Đề tài Quá trình đồ gạo

TRÌNH ĐỒ GẠO ( GIA CÔNG NƯỚC NHIỆT ): Qui trình sản xuất gạo đồ Gia công nước nhiệt Xát Phân loại Xay Phân loại Phân loại Xoa Lau bóng, làm trắng Bao gói Vỏ, trấu Tấm, cám Tấm, cám Thành phẩm Thóc Quá trình đồ gạo : Qua qui trình ta thấy, quá trình đồ gạo được tiến hành trên đổi tượng là hạt thóc, quá trình đồ gạo thông thường được thực hiện theo 3 bước : Làm ướt - ủ ẩm Hấp Sấy Các bước thực hiện 1. Làm ướt - ủ ẩm: 1.1.Mục đích – yêu cầu : Mục đích : Làm ướt : cung cấp nước cho khối thóc nhằm làm tăng hàm ẩm, chuẩn bị cho quá trình hồ hóa xảy ra trong giai đoạn hấp sau này, ngoài ra còn giúp loại bỏ các tạp chất bám bên ngoài hạt thóc. Ủ ẩm : để nước ngấm vào bên trong hạt, đảm bảo ẩm phân phối đều trong khối hạt, trong từng hạt và làm giảm độ nứt của hạt. Ngoài ra còn giúp loại bỏ một phần tạp chất bám bên ngoài. Yêu cầu : Đảm bảo độ ẩm cuối cùng của khối hạt trong khoảng 25 - 30%. 1.2. Phương pháp: Ban đầu khối hạt được làm ướt, có 3 cách làm ướt : ngâm nước, phun hơi, phun nước. Nước sử dụng để làm ướt có thể ở nhiệt độ trung bình hoặc cao, khoảng 45oC đến 75oC tùy theo từng địa phương. Làm ướt có thể thực hiện ở áp suất thường hay áp suất chân không.Tuy nhiên, thực hiện ở áp suất chân không ưu điểm nhiều hơn áp suất thường.Áp suất chân không tạo điều kiện cho nước vào tốt hơn, vitamin theo dó cũng vào trong dễ dàng.Trong khi đó, áp suất thường thì quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao hơn, nên rất dễ tổn thất vitamin. Sau khi làm ướt khối hạt được ủ, thời gian ủ tùy thuộc vào độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối cùng, giống thóc… nhưng phải đảm bảo độ ẩm cuối cùng của khối hạt đạt đến mức yêu cầu. Thông thường thóc được ủ trong khoảng 8 – 10 giờ. 1.3. Biến đổi: Trong quá trình này thực tế thóc chịu ảnh hưởng của 2 nhân tố nước và thời gian, nếu dùng nước nóng hay hơi nóng để làm ướt thì còn chịu thêm ảnh hưởng của nhân tố nhiệt nữa. Quá trình làm ướt và ủ trong một khoảng thời gian nhất định, nước dần dần ngấm vào trong hạt gây nên những biến đổi như sau . Vật lý: Điều dễ nhận thấy nhất là nhiệt độ của khối hạt và bản thân hạt thóc tăng lên Hạt thóc thay đổi hình dạng: Do hạt hút nước và tăng thể tích. Kết quả của sự trương nở các phần tử trong hạt gây ra áp suất trương nở, và chính do sự trương nở không đều gây ra sức căng nội tại làm hạt biến dạng. Mức độ trương nở của hạt phụ thuộc vào một số yếu tố. Ví dụ: hạt nhỏ và hạt non hút nước nhiều hơn và trương nhanh hơn; nhiệt độ nước càng cao thì hạt càng trương nở nhanh hơn… Bảng 3: Kích thước hạt thóc trường hợp có và không có quá trình làm ẩm và ủ ướt Phương pháp xử lýChiều dài (mm)Chiều rộng (mm)Bề dày (mm)Không làm ẩm và ủ ướt6.87 ± 0.092.23 ± 0.071.70 ± 0.03Có làm ẩm và ủ ướt7.58 ± 0.052.38 ± 0.041.88 ± 0.03 Ảnh hưởng đến cấu trúc của hạt: Biểu hiện rõ nhất của tình trạng thay đổi cấu trúc của hạt là hạt bị nứt nhiều, do các ảnh hưởng sau đây: Độ ẩm tăng dẫn đến độ nứt tăng nhiều Số lượng hạt nứt tăng có liên quan đến lượng nước hạt hấp thu, lượng nước càng nhiều thì hạt nứt càng nhiều Trong thời gian đầu quá trình ủ lượng nước tăng lên rất mạnh, sau 8 giờ lượng nứt có giảm một chút nhưng vẫn lớn hơn khi chưa làm ẩm, sau 12 giờ thì lượng nứt thay đổi rất ít, có thể tham khảo đồ thị sau: Đồ thị 1: sự thay đổi độ nứt hạt thóc theo thời gian Có thể giải thích hiện tượng này như sau Hạt gồm phần lớn những hạt tinh bột rất nhỏ và một ít protein, tốc độ hút nước của protein và tinh bột không giồng nhau, sau một thời gian hạt bị ngấm nước độ trương của tinh bột và protein cũng khác nhau do đó tạo thành những vết nứt Cấu trúc của hạt có rất nhiều mao quản, càng đi sâu vào trong hạt đường kính mao quản nhỏ dần, do đó khi nước ngấm vào hạt càng sâu càng bị ngăn trở sinh ra một ứng suất tác động làm cho hạt bị nứt Nước thấm vào hạt càng nhiều thì một số hợp chất cao phân tử bị thủy phân thành các chất hòa tan làm kín các khe nứt nên tỉ lệ nứt có xu thế giảm Nếu dùng nước nóng thì lượng nước tăng nhiều, tốc độ hút nước cũng tăng nhanh, các chất thủy phân nhiều nên tỉ lệ nứt giảm nhanh, tham khảo đồ thị sau: Đồ thị 2: Sự khác nhau về độ nứt của thóc theo nhiệt độ Trong quá trình ngâm, nội nhũ hạt hút nước trương nở, liên kết giữa các phân tử bị yếu đi do nước thâm nhập vào khoảng trống giữa các phân tử Thay đổi tính chất cơ cấu hạt: do liên kết giữa phôi và nội nhũ bị yếu hay bị phá hủy đi. Thay đổi cấu trúc nội nhũ hạt: do phá hủy hay làm yếu đi liên kết giữa các tế bào nội nhũ cũng như các hạt tinh bột và các phần tử protein trong tế bào. Sự thay đổi cấu trúc hạt dẫn đến giảm độ bền cơ học do hạt hút nước trương lên và mềm ra. Hóa học : Sự phân bố lại thành phần chất dinh dưỡng: Trong hạt thóc, nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị nắm ở các lớp phía ngoài hạt trong đó có nhiều thành phần dễ hòa tan ( vitamin, muối khoáng..) Vì thế trong quá trình này các thành phần hòa tan theo nước ngấm vào trong hạt, nội nhũ hấp thụ nước đồng thời cũng hấp thụ một phần các chất dinh dưỡng hòa tan. Tham khảo bảng số liệu về hàm lượng vitamin của các loại gạo sau: Bảng 4 : Hàm lượng vitamin trong một số loại gạo Loại gạoVitamin B1Vitamin B2Vitamin PPGạo thường1.220.3226Gạo đồ áp suất cao2.00.444Gạo đồ áp suất chân không3.20.549 Cũng cần nói thêm một số chất dinh dưỡng hòa tan đi sâu vào trong hạt đồng thời cũng có một số chất lại đi ra bên ngoài nên cũng sẽ tổn thất một phần dinh dưỡng Thay đồi độ ẩm (hàm lượng nước) trong hạt thóc : chịu ảnh hưởng bởi các nhân tố (trình bày chi tiết ở phần các yếu tố ảnh hưởng ) Nhiệt độ nước sử dụng Áp suất ngâm Thời gian xử lý Hóa sinh: Enzym được hoạt hóa: Trong quá trình làm ướt và ủ độ ẩm của hạt tăng, các phân tử tinh bột trương lên , đồng thời một số enzym được hoạt hóa chuyển một phần tinh bột thành dextrin. Ảnh hưởng này phụ thuộc vào lượng nước, nhiệt độ và thời gian ủ ẩm Cảm quan: Chủ yếu là sự thay đổi màu sắc của hạt thóc: chịu ảnh hưởng bởi các nhân tố sau pH nước sử dụng : Đồ thị 3: Sự thay đổi độ trắng của gạo theo pH nước làm ướt pH nước sử dụng làm ướt ảnh hưởng đến độ sẫm màu của gạo thành phẩm Hình cho thấy sự thay đổi độ trắng của gạo theo pH nước ngâm. Theo đồ thị ta thấy khi pH của nước ngâm bằng 4 – 6 thì hạt có màu sáng nhất, độ sẫm của hạt tăng lên khi pH