Báo cáo công nghệ chế biến thực phẩm tìm hiểu quy trình ươm mầm

Tùy theo mục đích sử dụng malt mà các nhà sản xuất sẽthay đổi các thông số công nghệ trong quá trình ươm mầm để có được nhữngbiến đổi cần thiết diễn ra bên trong hạt hòa thảo.. Cần lưu ý

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 Đề tài: TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Nguyễn Thị Thu Huyền Sinh viên thực hiện : nhóm 31 - Lớp: 02DHLTP3

1 Lê Nguyễn Hồng Phấn 2205115213

3 Nguyễn Thị Tuyết 2205115342

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

Phần 1 TỔNG QUAN VỀ HẠT 4

1.1 Cấu tạo của hạt 4

1.1.1 Vỏ trấu 4

1.1.2 Lớp alorone 4

1.1.3 Nội nhủ 4

1.1.4 phôi 5

PHẦN 2 QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM 7

2.1 Bản chất khoa học của quá trình ươm mầm 6

2.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện của quá trình 6

2.3 Các biến đổi của nguyên liệu 9

2.3.1 Sinh học 9

2.3.2 Hóa sinh 10

2.3.3 Vật lý 12

2.3.4 Hóa lý 12

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng 12

2.4.1 Nguyên Liệu 12

2.4.2 Nhiệt độ 13

2.4.3 Độ ẩm của hạt 13

2.4.4 Sự thoáng khí 15

2.4.5 Thời gian 15

PHẦN 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ THIẾT BỊ 16

3.1 Thiết bị ươm mầm dạng hình hộp chữ nhật 16

3.2 Thiết bị ươm mầm dạng thùng quay 17

PHẦN 4 VÍ DỤ 18

4.1 Ứng dụng ươm mầm trong sản suất malt bia 18

4.1.1 Ảnh hưởng của quá trình nảy mầm đến hệ enzyme trong malt 18

a Enzyme Amylase 18

b Enzyme Protease 20

c Õydoreuctase 20

d Polyphenoloxydase 20

e Lipase 21

f Glycerophosphatse,Nucleotidase, Phytase và Saccharophosphatase 21

4.1.4 Sự hình thành màu và các hợp chất tạo hương 22

PHẦN 5 TÀI LIỆU RHAM KHẢO 23

MỞ ĐẦU

Hạt là trung tâm của cây với nhiệm vụ duy trì sự sống cho loài Hạt trướckhi nảy mầm ta thường gọi là hạt giống Nhưng hạt giống không chỉ đơn thuần

là hạt giống khi con người đã khám phá ra giá trị của hạt khi nó nảy mầm Đó

là nguồn thực phẩm vô cùng dinh dưỡng và là nguồn nguyên liệu đặc biệt chomột số ngành sản xuất, nhất là công nghệ sản xuất bia và bánh kẹo Ngũ cốcnguyên chất, đậu, quả hạch và các loại hạt giống chính là nguồn a-xít béo quantrọng nhất của thiên nhiên, đó là chất béo rất cần thiết cho sự phát triển não củatrẻ nhỏ, chúng chứa lượng lớn chất đạm, các loại vitamin, chất khoáng,pacifarin (cho hệ thống miễn dịch) và auxone (giúp thiết lập tế bào cho cơ thể

và ngăn chặn sự lão hóa sớm) Còn malt đại mạch lại là nguồn nguyên liệu đặcbiệt cho ngành công nghệ sản xuất bia

Sự nảy mầm của hạt có thể xem là bắt đầu của quá trình sinh trưởng và pháttriển Từ hạt đang ngủ nghỉ chuyển sang trạng thái nảy mầm là cả một quátrình biến đổi sâu sắc và nahnh chóng về sinh lý và hóa sinh xảy ra trong hạt

Để biết rõ hơn về sự nảy mầm của hạt và các ứng dụng của hạt khi nảy mầm tatìm hiểu về quá trình ươm mầm và các yếu tố liên quan đến quá trình này

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ HẠT

1.1 Cấu tạo của hạt

Cấu tạo của hạt lúa bao gồm những thành phần chính sau: vỏ trấu, lớp

Hình 1.1 Cấu tạo hạt lúa

1.1.1 Vỏ trấu

Vỏ trấu có tác dụng bảo vệ hạt chống lại tác dụng xấu của điều kiện ngoạicảnh (thời tiết, vật hại) Vỏ trấu được cấu tạo từ lớp tế bào mà thành phầnchính là xenllulose và hemixellulose Trên mặt vỏ trấu có các đường gân vànhiều lông thô ráp, xù xì Tùy giống và điều kiện canh tác mà vỏ trấu có nhiềumàu sắc khác nhau

