2.4.1. Nghiền
Các hạt tinh bột nằm trong tế bào củ. Để tách tinh bột phải phá vỡ các tế bào này, quá trình phá vỡ càng triệt để thì hiệu suất thu lấy tinh bột càng cao. Nghiền có thể được xem là khâu quan trọng nhất trong quá trình sản xuất tinh bột. Những hạt tinh bột được giải phóng khỏi tế bào gọi là tinh bột tự do và số còn lại chưa tách khỏi tế bào gọi là tinh bột liên kết.
Trong sản xuất tinh bột từ các loại củ, dùng phương pháp cơ học để phá vỡ các tế bào thực vật.
Trước khi nghiền củ ta tiến hành cắt nhỏ củ thành từng khúc rồi mới đem nghiền để giảm thời gian nghiền và nâng cao hiệu suất quá trình nghiền.
Với quy mô lớn trong công nghiệp, quá trình nghiền được thực hiện bằng máy mài – xát hoặc kết hợp máy xay để xay lại lần 2. Cả máy mài – xát và máy xay đều được gọi là các máy nghiền.
2.4.2. Ly tâm
2.4.2.1. Giới thiệu chung
Ly tâm là một quá trình phân riêng các cấu tử có khối lượng riêng khác nhau trong một hỗn hợp lỏng không đồng nhất dưới tác dụng của lực ly tâm. Mẫu đem ly tâm thường có dạng nhũ tương hoặc huyền phù.
Ly tâm được thực hiện nhằm cô đặc dịch bột và loại bã xơ. Trong quá trình này, tinh bột được tách khỏi sợi xenlulose. Mục đích ly tâm tách bã là tách tinh bột ra khỏi nước dịch và bã.
2.4.2.2. Cơ sở khoa học
Quá trình ly tâm có nguồn gốc từ quá trình lắng. Lắng là một phương pháp phân riêng các cấu tử lỏng rắn dựa vào sự chênh lệch về khối lượng riêng của các cấu tử này trong dung dịch dưới tác dụng của trọng lực. Trong dung dịch nếu như khối lượng riêng của các hạt rắn lớn hơn khối lượng riêng của pha lỏng thì các cấu tử rắn sẽ lắng xuống đáy thiết bị, nếu như khối lượng riêng của các hạt rắn nhỏ hơn khối lượng riêng của pha lỏng thì chúng sẽ nổi lên trên bề mặt pha lỏng.
2.4.2.3. Tiến hành ly tâm
Tiến hành ly tâm trong máy ly tâm lạnh để thu lấy tinh bột ướt từ dịch bột. Ly tâm với chế độ 2000 vòng/phút trong vòng 5 phút.
2.4.3. Sấy
2.4.3.1. Giới thiệu chung về quá trình sấy
Sấy là một quá trình tách pha lỏng thường là nước ra khỏi vật liệu bằng cách sử dụng nhiệt. Đây là một quá trình phức tạp và được áp dụng lâu đời trong ngành kỹ thuật hóa học và thực phẩm.
Trong quá trình sấy nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do: - Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.
- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Quá trình sấy được thực hiện nhằm nhiều mục đích:
- Đối với thực phẩm nhằm làm giảm lượng nước tự do kéo dài thời gian bảo quản.
- Đối với các nhiên liệu như than củi quá trình sấy nhằm nâng cao nhiệt lượng sinh ra khi cháy và quá trình đốt cháy được dễ dàng.
Nguyên lý của quá trình sấy là cung cấp năng lượng cho nước trong vật liệu để thay đổi từ trạng thái lỏng thành trạng thái hơi và chuyển ra môi trường. Nguồn cung cấp nhiệt lượng thường là dòng không khí nóng.
2.4.3.2. Các giai đoạn của quá trình sấy Giai đoạn sấy đẳng tốc Giai đoạn sấy đẳng tốc
Giai đoạn sấy đẳng tốc bắt đầu khi thực phẩm được đặt vào môi trường sấy cho đến khi trong thực phẩm không còn nước tự do.
Đầu tiên nhiệt từ môi trường sẽ được truyền đến thực phẩm làm nhiệt độ thực phẩm gia tăng đến nhiệt độ bầu ướt. Sự gia tăng nhiệt độ ở bề mặt diễn ra nhanh hơn bên trong, độ ẩm vật liệu có giảm nhưng không đáng kể. Khi nhiệt độ bề mặt và bên trong thực phẩm đạt đến nhiệt độ bầu ướt thì nhiệt cung cấp ban đầu sẽ chuyển thành ẩn nhiệt làm nước trong thực phẩm chuyển thành trạng thái hơi mà không làm tăng nhiệt độ vì vậy mà chênh lệch giữa nhiệt độ thực phẩm và môi trường là không đổi. Trong giai đoạn này tốc độ sấy (sự giảm khối lượng vật liệu trong một đơn vị thời gian) là không đổi nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc.
Khi độ ẩm vật liệu đạt đến độ ẩm tới hạn thì quá trình sấy đẳng tốc kết thúc.
Giai đoạn sấy giảm tốc
Khi kết thúc giai đoạn sấy đẳng tốc nước tự do trong thực phẩm không còn, năng lượng cần để nước liên kết chuyển thành hơi phải nhiều hơn do đó trong giai đoạn này tốc độ bay hơi nước giảm dần theo thời gian và nhiệt độ thực phẩm tăng dần đến nhiệt độ môi trường. Giai đoạn này gọi là sấy giảm tốc.
Khi nhiệt độ thực phẩm tiến đến nhiệt độ môi trường thì quá trình thoát ẩm kết thúc.
2.4.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Nồng độ chất khô trong nguyên liệu: nồng độ chất khô trong nguyên liệu cao giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu và gây khó khăn cho quá trình sấy, khi nồng độ chất khô thấp sẽ tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình sấy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt độ sấy là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy. Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ sấy. Tuy nhiên nếu tăng nhiệt quá cao sẽ gây ảnh hưởng đến các thành phần nhạy cảm với nhiệt trong quá trình sấy và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình.
2.5. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT THAM KHẢO 2.5.1. Sơ đồ quy trình 2.5.1. Sơ đồ quy trình
Hình 22. Quy trình sản xuất tinh bột tham khảo
(Nguồn: Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010)
Nghiền mịn Thành phẩm Nguyên liệu Ngâm, rửa, tách vỏ, cắt khúc, ngâm 2 Nghiền Tách dịch bào và rửa tách tinh bột Tách tinh bột khỏi nước dịch
Tinh chế sữa tinh bột
Rửa tinh bột và lắng
Tinh bột ướt
2.5.2. Giải thích quy trình
2.5.2.1. Nguyên liệu
Lựa chọn những nguyên liệu đạt độ chín nhất định (ấu đã già) để nguyên liệu có hàm lượng tinh bột cao nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi tinh bột trong quá trình sản xuất.
Nguyên liệu được thu mua trực tiếp tại các ruộng ấu, không thu mua những loại nguyên liệu đã được thu hoạch trước đó tránh nguyên liệu đã được trữ quá lâu dễ hư hỏng hay có mùi hôi thối, không có mùi đặc trưng của củ ấu.
Nguyên liệu được thu mua phải đồng nhất về giống, độ chín và thời điểm thu hoạch, không bị lẫn giữa giống này với giống khác.
2.5.2.2. Ngâm - Rửa - Tách vỏ - Cắt khúc - Ngâm lần 2
Do củ ấu mọc dưới các ruộng bùn lầy nên bề ngoài củ bám rất nhiều các tạp như chất đất, cát,… nên cần ngâm sơ nguyên liệu, sau đó rửa sạch rồi mới tách vỏ để tạp chất không bám vào ruột ấu. Khi đã tách được ruột ấu thì tiến hành gọt bỏ lớp vỏ đen bên ngoài ruột để tinh bột thu được có màu trắng đạt yêu cầu. Sau khi gọt bỏ lớp vỏ đen bên ngoài ruột ấu thì rửa sạch ruột ấu lại. Quá trình rửa rất quan trọng trong sản xuất tinh bột, nếu không rửa sạch tạp chất sẽ lẫn vào tinh bột làm ảnh hưởng đến độ màu nghĩa là không thu được tinh bột có chất lượng cao. Khi đã xử lý xong ruột ấu tiến hành cắt ruột ấu thành các khúc đều nhau để giảm thời gian ngâm và nâng cao hiệu suất của quá trình nghiền. Sau khi đã cắt khúc, củ ấu được ngâm lại lần 2 với mục đích hòa tan các chất hòa tan trong nguyên liệu vào nước ngâm một phần giúp cải thiện được mức độ tinh sạch tinh bột từ củ ấu. Ví dụ hàm lượng theo phần trăm chất khô của ngô thay đổi trong quá trình ngâm như sau (Bảng 5).
Bảng 5. Hàm lượng theo phần trăm chất khô của ngô trước và sau khi ngâm
Các chất trong hạt
Hàm lượng theo phần trăm chất khô của ngô
Trước khi ngâm Sau khi ngâm
Protein 11,23 8,42
Gluxit hòa tan 3,51 1,73
Tro 1,63 0,52
Các chất khác 1,52 1,48
2.5.2.3. Nghiền
Trong qui mô phòng thí nghiệm, tiến hành nghiền bằng cách xay nhuyễn nguyên liệu trong máy xay sinh tố. Xay nghiền nguyên liệu nhằm phá vỡ tế bào để tách lấy tinh bột. Quá trình phá vỡ càng triệt để thì hiệu suất lấy tinh bột càng cao.
