Quy trình công nghệ sản xuất đường nha

Quy trình công nghệ sản xuất đường nha

I NGUYÊN LIỆU

1 Nguyên liệu chính :

Tinh bột là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất maltose syrup.Các loại tinh bột chính được sử dụng là : tinh bột sắn, tinh bột bắp, tinhbột khoai tây… nhưng phổ biến nhất vẫn là tinh bột sắn

Sơ lược về cây sắn

Cây sắn có tên khoa học là Manihotes utilissima pohl, thuộc họ Euphorbiaceae hay còn được gọi là khoai mì, là loại cây được

trồng lấy củ ở vùng nhiệt đới

Ở nước ta sắn thường được trồng ở miền trung du, miềnnúi và ở những vùng nhiễm phèn ở đồng bằng sông CửuLong

Sắn thuộc loại giống cây bụi, cao 2,4m, có hoa màu vànghơi xanh, củ dày 8cm và dài 91cm

Sắn trồng ở vùng cận xích đạo với nhiều tên khác nhau

Bảng 1

Phân loại sắn

Có hai loại sắn có giá trị kinh tế:

Manihot palmata, là sắn có hàmlượng acid hydrocyanic lớn hơn

- Sắn ngọt (sắn không độc): Manihotaipi, là sắn hàm lượng acidhydrocyanic ít hơn 50mg/kg sắntươi

tùy thuộc vào điều kiện trồng, đất đai, độ ẩm, nhiệtđộ và tuổi của cây Chắng hạn giống sắn ở Châu Phikhông độc khi trồng ở Dahomey nhưng có độc khi trồng

ở Nigeria

Do acid hydrocyanic bị phân hủy ở nhiệt độ cao trong cácquá trình chuẩn bị nên cả hai giống sắn đều được sử dụngrộng rãi Sắn thường chủ yếu để sản xuất tinh bột, ở NamMỹ nó còn được dùng làm đồ uống có cồn Sử dụng chomục đích công nghiệp thì sắn đắng thường được sử dụng docó hàm lượng tinh bột cao hơn, còn sắn ngọt thường dùngtrong ngành thực phẩm vì có vị dễ chịu và khả năng hìnhthành bột nhào tốt hơn

Tên của sắn

Indonesia

UbikettellaKaspe

NamMỹ

ManiocaYuccaMandiocaAipimChâu

Phi ManiocCassavaẤn Độ Tapioca Thái

Lan Cassava

Tinh bột sắn

Tinh bột sắn gồm hai loại polysaccarit khác nhau là amylose(17-20%) và amylopectin

- Amylose: gồm 200 – 1000 phân tử glucose liên kết vớinhau bằng liên kết -1,4 glucoside tạo thành mạch thẳng.Phân tử amylose gồm nhiều chuỗi xếp song song vớinhau, trong đó các chuỗi cuộn lại thành hình xoắn ốc.Phân tử amylose có 1 đầu khử và 1 đầu không khử

- Amylopectin: gồm 600-6000 phân tử glucose gồm hai loạiliên kết -1,4 glucoside và -1,6 glucoside, mạch phânnhánh Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duynhất

Cấu trúc của mạch amylose

Hình 2: Cấu trúc của mạch amylopectin

Ưu điểm của tinh bột sắn so với các loại tinh bột khác

Sắn có thể thu hoạch quanh năm nên không cần tốnnhiều chi phí cho việc tồn trữ

Giữa các mặt hàng tinh bột, sắn cho sản lượngcarbohydrate cao hơn gạo là 40%, và cao hơn ngô vàng là 25%,

do đó sắn là nguồn tinh bột rẻ tiền Hơn nữa sắn chịu đượcđiều kiện trồng khắc nghiệt hơn

Do sắn có hàm lượng tinh bột cao và hàm lượng các chấtkhác như protein và lipit thấp, do đó nó là nguồn lý tưởngđể sản xuất tinh bột tinh khiết Đặc tính quan trọng của tinhbột sắn là không mùi, tạo bột nhão trong, và khả năngkết dính

Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin cao nên dễ hòa tantrong nước ở 95oC hơn các loại tinh bột giàu amylose, do cấutạo cồng kềnh nên không có xu hướng kết tinh trở lại và dođó có khả năng giữ nước lớn

Tiêu chuẩn của tinh bột sắn

Cấutrúc

Bột màu trắng

Màusắc Đồng đều và đặc trưng Hương

vị Đặc trưngMùi Có mùi tươi và không có

mùi mốc và ôi

2 NGYÊN LIỆU PHỤ

Nước: nước dùng trong sản xuất đường nha phải đạt các chỉ tiêu sau

 Chỉ tiêu cảm quan:

 Màu sắc: khơng màu

 Độ trong : trong suốt

 Mùi, vị: khơng cĩ mùi và vị lạ

 Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí 75cfu/ml, khơng cĩ visinh vật gây bệnh.

 HCl,NaOH/NaHCO3: đđiều chỉnh pH trong quá trình thủyphân tinh bột

3 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn

Chất lượng Mức chất lượng

Hảohạng Loại 1 Loại 2 Loại 3Độ ẩm,không quá (%) 12.5 13 14 14

Hàm lượng tinh bộ tính

theo chạt khô, không

thấp hơn(%)

Hàm lượng tro không

Hàm lượng protein, tính

theo chât khô, không

Tông chất rắn thu được

sau khi lọc qua màng kích

thước 150μm,không quá

(%)

Nước Tinh bột

sắn

Nước

Tinh bột sắn

HCl/NaOH

III THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

A QUY TRÌNH THỦY PHÂN BẰNG ENZYME

1 KHUẤY TRỘN

1.1 Mục đích công nghệ

Chuẩn bị: Nhằm tăng độ phân tán của dịch huyền phù,

chuẩn bị cho quá trình hồ hóa tiếp theo

1.2 Các biến đổi

 Biến đổi vật lý:

- Hệ số dẫn nhiệt tăng

HỒ HÓA

LÀM NGUỘIĐƯỜNG HÓA

LÀM NGUỘIDỊCH HÓA

NÂNG NHIỆT

- Sự khuếch tán của các hạt tinh bột tăng.

 Biến đổi hóa lý:

- Hạt tinh bột hấp thu một lượng nhỏ nước một cáchthuận nghịch (25-50% nước) nhưng chưa trương nở

- Trạng thái của nguyên liệu sau khuấy trộn ở dạnghuyền phù

- Tăng khả năng tiếp xúc giữa hạt tinh bột và nước

 Biến đổi cảm quan: sự thay đổi trạng thái của dịch bột

 Các biến đổi còn lại không đáng kể

1.3 Phương pháp thực hiện

Bột được hòa đến nồng độ thích hợp, nếu nồng độ quáthấp thì năng suất không cao, còn nếu nồng độ cao thì sẽgiảm hiệu suất của quá trình

Khởi động cánh khuấy rồi dẫn nước vào bồn khuấyđồng thời nhập liệu tinh bột và Termamyl với một lượng ion

Ca2+ Ion này có tác dụng làm bền và hoạt hóa enzym

Điều chỉnh pH về pH tối thích của Termamyl

Quá trình được thực hiện trong thùng khuấy có cánh trộnvới tốc độ quay 20 v/ph

Thông số kỹ thuật

Nồng độchất khô 30-35%

Thời gian 25-30 phLượng enzym 0.05% (1500Ukg-1)Lượng ion

1.4 Thiết bị

Thiết bị hình trụ có trang bị cánh khuấy

2.1 Mục đích công nghệ

Chuẩn bị: hòa tan những hạt tinh bột có kích thước nhỏthành dung dịch nhớt sền sệt, các hạt hút nước và trươngnở tối đa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa

2.2 Các biến đổi

 Biến đổi vật lý:

- Độ nhớt tăng cực đại

- Hạt tinh bột trương nở tối đa

- Nhieôt ñoô cụa dung dòch taíng.

- Noăng ñoô chaât khođ taíng

 Bieân ñoơi hoùa hóc: xạy ra söï hydrate hoùa caùc nhoùmhydroxyl töï do vaø táo thaønh lieđn keât hydro vôùi nöôùc

H H

R O O O R

H H

 Bieân ñoơi hoùa lyù:

- Hát tinh boôt tieâp túc haâp thu nöôùc

- Heô chuyeơn töø dáng huyeăn phuø sang dung dòch nhôùtñoăng nhaât

- Taíng khạ naíng hoøa tan

 Bieân ñoơi cạm quan:

-amilase Maøu saĩc töø ñúc chuyeơn sang trong hôn

 Bieân ñoơi sinh hóc:

-amilase Khođng ñaùng keơ

2.3 Phöông phaùp thöïc hieôn

Quaù trình hoă hoùa ñöôïc thöïc hieôn trong thieât bò jet-cookerbaỉng caùch phun hôi nöôùc tröïc tieâp vaøo tinh boôt Öu ñieơm cụaphöông phaùp naøy laø quaù trình hoă hoùa xạy ra nhanh hôn, ñoăngñeău vaø nhieôt ñoô khođng bò taíng cúc boô

Thođng soâ kyõ thuaôt

Nhieôt ñoô 105OCThôøi gian 5 phuùt

2.4 Thieât bò:

a Thieât bò hoă hoùa jet-cooker

Caẫu táo: thieât bò goăm moôt oâng dẫn huyeăn phuø tinh boôt

vaø moôt oâng dẫn hôi giao nhau qua moôt khe hình cođn, hôi ñöôïcphun tröïc tieâp vaøo huyeăn phuø tinh boôt, löôïng hôi vaøo ñöôïc ñiềuchưnh bôûi van qua heô thoâng khí neùn

Nguyeđn taĩc hoát ñoông: huyeăøn phuø tinh boôt ñöôïc bôm

cöôõng böùc vaøo thieât bò vaø tieâp xuùc tröïc

tieâp vôùi hôi, hôi nöôùc khi tieâp xuùc vôùi tinh

boôt coù nhieôt ñoô thaâp hôn seõ ngöng tú

moôt phaăn nhöng haău heât hôi nöôùc vaên

coøn ôû aùp suaât cao neđn vaên cung caâp

löôïng nhieôt ñeơ nađng nhieôt ñoô leđn nhaỉm

hoă hoùa dung dòch Thôøi gian löu trong thieât

bò jet-cooker raât ngaĩn Löôïng tinh boôt ñöôïc

hồ hóa một phần sẽ băng qua một dãy các cột lưu cao ápđể duy trì nhiệt độ ở 105 – 110oC và được giữ trong 5phút.

Chú ý: thiết bị jet-cooker và các cột lưu thực hiện hai

nhiệm vụ: hồ hóa hoàn toàn và phá bung toàn bộ hạt tinhbột bắt đầu giai đoạn dịch hóa

3.1 Mục đích công nghệ

Chuẩn bị: phá bung hạt tinh bột, thủy phân một phần tinhbột tạo những mạch dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn,giảm độ nhớt của dịch hồ hóa tạo điều kiện cho Fungamylphân cắt tốt hơn trong giai đoạn đường hóa tiếp theo

3.2 Các biến đổi

 Biến đổi vật lý:

- Độ nhớt giảm

- Nồng độ chất khô tăng

- Dung dịch trong hơn

 Biến đổi hóa học:

- Hạt tinh bột bị phá bung, phá vỡ các liên kết hydrogiữa nước và các sợi tinh bột

- Phản ứng Maillard giữa đường và acid amin tạo ra sảnphẩm có màu

- Thủy phân tạo dextrin mạch ngắn có chỉ số DE=10-20

 Biến đổi hóa lý:

- Sự bốc hơi nước

- Khả năng hòa tan của tinh bột tăng

 Biến đổi hóa sinh:

Termamyl hoạt động cắt các mạch amylose và amylopectinthành các dextrin mạch ngắn có khả năng hòa tan Sảnphẩm thuỷ phân trong giai đoạn này chủ yếu là dextrin

 Biến đổi sinh học:

Vi sinh vật bị ức chế hoặc tiêu diệt

3.3 Phương pháp thực hiện

Dung dịch tinh bột sau khi được hồ hoá hoàn toàn sẽ đượclàm nguội đến 95OC và sau đó được bơm thiết bị có cánhkhuấy để thực hiện quá trình dịch hoá

Thông số kỹ thuật

Nhiệt độ trong thiết bị

oC

Jet cooker

Thời gian trong thiết bị

3.4 Thiết bị

Đây là loại thiết bị gia nhiệt kiểu vỏ áo có cánh khuấy Hơinước đi bên ngoài vỏ áo nhằm giữ nhiệt độ cho dung dichtinh bột ở diều kiện nhiệt độ theo yêu cầu kĩ thuật

4.1 Mục đích :

Chuẩn bị: tạo điều kiện tối thích cho quá trình đường hóa

4.2 Các biến đổi

 Vật lý: nhiệt độ giảm

 Hĩa lý: pH giảm về 5.5

 Hĩa sinh: Enzyme -amilase bị vơ hoạt

4.3 Phương pháp thực hiện

Thông số kỹ thuật

Nhiệt độ dịch đường trước

Nhiệt độ của dịch đường sau

5. ĐƯỜNG HÓA

5.1 Mục đích công nghệ

Chế biến: tạo thành syrup có thành phần chủ yếu làmaltose, các đường đơn giản và các dextrin mạch ngắn

5.2 Các biến đổi

 Vật lý:

- Giảm độ nhớt

- Tăng hàm lượng chất khô

-amilase Phản ứng Maillard là phản ứng ngưng tụ giữa đườngkhử và amino axit tạo thành các chất màu làm sẫmmàu dịch thuỷ phân

 Hóa sinh: có sự tác động Fungamyl lên các mạch

polysaccharide và oligosaccharide, tạo hỗn hợp sản phẩm gồm maltose, glucose, maltosetriose và các oligosaccharide khác Trong đó, Fungamyl hoạt động với điều kiện tối thíchlà Topt = 55oC, pHopt = 5.5

5.3 Phương pháp thực hiện

Dung dịch đường sau khi làm nguội sẽ được đưa vào thiết bịđường hóa Lúc này cần điều chỉnh pH để tạo môi trườnghoạt động tối ưu cho Fungamyl Sau đó bổ sung lượng Fungamylcần thiết Dung dịch được lưu lại trong thiết bị trong khoảngthời gian cần thiết để đường hĩa đến DE thích hợp Trong quá trìnhđường hóa, cần phải đảo trộn dung dịch liên tục

Nói chung, thời gian, nhiệt độ, pH và lượng enzym cần choquá trình đường hóa phụ thuộc vào nguồn gốc enzym, hoạtđộ của chúng và yêu cầu độ tinh khiết của dịch đườnghóa

Thơng số kỹ thuật

Nhiệt độ 550C

Tốc độ khuấy 20 r/mThời gian 24-48hFugamyl 2000U/kgLượng Ca2+ 50ppm

 Vật lý: hịa tan tăng, giảm độ nhớt

 Hĩa sinh: Enzyme Fungamyl bị vơ họat

 Thiết bị: chính là thiết bị đường hĩa

Tại thiết bị đường hĩa, sau khi đường hĩa đạt đến giá trị DE yêu cầutiến hành nâng nhiệt dịch đường lên 70-75oC Khi đĩ, enzymeFugamyl bị vơ hoạt Nếu khơng vơ hoạt enzyme Fugamyl thì enzymenày xúc tác cho phản ứng ngược hình thành trở lại các dextrin, hoặcchuyển hĩa maltose thành maltosetriose… dẫn đến làm giảm hàmlượng maltose trong sản phẩm Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm,người ta sẽ xác định được thời điểm mà tại đĩ hàm lượng maltose đạtđến giá trị cực đại để kết thúc quá trình đường hĩa Thơng người, người

ta dừng phản ứng trước khi maltose đạt đến cực đại

Để xác định giá trị DE trong quá trình dịch hĩa và đường hĩa, một sốphương pháp sau cĩ thể áp dụng: phương pháp quang phổ so màuvới thuốc thử DNS, phương pháp sắc ký lỏng cao áp nhưng chính xácnhất là phương pháp lọc gel(rây phân tử) Với phương pháp này,người ta khơng những xác định được chỉ số DE mà cịn xác định đượccác thành phần đường DP khác trong dung dịch đường, từ đĩ cĩ thể

sơ bộ được chất lượng sản phẩm

7.1 Mục đích công nghệ

Hoàn thiện các giá trị cảm quan: làm tăng độ trong củasản phẩm, đưa sản phẩm về màu tiêu chuẩn là màu trắngtrong đến màu vàng nhạt

Là tác nhân trợ lọc cho quá trình lọc tiếp theo, hỗ trợ choquá trình lọc sản phẩm hiệu quả hơn

7.2 Các biến đổi

 Vật lý: khối lượng dung dịch tăng do bổ sung than hoạt tính

 Hóa sinh: enyzym fugamyl vẫn còn hoạt động

 Cảm quan: dịch đường trở thành dạng huyền phù do cóchứa các bụi than hoạt tính

 Sinh học và hóa học: không đáng kể

7.3 Phương pháp thực hiện

Quá trình tẩy màu được thực hiện ngay trong thiết bị đườnghóa Sau khi đường hóa, sirô được gia nhiệt đến nhiệt độthích hợp Sau đó, bổ sung lượng than hoạt tính cần thiết đểhấp phụ một phần các chất mang màu

Khi dùng than hoạt tính để tẩy màu cần phải có quá trìnhlọc tiến hành ngay sau đó

Loại than hoạt tính thường sử dụng có thể ởâ bột hoặcdạng hạt được sản xuất từ gỗ, than đá, than cốc dầu mỏ,lignite, vỏ dừa…

Lượng than phụ thuộc vào chất lượng tinh bột, yêu cầulàm sạch và hoạt độ của than

Thông số kỹ thuật

Thời gian tẩy

Lượng than sửdụng 0.20.3% (so với hàm lượngchất khô)

7.4 Thiết bị

Quá trình tẩy màu được thực hiện ngay trong thiết bị hìnhtrụ có cánh khuấy

8. LỌC

8.1 Mục đích công nghệ

Chuẩn bị: lọc phần tinh bột chưa thủy phân và phần bãsau thủy (bao gồm các chất màu và than hoạt tính) giúp loạibỏ những tạp chất có kích thước lớn mà có thể cản trởcho quá trình tao đổi ion tiếp theo

8.2 Caùc bieân ñoơi

 Bieân ñoơi vaôt lyù:

-amilase Giạm khoâi löôïng dòch ñöôøng do loái boû phaăn baõ

-amilase Tư tróng giạm

-amilase Heô soâ truyeăn nhieôt taíng

 Bieân ñoơi hoùa lyù: thay ñoơi soẫ pha, taùch rieđng pha raĩn vaøpha loûng

 Bieân ñoơi cạm quan: sạn phaơm thu ñöôïc trong hôn tröôùc khilóc

 Bieân ñoơi hoùa hóc, hoùa sinh vaø sinh hóc: khođng ñaùng keơ

8.3 Phöông phaùp thöïc hieôn

Ta thöïc hieôn lóc dòch ñöôøng baỉng phöông phaùp lóc eùp, lócdöôùi taùc dúng cụa aùp suaât

8.4 Thieât bò

Laø thieât bò lóc khung bạn

Nguyeđn taĩc hoát ñoông

- Tröôùc khi thöïc hieôn quaù trình lóc, caăn coù quaù trình laømaùo cho baøn lóc, töùc laø táo moôt lôùp boôt trôï lóc tređnvại lóc, boôt trôï lóc giuùp táo thaønh nhöõng khoạngtroâng theo ñöôøng zíc zaĩc táo trôû löïc ngaín cạn baõ maøkhođng laøm taíng aùp löïc, giuùp quaù trình lóc khođng bòngheõn

- Dòch ñöôøng ñöôïc bôm vaøo buoăng lóc, döôùi aùp löïc cụabôm dòch ñöôøng seõ baíng qua vại lóc thođng qua lôùpboôt trôï lóc ñi vaøo khoang lóc Caùc khoang lóc ñöôïc noâichung vôùi nhau qua moôt ñöôøng oâng beđn döôùi ñeơ daêndòch ñöôøng sách ra ngoaøi

- Sau khi lóc xong, caăn tieân haønh veô sinh vại lóc vaøbuoăng lóc

Thođng số kĩ thuật

Aùp suaât lóc

0.3-0.5MpaBeă daøy lôùp boôt trôï lóc

tređn thieât bò 0.8-2.5mm

Cấu tạo khung bản lọc

Thiết bị lọc ép khung bản

9. TRAO ĐỔI ION

9.1 Mục đích công nghệ

Hoàn thiện sản phẩm: dịch đường qua các cột trao đổi ionđể tách bớt một số cation (Ca2+, Na+, Mg2+…) và anion (Cl-,SO-

42- ), một số chất hữu cơ,…

9.2 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 muốitrong dòng thành các acid tương ứng:

RSO3H + NaCl = RSO3Na + HCl2RSO3H + CaSO4 = (RSO3)2Ca + 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 thờihấp thụ các chất hữu cơ, chất màu:

NR3 + HCl  NR3HCl

NR3 + H2SO4  (NR3)2H2SO4

9.3 Phương pháp thực hiện

Loại bỏ những ion trong dịch đường dựa trên cơ sở trao đổiion giữa các cột nhựa trao đổi ion với các ion trong dung dịch

- Cột 2 gồm 1400 lít nhựa anionit loại kiềm yếu

Nguyên tắc hoạt động:

Sirô được bơm vào cột 1 để loại cation sau đó qua cột 2 đểloại anion và điều chỉnh pH cho dung dịch Ở mỗi cột quy trìnhthực hiện theo chiều từ trên xuống Khi lớp nhựa này hếttác dụng sẽ được tái sinh trở lại

Để đưa cationit về dạng ban đầu, cho dd HCl 2-4% chảy qua cột 1 Để hoàn nguyên anionit, cho dd NaOH 2-4% qua cột 2