1.1.2 Lớp alorone

Lớp alorone chiếp 4 – 12% khối lượng hạt Là lớp tế bào trong cùng của vỏhạt tiếp giáp với nội nhũ, chiều dày của lớp alorone phụ thuộc vào giống, điềukiện trồng trọt lớp alorone tập trung nhiều chất dinh dưỡng quan trọng:protein, lipid, muối khoáng, vitamin…

1.1.3 Nội nhũ

Là phần chiếm tỉ lệ khối lượng lớn nhất trong toàn hạt trong nội nhủ tinhbột, chiếm tới gần 90%, trong khi đó toàn so với toàn hạt gạo tinh bột chỉ hạtgạo chỉ chiếm khoảng 75% Hàm lượng protein trong nội nhủ thấp, hàm lượngkhoáng và chất béo không đáng kể nhưng nhờ tinh bột cao nên có giá trị dinhdưỡng lớn hai thành phần chính cấu tạo nên tinh bột gạo là amylose vàamylosepectine, trong đó amylose đóng vai trò quyết định trong phẩm chất ănuongs và nấu nướng của gạo Độ trong của nội nhũ đóng vai trò quan trọngtrong tính chất cơ lý, trong chất lượng xay xát của thóc Thóc có nội nhũ trắngđục, bạc bụng thì khi xay xát có tỉ lệ gạo nguyên thấp, nấu lâu chín và cơmkhông ngon bằng nội nhũ trong

1.1.4 Phôi

Thường nằm ở góc nội nhũ, được bảo vệ bởi diệp tử (lá mầm), lúa là loạiđơn diệp tử Phôi chưa hầu hết các chất quan trọng như các enzyme thủy phân,protein, lipide, các vitamine cần thiết cho sự phát triển mầm cây khi có điềukiện thuận lợi là độ ẩm và nhiệt độ Phôi chứa tới 665% vitamine B1 của hạt.Phôi có cấu tạo xốp chứa nhiều dinh dưỡng, các hoạt động sinh lý mạnh làmphôi dễ bị côn trùng tấn công trong quá trình bảo quản Khi xay xát phôithường bị tách, nát ra thành cám

PHẦN 2 QUÁ TRÌNH ƯƠM MẦM

1 Bản chất khoa học của quá trình ươm mầm

Từ xưa đến nay, ngũ cốc luôn là nguồn lương thực quan trọng của conngười Nhóm ngũ cốc đa dạng, bao gồm đại mạch, lúa mì, lúa mạch, lúa miến,

lúa gạo, bắp… khi ngũ cốc nảy mầm ta sẽ thu được sản phẩm malt Hiện nay

trên thế giới malt đại mạch là sản phẩm phổ biến nhất và được sản xuất nhiềunhất khi so sánh với các loại malt ngũ cốc khác

Quy trình sản xuất malt gồm nhiều công đoạn: làm ướt hạt ngũ cốc, ươmmầm, sấy khô hạt và tách mầm Sau công đoạn ươm mầm, chúng ta sẽ thuđược bán thành phẩm là malt xanh (green malt) Trong một số trường hợpngười ta dùng malt xanh làm nguyên liệu để sản xuất ra một số sản phẩm côngnghiệp khác Tuy nhiên, do độ ẩm cao nên thời gian bảo quản malt xanh là rấtngắn Malt xaanh thường được sử dụng ngay sau khi ươm mầm nếu malt xanhđược đem sấy đến độ ẩm 3 – 4% và tách bỏ mầm thì sẽ được gọi là malt thànhphẩm Thời gian bảo quản malt thành phẩm có thể kéo dài đến hai năm

Hiện nay, người ta sản xuất ra rất nhiều loại malt từ đại mạch như malt đen,malt vàng, malt acid, malt protease, malt caramen… Thành phần hóa học vàmục đích sử dụng của các loại malt này rất khác nhau

Ươm mầm là một công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất malt.Đây là một quá trình sinh học Cơ sở khoa học của quá trình ươm mầm dựatrên sự trao đổi chất và sinh trưởng của các hạt hòa thảo Kết quả là làm xuấthiện lá mầm, rễ mầm và gây ra một số biến đổi về thành phần hóa học và cấutrúc bên trong hạt Tùy theo mục đích sử dụng malt mà các nhà sản xuất sẽthay đổi các thông số công nghệ trong quá trình ươm mầm để có được nhữngbiến đổi cần thiết diễn ra bên trong hạt hòa thảo

