CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT ĐỐNG HẠT

Giống cho năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn: ngày nay khi diện tích canhtác ngày càng bị thu nhỏ trong khi dân số ngày càng tăng thì tăng năng suất câytrồng và số vụ gieo trồng t

CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT ĐỐNG HẠT3.1 CÁC QUÁ TRÌNH HẠT TRẢI QUA TRƯỚC KHI BẢO QUẢN:

Để có được các sản phẩm từ hạt có chất lượng tốt đến tay người sản xuất ngườitiêu dùng, chúng ta phải đầu tư từ khâu giống, trồng trọt đến gặt hái, bảo quản, chếbiến Trong phần này, chúng ta tập trung xem xét đến các quá trình hạt trải qua từkhi thu hoạch đến vào kho bảo quản Hạt trước khi đưa vào bảo quản lâu dài trongkho phải trải qua cả một quá trình dài trên đồng như quá trình gặt hái, tuốt hạt, bảoquản tạm trên đồng, làm sạch, sấy…Tất cả các quá trình này đều có ảnh hưởng đếnchất lượng của hạt bảo quản

3.1.1 Trồng trọt trên đồng

đi nhiều nước trong khu vực châu Phi, châu Á và châu Mỹ Latinh Đối với bắp thìthị hiếu người châu Á thích bắp nếp dẻo giàu amylopectin, trong khi người dânchâu Aâu và châu Mỹ lại ưa chuộng bắp đường có độ ngọt cao (9 – 31% dextrin vàđường) nhưng ít dẻo (chứa chỉ khoảng 10 – 40% tinh bột là amylopectin)

Giống phù hợp với thổ nhưỡng, thời tiết khí hậu nơi trồng trọt nhờ đó cây sẽ pháttriển tốt để cho ra hạt chắc, mẩy

Giống cho năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn: ngày nay khi diện tích canhtác ngày càng bị thu nhỏ trong khi dân số ngày càng tăng thì tăng năng suất câytrồng và số vụ gieo trồng trong năm sẽ giúp đảm bảo số lượng lương thực đủ cungcấp cho con người và gia súc

Giống có độ thuần khiết cao, càng ít lẫn hạt tạp thì hạt thu được sẽ đồng đều vềchất lượng và dễ dàng cho các quá trình bảo quản và chế biến sau này

Giống không nhiễm bệnh và có khả năng kháng bệnh tốt: Khi hạt nẩy mầm đồngđều và cây tránh được sâu bệnh thì khi thu hoạch lượng hạt non, lép, sâu bệnh sẽgiảm, thuận tiện hơn cho quá trình bảo quản

Ngày nay, đối với các nước có nền kinh tế phát triển, ngoài yêu cầu về ăn no,người dân còn quan tâm đến ăn ngon và vấn đề sức khoẻ Do đo các giống lúa đặcsản và các giống hạt lai hay biến đổi gen tạo ra hạt ngày càng thơm ngon, hàmlượng và chất lượng protein cao hơn hay giàu vitamin hơn… ngày càng đượoc quantâm Tuy nhiên các giống cải tiến này ngoại trừ bắp còn với các giống hạt khác thì

năng suất hạt còn khá thấp Do đó tuỳ thuộc mục đích trồng trọt mà sẽ lựa chọngiữa giống năng suất hạt cao hay giống có chất lượng hạt tốt.

b Gieo trồng và chăm bón

Oâng cha ta đã đúc kết bốn yếu tố ảnh hưởng tới năng suất cây trồng bằng câutục ngữ: “nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống” Quá trình gieo trồng vàchăm bón ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hạt sau này Thí dụ đối với câylúa, chất lượng hạt lúa phụ thuộc vào điều kiện canh tác như:

 Mật độ cấy: cấy dày quá, lúa thiếu ánh sáng quang hợp, lượng chất dinh dưỡng

nhận từ đất ít hơn, làm giảm chất lượng lúa Nhưng nếu cấy thưa quá thì vừa lãngphí đất vừa làm đất nóng do lá cây không che phủ kín mặt đất, nhiều ánh nắngchiếu trực tiếp lên đất

 Tưới tiêu: nước luôn là yếu tố hàng đầu ảnh hưởng tới thành phần hoá học của hạt

lúa Trong giai đoạn lúa trổ bông, nếu thiếu nước (nhất là với lúa nước) thì chấtlượng và sản lượng lúa bị giảm rõ rệt Nhưng nếu tưới quá nhiều nước hay bị ngậpúng thì hàm lượng protein trong lúa giảm rõ rệt

 Nhiệt độ và độ ẩm: Trong thời gian lúa trổ bông, nếu nhiệt độ trên dưới 30OC, độẩm 70 – 80%, lúa sẽ ra hoa, thụ phấn tốt nhất Nếu nhiệt độ trên dưới 35OC, độ ẩm65%, có gió cấp 3 đến cấp 5 lúa bị lép 20 – 30%, còn nếu ẩm cò 60% thì lúa cóthể lép đến 40% Khi hoa đã thụ phấn, trong quá trình chín của hạt, nhiệt độ và độẩm ảnh hưởng tới hoạt động của các enzyme đặc hiệu xúc tác quá trình tổng hợpglucid, protid nên có ảnh hưởng tới thành phần hoá học của hạt

 Chất lượng của đất hay phân bón: Đối với loại đất màu mỡ hay bón đủ lượng phân

đạm, phân hữa cơ, phân vi lượng (Co, Cu, Mo…) hàm lượng protid trong hạt lúa sẽtăng, tỷ lệ hạt trắng đục giảm

 Trừ cỏ dại và diệt sâu bệnh: Cỏ dại khi phát triển cạnh tranh dinh dưỡng với cây

lúa, làm hạt lúa kém chất lượng Hạt cỏ dại khi thu hoạch lẫn vào đống hạt sẽ gâykhó khăn cho quá trình bảo quản Sâu bệnh sẽ ảnh hưởng rất lớn tới năng suất,làm cây lúa chết, cây không ra hoa, kết hạt, hạt không hoàn thiện, hạt mang sẵnmầm bệnh…

3.1.2 Thu hoạch

a Thời điểm thu hoạch

Thời điểm thu hoạch ngũ cốc cũng sẽ ảnh hưởng nhiều tới chất lượng hạt HạÏthoà thảo trải qua 3 giai đoạn chín: chín sữa, chín sáp và chín hoàn toàn

Giai đoạn chín sữa: là quá trình hình thành hạt ngay sau khi thụ phấn, giai đoạn

này tích lũy khoảng 30 – 35% chất khô của hạt Nội nhũ hạt lúc này là một dạnglỏng trắng đục như sữa, nếm có vị ngọt Trong hat chủ yếu đang diễn ra quá trìnhtổng hợp các monomer đơn giản thành các polymer sinh học mạch ngắn Nếu hạtthuộc loại có vỏ thì vỏ hạt còn chứa diệp lục tố nên có màu xanh non

Giai đoạn chín sáp: là quá trình đẫy hạt ngay sau khí chín sữa Giai đoạn này tích

lũy khoảng 60 – 70% chất khô của hạt Lúc này nội nhũ hạt dạng mềm như sáp,vỏ hạt bắt đầu xuất hiện màu vàng nhạt

Giai đoạn chín hoàn toàn: Trong giai đoạn này, chất khô trong hạt không tăng nữa,

hạt bắt đầu mất nước và khô dần, nội nhũ do đó sẽ cứng lại, màu vỏ hạt trở thànhmàu vàng sẫm

Quá trình chín của hạt là quá trình tích tụ các chất dinh dưỡng Các chất dinhdưỡng dạng đơn giản do cây cung cấp cho hạt dưới tác dụng của các enzyme đặchiệu sẽ liên kết thành các polymer thiên nhiên Thí dụ các phân tử gulcose sẽthành dextrin, và nối dài thành các mạch amylose và amylopectin, các phân tửacid amin thì nối thành các peptid và thành protid của hạt lúa… Như vậy trong quátrình chín nội nhũ hạt chuyển từ dạng lỏng sang sáp và cứng dần lại Hạt lúa sẽ to,nặng dần lên, độ ẩm hạt giảm, các chất dinh dưỡng sẽ tích tụ liên tục cho đến khihạt chín hoàn toàn (bảng 3.1) Như vậy, thu hoạch đúng thời điểm khi hạt đã tíchtụ đủ chất dinh dưỡng sẽ thu được hạt có chất lượng cao va øhạn chế các quá trìnhsinh hoá xảy ra trong hạt khi bảo quản (bảng 3.2) Nếu ta thu hoạch quá trễ thì hạtcó khả năng mọc mầm ngay trên ruộng làm tổn thất về khối lựơng

Giai đoạn chín Độ ẩm

hạt (%)

Hàm lượngchất khô(%)

Tinh bột(% chấtkhô)

Glucid hoàtan(% chất khô)

Khối lượngchất khô của

Tỷ lệ hạt chín

hoàn toàn (%) Độ ẩm (%) 1000 hạt (g)Khối lượng Vỏ trấu (%) Hạt lép (%)

b Phương thức thu hoạch

Phương thức thu hoạch cũng rất quan trọng Nếu chúng ta thu hoạch thủ công thì hạtlương thực ít bị các tổn thất về mặt cơ học như gãy, nứt, xây xát… nhưng thời gian thu

hoạch kéo dài, tốn sức lao động, thời gian bảo quản tạm thời trên đồng trước khi đưavào khâu chế biến tiếp sau kéo dài dẫn đến hư hỏng nhiều và thường không thuhoạch kịp thời Hiện nay, các máy thu hoạch đang ngày càng được ưa chuộng Cácmáy có ưu điểm là thu hoạch nhanh chóng, ít tốn nhân công, giảm thời gian bảo quảntạm trên đồng, ít tiếp xúc với đất nên ít nhiễm vi sinh vật hơn Tuy nhiên, hạt cũng dễxây xát, nứt, gãy, đôi khi vỡ nát làm giảm khối lượng và tăng hoạt động sinh lý hạt.Sau khi gặt, tuỳ loại hạt và tập quán của từng địa phương mà hạt có thể được táchngay khỏi thân hay được để nguyên trên thân một thời gian trước khi tách Thí dụ đốivới hạt bắp, ngay sau thu hoạch nếu chúng ta tách hat ngay khỏi bắp cả năng lực nảymầm, hàm lượng glucid hoà tan và tinh bột đều thấp hơn trường hợp hạt giữ nguyêntrên bắp, phơi khô 1 thời gian rồi mới tách hạt (bảng3.3)

