nghiên cứu chế biến sản phẩm gạo ăn liền

Gạo trắng được xử lý theo hai chế độ khác nhau ngâm 10 phút trong nước, rữa sạch sau đó tiến hành hấp trong các khoảng thời gian 1; 1,5; 2; 2,5; 3 giờ nhằm khảo sát ảnh hưởng của chế độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

LÊ THỊ BÉ NHI

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN SẢN PHẨM

GẠO ĂN LIỀN

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN SẢN PHẨM

GẠO ĂN LIỀN

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Mỹ Tuyền Lê Thị Bé Nhi MSSV: c1200651 Lớp: CB1208l1

Cần Thơ, 2014

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng i

Luận văn đính kèm theo đây, với đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất gạo ăn liền” do Lê Thị Bé Nhi thực hiện và báo cáo, đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

Cần thơ, ngày tháng năm 2014

Nguyễn Thị Mỹ Tuyền

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng ii

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của sinh viên Lê Thị Bé Nhi với sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Mỹ Tuyền Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và do chính tác giả thực hiện

Cần thơ, ngày tháng năm 2014

Lê Thị Bé Nhi

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng iii

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng Được sự chỉ bảo và giảng dạy tận tình của thầy cô trong thời gian qua em đã tích luỹ được nhiều kiến thức lý thuyết cũng như thực tế về chuyên ngành Công nghệ thực phẩm Qua đó đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài và tạo nền tảng vững vàng hơn khi bước chân ra khỏi giảng đường

Kính chúc quý thầy cô, các anh chị và các bạn hạnh phúc, luôn thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Bé Nhi

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng iv

TÓM LƯỢC

Đề tài “Nghiên cứu quy trình chế biến sản phẩm gạo ăn liền” được thực hiện ở quy

mô phòng thí nghiệm Gạo trắng được xử lý theo hai chế độ khác nhau (ngâm 10 phút trong nước, rữa sạch) sau đó tiến hành hấp trong các khoảng thời gian 1; 1,5; 2; 2,5; 3 giờ nhằm khảo sát ảnh hưởng của chế độ xử lý và thời gian hấp đến mức

độ gãy và tách hạt của gạo sấy và đồng thời dựa vào độ mềm và độ bóng của cơm sau khi được hồi ẩm thông qua việc đánh giá cảm quan để tìm thời gian hấp làm cho hạt hồ hoá hoàn toàn

Khảo sát ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến độ rời, tỷ lệ tách hạt của gạo trong

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ gạo : nước (1 : 2; 1 : 2,5; 1 : 3) khi hồi ẩm và thời gian (7; 8; 9 phút) hồi ẩm đến chất lượng sản phẩm thông qua việc đánh giá cảm quan về các chỉ tiêu: mùi, độ mềm và độ khô ráo

Kết quả thí nghiệm cho thấy gạo không ngâm và được hấp ở thời gian 2,5 giờ thì cho ra hạt cơm sau khi hấp có độ trương nở, hồ hoá đạt yêu cầu, giảm tỷ lệ gãy và

nước là 1 : 2,5 và thời gian gia nhiệt 8 phút ở công suất microwave 320W thì đạt giá trị cảm quan cao

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM LƯỢC iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH HÌNH viii

DANH SÁCH BẢNG ix

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÚA 2

2.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm 3

2.1.1.1 Đặc điểm cấu tạo cơ bản của lúa gạo 3

2.1.1.2 Cấu tạo hạt thóc 3

2.1.2 Một số giống lúa phổ biến trồng ở nước ta 4

2.1.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 6

2.2 TINH BỘT GẠO 8

2.2.1 Nguồn gốc và sự hình thành tinh bột trong cơ thể thực vật 8

2.2.2 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt 9

2.2.3 Thành phần hóa học của tinh bột 9

2.2.3.1 Một số cách để xác định hàm lượng amylose và amylopectin 9

2.2.3.2 Cấu tạo phân tử và tính chất của amylose 12

2.2.4 Tính chất của tinh bột 14

2.2.4.1 Tính chất vật lý của tinh bột 14

2.2.4.2 Tính chất hóa học 19

2.3 SẤY VÀ CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH SẤY 22

2.3.1 Sơ lược về sấy rau quả 23

2.3.2 Các giai đoạn của quá trình sấy 23

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 24

2.3.3.1 Nhiệt độ sấy 24

2.3.3.2 Độ ẩm không khí 24

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng vi

2.3.3.3 Lưu lượng của không khí 25

2.3.3.4 Độ dày của lớp vật liệu sấy 25

2.3.4 Các phương pháp sấy 25

2.3.4.1 Sấy tự nhiên 25

2.3.4.2 Sấy nhân tạo 26

2.3.5 Những biến đồi trong quá trình sấy 27

2.3.5.1 Biến đổi vật lý 27

2.3.5.2 Biến đổi hóa lý 28

2.3.5.3 Biến đổi hóa học 28

2.3.5.4 Biến đổi sinh hóa 28

2.3.5.5 Biến đổi sinh học 29

2.3.5.6 Biến đổi cảm quan 29

2.3.6 Độ hoạt động của nước 29

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 31

3.1.1 Thời gian và địa điểm 31

3.1.2 Nguyên liệu 31

3.1.3 Thiệt bị và dụng cụ 31

3.1.4 Hóa chất 31

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 32

3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát phương pháp xử lý gạo và thời gian hấp gạo 32

3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng gạo 33

3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát tỷ lệ gạo:nước và thời gian gia nhiệt cần thiết của sản phẩm gạo ăn liền sử dụng microwave cho người tiêu dùng 34

3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 36

3.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT QUẢ 36

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ THỜI GIAN HẤP ĐẾN CHẤT LƯỢNG CƠM SẤY 37

4.1.1 Kết quả phân tích thành phần hoá học của nguyên liệu gạo 37

4.1.2 Tỷ lệ phần trăm hạt trương nở hoàn toàn, hàm ẩm và độ trương nở của cơm theo thời gian hấp và chế độ xử lý 37

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng vii

4.1.3 Ảnh hưởng của chế độ xử lý và thời gian hấp đến mức độ gãy và tách hạt

của gạo sấy 39

4.1.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chế độ xử lý - thời gian hấp đến giá trị cảm quan của sản phẩm khi hồi ẩm 40

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 41 4.2.1 Biểu đồ đường cong sấy nhằm xác định thời gian sấy đền độ ẩm mong muốn 41

4.2.2 Độ tách và tỷ lệ gãy của gạo sau khi sấy đến tính cảm quan của sản phẩm 44

4.3 TỶ LỆ NƯỚC : GẠO KHI HỒI ẨM VÀ THỜI GIAN HỒI ẨM ĐẾN CHẤT LƯỢNG CƠM KHI ĂN 44

4.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước với gạo và thời gian gia nhiệt đến giá trị cảm quan gạo sau khi hồi ẩm 44

4.3.2 Độ trương nở của hạt gạo sấy và gạo không qua quy trình chế biến trong từng tỉ lệ nước và khoảng thời gian gia nhiệt khác nhau 45

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 KẾT LUẬN 47

5.2 KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 1 x

PHỤ LỤC 2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ xvi

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng viii

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo của toàn bộ cây lúa (cây, hoa, quả) 2

Hình 2.2: Cấu tạo hạt lúa 3

Hình 2.3: a Cánh đồng lúa jasmine 85; b Hạt gạo jasmine 85 5

Hình 2.4: a Cánh đồng lúa OM 50404; b Hạt gạo OM 50404 5

Hình 2.5: a Cánh động lúa VNĐ 95-20; b Hạt gạo VNĐ 95-20 6

Hình 2.6: Quang hợp ở lá cây 8

Hình 2.7: a) Các gốc glucose nối với nhau bởi liên kết  -1,4- glycozide 10

b) Mô hình phân tử amylose 10

Hình 2.8: Các phân tử iot sắp xếp trong trục xoắn ốc của amylose 12

Hình 2.9: a) Liên kết  - 1,4 – glycozide và liên kết  - 1,6 – glycozide và 13

b) Mô hình phân tử amylopectin 13

Hình 2.10: Sơ đồ hồ hóa tinh bột 15

Hình 2.11: Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột: a) Tinh bột trong nước ; b) Nâng nhiệt đến độ tạo gel ; c) Hình thành gel 17