2.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện quá trình

Trong malt chứa nhiều loại enzyme khác nhau như amylase, protease,hemicellulase và một số loại enzyme khác, trong đó nhóm amylase có hoạt tínhcao vượt trội hơn hẳn so với những enzyme còn lại Trước đây người ta sử

dụng malt như là một chế phẩm enzyme trong ngành công nghiệp sản xuâtethanol và mạch nha từ các nguồn nguyên liệu tinh bột Cần lưu ý là ngoàienzyme , trong malt còn có chứa một lượng lớn cơ chất tinh bột và protein.Những thành phần này cũng góp phần làm tăng hàm lượng chất chiết trongdịch thủy phân, từ đó làm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm Một số cơ sở sảnxuất chỉ sử dụng malt như là nguồn nguyên liệu duy nhất để sản xuất ethanol

và mạch nha

Hiện nay các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật xuất hiện ngày nhiều Hoạttính enzyme trong các chế phẩm vi sinh vật thường cao hơn hẳn so với hoạttính enzyme trong malt Do đó, các nhà sản xuất ít khi sử dụng malt như là mộtchế phẩm enzyme Trong ngành công nghiệp sản xuất ethanol và mạch nha từtinh bột, người ta dùng các chế phẩm amylase từ vi sinh vật để thay thế maltxúc tác phản ứng thủy phân

Tuy nhiên, malt đại mạch vẫn được xem là một nguyên liệu quan trọngtrong sản xuất bia trên thế giới Tại một số địa phương người ta vẫn tiếp tục sửdụng malt ngũ cốc làm nguyên liệu để sản xuất một số loại mạch nha truyềnthống Malt vừa là nguồn cung cấp cơ chất vừa là nguồn cung cấp enzyme đểthực hiện quá trình thủy phân cơ chất

Quá trình ươm mầm ngũ cốc có hai mục đích công nghệ:

sẽ được hoạt hóa Ngoài ra, hạt cũng sẽ tổng hợp thêm một số enzyme mới đểphục vụ cho quá trình sinh trưởng Trong sản xuất bia và mạch nha, chúng ta sẽ

sử dụng nhóm enzyme thủy phân của malt để xúc tác cho những phản ứng thủyphân cơ chất

Trong hạt ngũ cốc sẽ bị thủy phân một phần trong quá trình ươm mầm Nhờ

đó, trong quá trình nấu dịch nha sản xuất bia hoặc trong sản xuất mạch nha,việc thủy phân cơ chất tinh bột trong malt sẽ trở nên dễ dàng hơn Như vậy,

quá trình ươm mầm ngũ cốc được xem như là giai đoạn tiền xử lý cơ chất đểchuẩn bị cho quá trình chế biến malt tiếp theo.

2.3 Các biến đổi của nguyên liệu

2.3.1 Sinh học:

Trong quá trình ươm mầm ngũ cốc có hai biến đổi sinh học quan trọng là

sự trao đổi chất và sự sinh trưởng của hạt

năng lượng của hạt xảy ra theo chiều hướng hô hấp hoặc lên men.Khi oxi được cung cấp đầy đủ, hạt sẽ hô hấp Sản phẩm cuối của quá trình

hô hấp từ đường là khí carbonic, nước và năng lượng Chúng ta cần phân biệthai dạng năng lượng: năng lượng sinh học ATP sẽ được hạt sử dụng cho sựtrao đổi chất của nó và năng lượng nhiệt sẽ được thải ra bên ngoài môi trườngtrong quá trình ươm mầm

Nếu oxi không được cung cấp đầy đủ thì hạt sẽ lên men Theo Kalunhans

và cộng sự (1992) thì sản phẩm cuối của quá trình lên men từ đường trong hạtđại mạch là ethanol, khí carbonic và năng lượng Cần lưu ý là năng lượng tạo

ra trong điều kiện lên men thấp hơn nhiều so với điều kiện hô hấp Ngoài ra,khi hàm lượng ethanol tích lũy bên trong hạt lên đến 0,1% thì có thể gây ứcchế sự sinh trưởng của hạt và ảnh hưởng xấu đến chất lượng malt thành phẩm.Trao đổi chất gồm hai quá trình: dị hóa và đồng hóa Trong quá trình dịhóa, hạt sẽ sử dụng những chất dự trữ, phân giãi chúng thành những chất trunggian và năng lượng ATP Còn trong quá trình đồng hóa, hạt sẽ sử dụng cácchất trung gian và năng lượng ATP do dị hóa để tổng hợp những chất mới vànhững cơ quan mới cho hạt

của rể mầm và lá mầm Tùy theo mục đích sử dụng, người ta sẽ kếtthúc quá trình ươm mầm dựa trên chiều dài của rễ mầm và lá mầm