tăng lên Thực nghiệm lại cho kết quả l khi sử dụng nước có tính axit yếu, sau khoảng 1giờ pH của dung dịch thay đổi từ 2 – 4. Điều này cho thấy lượng nước được hấp thụ vào bên trong hạt có thể bị trung hòa bằng những chất có tính kiềm trong thành phần hạt. Nếu nước có tính axit mạnh thì mặc dù chúng xâm nhập vào bên trong hạt nhưng phản ứng thủy phân vẫn xảy ra và tạo thành những hợp chất như đường, aldehyt…. Có ảnh hưởng lớn đến hương vị của gạo thành phẩm Qua đó cho thấy ảnh hưởng lớn của pH nước làm ướt đến chất lượng gạo, do đó cần có sự nghiên cứu cẩn thận trứoc khi sử dụng nước Hàm lượng muối sử dụng trong nước Theo nghiên cứu và kinh nghiệm trong quá trình làm ướt nếu bổ sung vào nước các loại muối như Natribisulphit và Metabisulphit sẽ làm giảm thời gian và nhiệt độ của nước sử dụng Đồng thời còn có tác dụng làm giảm sự sẫm màu của sản phẩm (đồ thị) Tuy nhiên có thể lưu lại hàm lượng SO2 nhất định trong sản phẩm và điều này cần phải hạn chế Đồ thị 4: Sự thay đổi độ trắng của gạo theo nồng độ muối Ngoài ra còn có yếu tố về : Nhiệt độ nước sử dụng Thời gian xử lý (Trình bày chi tiết ở phần các yếu tố ảnh hưởng ) 1.4. Thiết bị : Một số thiết bị tham khảo Bồn ngâm : Là dạng bồn hình hộp chữ nhật đơn giản, dùng để làm ướt thóc dưới hình thức ngâm nước, sau khi đảm bảo đã làm ướt được khối thóc theo yêu cầu,nước sẽ được tháo ra và tiến hành ủ ẩm Thiết bị phun hơi nóng : Dùng làm ướt thóc bằng hơi nước, nước qua từ bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt làm tăng nhiệt độ đến mức yêu cầu, sau đó nước được dẫn qua vòi phun hơi và tiến hành phun hơi nước vào bồn chứa, nước ngưng sẽ theo hệ thống ống dẫn dưới bồn chứa đi ra ngoài, sau quá trình phun, thóc sẽ được ủ ẩm. Quá trình ủ có thể tiến hành ở áp suất thường hay áp suất khác thông qua việc điều chỉnh hai van ở phía trên bồn chứa Hình 3: Một số thiết bị dùng làm ướt (bồn ngâm và thiết bị phun hơi )  1.5.Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng sản phẩm: Nhiệt độ nước : Ảnh hưởng đến lượng nước hấp thụ : Trong quá trình xử lý , nước ngấm vào bên trong hạt làm tăng hàm ẩm bên trong hạt. Lượng nước ngấm vào bên trong hạt chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ nước sử dụng, thời gian xử lý…. Bảng 5 : Sự thay đổi độ ẩm theo nhiệt độ của nước làm ướt Nhiệt độ nước (0C) Độ ẩm hạt ban đầu (kg/kg chất khô) Độ ẩm hạt sau khi xử lý (kg/kg chất khô) 35 40 45 60 75 80 85 90 950.1082 0.1178 0.1215 0.1965 0.1893 0.2192 0.2053 0.2550 0.30990.3018 0.3256 0.3984 0.4400 0.5150 0.5350 0.7100 0.7500 0.7900 Sử dụng nước quá nóng sẽ giảm thời gian . Trong một giới hạn nhất định, lượng nước được hấp thụ trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với nhiệt độ nước sử dụng. Thực nghiệm cho thấy nếu sử dụng nước có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột ( khoảng 700C ) sẽ làm tăng tốc độ hấp thụ nhưng không làm tăng hàm lượng nước nước được hấp thụ. Nếu nhiệt độ nước ngâm lớn hơn nhiệt độ hồ hóa của tinh bột, thời gian hấp thụ giảm nhưng lượng nước được hấp thụ vào hạt nhiều hơn mức cần thiết. Khi nhiệt độ nước ngâm cao thì thời gian ngâm cần thiết để hạt đạt được độ ẩm cân bằng giảm xuống. Để nước ngâm thẩm thấu vào tâm hạt thì độ ẩm hạt phải đat ít nhất là 30%. Nếu lượng nước hấp thụ nhiều hơn mức cần thiết nội nhũ sẽ trương nở đáng kể làm nứt lớp vỏ trấu và nội nhũ hạt trở nên phơi trần trong nước ngâm. Vỏ trấu nứt vỡ gây nên sự hạn chế là các hợp chất bên trong hạt sẽ bị rửa trôi vào nước. Do đó cần khống chế lượng nước ngấm vo hạt thông qua việc điều chỉnh nhiệt độ nước thích hợp để vỏ trấu thóc không nứt vỡ để lộ phần nội nhũ ra ngoài sẽ không ảnh hưởng tốt đến chất lượng của hạt. Đồ thị 5: Nước được hấp thụ theo thời gian ngâm ở những nhiệt độ nước ngâm khác nhau 80, 85 độ C Khi nhiệt độ nước ngâm thấp, năng lượng cung cấp cho sự khuếch tán nước thấp. Ở nhiệt độ thấp hạt có cấu trúc cứng nhắc và những hạt tinh bột còn nguyên vẹn. Khi tỷ lệ nước được hấp thụ thấp thì không gian dành cho những phân tử nước được giới hạn Tuy nhiên khi nhiệt độ nước ngâm vượt quá nhiệt độ hồ hoá, năng lượng này tăng lên dẫn đến sự thay đổi về cấu trúc hạt, cấu trúc hạt thay đổi để hấp thụ được lượng nước nhiều hơn. Do đó quá trình gia công nước nhiệt được điều khiển thông qua tỷ lệ nước được hấp thụ. Ảnh hưởng đến sự sẫm màu của sản phẩm : Nước nóng làm tăng nhanh sự hấp thụ nước đồng thời làm cho sản phẩm sau khi xay có sự biến đổi màu sắc. Đồ thị 6: Sự thay đổi độ trắng gạo theo nhiệt độ ngâm.Đồ thị 6 thể hiện sự sẫm màu của gạo gia tăng theo nhiệt độ nước ngâm. Ta có thể thấy qua hình rằng màu sắc trở nên sậm hơn ngay sau khi nhiệt độ nước ngâm vượt quá 700C. Thời gian ngâm và nhiệt độ nước ngâm ảnh hưởng đến sự sẫm màu của gạo đồ vì những yếu tố này hỗ trợ hoạt động của enzyme, enzyme amylase thủy phân tinh bột thành đường đặc biệt là glucose. Sự ố màu phụ thuộc vào hoạt động của enzyme amylase trong suốt quá trình ngâm. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ khoảng 600C là lý tưởng cho enzyme amylase hoạt động. Thời gian ngâm và nhiệt độ nước ngâm ảnh hưởng đến protein (albuminoids) ở lớp vỏ bao bọc nội nhũ, albuminoids bị thủy phân tạo thành aminoacid. Do đó có thể xảy ra phản ứng Maillard làm sẫm màu hạt gạo. Ảnh hưởng của nhiệt độ có thể phân huỷ các axit amin chứa S, giải phóng hydrogen sulphide và các hợp chất hữu cơ chứa S có phân tử lượng thấp khác. Những chất này kết hợp với rượu ( tạo ra nhờ phản ứng thủy phân lignin trong vỏ trấu) tạo ra những sản phẩm có mùi như thioalcohols hay thioethers tạo nên mùi và hương vị cho sản phẩm gạo đồ. Trong những quá trình hiện đại, áp suất chân không và áp suất cao được sử dụng để rút ngắn thời gian. Nhiệt độ nước ngâm được duy trì trong giới hạn nhất định để không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Áp suất khi xử lý : ảnh hưởng đến lượng nước hấp thụ : Bằng cách rút chân không và áp dụng áp suất cao thời gian ngâm được rút ngắn trong khi nhiệt độ nước ngâm không đổi Đồ thị 7: Lượng nước ngâm ở 450C được hạt hấp thụ trong quá trình ngâm trong 2 trường hợp áp suất khác nhau.Thời gian xử lý : Ảnh hưởng đến lượng nước hấp thụ : . Đồ thị 8: Lượng nước được hấp thụ theo thời gian ngâm ở nhiệt độ 80 0C, 85 0C. Dựa vào đồ thị ta thấy rằng thời gian ngâm càng dài thì lượng