Chương 3
CHẾ BIẾN NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN CHĂN NUÔI
I. Các phương pháp chế biến nguyên
liệu thức ăn
1. Mục đích
Giảm độ thô cứng;
Tăng độ ngon miệng;
Tăng tiêu hoá, hấp thu chất dinh dưỡng của
TĂ;
Loại trừ các chất kháng dinh dưỡng (ANF) và
các tác nhân có hại trong thức ăn;
Tăng giá trị sinh học của protein;
Cân đối các chất dinh dưỡng.
2. Phân loại
Có 3 phương pháp cơ bản thường để chế
biến nguyên liệu thức ăn chăn nuôi:
Phương pháp biến đổi cơ học;
Phương pháp xử lý nhiệt;
Phương pháp biển đổi độ ẩm.
Phương pháp chế biến
Phương pháp chế biến khô Phương pháp chế biến ướt
Phương pháp Năm Phương pháp Năm
Nghiền (Grinding) 1840 Ngâm (Soaking)
Ép vỡ (Cracking) 1930 Nấu
Ép viên (Pelletting) 1957 Lăn hơi (lúa mạch) 1930
Ép đùn (Extrusion) 1966 Nổ hơi (Steam flaking) 1950
Nổ (Popping) 1966 Ủ silô 1958
1966
Vi sóng (Micronizing) 1970 Lăn nấu áp suất cao (Pressure cooker-roll)
Rang 1975 Nổ bung (cao lương) 1972
2.1. Phương pháp biến đổi cơ học
2.1.1. Bóc vỏ (dehulling)
Loại bỏ phần có giá trị dinh dưỡng thấp (vỏ
trấu…) → tăng giá trị dinh dưỡng của nguyên
liệu TĂ;
Giảm hoặc loại bỏ làm các phần, hợp chất
không có lợi, chất kháng dinh dưỡng (ANF);
Tăng tính ngon miệng, tăng khả năng tiêu hóa ,
hấp thu chất dinh dưỡng ở động vật.
Thành phần hóa học của một số nguyên liệu TĂCN (VCN 2001)
Nguyên liệu TACN
Thành phần hóa học Thóc tẻ Gạo lức Gạo tẻ
Protein thô (%) 7,41 8,61 8,38
Lipit thô (%) 2,2 2,3 1,5
Xơ thô (%) 10,49 0,6 0,6
DXKN (%) 63,04 73,57 75,81
Khoáng TS (%) 5,09 1,30 1,00
2687 3271 3283
Năng lượng (kcal ME/kg)
Cấu trúc vỏ hạt cải dầu
Thành phần hóa học của hạt cải dầu và khô dầu
Loại nguyên liệu
Thành phần
KD nhân
Hạt
Nhân
Vỏ
VCK, %
KD nguyên vỏ 93.3
91.9
93.4
14.3
93.5
Dầu (%/DM)
47.7
53.3
12.0
1.0
1.0
21.8
24.5
15.2
40.7
44.2
Protein thô (%/DM) Xơ thô (%/DM)
8.1
2.7
32.3
15.2
6.4
Khoáng TS
4.7
4.7
6.6
8.5
9.7
NDF (%/DM)
14.9
5.27
50.7
30
11.2
ADF (%/DM)
11.2
3.3
41.8
22.5
6.7
ADL (%/DM)
11.1
0.9
0.3
23.1
5.9 Nhân hạt : 87% - Vỏ: 13 %
Nguồn: CETIOM CREOL / N29 (INRA seeds “temoin”, Feedbase)
Thành phần hóa học của hạt hướng dương và khô dầu
Loại hạt
Thành phần
Hạt
Nhân
Vỏ
KD nhân
KD nguyên vỏ
VCK, %
92.8
90.5
88.8
90.5
Dầu (%/VCK)
48
61.25
2.5
2.2
1.2
16.7
20.6
6.2
31.9
52.6
Protein thô (%VCK)
Xơ thô (%VCK)
17.3
2.4
57.6
28.1
6.2
3.5
3.6
3.2
7.05
9.24
Khoáng TS (%/VCK)
NDF (%/VCK)
26.6
5.4
83.9
45.1
13.7
ADF (%/VCK)
19.5
2.7
64.9
32
7
ADL (%/VCK)
6.3
0.4
22.3
10.5
0.9
Nhân hạt : 75% - Vỏ: 25 %
Cấu trúc vỏ hạt hướng dương
Hàm lượng độc tố trong vỏ và thịt củ
Nguồn: Phạm Sỹ Tiệp, 1998.
