Đề tài Sản xuất tinh bột gạo

MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................... 1 DANH MỤC HÌNH .................................................................................... 3 DANH MỤC BẢNG ................................................................................... 4 Phần 1: GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU ....................................................... 1 I. GẠO: ........................................................................................................ 2 1.1. Cấu tạo của hạt lúa: .................................................................................. 3  Các chất dinh dưỡng trong phôi rất dễ bị biến đổi. ................................. 4 1.2. Thành phần hóa học của hạt gạo: ........................................................... 4 1.3. Phân loại: .................................................................................................. 7 II. NƯỚC: ................................................................................................. 10 III. NaOH : ................................................................................................ 12 Phần 2: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ .......................................................... 13 I. QUY TRÌNH 1: ..................................................................................... 14 II. QUY TRÌNH 2: ................................................................................... 15 Phần 3: THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ ........................... 16 I. QUY TRÌNH 1: ..................................................................................... 17 1.1. Tách kim loại: ......................................................................................... 17 1.2. Sàng: ........................................................................................................ 18 1.3. Ngâm: ...................................................................................................... 19 1.4. Nghiền: .................................................................................................... 20 1.5. Rây: .......................................................................................................... 21 1.6. Ly tâm: ..................................................................................................... 22 1.7. Sấy: .......................................................................................................... 23 1.8. Đóng gói: ................................................................................................. 25 II. QUY TRÌNH 2: ................................................................................... 26 2.1. Tách kim loại: tương tự qui trình 1 ....................................................... 26 2.2. Sàng: tương tự qui trình 1 ...................................................................... 26 2.3. Ngâm: tương tự qui trình 1 .................................................................... 26 2.4. Nghiền: tương tự qui trình 1 .................................................................. 26 2.5. Lắng: ........................................................................................................ 26 2.6. Sấy: tương tự qui trình 1 ........................................................................ 27 2.7. Đóng gói: tương tự qui trình 1 ............................................................... 27 Phần 4: SO SÁNH 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................... 28 Phần 5: SẢN PHẨM .................................................................................... 30 I. TINH BỘT GẠO: ................................................................................. 31 1.1. Thành phần: ............................................................................................ 31 1.2. Chỉ tiêu chất lượng: ................................................................................ 32 Phần 6: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ ....................................................... 33 I. ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG TÁCH TINH BỘT GẠO: ................... 34 II. TÍNH CHẤT CỦA MÀNG BAO PHÂN HỦY SINH HỌC LÀM TỪ HỖN HỢP TINH BỘT GẠO – CHITOSAN: ...................................... 35 III. SỬ DỤNG PROTEASE TRONG QUÁ TRÌNH NGÂM: ............. 36 IV. TÁCH TINH BỘT GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP PROTEASE TRUNG TÍNH VÀ SÓNG SIÊU ÂM: .................................. 37 4.1. Tiến trình thí nghiệm: ............................................................................. 37 4.2. Kết quả: .................................................................................................... 38 4.3. Kết luận: .................................................................................................. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 42 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cây lúa (Oryza sativa) ........................................................................ 2 Hình 2: Cấu trúc hạt lúa ................................................................................... 3 Hình 3: Qui trình sản xuất tinh bột gạo (qui trình 1) ....................................... 14 Hình 4: Qui trình sản xuất tinh bột gạo (qui trình 2) ....................................... 15 Hình 5: Máy phân loại bằng nam châm điện ................................................... 17 Hình 6: Máy tách kim loại ............................................................................... 18 Hình 7: Máy sàng ............................................................................................. 19 Hình 8: Thiết bị bồn ngâm ............................................................................... 20 Hình 9: Thiết bị nghiền trục đôi ....................................................................... 21 Hình 10: Máy li tâm đĩa ................................................................................... 23 Hình 11: Thiết bị sấy khí động ......................................................................... 24 Hình 12: Thiết bị lắng hình phễu ..................................................................... 26 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 ............................................................. 44 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của một số nông sản (Tính theo 100g) .............. 4 Bảng 2: Sự phân bố glucid trong từng phần của hạt lúa .................................. 5 Bảng 3: Hàm lượng các glucid trong hạt lúa .................................................... 5 Bảng 4: Thành phần hóa học của 100g gạo ..................................................... 7 Bảng 5: Phân loại theo chiều dài hạt gạo lật .................................................... 8 Bảng 6: Phân loại theo tỷ số chiều dài/ chiều rộng hạt gạo lật ........................ 8 Bảng 7: Bảng chỉ tiêu chất lượng tấm, cám ..................................................... 9 Bảng 8: Bảng tỉ lệ thu hồi thành phụ phẩm từ lúa loại 1.................................. 9 Bảng 9: Bảng tỉ lệ thu hồi thành phụ phẩm từ lúa loại 2.................................. 9 Bảng 10: Chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng gạo ........................................... 10 Bảng 11: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng của nước trong thực phẩm ............ 10 Bảng 12: Chỉ tiêu chất lượng NaOH (Codex) .................................................. 12 Bảng 13: Bảng so sánh 2 qui trình ................................................................... 29 Bảng 14: Ứng dụng của tinh bột gạo ................................................................ 32 Bảng 15: Hiệu suất thu hồi và thành phần của tinh bột gạo ở hai quá trình xử lí khác NaOH và protease .......................................................................................... 40 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 ....................................................................................................... 41 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 ................................................................................................... 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 H