nước được hạt hấp thụ càng lớn. Tuy nhiên tốc độ nước được hấp thụ vào hạt giảm dần và khi hạt đạt được hàm ẩm nhất định thì lượng nước được hấp thụ không tăng nữa. Ảnh hưởng lên độ sẫm màu của hạt Thời gian ngâm càng dài hạt càng giảm độ trắng. Đó là do kết quả của hoạt động của hệ enzyme trong hạt thủy phân các hợp chất cao phân tử tạo ra những tiền chất cho phản ứng maillard tạo ra màu sẫm cho hạt Đồ thị 9: Sự thay đổi độ trắng của gạo theo thời gian ngâm ở nhiệt độ nước ngâm 700C.  2.Hấp: 2.1. Mục đích – yêu cầu : Mục đích : Gây ra những biến đổi sâu sắc của các thành phần trong hạt để đạt được hiệu quả về mặt dinh dưỡng và công nghệ. Mang vitamin vào trong, làm quá trình hồ hóa diễn ra tốt hơn, phá vỡ hạt tinh bột để hồ hóa. Yêu cầu: Toàn bộ khối hạt phải được tiếp xúc với hơi nước một cách đồng đều, nhiệt độ hơi phải như như nhau ở các phần của khối hạt. Thời gian hấp và nhiệt độ hấp có thể thay đổi đối với các loại hạt khác nhau và tuỳ thuộc yêu cầu của chất lượng sản phẩm cuối cùng. Cần tránh ngâm hạt quá mức để vỏ trấu không bị tách ra. Quá trình ngâm và hấp có sự tương tác, bổ sung cho nhau. Ngâm hạt trong nước nóng giúp gia nhiệt bước đầu cho hạt trong khi phần nước ngưng tụ trên bề mặt hạt trong quá trình hấp đảm bảo hạt luôn được bão hòa ẩm. 2.2.Phương pháp thực hiện: Hấp ở áp suất thường : Hấp ở áp suất thường đòi hỏi thời gian dài, có thể tới 20 phút hoặc hơn nữa. Khi hơi được sục vào khối hạt trong thiết bị hở nắp ở nhiệt độ <1000C giá thành thiết bị sẽ thấp hơn, lượng nước ngưng dễ dàng được tháo ra, thực hiện quá trình đơn giản. Nói cách khác, rất khó để phân bố hơi đồng đều. Phần hạt ở gần lối vào nhận được nhiều nhiệt hơn phần còn lại. Hơn nữa phương pháp này đòi hỏi lượng hơi nhiều hơn các phương pháo khác, do đó tiêu tốn nhiều nhiên liệu. do quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ không tăng thêm, có thể đạt tới nhiệt độ hồ hóa tinh bột nhưng hạt không được tiệt trùng hoàn toàn. Hấp ở áp suất cao : Hấp ở áp suất cao đòi hỏi thời gian ngắn hơn. Áp suất càng cao thời gian hấp càng giảm, những biến đổi cấu trúc cơ học và các quá trình sinh hóa xảy ra càng sâu sắc nhưng đồng thời gạo thành phẩm bị sẫm màu và vitamin bị phá hủy, vì vậy không nên dùng áp suất quá cao. Trong thực tế thường hấp thóc trong khoảng 9-12 phút với áp suất 1-2 at. Nếu gia nhiệt dưới áp suất cao, nhiệt độ có thể thay đổi( trong giới hạn chịu nhiệt của thiết bị). Sự phân bố nhiệt đồng đều hơn vì khối hạt bên trong vẫn được gia nhiệt đều. Tuy nhiên thiết bị sẽ đắt tiền hơn và việc tháo nước ngưng, nhập liệu và tháo liệu trở nên khó khăn. Hấp trong điều kiện chân không : Hấp thóc trong chân không đã được nhiều nghiên cứu khẳng định tính ưu việt so với 2 phương pháp trên. Hạt chịu những biến đổi sâu sắc, nhanh chóng đạt các tính chất công nghệ cần thiết. Gạo thành phẩm không bị sẫm màu và cơm có độ dính tốt hơn. Nhưng cũng kèm theo những nhược điểm là thiết bị phức tạp, tỷ lệ tấm giảm không rõ rệt 2.3.Biến đổi : Khi hấp hơi nước có nhiệt độ cao tiếp xúc với hạt có nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ nước trên bề mặt hạt, làm ẩm toàn bộ vỏ hạt và ngấm vào khoảng không gian giữa vỏ và nhân. Quá trình hấp trong một điều kiện nhất định, hạt hấp phụ phần nước ngưng. a.Vật lý: Nhiệt độ của khối hạt và bản thân hạt thóc tăng lên do hạt được đốt nóng Tác dụng nhanh của nước và nhiệt làm giảm đáng kể mối liên kết vỏ và nhân, giữa vỏ quả, vỏ hạt và nội nhũ. Tinh bột trong hạt được thủy phân và cấu trúc dạng hột của nội nhũ trở thành dạng paste vì tinh bột được hồ hóa. Những vết nứt trong nội nhũ được lấp đầy và biến mất. Cấu trúc nội nhũ trở nên rắn chắc và trong suốt. Hiện tượng này được giải thích như sau: Khi có tác dụng của hơi nước hạt tinh bột trương nở khoảng cách giữa các hạt tinh bột với nhau thu hẹp lại. Trong tế bào hạt thóc đã qua quá trình gia công nước nhiệt, thông thường các hạt tinh bột được sắp xếp lại thứ tự và khít với nhau hơn, người ta thấy rõ các hạt tinh bột gạo được xếp thành từng chùm. Trong trường hợp gia công nước nhiệt với áp suất cao thì các hạt tinh bột bị vỡ ra và mất hình dáng ban đầu. Tinh bột trong hạt được thủy phân và cấu trúc dạng hạt của nội nhũ trở thành dạng paste vì tinh bột được hồ hóa. Những vết nứt trong nội nhũ (xuất hiện trong quá trình ngâm) được lấp đầy và biến mất. Cấu trúc nội nhũ trở nên chắc và trong suốt, ít bị gãy nát trong quá trình xay xát. Hình 4: Cấu trúc nội nhũ gạo thường và gạo đồ  b.Hóa học : Sự phân bố của những hợp chất tan trong nước bên trong hạt bắt đầu từ quá trình ngâm được tiếp tục và gia tăng: Hàm lượng chất rắn di chuyển vào nước nấu của gạo đồ thấp hơn gạo thường. Khi áp suất hấp tăng lượng chất rắn di chuyển vào nước nấu càng giảm. Sự tạo thành phức hệ amylose-lipid không tan là yếu tố làm giảm khả năng hoà tan vào nước nấu của gạo đồ. Phức hệ amylose – lipid có thể hình thành theo 2 dạng: Dạng 1: Những chuỗi xoắn ốc được sắp xếp 1 cách ngẫu nhiên và có thể có những tinh thể nhưng chỉ với số lượng ít. Dạng 2: Những chuỗi xoắn ốc và các tinh thể kết hợp với nhau tạo thành phức hệ chặt chẽ. Cơ chế: Phức hệ amylose – lipid được hình thành do sự gắn kết của các thành phần vô định hình nằm riêng rẽ trong hạt trong quá trình gia công nước nhiệt. Phức hệ amylose – lipid được hình thành do sự tạo thành tinh thể của amylose và lipid có sẵn trong hạt. Hình 4: Phức hệ amylase - lipid  Sự hồ hóa tinh bột và sự hình thành phức hệ amylose – lipid làm nội nhũ hạt trở nên cứng chắc, do đó hiệu quả xay tăng, tính chất nấu thay đổi.