Tinh Bột Ngô

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

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

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

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

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

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)

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

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

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)

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

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

2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP

Sơ đồ khối quy trình công nghệ:

Sơ đồ quy trình thiết bị:

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

Chuẩn bị cho quá trình nghiền

Làm cho ha ̣t ngô mềm, dễ 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 lươ ̣ng làm cho tỷ tro ̣ng 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

- 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: Một số chất hòa tan khuếch tán qua vỏ và phôi ra nước ngâm

Sinh học: Sự phát triển cúa vi sinh vâ ̣t đă ̣c biê ̣t là vi khuẩn Lactic khi môi trường nước ngâm ngày càng chứa nhiều chất dinh dưỡng hoà tan từ ngô Tách bỏ vi sinh vâ ̣t 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

2.3 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

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

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

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

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

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

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

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

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):

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