Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện thuỷ phân bột ngô tới cơ cấu thành phần dịch thuỷ phân có sử dụng chế phẩm enzym

u axit béo đặc biệt là axit béo không no.... Mặt khác, khả năng bảo quản của ngô dễ cho nên nó cho phép khắc phục được những khó khăn về thời vụ cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp. Để chế biến ngô thành sản phẩm bột dinh dưỡng hay dùng để bổ sung vào các công nghệ chế biến các sản phẩm thực phẩm khác như: bánh, kẹo, thực phẩm dành cho trẻ em, đồ uống, nước giải khát... thì một trong những công đoạn quan trọng nhất là phải thuỷ phân hạn chế các hợp chất cao phân tử chuyển chúng từ trạng tháí không tan sang trạng thái dễ tan, dễ được hấp thu bởi cơ thể. Với mục đích đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện thuỷ phân bột ngô tới cơ cấu thành phần dịch thuỷ phân có sử dụng chế phẩm enzym”. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình dịch hoá dịch bột ngô. Nghiên một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hoá dịch bột ngô. Nghiên cứu một vài yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đạm hoá. Phần I : Tổng quan I.1. Một số dạng thực phẩm từ ngũ cốc Ngũ cốc là loại nguyên liệu chứa nhiều tinh bột và được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm. Hiện nay, trong các quầy hàng thực phẩm có rất nhiều mặt hàng được chế biến từ ngũ cốc. Các sản phẩm được chế biến từ ngũ cốc trên thực tế đã đem lại tác dụng rất tốt. Theo một nghiên cứu mới đây của Anh, những trẻ có thói quen bắt đầu một ngày với ngũ cốc và bánh mỳ sẽ thực hiện các hoạt động trí não tốt hơn những em có bữa sáng qua loa, với đồ ăn nhanh và nước uống có ga. Tiến sĩ Claire Pincock thuộc Đại học Reading cho biết, ngũ cốc và bánh mỳ chứa nhiều carbohydrate phức hợp, có khả năng giải phóng năng lượng trong một thời gian dài. Trong khi đó, đồ ăn nhanh chỉ bổ sung carbohydrate đơn giản, ví dụ như đường, có tác dụng tăng cường sinh lực lúc ban đầu. “Trong một ngày, chức năng nhận thức của con người thường suy giảm vào buổi sáng. Sự sụt giảm này ở những trẻ có bữa sáng chỉ toàn carbohydrate đơn giản sẽ cao gấp đôi những em hấp thụ carbohydrate phức hợp”, Pincock nói. Các mặt hàng đó có thể là thực phẩm đơn thuần và cũng có thể là thực phẩm chức năng. Thực phẩm chức năng là loại thực phẩm không chỉ cung cấp dinh dưỡng cơ bản cho con người mà còn có chức năng phòng chống bệnh tật và tăng cường sức khoẻ nhờ các chất chống oxy hóa (beta–caroten, lycopen, lutein, vitamin C, vitamin E...), chất xơ và một số thành phần khác. Loại thực phẩm chức năng kể đến đầu tiên là những thực phẩm mà khi ở dạng tự nhiên đã có những hoạt chất có lợi với lượng lớn. Tiếp đó là nhóm thực phẩm có ít hoạt chất hơn, phải bổ sung hoặc tinh chế cô đặc lại ở dạng dễ sử dụng. I.1.1. Bột dinh dưỡng Hiện nay trên thị trường tồn tại rất nhiều các loại bột ngũ cốc ăn liền với nhiều tác dụng rất khác nhau. Chẳng hạn như: Ngũ cốc dinh dưỡng Calsome. Ngũ cốc Calsome là thức uống thơm ngon, bổ dưỡng. Ngũ cốc Calsome được sản xuất từ ngũ cốc và các loại hạt đậu. Quan trọng hơn, Calsome có chứa Ca–một khoáng chất rất cần thiết giúp cho xương và răng phát triển khoẻ mạnh, rắn chắc và làm giảm nguy cơ tổn thương về xương. Những lợi ích dinh dưỡng và sức khoẻ này rất quan trọng cho sự phát triển của trẻ em. Bột dinh dưỡng hạt sen. Bột được bổ sung nguồn dinh dưỡng thực vật có tác dụng làm mát, bổ an thần, ngủ ngon, chống còi xương, xốp xương. Bột ngũ cốc ăn kiêng. Bột được chế biến từ nguồn dinh dưỡng thảo mộc, mát bổ. Thích hợp cho mọi lứa tuổi, đặc biệt tốt nhất cho người bị tiểu đường, béo phì, mất ngủ. Người không bị tiểu đường ăn cũng rất tốt. Bảng 1.1. Thành phần một số loại bột dinh dưỡng có chứa ngô