Thiết kế nhà máy sản xuất tinh bột sắn năng suất 20 000 tấn sản phẩm năm và phân xưởng sản xuất tinh bột biến tính 4000 tấn sản phẩm năm

Để đa dạng hoá ứng dụng của tinh bột sắn vào các sản phẩm thực phẩm thì cần dùng những phương pháp nhằm làm thay đổi các tính chất của tinh bột tự nhiên, các phương pháp đó gọi là các ph

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong công cuộc đổi mới, CNH – HDH đất nước, chủ trương của Đảng và nhà nước ta là khuyến khích các thành phần kinh tế cùng phát triển, trong đó có các thành phần quốc tế ngoài quốc doanh, nhằm khai thác triệt để ưu thế của các thành phần kinh tế trong nước , thúc đẩy lực lượng sản xuất phát triển, tạo ra nhiều sản phẩm, hàng hóa cho xã hội

Chính phủ cũng có chính sách khuyến khích sản xuất chế biến hàng hóa nông lâm, thủy, hải sản nhằm nâng cao giá trị hàng hóa nông nghiệp, xuất khẩu

ra nước ngoài

Cây sắn là một trong những loại cây có giá tri kinh tế cao Sản phẩm tinh bột sắn dùng để cung cấp cho các ngành công nghệ thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nhau vì thế tiêu thụ dễ dàng trong nước và quốc tế

Sắn hay còn gọi là khoai mì, là một trong những loại cây lương thực có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone (Nam Mỹ) và được du nhập vào nước ta vào khoảng thế kỷ 18 Đây là một trong những loại nông sản rất phổ biến được

sử dụng để sản xuất ra các loại thực phẩm cho con người và sản xuất thức ăn chăn nuôi

Với đặc tính dễ trồng, sản lượng cao, đầu tư ít nên tinh bột sắn tương đối

rẻ so với các loại tinh bột khác như tinh bột ngô, khoai tây Nếu chỉ sử dụng nguồn tinh bột sắn tự nhiên thì khả năng ứng dụng còn hạn chế, đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm Để đa dạng hoá ứng dụng của tinh bột sắn vào các sản phẩm thực phẩm thì cần dùng những phương pháp nhằm làm thay đổi các tính chất của tinh bột tự nhiên, các phương pháp đó gọi là các phương pháp biến hình tinh bột Tinh bột bị biến hình bởi các tác nhân vật lí, hoá học, sinh học làm cho các mạch tinh bột bị cắt ngắn đi, được nối dài thêm hoặc được sắp xếp lại trong không gian nhằm làm cho tinh bột có nhiều tính chất mới như: tăng độ nở, độ dai, giảm hay tăng độ nhớt Từ đó ứng dụng vào các sản phẩm thích hợp.Đặc biệt trong đó có sản phẩm tinh bột sắn và tinh bột biến tính là sản phẩm có rất nhiều tính năng ưu việt và có giá trị sử dụng cao, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y dược, xử lý môi trường, dùng để sản xuất bánh kẹo, mì

ăn liền, bột ngọt, dùng làm chất độn thực phẩm, dùng trong công nghệ thuộc da,

in ấn…

Về thực trạng trồng sắn hiện nay ở nước ta, diện tích trồng ngày càng tăng nhiều, rải rác từ Bắc vào Nam đặc biệt tập trung vào các vùng Tây Nguyên, Nam Bộ và vùng núi trung du phía Bắc.

Song song với việc phát triển diện tích trồng sắn thì các nhà máy chế biến sắn cũng được xây dựng nâng cấp tăng năng suất để đáp ứng nhu cầu sản xuất

và xuất khẩu Hiện nay nước ta có khoảng hơn 60 các nhà máy xý nghiệp chế biến tinh bột sắn rải khắp địa bàn đất nước

Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng sản lượng chế biến sắn thì chúng ta còn phải chú ý các vấn đề về nâng cao năng suất các nhà máy và hiện đại hóa dây chuyền, thiết bị sản xuất, vấn đề về xử lý môi trường Có một thực trạng đáng lo ngại đó là đến vụ mùa sắn, sản lượng nguyên liệu tăng mạnh nhưng các nhà máy không đáp ứng năng suất nên việc tồn đọng nguyên liệu kéo dài gây ảnh hưởng đến giá cả, ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu và quan trọng nhất là gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng Hầu như các nhà máy ở nước ta đều ít hoặc không có vùng quy hoạch nguyên liệu, nên nguyên liệu sản xuất thường không

ổn định

Một vấn đề khác đó là tinh bột biến tính có ứng dụng rất rộng rãi, nhưng

về sản xuất tinh bột biến tính ở nước ta chưa được phát triển, chưa đáp ứng nhu cầu Nếu như xây dựng một nhà máy chế biến tinh bột sắn kết hợp với sản xuất tinh bột biến tính thì sẽ có rất nhiều ưu điểm, tiết kiệm được năng lượng vận chuyển, đáp ứng nhu cầu nguyên liệu sản xuất và tiêu thụ sản phẩm Do đó yêu cầu cấp thiết phải đặt ra là phải xây dựng một nhà máy sản xuất tinh bột sắn và phân xưởng sản xuất tinh bột biến tính với quy mô công nghiệp hiện đại để nâng cao chất lượng tinh bột sắn cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm tinh bột biến tính

Chính vì những lý do trên, tôi quyết định chọn đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất tinh bột sắn năng suất 20.000 tấn sản phẩm/năm và phân xưởng sản xuất tinh bột biến tính 4000 tấn sản phẩm/năm”.

PHẦN 1 LẬP LUẬN KINH TẾ

1.1 Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất tinh bột

Củ Sắn được tôi chọn để làm nguyên liệu sản xuất tinh bột bởi các nguyên nhân sau:

Về giá cả thì tinh bột sắn thì thấp hơn so với tinh bột gạo và tinh bột lúa

mì Hiện tại và trong tương lai giá cả của tinh bột gạo sẽ không giảm so với tinh bột sắn do công nghệ sản xuất tinh bột gạo phức tạp hơn cũng như chính sách của chính phủ không khuyến khích sử dụng tinh bột gạo trong các ngành công nghiệp khác Tinh bột lúa mì không cạnh tranh lại tinh bột sắn vì loại tinh bột này hiện nay chủ yếu được nhập khẩu nên số lượng không nhiều và giá cả lại cao

Về điều kiện trồng trọt thì so với cây lúa, cây sắn không đòi hỏi khắt khe

về điều kiện canh tác đặc biệt là nguồn nước Cây sắn có thể trồng trên các loại đất bạc màu, cằn cỗi, ngoài ra người trồng sắn không cần phải tốn nhiều công chăm sóc như khi canh tác đối với cây lúa

Ngoài ra Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột đứng thứ hai thế giới, sau Thái Lan Vì vậy để đáp ứng được nhu cầu xuất khẩu, các nhà máy tinh bột sắn không ngừng ra đời, việc thiết kế một nhà máy tinh bột sắn để có hiệu quả sản xuất, hiệu quả kinh tế là rất cần thiết

1.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy

Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, điều kiện giao thông vận tải và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột sắn và tinh bột biến tính tại xã Vĩnh Ninh huyện Quảng Ninh tỉnh Quảng Bình

Tỉnh quảng bình với quỹ đất rất dồi dào là nguồn cung cấp nguyên liệu Sắn cho nhà máy đi vào hoạt động sản xuất ổn định Việc xây dựng nhà máy tinh bột sắn và tinh bột biến tính tại xã Vĩnh Ninh, huyện Quảng Ninh , tỉnh Quảng Bình là hoàn toàn hợp lý nhằm thoả mãn nhu cầu người tiêu dùng, giải quyết công ăn việc làm cho người dân ở khu vực đồng thời phát triển ngành công nghiệp ngày càng mạnh mẽ góp phần vào sự phát triển nền kinh tế tỉnh Quảng Bình, xây dựng tỉnh nhà ngày càng giàu đẹp

1.2.1 Đặc điểm tự nhiên

Về vị trí của nhà máy:

Vĩnh Ninh là một xã thuộc huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình, Việt Nam

