Luận văn Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm đến chất lượng bún khô bằng máy ép đùn trục vít tại công ty cổ phần thực phẩm Bích Chi

chất béo (0,5 – 1%), các protein liên kết trên bề mặt (0,1 – 0,2%) cũng biến đổi trong thiết bị. 2.2.3. Cấu tạo phân tử và tính chất của amylose [2],[4] - Cấu tạo phân tử amylose Được hình thành bởi mạch thẳng của các gốc 2 – D – glucopyranose theo liên kết  - 1,4 – glucoside với khoảng 100 đến 200 đơn vị glucose, có trọng lượng phân tử từ 50.000 – 160.000. Các mạch amylose của các loại ngũ cốc khác nhau sẽ có hàm lượng, cấu trúc và kích thước không giống nhau : trong bột mì hay lúa mạch thì amylose có hàm lượng 20 – 27% trên tổng số tinh bột nhưng trong bột bắp và lúa gạo thì sẽ cao hơn rất nhiều (70%) + Hình dạng mạch thẳng của amylose 12 Hình 2.1. Cấu tạo mạch thẳng amylose [***] + Cấu tạo và vị trí liên kết  - 1,4 của amylose Hình 2.2: Cấu tạo và vị trí liên kết  - 1,4 của amylose [***] - Tính chất của amylose Do cấu trúc amylose có nhiều gốc hydroxyl tự do nên amylose dễ hoà tan trong nước ấm, tuy nhiên ở dạng tinh thể không bền vững dễ dàng tách ra khi để yên. Amylose phản ứng tạo màu xanh đặc trưng với iod và có thể tạo phức với các chất hoạt động bề mặt, các acid béo và một số hợp chất phân cực như : parafin, butanol, phenol, oleic,… 2.2.4. Cấu tạo phân tử và tính chất của amylopectin [2],[4] - Cấu tạo phân tử amylopectin 13 Hình 2.3: Cấu tạo mạch nhánh của phân tử amylopentin [****] Hình thành các mạch nhánh ngoài các mạch thẳng. Trong phân tử amylopectin, ngoài các mạch thẳng có liên kết  - 1,4 – glucoside chiếm ưu thế còn có các mạch nhánh liên kết với mạch thẳng bằng liên kết  - 1,6 – glucoside và một số ít liên kết  - 1,3 – glucoside. Amylopectin là dạng polyme mạch phân nhánh có khối lượng phân tử rất lớn có thể đạt từ 500.000 đến 1000.000 (Da) và trong một số loại nguyên liệu khối lượng phân tử có thể đạt 108(Da) với số lượng đơn vị glucose là 500.000 đơn vị. Amylopectin có hình dạng cấu trúc phân nhánh như cấu tạo của một cây thực vật với mạch chính làm thân cây, các mạch thứ cấp là các cành cây và các mạch phân nhánh nhỏ hơn là các cành con. Các mạch nhánh vòng ngoài chứa khoảng 20 đơn vị glucose có thể liên kết với nhau ở dạng phân tử trung gian có vòng xoắn kép tạo nên cấu trúc cứng chắc. Một thành phần cũng rất đáng quan tâm trên cấu trúc amylopectin là sự hiện diện của nhóm phosphate, nhóm ion phosphate có khả năng làm tăng khả năng giản nở của tinh bột trong nước nhờ khả năng hút nước nhưng tính hút nước lại bị ảnh hưởng bởi các muối và axít do sự tác động lên khả năng ion hoá của nhóm phosphate - Tính chất amylopectin Với trọng lượng phân tử trung bình của amylopectin lên đến 108(Da), amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao và tạo thành dung dịch bền vững, amylopectin 14 không có khả năng tạo phức với các chất phân cực như butanol và các hợp chất hữu cơ khác 2.2.5. Các tính chất đặc trưng của tinh bột [2],[3],[4] Về cơ bản tinh bột cũng như các hợp chất khác ta cũng sẽ nhận thấy được tinh bột có đầy đủ các tính chất vật lý và tính chất hoá học cần tìm hiểu khi chọn tinh bột làm nguồn nguyên liệu cho sản xuất thực phẩm - Tính chất vật lý Tính chất vật lý bao gồm : tính hút ẩm, hoà tan, tính hồ hoá và thoái hoá ở tinh bột, khả năng tạo màng và tạo sợi, tính hấp phụ,…. Trong đó tuỳ từng loại nguyên liệu mà các tính chất vật lý của chúng sẽ có những thông số biến đổi khác nhau và