Nghiên Cứu Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất Tinh Bột Oxy Hóa Từ Tinh Bột Sắn Và Đánh Giá Khả Năng Ứng Dụng Cho Sản Xuất Giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT OXY HĨA TỪ TINH BỘT SẮN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHO SẢN XUẤT GIẤY NGÀNH : CÔNG NGHỆ THỰC PHẲM 04.3898 BÙI THỊ MINH TÂM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS TRẦN THỊ MAI HÀ NỘI 2007 LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Cơ điện nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch, Bộ môn Công nghệ thực phẩm – Sau thu hoạch, Đại học Bách khoa Hà nội tạo điều kiện thuận lợi q trình tơi học tập thực đề tài Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Thị Mai (Viện Cơ điện NN & CNSTH) định hướng, tạo điều kiện tận tình giúp đỡ bảo để tơi có kiến thức kinh nghiệm quý báu để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo phịng cán nhóm Chế biến Lương thực (Viện Cơ điện & CNSTH) tạo điều kiện tốt giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn thực đề tài Đặc biệt, muốn cảm ơn tình cảm gia đình bạn bè động viên, nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành tốt công việc giao Hà nội, ngày tháng năm 2007 BÙI THỊ MINH TÂM MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN .8 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT SẮN .8 1.1.1 Tinh bột 1.1.1.1 Hình dáng, kích thước cấu trúc hạt tinh bột 1.1.1.2 Thành phần hóa học tính chất tinh bột 1.1.2 Tinh bột sắn 11 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, SỬ DỤNG TINH BỘT VÀ TINH BỘT BIẾN TÍNH TỪ SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 13 1.2.1 Tình hình sản xuất, sử dụng tinh bột tinh bột biến tính giới 13 1.2.2 Tình hình sản xuất, sử dụng tinh bột tinh bột sắn biến tính Việt nam .18 1.3 TINH BỘT BIẾN TÍNH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT 19 1.3.1 Phương pháp biến tính hóa học 20 1.3.1.1 Biến tính tinh bột phương pháp oxy hóa 21 1.3.1.2 Biến tính tinh bột axit 25 1.3.1.3 Biến tính tinh bột cách tạo liên kết ngang 25 1.3.1.4 Biến tính tinh bột xử lý tổ hợp để thu tinh bột keo đơng 26 1.3.1.5 Biến tính tinh bột cách gắn thêm nhóm photphat 26 1.3.2 Phương pháp biến tính vật lý 27 1.3.2.1 Trộn với chất rắn trơ 27 1.3.2.2 Biến tính hồ hóa sơ .27 1.3.2.3 Tinh bột biến tính gia nhiệt khô nhiệt độ cao 27 1.3.3 Phương pháp biến tính tinh bột enzyme 28 1.4 CÁC ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT VÀ TINH BỘT SẮN BIẾN TÍNH 29 1.4.1 Ứng dụng công nghiệp thực phẩm 29 1.4.2 Ứng dụng công nghiệp dệt 30 1.4.3 Ứng dụng tinh bột, tinh bột biến tính cơng nghiệp sản xuất giấy 31 1.4.4 Ưu điểm việc sử dụng tinh bột biến tính so với tinh bột gốc công nghiệp sản xuất giấy 36 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TINH BỘT BIẾN TÍNH, TINH BỘT OXY HỐ THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 36 1.5.1 Một số nghiên cứu tinh bột biến tính, tinh bột oxy hóa giới 37 2.5.2 Một số nghiên cứu tinh bột biến tính, tinh bột oxy hóa Việt nam 37 PHẦN II: NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 Nguyên vật liệu thiết bị sử dụng 39 2.1.1 Nguyên liệu 39 2.1.2 Hoá chất thiết bị sử dụng 39 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 2.2.1 Khảo sát số tiêu tinh bột sắn để lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu tinh bột biến tính 40 2.2.2 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc (hình dạng, kích thước) tinh bột sắn ngun liệu tính chất liên quan đến q trình biến tính tinh bột 40 2.2.3 Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa để sử