Cách bảo quản mầm ở 25Năng lực nảyOC (%) Glucid hoà tan(g/100 g hạt) Hàm lượng tinhbột (%)Hạt chín hoàn toàn, tách

khỏi bắp ngay sau khi thu

Hạt chín hoàn toàn, không

tách khỏi bắp và thân cây

ngay sau khi thu hoạch 28

ngày

3.1.3. Chế biến và vận chuyển:

Hạt sau khi thu hoạch độ ẩm còn rất cao (17 – 35%) nên các enzyme trong hạt vẫnhoạt động mạnh, các phản ứng sinh hoá vẫn còn tiếp diễn, các chất dinh dưỡng nhưtinh bột, protid và lipid…vẫn tiếp tục được tổng hợp trong hạt Trong quá trình thuhoạch còn lẫn rất nhiều tạp chất và vi sinh vật, khi độ ẩm cao, các vi sinh vật nàyhoạt động mạnh làm chất lượng khối hạt giảm nhanh chóng Vì vậy, sau khi thu hái,hạt cần được làm sạch, sấy khô trước khi cất vào kho bảo quản

Quá trình vận chuyển hạt từ vùng này sang vùng khác cũng ảnh hưởng tới chấtlượng hạt Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, độ ẩm không khí và các loại sâu bệnhgiữa các địa phương khác nhau, các mùi thải ra do khói xe,… đều làm giảm chất lượngcủa hạt

3.2 THÀNH PHẦN ĐỐNG HẠT

Trong bảo quản và chế biến, hạt được tập trung thành khối Chúng ta không chỉquan tâm tới thành phần và tính chất của riêng từng hạt lương thực mà cả các thànhphần khác có trong khối hạt Khối hạt khi nhập kho gồm những thành phần sau:

3.2.1. Hạt cần bảo quản

Các hạt chúng ta muốn bảo quản trong một đống hạt có tính chất không hoàn toàngiống nhau Chúng có thể khác nhau về kích cỡ, độ mẩy, độ ẩm, thành phần hóa học,tình trạng sống… do nhiều nguyên nhân khác nhau Các nguyên nhân chính có thể kểđến bao gồm:

 Các nguyên nhân từ nguyên liệu:

– Giống ban đầu không thuần khiết, dẫn đến hạt có tính chất khác lạ

– Do trong tự nhiên, cây ra hoa, kết hạt không đồng đều Thí dụ trên cùng mộtbông lúa, các hạt đầu bông thường ít mẩy hơn các hạt ở cuống bông; trong cùngmột bắp ngô hay một quả đậu, các hạt ở cuống và giữa bao giờ cũng to, và cóđộ ẩm thấp hơn các hạt ở đầu …

 Các nguyên nhân do quá trình chế biến:

– Khi thu hoạch: gặt, đập, tách hạt, sàng… do va cham cơ học, hạt có thể bị gãy,nứt

– Khi bảo quản tạm trên đồng, do độ ẩm hạt cao, các enzyme và vi sinh vật hoạtđộng mạnh làm biến đổi thành phần hoá học của hạt

– Khi sấy, dưới tác dụng nhiệt hạt có thể bị rạn nứt

3.2.2. Các tạp chất vô cơ

Các tạp chất vô cơ thường gặp nhất là đất, cát, sỏi lẫn vào trong khối hạt khi đập,tuốt, tách hạt, phơi thủ công trên nền đất Ngoài ra còn có các mảnh kim loại lẫn vàokhối hạt Các tạp chất vô cơ thường cứng ảnh hưởng tới độ bền các thiết bị chế biếnsau này Ngoài ra đất, cát còn là chất mang của một số loại vi sinh vật

3.2.3. Các tạp chất hữu cơ

Các tạp chất hữu cơ có thể kể đến rơm, rạ, cọng cỏ, hạt cỏ dại, vỏ hạt… Các tạpchất hữu cơ có đặc tính hút ẩm tốt, có thể trở thành môi trường sống thích hợp cho visinh vật.Ngoài ra, hoạt động sinh lý của các hạt dại cũng ảnh hưởng tới các tính chấtvật lý như nhiệt độ, độ ẩm của đống hạt

3.2.4. Vi sinh vật và côn trùng

Vi vật vật và côn trùng luôn luôn tồn tại trong đống hạt với số lượng khác nhau tuỳthuộc vào quá trình thu hoạch và điều kiện bảo quản Trong điều kiện thuận lợi visinh vật và côn trùng phát triển nhanh, gây tác hại rất lớn, có thể làm hư hỏng hoàntoàn khối hạt

3.2.5. Khí giữa các hạt

Thành phần của không khí giữa đống hạt khác với không khí bên ngoài Khi hạtsống và hô hấp, chúng tiêu thụ bớt lượng oxy tự do và thải vào trong khí một số chấtkhác như hơi nước, khí carbonic, ethanol…Chính thành phần không khí mới này sẽ ảnhhưởng ngược trở lại tới các hoạt động sinh lý của mọi sinh vật sống trong đống hạt

3.3 Tính chất vật lý

Các tính chất vật lý có ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển, bảo quản, gia côngchế biến hạt Tính chất vật lý phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Tính chất vật lý củacùng một giống hạt thay đổi rất nhiều do đặc tính thực vật, thành phần lô hạt hay sảnphẩm chế biến cũng như tính không đồng nhất của hạt cần bảo quản Thành phần lôhạt và sản phẩm lại không cố định mà thay đổi trong khi vận chuyển, bảo quản, cảtrong quá trình chế biến, do đó tính chất vật lí cũng thay đổi theo.

Mỗi tính chất vật lý đều có mặt tính cực, mặt tiêu cực hay những ứng dụng nhấtđịnh vì vậy cần phải nghiên cứu để lợi dụng mặt tích cực , khắc phục mặt tiêu cực.Như vậy sẽ giảm được tổn thất và hạ giá trong bảo quản và chế biến

3.3.1. Hình dáng, kích thước, khối lượng, khối lượng riêng, độ chặt và độ rỗng của đống hạt

Trong công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, các thông số về hình dạng và kíchthước hạt, khối lượng và khối lượng riêng, cho ta biết được các đặc tính thực vật nhưloại, giống, họ hạt, độ mẩy của hạt… Cùng một giống, hạt càng lớn thì tỷ lệ nội nhũcàng cao, sản phẩm thu được khi chế biến càng nhiều Các thông số hình dạng, khốilượng cũng là chỉ số cơ-lí cần thiết khi phân loại, làm sạch và chế biến hạt Đặc biệttrong gia công nước nhiệt cần lưu ý đến chỉ số này vì nó ảnh hưởng tới quá trìnhtruyền nhiệt và chuyển ẩm

a Hình dạng và kích thước hạt

Hình 3.1: Ba kích thước cơ bản của hạt

Trong các quy trình bảo quản và chế biến, cần xác định kích thước và hìnhdáng hạt để ứng dụng trong các quá trình phân loại hạt, hoặc các quá trình xayxát Hình dạng và kích thước hạt cũng ảnh hưởng tới các thông số vật lý khác củahạt như: độ rời, độ chặt, tính tự phân loại của đống hạt…Kích thước cũng sẽ ảnhhưởng tới các quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong đống hạt Các kích thướccủa hạt cần được quan tâm bao gồm: chiều dài (l), chiều rộng (a), chiều dày (b) Các hạt lương thực thường có hình dạng phức tạp, trong công nghệ, để dễ tínhtoán, hình dạng hạt được đặc trưng bởi hệ số dạng cầu (ψ) và được xác định theocông thức

c F

F

=ψ

 FC: Bề mặt tương đương theo thể tích hình cầu và tính theo công thức: F c =4πr v2

Đối với dạng hạt dài như lúa, lúa mì, đại mạch k = 0,52

Đối với bắp k = 0,55

Đối với cao lương,đậu nành, và đậu Hà lan k = 0,56

 FH: Bề mặt ngoài của hạt, mm2

Đối với các hạt dài như lúa, lúa mì, đại mạch FH được tính theo công thức

9

π

Đặc trưng hình học của một số hạt lương thực được trình bày trong bảng 3.4

tích v

mm3

Bề mặtngoài

FH, mm2

Hệ sốdạngcầu ψ

mm F

v H

,Chiều

dài l

Chiềurộng a

Chiều dày b

đồng nhất về kích thước nhằm tăng hiệu suất của thiết bị và giảm tổn thất nguyênliệu.