Phần củ khoai tây Hàm lượng Solanine (mg/100g)
Vỏ củ 20 - 100
Thịt củ 0,1 – 4,5
Thiết bị bóc vỏ
1. Máy bóc vỏ kiểu CETIOM
Máy có một cánh quạt ly tâm,
Hạt được cung cấp ở trung tâm;
Trên một đĩa quay có các kênh tỏa về phía rìa đĩa
Bằng lực ly tâm, hạt bị văng đập vào thành của thiết
bị làm cho vỡ vỏ.
Do khối lượng của nhân và vỏ khác nhau nên bị thổi
tách ra
Sơ đồ cấu trúc máy kiểu CETIOM
2. Máy bóc vỏ trục cuốn
Hạt cần bóc được đưa nhanh qua 2 trục cuốn,
quay đồng thời nhưng với hướng ngược nhau;
Khoảng cách giữa 2 trục được điều chỉnh phù hợp
với kích thước hạt thường được điều chỉnh khoảng
0,6 mm ;
Hạt cần được phân loại đồng đều kích thước ;
Hạt cần được sấy khô để dễ tróc vỏ;
3. Máy bóc vỏ kiểu mài
Thường để làm trắng gạo;
Thóc được mài trong thiết bị quay có mặt nhám;
Trấu bị loại bỏ bằng cách mài mòn;
Có thể điều chỉnh tỷ lệ cám bị bóc bằng cách điều
chỉnh tốc độ quay tốc độ cấp nguyên liệu.
Đĩa mài
Cấu tạo máy bóc vỏ kiểu mài
Chi tiết máy bóc vỏ kiểu mài
Hiệu quả bóc vỏ của máy bóc vỏ kiểu mài
R.D. Reichert và cs., 1986
Cao lương trong 4 phút Lúa mì trong 6 phút
4. Thiết bị bóc vỏ kiểu va đập
Sử dụng phổ biến nhất để bóc vỏ hạt hướng
dương
Gồm Rotro gắn các lưỡi dao quay, lực ly tâm
làm bắn hạt vào vách buồng bóc hạt của máy.
Sự va đập làm tróc vỏ hạt;
Do khối lượng vỏ và nhân hạt khác nhau nên
bị gió thổi ra theo hai cửa khác nhau.
Máy bóc vỏ kiểu va đập
Stator gợn sóng
Rotro
5. Sử dụng hồng ngoại hoặc vi sóng
Sử dụng bức xạ làm bay hơi nhanh chóng
nước ở bề mặt của nhân hạt → vỏ dễ bong
Dùng dòng khí nén (áp lực cao) để tách vỏ và
hạt.
Được dùng để bóc vỏ quả óc chó, hạt dẻ và
hạnh nhân.
2.1.2. Ép đùn (Extrusion)
Ép đùn là một quá trình chế biến nguyên liệu thức
ăn dưới áp suất, độ ẩm và nhiệt độ cao.
Sử dụng máy ép với trục vít, dưới áp suất cao và
lực ma sát, nguyên liệu nóng lên trong thời gian
15-20 giây.
