Đề tài công nghệ chế biến tinh bột ngô

Mục Lục TỔNG QUAN VỀ NGÔ ( BẮP ) 1.1 Giới thiệu 1.2 Phân loại ngô .3 1.3 Cấu tạo bắp ngô 1.4 Cấu tạo hạt ngô 1.5 Thành phần hóa học QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP .9 2.1 Rửa 11 2.2 Ngâm hạt 11 2.3 Ngiền sơ .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 SẢN PHẨM 23 3.1 Các hình thức sản phẩm 23 3.2 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm tinh bột bắp 24 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Danh mục hình Hình 1: Cấu tạo hạt ngô .4 Hình 2: Hạt tinh bột ngô chụp ánh sáng phân cực Hình 3: So sánh cấu trúc hạt tinh bột ngô với hạt khác 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 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 xyclon 20 Hình 17: Thiết bị ly tâm tách nước .21 Hình 18: Cấu tạo 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 mục đích cơng nghiệp 24 Hình 21: Ứng dụng tinh bột bắp lĩnh vực 25 Hình 22: Ứng dụng tinh bột bắp công nghệ thực phẩm 25 Hình 23: Sử dụng tinh bột bắp cho loại bao bì giấy 26 Hình 24: Các sản phẩm bao bì làm từ tinh bột bắp 27 Hình 25: Vịng tuần hồn 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 thành phần hạt ngô Bảng 2: Sự phân bố chất hạt ngô (% khối lượng) Bảng 3: Thành phần loại protein ngô Bảng 4: Thành phần acid amin ( mol% có ngô) Bảng 5: Chỉ tiêu chất lượng bột bắp 24 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 nội nhũ hạt, ngô chia thành loại sau : Ngô ngựa : Hạt to, dẹt, đầu hạt có vết lõm hình Hai bên sườn hạt tinh bột miền sừng, đầu hạt chất tinh bột mềm (miền bột) Vỏ hạt màu vàng, đơi màu trắng Ngơ ngựa có hàm lượng tinh bột từ 60 - 65% khối lượng hạt, 21% amilose, 79% có amilopectin Ngơ ngựa chủ yếu dùng để sản xuất thức ăn gia súc, cịn dùng làm ngun liệu cho cơng nghiệp hay thức ăn cho người Ngơ đá : Hạt trịn, nội nhũ chứa nhiều tinh bột miền sừng; vỏ hạt có màu trắng ngà, màu vàng hay màu đỏ Ngơ đá có làm lượng tinh bột chiếm từ 56 - 75% khối lượng hạt, 21% amilose, 79% amilopectin Ngô đá dùng để chế biến thức ăn cho người gia súc, hay dùng làm nguyên liệu cho cơng nghiệp Ngơ nếp : Hạt trịn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục màu vàng Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60% khối lượng hạt, amilopectin chiếm gần 100%, amilose khơng đáng kể Ngô nếp chủ yếu dùng làm thức ăn cho người, cịn làm ngun liệu cho cơng nghiệp sản xuất bánh kẹo Ngơ bột : Hạt bẹt trịn 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, 20% amilose, 80% amilopectin.Ngô bột dùng hầu hết làm thức ăn cho người Ngô đường : Hạt thường nhăn nheo, vỏ có màu vàng, trắng tím Hàm lượng tinh bột nội nhũ khoảng 25 - 47% khối lượng hạt, hàm lượng đường dextrin cao, đến 19 31% khối lượng hạt Thành phần tinh bột ngô đường gồm : 60 - 90% amilose, 10 - 40% amilopectin Ngô đường dùng làm thức ăn cho người sử dụng công nghiệp thực phẩm 1.3 Cấu tạo bắp ngô Bắp ngô dạng hình trụ thn hai đầu gồm: bao, râu, bẹ, lõi, cuống, hạt lõi có khoảng 0,22% hjat không tẻ gọ hạt kẹ Trọng lượng bắp ngơ khoảng 200 – 400g, đặc biệt có loài nặng 600g Chiều dài bắp khoảng 10 – 25cm đường kính khoảng – 5cm Hạt phát triển thành hàng thẳng, số hàng mọc bắp thường số chẵn Số hàng phụ thuộc kích cỡ bắp ngơ khoảng – 24 hàng, trung bình 16 – 20 hàng Trong bắp hạt chiếm 78% khối lượng lại lõi cuống khoảng 22% khối lượng điều kiện tự nhiên 1.4 Cấu tạo hạt ngô Hình 1: Cấu tạo hạt ngơ Gồm phần chính: vỏ, phôi nội nhũ Bảng 1: Tỉ lệ thành