Mức độ đồng đều được xác định bằng cách sàng hạt Dựa vào tỷ lệ hạt trên 2 sàngliên tiếp, độ đồng đều phân ra ba loại :

Độ đồng đều cao : Tổng phần trăm hạt trên 2 sàng liên tiếp > 80%

Độ đồng đều trung bình: Tổng phần trăm hạt trên 2 sàng liên tiếp trong khoảng 70

- 80%

Độ đồng đều thấp : Tổng phần trăm hạt trên 2 sàng liên tiếp < 70%

b Khối lượng và khối lượng riêng :

Khối lượng của hạt thường được biểu diễn bằng giá trị khối lượng 1000 hạt Khốilượng 1000 hạt thể hiện độ lớn, độ chắc và độ hoàn thiện của hạt Khối lượng 1000hạt càng cao thì hạt càng mẩy, và như vậy càng dễ dàng trong quá trình bảo quản vàchế biến

Khối lượng riêng là khối lượng của hạt trong một đơn vị thể tích, thường được tínhbằng đơn vị kg/m3) Khối lượng riêng được chia thành khối lượng riêng hạt và khốilượng riêng khối hạt:

Khối lượng riêng hạt (kernel density):

hat

hat V

m

=

*γ

Khối lượng riêng hạt đánh giá chất lượng hạt, hạt có khối lượng riêng càng lớncàng to, chắc, mẩy, tỷ lệ nội nhũ lớn Tuy nhiên trong thực tế, hạt không tồn tạiriêng mà thành từng khối hạt nên trong kỹ thuật, người ta dựa vào khối lượngriêng khối hạt để thiết kế kho chứa, thiết bị vận chuyển, các máy chế biến…Vìvậy, khi nói đến khối lượng riêng, thường hiểu rằng khối lượng riêng khối hạt

Khối lượng 1000 hạt và khối lượng riêng của một số loại hạt được trình bày trongbảng 3.5

lượng

1000 hạt(g)

Khối lượngriêng )kg/m3(

Loại hạt Khối lượng

1000 hạt (g)

Khối lượngriêng (kg/m3)

Giống

lúa

Cũng như hình dạng, khối lượng và khối lượng riêng thay đổi nhiều phụ thuộc vàogiống hạt, vào điều kiện gieo trồng chăm bón và thời điểm thu hoạch Ngoài ra khốilượng riêng đống hạt phụ thuộc vào :

 Hệ số dạng cầu

 Trạng thái bề mặt phần tử

 Độ ẩm

 Độ lớn, độ chắc …

 Độ lẫn tạp chất

Các công thức xác định khối lượng riêng biểu kiến dựa vào độ ẩm hạt được trìnhbày trong bảng 3.6

c Độ chặt và độ rỗng (Porosity) của khối hạt:

Do khối hạt là tập hợp các hạt rắn có hình dạng phức tạp nên giữa các hạt cókhoảng trống chứa không khí Tỷ lệ giữa thể tích khoảng trống và thể tích toàn khốihạt gọi là độ rỗng (S), còn tỷ lệ giữa thể tích hạt và thể tích toàn khối hạt gọi là độchặt (t)

%100

Đôi khi, người ta còn sử dụng khái niệm thê tích riêng khối hạt

Thể tích riêng khối hạt 1 ( 3/tan)

m

V v

khoihat

khoihat

=

=γVhạt: thể tích và khối lượng thật của hạt

Vkhoihat, mkhoihat: thể tích và khối lượng của khối hạt

Thường có thể đo thể tích riêng của hạt

Trong quá trình bảo quản, nếu độ rỗng càng lớn thì lượng không khí trong khối hạtcàng lớn Độ rỗng lớn sẽ ảnh hưởng đến:

 Lưu thông không khí trong đống hạt:

Độ rỗng lớn, chuyển dịch không khí càng dễ dàng, làm tăng quá trình đối lưu nhiệtvà chuyển dịch ẩm Hiện tượng này giúp cho việc thông thoáng gió để giảm nhiệtđộ và độ ẩm hay khuếch tán các hoá chất trong khối hạt trở nên dễ dàng Khikhông khí lưu chuyển tốt, ta có thể điều chỉnh khí quyển bên trong khối hạt theomục đích bảo quản: giảm lượng oxy, tăng khí carbonic để bảo quản kín; hay thôngkhí oxy giảm khí carbonic giúp hạt hô hấp bình thường trong bảo quản hạt giống Tuy nhiên, nếu không lưu tâm trong quá trình bảo quản thì nhiệt độ hay độ ẩm củamột vùng cao, do không khí dễ lưu thông sẽ nhanh chóng làm tăng nhiệt, ẩm ảnhhương tới chất lượng khối hạt

 Giảm hệ số truyền nhiệt: Khi trong khối hạt chứanhiều không khí do hệ số truyềnnhiệt của không khí thấp hơn nhiều so với chất khô hạt do đó hệ số truyền nhiệtchung của đống hạt cũng sẽ giảm

Độ chặt và độ rỗng phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Nguyên liệu:

Hình dạng và kích thước hạt và khối lượng riêng khối hạt: Hạt càng lớn và hìnhdạng càng gần hình cầu thì độ rỗng sẽ càng thấp Khối lượng riêng đống hạtcàng lớn thì độ rỗng càng nhỏ

Trạng thái bề mặt hạt: Vỏ hạt càng xù xì, độ râu càng lớn thì độ rỗng càngtăng

Lượng và loại tạp chất: Tạp chất to và nhẹ làm tăng độ rỗng, còn tạp chất nhỏvà nặng như khoáng, đất cát… làm giảm độ rỗng của đống hạt

 Quá trình bảo quản:

Độ ẩm khối hạt: Độ ẩm hạt càng cao thì sự bám dính càng tăng và độ rỗng sẽcàng giảm

Hình dạng kích thước kho

Chiều cao đống hạt: Đống hạt càng cao, dưới tác dụng của trong lực, vùng phíađáy đống hạt sẽ bị nén làm giảm độ rỗng, vì vậy không nên đổ hạt quá caoCách đổ hạt vào kho: do hạt có tính tự phân loại nên khi đổ hạt vào kho vùngnhiều hạt mẩy có độ rỗng cao và ngược lại, tại các vùng hạt lép, tạp chất nhiềuthì độ rỗng càng giảm Khi đổ hạt thủ công thì lực đổ càng mạnh hay khi bịdẫm đạp, độ rỗng sẽ giảm

Thời gian bảo quản: Thời gian bảo quản càng dài thì tác dụng của trọng lựccàng tăng và độ rỗng sẽ càng giảm

Như vậy, độ rỗng và độ chặt là các thông số biến đổi và cần phải được xác định trongquá trình bảo quản Muốn làm tăng độ rỗng trong quá trình bảo quản, cần đảo hạt haychuyển kho, thông gió…

Bảng 3.7: Độ rỗng của một số loại hạtLoại hạt Độ rỗng (%)

Khối lượngriêng khối hạt(kg/m3)

Khối lượngriêng của hạt

 Khi ta để hạt lên mặt phẳng ngang, nâng dần một đầu của mặt phẳng cho đến khihạt bắt đầu trượt Góc tạo thành giữa mặt phẳng và mặt phẳng hạt bắt đầu trượtgọi là góc trượt β Góc trượt β phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa hạt và bề mặttrượt Nếu đổ cả khối hạt trên bề mặt trượt thì góc trượt β còn phụ thuộc cả vào hệsố ma sát giữa hạt với hạt tức phụ thuộc vào góc nghiêng tự nhiên α

Hình 3.2: góc nghiêng tự nhiên α và góc trượt β của hạtGóc nghiêng tự nhiên α và góc trượt β càng nhỏ thì độ rời càng lớn, khả năng dịchchuyển của hạt càng cao

a Aûnh hưởng của độ rời khối hạt đến bảo quản và công nghệ:

 Hạt có độ rời càng cao thì càng dễ dàng trong di chuyển Dựa vào khả năng tựchảy của hạt, các nhà máy lương thực thường xây dựng theo chiều cao, nhờ gàutải nâng lên rồi theo ống trượt xuống các thiết bị phía dưới

βα

 Trong kỹ thuật, độ rời có ảnh hưởng lên lực lực ép của khối hạt lên tường khohay lên thành các thiết bị vận chuyển Độ rời càng lớn thì thành kho và thànhthiết bị càng phải bền vững

 Độ rời cũng ảnh hưởng đến khả năng chứa đầy của kho, độ rời càng cao càngtận dụng được dung tích kho

b Các yếu tố ảnh hưởng đến độ rời của hạt:

Độ rời của hạt chính là do ma sát giữa hạt với hạt và hạt với bề mặt trượt, vì vậy,các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ma sát cũng sẽ ảnh hưởng đến độ rời hạt Các yếutố bao gồm

Vật liệu và trạng thái bề mặt trượt

 Công nghệ:

Độ ẩm hạt:

Thời gian bảo quản

Bảng 3.8: các yếu tố ảnh hưởng đến độ rời của khối hạt

hạt Lúa mì W = 13% 34

3.3.3. Tính tự phân loại của đống hạt:

Khối hạt là tập hợp các hạt có hình dạng, kích thước, tỷ trọng… không đồng nhấtnhư hạt mẩy, hạt lép, hạt non, bông cỏ, tạp chất… Khi di chuyển, tác dụng của cáclực như trọng lực, masát, quán tính… lên hạt khác nhau nên các hạt sẽ có vận tốcchuyển động khác nhau dẫn đến trong đống hạt chia ra thành các phần hay các lớp cóchất lượng khác nhau Hiện tượng này gọi là tính tự phân loại của khối hạt

Hiện tượng tự phân loại của đống hạt trong quá trình nhập liệu làm cho trong khoxuất hiện các vùng có chất lượng hạt khác nhau Vùng chính giữa kho tập trung chủyếu các hạt mẩy chắc, ít tạp chất nên dễ bảo quản Ngược lại các vùng gần rìa kho lạitập trung các hạt lép, các tạp chất nhe, các vi sinh vật… dẫn đến là tăng các quá trìnhsinh lý cục bộ và có thể lan rộng toàn khối nếu không được xử lý kịp thời, làm giảmchất lựơng hạt khi bảo quản

Khu vực Khối lượng

riêng (g/l)

% cỏ dại % hạt lép % hạt

gãy

% bụi,tạp chất

chứa bằng (đổ hạt rơi tự do) (Trisvyatskii 1969)Vùng Khối lượng

riêng(kg/m3)

% hạt dại % bụi và tạp

chất % hạt gãy % Hạt lép

Trong chế biến hạt, tính tự phân loại thường có lợi để tách riêng các tạp chất vàcác hạt gãy vỡ, giúp việc phân loại hạt trở nên dễ dàng.