Hình 2.12: Sơ đồ thủy phân tinh bột 20

Hình 2.13: Enzyme  - amylase 20

Hình 2.14: Sơ đồ tác dụng của của hệ enzyme amylase lên tinh bột 21

Hình 2.15: Enzyme - amylase 21

Hình 3.1: Sơ đồ thí nghiệm 1 33

Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 34

Hình 3.3 sơ đồ thí nghiệm 3 35

Hình 4.1: Giản đồ hình cột đánh giá cảm quan cơm sấy ở các chế độ xử lý và thời nấu khác nhau 41

Hình 4.2: Đường cong sấy ở các nhiệt độ khác nhau 41

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn tương quan độ giảm khối lượng Mt/M0 giữa thực tế và mô hình lý thuyết (phỏng đoán) ở nhiệt độ 50oC 43

Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn tương quan độ giảm khối lượng Mt/M0 giữa thực tế và mô hình lý thuyết (phỏng đoán) ở nhiệt độ 60oC 43

Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn tương quan độ giảm khối lượng Mt/M0 giữa thực tế và mô hình lý thuyết (phỏng đoán) ở nhiệt độ 70oC 43

Hình 4.6: biểu đồ đánh giá cảm quan cơm sấy ở các tỉ lệ gạo : nước - thời gian nấu

45

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng ix

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hoá học của hạt lúa 7

Bảng 2.2: Hàm lượng amylose và amylopectin trong một số loại tinh bột 9

Bảng 2.3: aw tối thiểu cho hoạt động của một số vi sinh vật 30

Bảng 3.1: Phương pháp phân tích và đo đạt các chỉ tiêu 36

Bảng 4.1: Thành phần hoá học của gạo 37

Bảng 4.2: Tỷ lệ % hạt trương nở hoàn toàn, độ ẩm của cơm theo thời gian hấp và chế độ xử lý 37

Bảng 4.3: Độ trương nở (kích thước) của cơm theo thời gian hấp và chế độ xử lý 38 Bảng 4.4: Ảnh hưởng của chế độ xử lý và thời gian hấp đến mức độ gãy của hat gạo 39

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của chế độ xử lý và thời gian hấp đến độ tách rời của gạo 40

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ tách và gãy của gạo sấy 44

Bảng 4.7: Kích thước trương nở của gạo sấy trong từng tỉ lệ nước và khoảng thời gian gia nhiệt trong microwave 45

Bảng 4.8: Kích thước trương nở của hạt gạo thông thường (không qua quy trình chế biến) trong các khoảng thời gian gia nhiệt và thiết bị gia nhiệt khác nhau 46

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Lúa gạo được coi là nguồn thực phẩm chủ yếu không thể thiếu kể từ ngàn xưa đến nay của người dân Việt Nam, cũng như của cả người dân của nhiều nước châu Á khác Lúa gạo nằm trong 5 loại ngũ cốc quan trọng, nó có ý nghĩa rất lớn không chỉ đối với con người mà cả đối với gia súc Hiện nay diện tích trồng lúa ở Việt Nam chiếm đến 61% diện tích trồng trọt cả nước và 80% nông dân Việt Nam là nông dân trồng lúa Do sản xuất lúa gạo là nguồn thu nhập và cung cấp lương thực chính của các hộ nông dân, nên chính sách phát triển nông nghiệp nông thôn gắn liền với phát triển ngành hàng lúa gạo

Ngày nay do tốc độ phát triển không ngừng và ngày càng hướng đến nền công nghiệp tiên tiến, sức ảnh hưởng mạnh mẽ của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã thúc đẩy không ngừng việc sáng tạo ra những giống lúa ngày càng chất lượng thơm ngon, và sự cải biến, sáng tạo không ngừng trong ngành thực phẩm để tạo ra những sản phẩm đa dạng, phong phú nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người Trong đó không thể không kể đến các sản phẩm được chế biến từ lúa gạo đang ngày càng có nhiều chổ đứng hơn không chỉ ở các nước châu Á mà thế giới đều biết đến Mọi người dân Việt Nam đều sử dụng gạo và các bữa ăn đều không thể thiếu gạo, gạo là nguồn lương thực chính Vì thế việc chế biến gạo thành cơm là điều không khó khăn Tuy nhiên đối với các quốc gia không sử dụng gạo thường xuyên trong mỗi bữa ăn và nó cũng không là nhu cầu thiết yếu của họ thì việc nấu cơm theo cách truyền thống của người Việt Nam là điều không dễ dàng, đồng thời việc chế biến còn mất quá nhiều thời gian, tạo sự bất tiện cho người tiêu dùng khi sử dụng

Do đó để đáp ứng nhu cầu thị hiếu và cũng là tìm hướng đi mới cho mặt hàng gạo thì việc nghiên cứu và sản xuất ra loại gạo có thể rút ngắn thời gian chế biến, thay vì mất thời gian dài như cách nấu truyền thống thì chỉ cần vài phút là có bữa cơm ngon Thời gian chế biến ngắn, cách chế biến đơn giản là tiêu chí hàng đầu cho sản phẩm gạo ăn liền

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xác định phương pháp xử lý, thời gian hấp, nhiệt độ sấy tối ưu nhất cho quá trình chế biến sản phẩm gạo ăn liền, cho ra sản phẩm có màu sắc, độ rời của hạt gạo sấy tương đồng với màu của gạo ban đầu và có giá trị cảm quan cao

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÚA

Lúa là một trong năm loại lương thực chính của thế giới, cùng với ngô, lúa mì, sắn

và khoai tây

Lúa có hai loại (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong họ Poaceae có nguồn gốc

ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam Á và Châu Phi Hai loài này cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người Lúa là loại thực vật sống một năm, có thể cao tới 1- 1,8m, với các lá mỏng, hẹp bản (2 – 2,5cm) và dài

50 – 100cm Có hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay

rủ xuống, dài 30 – 50cm Hạt là loại quả thóc dài 5 – 12mm và dày 2 – 3mm, cây lúa non được gọi là mạ Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua gieo mạ trên ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một thời gian thì nhổ mạ để cấy trên ruộng chính Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và phụ phẩm là cám và trấu Trong tiếng anh, từ rice (lúa, gạo) có nguồn gốc từ agisi trong tiếng Tamil

Hình 2.1: Cấu tạo của toàn bộ cây lúa (cây, hoa, quả)

(nguồn: http://tulieu.violet.vn)

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 3

2.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm

2.1.1.1 Đặc điểm cấu tạo cơ bản của lúa gạo

Lúa gạo thuộc:

Ngành thực vật có hoa: Angiospermae

Lớp một lá mầm: Monocotyledones

Bộ Hòa thảo có hoa: Poales

Họ Hòa thảo (Family): Poaceae

Họ phụ Hòa thảo ưa nước: Pruzoideae

Phân họ (Subfamily): Oryzoideae

Tộc (Tribe): Oryza

Loài lúa trồng (Species): Oryza sativar

Hình 2.2: Cấu tạo hạt lúa

(nguồn: http://www.flickr.com)

2.1.1.2 Cấu tạo hạt thóc

Cấu tạo của lúa gạo (hình 2.2) gồm các phần cơ bản sau:

Vỏ trấu: Chiếm khoảng 15 – 30% trọng lượng hạt, bao gồm chủ yếu là cellulose và chất xơ Nằm ở lớp ngoài cùng của hạt, có tác dụng bảo vệ cho nội nhũ và phôi tránh mọi tác nhân gây hại từ môi trường ngoài

Vỏ quả: Bao gồm nhiều lớp, chiếm khoảng 4 – 5% trọng lượng hạt Lớp mỏng ngoài cùng của vỏ quả có cấu trúc rất cứng, không cho phép sự di chuyển của oxy,

CO2 và hơi nước Vì thế, vỏ quả có tác dụng bảo vệ hạt chống sự oxy hoá và tác

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 4

động của enzyme Lớp aleuron thuộc vỏ quả, là phần tiếp giáp với nội nhũ, tuỳ thuộc vào giống và điều kiện canh tác mà nó có chiều dày khác nhau và sẽ thành cám khi xát trắng Vỏ quả cùng với lớp bao phủ hạt hình thành cám, cám chiếm khoảng 5 -7% gạo lức Cám giàu protein, khoáng, vitamin và chất khoáng Vì thế gạo lức dễ hư hỏng hơn gạo trắng trong quá trình bảo quản