trong từng loại nguyên liệu thì thành phần tỉ lệ amylopectin : amylose và hình dạng, kích thước hay bản chất của các hạt lúc chế biến cũng sẽ tạo ra các biến đổi không giống nhau. Khi tìm hiểu về loại nguyên liệu cho kỹ thuật ép đùn thì hình dạng, kích thước và hàm lượng amylopectin – amylose sẽ được xem xét một cách rõ ràng vì chúng ảnh hưởng rất nhiều khi nguyên liệu đi trong thiết bị ép đùn. Các hạt tinh bột có hình dạng và kích thước khác nhau có ảnh hưởng rất lớn đến kỹ thuật ép đùn. Các nhà chế biến bằng công nghệ ép đùn thích sử dụng bột (flour) hơn là tinh bột (starch) cho sản xuất vì nó là loại nguyên liệu rẻ nhất nhưng lại có thể đáp ứng được yêu cầu của kỹ thuật ép đùn. Hạt nguyên sẽ được nghiền thành dạng bột với kích thước hạt phù hợp cho kỹ thuật ép đùn chín, các hạt có kích cỡ nhỏ này sẽ thể hiện các đặc tính khác nhau trong thiết bị ép đùn tuỳ thuộc vào bản chất tự nhiên của chúng + Hạt có nội nhũ mềm Đây cũng chính là một điểm phân biệt các loại nguyên liệu với nhau. Trong máy ép đùn bột mềm tạo ra năng lượng cơ học tương tác giữa các hạt ít và yêu cầu về năng lượng cho quá trình chế biến khi đi trong trục ít hơn (năng lượng cần cho giãn nở không cao). Tuy nhiên, việc sinh ít nhiệt sẽ yêu cầu thời gian dài hơn để có thể chuyển qua trạng thái mềm dẻo trong thiết bị + Hạt có nội nhũ cứng Các loại ngũ cốc có cấu trúc cứng chắc như gạo cần năng lượng năng lượng cao hơn để có thể phá vở và lượng nhiệt sinh ra từ quá trình này sẽ cao hơn trong máy ép đùn. 15 Nếu hạt có kích thước nhỏ hơn trong thiết bị chúng sẽ mềm nhanh chóng và giảm thời gian trong vùng tạo lực cắt nhưng nếu kích thước hạt lớn thì sẽ mất nhiều thời gian hơn để chuyển đổi trạng thái vì chúng đòi hỏi lượng nhiệt nhiều hơn để chuyển đổi cũng như rất khó bị phá vỡ hơn dạng bột mềm có cùng kích cỡ + Tuy nhiên, có một số loại ngũ cốc khác lại tồn tại đồng thời hai loại hạt cứng và mềm như bột mì và bột bắp sẽ tạo ra hỗn hợp. + Do đó, nhà sản xuất khi sử dụng công nghệ ép đùn cần có một quá trình tương thích phù hợp cho dạng nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Thí dụ: Nếu cần tạo sản phẩm có độ ẩm thấp với mức độ giãn nở cao thì loại bột sử dụng là sản phẩm từ hạt có nội nhủ cứng sẽ cho hiệu cao. Nếu sản phẩm yêu cầu có hàm lượng ẩm từ thấp đến trung bình thì nên thay loại bột từ hạt có nội nhủ cứng sang loại bột mềm mịn và sản phẩm bánh miếng với yêu cầu độ ẩm rất thấp, có cấu trúc chặt chẽ như dạng sản phẩm biscuit thì bột xốp sẽ cho hiệu quả tốt nhất - Tính chất hoá học Tính chất hoá học bao gồm: bị thuỷ phân dưới tác dụng phân cắt của enzyme và xúc tác acid thì hầu như ít có liên quan đến quá trình sản xuất bằng kỹ thuật ép đùn. Tuy nhiên, dựa trên các tính chất này ta có thể cải tiến công nghệ trên nguyên tắc cải thiện tính chất nguyên liệu. 2.2.6. Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột  Phản ứng thủy phân Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucozơ bằng axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza.. Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường. 16 Hình 2.4: Phản ứng thủy phân của tinh bột. Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng. Hình 2.5: Phân cắt tinh bột tạo ra các sản phẩm đường Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột ở các nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả năng phản ứng với andehyt trong môi trường axit. Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo thành không có khả năng tan trong nước.  Phản ứng tạo phức Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot. Khi tương tác với iot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amiloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Để phản ứng 17 được thì các phân tử amiloza phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amiloza bao quanh phân tử iot. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng. Amiloza với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iot. Amilopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ. Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp..  Tính hấp thụ của tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này. Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng.  Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt. Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng). Ngoài ra, nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê, trà hòa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất. 2.2.7. Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước  Độ tan của tinh bột Amiloza mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước. Amilopectin khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng. 18 Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột  Sự trương nở Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột. Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp: 9,1%, tinh bột khoai tây: 12,7%, tinh bột sắn: 28,4%.  Tính chất hồ hóa của tinh bột Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Các biến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định. Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn.  Độ nhớt của hồ tinh bột Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột.  Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong 19 gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá. 2.2.8. Các thành phần khác [3] - Nước Trong khối nguyên liệu các hợp chất polyme có độ nhớt cao tạo cấu trúc cứng xốp, trong khi thực hiện quá trình ép đùn thì nước là thành phần thực hiện quá trình khử và hoà tan các hợp chất polyme làm cho chúng linh động hơn trong thành phần nguyên liệu. Ở hàm lượng ẩm >10% thì sẽ có đủ lượng nước cho các polyme bắt đầu di chuyển và trượt lên nhau và tính chất vật lý của sản phẩm ép đùn chuyển từ trạng thái cứng giòn sang dòng hợp chất dẻo và nhớt. Ở hàm lượng ẩm này thì năng lượng cho trục vít và dịch chuyển của dòng lưu chất là rất lớn và nhiệt năng của khối vật chất nguyên liệu tăng nhanh chóng. Thiết bị ép đùn cũng cắt đứt các polyme bằng nhiệt và lực cắt cơ học. Khi hàm lượng ẩm tăng thì độ nhớt giảm và tính lưu biến của khối nguyên liệu tăng lên và năng lượng cơ học ít bị tổn thất. Ở mức ẩm 25% thì nhiệt cần thiết cho quá trình ép đùn sẽ được cung cấp hoàn toàn từ các tương tác và ma sát giữa các thành phần bên trong thiết bị ép đùn, nhưng ở hàm lượng ẩm >25% thì quá trình cần được cung cấp một lượng nhiệt từ bên ngoài để có thể đạt nhiệt độ yêu cầu là >1200C. Sự có mặt của hàm lượng nước tự do trong tinh bột giúp cho tinh bột tinh bột có thể giản nở được sau tinh thể đã biến đổi sang dạng lỏng. Hàm lượng ẩm này cũng làm cho cấu trúc hạt yếu đi và tăng khả năng phân tán của các hạt. Để chuyển sang dạng nhão thì tinh bột cần một lượng ẩm tương ứng là 30%. - Protein Loại protein phổ biến ở ngũ cốc là prolamin và glutenin, các protein hiện diện trong nguyên liệu thường không cao và nhất là trên nguyên liệu gạo thì protein thường rất thấp. Do đó, protein hiện diện ở dạng phân tán và trong quá trình ép đùn thì protei sẽ bị biến tính do nhiệt và áp suất cao. - Mỡ và dầu 20 Dầu và mỡ sẽ hoạt động như các chất bôi trơn giữa vật chất rời và trục của máy ép đùn trong quá trình ép đùn. Cả dầu và mỡ đều là chất béo nhưng mỡ sẽ thường hiện diện ở dạng rắn ở nhiệt độ thường, trong máy ép đùn thì chúng chuyển sang dạng lỏng ở nhiệt độ >40 0C và có chức năng như dầu lỏng trong trạng thái tới hạn của quá trình. Chất béo kết hợp với nguyên liệu khác và phân tán nhanh vào ở kích thước giọt dầu <1 – 5( m ) và tham gia vào môi trường pha liên tục. Hầu hết nguyên liệu chứa béo như là chất bôi trơn nhưng cũng có một số ít nguyên liệu có hàm lượng chất béo hầu như không đáng kể. Dầu làm giảm tương tác giữa các hạt trong hỗn hợp và giữa bề mặt trục với dòng nguyên liệu dẫn đến sự giảm lực nén lên các hạt nguyên liệu. Với hàm lượng dầu >2% các hạt nguyên liệu vẫn chuyển đổi trạng thái từ cứng sang mềm nhưng quá trình phân tán sẽ không được thực hiện trong quá trình ép đùn - Các chất khô hoà tan Dạng phổ biến nhất của các chất rắn hoà tan dùng trong máy ép đùn là các glucid mạch ngắn (đường) và muối. Chúng hoà tan vào trong môi trường lỏng và hình thành nên dòng nguyên liệu có đặc tính dẻo với độ nhớt cao nhưng các chất khô hoà tan này sẽ không có ảnh hưởng gì nhiều nếu hàm lượng thêm vào chỉ ở mức <5%. Nếu sử dụng ở mức cao hơn thì sự ảnh hưởng sẽ phải chú ý. Thí dụ: Việc thêm đường có thể làm tăng thể tích và giảm hàm lượng tinh bột trong dòng nguyên liệu để giảm các tương tác cơ học của quá trình nén và cắt của trục và giảm năng lượng riêng cơ học (SME) đầu vào, nhiệt độ và quá trình phân giải tinh bột sẽ giảm làm sự giảm về độ giãn nở. Giải pháp để hạn chế biến đổi này là giảm hàm lượng ẩm nhằm duy trì nồng độ tinh bột. - Cơ chất tạo mầm bọt Nguyên lý của quá trình tạo mầm bọt đã được phát hiện ngay từ những ngày đầu mà ngành công nghệ bắt đầu phát triển nhưng mãi đến những năm cuối của thập niên 80 thì chúng mới được đưa ra thảo luận về sự hiện diện của thành phần vỏ trấu mịn (cám) có ảnh hưởng đến cơ chế hình thành mầm bọt khí trong quá trình ép đùn và có tác dụng làm tăng số lượng tế bào khí trong sản phẩm ép đùn. Báo cáo cũng chỉ ra rằng sự tạo mầm của các tế bào khí trong quá trình trương nở của sản phẩm ép đùn tại khuôn đi từ vô hướng đến quá trình có tính chất định hướng. 21 Các công trình nghiên cứu tiếp theo đã chứng minh được nguyên liệu như calcium carbonate và muối calcium phosphate không tan tạo mầm tế bào khí tốt hơn cám nhưng nồng độ sử dụng lại thấp hơn, nó cho ta biết rằng hiện tượng hình thành mầm cần có sự hiện diện của các hạt không tan. - Cơ chất tạo màu Trong chế biến bằng công nghệ ép đùn thì hầu như màu tự nhiên của nguyên liệu sẽ mất đi sau khi chế biến. Do đó, việc sử dụng màu tổng hợp bền nhiệt sẽ được sử dụng giúp nhà sản xuất tạo ra sản phẩm ép đùn có màu sắc khác nhau. Bên cạnh đó phản ứng Maillard giữa đường khử và các amino acid ở nhiệt độ cao màu sậm cho sản phẩm và việc khống chế quá trình hình thành màu nâu từ phản ứng này khi không muốn nó xảy ra trong sản phẩm cần được quan tâm. - Cơ chất tạo hương vị Cũng giống như việc tạo màu, việc tạo mùi vị là rất cần thiết và việc sử dụng mùi thực phẩm là phương pháp khả thi hơn cả vì mùi vị tự nhiên của nguyên liệu sau quá trình chế biến nhiệt độ cao hầu như không còn mà quá trình ép đùn có thể sinh ra mùi từ các phản ứng giữa các thành phần nguyên liệu ở nhiệt độ cao. 2.3. KỸ THUẬT ÉP ĐÙN 2.3.1.Khái niệm kỹ thuật ép đùn [5] Ép đùn là một quá trình, trong đó nguyên liệu bị nén thành dòng chảy dưới tác dụng gần như đồng thời của các yếu tố: nhào trộn, gia nhiệt, nén ép của áp suất lớn và tạo hình qua lỗ khuôn làm cho nguyên liệu có những biến đổi cơ bản về vật lý, hóa học. Các quá trình này xảy ra đồng thời và tương tác lẫn nhau. Sau quá trình ép đùn sản phẩm được được định hình theo một dạng nhất định. 2.3.2. Tác dụng chính của ép đùn [3],[5] Trong bất kỳ dạng ép đùn nào, nguyên liệu qua nó cũng xuất hiện gần như đồng thời các biến đổi sau : - Nhào trộn : sự đa dạng của trục vít tạo ra nhiều kiểu nhào trộn khác nhau. - Bài khí : nguyên liệu vào thiết bị có chứa khí có thể được bài khí trong quá trình ép đùn. - Liên kết : các sản phẩm sau ép đùn có thể liên kết chặt chẽ từng thành phần rời rạc lại với nhau. 22 - Mất nước: sau quá trình ép đùn nước sẽ bốc hơi do nhiệt độ cao, độ ẩm sản phẩm có thể giảm xuống 4 – 5% và còn có thể thấp hơn so với độ ẩm của nguyên liệu ban đầu. - Phồng nở: độ xốp thể tích của sản phẩm có thể được điều chỉnh qua điều chỉnh độ ẩm của nguyên liệu và vận hành thiết bị. - Hồ hóa tinh bột và biến tính protein do nhiệt độ của khối nguyên liệu tăng cao do ma sát giữa nguyên liệu với nguyên liệu, nguyên liệu với trục vít và xilanh. - Đồng tạo gel: thiết bị ép đùn có thể làm biến đổi và sắp xếp lại cấu trúc mạch tinh bột và các thành khác hiện diện trên nguyên liệu. - Thanh trùng và tiệt trùng các loài vi sinh vật gây hại cho thực phẩm - Định hình sản phẩm bằng các loại khuôn thiết kế ở sản phẩm đầu ra. - Vô hoạt enzyme và giảm độc tố thực phẩm : dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao gây ra tác động làm ức chế và vô hoạt một số enzyme và một số độc tố trong thực phẩm. 2.3.3. Ưu điểm kỹ thuật ép đùn - Tính đa năng, đa dụng với nhiều loại hình sản phẩm và trong đó có nhiều loại sản phẩm mà các công nghệ khác rất khó thực hiện quá trình sản xuất nhưng khi ứng dụng kỹ thuật ép đùn lại rất đơn giản. - Giá thành sản xuất thấp với hiệu suất cao hơn so với các qui trình sản xuất khác cùng loại sản phẩm. - Năng suất của máy ép đùn có thể vận hành liên tục vời nguyên liệu đầu vào ở năng suất cao và sản phẩm đầu ra . - Kỹ thuật ép đùn có thể cho ra sản phẩm mà nhiều thành phần giá trị cảm quan và dinh dưỡng vẫn được giữ trong trên sản phẩm nhờ vào quá trình chế biến ở nhiệt độ cao trong thời gian rất ngắn. - Và một đặc tính rất đáng quan tâm trong kỹ thuật ép đùn là nó hầu như không sinh ra các chất thải gì độc hại đối với môi trường và nước sử dụng do đó giảm được chi phí cho xử lý nước thải cũng như giảm vấn đề ô nhiễm môi trường. 23 2.3.4. Phân loại thiết bị ép đùn [3],[6] Dựa vào cấu tạo, thiết bị ép đùn có thể phân chia thành : thiết bị ép đùn trục đơn (single screw extruder), thiết bị ép đùn trục đôi (Twin – screw extruder); thiết bị ép đùn trục răng cưa (Interrupted flight extruders),… Dựa vào độ ẩm nguyên liệu có thể phân chia : thiết bị ép đùn ướt (wet extruder) và thiết bị ép đùn khô (dry extruder). Ngoài ra còn một số kiểu phân chia dựa và tính chất nhiệt động hay sự kết hợp cấu tạo thiết bị và độ ẩm nguyên liệu cũng cho ra nhiều kiểu ép đùn khác. - Thiết bị ép đùn trục đơn (single srew extruder) Đây là dạng thiết bị có một trục vít được thiết kế 1 trục liền và dài hay 2 – 3 trục nối lại với nhau tùy theo yêu cầu, chiều cao