3.3.4.Khả năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt của khối hạt:

a Các thông số đặc trưng cho khả năng dẫn truyền nhiệt của hạt

 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của

một đơn vị khối lượng vật liệu lên 10C Nhiệt dung riêng của hạt phụ thuộc vào độẩm của hạt được tính theo công thức:

100100

K kg Kcal W C C C W C W C

K w

=Với CK: Nhiệt dung riêng của hạt khô

CW: Nhiệt dung riêng của nước

W : Độ ẩm của hạt (%)

 Hệ số dẫn nhiệt: Là vận tốc dòng năng lượng nhiệt truyền qua vật liệu, là nhiệt

lượng truyền qua một đơn vị bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian khigradient nhiệt độ bằng 10K Hệ số dẫn nhiệt λ chủ yếu phụ thuộc vào bản chất,cấu trúc, độ ẩm của hạt, và độ rỗng, nhiệt độ đống hạt Đối với hạt trong giới hạnẩm 10 – 20%, hệ số dẫn nhiệt có thể tính theo công thức của Egorov và Cupris:

Wt

00233,0070

,

=

Với W : Độ ẩm của hạt (%)

t : Nhiệt độ đống hạt (0K)

 Độ dẫn nhiệt: hay còn gọi là tính ỳ nhiệt, đặc trưng tốc độ thay đổi nhiệt độ của

vật thể Đối với hạt thì độ dẫn nhiệt đặc trưng cho tốc độ đốt nóng hay làm nguộihạt và xác định theo công thức: (m2 /h)

λ: Hệ số dẫn nhiệt của hạt (Kcal/kg0K)

γ : khối lượng riêng của hạt (kg/m3)Từ công thức trên ta nhận thấy không phải là vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao làcó độ dẫn nhiệt cao mà còn phụ thuộc vào nhiệt dung riêng và tỷ trọng của vật liệuđó Bảng cho thấy nước có hệ số dẫn nhiệt λ lớn hơn bông thuỷ tinh nhưng bôngthuỷ tinh xốp nhẹ hơn có độ dẫn nhiệt tốt hơn nước 18 lần

(Suryanarayana, Muir và Viravanicha1995)

b Khả năng truyền nhiệt của đống hạt:

Hạt có khả năng dẫn truyền nhiệt thấp Độ dẫn nhiệt của hạt trong khoảng11,9.10-8 m2/s thấp hơn gỗ, và cả vật liệu cách nhiệt như bông thuỷ tinh (a= 263.10-8

m2/s) rất thấp so với vật liệu dẫn nhiệt như đồng Đồi với đống hạt, khả năng truyềnnhiệt cũng thấp do hầu như mọi thành phần trong đống hạt như hạt cây chính, tạp chấthữu cơ, không khí đều có khả năng dẫn nhiệt kém Khi độ ẩm của hạt tăng lên thìkhả năng dẫn nhiệt tăng do hệ số dẫn nhiệt của nước lớn hơn của hạt

Tính chất dẫn nhiệt kém của hạt thấp có mặt lợi khi nhiệt độ môi trường nóng lên,khối hạt nóng lên chậm, ít phụ thuộc vào khí hậu Tuy nhiên nếu đống hạt có hiệntượng bốc nóng thì nhiệt tích tụ khó thoát dẫn đến mau chóng hư hỏng

3.3.5 Tr ở l ự c c ủ a đống hạt

Khi dịng khí ngang đống hạt trở lực của đống hạt sẽ làm giảm áp lực của dịng khí.Trong quá trình sấy hay quá trình thơng giĩ thơng thường của kho chưa hạt, quạt phải cĩcơng suất đủ lớn để thắng lại trở lực đống hạt này Hình trình bày trở lực của một sốcác loại hạt

Hình 3.3: Trở lực sấy của một số loại hạt lương thực phụ thuộc vào chiều cao đống

hạt và vận tốc dịng khíTrở lực sấy của một số loại hạt lương thực tỷ lệ thuận với chiều cao đống hạt và vận tốcdịng khí và cĩ thể tính theo cơng thức

∆P = 9,806 A.L.Vn (Pa)Trong đó : L - chiều dày lớp hạt (mm)

V – tốc độ dòng khí đi qua lớp hạt (m/s)

A và n – hệ số phụ thuộc tính chất vật lí của hạt và khối hạt

Trong đó ∆P : Trở lực đống hạt (Pa hay m nước)

L :Chiều dày lớp hạt (m)

Q : Lưu lượng dòng khí (m3/s.m2)

a và b: Hằng số phụ thụôc hình dạng hạt cho trong bảng

Bảng 3.13: Các hằng số a và b đối với một số loại hạt

Điều cần lưu ý là các thông số trên chỉ đúng đối với hạt sạch Độ ẩm hạt, lượng vàloại tạp chất cũng sẽ làm tăng trở lực đống hạt Vì thế, trước khi tiến hành quá trìnhsấy hay bảo quản, hạt cần được làm sạch

3.4 TÍNH CHẤT HOÁ LÝ

Tính chất hoá lý căn bản của hạt lương thực ảnh hưởng nhiều đến quá trình chếbiến và bảo quản đó là khả năng hấp thu và nhả hấp các chất khí, đặc biệt là hơinước Quá trình hấp thu này bao gồm hấp thụ hoá học, hấp thụ vật lý, hấp phụ vàngưng tụ mao quản Nguyên nhân xảy ra các hiện tượng hấp thu là do

 Hạt lương thực cấu tạo chủ yếu từ các hạt tinh bột, cellulose, và protein có cácnhóm hydoxyl háo nước, ngoài ra các nhóm chức khác như –SH, –SCH3… có khảnăng liên kết với các khí và hơi ẩm tạo hấp thụ hoá học và hấp thụ vật lý

 Trong hạt có nhiều mao quản có kích cỡ từ 10-7 – 10-3cm nên dễ dàng hấp phụ vàngưng tụ mao quản

 Khối hạt có độ rỗng giúp các chất khí và hơi dễ dàng xâm nhập sâu bên trong

Đối với hạt và các sản phẩm từ hạt, quá trình hấp thu và nhả hấp không phải làthuận nghịch Hạt dễ hấp thu nhưng khó nhả hấp nên các mùi lưu lại trong hạt khálâu

Hình 3.4: Đường hút ẩm và nhả ẩm đẳng nhiệt của hạt bắp

3.4.1. Hấp phụ khí:

Hạt có khả năng hấp phụ hầu hết các loại khí, nhất là các khí phân cực nhưamoniac, các acid hữu cơ… Quá trình giải hấp diễn ra chậm và không thuận nghịch.Chính điều này là cơ sở cho quá trình ướp hương cho hạt lương thực Nhược điểmcủa khả năng hấp thu mùi là hạt có thể hút cả các mùi không mong muốn Vì vậytrong quá trình sấy và chuyên chở bảo quản hạt, cần lưu ý tránh các chất có mùilạ như khói lò, hơi xăng, các khí diệt trùng…tiếp xúc trực tiếp với hạt

3.4.2. Hấp phụ và nhả ẩm:

a Giới thiệu:

(i) Độ ẩm hạt là tỷ lệ phần trăm nước có trong hạt theo phần khối lượngĐộ ẩm hạt tăng sẽ làm cho khối lượng chung của toàn khối hạt sẽtăng

Thông thường độ ẩm của hạt được tính bằng tỷ số giữa khối lượng nước trong đốnghạt với khối lượng đống hạt ướt (wet basis – wb) Đôi khi độ ẩm hạt được tínhbằng tỷ số giữa khối lượng nước trong đống hạt với khối lượng chất khô của đốnghạt (dry basis – db)

hat

O H uot m

m

W = 2 hay

at chấtkhôh

O H kh

m

m

Cũng cĩ thể tính theo đơn vị phần trăm ta cĩ

Wướt% =Wuot 100% và Wkhơ % = Wkho.100%

Mối tương quan giữa hai độ ẩm này cĩ thể tính theo cơng thức

( )





+

−

=

1

11

kho uot

W W

Mối tương quan này được biểu thị trên hình và trên bảng

Hình 3.5: Mối tương quan giữa độ ẩm của hạt tính trên căn bản hạt ướt (Whạt )và trên căn bản chất khơ hạt

căn bản chất khơ hạt (Wkho)

W W G G

hay ∆G =G kho(W d −W c)

Trong đó:

∆G: Sự thay đổi khối lượng của hạt, nghĩa là khối lượng nước tăng thêm hay giảm

đi (kg)

G, Gkho : Khối lượng ban đầu của hạt và tổng lượng chất khô của hạt(kg)

WC, WD: Độ ẩm cuối và độ ẩm ban đầu của hạt tính trên căn bản hạt ướt (% khốilượng)

Wc, Wd: Độ ẩm cuối và độ ẩm ban đầu của hạt tính trên căn bản hạt khô (% khốilượng)

Độ ẩm hạt thay đổi phụ thuộc vào độ ẩâm của môi trường xung quanh Độ ẩm củahạt sẽ ảnh hưởng tới nhiều tính chất của hạt Vì vậy, để thấy rõ hơn ảnh hưởng củaẩm, đôi khi người ta không xác định độ ẩm hay độ khô mà xác định hoạt tính củanước

(ii) Hoạt tính (hoạt độ) nước

Do sự các mối liên kết giữa các phân tử nước với các phân tử chất hòa tan nên khảnăng bay hơi nước của dung dịch nước hay nước liên kết kém hơn dung môi nướcnguyên chất Từ đó dẫn đến áp suất hơi của nước nguyên chất luôn lớn hơn ápsuất hơi của nước trên bề mặt dung dịch

Hoạt tính nước (aw) là tỉ số áp suất hơi nước bão hoà của dung dịch hay vật thể ẩm

so với áp suất hơi nước bão hoà của nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ

0

P

P

a w= (không thứ nguyên)

Ta gọi P0 : áp suất hơi bão hòa của dung môi nước nguyên chất

P : áp suất hơi riêng phần của nước trong dung dịch, vật thể ẩm

Trong thực tế P < P0 nên aw < 1

(iii) Độ ẩm không khí: Độ ẩm của không khí được tính theo 2 cách: độ ẩmtuyệt đối và độ ẩm tương đối

Độ ẩm tuyệt đối: Lượng nước thực chứa trong không khí (khối lượng nước trong một

đơn vị khối lượng không khí)

Độ ẩm tương tương đối: là phần trăm nước chứa trong không khí tại điều kiện đang

xét so với lượng nước có trong không khí bão hóa hơi nước tại cùng một nhiệt độ

Hình 3.6: Mối tương quan giữa nhiệt độ, lượng hơi nước thực tế và độ ẩm tương đối

của hạt(iv) Đường hấp phụ đẳng nhiệt của hạt

Độ ẩm của hạt và độ ẩm của môi trường có tương quan với nhau Tại một nhiệt độmôi trường (tkk) xác định, ứng với một độ ẩm tương đối của không khí (ϕkk), thì hạt sẽhút hay nhả ẩm để đạt đến được một độ ẩm xác định gọi là độ ẩm cân bằng