Đồng thời các phân tử Iot không có khả năng thay thế phân tử chất béo trong phức hệ amylose – lipid này dẫn đến phản ứng tạo màu hồng với Iot thay vì màu xanh. Sự liên kết này làm gạo nhiều amylose sẽ dễ hồ hóa hơn do cấu trúc của phức hệ amylose – lipid tạo thành dạng 1 dễ tiêu hóa hơn.Ngoài ra , liên kết phân tử mạnh hơn liên kết ngoài nên cơm ít dính. Sự thay đổi hàm lượng vitamin và chất khoáng: Bảng 6 : Sự thay đổi về hàm lượng chất khoáng của gạo qua quá trình gia công nước nhiệt Nguyên tố (mg/0.1kg)Gạo thườngGạo đồTro (%) Na Ca K P Mg Fe 0.39 7.28 16.01 97.0 84.2 28.33 1.210.44 11.75 23.20 121.1 127.0 40.04 1.27Hàm lượng tro trong gao đồ tăng vì trong quá trình ngâm và hấp, một số thành phần muối hòa tan được trong nước đã xâm nhập vào hạt. Những nguyên tố khoáng như Na, Ca, Fe, Mg, Cu, Mn và Zn có mặt ở lớp vỏ hạt bị loại bỏ trong quá trình xay xát do đó mức độ xay cũng ảnh hưởng đến hàm lượng khoáng trong gạo. Bảng 7: Sự thay đổi về hàm lượng vitamin của gạo qua quá trình gia công nước nhiệt  Vitamin (mg/100g)Hạt thócGạo trắngGạo đồThiamin (B1) Riboflavin(B2) Niacin (PP)0.41 0.09 5.20.06 0.03 1.30.40 0.03 3.5 Bảng 8: Hàm lượng vitamin trong một số loại gạo (số liệu theo Achaya -Ấn Độ)VitaminHàm lượng vitamin(%) so với gái trị của gạo thườngHạt thócGạo lau bóngGạo giãGạo đồThiamine Riboflavin Niacin Folic acid100 100 100 10015 35 37 2266 87 85 6072 66 83 30Quá trình gia công nước nhiệt làm giảm sự mất mát các thành phần tan trong nước ( Vitamin B, đường , acid amin, khoáng) trong quá trình xay xát, điển hình là Thiamin. Hàm lượng vitamin trong gạo đồ cao hơn gạo thường là do: Lớp ngoài của hạt gồm những tế bào của các lớp aloron, vỏ quả, vỏ hạt. Các chất khoáng và vitamin cũng được phân bố nhiều ở các tế bào lớp ngoài của hạt chất xơ, chất béo. Nếu không qua quá trình gia công nước nhiệt thì phần lớn lượng chất dinh dưỡng này sẽ bị loại bỏ trong quá trình xay xát. Trong quá trình gia công nước nhiệt, hàm lượng khoáng và vitamin có những biến đổi nhất định. Trong khi ngâm và hấp hạt, các chất khoáng và vitamin chuyển từ các lớp ngoài vào phía trong. Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình hấp, các thành phần dinh dưỡng này di chuyển từ bên ngoài vào trong nội nhũ hạt. Khi hạt có qua quá trình hấp thì sự mất mát Thiamin giảm đáng kể và mức độ hấp càng cao thì sự mất mát Thiamin càng giảm. Do trong quá trình hấp tinh bột được hồ hóa, cấu trúc hạt trở nên vững chắc nên có khả năng giữ lại lớp cám giàu vitamin trong quá trình xay xát và lau bóng. Những hạt cầu béo, chủ yếu có trong lớp aleuron bị phá hủy. Xảy ra phản ứng mailard làm sậm màu hạt. c.Hóa sinh: Phần lớn các hoạt động sinh học, dạng hoạt động hay dạng nghỉ, như sự phát triển của nấm, bào tử nấm, côn trùng, trứng và ấu trùng của chúng bị kìm hãm và tiêu diệt. Những enzyme có mặt trong hạt bị vô hoạt và phá huỷ. Enzyme peroxidase trong gạo là 1 trong những enzyme bền nhiệt nhất, sẽ bị vô hoạt sau khi hấp 8 phút ở nhiệt độ 1210C. d.Cảm quan: Hạt hút nước và trương nở. Có sự thay đổi màu sắc: hạt bị sẫm màu. 2.4.Thiết bị : Hình 5: Nồi hấp Nồi hấp thường có hình trụ tròn hay hình chữ nhật, nắp mở bên trên, đáy hình côn hay hình nón làm từ sắt tấm hay bê tông. Nồi hấp được đặt bên cạnh thùng ngâm để thuận tiện cho công nhân làm việc. Đáy nồi hấp cách mặt đất 1 khoảng để việc tháo dỡ thóc được dễ dàng. Chính giữa nồi hấp là một đường ống thẳng đứng có đục lỗ. Hơi từ nồi hơi đi qua đường ống này xuyên qua các lỗ xâm nhập vào khối thóc ẩm. Nếu nồi hấp có đường kính lớn có thể sử dụng nhiều đường ống để hơi có thể đến khắp khối thóc.Đôi khi nồi hấp đáy bằng được sử dụng, khi đó đường ống được lắp bên dưới Người ta tháo dỡ thóc bằng cách lật ngược nồi hấp nhờ 2 trục quay. 2.5.Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng sản phẩm: Nhiệt độ hấp: Nhiệt độ quá trình hấp tương đương với áp suất hấp do đó ảnh hưởng của nhiệt độ hấp cũng như ảnh hưởng của áp suất hấp. Để hồ hóa tinh bột phải hấp thụ đủ lượng nước và đạt đến nhiệt độ hồ hóa thấp nhất. Nhiệt độ hơi nước ở áp suất thường luôn cao hơn nhiệt độ hồ hóa. Tuy nhiên để đảm bảo toàn bộ tinh bột trong hạt được hồ hóa, lượng ẩm và nhiệt phải được cung cấp đủ. Lượng nhiệt do hơi nước cung cấp phụ thuộc nhiệt độ hơi nước và hệ số truyền nhiệt. Các thông số này thay đổi tùy theo trạng thái của hạt ( có vỏ trấu hay không có vỏ trấu) và cấu trúc của bản thân hạt đó sẽ ảnh hưởng đến sự dy chuyển của nhiệt từ bề mặt vào bên trong. Nếu tinh bột không được hồ hóa hoàn toàn thì ở tâm của nội nhũ tinh bột vẫn còn nằm trong thể hạt. Hạt nên được hấp cho đến khi tinh bột được hồ hóa hoàn toàn, bất kể độ dày và cấu trúc hạt như thế nào. Nếu nhiệt độ hơi lớn hơn nhiệt độ hồ hóa thì kết quả là quá trình dịch hóa. Ta có thể đánh giá một cách gián tiếp thông qua độ cứng của hạt, màu sắc và sự bám dính giữa lớp vỏ và nội nhũ, giữa nội nhũ và nhân. Áp suất hấp: Ảnh hưởng lên sự hồ hoá tinh bột Mức độ hồ hóa phụ thuộc vào áp suất hấp. Áp suất hấp càng cao mức độ hồ hoá càng lớn và ngược lại. Quá trình hồ hoá kết thúc trong 20 phút ở áp suất 10psig trong khi ở áp suất 0 psig hạt cần 60 phút để hạt đạt được tỷ lệ hồ hoá 80%. Nhưng mặc dù ở áp suất 10psig sự hồ hoá kết thúc sau 20 phút, hạt chỉ đạt được hàm lượng chất hòa tan cao nhất sau 60 phút. Đồ thị 10: Tỷ lệ hồ hóa của thóc ở những áp suất hấp khác nhau  Quan hệ giữa hàm lượng chất hoà tan và mức độ hồ hoá Đồ thị 11: Mối quan hệ của hàm lượng chất hoà tan và mức độ hồ hoá của thóc ở những áp suất khác nhau  Quan hệ giữa hàm lượng chất hoà tan và mức độ hồ hoá có dạng tuyến tính cho tới gần điểm mà quá trình hồ hoá kết thúc, sau đó quá trình dịch hoá tiếp tục diễn ra. Hàm lượng chất hòa tan sau quá trình dịch hoá có thể còn tăng thêm nhiều, vượt quá giá trị được khảo sát. Vì lý do đó mức độ hồ hoá chỉ có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng chất hoà tan khi hấp ở áp suất thấp, khi đó sự dịch hoá diễn ra không đáng kể. Các thông số có mối quan hệ với mức độ hồ hoá kém rõ ràng hơn hàm lượng chất hòa tan thì không được khảo sát. Ảnh hưởng của áp suất hấp lên sự dịch hoá tinh bột Mức độ dịch hoá cũng phụ thuộc rất lớn vào áp suất Áp suất hấp càng cao mức độ dịch hoá càng tăng. Mức độ dịch hoá được biểu thị bằng hàm lượng chất hoà tan theo thời gian ở những áp suất hấp khác nhau. Đồ thị 12: Tỷ lệ dịch hoá của thóc ở những áp suất khác nhau.  Ảnh hưởng của áp suất hấp lên sự tạo thành phức hệ tinh bột Hàm lượng phức hệ tinh bột phụ thuộc rất lớn vào áp suất hấp. Áp suất hấp càng cao càng nhiều phức hệ tinh bột được tạo thành. Áp suất hấp cao đồng nghĩa với hàm lượng chất hoà tan cao. Điều này cho thấy rằng để hình thành phức hệ tinh bột thì tinh bột phải được dịch hoá trước đó. Nhờ quá trình dịch hoá, amylose được giải phóng dưới dạng tự do, từ đó chúng được sắp xếp lại cùng với các phân tử acid béo tạo thành phức hệ. Thời gian hấp Thời gian hấp ảnh hưởng đến hàm ẩm của hạt. Nhiệt độ để hồ hoá hoàn toàn tinh bột phụ thuộc vào hàm ẩm trong quá trình gia nhiệt cho hạt. Ở độ ẩm 60, 40, 25%, sự hồ hoá tinh bột hoàn tất lần lượt ở nhiệt độ 90, 105, 145oC. Những số liệu đó cho thấy rằng để đạt được sự hồ hóa hoàn toàn trong quá trình gia công nước nhiệt thì độ ẩm bên trong nội nhũ và nhiệt độ hấp phải được điều chỉnh cho phù hợp với nhau. Thời gian hấp cũng ảnh hưởng đến sự hình thành phức hệ amylose-lipid. Ở độ ẩm 66% không có sự tạo thành phức hệ amylose-lipid loại 2 Nhưng ở độ ẩm 40 và 25%, dạng phức hệ này được hình thành ở nhiệt độ lần lượt là 100 và 1300C. Do đó sự phân bố ẩm trong hạt trong quá trình gia công nước nhiệt ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng gạo đồ thành phẩm. Hàm ẩm quá cao ở những lớp ngoài của hạt có thể hạn chế sự tạo thành phức hệ amylose-lipid và phức hệ cũng chỉ có thể hình thành ở nhiệt độ rất cao nếu hàm ẩm bên trong nội nhũ hạt quá thấp. 3.Sấy : 3.1. Mục đích : Chuẩn bị : chuẩn bị cho quá trình xay xát. Bảo quản : quá trình sấy đưa hạt về độ ẩm thích hợp (11-12%), độ ẩm này giúp ức chế vi sinh vật và vô hoạt enzym nên có tác dụng bảo quản. 3.2.Phương pháp: Kinh nghiệm cho thấy, thóc được sấy kho dưới ánh mặt trời chỉ cho độ ẩm cuối tối đa ở khoảng 16-18%.Với độ ẩm này khi lưu kho hạt dễ hút ẩm trở lại và bị nấm mốc tấn công.Độ ẩm thích hợp cho sản phẩm này thường là 11-12%. Khi sấy xong, sản phẩm thường được lưu kho trong vài giờ, có thể từ 2-3 ngày và sau đó được đưa khi xay xát.Lúc này, hạt rất dễ hút nước trở lại và bị vi sinh vật tấn công. Trong những nhà máy hiện đại sử dụng thiết bị sấy dạng thẳng đứng hay dạng hình trụ nằm ngang. Thiết bị sấy dạng hình trụ đứng thích hợp để sấy chậm ở nhiệt độ thấp trong khi thiết bị hình trụ nằm ngang thích hợp để sấy nhanh ở nhiệt độ cao. Giai đoạn 1: giảm độ ẩm xuống 16-18% Giai đoạn 2: giảm độ ẩm xuống 11-12% 3.3.Biến đổi : Vật lý: Độ cứng của hạt tăng lên. Hóa học và hóa sinh: Trong quá trình sấy gạo đồ ngoài sự biến đổi về hàm ẩm nhằm giảm hàm ẩm hạt đến giá trị tối ưu cho xay xát và tồn trữ sau này, sấy cũng ảnh hưởng đến cấu trúc hạt bằng cách tiếp tục hồ hóa ( giữ nhiệt độ hạt ở nhiệt độ hồ hóa) hay đình chỉ quá trình hồ hoá. Nếu quá trình hồ hóa vẫn tiếp tục sẽ làm nội nhũ hạt trở nên cứng chắc hơn. Dùng nhiệt độ sấy cao: Quá trình hồ hóa vẫn tiếp tục sẽ làm hạt trở nên cứng và sậm màu hơn. Ngoài ra do nhiệt độ sấy cao, tốc độ dịch chuyển ẩm nhanh có thể gây ra những vết nứt trên nội nhũ làm hạt dễ gãy vỡ khi xay. Dùng nhiệt độ sấy thấp: Quá trình hồ hóa bị đình chỉ không làm hạt trở nên cứng và sậm màu, không gây ra các vết nứt trên nội nhũ. Hạt thóc trước quá trình sấy chưa hồ hóa hoàn toàn, trong quá trình sấy tiếp tục bị hồ hóa. Khi sấy ở nhiệt độ cao tỷ lệ hồ hóa tăng lên theo thòi gian sấy.Nếu hạt trước khi sấy có tỉ lệ hồ hóa xấp xỉ 20% , nếu sấy ở 150oC mất 5-6 phút và 170oC mất 4 phút để quá trình hồ hóa xảy ra gần như hoàn toàn. Đồ thị 13: Mức độ tinh bột được hồ hóa phụ thuộc thời gian sấy ở nhiệt độ sấy lần lượt là 150, 1700C với độ dày lớp hạt 12.5cm . Hình dưới đây là cấu trúc hạt tinh bột đã qua quá trình gia công nước nhiệt và được sấy ở những nhiệt độ khác nhau. Sau khi sấy ở nhiệt độ 150-1700C hạt tinh bột trương nở, hấp thụ nước xung quanh hạt và xảy ra sự hồ hoá, hạt tinh bột bị vỡ mất đi hình dạng ban đầu. Ta nhận thấy nhiệt độ sấy càng cao thì mức độ hồ hóa tinh bột càng tăng, thể hiện ở sự phân tán các phần tử tinh bột. Hình 6 : Cấu trúc gạo thường và gạo đồ ở những điều kiện sấy khác nhau Tùy thuộc vào mức độ hồ hóa ta có gạo đồ được hồ hóa hoàn toàn và gạo đồ hồ hoá 1 phần. Gạo đồ hồ hóa hoàn toàn có nội nhũ trắng trong và cứng chắc. Gạo đồ hồ hoá 1 phần (còn gọi là hạt trắng bụng) có phần tinh bột chính giữa nội nhũ chưa được hồ hóa, phần tinh bột này có màu trắng đục. Trong gạo đồ, sự tồn tại của phần tinh bột chưa được hồ hóa ở chính giữa nội nhũ là điều không mong muốn vì khi đó hạt rất dễ vỡ trong quá trình xay. Sự thay đổi màu do phản ứng mailard: quá trình đồ gạo làm tăng giá trị dinh dưỡng và tăng thời gian bảo quản gạo. Tuy nhiên vấn đề gặp phải trong quá trình gia công nước nhiệt là sản phẩm bị sậm màu ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của sản phẩm. Hình 8: Gạo thường và gạo đồ  Tổng hàm lượng chất béo trong toàn hạt ít thay đổi sau quá trình sấy Bảng 9: Tổng hàm lượng chất béo trong toàn hạt sau quá trình sấy Hóa lý: Độ ẩm của hạt giảm và độ nhớt của hạt nhìn chung cũng giảm. Cảm quan: Màu sắc thay đổi: sản phẩm gạo đồ có màu sậm hơn sản phẩm gạo thường. Gạo đồ gạo thường Độ trắng của thóc: Hạt gạo có một vùng trắng đục ở bụng hạt, chiếm khoảng 50% thể tích hạt được gọi là hạt trắng bụng. Hạt trắng bụng do phần tinh bột nằm chính giữa nội nhũ chưa được hồ hóa. Tỷ lệ hạt trắng bụng được tính bằng % của lượng gạo nguyên hạt sau khi xay và được thể hiện trên đồ thị . Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tỷ lệ hạt trắng bụng với độ ẩm ban đầu của hạt khoảng 41.5% – 42.5 % chất khô. Đồ thị 14: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tỷ lệ hạt trắng bụng ở nhiệt độ sấy 150, 160, 1700C, độ dày hạt 10 cm. Đồ thị 15: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tỷ lệ hạt trắng bụng ở nhiệt độ sấy 1700C, độ dày lớp hạt 10, 12.5, 15 cm .  Khi độ ẩm hạt giảm, tức là tăng thời gian sấy thì lượng hạt trắng bụng giảm. Tỷ lệ hạt trắng bụng cũng giảm khi tăng nhiệt độ sấy. Độ dày lớp hạt khi sấy ít ảnh hưởng đến tỷ lệ gạo trắng bụng, giá trị chỉ dao động trong khoảng 1-2% khi độ dày thay đổi từ 10-15 cm ở nhiệt độ sấy 1700C (Đồ thị 15). Từ sự biến đổi về tỷ lệ hạt trắng bụng có thể gián tiếp suy ra sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, thời gian sấy lên mức độ hồ hoá của tinh bột. Cơm nấu bằng gạo đồ ít dính hơn. Trong thành phần lipid có mặt trong gạo, acid béo tự do là yếu tố quan trong nhất đối với sự hình thành nên phức hệ amylose-acid béo. Phức hệ làm giảm độ dính của cơm khi nấu do đó cơm nấu từ gạo đồ tơi và kém dính hơn cơm nấu từ gạo thường. Ngoài ra gạo mới được thu hoạch bao giờ cũng tạo ra cơm có độ dính cao hơn gạo đã được bảo quản trong vài tuần. Do trong quá trình bảo quản, hàm lượng acid béo tăng lên nhanh chóng, chúng kết hợp với amylose tạo thành phức hệ khiến cơm được nấu ra tơi, kém dính. Một số nơi trên thế giới ưa chuộng tính chất này tuy nhiên một số nơi lại không ưa thích. 3.4.Thiết bị sấy dùng hơi quá nhiệt: Sau quá tình ngâm, thóc ướt được sấy khô bằng thiết bị sấy dùng hơi quá nhiệt. Cấu tạo : Hệ thống gồm các phần chính: Thùng hình trụ, đường kính trong 15cm, cao 100cm, P=13.5KW để chuyển hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt. Quạt ly tâm P=2.2KW nối với cyclone và nồi hơi 31kg/h. Thiết bị tạo hơi bão hòa ở 106 kPa ( áp suất tuyệt đối). Nguyên lý hoạt động: Thóc ướt nạp vào buồng sấy bằng cửa nhập liệu số 10, lúc này van 3 và 5 đóng, van 2 và 4 mở.Sau khi thóc ướt nạp xong, van 10-4-2 đóng, van 3-5 mở. Hơi nóng từ lò hơi đi vào buồng sấy. Trong quá trình sấy, các van được giữ ổn định. Bụi và thóc vụn thoát ra và hơi nóng được tái sử dụng. Hơi qua lò điện tiếp túc được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu, rồi đi vào buồng sấy. Để xác định lượng hơi và nhiệt độ thóc, người ta sử dụng van số 9. Nhiệt của thóc và hơi được đo bằng cặp nhiệt đô Cr-Al ( độ K). Hình 9: Thiết bị sấy  Thông số : Vận tốc khí :3m/s Nhiệt độ:140oC Thời gian sấy:10-15 phút Độ ẩm đầu: 25-30% Độ ẩm cuối : 11-13% 3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy và nhiệt độ thóc: Ảnh hưởng của bề dày hạt: Khối hạt càng dày thì thời gian sấy càng dài và nhiệt độ khối hạt càng thấp. Đồ thị 16: Ảnh hưởng của bề dày hạt đến nhiệt độ, thời gian sấy. Ảnh hưởng của tốc độ hơi bề mặt: Vận tốc truyền nhiệt tỉ lệ thuận với thời gian sấy và nhiệt độ khối hạt. Đồ thị 17: Ảnh hưởng của vận tốc truyền nhiệt đến thời gian sấy, nhiệt độ sấy . Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy: Cùng vận tốc gió và độ dày khối hạt, nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh.Thí nghiệm với nhiệt độ sấy từ 140-180oC, cho kết quả như hình biểu diễn: Đồ thị 18: Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến tốc độ sấy. VI. TÍNH CHẤT SẢN PHẨM GẠO ĐỒ Vật lý : Độ cứng : Độ cứng của gạo đồ cao hơn các loại gạo khác do các nguyên nhân: Protein dự trữ thường tồn tại trong nội nhũ dưới dạng thể hình cầu có màng bao, nằm riêng biệt hay kết dính với nhau tạo thành mạng lưới hạt protein bao bọc các hạt tinh bột. Các mạng lưới hạt protein này tập trung nhiều ở gần thành tế bào của hạt và góp phần trong việc tạo nên độ cứng cho hạt. Trong quá trình gia công nước nhiệt, dưới tác dụng của nước và nhiệt độ màng bao các thể protein này bị vỡ, các protein được giải phóng và tạo thành dạng vô định hình bao bọc xung quanh các hạt tinh bột tạo nên độ cứng cho hạt. Sự hồ hóa tinh bột và sự hình thành phức hệ amylose – lipid làm nội nhũ hạt trở nên cứng chắc Mức độ gia công nước nhiệt càng cao (tăng thời gian hấp ) thì giá trị độ bền căng và modun đàn hồi càng cao và khoảng dao động của độ bền căng của các hạt khác nhau càng giảm. Hạt được hấp trong 10 phút sẽ cứng chắc ít gãy vỡ khi xay hơn hạt được hấp trong 5 phút do các nguyên nhân sau: Do tốc độ thoát ẩm của lớp ngoài nội nhũ cao hơn bên trong, tinh bột đã được hồ hóa sẽ tạo ra một lớp vỏ cứng bao quanh phần nội nhũ mềm bên trong. Lớp vỏ này giúp hạt trở nên cứng chắc, không gãy vỡ khi xay. Hạt được hấp trong 5 phút có lớp vỏ mỏng hơn so với hạt hấp trong 10 phút do lớp tinh bột được hồ hoá ít hơn. Cấu trúc nội nhũ đồng nhất hơn do các vết nứt đã được lấp đầy, những vết nứt trong nội nhũ hạt ở chế độ hấp 5 phút đã biến mất sau khi hấp 10 phút. Hình dạng - kích thước hạt : Trong quá trình gia công nước nhiệt nước tương tác với các thành phần của hạt ( chủ yếu là tinh bột và protein) và có những biến đổi nhất định gây ra sự thay đổi về kích thước và hình dáng của gạo đồ so với gạo thường. Qua bảng số liệu cho thấy qua quá trình gia công nước nhiệt chiều dài trung bình của gạo giảm đi trong khi chiều rộng có xu hướng tăng lên. Hạt gạo sau khi đồ có hình dạng ngắn và mập hơn so với gạo thường. Hình dạng này ít bị thay đổi khi hạt được đem đi nấu cơm, do đó hạt cơm gạo đồ cũng có hình dạng ngắn và map hơn so với cơm nấu từ gạo thường. Bảng 10: Sự thay đổi về kích thước của gạo sau quá trình gia công nước nhiệt và sau những thời gian nấu cơm khác nhau. Thời gian nấu cơm (s.102)Chiều dài (mm)Chiều rộng (mm)Gạo thườngGạo đồGạo thườngGạo đồ0 6 9 12 15 185.86 6.80 7.22 8.50 8.71 9.425.63 6.20 6.51 7.34 7.66 8.312.36 2.44 2.53 2.64 2.80 2.922.49 2.55 2.67 2.90 3.12 3.40 Thành phần hóa học : Trong quá trình đồ gạo dưới tác dụng của các yếu tố nước, nhiệt, thời gian và hệ enzyme có sẵn trong hạt đã xảy ra những phản ứng hoá sinh ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học của hạt. Tổng hàm lượng tinh bột Hàm lượng tinh bột (bao gồm amilose và amilopectin) trong gạo đồ thấp hơn so với gạo lau bóng và gạo giã do trong quá trình gia công nước nhiệt một phần tinh bột đã bị thủy phân tạo thành dextrin. Bảng 11: Hàm lượng tinh bột trong 1 số loại gạo (%) Loại gạoHàm lượng tinh bột (%)Hạt thóc77.1Gạo trắng80.9Gạo giã78.1Gạo đồ78.0Protein Hàm lượng protein trong gạo đồ giảm nhẹ so với gạo thường do 1 phần đã bị thủy phân. Bảng 12: Hàm lượng protein trong 1 số loại gạo. Loại gạoHàm lượng protein (%)Hạt thóc7.5Gạo trắng7.1Gạo giã7.7Gạo đồ7.0 Chất béo: Hàm lượng chất béo trong nội nhũ hạt gạo đồ thấp hơn gạo thường nhưng hàm lượng chất béo trong phần cám gạo đồ sau khi xay thì lại cao hơn Do đó tổng hàm lượng chất béo trong toàn hạt không thay đổi sau quá trình gia công nước nhiệt. Bảng 13: hàm lượng chất béo trong nội nhũ của 1 số loại gạo Loại gạoHàm lượng lipid (%)Hạt thóc2.4Gạo trắng0.4Gạo giã1.5Gạo đồ0.8 Tham khảo đồ thị sau : Đồ thị 19: Hàm lượng chất béo trong nội nhũ hạt của gạo thường ( Raw) và gạo đồ (Parboiled) thay đổi theo mức độ xay . Kết quả cho thấy đường cong biểu diễn hàm lượng chất béo trong nội nhũ có sự khác biệt rõ rệt . Trong quá trình gia công nước nhiệt các thể cầu béo (chủ yếu tập trung ở lớp alluron) bị phá vỡ tạo điều kiện cho chất béo di chuyển ra ngoài do đó hàm lượng béo trong nội nhũ bị giảm. Chất khoáng Bảng 14: Sự thay đổi về hàm lượng chất khoáng của gạo qua quá trình gia công nước nhiệt Nguyên tố (mg/0.1kg)Gạo thườngGạo đồNa7.2811.75Ca16.0123.20K97.0121.1P84.2127.0Mg28.3340.04Fe1.211.27Những nguyên tố khoáng như Na, Ca, Fe, Mg, Cu, Mn và Zn có mặt ở lớp vỏ hạt bị loại bỏ trong quá trình xay xát do đó mức độ xay cũng ảnh hưởng đến hàm lượng khoáng trong gạo. Các nguyên tố được khảo sát (Na, Ca, K, P, Mg, Fe) chiếm khoảng 60.0% - 73.7% tổng khối lượng tro của gạo thường và gạo đồ. Trong đó P và K chiếm thành phần chủ yếu. Quá trình gia công nước nhiệt làm tăng hàm lượng của những nguyên tố khoáng này trong gạo, riêng đối với Fe, sự gia tăng về hàm lượng không đáng kể. Vitamin Bảng 7 về sự thay đổi về hàm lượng vitamin của gạo qua quá trình gia công nước nhiệt cho thấy hàm lượng vitamin trong gạo đồ cao hơn gạo thường. Điều này cho thấy quá trình gia công nước nhiệt làm giảm sự mất mát các thành phần tan trong nước ( Vitamin B, đường , acid amin, khoáng) trong quá trình xay xát, điển hình là Thiamin. Cảm quan: Chủ yếu là biến đổi màu sắc gây ra do phản ứng mailard Gạo càng sẫm màu khi điều kiện gia công nước nhiệt càng khắc nghiệt ( tức là áp suất lớn, thời gian dài, nhiệt độ cao). Phương pháp sử dụng áp suất thấp có thể đạt được sản phẩm có màu trắng sáng hơn. Tuy nhiên áp suất cao vẫn có thể được sử dụng nhưng khi đó phải giới hạn thời gian hấp chỉ trong vòng vài phút để không ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của sản phẩm. Nguyên nhân sự thay đổi màu sắc gạo được gây ra bởi nhiều biến đổi hóa học, vật lý, hóa sinh dưới tác dụng của nhiệt : Nước thủy phân những sắc tố trong vỏ trấu và chúng xâm nhập vào bên trong nội nhũ. Sự thay đổi về cấu trúc của tinh bột dẫn đến sự khúc xạ ánh sáng khác nhau do đó làm thay đổi màu sắc hạt. Chất béo trong hạt bị thủy phân và phân tán có thể bị oxy hoá hay polime hóa làm thay đổi màu sắc hạt. Trong suốt quá trình ngâm, enzyme hoạt động tạo thành đường đơn giản, đặc biệt là glucose tham gia vào phản ứng mailard tạo nên màu nâu cho gạo sau khi được gia nhiệt. Nhiệt độ nước ngâm khoảng 600C là thích hợp cho enzyme hoạt động. Tính chất công nghệ : Hiệu quả xay tăng Hạt qua quá trình gia công nước nhiệt thường dễ bóc vỏ hơn, cụ thể: Tăng : Năng suất máy : 40% Tỷ lệ gạo nguyên : 20% Giảm : Chi phí năng lượng cho quá trình xay : 20% Tỷ lệ tấm : 30-40% Bảng 15: Kết quả xay của gạo thường và gạo đồ Loại gạoTổng lượng gạo (%)Gạo nguyên hạt(%)Gạo thường71.352.1Gạo đồ73.053.9 Có thể giải thích như sau : Trong quá trình xay hay nghiền, vỏ hạt bị nứt và tuột ra, còn nội nhũ thì chịu tác động của lực kéo nén, nếu nội nhũ giòn, không cứng chắc sẽ bị vỡ ra thành nhiều mảnh. Sau khi qua quá trình gia công nước nhiệt các phần khác nhau của hạt cũng bị biến đổi không giống nhau. Chính nhờ những biến đổi sinh hóa và hóa lý này vỏ hạt thóc trở nên giòn hơn, dễ xay, khi bị phá vỡ sẽ tạo thành những mảnh lớn trong khi đó phần hạt dai hơn, khó bị vỡ nát khi xay và xát. Mối liên kết giữa vỏ và nhân bị làm yếu, tỷ lệ trắng trong tăng, độ dẻo của phôi tăng làm phôi dễ dàng tách khỏi nội nhũ. Trong quá trình gia công nước nhiệt thành phần do sự hút nước và trương nở không đồng đều của tinh bột và protein và các thành phần khác sinh ra sức căng trong hạt làm hạt dễ gãy vỡ khi xay. Do đó hạt có độ bền căng và modun đàn hồi càng cao và sức căng càng thấp thì quá trình xay càng hiệu quả, giảm thiểu lượng gạo gãy vỡ. Khả năng hút nước và trương nở Ở nhiệt độ nấu thấp (600C), gạo đồ có tốc độ hydrat hóa nhanh hơn và khả năng trương nở cũng lớn hơn gạo thường. Tuy nhiên ở nhiệt độ nấu cao (960C) lại có kết quả ngược lại, tốc độ hydrat hóa của gạo đồ chậm và kém nở hơn so với gạo thường. Bảng 16: Tính chất hút nước của gạo đồ Loại gạoĐộ ẩm cân băng (%)Lượng nước hấp thụĐộ trương nở600C96oC50oC95oCGạo thường30.20.225.032.812.6Gạo đồ khô50.80.514.013.711.5Gạo đồ ướt66.81.624.15.99.5 Khả năng hòa tan vào nước nấu của tinh bột và amylose cũng có khuynh hướng tương tự khả năng hút nước. Ở nhiệt độ nấu thấp (600C) hàm lượng tinh bột và amylose hòa tan vào nước nấu của gạo đồ thấp hơn gạo thường nhưng ở nhiệt độ cao (960C) lại có giá trị cao hơn. Số liệu về khả năng trương nở và hòa tan trong nước của bột gạo ở những nhiệt độ khác nhau cũng cho thấy khuynh hướng tương tự như trên. Khi hòa tan bột gạo đồ và gạo thường vào nước ở nhiệt độ phòng, kết quả cho thấy độ nhớt dung dịch bột gạo đồ lớn hơn gạo thường. Độ nhớt hồ tinh bột: Đồ thị 20: Sự thay đổi độ nhớt của bột gạo thường và gạo đồ theo nhiệt độ . Qua đồ thi ta thấy : Độ nhớt của dung dịch gạo thường tăng nhanh chóng khi được gia nhiệt lên đến nhiệt độ ban đầu xảy ra sự hồ hóa là 600C và đạt đến độ nhớt cực đại ở 740C. khi nhiệt độ vượt quá điểm này độ nhớt lại giảm nhanh chóng bởi tác động của nhiệt và cánh khuấy làm cho hạt tinh bột bị vỡ và tan rã. Độ nhớt giảm gần như tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên 950C. Ở mẫu gạo đồ độ nhớt tăng rất chậm khi nhiệt độ đạt đến 80 – 850C. Sau đó độ nhớt tăng dần dần cho đến khi nhiệt độ đạt 950C và đạt điểm cực đại sau kh duy trì nhiệt độ 950C trong 30 phút. Tại điểm mà ở đó độ nhớt tăng nhanh được gọi là nhiệt độ bắt đầu hồ hoá của tinh bột. Nhiệt độ hồ hóa của gạo thường khoảng 600C trong khi nhiệt độ hồ hóa của gạo đồ lên đến 950C. Như vậy sự hình thành những phức hệ tinh bột trong gạo làm tăng nhiệt độ hồ hóa. Đồng thời cấu trúc mới này cũng có khả năng cản trở sự xâm nhập của nước và do đó đòi hỏi năng lượng nhiều hơn để nước được hấp thụ vào bột. Khả năng hòa tan của tinh bột Hàm lượng amylose không hòa tan trong nội nhũ hạt không qua gia công nước nhiệt tăng lên đối với hạt được hấp ở chế độ cao nhất. Đó là do sự hình thành phức hệ amylose-lipid. Hàm lượng amylopectin không tan cũng tăng .Tuy nhiên không có bằng chứng nào cho thấy thành phần tinh bột có nhánh là amylopectin có khả năng tạo phức hệ tương tự amylose, mà nguyên nhân của hiện tượng này là do sự tương tác, kết hợp giữa amylopectin và phức hệ amylose không tan. Sự tương tác kết hợp này có thể được phát sinh do những cơ chế sau: Trong điều kiện hấp những thành phần tinh bột không tách rời khỏi nhau một cách riêng rẽ, do đó hệ quả của việc amylose không thể hòa tan là thành phần amylopectin kết hợp với chúng cũng không tan. Sau khi hình thành phức hệ, amylose tương tác với amylopectin trong suốt quá trình sấy chậm, các phân tử vướng vào nhau tạo thành một hệ rối rắm. Để hình thành một phức hệ trong đó chỉ có amylose thì phải có sự tách biệt hoàn toàn giữa amylose và amylopectin. Tuy nhiên trong tinh bột đã được hồ hóa của gạo đồ, sự tách biệt này rất khó đạt được vì thành phần amylopectin có trọng lượng phân tử cao luôn kết hợp xen lẫn với amylose. Độ ẩm của hạt trong khi hấp <50% không đủ để hỗ trợ cho sự phân tách này. Ngay cả trong trường hợp dùng nước nóng để phân tách dung dịch hỗn hợp amylose và amylopectin cũng không thể đạt được sự tách rời hoàn toàn do tương tác giữa 2 thành phần này. Tính chất của cơm nấu từ gạo đồ : Hình dạng hạt cơm: Cơm nấu từ gạo đồ giữ được nguyên dạng, không sứt mẻ và có cấu trúc cứng chắc hơn, tơi và kém dính hơn so với cơm nấu từ gạo thường vì : Sự tạo thành phức hệ amylose-acid béo có tính chất bền vững, hàm lượng chất hòa tan vào nước nấu thấp. Đồng thời lượng nước gạo đồ hấp thụ trong quá trình nấu thấp Độ dính của cơm Phức hệ amylose-acid béo làm giảm độ dính của cơm khi nấu do đó cơm nấu từ gạo đồ tơi và kém dính hơn cơm nấu từ gạo thường. Do trong quá trình bảo quản, hàm lượng acid béo tăng lên nhanh chóng, kết hợp với amylose tạo thành phức hệ khiến cơm được nấu ra tơi, kém dính. Thời gian nấu : Khi đem các mẫu gạo thường và gạo đồ đi nấu cơm ( nhiệt độ nấu khoảng 1000C) thu được các giá trị sau: Thời gian nấu cơm (s.102)Lượng nước hấp thụ (ml/1g)Độ trương nởGạo thườngGạo đồGạo thườngGạo đồ0 6 9 12 15 18- 2.10 2.24 2.82 3.12 3.30- 1.56 2.0 2.23 2.55 2.611.0 3.10 3.23 3.87 4.19 4.661.0 2.4 3.11 3.6 4.0 4.4 Gạo đồ hấp thụ lượng nước ít hơn khi nấu và khả năng trương nở cũng kém hơn gạo thường. Để cơm đạt được độ mềm nhất định thì gạo đồ đòi hỏi thời gian nấu lâu hơn. Mẫu gạo thường được nấu trong 9.102 – 12.102s thì cơm sẽ chín và đạt được độ mềm có thể ăn được trong khi để đạt được độ mềm tương ứng gạo đồ cần được nấu trong 18.102s 5.Bảo quản : Gạo đồ đã qua quá trình xử lý nước nhiệt có những biến đổi sâu sắc ảnh hưởng nhièu đến khả năng bảo quản : Enzyme lipase của hạt sau quá trình gia công nước nhiệt đã bị vô hoạt do đó khả năng chất béo bị thủy phân bởi enzyme của gạo đồ thấp hơn gạo thường nhưng khả năng chất béo bị oxy hoá lại cao hơn. Chất béo trong gạo thường có sự bền vững , ổn định hơn trong khi chất béo của gạo đồ rất dễ bị oxy hóa., đồng thời các hợp chất chống oxy hoá của gạo đồ cũng đã bị phân hủy bởi điều kiện quá trình gia công nước nhiệt. Khả năng chống lại sự xâm nhập bởi côn trùng của gạo đồ cao hơn gạo thường do nội nhũ gạo đồ cứng chắc hơn. Ta có thể hạn chế sự oxy hóa bằng cách : Bao gói gạo đồ trong những túi vải không cho ánh sáng lọt qua nhưng có khả năng thông thoáng khí để loại bỏ những mùi khó chịu. Trong những quy trình sản xuất hiện đại, người ta có thể bổ sung những chất chống oxy hóa thích hợp vào gạo. V.MỘT SỐ QUY TRÌNH GIA CÔNG NƯỚC NHIỆT 1.Kỹ thuật gia công nước nhiệt cổ điển: Phương pháp “chatty” ở Pakistan: Những vại nhỏ bằng đất nung được sử dụng để ngâm thóc, sau đó chúng được đun nóng từ từ bằng vỏ trấu lên nhiệt độ khoảng 50 – 600C. Nước còn lại được đổ bỏ và thóc được giữ trong nước nóng 6 – 12h để hút đủ nước chuẩn bị cho quá trình hấp. Thóc được chứa trong những thùng lớn, sâu bằng sắt và được gia nhiệt. Thóc được khuấy liên tục, thỉnh thoảng thêm vào 1 ít nhằm mục đích tạo hơi. Giai đoạn này kéo dài khoảng 30 – 60 phút sau đó thóc được trải ra phơi trên nền bê tông hoặc nền đất cứng để làm khô. Phương pháp sử dụng những thiết bị đơn giản: Hệ thống gồm 1 thùng kim loại hình trụ có những khoang hấp chứa thóc trong đó, có ống cung cấp hơi nằm chính giữa, lỗ nhập liệu ở bên trên đỉnh thùng. Ở bên thành thùng có đường ống dẫn nước vào và dưới đáy là van tháo nước. Thóc được ngâm và hấp trong cùng một thiết bị. Thóc được ngâm trong khoảng 3.5h ở nhiệt độ 750C, sau đó được hấp và phơi khô. Năng suất mỗi mẻ là 75 kg thóc và trung bình một ngày sản suất được 150 kg sản phẩm. 2.Phương pháp hiện đại: Quy trình Dankekar ở Ấn Độ Đây là hệ thống của nhà sản xuất gạo quy mô công nghiệp hàng đầu ở Ấn Độ. Hệ thống tương tự hệ thống CFTRI ở quá trình ngâm và hấp thóc. Nhiệt độ nước được giữ không đổi trong suốt quá trình ngâm bằng cách sử dụng bơm để tuần hoàn nước. Hơi được hấp thóc được phân phối bằng hệ thống ống dẫn đạt áp suất như trong nồi hơi mà không có sự hao hụt. Vì thùng chứa không có nắp nên quá trình hấp được thực hiện ở áp suất thường. Thiết bị sấy dạng thẳng đứng, sử dụng không khí nóng. Sản phẩm có màu tối nhưng trong suốt và có chất lượng tốt. Quy trình Avorio ở Italia Đây là quá trình tự động hóa hoàn toàn. Quá trình ngâm được thực hiện bằng hệ thống rổ treo chứa thóc và thùng chứa ở nhiệt độ thường. Chuỗi băng tải mang các thùng đi qua bồn chứa nước. Nước được tuần hoàn và không khí liên tục được thổi vào. Thời gian ngâm được điều khiển bằng tốc độ rổ qua thùng nước, khoảng 50 – 120 phút tùy loại thóc. Sau khi ngâm thóc được hấp trong nồi hấp autoclave áp suất cao có hệ thống ống dẫn cung cấp hơi liên tục. Thóc được nhập và tháo bằng các van đa chức năng. Thời gian và áp suất hấp phụ thuộc vào từng loại thóc. Ap suất có thể tăng đến 1kg/cm2. trước khi sấy khô thóc được làm nguội bằng dòng không khí lạnh sau đó được chuyển đến thiết bị sấy dạng thẳng đứng sử dụng không khí khoảng 45 – 500C. Trong quy trình này mọi công đoạn đều được kiểm soát tốt và sản phẩm có chất lượng tốt với màu hổ phách. VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO : Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB đại học QG tpHCM,2007. Lê Thị Bạch Tuyết và các tác giả, Các quá trình công nghệ cơ bản trong sản xuất thực phẩm, NXB Giáo dục, 1991. Lê ngọc Tú, Hóa Sinh Công Nghiệp, NXB Công Nghệ & Kỹ Thuật Hà Nội, 2005 Edmung W. Lusas – Lloyd W. Rooney, Snack Food Processing, Texas A&M University College Station, TX. Kshirod R. Bhattacharya et al., "Changes in Rice during Parboiling, and Properties of Parboiled Rice", pp. 105-167, in Advances in Cereal Science and Technology, vol. VII, edited by Y. Pomeranz (St. Paul) 1985 P. Pillaiyar et al., Journal of Food Science and Technology, vol. 14, pp. 226-227, Sep.-Oct. 1977 Bor S. Luh et al., "Parboiled Rice", pp. 51-88, in Rice-Production and Utilization, 2d edition, edited by Bor S. Luh (New York) 1991 S. Zakiuddin Ali et al., Journal of Food Process Engineering 4, pp. 123-136, 1980 N. G. C. Iengar et al., "Studies on Sand Parboiling and Drying of Paddy", J. Agril. Engg., vol. VIII, No. 2, pp. 51-54 U. Khan et al., "Accelerated Drying of Rice using Heat-Conduction Media", Transactions of the ASAE, pp. 949-955, 1974 Toshizo Ban, "Rice Cracking in High Rate Drying", JARQ, vol. 6, No. 2, pp. 113-116, 1971  HYPERLINK ""