Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực

Phần 1: Giới thiệu về tính chất của hạt lương thựcChương 1: Giới thiệu chung về hạt lương thực1.1. Giới thiệu chung về cây lương thựca Nguồn gốc của các cây lương thực Lương thực thuộc nhóm thực phẩm giàu tinh bột (glucid) hay nói cách khác lương thực là tên gọi một nhóm thực phẩm chuyên cung cấp tinh bột cho cơ thể.Hạt lương thực (cereal), bắt nguồn là tên nữ thần bảo trợ mùa màng trong thần thoại Hy Lạp.Theo Fast và Caldwell, đại mạch (Hordeum vulgare), là ngũ cốc được trồng sớm nhất, từ 15000 năm trước công nguyên tại Ai Cập., là nguồn lương thực chính của người Hy Lạp cổ đại, người Hindu cổ.

Môn học: Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực

Tài liệu tham khảo:

[1] Công nghệ BQ & CB lương thực , bộ môn CNTP - khoa Công nghệ Thực phẩm - Sinh học - Môi trường -Trường đại học Công nghiệp TP.HCM, 2005.

[2] Trần Thị Thu Trà Công nghệ bảo quản

và chế biến lương thực NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2008.

[3] Trần Minh Tâm, Bảo quản & CB nông sản sau thu hoạch, NXB Nông ngiệp Hà Nội, 2008.

[4] D.W.Hall, Xử lý và bảo quản hạt lương thực ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới , NXB Nông nghiệp Hà Nội, 1991.

[5] Nguyễn Mạnh Khải, Giáo trình bảo quản nông sản, NXB Giáo dục.

[6] Nguyễn Văn Tiếp - Quách Đình - Nguyễn Văn Thoa Công nghệ sau thu hoạch và chế biến rau, quả NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996.

[7] Bùi Đức Hợi-Lê Hồng Khanh-Mai Văn Lề-Lê Thị Cúc-Hoàng Thị Ngọc Châu-Lê Ngọc Tú-Lương Hồng Nga Kỹ thuật chế biến lương thực (tập 1 và tập 2) NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2009.

[8] Chu Thị Thơm, Phan Thị Lài, Nguyễn Văn

Tó Hướng dẫn bảo quản và chế biến nông sản -Tủ sách khuyến nông phục vụ người lao động NXB Lao động Hà Nội, 2006.

Phần 1: Giới thiệu về tính chất của hạt lương thực

Chương 1: Giới thiệu chung về hạt lương thực

1.1 Giới thiệu chung về cây lương thực

a/ Nguồn gốc của các cây lương thực

* Lương thực thuộc nhóm thực phẩm giàu tinh bột (glucid) hay nói cách khác lương thực là tên gọi một nhóm thực phẩm chuyên cung cấp tinh bột cho cơ thể.

- Hạt lương thực (cereal) , bắt nguồn là tên

nữ thần bảo trợ mùa màng trong thần thoại Hy Lạp.

- Theo Fast và Caldwell, đại mạch (Hordeum vulgare) , là ngũ cốc được trồng sớm nhất, từ 15000 năm trước công nguyên tại Ai Cập., là nguồn lương thực chính của người Hy Lạp cổ đại, người Hindu cổ.

- Lúa mỳ lại được ứng dụng làm bánh sớm

nhất Châu Âu phổ biến lúa mỳ và đại mạch

- Lúa gạo trồng cách đây khoảng 5000 năm

trước công nguyên ở các nước nhiệt đới Đông Nam Á, sau đó là các nước vùng Trung và Nam Mỹ.

- Các giống kê trồng lâu năm từ các nước

vùng nhiệt đới và á nhiệt đới ở Châu Á, Châu Phi

- Cary cao lương (lúa miến) trồng rộng rãi

khắp thế giới.

- Lúa mạch đen ( Secale cereaale) và yến

mạch (Avena sativa) là các cây lương thực

ít phổ biến nhưng cũng trồng lâu ở vùng khí hậu bắc bán cầu.

- Hiện nay, trong số các loại hạt lương thực

lúa mỳ, lúa gạo và ngô.