Gọi Ph và Pkk là áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt hạt và trong không khíthì nếu Ph < Pkk: hạt sẽ hút ẩm, Ph > Pkk: hạt sẽ nhả ẩm, Ph = Pkk: hạt đạt cân bằngđộng, lượng ẩm hút vào bằng lượng ẩm nhả ra

Hình 3.7: Mối tương quan giữa độ ẩm tương đối của khơng khí và hút nhả ẩm của hạt

Đường cong biểu diễn mối tương quan giữa độ ẩm tương đối của môi trường và độ ẩmcân bằng của hạt gọi là đường hút ẩm hay nhả ẩm đẳng nhiệt (hình ) Có 5 dạngkhác nhau của đường hấp thụ ẩm đẳng nhiệt tuỳ thuộc vào tính chất của nguyên liệu

Hình 3.8: Các dạng dường cân bằng ẩm của các dạng nguyên liệuNói chung, dạng của các đường hấp thu và nhả ẩm đẳng nhiệt chia thành 3 phần:

 Phần thứ nhất – độ ẩm hạt khoảng 10%: Trong khoảng này chủ yếu là hấp thụ

hoá học, các nhóm tích điện như hydroxyl (OH-),COO-, NH3+ của các polimer

Ph < Pkk

Ph = Pkk

Ph > Pkk

trong hạt liên kết hydro các phân tử nước tạo thành hấp thu thành lớp nước đơnphân tử Độ ẩm này gọi là ẩm liên kết Lớp nước này không có hay có rất ít khảnăng làm dung môi nên vi sinh vật không thể dùng lượng nước này để sinh sốngvà phát triển

 Phần thứ hai – độ ẩm hạt trong khoảng từ 10 – 17%: trong khoảng này các phân tử

nước sẽ liên kết với lớp nước đầu tiên, tạo thêm các lớp nước tiếp theo Các lớpnày liên kết với nhau qua trung gian các cầu nối hydrogen và các phản ứng lưỡngcực – lưỡng cực Các lớp nước này không liên kết chặt chẽ với hạt nhưng cũngkhông giống như nước lỏng bình thường do các mối liên kết làm thay đổi tính chấthóa lý của nước Thí dụ tỷ khối và tỷ nhiệt của nước liên kết, nước dạng lỏng vànước đá (00C) lần lượt là 1790; 1000; 917 kg/m3 và 2,93; 4,22; 2,11 kJ/(kg0K) Phầnnước này không đóng băng khi làm lạnh đông, chỉ đến khi làm lạnh sâu mới kếttinh Một phần nước không đóng băng đã có thể đóng vai trò như dung môi hay tácchất cho một số phản ứng hoá học nhưng rất thấp

 Phần thứ ba độ ẩm hạt trên 17%: các phân tử của các lớp nước này liên kết với hạt

khá lỏng lẻo và có tính chất vật lý gần như nước ở dạng giọt lỏng Lớp nước nàytạo thành chủ yếu do hiện tượng ngưng tụ mao quản trong các vi mao quản Nước

ở dạng này được xem là ẩm tự do Phần nước này có thể xem là dung môi cho cácenzyme của hạt và vi sinh vật sử dụng

Ranh giới giữa các trạng thái nước trong hạt không cố định chính xác mà phụthuộc một phần vào các phương pháp sấy hạt và cả phương pháp đo ẩm

Các đường hấp phụ đẳng nhiệt cũng cĩ thể được thay thế bởi các bảng mơ tả mốitương quan giữa độ ẩm tương đối của khơng khí và độ ẩm cân bằng của hạt

của hạt thĩc

b Aûnh hưởng của độ ẩm đến các quá trình bảo quản và chế biến hạt

Tính chất hoá lý quan trọng ảnh hưởng nhiều nhất tới quá trình bảo quản thực phẩmnói chung và của hạt lương thực nói riêng là tính chất hút nhả ẩm của nguyên liệu.Như đã trình bày trong phần trên hàm lượng nước ảnh hưởng tới các tính chất vật lýcủa đống hạt như khối lương riêng, độ chặt và độ rỗng, độ rời của đống hạt, khả năngtruyền nhịêt, ảnh hưởng tới các quá trình bảo quản, làm sạch và chế biến hạt Hàmlượng ẩm cao thì hoạt độ của nước trong hạt cũng sẽ cao Hoạt độ của nước trong hạtsẽ có ảnh hưởng tới hoạt động của hệ enzyme dẫn đến tăng hoạt động sinh lý của hạtvà của các vi sinh vật trong đống hạt Hoạt độ nước càng cao, hạt càng hô hấp mạnhnên tổn thất chất khô càng nhiều, đồng thời sinh nhiệt và sinh thêm nước thúc đẩyquá trình hô hấp càng mạnh Song song đó, nếu có vi sinh vật thì ở hoạt độ nước thíchhợp các vi sinh vật và côn trùng cũng sẽ phát triển, làm giảm chất lượng của đốnghạt Do đó kiểm soát độ ẩm của đống hạt là yêu cầu đầu tiên trong bảo quản hạtlương thực.

Hình 3.9: Ảnh hưởng của hoạt độ nước tới hư hỏng của hạt

c Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hút nhả ẩm của hạt

Độ ẩm cân bằng của hạt là một hàm số phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và độ ẩmcủa môi trường Ngoài ra cấu tạo, thành phần hoá học của hạt và đống hạt cũng sẽảnh hưởng đến khả năng hút ẩm của hạt

(i) Aûnh hưởng của thành phần và cấu tạo hạt: Hạt càng giàu tinh bột, và

protein, càng xốp thì khả năng hút ẩm càng tăng Ngược lại, hạt càng giàu chất béovà cứng, ít mao quản thì khả năng hút ẩm càng giảm Bảng cho ta thấy ở cùng mộtnhiệt độ các loại hạt lương thực như lúa, lúa mì, ngô có hàm lượng tinh bột gần bằngnhau nên đường hút ẩm đẳng nhiệt có hình dạng gần giống nhau Riêng của đậu nànhcó lượng chất béo cao hơn nên đường hút ẩm đẳng nhiệt nằm thấp hơn Hình chothấy ngay trong một hạt, các phần khác nhau cũng có khả năng hút ẩm khác nhau Thí

dụ đối với hạt bắp, phần tinh bột hút ẩm mạnh nhất, phần phôi hạt có hàm lượng chấtbéo cao nên khả năng hút ẩm giảm

không khí và các loại hạt khác nhau

Loại hạt Nhiệt độ (0C) Độ ẩm tương đối của không khí (%)

-Hình 3.10: Độ ẩm cân bằng của các phần khác nhau của hạt bắp

(ii) Aûnh hưởng của thành phần đống hạt: Trong một đống hạt có nhiều thành

phần khác nhau và khả năng hút ẩm của các phần trong đống hạt cũng khác nhau.Hạt càng to mẩy, chắc càng ít hút nước Ngược lại, hạt càng nhỏ, non, lép, hạt bị xâyxát hay cỏ dại thì càng hút nhiều ẩm Mặt khác, các hạt này lại có khuynh hướng hôhấp mạnh nên càng sinh nhiều nước, vì vậy hàm ẩm tại các vị trí nhiều các hạt này sẽcao hơn nơi chỉ có toàn hạt mẩy Ngoài ra các tạp chất như rơm, rạ cũng có khả năng

làm tăng hàm ẩm của đống hạt Sự có mặt của các loài vi sinh vật và côn trùng sẽlàm tăng hô hấp tức làm tăng lượng nước cục bộ.

(iii) Aûnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường xung quanh: Nhiệt độ có ảnh

hưởng lớn tới độ ẩm của môi trường xung quanh và độ ẩm cân bằng của hạt Khi nhiệtđộ môi trừơng tăng, với cùng một độ ẩm tương đối của không khí, hàm ẩm cân bằngcủa hạt giảm và ngược lại Theo Bakharev khi nhiệt độ giảm từ 300C xuống 00C thìhàm ẩm cân bằng của các loại hạt đều giảm khoảng 1,4%

Pieton và Uorbaton đã đưa ra phương trình biểu diễn mối tương quan giữa nhiệt độvà độ ẩm cân bằng của các loại hạt trong khoảng nhiệt độ từ 0 – 400C như sau:

k

b

Với T: nhiệt độ tuyệt đối (0K), ϕ: độ ẩm tương đối (%), b và k: hằng số

Trong một đống hạt, khi thời tiết thay đổi làm thay đổi nhiệt độ môi trường thìthường lớp ngoài cùng sẽ thay đổi nhiệt độ, dẫn tới sự dịch chuyển ẩm Thường chênhlệch khoảng 1-3 0C đã có thể dẫn đến dịch chuyển ẩm

Khi độ ẩm của không khí xung quanh thay đổi do bảo quản hay di chuyển từ vùngnày sang vùng khác, lớp hạt bên ngoài cũng sẽ thay đổi độ ẩm theo

Nhiệt độ càng tăng thì đường cong ĐNHP càng thấp vì hàm ẩm của nguyên liệu càngthấp

Hình 3.1: Mối tương quan giữa độ ẩm cân bằng của hạt và độ ẩm tương đối của môitrường tại một số nhiệt độ khác nhau (trong đó T1 < T2 < T3)

Từ các phân tích trên ta nhận thấy sự phân bố của ẩm trong khối hạt không đồngđều Đây chính là nguyên nhân làm cho đống hạt dễ bị hư hỏng cục bộ, sau đó sẽ lanrộng ra trong toàn khối hạt Cấu trúc kho hợp lý, xuất nhập hạt đúng quy định vàthường xuyên theo dõi, kiểm tra, thông thoàng cho kho chính là biện pháp khắc phụchiện tượng hư hỏng cục bộ do phân bố ẩm không đều

Ngược lại với quá trình hút ẩm là quá trình bốc hơi nước, nhả ẩm Như đã nêu ở trên,

ở hạt có hiện tượng trễ hấp phụ Do đó đường cong nhả ẩm đẳng nhiệt không trùngvới đường cong hút ẩm đẳng nhiệt Sự trễ hấp phụ chỉ xảy ra trong các vùng liên kếtyếu Nguyên nhân do nước ở các mao quản khó bay hơi hơn Các hạt khác nhau thì cóđường cong trễ hấp phụ khác nhau, do đường kính mao quản khác nhau

