IV.1 Tinh bột của các loại hạt:
Hàm lượng tinh bột trong hạt ngũ cốc thường chiếm 50 - 70% lượng chất khô của hạt.
IV1.1 Lúa:
Hạt lúa thường gồm các bộ phận chủ yếu sau:
• Vỏ trấu: chiếm 19 - 20% khối lượng hạt, gồm các tế bào rỗng có thành hóa gỗ cấu tạo từ xelluloza kết chặt lại nhờ chất khoáng và linhin.
• Vỏ quả: chiếm 5 - 6% khối lượng hạt, gồm một vài lớp tế bào:
Biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ, ở hạt mới thu hoạch các tế bào này được phủ bằng một lớp sáp mỏng.
Kế đến là lớp vỏ quả ngoài, gồm 2 – 3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt.
Tiếp nữa là lớp vỏ quả giữa cũng gồm các tế bào dài nhưng hướng ngang hạt.
Vỏ quả thường liên kết không bền với vỏ hạt. Trong thành phần của vỏ quả có xelluloza, pentozan, pectin và tro.
• Vỏ hạt: chiếm 1 – 2,5% khối lượng hạt, gồm hai lớp tế bào:
Một lớp tế bào hình chữ nhật nhỏ, sít, có chứa các sắc tố antoxyan, flavon.
Một lớp tế bào có hình dạng không đều, xốp, dễ dàng cho ẩm đi qua. • Vỏ hạt liên kết chặt với lớp alơrông. Vỏ hạt chứa ít xelluloza hơn nhưng lại nhiều hợp chất nitơ và đường hơn vỏ quả.
• Lớp alơrông: chiếm 6 - 12% khối lượng hạt, là một lớp tế bào lớn thành dày. Lớp alơrông rất giàu protein (35 - 45%), đường (6 - 8%), chất béo (8 - 9%), vitamin và tro (11 - 14%), xelluloza (7 - 10%) và pentozan (15 - 17%). Khi chế biến hạt, lớp này bị tách đi cùng với vỏ.
• Nội nhũ: là phần được sử dụng lớn nhất của hạt lúa, gồm các tế bào lớn có thành mỏng, chứa đầy các hạt tinh bột, protein, một ít xelluloza, chất béo, tro và đường. Trong nội nhũ thóc, tinh bột chiếm tới 80%. Tùy theo giống, điều kiện canh tác và phát triển, nội nhũ có thể trắng trong hay trắng đục. Nếu nội nhũ có độ trắng trong cao thì trong quá trình xay xát gạo ít nát và cho tỷ lệ thành phẩm cao. Ngược lại nếu nội nhũ có độ trắng đục cao thì hạt qua chế biến bị gãy nát nhiều.
• Phôi hạt: nằm ở đầu nhọn của hạt lúa, chiếm 2,25% khối lượng gạo lật. Trong phôi có ngù liên kết phôi với nội nhũ, có rễ mầm, thân và lá. Phôi gồm các tế bào sống có khả năng phân chia, phát triển và tổng hợp chất. Phôi là bộ phận chứa nhiều chất dinh dưỡng, là nơi dự trữ thức ăn cho mầm hạt.
♦ Tách tinh bột gạo:
• Hạt tinh bột gạo có hình đa giác, kích thước nhỏ (3 - 8μm), được bao bằng một vỏ protein cứng, chặt và không hòa tan trong nước, nên để tách được tinh bột cần phải xử lý hóa học để tách protein ra khỏi tinh bột.
• Có thể ngâm gạo xay trong dung dịch kiềm loãng (0,25 – 0,35%) trong một thời gian dài để làm mềm hạt. Tách hết kiềm, rửa bằng nước, sau đó gạo được nghiền để phá vỡ tế bào và giải phóng các hạt tinh bột. Tiếp đó khối nghiền được khuấy đều với một lượng dư dung dịch kiềm loãng. Phần lớn protein sẽ bị hòa tan và chuyển vào lớp trên của dung dịch kềm nên có thể tách ra bằng cách gạn. Khuếch tán khối tinh bột vào nước để tạo ra dung dịch sữa tinh bột rồi cho qua rây có kích thước nhất định để loại bỏ các tạp chất. Tinh bột được rửa và lắng gạn lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ thu được tinh bột tinh sạch.
dung dịch dễ dàng. Tiếp đó gạo được nghiền trong cối nghiền. Khối nghiền cho qua sàng quay và sàng rung để tách vỏ và sơ, sau đó khuấy đều với dung dịch NaOH 0,4% để tạo ra huyền phù rồi cho vào ly tâm để tách ra làm hai lớp: lớp chất lỏng ở trên có chứa nhiều protein và lớp đặc ở dưới thì chứa chủ yếu là tinh bột có lẫn một ít protein. Ly tâm nhiều lần dịch sữa tinh bột trong kiềm, rồi trong nước sẽ thu được tinh bột tinh sạch.