- Trong số các loại củ thì củ khoai tây và

- Các loại hạt lương thực chính được sản xuất

và tiêu thụ trên thế giới : lúa gạo, lúa mỳ,

- Lúa gạo được tiêu thụ nhiều nhất ở các nước

giới, còn lại ở châu Phi và châu Mỹ La Tinh.

- Nước có sản lượng gạo cao nhất thế giới là

Trung Quốc (112 triệu tấn), sau đó là Ấn

Độ (87 triệu tấn).

- Nước xuất khẩu gạo chính: Thái Lan, Việt

Nam, Ấn Độ, Pakistan.

- Nước nhập khẩu gạo chính: Braxin, các

nước châu Âu.

* Lúa mỳ:

- Trồng quanh năm khắp mọi vùng, nhất là các vùng có khí hậu lạnh, độ ẩm thấp Phổ biến

ở Nga, Mỹ, Canada, Úc, Ấn Độ, Pháp, Đức, Trung Quốc, và một số nước hàn đới.

- Số lượng lúa mỳ được trồng chiếm khoảng

30% số lượng hạt sản xuất.

- Các nước xuất khẩu: Achentina, Úc,

Canada, khu vực Châu Âu

- Các nước nhập khẩu: Braxin, Trung Đông,

Bắc Phi, Pakistan và khu vực Đông Nam Á.

* Ngô:

- Được tiêu thụ trên cả thế giới do khả năng

thích nghi với nhiều vùng khí hậu, đứng thứ ba về diện tích trồng.

- Chiếm khoảng 15% năng lượng của bữa

ăn hằng ngày của 28 nước đang phát triển

là do ngô cung cấp

- Làm thức ăn cho người và gia súc, dùng

trong sản xuất công nghiệp (8%).

* Hạt lương thực là những nguyên liệu chính của các xí nghiệp sản xuất các loại gạo, các loại bột và thức ăn hỗn hợp cho gia súc, gia cầm, các phế liệu, phụ phẩm của các xí nghiệp chế biến lương thực cũng được xem là nguồn nguyên liệu có giá trị để chế biến thành các loại thức ăn cho chăn nuôi.

* Hạt lương thực (hạt nông sản): thuộc 2 họ: họ hòa thảo và họ đậu

* Căn cứ vào thành phần hóa học, chia làm 3 nhóm:

+ Nhóm giàu tinh bột như thóc, ngô, khoai, sắn (khoai mì)…

+ Nhóm giàu protein như hạt đậu, đỗ

+ Nhóm giàu chất béo như lạc, vừng…

b/ Vai trò của hạt lương thực đối với dinh dưỡng người

- Các hạt lương thực chứa khoảng 60-70% tinh bột đó chính là nguồn cung cấp năng lượng rất tốt cho cơ thể, ngoài ra còn cung cấp một phần protein, các khoáng chất như selen, canxi, kẽm, và một số nhóm vitamin…

- Đối với người bình thường một ngày tiêu thụ

khoảng 250-500g lương thực, trong đó trên 50% là gạo, phần còn lại là các sản phẩm chế biến từ bột và hoa màu.

- Các loại bột (bột mì, bột ngô, bột khoai, bột

sắn…) Đó là nguồn nguyên liệu của các xí nghiệp bánh mì, mì sợi, các loại bánh ngọt…

- Giá trị dinh dưỡng của hạt lương thực phụ

thuộc nhiều vào phương thức bảo quản và chế biến.

1.2 Cấu tạo của hạt lương thực

Hạt lương thực được cấu tạo bởi 4 phần chủ yếu: vỏ hạt, lớp alơron, nội nhũ và phôi.

Ví dụ: Cấu tạo

hạt lúa

a/ Vỏ hạt:

- Bao bọc xung quanh hạt, có tác dụng bảo

vệ, chống lại ảnh hưởng xấu của điều kiện ngoại cảnh, bảo vệ phôi hạt.

- Thành phần vỏ hạt: cellulose và hemicellulose là chủ yếu

- Căn cứ vào đặc điểm của vỏ hạt: vỏ trần (ngô, lúa mỳ, đậu…) và vỏ trấu (lúa, kê, đại mạch).

- Sắc tố ở vỏ hạt cũng khác nhau Trên vỏ hạt còn có râu, lông,

b/ Lớp alơron:

- Chiếm 4 – 12% khối lượng hạt.

