Luận văn nghiên cứu một số thông số chính của máy sấy hai trống trong dây chuyền sản xuất tinh bột biến tính năng suất 90kgh

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY SẤY HAI TRỐNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN

TÍNH NĂNG SUẤT 90KG/H

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ CƠ GIỚI HOÁ

NÔNG - LÂM NGHIỆP

MÃ SỐ: 60.52.14

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS PHẠM XUÂN VƯỢNG

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

T«i xin cam ñoan rằng những số liệu và kết quả nghiªn cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

T«i xin cam ñoan rằng mọi sự gióp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược c¶m ơn và c¸c th«ng tin trÝch dẫn trong luận văn này ñều ñ ñược chỉ râ nguồn gốc

Hµ Néi, ngµy th¸ng n¨m

T¸c giả luận văn

NguyÔn TuÊn Anh

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại lớp Cao học cơ khí nông nghiệp khoá 17 chuyên ngành Cơ khí hóa và thiết bị nông-lâm nghiệp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi đ nhận ủược sự giúp ủỡ và giảng dạy nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo trong trường cùng toàn thể các anh chị em trong lớp Nhân dịp này tôi xin ủược bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong trường và toàn thể các anh chị em trong lớp

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia ủình và Giáo sư Tiến sĩ Phạm Xuân Vượng, người ủ tận tình hướng dẫn, giúp ủỡ tôi hoàn thành ủề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị Bảo quản và Chế biến Nông sản Khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ủ giúp ủỡ tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện ủề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn l nh đạo, các bạn đồng nghiệp của Viện Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Máy Nông Nghiệp đ tạo điều kiện và giúp ủỡ tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện ủề tài

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

Nguyễn Tuấn Anh

Mục Lục

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt vi

Danh mục bảng viii

Danh mục hình ix

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3

1.1 Tinh bột sắn 3

1.2 Tinh bột 3

1.2 Tính chất của tinh bột sắn 5

1.2 Tinh bột biến tính và quy trình công nghệ chế biến tinh bột biến tính 6

1.2.1 Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý 9

1.2.1.1 Tinh bột tiền hồ hoá 9

1.2.1.2 Tinh bột biến tính nhiệt ẩm 10

1.2.2 Tinh bột biến tính bằng phương pháp hoá học 10

1.2.2.1 Tinh bột biến tính bằng axit 10

1.2.2.2 Tinh bột biến tính oxy hoá 11

1.2.2.3 Tinh bột biến tính bằng phốt phát 11

1.2.2.4 Tinh bột biến tính bằng liên kết ngang 12

1.2.3 Biến tính bằng phương pháp enzim 12

1.2.2.1 Maltodextrin 13

1.2.2.2 Đường Malto, glucose 14

1.2.2.3 Sorbitol, mannitol 14

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 16

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .16

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước .17

1.4 Thiết bị trong công nghệ chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hoá 18

1.4.1 Sản xuất tinh bột biến tính bằng thiết bị sấy phun 19

1.4.2 Sản xuất tinh bột biến tính bằng vít đùn ép 20

1.4.3 Sản xuất tinh bột biến tính bằng thiết bị sấy trống 21

1.4.3.1 Máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp 21

1.4.3.2 Máy sấy một trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn 22

1.4.3.3 Máy sấy hai trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn 23

1.4.3.4 Máy sấy trống với vật liệu có độ nhớt thấp 24

1.5 Các loại máy sấy tiếp xúc thông dụng 25

1.5.1 Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa ……… …….…25

1.5.2 Máy sấy tiếp xúc hình trụ nằm ngang ……… …26

1.5.3 Máy sấy cho vật liệu dạng nh o 27

1.5.4 Máy sấy vải ……… ……….… 28

1.6 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 29

1.6.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 29

1.6.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 29

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 30

2.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.2 Phương phỏp nghiờn cứu 33

2.2.1 Phương phỏp nghiờn cứu lý thuyết .33

2.2.2 Phương phỏp nghiờn cứu thực nghiệm ủơn yếu tố 33

2.2.3 Phương phỏp ủo ủạc và gia cụng số liệu 34

2.2.3.1 Phương phỏp xỏc ủịnh ủộ nhớt của tinh bột biến tinh 34

2.2.3.2 Phương phỏp xỏc ủịnh ủộ ẩm của sản phẩm 34

2.2.3.3 Phương phỏp xử lý số liệu thực nghiệm 35

2.2.3.4 Phương phỏp gia cụng số liệu thực nghiệm 35

Chương 3: Cơ sở lý thuyết về sấy tiếp xúc 39

3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy tiếp xúc 39

3.2 Lý thuyết tính toán hệ thống sấy tiếp xúc 42

3.2.1 Tính toán hệ thống sấy tiếp xúc trong chất lỏng nóng 42

3.2.1.1 Tính toán nhiệt giai đoạn đốt nóng 42

3.2.1.2 Tính toán nhiệt giai đoạn sấy 43

3.2.1.3 Tính toán nhiệt giai đoạn lấy ra và đưa vào vật liệu sấy giữa các mẻ 44

3.2.2 Tính toán hệ thống sấy tiếp xúc bề mặt 44

3.2.2.1 Phương pháp cân bằng nhiệt 44

3.2.2.2 Tính toán bề mặt truyền nhiệt 45

3.3 Lựa chọn các thông số cho máy sấy 2 trống 49

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên máy sấy hai trống 53

4.1 Lựa chọn các yếu tố đầu vào và ra 53

4.2 Vật liệu và dụng cụ thí nghiệm 54

4.2.1 Vật liệu thí nghiệm 54

4.2.2 Vật liệu sau thí nghiệm 54

4.2.3 Dụng cụ thí nghiệm 55

4.3 Quan hệ giữa nồng độ tinh bột vào tới độ ẩm và độ nhớt của sản phẩm 55

4.3.1 Mối quan hệ của nồng độ với độ ẩm sản phẩm 55

4.3.2 Mối quan hệ của nồng độ với độ nhớt sản phẩm 59

4.4 Mối quan hệ giữa nhiệt độ tới độ ẩm và độ nhớt của sản phẩm 64

4.4.1 Mối quan hệ của nhiệt độ với độ ẩm sản phẩm 64

4.4.2 Mối quan hệ của nhiệt độ với độ nhớt sản phẩm 67

4.5 Mối quan hệ giữa tốc độ trống sấy tới độ ẩm và độ nhớt sản phẩm 72

4.5.1 Mối quan hệ của tốc độ với độ ẩm sản phẩm 72

4.5.2 Mối quan hệ của tốc độ với độ nhớt sản phẩm 75

Kết lụân và đề nghị 81

Kết luận 81

Đề nghị 81 Tài liệu tham khảo

Danh môc viÕt t¾t

6 G2 Khèi l−îng vËt liÖu sÊy ra khái thiÕt bÞ kg/h

11 c1 NhiÖt dung riªng cña vËt liÖu lµm rul« kJ/kg.K

24 t v2 Nhiệt độ bề mặt trống 0C

28 α2 Hệ số trao đổi nhiệt từ bề mặt vật liệu ra môi trường W/m2.K

32 ψ Hệ số ôm của vật liệu trên trống

33 ρtb Khối lượng riêng trung bình của vật liệu sấy trên rulô kg/m3

34 ρt Khối lượng riêng của vật liệu chế tạo rulô kg/m3

39 η Hệ số công suất

43 i’ Entanpy của hơi nước quá nhiệt

44 i” Entanpy của nước b o hoà

Danh mục bảng

Bảng 4.1 ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đầu vào tới độ ẩm sản phẩm 57

Bảng 4.2 ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đầu vào tới độ nhớt sản phẩm 60

Bảng 4.3 Bảng kết quả tính thích ứng của hàm ẩm và độ nhớt sản phẩm 62

Bảng 4.4 ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới độ ẩm sản phẩm 65

Bảng 4.5 ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới độ nhớt sản phẩm 68

Bảng 4.6 Bảng kết quả tính thích ứng của hàm ẩm và độ nhớt sản phẩm 70

Bảng 4.7 ảnh hưởng của tốc độ trống sấy tới độ ẩm sản phẩm 73

Bảng 4.8 ảnh hưởng của tốc độ trống sấy tới độ nhớt sản phẩm 76

Bảng 4.9 Bảng kết quả tính thích ứng của hàm ẩm và độ nhớt sản phẩm 78

Danh mục hình

Hình 1.1 Tinh bột sắn phóng đại 1500x 4

Hình 1.2 Tinh bột sắn phóng đại 3500x 5

Hình 1.3 Sơ đồ phương pháp biến tính tinh bột……… …….8

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột hồ hoá 9

Hình 1.5 Sơ đồ cụm thiết bị sấy phun……….19

Hình 1.6 Vít ép……….…… 20

Hình 1.7 Máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp………21

Hình 1.8 Máy sấy một trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn……… ………….22

Hình 1.9 Máy sấy hai trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn……….……….23

Hình 1.10 Máy sấy trống với vật liệu có độ nhớt thấp 24

Hình 1.11 Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa 26

Hình 1.12 Máy sấy tiếp xúc hình trụ lằm ngang 27

Hình 1.13 Máy sấy tang quay 28

Hình 1.14 Phương pháp cấp vật sấy lên tang sấy 28

Hình 1.15 Máy sấy vải 29

Hình 2.1 Máy sấy 2 trống cấp liệu kiểu kẹp 32

Hình 3.1 Sấy trên bề mặt nóng 39

Hình 3.2 Đường cong sấy u và đường cong nhiệt độ t……….40

Hình 3.3 Đường cong tốc độ sấy du/dt và đường cong nhiệt độ t 40

Hình 3.4 Bề mặt gia nhiệt của vật liệu sấy 48

Hình 4.1 ảnh hưởng của nồng độ đầu vào tới độ ẩm và độ nhớt sản phẩm 62

Hình 4.2 ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới độ ẩm và độ nhớt của sản phẩm 71

Hình 4.3 ảnh hưởng của tốc độ trống sấy tới độ ẩm và độ nhớt sản phẩm 79

Mở đầu

Tinh bột biến tính được tạo ra qua quá trình chế biến tinh bột bằng các phương pháp vật lý, hoá học hoặc sinh học có những tính chất hoá lý khác biệt với tinh bột ban đầu, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực chế biến khác nhau như ngành chế biến thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, thủy sản, dược phẩm, dầu khí, ngành giấy, dệt… Một trong những sản phẩm này là tinh bột biến tính tiền hồ hoá Qua quá trình biến đổi tính chất bởi nhiệt, tinh bột biến tính tiền hồ hoá trở nên dễ hoà tan trong nước ở nhiệt độ môi trường để tạo được hồ tinh bột có độ kết dính cao Do vậy, sản phẩm tinh bột biến tính tiền hồ hoá tìm được nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế biến Đặc biệt ở tinh bột sắn có một số tính chất vật lý như độ trong, độ nhớt cao, giá thành thấp, nên tinh bột biến tính tiền hồ hoá từ tinh bột sắn được sử dụng nhiều dưới dạng chất kết dính trong chế biến thức ăn thuỷ sản Tại một số nước như Thái Lan, Trung Quốc đ có những nghiên cứu sâu về thiết bị cũng như công nghệ chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hoá Một phần lớn sản phẩm này được sử dụng trong chế biến thức ăn cho thuỷ sản

ở Việt Nam trong những năm gần đây cùng với việc tăng diện tích trồng, sản lượng, chất lượng sắn củ, công nghiệp chế biến tinh bột sắn biến tính cũng đ được chú ý đến và được đầu tư Nhu cầu về các loại tinh bột biến tính trong nước sẽ ngày càng tăng để đáp ứng được yêu cầu đổi mới công nghệ chế biến và nâng cao chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp Cho đến nay, lượng tinh bột biến tính được sản xuất trong nước không nhiều và không đủ về chủng loại Phần lớn tinh bột biến tính chủ yếu vẫn được nhập từ nước ngoài Đặc biệt đối với loại tinh bột biến tính tiền hồ hoá, trong nước hiện nay vẫn chưa có cơ sở sản xuất nào chế biến loại sản phẩm này Tinh bột biến tính là tinh bột công nghê cao, khi biến đổi thành tinh bột biến tính giá trị tinh bột được nâng lên rất cao cả về gía trị, cũng như giá thành của sản phẩm Việc nghiên cứu sâu về công nghệ chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hoá trong nước cũng chưa được thực hiện Do vậy, việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hoá là cần thiết để có thể đón bắt

được nhu cầu của thị trường trong nước và như vậy cũng góp phần nâng cao giá trị của củ sắn

Nhằm mục đích đẩy mạnh ngành công nghiệp chế biến tinh bột biến tính trong nước, cũng như nâng cao khả năng sử dụng và vận hành máy một cách tốt nhất

để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm tinh bột biến tính Được sự đồng ý của Viện nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp, cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo GS.TS Phạm Xuân Vượng và các thầy, cô giáo trong khoa Cơ Điện trường

ĐH Nông Nghiệp Hà Nội tôi đ tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu một số thông số chính của máy sấy hai trống trong dây chuyền sản xuất tinh bột biến tính năng suất 90kg/h”

Chương 1 tổng quan vấn đề nghiên cứu

1.1 Tinh bột sắn

1.1.1 Tinh bột

Tinh bột là polysaccarit chủ yếu cú trong hạt, củ, thõn cõy và lỏ cõy Tinh bột cũng cú nhiều ở cỏc loại củ như khoai tõy, sắn, củ mài Một lượng ủỏng kể tinh bột cũng cú trong cỏc loại quả như chuối và nhiều loại rau Tinh bột cú nhiều trong cỏc loại lương thực do ủú cỏc loại lương thực ủược coi là nguồn nguyờn liệu chủ yếu ủể sản xuất tinh bột Hỡnh dạng và thành phần húa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cõy, ủiều kiện trồng trọt

Tinh bột khụng phải là một chất riờng biệt, nú bao gồm hai thành phần là amiloza và amilopectin Hai chất này khỏc nhau về nhiều tớnh chất lớ học và húa học Dựa vào sự khỏc nhau ủú cú thể phõn chia ủược hai thành phần trờn ủể ủiều chế dạng tinh khiết Cỏc phương phỏp ủể tỏch và xỏc ủịnh hàm lượng amiloza và amilopectin là:

- Chiết rỳt amiloza bằng nước núng

- Kết tủa amiloza bằng rượu

- Hấp thụ chọn lọc amiloza trờn xenlulozơ

Tinh bột là loại polysaccarit khối lượng phõn tử cao gồm cỏc ủơn vị glucozơ ủược nối nhau bởi cỏc liờn kết α- glycozit, cú cụng thức phõn tử là (C

6H

10O

5)

n, ở ủõy n cú thể từ vài trăm ủến hơn 1 triệu Tinh bột giữ vai trũ quan trọng trong cụng nghiệp thực phẩm do những tớnh chất húa lớ của chỳng Tinh bột thường dựng làm chất tạo ủộ nhớt sỏnh cho cỏc thực phẩm dạng lỏng hoặc là tỏc nhõn làm bền keo hoặc nhũ tương, như cỏc yếu tố kết dớnh và làm ủặc tạo ủộ cứng, ủộ ủàn hồi cho nhiều loại thực phẩm.Ngoài ra tinh bột cũn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, cụng nghiệp dệt, húa dầu

Trong thực vật, tinh bột thường cú mặt dưới dạng khụng hoà tan trong nước

Do ủú cú thể tớch tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn khụng bị ảnh hưởng ủến

ỏp suất thẩm thấu Cỏc hyủrat cacbon ủầu tiờn ủược tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chúng ủược chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức ủộ này ủược gọi là tinh bột ủồng hoỏ, rất linh ủộng, cú thể ủược sử dụng ngay trong quỏ trỡnh trao ủổi chất hoặc cú thể ủược chuyển hoỏ thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thõn và

Kớch thước cỏc hạt khỏc nhau dẫn ủến những tớnh chất cơ lớ khỏc nhau như nhiệt ủộ hồ hoỏ, khả năng hấp thụ xanh metylen Cú thể dựng phương phỏp lắng

