn bị cho quá trình nghiền. Làm cho haṭ ngô mềm, dê ̃nghiền, giúp phá hủy khuôn protid, làm cho các hạt tinh bột thoát ra dễ dàng hơn. Do trong ngô, các hạt tinh bột gắn chặt với nhau bởi vách protid. Tách trước khoảng 2/3 lượng các chất hòa tan, tạo điều kiện thuận lợi phân tách các cấu tử thành phần trong các khâu sau. 2.2.2. Các biến đổi Khi ngâm, xảy ra các quá trình sau: Vật lý: Hạt ngô hút nước, trương nở, tăng khối lươṇg làm cho tỷ troṇg thay đổi và đô ̣cứng hạt thay đổi (hạt mềm hơn, làm giảm độ bền cơ học). Ngâm đạt yêu cầu khi hạt trương lên, mềm ra, dễ bóp nát. 12 - Thay đổi tính chất cơ cấu, do liên kết giữa vỏ, phôi, nội nhũ bị hủy hay yếu đi. - Thay đổi cấu trúc nội nhũ. - Làm sạch lần cuối những tạp chất bám ở mặt ngoài. Hóa lý: Môṭ số chất hòa tan khuếch tán qua vỏ và phôi ra nước ngâm. 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 ngô. Tách bỏ vi sinh vâṭ bám trên ngô. 2.2.3. Phương pháp thực hiện Ngâm hạt bằng nước nóng 45-52°C chứa 0.18 – 0.25% H2SO3. Mặc dù trong môi trường axit vẫn xảy ra quá trình lên men, chủ yếu lên men lactic. Vi khuẩn Lactic hoạt động thích hợp ở 45 – 520C, chuyển hóa 1 phần glucid thành acid lactic trong nước ngâm, làm mềm hạt. Nếu ngâm hạt không đúng quy cách hay sau khi ngâm để nguội mới nghiền thì khó tách phôi và tinh bột, vì như vậy phôi ít đàn hồi, dễ bị vụn nát 2.2.4. Thiết bị: bồn ngâm. Hình 5: Thiết bị bồn ngâm 2.2.5. Thông số công nghê ̣ Nước ngâm: 45-52 oC, chứa 0.18 – 0.25% H2SO3. Thời gian: từ 24-48 giờ 2.3. Nghiền (nghiền lần 1 và nghiền lần 2) 2.3.1. Mục đích Quá trình nghiền sơ bộ hay còn gọi là quá trình đập vụn nhằm mục đích phá vỡ hạt thành mảnh để tách phôi dễ dàng, đồng thời thu được tỉ lệ tinh bột cao hơn. 2.3.2. Các biến đổi Vật lý: Giảm kích thước nguyên liệu. Tăng diện tích bề mặt riêng. Nhiệt độ tăng. Phôi ngô sau khi ngâm trở nên đàn hồi, liên kết với nội nhũ yếu đi, nên khi nghiền ở điều kiện nhất định, phôi sẽ tách rời các mảnh nội nhũ và không bị vụn nát. Hóa học: Các thành phần bên trong nguyên liệu như các vitamin sẽ có điều kiện tiếp xúc với 13 oxy nên dễ bị oxy hóa. Hóa lý: Chuyển từ trạng thái rắn sang dung dịch huyền phù, hòa tan một số chất trong ngô 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. Nếu chế độ thích hợp, nghiền lần 1 giải phóng được 75-85% phôi, 20-25% tinh bột, làn 2 là 15-20% phôi, 10-15% tinh bột. 2.3.3. Thiết bị Hình 6: Thiết bị nghiền một dĩa Hình 7: Cấu tạo của thiết bị nghiền dĩa Thiết bị nghiền một dĩa, gồm một dĩa quay được gắn với một rotor và một dĩa đứng yên. Bề 14 mặt dĩa có những rãnh nhỏ. Hai dĩa được lắp song song nhau. Khe hẹp giữa hai dĩa quyết định kích thước của sản phẩm. Khi thiết bị vận hành, nguyên liệu sẽ đi qua khe hẹp này, chịu tác dụng của lực ma sát và lực nén nên bị vỡ ra. Độ lớn của khe hẹp có thể điều khiển được, phụ thuộc vào yêu cầu kích thước của sản phẩm. 2.3.4. Thông số công nghệ Đường kính đĩa nghiền 914mm, n=960 vòng/ph, máy nghiền năng suất 130-150 tấn/ngày, công suất khoảng 35-40kW. Độ ẩm của nguyên liệu cao thì khó nghiền, tốn năng lượng và nếu độ ẩm thấp thì dễ dính răng máy. Thường khống chế độ ẩm của nguyên liệu nghiền khoảng 78%. 