Nội nhũ: Là phần quan trọng nhất để con người khai thác, nội nhũ là nơi dự trữ chất dinh dưỡng của hạt Thành phần hóa học chủ yếu là tinh bột và protid, ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ lipid, muối khoáng…

Phôi: là thành phần riêng lẽ nằm trong nội nhũ, bên góc dưới hạt gạo Phôi là nơi dự trữ chất dinh dưỡng của hạt và nẩy mầm tạo cây mới trong điều kiện thích hợp Khi hạt nẩy mầm thì phôi sẽ phát triển lên thành cây con, vì vậy trong phôi chứa nhiều các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển ban đầu Thành phần hóa học của phôi gồm có protid, glucid hoà tan, khá nhiều lipid, khoáng, cellulose và các vitamin

2.1.2 Một số giống lúa phổ biến trồng ở nước ta

Ở Việt Nam có khoảng 627 giống lúa được trồng khắp cả nước, bao gồm cả lúa nếp

và lúa tẻ, hầu hết thuộc loài Oryza sativa, trong đó có khoảng 20 giống được trồng

chủ lực ở phía nam, hay tập trung chủ yếu ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Số lượng giống lúa có mặt trong sản xuất ở ĐBSCL rất đa dạng và phong phú, trên 200 giống trong vụ Hè Thu và Mùa, và khoảng 180 giống trong vụ Đông Xuân Tuy nhiên, có thể xác định 10 giống lúa chủ lực chiếm tới 65 – 70% tổng diện tích gieo trồng và có vị trí quyết định đến sản xuất lúa giai đoạn 2000 - 2005 là: VNĐ 95 – 20, OM 1490, OM 576, OMCS 2000, IR 64, OM 2717, OM 2718, Jasmine 85, OM 3536 (OMCS 21) và OM 2517

- Gạo Jasmine 85 (hình 2.3): Được chọn tạo từ tổ hợp lai Pata/ TN 1/ Khao dawk Mali của Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) Thuộc giống lúa lài thơm có nguồn gốc từ Thái Lan Tên nông nghiệp là "Khao Dawk Mali 105", gạo với một mùi hương hoa nhài đặc biệt, còn được gọi tại địa phương như Khao Hom Mali Khao có nghĩa là gạo, Dawk có nghĩa là hoa, Mali có nghĩa là hoa nhài, là giống gạo dài, trong, cơm trắng, dẻo mềm ngay cả khi để nguội, có hương thơm đặc trưng, vị ngọt đậm và hơi dính Thời gian sinh trưởng trong vụ Đông Xuân từ 95 -

102 ngày, vụ Hè Thu 100 – 108 ngày, chiều cao cây 85 – 90 cm, khá cứng cây, đẻ nhánh trung bình, lá đòng thẳng; khối lượng 1.000 hạt khoảng 26 – 27 gram Hạt gạo dài 7,2 – 7,6 mm, trong suốt, không bạc bụng, mạt gạo đẹp, hàm lượng amylose trung bình (20 – 21 %), độ hóa hồ cấp 5 Năng suất trung bình trong vụ Đông Xuân

từ 5 – 8 tấn/ ha; vụ Hè Thu 3,5 – 4,5 tấn/ ha

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 5

Hình 2.3: a Cánh đồng lúa jasmine 85; b Hạt gạo jasmine 85

- Giống lúa IR 50404 (hình 2.4): Có nguồn gốc từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) được nhập vào Việt Nam đầu năm 1990 Giống IR 50404 do Bộ môn Cây lương thực – Viện khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam chọn lọc và phát triển Giống IR 50404 được công nhận chính thức vào năm 1992 Giống IR 50404

có thời gian sinh trưởng ngắn, khoảng 90 ngày trong điều kiện sạ thẳng, chiều cao cây thấp (85 – 90 cm), đẻ nhánh khá, số hạt/bông trung bình (65 – 70 ), tỉ lệ hạt chắc cao IR 50404 chịu phèn mặn khá, dễ tính, thích ứng rộng có thể gieo trồng và đạt năng suất cao trong cả hai vụ Đông Xuân và Hè Thu Nhược điểm cơ bản của IR

50404 là chất lượng gạo thấp (hạt hơi ngắn và tỉ lệ bạc bụng khá cao)

Hình 2.4: a Cánh đồng lúa OM 50404; b Hạt gạo OM 50404

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 6

- Giống lúa VNĐ 95-20 (hình 2.5): là phương pháp chọn tạo làm đột biến phóng xạ gamma Co60, trên giống IR64 và chọn lọc phả hệ Được công nhận giống quốc gia năm 1999 theo Quyết định số 3493 QĐ/BNN-KHCN ngày 9/9/1999 Hiện nay là một trong những giống có diện tích lớn nhất trong sản xuất Thời gian sinh trưởng vụ Đông Xuân 90 – 95 ngày, vụ Hè Thu 95 – 102 ngày Chiều cao cây 85

- 90 cm, cứng cây, đẻ nhánh trung bình, lá đòng thẳng, khối lượng 1.000 hạt 25 – 27g Hạt gạo dài 7,2 – 7,4 mm, không bạc bụng (hạt gạo trong, sáng, đẹp, thích hợp xuất khẩu), độ hóa kiềm cấp 5 – 6, amyloza 20 – 22 %, cơm mềm, dẻo Năng suất trung bình vụ Đông Xuân 6 – 8 tấn/ha, Hè Thu 5 – 7 tấn/ha Là một trong 5 giống chủ lực cho xuất khẩu ở các tỉnh phía Nam, giống có tính ổn định cao, trong điều kiện thâm canh có thể đạt 9 tấn/ha/vụ

Hình 2.5: a Cánh động lúa VNĐ 95-20; b Hạt gạo VNĐ 95-20 2.1.3 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Trong gạo hàm lượng tinh bột chiếm gần 82% và là loại hạt chứa lượng tinh bột cao nhất, cao hơn cả khoai tây, khoai mì và nhiều lại rau củ hay hạt khác, ngoài ra nó còn chưa một lượng lớn protein khoảng 6%, và nhiều chất dinh dưỡng khác

Tinh bột: Chứa trong hạt gạo dưới dạng carbohydrate, và trong con người dười dạng

glycogen Tinh bột cung cấp phần lớn năng lượng cho con người, trong tinh bột có hai thành phần chính là amylose và amylopectin, hai thành phần này ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của hạt sau khi nấu, nhưng không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng, gạo chứa hàm lượng amylopectin cao cơm sẽ dẻo và nhiều amylose làm cho cơm cừng hơn

Protein: Gạo cung cấp protein tốt cho con người, protein cung cấp amino acid để

thành lập mô bì, tạo ra enzyme, kích thích tố và chất kháng sinh

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 7

Vitamin: Cũng giống như các loại ngũ cốc khác, lúa gạo không chứa các loại

vitamin A, C, D nhưng chứa vitamin B1, B2, niacin, vitamin E, ít chất sắt và kẽm, nhiều chất khoáng như Mg, P, K, Ca…

Thiamin (vitamin B1): Giúp tiêu hoá chất lượng glucose để cho năng lượng, vì thế

hỗ trợ cho các tế bào thần kinh, hoạt động của tim và khẩu vị Vitamin B1 không thể dự trữ trong cơ thể nên phải cung cấp hàng ngày

Riboflavin (vitamin B2): Gạo chứa rất ít loại vitamin này, nó rất cần thiết cho sản xuất năng lượng và nuôi dưỡng bì mô của mắt và da

Niacin (vitamin B3): Là yếu tố cần thiết để phân tách chất glucose cho năng lượng, cho da và hoạt động bình thường của hệ thần kinh

Vitamin E: Là một loại sinh tố tan trong mỡ, giúp cho vitamin A và các chất béo chống oxy hoá trong tế bào, bảo vệ huỷ hoại bì mộ của cơ thể

Ngoài ra còn có những chất khoáng cần thiết cho cơ thể như: sắt (thành phần của hồng cầu và huyết cầu), kẽm (giúp chống oxy hoá trong máu), phospho (giúp xương, răng biến hoá trong cơ thể, canxi (tốt cho xương, răng, điều hoà cơ thể)… Thành phẩn hoá học của lúa thay đổi tuỳ theo giống, điều kiện canh tác … Gạo lức chứa khoảng 75% carbohydrate và chiếm khoảng 85 – 90% chất khô của gạo (bảng 2.1)

Bảng 2.1: Thành phần hoá học của hạt lúa

Thành phần hoá học

Hàm lượng các chất (%) Gạo lức Gạo trắng Cám

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 8

2.2 TINH BỘT GẠO

2.2.1 Nguồn gốc và sự hình thành tinh bột trong cơ thể thực vật

Tinh bột được hình thành trong quá trình quang hợp của cây xanh (hình 2.6) Quang hợp là quá trình nhờ đó cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sang mặt trời và biến nó thành năng lượng hóa học tích lũy trong các phân tử carbohydrate Cn(H2O)m Đó là quá trình có ý nghĩa to lớn bởi vì trực tiếp hay gián tiếp, quang hợp tạo nên hầu như toàn bộ hợp chất cacbon trong cơ thể sống

Có thể biểu diễn quá trình quang hợp theo phương trình tóm tắt sau:

Hình 2.6: Quang hợp ở lá cây

(nguồn: http://tulieu.violet.vn)

Trong mọi loại cây – từ cây tảo bật thấp cho đến một số cây thượng đẳng chủ yếu là hai lá mầm các gluxit vốn được tạo ra ở lục lạp do quá trình quang hợp, đều nhanh chóng chuyển thành tinh bột

Tinh bột ở mức độ này gọi là tinh bột đồng hóa, rất linh động nên có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, vỏ, củ, rễ, bẹ lá và nhựa của một số thực phẩm đặc biệt

(Nguyễn Thị Bích Thủy và cộng sự, 2007)

Trong các loại hòa thảo hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60 – 75%

Ánh sáng mặt trời

Chất diệp lục 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 9

2.2.2 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt

Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, không tan trong nước lạnh, trong nước nóng hạt tinh bột sẽ ngậm nước, phồng lên tạo dung dịch keo hay còn gọi là hồ tinh bột

Tinh bột là một trong số những polysaccharide dự trữ quan trọng nhất và cũng được tích lũy một lượng lớn trong giới thực vật

2.2.3 Thành phần hóa học của tinh bột

Thành phần hóa học của tinh bột được cấu tạo từ 2 loại polysaccharide khác nhau

về tính chất vật lý và hóa học là amylose và amylopectin Trong đó amylose chiếm khoảng 19% và amylopectin chiếm khoảng 81% (David J Thomas and William A Atwell, 1997)

Nhìn chung tỉ lệ amylose/amylopectin trong đa số tinh bột là 1/4 Thường trong bột loại nếp (gạo nếp, ngô nếp) gần như 100% là amylopectin Trái lại trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylose chiếm khoảng trên 50%

Bảng 2.2: Hàm lượng amylose và amylopectin trong một số loại tinh bột

Loại tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%)

(Nguồn: David J Thomas and William A Atwell.1997)

2.2.3.1 Một số cách để xác định hàm lượng amylose và amylopectin

Chiếc bằng nước nóng

Dựa vào độ hòa tan của 2 cấu tử này trong nước nóng để tách amylose Cho huyền phù tinh bột ở 600C, sau đó chiết tách dịch hòa tan rồi kết tủa ở nhiệt độ lạnh nhỏ

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 10

hơn 200C Bằng cách này có thể tách được amylose vì amylose hòa tan trong nước

nóng và sẽ kết tủa trở lại khi làm lạnh

Phân tử amylose của tinh bột được hấp thụ trên bông hay giấy thấm Bằng cách này

có thể đều chế được amylopectin

Phương pháp sắc ký trên cột phosphaste kali

Có thể dùng phương pháp sắc ký trên cột phosphaste kali để phân loại amylose và amylopectin Khi rửa cột bằng dung dịch photphtat thì amylose bị kéo theo còn amylopectin còn lại trên cột

2.2.3.2 Cấu tạo phân tử và tính chất của amylose

Hình 2.7: a) Các gốc glucose nối với nhau bởi liên kết  -1,4- glycozide

b) Mô hình phân tử amylose

(nguồn: http://tulieu.violet.vn)

Amylose là một polysaccharide có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh gồm 200 đến hàng nghìn gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết  - 1,4 glucosid Quá trình thủy phân amylose có thể tiến hành bằng các emzyme  - amylase,  - amylase, glucoamylase Tuy nhiên, do trong amylose cũng chứa khoảng 0,1% liên

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 11

kết phân nhánh  - 1,6 glucosid, nên  - amylase thường không thể thủy phân được amylose một cách hoàn toàn

Trong dung dịch amylose có khynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể Khi tốc độ liên hợp là cực tiểu sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã thoái hóa, khi tốc độ liên hợp cực đại dung dịch sẽ chuyển thành thể keo

Cấu trúc xoắn (Helix) của amylose và khả năng tạo phức: các nghiên cứu bằng tia X cho thấy tinh bột có cấu trúc tinh thể dạng A, B (hỗn hợp giữa A và B) và cấu trúc tinh thể dạng V (trong các hạt đã trương nở)

Tham gia vào thành phần cấu tạo trong cấu trúc tinh thể dạng B là các sợi amylose xoắn kép song song ngược chiều, được sắp xếp cạnh nhau theo hình lục giác Vùng tâm của hình lục giác chứa đầy nước (với 36 phân tử nước)

Cấu trúc tinh thể dạng A tương tự như cấu trúc tinh thể dạng B, nhưng tâm của hình lục giác thay H2O bằng một chuỗi xoắn khác, khiến cho toàn bộ “bó sợi” có cấu trúc chặc chẽ hơn: trong trường hợp này chỉ có 8 phân tử nước nhằm xen kẻ giữa các chuỗi xoắn kép Các chuỗi xoắn kép ở trên, tùy thuộc điều kiện môi trường có thể thay đổi cấu hình Kích thước (đường kính) của vòng xoắn dao động trong khoản 13,7Ao đến 16,2Ao có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng tạo phức của amylose Các chất được gắn thêm vào vòng xoắn (Helix) có vai trò quan trọng trong việc ổn định cấu trúc helix Người ta nhận thấy rằng, cấu trúc tinh bột dạng V, sau khi loại

bỏ các tác nhân tạo phức, sẽ chuyển thành cấu hình dạng B có kích thước vòng xoắn lớn hơn Hiện tượng này xảy ra trong quá trình tồn trữ bánh mì và các sản phẩm bánh nướng khác Ở bánh mới tinh bột có cấu gel hóa dạng V, còn bánh cũ có cấu trúc thoái hóa dạng B Sự có mặt của các phân tử nước làm gia tăng kích thước giữa

2 chuỗi xoắn kép amylose từ 0,8nm lên 1nm (Lê Nguyễn Đoan Duy, Lê Mỹ Hồng, 2012)

 Tính chất của amylose

Phản ứng với iot (hình 2.8)

Khi tương tác với iot, amylose sẽ tạo phức màu xanh đặc trưng Để phản ứng với iot phân tử amylose phải có dạng vòng hoặc xoắn ốc Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iot vì không tạo được vòng hoàn chỉnh

Amylose với cấu hình xoắn ốc có thể hấp thu hơn 26% khối lượng iot tương ứng với mỗi vòng xoắn ốc một phân tử iot Phản ứng vẫn có thể xảy ra dễ dàng khi dùng amylose khô phản ứng với hơi iot cũng như cho phản ứng giữa dung dịch amylose với dung dịch iot Như vậy nước không phải là yếu tố cần thiết nếu amylose đã có

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 12

cấu hình không gian thích hợp để tạo phức, vai trò của nước là để amylose và iot chuyển động tự do và tạo điều kiện cho việc hình thành xoắn ốc dễ dàng

Hình 2.8: Các phân tử iot sắp xếp trong trục xoắn ốc của amylose

Phản ứng tạo phức của amylose

Amylose có khả năng tạo phức với một số chất hữu cơ có cực và độ hòa tan khác nhau trong nước cũng như trong các hợp chất không cực kiểu hydrocarbon: pentanol, phenol

