Tinh bột tổng hợp

Tinh bột tổng hợp

MỞ ĐẦU

Cây sắn (hay còn gọi là cây khoai mì) là một trong những loại cây lương thực có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone (Nam Mỹ) Ở nước ta cây sắn được du nhập vào khoảng thế kỷ 18 và được trồng ở khắp nơi từ Bắc đến Nam Cùng với việc trồng từ lâu nhân dân ta đã biết chế biến củ sắn làm lương thực cho người và làm thức ăn cho gia súc

Trong các loại cây lương thực, sắn là cây trồng cho nguồn nguyên liệu có khả năng chế biến sản phẩm vào loại phong phú nhất Sản phẩm từ cây sắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và đời sống Giá trị từ cây sắn chỉ thực sự gia tăng khi được chế biến Chính vì vậy trên thị trường giá sắn nguyên liệu mới được tăng lên gần đây, kéo theo sự quan tâm trở lại của bà con nông dân sau nhiều năm thăng trầm của việc phát triển cây sắn

Tuy nhiên, trong điều kiện quỹ đất có hạn, sự cạnh tranh giữa các loại cây trồng ngày càng gay gắt thì dù nhu cầu thị trường đối với sản phẩm của cây sắn mà đặc biệt là tinh bột sắn ngày càng tăng, giá ngày càng cao thì khả năng mở rộng diện tích trồng sắn cũng không nhiều Hướng phát triển của cây sắn chủ yếu để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong và ngoài nước là thâm canh tăng năng suất để đạt giá trị tổng sản lượng ngày càng tăng Bên cạnh đó, việc đầu tư cho khâu chế biến để tăng giá trị sản phẩm cũng là công việc rất cần phải giải quyết Đây chính là lý do chính để em lập đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất tinh bột từ củ sắn

PHẦN 1 LẬP LUẬN KINH TẾ – KỸ THUẬT

1.1 Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất tinh bột

Ta chọn cây sắn để sản xuất tinh bột do các nguyên nhân sau:

1.1.1 Giá cả

Giá cả của tinh bột sắn thì thấp hơn so với tinh bột gạo và tinh bột lúa mì Hiện tại và trong tương lai giá cả của tinh bột gạo sẽ không giảm so với tinh bột sắn do công nghệ sản xuất tinh bột gạo phức tạp hơn cũng như chính sách của chính phủ không khuyến khích sử dụng tinh bột gạo trong các ngành công nghiệp khác

Tinh bột lúa mì không cạnh tranh lại tinh bột sắn vì loại tinh bột này hiện nay chủ yếu được nhập khẩu nên số lượng không nhiều và giá cả lại cao

1.1.2 Điều kiện trồng trọt

So với cây lúa thì cây sắn không đòi hỏi khắt khe về điều kiện canh tác đặc biệt là nguồn nước Cây sắn có thể trồng trên các loại đất bạc màu, cằn cỗi ngoài ra người trồng sắn không cần phải tốn nhiều công chăm sóc như khi canh tác đối với cây lúa

Nhu cầu tinh bột dùng cho tiêu thụ nội địa và xuất khẩu hiện nay rất lớn đỏi hỏi phải sản xuất thêm nhiều hơn nữa tinh bột để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường do đó cây sắn trở thành một cây trồng quan trọng để sản xuất tinh bột Ngoài việc mở rộng diện tích trồng sắn thì các cơ sở sản xuất tinh bột mới cũng phải được xây dựng thêm nhằm đáp ứng nhu cầu này [1]

1.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng

Theo bảng số liệu thống kê “Diện tích sắn và sản lượng sắn phân theo địa phương” (trang 6 và trang 7) ở ba khu vực Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long của Tổng cục Thống kê năm 2006 ta nhận thấy:

- Cây sắn được trồng chủ yếu ở khu vực miền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên Xét ở cả hai vùng này về phân bố diện tích trồng sắn và sản lượng sắn thu hoạch ta thấy miền Đông Nam Bộ chiếm ưu thế hơn so với Tây Nguyên

- Trong các tỉnh thuộc khu vực miền Đông Nam Bộ thì hai tỉnh Tây Ninh và Đồng Nai có diện tích trồng và sản lượng sắn nhiều hơn cả Ở Đồng Nai do một phần không nhỏ diện tích đất phục vụ cho nhu cầu phát triển các ngành công nghiệp, trồng các cây công nghiệp lâu năm (cao su, điều) nên việc tăng diện tích đất trồng sắn là khó thực hiện Trong khi đó, ở Tây Ninh do tính chất đất: đất xám chiếm 86,31% diện tích tự nhiên của tỉnh Đất khá tơi, nhẹ thích hợp cho trồng sắn và có khả năng mở rộng diện tích trồng sắn

Trên thực tế nếu căn cứ vào số liệu thống kê “Diện tích sắn và sản lượng sắn phân theo địa phương” của Tổng cục Thống kê thì từ năm 2000 đến nay diện tích đất trồng sắn và sản lượng sắn ở Tây Ninh tăng lên rất nhanh:

- Diện tích trồng sắn từ 0,8 nghìn ha (năm 2000) tăng lên 43,3 nghìn ha (năm 2005)

- Sản lượng sắn từ 9,6 nghìn tấn (năm 2000) tăng lên 1064,5 nghìn tấn (năm 2005)

Từ đó có thể thấy cây sắn của tỉnh Tây Ninh đủ đáp ứng nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm từ cây sắn trong đó có ngành sản xuất tinh bột Vì lẽ đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở tỉnh Tây Ninh là thích hợp nhất

Hình 1.1: Bản đồ hành chính tỉnh Tây Ninh

Nhà máy dự kiến được xây dựng trong khu công nghiệp Trâm Vàng xã Thanh Phước huyện Gò Dầu tỉnh Tây Ninh Ta chọn xây dựng nhà máy ở khu vực này do các nguyên nhân sau:

- Khu công nghiệp nằm ở phía nam thị trấn Gò Dầu (cách 2 km), nằm cạnh đường xuyên Á, cách thành phố Hồ Chí Minh 68 km về phía tây bắc theo quốc lộ 22 Khu công nghiệp nằm ở đầu mối giao thông liên vùng: đường xuyên Á đi thị trấn Gò Dầu và đi cửa khẩu Mộc Bài, quốc lộ 22B đi thị xã Tây Ninh và cửa khẩu Xa Mát nên rất thuận lợi về giao thông vận tải và xuất khẩu

- Địa điểm xây dựng nhà máy gần nguồn nguyên liệu vì huyện Gò Dầu gần những vùng chuyên canh cây sắn ở các huyện Tân Châu, Châu Thành, Dương Minh Châu, các vùng này trồng các loại khoai mì giống mới với thời gian thu hoạch 6 tháng và đạt sản lượng lớn với hàm lượng tinh bột đạt khá cao từ 24% ÷ 28% Do gần nguồn nguyên liệu nên giảm được chi phí lớn cho vận chuyển và có thể chủ động được nguồn nguyên liệu cho sản xuất quanh năm

- Nguồn điện: sử dụng nguồn điện từ khu công nghiệp cung cấp nên có thể đảm bảo hoạt động liên tục cho nhà máy

- Nguồn nước: sử dụng nguồn nước từ khu công nghiệp cung cấp nên không tốn nhiều chi phí để xử lý nước

- Vấn đề xử lý nước thải, chất thải: khu công nghiệp có khu xử lý nước thải, chất thải tập trung do đó giảm được vấn đề ô nhiễm môi trường