2.4. Tách phôi 2.4.1. Mục đích Tách phôi ra để tăng hàm lượng tinh bột trong tổng số chất khô. 2.4.2. Các biến đổi Chủ yếu là các biến đổi vật lý. Hàm lượng tinh bột trong tổng chất khô tăng lên. Quá trình tách phôi dựa trên nguyên tắc về sự chênh lệch khối lượng riêng của phôi và ngô mảnh. Phôi chứa khoảng 50-55% chất béo (tính theo phôi khô) nên tỷ trọng của phôi nhỏ hơn tỷ trọng của tinh bột, các mảnh nội nhũ. 2.4.3. Thiết bị (như hình 15,16) Dòng nhập liệu được đưa vào xiclon dưới một áp lực nhất định. Dung dịch chạy theo hình xoắn ốc. Dòng tinh bột có khối lượng riêng nặng hơn nên chảy xuống dưới (dòng underflow). Dòng mang theo phôi nhẹ hơn nên chảy lên phía trên (dòng overflow). 2.4.4. Thông số công nghệ - Nồng độ dịch bột 14-17 oBx - Nhiệt độ dung dịch 37-40oC (nếu nhiệt độ <30oC thì sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch dẫn đến làm chậm việc tách phôi). 2.5. Rây sữa tinh bột 2.5.1. Mục đích: chuẩn bị cho quá trình nghiền. Để khỏi nghiền lại tinh bột tự do, gluten và các phần tử cellulose nhỏ, giảm nhẹ tải lượng máy nghiền, sữa tinh bột trước khi nghiền mịn cần qua quá trình rây. 2.5.2. Các biến đổi Vật lý: phân riêng các phần tử có kích thước nhỏ, làm cho kích thước các phần tử rắn đồng đều hơn. Sinh học: Có thể bị nhiễm vi sinh vật từ môi trường bên ngoài. 2.5.3. Thiết bị 15 Hình 8: Thiết bị rửa bã DSM (Dutch State Mines) Thiết bị có bề mặt ray cong một góc 50° hoặc 120°. Trên bề mặt ray có những rãnh hình chữ V. Kích thước rãnh có thể thay đổi: 50, 75, 100, 150 μm. Những phần tử có kích thước nhỏ sẽ lọt qua ray, còn các phần tử xơ có kích thước lớn hơn thì theo dòng chảy ra ngoài ray. Thiết bị này có năng suất cao và có thể loại bỏ được trường họp tắc nghẽn. Hình 9: Rãnh hình chữ V 2.5.4. Thông số công nghệ Rây cong một góc 120°. Rãnh có kích thước 50 μm. 2.6. Nghiền mịn 2.6.1. Mục đích Sau khi tách phôi thu được sữa tinh bột mà phần rắn bao gồm các phần tử nhỏ, vỏ liên kết với nội nhũ, mảnh nội nhũ nguyên, các hạt tinh bột và các phần tử gluten. 16 Nghiền mịn nhằm giải phóng triệt để các hạt tinh bột liên kết với vỏ và các mảnh nội nhũ trong sữa tinh bột. 2.6.2. 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 nguyên liệu như các vitamin, béo sẽ có điều kiện tiếp xúc với oxy nên dễ bị oxy hóa. Các liên kết của các tinh bột với chất xơ bị phá vỡ. Hóa lý: hòa tan một số chất trong ngô 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. 2.6.3. Thiết bị Hình 10: Máy nghiền pin-disc Hình 11: Cấu tạo của thiết bị nghiền dạng pin-disc Đây là một dạng của thiết bị nghiền dĩa. Cấu tạo gồm một dĩa quay và một dĩa cố định. Trên 17 mỗi dĩa có khắc các rãnh sâu và các rãnh này ãn khớp với nhau. Hình dạng của các đường gân do các rãnh tạo thành có thể khác nhau: tròn, vuông hoặc hình lưỡi dao. Tốc độ của dĩa quay có thể đạt đến 10.000 rpm. 2.6.4. Thông số công nghệ _ Độ ẩm của phần rắn: 75-79%. _ Hàm lượng tinh bột trong dịch sữa: 72-74% ( theo thành phần khối lượng chất khô) _ Nhiệt độ sau nghiền tăng 5-6°C. 2.7. Rây Sữa tinh bột sau nghiền mịn là có thành phần chất rắn là xơ, tinh bột tự do và gluten. 2.7.1. Mục đích Mục đích của quá trình rây và rửa bã: để loại bỏ phần bã xơ, làm tăng hàm lượng tinh bột trong sữa tinh bột. 2.7.2. Các biến đổi Các biến đổi trong quá trình ray chủ yếu là biến đổi vật lý. Kích thước của các phần tử rắn trở nên đồng đều hơn, loại được các phân tử chất xơ có kích thước lớn. Nồng độ tinh bột trong tổng chất khô cao hơn. Quá trình rây và rửa bã được hoạt động theo nguyên tắc ngược dòng. Và để hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây thối và làm bết mặt rây thì ta sử dụng nước rửa bã có pha thêm dung dịch H2SO3 nồng độ 0.05% (pH = 4.3-4.5) và nhiệt độ khoảng 50°C. Sau quá trình rây, ta thu được một dung dịch có nồng độ chất khô khoảng 11-14 °Bx, nhiệt độ của dòng sữa khoảng 34-35°C. Độ ẩm của sản phẩm ray: 86-90%. Thành phần của sữa tinh bột sau rây (tính trên phần trăm chất khô): - Tinh bột 88-92% - Protein 6-10% - Chất béo 0.5-1% - Chất hòa tan 2.3-4.5% - H2SO3 0.035-0.045% - Tro 0.2-0.4% - Lượng bã nhỏ 0.05-0.1 g/l - Độ acid 145-200ml 2.7.3. Thiết bị 18 Hình 12: Thiết bị rửa bã DSM (Dutch State Mines) Thiết bị có bề mặt ray cong một góc 50° hoặc 120°. Trên bề mặt ray có những rãnh hình chữ V. Kích thước rãnh có thể thay đổi: 50, 75, 100, 150 μm. Những phần tử có kích thước nhỏ (tinh bột, protein, phức tinh bột-protein) sẽ lọt qua ray, còn các phần tử xơ có kích thước lớn hơn thì theo dòng chảy ra ngoài ray. Thiết bị này có năng suất cao và có thể loại bỏ được trường họp tắc nghẽn. Hình 13: Rãnh hình chữ V 2.7.4. Thông số công nghệ Rây cong một góc 120°. Rãnh có kích thước 50 μm. Quá trình rửa là nghịch chiều và lặp lại khoảng 5-6 lần. 2.8. Tách Gluten Sữa tinh bột sau ray có 2 thành phần chính là tinh bột và gluten. 2.8.1. Mục đích Mục đích của quá trình ly tâm là: tách gluten ra khỏi sữa tinh bột. 19 Để tách tinh bột khỏi gluten người ta dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của các cấu tử trong sữa tinh bột. khối lượng riêng của tinh bột là 1.61 kg/l., của gluten là 1.08 kg/l. 2.8.2. Các biến đổi Nồng độ tinh bột trong dịch huyền phù tăng lên. Có tổn thất do một ít tinh bột đi theo dòng của gluten. Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật nhờ sự tách nước ra khỏi hỗn hợp. 2.8.3. Tách gluten Hình 14: Thiết bị ly tâm dĩa Thiết bị bao gồm một chén xoay thân hình trụ, đỉnh có dạnh côn chuyển động trong lớp vỏ cố định. Đường kính của thân trụ khoảng 20-100 cm. Bên trong chén xoay này có các cơ cấu hình nón cụt bằng kim loại (dĩa) xếp chồng lên nhau. Các dĩa này chuyển động với vận tốc bằng với vận tốc của chén xoay. Khoảng cách giữa các đĩa khoảng 20-130 μm. Trên các dĩa này có các lỗ sao cho nó thể tạo một dòng chảy xuyên từ đĩa trên cùng xuống đến đáy của chén xoay. Dưới tác dụng của lực ly tâm, pha nặng sẽ di chuyển ra xa tâm của dĩa, pha nhẹ sẽ di chuyển vào gần tâm của dĩa và được đẩy lên đỉnh của chén xoay để thu hồi. Dòng sữa tinh bột có khối lượng riêng lớn hơn dòng gluten nên sẽ di chuyển ra xa tâm của dĩa. Theo hình trên thì dòng tinh bột là dòng underflow, dòng gluten là overflow. 2.9. Tinh chế dịch sữa 2.9.1. Mục đích Sữa tinh bột sau khi lắng tách gluten còn chứa khá nhiều chất hòa tan chủ yếu là protein và tro, nên đòi hỏi phải rửa nhiều lần để tách chất hòa tan đến mức tối đa, đảm bảo tiêu chuẩn tinh bôt, có thể rửa từ 2 đến 4 hoặc 5 lần tùy theo yêu cầu sản phẩm. Nếu tinh bột ướt để sản xuất tinh bột khô thì phải rửa sữa tinh bột 2 lần, để sản xuất mật rửa 3 lần và sản xuất glucose tinh thể phải rửa 4 lần. Để rửa tinh bột có thể dùng máy lọc chân không hay cyclon nước (sẽ đảm bảo chất hòa tan trong tinh bột <0.1% và protein <0.5%). 2.9.2. Các biến đổi Sản phẩm sau qua quá trình tinh chế là tinh bột dạng paste có độ tinh khiết cao(hàm lượng tinh bột trên tổng số cất khô trên 99%). Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật nhờ sự tách nước ra khỏi hỗn hợp. 20 2.9.3. Thiết bị Hình 15: Hệ thống xyclon nước Hình 16: Cấu tạo của xyclon Dòng nhập liệu được đưa vào xiclon dưới một áp lực nhất định. Dung dịch chạy theo hình xoắn ốc. Dòng tinh bột nặng hơn nên chảy xuống dưới (dòng underflow). Dòng mang theo các phân tử protein, các phần tử nhẹ chảy lên phía trên (dòng overflow). 2.10. Ly tâm tách nước 2.10.1. Mục đích Giảm hàm ẩm của nguyên liệu trước khi đi vào thiết bị sấy, giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng. 2.10.2. Các biến đổi 21 Nồng độ chất khô trong dịch sữa tinh bột tăng lên. 2.10.3. Thiết bị Hình 17: Thiết bị ly tâm tách nước Hình 18: Cấu tạo của máy ly tâm tách nước Thiết bị này có bộ phận chính là ống trụ nằm ngang, quay quanh một trục cố định. Trên thân trụ có đục lỗ để nước có thể đi qua nhưng các hạt tinh bột có kích thước lớn hơn lỗ nên bị giữ lại. Trên thiết bị có dao cào bã, có nhiệm vụ tháo tinh bột ra ngoài. 2.11. Sấy 2.11.1. Mục đích Giảm hàm ẩm của sản phẩm. Bảo quản sản phẩm. 2.11.2. Các biến đổi Có hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng lên, giảm khối lượng do lượng nước bay lên. 22 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. 2.11.3. Thiết bị Thiết bị sấy khí động Hình 19: Thiết bị sấy khí 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. 2.11.4. 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 v = 6 m/s ứng với lưu lượng 4,9 m 3 /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: 23 - 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 60oC để giảm thời gian sấy. o Độ ẩm của nguyên liệu sấy: 40 - 45 %. o Độ ẩm sản phẩm sau khi sấy: 13% 3. SẢN PHẨM 3.1 Các hình thức sản phẩm Tinh bột ngô có thể được bán dưới dạng bột mịn, thô hay được đóng thành bánh 24 Hình 20: Các hình thức bảo quản tinh bột dùng cho chế biến thức ăn hay các mục đích công nghiệp 3.2. Chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm tinh bột bắp Bảng 5: Chỉ tiêu chất lượng của bột bắp Chỉ tiêu Tính chất Trạng thái, màu sắc Bột trắng Protein (% khối lượng) 0.33% Độ ẩm 13.3% pH 5.4 – 6.4 SO2 11.5 ppm Độ tinh khiết 99.8% Tro (% khối lượng ) 0.14% Chất béo (% khối lượng) 0.12% 4. ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BẮP 4.1. Các ứng dụng Từ lâu việc sử dụng tinh bột bắp đã được những người Ai Cập sử dụng trong việc sản xuất giấy cói trong khí đó những người Roman đã biết sử dụng tinh bột bắp trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và các loại vải. Đến thế kỉ XX người ta đã quan tâm tới quy trình để khai thác có hiệu quả tinh bột bắp một cách có quy mô phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất tinh bột bắp Tinh bột bắp có rất nhiều ứng dụng trong thực tế hiện nay 25 Hình 21: Ứng dụng của tinh bột bắp trong các lĩnh vực Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm: nhằm ổn định cấu trúc và tạo cấu trúc đặc trưng cho sản phẩm. - Sử dụng để nấu ăn, các sản phẩm thịt, bia, và gia vị cho người sành ăn - Phụ gia cho phô mai, bơ, trộn salad, các loại bánh kẹo dẻo… Hình 22: Ứng dụng tinh bột bắp trong công nghệ thực phẩm Trong ngành công nghiệp thuốc: - Thường được sử dụng để sản xuất thuốc kháng sinh cho màng bao các viên thuốc con nhộng hay vi bao vitamin - Sử dụng thay thế huyết tương Trong ngành công nghiệp giấy: - Thường được sử dụng như các chất dính - Tinh bột bắp có cấu trúc tương tự như tờ giấy do đó tăng cường độ dai cho sợi giấy tự 26 nhiên, khả năng in ấn. Hình 23: Sử dụng tinh bột bắp cho các loại bao bì giấy Trong ngành công nghiệp