Nghiên cứu các phức chất của amylose với butanol nhận thấy butanol chiếm một vị trí trong xoắn ốc tương tự như iot nghĩa là cũng ở vị trí theo hướng dọc trục xoắn

ốc Phức của amylose với các chất tạo phức thường không tan trong nước nhưng dễ dàng kết tủa khi để yên trong dung dịch Các phức sấy khô thường rất bền vững

2.2.3.2 Cấu tạo phân tử và tính chất của amylose

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 13

Hình 2.9: a) Liên kết  - 1,4 – glycozide và liên kết - 1,6 – glycozide và

b) Mô hình phân tử amylopectin

Amylopectin có thể liên kết cộng hóa trị với phosphaste, đặc biệt là amylopectin từ các loại củ Trung bình cứ sau mỗi 400 gốc glucose, tìm thấy một phân tử acid phosphoric

Quá trình thủy phân amylopectin cũng như amylose  - amylase không thủy phân được các liên kết nhánh  - 1,6 glucozit, phần mạch nhánh còn lại được gọi là dextrin giới hạn (limit dextrin)

Khi đun nóng trong nước, amylopectin tạo thành dung dịch trong, đặc, dính, có độ nhớ cao Khác với amylose, amylopectin không bị thoái hóa, khả năng tạo gel kém (trừ khi ở nồng độ rất cao) Tuy nhiên, dung dịch amylopectin bị giảm độ nhớt rất nhanh trong môi trường acid, trong quá trình hấp tiệt trùng và chịu một áp lực lớn (Hoàng Kim Anh, 2006)

Amylopectin cho màu nâu đỏ với iod (David J Thomas, William A Atwell, 1997)

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 14

 Tính chất của amylopectin

Amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững Amylopectin không có khả năng tạo phức với butanol và các hợp chất hữu cơ khác, không bị hấp phụ trên xenlulose

Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím vì cấu trúc phân nhánh nên liên kết rất yếu với iod, phần liên kết được chủ yếu là do nhánh ngoài

2.2.4 Tính chất của tinh bột

2.2.4.1 Tính chất vật lý của tinh bột

- Các hằng số vật lý của tinh bột

Tỷ trọng: phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, nằm trong khoảng 1,6 – 1,64 kg/dm3

Hệ số giãn nở vì nhiệt của các tinh bột rất nhỏ Ở 15 – 17oC hệ số giãn nở khoảng 0,0003169 Ở 23 – 25oC hệ số giãn nở là 0,0003975

Khả năng hút ẩm của tinh bột khá hơn do hạt tinh bột có cấu tạo xốp, khi ẩm tương đối của không khí   75 % thì khả năng hút ẩm của tinh bột đến 10,33% Khi

Tuy không hòa tan nhưng trong nước trinh bột vẫn hút 25 – 30% nước và hầu như không trương nở tinh bột, sau khi sấy khô có khả năng hút nước rất mạnh

- Tính trương nở và hồ hóa của tinh bột

Khả năng trương nở của hạt tinh bột ở trong nước khi tăng nhiệt độ và tạo ra dung dịch keo là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột

Ở trạng thái tự nhiên tinh bột không bị hoà tan trong nước lạnh vì lẽ năng lượng tương tác phân tử trong điều kiện đó vượt xa năng lượng hydrat hoá:

Khi hấp thụ nước 25 – 50% hạt tinh bột vẫn chưa bị trương Khi nhiệt độ tăng thì các liên kết hydro duy trì cấu trúc mixen và các các phân tử nước bị phá huỷ

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 15

Người ta thấy rằng tinh bột ngô ở 50oC hút nước đến 300%, ở 70oC là gần 1000% so với trọng lượng ban đầu Khi trương nở cực đại hạt tinh bột hút đến 2500% nước và khi đó chất khô bị giảm đi 4%

Trong quá trình trương hạt tinh bột mất khả năng lưỡng chiết Thể tích của chúng tăng lên nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột hoặc bị rách (hình 2.10) và trở thành cái túi không định hình hoặc ngưng tăng thể tích nghĩa là bắt đầu hồ hoá

(a) (b) Hình 2.10: Sơ đồ hồ hóa tinh bột a: Hạt tinh bột chưa trương nở và b: Hạt tinh bột trương nở

(Nguồn: http://en.wikibooks.org/wiki/Brewing/Mashing)

Sự trương nở hạt tinh bột không chỉ xảy ra khi đun nóng huyền phù tinh bột mà còn xảy ra khi cho kiềm và muối của một số kim loại tác dụng lên tinh bột ở nhiệt độ bình thường

Khi hoà tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các các phân tử tinh bột có kích thước lớn, tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước, và làm cho mắt xích nào đó của tinh bột yếu đi Kết quả phân tử tinh bột bị xê dịch, dần trương nở, quá trình trương nở xảy ra giới hạn, sẽ làm vỡ các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch Quá trình trương nở luôn đến trước quá trình hồ hoá

Nhìn chung quá trình hồ hóa của tất cả các loại tinh bột đều diễn ra giống nhau: ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng lên sau đó qua mức cực đại rồi giảm xuống

Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó sự chuyển tinh bột từ trạng thái này sang trạng thái khác được hoàn thành Nhiệt độ hồ hoá phụ thuộc vào nhiều nhân tố, trong đó quan trọng hơn cả là tính chất lý hoá của chất khuếch tán và mội trường khuếch tán Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột có nguồn gốc khác nhau thì khác nhau Do đó nhiệt độ

hồ hoá không phải là một nhiệt độ mà là một khoảng nhiệt độ, nhiệt độ hồ hoá của

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 16

tinh bột khoai tây trong khoảng 58 - 65 oC, tinh bột ngô 62 - 70 oC và tinh bột gạo khoảng 68 - 78oC (David J Thomas, William A Atwell, 1997)

Nồng độ huyền phù tinh bột, tốc độ đun nóng huyền phù, độ ẩm ban đầu của tinh bột đều có ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá Khi tăng nồng độ tinh bột thì nhiệt độ hồ hoá cũng tăng lên một ít Nhiệt độ hồ hoá phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước hạt tinh bột Tinh bột có kích thước hạt bé có nhiệt độ hồ hóa cao hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột chứa hạt lớn Hạt tinh bột loại nếp và loại tẻ nếu có kích thước như nhau thì có tinh bột hồ hoá bằng nhau

Nhiệt độ hồ hoá là hàm số của độ phân cực các ion Các ion được liên kết với tinh bột sẽ ảnh hưởng đến độ bền của các liên kết hydro giữa các nguyên tố cấu trúc bên trong của hạt Khi giữa các phân tử của các chuỗi nằm cạnh nhau có chứa những ion mang điện tích cùng dấu thì sẽ đẩy nhau do đó làm lung lay cấu trúc bên trong của hạt tinh bột, kết quả là thay đổi nhiệt độ hồ hoá của tinh bột Khi thay đổi một ion này bằng một ion khác cũng làm cho nhiệt độ hồ hoá thay đổi

Các nhân tố hoá học khác cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá Ví dụ khi xử lý tinh bột bằng các chất acid hoá sẽ làm nhiệt độ hồ hoá tăng Nhiệt độ hồ hoá phản ánh

độ bền của hạt tinh bột đối với tinh bột thóc nếp cũng như thóc tẻ, giữa nhiệt độ hồ hoá và mức độ phá huỷ bởi acid clohydric có hệ số tương quan nhau Giữa nhiệt độ

hồ hoá và tác dụng của α – amilaza vi khuẩn cũng có độ tương quan như thế (r = -0,72; n = 18)

Nhiệt độ hồ hoá củng ảnh hưởng qua thời gian nấu Chẳng hạn với gạo thì nhiệt độ

hồ hoá cao, dài hơn thời gian nấu của gạo Nhiệt độ hồ hoá cũng phản ánh độ xốp

tương đối của nội nhũ (Nguyễn Thị Bích Thủy và cộng sự, 2007)

- Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel

Tinh bột sau khi được hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều (hình 2.11) Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải và phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglycozide hoặc gián tiếp qua phân tử nước

Khi gel tinh bột được để nguội trong một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Sự thoái hoá của tinh bột chủ yếu do thành phần amylose của tinh bột gây nên, đó là kết quả của sự tạo thành liện kết hydro giữa các phân tử amylose vừa có nhóm hydroxit vừa có nhóm tiếp nhận hydro Quá trình này

sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 17

(a) (b) (c)