- Là lớp tế bào trong cùng của vỏ hạt tiếp giáp với nội nhũ Chiều dày của lớp alơron phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt.

- Lớp alơron tập trung nhiều chất dinh dưỡng quan trọng: protein, lipit, muối khoáng, vitamin, đường,

- Do chứa nhiều chất dinh dưỡng nên lớp này dễ bị oxy hóa và biến chất trong điều kiện bảo quản không tốt Khi xay xát, lớp alơron vụn nát ra thành sản phẩm gọi là cám.

c/ Nội nhũ:

- Hạt nông sản có thể có nội nhũ lớn, có thể

có nội nhủ nhỏ và có thể không có nội nhủ.

- Nằm sau lớp alơron Đây là thành phần chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các thành phần cấu tạo nên hạt

Ví dụ: Ngô (bắp): 72–75% khối lượng toàn hạt Lúa mì: 82%.

- Tập trung toàn bộ chất dinh dưỡng chủ

yếu của hạt Nội nhũ của hạt càng lớn thì giá trị của hạt càng tăng, tỷ lệ thành phẩm chế biến càng nhiều.

+ Hạt giàu tinh bột thì nội nhũ chứa nhiều tinh bột: lúa mì, ngô, gạo.

+ Hạt giàu dầu: nội nhũ chứa nhiều dầu: thầu dầu, lạc,…

- Nội nhũ là nơi dự trữ nguyên liệu hô hấp

của hạt.

- Chất lượng hạt được đánh giá qua chất lượng nội nhũ.

- Cấu tạo: gồm 4 phần chính: mầm phôi, rễ phôi, thân phôi và tử diệp (lá mầm).

Phôi hạt chiếm từ 2-13% khối lượng hạt

Phôi hạt có chứa nhiều chất dinh dưỡng có giá trị cao như protein, lipit, gluxit, vitamin, 1 số enzyme,…

Ví dụ : Phôi ngô: chiếm 10-11%, thành phần gồm:

- Ngoài dinh dưỡng cao, phôi lại có cấu tạo

xốp, hoạt động sinh lý mạnh nên phôi dễ nhiễm ẩm và hư hỏng.

- Vi sinh vật, côn trùng thường tấn công phôi

trước tiên rồi sau đó mới phá hoại sang bộ phận khác.

- Do đó hạt có phôi lớn thường khó bảo quản hơn những hạt có phôi nhỏ.

a/Cấu tạo giải phẫu củ sắn

- Sắn là loại rễ củ có lõi (tim củ) nối từ thân

cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ.

- Cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn.

So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất.

+ Vỏ gỗ:

Chiếm 0,5 - 3% khối lượng củ.

Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và

hemicellulose, hầu như không có tinh bột.

Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu

thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động

cơ học bên ngoài.

+ Thịt sắn (ruột củ)

Là thành phần chiếm chủ yếu của củ sắn,

bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose

và pentose, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất.

Hàm lượng tinh bột trong ruột sắn không

đều Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 15-80µm.

 Sắn càng để già thì càng có nhiều xơ.

+ Lõi sắn:

 Thường nằm ở trung tâm dọc theo thân

củ, nối từ thân đến đuôi củ.

 Lõi chiếm từ 0,3 - 1% khối lượng củ

Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose

và hemicellulose.

b/ Khoai tây: (Solanum tuberosum L)

- Khoai tây có lớp vỏ ngoài là một lớp da

mỏng bảo vệ củ và lớp vỏ trong mềm, khó tách ra khỏi ruột củ.

+ Giữa lớp vỏ trong củ có các mô tế bào mềm và hệ thống dẫn dịch củ Các

mô này chứa ít tinh bột.

+ Lớp bên trong của vỏ tiếp giáp với ruột

củ là hệ thống màng bao quanh tạo nên

sự phân lớp giữa vỏ và ruột củ.

- Trên mặt vỏ có những mắt củ Củ càng

to mắt củ càng rõ.

- Ruột củ khoai tây không có lõi, chứa

nhiều tinh bột Ruột củ chiếm khoảng 80

- 92% khối lượng củ tươi.