- Vấn đề mở rộng sản xuất: vì đây là khu công nghiệp mới mở, đất đai còn trống nhiều, giá thuê đất tương đối thấp cùng với những chính sách hỗ trợ doanh nghiệp của tỉnh (như giảm thuế, miễn thuế khi doanh nghiệp chưa có lãi,…) nên có tạo điều kiện tốt để cho doanh nghiệp có thể mở rộng quy mô sản xuất sau này

- Nguồn lao động: lao động địa phương tương đối dồi dào, nếu được đào tạo bài bản thì đây sẽ là một động lực to lớn trong phát triển kinh tế địa phương nói chung và ngàng công nghiệp chế biến lương thực nói riêng

1.3 Lựa chọn năng suất thiết kế cho phân xưởng nhà máy

Thị trường sắn trong những năm gần đây đang có chiều hướng phát triển đi lên do:

- Chính sách đổi mới của nhà nước và sự tăng trưởng cao ổn định của kinh tế Việt Nam

- Thông tin kinh tế thị trường tốt hơn Hệ thống giao thông không ngừng được mở rộng

- Sản phẩm sắn Việt Nam có khả năng cạnh tranh hơn trên thị trường quốc tế.

- Áp dụng giống sắn mới năng suất cao vào trồng, kỹ thuật canh tác tiến bộ.Theo tài liệu [1] cho biết nhiều nhà máy sản xuất tinh bột sắn gần đây đã được hình thành tại các huyện Long Thành (Đồng Nai), Tân Biên (Tây Ninh),… có công suất chế biến trung bình từ 100 ÷ 400 tấn củ tươi/ngày Cùng với những thuận lợi về thị trường tiêu thụ sắn (không ngừng được mở rộng) nên với năng suất thiết kế cho nhà máy dự kiến 50 tấn tinh bột thành phẩm/ngày là điều không quá khó để có thể thực hiện

Nhà máy sản xuất tinh bột sắn ra đời phù hợp với chính sách phát triển kinh tế của chính phủ nói chung và các ngành công nghiệp chế biến nói riêng Hơn nữa các nhà máy chế biến tinh bột sắn ngoài việc giúp giải quyết công ăn việc làm cho người dân còn góp phần đẩy mạnh xuất khẩu các sản phẩm có giá trị kinh tế cao ra thị trường thế giới

Bảng 1.1: Sản lượng sắn phân theo địa phương (nghìn tấn)

Nguồn Tổng cục Tống kê 2006

Đồng bằng sông Cửu Long 79,6 77,9 69,8 55,3 82,4 68,2 121,5 122,7 143,3 50,7 63,6

Bảng 1.2: Diện tích sắn phân theo địa phương (nghìn ha)

Nguồn Tổng cục Thống kê 2006

PHẦN 2 NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM

Hình 2.1: Cây sắn (khoai mì) 2.1 Đặc điểm cây sắn

Cây sắn hay còn gọi là cây khoai mì là cây lương thực ưa ấm nên được trồng

nhiều ở những nước có khí hậu nhiệt đới, có tên khoa học là Manihot esculenta

Diện tích trồng sắn của Việt Nam trong những năm tới dự kiến sẽ không tăng nhiều Tuy nhiên, sẽ gia tăng năng suất và sản lượng do việc áp dụng trồng các giống sắn mới có năng suất củ tươi và năng suất bột cao, đồng thời với việc đẩy mạnh các biệnh pháp thâm canh như bón phân cân đối, trồng xen canh, có hệ thống canh tác thích hợp trên đất dốc và rải vụ thu hoạch

Bảng 2.1: Đặc điểm một số giống sắn ([1])

Thời gian thu hoạch (tháng) 7 ÷ 12 6÷ 9 7 ÷ 12 6÷ 9 6÷ 9

2.3 Phân loại, cấu tạo, thành phần hóa học của củ sắn

2.3.1 Phân loại

Sắn có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ củ, thịt củ Tuy nhiên, trong công nghiệp sản xuất tinh bột người ta phân sắn thành hai loại sắn đắng và sắn ngọt

- Sắn đắng: cho năng suất cao, củ to, hàm lượng tinh bột trong củ cao, có nhiều nhựa củ, hàm lượng cyanhydric cao, ăn tươi bị ngộ độc

- Sắn ngọt: gồm tất cả các loại sắn có hàm lượng cyanhydric thấp, loại sắn này có hàm lượng tinh bột thấp, ăn tươi không bị ngộ độc

Hiện nay, loại sắn mà nông dân tỉnh Tây Ninh đang trồng chủ yếu là loại sắn đắng và các giống sắn này cho năng suất và hàm lượng tinh bột tương đối cao

2.3.2 Cấu tạo củ

Củ sắn thường thuôn dài ở hai đầu, tùy theo tính chất đất và điều kiện trồng mà kích thước của củ dao động trong khoảng:

- Chiều dài từ 0,1 ÷ 0,5m

- Đường kính củ từ 2 ÷ 8cm

Củ thường có 4 phần chính gồm: vỏ gỗ, vỏ củ, thịt củ và lõi

Hình 2.2: Cấu tạo mặt cắt ngang của củ sắn

a Vỏ gỗ (Vỏ lụa)

- Giữ vai trò bảo vệ củ Có thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose

- Không có chứa tinh bột, chiếm 0,5% ÷ 2% trọng lượng củ

b Vỏ củ (Vỏ thịt)

- Dày hơn vỏ gỗ, có cấu tạo từ các lớp tế bào thành dày, thành tế bào có cấu tạo chủ yếu là cellulose, bên trong là hạt tinh bột, chất chứa Nitơ và dịch bào (nhựa) có ảnh hưởng tới màu của tinh bột khi chế biến

- Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme

- Vỏ củ có chứa từ 5% ÷ 8% hàm lượng tinh bột khi chế biến

c Thịt củ

- Là thành phần chủ yếu của củ

- Gồm các tế bào nhũ mô: vỏ tế bào là cellulose, pentozan; bên trong là hạt tinh bột, nguyên sinh chất, các glucid hòa tan và nhiều chất vi lượng khác

- Phân bố hàm lượng tinh bột trong thịt củ giảm dần từ phần thịt củ sát vỏ đến lõi

- Ngoài các lớp tế bào nhũ mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột (cấu tạo từ cellulose) cứng như gỗ gọi là xơ Loại tế bào này thường thấy

ở đầu cuống của củ sắn lưu niên và những củ biến dạng trong quá trình phát triển

2.3.3 Thành phần hóa học của củ sắn

Thành phần hóa học của củ sắn dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào: giống, tính chất đất, điều kiện phát triển của cây, thời gian thu hoạch (đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột có trong củ)

Bảng 2.2: Tỷ lệ % (theo khối lượng) của các thành phần có trong củ sắn ([2])

Tinh bột trong khoai mì tồn tại dưới dạng các hạt tinh bột có kích thước 3 ÷

- Tỉ lệ amylopectin : amylose trong tinh bột khoai mì cao (80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa rất thấp

Hình 2.3: Hạt tinh bột khoai mì qua kính hiển vi điện tử quét

b Đường

- Đường trong củ chủ yếu là glucose và một ít maltose, saccharose

- Trong quá trình chế biến các đường này sẽ hòa tan trong nước và theo nước dịch ra ngoài

Bảng 2.3: Thành phần một số acid amine có trong củ sắn ([2])

Acid amine Hàm lượng (mg/100g protid)

d Vitamin và khoáng

- Củ sắn có chứa nhiều Vitamin C và Canxi

- Ngoài ra trong củ sắn còn có Vitamin B và nhiều loại khoáng khác

2.3.3.2 Các hợp chất khác

Ngoài những chất dinh dưỡng trên, trong củ sắn còn có chứa độc tố, tanin, sắc tố và các hệ enzyme phức tạp Đây là những chất gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng tinh bột sau này (chủ yếu về màu sắc)

- Độc tố này được phát hiện lần đầu bởi Peckolt và được gọi là manihotoxin

- Dưới tác dụng của dịch vị có chứa HCl hoặc men tiêu hóa, chất này bị phân hủy và giải phóng ra acid cyanhydric là chất độc đối với người

C10H17O6N + H 2 O C6H12O6 + (CH3)2O + HCN

(Linamarin) (Glucose) (Aceton) Acid Hydrocyanic

- Lotaustralin có công thức phân tử là C11H19O6N và công thức cấu tạo là:

Các glucoside này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột, độc tố sẽ theo nước dịch thải ra ngoài Vì vậy mặc dù sắn đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng sản phẩm tinh bột từ sắn vẫn có thể sử dụng làm thực phẩm

Do các glucoside này tập trung nhiều ở vỏ củ do đó khi chế biến nên tách dịch bào nhanh để không ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột sau này vì HCN sẽ tác dụng với Fe cho ra muối cyanate sắt có màu xám làm đen bột

b Enzyme

Các enzyme trong sắn tới nay chưa được nghiên cứu kỹ Người ta cho rằng trong số các enzyme có trong củ sắn thì hệ enzyme polyphenoloxydase là enzym có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sắn trong quá trình bảo quản và chế biến

Khi chưa đào lên, các enzyme này trong củ sẽ hoạt động yếu và ổn định nhưng khi đào củ lên thì các enzyme này có điều kiện để hoạt động mạnh, khi đó enzyme polyphenoloxydase sẽ xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo octorinon sau đó tổng hợp các chất không có bản chất phenol (các acid amine) tạo ra các sản phẩm có màu

Trong nhóm enzyme polyphenoloxydase có những enzyme oxy hóa các monophenol mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy hóa acid amin tyrosine tạo ra quinon tương ứng Các quinon sau một loạt chuyển hóa sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt sắn có màu đen (dân gian gọi là chạy nhựa)

Hình 2.4: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với sự xúc tác của enzym

tyrosinase

Ngoài tyrosinase, các enzyme oxy hóa khử khác cũng góp phần làm tổn thất chất khô.

c Tanin

- Hàm lượng tanin trong sắn ít nhưng sản phẩm oxy hóa của tanin là chất flobafen có màu đen khó tẩy

- Ngoài ra phản ứng giữa tanin với sắt tạo tanat sắt có màu đen cũng khó tẩy

2.4 Đánh giá chất lượng của củ sắn

Có hai phương pháp để đánh giá chất lượng của củ sắn

2.4.1 Phương pháp cảm quan

Xác định củ tốt xấu (có chạy nhựa hay không) và xác định tương đối hàm lượng tinh bột có trong củ

a Dùng phương pháp cảm quan để xác định củ mới và cũ

- Bẻ đôi củ sắn, nhìn vào bề mặt cắt ngang: nếu củ trắng tươi thì tốt có thể để lại sản xuất sau

- Nếu củ bị quầng đen, xám hay xanh đen tức là củ “chạy chỉ” nên đưa vào sản xuất ngay

b Dùng phương pháp cảm quan để xác định đúng tuổi sắn thu hoạch

- Chọn củ sắn trung bình trong khóm sắn rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ dùng một lực vừa phải để bẻ gẫy và thấy thịt sắn chắc và khô, màu thịt củ trắng đục thì có thể coi như là đã thu hoạch sắn đúng tuổi, tỷ lệ tinh bột sẽ đạt ở mức cao

- Nếu ta bẻ củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt củ sắn có màu vàng nhạt tuy chắc thịt nhưng phần giữa củ ướt và trong thì đó là sắn còn non và lượng tinh bột thu được sẽ ít

- Nếu dùng nhiều sức mới bẻ gãy được củ hoặc củ bẻ mà không gãy đôi tức là củ thu hoạch lúc quá tuổi, lúc đó củ có xơ nhiều và lượng tinh bột cũng đã giảm

c Dùng phương pháp cảm quan thống kê trong thu mua sắn nguyên liệu

- Củ nhỏ và ngắn (chiều dài khoảng 10cm, đường kính củ chỗ lớn nhất dưới 1,5cm) không quá 4%

- Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

- Lượng đất và tạp chất tối đa từ 1,5% ÷ 2%

- Không có củ thối

- Củ có dấu vết chạy nhựa nhỏ hơn 5%

2.4.2 Phương pháp thực nghiệm để xác định hàm lượng tinh bột có trong củ

- Dùng loại cân thực nghiệm do Thái Lan thiết kế

- Cân này hoạt động dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng giữa tinh bột và nước

- Qua nhiều lần khảo sát và từ các số liệu thu được hàm lượng tinh bột tương ứng với mỗi lần là 5kg củ.

2.5 Vấn đề về bảo quản củ sắn

Trong quá trình bảo quản, sắn tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên nhất là đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát

Một số phương pháp bảo quản khoai mì tươi:

- Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là hạn chế sự hoạt động của các enzyme oxy hóa, một trong những nguyên nhân làm hư hỏng củ Yêu cầu hầm phải kín hoàn toàn, phải có mái che để tránh nước chảy vào

- Bảo quản bằng cách phủ cát khô: chọn củ có kích thước đều, không bị dập nát xếp thành luống cao 0,5 ÷ 0,6m, rộng 1,2 ÷ 1,5m, chiều dài khoảng 4m Sau đó phủ đều cát lên, chiều dày lớp cát ít nhất là 20cm

- Bảo quản bằng cách nhúng hoặc phun dung dịch nước vôi 0,5%, sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống khoai mì, bảo quản theo phương pháp này có thể bảo quản trong 15 ÷ 25 ngày

Theo tài liệu [5] sắn mua về không nên để quá 48 giờ sau thu hoạch nên ta phải chọn chế độ thu mua thích hợp để có thể chế biến trong vòng 24 giờ nhằm tránh trường hợp hư hỏng và giảm chất lượng tinh bột của củ

2.6 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn

(Theo tiêu chuẩn của FAO: TC 176 -1989 (được chỉnh sửa vào tháng 1 -1995))

2.6.1 Tiêu chuẩn chung

Tinh bột khoai mì ăn được phải:

- An toàn và phù hợp cho người sử dụng

- Không có mùi vị khác thường và côn trùng gây hại

- Không bị nhiễm bẩn

2.6.2 Tiêu chuẩn cụ thể

a Chỉ tiêu vật lý

Kích thước hạt: đối với bột mịn thì hơn 90% qua lỗ rây 0,6mm, với bột thô hơn 90% qua lỗ rây 1,2mm

b Chỉ tiêu hóa lý

- Hàm lượng ẩm: 13%

- Hàm lượng acid HCN ≤ 10mg/kg

- Hàm lượng kim loại nặng: không có

- Hàm lượng xơ ≤ 2%

- Hàm lượng tro ≤ 3%

c Chỉ tiêu vi sinh

- Vi sinh vật gây bệnh: không có

- Côn trùng gây hại: không có

d Chỉ tiêu cảm quan

- Bột màu trắng khô và mịn

- Không có mùi vị khác thường

- Không bị nhiễm bẩn

2.7 Ứng dụng của tinh bột sắn

Tinh bột nói chung và tinh bột sắn nói riêng có rất nhiều ứng dụng trong các ngành kinh tế khác nhau Điểm đáng chú ý, tinh bột sắn được dùng rất phổ biến và thông dụng trong nhiều loại bánh kẹo, phụ gia thực phẩm, mì ăn liền với các công thức phối trộn phong phú và đa dạng

2.7.1 Ứng dụng của tinh bột sắn trong ngành sản xuất thực phẩm

a Các loại bánh

- Tinh bột được sử dụng là một trong những nguồn nguyên liệu chính để sản xuất các loại bánh Ngoài việc giảm giá thành sản xuất, tinh bột còn có chức năng làm đầy, làm láng và góp phần tạo nên một số tính chất công nghệ cho các sản phẩm bánh

- Một số sản phẩm tiêu biểu: các sản phẩm bánh snack, bánh quy, bánh rán…

- Bún, miến, mì ống, mì sợi, bánh tráng là những sản phẩm thực phẩm rất thông dụng ở quy mô làng xã được chế biến từ tinh bột sắn

b Tinh bột biến tính

- Đặc trưng chủ yếu của tinh bột biến tính chính là nó có độ nhớt cao góp phần tạo độ sệt, độ đặc trong một số sản phẩm như nước sốt, nước chấm, súp…

- Ngoài ra tinh bột biến tính còn tạo ra độ mờ đục cho một số sản phẩm như nước sốt

c Sản xuất các sản phẩm thủy phân từ tinh bột

- Bằng con đường thủy phân, tinh bột là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại sản phẩm như: mạch nha, glucose, sorbitol, maltodextrin,…

- Từ glucose bằng con đường lên men người ta có thể sản xuất rượu, cồn, mì chính…

- Sorbitol là phụ gia tạo cấu trúc rất thông dụng trong các sản phẩm thực phẩm

d Sản xuất đường glucose

- Nguyên liệu: bột hoặc tinh bột các loại củ cũng như các loại hòa thảo Ở các nước khác chủ yếu dùng tinh bột ngô, tinh bột khoai tây; ở nước ta dùng tinh bột sắn để sản xuất đường glucose

- Chất lượng tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi Chất lượng tinh bột thấp quá trình đường hóa kéo dài, phản ứng không triệt để, sản phẩm có màu xấu khó khăn cho quá trình xử lý, hiệu suất thu hồi thấp

- Quá trình sản xuất gồm 3 giai đoạn chủ yếu: đường hóa dịch bột thành dịch, xử lý dịch đường hóa, kết tinh tinh thể từ mật và chế biến thành sản phẩm

e Sản xuất mì chính

- Mì chính là muối mononatri của acid glutamic (C5H8NO4Na) Có 2 dạng: bột và tinh thể, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hằng ngày

- Tinh bột được dùng trong sản suất mì chính bằng phương pháp lên men sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các acid amin từ các nguồn glucid và đạm vô cơ sau đó tách lấy acid glutamic để sản xuất mì chính Phương pháp này có nhiều ưu điểm: không cần sử dụng nguyên liệu protid, không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn, hiệu suất cao giá thành hạ

2.7.2 Ứng dụng tinh bột sắn trong một số ngành công nghiệp khác

a Keo dán hoặc chất kết dính

- Do tinh bột có thể tạo nên dung dịch có độ nhớt rất cao sau khi hồ hóa, do đó nó được ứng dụng trong sản xuất các loại hồ, keo dán

b Thức ăn gia súc

- Thông thường thức ăn gia súc được sản xuất từ nguyên liêu củ có chứa nhiều tinh bột như bắp, khoai, sắn

- Ngoài ra tinh bột còn thường được sử dụng như chất độn bổ sung trong quá trình sản xuất thức ăn gia súc

- Giai đoạn in: tinh bột được sử dụng nhằm ngăn cản các tác nhân gây ô nhiễm trong khi in.

- Giai đoạn hoàn thiện: tinh bột thường sử dụng là tinh bột sắn, được cung cấp với những tỷ lệ khác nhau để vải bóng và bền, ví dụ vải cotton là 12%, vải tổng hợp là 18%, tơ nhân tạo là 8%

e Sản xuất giấy

- Tinh bột được dùng trong sản xuất giấy để làm khô bề mặt và bao phủ bề mặt của giấy

PHẦN 3QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột từ củ sắn

3.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.2.1 Ngâm

3.2.1.1 Mục đích

Quá trình ngâm nhằm mục đích tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu, làm bở đất cát để nâng cao hiệu suất quá trình rửa sau này

3.2.1.2 Thông số kỹ thuật

- Thời gian: 4 ÷ 8 giờ tùy theo loại nguyên liệu và mức độ nhiễm bẩn từ củ

- Hóa chất sử dụng: cho CaO vào nước ngâm với khối lượng 1,5 kg/m3 để ức chế sự hoạt đôïng của vi sinh vật đồng thời làm tăng độ hòa tan của một số chất màu sinh ra do phản ứng oxy hóa

3.2.2 Rửa và bóc vỏ

3.2.2.1 Mục đích

- Nguyên liệu sau khi ngâm thì được đem đi rửa và bóc vỏ Mục đích của quá trình rửa và bóc vỏ là làm sạch nguyên liệu và tách bỏ phần vỏ gỗ của củ vì nếu rửa không sạch thì đất cát bám trên củ sẽ làm mòn răng máy nghiền và làm giảm hiệu suất nghiền

- Mặt khác, nếu tạp chất lẫn vào tinh bột sẽ làm tăng độ tro, độ màu thành phẩm, tinh bột sẽ không có chất lượng cao

3.2.2.2 Các biến đổi trong quá trình rửa và bóc vỏ

a Biến đổi vật lý

Sau khi rửa sẽ tách được 94 ÷ 97% tạp chất ra khỏi củ, khối lượng củ giảm còn 93 ÷ 94,5%

b Biến đổi hóa lý

Có sự tách một số chất hoà tan trong nguyên liệu như độc tố, sắc tố, tannin… vào trong nước rửa

c Biến đổi hóa sinh

Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm đen củ khoai mì ở những chỗ bị trầy xước

3.2.2.3 Phương pháp rửa và bóc vỏ

a Phương pháp thủ công

Ở những nhà máy vừa và nhỏ, người ta tách bỏ nguyên phần vỏ (gồm phần vỏ lụa và vỏ thịt) và chỉ dùng phần lõi của củ – phần có cấu trúc mềm xốp để sản xuất tinh bột

Với những thiết bị đơn giản có sẵn và nguồn năng lượng hạn chế của các nhà máy, việc dùng nguyên củ để sản xuất sẽ gặp khó khăn trong khâu nghiền cũng như trong khâu rửa đất cát, gọt vỏ… trong khi lượng tinh bột thu được là không cao (do nghiền không hiệu quả)

Người ta có thể tách vỏ củ bằng tay Củ được khía ngang, dọc đến một độ sâu nhất định tùy vào bề dày của vỏ, sau đó dễ dàng được lột ra Bụi bẩn, đất cát… còn vương lại trên bề mặt lõi của củ bây giờ có thể được rửa sạch một cách dễ dàng và những củ đã được lột vỏ được đẩy vào bồn ximăng, ngâm trong nước cho đến khi được lấy ra để nghiền Thỉnh thoảng dùng chân đạp nhẹ cũng rửa được những chất bẩn còn bám.

Hình 3.2: Dao tách vỏ thịt của củ khoai mì

b Phương pháp cơ giới

Ở những nhà máy lớn, người ta sử dụng nguyên củ để sản xuất Việc rửa củ

ở đây không chỉ để rửa sạch củ mà còn để tách lớp vỏ lụa bên ngoài của vỏ Vì chỉ có lớp vỏ lụa bị tách nên ta sẽ thu được tinh bột trong phần vỏ cùi, như vậy tính kinh tế sẽ cao hơn Phần vỏ cùi chiếm đến 8,5% khối lượng toàn củ

Nguyên tắc: sự ma sát giữa các củ cũng như ma sát giữa củ với thành thiết

bị, với cánh quay sẽ làm tróc lớp vỏ lụa và dưới áp lực của nước sẽ rửa sạch lớp vỏ lụa này cũng như đất cát bám bên ngoài củ

3.2.2.4 Thiết bị

Thiết bị rửa củ thường dùng trong sản xuất tinh bột khoai mì là thiết bị thùng hình trụ có đục lỗ, để ngập trong nước

Nguyên tắc hoạt động:

- Một bàn chải trục vít sẽ vừa đảo trộn mạnh củ vừa đẩy củ về phía trước

- Một bơm ly tâm được lắp ở một đầu của thùng và được nối với một loạt các cánh quay sắp xếp dọc theo thùng Những cánh quay này sẽ tạo ra dòng nước ngược với hướng chuyển động của củ, đảm bảo cho củ được rửa sạch

- Khi củ được đẩy ra đến đầu bên kia, chúng đã được rửa sạch đất cát và được lột vỏ một phần.

- Tạp chất nhẹ sẽ nổi lên trên theo nước ra ngoài, tạp chất nặng, đất cát… lắng xuống và được tháo theo chu kỳ qua lỗ của bồn ximăng

Hình 3.3: Thiết bị rửa củ khoai mì

Để tăng hiệu quả của quá trình rửa, sau giai đoạn ngâm người ta cho củ khoai mì

đi qua thiết bị bóc vỏ gỗ và tách đất cát lớn bám trên củ Thiết bị này dạng thùng quay với ống bên trong để xịt nước rửa củ Thùng có thể làm bằng gỗ hay bằng lưới kim loại, chiều dài 3 ÷ 4 m, đường kính 1m, được lắp vào bệ ximăng, cánh quay được lắp dọc theo thùng

Hình 3.4: Thiết bị bóc vỏ lụa và tách đất cát thô

Tùy thuộc mức độ và đặc tính tạp chất của nguyên liệu mà thới gian rửa có thể từ 8 ÷15 phút, chi phí nước rửa từ 2 ÷ 4 tấn /1 tấn nguyên liệu.

3.2.3 Cắt khúc

3.2.3.1 Mục đích

Nguyên liệu sau khi được rửa sạch và bóc vỏ thì được đưa vào thiết bị cắt khúc Mục đích của quá trình cắt khúc là cắt nhỏ nguyên liệu để quá trình nghiền tiếp theo đạt hiệu quả cao hơn

3.2.3.2 Các biến đổi trong quá trình cắt khúc

a Biến đổi vật lý

Củ khoai mì ban đầu có kích thước 15 ÷ 20cm được cắt thành những đoạn nhỏ hơn có kích thước 5 ÷ 6cm

b Biến đổi hóa sinh

Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm biến màu củ khoai mì ở những chỗ bị cắt

3.2.3.3 Thiết bị cắt khúc

a Cấu tạo

Thiết bị cắt khúc có dạng hình hộp chữ nhật thông hai đầu Một đầu cho nguyên liệu đi vào, một đầu để tháo nguyên liệu ra sau khi cắt khúc Thực hiện chức năng cắt khúc là hệ thống dao cắt được bố trí xung quanh một trục chuyển động nhờ động cơ

Hình 3.5: Thiết bị cắt khúc khoai mì

b Nguyên tắc hoạt động

- Củ khoai mì sau khi rửa sạch được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào thiết bị cắt khúc

- Nhờ động cơ, hệ thống dao cắt chuyển động xung quanh trục và cắt nhỏ củ khoai mì

- Khoai mì sau khi cắt đi ra khỏi thiết bị và chuẩn bị vào máy nghiền

3.2.4.2 Các biến đổi trong quá trình nghiền

a Biến đổi vật lý

Có sự thay đổi kích thước của nguyên liệu Tế bào tinh bột bị phá vỡ giải phóng tinh bột dưới dạng những hạt có kích thước rất nhỏ Nguyên liệu bây giờ là khối bột nhão mịn, có độ ẩm khoảng 80% (độ mịn khác nhau tuỳ theo công nghệ và thiết bị sử dụng)

b Biến đổi hóa sinh

Khi xé nát vỏ tế bào, các enzyme trong tế bào cũng được giải phóng và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzyme thủy phân tinh bột, enzyme oxy hóa như polyphenoloxydase sẽ làm sẫm màu sản phẩm

c Biến đổi sinh học

Vì củ rửa sạch trước khi nghiền và thời gian không quá lâu nên sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể

3.2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền

Hiệu suất nghiền: được tính bằng phần trăm tinh bột được giải phóng trong quá

trình nghiền Phá vỡ tế bào càng triệt để thì hiệu suất nghiền càng cao Giá trị đó sau mỗi lần nghiền có thể dao động từ 70 ÷ 90%

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền:

- Số vòng quay trục: số vòng quay càng lớn thì hiệu suất nghiền càng cao

- Lỗ lưới nhỏ thì hiệu suất nghiền lớn nhưng năng suất giảm và chi phí năng lượng tăng cao

- Chất lượng búa nghiền

Rất khó để giải phóng tất cả các hạt tinh bột, kể cả với máy nghiền có hiệu quả cao nếu chỉ với một lần nghiền Vì thế mà khối cháo sau khi nghiền lần 1 thường được nghiền tiếp lần 2

3.2.4.4 Thođng soâ kyõ thuaôt

- Soâ voøng quay

- Ñöôøng kính tang quay

- Soâ löôïng buùa nghieăn

- Kích thöôùc loê löôùi

3.2.4.5 Phöông phaùp nghieăn

a Phöông phaùp thụ cođng

Nhöõng cô sôû sạn xuaât nhoû ôû moôt soâ vuøng troăng khoai mì, cụ khoai mì vaên ñöôïc nghieăn baỉng tay tređn nhöõng mieẫng tre

Nhöõng cô sôû sạn xuaât naíng suaât khoạng vaøi traím kilo boôt haỉng ngaøy thì ngöôøi ta duøng nhöõng dúng cú cô khí ñôn giạn coù caâu táo nhö sau:

Moôt maùy maøi xaùt ñôn giạn nhöng hieôu quạ ñöôïc laøm baỉng moôt taâm saĩt má ñieôn ñöôïc ñúc loê baỉng ñinh, sau ñoù kép chaịt taâm saĩt ñoù quanh moôt baùnh xe vôùi beă maịt coù meùp nhón, saĩc höôùng ra ngoaøi Baùnh xe coù theơ ñöôïc quay baỉng tay, nhöng thöôøng ñöôïc quay baỉng caùch ñáp baỉng chađn Ngöôøi cođng nhađn seõ aân cụ leđn beă maịt nghieăn Hoaịc beă maịt nghieăn seõ ñöôïc gaĩn leđn moôt beđn moôt ñóa quay coù gaĩn tay quay Boôt nghieăn seõ ñöôïc thu trong gioû hay nhöõng vaôt chöùa baỉng goê

Hình 3.6: Thieât bò maøi xaùt khoai mì baỉng tay

Máy nghiền chạy bằng sức nước: trong máy nghiền thủy lực, máy xe nước được quay bởi một bánh đà, làm chạy dây đai truyền động cho tay quay của thùng nghiền Thùng này có đường kính khoảng 20 ÷ 30cm, thùng được gắn lên một bàn nghiền Người công nhân, ngồi ở bàn sẽ ấn củ vào thùng Khối nghiền sẽ được đẩy qua khe hở hẹp giữa thùng và giá đỡ, vào máng rồi được thu vào trong giỏ.

Những thiết bị nghiền ở trên đều được làm bằng những tấm kim loại có đục lỗ Dù không đắt, nhưng chúng tương đối không được hiệu quả vì những tấm nghiền thường phải được thay thường xuyên do rất nhanh mòn

b Phương pháp cơ giới

Máy nghiền chạy bằng động cơ được dùng khi cần sản xuất với năng suất cao, khoảng 10 tấn củ khoai mì tươi mỗi ngày Thiết bị thường dùng nhất hiện nay là máy nghiền Jahn

Cấu tạo: Máy nghiền này có một rotor làm bằng gỗ cứng hay ống thép, có

đường kính khoảng 50 cm, trên đó có rạch những rãnh theo chiều dọc để gắn những lưỡi dao hay lưỡi cưa Tùy theo nhu cầu mà có thể có từ 10 đến 12 răng cưa trên lưỡi dao Các lưỡi dao được đặt cách nhau khoảng 6 ÷ 7 mm

Hình 3.7: Hình dạng của thiết bị mài xát khoai mì hoạt động nhờ động cơ

Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu sau khi nhập vào máy nghiền được máy

nghiền thành khối bột mịn nhờ sự cọ xát của bộ phận nghiền quay xung quanh một trục nhờ động cơ với củ khoai mì và với tấm lưới chắn Trong quá trình nghiền ta có xối nước để nước đưa bột nghiền ra ngoài thông qua lỗ lưới

Hình 3.8: Cấu tạo của thiết bị mài xát khoai mì đơn giản

3.2.5 Tách bã

3.2.5.1 Mục đích

Hỗn hợp thu được sau khi nghiền không chỉ chứa tinh bột mà còn lẫn các tạp chất khác như vỏ tế bào, dịch bào thoát ra do quá trình nghiền, tế bào còn nguyên, nước… Do đó, quá trình tách bã nhằm mục đích tách phần lớn lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp

Bã sau khi tách vẫn còn một lượng tinh bột tự do bám lại Vì vậy, để tăng hiệu quả của quá trình tách, người ta thu hồi lượng bã cho trở lại máy nghiền Sau khi nghiền xong, bã tiếp tục được tách lượng tinh bột sót Tuy nhiên trong bã vẫn còn lại một lượng nào đó không thể tách hết được Ngoài tinh bột ra còn một lượng dextrin, đường, chất pectin, chất khô của bã Vì vậy, bã thô sẽ được đưa ra bể chứa bã để tận dụng làm thức ăn gia súc

Hình 3.9: Bã sau khi đã tách tinh bột

3.2.5.2 Cách tiến hành

Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị nghiền được pha loãng đến nồng độ 27oBx bằng nước sạch hoặc nước thu được sau quá trình tách tinh bột Hỗn hợp sau khi pha loãng được đưa đến thiết bị rây để tách tinh bột tự do ra khỏi các tạp chất lớn Sau khi qua rây nguyên liệu được chia làm 2 phần:

- Phần không lọt qua rây gồm các xơ lớn, các mảnh vụn và những hạt tinh bột tự do chưa tách hết được đưa xuống máy nghiền lần thứ hai

- Phần lọt qua rây được đưa qua máy ly tâm để tách dịch bào

3.2.5.3 Các biến đổi trong quá trình tách bã

a Biến đổi vật lý

- Sau quá trình tách ta thu được hai phần: phần bã thô và phần nước dịch (sữa tinh bột) Bã thô bao gồm cellulose và các hạt có kích thước to bị giữ lại trên rây và được tách ra ngoài nên phần nước dịch chỉ chứa các hạt tinh bột có kích thước nhỏ hơn và một lượng lớn các chất hòa tan Kích thước hạt huyền phù trong nước dịch giảm

- Nồng độ chất khô giảm

b Biến đổi hóa sinh

Phản ứng oxy hóa do enzyme làm sẫm màu bột xảy ra không đáng kể do dịch sữa thu được có hàm lượng nước tương đối cao

c Biến đổi sinh học

Sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể

3.2.5.4 Thông số kỹ thuật

- Nồng độ chất khô của hỗn hợp đưa vào thiết bị rây: 27oBx

- Nồng độ chất khô của dung dịch sữa tinh bột sau khi qua rây có thể dao động trong khoảng 8 ÷10o Bx

- Kích thước lỗ rây: φ 0,7mm

- Hệ số rửa tách tinh bột tự do khoảng 85%

3.2.5.5 Hóa chất sử dụng

- H2SO4 được thêm vào ở nồng độ thấp giúp giữ màu trắng của tinh bột

- Al2(SO4)3 làm giảm độ nhớt, tăng hiệu quả quá trình lắng (Ví dụ nếu thêm vào 0,1g/l sữa tinh bột 2oBx giảm được 50% độ dính)

- SO2 (H2SO3) ức chế hoạt động của vi khuẩn và enzyme Ngoài ra nó cũng là một tác nhân để làm trắng tinh bột SO2 được sục vào nước tinh khiết rồi mới cho vào

- Clorine và các hợp chất của nó cũng có tác dụng tẩy trắng và giảm độ nhớt rất tốt

Nếu ta sử dụng các hóa chất trên với một nồng độ thích hợp (nồng độ rất nhỏ), chất lượng sản phẩm thu được sẽ tốt hơn.

3.2.5.6 Thiết bị tách bã

Để tách bã thô, người ta có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau

a Thiết bị rây (Screening machine)

 Thiết bị rây quay (Rotating screen)

Cấu tạo: dạng đơn giản của một thiết bị rây quay bao gồm một khung hình

trụ làm bằng gỗ cứng, cố định vào một góc, đặt hơi nghiêng, có trục nằm ngang dài ít nhất 3m, được phủ bằng một lớp vải thông thường hoặc gắn một lưới mỏng bằng hợp kim của đồng và phospho Lưới này được ưa chuộng hơn do nó có độ bền cao hơn Tuy nhiên, khi sử dụng lưới, ta phải thường xuyên chải để làm sạch tạp chất gây bít lỗ rây

Hình 3.10: Cấu tạo của thiết bị rây quay

Nguyên tắc hoạt động: dung dịch sữa tinh bột được cấp vào ống hình nón

phía đầu nhỏ Khi rây quay với vận tốc 50 vòng/phút, hỗn hợp sẽ từ từ di chuyển xuống đầu còn lại và được đưa ra bể chứa Trong khi đó, nước được phun với áp suất khoảng 6atm qua các lỗ trên trục Vì thế khi hỗn hợp đến đầu kia thì hầu như đã được rửa sạch Sữa tinh bột được thu sau khi lọt qua rây Bã đi ra nhờ phương pháp này còn chứa một lượng lớn tinh bột do đó sẽ được đem nghiền và làm thức ăn gia súc Lưới rây được lắp sát thành và hơi thấp xuống phía dưới để đảm bảo hỗn hợp có thể đi qua dễ dàng