IV.1.2 Ngô:
Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau đây:
• Ngoài cùng là lớp vỏ quả gồm 12 – 14 dãy tế bào, chiếm 5 - 7% khối lượng hạt, có chiều dày khoảng 0,3μm.
• Tiếp đến là lớp vỏ hạt mỏng, chiếm khoảng 2% khối lượng hạt. Trong thành phần của vỏ quả và vỏ hạt có nhiều xelluloza, pentozan và một ít các nguyên tố tro.
• Lớp alơrông: chiếm 6 - 8% khối lượng hạt, gồm một lớp tế bào có kích thước lớn bằng hai tế bào nhỏ. Lớp alơrông của ngô có chứa các nguyên tố tro, protein, chất béo và xelluloza.
• Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụng dính hạt ngô với cùi. Cuống chiếm 1,5% trọng lượng hạt.
• Phôi ngô: chiếm 10 - 11% khối lượng hạt. Trong thành phần của phôi có chất béo (33 - 45%), protein (20%), đường, tro (7,5%), xelluloza (4%),và gần 5% tinh bột (phôi của các hạt khác không chứa tinh bột). Phôi ngô còn có vitamin E.
• Nội nhũ: chiếm 72 - 75% khối lượng hạt ngô. Nội nhũ có thể đục, trong, trắng hoặc màu vàng. Vùng nội nhũ trắng đục gồm những tế bào có kích thước lớn, có chứa các hạt tinh bột tròn và to, có khung protein tương đối mỏng nên dễ bị rách trong thời gian sấy khô để tạo ra các khe rỗng. Chính các khe rỗng này làm cho phần mềm của nội nhũ có dạng bột trắng. Còn ở vùng nội nhũ trắng trong, tế bào có chứa các hạt tinh bột rất nhỏ và có khung protein dày nên không bị rách khi làm khô. Trong nội nhũ của ngô thường có 77 - 84% tinh bột, 7 - 11% protein, 1% chất béo, 0,3 - 0,8% tro, 1% đường và 0,5% xelluloza.
từ nội nhũ trắng trong thì cần phải dùng những tác nhân làm mềm đặc hiệu.
• Để sản xuất tinh bột từ ngô, đầu tiên người ta thường ngâm ngô hạt trong nước ấm (~ 50oC) có chứa SO2 ở nồng độ nhất định (0,1 – 0,2%) trong một thời gian dài (30 – 50h) để làm mềm hạt ngô, làm dễ dàng cho việc tách phôi được nguyên vẹn và tách tinh bột sau này. SO2 là tác nhân vừa có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây thối, vừa có tác dụng làm cho màng protein bị trương lên, bị phân rã và khuếch tán dễ dàng vào dung dịch.
• Hạt qua ngâm hấp thụ được khoảng 45% nước, 0,2 – 0,4g SO2/1kg hạt và mất đi 6 – 6,5% chất khô do hòa tan vào dung dịch ngâm.
• Tiếp đó ngô được nghiền thô với nước trong thiết bị nghiền thích hợp để tách phôi. Đại bộ phận phôi được tách khỏi hạt trong giai đoạn này, được làm khô rồi đem ép hoặc trích ly để lấy dầu. Sau khi tách hết phôi, ngô được nghiền mịn và tinh bột được giải phóng khỏi tế bào.
• Tinh bột cùng với protein (gluten) sau khi qua rây có kích thước lỗ thích hợp, được tách khỏi bã rồi đi vào thiết bị ly tâm. Ở đây gluten nhẹ (có màu vàng) tạo thành lớp ở phía trên, còn tinh bột thì lắng xuống dưới. Tinh bột qua ly tâm lần thứ hai được thu lại và rửa sạch, làm khô.
IV.1.3 Lúa mì:
Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau đây:
• Ngoài cùng là lớp vỏ quả gồm 12 – 14 dãy tế bào, chiếm 5 - 7% khối lượng hạt, có chiều dày khoảng 0,3μm.
• Tiếp đến là lớp vỏ hạt mỏng, chiếm khoảng 2% khối lượng hạt. Trong thành phần của vỏ quả và vỏ hạt có nhiều xelluloza, pentozan và một ít các nguyên tố tro.
• Lớp alơrông: chiếm 6 - 8% khối lượng hạt, gồm một lớp tế bào có kích thước lớn bằng hai tế bào nhỏ. Lớp alơrông của ngô có chứa các nguyên tố tro, protein, chất béo và xelluloza.
• Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụng dính hạt ngô với cùi. Cuống chiếm 1,5% trọng lượng hạt.
bột (phôi của các hạt khác không chứa tinh bột). Phôi ngô còn có vitamin E.
• Nội nhũ: chiếm 72 - 75% khối lượng hạt ngô. Nội nhũ có thể đục, trong, trắng hoặc màu vàng. Vùng nội nhũ trắng đục gồm những tế bào có kích thước lớn, có chứa các hạt tinh bột tròn và to, có khung protein tương đối mỏng nên dễ bị rách trong thời gian sấy khô để tạo ra các khe rỗng. Chính các khe rỗng này làm cho phần mềm của nội nhũ có dạng bột trắng. Còn ở vùng nội nhũ trắng trong, tế bào có chứa các hạt tinh bột rất nhỏ và có khung protein dày nên không bị rách khi làm khô. Trong nội nhũ của ngô thường có 77 - 84% tinh bột, 7 - 11% protein, 1% chất béo, 0,3 - 0,8% tro, 1% đường và 0,5% xelluloza.
♦ Tách tinh bột:
• Tinh bột có thể tách ra từ nội nhũ (nội nhũ trắng đục) một cách dễ dàng bằng cách nghiền ngô sau khi đã ngâm trong nước. Còn để thu được lượng tinh bột tối đa từ nội nhũ trắng trong thì cần phải dùng những tác nhân làm mềm đặc hiệu.
• Để sản xuất tinh bột từ ngô, đầu tiên người ta thường ngâm ngô hạt trong nước ấm (~ 50oC) có chứa SO2 ở nồng độ nhất định (0,1 – 0,2%) trong một thời gian dài (30 – 50h) để làm mềm hạt ngô, làm dễ dàng cho việc tách phôi được nguyên vẹn và tách tinh bột sau này. SO2 là tác nhân vừa có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây thối, vừa có tác dụng làm cho màng protein bị trương lên, bị phân rã và khuếch tán dễ dàng vào dung dịch.
• Hạt qua ngâm hấp thụ được khoảng 45% nước, 0,2 – 0,4g SO2/1kg hạt và mất đi 6 – 6,5% chất khô do hòa tan vào dung dịch ngâm.
• Tiếp đó ngô được nghiền thô với nước trong thiết bị nghiền thích hợp để tách phôi. Đại bộ phận phôi được tách khỏi hạt trong giai đoạn này, được làm khô rồi đem ép hoặc trích ly để lấy dầu. Sau khi tách hết phôi, ngô được nghiền mịn và tinh bột được giải phóng khỏi tế bào.
• Tinh bột cùng với protein (gluten) sau khi qua rây có kích thước lỗ thích hợp, được tách khỏi bã rồi đi vào thiết bị ly tâm. Ở đây gluten nhẹ (có màu vàng) tạo thành lớp ở phía trên, còn tinh bột thì lắng xuống dưới. Tinh bột qua ly tâm lần thứ hai được thu lại và rửa sạch, làm khô.
IV.2 Tinh bột của các loại củ: IV.2.1 Khoai tây:
• Vỏ ngoài gồm các tế bào hình nút, sít, có chứa chất huyền tương khô, chất này có tác dụng giữ cho củ ít bị mất nước.
• Kề trong là lớp tế bào thành mỏng, chứa nguyên sinh chất có tác dụng giữ cho hoạt động sống của củ được bình thường. Cả hai lớp tế bào này đều không có tinh bột.
• Tiếp nữa là lớp tế bào nhu mô. Lớp tế bào nhu mô ngoài cùng chứa nguyên sinh chất và một lượng ít tinh bột có kích thước hạt nhỏ. Những dãy tế bào kế tiếp càng bên trong càng chứa nhiều tinh bột hơn.
• Hàm lượng tinh bột trong củ phân bố không đều. Các lớp tế bào nằm ở giữa lớp tế bào thành mỏng và trung tâm của củ thường chứa nhiều tinh bột nhất. Ở giữa củ có lượng tinh bột thấp.
• Thành phần các chất của củ khoai tây như sau (%):
Nước 75 Tinh bột 18,5 Hợp chất nitơ 2,1 Xelluloza 1,1 Chất béo 0,2 Tro 0,9 Các chất khác 2,2
• Hàm lượng tinh bột trong khoai tây dao động từ 8 – 30%, kích thước hạt tinh bột khoai tây khoảng 30 – 150 μm. Những củ có độ lớn trung bình (50 – 100g) chứa hàm lượng tinh bột cao hơn những củ to (100 – 150g) và những củ nhỏ (25 – 50g). Hàm lượng tinh bột còn phụ thuộc giống, đất trồng, kỹ thuật chăm bón, loại phân, thời gian trồng và thu hoạch … Củ to, già thì tế bào nhu mô lớn và hạt tinh bột lớn. Khoai non thì hạt tinh bột nhỏ.