Chất béo Tro

Đường Các chất khác

0,18- 0,2 0,9 – 1,0 1,5 2,2

c/ Khoai lang (Batatus edulischois)

- Khoai lang là loại củ không có lõi Dọc

theo thân củ có hệ thống xơ nối ngọn

củ với đuôi củ Các mặt trên của củ có thể là rễ củ hay mầm.

- Cấu tạo khoai lang gồm 3 phần: vỏ

ngoài, vỏ cùi và thịt củ.

+ Vỏ ngoài: mỏng, chiếm 1% trọng lượng

củ, gồm những tế bào có chứa sắc tố, cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicellulose Tác dụng: làm giảm các tác động từ bên ngoài, hạn chế sự bay hơi nước của khoai lang trong quá trình bảo quản.

+ Vỏ cùi: chiếm 5 - 12%, gồm những tế bào chứa tinh bột, nguyên sinh chất

Nước

Đường

Gluxit

1.4 Thành phần hóa học của hạt lương thực:

- Thành phần hóa học của hạt thay đổi rất

nhiều phụ thuộc vào giống, loài, điều kiện canh tác, khí hậu, cách thu hái, bảo quản hạt lương thực.

- Để đánh giá chất lượng lương thực, căn cứ

vào khả năng sinh nhiệt của hạt, hàm lượng các acid amin và các acid béo không no không thay thế, các vitamin và chất khoáng…

- Giá trị sử dụng của lương thực được đánh

phần các chất dinh dưỡng, độ sinh năng lượng…) và bằng những tính chất công nghệ.

- Đứng về mặt giá trị công nghệ , độ nảy mầm

hạt khỏe mạnh thường có độ nảy mầm gần 100%, và sẽ cho các sản phẩm chế biến (gạo, bột) có mùi dễ chịu, thơm ngon.

+ Nước tự do: là nước liên kết cơ học dễ tách

ra khi sấy, nó quyết định chất lượng và thời gian bảo quản (hàm lượng nước nhiều sẽ

dễ tham gia phản ứng hóa học do enzyme xúc tác, ảnh hưởng chất lượng).

+ Nước liên kết: liên kết hóa học, liên kết vật lý, liên kết mao quản.

Tách nước liên kết phải dùng nhiệt độ lớn và thường làm thay đổi cấu trúc sản phẩm.

b/ Glucid của hạt lương thực:

- Chiếm khoảng từ 70-80% phần khối lượng

- Thành phần chủ yếu của glucid là tinh bột, còn lại là các đường đơn giản, cellulose, hemicellose và pentosan (pentose).

- Chỉ trừ chất xơ, tất cả các glucid của hạt đều là những chất dự trữ (được sử dụng khi hạt nảy mầm.

(a) Tinh bột:

- Trong các loại hạt thì tinh bột có cấu tạo

dạng hạt, hạt tinh bột của các loại khác nhau có cấu tạo, hình dáng và kích thước khác nhau;

- Nó quyết định các tính chất công nghệ

riêng của từng loại bột như: độ hồ hóa và nhiệt độ hồ hóa, tạo gel, tạo màng, tạo sợi, khả năng hấp phụ, khả năng phồng nở…

- Hình dạng:

+ Tinh bột gạo có cấu tạo phức tạp, nhiều hình dạng khác nhau

+ Tinh bột lúa mỳ có hình ôvan

+ Tinh bột sắn: hình cầu hoặc bầu dục

- Tinh bột của lúa mỳ, đại mạch và lúa mạch đen có 2 dạng hạt tinh bột:

+ hạt nhỏ: có cấu trúc chặt hơn

+ hạt lớn: có cấu trúc xốp hơn

Kích thước hạt tinh bột của một số loại lương thực:

- Kích thước và hình dáng hạt tinh bột sẽ ảnh hưởng đến thời gian và tốc độ lắng, lọc trong quá trình sản xuất tinh bột.

- Ví dụ:

+ Do kích thước nhỏ, tinh bột gạo dùng làm chất độn trong mỹ phẩm, làm khuôn đúc các chi tiết cơ khí nhỏ, có độ chính xác cao

+ Việc sản xuất tinh bột gạo rất khó khăn,

vì tốc độ lắng chậm, trong quá trình lắng nhiệt độ môi trường cao, lên men sinh khí

CO 2 đẩy lên, thường phải dùng máy ly tâm.

- Thành phần cấu tạo của tinh bột không đồng thể, gồm 2 phần amilose và amilopectin Hai thành phần này sẽ quyết định công nghệ và chất lượng của sản phẩm chế biến từ hạt ngũ cốc: độ nhớt, độ dẻo, độ dai

Ví dụ: Hạt càng nhiều amilose thì hạt càng trắng , trong khi nấu rời rạc, hạt càng cứng , máy chế biến cần năng lượng cao, ảnh hưởng đến chất lượng hạt

- Tỷ lệ amilose ở một số loại hạt:

- Các loại hạt có độ dẻo cao như gạo nếp hay bắp nếp hàm lượng amylopectin rất cao (99%)

- Tinh bột của đậu xanh, củ dong riềng và một số loại bắp lai , hàm lượng amylose lên đến trên 50%.

* Amilose: dễ bị thủy phân bởi β-amilase , dễ hấp thụ với iod cho màu xanh, dễ bị cellulose hấp thụ tạo dịch có độ nhớt cao, dịch hồ dễ thoái hóa.

* Amilopectin: khó bị β-amilase thủy phân , với iod cho màu tím, không dễ thoái hóa , loại tinh bột có nhiều amilopectin thì có độ nhớt cao.

(b) Một số tính chất đặc trưng của tinh bột:

* Tính chất nước nhiệt của tinh bột:

- Ở trạng thái bình thường (khô) tinh bột liên kết trạng thái hydro bền chặt.

- Khi cho tinh bột vào nước tạo ra mối liên kết hydrat

- Mọi loại tinh bột đều có khả năng hút nước.

- Với tinh bột nguyên chất thì không hòa tan

trong nước (trừ khi thủy phân hoặc gây biến tính), nhưng có khả năng hút nước.

- Khả năng hút nước để tăng thể tích phụ thuộc vào mức độ hút nước và nhiệt độ của nước

Ví dụ: + ở nhiệt độ thường: tinh bột hút 35% nước Thể tích bình thường.

+ nhiệt độ nước 60 0 C, hút 300% nước, thể tích tăng khá lớn

- Nhiệt độ tăng cao , cả liên kết hydro và hydrat đều bị đứt, vỏ hạt tinh bột bị phá vỡ, lúc đó tinh bột biến thành dịch hồ (quá trình

hồ hóa).

- Khi tinh bột chín , nhiệt độ tại đó gọi là nhiệt

độ hồ hóa, lúc đó nó không trở lại trạng thái đầu.

- Vậy: nhiệt độ mà tại đó tinh bột biến thành dịch hồ gọi là nhiệt độ hồ hóa Quá trình đó gọi là quá trình hồ hóa.

- Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào kích thước hạt tinh bột Hạt TB có kích thước lớn thì nhiệt độ hồ hóa thấp và ngược lại.

Ví dụ: nhiệt độ hồ hóa của khoai tây, sắn là: 55-60 0 C, gạo thì lại lớn hơn 70 0 C.

- Cùng một loại TB, kích thước không đều làm ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa, vì vậy

nó tạo ra một khoảng nhiệt độ hồ hóa, chứ không cố định ở một nhiệt độ nào.

Bảng nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột:

- Nhiệt độ hồ hóa còn phụ thuộc vào độ ẩm của hạt TB : TB có độ ẩm cao dễ bị hồ hóa hơn, nhiệt độ hồ hóa thấp

- Với tính chất này, khi sấy khô sản phẩm phải có chế độ sấy cho phù hợp.

- Đặc biệt, khi sấy hạt giữ giống thì tác nhân sấy và vật liệu sấy phải đi ngược chiều nhau Nhiệt độ sấy không được quá nhiệt

độ hồ hóa.

- Lợi dụng tính chất này mà trong chế biến người ta có thể:

Điều chỉnh độ nhớt dẻo, khả năng thấm nước và nếu trộn hỗn hợp các loại bột với nhau, để điều chỉnh khối bột nhào hồ hóa một phần hay toàn phần cần chú ý nhiệt độ