2.1. Tớnh chất vật lý, hoỏ học của tinh bột hạt
Tinh bột là polysacarit dự trữ trong hạt, củ, quả. Đại phõn tử tinh bột cú hai cấu tử là amylose và amylopectin. Amyloz là một polyme mạch thẳng do cỏc phõn tử D-glucose liờn kết với nhau theo kiểu 1,4-glucoside. Thụng thường tinh bột hạt cốc chứa 20 - 30% amyloz. Ở gạo ngon chứa 25 - 30% amyloz, tỷ lệ này cao hay thấp hơn đều làm thay đổi độ ngon của gạo.
Amilopectin là một polyme mạch nhỏnh do cỏc phõn tử D-glucose liờn kết với nhau qua mạch 1,4 và 1,6-glucoside. Trọng lượng phõn tử của amilopectin là hàng chục triệu, trong khi đú amylose chỉ khoảng 106 .
- Cấu trỳc của hạt tinh bột khỏ đặc biệt, mỗi hạt cú một rốn hạt (hilum), xung quanh rốn hạt là cỏc vũng đồng tõm hay cũn gọi là vũng sinh trưởng. Cỏc hạt tinh bột ngũ cốc thường cú cỏc vết nứa hỡnh thành do sự mất nước nhanh của ngũ cốc trong quỏ trỡnh thành thục. Chớnh nhờ những vết nứt này mà enzyme tiờu hoỏ dễ thõm nhập tạo điều kiện dễ dàng cho sự phõn giải. Cỏc hạt tinh bột của cỏc loại củ khụng cú cỏc vết nứt này cho nờn khú tiờu hoỏ hơn. Tinh bột cú cấu trỳc tinh thể, dưới tỏc dụng của nhiệt hay axit cấu trỳc tinh bột bị phỏ vỡ.
2.2. Biến đổi vật lý, hoỏ học của tinh bột trong quỏ trỡnh chế biến
Sự gelatin hoỏ:
Dưới tỏc dụng của cơ, nhiệt hoặc hoỏ chất liờn kết hydro giữa cỏc đại phõn tử amylose và amilopectin bị phỏ vỡ, cấu trỳc tự nhiờn của hạt tinh bột bị biến đổi. Khi tinh bột được ngõm trong nước và nhiệt độ của nước tăng dần lờn tới 55oC, cỏc hạt tinh bột hỳt nước và trương phồng lờn. Sự trương phồng này là quỏ trỡnh thuận nghịch, sau khi làm lạnh và làm khụ, hạt trở lại bỡnh thường nhưng nếu ở nhiệt độ cao hơn (60 - 80oC), cỏc hạt tinh bột hỳt nước bị trương phồng và hạt khụng trở lại bỡnh thường được nữa. Lỳc này tinh bột mất đi cấu trỳc tinh thể. Nhiệt độ đun núng càng cao, càng kộo dài thỡ cấu trỳc hạt cũng bị phỏ vỡ càng nhiều. Quỏ trỡnh này gọi là gelatin hoỏ. Nhiệt độ gelatin hoỏ khỏc nhau phụ thuộc vào nguồn gốc tinh bột. Tinh bột đại mạch 59 - 64oC, tinh bột ngụ 62 - 72oC, tinh bột lỳa mỳ 65 - 67oC, tinh bột cao lương 67 - 77oC. Gelatin hoỏ cú thể
xuất hiện khi nghiền hoặc cỏn mỏng cỏc loại hạt ngũ cốc. Một số dung dịch kiềm hay axit cũng cú tỏc dụng thức đẩy quỏ trỡnh gelatin hoỏ.
Sự rắn đanh và dextrin hoỏ:
Rắn đanh là quỏ trỡnh trong đú cỏc hạt tinh bột từ trạng thỏi trương phồng hoặc gelatin hoỏ trở về trạng thỏi quần tụ thành từng đỏm và khụng hoà tan. Kết quả của quỏ trỡnh này là liờn kết hydro giữa amyloz và amylopectin được phục hũi. Mức độ rắn đanh phụ thuộc vào bản chất hạt, vào hàm lượng nước tự do, nhiệt độ... Sự rắn đanh của tinh bột làm giảm hiệu quả tỏc động của enzyme, do đú làm giảm tỉ lệ tiờu hoỏ .
Dextrin hoỏ là quỏ trỡnh phõn cắt phõn đoạn cỏc cấu tử amylose và amylopectin. Dextrin hoỏ cú thể thực hiện bằng phương phỏp xử lý tinh bột bằng nhiệt độ và độ ẩm hoặc bằng dung dịch axit hoặc muối. Xử lý bằng tia hồng ngoại hay nổ bỏng là cỏc phương phỏp dextrin hoỏ điển hỡnh và tỷ lệ tiờu hoỏ tinh bột tăng rừ rệt.
Tỏc động của enzyme amylase lờn tinh bột:
Cỏc enzyme β-amylase gắn vào cỏc mạch α.1,4 và α.1,6 glucoside ở phần ngoại vi của đại phõn tử tinh bột, thuỷ phõn tinh bột thành maltose và glucose. Đối với cỏc cấu tử amylopectin, α-amylase đầu tiờn tỏc động vào cỏc liờn kết phõn nhỏnh. Về đại thể cỏc amylase tỏc động lờn bề mặt hạt tinh bột, trước hết ở những chổ góy hay những vựng khụng hồn hảo về cấu trỳc, sau đú lan toả ra cỏc vựng xung quanh, tạo thành những hốc hỡnh nún, xúi mũn cỏc hạt và làm cho chỳng hoà tan hoàn toàn.
2.3. Cỏc phương phỏp chế biến thức ăn hạt
2.3.1 Cỏc phương phỏp chế biến khụ
- Nghiền bằng bỳa
Nghiền bằng bỳa trong mỏy nghiền, hạt được đập vỡ bằng hệ thống bỳa đập. Độ nhỏ của hạt phụ thuộc vào loại hạt, độ ẩm của hạt, kớch cỡ mặt sàng và tốc độ dũng hạt lưu chuyển.
- Nghiền bằng trục lăn
Nghiền bằng trục lăn làm hạt được làm vỡ, bị cỏn mỏng và nghiền nhỏ bởi cỏc trục lăn trong mỏy nghiền. Độ nhỏ của hạt phụ thuộc vào kớch cỡ và cấu trỳc, tốc độ vũng quay của con lăn và cỏc yếu tố khỏc như: loại hạt, độ ẩm của hạt.
- Nổ bỏng (popping)
Phương phỏp này làm giản nỡ và phỏ vỡ cỏc hạt bằng nhiệt độ và ỏp suất cao. Ngụ, gạo, cao lương, lỳa mỳ cú thể ỏp dụng nổ bỏng nhưng đại mạch và yến mạch khụng thực hiện được. Nhiệt độ nổ bỏng thường là 150oC, nhưng mức độ bung nổ khỏc nhau tuỳ thuộc vào loại hạt và độ ẩm của hạt.
- Phương phỏp dựng súng cực ngắn (micronizing)
Ở phương phỏp này nhờ tỏc động của vi súng, nhiệt độ của hạt tăng nhanh trong khoảng 140 - 180oC với thời gian ngắn chỉ vài chục giõy tuỳ theo loại hạt, tinh bột hạt được gelatin hoỏ, vitamin trong thức ăn hạt được bảo toàn.
- Phương phỏp rang chớn
Hạt được quay trong một khoang kim loại chuyển động theo chu kỳ qua tia lửa. Nhiệt độ của hạt trong quỏ trỡnh rang đạt khoảng 150oC.
- ẫp đựn ( extruding)
Phương phỏp ộp đựn là hạt được ộp qua một xy lanh trơn, bờn trong là một trục cú rónh xoắn. Lực ma sỏt tạo ra nhiệt độ khoảng 95oC. Tinh bột hạt được gelatin hoỏ, cỏc chất khỏng dinh dưỡng cũng bị phỏ huỹ, cỏc chất dinh dưỡng trong thức ăn hạt được bảo toàn.
2.3.2 Cỏc phương phỏp chế biến ướt
- Ngõm nước
Hạt được ngõm nước trong khoảng thời gian 12 - 24h và được ngấm một lượng nước. Phương phỏp này thường ỏp dụng với cỏc loại hạt cứng nhằm giỳp quỏ trỡnh tiờu húa cơ học xóy ra nhanh và sự tiếp xỳc của enzyme tiờu húa tốt hơn.
- Phương phỏp ủ hạt ướt
Hạt được ngõm nước đạt hàm lượng nước 25 - 30%, sau đú đem ủ yếm khớ 20 ngày. Trong quỏ trỡnh ủ, cỏc enzyme cú sẵn trong hạt sẽ tỏc động đến tinh bột. Chất lượng của sản phẩm chế biến sẽ phụ thuộc vào loại hạt, nhiệt độ mụi trường và độ ẩm của hạt.
- Xử lý kiềm (alkali treatment)
Hạt được ngõm hoặc phun bằng dung dịch xỳt nồng độ 2,5 - 4% phụ thuộc vào loại hạt. Cú thể sử dụng dung dịch amoniac, tuy nhiờn phuơng phỏp này đúng vai trũ bảo quản nhiều hơn là làm thay đổi tớnh chất vật lý, hoỏ học của hạt.
- Xử lý axit (acid treatment)
Xử lý axit thường ỏp dụng cho hạt cốc tươi, axit được dựng là axetic, propionic, izobutyric, formic, benzoic nhưng phổ biến là axit axetic hoặc propionic hoặc hỗn hợp của hai axit này. Tuỳ theo độ ẩm của hạt mà tỉ lệ axit được dựng từ 0,5 - 3% tớnh theo khối lượng hạt, độ ẩm càng cao lượng axit càng nhiều. Ưu điểm của phương phỏp xử lý axit là khụng cần cú hầm ủ kớn (hạt đó ngấm axit cú thể bảo quản trong tỳi polyetylen, trong thựng gỗ), thời gian bảo quản cú thể kộo dài tới một năm. Tỏc dụng bảo quản của hạt vẫn cũn duy trỡ khi đưa hạt ra khỏi nơi bảo quản.
- Phương phỏp hấp cỏn (steam rolling)
Trước hết hạt phải chịu tỏc động bởi hơi nước trong khoảng thời gian từ 3-5 phỳt, sau đú hạt được nghiền bằng trục lăn. Phương phỏp này nhằm làm mềm nhanh chúng cỏc loại hạt cứng.
- Hấp và làm vỡ (steam flaking)
Theo phương phỏp này hạt được phun một lượng hơi nước núng trong khoảng thời gian sao cho độ ẩm của hạt tăng lờn 18% (ngụ mất 12 phỳt; cao lương mất 25 phỳt). Nhiệt độ hạt đạt được 100oC khi đưa vào trục lăn.
- Hấp chớn ỏp suất cao (pressure cooking)
Hạt được hấp chớn ở nhiệt độ 143oC và ỏp suất 3kg/cm2. Sau khi hấp chớn nguyờn liệu được làm mỏt cho đến khi nhiệt độ cũn 90oC và hàm lượng độ ẩm giảm cũn 20% trước khi cỏn và nghiền bằng trục lăn.
- Phương phỏp làm giản nở (exploding)
Theo phương phỏp này hạt được hấp chớn trong điều kiện cú hơi nước ở nhiệt độ 200oC và ỏp suất 15kg/cm2 trong 20 giõy. Dưới ỏp suất và nhiệt độ cao, hạt bị trương phồng sau đú giản nở đến mức tối đa.
- ẫp viờn (pelleting)
Thụng thường người ta đưa hơi nước núng vào khối nguyờn liệu để đưa nhiệt độ lờn khoảng 60 -94oC. Ở nhiệt độ này một phần tinh bột được gelatin hoỏ. Nhờ sức ộp của trục lăn lờn syranh viờn thức ăn được hỡnh thành khi chui qua cỏc rónh của thành syranh.