dụng công nghiệp sản xuất giấy .40 2.2.4 Đánh giá – so sánh chất lượng sản phẩm với tinh bột oxy hóa nhà máy giấy nhập ngoại .41 2.2.5 Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn oxy hóa sử dụng cho sản xuất giấy 41 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .41 2.3.1 Phương pháp cơng nghệ - Sơ đồ bố trí thí nghiệm 41 2.3.2 Phương pháp phân tích tiêu chất lượng nguyên liệu sản phẩm 42 2.3.2.1 Phương pháp phân tích tiêu hố lý 42 2.3.2.2 Phương pháp phân tích tiêu hóa học 43 2.3.2.2 Phương pháp xác định tiêu vật lý 45 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 47 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Khảo sát số tiêu tinh bột sắn, lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu biến tính tinh bột .48 3.2 Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc (hình dạng, kích thước) tính chất liên quan đến q trình biến tính tinh bột 49 3.2.1 Chụp vi ảnh hạt tinh bột qua kính hiển vi điện tử quét xác định kích thước trung bình hạt tinh bột phương pháp tán xạ laze 49 3.2.2 Xác định thành phần amyloza amylopectin tinh bột sắn nguyên liệu 52 3.2.3 Xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn nguyên liệu phương pháp phân tích nhiệt vi sai .53 3.3 Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa để sử dụng cơng nghiệp sản xuất giấy 54 3.3.1 Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa đến mức độ oxy hóa tinh bột.55 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian oxy hóa đến mức độ oxy hóa tinh bột 59 3.3.3 Ảnh hưởng đa yếu tố nồng độ chất oxy hóa thời gian oxy hóa đến mức độ oxy hóa tinh bột .61 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ dịch bột phản ứng đến mức độ oxy hóa tinh bột .63 3.3.5 Ảnh hưởng pH dịch phản ứng đến mức độ oxy hóa tinh bột 65 3.2.6 Xác định điều kiện làm (lượng nước số lần rửa) tinh bột oxy hóa 66 3.2.7 Nghiên cứu thay đổi cấu trúc (hình dạng, kích thước) nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn sau biến tính oxy hóa 67 b Xác định thay đổi nhiệt độ hồ hóa tinh bột sau biến tính oxy hóa 67 a Sự thay đổi cấu trúc (hình dạng, kích thước) tinh bột sắn sau biến tính .71 3.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm so với tinh bột oxy hóa nhà máy giấy nhập ngoại 74 3.5 Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa để sử dụng cho cơng nghiệp sản xuất giấy 75 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 84 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Kích thước hạt số loại tinh bột .8 Bảng 1.2: Xuất tinh bột sắn Thái lan 15 Bảng 3.1: Các tiêu đánh giá lựa chọn tinh bột sắn nguyên liệu 48 Bảng 3.2: Đường kính trung bình hạt tinh bột sắn 51 Bảng 3.3: Hàm lượng amiloza amilopectin có tinh bột sắn 52 Bảng 3.4: Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn nguyên liệu 53 Bảng 3.5: Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa đến độ nhớt, độ trắng TB .56 Bảng 3.6: Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa tới hàm lượng cacboxyl, cacbonyl TB 58 Bảng 3.7: Ảnh hưởng thời gian oxy hóa đến mức độ oxy hóa tinh bột 60 Bảng 3.8: Ảnh hưởng thời gian nồng độ chất oxy hóa đến mức độ oxy hóa TB 62 Bảng 3.9: Ảnh hưởng nồng độ dịch bột phản ứng đến mức độ oxy hóa TB 64 Bảng 3.10: Ảnh hưởng pH dịch phản ứng tới mức độ oxy hóa tinh bột .65 Bảng 3.11: Xác định lượng nước rửa thích hợp 67 Bảng 3.12: Đường kính trung bình hạt tinh bột sắn hai mức oxy hóa khác 69 Bảng 3.13: Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn sau biến tính oxy hóa 71 Bảng 3.14: Kết phân tích tiêu đánh giá sản phẩm tinh bột oxy hóa 74 Hình 1.1: Cấu trúc phân tử amiloza 10 Hình 1.2: Cấu trúc phân tử amilopectin .10 Hình 1.3: Các phương pháp biến tính tinh bột 20 Hình 1.4: Sự oxy hóa tinh bột 21 Hình 1.5: Các phản ứng chủ yếu xảy trình oxy hóa .22 Hình 3.1: Vi ảnh tinh bột sắn với độ phóng đại 1500x 50 Hình 3.2: Vi ảnh tinh bột sắn nguyên liệu với độ 3000x 50 Hình 3.3: Biểu đồ phân bố đường kính hạt tinh bột sắn nguyên liệu 52 Hình 3.4: Độ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn nguyên liệu .54 Hình 3.5: Vi ảnh tinh bột sắn oxy hóa với độ phóng đại 1500x 68 Hình 3.6: Vi ảnh tinh bột sắn oxy hóa với độ phóng đại 1500x 69 Hình 3.7: Biểu đồ phân bố đường kính hạt mẫu tinh bột oxy hóa mức 70 Hình 3.8: Biểu đồ phân bố đường kính hạt mẫu tinh bột oxy hóa mức 70 Hình 3.9: Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa mức 72 Hình 3.10: Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa mức 72 Hình 3.11: Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa nhà máy giấy nhập ngoại 73 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 41 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột oxy hóa 76 MỞ ĐẦU Tinh bột nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp công nghiệp thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo dán tính chất đặc trưng tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo, độ dai, độ đàn hồi, độ xốp có khả tạo gel, tạo màng cho nhiều sản phẩm Trong công nghiệp sản xuất tinh bột, sắn coi nguyên liệu chủ lực hàm lượng tinh bột cao củ sản lượng hàng năm lớn Theo thống kê Tổ chức nông lương giới (FAO-2005), sản lượng sắn toàn giới đạt 208,5 triệu Trong châu Phi chiếm 54%; châu Á chiếm 28%; châu Mỹ La tinh Caribê chiếm 19% tổng sản lượng giới Sản lượng sắn Việt nam đạt 2,8 triệu ( số liệu Niên giám thống kê năm 2005) Hiện nay, công nghiệp sản xuất tinh bột sắn theo quy mô lớn tập trung chủ yếu nước châu Á Thái lan,Trung Quốc, Việt nam; nước thuộc Châu Phi, Mỹ La tinh chủ yếu quy mô nhỏ Năm 1994, sắn dùng cho chế biến tinh bột chiếm 4% tổng sản lượng toàn giới (5,9 triệu tấn), đến năm 2005 lên đến 13% (12,9 triệu tấn) [39] Cũng loại tinh bột khác, với tính chất bật độ nhớt dịch hồ, độ trong, độ ổn định tan giá cao, tinh bột sắn sử dụng nhiều ngành công nghiệp giấy, hồ dán, dệt, dược phẩm, cồn, dextrin,… Tuy nhiên, việc sử dụng tinh bột tự nhiên gặp nhiều hạn chế thối hóa dịch hồ, độ dịch hồ giảm để lâu, khơng hịa tan nước lạnh, khơng có khả tạo gel bền,…Khắc phục nhược điểm tinh bột tự nhiên, ngày tinh bột biến tính nghiên cứu, sản xuất sử dụng rộng rãi giới Sản phẩm tinh bột biến tính nghiên cứu sản xuất từ nhiều nguồn ngun liệu ngơ, khoai tây, lúa mì, sắn Thái lan nước dẫn đầu sản xuất tinh bột sắn, đồng thời nước mà tinh bột biến tính từ sắn sản xuất quy mơ lớn Tinh bột oxy hóa dạng tinh bột biến tính phương pháp hóa học Người ta sử dụng nhiều tác nhân khác để oxy hoá tinh bột: periodat, dicromat, permanganat, persunfat, clorit, hypochlorite nước javel…Dưới tác dụng chất oxy hoá tinh bột bị phân cắt thành đoạn ngắn làm thay đổi tính chất lý hoá chúng như: độ nhớt giảm, hàm lượng carbonyl, carboxyl, độ trắng tăng…Tinh bột biến tính phương pháp oxy hố phù hợp cho nhiều ngành cơng nghiệp như:công nghiệp giấy, dệt … Trên giới, tinh bột biến tính phương pháp oxy hóa biết đến từ lâu Ở Việt Nam, điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển sắn, diện tích trồng sắn khơng ngừng mở rộng Hiện nay, lượng sắn xuất Việt Nam đạt khoảng 200.000 tấn/năm, đứng hàng thứ giới [23] Việc sử dụng sắn cho sản xuất tinh bột tăng nhanh 10 năm qua với việc xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột sắn quy mô lớn khắp vùng nguyên liệu VEDAN; Việt Đài; Theo FAO, năm 2003 1/3 tổng sản lượng sắn nước sử dụng cho sản xuất tinh bột Tuy nhiên, nước ta việc nghiên cứu, sản xuất sử dụng tinh bột biến tính nói chung tinh bột oxy hóa nói riêng cịn nhiều hạn chế Sản phẩm tinh bột biến tính sản xuất vài doanh nghiệp liên doanh Các sản phẩm tinh bột biến tính từ loại tinh bột, từ tinh bột sắn phải nhập ngoại để đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp nước Xuất phát từ lý tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hố từ tinh bột sắn đánh giá khả ứng dụng cho sản xuất giấy” • Mục tiêu đề tài:  Đưa quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa từ tinh bột sắn có chất lượng tốt sử dụng công nghiệp sản xuất giấy  So sánh chất lượng sản phẩm làm với tinh bột oxy hóa sử dụng nhà máy giấy • Nội dung đề tài:  Khảo sát số tiêu tinh bột sắn để lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu tinh bột biến tính  Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc (hình dạng, kích thước) tinh bột sắn nguyên liệu tính chất liên quan đến q trình biến tính tinh bột  Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa từ tinh bột sắn + Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa đến mức độ oxy hố tinh bột + Ảnh hưởng thời gian đến mức độ oxy hoá tinh bột + Ảnh hưởng đa yếu tố nồng độ chất oxy hóa thời gian oxy hóa đến mức độ biến tính tinh bột + Ảnh hưởng nồng độ dịch bột phản ứng đến mức độ oxy hoá tinh bột + Ảnh hưởng pH dịch phản ứng đến mức độ oxy hoá tinh bột + Xác định điều kiện làm tinh bột oxy hóa + Nghiên cứu thay đổi cấu trúc (hình dạng kích thước) tinh bột sắn sau biến tính phương pháp oxy hóa + Xác định thay đổi nhiệt độ hồ hóa tinh bột sau biến tính oxy hóa  Đánh giá – so sánh chất lượng sản phẩm với tinh bột oxy hoá nhà máy giấy nhập ngoại  Xây dựng quy trình sản xuất tinh bột oxy hố sử dụng cho cơng nghiệp sản xuất giấy PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT SẮN 1.1.1 Tinh bột 1.1.1.1 Hình dáng, kích thước cấu trúc hạt tinh bột: Trong tự nhiên, tinh bột hợp chất hữu phổ biến dồi dào, sau xenluloza Tinh bột dự trữ dạng hạt Hạt tinh bột tất hệ thống có dạng hình trịn, hình bầu dục hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn bé hạt tinh bột thóc Hình dáng, cấu tạo kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt trình sinh trưởng Ngay loại nguyên liệu, hình dáng kích thước chúng khơng giống Kích thước hạt khác dẫn đến tính chất lý khác nhau, nhiệt độ hồ hoá, khả hấp thụ xanh metylen, Hạt nhỏ thường có cấu tạo chặt, hạt lớn có cấu tạo xốp Chính mà tinh bột loại củ thường có cấu tạo xốp tinh bột loại hạt Kích thước hạt số loại tinh bột đưa bảng [7, 18, 34] Bảng 1.1: Kích thước hạt số loại tinh bột Tên gọi Ngơ Kích thước hạt (µm) – 30 Tên gọi Chuối Kích thước hạt (µm) – 60 Lúa mỳ – 50 Khoai tây – 13 Gạo 3–8 Khoai lang 15 – 120 Đại mạch – 40 Sắn – 50 Lúa – 10 Huỳnh tinh – 35 Đậu 30 – 50 Cấu tạo bên hạt tinh bột phức tạp Đã có nhiều tác giả nghiên cứu cấu tạo bên hạt tinh bột, tất cho thấy tinh bột 70 Hình 3.7 Biểu đồ phân bố đường kính hạt mẫu tinh bột oxy hóa mức Hình 3.8 Biểu đồ phân bố đường kính hạt mẫu tinh bột oxy hóa mức Ở mẫu tinh bột mức oxy hóa 1, mẫu sản phẩm đạt yêu cầu đề tài, đường kính hạt tập trung nhiều khoảng từ 17,37đến 19,90µm chiếm tỷ lệ 18,06% so với tổng thể tích khối hạt Qua vi ảnh tinh bột sắn biến tính oxy hóa hình 3.5 3.6 kết đo đường kính hạt tinh bột sắn sau biến tính bảng 3.12 với biểu đồ kích thước hạt 3.7; 3.8, thấy hình dáng bên ngồi gần 71 khơng thay đổi cịn kích thước hạt tinh bột tăng dần lên so với tinh bột nguyên liệu Ở mức oxy hóa (mức độ oxy hóa thấp hơn) hạt tinh bột sắn có đường kính trung bình 16,17 nhỏ mức oxy hóa (mức độ oxy hóa cao hơn) có đường kính trung bình 18,07 Điều nói lên q trình biến hình, chất oxy hóa không phá vỡ hạt tinh bột mà xâm nhập vào bên hạt cách khuếch tán qua lớp vỏ hạt Q trình biến tính diễn bên hạt tạo nhiều phân tử mạch ngắn hơn, số phân tử tăng lên làm cho vỏ hạt phải dãn so với ban đầu Sự dãn hạt diễn đồng khắp cạnh Do đó, kích thước hạt tinh bột tăng lên rõ rệt sau biến tính cịn hình dáng chung gần khơng thấy thay đổi b Xác định thay đổi nhiệt độ hồ hóa tinh bột sau biến tính oxy hóa Từ kết nghiên cứu trước cho thấy, tinh bột oxy hóa có thay đổi nhiều tính chất có thay đổi lớn cấu trúc mạch tinh bột kích thước hạt Do nhiệt độ hồ hóa bị thay đổi Kết xác định nhiệt độ hồ hóa mẫu tinh bột sắn oxy hóa hai mức oxy hóa khác (nồng độ chất oxy hóa 35% 40%; thời gian oxy hóa 90 phút; nồng độ dịch tinh bột 40%) so sánh với nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn nguyên liệu, tinh bột oxy hóa sử dụng nhà máy sản xuất giấy thể bảng 3.13; hình 3.8; hình 3.9 hình 3.10 Bảng 3.13 Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn sau biến tính oxy hóa TT Tên mẫu Nhiệt độ hồ hóa (oC) Tinh bột sắn nguyên liệu 67,59 Tinh bột sắn oxy hóa mức 58,57 Tinh bột sắn oxy hóa mức 56,24 Tinh bột oxy hóa nhà máy giấy 59,35 72 HeatFlow/µV TG/% Exo 10 -10 Peak :58.5744°C -20 -5 -30 -10 30 40 50 60 70 80 Furnace temperature /°C Hình 3.9 Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa mức TG/% HeatFlow/µV Exo 10 -10 Peak :56.2468 -20 -5 -30 -10 30 40 50 60 70 80 Furnace temperature /°C Hình 3.10 Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa mức 73 HeatFlow/µV TG/% Exo 10 -10 Peak :59.3530°C -20 -5 -30 -10 30 40 50 60 70 80 Furnace temperature /°C Hình 3.11 Đồ thị DSC xác định nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hóa nhà máy giấy nhập ngoại Kết bảng 3.13 cho thấy: hạt tinh bột sắn oxy hóa có nhiệt độ hồ hóa thấp tinh bột sắn ban đầu Tùy theo mức độ oxy hóa khác mà nhiệt độ hồ hóa khác Mức độ oxy hóa cao nhiệt độ hồ hóa giảm, mức oxy hóa (nồng độ chất oxy hóa 35%; thời gian oxy hóa 90 phút; nồng độ dịch tinh bột 40%) nhiệt độ hồ hóa 58,57; mức oxy hóa (nồng độ chất oxy hóa 45%; thời gian oxy hóa 90 phút; nồng độ dịch tinh bột 40%) mức oxy hóa cao nhiệt độ hồ hóa 56,24 Điều giải thích q trình oxy hóa tinh bột hypoclorit tạo thành nhóm cacboxyl, cacbonyl đứt liên kết glucozit xảy tạo thành phân tử tinh bột có mạch ngắn Sự tạo thành ion liên kết với tinh bột ảnh hưởng đến độ bền liên kết hydro yếu tố cấu trúc bên hạt Do đó, diện nhóm cacboxyl tích điện âm dấu đẩy làm lung lay cấu trúc bên hạt, kết làm nhiệt 74 độ hồ hóa tinh bột biến tính oxy hóa giảm Mức độ oxy hóa tăng, số nhóm cacboxyl cacbonyl tạo thành tăng nên cấu trúc bên hạt bền Do nhiệt độ hồ hóa tinh bột biến tính giảm So sánh nhiệt độ hồ hóa sản phẩm tinh bột oxy hóa tinh bột oxy hóa nhà máy giấy thấy gần tương đương nhau, điều chứng tỏ mức độ biến tính hai mẫu tương đương Kết quan trọng để đánh giá khả ứng dụng sản phẩm tinh bột oxy hóa sản xuất giấy 3.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm so với tinh bột oxy hóa sử dụng nhà máy giấy Sản phẩm làm phân tích tiêu chất lượng nhằm đánh giá khả ứng dụng sản phẩm vào nhà máy sản xuất giấy Chính chúng tơi lấy tiêu chuẩn tinh bột oxy hóa nhà máy giấy nhập ngoại, để làm chuẩn so sánh Kết trình bày bảng 3.14 Bảng 3.14 Kết phân tích tiêu đánh giá sản phẩm tinh bột oxy hóa TT Các tiêu đánh giá Sản phẩm tinh Tinh bột oxy hóa nhập bột oxy hóa ngoại nhà máy giấy Độ ẩm (%) 12 12 Độ tro (%) 0.67 Độ pH (dung dịch 20%) 6÷7 5÷7 Độ trắng (%) 97 ≥ 90 Độ nhớt (dịch 10%) (cp) 78 60 ÷ 80 Kết cho thấy sản phẩm tinh bột oxy hóa làm đạt yêu cầu tinh bột oxy hóa sử dụng cho nhà máy giấy Bước đầu có sở để thăm dò ứng dụng vào sản xuất giấy nhằm giảm thiểu lượng tinh bột oxy hóa phải nhập từ nước cho nhà máy sản xuất giấy nước, đồng thời giúp giảm giá thành sản phẩm giấy 75 3.5 Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột oxy hóa để sử dụng cho công nghiệp sản xuất giấy Từ kết nghiên cứu đưa đây, rút thơng số cơng nghệ thích hợp cho q trình oxy hóa tinh bột sắn là: nồng độ chất oxy hóa 35%; thời gian oxy hóa 90 phút; nồng độ dịch tinh bột phản ứng 40%; pH phản ứng 9,0 Với thông số công nghệ đạt trên, đề xuất quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn oxy hóa sử dụng cho cơng nghiệp sản xuất giấy 76 Tinh bột sắn Nước Dịch tinh bột (40%) NaOH 1N Điều chỉnh pH Chất oxy hoá (NaClO 35%) Biến tính oxy hóa Đưa pH lên: Thời gian: 90 phút Làm Làm khơ Nghiền,Bao gói Tinh bột oxy hố Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột oxy hóa 77 Thuyết minh quy trình:  Chuẩn bị nguyên liệu: Tinh bột sắn nguyên liệu để sản xuất tinh bột oxy hóa Tinh bột sắn phải kiểm tra chất lượng trước chế biến Các tiêu chất lượng cần đạt là: Độ ẩm ≤ 13%; Tỷ lệ tinh bột: ≥ 96% (độ khô); Độ tro ≤ 0,2%; Độ trắng ≥ 90%  Hịa nước tạo dịch tinh bột: Mục đích để phản ứng biến tính đạt hiệu cao Lượng nước so với lượng tinh bột (tính theo khối lượng) 1,5/1 (tương đương 40%) Vì tinh bột khơng tan nước nên sau hòa tinh bột vào nước phải khuấy dịch huyền phù; tránh tượng lắng tinh bột  Điều chỉnh pH: Phản ứng oxy hóa thực mơi trường kiềm (thơng thường sau giai đoạn hòa nước pH dung dịch đạt 6,5-7,0) Vì cần điều chỉnh pH dịch huyền phù tinh bột đạt pH = Sử dụng dung dịch NaOH 1N để điều chỉnh pH  Biến tính oxy hóa: Tác nhân oxy hóa dung dịch NaClO có 5,0% clo hoạt động Lượng NaClO 35% (khối lượng so với khối lượng tinh bột) cho vào dịch huyền phù tinh bột cách từ từ Thời gian phản ứng thực 90 phút; dịch bột khuấy trình phản ứng  Làm sản phẩm: Dịch tinh bột oxy hóa rửa nước lần để loại bỏ tạp chất Lượng nước cho lần rửa 500ml/100g tinh bột 78 Sau lần rửa, để lắng dịch, tách nước lặp lại trình để thu sản phẩm tinh bột ướt  Làm khô sản phẩm: Tinh bột ướt làm khơ máy sấy thí nghiệm có quạt gió Nhiệt độ sấy 4-5 đầu 40- 45oC, sau nâng lên 50oC Sấy tới sản phẩm đạt độ ẩm ≤ 13%  Hồn thiện sản phẩm: Sản phẩm tinh bột oxy hóa có độ ẩm ≤ 13% nghiền; rây bao gói túi nylon PP để chống ẩm Sản phẩm bảo quản nơi khơ ráo, thống mát 79 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã lựa chọn tinh bột sắn Dương Liễu, Hà Tây làm tinh bột nguyên liệu đáp ứng tiêu: độ ẩm; độ trắng; tạp chất; hàm lượng tro; chất xơ; độ nhớt; độ pH để sản xuất tinh bột oxy hóa ứng dụng cho sản xuất giấy Đã xây dựng quy trình sản xuất tinh bột sắn oxy hoá sử dụng cho sản xuất giấy với thơng số: - Nồng độ chất oxy hố NaClO 35% (tương ứng với 1,75% clo hoạt động w/w) so với khối lượng tinh bột; - Thời gian tiến hành oxy hóa tinh bột 90 phút; - Nồng độ dịch bột thích hợp 40%; - pH dịch phản ứng 9,0 Đã xác định thay đổi hình dạng, kích thước nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn oxy hoá so với tinh bột nguyên liệu Tinh bột sau oxy hóa hình dạng khơng thay đổi kích thước tăng lên theo mức độ oxy hóa Đã xác định thơng số kỹ thuật sản phẩm tinh bột oxy hoá: độ ẩm 12 %; độ nhớt 60 – 80 cp; độ trắng 97 %; độ tro 0,67 %; độ pH ÷ so sánh với tinh bột oxy hóa nhập ngoại; đáp ứng với sản xuất giấy Kiến nghị Do thời gian, kinh phí đề tài cịn hạn chế nên khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến mức độ biến tính tinh bột sắn oxy hố Trên sở chúng tơi có số đề nghị sau: Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng nhân tố khác nhiệt độ phản ứng, tốc độ phản ứng, đến mức độ biến tính tinh bột oxy hố Hồn thiện cơng nghệ, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị để sản xuất tinh bột oxy hóa ứng dụng vào nhà máy sản xuất giấy 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Hoàng Kim Anh, Ngơ Kế Sương, Nguyễn Xích Liên (2005) Tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn NXB Khoa học Kỹ thuật - Hà Nội Phạm Văn Hùng (2001) Xác định số tính chất thông số công nghệ số loại tinh bột biến tính acid clohydric Luận văn cao học - Đại học Bách Khoa Hà Nội Trương Thị Minh Hạnh, (2003) Nghiên cứu dạng biến hình tinh bột hoa màu ứng dụng công nghiệp thực phẩm, Luận án TSKH, ĐH Đà nẵng Nguyễn Thị Minh Hạnh, (2005) Nghiên cứu số phương pháp sản xuất tinh bột ngơ biến tính, thuộc đề tài cấp nhà nước KC07-24, Bộ Khoa học Công nghệ Vũ Tiến Nam, (1992) Nghiên cứu sản xuất maltrodextrin dùng thực phẩm dược phẩm có số DE từ 15-30, Luận văn cao học, ĐHBK TP Hồ Chí Minh Lê Ngọc Tú (chủ biên), Lưu Duẩn, Đặng Thị Thu, Lê Thị Cúc, Lâm Xuân Thanh, Phạm Thu Thuỷ (2000) Biến hình sinh học sản phẩm từ hạt NXB Khoa học Kỹ Thuật - Hà Nội Lê Ngọc Tú (chủ biên), Bùi Đức Lợi, Lưu Duẩn, Ngơ Hữu hợp, Đặng Thị Thu (1999) Hố học thực phẩm NXB Khoa học Kỹ Thuật - Hà Nội Lê Ngọc Tú (chủ biên), La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Lợi, Lưu Duẫn, Lê Văn Diên (2000) Hoá sinh công nghiệp NXB Khoa học Kỹ Thuật - Hà Nội Mai Văn Lề, Phạm Thu Thủy, Tôn Anh Minh (1990) “Sản xuất bánh đa nem từ tinh bột sắn”, Tạp chí Nơng nghiệp – Cơng nghiệp Thực phẩm, 3,1990 81 TIẾNG ANH 10 Anderson R A (1967) Manifacture of wheat starch In starch: Chemistry anh technology Vol 2, Whisler.R.L and Paschall, E.F., Eds., Academic Pess, New York, chap 11 Balagopalan, C., Padmaja, G., Nand, S.K, and Moorthy, S N (1998) Cassava in food and Industry CRC Press Boca Raton, FL 12 Chattopadhyay, S., Singhal, R S., & Kulkarni, P R (1997) Optimisation of conditions of synthesis of oxidized starch from corn and amaranth for use in film-forming applications Carbohydrate Polymers, 34, 203-212 13 Daris Kuakpetoon, Ya-Jane Wang (2001) Characterization of Different Starches Oxidized by Hypochlorite Department of Food Science, University of Arkansas, Fayetteville, U.S.A 14 Jam, R Daniel (1999), Department of Food and Nutrition, in Industrial Ogannic Chemiscal, Vol.7, Purdue University, West Layayette, Indiana 47907 Unnited State 15 K Aution, T Suortti, A Hamunen vaf Poutanen (1995) Heat - induced structural changes of acid hydrolysed and hypochlorite- oxidized barley starches VTT Biotechnology and Food Research, P.O Box 1500, Fu - 2004 VTT, Finland Raisio Grup, P.O Box 101, 2120 Raisio, Finland 16 Klanarong Sriroth, (2002) Modification of cassava starch Paper presented at x International starch Convension, Cracow, Poland 17 Larry E.Fitt and Eileen (1984), Photomicrographs of starches in starch: chemistry and technology, Vol 2, Whisler, R.L.,Academic Press, NewYork, chap 23 18 Maura M Bean and Carole S Setser (1994) Polysaccharide, Suger, and Sweeteners, Food Theo and Application, Jane Bowers, Editior, Macmillan Publishing Company, New York 82 19 Moss, G.E., (1976) The Microscopy of starch, In J.A Radley, Examination and analysis of starch and its products, London, Applied Science Publishers, 22-27 20 Morton W.R., Daniel S (1984) Starch derivatives: production and use, in Starch: Chemistry and technology, Academic Press 21 M.M Sánchez-Rivẻa, F.J.L García-Suárez, M Velázquez del Valle, F Gutierrez-Meraz, L.A Bello-Pérez (2005) Partial charactterization of banana starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite Centro de Deasarrollo de Productos Bióticos de IPN, Km 8,5carr, Yautepec-Jojutla, colonia San Isidro, apartado postal 24, 62731 Yautepec, Morelos, Mexico 22 Poonam Aggarwal, David Dollimore, (1998) The effect of chemical modification on starch studied using thermal analysis, Thermochimica Acta,324 23 Radley,J.A., (1976) Examination and analysis of starch and starch products Applied Science Publisher Ltd, London 24 Roy L Whistler, (1984) History and Future Expectation of starch use, Chemistry and Technology, 2nd ed Academic Press, Orlando, chap 25 Rohwer, R G., Klein, R E., (1984) Acid-Modified starch: production and use in starch: chemistry and technology, 2nd ed, Academic Press, Orlando, chap 17 26 Hixon,R.M and Farley,F.F., (1942), Oxidation of raw starch granules by electrolysis in alkaline sodium chloride solution, Ind Eng.Chem., 34, 67 27 Rutenberg,M.W., Solarek, D., (1984) Starch derivatives: production and use, in starch: chemistry and technology, 2nd ed, Academic Press, Orlando, chap 10 28 Scallet, B L., Sowell, E A., (1967) Production and use hypoclorite oxidized starches, in starch: chemistry and technology, 2nd ed, Academic 83 Press, New York, chap 10 29 Schmorak, J., , A study of the mild oxidation of wheat starch and waxy maize starch by sodium hypoclorite in the alkaline pH range, Starch 15, 217 30 Thomas, D J., Atwell, W A., (1999) Starch modification, Starches, p3148 Minnesota,USA: American Association of Cereal Chemists 31 Truman, P., Phillips Cassava starch/ Global Opportunities 32 Wang, Y., Wang, L., (2003) Physicochemical properties of common and waxy corn starches oxidized by different levels of sodium hypochlorite Carbohydrate Polymers, 52, 207-217 33 Wang, Y., Kuakpetoon, D., (2001) Characterization of different starches oxidized by hypochlorite Starch/ Stärke, 53, 211-218 34 Wurzburg, O B., (1984) Modified starch: properties and uses CRC press, Inc Boca Raton, Florida 35 Sriroth Klanarong, Kunruedee Sangseethong Comparison of oxidized cassava starch prepared by different oxidizing agents Bangkok, Thai lan 36 Wurzburg, O B., (1986) Converted starches, In O.B Wurzburg (Ed), Modified starch: properties and uses CRC press, Inc Boca Raton, Florida, p17-40 37 Wurzburg, O B., (1972) Starch in food industry, in Handbook of food Additives, 2nd ed., Furia, T E., ed., CRC Press, Cleveland, 316 38 http://www.agroviet.gov.vn 39 http://www.fao.org 40 http://www.mofa.gov.vn 41 Trang tin VeDan Việt nam 42 http://www.Alibaba.com 84 PHỤ LỤC ... (cp) 48 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát số tiêu tinh bột sắn, lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu biến tính tinh bột Hiện nay, sản phẩm tinh bột sắn thị trường đa dạng dùng vào nhiều... Phương pháp xác định tiêu vật lý 45 2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 47 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Khảo sát số tiêu tinh bột sắn, lựa chọn nguyên liệu cho nghiên cứu... hành: - Cân 50 g tinh bột khô cho vào cốc 1000 ml Thêm nước cất vào cho tổng khối lượng 500g - Đặt thìa khuấy vào cốc Đặt cốc vào bình ổn nhiệt, gắn thìa khuấy vào máy khuấy khuấy tốc độ khơng