Công nghệ sản xuất tinh bột đậu xanh

Ngoài ra, trong đậu xanh còn chứa nhiều loại đường, chủ yếu là saccharose, trong đó hàm lượng glucose chiếm ưu thế hơn so với fructose, và một số đường khác như raffinose, arabinose, xyl

Trang 1

TINH BỘT ĐẬU XANH

: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

1 về đậu xanh

Phân loại khoa học

- Giới (Kingdom): Plantae

- Chi (Genus): Vigna Savi

- Loài (Species): Vigna radiata (L.) R Wilczek – mung bean

Đậu xanh có tên khoa học là Vigna radiata Cây đậu xanh có nguồn gốc từ vùng đông

bắc Ấn Độ - Burma và Trung Á, sau đó được trồng ở nhiều nước châu Á như Thái Lan, Philippine, Myanmar, Indonesia… Gần đây, nó cũng được trồng ở một số vùng khác như Trung Phi, phía Đông Bắc châu Úc, Nam Mỹ và Hoa Kỳ

Đậu xanh thuộc loại cây thảo mọc đứng Lá mọc kép 3 chia, cả hai mặt lá đều có lông, gân lá nổi rõ lên ở phía dưới mặt lá Hoa lưỡng tính, màu vàng lục, mọc thành chùm to, xếp xen kẽ nhau trên cuống Quả đậu xanh thuộc loại quả giáp, hình trụ thẳng, mảnh nhưng số lượng nhiều, có lông Khi còn non, quả có màu xanh; đến khi chín, quả có màu nâu vàng hoặc màu xám đen, đen Vỏ quả khi chín nếu gặp nhiệt độ cao có thể tách làm hạt rơi ra Mỗi quả

có từ 8 – 15 hạt Hạt đậu xanh có hình trụ, hơi thuôn, tròn đều, đường kính hạt khoảng từ

2 – 2.5mm, vỏ hạt màu xanh, ruột màu vàng, có mầm ở giữa

Trang 2

Trong sản xuất, chỉ tiêu hạt và màu sắc hạt được quan tâm nhiều nhất Thông thường các giống tốt có trọng lượng 1000 hạt phải trên 65g Trọng lượng hạt thay đổi tùy theo giống

và điều kiện canh tác

Hạt đậu xanh còn có giá trị xuất khẩu khá cao, 1 tấn hạt đậu xanh loại 1 (hạt xanh bóng, 1000 hạt nặng hơn 55g) có thể xuất khẩu được hơn 220 – 300USD

2

Hạt đậu xanh có cấu tạo giống các hạt họ đậu là không có nội nhũ, nội nhũ bị mất trong quá trình hình thành hạt Do đó, cấu tạo chủ yếu của hạt đậu xanh gồm 3 phần: vỏ, tử diệp (lá mầm) và phôi

2.1 Vỏ

Đậu xanh là loại hạt trần nên vỏ được cấu tạo từ vỏ quả và vỏ hạt

Vỏ quả được cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, lớp ngoài cùng gồm những tế bào có kích thước lớn, xếp theo chiều dọc hạt, gọi là lớp tế bào dọc, ở giữa gồm những tế bào xếp theo chiều ngang, gọi là lớp tế bào ngang Khi hạt chín, lớp tế bào này trống rỗng, nhưng khi hạt còn non thì chứa diệp lục tố do vậy hạt có màu xanh Lớp trong cùng của vỏ quả gồm những

tế bào hình ống xếp theo chiều dọc hạt

Sau vỏ quả là vỏ hạt, vỏ hạt được cấu tạo bởi hai lớp tế bào, lớp ngoài gồm nhiều tế bào xếp khít nhau, chứa nhiều chất màu còn lớp trong là những tế bào trong suốt

Vỏ là bộ phận có chức năng bảo vệ phôi và tử diệp khỏi bị tác động cơ học, hóa học của môi trường Vỏ chiếm khoảng 7% so với khối lượng toàn hạt Trong vỏ không có chất dinh dưỡng, thành phần chủ yếu của vỏ là cellulose, hemicellulose và licthin do đó trong quá trình chế biến càng tách vỏ được triệt để càng tốt