Hình 2.11: Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột: a) Tinh bột trong nước ; b) Nâng nhiệt đến

độ tạo gel ; c) Hình thành gel

xanh-Người ta nhận thấy rằng các ion chứa trong tinh bột khi xử lý tinh bột bằng các chất điện ly khác nhau có thể thay thế bằng những ion khác nhau Như vậy, tinh bột là vật liệu trao đổi ion Để nhận được tinh bột có chứa các cation nhất định người ta

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 18

phải xử lý sơ bộ tinh bột bằng acid để thay thế các cation liên kết với ion tinh bột bằng ion hydro, sau đó lại xứ lý bằng dung dịch muối tương ứng thì sẽ thay thế ion hydro bằng ion mong muốn

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ muối của các tinh bột ngưới ta thấy rằng khả năng hấp phụ của tinh bột khoai tây lớn hơn của lúa mì và ngô Điều đó được giải thích bằng độ xốp của tinh bột khoai tây tạo điều kiện cho các ion thâm nhập vào trong hạt dễ dàng hơn và cân bằng hấp thụ đạt được nhanh chóng hơn

Nhiệt độ tăng thì khả năng hấp phụ của tinh bột khoai tây bị giảm xuống, còn ở tinh bột lúa mì thì khả năng hấp phụ lại tăng lên đến một nhiệt độ nhất định

Khả năng hấp phụ của tinh bột phụ thuộc vào các cation được liên kết với tinh bột Các cation có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh – metylen của tinh bột được phân bố theo dãy sau đây:

Na+ > Mg+2 > Ba+2 > Ca+2

- Khả năng tạo màng của tinh bột

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng

độ nhất định (không quá đặc hay quá loãng) hồ hóa sơ bộ để tạo một độ nhớt nhất định Trong dịch hồ hóa để tạo màng các phân tử amylose và amylopectin sẽ dàn phẳng ra sắp xếp lại và tương tác với nhau bằng liên kết hydro và gián tiếp qua phân

tử nước Giai đoạn hình thành màng xảy ra 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Từ bề mặt bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các hạt tinh bột gần nhau và sắp xếp lại thành lớp dày đặc

Giai đoạn 2: Nước nằm giữa các hạt bốc hơi, các hạt tiếp xúc nhiều hơn và bị biến dạng

Giai đoạn 3: Khi tiếp xúc nhau các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết

Khi khô thể tích màng bị giảm dẫn đến sự co ngót về chiều dày

- Khả năng tạo sợi

Sợi tinh bột là sự chập lại của rất nhiều phân tử amylose và amylopectin, độ dai và

độ bền vững của toàn sợi là do lực tương tác của các phân tử cũng như lực tương tác nội phân tử quyết định Số lượng nhiều thì liên kết chặt chẽ hơn

Độ bền, dai và độ chặt chẽ có liên quan đến độ dài của phân tử tinh bột, thường phân tử dài thì các sợi bền dai Do đó các sợi được tạo từ tinh bột giàu amylose (tinh bột đậu xanh) thường bền hơn tinh bột (gạo, ngô…)

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 19

- Khả năng đồng tạo gel với protein

Tinh bột có khả năng tương tác với protein làm cho sản phẩm có những tính chất cơ

lý nhất định: như độ đàn hồi, độ cứng, khả năng giữ nước của protein tăng lên (giò, xúc xích,…) Trong trường hợp này cả protein và tinh bột đều sắp xếp lại phân tử để tạo gel và tương tác với nhau (tinh bột đồng tạo gel với protein)

- Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với chất béo dưới điều kiện nhiệt độ thì khối bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Nhiệt độ làm tinh bột hồ hóa không khí có trong khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo sẽ góp phần làm tinh bột giãn nở

và phồng nở

Đặc biệt các tinh bột giàu amylopectin như tinh bột nếp có cấu trúc chặt và khả năng không thấm khí lớn hơn do đó khả năng phồng nở lớn hơn

- Tính chất cơ cấu trúc của tinh bột

Tính chất cơ cấu trúc nhất định như: độ bền, độ dẽo, độ đàn hồi,…các tính chất này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau

Tinh bột bị lão hóa làm tăng độ bền mạng cấu trúc của hệ thống tức là tăng tính chất cứng và giảm tính chất co giãn của hệ thống

Khi bảo quản nồng độ chất khô càng lớn thì quá trình tạo cấu trúc trong gel sẽ xảy

ra càng nhanh Khi thêm một lương nhỏ các cation Ca2+, Mg2+, Na+ thì độ bền của

hồ tinh bột giảm xuống

2.2.4.2 Tính chất hóa học

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa, enzyme chỉ thủy phân tinh bột ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường được sử dụng để thủy phân tinh bột là - amylase, - amylase Khi thủy phân tinh bột acid và enzyme đều thủy phân liên kết - 1,4 – glycozide Phản ứng thủy phân làm giảm nhanh độ nhớt của tinh bột và tạo ra đường

* Sự thủy phân tinh bột bằng axit

Phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng

(C6H10O5)n + (n- 1) H2O n C6H12O6Phản ứng thủy phân trong dung dịch nước có tốc độ rất bé ngay cả khi ở nhiệt độ cao Tốc độ của phản ứng sẽ tăng nhanh khi thêm một lượng nhỏ ion hydro, tạo sản phẩm là glucose

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 20

Hình 2.12: Sơ đồ thủy phân tinh bột

* Sự thủy phân dưới xúc tác enzyme

Những emzyme thuỷ phân tinh bột gọi là amylase, hiện nay người ta biết rõ có 6 loại enzyme amylase trong đó:

Ba loại:  - amylase, - amylase và glucamylase cắt đứt lien kết 1-4 glucozit của tinh bột và của polysaccharic cùng loại

Ba loại: dextridase, 6 glucanhydrolase và dextrinase cắt đứt lien kết 1-6 glycozit trong polysaccharic và dextrin cuối

  - amylase

Hình 2.13: Enzyme  - amylase

(Nguồn: http://en.wikibooks.org/wiki/Brewing/Mashing)

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 21

Quá trình thuỷ phân của - amylase xảy ra theo nhiều giai đoạn, nhưng sản phẩm cuối cùng thuỷ phân amylase là 13% glucose và 87% maltose, còn thuỷ phân amylase pectin cũng tương tự nhưng vì - amylase không phân cắt được lien kết 1-

6 glucozit nên sản phẩm cuối cùng ngoài glucose, maltose còn có dextrin và izomailtose

Khả năng dextrin hoá của - amylase là tính chất đặc trưng của enzyme này vì vậy

 - amylase được gọi là enzyme dịch hoá trung tâm hoạt động chưa có nhóm –COOH và –NH2 - amylase từ vi khuẩn và động vật đều được hoạt hoá bởi các ion hoá trị I, còn - amylase từ thực vật thì được hoạt hoá bởi các ion hoá trị II

Hình 2.14: Sơ đồ tác dụng của của hệ enzyme amylase lên tinh bột

 - amylase

Hình 2.15: Enzyme - amylase

Là emzyme thuỷ phân liên kết -1,4 glucozit trong tinh bột, glycogen và các polysaccharic - amylase thuỷ phân 100% amylose và 87% amylopectin, phần còn lại là các pectin có chứa nhiều -1,6 glucozit được gọi là  dextrin cho màu tím với iot - amylase rất bến khi không có ion canxi trong phân tử, bởi kiềm hảm bởi ion đồng và ion magie, pH thích hợp 4,6 – 5,6, - amylase bị vô hoạt 60oC

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 22

 Glucoamylase ( - amylase)

Enzyme này có khả năng cắt dứt liên kết, -1,3 glycozide, -1,4 glycozide lẫn 1,6 glycozide Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột tạo glucose

-Trong suốt quá trình thuỷ phân có 3 hiện tượng xảy ra:

Hiện tượng dịch hoá: khi enzyme tác dụng lên hồ tinh bột thì hiện tượng đầu tiên là độ nhớt của dung dịch bị giảm và dung dịch bị loãng ra, sản phẩm của giai đoạn này là dextrin và một lượng nhỏ đường do - amylase gây nên

