Đề tài Tinh bột ngô

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