3

Trang 3

Đậu xanh khá quen thuộc trong gia đình họ Đậu, là cây thực phẩm chủ yếu dùng lấy hạt được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc Trên 100g ăn được, hạt đậu xanh có chứa khoảng 24% protein, 1% béo, 62-63% carbohydrate và 16% chất xơ, và cung cấp khoảng 340 kcal(Wenju Liu 2007)

3.1 Protein

Đậu xanh khá quen thuộc trong gia đình họ Đậu, là cây thực phẩm chủ yếu dùng lấy hạt được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc Trên 100g ăn được, hạt đậu xanh có chứa khoảng 24% protein, 1% béo, 62-63% carbohydrate và 16% chất xơ, và cung cấp khoảng 340 kcal(Wenju Liu 2007)

Bảng 1: Một số acid amin có trong hạt đậu xanh

Tên acid amin Hàm lượng (mg/100g ăn được)

Trang 4

Trong protein đậu xanh có chứa các chất kìm hãm protease làm giảm giá trị dinh dưỡng của nó Các chất kìm hãm thường là Kunitz và Bowman-Birk Kunitz là chất kìm hãm trypsine, còn Bowman-Birk có hai trung tâm hoạt động có thể kìm hãm cả trypsine và chymotrypsine Chất ức chế sẽ bị vô hoạt bởi nhiệt, gia nhiệt bằng hơi ẩm sẽ hiệu quả hơn là sấy Đun trong nước sôi khoảng 20 phút sẽ vô hoạt hầu hết chất ức chế trypsin

Bên cạnh đó, trong protein đậu còn chứa hemagglutinin hay còn gọi là lectin, có khả năng tạo phức khá bền vững với glucid Tương tác giữa các lectin với các glucoprotein có mặt trên bề mặt các hồng cầu sẽ làm ngưng kết các tế bào này gây hiện tượng đông tụ máu Tuy nhiên chúng cũng dễ dàng bị phân hủy bởi nhiệt nên không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của đậu

3.2 Glucid

Carbohydrate trong đậu gồm chủ yếu là tinh bột (32-43%), với lượng amylose chiếm khoảng 19.5 – 47% Nguồn tinh bột dồi dào trong đậu xanh đã được ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất (Naomy Ohwada 2003) Ngoài ra, trong đậu xanh còn chứa nhiều loại đường, chủ yếu là saccharose, trong đó hàm lượng glucose chiếm ưu thế hơn so với fructose,

và một số đường khác như raffinose, arabinose, xylose, galactose (Jyoti Chopra 1998, Earl E

Watt 1977)

Bảng 2: Hàm lượng một số loại đường trong đậu xanh

Tổng carbohydrate Đường khử Raffinose Stachyose Tinh bột

62.3a 4.85a 0.41a 1.49a 54.88

3.3 Lipid

Hàm lượng lipid trong đậu xanh rất thấp nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hạt, bột và sản phầm chế biến

Trang 5

Chất béo của hạt có giá trị sinh học tương đối cao vì trong thành phần của nó có 20 acid béo trong đó chứa nhiều acid béo chưa no không thay thế như acid linoleic và acid linolenic Ngoài ra trong đậu xanh còn có một lượng đáng kể các chất phophatit Tuy nhiên,

do đặc điểm chứa nhiều acid béo chưa no nên chất béo của hạt dễ bị oxy hóa tạo ra mùi ôi khó chịu, vì vậy trong quá trình chế biến cần quan tâm đến vấn đề này

3.4 Vitamin và chất khoáng

Đậu xanh có nguồn vitamin khá đa dạng như A, B1, B2, C, niacin và muối khoáng tập trung chủ yếu ở phần vỏ hạt gồm có Na, K, Ca, P, Fe, Cu (Hozayn M 2007, P Nisha 2005) Ngoài ra trong hạt đậu xanh còn chứa các enzym như lipase, transferase, hydrolase, lipoxygenase…