Hiện tượng dextrin hoá: là quá trình thuỷ phân bằng acid hay enzyme phân giải tinh bột thành dextrin mạch ngắn (không có màu với iod) Các enzyme này là

 - amylase và - amylase

Hiện tượng đường hoá: là quá trình phân ly tinh bột thành đường đơn giản như glucose và maltose Quá trình này có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp lên men

Enzyme này còn có nhiều tên gọi khác như  - amylase, amyloglucosidase, taka – amylase, maltulase,… là enzyme ngoại bào

Ngoài các liên kết  -1,4-glycozide và  -1,6-glycozide glucoamylase còn có khả năng thủy phân các liên kết  -1,2- glycozide và  -1,3- glycozide Đa số các glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH = 3,5 – 5,5, ở nhiệt độ 500C

2.3 SẤY VÀ CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH SẤY

Sấy là sự bốc hơi nước của sản phẩm bằng nhiệt ở nhiệt độ bất kì, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác qúa trình sấy được thực hiện là do có sự chênh lệch áp suất giữa áp suất hơi nước riêng phần trên bề mặt nguyên liệu và áp suất hơi nước trong không khí trong môi trường bên ngoài

Gọi p1: áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu

P2: áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí

Quá trình sấy sẽ xảy ra hay nước trong nguyên liệu sẽ bay hơi khi p1 > p2 và kết thúc quá trình sấy khi đạt trạng thái cân bằng

Quá trình bay hơi nước ra khỏi nguyên liệu trãi qua hai giai đoạn:

- Nước trên bề mặt nguyên liệu bay hơi, tạo nên chênh lệch về độ ẩm giữa bề mặt nguyên liệu và bên trong nguyên liệu

- Nước phía trong nguyên liệu khuếch tán ra bề mặt, rồi tiếp tục bay hơi

(Nguyễn Thị Bích Thủy và cộng sự, 2007)

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 23

2.3.1 Sơ lược về sấy rau quả

Một số tính chất của rau quả liên quan đến quá trình sấy:

Trong quá sấy, rau quả xảy ra mộ loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học và các biến đổi bất lợi khác làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Những biến đổi

cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp… Hàm lượng vitamin trong rau quả sấy thường thấp hơn trong rau quả tươi vì chúng bị phá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy

Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy,cũng như tạo điều kiện

để ẩm thoát ra khỏi rau quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm

Chần hấp nhằm tạo những biến đổi hóa lý thuận lợi cho quá trình sấy sau này Dưới tác dụng của hơi nước, các vi sinh vật bị tiêu diệt, các hệ thống enzym mất hoạt tính, hạn chế tối đa khả năng biến màu trong khi sấy của rau quả Những sản phẩm nhiều tinh bột khi chần sẽ làm hồ hóa tinh bột, phá vỡ cân bằng bên trong tế bào dẫn đến sự thay đổi cấu trúc hệ thống có lợi cho quá trình trao đổi nhiệt lúc sấy

2.3.2 Các giai đoạn của quá trình sấy

Nếu chế độ sấy tượng đối dịu, nghĩa là nhiệt độ và tốc độ chuyển động của không khí không lớn, đồng thới vật có độ ẩm tương đối cao, thì quá trình sấy sẽ xảy ra theo 3 giai đoạn: giai đoạn làm nóng vật liệu, giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

Giai đoạn làm nóng vật liệu

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật liệu vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ bằng nhiệt độ bầu ướt Trong quá trình này toàn bộ vật sấy được gia nhiệt Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm nhẹ do bóc hơi còn nhiệt độ của vật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu đến khi bằng nhiệt độ của nhiệt kế bầu ướt

Giai đoạn tốc độ sấy không đổi

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ bầu ướt, tiếp tục cung cấp nhiệt khi đó ẩm trong vật liệu sẽ bóc hơi, còn nhiệt độ trong vật giữ không đổi nên nhiệt độ cung cấp chỉ làm hòa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật trước rồi sau đó nước ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi

Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi nước tự do sẽ bay hơi hết, còn lại trong vật liệu là nước liên kết Năng lượng để bay hơi nước liên kết lớn hơn so với nước tự do

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 24

và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi, hay tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và giảm đi theo thời gian sấy (Hoàng Văn Chước, 2004)

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

2.3.3.1 Nhiệt độ sấy

Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình sấy càng có hiệu quả cao, nhưng không thể sử dụng nhiệt độ quá cao cho rau quả hay lương thực vì chúng là sản phẩm chịu nhiệt kém Nếu nhiệt độ trong sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60oC thì protein bị biến tính Nếu trên 90oC thì fructose bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polimer hóa các hợp chất cao phân tử…xảy ra mạnh và cao hơn nữa thì sản phẩm sấy có thể bị cháy Nếu nguyên liệu ít thành phần protein thì nhiệt độ sấy có thể len đến 80 – 90oC Nếu tiếp xúc nhiệt trong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến 150oC

Qúa trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ của vật liệu sấy Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh làm cho vận tốc bốc hơi bề mặt vật liệu lớn hơn vận tốc chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra thì bề mặt vật liệu sấy bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại nếu quá trình tăng nhiệt chậm thì cường độ thoát ẩm yếu Khi cấu tạo thiết bị và sắp xếp vật liệu sấy không phù hợp thì sức cản lưu thông không khí lớn, tạo ra khu vực chết và khu vực quá nhiệt Ở khu vực quá nhiệt thì sản phẩm khô cháy, còn ở khu vực chết thì sản phẩm không bốc hơi được, có khi còn ẩm them Trong quá trình lưu thông Tác nhân sấy giảm dần nhiệt độ và tăng

dần độ ẩm, khả năng sấy giảm dần (Quách Đĩnh và cộng sự, 2008)

2.3.3.2 Độ ẩm không khí

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của

nó xuống và cách tăng nhiệt độ trong quá trình sấy là biện pháp để làm điều đó, hay bằng cách làm khô không khí, tốt nhất là bằng cả hai cách

Nếu độ ẩm của không khí thấp sẽ làm nguyên liệu sấy nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo Nhưng nếu độ

ẩm không khí quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của nguyên liệu nên độ ẩm tăng lên Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp sẽ tốn năng lượng Ngược lại, nếu không khí ra có độ ẩm quá cao sẽ đọng sương làm hư hỏng sản phẩm sấy Đối với rau quả, trong thiết bị kiểu buồng hay hầm độ ẩm tương đối của không khí là 10 – 30% và khi ra độ ẩm RH tăng lên 40 – 60% Còn ở thiết bị sấy phun, RH tương ứng là 5 – 10% và 20 – 40% Ở các thiết bị sấy thủ công, độ ẩm vào rất cao, do vậy phải tăng nhiệt độ lên cao cho RH thấp hơn

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 25

Khi nâng nhiệt độ cao lại ảnh hưởng chất lượng sản phẩm (Quách Đĩnh và cộng sự,

2008)

2.3.3.3 Lưu lượng của không khí

Trong thiết bị sấy, dòng không khí nóng có thể lưu thông hoặc song song cùng chiều hay ngược chiều với hướng chuyển động của vật liệu sấy, hoặc thẳng gốc hay lưu thông trên bề mặt sấy đứng yên

Trong quá trình sấy không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức Trong các

lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao, để khắc phục nhược điểm này người ta phải dung quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 – 4m/s trong các thiết bị sấy Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4m/s) sẽ gây

tổn thất nhiệt lượng (Quách Đĩnh và cộng sự, 2008)

2.3.3.4 Độ dày của lớp vật liệu sấy

Độ dày của lớp nguyên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sấy, nguyên liệu càng mỏng thì thời gian sấy càng nhanh và đồng đều, tuy nhiên nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng suất của máy sấy Ngược lại nếu lớp nguyên liệu dày thì giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến “đổ mồ hôi” do hơi ẩm đọng lại

Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí quyển) thì tốc độ sấy tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt và tỷ lệ nghịch với chiều dày nguyên liệu Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ sấy khô cho phù hợp, người

ta thường quan tâm đến thành phần quá học của nguyên liệu để quyết định: nước, lipit, protein, chất khoáng, vitamin, kết cấu tổ chức thịt quả chắc hay lỏng lẻo… 2.3.4 Các phương pháp sấy

