Thành phấn hóa học của mía

1 Thành phần hóa học của mía Thành phần hóa học của mía tương đối phức tạp phụ thược vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh,… gồm có: Thành phần Đường Saccharose Đường khử Xơ Chất chứa Nitơ Chất không đường vô Glucose Fructose Cellulose Pentosen (xylan) Araban Linhin Protein Amit Acid amin Acid nitric NH3 Xantin SiO2 K2O Na2O CaO MgO Fe2O3 P2O5 SO3 Clo Nước Hàm lượng (%) 12 0.9 0.6 5.5 2.0 0.5 2.0 0.12 0.07 0.21 0.01 Vết Vết 0.25 0.12 0.01 0.02 0.01 Vết 0.07 0.02 Vết 74.5 Lúc mía chín, phần đường cao, chất không đường thấp, đó độ tinh khiết tương đối cao, đồng thời phần nước giảm, phần xơ cũng tăng lên 1.1 Đường saccaroza (sucrose, saccharose) Đường saccaroza là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường Saccaroza là một disaccarit cấu tạo từ: α-D-Glucoza và β-D-Fructoza Công thức cấu tạo phân tử đường Saccaroza Công thức phân tử: C12H22O11 (M = 343.3) 1.1.1 Tính chất vật lý − Trạng thái nguyên chất tinh thể suốt, không màu, vị ngọt − Tỷ trọng d=1.5789 − Nhiệt nóng chảy t=186 ÷1880C − Độ hòa tan: Đường saccaroza dễ tan nước Độ hòa tan phụ thuộc: +Nhiệt độ: nhiệt độ tăng, độ hòa tan tăng + Hàm lượng chất không đường có dung dịch đường: Các muối vô (như NaCl) làm tăng độ hòa tan của đường saccaroza Muối CaCl2, K2SO4,… làm giảm độ tan của đường saccaroza Đường saccaroza không tan một số dung môi không phân cực như: dầu hỏa, glycerin khan, benzene, alcohol,… gam alcohol nồng độ 95% hòa tan được 0.01 gam đường Tuy nhiên, đường saccaroza lại tan hữu han NH3, phenol, anilin, axetat etyl… Bảng Độ hòa tan của đường theo nhiệt độ (tính bằng (số gam đường)/(100g nước)) Nhiệt độ, 0C 10 20 30 40 50 Độ hòa tan 179.20 190.50 203.90 219.50 238.10 260.10 Nhiệt độ, 0C 60 70 80 90 100 Độ hòa tan 287.30 320.50 362.20 415.70 487.20 − Độ ngọt Saccaroza thường gặp chế biến thực phẩm vừa chất tạo vừa chất dinh dưỡng; thành phần quan trọng nhiều loại thực phẩm bánh bích quy, kẹo ngọt, kem nước trái cây, hỗ trợ bảo quản thực phẩm Độ đường Saccaroza so với loại đường khác (lấy độ ngọt của đường saccaroza là 100): Fructoza % 150 Glucoza % 75 Saccaroza % Mật tinh bột % 100 60 (Maltoza + Lactoza) % 30 Độ ngọt của dung dịch đường tăng theo nồng độ đường dung dịch Hiện nay, người ta xác định độ ngọt của đường bằng phương pháp cảm quan (vị giác) − Tính kết tinh Khi ở nồng độ cao – quá bão hòa đường sẽ kết tinh Tùy vào phương pháp tạo mầm tinh thể mà đường kết tinh ở các nồng độ khác Hình phóng đại hạt đường và cấu trúc tinh thể Sự kết tinh trải qua hai giai đoạn chính, hình thành mầm tinh thể phát triển mạng tinh thể Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh của đường  Độ quá bão hòa dư  Nhiệt độ  Độ tinh khiết của dung dịch  Độ nhớt  Sự khuấy trộn  Kích thước tinh thể  Số lượng tinh thể dung dịch đường (tìm hiều cụ thể vd nhiệt tăng  tốc độ kết tinh tăng/giảm?k cần ghi vào,lỡ cô có hỏi) [Tốc độ kết tinh tỉ lệ với nhiệt độ vì nhiệt độ tăng độ nhớt giảm, có lợi cho kết tinh Theo nghiên cứu của Kukharenko, nhiệt độ tăng 100C thì tốc độ kết tinh của đường nguyên chất tăng lên lần (trong cùng một điều kiện bão hòa nhau) Tuy nhiên, đối với dung dịch đường nguyên chất thì tốc độ kết tinh lớn nhất ứng với một nhiệt độ nhất định Nhiệt độ này phụ thuộc vào thành phần của dung dịch Nhiệt độ, 20 30 40 50 60 70 C Tốc độ kết 0.42 1.30 2.10 5.40 13.30 30.0 tinh Tuy nhiên, quá trình kết tinh nếu tăng nhiệt độ cao sẽ làm tổn thất đường và màu sắc của dung dịch, đó cần nấu đường điều kiện chân không để khắc phục nhược điểm trên] Tỉ nhiệt (nhiệt dung riêng): Tỉ nhiệt của đường saccaroza được tính theo công thức: C= (0.2387 + 0.00173t).4.18 KJ/Kg.độ Tỉ nhiệt trung bình khoảng 22÷250C là C=0.3019 KJ/Kg.độ Tỉ nhiệt của dung dịch đường được tính theo công thức: C=4.18[1-(0.6-0.0018t)].c/100 KJ/Kg.độ Trong đó c: nồng độ % của dung dịch đường (Pol) − Độ quay cực Dung dịch đường có độ quay cực phải, độ quay cực của dung dịch đường ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ dung dịch Trị số quay cực trung bình { }20D = 66.5 (độ quay cực có ảnh hưởng đến qt sx k? vd có ảnh hưởng đến kết tinh,…?) Độ quay cực của đường saccaroza ban đầu không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất đường nếu: [Đường saccaroza có tính quay cực phải +66.5°, glucoza cũng có tính quay cực phải +52.7° còn fructoza quay trái –92° Đường saccaroza sau thủy phân nguyên là quay phải +66.5° biến thành quay trái –39° Do đó, có tên gọi là sự chuyển hóa đường tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza  làm giảm sản lượng đường, giảm hiệu suất thu hồi đường Đó là một sự tổn thất rất nghiêm trọng sản xuất đường, cần cố gắng tránh hoặc giảm thiểu] − Độ nhớt Độ nhớt của dịch đường tăng nồng độ tăng và ngược lại Độ nhớt của dịch đường giảm nhiệt độ tăng và ngược lại 1.1.2 Tính chất hóa học 1.1.2.1 Tác dụng với acid Trong môi trướng acid đường saccaroza sẽ bị thủy phân thành đường Glucoza và Fructoza (Invert Sugar) Đường saccaroza có tính quay cực phải +66.5°, glucoza cũng có tính quay cực phải +52.7° còn fructoza quay trái –92° Đường saccaroza sau thủy phân nguyên là quay phải +66.5° biến thành quay trái –39° Do đó, có tên gọi là sự chuyển hóa đường Hỗn hợp glucoza và fructoza được tạo thành từ sự thủy phân saccaroza được gọi là đường chuyển hóa hay đường nghịch đảo Đường saccaroza bị chuyển hóa làm giảm sản lượng đường, giảm hiệu suất thu hồi đường Đó là một sự tổn thất rất nghiêm trọng sản xuất đường, cần cố gắng tránh hoặc giảm thiểu Dung dịch đường dễ dàng nghịch chuyển thêm g axit citric axit ascorbic, tính kg đường Có thể dùng nước chanh tươi (10 ml/kg) Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc vào nhiệt độ và độ acid của môi trường Nhiệt độ càng cao, độ acid càng mạnh thì thời gian chuyển hóa càng nhanh:  Khi tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ chuyển hóa tăng lên lần  pH giảm 1.0 thì tốc độ chuyển hóa tăng lên 10 lần  Do đó, nhiệt độ và pH là các yếu tố ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự chuyển hóa đường Tác dụng đối với men chuyển hóa: dưới tác dụng của men intertase thì đường saccaroza bị chuyển hóa thành loại đường nói Trong trường hợp này, men Invertase đóng vai trò môi trường acid và quá trình chuyển hóa xảy ở nhiệt độ thường Ngoài ra, rất nhiều loại vi sinh vật tạo enzyme chuyển hóa cũng làm tăng tốc độ chuyển hóa đường Mía không tươi hoặc những gốc chết của thiết bị (máy ép) hoặc những nơi vệ sinh không sạch dẫn đến quá trình chuyển hóa đường tăng rất mạnh (men c.h vsv hay đâu?) => men chuyển hóa vi sinh vật có sẵn nguyên liệu tạo nguyên liệu để lâu ngày 1.1.2.2Tác dụng đối với kiềm Phân tử đường saccaroza không có nhóm hydroxyl glucozit nên không có tính khử Saccaroza có tính chất một acid yếu, kết hợp được với vôi tạo thành các muối mono, di, tri-canxi saccarat khó bị phân hủy và tồn tại ở dạng tinh thể C12H22O11 + Ca(OH)2  C12H22O11.CaO + H2O C12H22O11 + 2Ca(OH)2  C12H22O11.2CaO + 2H2O C12H22O11 + 3Ca(OH)2  C12H22O11.3CaO + 3H2O (tinh thể gây ảnh hưởng gì?) [Trong giai đoạn làm sạch nước mía người ta thường bổ sung vôi sữa (Ca(OH) vào nước mía để trung hòa acid tự => ngăn ngừa sự chuyển hóa đường saccaroza và tạo môi trường thích hợp cho một số chất tan có khả keo tụ như: keo ưa nước (protein, pentosan, pectin) và keo không ưa nước (chất màu, chất béo, sáp mía,…) kết tủa Đồng thời vôi sữa cũng tạo các phản ứng với đường saccaroza như: C12H22O11 + Ca(OH)2  C12H22O11.CaO + H2O C12H22O11 + 2Ca(OH)2  C12H22O11.2CaO + 2H2O C12H22O11 + 3Ca(OH)2  C12H22O11.3CaO + 3H2O Nhưng các dạng tinh thể không ảnh hưởng gì đến quá trình sản xuất đường vì sau đó có công đoạn xông CO2 phân hủy các muối calcium saccarat trở lại thành đường saccaroza và calcium carbonate (CaCO3) kết tủa tách khá dễ dàng ] Trong môi trường kiềm đường, saccaroza bị phân hủy thành đường latoza, glucoza, fructoza và các đường khác Ở pH từ 8÷9 và đun nóng một thời gian dài , đường saccaroza sẽ bị phân hủy thành các aicd (chủ yếu là acid lactic chiếm khoảng 60%) và các chất màu (hợp chất có màu vàng và màu nâu)  Đây là phản ứng không mong muốn sản xuất đường vì chất màu sẽ làm giảm chất lượng của đường còn acid hữu sinh lại làm chuyển hóa đường saccaroza gây tổn thất cho sản xuất đường 1.1.2.3 Tác dụng tạo phức: Trong phân tử đường saccaroza có chứa nhiều nhóm hydroxyl nên có thể tạo thành phức chất với các muối NaCl.2H 2O, KCl.H2O, NaBr.H2O Điều này có ý nghĩa đến sự liên kết các chất không đường vào mạng lưới tinh thể lúc mầm tinh thể lớn lên cũng làm tăng lượng mật cuối (ảnh hưởng đến tinh thể đường cuối?) câu này t ko biết trả lời Tốc độ phân hủy tăng theo độ pH Ở nhiệt độ sôi (trong giờ) và với pH=8÷9, saccaroza chỉ bị phân hủy 0.05% ở nhiệt độ mà pH=12 thì sự phân hủy đó tăng 0.5% 1.1.2.4Tác dụng của nhiệt độ Dưới tác dụng của nhiệt độ cao 186÷188 0C, đường saccaroza bị mất nước tạo thành caramen (đường thắng) là sản phẩm có màu caramenlan, caramenlen, caromenlin, cháy tạo cacbon, dioxit cacbon, nước Sơ đồ phản ứng caramel hóa Nước phá vỡ cấu trúc saccaroza nhờ thủy phân, nhiên trình chậm saccaroza tồn dung dịch nhiều năm mà gần không thay đổi Tuy nhiên, enzyme sucrazơ thêm vào phản ứng diễn nhanh chóng Caramen (đường thắng) Chất màu caramen được coi hợp chất humin (C 12H8O4)n Đó là sự polymer hóa ở mức độ khác của β-anhidrit 1.2 Đường Glucoza(Glucose), Fructoza(Fructose): gọi chung là đường khử (RS) 1.2.1 Tính chất vật lý Đường khử nước mía chủ yếu là glucoza và fructoza Công thức phân tử C6H12O6 Khi mía còn non hàm lượng glucoza và fructoza mía tương đối cao, mía chính hàm lượng đó giảm đến mức thấp nhất 1.2.2 Tính chất hóa học Tính chất hóa học của đường khử tương đối ổn định ở pH=3 Dưới các điều kiện khác nhau, có thể sản sinh các loại phản ứng hóa học khác nhau, tạo thành nhiều loại sản phẩm khác Đối với sản xuất đường, phản ứng quan trọng nhất có các loại sau: 1.2.2.1Phân hủy đường khử Trong môi trường đặc biệt và ở nhiệt độ cao, glucoza và fructoza sẽ phát sinh một loạt phản ứng hóa học và sản phẩm của sự phân hủy bao gồm: acid lactic, acid glucosaccaric, acid focmic, lacton Những acid này lại kết hợp với vôi (CaO) tạo thành muối hòa tan, tồn tại dung dịch đường Vì vậy dùng vôi xấu, hàm lượng muối canxi nước mía tăng 1.2.2.2Phản ứng Maillard Tác dụng của đường khử và acid amin tạo thành những phản ứng phức tạp Sản phẩm tạo thành melanoidin có màu nâu đậm Phản ứng đó thường hay gặp tự nhiên hay công nghiệp thực phẩm, thường gọi là phản ứng màu nâu (browing reaction) Nó là nguyên nhân làm nhiều loại thực phẩm biến màu nâu đậm 1.2.2.3Ảnh hưởng của các vật chất khác đối với tác dụng phân hủy của đường khử Ngoài acid amin, nhiều loại acid hữu và một số muối vô thúc đẩy tốc độ phân hủy đường khử và tạo thành phản ứng có màu Muối của acid cacbonic cũng có tác dụng làm tăng tốc độ phân hủy đường khử và tạo thành chất màu Acid sufurơ cũng có ảnh hưởng rất lớn đối với phản ứng phân hủy đường khử Lúc acid sufurơ hoặc muối của nó tồn tại, có thể làm cho sản phẩm phân hủy đường khử có màu biến thành màu nhạt thậm chí không màu, đồng thời nó cũng làm giảm oxi dung dịch, đó làm yếu hiệu ứng gia tăng tốc độ phản ứng của oxi, vì lúc đường khử phân hủy hấp thu một lượng tương đối lớn oxi không khí.Oxi là nguyên nhân chủ yếu hình thành vật chất có phân tử lớn Tác dụng của H2SO3 theo phản ứng sau: Những phản ứng đó làm chất hữu biến nối đôi thành nối đơn (mất nối đôi) nên nó không có khả ngưng tụ thành vật chất phân tử lớn H 2SO3 có thể ức chế sự phân hủy đường khử, giảm thiêu sự tạo thành chất có màu 1.2.2.4Phản ứng dung dịch có tính acid Ở pH=3 đường khử glucoza và fructoza có tính ổn định nhất Bất luận acid hữu mạnh hay yếu đều không có tác dụng đối với glucoza và fructoza Đối với acid vô cơ, acid yếu và ở nhiệt độ thấp không có ảnh hường môi trường acid và nhiệt độ cao, đường khử sẽ tạo thành oximetylfufuron và sau đó tạo thành acid levulic và acid focmic: 1.3 Chất không đường chứa Nitơ: (chủ yếu xét protid) Hàm lượng chất không đường chứa Nitơ khoảng 0.4% bao gồm các chất sau:  Anbumin và các chất tương tự 0.12%  Acid amin 0.20%  Amid 0.07%  NH3 -  Nitrat 0.01% Protid: ở nhiệt độ 800C sẽ bị ngưng tụ, có lợi cho sản xuất đường Dưới tác dụng của cồn cao độ, aceton protid sẽ bị mất nước và kết tủa (các chất này có khả làm giảm hằng số điện môi của nước, giảm độ hòa tan của protid, đó chúng là tác nhân tạo kết tủa protid (có lợi gì?người ta ứng dụng ntn?) [Protid: bị ngưng tụ cũng tạo kết tủa => tách được thành phần không đường => giảm tạp chất của đường thành phẩm  có lợi cho sản xuất đường] Mặc khác, phân tử protid có chứa nhóm –COOH và nhóm –NH (lưỡng tính) nên protid có thể tương tác với kiềm và acid để trở thành hệ keo mang điện dương hoặc âm Ở một số pH nhất định protid sẽ trung hòa về điện và kết tủa Giá trị đó được gọi là pH đẳng điện (pI) Lợi dụng tính chất này người ta keo tụ protid Ngoài ra, các hợp chất chứa N khác Vitamin, Asparagin, Glutamin,… tồn tại nước mía với hàm lượng tương đối nhỏ, không ảnh hưởng đến quá trình làm sạch 1.4 Acid hữu Trong nước mía, các acid hữu có thể tồn tại ở dạng tự do, muối hòa tan, đó acid tự chiếm 1/3 lượng acid chung Thành phần acid hữu nước mía hỗn hợp được thể hiện theo bảng sau: Tên acid Acid acotinic Acid citric Acid malic Acid oxalic Acid glycolic Acid mesaconic Acid succinic Acid fumaric Tối thiểu 1.00 0.12 0.03 0.02 Vết - Tính theo chất khô, % Tối đa 2.06 0.31 0.25 0.16 0.13 0.08 0.05 0.04 Trung bình 1.54 0.18 0.12 0.11 0.05 0.04 0.02 [...]... và giảm sự biến đổi của các thành phần hóa học có trong nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ Chặt mía theo chiều luống mía các cây mía gối lên nhau, ngọt cây mía này gối lên gốc cây mía kia nhằm giảm lượng nước bốc hơi và chống rét Chất mía thành đống để có thể giảm sự phân giải đường Dùng lá mía thấm nước để che cho mía lúc vận chuyển và... Biện pháp Sau khi chặt hàm lượng đường trong mía giảm nhanh nên cần đưa mía về nhà máy ngay và ép càng sớm càng tốt Không nên bảo quản mía quá 2 ngày 2.2 Nhiệt độ – khí hậu Nhiệt độ, khí hậu là yếu tố ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học của mía trong quá trình bảo quản mía nguyên liệu  Biện pháp Chặt mía lúc trời rét hoặc hơi rét để giảm hàm... với alcohol tạo thành các este cao phân tử ít bay hơi, dùng làm chất hóa dẻo Este của acid aconitic kết hợp với Natri bisulfat sẽ cho các chất tẩy rửa và các chất có tác dụng phá bọt Sự tồn tại của các acid hữu cơ trong nước mía là nguyên nhân gây ra chuyển hóa đường Ngoài ra, acid milic tác dụng với sắt tạo chất màu đen Acid oxalic là thành phần đóng... trong nước mía đạt 350÷450 ppm cho hiệu quả làm sạch tốt Lúc hàm lượng P 2O5 quá thấp có thể tạo thành muối photphat có tính hòa tan 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi từng thành phần hóa học trong bảo quản trước chế biến 2.1 Thời gian bảo quản Theo thời gian bảo quản, hàm lượng đường saccaroza giảm, hàm lượng đường khử tăng, độ tinh khiết của mía giảm... nhóm polyphenol và chuyển thành màu sẫm khi phản ứng với muối sắt Trong giai đoạn Carbonat hóa antoxian bị loại ra hoàn toàn Phương pháp sulfit hóa chỉ loại được một phần antoxian 1.7 Chất không đường vô cơ Trong nước mía có nhiều loại chất vô cơ với số lượng tương đối lớn Thành phần cụ thể chủ yếu quyết định bởi thổ nhưỡng, giống mía, phân bón, điều kiện... tác dụng của cồn cao độ, aceton protid sẽ bị mất nước và kết tủa (các chất này có khả năng làm giảm hằng số điện môi của nước, giảm độ hòa tan của protid, do đó chúng là tác nhân tạo kết tủa protid (có lợi gì?người ta ứng dụng ntn?) [Protid: bị ngưng tụ cũng như tạo kết tủa => tách được thành phần không đường => giảm tạp chất của đường thành phẩm... bốc hơi và truyền nhiệt 1.5 Chất béo Chất béo chủ yếu trong cây mía là sáp Sáp thường tạo ra một lớp bao bọc ngoài cây mía Ngoài ra còn tìm thấy một lượng nhỏ dưới dạng phức chất ở các phần khác nhau của cây mía Loại phức chất này có nhiệt độ nóng chảy thấp Fort tìm thấy trong cây mía có khoảng 0.19÷0.26 sáp Sau khi tách chất serin, trong sáp gồm... thì sự thay đổi này xảy ra manh mẽ hơn gây tổn thất đường Theo nghiên cứu người ta thấy rằng, nếu mía đưa vào ép sau 8 ngày kể từ khi chặt, hiệu suất thu hồi đường giảm chỉ còn 20% Sự thay đổi thành phần của mía trong thời gian bảo quản (Theo Công nghệ mía đường, NXB Bách Khoa Hà Nội) Thời gian, ngày sau thu hoạch 0 1 2 3 4 5 Hàm lượng chất khô, % 21.2... sản xuất đường mía, gần 60÷80% sáp theo bã mía ra ngoài, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc 1.6 Chất màu Bao gồm các chất màu tự nhiên sau: Diệp lục tố: Chất màu có trong bản thân cây mía phần lớn là chất màu diệp lục tố a (C55H72O5N4Mg) và diệp lục tố b (C55H70O4N4Mg) Diệp lục tố tan trong alcohol và kiềm nhưng không tan trong nước mía và dung dịch... gốc sunfat, silic và Clo Trong nước mía có một lượng lớn gốc acid sulfuric Nó là thành phần chủ yếu của sự đóng cặn, vì sulfat canxi hòa tan trong dung dịch nhưng về sau không bốc hơi và nấu đường nồng độ đặc thì trích ra làm đục mật chè và đóng cặn ở thiết bị K2O, Na2O hầu như hòa tan trong nước, do đó làm sạch nước mía khó loại đi, anh hường đến