Hình 3.11: Nguyên tắc tháo bã của thiết bị rây quay

Người ta có thể trang bị thêm hai bộ chổi quét cho rây quay, một bộ được đặt tại cửa ra còn một bộ hoạt động như cánh gạt Cả hai bộ hoạt động cùng lúc đảm bảo cho lưới rây luôn sạch để dịch chứa tinh bột chảy qua Lưới rây được gắn trên một khung nhôm có thể tháo rời thuận tiện cho việc thay đổi lưới rây khi cấn thiết

Ưu, nhược điểm của thiết bị rây quay

- Ưu điểm: hạn chế được sự bít lưới do các chất có khả năng tạo keo khi thiết

bị quay trong quá trình hoạt động và có 2 bộ chổi quét để cào sạch bã ra khỏi lưới

- Nhược điểm: hiệu suất thu hồi tinh bột không cao, tốn nước Hiện nay các loại thiết bị rây quay đơn như vậy thường chỉ được sử dụng cho các nhà máy có quy mô vừa vì trong các nhà máy lớn thì tinh bột phải được lấy một cách triệt để có thể kèm theo tiêu hao một lượng nước nhỏ nhất

 Thiết bị rây rung (Shaking screen)

Cấu tạo: trong những nhà máy lớn, kiểu rây quay được thay thế bằng kiểu

rây rung Thiết bị bao gồm một khung hơi nghiêng theo phương ngang, dài khoảng 4m và được lót bởi một lưới kim loại mỏng Khung của rây được truyền chuyển động rung dọc theo chiều dài nhờ một thanh truyền lệch tâm

Nguyên lý hoạt động: sữa tinh bột sau khi được pha loãng với một lượng nước

trong thiết bị phân phối sẽ được dẫn qua một đoạn ống đến đầu cao của khung rây Trong quá trình rây, hỗn hợp sẽ được đẩy xuống phía dưới nhờ chuyển động rung

Hiệu quả của quá trình rây có thể được cải thiện bằng cách thêm một hoặc nhiều rãnh cạn nằm ngang trên bề mặt sàng Nhờ vào chuyển động rung của

sàng, những rãnh này tạo ra chuyển động xoáy mạnh làm việc tách những hạt tinh bột ra khỏi hỗn hợp diễn ra tốt hơn.

b Thiết bị ly tâm

Để tăng hiệu quả của quá trình tách có thể sử dụng máy ly tâm Dưới tác dụng của lực ly tâm, do chênh lệch khối lượng nên phần bã và nước dịch có chứa các hạt tinh bột sẽ được tách riêng

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị ly tâm xem trong phần tách dịch bào

3.2.6 Tách dịch bào

3.2.6.1 Mục đích

Quá trình tách dịch bào nhằm mục đích loại phần dịch bào có chứa polyphenol và enzyem polyphenoloxydase và các hợp chất hòa tan khác để hạn chế quá trình oxy hóa làm chuyển màu tinh bột và các phản ứng hóa học, hóa sinh khác ảnh hưởng đến chất lượng của tinh bột thành phẩm

3.2.6.2 Các biến đổi trong quá trình tách dịch bào

a Biến đổi vật lý

Tinh bột qua quá trình tách dịch bào được kết thành khối chặt hơn, tỉ trọng khối tinh bột tăng

b Biến đổi hóa học

- Hàm lượng chất khô không hòa tan của sản phẩm tăng

- Vào giai đoạn đầu sẽ xảy ra phản ứng tạo phức bền giữa tinh bột và protein, acid béo… Và hầu như ta không thể tách được tinh bột tinh khiết ra khỏi phức này Điều này làm cho giá trị tinh bột giảm đáng kể khi sử dụng để chế biến các sản phẩm khác Vì vậy các quá trình tách dịch bào phải diễn ra nhanh

- Độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các hợp chất như polyphenol, HCN, sắc tố… đi theo nước ra ngoài

c Biến đổi hóa lý

Sau quá trình tách dịch bào ta thu được hai phần là phần nước dịch và phần tinh bột ướt

d Biến đổi hóa sinh

Trong thành phần dịch bào có chứa nhiều chất khác nhau nhưng trong sản xuất tinh bột đặc biệt chú ý tới các hợp chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxydase Khi tế bào của củ bị phá vỡ, các polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của enzyme polyphelnoloxydase sẽ oxy hóa tạo thành chất màu làm cho tinh bột mất màu trắng Lớp tinh bột phía trên bề mặt sẽ bị oxy hóa nhanh hơn lớp dưới Khi tinh bột chuyển màu thì không thể tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước sạch được Quá trình oxy hóa bắt đầu từ khi

mài xát đặc biệt xảy ra nhanh khi các máy đảo trộn sữa tinh bột thô Tinh bột chuyển màu sẽ làm giảm giá trị của sản phẩm Do đó để hạn chế phản ứng này xảy ra quá trình tách dịch bào phải diễn ra nhanh và triệt để.

e Biến đổi sinh học

Trong dịch bào thường có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Nếu để dịch bào tiếp xúc với tinh bột quá lâu, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột như một nguồn cơ chất và quá trình lên men sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo ra ethalnol, acid hữu cơ và các sản phẩm trao đổi chất khác làm ảnh hưởng tới chất lượng của tinh bột thành phẩm Do đó cũng cần hạn chế thời gian tiếp xúc giữa tinh bột và dịch bào

3.2.6.3 Cách tiến hành

Phần dung dịch thu được bằng cách pha loãng cháo sau khi nghiền được đưa vào thiết bị ly tâm để tách dịch bào Để tách triệt để được dịch bào phải tiến hành ly tâm ít nhất 2 lần

Sau lần ly tâm thứ nhất, dịch chứa tinh bột được pha loãng rồi đưa qua rây để tách bã Sữa tinh bột lọt qua rây được đưa vào máy ly tâm tách dịch một lần nữa Nồng độ sữa tinh bột vào máy ly tâm khoảng 3oBx Nước dịch ra khỏi máy ly tâm được đưa đi lắng tiếp tục để thu tinh bột loại hai

3.2.6.4 Thông số kỹ thuật

a Thời gian tiếp xúc giữa tinh bột với dịch bào

Để khắc phục quá trình oxy hóa yêu cầu quy trình sản xuất phải ngắn, tách dịch bào càng nhanh càng tốt Và trong toàn bộ quy trình tinh bột đều phải ngập trong nước

Tách dịch bào sớm tinh bột sẽ trắng đồng thời ít tạo bọt sẽ dễ dàng cho những khâu gia công tiếp theo, mặt khác tinh bột thành phẩm giữ nguyên được tính chất hóa lý tự nhiên của nó

Bên cạnh đó, nếu tinh bột tiếp xúc với nước quá lâu sẽ xảy ra các biến đổi hóa sinh dưới sự xúc tác của enzyme polyphenoloxydase Các biến đổi đó không chỉ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm mà còn gây khó khăn cho các quá trình chế biến tiếp theo như bọt nhiều, khi rây, lắng đồng thời các thiết bị đều bị bám lớp chất nhờn thậm chí làm rỉ thiết bị bằng kim loại nên phải thường xuyên vệ sinh thiết bị hoặc sử dụng vật liệu chế tạo là thép không gỉ

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với dịch bào

tới độ trắng của tinh bột ([4]) Thời gian tinh bột tiếp xúc với nước dịch (giờ) Độ trắng của tinh bột (%)

b Nồng độ chất tan của dịch bào

Khi cố định thời gian tiếp xúc giữa tinh bột với nước dịch thì nếu các chất hòa tan trong nước dịch có nồng độ càng cao thì độ trắng của tinh bột và độ dính của hồ tinh bột sau này cũng giảm

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ chất tan trong dịch bào

đến độ trắng của tinh bột ([4]) Nồng độ dịch bào (%) Thời gian tiếp xúc (giờ) Độ trắng của tinh bột (%)

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ chất tan trong dịch bào

đến độ dính của hồ tinh bột ([4]) Nồng độ dịch bào (%) Thời gian tiếp xúc (giờ) Độ dính của hồ tinh bột 1,65%

3.2.6.5 Thiết bị tách dịch bào

- Để tách dịch bào, thường người ta sử dụng các máng lắng làm việc theo nguyên tắc trọng lực hoặc máy ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm

- Ở quy mô nhỏ người ta còn sử dụng cả bể lắng nhưng chất lượng tinh bột thu được không tốt

a Thiết bị lắng

Cấu tạo: trước đây ở các nhà máy nhỏ thì người ta thường sử dụng các thùng

lắng đặt liên tiếp nhau Trong các nhà máy đó thì các thùng được làm bằng gỗ Nhưng khi việc sản xuất tiến đến vài trăm kg/h thì các thùng lắng được xây bằng

xi măng ra đời Trong các nhà máy lớn, người ta sử dụng máng lắng với kích thước, chiều dài lớn hơn thùng lắng nhiều lần

Thông số kỹ thuật:

- Sự phân bố kích thước hạt: đường kính của hạt tinh bột có thể dao động trong khoảng 4 ÷ 24µm Tùy theo loại máy nghiền mà nó dao động trong khoảng lớn hơn hoặc nhỏ hơn Tuy nhiên, sự thay đổi kích cỡ hạt tinh bột trong quá trình lắng còn phụ thuộc vào đường đi của nó Dưới đây là một ví dụ về sự phân bố cỡ hạt được tiến hành trong thực nghiệm ở điều kiện khi lớp tinh bột lắng được 30cm sau 24h

Bảng 3.4: Sự phân bố kích thước các hạt tinh bột trong các lớp lắng ([4]) Lớp khảo sát Đường kính hạt xuất

hiện nhiều nhất (µm)

Đường kính hạt trung bình (µm)

Độ lệch chuẩn

- Thời gian lắng: dựa vào việc khảo sát kích thước hạt, tính được vận tốc lắng,

ta có thể xác định thời gian lắng Thời gian lắng thường kéo dài

- Tốc độ lắng: phụ thuộc kích thước hạt, khối lượng riêng của hạt và độ nhớt

Nhược điểm của máng lắng:

- Tách dịch bào không triệt để

- Thời gian kéo dài

- Mức độ cơ giới thấp

b Thiết bị ly tâm

Việc sử dụng máy ly tâm sẽ tăng hiệu quả của quá trình tách dịch bào

Ưu điểm của phương pháp ly tâm so với phương pháp lắng:

- Thời gian nhanh

- Khả năng tách tốt hơn, độ đồng đều tăng

- Cơ giới hóa được

Các máy ly tâm có thể sử dụng:

 Thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải

Cấu tạo: một thiết bị ly tâm truyền thống thường thấy gồm một tang hoặc

một trục lăn kín nằm ngang với một băng cạo liên tục hình xoắn ốc (continuous

spiral-ribbon starch scraper) nằm bên trong Tang quay sẽ quay trong một khung

bi có ổ đỡ hai đầu Tang và lưỡi cạo được dẫn động với vận tốc quay gần như nhau thông qua một hộp giảm tốc được nối với động cơ nhờ một nối trục

Hình 3.12: Cấu tạo của thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải

Nguyên lý hoạt động: sữa tinh bột sẽ đi vào thiết bị ở đầu có ống nhập liệu

Dưới tác dụng của lực li tâm, tinh bột và những tạp chất rắn, mịn chưa được tách hết trong quá trình tách bã sẽ được tách ra khỏi dịch bào Khi đó, chúng tập trung ở vành ngoài của thiết bị và nhờ dao cạo mang theo chiều ngược lại về phía đầu nhỏ, ở đây chúng được trộn với nước sạch và lấy ra Tinh bột này sẽ được đem rửa, lọc thành tinh bột tinh khiết ở giai đoạn sau Nước sử dụng ở đây phải là nước tinh khiết đã được qua xử lý làm mềm Dịch bào được thoát ra ở

đầu kia của thiết bị

Hình 3.13: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải

Ưu điểm: năng suất lớn, kích thước nhỏ Do thiết bị không sử dụng lưới lọc

nên bền khi sử dụng, tốn ít chi phí cho bảo trì, thay thế

Nhược điểm: kết cấu thiết bị phức tạp, khó làm vệ sinh.

 Thiết bị ly tâm đĩa

Cấu tạo: bộ phận chủ yếu của thiết bị là roto được cấu tạo gồm các đĩa hình

côn xếp chồng lên nhau, cách nhau một khoảng xác định từ 0,4 ÷ 1,5 mm Độ nghiêng của đĩa từ 45 ÷ 60o

Hình 3.14: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm đĩa

Nguyên lý hoạt động: hỗn hợp sữa tinh bột được đưa vào khoảng không gian

giữa các đĩa (theo các lỗ trên đĩa hay từ bên hông) Sữa tinh bột chảy theo các rãnh trên trục vào khe của các đĩa rồi phân bố thành lớp mỏng giữa các đĩa Dưới tác dụng của lực li tâm, tinh bột và các hạt nặng sẽ dâng lên phía mặt dưới của đĩa phía trên và chuyển động ra ngoài mép đĩa, dịch bào sẽ tách ra lắng lên bề mặt trên của đĩa phía dưới và chuyển động về phía tâm của đĩa Cùng lúc đó, nước được một bơm ly tâm bơm dọc theo trục rỗng phía dưới vào khoang nước nằm giữa vỏ bên trong và thành ngoài Nước sạch từ buồng chứa nước sẽ theo những miệng lỗ vào vỏ trong, nhờ đó mà tinh bột được rửa tốt để tách các tạp chất nhỏ còn lại Tinh bột cùng với nươcù sau đó sẽ được ép qua các miệng lỗ và

ra khỏi hệ thống ở dạng huyền phù cô đặc Trong quá trình ly tâm tách dịch bào này có kết hợp với quá trình rửa tách các tạp chất mịn còn trong tinh bột

Ưu điểm: cường độ phân li lớn, cấu tạo chắc chắn, gọn nhẹ.

Nhược điểm: kết cấu thiết bị phức tạp, giá thành thiết bị cao.

 Thiết bị ly tâm lọc tháo bã bằng pittông

Cấu tạo: cấu tạo của thiết bị gồm một buồng ly tâm bên ngoài có bố trí lưới

lọc Trong thiết bị có hệ thống pittông để đẩy bã ra ngoài có thể chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực

Nguyên tắc hoạt động: hỗn hợp sữa tinh bột được đưa vào thiết bị qua hệ

thống nhập liệu ở một đầu của thiết bị Khi thiết bị li tâm hoạt động, tinh bột và các hạt pha nặng khác được giữ lại trên lớp vải lọc, nước lọc chui qua vách ngăn

ra ngoài thùng Bã lọc sẽ được pittông đẩy ra ngoài khi thực hiện chuyển động tịnh tiến nhờ xi lanh thủy lực Nước rửa được phun lên thành thùng để rửa dịch bào còn dính ở tinh bột

Hình 3.15: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị ly tâm tháo bã bằng pittông