Bảng 3: Thành phần khoáng và vitamin trong hạt đậu xanh

Thành phần Hàm lượng(mg/100g ăn được)

Trang 6

4 Tiêu chuẩn chọn đậu xanh để sản xuất tinh bột đậu xanh:

Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của đậu xanh

Chỉ tiêu cảm quan

- Hạt phải khô, không có mọt, côn trùng gây hư hỏng, làm tổn thất nguyên liệu

- Vỏ hạt nguyên vẹn, nhẵn có màu xanh sẫm

Trang 7

Bảng 5: Các chỉ tiêu của nước trong quá trình xử lý ( TCVN 6096-1995)

Vị trí mẫu Tên chỉ tiêu Mức chất lượng Nước qua cột khử

Nước sử dụng có thể sử dụng trực tiếp bất kì nguồn nước nào Nhưng khi nguồn nước là nước cứng do muối Canxi và Magiê thì phải làm mềm trước khi sử dụng Nước cứng không ảnh hưởng đến quá trình trích ly nhưng có thể gây hư hỏng thiết bị truyền nhiệt và các thiết bị khác do lớp cáu cặn tạo thành

5.2 SO 2 :

SO2 được bổ sung trong quá trình ngâm với nồng độ từ 0.1 – 0.2% để ức chế vi

sinh vật gây thối

Trang 10

Phần III: GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 :

Rửa giúp loại bỏ bụi bặm, đất cát, rác rưởi…

Tẩy sạch một số chất hóa học gây độc hại được dùng trong kỹ thuật nông nghiệp như thuốc trừ sâu

1.2 :

Quá trình rửa được thực hiện nhờ các vòi nước phun từ trên xuống làm sạch hạt Do

vỏ hạt rất dai nên sự ma sát xảy ra không làm tổn thương tới hạt

Hàm ẩm của hạt tăng lên đôi chút, không ảnh hưởng tới các thành phần bên trong hạt Phần lớn vi sinh vật bám trên bề mặt hạt bị rửa trôi

Hạt được loại bụi bẩn, đất cát… nên bề mặt sáng bóng hơn

Áp suất của tia nước phun (áp suất 1.96 – 2.94.105 N/m2, tức 2 – 3 at)

Nước rửa: yếu tố quan trọng nhất quyết định hiệu quả của quá trình

Nếu dùng nước thiên nhiên cần tiến hành lọc, sát trùng Người ta thường sát trùng nước bằng vôi clorua ( 3CaOCl2.Ca(OH)2.3H2O ) Nồng độ Clo có tác dụng sát trùng trong

Trang 11

1.4.2 Nguyên lý hoạt động:

Đầu tiên hạt được đưa qua một cái máng, ở đây dưới tác dụng của áp lực nước bơm từ dưới lên các vật có khối lượng nặng như: đất, cát, sỏi… sẽ rơi vào khe và được tháo ra ngoài, còn hạt tiếp tục đi qua một bồn lớn hơn

Các phần nhẹ như lá, rác… sẽ được nổi lên trên và lấy ra ngoài Các hạt cùng di chuyển với nước, trong quá trình cùng di chuyển như vậy tạp chất bám trên bề mặt hạt sẽ mềm ra dần

Sau đó hạt được bơm đi qua bộ phận khác

Nước rửa sau đó được xử lý để tái sử dụng

Hình 2: Máy rửa FMC

1.4.3 Thông số công nghệ:

Năng suất: vài tấn nguyên liệu / 1 giờ

Áp suất của tia nước phun: 1.96 – 2.94.105 N/m2, (tức 2 – 3 at)

2.1.1 Ngâm:

Trang 12

Tách bớt một số chát hòa tan trong nước

2.1.2 :

2.2 :