phần hạt ngô Thành phần Phần trăm hạt ( theo % chất khô) Vỏ 5,1 – 5,7 Phôi 10,2– 11,9 Nội nhũ 81,8 – 83,5 Mày 0,8 – 1,1 1.4.1 Vỏ Ngô loại hạt trần nên khơng có vỏ trấu mà có lớp vỏ ngồi (vỏ quả) lớp vỏ (vỏ hạt) Chiều dày lớp vỏ khoảng 35 – 60 m Vỏ gồm: lớp cùng, lớp giữa, lớp Vỏ trong: lớp (lớp sắc tố), lớp 1.4.2 Lớp aleurone Gồm tế bào lớn, thành dày, có chứa hợp chất Nitơ giọt chất béo Lớp khơng chứa tinh bột Hình dạng: hình vng 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 khơng có thứ tự rõ ràng Gồm phần: nội nhũ sừng nội nhũ bột Nội nhũ bột: nằm bên trong, gần phôi, mềm đục, chứa nhiều hạt tinh bột Các hạt tinh bột lớn trơn nhẵn Liên lết tế bào lỏng lẽo Bên màng lưới hạt protein mỏng không bao bọc xung quanh hết cac hạt tinh bột Nội nhũ sừng: cứng, mờ, nằm gần lớp vỏ, chứa nhiều hạt protein Hạt tinh bột hình đa giác, kích thước nhỏ, kết dính sát 1.4.4 Phơi Phơi nằm gần cuống hạt dính liền với nội nhũ Phôi chiếm – 15% khối lượng hạt Cấu trúc phôi xốp, thành phần chứa nhiều chất béo nên dễ bị hư hỏng 1.5 Thành phần hóa học Thành phần thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngơ, kĩ thuật canh tác, đất đai Bảng 2: Sự phân bố chất hạt ngơ (% khối lượng) Thành phần hóa học Vỏ Nội nhũ Phôi Protein 3,7 18,4 Lipit (trích ly ether) 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 hạt đạt độ chín hồn tồn, để khơ tự nhiên Thu hoạch tươi ẩm đạt 19 – 35% 1.5.2 Glucid Nội nhũ chứa 73% glucid dạng tinh bột, đường cellulose, phôi dạng đường vỏ dạng cellulose Tinh bột: ngô chứa khoảng 60 – 70% tinh bột Hàm lượng amylose giống khác khác nhau, nhìn chung khoảng 21 – 23% (trừ ngơ nếp chứa tồn amylopectin) - Hạt tinh bột có cấu tạo đơn, hình dạng khác nhau, thường có dạng cầu hay đa diện tùy theo giống vị trí hạt tinh bột hạt ngơ Kích thước hạt tinh bột khoảng – 30 m Khối lượng riêng tinh bột ngô khoảng 1,5 – 1,6 Nhiệt độ hồ hóa 62 – 67,50C Góc quay cực 201,50 Hình 2: Hạt tinh bột ngơ chụp ánh sáng phân cực Hình 3: So sánh cấu trúc hạt tinh bột ngô với hạt khác - Tinh bột dầu béo tồn hạt nhân ngô giúp cho hạt giống nảy mầm - Hiện cách lai tạo giống, người ta tạo giống ngơ có chứa hàm lượng amylopectin cao gọi ngô sáp ( maxy maize ) hay tạo giống ngơ có hàm lượng amylose cao, lên đến 70%, gọi ngơ cao ( amylose corn ) Gần loại ngơ có chứa 82% amylose cơng bố Ngơ sáp hồ hóa điều kiện nhuw ngơ thường ngơ co cần khơng điều kiện nhiệt cao ( nước sơi ) mà cịn cần áp lực nấu hay cần phải hydrat hóa dung dịch natri hydroxide loãng Các dạng đường dẫn xuất - Tổng số đường chiếm – 3% - Monosaccharide nội nhũ: glucose, fructose đường cấu trúc nucleotide - Disaccharide: chủ yếu sacharose tập trung nhiều nội nhũ, maltose - Trisaccharide oligosaccharide có hạt, chủ yếu raffinose - Phytate: dạng dự trữ myo – inositol loại dẫn xuất tìm thấy ngơ 1.5.3 Protein Trong nội nhũ protein tinh bột dạng dự trữ Lớp protein định vị thể protein hình cầu, có màng bao bọc có đường kính từ – 5m Các thể protein hình cầu liên kết với thành màng lưới protein Bảng 3: Thành phần loại protein ngô Loại Tỷ lệ % Alumins Globulins 2,8 Prolamins ( Zein) 47,9 Glutelins 45,3 Hàm lượng protein trung bình 10% Thành phần protein prolamins (zein) tích nội nhũ cịn phơi chứa chủ yếu globulins Bảng 4: Thành phần acid amin ( %mol có ngô) Acid amin Albumins Globulins Prolamins Glutelins 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 1,8 1,6 Valine 4,8 6,2 6,1 1,1 1,5 1,1 2,8 1,8 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 