2.3.2 Hóa sinh:

Trong quá trình ươm mầm hạt đại mạch, các chất kích thích sinh trưởngnhư acid giberillic và giberillic A được tạo thành bên trong hạt Từ đó, nhiềunhóm enzyme trong hạt được hoạt hóa và sinh tổng hợp Trong giai đoạn tiếptheo, các enzyme này sẽ tham gia xúc tác phản ứng chuyển hóa các cơ chấttrong hạt và làm thay đổi thành phần hóa học và độ xốp của hạt

hạt đại mạch chưa qua ươm mầm Theo Narsiss (1980) thì enzyme này tồn tạitrong hạt ở dạng tự do và dạng liên kết với các phân tử protein qua cầu

disulfide Trong quá trình ươm mầm, các phân tử β – amylase ở dạng liên kết

sẽ được giải phóng và hoạt hóa β – amylase xúc tác phản ứng thủy phân liên

kết α – 1,4 glycoside của phân tử tinh bột từ đầu không khử, tạo sản phẩmmaltose Đường maltose sẽ tiếp tục bị phân giải bởi hệ enzyme khác để tạo ranăng lượng sinh học phục vụ cho quá trình trao đổi chất của hạt

trong quá trình hạt nảy mầm, 7% amylaze được tìm thấy trong phôi và 93%còn lại là nội nhủ α – amylaze xúc tác phản ứng thủy phân liên kết α,1 – 4glucoside tại vị trí ở giữa mạch phan tử tinh bột nhờ đó mà cấu trúc hạt tinhbột trở nên xốp hơn so với trong hạt chưa qua nảy ươm Thực tế cho thấy dotinh bột đã được thủy phân sơ bộ trong quá trình ươm mầm bởi enzyme α –amylaze nên quá trình hồ hóa, dịch hóa tinh bột trong hạt sẽ xảy ra dễ dàng vànhanh hơn so với hạt chưa qua ươm mầm

nảy mầm chúng được chia thành hai nhóm: endoenzyme và exoenzyme

Các endoprotease trong hạt đậu gồm có sulfhydryl protease (có chứanhóm –HS trong tâm hoạt động) và mentallo - protease (có chứa ion kim loạitại tâm hoạt động) chúng xúc tác thủy phân liên kết peptide tại vị trí giữa mạchphân tử protein

Các exoprotease trong hạt đậu gồm có carboxipeptidase, aminopeptidase vàdipeptidase Hai enzyme đầu xúc tác phản ứng thủy phân liên kết tại vị trí đầumạch carboxyl và amino của phân tử protein để giải phóng ra acid amin tự do.Dipeptidase thủy phân dipeptide.

Một số phân tử protein trong scutellum và trong lớp aleurone sẽđược thủy phân trước sau đó, một số phân tử protein trong nội nủ mới bị thủyphân Sự thủy phân protein bởi hệ protease trong quá trình ươm mầm giữ một vaitrò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của hạt Sản phẩm thủy phân là acidamin, peptide mạch ngắn, polypeptide Phần lớn các acid amin sẽ được hạt sửdụng để tổng hợp các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm một số acid amin chưađược sử dụng, các peptide và polypeptide sẽ ở lại trong giá Chính vì thế mà hàmlượng nitơ amin tự do trong giá luôn cao hơn trong hạt đậu

mầm có hai nhóm enzyme chính là endo-1,3-β–D-glucanase và do-1,4-β–D –glucanase Chúng xúc tác thủy phân liên kết β-1,3-glucoside và β-1,4–glucosidetại vị trí giữa mạch phân tử β-glucan

Các hạt tinh bột trong ngũ cốc nằm tập trung ở nội nhủ Mỗi hạt tinh bộtđược bao bọc bởi một lớp màng với thành phần chủ yếu là cellulose vàhemicellulose Các hạt tinh bột được kết dính với nhau nhờ protein Như vậy hoạtđộng của nhóm β – glucanase giữ vai trò quan trọng trong việc phá các phản ứnghóa sinh bên trong hạt, vừa là một chất tham gia phản ứng thủy phân