2.2.1 Ngâm:

H

chất hòa tan vào trong nước

Giảm kích thước hạt đậu

Từ hạt đậu xanh tạo thành dịch tinh bột

3.2 :

Giảm kích thước, tạo thành những hạt bột mịn

Chuyển từ trạng thái rắn sang dịch sữa tinh bột, hòa tan một số chất trong đậu xanh vào nước

Có một số phản ứng oxy hóa do tăng diện tích bề mặt tiếp xúc và nhiệt độ

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng:

Độ ẩm của nguyên liệu vào

Nước cung cấp cho quá trình nghiền:

- Tỉ lệ nước : đậu = 1: 5

- Nhiệt độ nước cung cấp cho quá trình nghiền

3.4.1 Cấu tạo: thiết bị nghiền trục đôi

Bộ phận nhập liệu và tháo liệu

Hệ thống cung cấp nước nóng

Hai trục nghiền: 1 trục cố định, 1 trục tịnh tiến

Piston thủy lực để điều chỉnh khoảng cách giữa 2 trục

Không nên cho dịch sữa tinh bột qua thiết bị rây có kích thước lỗ rây nhỏ ngay từ đầu

vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp

Để hiệu suất rây cao, khi rây phải xối nước liên tục và hiệu chỉnh nồng độ dịch sữa tinh bột ra khỏi rây khoảng 3o

Bx (bồn chứa trung gian ở đây để pha loãng)

5 Ly tâm (đối với quy trình công nghệ 1):

Tách tinh bột ra khỏi hỗn hợp huyền phù

Làm sạch tinh bột, nâng cao chất lượng sản phẩm

5.2 :

Sản phẩm sau quá trình ly tâm là tinh bột dạng paste có độ tinh khiết cao, độ ẩm giảm còn 40 – 45%

Hạn chế sự phát triển của vi sinh vật nhờ quá trình tách nước ra khỏi hỗn hợp

Sản phẩm sạch hơn, trắng hơn nhờ tách được tạp chất hoà tan không phải dạng tinh thể, đặc biệt là các chất màu chất lượng sản phẩm tốt hơn nhờ rửa 2 – 3 lần

Tổn thất do tinh bột chui qua lưới ly tâm hoặc bị hoà tan khi rửa nước

Thời gian phân ly phụ thuộc vào tính chất vật liệu và tính chất của máy, bao gồm:

- Đường kính pha rắn

- Tính keo và độ nhớt của dung dịch

- Kích thước thùng quay, đường kính thùng

Nhiệt độ: nhiệt độ cao độ nhớt giảm, tốc độ lắng tăng

Tiết diện thiết bị lắng

6.4 Thiết bị và thông số công nghệ:

Làm yếu hay tiêu diệt vi sinh vật

7.3 Thiết bị và thông số công nghệ:

7.3.1 Cấu tạo:

Hình 7: thiết bị sấy khí động

Trang 19

7.3.2 Nguyên lí hoạt động:

Không khí nóng và vật liệu ướt đi vào thiết bị từ phía đáy Sau khi sấy khô các hạt sẽ được phân loại bằng lực ly tâm Các hạt nhỏ sẽ đi ra khỏi thiết bị từ trên đỉnh Các hạt lớn sẽ quay trở lại và được nghiền mịn

Nguyên tắc phân loại bằng lực ly tâm:

Nguyên tắc phân loại bằng lực

d: kích thước hạt, m

w: Vận tốc dòng khí, m/s

- F: Lực ly tâm do thiết bị phân loại tạo nên, với đr và đ là khối lượng riêng của hạt và khí, kg/m3, r là bán kính thiết bị, là vận tốc góc, 1/s

Sẽ xảy ra hai trường hợp:

- Nếu F > R: Hạt sẽ bị nay ra khỏi thiết bị phân loại

- Nếu F < R: Hạt sẽ được hút vào thiết bị phân loại

Khi r, đr , đ, v, d = const, nếu ta thay đổi , ta có thể điều chỉnh việc hút hoặc nay hạt ra khỏi thiết bị phân loại