Methionine Isoleucine Tổng cộng Phenylalanine 3,2 4,9 3,3 Histidine 2,1 2,3 1,1 3,3 2,2 Lysine 3,9 4,6 2,4 1,4 Arginine 3,9 1,2 3,2 2,4 0,5 0,7 0,3 0,2 Tryptophan Trong ngô, hàm lượng acid amin phôi khác với hàm lượng acid amin nội nhũ Xét mức độ cân đối acid amin không thay protein phơi có giá trị cao nội nhũ tồn hạt có hàm lượng lysine tryptophan cao Giữa giống ngơ khác phân bố protein phôi nội nhũ khác Do cần phân tích kĩ để lựa chọn phương pháp chế biến phù hợp 1.5.4 Lipit Trong loại ngũ cốc, ngơ có hàm lượng lipit cao từ 3,5 – 7% Phôi chứa 30 – 50% tổng số lipit Ngồi cịn số nằm lớp aleuron hạt Thành phần chất béo ngô hỗn hợp triglyceride acid béo linoleic, oleic, palmitic, steric, linolenic, arachidic, ngồi cịn có lipit liên kết với gluten, cellulose, tinh bột acid béo tự Nhờ thành phần lipit giúp hòa tan chất màu carotenoid phân bố hạt tạo màu vàng cho hạt ngơ 1.5.5 Khống Ngơ chứa khoảng 1,3% khống Chất khống tập trung chủ yếu phơi chiếm khoảng 78% tồn hạt Một số khống có ngô như: P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Mn, Zn 1.5.6 Vitamin Các vitamin tan chất béo: - Ngô chứa loại vitamin tan chất béo tiền vitamin A hay carotenoids vitamin E - Carotenoids tìm thấy chủ yếu giống ngơ vàng, cịn ngơ trắng chứa Phần lớn carotenoids có nội nhũ sừng có phôi Betacarotene tiền vitamin A quan trọng Hoạt tính vitamin bị giảm q trình bảo quản - Vitamin E: chứa nhiều phôi Nguồn gốc vitamin E bốn loại tocopherols, alpha – tocopherols có hoạt tính sinh học mạnh nhất, cịn gamma – tocopherols đóng vai trị chất chống oxi hóa Vitamin tan nước: - Vitamin tan nước chủ yếu tìm thấy lớp aleuron, phơi nội nhũ Trong q trình chế biến lượng vitamin nhiều - Vitamin B: hạt ngơ có nhiều vitamin B1 chứa vitamin B2, B6 60 – 80% vitamin nằm protein hay tinh bột Hàm lượng vitamin tăng bón Ca cho ngô - Vitamin PP: hàm lượg thấp lúa mì gạo Tập trung chủ yếu lớp aleuron - Ngơ khơng có vitamin B12, vitamin C, choline, acid folic acid pantothenic Nguyên liệu QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ: Rửa Ngâm Nghiền lần Tách phôi lần Nghiền lần Làm khô phôi Phôi Tách phôi lần Rây Rây Nghiền mịn Rây Tách gluten Nước Xơ Gluten ten Tinh chế dịch sữa Ly tâm tách nước Sấy Tinh bột Sơ đồ quy trình thiết bị: 10 mặt dĩa có rãnh nhỏ Hai dĩa lắp song song Khe hẹp hai dĩa định kích thước sản phẩm Khi thiết bị vận hành, nguyên liệu qua khe hẹp này, chịu tác dụng lực ma sát lực nén nên bị vỡ Độ lớn khe hẹp điều khiển được, phụ thuộc vào yêu cầu kích thước sản phẩm 2.3.4 Thơng số cơng nghệ Đường kính đĩa nghiền 914mm, n=960 vịng/ph, máy nghiền suất 130-150 tấn/ngày, cơng suất khoảng 35-40kW Độ ẩm ngun liệu cao khó nghiền, tốn lượng độ ẩm thấp dễ dính máy Thường khống chế độ ẩm nguyên liệu nghiền khoảng 78% 2.4 Tách phơi 2.4.1 Mục đích Tách phôi để tăng hàm lượng tinh bột tổng số chất khô 2.4.2 Các biến đổi Chủ yếu biến đổi vật lý Hàm lượng tinh bột tổng chất khơ tăng lên Q trình tách phơi dựa nguyên tắc chênh lệch khối lượng riêng phôi ngô mảnh Phôi chứa khoảng 50-55% chất béo (tính theo phơi khơ) nên tỷ trọng phôi nhỏ tỷ trọng tinh bột, mảnh nội nhũ 2.4.3 Thiết bị (như hình 15,16) Dịng nhập liệu đưa vào xiclon áp lực định Dung dịch chạy theo hình xoắn ốc Dịng tinh bột có khối lượng riêng nặng nên chảy xuống (dịng underflow) Dịng mang theo phơi nhẹ nên chảy lên phía (dịng overflow) 2.4.4 Thơng số cơng nghệ - Nồng độ dịch bột 14-17 oBx - Nhiệt độ dung dịch 37-40oC (nếu nhiệt độ