Ta xay nguyên liệu trong máy xay sinh tố, tỉ lệ ấu : nước = 1 : 6. Lượng nước sử dụng không được ít quá vì trong quá trình xay sẽ có ma sát làm gia tăng nhiệt độ, nếu nước ít quá thì nhiệt độ sẽ tăng lên làm tinh bột bị hồ hóa. Nhưng lượng nước sử dụng cũng không được quá nhiều vì sẽ làm loãng dịch bột, thời gian lắng sẽ dài. Cuối khâu nghiền ta thu được cháo.
2.5.2.4. Tách dịch bào và rửa tách tinh bột Tách dịch bào Tách dịch bào
Dịch bào củ khi tách khỏi tế bào sẽ tiếp xúc với oxy không khí và nhanh chóng bị oxy hóa thành các chất màu. Nếu không tách dịch bào sớm tinh bột sẽ dễ dàng hấp thu màu của dịch bào trở nên không trắng và không thể tẩy rửa chất màu bằng nước sạch.
Cháo cuối khâu nghiền sẽ được bơm qua rây, phần trên rây là bã được đưa qua khâu rửa tách tinh bột, phần lọt rây là nước dịch cùng 1 lượng tinh bột (cháo) sẽ được đưa vào máy ly tâm để tách dịch bào, ra khỏi máy ly tâm ta thu được sữa tinh bột đặc (Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010).
Rửa tách tinh bột (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sữa tinh bột đặc cho qua máy rây đồng thời xối nước sạch thu được sữa tinh bột lọt rây và bã không lọt qua rây. Tiến hành lặp lại quá trình này cho đến khi sữa tinh bột lọt rây có nồng độ 3 – 40Bx, bã không lọt rây có lẫn tinh bột tối đa không quá 4% chất khô của bã thì quá trình rửa dừng lại (Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010).
2.5.2.5. Tách tinh bột khỏi nước dịch
Sản phẩm thu được sau khi tách dịch bào và rửa tách tinh bột là sữa tinh bột. Sữa tinh bột gồm hạt tinh bột và dịch bào được đưa vào máy ly tâm ta thu được 2 sản phẩm là sữa tinh bột đặc và nước dịch. Sữa tinh bột đặc có độ ẩm 60% sẽ được pha loãng và ly tâm tương tự như trên cho đến khi thu được nước dịch chứa 95% tổng lượng dịch bào có trong sữa tinh bột ban đầu và lượng tinh bột lẫn 0,26 g/l (Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010).
2.5.2.6. Tinh chế sữa tinh bột
Sữa tinh bột đặc thu được pha loãng đến 30Bx sau đó cho qua rây để tách bã nhỏ lần thứ nhất gọi là tinh chế lần nhất, sau đó sữa tinh bột được đưa vào máy ly tâm để
tách nước dịch, sữa tinh bột đặc ra khỏi máy ly tâm lại được pha loãng đến 7 – 150Bx rồi tiếp tục thực hiện quá trình như trên để tinh chế lần 2. Sau khi tinh chế lần 2 sữa tinh bột được đưa sang công đoạn rửa tinh bột (Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010).
2.5.2.7. Rửa tinh bột và lắng
Là giai đoạn tách triệt để bã nhỏ còn sót lại sau khi tinh chế, protein không hòa tan dịch bào và các tạp chất khác. Sữa bột cho vào lắng có nồng độ 180Bx. Sữa tinh bột để yên sau một thời gian dài tinh bột sẽ lắng xuống dưới, tháo bỏ lớp nước phía trên sẽ được tinh bột ướt (Nguyễn Thị Mai Khanh, 2010).
2.5.2.8. Sấy
Tinh bột ướt thu được có độ ẩm cao nên là bán thành phẩm rất khó bảo quản vì vậy ta đem tinh bột ướt đi sấy đến độ ẩm 12 - 14% để kéo dài thời gian sử dụng đồng thời ở độ ẩm này giúp ta hạn chế được sự phát triển của các vi sinh vật.
2.5.2.9. Nghiền mịn
Sau khi sấy bao giờ cũng có một lượng tinh bột vón cần phải làm tơi để tăng cảm quan sản phẩm. Đồng thời có thể lẫn một số tạp chất cần phải tách ra vì vậy cần làm tơi rồi đưa qua rây. Sau khi rây ta được tinh bột thành phẩm.
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1. PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1.1. Thời gian và địa điểm
Quá trình thí nghiệm được tiến hành và thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm D109, bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa Nông nghiệp Và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: 6.1.2014 – 5.5.2014 3.1.2. Nguyên liệu
Củ ấu được mua tại các ruộng ấu ở Vĩnh Long. 3.1.3. Thiết bị, dụng cụ
Hệ thống vô cơ hóa mẫu Máy cất đạm Kjeldahl
Máy đo độ ẩm Moisture Analyser Máy ly tâm
Tủ sấy
Một số dụng cụ khác: thau, khăn lược, máy xay sinh tố, bình tam giác,.... 3.1.4. Hóa chất
Chất xúc tác đốt đạm (K2SO4:CuSO4:Se(100:10:1)) Metyl đỏ
Natri hydroxit: NaOH Natri bisunfite: NaHSO3 Một số hóa chất khác
3.2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.2.1. Quy trình thí nghiệm 3.2.1. Quy trình thí nghiệm
Hình 23. Quy trình thí nghiệm sản xuất tinh bột ấu Nguyên liệu Ngâm NaHSO3 Ngâm, rửa, tách vỏ cắt khúc Nghiền Tách dịch bào và rửa tách tinh bột Tách tinh bột khỏi nước dịch
Tinh chế sữa tinh bột
Rửa tinh bột và lắng
Sấy
Nghiền mịn
Thành phẩm Tinh bột ướt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.2. Phương pháp phân tích số liệu
3.2.2.1. Đạm tổng số
Dùng phương pháp Kjeldahl. Nitơ có trong thành phần các hợp chất hữu cơ, dưới tác dụng của H2SO4 đậm đặc với sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp thì tất cả các chất hữu cơ bị oxy hóa, còn NH3 được giải phóng ra liên kết với H2SO4 tạo thành (NH4)2SO4. Dùng kiềm mạnh NaOH 30% đẩy NH3 từ muối (NH4)2SO4 hình thành ra tinh thể tự do. Định lượng NH3 bằng dung dịch acid có nồng độ xác định.
3.2.2.2. Màu sắc
Sử dụng phần mềm colorschemer studio 2 đo hệ màu R, G, B sau đó chuyển sang hệ màu L, a, b.
3.2.2.3. Hàm lượng ẩm
Dùng thiết bị đo độ ẩm Moisture Analyser.
3.2.2.4. Hiệu suất thu hồi
Sử dụng cân và tính toán theo công thức
H = 100 0 m m (%)
Với: m là khối lượng tinh bột thành phẩm thu được
mo là khối lượng nguyên liệu ban đầu đem đi sản xuất tinh bột
3.3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
3.3.1. Thí nghiệm 1
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaHSO3 và thời gian ngâm đến sự phân cắt liên kết giữa tinh bột và protein trong củ ấu (hàm lượng protein trong tinh bột thành
phẩm, hiệu suất thu hồi tinh bột), độ trắng trinh bột thành phẩm.
Mục đích: tìm ra nồng độ và thời gian ngâm NaHSO3 thích hợp để hàm lượng protein trong tinh bột là thấp nhất, hiệu suất thu hồi tinh bột cao nhất và tinh bột có
màu trắng nhất.
Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được thực hiện với 2 nhân tố và lặp lại 2 lần. Nhân tố A: nồng độ (%)
Ao: 0 A1: 0,4 A2: 0,5 A3: 0,6
Nhân tố B: thời gian (phút) B0: 0 B1:30 B2: 45 B3: 60 Mẫu đối chứng A0B0
Số nghiệm thức thí nghiệm: 16 nghiệm thức Số mẫu: 32 mẫu
Tiến hành thí nghiệm: củ ấu đem đi tách vỏ, bỏ lớp vỏ đen kế lớp thịt ấu, rửa lại rồi cắt thành các khúc đều nhau ngâm trong dung dịch NaHSO3 ở nồng độ 0,4; 0,5 và 0,6% trong thời gian 30, 45 và 60 phút. Sau đó, tiến hành nghiền nguyên liệu và lọc để thu lấy huyền phù tinh bột rồi để lắng trong thời gian 3 giờ. Khi kết thúc quá trình lắng, sấy tinh bột ướt thu được đến độ ẩm 12 – 14%.
Ghi nhận kết quả: kiểm tra hàm lượng protein trong tinh bột từ đó ghi nhận mối quan hệ giữa nồng độ NaHSO3 và thời gian ngâm đến hàm lượng protein trong tinh bột, hiệu suất thu hồi và độ trắng tinh bột thành phẩm dựa vào đó xác định được thời gian ngâm và nồng độ NaHSO3 thích hợp.
Hình 24. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1
3.3.2. Thí nghiệm 2
Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp phân tách tinh bột đến hiệu suất thu hồi và độ trắng của tinh bột.
Mục đích: tìm được phương pháp tối ưu để hiệu suất thu hồi và màu sắc sản phẩm là tốt nhất.
Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được tiến hành với một nhân tố và lặp lại 2 lần.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});