Hình 1.1: Tinh bột sắn phóng đại 1500x

1.1.2 Tính chất của tinh bột sắn

Tinh bột sắn có mầu rất trắng Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền khi chưa bóc vỏ, tinh bột thu được thường có mầu tối Màu xám của tinh bột sắn ảnh hưởng tới chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm Củ sắn và tinh bột sắn thường

có pH trong khoảng 6 ữ 6,3 Theo tiêu chuẩn của Viện Tiêu chuẩn ấn Độ, các loại sắn ăn được có pH trong khoảng 4,7 ữ 7,0 Còn theo tiêu chuẩn của Mỹ, các loại sắn tốt có pH từ 4,5 ữ 6,5 và độ acid thấp Tinh bột sắn sấy khô tốt cũng có tính di động tốt

Khi hạt tinh bột sắn bị vỡ có thể qua sát được các r nh tạo cấu trúc xốp của hạt Các r nh 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 làm trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân huỷ của enzyme Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phần

tử trong cấu trúc tinh thể yếu vì vậy nó rễ bị phân huỷ bởi các nhân tố như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác

Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương

đối cao, 215000 g/mol Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8 ữ 29%, nhưng nói chung đa số các giống sắn có tỷ lệ amylose 16 ữ 18% Tinh bột sắn có những tính

Hình 1.2: Tinh bột sắn phóng đại 3500x

chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopetin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao Hàm lượng amylopetin và amylose trong tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp

* Tính chất hồ hoá của tinh bột sắn

- Nhiệt ủộ ủể phỏ vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thỏi ủầu cú mức ủộ oxi húa khỏc nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt ủộ hồ húa Phần lớn tinh bột bị hồ húa khi nấu và trạng thỏi trương nở ủược sử dụng nhiều hơn ở trạng thỏi tự nhiờn Cỏc biến ủổi húa lớ khi hồ húa như sau: hạt tinh bột trương lờn, tăng ủộ trong suốt và ủộ nhớt, cỏc phõn tử mạch thẳng và nhỏ thỡ hũa tan và sau ủú tự liờn hợp với nhau ủể tạo thành gel Nhiệt ủộ hồ húa khụng phải là một ủiểm mà là một khoảng nhiệt ủộ nhất ủịnh Tựy ủiều kiện hồ húa như nhiệt ủộ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và

pH mà nhiệt ủộ phỏ vỡ và trương nở của tinh bột biến ủổi một cỏch rộng lớn

- Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hoá thấp trong khoảng 58,5 ữ 700C Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ các liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính

bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hoá Nhiệt độ hồ hoá cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hoá thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tinh bột dễ bị phá vỡ

* Độ nhớt của tinh bột sắn

Một trong những tớnh chất quan trọng của tinh bột cú ảnh hưởng ủến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm ủú là ủộ nhớt và ủộ dẻo Phõn tử tinh bột cú nhiều nhúm hydroxyl cú khả năng liờn kết ủược với nhau làm cho phõn

tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch cú ủộ ủặc, ủộ dớnh,

ủộ dẻo và ủộ nhớt cao hơn Yếu tố chớnh ảnh hưởng ủến ủộ nhớt của dung dịch tinh bột là ủường kớnh biểu kiến của cỏc phõn tử hoặc của cỏc hạt phõn tỏn, ủặc tớnh bờn trong của tinh bột như kớch thước, thể tớch, cấu trỳc, và sự bất ủối xứng của phõn tử Nồng ủộ tinh bột, pH, nhiệt ủộ, tỏc nhõn oxi húa, cỏc thuốc thử phỏ hủy liờn kết hydro ủều làm cho tương tỏc của cỏc phõn tử tinh bột thay ủổi do ủú làm thay ủổi ủộ nhớt của dung dịch tinh bột

1.2 Tinh bét biÕn tÝnh vµ quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ biÕn tinh bét biÕn tÝnh [1]

Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường ñòi hỏi

1 dạng tinh bột hoặc một dẫn suất tinh bột nhất ñịnh Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amiloza lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có ñộ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt ñộ thấp Có loại cần ñộ dẻo, ñộ trong, có loại không mong muốn những tính chất ñó Vì vậy, ñể có ñược những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến hình tinh bột

Mục ñích của tinh bột biến tính nhằm:

- Cải biến các tính chất của sản phẩm

- Tăng giá trị cảm quan

- Tạo mặt hàng mới

- Tăng giá thành sản phẩm

Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp như sau:

- Phương pháp biến hình vật lí

- Phương pháp biến hình hóa học

- Phương pháp biến hình bằng enzyme

Các phương pháp ñược thể hiện bên dưới (sơ ñồ 1)

Tinh bột

a Biến tính bằng phương pháp vật lý

Tinh bột biến tính hồ hoá

Tinh bột biến tính nhiệt ẩm

b Biến tính bằng phương pháp hoá học

Tinh bột biến tính bằng axit Tinh bột biến tính oxy hoá

Tinh bột biến tính bằng phôt phát Tinh bột biến tính bằng liên kết ngang

c Biến tính bằng phương pháp thuỷ phân enzim

Maltodextrin

Đường Malto, glucose Sorbitol, mannitol Amino axit: Mì chính, Lysin

Hình 3: Sơ đồ phương pháp biến tính tinh bột

Axit citric

Tinh bột biến tính tiền hồ hoá bắt đầu được quan tâm vào cuối những năm

1980 tại các bè nuôi cá ở Thái Lan khi người nuôi cần một loại chất kết dính tan trong nước lạnh Tinh bột sắn biến tính hồ hoá có những tính chất đặc trưng như độ trong cao, không có mùi lạ, là chất mang màu tốt và có độ nhớt cao Quy trình sản xuất gồm các bước sấy sữa tinh bột sắn nồng độ 20 ữ 30% chất khô trên trống lăn ở nhiệt độ 160 ữ 1700C bằng hơi nước nóng trực tiếp (sơ đồ 2)

Sữa tinh bột sắn

Bồn chứa

Hồ hoá và sấy Thùng chứa dạng phễu xoay

Cyclone Sàng (rây)

Đóng gói

Hơi

Hình 4: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột hồ hoá

1.2.1.2 Tinh bột biến tính nhiệt ẩm

Tinh bột biến tính nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính lâu đời nhất Nó được sản xuất từ các dạng hồ ngâm lắng được dùng để tách tinh bột sắn Phần tinh bột sắn lắng dưới đáy có độ ẩm khoảng 50% được sấy qua đêm ở nhiệt độ 50 ữ 80oC, sau đó tinh bột được rây mịn và đóng gói Loại tinh bột sắn biến tính này được dùng để nâng cao chất lượng cho nhiều loại bánh ngọt, bánh nhân hoa quả tráng miệng thay cho việc dùng tinh bột sắn thông thường

1.2.2 Tinh bột biến tính bắng phương pháp hoá học

Dưới tác động của các tác nhân hoá học, tinh bột bị thay đổi tính chất Tinh bột sắn có thể bị biến tính bằng nhiều loại khác nhau Dựa trên bản chất những biến

đổi xảy ra trong phân tử tinh bột

1.2.2.1 Tinh bột biến tính bắng axit

Dưới tác động của axit, một phần lớn các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị đứt đoạn, do đó làm cho kích thước của phân tử tinh bột giảm đi

và tinh bột thu được có những tính chất mới

Tinh bột biến tính bắng axit, có những tính chất mới sau:

- Giảm một ít ái lực với iốt

- Độ nhớt đặc trưng bé hơn, áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé hơn

- Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá, độ hoà tan cao

- Nhiệt độ hồ hoá cao

- Chỉ số kiềm cao hơn

Do tinh bột biến tính bằng axit có độ nhớt thấp nên được dùng rộng r i trong công nghiệp dệt để hồ hoá sợi dọc Sợi dọc khi được hồ hoá bằng tinh bột này có độ bền và chịu được mài mòn Người ta cũng dùng tinh bột biến tính loại này trong sản xuất kẹo gôm Trong sản suất giấy, tinh bột dạng này còn được dùng để làm bóng giấy với mục đích tăng độ bền đối với độ mài mòn và tăng chất lượng in của giấy

1.2.2.2 Tinh bét biÕn tÝnh oxy ho¸

Thông thường tinh bột ñược oxi hóa bằng hypoclorit Cho dung dịch Natrihypoclorit có chứa 5 ÷ 10% clo tự do (hoặc nước javel) vào huyền phù tinh bột

có nồng ñộ 20 ÷ 240Be và có pH = 8 ÷10 (bằng cách thêm NaOH loãng, nếu pH cao hơn thì mức ñộ oxi hóa bị giảm) Khuấy ñều ở nhiệt ñộ 21oC ÷ 38 oC Sau khi ñạt ñược mức ñộ oxi hóa cần thiết (thường 4 ÷ 6h) trung hòa huyền phù dịch tinh bột ñến pH = 6 ÷ 6,5 Tách clo tự do bằng dung dịch natribisufit Rửa tinh bột bằng nước, lọc rồi sấy ñến ñộ ẩm 10 ÷ 12%

Nét ñặc trưng của tinh bột ñã ñược oxi hóa là ñộ trắng: tinh bột càng trắng thì mức ñộ oxi hóa càng cao

Trong phân tử của tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm cacboxyl và cacbonyl, ñồng thời xảy ra phân ly một số liên kết D-glucozit, do ñó làm giảm kích thước phân tử

Nếu mức ñộ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phá hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch trong suốt Nếu ñưa lên bảng kính lớp hồ rất mỏng của tinh bột oxi hóa rồi ñể khô thì thu ñược màng mềm, rất trong và rất dễ hòa tan

Tinh bột oxi hóa ñược sử dụng ñể hồ bề mặt trong công nghiệp sản xuất giấy,

ñể hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt, chất làm ñặc trong công nghiệp thực phẩm

1.2.2.3 Tinh bét biÕn tÝnh b»ng phèt ph¸t

Tinh bột photphate là dẫn xuất anion có ñộ nhớt cao, huyền phù trong và ổn ñịnh hơn tinh bột tự nhiên Việc tăng mức ñộ thay thế khi tiến hành phosphoryl hóa tinh bột sẽ làm giảm nhiệt ñộ hồ hóa Khi mức thay thế DS = 0,07 thì tinh bột phosphoryl có thể trương nở trong nước lạnh

Tinh bột photphate bị nhuộm màu bởi thuốc nhuộm mang ñiện tích dương như metylen xanh Quan sát tinh bột bị nhuộm màu dưới kính hiển vi có thể thấy ñược sự ñồng nhất của quá trình biến hình Cường ñộ hấp thụ màu thể hiện qua mức

ñộ anion hóa

ðộ phõn tỏn của tinh bột rất ổn ủịnh trong cỏc sản phẩm thực phẩm khi lưu trữ ủụng Qua nhiều lần tan giỏ, hồ tinh bột khụng tỏch nước và bề mặt trở nờn nhẵn búng Do vậy, hồ tinh bột photphate ổn ủịnh sau khi tan giỏ hơn cỏc loại tinh bột biến hỡnh khỏc

Do tớnh chất ion nờn tinh bột photphate là chất nhũ húa tốt Huyền phự tinh bột photphate cú thể kết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinylancohol và polyacrylate ủể ổn ủịnh trạng thỏi nhũ tương

1.2.2.4 Tinh bột biến tính bằng liên kết ngang

Tinh bột sẽ thu ủược tớnh chất mới khi cho tỏc dụng với axớt boric Khi ủú 4 nhúm OH của 2 mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo thành phức với axớt boric Núi cỏch khỏc khi ủú giữa cỏc mạch polyglucozit sẽ tạo ra cỏc liờn kết ngang Tinh bột thu ủược sẽ dai hơn, dũn và cứng hơn Núi chung phõn tử bất kỡ nào cú khả năng phản ứng với hai (hay nhiều hơn) nhúm hydroxyl ủều tạo ra ủược liờn kết ngang giữa cỏc mạch tinh bột

Cỏc tinh bột cú liờn kết ngang cũn là thành phần của dung dịch sột ủể khoan dầu mỏ, thành phần của sơn, của gốm, làm chất kết dớnh cho cỏc viờn than, làm chất mang cỏc chất ủiện ủi trong pin khụ

1.2.3 Biến tính bằng phương pháp enzim

Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzim được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 60 ữ 70 của thế kỷ XX Và được ứng dụng phần lớn cho sản xuất đường glucose và fructose

Mục đích của quá trình này là chuyển hoá hệ huyền phù các hạt tinh bột thành dạng dung dịch hoà tan chứa các dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn Để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn các phức lipid – amylose, Nhiệt độ hồ hoá tinh bột phải vượt quá 100oC Việc tìm ra các enzim bền nhiệt có thể chịu được nhiệt độ 105oC như α- amylase đ giúp giảm nhiệt độ hồ hoá, tuy nhiên các enzim này có nhược điểm là không thể hoạt động ở độ pH thấp hơn 5,9 do độ bền nhiệt của chúng giảm ở pH thấp

1.2.3.1 Maltodextrin

Dextrin hóa bắt ñầu bằng sự hòa tan từng phần các phân tử tinh bột Ở trạng thái tự nhiên, tinh bột tồn tại dưới dạng các hạt rắn, có khi phải xử lí nhiệt mạnh mới phá hủy Khi nhiệt ñộ vượt quá một giới hạn nào ñó gọi là nhiệt ñộ hồ hóa, các phân tử tạo nên tinh bột, ñặc biệt amiloza mới bắt ñầu hòa tan Thông thường sự hòa tan hoàn toàn các phân tử có thể ñạt ñược khi ở nhiệt ñộ khoảng 1000C Tuy nhiên, dung dịch hồ hóa này không ổn ñịnh, bất cứ sự giảm nhiệt ñộ nào dù nhỏ (từ

1000C xuống 800C) cũng kéo theo sự phân tách các dung dịch làm hai pha, rồi tiếp theo là quá trình tái kết hợp từng phần các cao phân tử mà thường gọi là hiện tượng thoái hóa tinh bột, khiến cho dung dịch tinh bột có cấu trúc gel

Trong một thời gian dài, việc sử dụng enzym α- amilaza ñể dextrin hóa tinh bột gặp trở ngại do chưa tìm ñược enzym chịu nhiệt Từ khi phân lập ñược enzym α- amilaza chịu nhiệt từ B.licheniformis ñã cho phép thay thế phương pháp dextrin hóa bằng phương pháp enzym hiệu quả hơn Với phương pháp này, tinh bột ñược thủy phân trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao (>800C) nhưng pH gần như trung tính (6÷7)

Các maltodextrin nhận ñược trong giai ñoạn này thường gồm các oligosacarit

có chứa từ 5 ÷ 10 ñơn vị glucozơ, ñặc biệt là các α- dextrin giới hạn thu ñược từ amilopectin có các liên kết α- 1,6 Trong dung dịch các oligosacarit này ổn ñịnh hơn nhiều so với các phân tử amiloza và amilopectin ban ñầu Nhờ tính ổn ñịnh cao của dung dịch, cho phép hạ nhiệt ñộ của môi trường thủy phân trong giai ñoạn ñường hóa tiếp theo Nói chung, khi dextrin hóa bằng α- amilaza thường thu ñược dung dịch maltodextrin có ñương lượng dextro vào khoảng 30 ñến 20

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, các maltodextrin là các chất phụ gia rất ñược quan tâm ñể chế tạo các thực phẩm cho trẻ em, thực phẩm ăn kiêng, và thực phẩm ñể truyền trực tiếp cho bệnh nhân

Ngoài ra, maltodextrin còn ñược sử dụng như những chất tạo cấu trúc: chất tạo ñộ ñặc, và ñộ nhớt cho thực phẩm lỏng kiểu nước xốt, là chất kết dính trong sản xuất thức ăn chín Trong công nghiệp sản xuất mức quả, maltodextrin thay thế gôm

Arập ñể sản xuất kẹo gôm và kẹo cứng, làm tăng ñộ dẻo của kẹo cao su ñồng thời giảm ñược sự hồi ñường của kẹo

Một số maltodextrin sử dụng thay thế cho chất béo trong các sản phẩm như

bơ, sữa gầy Dung dịch 20 ÷ 25% maltodextrin này, sau một vài giờ có thể chuyển thành một dạng gel thuận nghịch có cấu trúc tương tự cấu trúc chất béo Tuy nhiên khi ñưa vào các sản phẩm thực phẩm thì không cần ñến hàm lượng maltodexrtin

1.2.3.2 §−êng Malto, glucose

Giai ñoạn ñường hóa là giai ñoạn thủy phân các maltodextrin và các oligosacarit thành ñường glucozơ, maltoza và maltotrioza Tùy theo loại sản phẩm mong muốn quá trình chuyển hóa này có thể ñược xúc tác bởi một hay kết hợp nhiều enzym Khi sử dụng enzym amiloglucosidaza sẽ cho ra các sản phẩm giàu glucozơ Còn thủy phân bằng một hỗn hợp các enzym β-amilaza và pululanaza thì cho sản phẩm giàu maltoza (90%)

Việc tách riêng hai quá trình dextrin hóa và ñường hóa cho phép sử dụng những ñiều kiện nhiệt ñộ và pH tối ưu ñể tăng hoạt ñộ của enzym cũng như ñể cơ chất có trạng thái hòa tan tốt

Nói chung ñường hóa ñược tiến hành ở nhiệt ñộ khoảng 500C tương ứng với nhiệt ñộ tối ưu của các enzym sử dụng và ở pH hơi axit (5 ÷ 6)

Trong thực tế, các sản phẩm thủy phân tinh bột có thể ñược sử dụng ngay, không qua xử lí thêm hoặc cho qua những chuyển hóa tiếp theo

1.2.3.3 Sorbitol, mannitol

Sorbitol là một sản phẩm màu trắng, không mùi, có vị ngọt dễ chịu, hòa tan tốt trong môi trường nước và rượu nhưng không hòa tan trong dung môi hữu cơ ðiều lí thú là rượu này không có tính khử, không thể lên men ñược và rất bền với tấn công của vi khuẩn

Cỏc tớnh chất này ủược mụ tả như sau:

- Khả năng giữ nước cao, nước chỉ cú thể bay hơi rất chậm khi cú mặt một lượng lớn sorbitol trong dung dịch Dựa vào tớnh chất này ủể tạo ủộ ủặc sỏnh cho mật ong

- Khả năng chịu nhiệt cao

- Cú tỏc dụng làm chậm sự kết tinh của sacaroza và glucozơ, do ủú cỏc tinh thể ủường tạo nờn rất nhỏ và khụng gõy cảm giỏc trong miệng

- ðộ ngọt thấp (khoảng bằng ẵ ủường sacaroza) Con người cú thể sử dụng nhiều hơn mà khụng thấy khú chịu

- ðộ nhớt của dung dịch ủường tương ủối thấp nờn dễ thao tỏc trong sản xuất

- Cú khả năng tạo phức với kim loại nặng gúp phần cải thiện việc bảo quản cỏc sản phẩm bộo

Trong thực tế người ta thường hay tiến hành hydro húa hỗn hợp dịch fructoza (tỉ lệ 1:1) hay “ủường nghịch ủảo” với sự cú mặt của niken- Raney ủể thu dung dịch sorbitol-manitol tương ứng với tỉ lệ 7:3 Do manitol ớt hũa tan nờn nú ủược tỏch ra khỏi dung dịch bằng kết tinh hay sắc kớ Trong phương phỏp này manitol ủược tạo nờn từ fructoza Hiệu suất chuyển húa phụ thuộc nhiều vào kim loại ủược sử dụng làm xỳc tỏc Những năm gần ủõy, sử dụng phương phỏp ủồng phõn húa và hydro húa ủồng thời hỗn hợp glucozơ-fructoza ủó thu ủược manitol với hiệu suất trờn 60% Enzym glucoisomeraza sẽ giữ cõn bằng nồng ủộ giữa glucozơ

glucozơ-và fructoza, trong khi ủồng (Cu) hay platin (Pt) gắn trờn chất mang aluminosilicat dựng làm chất xỳc tỏc cho quỏ trỡnh hydro húa

* Như vậy trong các phương pháp chế biến tinh bột biến tính nêu trên trong

đề tài này chỉ đi sâu vào phương pháp chế biến tinh bột tiền hồ hoá Nó là một trong các phương pháp chế biến tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý Với phương pháp tinh bột tiền hồ hoá thì đề tài chỉ đi vào nghiên cứu công đoạn hồ hoá

và sấy Đây là một công đoạn quan trọng nhất trong phương pháp chế biến tinh bột tiền hồ hoá

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Tinh bột thuỷ phân được sản xuất trên khắp thế giới từ rất nhiều loại tinh bột Khoảng 225 loài thực vật đ được đưa vào sử dụng trong công nghiệp ở 57 nước khác nhau, bao gồm 78 loài ở châu á, 54 loài ở châu âu, 39 loài ở Bắc Mỹ, 32 loài

ở Nam Mỹ – Cuba, 13 loài ở Trung Đông và châu Phi, 9 loài ở châu úc Mặc dù tinh bột bắp vẫn là nguồn chủ yếu để sản xuất tinh bột biến tính, ngày nay tinh bột từ lúa mì, gạo, khoai tây và đặc biệt từ sắn đang được sử dụng ngày càng nhiều

Với ngành công nghiệp nước giải khát khổng lồ, có thể nói Mỹ là nước đứng

đầu trên thế giới về sản xuất và tiêu thụ xi rô giàu fructose và xi- rô glucose (chủ yếu từ tinh bột bắp) Nhật Bản là nước đi đầu trong sản xuất cyclodextrin Pháp, Mỹ

là các nhà cung cấp maltodextrin lớn từ tinh bột bắp còn Thái Lan hiện nay là nước xuất khẩu tinh bột sắn biến tính lớn nhất với khối lượng khoảng 300 ngàn tấn mỗi năm sang các nước Nhật Bản, Mỹ, Thụy Điển, Malaysia

Ngành công nghiệp sản xuất tinh bột biến tính bắng phương pháp thuỷ phân

là lĩnh vực sử dụng nhiều tinh bột sắn nhất ở Thái Lan Nhóm sản phẩm chính là các

đường ngọt từ tinh bột như xi- rô glucose, fructose Xi- rô glucose được sử dụng tiếp như nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác, trong đó nhiều nhất là công nghiệp sản xuất mì chính (bột ngọt) monosodiun glutamate MSG và lysine

Tại Thái Lan hiện có khoảng 14 xí nghiệp sản xuất xi- rô glucose ( hai trong

số đó cũng sản xuất đường sorbitol) và hai công ty đa quốc gia sản xuất sorbitol ở quy mô lớn Có hai xí nghiệp sản xuất xi- rô giàu fructose với công suất khoảng 54 ngàn tấn/năm Tất cả các xí nghiệp sản xuất đều sử dụng công nghệ enzyme để thuỷ phân tinh bột sắn và isomer hoá glucose thành fructose

Tại Thái Lan, tinh bột sắn được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp sản xuất mì chính monosodiun glutamate MSG (bốn xí nghiệp) lysine (một xí nghiệp)

Tỷ lệ về nhu cầu tinh bột sắn để sản xuất hai sản phẩm này là 80: 20

Tại Đức có nhà máy sản xuất dextrin liên tục và tinh bột được chứa trong các silô Từ đó chúng được nén bằng hơi đến các thiết bị axit hoá, tại đó axit được phun qua các vòi phu mạnh Tinh bột đ axits hoá được trộn và bơm vào thiết bị sấy, ở đó

độ ẩm được giảm xuống trong chân không còn 2 ữ 3% Tinh bột đ sấy khô được vận chuyển bằng khí nén đến thiết bị dextrin hoá dạng lò nung có đường kính khoảng 1m, dài khoảng 6m, quay ở tốc độ 3 đến 12 vòng/phút và vận hành ở áp suất hơi 8 đến 10 at Sản phẩm sau khi dextrin hoá được đưa vào tháp làm nguội và để rơi

tự do xuyên qua không khí lạnh Dextrin được trộn, sàng và làm ẩm trở lại nhờ đi qua một tháp mà ở đó nó tiếp xúc với không khí ẩm Sau đó dextrin thành phẩm

được sàng và đóng gói

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Chính phủ đang có định hướng phát triển mạnh ngành công nghiệp chế biến sắn, biến sắn từ một cây lương thực rẻ tiền thành các sản phẩm có giá trị cao Cùng với sản xuất tinh bột sắn, việc đầu tư xây dựng công nghệ sản xuất các sản phẩm tinh bột sắn biến tính bằng hoá chất, emzyme và nhiều sản phẩm khác từ sắn đ và

đang được triển khai như một hướng đầu tư có tiềm năng cho cây sắn nói riêng và cho việc phát triển kinh tế của đất nước nói chung

ở nước ta hiện nay, trong bối cảnh cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thực sang cây công nghiệp, 42 nhà máy sản xuất tinh bột sắn đ ,

đang và sẽ được đưa vào hoạt động ở 19 tỉnh trên tổng số 61 tỉnh thành trong cả nước như Đồng Nai, Tây Ninh, Bình Phước, Yên Bái, Nghệ An với tổng công suất thiết kế là 3,14 triệu tấn củ tươi/năm Đó chắc chắn là nguồn cung cấp tinh bột sắn

rẻ, chất lượng tốt và ổn định

Một trong những sản phẩm quan trong nhất từ sắn là tinh bột sắn Tinh bột sắn được ứng dụng rộng r i trong nhiều lĩnh vực công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp chất kết dính, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm Cùng với sự hội nhập nền kinh tế toàn cầu, việc cải tiến công nghệ, đa dạng hoá và nâng cao chất lượng sản phẩm là yêu cầu sống còn của tất cả các doanh nghiệp để có thể cạnh tranh Trong bối cảnh như vậy, đối với các nhà máy sản xuất tinh bột sắn, việc đầu tư sản xuất các sản phẩm như tinh bột biến tính (bằng phương pháp vật lý, hoá học, enzyme), mì chính (bột ngọt), lisin, axit citric là một đòi hỏi bức thiết, vừa giúp cải thiện các tính chất của tinh bột sắn để có thể ứng dụng rộng r i hơn, nhằm nâng cao hơn nữa giá trị của sắn, đa dạng hoá sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng

cao của người tiêu dùng, tạo động lực cho sự phát triển của từng công ty cũng như toàn x hội

Nhiều công ty lớn đ tự đầu tư các nhà máy sản xuất tinh bột biến tính để phục vụ cho các nhà máy của mình Như nhà máy sản xuất tinh bột biến tính bằng hoá chất, tinh bột biến tính kép của công ty Vedan Nhà máy sản xuất tinh bột biến tính bằng hoá chất ở Thanh Sơn phục vụ cho nhà máy giấy B i Bằng

Hiện nay lượng tinh bột biến tính sản xuất trong nước là rất ít, không đáp ứng

được cho thị trường với rất nhiều các ngành nghề sử dụng đến tinh bột biến tính Lượng tinh bột biến tính được các công ty sử dụng chủ yếu là nhập khẩu từ Thái Lan

và Trung Quốc về với giá thành cao Mà nước ta hiện nay sản xuất tinh bột sắn thì rất lớn và là một nguồn nguyên liệu để sản xuất tinh bột biến tính vô cùng lớn Chính vì vậy cần phải được đẩy mạnh sản xuất và chế biến tinh bột biến tính trong nước, nhằm làm giảm giá thành sản phẩm so với giá nhập khẩu rất cao hiện nay Trong những năm gần đây nhà nước tập trung đầu tư nhiều về các nhà máy sản xuất tinh bột sắn còn chế biến tinh bột biến tính vẫn là một ngành mới đối với nước ta Chính vì vậy việc nhà nước đầu tư vào ngành này còn rất ít, mới chỉ ở dạng nghiên cứu Chỉ có các doanh nghiệp tư nhân nhìn thấy lợi nhuận rất lớn từ ngành này mà bắt tay vào nhập khẩu dây chuyền nước ngoài về sản xuất Nhưng lượng này không nhiều và chỉ đáp ứng được một lượng rất nhỏ Trong những năm tới ngành sản xuất tinh bột biến tính sẽ được cải thiện, nhưng cũng phải cần một thời gian rất dài mới mong lượng tinh bột biến tính không phải nhập khẩu, mà hoàn toàn sản xuất từ trong nước

1.4 Thiết bị trong công nghệ chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hoá

Hiện nay, một lượng lớn tinh bột biến tính được chế biến theo phương pháp vật lý là sản phẩm của phương pháp biến tính tiền hồ hoá (sơ đồ 2) Với ưu điểm không dùng hoá chất, cũng không tiến hành phản ứng hoá học, không làm thay đổi kết cấu hoá học của tinh bột nguyên thuỷ Chỉ bằng phương pháp vật lý để thay đổi một số đặc tính vật lý của tinh bột Bản chất của quá trình biến tính bằng phương pháp vật lý là hồ hoá tinh bột rồi sấy khô tinh bột đ hồ hoá Để tạo ra tinh bột biến

tính tiền hồ hoá, tinh bột được hoà tan vào trong nước rồi được gia nhiệt để hồ hoá Sản phẩm thu được sau khi sấy khô dịch tinh bột đ được hồ hoá này

Trong sơ đồ 2 ta chỉ nghiên cứu một công đoạn đó là hồ hoá và sấy Để thực hiện công đoạn này người ta có thể sử dụng bằng nhiều phương pháp khác nhau ứng với mỗi thiết bị công nghệ là một chế độ công nghệ Chế độ công nghệ chế biến trên mỗi thiết bị công nghệ cũng thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại tinh bột cũng như tính chất của loại tinh bột đưa vào chế biến

1.4.1 Sản xuất tinh bột biến tính bằng thiết bị sấy phun

Tinh bột được hoà với nước sạch tạo thành dịch cháo, rồi được gia nhiệt để hồ hoá Sau đó dùng bơm vận chuyển dịch cháo đ hồ hoá tới thiết bị sấy phun để thu

được sản phẩm có độ khô mong muốn Khi nồng độ tinh bột cao, độ nhớt dịch hồ lớn sẽ gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và dễ gây tắc đầu phun Do vậy nồng

độ của dịch tinh bột trước sấy thường dưới 10%, thông thường là 4% ữ 5% Nồng độ tinh bột thấp, đồng nghĩa với lượng nước cần bốc hơi lớn nên năng lượng cần thiết cho quá trình chế biến lớn, cộng với giá thiết bị cao, làm cho giá sản phẩm cao Vậy nên thiết bị công nghệ này chỉ được ứng dụng để tạo ra những sản phẩm tinh bột biến tính cao cấp hoặc được sử dụng khi cùng chế biến những sản phẩm khác để tận dụng công suất của thiết bị sấy phun hình 1.5

Hình 1.5: Sơ đồ cụm thiết bị sấy phun

Ưu nhược điểm của thiết bị sấy phun:

* Ưu điểm: - Sử dụng được với các loại vật liệu có nồng độ rất thấp

- Tạo lên được những sản phẩm biến tính cao cấp

- Được dùng chế biến nhiều sản phẩm khác nhau

* Nhược điểm: - Khó sử dụng được với tinh bột có nồng độ cao

- Phải hồ hoá và sấy riêng biệt

- Khó khăn khi vận chuyển tinh bột đ hồ hoá

- Giá thành thiết bị cao

- Tiêu hao năng lượng lớn

- Giá thành sản phẩm cũng cao

1.4 2 Sản xuất tinh bột biến tính bằng vít đùn ép

Thiết bị sử dụng nguyên lý ép vít Thông qua ép vít, áp suất và nhiệt lượng sinh ra trong vít làm cho dịch tinh bột bị hồ hoá Dịch tinh bột đ hồ hoá được ép qua lỗ khuôn ra ngoài với sự giảm áp suất tức thời sau khuôn ép tạo ra sự trương phồng của viên tinh bột Những viên tinh bột biến tính được sấy khô rồi nghiền nhỏ

để thu sản phẩm Độ dính và độ nhớt của sản phẩm tương đối khó điều khiển trong quá trình chế biến dẫn đến chất lượng của sản phẩm không đồng đều Do vậy, thiết

bị công nghệ này chỉ được sử dụng để chế biến tinh bột biến tính có độ dính cao, độ nhớt không cao và cũng không có yêu cầu về sự đồng đều của sản phẩm hình 1.6

Hình 1.6: Vít ép

Ưu nhược điểm của vít ép:

* Ưu điểm: - Sử dụng được với các loại vật liệu có nồng độ rất cao

- Qua vít là đ được hồ hoá không cần phải tạo hồ hoá trước

- Sử dụng được với nhiều loại máy sấy sau khi đ ép thành viên

- Sử dụng tốt với tinh bộ có độ dính cao

- Loại vít ép cho năng suất cao

* Nhược điểm: - Qua vít đ hồ hoá nhưng cần đươc sấy riêng biệt

- Không điều khiển được độ dính và độ nhớt

- Sản phẩm có độ đồng đều không cao hay chất lượng kém

1.4.3 Sản xuất tinh bột biến tính bằng thiết bị sấy trống

Dựa trên nguyên lý sấy trống, có nhiều kiểu kết cấu của thiết bị kiểu trống sấy Thiết bị sấy kiểu trống sấy có thể được tạo bởi 2 trống sấy hay 1 trống sấy với những lô nhỏ có chức năng dàn mỏng vật liệu sấy Phương pháp, vị trí nạp liệu cần sấy và các dao nạo thu sản phẩm được kết cấu cho phù hợp với dạng nguyên liệu

đưa vào chế biến

1.4.3.1 Máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp

Hình 1.7 mô tả thiết bị sấy kiểu trống sấy thường gặp nhất Thiết bị cấu tạo bởi hai trống sấy có chuyển động ngược chiều nhau Nguồn cấp nhiệt, hơi quá nhiệt

được đưa vào lòng trong trống sấy Một trong hai trống có khả năng dịch chuyển theo phương nằm ngang để điều chỉnh khe hở giữa hai trống sấy Vật liệu cần sấy

được rải đều tại phần lõm giữa hai trống sấy Tại đây, vật liệu sấy được ép qua khe

Hình 1.7: Máy sấy 2 trống

cấp liệu kiểu kẹp

hở giữa hai trống sấy và được dàn mỏng trên bề mặt trống sấy Vật liệu sau khi đ

được sấy khô được lấy ra ngoài nhờ các dao nạo tỳ sát vào bề mặt trống sấy Hiệu suất sấy trên thiết bị cao Thiết bị sấy này có kết cấu đơn giản nhất, vận hành thiết bị không phức tạp Độ dày của màng sản phẩm được điều chỉnh thông qua điều chỉnh khe hở giữa hai trống sấy Đây là một dạng thiết bị thường được sử dụng trong sấy bột giặt, bột phẩm màu, men, sữa bột và đặc biệt trong chế biến tinh bột biến tính

Ưu nhược điểm của máy sấy hai trống:

* Ưu điểm: - Sử dụng được với các loại vật liệu có nồng độ khác nhau

- Quá trình hồ hoá và sấy được thực hiện trên máy không tách rời

- Kết cấu máy đơn giản và dễ sử dụng

- Năng suất máy cao

- Sản phẩm có độ đồng đều cao

- Hiệu suất sử dụng máy cao

* Nhược điểm: - Chế tạo trống sấy khó khăn

1.4.3.2 Máy sấy một trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn

Trên thiết bị sấy 1 trống sấy hình 1.8, những lô cán nhỏ được thiết kế với chức năng dàn mỏng và dàn đều lớp vật liệu cần sấy Thiết bị có nguyên lý làm việc giống như thiết bị sấy với 2 trống sấy với điểm khác biệt ở phương pháp điều chỉnh

độ dày mỏng của màng sản phẩm Độ dày của màng sản phẩm trên thiết bị dạng này

được điều chỉnh thông qua số lượng lô cán và khe hở giữa các lô cán với trống sấy Dạng thiết bị sấy kiểu 1 trống sấy này thường được sử dụng nhiều trong chế biến thực phẩm như sản phẩm ăn nhanh từ bột ngũ cốc, bột cho trẻ em, sản phẩm tinh bột biến tính

Hình 1.8: Máy sấy 1 trống cập liệu bởi nhiều lô cuốn

Ưu nh−ợc điểm của máy một trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn:

* Ưu điểm: - Sử dụng đ−ợc với các loại vật liệu có nồng độ khác nhau

- Quá trình hồ hoá và sấy đ−ợc thực hiện trên máy không tách rời

- Máy dễ sử dụng

- Sản phẩm có độ đồng đều cao

* Nh−ợc điểm: - Chế tạo trống sấy khó khăn

- Kết cấu máy phức tạp

- Năng suất máy thấp

- Hiệu suất sử dụng máy thấp

1.4.3.3 Máy sấy hai trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn

Thiết bị sấy trống kiểu 2 trống sấy với các lô cán nhỏ hình 1.9 là sự kết hợp 2 dạng thiết bị sấy trống kể trên Do vậy thiết bị có thêm những tính năng mà cả 2 dạng thiết bị sấy này kết hợp lại

Ưu nh−ợc điểm của máy hai trống cấp liệu bởi nhiều lô cuốn:

* Ưu điểm: - Sử dụng đ−ợc với các loại vật liệu có nồng độ khác nhau

- Quá trình hồ hoá và sấy đ−ợc thực hiện trên máy không tách rời

- Máy dễ sử dụng

- Sản phẩm có độ đồng đều cao

* Nh−ợc điểm: - Chế tạo trống sấy khó khăn

- Kết cấu máy phức tạp

- Năng suất máy thấp

- Hiệu suất sử dụng máy không cao

Hình 1.9: Máy sấy 2 trống cập liệu bởi nhiều lô cuốn

1.4.3.4 Máy sấy trống với vật liệu có độ nhớt thấp

Đối với một số sản phẩm có độ nhớt của nhiên liệu đưa vào chế biến thấp, phương pháp tiếp nguyên liệu được thay đổi như ở các hình 1.10.a, 1.10.b, 1.10.c

Ưu nhược điểm của máy sấy trống với vật liệu có độ nhớt thấp:

* Ưu điểm: - Sử dụng được với các loại vật liệu có nồng độ khác nhau

- Quá trình hồ hoá và sấy được thực hiện trên máy không tách rời

- Máy dễ sử dụng

- Sản phẩm có độ đồng đều cao

- Sử dụng tốt với các vật liệu có độ nhớt thấp

* Nhược điểm: - Chế tạo trống sấy khó khăn

- Kết cấu máy phức tạp

- Năng suất máy thấp

- Hiệu suất sử dụng máy không cao

- Không sử dụng được với các vật liệu có độ nhớt cao

* Với ưu và nhược điểm của các loại thiết bị chế biến tinh bột biến tính kể trên trong đề tài chỉ lựa chọn nghiên cứu về máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp Loại máy sấy này có rất nhiều ưu điểm và nhược điểm thì hạn chế và máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp là máy sấy thông dụng khi chế biến các sản phẩm dạng nh?o Do dó đề tài lựa chọn thiết bị sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp làm đối tượng nghiên cứu trong đề tài

c

b Hình 1.10: Máy sấy trống với vật liệu có độ nhớt thấp

a

1.5 Các loại máy sấy tiếp xúc thông dụng

Việc lựa chọn hình dạng của bề mặt nóng, kết cấu và hoạt động cụ thể của máy sấy phụ thuộc vào từng loại vật sấy và có ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng và giá thành sản phẩm

1.5.1 Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa

Để sấy các vật sấy dạng hạt ta có thể dùng máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa thể hiện ở hình 1.11 Cấu tạo của máy gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có các tầng đĩa đặt nằm ngang Các đĩa đều là hình tròn có lỗ ở tâm, nhưng khác nhau ở chỗ chúng có hai cỡ đường kính ngoài và đường kính lỗ Các đĩa có đường kính nhỏ

và lớn đặt xen kẽ nhau; chúng là hộp kim loại rỗng trong để đưa hơi nước nóng vào

và lấy hơi nước ngưng ra Trên mỗi đĩa có cánh đảo với góc nghiêng ngược nhau và liên tục quay theo trục thẳng đứng ở tâm tháp Vật sấy dạng hạt được nạp vào cửa trên cùng chảy xuống đĩa dưới cùng Nhờ cánh đảo mà dòng hạt chảy lần lượt qua các đĩa từ trên xuống Vật sấy được rang trên các đĩa nóng đến nhiệt độ bay hơi của

ẩm Không khí đóng vai trò là tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên ngược chiều với vật sấy ẩm bay hơi đi theo không khí ra ngoài Trục mang cánh đảo quay được nhờ

hệ thống gồm động cơ, hộp giảm tốc và cặp bánh răng nón

Bề mặt truyền nhiệt cho vật sấy là tổng diện tích bề mặt trên các đĩa Căn cứ nhiệt độ cho phép đối với từng loại vật liệu sấy mà chọn nhiệt độ đĩa và nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước cho phù hợp Thời gian sấy phụ thuộc vào kích thước đĩa, số tầng đĩa, tốc độ quay và góc nghiêng của cánh đảo hình 1.11

Nếu không khí đối lưu tự nhiên thì việc thoát ẩm từ vật sấy sẽ chậm hơn đối lưu cưỡng bức

Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa có cường độ bay hơi ẩm theo diện tích cấp nhiệt (diện tích mặt trên của các đĩa) không cao: AF = (1,5 ữ 8) kg/m2.h Hệ số toả nhiệt có điều kiện từ mặt đĩa cho vật sấy là α= (35 ữ 85) W/m2.độ

Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa tuy có tốn nhiều vật liệu chế tạo (do AF nhỏ) nhưng ít tốn nhiệt lượng trên mỗi kg ẩm bay hơi: q = (700 ữ 800) kcal/kg

Công suất động cơ quay các cánh đảo phụ thuộc vào sức cản của vật sấy lên các cánh đảo, ma sát của ổ đỡ trục, hệ số hiệu dụng của bộ truyền động

1.5.2 Máy sấy tiếp xúc hình trụ nằm ngang

Hình 1.12 thể hiện máy sấy tiếp xúc kiểu nằm ngang có cánh đảo Buồng sấy

là thùng hình trụ hai vỏ nằm ngang Vật sấy dạng hạt được nạp qua cửa phía trên, sản phẩm tháo ra phía dưới Hơi nước nóng được cấp vào không gian giữa hai vỏ bằng các cửa phía trên, nước ngưng được xả qua các cửa phía dưới Bề mặt truyền nhiệt có thể lấy bằng bề mặt trong của vỏ trống Vật sấy liên tục được đảo trộn nhờ các cánh đảo lắp liên tiếp trên trục quay chậm nhờ động cơ và bộ truyền động Máy sấy loại này làm việc gián đoạn (theo mẻ), năng suất không lớn Cường độ bay hơi

ẩm trên diện tích bề mặt nóng cho vật sấy là AF = (3 ữ 5) kg/m2.h Hệ số toả nhiệt từ

bề mặt nóng cho vật sấy là α = (35 ữ 120) W/m2.độ Nhiệt lượng cần cho mỗi kg ẩm bay hơi là q = (6300 ữ 9500) kJ/kg

Hình 1.11: Máy sấy tiếp xúc kiểu tháp đĩa

1- cửa lấy sản phẩm; 2 - không khí vào tháp; 3 - các tầng đĩa; 4 - hơi nước nóng;

5 - thân tháp; 6- các cánh đảo; 7 - cửa nạp vật sấy ẩm; 8- cửa khí thải; 9 - nước ngưng; 10 - hộp giảm tốc; 11 - động cơ; 12 - cặp bắnh răng nón; 13 - trục quay

1.5.3 Máy sấy cho vật liệu dạng nhão

Đối với các vật liệu ở dạng dung dịch, bột nh o ta có thể dùng máy sấy tang quay hình 1.13 và hình 1.14 Thông thường tang hình trụ được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước, vật sấy được cấp vào mặt ngoài dưới dạng mỏng đều Tang liên tục quay rất chậm nhờ động cơ và bộ truyền động đai, hộp số giảm tốc, cặp bánh răng Sản phẩm được dao bóc ra dưới dạng màng mỏng (bánh đa nem, giấy gói kẹo) hoặc dạng bột Máy sấy tang quay là loại máy sấy có năng suất thấp Mặt ngoài của tang phải có độ tròn và độ bóng cao, khó chế tạo Ngoài ra để màng sản phẩm khô đều và không rách thì độ dày của tang phải đều

Có nhiều phương pháp phải cấp vật sấy lên bề mặt tang quay, khi lựa chọn phương pháp phải dựa vào tính chất của vật sấy, năng suất, chất lượng sản phẩm Hình 1-14a áp dụng cho vật sấy ở dạng dung dịch có độ đồng đều cao, không lắng Hình 1-14b được áp dụng với vật sấy có dạng kem, bột nh o Hình 1-14c dùng cho vật sấy ở dạng dung dịch đặc, dạng kem

Hình 1.12: Máy sấy tiếp xúc hình trụ nằm ngang

1- buồng sấy hình trụ hai vỏ; 2- các cửa cấp hơi nước nóng; 3 - trục cánh

đảo; 4- hộp giảm tốc; 5- cửa thoát khí và ẩm; 6 - cửa nạp vật sấy dạng hạt; 7- động cơ; 8- cấu tạo của cánh đảo; 9- các cửa xả nước ngưng; 10- tay quay

mở cửa tháo sản phẩm sấy; 11- cửa sản phẩm sấy

1.5.4 Máy sấy vải

Máy sấy tang quay có thể dùng để sấy vải trong công nghiệp dệt- nhuộm Trong trường hợp này người ta dùng nhiều tang lắp song song thành nhiều cụm như hình 1.15 Chiều dài của tang lớn hơn chiều rộng của băng vải một ít, góc ôm lớn hơn 1800 Cả hai mặt vải đều được tiếp xúc với mặt tang nóng đang quay nhờ lực

Hình 1.13: Máy sấy trống quay

1- cửa sả nước ngưng; 2- cửa cấp hơi nước nóng; 3- vỏ; 4- tang

quay; 5- cửa thoát hơi; 6- cặp bánh răng; 7- hộp giảm tốc; 8- bộ truyền

đai thay đổi tốc độ; 9- động cơ;

Hình 1.14: Phương pháp cấp vật sấy lên trống sấy

A Nhúng tang vào nguyên liệu; B Dùng trục cán (bôi); C Dùng cơ cấu văng 1- tang sấy quay; 2- dao bóc sản phẩm; 3- vật sấy; 4- bộ phận cấp vật sấy lên mặt tang

kéo của tấm vải do máy kéo vải khô tạo nên Nhiệt lượng cấp cho quá trình sấy lấy

từ hơi nước nóng đang ngưng tụ trong các tang quay, nước ngưng đi qua cốc xả ra ngoài Bề mặt truyền nhiệt bằng tổng bề mặt tiếp xúc của vải và các tang Máy sấy vải loại này có năng suất cao vì nhiệt độ sấy cao, thời gian sấy ngắn Cường độ bay hơi ẩm vào khoảng (8 ữ 10) kg/m2.h

1.6 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.6.1 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xỏc ủịnh một số thụng số cụng nghệ của quỏ trỡnh sấy làm cơ sở cho việc hoàn thiện qui trỡnh cụng nghệ và hệ thống thiết bị sấy nhằm tạo ra sản phẩm tinh bột biến tớnh cú chất lượng cao ủỏp ứng yờu cầu của sản phẩm

1.6.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu xác định nguyên tắc làm việc và nguyên tắc cấu tạo của máy sấy hai trống

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và khảo nghiệm máy

- Thực nghiệm xác định khoảng sử dụng của từng thông số tới quá trình khi sấy

Hình 1.15: Máy sấy vải

1- Vải ẩm; 2- ống cấp hơi nước nóng; 3- tang sấy; 4- ổ đỡ; 5 – giá đỡ; 6- vải

khô;

7,8,9 – cốc xả nước ngưng

- Nguyên lý cấu tạo:

Đây là loại máy sấy hai trống cấp liệu kiểu kẹp Máy có cấu tạo gồm hai trống 5 đặt nằm ngang và quay ngược chiều nhau cùng một tốc độ, và có hướng quay theo xu hướng cuốn liệu vào khe phía trên của hai trống sấy Hai trống sấy 5 quay ngựơc chiều cùng một tốc là do cặp bánh răng 3 trên đầu trục của hai trống sấy này ăn khớp với nhau hai bánh răng này giống nhau Cặp bánh răng 3 nhận chuyển

độ từ hộp số 2 còn hộp số nhận chuyển động từ động cơ 1 thông qua bộ chuyền

động đai thang

Vật liệu được cấp vào bởi đường cấp liệu số 8, đường ống này chuyển động lắc qua lại bằng hệ thống lệch tâm 12 có gắn động cơ Hơi quá nhiệt được cấp vào thông qua đường cấp hơi số 9, đường hơi này thông qua trục trống sấy đi vào trong lòng trống sấy Còn đường nước ngưng được đưa ra bởi đường ống số 10, nước ngưng lấy ra được bởi cụm thu nước ngưng 11

Khe hở giữa hai trống sấy 5 được điều chỉnh bởi cở cấu điều chỉnh khe hở 6 Còn liệu được tháo ra khỏi trống bởi các cụm dao nạo số 7 Trong này dao nạo có thể điều chỉnh được khe hở so với trống sấy 5