3.5 Biến đổi hố học trong quá trình bảo quản hạt.

Một trong các mục đích bảo quản hạt là hạn chế tối đa các biến đổi về hĩa học vìcác biến đổi này sẽ làm cho hạt bảo quản bị biến đổi cả về dinh dưỡng, cảm quan lẫn antồn thực phẩm Tuy nhiên khi bảo quản thơng thường, các biến đổi về hố học diễn rabên trong hạt với tốc độ rất chậm, rất khĩ kiểm sốt nhanh và liên tục như các biến đổi vềhố lý hay sinh học Chỉ khi nào khối hạt gặp điều kiện rất bất lợi, các biến đổi hố họcxảy ra nhanh để chúng ta nhận thấy được thì chất lượng đống hạt đã bị giảm nghiêmtrọng Các biến đổi về hố học của đống hạt khi bảo quản liên quan mật thiết tới hoạtđộng của enzyme trong hạt và sự phát triển của vi sinh vật trong đống hạt Vì vậy cácnguyên nhân làm cho enzyme và vi sinh vật phát triển tố cũng chính là các nguyên nhângây biến đổi về mặt hố học Do đĩ, thơng thường khi bảo quản người ta khơng kiểm sốtcác biến đổi về hố học mà chỉ thơng qua các thơng số biến đổi của hố lý và vi sinh vậtphát triển trong đống hạt để hạn chế các biến đổi về hố học của đống hạt

Các biến đổi hố học chủ yếu của gạo, bắp và lúa mì trong quá trình bảo quảnđược trình bày trong bảng Qua kết quả trong bảng ta nhận thấy các thay đổi về hố họcphụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và độ ẩm khi bảo quản Các biến đổi chung của hạt đềutheo hướng làm tăng độ chua của sản phẩm, giảm hàm lượng của tinh bột và protein vàlàm tăng hàm lượng đường hồ tan Lượng vitamin B1 cũng giảm

Bảng 3.17: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến thành phần hoá học của gạo, ngô và lúa mì

3.5.1 Các biến đổi của tinh bột trong quá trình bảo quản:

Trong thành phần của ngũ cốc thì glucid chiếm khoảng 55 – 80% Glucidtrong ngũ cốc chủ yếu tồn tại dưới dạng tinh bột, một ít ở dạng cellulose, pentosanvà đường Glucid có tính hút ẩm vì vậy trong quá trình bảo quản nếu không chốngẩm tốt thì các hạt ngũ cốc sẽ bị ẩm ướt, trương nở và biến chất Biến đổi chủ yếu củatinh bột là quá trình thủy phân thành các dextrin, maltodextrin , maltose và thậm chíthành glucose dưới tác động của hệ enzyme amylase Quá trình hô hấp của hạt cũnglà nguyên nhân chính dẫn tới sự hao hụt về tinh bột Nếu vi sinh vật phát triển, có

thể làm thuỷ phân hoặc lên men tinh bột Các loại nấm mốc như Aspergillus oryzae,

Aspergillus niger… có khả năng sinh ra enzym amylase ngoại bào làm thuỷ phân tinh

bột thành đường Ngoài ra, nấm men như các giống thuộc loài Saccharomyces nếu

phát triển trong đđống hạt sẽ gây lên men đường sinh ra các sản phẩm như rượu,aldehyde, ceton, acid hữu cơ… tạo ra mùi không tốt, làm giảm chất lượng hạt và cóthể gây độc trong quá trình bảo quản có hiện tượng nẩy mầm thì cũng ảnh hưởngrất lớn đến thành phần dinh dưỡng của hạt Đối với ngô sau 28 ngày nảy mầm thìhàm lượng các chất khô của hạt giảm xuống 12.2%, hàm lượng đường trong hạt tăngtừ 2.5% đến 8.6%

Quá trình thủy phân xảy ra nhanh khi độ ẩm bảo quản của hạt lớn hơn 15% Khinhiệt độ bảo quản tăng, hàm lượng đường khử trong thành phần hạt cũng tăng Mơitrường yếm khí cĩ tác dụng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, do đĩ giảm đượclượng nấm mốc cũng như các biến đổi của tinh bột dưới tác động của hệ amylase nấmmốc (bảng )

Độ ẩm hạt (%) Trước

bảoquản

3.5.2 Các biến đổi của protein trong quá trình bảo quản:

Trong quá trình bảo quản, lượng protein tổng trong hạt khơng thay đổi Nếu xét

về tỷ lệ phần trăm thì lượng protein tổng đơi khi cịn hơi tăng do hàm lượng tinh bột bịmất đi trong quá trình hơ hấp Tuy nhiên tỷ lệ giữa các nhĩm protein thay đổi do quátrình thủy phân dưới tác dụng của hệ enzyme protease cĩ trong hạt hay do vi sinh vậttiết ra (bảng ) Thí dụ nghiên cứu của Jones và Gersdorff (1941) cho thấy khi bảoquản lúa mì cĩ hàm ẩm khoảng 11% trong điều kiện kín, thời gian 9 tháng đến 2 năm,hàm lượng nitơ tổng khơng đổi Hàm lượng protein thực tế, cũng như lượng proteinthuộc nhĩm gliadin và glutenin giảm Chính vì thế chất lượng gluten bột mì sẽ giảm dầntheo thời gian bảo quản hạt Hàm lượng nitơ ammonia khơng tăng khi bảo quản lạnh

nhưng tăng nhẹ khi bảo quản ở nhiệt độ thường 240C Như vậy cũng như biến đổi củaglucid, tốc độ biến đổi của protein trong bảo quản tăng nhanh khi nhiệt độ và độ ẩm cao

lúa mì (Đơn vị tính mg/100g lúa mì)

Ngược lại với quá trình thủy phân, trong bảo quản hạt đôi khi cũng xuất hiện quá trìnhtrùng hợp của các peptid mạch ngắn để cho ra các protein có khối lượng phân tử caohơn Thí dụ nghiên cứu của Joseph Chrastil' and Zigrida M Zarins (1992) cho thấytrong quá trình bảo quản hạt gạo ở nhiệt độ 400C, trong bình kín sau thời gian 12 tháng,hàm lượng các peptid phân tử lượng thấp trong oryzenin giảm, trong khi đó hàm lượngcác peptid phân tử lượng cao tăng lên Điều này có thể được giải thích do các cầu nốidiulphua tạo ra giữa các cystine (hàm lượng lưu huỳnh trong nhóm -SH của hạt gạogiảm từ 0,2% trước khi bảo quản xuống còn 0,14% sau 12 tháng bảo quản Ngược lại,lượng lưu huỳnh trong nhóm –S – S – tăng từ 0,12% lên 0,22% đối với gạo hạt trungbình và đối với gạo hạt dài các số liệu tương ứng là 0,17% → 0,14% và 0,15 → 0,18%.Ngoài biến đổi cystine thành cysteine thì cũng còn rất nhiều các biến đổi tạo phức phứctạp khác làm tăng tỷ lệ phần peptid khối lượng phân tử lớn trong hạt gạo

sau thời gian bảo quản (S) của hai loại gạo hạt dài (L) và hạt trung bình (M)

Trong điều kiện bảo quản khơng tốt, nếu hạt bị ẩm ướt, nhiệt độ bảo quản caohay trong tình trạnng bị bốc nĩng, hệ enzymes protease sẽ hoạt động mạnh hơn phânhủy prtein thành các polypeptids và cuối cùng thành acid amin tự do Các phản ứng nàyxảy ra khá chậm trong hạt và khĩ phát hiện nhưng sẽ làm giảm chất lượng cơng nghệcủa bột làm từ hạt Khơng những thế, các enzyme trong hạt cũng cĩ thể bị biến đổi ảnhhưởng tới khả năng nẩy mầm của hạt giống Khi lượng acid amin tự do tăng lên mà cĩmặt vi sinh vật, các vi sinh vật sẽ biến đổi các acid amin này theo 3 hướng

• Vi sinh vật hiếu khí phân hủy các acid amin thành acid hữu cơ và khí amoniac.Phản ứng này tạo mùi khĩ chịu cho hạt bảo quản, tăng độ chua cho sản phẩm nhưngkhơng gây độc hại

Phương trình biến đổi:

• Các vi khuẩn kỵ khí phân hủy acid amin theo hướng tạo ra khí carbonic và cácamin Các amin tạo ra thường là các chất gây độc cho cơ thể, nhất là các aminmạch kín Thí dụ tyrozine cho ra tryptamine gây co giãn động mạch; histidinecho ra histamine kích thích tiết dịch vị, làm nở vi huyết quản gây nổi ban, dị ứng.Lyzine thành cacdaverine

• Nếu phối hợp cả vi khuẩn kỵ khí lẫn hiếu khí, các biến đổi của protein rất phứctạp tạo ra các sản phẩm như phenol, scatol, crezol, indol, mercaptan…là các chất

độc gây bài tiết nước miếng nhiều và gây co giật, tạo mùi vị khó chịu, thậm chímùi thối cho khối hạt

H

CH2 CH

NH2

COOH N

Triptophan

H

CH3N

Scatol

H N

Protid của hạt bị biến chất thấy được rõ ràng nhất khi khối hạt bốc nóng đếnnhiệt độ cao (60 – 70oC) bởi vi sinh vật Khi đó các sản phẩm phân huỷ là các chấtcó tính acid, tính kiềm và cuối cùng bị phân huỷ thành các chất có mùi khai, khắm,thối rất khó chịu

Tóm lại nếu hạt lương thực bị ẩm, nóng thì dù trong điều kiện bảo quản hiếukhí hay yếm khí protid cũng sẽ bị phân huỷ, làm giảm chất lượng và gây hư hỏnghạt ngũ cốc Quá trình lên men thối thông thường biến đổi ở lớp gần bên ngoài, nơibắt đầu của quá trình bốc nóng đống hạt và sẽ di chuyển dần vào bên trong

3.5.3 Các biến đổi của lipid trong quá trình bảo quản:

Trong hạt lương thực, chất béo tập trung nhiều ở lớp ngoài (cám, lớp aleurone)và phôi hạt, lại được tạo thành bởi phần lớn các acid béo không no nên dễ dàng bịthủy phân và oxy hoá Khi bị thủy phân, chất béo cho ra glycerine và các acid béo làmchua hạt Nếu các acid béo mạch ngắn (khoảng dưới 8 carbon) thì đống hạt sẽ xuất hiệnmùi hơi của các acid này Khi bị phân huỷ, chất béo còn tạo ra nhiệt lượng lớn làmcho đống lương thực bị bốc nóng

Phương trình thuỷ phân lipid:

Hình 3.11: Lượng acid béo tự do sinh ra trong thời gian bảo quản ở các độ ẩm

khác nhauThí dụ các nghiên cứu của Zhou và các đồng sự (2002) cho thấy khi bảo quản gạo,nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì hàm lượng acid béo tự do tăng càng nhanh.Nếu nhiệt độ bảo quản là 350C thì sau 12 tháng hàng lương acid béo tự do tăng từ 1,3 –9,4% của chất béo Trong cùng thời gian bảo quản này, nếu nhiệt độ bảo quản là 50C thìlương acid béo tự do chỉ tăng lên đến 4,1%

Ngồi tác dụng thuỷ phân gây chua, lipid của hạt cịn bị biến đổi do quá trình oxy hố.Sản phẩm của quá trình oxy hố gây cho hạt cĩ mùi ơi, khét và vị đắng nên quá trìnhoxy hố cịn được gọi là ơi hố Sự oxy hoá của lipid có thể là ôi hoá hoá họchoặc ôi hoá sinh học hay cả hai

• Ôi hoá hoá học là quá trình tự oxy hoá của chất béo khi có mặt oxy Khi đó có sựtấn công các gốc acid béo tự do cũng như kết hợp bởi oxy phân tử Aùp suất củaoxy và lượng nối đôi trong phân tử acid béo có ảnh hưởng đến tiến trình phảnứng Sản phẩm đầu tiên là hydro peroxyd, từ đó tạo nên aldehyde no và không

no, ceton, acid mono và dicarboxylic, cetoacid, epoxyt…tạo ra vị ơi khé cho hạt

Cơ chế của các biến đổi này được trình bày trong hình:

Hình 3.12: Cơ chế biến đổi của hydroxyhydroperoxideThí dụ phản ứng tạo thành hydro peroxyde từ axit linoleic:

R: là gốc glixerin

Các phản ứng oxy hóa này, xảy ra nhanh ở axit linolenic (3 nối đôi), đến axitlinoleic (2 nối đôi) Ơû axit oleic cũng có khả năng xảy ra nhưng chậm hơn ở 2 axitkia

Từ axit oleic, có thể tạo ra các sản phẩm oxy hóa theo những sơ đồ sau đây:

Tạo thành hydroperoxide

 Tạo thành peroxit:

 Tạo thành andehit và axit:

 Tạo thành cetonaxit từ axit oleic:

CHO(CH2)7COOH + H2O2 HOOC(CH2)7COOH + H 2 O

 Từ axit béo no:

CH3(CH2)11CH2CH2CH2COOH + O2 CH3(CH2)11CH2CH=CHCOOH + H2O2

H2O2

CH3(CH2)11CH2COCH2COOH CH3(CH2)11CH2COCH3 + CO2 + CH4

Ơi khé do tạo thành aldehyde: cĩ thể xảy ra cĩ hay khơng cần sự xúc tác của enzyme.Các tác nhân chính gây ra phản ứng này là ánh sáng, độ ẩm cao, nhiệt độ và sự cĩ mặtcủa oxy khơng khí thí dụ như khi phơi hạt dưới nắng gắt

Ơi khé do tạo thành ceton: là trường hợp oxy hố các acid béo no dưới tác dụng của oxykhơng khí và được xúc tác bởi một số ion kim loại như đồng, chì, sắt, coban…

Glycerin cũng cĩ thể bị oxy hố cho ra epialdehyde cũng là sản phẩm phân huỷ gây mùi

O

CH CH2

R R'

Đa số những chất này có vai trò quyết định trong việc phát triển mùi vị

• Sự oxy hoá sinh học: Quá trình thuỷ phân và gây đắng chất béo xảy ra đầu tiên

do enzyme lipase phân huỷ chất béo tạo thành glycerin và acid béo, sau đó dướitác dụng của enzyme lipoxygenase, acid béo chưa no bị oxy hoá tạo thànhperoxyde và hydro peroxyde Hydro peroxyde và peroxyde lại tiếp tục chuyểnhoá thành rượu, ceton, aldehyde và acid như trong trường hợp oxy hoá hoá học.Sau đó lại tiếp tục xảy ra sự oxy hoá ceton Kiểu oxy hoá sinh học thường đặctrưng đối với acid béo no với phân tử lượng trung bình và thấp, khi có hàm ẩmđáng kể Khi đó các acid béo bị β-oxy hoá và decarboxyl, kết quả sẽ là tích tụcác alkylmethylceton có mùi khó chịu

CHOEpialdehyde

Khi lipid bị oxy hoá, các vitamin trong hạt cũng thường bị mất hoạt tính Lý do làkhi đó các acid béo cao phân tử cũng như các vitamin đều bị phá huỷ bởi các sảnphẩm của quá trình oxy hố Ngoài ra, các sản phẩm oxy hoá của lipid còn làm vôhoạt các enzym và có khả năng phản ứng đối với protein Hợp chất tạo thành nàybền vững, không hoà tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không

bị phân huỷ bởi enzym, vì vậy có khả năng gây độc đối với người sử dụng

3.5.4. Các biến đổi của vitamin trong quá trình bảo quản:

Trong hạt, vitamin tập trung phần lớn ở vỏ hạt, lớp aleurone và phôi Trong quátrình bảo quản, lượng vitamin dễ mất theo thời gian bảo quản và mức độ biến chấtcủa hạt ngũ cốc Trong ngũ cốc, vitamin B1 có hàm lượng lớn nhất và chủ yếu tồn tạidưới dạng muối thiaminchloride, một phần nhỏ tồn tại dưới dạng tự do

C

CH2N

N

N+S

N

N+S

CH3

CH2 CH

2 OH Cl

Trong quá trình bảo quản hạt, vitamin B1 sẽ bị phân huỷ Tốc độ phân hủyvitamin B1 phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ và cả sự có mặt của oxy không khí Cácnghiên cứu của Bayfield và O’Donner (1945) cho thấy nếu bảo quản lúa mì ở độ ẩm17% trong 5 tháng thì hàm lượng thiamin giảm 30% nhưng nếu độ ẩm là 12% thì chỉgiảm có 12% lượng vitamin B1 Các nghiên cứu trên bảo quản gạo cho thấy tuỳ theođiều kiện bảo quản trong bao thấm nước hay bao cói, hàm lượng vitamin B1 ở gạo cóthể mất đi với các mức độ khác nhau Nếu giữ trong bao bì không thấm nước, sau 6tháng vẫn chưa có sự giảm sút đáng kể Nếu giữ trong bao cói, sau 6 tháng mất đihơn 20% do cả O2 và nhiệt độ đều tham gia vào sự phá huỷ vitamin B1

Trong bảo quản gạo và các loại hạt khác, người ta nhận thấy rằng ngược với vitamin

B1, vitamin B2 có xu hướng tăng lên rõ rệt nhất là khi bảo quản ở dạng bao cói, baotải, bao PP, nghĩa là có sự xâm nhập dễ dàng của O2 không khí Sau 6 tháng, bảoquản ở lọ nâu đậy kín, lượng vitamin B2 ở gạo tăng đến 53% còn vitamin B1 giảm10% Nếu giữ trong bao cói, bao tải thì cũng trong 6 tháng, vitamin B2 tăng 95%.Lượng vitamin PP không hề thay đổi

3.5.5. Các biến đổi của khống trong quá trình bảo quản:

Trong qúatrình bảo quản hạt, chất khoáng không có biến đổi đáng kể trong quá trìnhbảo quản, và cũng không có tác động rõ rệt đối với các chất khác trong thành phầncủa hạt

3.5.6. Sự thay đổi độ acid của hạt

Độ acid là số mg NaOH 1N để trung hoà 100g chất khô.Trong bảo quản hạt,

mặc dù có thể chưa có dấu hiệu hư hỏng nhưng độ acid của hạt luôn tăng Bảo quản

càng lâu thì độ acid càng cao, vì vậy dựa vào độ acid có thể xác định được độ tươimới của hạt Nguyên nhân làm tăng độ acid trong hạt là do các phản ứng thủy phânvà oxy hoá dưới tác dụng của các enzyme của hạt và vi sinh vật Thí dụ như phảnứng phân huỷ protein thành acid amin và các sản phẩm trung gian, phitin thành acidphosphoric và diphosphat, gluxit thành các đường đơn giản và tiếp tục biến đườngthành acid hữu cơ ( acid lactic, acid acetic…), phân huỷ chất béo thành acid béo tự dovà glycerin…Độ acid tăng nhanh hay chậm phụ thuộc vào độ ẩm sản phẩm, nhiệt độkhông khí và chất lượng hạt ban đầu Nếu nhiệt độ và độ ẩm cao thì quá trình phảnứng xảy ra nhanh do đó hạt chóng chua Độ chua đặc biệt cao trong các đống hạt đãnảy mầm, đã qua tự bốc nóng hay bị trùng bọ ăn hại nghiêm trọng

So với hạt thì độ acid của bột và hạt bóc vỏ (thí dụ như gạo) tăng nhanh hơn nhiều,điều này chứng tỏ bảo quản hạt nguyên dễ hơn sản phẩm đã qua chế biến Điều nàyđã được Coznina nghiên cứu và cho kết quả sau:

NaOH 0.1N/ 100g chất khô]

Thời gian bảo

quản (ngày) 15oC Bột mì 35oC 15oC Hạt mì 35oC

17.0-35.052.0

17.0 17.5

17.0 19.5

Đối với bột mì mới hoàn toàn độ acid khoảng 15-20 (ml NaOH 0.1N/100gchất khô) Độ ẩm của bột thích hợp cho bảo quản khoảng 13-14% Nếu độ ẩm 14%thì độ acid tăng rất nhanh, đặc biệt ở nhiệt độ từ 20oC trở lên

Voncop cũng đã nghiên cứu sự biến đổi chỉ số acid béo của gạo sau 8 thángbảo quản và rút ra kết luận như sau: nếu thóc có chất lượng tốt thì gạo thành phẩmsẽ dễ bảo quản hơn vì chỉ số acid béo tăng ít hơn Chỉ số acid béo của gạo chế biếntheo phương pháp gia công, nước, nhiệt gần như không thay đổi sau 8 tháng bảoquản vì enzyme lipase đã bị nhiệt trong thời gian nhiệt Chỉ số acid béo của thócthấp nhất và gần như không thay đổi sau 8 tháng bảo quản

3.6 CÁC HOẠT ĐỘNG SINH HÓA TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN

Hạt lương thực tuy đã tách khỏi cây nhưng vẫn còn là sinh vật sống, có nghĩa làvẫn xảy ra các hoạt động sinh hoá bên trong hạt Các hoạt động này ảnh hưởng khá

nhiều tới quá trình bảo quản hạt Trong đó quan trong nhất là các quá trình: hô hấpvà chín sau thu hoạch

3.6.1 Quá trình hô hấp

a. Giới thiệu

Trong quá trình sống, sinh vật luôn cần năng lượng để duy trì mọi hoạt động của

cơ thể Năng lượng này được giải phóng thông qua quá trình hô hấp Quá trình hôhấp là quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật nhờ xúc tác của cáchệ enzyme, đặc biệt là nhóm dehydraza và oxydaza Các chất hữu cơ bị oxy hoáthường là đường D-glucose, lipid, ngoài ra có thể là protid, rượu, acid…Do đó sinhvật cần được cung cấp chất dinh dưỡng thường xuyên Thí dụ đối với hạt, khi ở trêncây quá trình quang hợp và hút chất dinh dưỡng từ đất sẽ bù đắp cho phần chất hữu

cơ bị oxy hoá do hô hấp Nhưng khi bị tách khỏi cây, hạt phải sử dụng các chất dự

trữ sẵn, như vậy quá trình hô hấp sẽ làm tổn thất chất khô của hạt.

Quá trình hô hấp có thể là hiếu khí nếu có đủ lượng khí oxy Trường hợp khôngcó oxy, trong hạt sẽ xảy ra quá trình hô hấp yếm khí

 Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp hiếu khí oxy hoá đường D glucose

-C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 677,2 Kcal

1 lit oxy tiêu thụ sinh ra 1 lit khí CO2 sinh ra 5,04 cal

 Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp yếm khí oxy hoá đường D - glucose

1 lit oxy tiêu thụ sinh ra 4,69 cal; và 1 lit khí CO2 sinh ra sẽ sinh nhiệt là 6,67 cal

Như vậy, mối tương quan giữa nhiệt lượng toả ra và lượng khí O2 tiêu thụ haylượng khí CO2 sinh ra phụ thuộc vào chất bị oxy hoá và dạng phản ứng oxy hoá Sảnphẩm của quá trình hô hấp hiếu khí là khí carbonic và hơi nước Quá trình này sinh

ra một lượng nhiệt khá lớn Sản phẩm của quá trình lên men yếm khí là khí carbonicvà một vài hợp chất hữu cơ đơn giản Năng lượng sinh ra trong quá trình hô hấp yếmkhí nhỏ hơn nhiều so với quá trình hô hấp hiếu khí

Quá trình hô hấp dẫn đến nhiều biến đổi trong khối hạt, chủ yếu là 5 yếu tố sau:

a Tổn thất chất khô: Trong quá trình bảo quản, ngoài quá trình bay hơi thì quátrình hô hấp cũng là một trong những quá trình làm tổn thất khối lượng chung củakhối hạt Quá trình hô hấp hiếu khí xảy ra tương đối mãnh liệt do đó sẽ làm tổn thấtchất khô nhiều hơn so với quá trình hô hấp yếm khí

b Tăng hàm ẩm khối hạt: lượng ẩm sinh ra do quá trình hô hấp hiếu khí sẽ làmcho ẩm khối hạt tăng Lượng ẩm cao là môi trường thích hợp cho sự phát triển của visinh vật và côn trùng, và sự hoạt động của các emzyme thủy phân trong hạt

c Tăng nhiệt độ đống hạt: Hạt có độ dẫn nhiệt kém, do đó nhiệt lượng toả ralàm cho nhiệt độ của đống hạt tăng Nếu đồng thời cả ẩm cũng tăng thì nhiệt và ẩmsẽ đẩy mạnh mọi hoạt động sống trong đống hạt Nhiệt và ẩm càng tăng sẽ dẫn đếnđống hạt bốc nóng làm hư hỏng hạt

Hình 3.13: Lượng nhiệt do hạt lúa mì ướt sinh ra trong thời gian bảo quản (Zhang

và cộng sự1992)

d Thay đổi thành phần không khí trong đống hạt: trong quá trình hô hấp, hạtluôn thải ra khí CO2 Lượng khí CO2 này sẽ tích tụ lại trong khoảng không giữa cáchạt, làm thay đổi thành phần không khí trong đống hạt Sự thay đổi này làm hạn chếsự phát triển của các vi sinh vật hiếu khí và côn trùng đồng thờiø làm cho hô hấp củahạt chuyển dần sang hô hấp yếm khí

e Lượng các chất hữu cơ sinh ra như rượu ethanol nếu tích tụ nhiều trong đốnghạt sẽ đầu độc phôi, làm giảm năng lực nẩy mầm của hạt Do đó khi bảo quản hạtgiống cần khắc phục nhược điểm này bằng cách thông thoáng khí

b. Các hệ số đặc trưng cho quá trình hô hấp

Để biểu thị dạng hô hấp là hiếu khí hay yếm khí ta lập tỷ số giữa số mol (hay thểtích) khí CO2 sinh ra và khí O2 tiêu thụ Tỷ số này gọi là hệ số hô hấp

2

2

O

CO V

V

 Nếu K = 1: quá trình là hô hấp hiếu khí với chất bị oxy hoá là đường glucose

 Nếu K < 1: quá trình hô hấp hiếu khí trong số chất bị bị oxy hoá ngoài đườngcòn có lipid, thí dụ oxy hoá tripalmytic cho hệ số K = 51/72,5 = 0,7

 Nếu K > 1: quá trình hô hấp bao gồm cả hô hấp hiếu khí và yếm khí Hệ sốhô hấp K càng lớn thì biểu thị khối hạt đang hô hấp yếm khí càng mạnh.

Lưu ý đồi với đống hạt, hệ số hô hấp không chỉ xét riêng cho hạt cây chính màcả các thành phần sống khác của khối hạt

b Cường độ hô hấp

Để biểu thị cho khả năng hô hấp của đống hạt theo thời gian ta xác định lượngkhí (mililit hay miligram) O2 bị hấp thụ hay lượng khí CO2 sinh ra trong thời gian 24giờ của 100 hay 1000 gram chất khô của hạt Cường độ hô hấp càng lớn thì tổn thấtchất khô càng lớn, nhiệt lượng sinh ra nhiều và các quá trình sinh lý xảy ra trongkhối hạt càng lớn

Từ lượng khí CO2 sinh ra ta có thể gần đúng suy ra lượng chất khô bị tổn hao dựavào hệ số hô hấp và các phương trình oxy hoá đã nêu ở trên

c. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hô hấp

Mục đích của quá trình bảo quản hạt là giảm ít nhất các tổn thất do đó khuynhhướng càng giảm cường độ hô hấp và tăng hệ số hô hấp càng có lợi Tuy nhiên nếulà bảo quản hạt giống thì hệ số hô hấp nên giữ xấp xỉ giá trị 1 để tránh tác dụng đầuđộc hạt của rượu ethanol sinh ra trong qua 1trình hô hấp yếm khí

a Nguyên liệu

 Đặc tính thực vật của hạt: Các giống hạt khác nhau sẽ có khuynh hướng hôhấp khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc xốp và thành phần hoá học của hạt Các hạtgiàu chất béo có khuynh hướng oxy hoá chất béo để tạo năng lượng, còn các hạtgiàu tinh bột thì sẽ sử dụng glucid Do đó hạt giàu béo thường có hệ số hô hấp K < 1còn các loại hạt khác thì K ≥ 1 Ngay cả trong một hạt, phôi hạt có khuynh hứơnghô hấp yếm khí nên hệ số hô hấp lớn hơn phần nội nhũ, nhưng cuờng độ hô hấp củaphôi lại thường mạnh hơn

 Độ chín của hạt khi thu hoạch: Hạt non, hạt lép có cường độ hô hấp lớn hơn

so với hạt già mẩy Do đó tuy thu hoạch cùng thời điểm nhưng do hạt trên đồng chínkhác nhau nên cường độ hô hấp cũng khác nhau

 Điều kiện thu hoạch và bảo quản ban đầu: Nếu hạt bị thương tổn hay quá ẩmquá nóng thì cường độ hô hấp sẽ lớn hơn Ngoài ra nếu trong khối hạt lẫn nhiều visinh vật, côn trùng, hạt dại thì các sinh vật này cũng tham gia vào quá trình hô hấp,tuy không làm tổn thất chất khô hạt nhưng thúc đẩy mạnh cường độ hô hấp chungcủa đống hạt, dẫn đến làm tăng nhiệt độ môi trường quanh hạt, làm tăng tốc độ củacác phản ứng sinh hóa

b Độ ẩm: Độ ẩm chính là yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ nhất tới quá trình hô hấp.

Độ ẩm cao tạo điều kiện thuận lợi cho cả các hệ enzyme của hạt lẫn các vi sinh vậtvà côn trùng hoạt động Khi hạt ở độ khô 11 – 12%, hạt hô hấp yếu, cường độ hôhấp gần bằng 0 Nhưng ẩm càng cao thì hệ số hô hấp giảm còn cường độ hô hấptăng nhanh, nhất là khi độ ẩm đạt đến “độ ẩm giới hạn” 16 – 17%, bắt đầu xuấthiện nước tự do thì cường độ hô hấp bắt đầu tăng nhanh