Đó là cơ sở lý thuyết cho việc phân loại hạt bằng thiết bị phân loại ly tâm

Trang 20

7.3.3 Các thông số công nghệ:

Vận tốc quay của roto và vận tốc gió được xác định qua tần số roto

Vận tốc gió đi vào thiết bị được điều chỉnh tới giá trị ổn định uv = 6 m / s ứng với lưu lượng 4.9 m3

Có thể thêm chất bảo quản, chất ổn định làm tăng thời gian bảo quản sản phẩm

Bao bì ngoài chức năng che chở cho sản phẩm không bị nhiễm bẩn, nhiễm độc từ môi trường mà còn có tác dụng hoàn thiện sản phẩm, tạo sự thu hút đối với người tiêu dùng

8.2 Các biến đổi: Không đáng kể

8.3 Thiết bị và thông số công nghệ:

Tinh bột sau khi sấy sẽ được qua vít tải Sau đó, sản phẩm được chuyển sang thiết bị đóng gói

Tùy vào mục đích sử dụng mà sản phẩm được đóng gói với khối lượng khác nhau, thường là 0.5 kg – 1 kg đựng trong bao bì plastic để bán lẻ và từ 15 – 20 kg đựng trong bao giấy để làm nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp

Yêu cầu chung về bao bì là phải hạn chế được sự tiếp xúc của ánh sáng, không khí và

độ ẩm từ môi trường xung quanh

Trang 21

Phần IV: SO SÁNH 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Quy trình 1 ( Ly tâm ) Quy trình 2 ( Lắng )

Chất lượng sản phẩm

Do có thể thu được các hạt huyền phù có kích

thước rất nhỏ nên sản phẩm tinh bột sẽ mịn

hơn

Chất lượng sản phẩm thấp hơn do chỉ có thể lắng chủ yếu được những hạt huyền phù có kích thước tương đối lớn

Hiệu suất thu hồi sản phẩm

Hiệu suất thu hồi cao do có thể thu được các

hạt huyền phù có kích thước rất bé

Hiệu suất thu hồi kém hơn do thời gian lắng lâu, năng suất thấp, không lắng được các hạt huyền phù có kích thước nhỏ

Chi phí năng lượng

Cần cung cấp năng lượng cho rotor hoạt động

nên tốn nhiều năng lượng hơn

Chi phí năng lượng thấp hơn

Thiết bị và vốn đầu tư

Thiết bị phức tạp hơn nhưng chiếm ít diện

tích nhà xưởng hơn

Chi phí đầu tư cho thiết bị cao hơn

Thiết bị đơn giản nhưng cồng kềnh, tốn nhiều diện tích nhà xưởng

Chi phí đầu tư cho thiết bị cao hơn

Phạm vi ứng dụng

Áp dụng cho quy mô công nghiệp lớn Áp dụng ở quy mô phân xưởng nhỏ

Hình 8: Tinh bột đậu xanh

2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm:

Trang 23

Phần VI: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ

1 Tình hình ứng dụng đậu xanh vào nghiên cứu và sản xuất thực tiễn trên thế giới

và ở Việt Nam:

1.1 Trên thế giới:

Nguồn tinh bột trong đậu xanh khá lý tưởng, chính vì vậy, việc khai thác tinh bột ở nguồn nguyên liệu này luôn được các nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm, sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như:

Yung – Ho Chang (2006) đã nghiên cứu về tinh bột đậu xanh thu nhận từ dịch lên men lactic (LFS), hay Wenju Liu (2007) đã khảo sát các tính chất hóa lý của tinh bột đậu xanh

được thu nhận từ dịch lên men Streptococcus lactis và ly tâm, ông đã đưa ra một số kết quả

chứng minh được tinh bột đậu xanh thu nhận từ dịch lên men có chất lượng khá tốt Nghiên cứu đã cho thấy hàm lượng protein, tro, tinh bột sau khi xử lý bằng dịch lên men cao hơn so với quá trình ly tâm truyền thống Không những vậy, độ truyền sáng và độ hấp thu protein cũng được cải thiện khá nhiều