- Phosphatase: Enzyme này xúc tác các phản ứng giải phóng photphate ra

khỏi các hợp chất hữu cơ trong hạt đại mạch

- Các enzyme khác: trong quá trình ươm mầm, người ta thấy xuất hiệnnhiều loại enzyme khác trong hạt đại mạch như invertase, maltase, lipase,catalase, peroxydase… chúng cùng tham gia xúc tác các phản ứng trong quátrình dị hóa và đồng hóa hạt ngũ cốc Tuy nhiên hàu hết các enzyme này sẽ bị

vô hoạt trong quá trình sây malt

2.3.3 Vật lý:

Nhiều biến đổi vật lý xảy ra trong quá trình ươm mầm ngũ cốc Điển hình

là sự xuất hiện các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm đã làm cho hình dạngcủa hạt thay đổi Cấu trúc của hạt trở nên xốp hơn, tỷ trọng hạt thay đổi đôichút do có sự phân giãi và chuyển hóa các thành phần cơ chất bên trong hạt.Ngoài ra, nhiệt độ của khối hạt trong quá trình ươm mầm sẽ gia tăng do hiệntượng tỏa nhiệt trong quá trình trao đổi chất của hạt

Lưu ý, những thay đổi về đội xốp của hạt sẽ tạo nên những ảnh hưởng cólợi trong quá trình chế biến malt để tạo ra các sản phẩm khác Ví dụ như sảnxuất bia và mạch nha từ malt thì quá trình nghiền và thủy phân cơ chất trongmalt diễn ra dễ dàng hơn

2.3.4 Hóa lý:

Biến đổi hóa lý quan trọng trong quá trình ươm mầm là sự bốc hơi nước do

sự trao đổi năng lượng làm tăng nhiệt độ của khối hạt Nếu độ ẩm của khối hạt

bị giảm đi quá mức thì sẽ làm chậm tốc độ của các phản ứng thủy phân và sinhtổng hợp các cơ quan mới như rễ mầm và lá mầm.Cần ổn định độ ẩm của khốihạt trong quá trình ươm mầm

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng

2.4.1 Nguyên liệu:

Các loại ngũ cốc như đại mạch, lúa mạch, lúa gạo… có các thành phần hóahọc khác nhau Do đó nếu chúng ta thực hiện quá trình ươm mầm các nguyênliệu nói trên trong cùng điều kiện thì chất lượng malt thành phẩm sẽ rất khácbiệt nhau

Cần chú ý hoạt tính enzyme, đặc biệt là hoạt tính amylase thu được trongquá trình ươm mầm đại mạch thường cao hơn hẳn so vói các loại ngũ cóc khác.Hạt tinh bột trong đại mạch có cấu trúc khá xốp Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột

khác Do đó, trong quá trình ươm mầm đại mạch, phần tinh bột trong nội nhũ

cho rằng đây là giai đoạn tiền thủy phân cơ chất để giúp cho quá trình tiền thủyphân tinh bột malt đại mạch trong sản xuất bia và mạch nha diễn ra nhanh vàtriệt để hơn.

Lúa gạo là loại ngũ cốc phổ biến ở nước ta Các nghiên cứu trước đây chothấy hoạt tính amylase trong malt lúa gạo thấp hơn nhiều so với malt đại mạch.Ngoài ra hạt tinh bột gạo có kích thước nhỏ và độ xốp kém nên khó bị amylase

“tấn công” trong quá trình ươm mầm hạt nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo rất

gạo trong sản xuất bia và mạch nha

2.4.2 Nhiệt độ:

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ và mức độ biến đổi của các quá trình

lượng malt đại mạch thu được rất tốt nhưng thời gian ươm mầm kéo dài, làmtăng chi phí năng lượng và giảm năng suất sử dụng các thiết bị ươm mầm

hạt phát triển rất mạnh và có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của maltthành phẩm Hiện nay, nhiệt độ ươm mầm khuyến cso trong sản xuất malt vàng

chất vật lý của nguyên liệu mà mỗi nhà máy sẽ xác định giá trị nhiệt độ ươmmầm phù hợp

Theo Narsiss (1980) thì nhiệt độ ươm mầm đâị mạch trong những ngày

sinh tổng hợp enzyme trong hạt cũng được thúc đẩy Tuy nhiên, trong những

hạn chế sự tổn thát chất khô bên trong hạt Ở nhiệt độ này các enzyme tiếp tụcthủy phân một phần cơ chất của hạt để hoàn tất giai đoạn tiền xử lý cơ chất,chuẩn bị cho quá trình thủy phân nguyên liệu trong sản xuất bia và mạch nha