Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất tinh bột ngô

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT NGÔ.. Tính cấp thiết của luận văn Nước ta nằm ở trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thuận lợi cho việc ph

1 LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi, những kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được công bố trên các tạp chí khoa học và các công trình nghiên cứu trước đây Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong luận văn là hoàn toàn chính xác, trung thực và khách quan

Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2014

Học viên

Lương Tuấn Anh

2 LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu, làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được

sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đồng nghiệp và bạn bè

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến TS Lương Hồng Nga đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo, theo dõi sát sao và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc và các đồng nghiệp trong Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp đã giúp đỡ tôi trong việc nghiên cứu thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên và hỗ trợ cho tôi trong thời gian làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các Phó giáo sư, Tiến sỹ là chủ tịch hội đồng, người phản biện, thư ký và các thành viên trong hội đồng chấm luận văn của tôi

MỤC LỤC

1 LỜI CAM ĐOAN 1

2 LỜI CẢM ƠN 2

3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

4 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7

6 MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của luận văn 8

2 Mục tiêu nghiên cứu 8

3 Nội dung nghiên cứu 8

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 9

4.1 Ý nghĩa khoa học 9

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 9

1 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 NGÔ 10

1.1.1 Nguồn gốc 10

1.1.2 Phân loại ngô 11

1.1.3 Cấu tạo hạt ngô 14

1.1.4 Thành phần hóa học của hạt ngô 15

1.1.5 Giá trị kinh tế của cây ngô 17

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ NGÔ VÀ TINH BỘT NGÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 18

1.2.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ ngô và tinh bột ngô trên thế giới 18

1.2.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ ngô và tinh bột ngô ở Việt Nam 20

1.3 ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT NGÔ 22

1.4 NHỮNG NGHIÊN CỨU Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ TINH BỘT NGÔ 23 1.4.1 Những nghiên cứu trên thế giới về quy trình sản xuất tinh bột ngô 23

1.4.2 Những nghiên cứu trên thế giới về tính chất của tinh bột ngô 25

1.4.3 Những nghiên cứu ở Việt Nam về quy trình sản xuất tinh bột ngô 25

2 Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 NGUYÊN LIỆU 26

2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 26

2.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 26

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.4.1 Một số phương pháp vật lý 26

2.4.2 Một số phương pháp hóa lý 27

2.4.3 Một số phương pháp hóa sinh 28

2.4.4 Một số phương pháp cơ lý 32

2.4.5 Phương pháp công nghệ 34

2.4.6 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 41

2.4.7 Phương pháp xử lý thống kê 41

3 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU NGHIÊN CỨU VÀ THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG 42

3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT NGÔ 43

3.2.1 Ảnh hưởng của quá trình ngâm đến quy trình sản xuất tinh bột ngô 43

3.2.2 Tối ưu hóa ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình ngâm ngô 46

3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình nghiền, rây đến quy trình sản xuất tinh bột ngô 51 3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến chất lượng sản phẩm 53

3.3 CHỈ TIÊU HÓA LÝ CỦA TINH BỘT NGÔ THÀNH PHẨM 53

3.4 ỨNG DỤNG TINH BỘT NGÔ TRONG SẢN XUẤT BÁNH BÔNG LAN 55 4 KẾT LUẬN 58

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

6 PHỤ LỤC 67

3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

4 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Diện tích trồng ngô trên thế giới trong thời gian từ 2005-2011, theo

thống kê của F.A.O[92]( tính theo triệu ha) 19

Bảng 1.2 Sản lượng của một số châu trên thế giới từ 2005 đến 2011,theo thống kê của F.A.O[92]( tính theo triệu tấn) 19

Bảng 1.3 Diện tích trồng ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo Niên giám thống kê [6] ( tính theo nghìn ha) 20

Bảng 1.4 Năng suất ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo Niên giám thống kê[6]( tính theo tạ/ha) 21

Bảng 1.5 Sản lượng ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo Niên giám thống kê[6]( tính theo nghìn tấn) 21

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu đánh giá lựa chọn giống ngô nguyên liệu 42

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm hóa chất, nồng độ SO2 đến độ cứng của hạt ngô (N) 44

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm hóa chất, nồng độ SO2 đến độ trương nở của hạt ngô(%) 45

Bảng 3.4 Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố thực nghiệm 47

Bảng 3.5 Ma trận thực nghiệm tối ưu hóa quá trình ngâm ngô theo quy hoạch Hoke D6 47

Bảng 3.6 Giá trị hệ số hồi quy hàm Y1 48

Bảng 3.7 Giá trị hệ số hồi quy hàm Y2 49

Bảng 3.8 Chế độ công nghệ tối ưu 50

Bảng 3.9 Giá trị giới hạn, mục tiêu đạt điểm tối ưu 50

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của lượng nước trong quá trình nghiền đến tỷ lệ thu hồi tinh bột ngô khi qua rây 200 52

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của rây đến tỷ lệ thu hồi tinh bột ngô 52

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của chế độ sấy đến sản phẩm 53

Bảng 3.13 Kết quả phân tích chỉ tiêu hóa lý của tinh bột ngô thành phẩm 53

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của lượng tinh bột ngô đến chất lượng bánh bông lan 56

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nguồn gốc của Ngô 11

Hình 1.2 Cấu tạo hạt ngô 14

Hình 2.1 Đồ thị xác định độ cứng 33

Hình 2.2 Quy trình sản xuất tinh bột ngô 34

Hình 2.3 Quy trình sản xuất bánh bông lan 40

Hình 3.1 Ảnh bề mặt ngô sau khi ngâm trong hóa chất NaHSO3 46

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ SO2 và thời gian ngâm đến tỷ lệ thu hồi tinh bột 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ SO2 và thời gian ngâm đến protein 50

Hình 3.4 Quy trình sản xuất tinh bột ngô 54

Hình 3.5 Ảnh hưởng của lượng tinh bột ngô đến chất lượng bánh 55

6 MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận văn

Nước ta nằm ở trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thuận lợi cho việc phát triển cây trồng, trong đó các loại cây lương thực chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và là nguồn nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp sản xuất tinh bột

Trong số các loại cây trồng ở Việt Nam thì ngô là một cây lương thực quan trọng thứ hai chỉ sau cây lúa Cây ngô cho sản lượng cao, được trồng khá phổ biến ở nước ta và hiện nay với diện tích ngày càng mở rộng

Tinh bột ngô là loại tinh bột khá phổ biến ở nước ta, được ứng dụng nhiều, đặc biệt là trong ngành sản xuất thực phẩm, tá dược, công nghiệp rượu, bia, công nghiệp giấy hay trên thế giới người ta còn dùng tinh bột ngô để đãi vàng thay cho xyanua độc hại [79] Tuy nhiên ngành công nghiệp sản xuất tinh bột ngô ở nước ta lại kém phát triển, hầu hết sản phẩm tinh bột ngô nhập khẩu từ Pháp, Mỹ, Hàn Quốc… Bên cạnh đó, Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp có một số thiết bị phù hợp với dây chuyền sản xuất tinh bột ngô nên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất tinh bột ngô” để ứng

dụng thiết bị của Viện vào dây chuyền một cách tốt nhất

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quy trình sản xuất tinh bột ngô Từ

đó tìm ra quy trình sản xuất tinh bột ngô tốt nhất, đạt được tỷ lệ thu hồi tinh bột cao nhất

3 Nội dung nghiên cứu

 Lựa chọn giống ngô để nghiên cứu

 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình sản xuất tinh bột ngô

- Ảnh hưởng của yếu tố nồng độ hóa chất, thời gian đến quá trình ngâm ngô

- Ảnh hưởng của lượng nước trong quá trình nghiền đến tỷ lệ thu hồi tinh bột

- Ảnh hưởng của yếu tố rây đến tỷ lệ thu hồi tinh bột

- Ảnh hưởng của thời gian sấy tới chất lượng sản phẩm

 Tối ưu hóa ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ trong quá trình

ngâm ngô

 Ứng dụng: Sản phẩm tinh bột ngô vào sản xuất bánh bông lan

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

4.1 Ý nghĩa khoa học

Giúp học viên vận dụng những kiến thức đã học được trên lớp vào thực tế sản xuất và biết trình bày một khóa luận

Giúp học viên tiếp cận với công tác nghiên cứu khoa học nhằm nâng cao trình

độ chuyên môn, có tác phong làm việc khoa học, nghiêm túc, sáng tạo và đúc rút được những kinh nghiệm từ thực tế

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần tìm ra được quy trình sản xuất tinh bột ngô tốt nhất, đạt được tỷ lệ thu hồi tinh bột cao nhất

1 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 NGÔ

1.1.1 Nguồn gốc

Ngô còn gọi là bắp, tên khoa học là Zea mays L Trong tiến Anh “maize” xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha (maíz) [72][76] là thuật ngữ trong tiếng Taino để chỉ loài

cây này, là từ thông dụng Vương quốc Anh để chỉ cây ngô

Tại Hoa Kỳ, Canada và Australia, thuật ngữ hay được sử dụng là corn, là từ

trước đây dùng để gọi cho một loại cây lương thực, hiện nay thuật ngữ này dùng để chỉ cây ngô, là dạng rút gọn của "Indian corn" là “cây lương thực của người Anh điêng”

Lịch sử nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khảo cổ, di truyền học, thực vật học, dân tộc học và địa lý học…quan tâm và đưa ra nhiều giả thuyết Có giả thuyết cho là nguồn gốc cây ngô khoảng năm 5.500 tới 10.000 trước công nguyên (TCN) [86][90] Những nghiên cứu về di truyền học gần đây cho rằng quá trình thuần hóa ngô diễn ra vào khoảng năm 7000 TCN tại miền trung Mexico và tổ tiên của nó là loại cỏ teosinte hoang dại gần giống nhất với ngô ngày nay vẫn còn mọc trong lưu vực sông Balsas Liên quan đến khảo cổ học, người ta cũng đã phát hiện các bắp ngô có sớm nhất tại hang Guila Naquitz trong thung lũng Oaxaca, có niên đại vào khoảng năm 4.250 TCN [76], các bắp ngô cổ nhất trong các hang động gần Tehuacan, Puebla, có niên đại vào khoảng 2750 TCN Một số giả thuyết cho rằng, có lẽ sớm nhất khoảng năm 1500 TCN, ngô bắt đầu phổ biến rộng và nhanh, ngô là lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nam Mỹ và khu vực Caribe Với người dân bản xứ tại đây, ngô được suy tôn như bậc thần thánh và có tầm quan trọng về mặt tôn giáo do ảnh hưởng lớn của nó đối với đời sống của họ

Hình 1.1 Nguồn gốc của Ngô

Việc gieo trồng ngô đã lan rộng từ Mexico vào tây nam Hoa Kỳ sau đó vào đông bắc nước này cũng như đông nam Canada, làm biến đổi cảnh quan các vùng đất này do thổ dân châu Mỹ đã dọn sạch nhiều diện tích rừng và đồng cỏ để trồng ngô Ngô lan truyền sang châu Âu và phần còn lại của thế giới sau khi có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ

Ngô được đưa vào châu Âu đầu tiên ở Tây Ban Nha trong chuyến thám hiểm thứ hai của Columbus vào khoảng năm 1494 Người châu Âu đã nhận biết được giá trị của nó và nhanh chóng phổ biến rộng rãi Vào những năm đầu của thế kỷ XVI, bằng đường thủy các tầu của Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Italia đã đưa cây ngô ra hầu hết các lục địa của thế giới cũ Năm 1517, ngô xuất hiện ở Ai Cập, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Đức sau đó là nam châu Âu và Bắc Phi Năm 1521, ngô đến Đông Ấn Độ và quần đảo Indonesia Vào khoảng năm 1575 ngô đến Trung Quốc.[75]

1.1.2 Phân loại ngô

Việc phân loại ngô được các nhà nghiên cứu dựa vào nhiều đặc điểm khác nhau Trong đó tập trung nhiều vào các đặc điểm của hạt, hình dạng bên ngoài, cấu trúc và tỉ lệ tinh bột của hạt Phương pháp này đã được Kernike đề nghị đầu tiên và được Sturtevant, E.L.(1920) hoàn chỉnh và chia làm 6 nhóm bắp chính Sau đó, Kulesh bổ sung thêm nhóm bắp nếp, rồi Kulesov, N.N và Kojukhov, I.V thêm vào

2 nhóm (nửa răng ngựa và đường bột) nên tổng cộng có 9 nhóm [1][72] Các nhóm

có đặc tính như sau:

1.1.2.1 Ngô Vỏ

Là dạng bắp nguyên thủy, chỉ trồng để nghiên cứu vì cho năng suất rất kém, không có giá trị kinh tế Mỗi hột trên trái đều có vãy bao bọc bên ngoài (vãy do các đỉnh và trấu phát triển tạo thành) Phát hoa đực (cờ) thường dễ bị mang hoa cái tạo hột (hiện tượng hồi tổ).[1][72]

1.1.2.2 Ngô Răng ngựa

Là loại bắp có trái và hột tương đối lớn Phần tinh bột cứng và trong suốt (gọi

là phôi nhũ sừng) nằm ở hai cạnh bên hột, trong lúc ở đầu và phần giữa hột là tinh bột mềm và đục (gọi là phôi nhũ bột) Khi trái chín khô, phần phôi nhũ bột khô nhanh hơn phôi nhũ sừng nên hột bắp bị lõm ở đầu xuống như răng ngựa nên gọi là bắp Răng Ngựa Loại bắp này được trồng nhiều ở Hoa Kỳ và vùng bắc Mexico (nhưng ít quan trọng bằng bắp đá ở các vùng khác) Hàm lượng tinh bột 60 - 63%, dùng để sản xuất bột và tinh bột [1][72]

1.1.2.3 Ngô Đá

Hột bắp hơi nhỏ hơn bắp Răng Ngựa, có đầu hơi tròn, gồm phần lớn là phôi nhũ sừng bao bọc bên ngoài và chỉ có một ít là phôi nhũ bột ở bên trong Do đó hột cứng và láng, kháng mọt và côn trùng phá hại hơn bắp Răng Ngựa Lượng tinh bột trong hột gồm 21% là amylose và 79% là amylo-pectine Nhóm bắp này trồng phổ biến ở Âu, Á,Trung và Nam Mỹ.Hàm lượng tinh bột 56 - 75%, hạt cứng khó nghiền, dùng để chế biến gạo bắp tỷ lệ thành phẩm cao.[1][72]

1.1.2.4 Ngô Nổ

Loại này có trái và hột tương đối nhỏ Phôi nhũ ở hột hầu như hoàn toàn là phôi nhũ sừng, có rất ít tinh bột mềm.Tinh bột (chiếm 61-72%) gồm 23% là amylose và 72% amylo-pectine, gồm các hạt tinh bột hình tam giác, sắp xếp kề nhau rất chặt chẽ nên hột rất cứng Ở nhiệt độ cao (khoảng 2000oC ) khi rang, hột bị nổ ra và tăng thể tích lên gấp 15-20 lần (tùy giống và ẩm độ hột) Nguyên nhân là nhờ lớp phôi nhũ sừng bên ngoài có đặc tính dai và đàn hồi, khi gặp nhiệt độ cao nó có thể chịu

được áp suất hơi nước bên trong, nhưng khi vượt quá giới hạn thì lớp này bị vỡ ra, hột nổ làm tung khối tinh bột bên trong ra ngoài Vì vậy, nếu ẩm độ hột quá cao, quá thấp, hột chưa chín hoặc chứa nhiều phôi nhũ bột đều làm bắp khó nổ khi rang Tuỳ giống, hột bắp Nổ có hai dạng hột: Loại dạng đầu tròn và dạng đầu nhọn Hàm lượng tinh bột 62 - 72%, thường dùng sản xuất bỏng và gạo bắp [1][72]

1.1.2.5 Ngô Nếp

Hình dạng hột tương tự như bắp Đá, nhưng hột đục hơn Hột cứng, láng, nhưng không bóng Tinh bột gồm toàn amylo-pectine (95 - 100%) là những chuỗi tinh bột có phân nhánh, không ăn màu với Iode Khi bị thủy phân, tinh bột dễ cho ra Dextrine Nhóm bắp này là một loại đột biến của bắp đá, và có lẽ xuất phát từ vùng Vân Nam và Quảng Tây của Trung quốc từ thế kỷ19 (Lưu Trọng Nguyên,1965) Đặc tính nếp là do gene lặn waxy (wx/wx) nằm ở nhiễm thể 9 quyết định Do phát xuất từ Đông Nam Á, loại bắp này trồng phổ biến ở nước ta.Hàm lượng tinh bột khoảng 60%, dùng chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp [1][72]

1.1.2.6 Ngô Bột

Hột to, hầu như cấu tạo hoàn toàn là phôi nhũ bột Loại bắp này có nguồn gốc từ Peru và được trồng nhiều ở Nam Mỹ (Columbia, Peru, Bolivia), Hoa Kỳ và Nam Phi tại các vùng khô hạn Bắp bột thường trồng để lấy tinh bột nhờ phôi nhũ mềm, dễ xay nghiền (nhưng hột mềm nên dễ bị mọt khi tồn trữ) Đây là nhóm bắp trồng tương đối xưa nhất Hàm lượng tinh bột 55 - 80%, chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột và kỹ nghệ bia.[1][72]

1.1.2.7 Ngô Ngọt

Hột nhăn nheo, gồm phần lớn là phôi nhũ sừng, có nhiều dextrine, lipid và protein Lượng tinh bột trong hột tương đối thấp, phần lớn là polysaccharide (19- 31%) tan trong nước nên hột không ăn màu với Iode Khi chín sữa, hột chứa 15 - 18% đường nên thường được thu hoạch lúc còn xanh để ăn tươi hoặc làm bắp rau đóng hộp (ăn lõi) lúc phun râu Lượng đường trong hột là do gene sugary (su/su) nằm ở nhiễm thể 4 (hoặc 6) quyết định Gene này mang tính lặn đối với dạng đá hay răng ngựa và trội đối với dạng bột Gene sugary ngăn cản sự biến đổi đường thành tinh

bột (ức chế enzyme ADP.GPy: Adenosine Diphosphate Glucose Pyrophosphorylase)

Vì hột chứa ít tinh bột và nhiều nước (ngay cả khi chín) nên khi phơi khô (tồn trữ ở 8%

mn độ) hột bị nhăn nheo, khi gieo nẩy mầm kém và cây con sinh trưởng yếu, phải chăm sóc kỹ Hàm lượng tinh bột 25 - 37%, thường chỉ để chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp [1][72]

1.1.2.8 Ngô nửa răng ngựa

Là dạng trung gian, lai giữa ngô Đá và ngô Răng Ngựa Phôi nhũ bột cũng có ở đầu

và bên trong hột như bắp Răng Ngựa, nhưng chỉ làm đục đầu hột chứ không làm đầu hột bị lõm xuống Đây là dạng trung gian, còn tương đối chưa ổn định [1][72]

1.1.2.9 Ngô đường bột

Phần trên hột là dạng phôi nhũ sừng, nhăn nheo của bắp Ngọt, nhưng phần dưới hột gồm toàn phôi nhũ bột của bắp Bột Có nguồn gốc từ Nam Mỹ, ít phổ biến [1][72]

1.1.3 Cấu tạo hạt ngô

Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: vỏ hạt, phôi, nội nhũ sừng, nội nhũ bột và chân hạt Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ chất dinh dưỡng Nội nhũ có 2 phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô, giống ngô Phôi ngô chiếm 1/3 thể tích của hạt và gồm có các phần: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ

và phôi), lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm

Hình 1.2 Cấu tạo hạt ngô

1.1.4 Thành phần hóa học của hạt ngô

Thành phần thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngô, kĩ thuật canh tác, đất đai

1.1.4.1 Nước

Chiếm khoảng 12 – 15% trọng lượng của hạt khi đạt độ chín hoàn toàn, để khô tự

nhiên Thu hoạch tươi ẩm đạt 19 – 35% [1][5]

Hạt tinh bột có cấu tạo đơn, hình dạng rất khác nhau, thường có dạng cầu hay đa diện tùy theo giống và vị trí của hạt tinh bột trong hạt ngô Kích thước hạt tinh bột khoảng 6 – 30 µm Khối lượng riêng tinh bột ngô khoảng 1,5 – 1,6 Nhiệt độ hồ hóa 62 – 67,5oC Góc quay cực 201,5o.[5]

Tinh bột và dầu béo tồn tại trong hạt nhân ngô giúp cho hạt giống nảy mầm

Hiện nay bằng cách lai tạo giống, người ta đã tạo ra giống ngô có chứa hàm lượng amylopectin cao được gọi là ngô sáp hay tạo ra giống ngô có hàm lượng amylose rất cao, có thể lên đến 70%, được gọi là ngô cao Gần đây nhất loại ngô có chứa 82% amylose đã được công bố Ngô sáp có thể hồ hóa trong điều kiện như ngô thường trong khi đó ngô co cần không những điều kiện nhiệt cao ( nước sôi ) mà còn cần áp lực nấu hay cần phải được hydrat hóa bằng dung dịch natri hydroxide loãng

Các dạng đường và dẫn xuất:

- Tổng số đường chiếm 1 – 3%

- Monosaccharide ở nội nhũ: glucose, fructose và đường trong cấu trúc của nucleotide

- Disaccharide: chủ yếu là sacharose tập trung nhiều ở nội nhũ, một ít maltose

- Trisaccharide và các oligosaccharide có rất ít trong hạt, chủ yếu là raffinose

- Phytate: dạng dự trữ của myo – inositol là loại dẫn xuất duy nhất được tìm

thấy trong ngô [1][5]

1.1.4.3 Protein

Trong nội nhũ protein và tinh bột ở dạng dự trữ Lớp protein này định vị trong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2 – 5µm Các thể protein hình cầu liên kết với nhau thành một màng lưới protein Hàm lượng protein trung bình

cần phân tích kĩ để lựa chọn phương pháp chế biến phù hợp [1][5]

1.1.4.4 Lipit

Trong các loại ngũ cốc, ngô có hàm lượng lipit cao nhất từ 3,5 – 7% Phôi chứa 30 – 50% tổng số lipit Ngoài ra còn một số nằm trong lớp aleuron của hạt Thành phần chất béo trong ngô là hỗn hợp các triglyceride của các acid béo như linoleic, oleic, palmitic, steric, linolenic, arachidic, ngoài ra còn có lipit liên kết với gluten, cellulose, tinh bột và các acid béo tự do Nhờ thành phần lipit này giúp hòa tan chất màu

carotenoid và phân bố trong hạt tạo màu vàng cho hạt ngô [1][5]

1.1.4.6 Vitamin

 Các vitamin tan trong chất béo:

- Ngô chứa 2 loại vitamin tan trong chất béo là tiền vitamin A hay carotenoids

và vitamin E

- Carotenoids được tìm thấy chủ yếu ở các giống ngô vàng, còn ngô trắng chứa rất ít Phần lớn carotenoids có ở nội nhũ sừng và có rất ít ở phôi Betacarotene là tiền vitamin A quan trọng Hoạt tính vitamin sẽ bị giảm trong quá trình bảo quản

- Vitamin E: Chứa nhiều trong phôi Nguồn gốc vitamin E là bốn loại tocopherols, trong đó alpha – tocopherols có hoạt tính sinh học mạnh nhất, còn gamma – tocopherols đóng vai trò là chất chống oxi hóa [1][5]

 Vitamin tan trong nước:

- Vitamin tan trong nước chủ yếu được tìm thấy ở lớp aleuron, kế đến là trong phôi và nội nhũ Trong quá trình chế biến lượng vitamin này mất đi rất nhiều

- Vitamin B: Trong hạt ngô có nhiều vitamin B1 nhưng chứa ít vitamin B2, B6 60 – 80% vitamin này nằm trong protein hay tinh bột Hàm lượng vitamin này tăng khi bón Ca cho cây ngô

- Vitamin PP: Hàm lượg thấp hơn trong lúa mì và gạo Tập trung chủ yếu ở lớp aleuron

- Ngô không có vitamin B12, rất ít vitamin C, choline, acid folic và acid

pantothenic

1.1.5 Giá trị kinh tế của cây ngô

Ngô là một trong những loại cây lương thực quan trọng của nước ta và thế giới Nhờ giá trị dinh dưỡng cao, có nơi ngô đã thay thế gạo trong bữa ăn hàng ngày của người dân Bên cạnh vai trò cung cấp lương thực cho con người, ngô còn là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc và công nghệ sinh học, nhiều nước đang sử dụng ngô để chế biến ethanol - năng lượng sạch của tương lai [73]

Từ lâu cây ngô đã gắn bó với người dân, đặc biệt là đồng bào miền núi Đây là một trong ba loại cây lương thực quan trọng (lúa, ngô, sắn) đã giúp đồng bào vùng cao vượt qua khó khăn để đứng vững và tồn tại giữa một vùng thiên nhiên khắc nghiệt Cây ngô rất dễ trồng lại thích nghi nhanh với vùng núi cao, chỉ cần có đủ nước trời và ẩm độ phù hợp là có thể phát triển và cho năng suất cao Với những đặc điểm sinh thái đó, cây ngô luôn được bà con dân tộc thiểu số lựa chọn làm cây trồng chủ lực [80]

Thị trường tiêu thụ ngô hạt hiện nay là rất rộng lớn Không chỉ trước mắt mà lâu dài thị trường tiêu thụ ngô vẫn còn rất rộng mở, bởi lẽ ngô không chỉ là lương thực, nguyên liệu cơ bản để chế biến thức ăn gia súc mà còn là nguồn nguyên liệu cho năng lượng sinh học – nguồn năng lượng sạch Chỉ riêng chế biến thức ăn gia súc mỗi năm gần 100 nhà máy chế biến thức ăn gia súc loại lớn ở nước ta tiêu thụ khoảng hơn 3 triệu tấn ngô nguyên liệu, trong khi đó nguồn cung nội địa chỉ đáp ứng khoảng 50% nhu cầu dự kiến trong năm 2011 nhu cầu nguyên liệu khoảng gần 5,5 triệu tấn, vì thế thị trường nội địa vẫn đang rất hấp dẫn đối với người trồng ngô

Nhưng để hạt ngô trở thành hàng hoá có giá trị trên thị trường thì ngay từ bây giờ người quản lý cũng như người sản xuất cần phải nắm bắt xu hướng giá cả lương thực thế giới tăng cao không chỉ trước mắt mà còn trong lâu dài để có nhận thức về tầm quan trọng của việc phát triển cây ngô trong chiến lược phát triển cây lương thực nói chung Mặt khác, để cây ngô mang lại giá trị kinh tế cao cần phải thay đổi thói quen canh tác đã quá lạc hậu của người dân, nhất là đồng bào ở các địa bàn vùng cao, nơi cây ngô

có nhiều cơ hội phát triển do tiềm năng đất đai dồi dào và điều kiện thời tiết khí hậu phù hợp Việc đưa giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt vào sản xuất có ý nghĩa quyết định đến chất lượng và quy mô vùng nguyên liệu [77]

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ NGÔ VÀ TINH BỘT NGÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

1.2.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ ngô và tinh bột ngô trên thế giới

Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nước; sản lượng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc Năm 1961, diện tích ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lượng

205 triệu tấn đến năm 2010, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 161,8 triệu ha, năng suất bình quân 51,9 tạ/ha, sản lượng 840,3 triệu tấn [FAOSTAT][78] Trong đó Mỹ, Trung Quốc, Braxin là những nước đứng đầu về diện tích và sản lượng

Bảng 1.1 Diện tích trồng ngô trên thế giới trong thời gian từ 2005-2011, theo

thống kê của F.A.O[78]( tính theo triệu ha)

Trong những năm vừa qua diện tích và thị trường ngô chưa có biến động lớn, chỉ có năng suất ngô là tăng tương đối nhanh ở nhiều quốc gia Năng suất ngô tăng mạnh sẽ làm cho sản lượng ngô tăng, đặc biệt ở các nước đang phát triển như Trung Quốc trong năm 2000 năng suất đạt 4,6 tấn/ha, sản lượng đạt 106,2 triệu tấn đến năm 2010 năng suất ngô đạt 5,6 tấn/ha, sản lượng đạt 177,5 triệu tấn.[FAOSTAT][78]

Bảng 1.2 Sản lượng của một số châu trên thế giới từ 2005 đến 2011,theo thống

kê của F.A.O[78]( tính theo triệu tấn)

Thế giới 713,6 706,8 789,9 829,1 820,5 850,4 883,4 Châu Mỹ la tinh 379,2 369,4 454,8 439,1 440,9 445,4 438,4

Châu Á 197,6 210,3 219,1 238,4 234,6 254,4 270,9

Từ những năm của thập kỷ 90 thế kỷ 20, nhu cầu sử dụng tinh bột ngô ở các nước phát triển tăng rất nhanh do nhu cầu về tăng chất lượng sản phẩm trong các lĩnh vực kinh tế quốc dân Trong sản xuất ngô của thế giới Mỹ là nước sản xuất gần 50% tổng trọng lượng còn lại là do nước khác sản xuất Sản lượng ngô xuất khẩu trên

thế giới trung bình hàng năm tăng khoảng 80 triệu tấn và nhu cầu về sử dụng tinh bột ngô trên thế giới ngày càng tăng Do vậy tình hình sản xuất tinh bột ngô trên thế giới của các nước như Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc không ngừng phát triển Năm

2011, tình hình sản xuất tinh bột (tinh bột sắn, tinh bột khoai tây, tinh bột ngô, tinh bột mỳ,…) trên thế giới đạt 35 triệu tấn trong đó tinh bột ngô chiếm 43% sản lượng tinh bột đạt 15 triệu tấn

1.2.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ ngô và tinh bột ngô ở Việt Nam

Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác Cây ngô không chỉ cung cấp lương thực cho người, vật nuôi

mà còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn Sản xuất ngô cả nước qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất, sản lượng: năm 2001 tổng diện tích ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triệu ha; năm

2010, diện tích ngô cả nước 1126,9 nghìn ha, năng suất 41,1 tạ/ha, sản lượng trên 4,6 triệu tấn (Niên giám thống kê 2011)[6].Tuy vậy, cho đến nay sản xuất ngô ở nước ta phát triển chưa tương xứng với tiềm năng, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước, hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu từ trên dới 1 triệu tấn ngô hạt [81]

Bảng 1.3 Diện tích trồng ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo

Niên giám thống kê [6] ( tính theo nghìn ha)

Cây ngô được đánh giá là cây trồng có vai trò hết sức quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở nước ta; năm 2010 là 1126,9 nghìn ha (trong đó trên 90% diện tích trồng ngô

lai), sản lượng đạt trên 4,6 triệu tấn Tuy vậy sản xuất ngô trong nước vẫn chưa đáp ứng

đủ nhu cầu, hàng năm nước ta phải nhập khẩu lượng lớn ngô nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi [6]

Bảng 1.4 Năng suất ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo Niên

giám thống kê[6]( tính theo tạ/ha)

Bảng 1.5 Sản lượng ngô theo các vùng trong thời gian từ 2005-2010, theo Niên

giám thống kê[6]( tính theo nghìn tấn)

Nhu cầu sử dụng sản phẩm tinh bột ngô ở trong nước ta là rất lớn nhưng ngành sản xuất tinh bột ngô ở nước ta lại không phát triển Năm 2003 đến nay Công ty Lương thực Phú Thọ có nhập khẩu hệ thống dây chuyền sản xuất tinh bột ngô cuả Trung Quốc với năng xuất sản phẩm 50tấn/ngày nhưng sản xuất không hiệu quả thậm chí đến năm 2009 thì dừng sản xuất Nguyên nhân là do nguyên liệu ngô hạt trong nước chưa đủ dùng cho chăn nuôi mà còn phải nhập khẩu từ nước ngoài nên

không có đủ nguyên liệu cho nhà máy sản xuất Mặt khác giá thành sản phẩm tinh bột ngô nhập khẩu của Trung Quốc, Mỹ lại rẻ hơn trong nước nước sản xuất mặc dù chất lượng tinh bột là như nhau do vậy nhà máy sản xuất tinh ngô ở trong nước phải dừng sản xuất Tương tự ở Thanh Hóa cũng không sản xuất tinh bột ngô

1.3 ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT NGÔ

Tinh bột ngô được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm và ngành công nghiệp mỹ phẩm, với tính năng chủ yếu là như chất nhũ hóa, chất làm đặc, làm chất kết dính, chất tạo xốp, nhũ tương, chất ổn định, giữ nước [52][71]

Ngành thực phẩm: Dùng để ổn định cấu trúc thực phẩm và tạo cấu trúc đặc

trưng cho thực phẩm Trong sản xuất bánh giúp cải thiện độ nở, độ mềm của bánh

và là chất giữ nước, làm đặc cho sản phẩm nước sốt

Ngành dược phẩm: Dùng để làm màng bao cho viên thuốc và được sử dụng để

thay thế huyết tương

Ngành giấy: Dùng làm chất kế dính để nâng cao độ bền, độ nhẵn, độ dai, độ

bóng của sản phẩm

Ngành dệt may: Sử dụng để tăng cường vật liệu cải thiện chất lượng, khả năng

in và màu sắc bề mặt

Ngành hóa chất công nghiệp: Được sử dụng trong thuốc nhuộm tóc

Ngành mỹ phẩm: Được sử dụng trong kem dưỡng da

1.4 NHỮNG NGHIÊN CỨU Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ TINH BỘT NGÔ

1.4.1 Những nghiên cứu trên thế giới về quy trình sản xuất tinh bột ngô

Trên thế giới việc nghiên cứu về quy trình sản xuất tinh bột ngô đã được nghiên cứu ở các công đoạn ngâm, nghiền, rây và sấy tinh bột được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm đã được nhiều tác giả chỉ ra những đặc điểm nổi bật như:

 Nghiên cứu công đoạn ngâm

Nghiên cứu công đoạn ngâm của tác giả (Perez et al., 2003)[49] được tiến hành ngâm ở các thời gian khác nhau (8, 16, 24, 32 và 48 giờ) trong dung dịch SO2 ở nhiệt độ 52oC đã cho thấy Khi tăng thời gian ngâm từ 8 ÷ 48 giờ thì năng suất tinh bột tăng từ 77.6 ÷ 80.2%, gluten từ 8.1% xuống còn 7.8%, xơ và mầm từ 7.3% xuống còn 6.7% [60] Tác giả (Singh et al., 1996)[58] đã chỉ ra rằng ngâm ngô làm mềm hạt, loại bỏ các chất tan và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền Khi tăng nồng độ SO2 từ 0.1÷0.2% thì sản lượng tinh bột tăng 64.9÷67.3% [69] Axit lactic cũng được đưa vào quá trình ngâm để mô phỏng tốt hơn đối với quá trình ngâm công nghiệp (Roushdi et al., 1981c; Ling and Jackson 1991; Eckhoff et al., 1993b, 1996; Singh and Eckhoff 1995a)[50][41][21][58] (Du et al., 1996)[15] nhận thấy rằng năng suất tinh bột tăng 59.1÷63.8% khi 0.55% axit lactic đã được thêm vào dung dịch ngâm Lượng nước ngâm cũng quan trọng trong quá trình ngâm chứa

SO2, tổng số hấp thụ SO2 tăng với tỷ lệ tăng của nước ngâm ngô Hầu hết các nhà nghiên cứu đã sử dụng tỷ lệ nước ngâm ngô khác nhau từ 1.8:1 đến 2:1 (Krochta et al., 1981)[43] báo cáo rằng sản lượng tinh bột nhà máy giảm từ 70.3 xuống còn 67.5% khi tỷ lệ nước ngâm ngô đã giảm từ 2:01 đến 1:1 ở cùng nồng độ SO2 [58]

 Nghiên cứu công đoạn nghiền ngô

Nghiên cứu công đoạn nghiền ngô tác giả (Singh et al., 1996)[58] cho rằng lượng tinh bột ngô giải phóng phụ thuộc vào mức độ ngâm và độ cứng của nội nhũ Trong khi nghiền phá vỡ hạt nếu phôi ngô bị nát, nó sẽ trở thành khó khăn để thu hồi tinh bột và dầu của ngô có thể hòa vào dịch Dầu giải phóng trong quá trình này được hấp thụ bởi protein của ngô và nó làm ảnh hưởng đến thiết bị và sẽ làm tăng

chi phí bảo trì và giảm sản lượng Do đó thiết bị nghiền phải điều chỉnh được tốc độ (năng lượng đầu vào, tốc độ quay và thời gian nghiền) để hạn chế phôi không bị nát trong quá trình nghiền và gây ra ít dầu hơn và phôi dễ dàng được thu hồi [58] Sau khi phôi được thu hồi, dung dịch nên được nghiền mịn trước khi loại bỏ chất xơ [58]

 Nghiên cứu công đoạn tách tinh bột ngô

Sau khi nghiền lần 1, phôi được tách ra khỏi phần còn lại của dung dịch do phôi nhẹ nên nổi trên mặt dung dịch Nồng độ chất khô của dung dịch là 7.5÷9oBe ở nhiệt độ dung dịch là 27oC là nhiệt độ thích hợp cho tách phôi Phôi nổi lên có thể dùng rây hớt lên (Steinke and Johnson 1991, Eckhoff et al 1993b)[59][21], hoặc dùng máy khấy mái chèo khuấy cho phôi lắng xuống đáy thùng chứa và thu hồi phôi Tác giả Anderson, 1963 bổ sung thêm khoảng 200g tinh bột vào dung dịch tạo điều kiện để phôi nổi lên trên mặt nước dễ dàng thu hồi hơn Dung dịch sau khi nghiền nhỏ xơ được tách bởi sàng (rây) Dùng tay tách xơ vừa mỏi tay, bề mặt sàng khó định lượng và hiệu quả tách thấp hơn dùng máy [21] Tác giả (Singh and Eckhoff, 1996)[58] xác định rằng một độ dốc 0.0104 cm/cm và bơm 50 ml/phút cho sản lượng tinh bột tốt nhất khi 1 lít dung dịch tinh bột của nhà máy (1.04 tỷ trọng) đã được tách ra bằng cách sử dụng 8.3- x 6.1-cm bảng nhôm Tác giả (Neryng and Reilly, 1984)[47] tách tinh bột và protein sử dụng sàng tiêu chuẩn có kích thước từ 200÷270mesh để tách Hạt tinh bột sau khi qua rây 270mesh có đường kính từ 10÷30µm, trong khi đó protein (gluten) hạt thường có đường kính từ 5÷10µm (Singh, 1994) Protein của tinh bột ban đầu trước khi tách cao từ 8.5÷9.5% sau khi tách giảm xuống còn 1.29% Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm nghiền và chà xát trên mặt rây phẳng để tách tinh bột protein thì theo các tách giả (Watson 1984, Eckhoff và Tso 1991a, Eckhoff et al 1993b)[63][19][21] báo cáo có từ 0.30-0.54% protein lẫn trong tinh bột (Steinke và Johnson, 1991)[59]

và (Steinke et al 1991)[60], sử dụng lắng và ly tâm để tách tinh bột protein báo cáo

từ 0.56 và 0.42% hàm lượng protein lẫn trong tinh bột (Rubens, 1990)[51] và (Singh và Eckhoff, 1995a), sử dụng hydrocylones để tách tinh bột protein để cạnh

tranh với quá trình công nghiệp, báo cáo có 0.63-0.64% hàm lượng protin lẫn trong tinh bột

1.4.2 Những nghiên cứu trên thế giới về tính chất của tinh bột ngô

Nghiên cứu các tính chất của tinh bột ngô: hóa lý, hồ hóa, thoái hóa, dán và đặc tính kết cấu gel được tác giả (Sandhu và Singh, 2007) [52] chỉ ra rằng Ở các giống ngô khác nhau thì hàm lượng amylose và sự trương nở dao động từ 6.9÷21.3% và 13.7÷20.7 g/g, tương ứng Nhiệt độ hồ hóa (ΔHgel) và tỷ lệ thoái hóa (%R) cho tinh bột ngô khác nhau dao động từ 11.2÷12.7 J/g và 37.6÷56.5%, tương ứng Độ nhớt đạt cực đại của các loại ngô khác nhau là giữa 804 và 1252 cP Độ cứng của gel tinh bột dao động từ 21.5÷32.3 g

1.4.3 Những nghiên cứu ở Việt Nam về quy trình sản xuất tinh bột ngô

Ở Việt Nam tình hình nghiên cứu về quy trình sản xuất tinh bột ngô chưa nhiều

Vì vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất

tinh bột ngô” nhằm đưa ra các yếu tố công nghệ chính ảnh hưởng đến quy trình sản

xuất tinh bột ngô

2 Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN LIỆU

Ngô mã LVN10, LVN4, VN2, HN88 được lấy từ công ty Giống cây trồng trung ương, số 1 Lương Định Của, Hà Nội

2.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Quy mô phòng thí nghiệm

2.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

- Máy say sinh tố hiệu Philip

- Cân kỹ thuật 300gr với độ chính xác 0,0001g Sartorius (Đức)

- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL JSM6360LV (Nhật)

- Máy đo độ bền nén LLOYD LRX plus 500N (Anh)

- Máy đo cấu trúc TA.XT plus

- Tủ sấy Memmert (Đức)

 Các thực nghiệm để lấy số liệu cho đề tài được thực hiện chủ yếu tại:

- Phòng thí nghiệm thuộc Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp

- Phòng thí nghiệm thuộc Viện công nghệ Sinh học – Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội

- Phòng thí nghiệm Trung tâm Polyme-khoa Hóa- Đại học Bách khoa Hà Nội

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1 Một số phương pháp vật lý

 Phương pháp nghiền ngô

Ngô sau khi ngâm ta mang đi nghiền bằng máy xay sinh tố Trong quá trình nghiền ta thay đổi lượng nước cho vào nghiền Nghiền lần 1 trong 3 phút [16] để tách phôi, khi tách phôi xong ta lại nghiền lại lần 2 trong 5 phút

Cân 100g ngô sau khi ngâm cho vào máy xay sinh tố để nghiền Lượng nước bổ sung lần lượt vào quá trình nghiền với tỷ lệ lần lượt là 1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 1:5 Nghiền trong khoảng 3 phút để tách phôi Sau khi tách phôi, dịch tinh bột được nghiền trong 5 phút

 Phương pháp rây (Singh N., 1996) [58] và (Ling D,1991) [41]

Sau khi nghiền ngô, ta mang đi rây qua rây 30 mesh (595µm) để tách phôi, khi tách phôi xong ta lại nghiền lại rồi rây qua rây 170 mesh (88µm), 200 mesh (74µm),

230 mesh (63µm)

 Phương pháp xác định độ trương nở

Xác định khối lượng của 100g ngô trước khi ngâm

Xác định khối lượng của 100g ngô sau khi ngâm ở thời gian 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ

Xác định độ trương nở bằng cách so sánh khối lượng của cùng một lượng hạt trước và sau khi ngâm ở các thời gian khác nhau

Độ trương nở sau khi ngâm:

Trong đó:

m1: Khối lượng ngô trước khi ngâm.(g)

m2: Khối lượng ngô sau khi ngâm.(g)

x: Độ trương nở của ngô.(%)

2.4.2 Một số phương pháp hóa lý

 Phương pháp ngâm ngô (Singh N., 1996) [58]

Cân 100g ngô cho vào bình thủy tinh, thêm200 ml nước (theo tỷ lệ nước:khối lượng ngô là 2:1) và bổ sung hóa chất NaHSO3, Na2S2O3, Na2S2O5 theo nồng độ SO2 lần lượt là 0.1%; 0.2%; 0.3%; 0.4% Ngâm trong nhiệt độ 50oC

W: Độ ẩm của mẫu cần xác định ( %);

m1: Khối lượng mẫu + khối lượng hộp nhôm trước khi sấy ( g);

m2: Khối lượng mẫu + khối lượng hộp nhôm sau khi sấy ( g);

m0: Khối lượng mẫu đem đi sấy ( g)

2.4.3 Một số phương pháp hóa sinh

 Phương pháp xác định hàm lượng protein tổng số (TCVN 4295-86)

Xác định hàm lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl [3]

 Cơ sở phương pháp:

Phân tích hàm lượng protein tổng số gián tiếp thông qua hàm lượng nitơ

Hàm lượng protein tổng số = % Ni tơ tổng số * hệ số chuyển đổi nitơ

Hệ số chuyển đổi nitơ phụ thuộc vào từng nguyên liệu

 Nguyên tắc xác định:

Vô cơ hóa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ dưới tác dụng của nhiệt độ cao và acid

H2SO4 đậm đặc để tạo thành CO2, SO2, H2O Nitơ giải phóng ra dưới dạng amoniac (NH3), sẽ tạo ngay với H2SO4 đặc thành (NH4)2SO4 Sử dung NaOH 30% để phân giải muối này, để giải phóng ra NH3 Các phương trình phản ứng như sau:

 Cách tiến hành:

- Vô cơ hóa mẫu:

Cân 1 – 2g mẫu đã được nghiền mịn và sấy khô cho vào bình Kjeldahl, cho từ

từ một lượng H2SO4 đậm đặc (10 ml) Để tăng nhanh quá trình vô cơ hóa ( đốt cháy) cần phải cho thêm chất xúc tác, tốt nhất là dùng 0,5g hỗn hợp K2SO4: CuSO4:

Se ( 100:10:1) Có thể dùng Se kim loại ( 0,05g) hoặc dùng hỗn hợp CuSO4: K2SO4

( 1:3) Hay có thể dùng xúc tác là axit Perchloric HClO4 Hỗn hợp xúc tác có tác dụng tăng nhiệt độ sôi và làm tăng vận tốc quá trình phản ứng Tiến hành đun nhẹ hỗn hợp tránh sôi trào, dung dịch chuyển từ màu đen sang trắng, trong quá trình đun cần lắc nhẹ sao cho không còn một vết đen nào của mẫu nguyên liệu chưa bị thủy phân sót lại trên thành bình, đun cho tới khi dung dịch trong bình hoàn toàn trắng Sau đó làm nguội trong tủ hút cho an toàn

- Cất đam:

Bình Kjeldahl sau khi được làm nguội sẽ được dùng một lượng nước cất nhất định để tráng bình (khoảng 10 ml) Cho vào đó vài giọt chỉ thị phenolphtalein Lắp bình Kjeldahl vào vị trí máy cất đam Ở bình hứng tam giác 250 ml, ta cho vào đó 20ml dung dịch axi H3BO3 3% và vài giọt chỉ thị taxiro Tiến hành cất đạm bằng máy cất đạm ( khoảng 300s) Đem dịch thu được ở bình hứng tam giác để chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt là được

Làm tương tự với mẫu kiểm chứng với lượng nước cất đúng bằng lượng nước cất dùng để tráng bình Kjeldahl ( 10ml) Và cũng tiến hành cất đạm, chuẩn độ tương

tự như đối với mẫu phân tích

V1: Số ml dd H2SO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu phân tích;

V2: Số ml dd H2SO4 0,1N dùng để chuẩn độ mẫu kiểm chứng;

0,0014: Hệ số chuyển lượng ni tơ tương ứng 1ml H2SO4 0,1 N;

m: Khối lượng mẫu đem phân tích ( mg)

N: Hàm lượng nitơ tổng số ( %)

Hàm lượng protein được tính theo công thức:

%Prts = %Nts x 6.25 Trong đó: 6.25 là hệ số chuyên nitơ của ngô (TCVN 7898 : 2007)

 Phương pháp xác định hàm lượng lipid [4]

đổ ete dầu vào ½ thể tích bình Đặt máy soxhlet vào nối cách thủy và chiết ở trạng thái sôi Sau khoảng 3-4 h tiến hành thử xem lipid đã được chiết rút hết khỏi mẫu chưa bằng cách lấy vài giọt ete từ đầu cuối của trụ chiết cho lên đĩa kính thủy tinh sạch, cho bay hơi hết ete, nếu chất lỏng trên đĩa kính không bị loang ra và ete bay

hơi hết thì xem như lipid đã được chiết rút hoàn toàn Khi chiết xong, lấy bình cầu

ra, lắp ống làm lạnh vào và cất lấy ete Đưa bình cầu vào tủ sấy và tiến hành sấy ở nhiệt độ 70-80oC đến khối lượng không đổi rồi đem cân Tránh không nên sấy ở nhiệt độ quá cao, vì ở nhiệt độ cao thì lipid sẽ bị oxi hóa, làm giảm tỷ lệ thu hồi

G1: Trọng lượng bình cầu chứa chất béo (g)

G2: Trọng lượng bình cầu không (g)

G: Trọng lượng mẫu phân tích (g)

 Phương pháp xác định hàm lượng chất tro của tinh bột (TCVN 4295-86)

M1: Khối lượng chén nung (g);

M2: Khối lượng mẫu + chén nung sau khi nung (g);

M: Khối lượng mẫu đem đi nung ( g);

kiềm Sau khi lọc và rửa sạch, lượng chất xơ này được sấy khô đến khối lượng không đổi để biết hàm lượng cenlulose

 Cách tiến hành

Cân khoảng 2g mẫu cho vào bình tam giác 250ml, thêm 40ml cồn tuyệt đối và 10ml dd HNO3 đậm đặc, rồi đem thuỷ phân bằng nồi cách thuỷ trong 1,5giờ (nên lắp sinh hàn khí và làm trong tủ hút vì HNO3 rất độc) Sau đó, đem lọc nóng và rửa lại nhiều lần bằng nước cất Chọc thủng giấy lọc và chuyển toàn bộ phần trên giấy lọc vào bình tam giác, dùng 40ml cồn tuyệt đối để chuyển phần còn sót trên giấy lọc xuống bình tam giác Cho thêm vào bình 50ml NaOH 12,5g/l và tiếp tục thuỷ phân trong 1giờ Sau đó, lọc nóng bằng giấy lọc đã biết trước khối lượng, rửa lại nhiều lần bằng nước cất nóng rồi đem sấy giấy lọc đến khối lượng không đổi



 x 100 (%)

Trong đó:

X – hàm lượng cenlulose ( %);

G1 - khối lượng giấy lọc và xơ sau sấy (g);

Go - khối lượng giấy lọc ( g);

G - khối lượng mẫu ban đầu ( g);

Hình 2.1 Đồ thị xác định độ cứng

Từ đồ thị trên có hai thông số quan trọng thể hiện tính chất cơ học và liên quan đến cấu trúc của vật liệu: độ bền nén (giá trị cực đại trên đồ thị), độ biến dạng tại giá trị độ bền nén

2.4.5 Phương pháp công nghệ

2.4.5.1 Phương pháp sản xuất tinh bột ngô

Quy trình sản xuất tinh bột ngô dựa theo quy trình sản xuất của Bùi Đức Hợi và các cộng sự (2007)[1]

Hình 2.2 Quy trình sản xuất tinh bột ngô

Nước

Nước

Làm sạch Ngô

Tinh bột khô

2.4.5.2 Thuyết minh quy trình [1]

 Ngâm hạt

 Mục đích

Làm mềm hạt để xay nghiền, dễ dàng tách protein bao quanh những hạt tinh bột trong hạt và thu hồi những chất hòa tan chủ yếu từ phôi được dễ dàng Nước axit sunfuro (SO2 trong nước), hỗ trợ cho việc tách trên đồng thời hạn chế việc lên men trong khi ngâm

Nhằm tách trước khoảng 2/3 lượng các chất hòa tan và tạo điều kiện thuận lợi phân tách các cấu tử thành phần trong các khâu sau

Trong hạt ngô, các hạt tinh bột gắn chặt với nhau bởi vách protide, muốn giải phóng tinh bột phải làm thay đổi cấu trúc liên kết protide, làm yếu liên kết giữa các hạt tinh bột nghĩa là phá hủy khuôn protide Mục đích này có thể thực hiện bằng cách nghiền hạt đã ngâm trong thời gian nhất định

 Quá trình xảy ra khi ngâm

Thay đổi tính chất cơ cấu của hạt do liên kết giữa vỏ, nội nhũ bị phá hủy hay yếu đi Thay đổi cấu trúc nội nhũ hạt do phá hủy hay làm yếu liên kết giữa các tế bào nội nhũ cũng như giữa các hạt tinh bột và các phân tử protid trong tế bào

Rút ra từ hạt phần lớn các chất hòa tan trong hạt chưa ngâm và những chất hòa tan hình thành trong quá trình ngâm

Làm sạch lần cuối những tạp chất bám ở bề mặt ngoài hạt

 Nghiền sơ bộ

 Mục đích

Nhằm phá vỡ hạt thành mảnh để tách phôi dễ dàng, đồng thời thu được tỷ lệ tinh bột cao hơn

 Quá trình xảy ra khi nghiền

Phôi ngô sau khi ngâm trở nên đàn hồi và liên kết với nội nhũ yếu đi nên khi nghiền trong điều kiện nhất định phôi sẽ tách rời với các mảnh nội nhũ và không bị vụn nát Nghiền sơ bộ lần thứ nhất yêu cầu đập hạt thành 5-6 phần Còn nghiền sơ bộ lần hai cần đảm bảo giải phóng hết phôi khỏi nội nhũ nhưng không làm vụn phôi