Sấy có thể được chia ra làm hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo Sấy tự nhiên là dùng năng lượng của ánh sang mặt trời, không sử dụng thiết bị, còn sấy nhân tạo thì được thực hiện trong thiết bị sấy

Đựa vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia sấy nhân tạo ra thành các loại khác nhau: sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy thăng hoa, sấy điện trở…

2.3.4.1 Sấy tự nhiên

Sấy tự nhiên (phơi nắng) được tiến hành ở ngoài trời bằng bức xạ mặt trời, thời gian sấy tự nhiên rất dài vì không điều khiển được quá trình sấy, sản phẩm sau sấy có ẩm cao nhất là điều kiện ở khí hậu nhiệt đới

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 26

Sấy tự nhiên có nhiều nhược điểm, quá trình sấy phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, ngày đêm, độ ẩm tương đối của không khí, độ ẩm sau sấy cao, thời gian sấy lâu Tuy vậy, nó có ưu điểm là tiết kiệm chi phí và kỹ thuật đơn giản

2.3.4.2 Sấy nhân tạo

Quá trình sấy cần cung cấp năng lượng nghĩa là dùng tác nhân sấy như: không khí nóng, khói lò, hỗn hợp không khí nóng và khói lò…để làm khô vật liệu sấy Đây là quá trình phổ biến vì chủ động được trong mọi điều kiện thời tiết, sấy nhanh và tiện lợi hơn so với sấy tự nhiên

Quá trình sấy nhân tạo tiếp diễn theo 3 giai đoạn: đốt nóng nguyên liệu, sấy với tốc

độ không đổi, sấy với tốc độ sấy giảm dần

Hàm ẩm trong vật liệu sấy bao gồm: nước tự do và nước liên kết Khi sấy chỉ có nước tự do là mất đi

Tốc độ bay hơi của nước tự do được hiểu theo định luật bay hơi trên bề mặt tự do – tức là phụ thuộc vào áp suất hơi nước và áp suất hơi nước của không khí

Gọi:

Pvl: áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu

Ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí

Khi ở cùng điều kiện nhiệt độ:

Pvl < Ph thì vật liệu sấy hút thêm nước vào cho đến khi cân bằng

Pvl = Ph thì vật liệu sấy ở trạng thái cân bằng ẩm, độ ẩm của vật liệu sấy không thay đổi

Pvl > Ph thì nước trong vật liệu sấy sẽ bốc hơi cho đến khi đạt trạng thái cân bằng

Mỗi vật liệu chỉ có thể sấy đến độ ẩm cân bằng Trạng thái cân bằng ẩm phụ thuộc vào trạng thái của môi trường xung quanh như: nhiệt độ, độ ẩm tương đối… Do đó, nếu để vật liệu đã sấy khô ra ngoài không khí thì trong một thời gian ngắn vật liệu sấy sẽ hút ẩm trở lại để đạt được một cân bằng mới tương ứng với môi trường xung quanh

Quá trình bốc hơi ra khỏi vật liệu sấy cũng phải qua hai giai đoạn:

Nước trên bề mặt vật liệu bốc hơi, tạo nên sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt vật liệu và trong lòng vật liệu

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 27

Nước trong lòng vật liệu khuếch tán ra bề mặt vật liệu theo đúng quy luật khuếch tán rồi tiếp tục bay hơi

Hai giai đoạn này xảy ra đồng thời cùng một lúc, nhưng tùy theo từng thời gian cụ thể trong quá trình sấy mà một trong hai giai đoạn đó có tác dụng quyết định đến tốc độ sấy

Qúa trình sấy vật liệu ướt đến độ ẩm cân bằng gồm hai giai đoạn chính như sau:

Giai đoạn đẳng tốc: khi này vật liệu còn nhiều nước do đó tốc độ khuếch tán của nước từ bên trong vật liệu lớn hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu Vì thế, tốc độ sấy trong giai đoạn này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ bay hơi trên bề mặt vật liệu Lượng nước khuếch tán từ trong ra bề mặt vật liệu đủ và kịp thời để bốc hơi nên lượng ẩm bay hơi đều đặn và tốc độ sấy là hằng số Do đó, tốc độ sấy không phụ thuộc vào các yếu tố bên trong vật liệu như: chiều dày vật liệu, độ ẩm ban đầu của vật liệu… mà chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như: nhiệt độ, tốc độ, độ

ẩm của tác nhân sấy Nếu muốn tốc độ sấy tăng thì cần thay đổi các yếu tố bên ngoài

Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần: lúc này vật liệu sấy tương đối khô, lượng nước trong vật liệu còn ít nên tốc độ khuếch tán nước từ trong vật liệu ra bề mặt ngoài giảm xuống nhỏ hơn tốc độ bay hơi của nước từ bề mặt vật liệu ra môi trường xunh quanh Do đó tốc độ sấy trong giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của nước bên trong vật liệu Lượng ẩm khuếch tán giảm dần nên lượng

ẩm bay hơi cũng giảm Vậy tốc độ sấy không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài vật liệu mà phụ thuộc vào các yếu tố bên trong vật liệu Tốc độ sấy trong giai đoạn này khó thay đổi theo ý muốn của ta vì các yếu tố bên trong vật liệu khó thay đổi, nên thời gian sấy rất dài Do vật liệu sấy tương đối khô nên nhiệt độ của vật liệu tăng dần lên xấp xỉ bằng nhiệt độ tác nhân sấy

Vì thế đến giai đoạn này ta phải giữ nhiệt độ tác nhân sấy nhỏ hơn hoặc bằng nhiệt

độ cho phép của vật liệu sấy

2.3.5 Những biến đồi trong quá trình sấy

Ngành CNTP – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng 28

2.3.5.2 Biến đổi hóa lý

Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ ngoài vào trong nguyên liệu do giãn nở vì nhiệt Đây là sự di dời ẩm gây nên do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần khác nhau của nguyên liệu sấy

Khi có hiện tượng bay hơi nước ở bề mặt, ẩm chuyển từ bề mặt nguyên liệu đến tác nhân sấy, lượng ẩm chuyển dời ấy được bù vào lượng ẩm bên trong nguyên liệu ra đến bề mặt, nếu không thì bề mặt nóng quá và sẽ phủ bằng lớp vỏ cứng ngăn cản quá trình thoát ẩm, dẫn đến sấy không đồng đều và nguyên liệu bị nứt

Việc bay hơi từ bề mặt tạo ra sự chênh lệch ẩm giữa lớp bề mặt và các lớp bên trong nguyên liệu, kết quả làm ẩm chuyển từ các lớp bên trong ra đến bề mặt

Quá trình chuyển ẩm từ bên trong sản phẩm sấy thực hiện nhờ lực khuếch tán thẩm thấu, lực mao quản… gọi là độ dẫn ẩm Nhờ có độ dẫn ẩm, ẩm chuyển theo hướng

từ trung tâm ra bề mặt vật liệu

Ngoài ra sự khuếch tán ẩm trong quá trình sấy còn có hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước và có ảnh hưởng của hệ keo trong quá trình sấy

2.3.5.3 Biến đổi hóa học

Dưới tác dụng của nhiệt độ xảy ra:

Phản ứng caramel hoá: dưới tác dụng của nhiệt độ sấy, đường saccharose bị mất nước tạo thành chất màu caramel

Phản ứng maillard: là phản ứng giữa đường khử hoặc sản phẩm có sự phân huỷ đường bởi nhiệt độ và các chất chứa nhóm amin

Tuy nhiên, trong quá trình sấy do môi trường nước bị giảm dần nên tốc độ phản ứng hoá học của một số phản ứng thuỷ phân chậm đi

2.3.5.4 Biến đổi sinh hóa

Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ vật liệu tăng chậm tạo sự hoạt động mạnh

mẽ của các hệ enzyme nhất là enzyme oxi hoá khử gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu Giai đoạn sấy, hoạt động của enzyme giảm đi do nhiệt độ sấy lớn hơn nhiệt độ hoạt động của enzyme và lượng nước giảm

Giai đoạn sau khi sấy, một số enzyme nhất là enzyme oxi hoá khử không hoàn toàn

bị đình chỉ, còn hoạt động yếu trong thời gian bảo quản và đến một giai đoạn nào đó

có thề phục hồi khả năng hoạt động