Tìm hiểu công nghệ sản xuất tinh bột nguyên liệu, chuẩn bị nguyên liệu và nghiền nguyên liệu

Chúng có nhiều trong hạt, củ, thân cây, lá cây và có nhiều trong các loại lương thực, do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột.. Sắn ngọt hàm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Đề tài

NGUYÊN LIỆU, CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU

VÀ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT

GVHD: Ths.ĐỖ VĨNH LONG SVTH:

TP.HCM, tháng 3 năm 2013

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ NGUYÊN LIỆU 5

1.Tinh bột 5

1.1 Khái niệm 5

1.2 Thành phần hóa học của tinh bột 5

2 Nguyên liệu 7

2.1 Tinh bột từ củ 7

2.2 Tinh bột của các loại hạt 9

2.2.1 Hạt họ đậu 9

2.2.2 Tinh bột từ ngũ cốc 9

CHƯƠNG 2: CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU VÀ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU 12

1 Chuẩn bị nguyên liệu 12

1.1 Ngâm 13

1.2 Rửa nguyên liệu: 13

1.3 Bóc vỏ 14

1.4 Cắt khúc 14

2 Nghiền nguyên liệu 15

KẾT LUẬN 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

LỜI MỞ ĐẦU

***

Tinh bột là carbohydrate dự trữ chính của cây trồng và chất cao phân tử có

số lượng lớn có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống nhân loại Tinh bột là nơi tích luỹ của cây trồng như là chất không hoà tan, chất nửa kết tinh không hoà tan, bản thân nó được tạo ra từ hai chất cao phân tử của glucose: amylose, đó là yếu tố chủ yếu không có nhánh, và nhánh amylopectin Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucose là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người Ngoài ra, tinh bột còn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với số lượng lớn trong nghành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược và không gây độc trong quá trình sản xuất

Trên thế giới, đang phải dùng tới 60 triệu tấn tinh bột gồm tinh bột mì, tinh bột ngô, tinh bột khoai tây, tinh bột gạo, tinh bột sắn, tinh bột khoai lang/năm tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất nông nghiệp của từng khu vực Nguồn cung cấp tinh bột chính cho nghành công nghiệp tại Việt nam chủ yếu là tinh bột sắn, ngoài ra còn có tinh bột ngô, tinh bột lúa mì,… dưới đây nhóm xin giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và quá trình xử lí nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất tinh bột

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ NGUYÊN LIỆU

1 Tinh bột

1.1 Khái niệm

Tinh bột là polysaccharide của thực vật được tạo ra ở lục lạp do quá trình quang hợp Chúng có nhiều trong hạt, củ, thân cây, lá cây và có nhiều trong các loại lương thực, do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu

để sản xuất tinh bột Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu

Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt

Bảng 1: Đặc điểm của một số loại tinh bột

Tinh bột là loại polysaccarit khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucoza được nối nhau bởi các liên kết α- glycozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu

Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amylose và amilopectin Tỉ lệ amylose/amilopectin xấp xỉ ¼ Hàm lượng

amylose và amilopectin trong các loại tinh bột thường khác nhau Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amilopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylose chiếm trên dưới 50%

Bảng 2: hàm lượng amylose và amilopectin của một số tinh bột

Hình 1: Cấu trúc của amylose và amylopectin

2 Nguyên liệu

Sắn (Khoai mì)

Sắn là cây lượng thực ưa ẩm và ưa ấm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazon Nam Mỹ Đến thế kỉ 16 mới được trồng ở châu Á và Phi Ở nước ta sắn được trồng khắp từ nam tới bắc, nhiều nhất là vùng trung du miền núi, chủ yếu dùng để sản xuất tinh bột

Sắn có nhiều loại khác nhau về màu sắc thân cây, lá, vỏ, củ, thịt củ, Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: sắn đắng và sắn ngọt Hai loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố Nhiều tinh bột thì hiệu quả kinh tế cao và nhiều độc tố thì quy trình công nghệ phức tạo

+ Sắn đắng (sắn dù) cây thấp, cao không quá 1,2m, dễ trồng, năng suất cao, củ mập, nhiều tinh bột, nhiều mủ và hàm lượng acid cyanhydric cao Ăn tươi

dễ bị ngộ độc, chủ yếu để sản xuất tinh bột và sắn lát Đặc điểm của cây sắn đắng

là đốt ngắn, thân cây khi non màu xanh nhạt Cuống lá chỗ nối tiếp thân cây màu

đỏ thẫm kế đó màu trắng nhạt rồi lại hồng dần Màu vỏ gỗ củ nâu sẫm, vỏ cùi và thịt sắn đều trắng