Hình 9: Ảnh hiển vi điện tử của hạt tinh bột đậu xanh phân ly từ LFS (a,b) và nước pha

loãng (g, h) (Yung – Ho Chang 2006)

Trang 24

Thành phần amylose chiếm khá cao đã góp phần tạo nên cấu trúc hoàn chỉnh cho sợi tinh bột từ đậu xanh Thật ra, thành phần của sợi tinh bột được thu nhận từ nhiều loại thực vật khác nhau cũng được nghiên cứu, như tinh bột đậu đỏ (Lii 1981), tinh bột đậu Hòa Lan (Singh 1989), tinh bột củ nấm (Collado 1997), tinh bột từ nấm có pha trộn hàm lượng amylose cao (Kasemsuwan 1998) Những kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng của mì sợi hay miến sau khi nấu không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng amylose của nguyên liệu thô, mà còn ảnh hưởng bởi tính chất khối bột nhào Lii và Chang (1981) đã kết luận rằng tinh bột từ đậu xanh là nguồn nguyên liệu thô tốt nhất để sản xuất mì sợi với chất lượng cao, hay với miến ở dạng vô định hình (glass nodule) do hàm lượng amylose cao, sự trương phồng được hạn chế trong suốt quá trình hồ hóa, và sự chống chịu đứt gãy khá cao

Khả năng ứng dụng thực tiễn của tinh bột đậu xanh tăng lên khi Ornanong S Kittipongpatana (2006) nghiên cứu thành phần hạt tinh bột đậu xanh sau khi xử lý với chloroacetic acid trong môi trường kiềm, nhằm tạo ra các nhóm có khả năng hòa tan một phần hay tan hoàn toàn trong nước, mở rộng khả năng ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm

Tuy nhiên, trong đậu xanh, vẫn có nhiều các thành phần ức chế hay khó hấp thu bởi cơ thể con người Sự hiện diện các loại đường oligosaccharides (RFO), mà phổ biến là raffinose

và stachyose với khối lượng phân tử lớn, không được hấp thu bởi thành ruột, gây ra các hội chứng đầy hơi, khó tiêu Vì thế, việc làm giảm các thành phần này cũng là điều thiết yếu Thông thường, các quá trình ngâm, nấu đã làm giảm lượng RFO trong hạt đậu thô (Viana

2005, Mulimani và Devendra 1998) Tuy nhiên, G.S Anisha (2008) đã cho thấy việc làm giảm các thành phần khó hấp thu bằng cách sử dụng enzyme α-galactosidase hay melibiase từ

Streptomyces griseoloalbus là khá hiệu quả so với các phương pháp truyền thống

Hàm lượng vitamin B1 (riboflavin) trong đậu xanh được xem là nhiều nhất trong các loại cây họ Đậu (Gopalan 1996) Dựa trên cơ sở này, P Nisha (2005) chọn nguyên liệu đậu xanh để so sánh sự tổn thất riboflavin giữa các phương pháp chế biến, từ đó, ông đã xây dựng thành công bài toán động học để xác định sự tổn thất này, nếu biết được hàm lượng riboflavin ban đầu của nguyên liệu

Năm 2006, Ashraf A Khalil đã quan tâm đến vấn đề cải thiện thành phần dinh dưỡng

- đặc biệt là nguồn protein trong đậu xanh thông qua việc nảy mầm và lên men bởi probiotic

lactobacilli Nghiên cứu của ông đã cho thấy tầm quan trọng của probiotic không chỉ làm gia

tăng hàm lượng protein mà còn hoàn thiện khả năng tiêu hóa và tính hòa tan của chúng, hơn nữa, các thành phần ức chế trong đậu xanh cũng giảm đáng kể, như chất kháng protease, lectin, gossypol, phytate…