Sản phẩm Thành phần Ngũ cốc dinh dưỡng Calsome đường, kem không bơ, bột ngũ cốc (bột mì, bắp, gạo, đậu nành, mạch nha, yến mạch, canxi), bột cacao. Sữa bắp Canxi Bột ngũ cốc (lúa mạch, gạo, mạch nha, bắp ngô, đậu nành, muối, hương vị tự nhiên), đường. Bột ngũ cốc hoà tan Sữa, đường và ngũ cốc (lúa mì, gạo, mạch nha, đường mía, ngô), muối, vani, màu cho phép. Bột dinh dưỡng hạt sen Ngô, hạt sen, sữa canxi, bột dừa non, hoài sơn, đường, muối, hương vị tự nhiên. Bột ngũ cốc ăn kiêng Hạt sen, hoài sơn, khiếm thực, kỷ tử, đậu tương, gạo, kem thực vật, ngô, sữa gầy, cà rốt, gia vị, malt, đường không năng lượng. I.1.2. Đồ uống lên men lactic ngũ cốc Đồ uống lên men lactic ngũ cốc ở nước ta đã được nhiều công trình nghiên cứu nhưng sản phẩm thương mại được sản xuất ra còn hạn chế với nguyên nhân chủ yếu là do tính chất cảm quan còn thấp. Hiện nay, công nghệ sản xuất loại nước uống này rất đa dạng. Người ta có thể sử dụng gạo, ngô, kê, lúa miến để lên men riêng biệt nhưng cũng có thể phối trộn các loại với nhau (Ho Lee, 1992). Nói chung, gạo và các cây họ đậu hay được sử dụng hơn cả trong sản xuất sữa chua từ gạo và đậu tương (Risogurt). Tuỳ theo đặc điểm thị hiếu của từng nước, các sản phẩm ra đời có khác nhau chút ít nhưng nói chung đặc điểm nổi bật của chúng là sánh hoặc đặc mịn, bổ dưỡng, có vị chua của axit lactic, hơi ngọt và rất nhiều vi khuẩn lactic. Trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất nước uống bằng lên men lactic đã được cải tiến nhiều, đặc biệt ở các nước châu á. Những công trình nghiên cứu của Lee và cộng sự (1987), Souane (1991) và nhiều tác giả khác đã cho thấy những tiến bộ mới trong lĩnh vực sản xuất loại nước uống này như sau: Để làm tăng giá trị dinh dưỡng của nước uống, không sử dụng một nguồn nguyên liệu mà kết hợp hai hoặc nhiều loại khác nhau, chủ yếu là gạo và đậu tương. Dùng hệ thống enzym tối ưu để thuỷ phân các hợp chất cao phân tử, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men. Nâng cao hương vị của sản phẩm bằng cách lựa chọn chủng giống có khả năng tạo hương đặc biệt. Quy trình công nghệ sản xuất Risogurt lên men lactic từ đậu tương và gạo (N.V.Việt, 1997) Gạo xay Đậu tương Bột gạo Ngâm, tách vỏ xay,lọc Enym Termamyl Dịch hoá 120L (0,1%) 850C/20 phút Sữa đậu nành Neutrase 0,06% enym AMG 0,15% Đường hoá Thuỷ phân 600C/90 phút 500C/60 phút Dịch đường hoá Dịch thuỷ phân bột gạo sữa đậu nành Hỗn hợp Gạo + đậu tương Thanh trùng 950C/30 phút Làm nguội 40 – 420C Lên men 40 – 420C/12 giờ Làm lạnh 6 – 80C/3 – 4 giờ Risogurt. Các dạng sản phẩm khác của lên men lactic: Steinkraus (1983) đã phân loại các sản phẩm lên men lactic như sau: lên men rau, lên men bánh mỳ và bánh kếp, lên men dịch ngũ cốc, lên men hỗn hợp hải sản/gạo và thịt/gạo, lên men sữa và các sản phẩm sữa/ngũ cốc. Lên men lactic cũng rất quan trọng trong quá trình lên men rượu cổ truyền. Cháo yến mạch được làm từ ngũ cốc, là thức ăn của nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là châu Phi, nơi mà cháo yến mạch tượng trưng cho thức ăn chính hàng ngày. Nigerian ogi, Kenyan uji và Ghanan kenkey là các sản phẩm của quá trình lên men lactic từ nguyên liệu ngô, lúa miến, kê hoặc bột sắn sau khi nghiền ẩm và đun sôi. Trong lên men bia truyền thống từ ngũ cốc, vi khuẩn lactic có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây thối rữa và có hại trong suốt giai đoạn đầu của quá trình lên men rượu. Tuy nhiên, sự phát triển của vi khuẩn lactic sớm quá cũng ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu bởi nấm men. Một vài ví dụ về hương vị của rượu được tạo thành nhờ quá trình lên men lactic: Sản phẩm Quốc gia Thành phần chính Bussa Kenya Ngô, lúa miến, malt,kê Mbege Tanzania Mạch nha kê, nước ép chuối có tính axit Bouza Ai Cập Bột mỳ, malt Kaffir Nam Phi Mạch nha của lúa mỳ, ngô Merrisa Xu - Đăng Kê, bột sắn Takju Hàn quốc Gạo, lúa mỳ Tapuy Philipin Gạo, gạo dính Tapekekan Inđônêsia Gạo dính I.1.3. Sirô fructoza: Sirô fructoza là một loại đường quen thuộc trên thị trường thế giới. Sirô fructoza có lượng calo ít hơn đường kính từ 30-50%, có độ ngọt cao, độ hấp thụ thấp. Do đó, người ta dùng sirô fructoza để bổ sung vào thức ăn cho người bị tiểu đường. Đặc biệt, sirô fructoza 42% có độ ngọt tương đương với đường kính nên thường được sử dụng thay thế đường kính trong các sản phẩm như: sữa đặc, kem, các loại mứt quả đóng hộp, nước uống ít calo, sirô đặc có hương, thức ăn tráng miệng, bánh ngọt. Giá thành của sirô fructoza lại thấp hơn đường kính, ở Mỹ rẻ hơn đường kính từ 30-40%, ở Nhật là 50-60%.Sản lượng sirô fructoza trên thế giới ngày một tăng lên không ngừng. Sirô fructoza là sản phẩm được sản xuất từ tinh bột bằng phương pháp enzym lần đầu tại Mỹ thông qua hai công đoạn chính: Thuỷ phân tinh bột thành glucoza và đồng phân hoá để chuyển glucoza thành fructoza. Fructoza tinh khiết ở dạng tinh thể có màu trắng, vị ngọt gấp 1,7 lần độ ngọt của saccaroza. Quy trình công nghệ sản xuất sirô fructoza từ tinh bột sắn Tinh bột Nước Sữa tinh bột 30% Termamyl 0,1% Hồ hoá và dịch hoá AMG 0,1% Đường hoá Trao đổi ion, làm sạch Glucoisomeraza Cột đông phân (Sweetzym T: 30 gam/ cột) Dịch chuyển hoá Than hoạt tính Làm sạch Trao đổi ion Cô đặc đến nồng độ 700Bx Sirô fructoza Chất lượng sản phẩm sirô fructoza: Dung dịch dạng lỏng, có màu vàng sáng, trong, vị ngọt dịu, không mùi, nồng độ chất khô: 70-720Bx, hàm lượng fructoza 40-42%, hàm lượng glucoza 55-54%, độ tro 0,3%. ứng dụng sirô fructoza 42% trong một số sản phẩm ứng dụng sirô fructoza vào sản xuất nhân kẹo: Sirô fructoza 42% có độ ngọt tương đương với đường kính đã được ứng dụng để thay thế trong sản xuất nhân bánh kẹo Thăng Long. Sản phẩm nhân kẹo sản xuất ra có vị ngọt dịu, mát, gây cảm giác hương thơm tự nhiên. ứng dụng sirô fructoza vào sản xuất mật ong nhân tạo: Sirô fructoza được bổ sung thêm một số thành phần của mật ong như phấn hoa, vitamin, khoáng chất. Mật ong nhân tạo thu được có hương vị giống mật ong và được người tiêu dùng ưa chuộng. I.1.4. Fructooligosacarit Fructooligosacrit là một loại đường thường dùng trong thực phẩm chức năng, được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây, có nhiều đặc tính sinh học có lợi cho sức khoẻ như chống sâu răng, chống bệnh tiểu đường, không gây béo phì, có khả năng kích thích hoạt động của hệ tiêu hoá... Đường frucooligosacarit (FOS) được nghiên cứu và sản xuất bằng công nghệ đa enzym. FOS dùng trong sản xuất thức ăn trẻ em, bánh kẹo chức năng và các thực phẩm khác. Sản phẩm có hương vị thơm ngon lại có nhiều hoạt tính sinh học có lợi cho cơ thể con người. FOS là những oligoza mà trong phân tử của chúng có một gốc glucoza gắn kết với một vài gốc fructoza. FOS được hình thành dưới tác dụng của enzym chuyển hoá fructoza thành kestoza, nystoza và fructosylnystoza có độ ngọt cao so với sacaroza tương ứng là 31%, 32% và 16%. Còn độ ngọt tổng của hỗn hợp ba đường này (FOS) chỉ bằng 30% độ ngọt của sacaroza. I.1.5. Một số thực phẩm chế biến từ ngô ở nước Mỹ, người ta sản xuất 500 sản phẩm quan trọng từ ngô. Nhiều nước phát triển đã chế biến ngô thành nhiều loại bánh kẹo, đồ hộp. Hiện nay người ta đã chế biến đựoc 670 mặt hàng khác nhau từ hạt ngô trong các ngành lương thực, công nghệ thực phẩm, công nghệ dược và công nghệ chế biến. Ngô là loại lương thực được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Bột ngô được dùng để sản xuất cồn, đường glucoza, làm môi trường nuôi cấy nấm penixilin, nấm streptomixin, sản xuất axit axetic. Chẳng