+ Sắn ngọt bao gồm tất cả các loại mà hàm lượng acid cyanhydric thấp như sắn vàng, sắn đỏ, sắn trắng Sắn ngọt hàm lượng tinh bột thấp, ít độc tố ăn tươi không ngộ độc dễ chế biến

Củ sắn gồm 4 phần chính:

+ Vỏ gỗ chiếm 0.5-2%

khối lượng củ thành phần chủ yếu

cellulose và hemicellulose, không

chứa tinh bột

+ Vỏ cùi chiếm 5-20%

khối lượng củ, vì vỏ cùi có nhiều

tinh bột (5-8%) nên khi chế biến

nếu tách đi thì tổn thất tinh bột nếu không tách thì chế biến khó khăn vì có nhiều chất trong mủ ảnh hưởng đến màu sắc tinh bột

+ Thịt sắn là phần chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế bào nhu mô thành

mỏng Thành phần vỏ tế bào nhu mô là cellulose, pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất, các glucide hòa tan, và nhiều chất vi lượng khác

Lượng tinh bột trong thịt sắn phân bố không đều nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vào trong Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 5-35 μm.m

+ Lõi sắn thường ở tâm dọc suốt từ cuống tới đuôi củ thành phần chủ yếu

của lõi là cellulose và hemicellulose

So với khoai tây và khoai lang thì bảo quản sắn tươi khó hơn nhiều vì khó bảo quản nên các nước trồng nhiều sắn thường đào đến đâu chế biến tới đó Tuy nhiên nếu khống chế điều kiện thích hợp cũng có thể bảo quản được 1-2 tháng Khoai lang

Ở nước ta khoai lang được trồng nhiều thứ ba sau lúa và ngô Từ đồng bằng đến trung du đều trồng khoai đặc biệt ở các vùng đất cát và phù sa Khoai lang rất dễ trồng, mỗi năm trồng được nhiều vụ trong đó vụ đông xuân và thu đông

là hai vụ chính

Cấu tạo củ khoai lang gồm 3 phần:

+ Vỏ lụa chiếm 1% khối lượng củ, gồm những tế bào xít thành dày chứa sắc

tố, tùy theo giống mà chứa các sắc tố khác nhau Cấu tạo thành tế bào chủ yếu là cellulose và hemicellulose giúp giữ cho khoai khỏi tác động từ bên ngoài và chậm mất nước

+ Vỏ cùi chiếm 5-10% khối lượng củ, gồm những tế bào thành mỏng chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể (mủ) Trong dịch thể có nhiều chất khác nhau như tanin, sắc tố, enzyme là những chất sinh màu trong quá trình chế biến làm ảnh hưởng tới chất lượng tinh bột thành phẩm

+ Thịt củ gồm những tế bào nhu mô chứa tinh bột, khác với sắn là mủ khoai lang không những nhiều ở lớp vỏ cùi mà trong lòng thịt cũng nhiều Lượng tinh bột trong khoai lang thường dao động từ 15-31%, kích thước hạt tinh bột từ 15-80 μm.m

Yêu cầu nguyên liệu:

Khoai đưa vào sản xuất cần có chất lượng như sau: không mọc mầm, hàm lượng tinh bột không dưới 14%, kích thước củ ở chỗ lớn nhất không dưới 3cm, đất và tạp bẩn không quá 1,5%, củ dập nát không quá 2%, không nhiễm bệnh thối khô hay thối ướt

Sau khi kiểm nhận nên cho chế biến ngay, không để lâu quá 10 ngày sau khi thu hoạch

Khoai tây

Khoai tây là một trong những nguyên liệu thích hợp nhất và kinh tế trong quá trình sản xuất tinh bột vì nó đáp ứng các yêu cầu quy trình công nghệ, thành phẩm có chất lượng cao và nếu tính trên đơn vị diện tích gieo trồng thì lượng tinh bột thu được cao hơn gấp ba đến năm lần so với cây hòa thảo

Hàm lượng tinh bột trong củ phân bố không đều Các lớp tế bào nằm ở giữa lớp tế bào thành mỏng và trung tâm của củ thường chứa nhiều tinh bột nhất Ở giữa củ có lượng tinh bột thấp Hàm lượng tinh bột trong khoai tây dao động từ 8-30% Kích thước hạt tinh bột khoai tây khoảng 30-150μm.m

Khoai tây dùng làm nguyên liệu sản xuất tinh bột phải có hàm lượng tinh bột cao So với những củ to và củ nhỏ thì những củ trung bình có hàm lượng tinh bột cao hơn Ngoài ra những củ khoai vỏ mỏng, nhẵn, ít mắt trồi, và mắt nông thì

có hàm lượng tinh bột cao Vd: Trong cùng một khóm, hàm lượng tinh bột của các

củ cũng khác nhau, thường những củ có độ lớn trung bình (50-100g) hàm lượng tinh bột cao hơn so với những củ to (100-150g) và những củ nhỏ (25-50g)

Khoai tây thuộc loại khó bảo quản tuy nhiên nếu kĩ thuật bảo quản thích hợp thì có thể bảo quản dự trữ sản xuất khoảng 30-35 ngày

2.2.Tinh bột của các loại hạt

Các hạt thuộc họ đậu như đậu hà lan, đậu xanh, đậu trắng, đậu đen và đậu ván (trừ đậu tương) cũng là nguồn giàu tinh bột (50-60%) Đậu tương hầu như không có tinh bột

Các hạt cốc bao gồm: lúa, ngô, kê, lúa mì, đại mạch, kiều mạch, yến mạch, lúa mạch đen Thường hàm lượng tinh bột chiếm 50-70% lượng chất khô của hạt

Hạt lúa mì

Lúa mì là một nhóm các loài cỏ đã thuần dưỡng từ khu vực Levant và được gieo trồng rộng khắp thế giới Về tổng thể, lúa mì là thực phẩm quan trọng

cho loài người, sản lượng của nó chỉ đứng sau ngô và lúa gạo trong số các loài cây lương thực

Hạt lúa mì gồm các phần chính sau:

+ Vỏ quả : 4-6% khối lượng hạt Lớp vỏ quả của hạt lúa mì mỏng, cấu tạo không được chắc như vỏ trấu của thóc nên trong quá trình đập và tuốt, vỏ dễ bị tách ra khỏi hạt

+ Vỏ hạt : 3-2,5 % khối lượng hạt Gồm 2 lớp tế bào, lớp ngoài là những tế bào xếp khít với nhau chứa các sắc tố, lớp trong gồm những tế bào không màu ít thấm nước Vỏ hạt có cấu tạo bền dai Nếu dùng lực xay xát khô thì khó bóc

vỏ do đó trong sản xuất bột mì người ta phải là ẩm và ủ ẩm

+ Lớp alơrông: lớp alơrông nằm phía trong các lớp vỏ, được cấu tạo từ một lớp tế bào lớn có thành dày, có chứa protein, chất béo, đường, cellulose, tro,

và các vitamin B1, B2, PP

+ Nội nhũ : 82% khối lượng hạt, gồm hai thành phần chính là tinh bột

và protein Nội nhũ có màu trắng hoặc vàng nhạt phụ thuộc vào mức độ chứa đầy protein của tế bào, mức độ liên kết của protein với các hạt tinh bột cũng như kích thước và hình dạng Các thành phần khác như chất béo, đường , cellulose, chất khoáng trong nội nhũ rất ít Nội nhũ là thành phần có giá trị dinh dưỡng nhất trong hạt lúa mì Bột mì được xay từ phần nội nũ này

+ Phôi chiếm khoảng 3,24% khối lượng hạt Phôi chủ yếu gồm 35-40% protein, 15-25% các glucide hòa tan, 15-33% chất béo Ngoài ra còn có enzyme và vitamin

Hạt ngô

Ở nước ta ngô được trồng ở khắp các vùng cả đồng bằng, trung du và miền núi Ngô không những sử dụng làm thức ăn cho người, gia súc mà còn là nguyên liệu quan trọng trong các nghành công nghiệp như tinh bột

Ngô có nhiều loại nhưng trong sản xuất tinh bột thì người ta chủ yếu dùng ba loại ngô đá, ngô răng ngựa, ngô bột

Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau:

+ Lớp vỏ quả chiếm 5-7%

khối lượng hạt

+ Lớp vỏ hạt mỏng chiếm 2

% khối lượng hạt

khối lượng hạt

+ Cuống chiếm1,5% khối

lượng hạt (dính hạt với cùi)

+ Phôi ngô chiếm 10-19%

khối lượng hạt

+ Nội nhũ chiếm 72-75% khối lượng hạt (chứa 77-84% tinh bột)

CHƯƠNG 2: CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU VÀ NGHIỀN NGUYÊN LIỆU

 Quy trình sản xuất tinh bột khoai mì

1 Chuẩn bị nguyên liệu

Đánh giá chất lượng sắn:

Hiện nay chưa có quy định chung về chất lượng sắn đưa vào để sản xuất tinh bột nhưng ở từng xí nghiệp có qui định riêng về chỉ số chất lượng như: hàm lượng tinh bột từ 14 – 15% Củ nhỏ ngắn (chiều dài 10 cm, đường kính củ chỗ lớn nhất dưới 1,5 cm) không quá 4% Củ dập nát, gãy vụn không quá 3% Lượng đất

và tạp chất tối đa 1,5 – 2%, không có củ thối Củ có dấu vết chảy nhựa không quá 5% Nếu chế biến ngay trong vòng 3 ngày trở lại thì cuộng sắn ngắn, nếu bảo quản

Khi thu nhận sắn vào nhà máy trước hết cần kiểm tra đánh giá chất lượng sắn để quyết định xem lô sắn cần chế biến ngay hay bảo quản lại Hàm lượng tinh bột được xác định nhanh bằng phương pháp cân tỷ trọng (trong nước) là căn cứ để xác định giá thu mua nguyên liệu

Mục đích: tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu như độc tố trong sắn, sắc tố, tannin, các chất men,… làm bở đất ở những chỗ lõm của củ để hiệu suất tách tạp chất khi rửa cao, làm long một phần vỏ thuận lợi cho quá trình rửa

Thời gian ngâm: từ 4 - 8 h, tùy theo mức độ nhiễm bẩn của nguyên liệu trong khi ngâm để hạn chế hoạt động của vi sinh vật người ta cho vôi với tỉ lệ 1,5kg/m3 nước ngâm

1.2 Rửa nguyên liệu:

Mục đích: loại đất, cát, đá, rác để tránh làm mòn răng máy hoặc kẹt làm giảm hiệu suất nghiền, không thu được tinh bột có chất lượng cao

Thiết bị: người ta thường dùng 3 loại: máy rửa thanh trộn ngập nước, máy thanh trộn nửa ngập nước và loại phối hợp cả hai loại trên Trong 3 loại này thì loại phối hợp ưu điểm hơn vì cho phép tách được cả tạp chất nặng và tạp chất nhẹ

- Cấu tạo : bể rửa gồm các cánh guồng để đảo trộn và vận chuyển

- 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 thì lắng xuống và được tháo theo chu kỳ qua lỗ của bồn ximăng.

Mục đích : loại bỏ lớp vỏ củ và rửa lại củ cho sạch hơn

Thiết bị

Hình 3: máy bóc vỏ củ

- Cấu tạo: là thùng quay, thân máy nhiều thanh thép ghép song song nhau theo chiều ngang Bên trong máy có hệ thống phun nước để rửa củ

- Nguyên tắc hoạt động : Do ma sát giữa củ với củ, giữa củ với thân máy, vỏ

củ sẽ được bóc ra và được rửa trôi, lọt qua các khe của thùng quay

Mục đích: để máy mài làm việc được với hiệu suất cao Nếu rửa sắn bằng guồng hay nghiền bằng máy xát nửa cơ giới thì không nhất thiết phải cắt khúc

Thiết bị

- 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

- 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

2 Nghiền nguyên liệu

Đây là khâu quan trọng nhất trong việc quyết định hiệu suất thu hồi tinh bột

Sự phá vỡ màng tế bào càng triệt để thì hiệu suất tách tinh bột càng cao

Mục đích: phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột

Thiết bị: trong sản xuất tinh bột từ củ, để phá vỡ tế bào người ta dùng máy mài xát hoặc kết hợp máy xay để xay lại

lần thứ hai Cả máy mài và xay gọi chung

là nghiền

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, lưỡi dao được đặt cách nhau khoảng 6 ÷ 7 mm

*Chú thích:

3 Tang quay 4.Răng(dao) 5.Đáy đột lỗ

Hình5: Cấu tạo máy mài sát

- Nguyên tắc hoạt động :

Nguyên liệu được nạp vào cửa ở phía trên do sự chuyển động của tang quay, nguyên liệu đựơc kéo vào khe hở giữa vỏ máy và tang quay, nhờ ma sát của các dao gắn trên tang quay và sự ma sát của nguyên liệu với vỏ máy mà tế bào tinh bột của củ khoai bị phá vỡ, phía dưới có dáy đục lỗ, đáy này cho các sản phẩm nghiền mịn lọt qua, còn phần chưa mịn lại tiếp tục nghiền cho đến khi được nghiền mịn, cần điều chỉnh dùng để diều chỉnh khoảng cách giữa tang quay và vỏ máy (điều chỉnh khe nghiền) Răng có chiều cao tính từ bề mặt tang quay là 1-2 mm

Các biến đổi

 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)

 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

 Biến đổi sinh học: Vì củ rửa sạch trước khi nghiền và thờigian không quá lâu nên sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể