ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÂY LƯƠNG

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CÂY LƯƠNG THỰC1. Lịch sử hình thành của cây khoai lang1.2 Lịch sử phát triển:2.CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC3. Tính chất vật lý và hóa học4. Các biến đổi của khoai lang và tinh bột khoai lang trong quá trình chế biến và bảo quản5. Tình hình sản xuất khoai trên thế giới và ở Việt Nam1. Nguyên liệu2. Bóc vỏ3. Ngâm4. Rửa5. Nghiền 6. Tách bả7. Tách dịch bào8. Tinh chế sữa tinh bột11. Sấy12. Làm nguội13. Bao góiTinh bột khoai lang có thể chế biến sâu thành các sản phẩm: Tinh bột biến tính: Các sản phẩm chủ yếu gồm hàng trăm loại như tinh bột oxy hoá, tinh bột có tính axit, tinh bột cation v.v dùng rộng rãi trong công nghiệp dệt, giấy, y dược, thực phẩm, vật liệu xây dựng, đúc, công nghiệp nhẹ, dầu mỏ, năng lượng, thức ăn chăn nuôi, nông nghiệp, bảo vệ môi trường, công nghệ sinh học. Sản phẩm hoá công: Chủ yếu là cồn, axit citric, axit acetic, axit oxalic, polyethyleme, oxiene, sorbic alcohol, ethanolamine là nguyên liệu quan trọng để sản xuất cao su, nông dược, dầu béo, bao bì, mỹ phẩm, hàng công nghiệp quốc phòng, đặc biệt là cồn sử dụng để pha chế săng dùng để chạy động cơ. Sản phẩm lên men và thuỷ phần: Tinh bột khoai lang có thể sản suất đường glucose, fructose, đường oligose, đường hải tảo là thực phẩm chức năng mới nổi, được coi là con rồng đang lên trong thị trường đường quốc tế.

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ

CHẾ BIẾN CÂY LƯƠNG

THỰC

1 Lịch sử hình thành của cây khoai lang

• 1.1 Ngồn gốc:

Như vậy, khoai lang có

nguồn gốc ở Nam Mỹ

1.2 Lịch sử phát triển:

lan rộng ở Châu Mỹ và sau đó được di thực đi khắp thế giới.

Châu Phi Ấn Độ

Phúc Kiến (Trung Quốc)

2.CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC

2.1 Cấu tạo:

- Khoai lang là một loại rễ củ, rễ đã biến đổi, rễ phình to ra để chứa các chất dinh dưỡng

- Cấu tạo của khoai lang gồm 3 phần:

2.2 Thành phần hóa học:

2.2 Thành phần hóa học

Vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ít ẩm hơn và bền với tác động bên ngoài

3 Tính chất vật lý và hóa học

3.1 Tính chất vật lý

- Hàm lượng amyloza có ý nghĩa rất lớn đến tính chất tinh bột liên quan mật thiết đến độ nhớt, độ dẻo trương nở

Sự

trương

nở

3.2 Tính chất hóa học

Phản ứng tạo phức

4 Các biến đổi của khoai lang và tinh bột khoai lang trong quá trình chế biến và bảo quản

4.1 Trong quá trình chế biến

4.2 Trong quá trình bảo quản

BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Đối với

khoai

lang

5 Tình hình sản xuất khoai trên thế

giới và ở Việt Nam

Trên thế

giới

Tình hình diện tích, năng suất và sản lượng khoai lang thế giới (2003 – 2008)

Trên thế

giới Bảng 2.3: Sản lượng khoai lang (tấn(Nguồn: FAO, 2009) )

35 nước

4 nước

11 nước

5 Tình hình sản xuất khoai lang trên

thế giới và ở Việt Nam

Tại Việt

Nam

Diện tích, năng suất, sản lượng khoai lang trong những năm gần đây

Các vùng trồng khoai lang ở Việt Nam

2 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột khoai lang

TINH CHẾ SỮA BỘT

RỬA TINH BỘT

SẢN PHẨM TINH BỘT KHÔ BÓC VỎ

1 Nguyên liệu

2 Bóc vỏ

- Nguyên liệu được chuyển lên thiết bị tách vỏ nhờ băng tải cao su

- Cấu tạo thiết bị:

- Nguyên lí hoạt động:

4 Rửa

• Mục đích: Rửa nguyên liệu để tách các tạp chất: đá,cát,đất và một

phần vỏ trước khi vào khâu mài

gồm 2 thùng chứa hình máng, bên trong có các cánh

khuấycó tác dụng đánh khuấy và vận chuyển khoai

đến băng tải Phía trên thiết bị có lắp đặt hệ thống

vòi phun nước để rửa nguyên liệu, phía dưới có các

lỗ để đất đá, vỏ và nước thoát ra ngoài

Nguyên lí hoat động:

Nguyên liệu sau khi xả xuống thùng, tại đây khoai được đảo trộn nhờ các cánh khuấy gắn trên 2 trục quay nối với động cơ Nhờ lực va đập của cánh khuấy và nguyên liệu với nhau, phía trên có các vòi phun nước rửa xuống, nhờ đó củ khoai được rửa sạch.Rửa xong củ khoai được cánh khuấy đẩy đến băng tải cao su để vận chuyển đến thiết bị nghiền

5 Nghiền

• Mục đích : Nhằm phá vỡ cấu trúc của tế bào củ, một số giải phóng ra khỏi tế bàogọi là tinh bột tự do, số còn lại là tinh bột liên kết

Nguyên tắc hoạt động

- Còndịch sữa tinh bột lọt qua lưới lọc chảy vào thùng chứa và chờ bơm

để đi tách dịch bào

- Dịch sữa bột trong giai đoạn này người ta hiệu chỉnh nồng độ chất khô trong khoảng 3 -5Be

7 Tách dịch bào

- Mục đích: vì dịch bào củ khi thoát ra khỏi tế bào chứa tirozin

và enzym tirozinaza.Dưới tác dụng của enzym, tirozin kết hợp thêm gốc hydroxyl thứ hai, sau đó cromoxydazaoxi hoá tiếp tục thành

melanin có màu, làm tinh bột không trắng

- Các phương pháp chủ yếu để tách dịch bào:

Máy phân tách dịch bào

8 Tinh chế sữa tinh bột

• Rây lần 1

- Sữa thu được ở giai đoạn trước

được đưa vào máy rây lần 1

- Sữa tinh bột lọt qua rây có nồng độ

3 Bx được đưa vào máy ly tâm để ⁰Bx được đưa vào máy ly tâm để

tách nước dịch

- Bơm ly tâm tách nước: sữa tinh bột

sa khi rây sẽ được bơm qua máy ly

tâm vắt tách bớt nước để thu tinh

bột Tinh bột thu được sau khi ly

tâm có độ ẩm 31-34%

Máy li tâm tách nước

9 Rửa tinh bột

- Phương pháp này bảo quản được 3 – 4 tháng

- Sử dụng axit sufuarơ với nồng

độ sau cho pH là 5.6 phương pháp này bảo quản từ 3-5 tháng

11 Sấy

- Mục đích: làm khô khối tinh bột ẩm từ đó làm tăng thời gian bảo quản

và vậnchuyển dễ dàng

- Để đạt được điều này thì

cần phải kéo dài đường

chuyển động của hỗn hợp

bột và khí

- Sau khi qua các cyclone

để tách tinh bột, tinh bột

sẽ rơi vào máng góp bên

dưới các cyclone được vít

tải và định hướng đưa

sang làm nguội

Cyclone

Ống làm khô nhanh

12 Làm nguội

13 Bao gói

Thiết bị rây và đóng gói

Trước khi bao gói ta thực hiện quá

trình rây nhằm đảm bảo kích thước

và đồng nhất của tinh bột và làm

tăng chất lượng và giá trị cảm quan

Bột thành phẩm sau khi làm khô và

làm nguội xong cần phải cho vào

bao kín ngay vì bột dễ hút ẩm và

nhiễm mùi

Việc đóng gói còn nhằm tạo điều

kiện thuận lợi cho việc bảo quản và

vận chuyển

Các sản phẩm khác từ khoai lang như:

Khoai lang sấy

Mức khoai lang dẻo

Rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản

Ngoài ra giống khoai lang tím Nhật Bản còn được sử dụng để chế biến các sản phẩm khác như nước uống lên men lactic, bột dinh dưỡng…

Đường nha

•

2 Rửa

Mục đích: rửa sạch đất cát, đá, tạp chất…chuẩn bị cho quá trình nghiền tiếp

theo Tránh làm mòn răng nghiền và làm giảm hiệu suất nghiền

Hạn chế hiện tượng tạp chất lẫn vào tinh bột làm tăng độ tro, độ màu thành phẩm

Các biến đổi:

Vật lí:sau khi rửa sẽ tách được 94-97% tổng tạp chất (cát sạn, đất đá,…) ra khỏi

củ, khối lượng củ giảm còn 93-94,5%

Hóa lí: có sự tách một số chất hòa tan trong nguyên liệu như sắc tố tannin…vào trong nước rửa

Hóa sinh: sự hoạt động của các enzym oxi hóa làm đen sản phẩm

Thiết bị:thiết bị rửa củ thường dùng là hình trụ có đục lỗ, để ngập một phần

trong nước

Nguyên tắc hoạt động:

- củ được rửa sạch dưới áp lực của nước và ma sát giữa các củ cũng như ma sát giữa củ với thành thiết bị và với cánh quay

- củ được đảo trộn mạnh và đẩy về phía trước nhờ bàn chải trục vít

- 1 bơm li tâm được lắp ở một đầu của thùng và được nối với một loạt các đầu phun, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun ngược với hướng chuyển động của củ, đảm bảo cho củ được rửa sạch

- Hoạt động kết hợp của cácdòng nước có áp suất cao, có sự cọ xát của củ vào thành thiết

bị và vào nhau giúp loại bớt hầu hết lớp đất cát

- Thông số kĩ thuật:

+ chiều dài thiết bị: 8m

+ chiều dài phần thanh trộn ngập nước: 3,4m

+ Khoảng cách giữa 2 cánh kế tiếp: 40-80mm

+ năng suất theo nguyên liệu: 175 tấn/ngày

+ đường kính (chiều rộng) thiết bị: 0,8-1,2 m

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

Thiết bị rửa

Mục đích: phá vỡ màng tế bào khoai lang để giải phóng tinh bột khỏi tế bào Các biến đổi:

Vật lí: có sự thay đổi của kích nguyên liệu Tế bào tinh bột bị phá vỡ giái

phóng tinh bột dưới dạng hững hạt có kích thước nhỏ.

Nguyên liệu bây giờ lagf khối bột nhão mịn có độ ẩm khoảng 80% (độ mịn khác nhau tùy theo công nghệ và thiết bị sử dụng)

Hóa sinh: khi xé nát vỏ tế bào, các enzym trong tế bào cũng được giải phóng

và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzym thuỷ phân tinh bột, enzym õi háo khử như polyphenol oxidase sẽ làm sẫm màu sản phẩm

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

Thiết bị: sử dụng máy nghiền Jahn có roto làm bằng thép với đường kính từ 40-50 cm, độ dài từ 30-50 cm các lưỡi dao răng cưa được bố trí dọc theo các rãnh được khắc xung quanh chu vi của ống Lưỡi dao có 8-10 rắng cưa/cm, đặt cách xa nhau 6-10mm, cao hơn bề mặt khoảng 1mm

Tốc độ quay tối ưu của roto: 1000 vòng/phút

hiệu suất nạo sau lần nạo đầu tiên: 85%

Hiệu suất nạo tổng thể sau lần nạo thứ cấp: 90%

Cấu tạo thiết bị nghiền

Nguyên tắc hoạt động: nhờ sự cọ xát liên tục giữa các lưỡi dao mà các tế bào khoai lang bị phá vỡ, trong đó một lượng lớn hạt tinh bột được giải phóng Thông số kĩ thuật:

Tốc độ quay: 1000-2000 vòng/phút

Tốc dộ tang quay: 50 m/s

Đường kính tang quay: 0,4-0,7m

Số lượng búa nghiền

•

*Các biến đổi:

Vật lí: Độ nhớt tăng cực đại

Hạt tinh bột trương nở tối đa

Nhiệt độ của dung dịch tăng

Nồng độ chất khô tăng

Hóa học: xảy ra sự hydrate hóa hóa các nhóm hydroxyl tự do và tạo thành liên kết hydro với nước

Hóa lí:

+ hạt tinh bột tiếp tục hấp thu nước,

nhiệt độ càng tăng thì khả năng hút nước càng tăng, lên đến 2500% nước + Tăng khả năng hòa tan

+ Hệ chuyển từ dạng huyền phù sang dung dịch nhớt đồng nhất

Cảm quan: màu sắc từ đục chuyển sang trong hơn

•

Thông số kĩ thuật:

+ Thiết bị:

- Thiết bị hồ hóa và dịch hóa Jet-cooker

Cấu tạo: gồm 1 ống huyền phù tinh bột và 1 ống hơi giao nhau qua 1 khe hình côn, hơi nước được phun trực tiếp vào huyền phù tinh bột, lượng hơi vào được điều chỉnh bởi van qua hệ thống khí nén

•

•

•

Phương pháp thực hiện

Thực hiện trong thiết bị Jet-cooker bằng cách phun hơi nước trực tiếp vào tinh bột

•

Thông số kĩ thuật:

Thiết bị:

- Thiết bị hồ hóa và dịch hóa Jet-cooker

Cấu tạo: gồm 1 ống huyền phù tinh bột và 1 ống hơi giao nhau qua 1 khe hình côn, hơi nước được phun trực tiếp vào huyền phù tinh bột, lượng hơi vào được điều chỉnh bởi van qua hệ thống khí nén

•

•

Thiết bị:

Gồm những tấm bản ghép thành một hộp rỗng nhiều ngăn, chúng

có những lỗ nối với nhau tương ứng để tạo thành lối chuyển động riêng cho từng lưu chất.

Dịch đường và nước lạnh sẽ đi trong những khoang xen kẽ nhau Giữa các tấm bản có dùng các tấm đệm kínđể đảm bảo ngăn cách

2 lưu chất.

Bên ngoài có hệ thống thanh giằng có các van để ghép chặt các tấm bản.

Cấu tạo của bản truyền nhiệt

Nguyên lí hoạt động của

thiết bị truyền nhiệt dạng

bản mỏng

6 Đường hóa

+ Mục đích: tạo thành syrup có thành phần chủ yếu là maltose, các đường đơn giản và các dextrin mạch ngắn

+ phương pháp thực hiện:

dung dịch đường sau khi làm nguội sẽ được đưa vào thiết bị

đường hóa, sau đó bổ sung lượng Fugamyl cần thiết

Thông số kĩ thuật:

Thiết bị: thiết bị đường hóa có cấu tạo tương tự thiết bị dịch hóa

7 Lọc

7.1 Mục đích công nghệ:

 Chuẩn bị:

Lọc phần tinh bột chưa thủy phân, cellulose,

protein, lipid, các tạp chất thô và phần bã sau thủy

phân (bao gồm các chất màu, than hoạt tính) giúp loại

bỏ những tạp chất có kích thước lớn mà có thể cản trở cho quá trình trao đổi ion tiếp theo

 Biến đổi hóa lí: thay đổi số pha, tách riêng pha rắn

và pha lỏng

 Biến đổi cảm quan: sản phẩm thu được trong hơn

nước trước khi lọc

 Biến đổi hóa học, hóa sinh và sinh học: không

 Dịch đường được bơm vào buồng lọc, dưới áp lực

của bơm dịch đường sẽ băng qua vải lọc thông qua lớp bột trợ lực lọc đi vào khoang lọc Các khoang lọc được nối chung với nhau qua một đường ống bên dưới để dẫn dịch đường sạch ra ngoài

 Sau khi lọc xong, cần tiến hành vệ sinh vải lọc và

buồng lọc

8 Trao đổi ion:

8.1 Mục đích công nghệ:

Hoàn thiện sản phẩm: dịch đường qua các cột

trao đổi ion để tách bớt một số cation

anion và một số chất hữu cơ

8.2 Các biến đổi:

Biến đổi hóa học và hóa lý:

 Các phản ứng trao đổi ion xảy ra tại các cột:

 Cột 1: là cationit loại acid mạnh có nhóm

chức là –SO3H, có tác dụng trao đổi cation, chuyển các muối thành các acid tương ứng:

RSO3H + NaCl = RSO3Na + HCl2RSO3H + CaSO4 = (RSO3)2 Ca + H2SO4

 Cột 2: là anionit loại bazơ yếu có nhóm chức là

-NR3, có tác dụng trao đổi anion, hấp thụ các acid mạnh đồng thời hấp thụ các chất hữu cơ, chất màu:

NR3 + HCl  NR3HCl

NR3 + H2SO4  (NR3)2H2SO4

 Cột 3 (hỗn hợp): gồm cationit loại acid mạnh có

nhóm chức -SO3H và anionit loiaj bazơ mạnh có nhóm chức –OH để loại bỏ những ion đã bị rò rỉ qua hai cột đầu đồng thời hấp thụ cả những acid yếu mà không được hấp thụ bởi hai cột trên

 Trao đổi anion:

ROH + NaCl = RCl + NaOH

2ROH + CaSO4 = R2SO4 + Ca(OH)2

 Trao đổi cation:

ROH + HCl = RCl + H2O

2ROH + H2SO4 = R2SO4 + 2H2O

Phản ứng ở đây không phải là thuận nghịch

Trao đổi cation:

RSO3H + NaCl = RSO3Na + HCl

2RSO3H + CaSO4 = (RSO3)2Ca + H2SO4

8.3 Phương pháp thực hiện:

Loại bỏ những ion trong dịch đường dựa trên cơ

sở trao đổi ion giữa các cột nhựa trao đổi ion với các ion trong dung dịch

 Cột 3 gồm 800 lít nhựa anion loại kiềm mạnh

có nhóm chức –OH và 400 lít nhựa cation loại acid mạnh có nhóm chức –SO3H

 Nguyên tắc hoạt động:\

Syrup được bơm vào cột 1 để loại cation sau đó qua cột 2 để loại anion và cuối cùng là qua cột 3 để loại bỏ những ion còn sót lại và điều chỉnh pH cho dung dịch Ở mỗi cột quy trình thực hiện theo chiều

từ trên xuống Khi lớp nhựa này hết tác dụng sẽ được tái sinh trở lại

10.3 Phương pháp thực hiện về thiết bị:

Sử dụng NaHCO3 hoặc acid citric để chỉnh pH

cho sản phẩm, quá trình chỉnh pH được thực hiện

trong thiết bị chứa trước khi đưa vào thiết bị cô đặc

Thông số kĩ thuật:

pH = 4.5 – 6.0

11 Cô đặc chân không:

11.1 Mục đích công nghệ:

Hoàn thiện sản phẩm: quá trình cô đặc nhằm tăng

nồng độ chất khô, tạo điều kiện cho quá trình vận

chuyển và phân phối sản phẩm

Bảo quản: do nồng độ đường cao nên khả năng ức chế vi sinh vật cao

 Hóa lí:

 Bốc hơi nước

 Có thể bay hơi chất mùi

Các biến đổi còn lại không đáng kể

11.3 Phương pháp thực hiện:

Quá trình cô đặc được thực hiện bằng thiết bị cô đặc chân không với buồng đốt có ông tuần hoàn ngoài

và có kèm theo thiết bị ngưng tụ Baromet

Đây là thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài dựng

đứng nên có các ưu điểm:

 Giảm bớt được khoảng cách theo chiều cao

giữa buồng đốt và không gian bốc hơi, có thể điều chỉnh được sự tuần hoàn

 Hoàn toàn tách hết bọt, vì buồng đốt cách xa

không gian hơi

 Có khả năng sử dụng không gian hơi như là một

bộ phận phân ly loại ly tâm

 Do sử dụng hệ cô đặc chân không nên ít gấy ra

biến đổi cho sản phẩm

Nhược điểm:

 Do hệ thống hoạt động liên tục nên dụng dịch

nhập liệu phải ở trạng thái sôi, dẫn đến tiêu hao chi phí cho thiết bị gia nhiệt dung dịch nhập liệu trước khi vào nồi

Thông số kĩ thuật:

11.4 Nguyên tắc hoạt động:

Dung dịch đi vào buồng đốt được đung sôi để tạo thành hỗn hợp hơi lỏng đi vào buồng bốc, ở đây hơi thứ được tách ra và đi lên phía trên Dung dịch quay

về buồng đốt theo ống tuần hoàn ngoài

Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc đối lưu tựu

hiên do sự chênh lệch khối lượng riêng ở những vùng syrup có nhiệt độ khác nhau Ở buồng bốc, syrup bốc hơi làm tăng độ Bx, dẫn đến làm tăng khối lượng

riêng, ở buồng đốt syrup được gia nhiệt nên khối

lượng riêng nhẹ hơn Do vậy mà syrup sẽ tuần hoàn

từ buồng bốc sang buồng đốt và đẩy syrup từ buồng đốt sang buồng bốc Khi nồng độ chất khô đạt yêu

cầu, dung dịch sẽ được thả xuống theo từng mẻ

Hỗn hợp lỏng – hơi lỏng

buồng bốc được phân ly nhờ

hai yếu tố: chiều cao buồng

bốc và sự thay đổi quán tính

của hỗn hợp khi vào bộ phận

tách bọt

Hơi thứ đi vào thiết bị

Baromet và được làm nguội

tại đây

Thiết bị cô đặc

3 Các phụ phẩm từ khoai lang

3.1 Ủ chua rau – củ khoai lang làm thức ăn chăn nuôi

1 Nguyên tắc:

- Ủ chua ở đây là lên men vi sinh vật trong môi trường

yếm khí, điều kiện tiên quyết cho quá trình này là làm

giảm tối đa lượng không khí trong khối thức ăn ủ

-Ngoài muối ra, việc sử dụng một số phụ gia khác như các loại tinh bột (cám gạo, bột ngô, bột củ sắn) để ủ chua là

cần thiết nhằm cung cấp các cơ chất ban đầu (tiền chất)

cho quần thể vi sinh vật, làm cho chúng sinh trưởng, phát triển và bắt đầu quá trình lên men nhanh, làm giảm

nhanh độ pH và làm ngừng quá trình hô hấp sớm nhất