Tác động của ép đùn đến nguyên liệu:
Nghiền nhỏ (làm vỡ hạt nguyên liệu),
Phá vỡ, cắt ngắn kết cấu xơ,
Trộn đều,
Hydrat hóa,
Xử lý nhiệt → phá hủy một số hợp chất độc hại
(ANF, độc tố nấm mốc, glycinin và β-conglycinin);
Hồ hóa → tinh bột dễ tiêu hóa,
Biến tính protein,
Diệt các vi sinh vật,
Tạo hình,
Làm giãn nở nguyên liệu,
Thay đổi kết cấu của thức ăn (tinh bột),
Làm khô nguyên liệu (bay hơi một phần nước)
Ép đùn đỗ tương ở nhiệt độ 154oC cho tỷ lệ tiêu hoá
cao nhất ở gia cầm
Tế bào đỗ tương sống
Vách tế bào đỗ tương ép đùn
ME biểu kiến và tích lũy nitơ ở gà 2,5 tuần tuổi ăn đậu nành chế biến bằng các phương pháp
ME biểu kiến
PP chế biến
MJ/kg Kcal/kg N tích lũy %
Sống * 13.5 3227 30
Ép đùn ướt * 17.9 4278 54
Ép đùn khô * 17.4 4159 59
Sấy cận hồng ngoại * 15.4 3680 48
Rang * 14.7 3513 61
* Toasted 15.6 3728 57
Nguồn: *Wiseman, 1994; **NRC Poultry, 1994
Xử lý nhiệt ** 13.8 3300 -
Ảnh hưởng của nhiệt độ ép đùn đến hàm lượng Fumonisin B
Nguồn: Mian N. Riaz, 2009
Ảnh hưởng của chế biến đỗ tương đến năng suất gà đẻ
S
ấy T R É S
reatment ang p đùn ống k
hô
1 1 1 120 Số gà thí nghiệm (con) 20 20 20
7 7 8 5
Tỷ lệ đẻ (%) 7.29b 7.82ab 0.14a 3.84c
6 6 6 5
Khối lượng trứng, g 0.75b 2.30a 1.21b 8.10c
7 7 7 7
Đơn vị Haugh 1.04b 0.51b 1.31b 8.66a
1 1 9 8
Thức ăn thu nhận, g/ngày 02.7a 8.9b
04.4a 7.0c Nguồn: Waldroup and Hazen (1978) 1 1 1 1
Chi phí thức ăn (g/ trứng) 35.2b 32.5b 23.5a 64.0c
Sơ đồ quy trình ép đùn nguyên liệu
Chuyển động của nguyên liệu trong máy ép đùn
Đầu thoát sản phẩm với dao cắt
Đỗ tương ép ướt nguyên dầu
Hệ thống ép đùn
2.1.3. Nghiền (Grinding):
Mục đích:
Dễ trộn đều các thành phần của hỗn hợp
thức ăn;
Phá vỡ cấu trúc hạt → giúp dịch tiêu hóa
thấm đều hơn vào các thành phần → tăng tỷ
lệ tiêu hóa thức ăn.
Nghiền búa
Thường được dùng để nghiền nguyên liệu có độ
ẩm và hàm lượng dầu thấp (ngô, thóc, gạo, cao
lương, lúa mì, mạch…)
Trục động cơ được gắn với các thanh gá búa
Búa với đầu bằng hoặc hình răng cưa được nối
linh động với thanh gá.
Sự sắp xếp, kích thước, độ sắc và số lượng búa
trên một trục xoay, tốc độ quay của trục phụ thuộc
vào yêu cầu độ mịn của sản phẩm.
Nguyên liệu bị đập vỡ bằng hệ thống búa đập. Độ
mịn của sản phẩm còn phụ thuộc vào loại hạt, độ
ẩm của hạt, kích cỡ mắt sàng, tốc độ dòng hạt
cung cấp
Máy nghiền búa
Ngô nghiền
Nghiền trục lăn:
Thường dùng để nghiền các hạt có độ ẩm và
hàm lượng lipit thấp;
Hạt bị làm vỡ, bị cán mỏng và nghiền nhỏ bởi
các trục lăn trong máy nghiền.
Trục lăn có thể ở dạng phẳng hoặc khía rãnh;
Độ nhỏ của sản phẩm phụ thuộc vào kích cỡ,
cấu trúc nguyên liệu và tốc độ vòng quay của
trục lăn.
Sơ đồ cấu trúc máy nghiền trục lăn
Máy nghiền trục lăn
Ngô ép vỡ (cracked corn)
2.2. Phương pháp xử lý nhiệt
2.2.1. Xử lí nhiệt khô:
Sấy cận hồng ngoại (Micronizing)
Nguyên liệu được đặt thành lớp trên băng tải
chạy liên tục dưới một nguồn bức xạ có bước
sóng từ 1,8 – 3,4 µm.
Bức xạ cận hồng ngoại làm các phân tử trong
nguyên liệu dao động mạnh với tần số 80-170 triệu
beet /giây → nguyên liệu nóng lên nhanh → nước
bay hơi nhanh chóng.
Tác động của sấy cận hồng ngoại đến nguyên
liệu:
Giảm độ ẩm trong nguyên liệu;
Tăng hàm lượng protein thô trong nguyên liệu sau
xử lý;
Suy giảm hàm lượng axit amin thiết yếu;
Ảnh hưởng của sấy cận hồng ngoại đến nguyên liệu
Nguồn: LUNG-CHINTSAI, 1972
Ảnh hưởng của sấy cận hồng ngoại đến hạt cao lương
Nguồn: LUNG-CHINTSAI, 1972
Rang chín
Thường được áp dụng với hạt cây họ đậu;
Hạt được quay trong 1 khoang kim loại chuyển
động và được cung cấp nhiệt từ than hoặc gas.
Nhiệt độ của hạt đạt khoảng 130-150oC trong
khoảng 2-3 phút.
Do nhiệt độ xử lý cao, chất kháng dinh dưỡng như
Kunitz, Bowman Brick, lectin… bị phá hủy.
Tăng tỷ lệ tiêu hóa, hấp thu chất dinh dưỡng;
Ảnh hưởng của rang đỗ tương đến năng suất gà đẻ
Đỗ tương
C
S R
hỉ tiêu
ống ang
1 1
Số gà thí nghiệm (con) 20 20
5 7
Tỷ lệ đẻ (%) 3.84c 7.29b
5 6
Khối lượng trứng, g 8.10c 0.75b
7 7
Đơn vị Haugh 8.66a 1.04b
8 1
Thức ăn thu nhận, g/ngày 7.0c 04.4a
Nguồn: Waldroup and Hazen (1978)
1 1
Chi phí thức ăn (g/ trứng) 64.0c 35.2b
Nổ bỏng (popping):
Là phương pháp làm giãn nở và phá vỡ hạt bằng
nhiệt độ cao (150oC) và áp suất cao.
Khi xử lí, hạt bị biến đổi tính chất lí-hoá và sau đó
hình thành nên “hạt nổi”.
Trong thiết bị, hạt nghiền dưới tác động của áp suất
và nhiệt ma sát cao biến thành 1 khối đồng nhất.
Ở đầu ra của thiết bị, áp suất giảm đột ngột gây ra
hiện tượng “nổ”. Kết quả là khối đồng nhất phồng
lên và hình thành sản phẩm có cấu trúc xốp.
2.2.2. Xử lí nhiệt hơi
Nguyên liệu được xử lý bằng áp suất và nhiệt độ
cao;
Là phương pháp có hiệu quả làm tăng tỷ lệ hấp
thu tinh bột;
Với hạt cây họ đậu thì hấp trong nồi áp suất (với
áp suất cao) có hiệu quả hơn khi nấu (tăng sinh
trưởng, giảm hoạt lực các chất kháng dinh
dưỡng, chất có hại…).