dệt: sử dụng để tăng cường thành phần của vật liệu, cải thiện chất lượng, khả năng in và màu sắc bề mặt Trong ngành hóa chất công nghiệp: được sử dụng trong thuốc nhuộm tóc, kem dưỡng da, tóc thuốc làm ruṇg lông và các sản phẩm chăm sóc cá nhân khác Ngoài ra còn được sử dụng trong công nghiệp dầu khí 4.2. Bao bì từ tinh bột ngô Trên thế giới hiện nay đã xuất hiện các loại bao bì từ nguyên liệu sinh học để đóng gói. Ưu điểm của nguyên liệu sinh học chính là sự an toàn, thân thiện với môi trường. Ngoài ra các quy định ngày càng khó khăn hơn trong việc tái chế bao bì cũng thúc đẩy các công ty sản xuất bao bì quan tâm đến vật liệu như tinh bột bắp thay thế các loại nhựa khó phân hủy. Dùng tinh bột bắp làm nguyên liệu sẩn xuất bao bì không những giảm hàng triệu tấn chất thải nhựa tích lũy hàng năm mà còn giúp cắt giảm phát thải khí nhà kính. Hơn nữa các sản phẩm từ tinh bột bắp cũng đảm bảo cạnh tranh với các loại chất dẻo khác về cả phương diện giá cả và độ bền. Các sản phẩm được làm chủ yếu từ tinh bột bắp pha trộn với polymerizing và các vật liệu béo (như PLA, PHBV, và PCL). Các loại sản phẩm đã được sản xuất là các khay thức ăn nhanh, đĩa, cốc và dao cho các công ty phục vụ ăn uống, sử dụng trong hệ thống các siêu thị và trong các gia đình. Các dạng sản phẩm này cũng rất thích hợp cho những người bận rộn, hay di chuyển. Các sản phẩm này cũng đảm bảo độ bền nhiệt. Có thể đứng vững với nhiệt độ từ -200C đến 130 0 C. Có thể được làm nóng trong lò vi sóng lên đến 10 phút. Phân hủy sinh học trong 72 ngày và tất cả các thành phần phân hủy có thể phân hủy trong 180 ngày 27 Hình 24: Các sản phẩm bao bì được làm từ tinh bột bắp Hiện nay người tiêu dùng bắt đầu chú ý đến việc bảo vệ môi trường và họ ghét chất thải nhựa. Tuy nhiên nhựa từ tinh bột ngô thì có thể phân hủy và biến mất. Để có thể làm được bao bì từ tinh bột ngô thì người ta phải lai tuyển chọn giống ngô cao amylose có cấu trúc phân tử dài phù hợp với việc tạo ra nhựa. Ngoài ra khi bao bì tinh bột bắp phân hủy có có thể tác động trở lại đất và có thể sử dụng làm phân compost. Hình 25: Vòng tuần hoàn sử dụng bao bì từ tinh bột bắp 4.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ tinh bột bắp 28 Trước tiên người ta nấu tinh bột thành đường rồi dùng các loại vi sinh vật như vi nấm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus oryzae, Mucor, Rhizopus, vi khuẩn Zymomonas mobilis để lên men đường tạo ethanol. Sản phẩm cuối cùng của quá trình là ethanol tinh khiết 99.9% dùng làm nhiên liệu đốt. Tuy nhiên nhiên liệu sinh học cũng gây ra các vấn đề về an toàn lương thực. Hình 26: Sơ đồ sản xuất ethanol từ tinh bột bắp 29 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực tập 1, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. 2. Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất bàn Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. 3. PGS.TS Trần Như Khuyên, Th.S Hoàng Xuân Anh, Giáo trình công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, Nhà xuất bản Hà Nội. 4. James Be Miller Roy Whistler, Starch chemistry and technology, third edition 2009. 5. Robert Jansen, Corn wet milling process, United States Patent Application Publication, US 2009/0238918. 6. Vincent P. Chwalek, Los Anggeles, Combined dry-wet milling process for refining corn, United States Patent, 4181748 7. 8. einfo_en&con=cigsmais_en 9. 10. etechnikum_en&con=ctmp_en#