trục vít lớn, ứng suất và nhiệt độ thường không lớn và chỉ thích hợp cho đùn các loại nguyên liệu có trạng thái cấu trúc mềm do đó mức độ đa dạng sản phẩm không cao. - Thiết bị ép đùn khô (dry extruder) Không cần cấp thêm nhiệt hay hơi nước, có thể làm việc với các nguyên liệu có độ ẩm thấp và trung bình (10 – 40%). Thiết bị ép đùn khô là dạng ép đùn trục đơn nhưng có 1 van khóa để làm tăng áp suất và sinh nhiệt độ. Nhiệt độ sản phẩm đầu ra có thể đạt từ 80 – 2000C, với áp suất rất cao. - Thiết bị ép đùn trục đôi (Twin – srew extruder) Có thể ứng dụng rất linh hoạt và phù hợp với nhiều loại nguyên liệu, tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau. Có hai dạng cơ bản : hai trục quay cùng chiều (Co – rotating srew) và hai trục quay ngược chiều nhau (Counter – rotating srew). 2.4. BÚN 2.4.1. Sơ lược về bún Bún là sản phẩm truyền thống được sản xuất từ gạo có từ lâu đời gắn liền với nền văn hóa lúa nước Việt Nam. Cho đến nay bún vẫn chủ yếu được sản xuất, chế biến theo phương pháp thủ công là chính với qui trình khá phức tạp. Một số nơi thì qui trình chỉ được cơ giới một vài công đoạn. Bún trên thị trường hiện nay có hai dạng cơ bản là bún tươi và bún khô. 24 2.4.2. Qui trình sản xuất bún truyền thống [khảo sát thực tế] Sản xuất bún theo phương pháp truyền thống khá phức tạp và sản phẩm nhận được ở cả hai dạng: tươi (có thể sử dụng trực tiếp) và khô (phải sơ chế trước khi muốn sử dụng). Qui trình này khá phức tạp nên có cơ giới hóa thành dây chuyền sản xuất liên tục. 25 Gạo Vo sạch Ngâm, rửa Xay Lắng, gạn, lọc Khối bột ướt Phối trộn Hấp Giã, cán Sấy khô Bao gói Bún khô Khối bột dẽo Ép, tạo sợi Hấp, luộc Rửa Nước Nước Tinh bột sắn Nước lạnh Bún tươi Hình 2.7: Qui trình sản xuất bún truyền thống 26 PHẦN III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. VẬT LIỆU 3.1.1. Nguyên liệu Gạo tẻ và tấm được sử dụng cho khảo sát. Thành phần hóa học cơ bản (w/w) [7] Tinh bột 77,55 % Protein 7,35 % Lipid 0,52 % Chất xơ 0,18 % Muối khoáng 0,54 % Nước 13,84 % Gạo đem ngâm, sau đó nghiền bằng máy nghiền ướt rồi đem tách ẩm thành bột nguyên liệu cho quá trình ép đùn. Gạo đem sản xuất loại bột này là loại Hàm Châu cho cơm khô, nở do có hàm lượng amylose cao xấp xỉ 25% trong hàm lượng tinh bột. Bảng 3.1: Đặc điểm bột gạo nguyên liệu Màu sắc Trắng đến hơi vàng (sậm màu) Mùi Mùi bột gạo tự nhiên. Không có mùi lạ. Không mùi mốc. Vị Đặc trưng Không vị lạ Trạng thái Bột mịn, rời, không tạp chất 3.1.2. Thiết bị - Máy nghiền ướt (tự chế của cơ khí nhà máy) - Thiết bị kiểm tra độ ẩm – MOISTURE BALANCE (CENCO – PAT No.2,816,437 – CSC Scientific Company, Inc.) Nhiệt độ sấy là 350C Khối lượng mẫu là 5(gram) Phương pháp đo ẩm: mở thiết bị hoạt động 10 phút không có mẫu nhằm làm khô môi trường trước khi đưa mẫu vào. Điều chỉnh cân trong thiết bị về đúng 27 5gram, mẫu đã được cắt nhỏ (hay làm mịn) được cân đúng 5gram và tiến hành sấy đến khi độ ẩm không đổi. Lưu ý là thao tác phải nhanh khi thực hiện và mẫu được giữ kín khi lấy. - Thiết bị đo nhiệt độ. - Thiết bị sấy khô (hệ thống hầm sấy và hệ thống sấy võng) - Máy ép đùn trục vít (Extruder). Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của thiết bị ép đùn Nơi sản xuất Việt Nam Kích thước Công suất động cơ kW (3 pha ;) Số vòng quay >1500 (rpm) Hệ số giảm tốc 1 : 3 Kiểu truyền động Puli – đai truyền Chiều dài trục vít 2 x 140 Đường kính trục vít 100 Năng suất (max) 100 (kg/giờ) 28 3.2. PHƯƠNG PHÁP 3.2.1. Sơ đồ thực nghiệm Hình