Hấp cán (steam rolling):
Hạt phải chịu tác động của hơi nước nóng trong
khoảng thời gian 3-5 phút,
Sau đó hạt được nghiền bằng trục lăn;
Sản phẩm tạo ra ít bụi hơn so với nghiền;
Phương pháp này cho sản phẩm dễ tiêu hóa,
hấp thu hơn.
Hấp chín áp suất cao (pressed cooking)
Đầu tiên, hạt được hấp chín ở nhiệt độ khoảng
140oC và áp suất 3 kg/cm2.
Sau đó, nguyên liệu được làm mát cho đến nhiệt độ
90oC, độ ẩm 20%
Cuối cùng, nguyên liệu có thể được cán và nghiền
bằng trục lăn.
Ảnh hưởng của các phương pháp chế biến đến hàm lượng axit phytic (%) trong đỗ tương Giống đỗ tương
- Đỗ tương sống (đối chứng)
0.625
0.463
- Ngâm 6 giờ
0.535
0.452
12 giờ
0.520
0.450
18 giờ
0.500
0.435
- Nẩy mầm 40 giờ
0.485
0.420
60 giờ
0.470
0.415
- Nấu thông thường: Không ngâm
0.465
0.382
Có ngâm
0.460
0.373
- Hấp trong nồi áp suất Không ngâm
0.435
0.350
Có ngâm
0.423
0.335
Nguồn: Ramadan E. A., 2012
Phương pháp chế biến Giza 21 Giza 35
Phương pháp làm giãn nở (exploding)
Hạt được hấp chín trong điều kiện có hơi nước ở
áp suất và nhiệt độ cao (15 kg/cm2, 200oC trong 20
giây).
Dưới áp suất và nhiệt độ cao hạt bị trương phồng
sau đó giãn nở tối đa
Ép viên (pelleting)
Thường dùng ép viên nhiều loại nguyên liệu, thức ăn
ở dạng bột như cám, bột sắn, bột cỏ (alfalfa)…;
Nguyên liệu được phun hơi nước nóng để đưa nhiệt
độ và độ ẩm lên cao.
Nhờ sức ép của trục vít lên xyranh, viên TĂ được
hình thành và được cắt thành viên khi chui qua
khuôn.
Ảnh hưởng của công nghệ chế biến đến năng lượng tiêu hóa (DE) của thức ăn
Công nghệ
P
Nguyên liệu, thức ăn
Số mẫu
Nghiền
Ép viên
Khẩu phần SBM-lúa mì
2
88.6
89.2
*
Khẩu phần SBM- Ngô
3
88.4
90.3
**
Ngô
5
87
90
**
Hạt cải nguyên dầu
35
83
**
-
Hạt lanh (ép đùn)
51
84
**
-
Nguồn: INRA data
Lựa chọn phương pháp chế biến
Lựa chọn phương pháp chế biến phụ thuộc vào:
Mục đích sử dụng nguyên liệu;
Đặc điểm của từng loại nguyên liệu (phương pháp
chế biến có thể thích hợp với loại nguyên liệu này,
nhưng lại có thể làm giảm hiệu quả sử dụng với loại
nguyên liệu khác);
Ví dụ:
Ngô có thể sử dụng không qua xử lí nhưng cao
lương thì bắt buộc phải xử lí
Phương pháp xử lý bằng áp suất rất thích hợp với
cao lương nhưng lại không phù hợp với lúa mì
Một loại nguyên liệu có thể được áp dụng một hoặc
nhiều phương pháp chế biến khác nhau;
II. Các phản ứng xảy ra trong quá trình chế
biến nguyên liệu
2.1. Quá trình gelatin hóa (hồ hóa)
Xảy ra trong môi trường độ ẩm và nhiệt độ cao
(60-80oC) các hạt tinh bột bị trương phồng và
không trở lại hình dạng ban đầu;
Hạt tinh bột mất đi cấu trúc tinh thể, liên kết hydro
giữa amylose và amylopectin bị phá vỡ;
Là quá trình hồ hóa/làm chín tinh bột.
2.2. Phản ứng Maillard
Khi chế biến nguyên liệu bằng nhiệt độ cao, có thể
xảy ra phản ứng Maillard giữa các chất dinh
dưỡng:
Hydrat cacbon (glucose) liên kết với axit amin tự
do (lysine, arginine, histidine,
tryptophan với
glucose tạo thành hợp chất màu nâu bền vững,
Hậu quả: giảm giá trị dinh dưỡng, mất hương vị,
giảm tính ngon miệng, giảm tiêu hóa.
2.3. Sự oxi hóa và phân hủy nhiệt lipid
2.3.1. Hậu quả của quá trinh oxi hóa lipid
Xảy ra trong quá trình bảo quản, chế biến các
nguyên liệu nhiều dầu mỡ đã qua sơ chế (ngô
nghiền, cám gạo...)
Các nguyên liệu này chứa các axit béo chưa bão
hòa rất dễ bị oxy hóa làm thay đổi chất lượng,
mùi, vị, giảm giá trị dinh dưỡng, mất tính ngon
miệng (dầu mỡ bị ôi).
2.3.2. Điều kiện xảy ra quá trình oxi hóa lipid
Ánh sáng: thường là tác nhân đầu tiên gây ra sự
tạo gốc tự do trong sản phẩm.
Các kim loại: cũng là tác nhân tạo ra gốc tự do.
Oxy
Các enzyme: lipase, lipoxygenasa;
2.3.3. Quá trình tự oxi hóa (autooxidation)
Ánh sáng gây ra sự tạo gốc tự do trong sản phẩm,
các gốc tự do tiếp tục hoạt động tạo các sản
phẩm thứ cấp
Oxy trong môi trường gây ra oxy hóa rất nhanh,
phá hủy các liên kết trong phân tử axit béo, sinh
ra những chất như hydroperoxit...
Hydroperoxit không có mùi vị nên không ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm,
Khi hydroperoxit phân hủy tạo ra các sản phẩm
thứ cấp thì chất lượng dầu, mỡ sẽ bị ảnh hưởng.
tới vị
trí
Lipoxygenasa tác động chủ yếu
pentadien của axit béo chưa no tạo ra các gốc tự
do.
Lipase có trong vỏ thực vật, khi có nước sẽ xảy ra
quá
trình
thủy phân,
tạo ra monoglyceride,
diglyceride và các axit béo tự do → thay đổi tính
chất, chất lượng.
Sự oxy hóa chất béo trong quá trình bảo quản chất béo
2.4. Quá trình biến tính của protein
Là những biến đổi về hình thể của protein nhưng
không làm đứt gãy liên kết peptide.
Các tác nhân gây biến tính protein:
Tác nhân vật lý: nhiệt độ, cơ học, áp suất, bức xạ;
Tác nhân hóa học: pH, các yếu tố là biến đổi điểm
đẳng điện, lực ion, các dung môi hữu cơ;
Dextrin hoá
Dextrin hoá là quá trình cắt phân đoạn các cấu tử
amylose và amylopectin bằng nhiệt độ và độ ẩm,
vi sóng, nổ bỏng.
Tỉ lệ tiêu hoá tăng rõ rệt.
Chế biến thức ăn hạt
Phản ứng Maillard
Phản ứng Maillard
Sự ôxi hóa (tự ôxi hóa)
Phản ứng caramen hóa
Sự tạo thành LAL/LAN (lysinoalanine/lanthionine)
Sự hình thành các đồng phân cis/trans
Sự hòa tan
Phản ứng khử amid
Sự trùng hợp (quá trình polymer hóa)
Sự tạo thành D-amino acid
Sự hình thành chất phản ứng Maillard
Sự tạo thành Iso-peptide
Sự hình thành tinh bột dạng bền vững (resistant starch) hoặc tinh bột khó tiêu
Carbohydrate Protein Lipid