Xã Vĩnh Ninh nằm ở cực nam huyện Quảng Ninh cách trung tâm huyện

lỵ khoảng 25 km về phía đông bắc Phía nam giáp 2 xã Hàm Ninh, Hiền Ninh phía đông giáp Lương Ninh Phía bắc giáp xã Nghĩa Ninh , phía tây giáp Trường Sơn Vĩnh Ninh là một xã thuần nông, người dân ở đây từ bao đời nay chủ yếu sống bằng nghề nông, nhưng do xu thế phát triển và nhu cầu đời sống một số gia đình củng đã chuyển đổi ngành nghề và có cuộc sống ổn định

và khá giả hơn, bộ mặt nông thôn nơi đây ngày một tươi mới và khang trang hơn Vĩnh Ninh có hai tuyến đường huyết mạch đi qua; một là tuyến đường sắt thống nhất Bắc Nam, hai quốc lộ 15A một nhánh đông của con đường Trường Sơn huyền thoại, nay đã được cải tạo nâng cấp thành đường Hồ Chí Minh Ở đây còn có đường 10 nối đường đông Trường Sơn với tây Trường Sơn

Vị trí này có một số thuận lợi sau

- Xung quanh khu vực xây dựng nhà máy là khu vực rộng rãi, thoáng gió, cách xa khu dân cư Trung tâm khu vực xây dựng nhà máy cách thành phố Đồng Hới khoảng 20km

- Đường giao thông thuận lợi, gần con đường Hồ Chí Minh Vị trí này thuận lợi cả cho việc thu gom vận chuyển nguyên liệu, tiêu thụ sản phẩm và thông tin liên lạc

- Nằm cạnh đường dây cung cấp điện của lưới điện thành phố sẽ thuận lợi cho việc sử dụng nguồn điện phục vụ cho nhà máy.

- Địa hình tương đối bằng phẳng, có độ dốc tự nhiên, gần sông nên thuận lợi cho việc sử dụng nước sông cho sản xuất, đồng thời với độ dốc tự nhiên như trên tạo điều kiện tốt để xử lý nước thải đạt chuẩn môt trường Việt Nam trước khi thải ra môi trường

Về điều kiện khí hậu ở khu vực nhà máy:

- Nhiệt độ không khí trung bình các tháng trong năm tại huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình dao động vào khoảng 24,40C, cao nhất là tháng 8 (38,20C), thấp nhất là tháng 12 và tháng 1 (200C) Độ ẩm trung bình 81% Thích hợp cho việc trồng sắn, dễ tập trung được nguồn nguyên liệu

1.2.2 Điều kiện giao thông vận tải

Tôi chọn địa điểm nhà máy nằm trên trục đường giao thông xuyên Bắc Nam, con đường mang tên Hồ Chí Minh Tại đây gần với tuyến đường dẫn về thành phố Đồng Hới Chạy tiếp về phía Nam sẽ tới thành phố Đồng Hới , ngược trở ra Bắc là huyện Lệ Thủy, xuôi hướng hướng đông là biển, phía tây giáp với Lào Như vậy, đây là một địa điểm rất thuận lợi về mặt giao thông đường bộ để thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu và thành phẩm

1.2.3 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu cung cấp cho nhà máy là củ sắn tươi Nhà máy được đặt tại xã Vạn Ninh, huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình, là trung tâm của tỉnh Quảng Bình nên lượng nguyên liệu được cung cấp chủ yếu là trong huyện và các huyện lân cận như Lệ Thủy, Quảng Trạch, Bố Trạch và các tỉnh tiếp giáp như tỉnh Quảng Trị, tỉnh Hà Tĩnh…

1.2.4 Nguồn cung cấp nước

Nguồn nước: sử dụng nước ngầm qua hệ thống xử lý và nguồn nước từ sông Long Đại, các dòng suối chảy qua là nguồn cung cấp nước ổn định cho sản xuất

Thoát nước: nước thải của các nhà máy sản xuất tinh bột sắn chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân giải, khi bị để lâu không được xử lý chúng gây ra mùi hôi thối khó chịu, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh Vì vậy, nước thải của nhà máy đòi hỏi phải được xử lý cẩn thận, kinh tế để giảm bớt mùi hôi thối, tránh gây ô nhiễm khi thải ra môi trường

Do địa hình của nhà máy tương đối bằng phẳng, có độ dốc tự nhiên nên vấn đề thoát nước thải trong quá trình sản xuất được thực hiện dễ dàng, tạo điều kiện tốt để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn an toàn trước khi thải ra môi trường.

Nước thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn được xử lý bằng hệ thống hồ sinh học tự nhiên Nước thải đã qua xử lý phải đạt tiêu chuẩn vệ sinh và môi trường trước khi thải ra ngoài

1.2.5 Nguồn nhân lực

Tỉnh Quảng Bình đang trên đà phát triển, số lượng lao động thất nghiệp còn nhiều nhất là lực lượng lao động trẻ Với lượng lao động trẻ và đông đảo như vậy sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc chọn nhân công là lao động trên địa bàn do đó có thể giảm chi phí đầu tư các công trình như nhà ở, phục vụ sinh hoạt cho công nhân đây là một lợi thế lớn Ngoài ra, tỉnh còn có một đội ngũ lao động có trình độ kỹ thuật cũng như chuyên môn cao từ các trường trung cấp nghề, cao đẳng, đại học có đầy đủ kiến thức và nghiệp vụ trong việc lãnh đạo và xây dựng nhà máy

Như vậy việc xây dựng nhà máy sẽ góp phần cải thiện được cuộc sống của người dân ở khu vực này Đồng thời giải quyết việc làm cho thêm một lượng không nhỏ lao động trên địa bàn, góp phần làm giảm áp lực cho xã hội, tăng thu nhập quốc dân

PHẦN 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT

2.1 Quy trình sản xuất tinh bột

2.1.1 Dây chuyền sản xuất

Kiểm tra độ bột

Củ sắn Phểu chứa

Thùng chứa

Tách bã lần 4 Tách bã lần 3

Tách bã lần 2 Tách bã lần 1 Nghiền Băm Rửa nước Rửa khô

Tách nước Sấy khô Tách mũ lần 1

Bã

TA Gia súc

Nước

2.1.2 Thuyết minh quy trình

2.1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu

Nguyên liệu là củ sắn, có kích thước trung bình dài 25-38 cm, đường kính 3-6 cm tùy theo điều kiện giống, điều kiện đất đai và thời gian thu hoạch mà có kích thước củ khác nhau

- Hình dạng củ không đồng nhất và đường kính củ cũng không đều theo chiều dài củ, phần gần cuống to nhưng càng gần đuôi càng nhỏ, mềm và ít xơ do phát triển sau Tuy các củ sắn có khác nhau về kích thước, hình dáng và trọng lượng đi chăng nữa nhưng nhìn chung củ sắn có cấu tạo bao gồm các thành phần chính sau:

- Vỏ gỗ củ chiếm 0,5 - 3% khối lượng củ sắn, tùy theo độ non già, giống cũng như khối lượng của củ Trong vỏ gồm các tế bào có cấu tạo từ xenlulo và hemixenlulo Vỏ gỗ ngoài có tác dụng bảo vệ củ khỏi bị ảnh hưởng bên ngoài còn có tác dụng phòng mất nước của củ Do đó trong quá trình bảo quản phải cố gắng giữ, hạn chế tróc vỏ Nhưng do vỏ gỗ hoàn toàn không có tinh bột nên trong khi chế biến phải tách lớp vỏ này hoàn toàn để tránh ảnh hưởng đến màu sắc cũng như chất lượng bột thành phẩm sau này

- Vỏ cùi chiếm khoảng 8 - 10% khối lượng củ, trong vỏ cùi có một lượng nhỏ tinh bột khoảng 5 - 6% Cấu tạo của lớp vỏ cùi bao gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài có thành phần chủ yếu là xenlulo, lớp tế bào này gần như không có tinh bột nhưng có nhiều dịch bào (mủ) Nó cũng giữ vai trò chống mất nước của

củ đồng thời phòng tác động khác bên ngoài nhưng nếu trong sản xuất chế biến nếu không loại bỏ thì thành phần dịch mủ chính là nguyên nhân làm tăng độ màu và xơ của thành phẩm Tiếp lớp tế bào mô dịch cứng là các tế bào mô mềm Trong các tế bào này dịch bào chứa khoảng 5% tinh bột, nhưng những hạt tinh này có kích thước hạt rất nhỏ đường kính khoảng 5 - 8µm nên dễ tổn thất theo nước thải Trong vỏ cùi còn chứa các polyphenol, enzyme có tác dụng bảo vệ cho củ phát triển bình thường khi chưa thu hoạch nhưng sau khi đào lại gây trở ngại rất lớn trong việc bảo quản và chế biến Tổng lượng chất polyphenol trong

củ sắn khoảng 0,1 - 0,3% trong đó 85 - 90% tập trung trong vỏ cùi Tiếp vỏ cùi

là khe mủ, nơi tập trung mủ giữa vỏ thịt sắn đồng thời tập trung mủ ở củ sắn nhiều nhất

- Thịt sắn là phần chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng Thành phần vỏ tế bào nhu mô là xenlulo, pentozơ bên trong là các hạt

tinh bột và nguyên sinh chất Đây là phần dự trữ chất dinh dưỡng chủ yếu ở củ Lượng tinh bột sắn phân bố trong củ sắn không đều nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vào trong Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 15 - 80µm.

- Lõi thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ, chiếm từ 0,3 - 1% khối lượng củ, thành phần cấu tạo chính là xenlulose và hemixenlulo Lõi có chức năng vận chuyển nước và thức ăn cho củ Lõi là một

bộ phận giữ chức năng lưu thông nước và chất dinh dưỡng giữa cây và củ

Thành phần hóa học có trong củ sắn tùy thuộc vào từng giống sắn, điều kiện chăm sóc, thời gian thu hoạch, bảo quản…bao gồm các thành phần chính như sau:

- Tinh bột

Tinh bột là thành phần chính quan trọng nhất, gồm 2 phần: amilose và amilopectin tỷ lệ thường khoảng 1/4 Hàm lượng tinh bột là yếu tố quan trọng nhất trong hiệu quả sản xuất, có thể thay đổi trong khoảng 2-40% Trong chế biến có thể thu được khoảng 24-32% lượng tinh bột, đây là lượng tinh bột cao nhất khi thu hoạch đúng thời vụ Nếu thu hoạch sắn non thì hàm lượng tinh bột

ít, đường nhiều, con nếu thu hoạch sắn khi quá già thì tỷ lệ xơ nhiều và hàm lượng tinh bột cũng giảm

Tinh bột sắn có hình cầu hoặc hình bầu dục, kích thước khoảng từ 40µm và trung bình khoảng 30µm Tinh bột sắn có những tính chất đặc trưng có lợi và được ứng dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm, có tính xốp cao, không mùi, tỷ lệ amylase/amilopectin cao (80/20) nên gel có độ nhớt, độ kết dính cao

5-và khả năng gel bị thoái hóa thấp Do có cấu trúc xốp 5-và liên kết giữa các phần

tử trong cấu trúc tinh thể yếu nên nó dễ bị thủy phân bởi axit và enzim hơn các tinh bột khác Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hóa khoảng 58,5-70oC

- Đường

Đường trong củ sắn chủ yếu là glucoza và một ít maltoza, saccaroza Củ sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm Trong chế biến, đường hoà tan trong nước và theo nước dịch thải ra ngoài

- Protein

Hàm lượng protein có trong củ sắn tương đối thấp nên ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ Tỉ lệ khoảng:1-1,2%

- Độc tố

Trong sắn có chứa một lượng độc tố là axit HCN tồn tại dưới dạng các glucozid, gây ngộ độc ở người và động vật Nó có thể tác dụng với Fe tạo thành muối có màu xám làm đen bột, do đó khi chế biến phải tách dịch bào càng nhanh càng tốt Hàm lượng độc tố này phân bố không đều, nhiều nhất ở cuống, lớp vỏ thịt và lõi, ở thịt sắn ít hơn Các glucozid này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột sắn chất độc này theo nước dịch thải ra ngoài

2.1.2.2 Nhập và bảo quản nguyên liệu

Nguyên liệu sử dụng cho nhà máy tinh bột sắn là sắn củ tươi Nhà máy thu mua nguyên liệu sắn củ tươi từ nông dân trồng sắn trong địa bàn tỉnh

Nguyên liệu được nông dân thu hoạch từ nơi trồng sau đó được thu gom và vận chuyển về nhà máy Việc thu mua thực hiện tại nhà máy hoặc ở các trạm thu mua nguyên liệu, sau đó nguyên liệu sẽ được vận chuyển về nhà máy Tại nhà máy, các xe ôtô tập kết ở bãi đổ xe rồi sau đó tiến hành cho xe chở sắn đến bàn cân điện tử vào nhập sắn cho nhà máy Củ sắn tươi tập kết tại bãi chứa dự trữ cho quá trình sản xuất

Trong quá trình bốc sắn từ các xe hàng nhân viên KCS của nhà máy sẽ tiến hành lấy mẫu đánh giá hàm lượng tinh bột để tính tiền cho người dân theo độ bột tương ứng Sau khi cân và đánh giá độ bột xong củ sắn tươi được xe xúc đưa lên phểu phân phối cung cấp nguyên liệu cho quá trình sản xuất

2.1.2.3 Bóc vỏ, rửa khô

Nguyên liệu sắn từ bãi bảo quản được các xe xúc đổ vào phễu tiếp liệu nhằm đảm bảo nguyên liệu vào sản xuất một cách đều đặn Sau đó nhờ băng tải vận chuyển đến lồng bóc vỏ gỗ

Mục đích: loại bỏ một phần vỏ gỗ bên ngoài, loại bỏ một phần đát cát bám trên bề mặt củ giúp quá trình rửa củ dễ dàng hơn Lớp vỏ gỗ và đất cát bám bên ngoài có tác dụng không tốt cho quá trình chế biến, do đó cần đảm bảo loại ra càng triệt để càng tốt

2.1.2.4 Rửa nước

Sau đó sắn được rửa bằng nước trong thiết bị rửa cánh guồng

Mục đích: tiếp tục loại bỏ triệt để hơn các tạp chất đất cát, rác cặn, cuống râu sắn và bóc lớp vỏ gỗ đảm bảo nguyên liệu sạch vào máy băm nghiền

Tiến hành: sắn củ nhờ băng tải đổ vào thiết bị, cánh guồng quay cùng với dòng nước tạo sự ma sát giữa các nguyên liệu và tạo lực đẩy dịch chuyển sắn, nhờ đó sắn được rửa sạch va vận chuyển ra ngoài Các tạp chất nhẹ sẽ nổi lên và theo nước thải ra ngoài, các tạp chất nặng như đất cát lắng xuống và thảo ra phía dưới Cuống râu và rác thải được băng tải chuyển qua thiết bị rửa thùng quay khác để nhặt tận thu lại các mảnh sắn gãy vụn Sau khi bóc vỏ và tách tạp chất, khối lượng củ giảm còn 95%

2.1.2.5 Băm nghiền

Mục đích: các hạt tinh bột nằm trong tế bào củ, muốn tách được tinh bột thì phải phá vỡ cấu trúc tế bào để giải phóng tinh bột, do đó nguyên liệu sắn phải

được băm thành khúc rồi nghiền nhỏ Nghiền là khâu quan trọng nhất quyết định hiệu suất sản xuất tinh bột.

Thực hiện: quá trình cắt khúc được tiến hành trong máy băm Nguyên liệu sau khi được băm nhỏ có kích thước 2-3 cm, lọt qua các khe hở ở đáy thiết bị và xuống máy nghiền

Sử dụng máy nghiền búa để nghiền sắn, sau khi nghiền thu được cháo mịn lọt qua lưới theo đường dẫn ra ngoài, còn các phần tử lớn chưa lọt lưới tiếp tục được nghiền nhỏ đến khi đạt yêu cầu

Trong khi nghiền cần cung cấp nước vào để tăng khả năng tách tinh bột tự

do, làm giảm ma sát và làm giảm lượng nhiệt sinh ra trong khi nghiền Để tiết kiệm lượng nước ta dùng sữa tinh bột loãng thu được sau khi lọc bã tận dụng cung cấp vào nhằm tăng hiệu suất thu hồi tinh bột

Trong quá trình nghiền các enzim trong tế bào cũng được giải phóng và

có điều kiện hoạt động nhất là enzim oxy hóa như polyphenoloxydase làm sẫm màu sản phẩm

Yêu cầu quá trình nạp liệu phải đều đặn để đảm bảo hiệu suất nghiền, phá

vỡ tế bào một cách triệt để Hiệu suất nghiền được tính bằng tỷ lệ phần trăm tinh bột được giải phóng trong quá trình nghiền, thường khoảng 70-90% Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền bao gồm: số vòng quay trục nghiền, chất lượng búa nghiền và kích thước lỗ lưới Số vòng quay lớn thì hiệu suất nghiền tăng, kích thước lỗ lưới nhỏ thì hiệu suất nghiền tăng, tuy nhiên lại ảnh hưởng đến năng suất và chi phí.Để nâng cao hiệu suất nghiền có thể tiến hành nghiền 2 lần

2.1.2.6 Tách bã

Mục đích: hỗn hợp thu được sau khi nghiền không chỉ chứa tinh bột mà còn chứa xơ và các tạp chất khác Muốn thu được tinh bột trước hết phải tách lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp, trong bã còn chứa nhiều chất dinh dưỡng khác nên được sử dụng làm thức ăn gia súc Phải thường xuyên kiểm tra hàm lượng tinh bột còn sót lại, hàm lượng này càng ít càng tốt

Thực hiện: hỗn hợp cháo sau khi nghiền được pha loãng bằng nước hoặc bằng sữa loãng sau ly tâm đến nồng độ 27oBx rồi dẫn vào thiết bị ly tâm tách bã Dịch cháo được đưa vào trục chính rồi sau đó phân phối đều lên rổ lưới và trượt trên rổ lưới theo hình xoắn ốc Trong quá trình dịch chuyển những phần tử có kích thước nhỏ sẽ lọt lưới và theo đường dẫn xuống thùng chứa dịch sữa Còn các phần tử kích thước lớn được giữ lại trên lưới và rơi xuống thùng chứa dịch bã

Quá trình tách bã được thực hiện lặp lại 3 lần.Sau khi dịch sữa đi qua máy

ly tâm tách bã lần 3 thì bã đã được loại bỏ gần như triệt để.Dịch sữa này vào thùng chứa để đưa đi tách dịch bào Bã chảy xuống máng chứa bã, nhờ vít tải vận chuyển xuống đến vít đánh tơi, đồng thời trộn với nước và được đưa sang công đoạn tách bã tận dụng Bã thu được khi lọc tận dụng thì theo băng tải vận chuyển ra ngoài và đưa đi sử dụng làm thức ăn gia súc

Để làm tăng hiệu quả tẩy trắng tinh bột, chúng ta sử dụng hóa chất chống oxy hóa, đó là SO2 Cũng có thể sử dụng nhiều hợp chất chống oxy hóa khác, nhưng ngày nay việc sử dụng SO2 mang lại nhiều hiệu quả hơn SO2 không chỉ làm mất màu mà còn có tác dụng ngăn ngừa phản ứng tạo màu, ngoài ra nó còn

có tác dụng sát trùng Cơ chế ngăn ngừa sự tạo màu và tẩy màu của SO2 như sau:

- SO2 là một chất khử mạnh nên nó có tác dụng thâu tóm lượng oxy không khí tiếp xúc với dịch bào, ngăn ngừa được tác dụng của oxy

- Oxy chỉ có tác dụng khi có mặt của chất xúc tác , đó là sự có mặt của các ion Fe2+, Fe3+, Cu, SO2 có tác dụng khử các ion kim loại này làm giảm sự tạo màu

- SO2 còn có tác dụng bao vây nhóm cacboxyl, ngăn ngừa sự tạo thành phức chất với Fe và phản ứng ngưng tụ với các chất không đường khác, ngăn ngừa sự tạo màu

- SO2 có tính khử mạnh, nên có thể ngăn ngừa được tác hại của vi sinh vật đối với dịch bào

- Cơ chế tẩy màu: các chất màu là các chất hữu cơ trong đó có nối đôi và

có tính oxy hóa, SO2 cho vào có tác dụng khử nối đôi tạo thành các hợp chất không màu hoặc có màu nhạt hơn

PTPƯ: SO2 + H2O → H+ + HSO3

-HSO3- + H2O → HSO4- + 2H+C=C + 2H+ → CH-CH2H+ mới sinh ra đóng vai trò là chất khử, kết hợp với oxy tạo ra khí H2 nên ngăn chặn oxy hóa dịch bào, H2 tác dụng lên nối đôi do đó tẩy trắng dịch bào

Sử dụng SO2 vào dịch bào tạo môi trường axit, kìm hãm tác dụng của enzim tirozinase

Nhược điểm của SO2 đó là tẩy màu không bền vì chất không màu sẽ bị oxy hóa trở lại dưới tác dụng của oxy không khí, SO2 không thể ngăn ngừa sự tạo màu một cách hoàn toàn

Thực hiện: SO2 được tạo thành khi đốt lưu huỳnh trong không khí, nhiệt độ cháy của lưu huỳnh là 363oC

PTPƯ: S + O2= SO2 + Q (1)

H2SO3→ H+ + HSO3- (3)H2SO3 + H2 → H+ + H2SO4 (4)

Ta dùng máy nén oxy cho buồng đốt lưu huỳnh phản ứng (1) xảy ra, đồng thời nén SO2 lên thùng hấp phụ, SO2 đi từ dưới lên, tia nước đi từ trên xuống để thực hiện phản ứng (2) và tăng hiệu suất phản ứng, H2SO3 phân ly phản ứng (3)

và được đưa vào máy tách dịch bào để thực hiện quá trình sunfit hóa dịch sữa tinh bột (4) SO2 tiếp tục tham gia phản ứng (2) ở bồn hấp phụ để tăng hiệu suất

sử dụng SO2 và giảm hàm lượng khí SO2 thải ra không khí Để tăng hiệu suất phản ứng (2), phải tăng diện tích tiếp xúc giữa SO2 và nước bằng các tia nước và dòng khí SO2, lượng HSO3- sẽ tan trong nước và dẫn vào thiết bị lọc

Yêu cầu: lò đốt lưu huỳnh phải khô, nếu có hơi ẩm khi có mặt của Fe hoặc

ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh cháy cho ra cho ra khí SO3 chứ không phải SO2, khí SO3 phản ứng với nước tạo thành axit sunfuric gây ăn mòn thiết bị Có thể làm khô khí đốt lưu huỳnh bằng cách cho đi qua vôi sống, vôi có tính chất háo nước

sẽ hút ẩm không khí Nhiệt độ lò đốt khống chế trong khoảng 320-350 oC, lưu huỳnh cháy cho ngọn lửa màu xanh lam, hiệu suất thu hồi SO2 cao, nhiệt độ ra khỏi lò khoảng 260-290oC, sau khi làm mát, nhiệt độ của khí khoảng 100-200

oC Nếu nhiệt độ thấp, lưu huỳnh cháy không hoàn toàn, nếu nhiệt độ cao quá sẽ gây nhiều ảnh hưởng xấu, hiệu suất tạo SO2 thấp do thăng hoa và oxy nhiều tạo SO3

2.1.2.7 Tách mũ

Mục đích: tách mũ hay còn gọi là tinh chế sữa tinh bột Sữa tinh bột thu được sau khi tách bã còn có chứa cả các hợp chất hòa tan được trích ly trong đó như polyphenol, pectin, vitamin, khoáng Các tạp chất phi tinh bột này là những nguyên nhân làm đen sẫm màu tinh bột Các enzim polyphenol hoạt động như enzim tirozinase và tirozin tiếp xúc với oxy nhanh chóng bị oxy hóa tạo ra sản phẩm octoquinol có màu, hợp chất tanin cũng bị oxy hóa tạo ra sản phẩm flabafen có màu sẫm.Tanin còn tác dụng với sắt tạo thành muối tanat có màu các hợp chất màu sinh ra rất khó tẩy nên làm cho sản phẩm tinh bột không trắng.Nếu quá trình tách mũ không được tiến hành kịp thời, nồng độ dịch bào lờn thì càng làm tăng các phản ứng tạo màu, tăng sự tạo bọt và bám cặn trên thành thiết bị Do vậy quá trình tách dịch bào phải được tiến hành càng nhanh càng tốt

Quá trình tách mũ được tiến hành 3 lần Sau khi tách dịch bào lần 3 thì dịch sữa thu được có hàm lượng tinh bột cao hơn và trắng hơn.

Dịch sữa tinh bột sau khi tinh chế đạt nồng độ 17-21Be

2.1.2.8 Tách nước

Mục đích: tách bớt lượng nước trong dịch sữa tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy

Sữa tinh bột sau khi tinh chế đạt nồng độ 17-21oBe sẽ được bơm qua máy

ly tâm để tách nước và thu tinh bột Phần nước dịch lọt qua vải lọc của máy ly tâm có hàm lượng dịch bào rất thấp nhưng chứa một lượng tinh bột khá cao nên được đưa về thùng chứa sau khi ly tâm để xử lý tiếp Còn phần tinh bột thu được qua ly tâm có độ ẩm 32-38% Để bảo quản được lâu ta tiến hành sấy khô tinh bột đến độ ẩm bảo quản

Thiết bị ly tâm tách nước thiết kế theo kiểu rổ, lúc đầu cho sữa tinh bột vào, nhờ tác dụng của lực ly tâm nên nước chui qua tấm vải lọc, còn các hạt tinh bột bám lại trên thành lưới lọc tạo thành các bánh bột hình trụ, khi lớp bánh tinh bột

đã đạt yêu cầu thì ngừng nạp sữa tinh bột và để máy làm khô lớp bột, sau đó bật dao cạo để cạo lớp tinh bột này rơi xuống phía dưới thiết bị và được băng tải dẫn

ra ngoài do lớp tinh bột còn ẩm, có tính dẻo nên dễ bám dày trên thành thiết bị, công nhân phải thường xuyên ngừng máy và cạo lớp bột, vệ sinh thiết bị theo chu kỳ

2.1.2.9 Sấy tinh bột

Tinh bột sau khi được tách ra từ công đoạn trên được làm tơi và sấy khô để tiếp tục tách nước làm giảm độ ẩm đến mức an toàn nhằm mục đích bảo quản lâu dài và đòng gói vận chuyển dễ dàng hơn Quá trình sấy khô bởi nhiệt độ cao còn làm ức chế các hoạt động của enzim, làm tăng hiệu quả bảo quản tinh bột Tinh bột ướt đưa vào máy sấy có độ ẩm cao, nên phải làm tơi tinh bột để tăng bề mặt tiếp xúc với không khí nóng, giúp quá trình sấy nhanh hơn, tránh tình trạng vón cục và cháy cục bộ Bộ phận làm tơi là một vít tải

Quá trình sấy được thực hiện bằng hệ thống sấy khí thổi, tinh bột ướt được cấp vào ống sấy nhờ vít tải nhập liệu và đánh tơi.Tác nhân sấy sử dụng là không khí nóng, được nâng nhiệt sau khi đi qua bộ phận caloripher đến nhiệt độ thích hợp Với vận tốc cao của dòng tác nhân sấy, các hạt tinh bột bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên, do vậy sự trao đổi nhiệt ẩm giữa tác nhân sấy và tinh bột rất mãnh liệt và rút ngắn được thời gian sấy Phía trên ống sấy tinh bột được thổi vào bộ phận giảm tố độ dòng và được phân loại theo độ ẩm,

các hạt tinh bột ẩm nặng hơn rơi vào ống thứ nhất và hoàn lưu trở lại ống sấy, các hạt tinh bột khô nhẹ hơn thì rơi vào cyclone lắng để tách ra khỏi dòng không khí Không khí nóng được quạt hút thải ra ngoài môi trường.

Do thời gian sấy ngắn (5-7s) nên có thể sấy ở nhiệt độ cao, khoảng

170-190oC, vận tốc dòng tác nhân sấy 10-20m/s, nhiệt độ tác nhân sau khi sấy

53-57oC Độ ẩm tinh bột sau khi sấy đạt 12-13%

2.1.2.10 Rây và đóng bao

Mục đích: đảm bảo kích thước và độ đồng nhất của tinh bột nhằm đạt yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của bột thành phẩm Đóng bao tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản, vận chuyển và sử dụng

Quá trình rây được thực hiện ở máy rây.Tinh bột sau khi làm nguội sẽ được

hệ thống quạt hút vận chuyển về hệ thống máy rây Ở đây cyclone sẽ thu hồi bột vào máy rây Các hạt tinh bột lọt qua rây sẽ xuống máng góp đặt dưới thân máy, tại đây vít tải sẽ đưa tinh bột đến cửa vào bao Tinh bột cho vào bao hai lớp ( lớp ngoài là pp) và mỗi bao có khối lượng tịnh là 50kg, bên trong bao bì điều có bao P.E nhằm đảm bảo độ kín cho tinh bột thành phẩm không hút ẩm

Với các hạt có kích thước lớn, không lọt qua rây được đưa qua công đoạn phân ly tái chế lại.Thành phẩm được cho vào kho bảo quản và xuất kho vận chuyển đến nơi tiêu thụ, hoặc xuất khẩu

2.1.2.11 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

Bảng 2.2.Các chỉ tiêu lý hóa của sản phẩm tinh bột sắn

STT Chỉ tiêu ĐVT Tiêu chuẩn Phương pháp thử

STT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn

1 Trạng thái Màu trắng mịn, tơi, không vón cục

2 Mùi vị Mùi đặc trưng của tinh bột sắn, không có mùi vị lạ

3 Độ dẻo Hồ hóa và kéo đũa thủy tinh lên 0,5m min

Bảng 2.4 Các chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm tinh bột sắn

1 TS VK HK 35 0C, 48h CFU/g <106

4 Clostridium Perfringens CFU/g <102

5 TS BT nấm men, nấm mốc CFU/g <103

Bảng 2.5 Hàm lượng kim loại nặng trong sản phẩm tinh bột sắn

2.2 Quy trình sản xuất tinh bột biến tính

2.2.1 Tổng quan về tinh bột và phương pháp biến tính tinh bột

Tinh bột là một loại polysaccarit khối lượng cao phân tử, gồm các đơn vị glucose liên kết với nhau bởi liên kết α-glucozid, có công thức phân tử (C6H10O5)n Một số các tính chất quan trọng của tinh bột đó là bị thủy phân bởi axit hoặc enzim, làm giảm độ nhớt và tạo thành đường Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa Một phản ứng đặc trưng của tinh bột đó là tạo phức với iot, amylose kết hợp với iot cho phức chất màu xanh, đây được coi là thuốc thử của tinh bột Tinh bột có cấu trúc xốp, dễ hút ẩm nên trong quá trình bảo quản phải chú ý Tinh bột dễ bị

hồ hóa khi nhiệt độ lên đến 60-70oC, tạo thành dung dịch dạng keo

Tinh bột được ứng dụng rất nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác, là chất tạo độ nhớt, chất làm bền keo, tạo độ kết dính, độ đặc, độ đàn hồi cho các sản phẩm thực phẩm Tinh bột còn được ứng dụng trong công nghiệp dệt may, làm chất bao trong sản xuất thuốc dược

phẩm, sử dụng trong xử lý môi trường Tuy nhiên, các đặc tính của tinh bột không phải lúc nào cũng được ứng dụng tích cực, một số tính chất phải được qua xử lý làm biến đổi mới có hiệu quả, đó là các sản phẩm tinh bột biến tính.

Mục đích của biến hình tinh bột nhằm: cải biến các tính chất của sản phẩm, làm tăng giá trị cảm quan, tạo các mặt hàng mới Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại ra các phương pháp biến hình như sau:

- Phương pháp biến tính vật lý: là phương pháp biến tính tinh bột thuần túy dùng các lực vật lý như ép, nén và hồ hóa tác dụng lên tinh bột để làm thay đổi một số tính chất của nó nhằm phù hợp với những ứng dụng, sản phẩm tinh bột biến tính của phương pháp này là những tinh bột hồ hóa, tinh bột xử lý nhiệt ẩm

- Phương pháp biến tính hóa học: là phương pháp sử dụng những hóa chất cần thiết nhằm thay đổi tính chất của tinh bột, sản phẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lý axit, tinh bột ete hóa, este hóa, phosphat hóa

- Phương pháp biến tính bằng enzyme: là phương pháp biến tính tinh bột tiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc không bị lẫn những hóa chất khác Sản phẩm của phương pháp này là các loại đường gluco, fructo; các poliol như sorbitol, mannitol; các axid amin như lysin, MSG, các rượu, các axid

2.2.2 Phương pháp biến tính bằng enzyme

Khi dextrin hóa bằng α-amylase thường thu được dung dịch maltodextrin có đương lượng dextro vào khoảng 20-30 đơn vị glucose Các maltodextrin là các chât phụ gia rất được quan tâm để chế tạo các thực phẩm cho trẻ em, thực phẩm ăn kiêng, thực phẩm để truyền trực tiếp cho bệnh nhân Ngoài ra, maltodextrin còn được sử dụng như những chất tạo cấu trúc: chất tạo độ đặc, độ nhớt cho thực phẩm lỏng kiểu nước xốt

Maltodextrin là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột của α-amylase Ngoài giá trị dinh dưỡng, maltodextrin còn là một trong những yếu tố cải thiện tính chất cảm quan của thực phẩm Vì vậy, maltodextrin ngày càng được sử dụng phổ biến trong chế biến thực phẩm và công nghiệp bánh kẹo Sản xuất maltodextrin bằng acid có rất nhiều hạn chế là khó định hướng sản phẩm do tác dụng không đặc hiệu của acid lên nguyên liệu, độc hại nên đòi hỏi phải có trang thiết bị đắt tiền, lượng acid dư gây hư hỏng thiết bị và làm ô nhiễm môt trường Mặt khác, maltodextrin thành phẩm sẽ có màu và có vị đắng

Việc sử dụng α-amylase thay thế cho acid trong sản xuất maltodextrin sẽ khắc phục được những hạn chế trên Maltodextrin thu được nhờ α-amylase sau khi sấy phun có màu trắng, pH trung tính, ít ngọt, sạch khuẩn, khoáng và chất hữu cơ nên rất thích hợp trong nhiều ngành công nghiệp và trong y dược.

Enzyme trong quá trình thuỷ phân tinh bột sắn là enzyme Amylase

Amylase là hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thuỷ phân, xúc tác sự phân huỷ các liên kết sợi phân tử trong polysacharide với sự tham gia của nước

RR1 + H-OH RH +R1OH

Hiện nay người ta biết đã có 6 loại enzyme amylase, trong đó Bacillus subtilis amylase (hay glucoamylase) thuỷ phân các liên kết α- 1,4 glucoside của tinh bột và các polysacharide đồng loại

Cơ chế thuỷ phân của enzyme α-1,4 glucoside nằm ở phía bên trong phân

tử cơ chất (tinh bột, glycogen, polyose đồng loại) một cách ngẫu nhiên, không theo trật tự nào cả Vì thế, α-amylose được gọi là enzyme nội phân (endo amylase) α-amylase không chỉ thuỷ phân hồ tinh bột mà còn thuỷ phân được hạt tinh bột sống chưa qua hồ hoá, tuy nhiên với tốc độ rất chậm

Cơ chế thuỷ phân của enzyme α-1,4 glucoside nằm ở phía bên trong phân

tử cơ chất (tinh bột, glycogen, polyose đồng loại) một cách ngẫu nhiên, không theo trật tự nào cả Vì thế, α-amylose được gọi là enzyme nội phân (endo amylase) α-amylase không chỉ thuỷ phân hồ tinh bột mà còn thuỷ phân được hạt tinh bột sống chưa qua hồ hoá, tuy nhiên với tốc độ rất chậm

Quá trình thuỷ phân tinh bột là quá trình đa giai đoạn.Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hoá) chỉ một số phân tử cơ chất bị thuỷ phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử lượng thấp, độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hoá nhanh)

Dưới tác dụng của α-amylose, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosacharide gồm 6-7 gốc glucose Sau đó các polyglucose bị phân cắt tiếp tục nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltodextrose và maltotriose và maltose

Tác dụng của α-amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự, nhưng vì α-amylase không phân cắt được liên kết α-1,6 glucoside nên ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì trong sản phẩm cuối cùng còn có các dextrin phân tử lượng thấp và izomaltose Đặc tính quan trọng

này của α-amylase khi sản xuất maltodextrin đó là enzyme này chỉ thuỷ phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một

ít maltose

Khả năng dextrin hoá cao của α-amylase là tính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hoá hay amylase dịch hoá

Biến hình 50-52 o C

Thành phẩm

Tách nước Tẩy màu Than hoạt tính

2.2.4 Thuyết minh quy trình

2.2.4.1 Hòa trộn

Nguyên liệu là tinh bột sắn được sản xuất từ phân xưởng sản xuất tinh bột sắn Tinh bột đạt yêu cầu về các chỉ tiêu như: độ ẩm W không quá 12,5%, hàm lượng tinh bột 80-85%, không có chứa tạp chất, không sâu mọt, màu trắng, không

có mùi mốc, không chua và không có vị đắng Không kết cục hoặc kết tảng Hàm lượng protein 0,1%, cellulose 0,2%, hàm lượng chất xơ 0,05-0,7%, axit HCN 0,05mg/kg, chì không quá 1mg/kg Độ chua không quá 3ml NaOH 1N/100g

Thực hiện: quá trình hòa trộn được thực hiện trong thùng hòa trộn có cánh khuấy Mở cánh khuấy 40 vòng/phút, cấp nước sản xuất vào nồi, khi nước cấp đạt 1/3 tổng lượng nước cần thiết thì bắt đầu cho bột vào Tinh bột sắn khô được phân tán vào nước tạo thành dung dịch huyền phù với nồng độ đạt 48oBx Điều chỉnh pH = 6

2.2.4.2 Hồ hóa

Quá trình hồ hóa tinh bột làm phá vỡ các hạt tinh bột, các hạt tinh bột tan vào trong nước và trương nở, giúp cho quá trình thủy phân xảy ra nhanh và dễ dàng hơn Ở nhiệt độ cao làm duỗi các cấu trúc xoắn kép của amilopectin, các phức amilose-lipid cũng được giải phóng mạch polyme dài thành những mạch ngắn hơn một cách đồng đều.giúp phá vỡ cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện để nước và enzyme có thể xâm nhập sâu và cắt các

Thực hiện quá trình hồ hóa bằng cách đun nóng tinh bột ở nhiệt độ

65-70oC trong thời gian 5 phút

2.2.4.3 Dịch hóa, thủy phân

Dung dịch hồ có độ nhớt cao gây cản trở hoạt động của các enzyme và dễ gây cháy cục bộ khi nâng nhiệt Dưới tác dụng của α-amylase, phân tử tinh bột

bị cắt ngẫu nhiên thành các dextrin làm độ nhớt dung dịch giảm nhanh chóng Với sự có mặt của α-amylase, dịch hoá sẽ xảy ra song song với hồ hoá là khởi đầu của quá trình thuỷ phân tinh bột Quá trình thuỷ phân được thực hiện bằng enzyme α-amylase vi khuẩn Bacillus Subtilis, Việc sử dụng nguồn enzyme có khả năng tạo nhiều đường oligo mạch dài và trung bình giúp sản phẩm maltodextrin thu được có các tính chất rất tốt về vị, độ nhớt và độ ổn định

Cách tiến hành: nước nóng có nhiệt độ 30-40oC hoà với tinh bột sắn trong nồi nấu theo tỷ lệ nước/bột là 4/1-5/1 rồi cho cánh khuấy hoạt động Cho khoảng 80% lượng chế phẩm enzyme cần dùng vào khối nấu Điều chỉnh pH phù hợp

pH của nguyên liệu Sau khi đạt giá trị DE theo yêu cầu, pH của dịch thuỷ phân sản phẩm được đưa về giá trị acid Việc giảm pH sau thuỷ phân về giá trị acid trước tiên là vì mục dích dừng phản ứng thuỷ phân enzyme, bảo đảm sản phẩm

có giá trị DE đạt yêu cầu Ngoài ra đưa pH về vùng acid cũng có tác dụng làm giảm các phản ứng polyme hoá ngược tạo ra các phần tử kích thước lớn làm tăng độ nhớt và tính thoái hoá, pH acid cũng sẽ hạn chế tối đa các phản ứng phân huỷ và phản ứng Mailard là những phản ứng tạo sản phẩm có màu làm đục

và sẫm màu dung dịch, gây khó khăn cho quá trình lọc và tẩy màu về sau

Quá trình thuỷ phân xảy ra hoàn hảo giúp giảm bớt những thành phần polysaccharide phân tử lượng lớn như các dextrin mạch dài, tinh bột chưa thuỷ phân, góp phần cải thiện đáng kể độ nhớt và tính thoái hoá của dung dịch sản phẩm Các enzyme amilase vi khuẩn có hoạt tính cao và khả năng bền nhiệt cao nên được sử dụng để thay thế cho phương pháp thuỷ phân bằng acid để sản xuất maltodextrin Một số enzyme tạo malto-oligosaccharide cũng được sử dụng để sản xuất maltodextrin hay tạo các oligosacharide dùng trong thực phẩm, y học

và công nghiệp dược

2.2.4.4 Tẩy màu

Do quá trình sản xuất tinh bột thành phẩm sẽ có màu sẫm, nên ta sử dụng than hoạt tính để tẩy màu Sử dụng than hoạt tinh ZI của Nhật Bản với hàm lượng 0,05% so với tinh bột, nhiệt độ 80oC đảo trộn liên tục thời gian 60-90 phút

để làm sạch Than hoạt tính là chất có vai trò hấp phụ các tạp chất, các chất màu

có mùi lạ, kết tủa các hợp chất keo kim loại nặng làm tăng độ trong của dịch và tạo điều kiện cho quá trình lọc tiếp theo Tiến hành tẩy màu trong thiết bị chân không có cánh khuấy, gia nhiệt gián tiếp đến 80oC Sau đó tiến hành lọc rửa để loại bỏ các chất hấp phụ

2.2.4.5 Lọc, rửa

Dung dịch tinh bột sau thuỷ phân thường chứa khoảng 0.9-1.9 % khối lượng các chất lơ lửng (bao gồm các phân tử protein, lipid trong nguyên liệu ban đầu, tinh bột chưa thuỷ phân) Dung dịch sau khi tẩy màu được lọc bằng phương pháp lọc ly tâm siêu tốc ở nhiệt độ ít nhất là 70oC

Sau khi lọc dịch sữa đạt nồng độ 32-34oBx

2.2.4.6 Tách nước

Mục đích: tách bớt lượng nước trong dịch sữa tinh bột, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy

Sữa tinh bột sau khi lọc rửa đạt nồng độ 32-34oBx sẽ được bơm qua máy

ly tâm để tách nước và thu tinh bột Phần nước dịch lọt qua vải lọc của máy ly tâm có hàm lượng dịch bào rất thấp nhưng chứa một lượng tinh bột khá cao nên được đưa về để hòa trộn tinh bột ban đầu Còn phần tinh bột thu được qua ly tâm

có độ ẩm 38-40% Để bảo quản được lâu ta tiến hành sấy khô tinh bột đến độ ẩm bảo quản

Thiết bị ly tâm tách nước thiết kế theo kiểu rổ, lúc đầu cho sữa tinh bột vào, nhờ tác dụng của lực ly tâm nên nước chui qua tấm vải lọc, còn các hạt tinh bột bám lại trên thành lưới lọc tạo thành các bánh bột hình trụ, khi lớp bánh tinh bột đã đạt yêu cầu thì ngừng nạp sữa tinh bột và để máy làm khô lớp bột, sau đó bật dao cạo để cạo lớp tinh bột này rơi xuống phía dưới thiết bị và được băng tải dẫn ra ngoài do lớp tinh bột còn ẩm, có tính dẻo nên dễ bám dày trên thành thiết

bị, công nhân phải thường xuyên ngừng máy và cạo lớp bột, vệ sinh thiết bị theo chu kỳ

2.2.4.7 Sấy khô

Tinh bột biến tính sau khi được tách ra từ công đoạn trên được làm tơi và sấy khô để tiếp tục tách nước làm giảm độ ẩm đến mức an toàn nhằm mục đích bảo quản lâu dài và đòng gói vận chuyển dễ dàng hơn

Tinh bột ướt đưa vào máy sấy có độ ẩm cao, nên phải làm tơi tinh bột để tăng bề mặt tiếp xúc với không khí nóng, giúp quá trình sấy nhanh hơn, tránh tình trạng vón cục và cháy cục bộ

Quá trình sấy được thực hiện bằng hệ thống tháp sấy, tinh bột ướt được cấp vào ống sấy nhờ vít tải nhập liệu và đánh tơi.Tác nhân sấy sử dụng là không khí nóng, được nâng nhiệt sau khi đi qua bộ phận caloripher đến nhiệt độ thích hợp Với vận tốc cao của dòng tác nhân sấy, các hạt tinh bột bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên, do vậy sự trao đổi nhiệt ẩm giữa tác nhân sấy và tinh bột rất mãnh liệt và rút ngắn được thời gian sấy Phía trên ống sấy tinh bột được thổi vào bộ phận giảm tố độ dòng và được phân loại theo độ ẩm, các hạt tinh bột ẩm nặng hơn rơi vào ống thứ nhất và hoàn lưu trở lại ống sấy, các hạt tinh bột khô nhẹ hơn thì rơi vào cyclone lắng để tách ra khỏi dòng không khí Không khí nóng được quạt hút thải ra ngoài môi trường

Do thời gian sấy ngắn (5-7s) nên có thể sấy ở nhiệt độ cao, khoảng

150-180oC, vận tốc dòng tác nhân sấy 10-20m/s, nhiệt độ tác nhân sau khi sấy

55-57oC Độ ẩm tinh bột sau khi sấy đạt 10 %

2.2.4.8 Rây và đóng bao

Mục đích: đảm bảo kích thước và độ đồng nhất của tinh bột nhằm đạt yêu cầu chỉ tiêu chất lượng của bột thành phẩm Đóng bao tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản, vận chuyển và sử dụng.

Quá trình rây được thực hiện ở máy rây.Tinh bột sau khi làm nguội sẽ được hệ thống quạt hút vận chuyển về hệ thống máy rây Ở đây cyclone sẽ thu hồi bột vào máy rây Các hạt tinh bột lọt qua rây sẽ xuống máng góp đặt dưới thân máy, tại đây vít tải sẽ đưa tinh bột đến cửa vào bao Tinh bột cho vào bao hai lớp ( lớp ngoài là pp) và mỗi bao có khối lượng tịnh là 50kg, bên trong bao

bì điều có bao P.E nhằm đảm bảo độ kín cho tinh bột thành phẩm không hút ẩm.Với các hạt có kích thước lớn, không lọt qua rây được đưa qua công đoạn phân ly tái chế lại.Thành phẩm được cho vào kho bảo quản và xuất kho vận chuyển đến nơi tiêu thụ, hoặc xuất khẩu

2.2.5 Chỉ tiêu của sản phẩm tinh bột biến tính

Bảng 2.6 Chỉ tiêu chất lượng tinh bột biến tính

1 Tính chất Bột trắng, không mùi, không vị

2 Sulfua đioxyt Không được quá 0,008%

3 Chất oxy hoá Không được quá 0,002%

4 Hao hụt khối lượng Không quá 14%

PHẦN 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Biểu đồ sản xuất

3.1.1 Biểu đồ số ca, sốngày làm việc cho dây chuyền sản xuất tinh bột sắn Bảng 3.1 Số ca và số tháng làm việc cho dây chuyền sản xuất tinh bột sắn

Số ngày làm việc/số ca 26/52 27/54 26/78 25/75 24/72 23/69 25/50 25/50

- Năng suất thiết kế phân xưởng: 20000 tấn sản phẩm/năm Sản xuất sắn theo thời vụ, một năm chỉ sản xuất 8 tháng, từ tháng 1 đến tháng 4 và từ tháng 8 đến tháng 12 Còn thời gian từ tháng 4 đến tháng 8 giành cho bảo dưỡng máy móc phân xưởng Như vậy một năm sản xuất 8 tháng, bình quân 201 ngày, với các ngày của tháng 11, 12, 1, 2 là làm việc 3 ca, còn các tháng 9, 10, 3, 4 là làm việc 2 ca, mỗi ca 8 giờ Vậy một năm làm 500 ca

3.1.2 Các thông số ban đầu của sản phẩm

3.1.3 Năng suất của nhà máy

- Tinh bột sắn: 20.000 tấn sản phẩm/năm

- Tinh bột biến tính: 4.000 tấn sản phẩm/năm

3.1.4 Lượng nguyên liệu đưa vào dây chuyền sản xuất

Năng suất sản xuất tinh bột sắn của nhà máy là 20.000 sản phẩm /năm Một năm hoạt động 500 ca, vậy một ca sản xuất được 40 tấn sản phẩm

Năng suất nhà máy là 40 tấn sản phẩm/ca

Qsp = 40 (tấn/ca)

Ta chọn hàm lượng tinh bột: a= 27%

Vậy lượng nguyên liệu sạch đưa vào sản xuất là:

⇒QNLS =Q a sp = = 148,148 (tấn/ca)

Hiệu suất thu hồi tinh bột là 99,8% tương ứng với 40 tấn sản phẩm/ca

Suy ra: Tỷ lệ tổn thất 0,2% tương ứng với Qtt = = 0.08 (tấn/ca).Vậy lượng nguyên liệu sạch có hàm lượng tinh bột 27% cần có là:

Q’NLS = QNLS + = 148,148 + = 148,444(tấn/ca)

3.1.5 Các thành phần thu được sau khi qua dây chuyền sản xuất

- Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sạch:

Qtb1 = Q’NLS a = 148,444 27% = 40,08 (tấn/ca)

- Lượng tinh bột thu được với hiệu suất thu hồi là 99,8%:

Qtb2 = Qtb1 99,8% = 40,08 99,8% = 40 (tấn/ca)

Vậy, sản phẩm thu được là Qsp = Qtb2 = 40 (tấn/ca)

- Lượng bã thu được trên lý thuyết đạt 35% so với nguyên liệu sạch:

Qbã tách = Q’NLS 35% =148,444 35% = 51,955 (tấn/ca)

- Lượng nước và các tạp chất khác thải ra ngoài môi trường:

Qnước thải = Q’NLS 38%= 148,444 38% = 56,409 (tấn/ca)

3.1.6 Lượng sắn tươi vào dây chuyền sản xuất

- Tạp chất (cùi, vỏ, đất, cát ) chiếm 5% nguyên liệu sạch:

Qtc1 = Q’NLS 5%= 148,444 5% = 7,422(tấn/ca)

- Lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất:

Qsắn = Q’NLS + Qtc1 = 148,444 + 7,422 = 155,866 (tấn/ca)

3.2 Tính cân bằng vật liệu cho sản xuất tinh bột

3.2.1 Cân bằng ở công đoạn làm sạch nguyên liệu

3.2.1.1 Nguyên liệu vận chuyển trên băng tải nghiêng 1

 Nguyên liệu đi vào băng tải:

 Nguyên liệu vào

Lượng nguyên liệu vào máy

Q7 = Q6 = 152,8972 (tấn/ca)

Nhà máy cần lượng nước là 1000 m3/ca Lượng nước vào máy rửa là 20%.Q8 = 18% x vnước sạch = 20% x 1000 = 200 (m3/ca)

Ta có khối lượng riêng của nước ở 250C là ρ = 997,08 (kg/m3)[6, 11]

- Lượng nước đưa vào máy có thể tính toán như sau:

3.2.1.4 Băng tải nghiêng 2

 Nguyên liệu vào

Nguyên liệu ra (tấn/ca)

Tổng ra (tấn/ca)

3.2.2 Cân bằng ở công đoạn băm củ, mài sát

3.2.2.1 Máy băm củ

 Nguyên liệu vào

Q17 = Q16 = 148,444 (tấn/ca)

 Nguyên liệu ra

Quá trình này nguyên liệu tổn thất không đáng kể, nên:

Q18 = Q17 = 148,444 (tấn/ca)

3.2.2.2 Máy mài sát

 Nguyên liệu vào

- Lượng sắn vào máy

Q19 = Q18 = 148,444 (tấn/ca)

- Lượng nước cấp ở công đoạn tách bã 4, lọc tận dụng là 10% [12]

Q20 = 10%×vnước sạch = 10%×1000 = 100 (m3/ca)

- Lượng nước cấp để trộn bã ở công đoạn tách bã là không đáng kể

- Tổng lượng dịch sữa ở công đoạn lọc tận dụng:

Lượng dịch vào máy có Be = 1 ÷ 2 ⇒ρ = 1001,8 (kg/m3) [6, 64]

3.2.2.3 Cân bằng vật liệu cho quá trình ly tâm tách bã

3.2.2.3.1 Máy tách bã lần 1

 Nguyên liệu vào:

Lượng dịch sữa vào có Be = 15÷16

 Nguyên liệu ra:

Lượng bã tách được là 40% tổng lượng bã: [12, 10]

Với Qbã tách = 51,955 tấn/ca; ρbã = 1288,14 kg/m3 [12, 7]

Q28 = 40% x Qbã tách = 40% 51,955 = 20,782 (tấn/ca)

Hay: Q29 = Q28 x ρbã-1x 103 = 20,782 (1288,14)-1 103 = 16,133 (m3/ca).Lượng bột tổn thất ở công đoạn này là 20% (so với tổng tổn thất 0,2%)

Tổng lượng dịch sữa và nước vào máy:

Q34 = Q32 + Q33 = 259,9716 + 100 = 359,9716 (m3/ca)

 Nguyên liệu ra:

Lượng bã tách được là 40% tổng lượng bã: [12, 7]

Với Qbã tách = 51,955 (tấn/ca)

Q35 = 40% x Qbã tách = 40% x 51,955 = 20,782 (tấn/ca)

Hay: Q36 = Q35 x ρbã-1x 103 = 20,782 (1288,14)-1 103 = 16,133 (m3/ca).Lượng bột tổn thất ở công đoạn này là 15% (so với tổng tổn thất 0,2%):

 Nguyên liệu ra:

Lượng bã tách được là 20% tổng lượng bã:

Với Qbã tách = 51,955 tấn/ca; ρbã = 1288,14 kg/m3 [12, 7]

Q42 = 20% x Qbã tách = 20% 51,955 = 10,391 (tấn/ca)

Hay: Q43 = Q42 ρbã-1 103 = 10,391 (1288,14)-1 103 = 8,0667 (m3/ca)

Lượng bột tổn thất ở công đoạn này là 15% (so với tổng tổn thất 0,2%)

Vì đây là công đoạn tận thu nên lượng tổn thất ở công đoạn này không đáng kể

Bảng 3.4.Cân bằng vật liệu của quá trình ly tâm tách bã

3 443,8293

3.2.2.4 Cân bằng vật liệu của quá trình phân ly tách mủ

3.2.2.4.1 Máy tách mủ lần 1

 Nguyên liệu vào:

Lượng dịch sữa vào máy:

 Nguyên liệu ra:

Lượng nước thải ra môi trường công đoạn nay là 80%:

 Nguyên liệu vào:

Lượng dịch sữa vào máy:

 Nguyên liệu ra:

Lượng nước thải ra môi trường ở công đoạn này là 60%:

 Nguyên liệu vào:

Lượng dịch sữa vào máy:

 Nguyên liệu ra:

- Lượng bột tổn thất ở các công đoạn sấy, làm nguội, rây, đóng bao là 20% (so với tổng tổn thất 0,2%)

- Lượng dịch sữa ra:

Nguyên liệu ra (m3/ca) Tổng ra

(m3/ca) Dịch sữa Nước Dịch sữa

Nước thải

Tổn thất

Tách

mủ 1 435,7533 100 40 575,7533 115,1383 460,603 0,012 575,7533Tách

mủ 2 115,1383 140 28 283,1383 113,2513 169,883 0,004 283,1383Tách

mủ 3 113,2513 150 15 278,2513 89,62 188,6273 0,004 278,2513

3.2.2.5 Tính cân bằng vật chất ở công đoạn tách nước, sấy bột ẩm

3.2.2.5.1 Máy ly tâm tách nước

 Nguyên liệu vào:

Lượng dịch sữa vào:

(tấn/ca) Tổng vào (tấn/ca)

Nguyên liệu ra (tấn/ca) Tổng ra

3.2.2.6 Cân bằng vật liệu của công đoạn làm nguội, rây và đóng bao

3.2.2.6.1 Làm nguội

 Nguyên liệu vào:

Q75 = Q74 = 40,012 (tấn/ca)

 Nguyên liệu ra:

Lượng bột tổn thất là 5% (so với tổng tổn thất 0,2%)

 Nguyên liệu ra:

Lượng bột tổn thất là 5% (so với tổng tổn thất 0,2%)

Bảng 3.7 Cân bằng vật liệu của công đoạn làm nguội, rây và đóng bao

Công đoạn

Nguyên liệu vào

3.3 Tính cân bằng vật liệu cho sản xuất tinh bột biến tính

3.3.1 Các số liệu ban đầu

Năng suất thiết kế: 4000 tấn sản phẩm/ năm

Một năm làm việc bình quân 500 ca,

Ta có năng suất một ca: Qsp = = 8( tấn sản phẩm/ca)

Ta lấy hiệu suất thu hồi tinh bột biến tính là 97%

Tỷ lệ thu hồi 97% tương ứng với 8 tấn sản phẩm/ca

Suy ra, tỷ lệ tổn thất 3% tương ứng với:

Qh= =0,2474 (tấn/ca)

Vậy lượng nguyên liệu sạch là:

QNL=Qsp+Qh= 8 +0,2474 = 8,2474 (tấn/ca)

3.3.2 Tính cân bằng vật chất qua từng côn đoạn

3.3.2.1 Công đoạn hòa trộn

- Khối lượng tinh bột sắn nguyên liệu vào:

- Khối lượng huyền phù thu được là: G2

- Lượng nước cần thiết để hòa trộn là: H1

Ta có phương trình cân bằng vật chất:

3.3.2.2 Công đoạn hồ hóa thủy phân

- Ta sử dụng chế phẩm enzyme amylase với khối lượng bằng 0,03 khối lượng bột

Khối lượng chế phẩm enzyme amylase cần dùng:

G3= 0,03 x 8,2474 = 0,247 (tấn/ca)

- Lượng huyền phù sau khi pha trộn enzyme (sau khi thủy phân)

G4= G2 + G3= 15,0343 + 0,247 = 15,2813 (tấn/ca)

3.3.2.3 Công đoạn tẩy màu

- Khối lượng huyền phù đưa vào thiết bị:

G4 = 15,2813 (tấn/ca)

- Lượng than hoạt tính cho vào, khoảng 0,05% khối lượng dịch bột:

Gtht= 15,2813 x 0,05% =0,00764(tấn/ca)

3.3.2.4 Công đoạn lọc rửa

- Lượng huyền phù đưa vào thiết bị lọc rửa: