CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

CHƯƠNG I : NGUYÊN LIỆU 3

1 Nguồn gốc 3

2 Phân loại 3

3 Cấu tạo củ khoai mì 3

4 Thành phần hoá học của củ khoai mì 4

CHƯƠNG II : SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5

QUY TRÌNH 1 5

QUY TRÌNH 2 6

CHƯƠNG III : THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 7

1 QUY TRÌNH 1 7

1.1 Lựa chọn nguyên liệu 7

1.2 Ngâm 7

1.3 Rửa 8

1.4 Cắt khúc 9

1.5 Nghiền 10

1.6 Tách bã thô 12

1.7 Tách dịch bào 14

1.8 Tách bã mịn 16

1.9 Tách nước 17

1.10 Sấy tinh bột 18

1.11 Bao gói 21

2 QUY TRÌNH II 21

2.1 Ngâm 21

2.2 Rửa 21

2.3 Cắt khúc 21

2.4 Nghiền 21

2.5 Tách dịch bào 21

2.6 Tách bã thô 22

2.7 Tách bã mịn 23

2.8 Tách nước 23

2.9 Sấy 23

2.10 Bao gói 23

3 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA 2 QUY TRÌNH 23

CHƯƠNG IV : TINH BỘT THÀNH PHẨM 24

1 TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG TINH BỘT KHOAI MÌ 24

1.1 Tiêu chuẩn bột khoai mì ăn được 24

1.2 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột tại một số nhà máy 25

1.2.1 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột tại nhà máy “Song Be – Singapore Tapioca” ở Bình Phước 1.2.2 Tiêu chuẩn tinh bột khoai mì tại nhà máy “The Intimex Tapioca starch factory” ở Nghệ An 2 ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT KHOAI MÌ 26

Tài liệu tham khảo 28

CHƯƠNG I NGUYÊN LIỆU

1 Nguồn gốc:

Cây khoai mì (Cassava) hay còn gọi là cây sắn là cây lương thực ưa ấm nên

được trồng nhiều ở những nước có khí hậu nhiệt đới, có tên khoa học là Manihot

esculenta Crantza Nó có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone, Nam Mỹ rồi dần dần

phát triển đến châu Phi và Đông Nam Á Ở nước ta, khoai mì được trồng khắp nơi từ Bắc tới Nam, nhiều nhất là ở trung du và miền núi

– Không dùng làm thức ăn tươi mà dùng sản xuất tinh bột hay sắn lát

– Có hiệu quả kinh tế trong chế biến cao nhưng đòi hỏi phải có qui trình công nghệ phức tạp để tách dịch bào

Khoai mì ngọt : bao gồm tất cả các loại có hàm lượng độc tố thấp: sắn đỏ, sắn vàng, sắn trắng…So với khoai mì đắng thì các loại khoai mì ngọt thường có hàm lượng tinh bột thấp hơn

3 Cấu tạo củ khoai mì :

Tùy theo giống, điều kiện canh tác và độ màu mỡ của đất mà củ khoai mì có kích thước dài 0,1-0,2 m và đường kính 2-12 cm Đường kính thường không đều theo chiều dài thân củ, phần gần cuống to nhưng càng gần chuôi càng nhỏ Hình dạng củ không đồng nhất, có củ thẳng, củ cong, có củ lại biến dạng cục bộ Càng gần chuôi củ càng mềm do ít xơ và phát triển sau Do đó khi thu hoạch khó có thể giữ cho củ nguyên vẹn, đó là một trong những khó khăn khi bảo quản tươi

Cấu tạo gồm 4 phần chính :

Vỏ :

– Vỏ gỗ : chủ yếu là xenllulose, không có tinh bột, nhiệm vụ bảo vệ, trong chế biến tách càng sạch càng tốt

– Vỏ cùi : một ít tinh bột ( 5%-8%), chất chứa Nitơ, dịch bào

Trong dịch bào có : tannin, sắc tố, độc tố, các chất men, các thành phần vi lượng khác Dịch bào ảnh hưởng xấu đến chất lượng khoai mì tươi sau khi đào và gây khó khăn trong chế biến

Thịt củ : chứa tinh bột , nguyên sinh chất , đường , một ít dịch bào và các chất

4 Thành phần hoá học của củ khoai mì :

Thành phần hoá học của củ khoai mì dao động trong khoảng khá rộng tuỳ thuộc vào giống, khí hậu, điều kiện chăm bón, thời gian thu hoạch

Bảng 1: Thành phần hóa học trung bình của củ khoai mì

Nước Protid Tinh bột Chất béo Xenlulose Đường Tro

Ngoài những chất dinh dưỡng trên trong khoai mì còn có chứa một chất có khả năng gây độc cho người sử dụng là HCN, tồn tại dưới dạng cyanogenic glucoside gồm

2 loại : Linamarin (C10H17O6N) và Lotaustralin (C11H19C6N)

Các glucoside này chủ yếu tập trung nhiều ở vỏ cùi và lõi nên dễ dàng tách bỏ khi sử dụng bằng cách bóc vỏ và ngâm trong nước

Bảng 2 : Hàm lượng HCN trong các phần của củ khoai mì (mg/kg củ)

Vỏ gỗ Vỏ cùi Hai đầu củ Thịt củ Lõi củ

Các glucoside này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột khoai mì, độc tố theo dịch nước thải ra ngoài Vì vậy mặc dù khoai mì đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng vẫn được sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc

Một điểm cần chú ý khi sản xuất tinh bột từ khoai mì là quá trình tách dịch bào phải tiến hành nhanh, nếu không HCN sẽ tác dụng với Fe tạo thành sắt cyanate có màu xám làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm tinh bột

Enzyme :

Trong khoai mì, các chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxidase có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nguyên liệu trong quá trình bảo quản và chế biến Khi chưa đào, hoạt độ enzyme trong khoai mì yếu, sau khi đào thì mọi chất men đều hoạt động mạnh

Polyphenoloxidase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp với các chất không có bản chất phenol như acid amine để hình thành các sản phẩm có màu Trong nhóm polyphenoloxidase có những enzyme oxy hóa các monophenon mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy hóa tyrosine tạo thành quinon tương ứng Sau một số chuyển hóa, quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanine Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt khoai mì có màu đen mà thường gọi là khoai mì chạy nhựa Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi Đối với khoai mì đã chảy nhựa, khi mài xát sẽ khó phá vỡ tế bào giải phóng tinh bột do đó hiệu suất tách tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng

Khi chế biến, tannin còn tác dụng với sắt tạo thành sắt tannate cũng có màu xám đen Cả hai chất này đều ảnh hưởng tới màu sắc tinh bột nếu khi chế biến không tách

SO 2

Bao gói

Làm nguội

CHƯƠNG III

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 QUY TRÌNH 1

1.1 Lựa chọn nguyên liệu:

Lựa chọn nguyên liệu để đưa vào sản xuất tinh bột là khâu đầu tiên rất quan trọng, góp phần quyết định chất lượng của tinh bột thành phẩm sau này

Phương pháp lựa chọn nguyên liệu hiện nay chủ yếu là phương pháp cảm quan

Cách thực hiện như sau: chọn củ trung bình rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ cần dùng một lực vừa phải bẻ gãy củ và thấy thịt củ săn chắc, khô, trắng đục thì có thể coi là đạt yêu cầu vì củ còn tươi, thu hoạch đúng tuổi, hàm lượng tinh bột cao Nếu bẻ gãy củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt củ có màu vàng nhạt, chắc nhưng phần giữa củ ướt thì đó là khoai mì non, hàm lượng tinh bột thấp Nếu phải dùng một lực mạnh mới có thể bẻ gãy củ hoặc không bẻ được thì đó là khoai mì già, hàm lượng tinh bột thấp, nhiều xơ

Hiện nay chưa có quy định chung về chất lượng khoai mì đưa vào sản xuất tinh bột nhưng ở từng nhà máy đều có quy định riêng về chỉ số chất lượng Ví dụ như:

– Hàm lượng tinh bột trong củ sắn phải từ 14-15% trở lên

– Lượng củ nhỏ và ngắn (chiều dài nhỏ hơn 10cm, đường kính củ chỗ lớn nhất nhỏ hơn 1,5cm) không quá 4%

– Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%

– Lượng đất và tạp chất chiếm tối đa 1,5-2%

– Không có củ thối

– Củ có dấu vết chạy nhựa không quá 3%

– Nếu chế biến ngay trong vòng 3 ngày trở lại thì cuống khoai mì có thể ngắn, nhưng nếu bảo quản dự trữ lâu hơn thì cần phải để cuống dài

1.2 Ngâm:

1.2.1 Mục đích :

– Làm cho củ mềm ra, giảm nhẹ quá trình mài hoặc nghiền

– Làm bở và loại bỏ một phần tạp chất bám vào nguyên liệu

– Hòa tan sơ bộ các sắc tố, các glucozit gây độc (phateolumatin), hoặc hòa tan và ngăn cách không cho các chất tannin t ác dụng với oxy làm giảm màu sắc tự nhiên của sản phẩm

1.2.2 Thiết bị:

Bể ngâm được xây bằng gạch hoặc bêtông Đáy bể hơi dốc để dễ dàng tháo kiệt nước và làm vệ sinh Ở góc bể sát đáy có cửa tháo nước và vòi cấp nước trên miệng bể

1.2.3 Thông số kỹ thuật:

Thời gian: 4-8h tùy theo loại nguyên liệu và mức độ nhiễm bẩn từ củ

Hóa chất sử dụng: CaO (1,5 kg/m3 nước ngâm)

1.3 Rửa:

1.3.1 Mục đích:

– Rửa sạch đất cát, đá và tách một phần vỏ

– Tránh làm mòn răng máy nghiền và làm giảm hiệu suất nghiền

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

1.3.2 Thiết bị:

Ở những nhà máy lớn, người ta sử dụng nguyên củ để sản xuất Việc rửa củ ở đây không chỉ để rửa sạch củ mà còn để tách lớp vỏ lụa bên ngoài của vỏ Vì chỉ có lớp vỏ lụa bị tách nên ta sẽ thu được tinh bột trong phần vỏ cùi, như vậy tính kinh tế sẽ cao hơn Phần vỏ cùi chiếm đến 8,5% khối lượng toàn củ

Thiết bị rửa củ thường dùng trong sản xuất tinh bột khoai mì là thùng hình trụ có đục lỗ, để ngập một phần trong nước

Lưới lọc tạp chất nặng

Rãnh tháo nước thải và tạp chất

Thanh đảo trộn Nguyên liệu

Nước

Cửa tháo liệu

Hình 1 : Thiết bị rửa củ

1.3.3 Nguyên tắc hoạt động:

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

– Củ được đảo trộn mạnh và đẩy về phía trước nhờ bàn chải trục vít

– Một dòng nước ngược được đưa chảy qua bể

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

– Hoạt động kết hợp của các dòng nước có áp suất cao, sự cọ xát của củ vào thành thiết bị và vào nhau giúp loại bớt hầu hết lớp vỏ và đất đá

1.3.4 Thông số kỹ thuật :

– Chiều dài : 8m

– Chiều dài phần thanh trộn ngập nước : 3,4 m

– Khoảng cách giữa 2 cánh kế tiếp : 40 – 80 mm

– Năng suất theo nguyên liệu : 175 tấn/ ngày

– Đường kính (chiều rộng) : 0,8 – 1,2 m

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

1.3.5 Các biến đổi trong quá trình rửa :

– Biến đổi vật lý: Sau khi rửa sẽ tách được 94-97% tạp chất ra khỏi củ, khối

lượng củ giảm còn 93-94,5%

– Biến đổi hóa lý: Có sự tách một số chất hoà tan trong nguyên liệu như độc tố, sắc tố, tannin… vào trong nước rửa

– Biến đổi hóa sinh: Sự hoạt động của các enzyme oxi hóa làm đen sản phẩm

Hình 2: Thiết bị cắt khúc khoai mì

1.4.3 Nguyên tắc hoạt động :

Củ khoai mì sau khi rửa sạch được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào thiết

bị cắt khúc Nhờ động cơ, hệ thống dao cắt chuyển động xung quanh trục và cắt nhỏ củ khoai mì thành từng khúc dài 100 -120mm Khoai mì sau khi cắt đi ra khỏi thiết bị và chuẩn bị vào máy nghiền

1.4.4 Thông số kỹ thuật :

– Số lưỡi dao : 2 – 3 cái

– Tốc độ trục gắn lưỡi dao : 250 vòng/phút

– Năng suất máy : 15- 20 tấn/ ngày tùy theo tiếp liệu nhanh hay chậm – Công suất động cơ : 20kW

1.4.5 Các biến đổi trong quá trình cắt khúc :

Biến đổi vật lý: Củ khoai mì ban đầu có kích thước 15-20cm được cắt thành những đoạn nhỏ hơn có kích thước 5-6cm

1.5 Nghiền:

1.5.1 Mục đích :

Quá trình nghiền nhằm mục đích phá vỡ màng tế bào khoai mì để giải phóng tinh bột khỏi tế bào Đây là khâu quan trọng nhất trong việc quyết định hiệu suất thu hồi tinh bột Sự phá vỡ màng tế bào càng triệt để thì hiệu suất tách tinh bột càng cao

1.5.2 Thiết bị:

Ta sử dụng máy nghiền Jahn có roto làm bằng thép với đường kính từ 40-50 cm, độ dài từ 30-50 cm Các lưỡi dao răng cưa được bố trí dọc theo các rãnh được khắc xung quanh chu vi của trống Lưỡi dao có 8-10 răng cưa/cm, đặt cách xa nhau 6-10

mm, cao hơn bề mặt khoảng 1mm

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

Hiệu suất nạo sau lần nạo đầu tiên : 85%

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

Hình 3 : Cấu tạo thiết bị nghiền

Nhờ sự cọ xát liên tục giữa các lưỡi dao mà các tế bào khoai mì bị phá vỡ, trong đó một lượng lớn hạt tinh bột được giải phóng.Với những máy nghiền hiệu quả nhất ta vẫn khó có thể giải phóng tất cả các hạt tinh bột khỏi tế bào.Vì vậy, sản phẩm của quá trình nghiền sau khi lọc qua rây sẽ được đem đi nghiền lần hai

1.5.4 Thông số kỹ thuật :

– Tốc độ quay : 1000 – 2000 vòng/phút

– Tốc độ tang quay : 50m/s

– Đường kính tang quay : 0,4 – 0,7m

– Số lượng búa nghiền

– Kích thước lỗ lưới

– Lưỡi cưa thường được chế tạo bằng thép dẻo, cứng, dày 0,8mm, chiều cao răng 2mm, trên 1cm có 8 răng

– Năng suất khoảng 10 tấn củ khoai mì tươi mỗi ngày

1.5.5 Các biến đổi trong quá trình nghiền :

– Biến đổi vật lí : Có sự thay đổi kích thước của nguyên liệu Tế bào tinh

bột bị phá vỡ giải phóng tinh bột dưới dạng những hạt có kích thước nhỏ Nguyên liệu bây giờ là khối bột nhão mịn có độ ẩm khoảng 80% (độ mịn khác nhau tuỳ

theo công nghệ và thiết bị sử dụng)

– Biến đổi hoá sinh : Khi xé nát vỏ tế bào, các enzym trong tế bào cũng

được giải phóng và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzym thuỷ phân tinh bột

,enzym oxi hoá khử như polyphenol oxidase sẽ làm sẫm màu sản phẩm

– Biến đổi sinh học : Vì củ rửa sạch trước khi nghiền và thời gian không

quá lâu nên sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể

1.5.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền :

Số vòng quay: số vòng quay càng lớn thì hiệu suất nghiền càng cao Lỗ lưới nhỏ thì hiệu suất nghiền lớn nhưng năng suất giãm và chi phí năng lượng tăng cao

Chất lượng búa nghiền Rất khó để giải phóng tất cả các hạt tinh bột kể cả với máy nghiền có hiệu quả cao nếu chỉ với một lần nghiền Vì thế mà khối cháo sau khi nghiền lần 1 thường được nghiền tiếp lần 2 trước khi đem lọc

1.6 Tách bã thô:

1.6.1 Mục đích:

Sau khi nghiền ta thu được hỗn hợp sữa bột thô gồm các mảnh tế bào, tinh bột tự do, dịch bào, tế bào nguyên vẹn Dịch bào khi tiếp xúc với oxi không khí, dưới tác dụng của các enzyme nó rất dễ bị oxi hóa và nhanh chóng biến đổi màu Tinh bột hấp phụ màu đó làm mất màu trắng tự nhiên nên phẩm chất bị giảm Để tách dịch bào, ta

có thể dùng máy li tâm Đối với loại củ ít xơ (khoai tây), sau khi nghiền có thể tách dịch bào ngay, nhưng đối với khoai mì, trước khi li tâm phải tách bã thô nhằm mục đích :

– Tạo điều kiện cho quá trình tách dịch bào sau đó hiệu quả hơn

– Quá trình tách bã thô làm loãng dịch bào, hạn chế đươc sự biến đổi màu của

dịch bào, vì vậy tinh bột ít bị thay đổi màu

– Rửa tách một phần tinh bột tự do từ hỗn hợp sữa bột thô

1.6.2 Thiết bị : Ta sử dụng thiết bị rây quay

Thiết bị rây quay bao gồm một khung hình nón làm bằng gỗ cứng, cố định ở đầu lõm vào, và trục nằm ngang dài ít nhất 3m, được phủ bằng một lớp vải thông thường hoặc gắn một lưới mỏng bằng phospho đồng Lưới này được sử dụng nhiều do có độ bền cao hơn, nhưng khi sử dụng nó ta phải chải thường xuyên để loại bỏ những tạp chất gây bít lỗ rây

Hình 4 : Cấu tạo thiết bị rây quay

1.6.3 Nguyên tắc hoạt động :

Dung dịch sữa tinh bột thô được cấp vào ống hình nón phía đầu nhỏ Khi rây quay (khoảng 50 vòng/phút) hỗn hợp sẽ từ từ được đưa xuống đầu còn lại, từ đó bã được đưa ra bể chứa Trong khi đó, nước được phun với áp suất khoảng 6at qua các đầu phun đặt dọc theo trục Vì thế khi hỗn hợp đến đầu kia thì hầu như đã được rửa sạch

Rây quay có khả năng ngăn chặn sự bít kín lỗ rây khi nguyên liệu có độ dính cao, vì thế hiện nay nó là loại thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy có năng suất trung bình

Người ta có thể trang bị thêm hai bộ chổi quét cho rây quay, một bộ được đặt tại cửa ra còn một bộ hoạt động như cánh gạt Cả hai bộ hoạt động cùng lúc đảm bảo

cho lưới rây luôn sạch để dịch chứa tinh bột chảy qua Lưới rây được gắn trên một khung nhôm có thể tháo rời thuận tiện cho việc thay đổi lưới rây khi cần thiết

Bã đi ra còn chứa một lượng lớn tinh bột do đó sẽ được đem đi nghiền lần nữa, bột nhão được sàng lại trong thiết bị rây quay thứ cấp hoặc bã sẽ được phơi khô rồi tán nhỏ thành bột để làm thức ăn cho gia súc

1.6.4 Thông số kỹ thuật :

– Nồng độ chất khô của hỗn hợp đưa vào thiết bị rây: 27oBx

– Nồng độ chất khô của dung dịch sữa tinh bột sau khi qua rây có thể dao động

trong khoảng 8-10o Bx

– Kích thước lỗ rây: 0,7mm

– Hệ số rửa tách tinh bột tự do khoảng 85%

1.6.5 Các biến đổi trong quá trình tách bã thô :

– Biến đổi vật lý: Sau quá trình tách ta thu được hai phần: phần bã thô và phần

nước dịch (sữa tinh bột) Bã thô bao gồm cellulose và các hạt có kích thước to bị giữ lại trên rây và được tách ra ngoài nên phần nước dịch chỉ chứa các hạt tinh bột có kích thước nhỏ hơn và một lượng lớn các chất hòa tan Kích thước hạt huyền phù trong nước dịch giảm

– Biến đổi hóa học: Hầu như không có biến đổi đáng kể ngoài nồng độ chất khô giảm

– Biến đổi hóa lý, hóa sinh, sinh học: Không đáng kể

1.6.6 Ưu, nhược điểm của thiết bị rây quay:

L Ưu điểm : hạn chế được sự bít lưới bởi các chất có khả năng tạo keo (do

thiết bị quay trong quá trình hoạt động) và có 2 bộ chổi quét để cạo sạch bã ra khỏi lưới

L Nhược điểm : hiệu suất thu hồi tinh bột không cao, tốn nước Hiện nay các

loại thiết bị rây quay đơn như vậy thường chỉ được sử dụng cho các nhà máy có quy mô vừa vì trong các nhà máy lớn thì tinh bột phải được lấy một cách triệt để có thể kèm theo tiêu hao một lượng nước nhỏ nhất

1.7 Tách dịch bào

1.7.1 Mục đích:

Quá trình tách dịch bào nhằm mục đích loại phần dịch bào có chứa polyphenol và enzyem polyphenoloxydase và các hợp chất hòa tan khác để hạn chế quá trình oxy hóa làm chuyển màu tinh bột và các phản ứng hóa học, hóa sinh khác ảnh hưởng đến chất lượng của tinh bột thành phẩm

1.7.2 Thiết bị: Ta dùng máy li tâm đĩa để tách dịch bào

Bộ phận chủ yếu của thiết bị là roto được cấu tạo gồm các đĩa hình côn xếp chồng lên nhau, cách nhau một khoảng xác định từ 0,4 -3mm Độ nghiêng của đĩa từ 35-50o Mỗi đĩa có nhiều lỗ có đường kính từ 6-13mm

1.7.3 Thông số kỹ thuật : Thời gian