Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì Bảng 1.4: Thành phần hóa học tro

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THU HỒI TÁI SỬ DỤNG TINH BỘT KHOAI MÌ TỪ NGUỒN NƯỚC THẢI LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY GÓP PHẦN LÀM GIẢM CHI PHÍ

SẢN XUẤT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : Th.S LÂM VÍNH SƠN

TP Hồ Chí Minh, 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Th.S Lâm Vĩnh Sơn Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xáét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như

số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Công Nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện

TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kiến Trúc

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học này ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ của các tập thể, cá nhân tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech, Trường đại học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Em xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu nhà trường, các thầy cô tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Thực tế luôn cho thấy sự thành công nào cũng đều gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ của những người xung quanh dù cho sự giúp đỡ đó là ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu làm khóa luận tốt nghiệp đến nay, em đã nhận được sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Th.S Lâm Vĩnh Sơn đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn em qua từng buổi thảo luận về đề tài nghiên cứu Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo ấy bài luận văn này của em đã hoàn thành một cách suất sắc nhất

Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp, tuy nhiên em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, xin thầy cô giúp đỡ và chỉ dạy

Em xin chân thành cảm ơn

TP.HCM, ngày… tháng… năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kiến Trúc

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

Sinh viên thực hiện 1

LỜI CẢM ƠN 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH 1

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 NỘI DUNG ĐỒ ÁN Error! Bookmark not defined. 3 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined Phương pháp thực nghiệm: Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ 4

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 4

1.1 Tổng quan về tinh bột mì 4

1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì 4

1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì 5

1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì 6

1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì 7

1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống 13

1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì 18

1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam 20

1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung 21

1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan 22

1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì 25

1.5.1 Nguồn phát sinh 25

1.5.2 Thành phần và tính chất nước thải 26

1.3.3 Vi sinh vật trong nước thải tinh bột mì 26

1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy 27

1.6.1 Công nghệ sản xuất giấy 29

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI 35

2.1 Vật liệu nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Nước thải tinh bột mì 35

2.1.2 Dụng cụ và hóa chất 35

2.2 Phương pháp thu hồi 35

2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu 35

2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 36

2.2.2.1 Mô hình thực nghiệm 36

2.2.3 Phương pháp khảo sát điều kiện tối ưu 37

2.2.3.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu 37

2.2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu 39

2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp hóa lý 41

3.1.1Thi nghiệm ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì 41 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì 47

Tính kinh tế của quá rình thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ: 53

3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp cơ học 53

3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột bằng lưới lọc 53

3.2 Sản phẩm giấy bằng phương pháp thủ công 55

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DO: (Dessolved Oxygen) Nồng độ oxi hòa tan

TSS: Turbidity & Suspendid Solids (Suspended Solid) Chất rắn lơ lửng

DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì

Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì

Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi

Bảng 1.5: Hàm lượng tinh bột của một số loại củ quả

Bảng 1.6: Công nghệ xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến tinh

bột khoai mì

Bảng 2.1 : Các thông số quan trắc hiệu quả xử lý trong quá trình thực nghiệm

Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu

Bảng 2.3: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu

Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý độ

màu

Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu quả

thu hồi tinh bột mì

Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu

Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD

Bảng 3.6: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu quả thu hồi tinh

bột mì

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây khoai mì

Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì

Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin

Hình 1.4: Ứng dụng của tinh bột mì

Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung

Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan

Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu suất thu hồi

mì kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc

Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình … là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả

Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt

Chế biến khoai mì đã được phổ biến ở nước ta từ thế kỷ 16 Những năm gần đây, do yêu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành chế biến thực phẩm từ khoai mì gia tăng Sản lượng khoai mì hằng năm đạt khoảng 3 triệu tấn Việc sản xuất càng nhiều thì lượng chất thải càng lớn Ước tính trung bình hằng năm gần đây ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn thải bã và 15 triệu m3 nước thải Lượng bột mì có trong nước thải chiếm 30% lượng đầu vào Nó làm cho chất thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng nên khi thải

ra môi trường _ trong điều kiện khí hậu của nước ta - nhanh chóng bị phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng dân cư trong khu vực và làm tăng chi phí sản xuất

Trong phạm vi hẹp, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải là nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí sản xuất” với mong muốn góp phần vào phát triển bền vững

- Thông qua nghiên cứu đề tài nắm được hiện trạng chất lượng

nước thải tinh bột mì

- Xác định phương pháp thu hồi tinh bột mì trong nước thải đạt

lượng tối ưu

- Đề xuất sản phẩm ứng dụng nhằm giảm chi phí cho sản xuất

4 Yêu cầu của đồ án

- Thông tin thu thập được chính xác,trung thực và khách quan

- Mẫu nghiên cứu và phân tích phải đảm bảo tính khoa học và tính đại diện

- Thu hồi được lượng tinh bột mì tối đa có trong nước thải bằng phương pháp thích hợp

- Giải pháp kiến nghị đưa ra phải thực tế, có tính khả thi và phù hợp nhằm giảm thiểu chi phí cho sản xuất

5 Ý nghĩa của đồ án

5.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

- Giúp sinh viên có thể qpá dụng lý thuyết và thực tế, rèn luyện kỹ

năng tổng hợp, phân tích số liệu

- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp thu và học hỏi các kinh nghiệm

từ thực tế, đồng thời nâng cao kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu, khả năng tiếp cận và xử lý thông tin

- Củng cố thêm kiến thức chuyên nghành tạo điều kiện tốt hơn phục vụ

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Tổng quan về tinh bột mì

1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì

Khoai mì (hay còn gọi là sắn) có tên khoa học Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ Đến thế

kỷ XVI mới được trồng ở châu Á và châu Phi Ở nước ta, khoai mì được trồng

ở khắp nơi từ Nam đến Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của khoai mì kéo dài, giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh Trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình, …là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống Nhân dân ta thường phân loại khoai mì căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt Tính chất đắng hay ngọt của khoai mì quyết định bởi hàm lượng acid HCN cao hay thấp Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân loại chỉ dựa trên tính chất: khoai mì đắng và khoai

mì ngọt

Hình 1.1: Cây khoai mì (Nguồn: Internet)

1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì

Thông thường, nông dân thường trồng khoai mì chính vụ vào khoảng từ tháng 2 đến tháng 4 Và ở mỗi miền, thời gian thu hoạch khác nhau tùy thuộc điều kiện khí hậu từng vùng

Ở miền Bắc, trồng khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất vì lúc này có mưa xuân ẩm, trời bắt đầu ẩm, thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ

Vùng Bắc Trung Bộ, tháng 1 thích hợp nhất cho việc trồng khoai mì Nếu trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối hom chết mầm, còn trồng muộn khoai non gặp khô rét sẽ sinh trưởng kém

Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì có thể trồng trong khoảng tháng 1 đến tháng 3, trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và thường có mưa đủ ẩm Một

số nơi bà con có thể trồng sớm hơn 1 – 2 tháng nhưng cùng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 trước mùa mưa lũ

Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, khoai mì trồng chủ yếu vào cuối mùa khô, đầu mùa mưa (tháng 4 hay tháng 5) trong điều kiện nhiệt độ cao ổn định

và có mưa đều Những nơi có điều kiện chủ động nước ở đồng bằng sông Cửu Long, khoai mì thường trồng ngay từ đầu năm để kịp thu hoạch trước mùa lũ

6

1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì

Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì (Nguồn: Internet)

Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, nhỏ dần ở hai đầu (cuống và đuôi) Kích thước cũng như trọng lượng củ tùy thuộc vào giống, đất trồng, điều kiện canh tác và độ màu của đất mà nó dao động trong khoảng: dài 300 – 400mm, đường kính từ 20 – 100mm

Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn So với các loại củ khác thì

vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất

Lớp vỏ gỗ chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng Có tác dụng giữ cho

củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài

Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% trọng lượng củ Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5 – 8%) Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố Thịt khoai mì (ruột củ) là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các

tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và

1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì

Thành phần hóa học trong củ khoai mì thay đổi tùy thuộc vào giống khoai, loại đất trồng, cách trồng, khí hậu, sinh trưởng và thời gian thu hoạch của từng vùng miền…

Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì

là tinh bột Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, chất xơ và một số vitamin B1, B2 Như vậy, so với nhu cầu dinh dưỡng và sinh tố của cơ thể con người, khoai mì là một loại lương thực, nếu được sử dụng mức độ phù hợp thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu đường bột của cơ thể

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Thành phần

(%)

Theo Đoàn Dự và các cộng sự, 1983

Theo Recent Process in research and extension, 1998

Tinh bột là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyết định giá trị

sử dụng của chúng Hạt tin bột hình trống, đường kinh khoảng 35 micromet Tinh bột gồm 2 thành phần: Amylose (15- 25%) và amylopectin (75- 85%), tỷ

Tinh bột khoai mì có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 35µm, hạt nhỏ 5- 15µm và nhiều hình dạnh, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chổ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng tia X cho thấy tinh bột khoai mì có cấu trúc tinh thể dạng A và hỗn hợp A, B.

25-Khi hạt tinh bột khoai mì bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập vào giúp trương

nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hidro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hũy bởi các tác nhân như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo

Tinh bột khoai mì có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215.00g/mol so với 30.500, 130.000, 224.500 và 276.000 tương ứng ở amylose của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột sáp Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-28%, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỷ lệ amylose 16-18% Tinh bột khoai mì có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylosepectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao Hàm lượng amylosepectin và amylose trong tinh bột khoai mì liên quan tới độ dính của củ nấu chính và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp

10

Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoai mì trong khoảng 58.5-700C so với

56-660C ở khoai tây và 62-720C ở tinh bột bắp Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tin bột dễ bị phá vỡ

Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp vãi, giấy Tinh bột khoai mì

có độ nhớt rất cao Độ nhớt cao thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt Xử lý hóa học, vật lý (gia nhiệt, xữ lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt của các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tinh bột khoai mì

Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là tính chất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các dạng tinh bột Tính chất này của tinh bột khoai mì phụ thuộc rất nhiều vào giống khoai mì, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử tinh bột

Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngủ cốc khác nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt với những sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài

b Đường

Đường trong khoai mì chủ yếu là glucoza và một ít maltoza, saccaroza Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch

c Protein

Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ Tỉ lệ khoảng:1-1,2% Từ ngoài vào trong hàm lượng đạm tăng lên một ít

và nếu quá trình công nghệ không thích hợp sẽ cho sản phẩm chất lượng kém Độc tố trong khoai mì là CN-, nhưng khi củ chưa đào lên thì nhóm này nằm ở dạng glucoside gọi là linamarin (C10H17NO6) Dưới tác động của enzyme hay ở môi trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyanohydric Như vậy, sau khi đào củ mì mới xuất hiện HCN tự do vì chỉ sau khi đào thì các enzyme trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh và đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau khi ăn vì trong dạ dày người hay động vật là môi trường acid và dịch trong chế biến cũng là môi trường acid Linamarin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách ra trong quá trình chế biến, hòa tan tốt trong nước, kém tan trong rượu, rất ít hòa tan trong chloroform và hầu như không tan trong ether Vì hòa tan tốt trong nước nên khi chế biến, độc tố theo nước dịch ra ngoài, nên mặc dù giống khoai mì đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng tinh bột và khoai mì lát chế biến từ khoai mì đắng vẫn sử dụng làm thức

ăn cho người và gia súc Trong chế biến, nếu không tách dịch bào nhanh thì có thể ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột do acid cyanohydric tác dụng với nguyên tố sắc có trong củ tạo thành feroxy cyanate có màu xám Tùy thuộc giống và đất nơi trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì là khác nhau

12

pH 3.5 – 6.0 Temperatures ≤ 650C hydroxynitridelyase

pH > 4 Temperatures > 30 0 C Spontaneous breakdown

13

f Hệ enzyme

Trong khoai mì, các chất polyphenil và hệ enzyme polyphenoloxydaza

có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến

Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để

1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống

a Nguồn nguyên liệu quan trọng trong đời sống

Trong tự nhiên, tinh bột được tìm thấy trong các loại rau củ, hạt, quả của các loại cây trồng Nó cũng là nguồn năng lượng quan trọng nhất của động vật

và con người Tinh bột mì đóng một vai trò sống còn trong cuộc sống của chúng ta Từ các dữ liệu thống kê cho thấy ngày nay tinh bột càng có nhiều ứng dụng quan trọng và thiết yếu trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp… ước tính có 4 nghìn ứng dụng Các loại tinh bột tự nhiên được sử dụng phổ biến và có giá trị thương mại chủ yếu bao gồm tinh bột khoai mì, tinh bột khoai tây và tinh bột lúa mì Tuy nhiên, thành phần và đặc tính của tinh bột khoai mì là gần giống với tinh bột khoai tây và tốt hơn nhiều loại tinh bột bắp

và tinh bột lúa mì Nhưng về giá cả, tinh bột khoai mì thường có giá thấp hơn tinh bột khoai tây

Với các ưu điểm hấp dẫn về đặc tính và giá cả, hiện nay đang có nhu cầu tăng trưởng rõ rệt đối với tinh bột mì ở khắp nơi trên thế giới trong đó có cả Việt Nam

b Những ứng dụng của tinh bột mì trong tinh bột thực phẩm và ngành công nghiệp khác

• Các loại bánh

- Tinh bột được sử dụng là một trong những nguồn nguyên liệu chính để

14

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

• 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

• 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

• 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

15

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

• 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

• 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

16

do tại sao tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sợi, chỉ, vải cotton,

và sợi polyester Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong ba giai đoạn dệt, đó là:

hồ vải, in và hoàn thiện

- 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%

• Sản xuất giấy

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

bề mặt của giấy

18

1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì

1.3.1 Tình hình chế bến tinh bột mì trên thế giới và khu vực Châu Á

Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở các nước nhiệt đới như Brazil, Nigeria, Thái Lan, Indonexia,, Việt Nam…Củ sắn chứa nhiều tinh bột, hiện nay tại các nước trồng sắn trên thế giới phần lớn sắn được sử dụng làm thức ăn người

và gia súc Một lượng nhỏ sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp chế biến

Trong năm 2006, kim ngạch nhập khẩu tinh bột sắn của EU tăng khoảng 18%, ước đạt 14 triệu EUR, tương đương 32.000 tấn Trong EU, nhập khẩu mặt hàng này lớn nhất là Đức, chiếm 25% thị phần nhập khẩu của EU và có tốc độ phát triển hàng năm là 46% Đức nhập khẩu nhiều tinh bột sắn để làm nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất phụ gia thực phẩm trong nước Việc sản xuất tinh bột sắn từ các nước đang phát triển hiện đang phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ phía các công ty chế biến tinh bột của EU

Thái Lan là nước cung cấp tinh bột sắn hàng đầu cho thị trường EU, chiếm 45% thị phần nhập khẩu Ngoài Thái Lan, các nước đang phát triển khác chỉ chiếm 2%, trong đó Việt Nam chiếm 1,7% tổng thị phần nhập khẩu tinh bột sắn của EU Ở nước ta sắn được trồng khắp từ Nam tới Bắc, nhiều nhất là vùng trung du miền núi Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứng hàng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng hàng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonexia

Trong chiến lược toàn cấu cây sắn đang được tôn vinh là một trong những loại cây lương thực dể dàng thích hợp với những vùng đất cằn cỗi và là loại cây công nghiệp triển vọng có khả năng cạnh tranh cao với nhiều loại cây công nghiệp khác Ở nước ta cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thục truyền thống sang cây công nghiệp, sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa

19

chất và enzim, …góp phần vào sự phát triển kinh tế đất nước

Từ cây lương thực "chống đói", cây sắn Việt Nam đã có khối lượng xuất khẩu đứng thứ 3 thế giới và trở thành cây "xóa đói giảm nghèo" của bà con nông dân Tuy nhiên, cây sắn"lên ngôi" cũng đang nảy sinh nhiều vấn đề bất cập Việt Nam có 41 nhà máy chế biến tinh bột sắn đã và đang xây dựng với tổng công suất thiết kế khoảng 3.130 tấn bột/ngày Nhưng với gần 264.000 ha sắn hiện có, 41 nhà máy cũng chỉ đáp ứng được 39,6% sản lượng Trong khi Bộ NN-PTNN, dự kiến diện tích trồng sắn sẽ đạt khoảng 300.000 ha vào năm 2005

Triển vọng khả quanTại hội thảo về sắn châu á lần thứ 6 họp tại TP.HCM, Việt Nam được đánh giá là nước có bước tiến lớn về phát triển cây sắn trong hơn

10 năm trở lại đây Nhờ áp dụng nhiều giống mới có năng suất cao và hàm lượng bột lớn như các giống KM 60, KM 94, KM 98 Năng suất sắn bình quân cả nước

từ 79,9 tạ/ha năm 1999 đã tăng lên 106,4 tạ/ha năm 2001 và tăng thêm 20 tạ cho mỗi ha vào năm 2002 Diện tích trồng sắn cũng không ngừng mở rộng, từ 220.000 ha năm 1999 lên 263.900 ha năm 2001 và đến tháng 9/2002 đã có 270.000 ha Hiện nay khối lượng sắn xuất khẩu của Việt Nam đạt khoảng 200.000 tấn/năm, đứng hàng thứ ba thế giới, chỉ sau Thái Lan và Indonesia Nhu cầu của thế giới đối với tinh bột sắn ngày càng gia tăng, nhất là tại các thị trường Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và Nhật Bản, bên cạnh các thị trường tiêu thụ sắn khô truyền thống là EU và Mỹ Trong đó, sắn khô chủ yếu làm lương thực (58%) và thức ăn gia súc (28%) Tinh bột sắn nhiều công dụng hơn, ngoài việc làm thực phẩm trực tiếp còn là nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp lớn như để làm hồ, in, định hình và hoàn tất trong công nghiệp dệt, làm bóng và tạo lớp phủ bề mặt cho công nghiệp giấy Đồng thời tinh bột sắn còn dùng trong sản xuất cồn, bột nêm, mì chính, sản xuất men và công nghệ lên men vi sinh và chế biến các thực phẩm khác như bánh phở, hủ tiếu, mỳ sợi

20

1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam

Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn (khoai mì) củ tươi, đứng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia Trong chiến lược toàn cầu cây sắn đang được xem là một loại cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất cằn cỗi, đây cũng là cây công nghiệp triển vọng có khả năng cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác

Ở nước ta, cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng đóng vai trò là cây công nghiệp Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa chất và Enzim, sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần vào sự phát triển kinh tế của đất nước

Tinh bột mì ở Việt Nam đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu mới

có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm

nhỏ

Rữa tinh bột

pha

21

1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung

Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung

Tách rửa tinh bột

22

Đầu tiên, củ được ngâm để hòa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và rửa sơ bộ các tạp chất như đá, cát, đất và một phần vỏ Sau đó tiến hành nghiền để phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột Tách rửa tinh bột bằng rây để loại bỏ các phần tử lớn và dịch bào nhằm đảm bảo chất lượng tinh bột Tách bã lớn, chủ yếu là cellulose và rửa tách tinh bột lẫn với bã Tách dịch bào khỏi sữa tinh bột bằng ly tâm Tinh chế sữa tinh bột và tách bã nhỏ Rửa tinh bột để tách các tạp chất hoà tan và không hoà tan lần cuối bằng xiclon nước, bằng bể rửa, máng rửa hay bằng máy ly tâm

Trong sản xuất tinh bột từ củ, khi dịch bào vỏ thoát khỏi tế bào, tiếp xúc với oxy của không khí, thường nhanh chóng bị oxy hoá tạo thành những chất màu có tên gọi là Melanin Mặt khác, tinh bột rất dễ dàng hấp thụ màu của dịch bào, trở nên không trắng và rất khó tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước

Để đảm bảo tinh bột có màu trắng tự nhiên thì quá trình công nghệ phải ngắn và tách dịch bào càng sớm càng tốt

1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan

Khoai mì được nghiền nát thành hỗn hợp lỏng và được bơm lên thùng chứa, vào hệ thống chiết xuất, vào thiết bị lắng lọc để lấy dịch sữa bột và tách bã riêng

Bã được đưa đi ép nén nhờ băng tải và thiết bị ép bã nhằm tách bớt lượng nước trong bã, sau đó mang đi phơi khô, sấy sử dụng làm thức ăn gia súc, hoặc phục vụ cho các nhu cầu khác Dịch sữa bột được đưa qua hệ thống cyclone cát để tách cát trước khi đưa vào thiết bị phân ly Dưới tốc độ cao 4500 vòng/phút, dịch tinh bột

sẽ phân tách thành lớp nước dịch và tinh bột Nước dịch sẽ được tách ra và nồng

độ tinh bột được tăng cao, trước khi ra khỏi thiết bị phân ly cuối Sữa bột sẽ tách nước nhờ máy ly tâm Tại đây nước sẽ được tách ra và bột được giữ lại, sau đó chuyển qua hệ thống sấy khô trước khi qua ray lọc và đóng bao Công đoạn sấy được sử dụng hệ thống sấy khí động, đảm bảo yêu cầu sấy khô bột nhưng không

để bột bị hồ vón cục

Xả ra nguồn tiếp nhận

24

lý sơ bộ

nén

Hệ thống xử lý khói Đóng bao, vô kho

25

3 4

Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan

1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì

1.5.1 Nguồn phát sinh

Quy trình sản xuất khoai mì có nhu cầu sử dụng nước rất lớn (15 – 20

m3/tấn sản phẩm) Lượng nước thải mang theo một phần tinh bột không thu hồi hết trong sản xuất, các protein, chất béo, các chất khoáng… Trong dịch bào của

củ và các thành phần SO 2-, SO 2- từ công đoạn tẩy trắng sản phẩm Lưu lượng nước thải lớn và có nồng độ chất hữu cơ rất cao (16 – 20 kg COD/m3 nước thải) là một nguồn gây ô nhiễm lớn cho môi trường

Trong quy trinhg sản xuất này, nguồn gây ô nhiễm nước thải gồm nước thải

rả củ, nước thải nghiền củ, ly tâm, sàn loại sơ, lọc thô, khử nước và nước thải tách dịch

- Trong công đoạn rửa, nước thải được sử dụng trong công đoạn rửa củ mì trước khi lột bỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt Nếu rửa không đầy đủ bùn bám trên củ sẽ làm cho tinh bột có màu rất xấu Nước thải trong quá trình rửa

củ mì, cắt vỏ có chứa bùn, đất, cát, mảnh vỏ, HCN tạo ra do phân hủy phazeolunatin trong vỏ thịt nhờ xúc tác của men cyanoaza…

- Nước thải trong quá trình nghiền củm lọc thô có nhiều tinh bột, protein và khoáng chất tách ra trong quá trình nghiền thô

- Nước thải tong quá tình tách dịch có nồng độ chất hữu cơ cao (BOD), các chất rắn lơ lửng nhiều Ngoài ra trong nước thải này có chưa các dịch bào có Tanin, men và nhiều chất vi lượng có mặt trong củ mì

Tóm lại, lượng nước thải phát sinh từ nhà máy dự kiến có 10% bắt nguồn từ nước rửa củ và 90% xả ra từ công đoạn ly tâm, sàng lọc, khử nước