Hình: tinh bột khoai tây
IV.2.2.Khoai lang:
Cấu tạo của củ khoai lang gồm ba phần:
• Vỏ bao thường chiếm khoảng 1% trọng lượng củ. Vỏ bao gồm các tế bào sít, có thành dày và chứa sắc tố. Thành tế bào chủ yếu cấu tạo từ xelluloza, giữ cho củ khỏi bị tác dụng và chậm mất nước.
• Vỏ cùi chiếm từ 5 - 12%, gồm những tế bào thành mỏng, chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể (mủ khoai). Trong dịch thể thường có các chất tanin, sắc tố, enzym. Hàm lượng tinh bột ở các tế bào này ít hơn so với các tế bào thịt củ.
• Thịt củ gồm các tế bào nhu mô có chứa tinh bột, các hợp chất nitơ và một số nguyên tố vi lượng. Giữa các lớp tế bào nhu mô, đôi khi còn có các lớp tế bào thành dày, cấu tạo từ xelluloza, chạy dọc theo củ. Tinh bột của khoai lang chủ yếu tập trung ở phần thịt củ
• Hàm lượng các chất trong khoai lang như sau (%):
Nước 68,1
Gluxit 27,1
Xelluloza 0,9
Protein 1,6
• Lượng tinh bột trong khoai lang thường dao động từ 15 – 31%, kích thước hạt tách bột từ 15 – 18 μm.
Bảng IV.1 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột:
Nguồn Kích thước hạt, μm Hình dáng Hàm lượng amylose, % Nhiệt độ hồ hóa, oC
Hạt ngô 10-30 Đa giác hoặc
tròn 25 67-75
Lúa mì 5-50 Tròn 20 56-80
Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài 46-62
Đại mạch 5-40 Bầu dục 68-90
Yến mạch 5-12 Đa giác 55-85
Lúa 2-10 Đa giác 13-35 70-80
Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 60-71
Kiều mạch 5-15 Tròn dẹp
Chuối 5-60 Tròn 17
Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 56-69
Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 52-64
Sắn 5-35 Tròn
Hình các loại hạt tinh bột
A. Ở lúa mì; B. Ở khoai tây (1. Hạt đơn; 2. Hạt kép; 3. Hạt nửa kép) C. Ở đậu (có tễ phân nhánh); D. Ở ngô;
E. Ở lúa mạch; G. Ở gạo
IV.2.3.Tinh bột sắn:
• Sắn (Manihot Esculenta Crantz) là một trong những loại cây hoa màu được trồng ở hơn 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm. Trên thế giới sản lượng sắn hằng năm đạt khoảng 175 triệu tấn với diện tích
canh tác khoảng 14,15 triệu ha.Ở các nước nhiệt đới tinh bột sắn hầu hết được sản xuất ra sử dụng làm thức ăn cho người, gia súc và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
• Tinh bột sắn có màu trắng. Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền mà chưa bóc vỏ, tinh bột thu được sẽ có màu tối. Màu sắc của tinh bột ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm. Củ sắn và tinh bột sắn có pH khoảng
hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo.
• Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215000g/mol so với amylopectin của bắp là 30500, của tinh bột lúa mì là 130000 và của tinh bột khoai tây là 224000, của tinh bột bắp sáp là 276000. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-29%, nhưng nói chung đa số tinh bột sắn có tỷ lệ amylose 16-18%. Trong một số loại tinh bột thì hàm lượng amylopectin trong tinh bột sắn là cao nhất, cụ thể: amylopectin của tinh bột sắn là 75.64%, trong khi đó amylopectin của tinh bột sắn dây là 74.72%, của tinh bột huỳnh tinh là 67.48%. Ngược lại hàm lượng amylose của tinh bột sắn là thấp nhất chiếm 24.36%, tinh bột sắn dây 25.28%, amylose của tinh bột huỳnh tinh cao nhất chiếm 32.52%.
Hình: tinh bột sắn 1500X
• Tinh bột sắn có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp.
• Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 58.5-73 C so với 56-66C ở khoai tây và 62-72oC ở tinh bột bắp, tinh bột sắn dây là 62-72oC, tinh bột huỳnh tinh là 61-81oC. Nhiệt độ hồ hoá có thể thay đổi nếu ta tạo ra các dẫn xuất của tinh bột hay thêm các chất có hoạt tính bề mặt. Nhiệt độ hồ hoá cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hoá thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tinh bột dễ bị phá vỡ. Như vậy, sự khác nhau về tỷ lệ amylose và amylopectin của mỗi