hạn như: Bourbon Whiskey là loại rượu được làm từ ngô(50-70%) và một số loại hạt khác: mạch đen, đại mạch và lúa mì. Sử dụng malt đại mạch và glucoamylaza từ A.niger làm tác nhân đường hoá, nấm men dùng cho quá trình lên men là loại S.cerevisiae. Ngô hạt già thường được chế biến bằng nhiều cách khác nhau để làm ngon miệng. Sau đây là số cách: Rang là để làm cho ngô chín nhờ hơ nóng trên đá nóng, tro hoặc cát nóng. Ngô luộc chín làm cho những hạt già trở nên mềm và ngon miệng hơn. Ngô hạt đem nghiền và bột ngô thu được sử dụng trong làm bánh hoặc trong thực phẩm khác. ở một số nước, người ta còn dùng ngô để nấu rượu uống, làm bia. Hominy là thức ăn ngô chế biến bằng xử lý ngô với kiềm. Ngô trắng hoặc ngô vàng được đun nóng trong dung dịch kiềm, vỏ được lấy ra và ngô đã mất vỏ được rửa sạch bằng nước, để hết mùi kiềm sau đó cho muối vào để tăng thêm hương vị của hominy. Hominy là món ăn phổ biến trong những ngày cắm trại. Sản phẩm bánh mì. Bột ngô có khả năng làm nhiều loại bánh mì hoặc bánh ngọt khác nhau. Người ta cũng dùng ngô trong chế biến loại protein bổ sung cho thức ăn. I.2. Tình hình trồng trọt và tiêu thụ ngô I.2.1 Cây ngô I.2.1.1. Lịch sử của cây ngô Cây ngô có nguồn gốc từ một loại cây hoang dại ở miền trung nước Mêhicô, trên độ cao 1500m của vùng nước khô hạn, có lượng mưa trung bình vào khoảng 350mm vào mùa hè. Cây ngô gắn bó chặt chẽ với cuộc sống của người dân Trung Mỹ. ở đó, ngô được coi trọng, thậm chí còn được thần thánh hoá. Ngô là biểu tượng của nền văn minh “Mayca”. So với nhiều loại cây trồng khác ngô là cây có tính lịch sử trồng trọt tương đối trẻ. Mãi đến thế kỷ 15, ngô mới được nhập vào châu Âu. Người châu Âu biết đến ngô sau khi tìm ra châu Mỹ. Vào những năm đầu của thế kỷ 16, các tàu biển của các nước châu Âu theo đường thuỷ đã từng bước đưa cây ngô vào khắp các lục địa trên thế giới. Sau khi xâm nhập vào châu á, ngô đã phát triển và toả rộng với tốc độ nhanh. Đến nay ngô đã vươn lên đứng hàng thứ 3 trong số các cây lương thực sau lúa mì và lúa nước. I.2.1.2. Tình hình trồng trọt và tiêu thụ ngô trên thế giới Ngô là cây lương thực quan trọng đối với nhiều nước trên thế giới. Ngô đứng thứ 3 về diện tích, đứng thứ 2 về sản lượng và đứng thứ nhất về năng suất. Điều này được thể hiện qua bảng 1. Bảng 1.2. Tình hình sản xuất của một số cây lương thực (5) Tên cây trồng Diện tích (%) Sản lượng (%) Năng suất (tạ/ha) Lúa mỳ 33 28 18,9 Lúa nước 21 25 27,7 Ngô 20 27 32,6 Mạch 13 12 19,6 Cao lương 7 5 13,9 Kê 6 3 6,6 Do có những ưu điểm nổi bật so với các loại cây trồng khác nên ngô được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới, đặc biệt có một số nước trồng ngô với diện tích rất lớn. Sản lượng ngô trên thế giới tăng nhanh trong những năm gần đây. Một phần diện tích ngô tăng lên chủ yếu là ở các nước đang phát triển. Năm 1996-1997 năng suất ngô bình quân trên thế giới là 4,14tấn/ha, các nước có năng suất ngô cao ở giai đoạn này là: Italia 9,2tấn/ha, Pháp 8,2tấn/ha, Mỹ 7,9tấn/ha. Năm 2000-2001 năng suât ngô bình quân của các nước EU là 9,17tấn/ha trong đó năng suất ngô của Pháp là 9,01tấn/ha, của Italia là 9,82tấn/ha. Các nước có sản lượng ngô bình quân theo đầu người cao nhất thế giới là: Mỹ: 685,8 kg/người/năm. Hungari: 537,4 kg/người/năm. Nam Tư: 440 kg/người/năm. Những nước sản xuất ngô chủ yếu trên thế giới (1999-2000):(9) Nước Sản lượng (tấn/năm) Mỹ 242.800.000 Trung Quốc 128.000.000 Braxin 34.000.000 Các nước EU 35.600.000 ấn Độ 11.000.000 Inđônêxia 5.800.000 Philipin 4.200.000 Thái Lan 4.000.000 Ngô đựơc sử dụng với 3 mục đích: làm lương thực cho người, thức ăn gia súc và nguyên liệu cho nhiều sản phẩm công nghiệp. Trong nhiều vùng trồng ngô trên thế giới, ngô là nguồn lương thực quan trọng đặc biệt nó cung cấp bữa ăn hàng ngày cho những người dân nghèo ở nông thôn tương tự như ở một số vùng núi cao ở Việt Nam. Có những nước sử dụng ngô làm lương thực chính. Mỗi nước có cách ăn khác nhau, ngô làm thực phẩm chính trong bữa ăn. Do nền kinh tế thấp, sự kém hiểu biết, thói quen và đặc biệt sự phụ thuộc quá nhiều của họ vào cây ngô đã tạo nên những vấn đề về dinh dưỡng đặc biệt cần xem xét. Ngô còn được sử dụng để sản xuất nước uống và làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác: sản xuất thức ăn gia súc. Người ta còn dùng bắp ngô bao tử như một loại rau ăn và được xem như một loại rau ăn cao cấp. Ngô có chất lượng dinh dưỡng phong phú hơn lúa mì và gạo cho nên ngô vẫn là cây lương thực quan trọng trong tương lai. Những nước tiêu thụ ngô chủ yếu trong năm 1999-2000:(9) Nước Tiêu thụ (tấn/năm) Mỹ 190.100.000 Trung Quốc 118.700.000 Braxin 34.200.000 ấn Độ 10.500.000 Ai Cập 10.000.000 Inđônêxia 6.400.000 Nhật Bản 16.400.000 Hàn Quốc 8.300.000 Malayxia 2.100.000 Mêhicô 23.300.000 I.2.1.3. Tình hình trồng trọt và tiêu thụ ngô ở Việt Nam Cây ngô được đưa vào nước ta vào khoảng thế kỷ 17 thiên niên kỷ trước, cách đây khoảng 300 năm. Thời Khang Hy (1662-1723), Trần Thế Vinh-người huyện Tiên Phong, Sơn Tây-sang sứ nhà Thanh lấy được giống ngô đem về nước. Khắp cả Hạt Sơn Tây đã dùng ngô thay cho gạo. ở Việt Nam, ngô là cây lương thực thứ 2 sau lúa, với diện tích đang tăng dần qua các năm và đến năm 2000 đạt 700.000ha. Ngô là cây trồng quan trọng ở cả đồng bằng, trung du và miền núi về cả hai mặt lương thực cho người và thức ăn cho gia súc. Những năm gần đây nhờ có những chính sách khuyến khích và những tiến bộ kỹ thuật, cây ngô đã có những bước tiến về diện tích, năng suất và sản lượng. Một số tỉnh có diện tích ngô lớn là Hà Giang, Cao Bằng, Lai Châu, Thanh Hoá, Đồng Nai. Về năng suất nói chung nổi bật là tỉnh An Giang (66,3 tạ/ha), Long An (44 tạ/ha), Lâm Đồng (35,5 tạ/ha), Đồng Nai (29,5 tạ/ha), Hà Tây(29,2 tạ/ha). Tình hình sản xuất ngô ở các địa phương được thể hiện trong các bảng sau:(20) Bảng 1.3. Diện tích trồng ngô ở các địa phương của Việt Nam (x1000 ha) Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Hà Nội 9,6 11,1 11,6 12,3 11,7 12,1 10,3 9,8 Vĩnh Phúc 16,2 19,3 22,0 19,8 20,9 20,1 14,9 15,7 Hưng Yên 10,5 12,4 10,7 9,6 10,1 4,2 4,5 4,4 Hà Giang 37,8 38,6 39,2 40,4 40,6 41,8 43,2 43,9 Lai Châu 27,2 29,1 29,0 29,7 30,1 31,1 32,1 32,6 Lâm Đồng 12,1 14,4 14,8 15,5 13,7 12,4 13,2 14,7 Đồng Nai 62,0 64,5 59,4 59,4 61,7 65,3 63,5 63,5 Bảng 1.4. Năng suất ngô của các địa phương ở Việt Nam (tấn/ha) Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Hà Nội 2,27 2,79 3,09 2,63 2,66 2,62 2,76 2,76 Vĩnh Phúc 2,38 2,60 2,74 2,60 2,88 2,73 2,25 3,24 Hưng Yên 2,76 2,82 2,49 3,15 3,03 2,65 2,51 3,57 Hà Giang 1,20 1,41 1,41 1,54 1,57 1,72 1,83 1,81 Lai Châu 1,11 1,26 1,23 1,36 1,35 1,39 1,48 1,57 Lâm Đồng 3,53 3,86 4,43 4,06 4,14 3,95 3,23 3,07 Đồng Nai 2,95 3,60 3,14 3,11 3,28 3,57 3,49 3,34 Bảng 1.5. Sản lượng ngô của các địa phương(x1000 tấn) Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Hà Nội 21,8 31,0 35,9 32,4 31,1 31,7 28,4 27,0 Vĩnh Phúc 38,5 50,1 60,3 51,5 60,2 54,9 48,4 50,8 Hưng Yên 26,9 35,0 26,6 30,2 30,6 19,1 15,8 15,7 Hà Giang 45,4 53,7 55,4 62,1 63,7 71,7 79,2 79,5 Lai Châu 30,1 36,7 35,8 46,5 40,6 43,2 47,5 51,2 Lâm Đồng 42,9 56,6 65,5 62,9 56,7 49,0 42,6 45,1 Đồng Nai 182,6 232,2 210,0 184,9 202,5 232,9 221,9 222,9 I.2.2. Hạt ngô I.2.2.1. Cấu tạo của hạt ngô Cấu tạo hạt ngô gồm phôi là bộ phận chứa nhiều chất béo và chiếm khoảng 1/3 tiết diện cắt dọc hạt, cuống hạt là phần gắn chặt với bắp. Vỏ quả bao phủ bên ngoài hạt, vỏ hạt kề trong vỏ quả gồm những lớp tế bào chứa sắc tố và những lớp tế bào khó ngấm nước, nội nhũ là phần chủ yếu gồm những tế bào thành dầy chứa tinh bột. Cấu tạo và kích thước tế bào trong nội nhũ ngô không giống nhau: vùng trắng đục gồm những tế bào kích thước lớn, chứa các hạt tinh bột to và tròn, khuôn protit mỏng, trong khi sấy khuôn protit bị đứt tạo thành những chỗ rỗng và do đó hình thành phần nội nhũ mềm màu trắng bột. Vùng nội nhũ trắng trong gồm những tế bào nhỏ, chứa những hạt tinh bột nhỏ, khuôn protit dầy, khi sấy khuôn này không bị đứt, không tạo nên những chỗ rỗng, phần nội nhũ này cứng, màu trắng trong. So với nội nhũ trắng đục, hàm lượng protit nội nhũ trắng trong cao hơn 1,5 – 2%. Đặc biệt lớp ngoại vi nội nhũ có một dãy tế bào xít nhau gọi là lớp xubalơron có tới 28% protit. Tinh bột trong các tế bào này rất nhỏ và khuôn protit rất dầy, do đó khi chế biến làm sạch các hạt tinh bột này rất khó. Do sự khác nhau về cấu tạo như vậy, trong chế biến với nội nhũ trắng đục chỉ cần ngâm nước rồi nghiền, tinh bột dễ dàng tách ra, còn với nội nhũ trắng trong khi ngâm cần phải có tác nhân làm mềm. Phôi có nhiều chất béo nên trong chế biến cần tách phôi để ép dầu phôi ngăn cách nội nhũ bởi lớp ngù. Ngù kết chặt với nội nhũ bằng chất kết dính không hoà tan trong nước. Thành phần chất kết dính chủ yếu là pannoglucan và protit. Cấu tạo ngù gồm những tế bào đồng nhất, thành dầy bị bao chặt trong tế bào chất. Để tách phôi nguyên vẹn cần làm lỏng lớp ngù này bằng cách ngâm lâu trong dung dịch có tác nhân làm mềm. I.2.2.2. Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của ngô Thành phần hoá học của ngô dao động trong khoảng rộng phụ thuộc vào giống, loại, đất, khí hậu và phương pháp canh tác, chăm bón. Thành phần hoá học trung bình của ngô được thể hiện ở bảng dưới đây. Bảng 1.6. Thành phần hoá học trung bình của ngô (% chất khô) (5) Thành phần Ngô đá Ngô răng ngựa Ngô bột Tinh bột 63,50 70,55 69,0 Gluxit hoà tan 4,50 3,50 3,25 Chất béo 5,80 5,40 4,25 Protit 12,80 11,50 12,53 Xenluloza 1,78 1,81 1,71 Pentozan 4,34 4,25 4,05 Tro 1,61 1,45 1,35 Các chất khác 0,67 1,54 1,86 Gluxit chủ yếu tập trung ở nội nhũ còn chất béo tập trung chủ yếu ở phôi và một phần ở lớp alơron. Protit khoảng trên một nửa ở nội nhũ, phần còn lại trong phôi và alơron. Đặc biệt, phôi chỉ chiếm độ 1/10 trọng lượng hạt nhưng chứa tới 82,4% chất béo và 74,6% tro, 20% protit. Vì vậy, trong chế biến cần cố gắng tách phôi càng triệt để và nguyên vẹn càng tốt. Phôi là sản phẩm phụ có giá trị cao trong sản xuất tinh bột để ép dầu. Xenluloza và pentozan là thành phần chủ yếu của vỏ. Cả hai chất này cấu tạo nên thành tế bào vỏ và các mô sợi khác của nội nhũ. Đường trong ngô khoảng 1,0–3,0%. Khoảng 2/3 đường tập trung trong phôi. Chất béo trong ngô tới 98% tổng lượng ở dạng glixerit của các axit béo. Tỷ lệ axit béo như sau: linolic 56%, oleic 30%, linoleic 0,7% và các axit béo no 14%. Chỉ số ion trung bình của dầu ngô 124. Tạp chất trong dầu ngô thô gồm: xitosterol 1,0%, photphatit 1,0–1,5% và tocopherol 0,1%. Hàm lượng chất béo trong các giống ngô phổ biến khoảng 3,5-6,5%, tuy nhiên cũng có những giống ngô đạt 9 tới 14%. Chất béo của nội nhũ có một vi lượng các cấu tử thuộc nhóm sắc tố carotenoit. Các cấu tử này liên kết với protit và tạo ra màu vàng của nội nhũ ngô. Các sắc tố này tập trung ở phần nội nhũ trắng trong và hoàn toàn có thể tách ra cùng sản phẩm gluten trong khi xay ướt. Lượng carotenoit trong ngô tươi khoảng 20 – 35%mg/ kg. Dần dần lượng sắc tố trong ngô bị giảm do bị oxy hoá. Đặc biệt, nếu để ngô ngoài ánh sáng hay nhiệt độ cao hoặc tác dụng cùng lúc cả hai yếu tố này thì sự phân huỷ càng nhanh. Thuộc nhóm carotenoit trong ngô người ta biết có - caroten (tiền sinh tố A), lutein và zencantin. Hai sắc tố sau thuộc lớp santophyl có hoạt tính trao đổi chất trong cơ thể động vật khi cho chúng ăn ngô. Các sắc tố bị hấp thụ và tích tụ lại trong mỡ, do đó mỡ chim và lòng đỏ trứng có màu vàng. Một khi lượng santophyl giảm tới 1/2 tổng lượng thì giá trị của ngô làm thức ăn gia cầm giảm nhiều. Thành phần chất tro của hạt ngô phụ thuộc nhiều vào đất, nơi trồng, phân bón, khí hậu và kỹ thuật canh tác. Chất tro trong ngô gồm nhiều thành phần nhưng nhiều hơn cả là photpho, oxyt kim loại kiềm và kiềm thổ. Hạt ngô có giá trị dinh dưỡng cao, trong hạt ngô có chứa tương đối đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho người và gia súc. Hạt ngô có hàm lượng protit và lipit nhiều hơn trong gạo. Bảng 1.7. Thành phần một số chất dinh dưỡng trong hạt ngô, gạo, khoai lang (% tính theo trọng lượng) (8) Loại hạt Tinh bột Nước Protit Lipit Chất khoáng Ngô tẻ 66,3 14,67 9,47 5,18 1,32 Ngô nếp 68,2 13,65 9,64 5,16 1,32 Gạo 74,4 13,69 7,68 2,02 1,18 Khoai lang 27,9 68,10 1,60 6,50 1,00 Bột ngô chiếm 65–83% khối lượng hạt. Đó là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chế biến bột. Trong phôi có các chất khoáng, vitamin và khoảng 30–40% dầu. - Tinh bột ngô Tinh bột nói chung và tinh bột ngô nói riêng đều được cấu tạo từ amyloza và amylopectin. Tỉ lệ amyloza nằm trong khoảng 18-28%. Ngô có: Hình dạng: đa giác, tròn. Kích thước: 5-25. Nhiệt độ hồ hoá: 65-750C. Tỉ lệ giữa amyloza và amylopectin thay đổi tuỳ theo loại ngô. Tỷ lệ giữa chúng được thể hiện qua bảng sau. Bảng 1.8. Tỉ lệ giữa amyloza và amylopectin của ngô (5) Ngô Amyloza amylopectin Ngô thường 25% 75% Ngô nếp 0% 100% Ngô giàu amyloza 77% 23% - Protein Protit của ngô rất phức tạp. Cơ bản gồm 4 nhóm: prolamin chỉ hoà tan trong cồn 80-90%; glutelin không hoà tan trong nước, muối và rượu nhưng dễ hoà tan trong kiềm loãng (0,2%); globulin hoà tan trong dung dịch muối (NaCl 10%); albumin hoà tan trong nước. Tuy nhiên ngô cũng có nhựơc điểm là trong hạt ngô thiếu hai loại axit amin quan trọng: lyzin và triptophan. Vì thế không nên ăn chỉ hoàn toàn ngô mà nên ăn trộn với các loại lưong thực- thực phẩm khác: đậu, đỗ, thịt, cá. Hàm lượng protein của ngô trung bình 12% và chủ yếu là prolamin(zêin). Tỉ lượng các nhóm Protein trong ngô (tính theo %): Albumin: 4%. Globulin: 2%. Prolamin: 55%. Glutelin: 39%. I.3. Enzym và vai trò trong chế biến ngũ cốc I.3.1. Cơ chế xúc tác của enzym Theo quan điểm hiện nay trong phản ứng có xúc tác enzym, nhờ sự tạo thành phức hợp trung gian enzym-cơ chất mà cơ chất được hoạt hoá bởi lẽ khi cơ chất kết hợp vào enzym do kết quả của sự cực hoá, sự chuyển dịch của các electron và sự biến dạng của các liên kết tham gia trực tiếp vào phản ứng dẫn tới làm thay đổi ddộng năng cũng như thế năng, kết quả làm cho phân tử cơ chất trở nên hoạt động hơn, nhờ đó tham gia phản ứng dễ dàng. Năng lượng hoạt hoá khi có xúc tác enzym không những nhỏ hơn rất nhiều so với trường hợp không có xúc tác enzym mà cũng nhỏ hơn so với cả trường hợp có chất xúc tác thông thường. Qua nhiều dẫn liệu thực nghiệm cho thấy rằng: Quá trình tạo thành phức enzym-cơ chất (ES) và biến đổi phức này tạo thành sản phẩm giải phóng enzym tự do thường trải qua ba giai đoạn như sơ đồ dưới đây: E + S ES P + E Giai đoạn thứ nhất: Enzym kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức enzym-cơ chất (ES) không bền. Phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hoá thấp. Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hoá trị tham gia phản ứng. Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm còn enzym được giải phóg ra dưới dạng tự do. Các liên kết chủ yếu được tạo thành giữa enzym và cơ chất trong phức ES là: tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tương tác Van der Waals. Mỗi loại liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước. I.3.2. Hệ enzym amylaza Enzym thuộc hệ amylaza là enzym xúc tác thuỷ phân liên kết glucozit nằm trong chuỗi polysaccarit và tinh bột. I.3.2.1. Nhóm - amylaza (enzym dịch hoá) Enzym thuộc nhóm này theo danh pháp quốc tế gọi là -1,4-glucanhydrolaza hay gọi một cách đơn giản hơn là - amylaza. Enzym này có khả năng xúc tác thuỷ phân liên kết 1- 4glucozit nằm trong chuỗi polysaccarit một cách ngẫu nhiên không theo một trật tự nào cả, giải phóng ra glucoza và các oligosaccarit có từ 2-7 đơn vị glucoza, trong đó có một đơn vị glucoza khử tận cùng ở dạng . Vì thế sản phẩm thuỷ phân của nó phần lớn là các dextrin phân tử lượng thấp. Dung dịch sau thuỷ phân có độ nhớt giảm nhanh. Vì thế enzym thuộc nhóm này còn được gọi là enzym dịch hoá (loãng hoá) hay enzym nội mạch hay endoenzym. Dextrin được tạo thành sau thuỷ phân gọi là - dextrin. Quá trình thuỷ phân bởi - amylaza là một quá trình đa giai đoạn: Giai đoạn đầu: Dưới xúc tác của enzym - amylaza thì các chuỗi polysaccarit được thuỷ phân nhanh để tạo thành các dextrin phân tử lượng thấp. Vì thế độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh nhưng độ ngọt tăng không đáng kể. Giai đoạn hai: Các dextrin vừa được hình thành sẽ được thuỷ phân tiếp theo thành các phần tử có trọng lượng nhỏ hơn hoặc là các đường nhưng với tốc độ chậm. Trong giai đoạn này độ ngọt của dịch thuỷ phân tăng nhưng quá trình thuỷ phân sâu sắc thành đường bởi các enzym này rất chậm và không triệt để. Tính chất sinh học và cách thức tác dụng của - amylaza phụ thuộc vào nguồn gốc enzym và bản chất của cơ chất. Ví dụ: - amylaza từ vi khuẩn (Termamyl) -amylaza từ nấm mốc (Fungamyl) + Khả năng chịu nhiệt cao: 95-1050C. + Vùng pH hoạt động: 6,0-6,5. + Đặc tính dextrin hoá nổi trội (sản phẩm thuỷ phân phần lớn là dextrin). + Khả năng chịu nhiệt kém:60-650C. + Vùng pH hoạt động: 5,0-5,5. + Có đặc tính đường hoá cao hơn. I.3.2.2. Nhóm enzym - amylaza (enzym đường hoá) Enzym thuộc nhóm này theo danh pháp quốc tế gọi là -1,4-glucohydrolaza. Enzym này có khả năng xúc tác thuỷ phân liên kết -1,4- glucozit và tách tuần tự từng đơn vị glucoza một ra khỏi đầu không khử của chuỗi mạch polysaccarit. Vì vậy, người ta gọi enzym nhóm này là enzym ngoại mạch (exoenzym) hay enzym đường hoá. Sản phẩm tạo thành sau thuỷ phân chủ yếu là glucoza. - amylaza có khả năng thuỷ phân liên kết -1,6–glucozit nhưng với hoạt lực yếu. Vì thế, dextrin tạo thành sau thuỷ phân sâu sắc cấu tử amilopectin có phân tử lượng nhỏ hơn nhiều so với - dextrin. Quá trình thuỷ phân của - amylaza là một quá trình đơn giai đoạn. Suốt trong quá trình thuỷ phân, độ ngọt của dịch thuỷ phân tăng đều đặn nhưng độ nhớt giảm chậm. Các chế phẩm - amylaza bán trên thị trường chủ yếu được sản xuất từ nấm mốc: AMG, Sansuper. Do đó, khả năng chịu nhiệt kém, chịu được axit. I.3.2.3. Vai trò của enzym và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân tinh bột Vai trò của enzym trong quá trình thuỷ phân tinh bột Thuỷ phân tinh bột tạo ra đường, từ đường có thể tạo ra những sản phẩm khác nhau là cơ sở chính để sử dụng tinh bột trong công nghiệp. Sự phân cắt tinh bột bởi enzym thường đặc hiệu hơn, có thể tạo ra được những sản phẩm rất đặc thù, không thể thu được bằng phương pháp axit, phản ứng nhanh hơn, công nghệ đơn giản hơn và ít gò bó hơn. Tinh bột của các loại ngũ cốc có màng tế bào bảo vệ nên enzym amylaza không thể tác dụng trực tiếp được. Khi nghiền nguyên liệu chỉ một phần rất ít màng tế bào bị phá vỡ, phần lớn màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của enzym amylaza với tinh bột. Mặt khác, tinh bột sống ở trạng thái không hoà tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm ._.