Việt Nam với thế mạnh là một đất nước nông nghiệp, đa dạng các loại phế phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên, hiện nay nguồn nhiên liệu quan trọng này vẫn chưa được quan tâm sử dụng, phân phối hiệu quả.Phần lớn phế phụ liệu này sẽ được đem đi thải bỏ hoặc cho gia súc ăn, gây lãng phí.Nguồn phế liệu lớn nhất trong nông nghiệp là phế liệu từ cây lương thực, trong đó có cây ngô.Ngô được coi là nguồn lương thực quan trọng của con người và thức ăn chính trong chăn nuôi. Ở nước ta trong những năm gần đây, diện tích trồng ngô thay đổi theo hướng tích cực, kéo theo năng suất tăng. Năm 2000 nước ta có diện tíchtrồng ngô là 730,2 ngàn hecta với năng suất trung bình là 27,5 tạha, năm 2004 là 991,1 ngàn hecta với năng suất trung bình 34,6 taha, năm 2008 là 1125,9 ngàn hecta với năng suất trung bình 40,2 taha, năm 2004 là 126,9 ngàn hecta với năng suất trung bình 4060,8 nghìntấn. Tuy nhiên những bộ phận trên cây ngô không được sử dụng hết cho việc sản xuất thức ăn, điều này đồng nghĩa thải ra môi trường một lượng phế thải lớn, gây ảnh hưởng xấu tới môi trường, lãng phí nguồn nhiên liệu.Để khắc phục tình trạng này chúng tôi đưa ra đề tài nghiên cứu: “Tận dụng phế phụ liệu của quy trình sản xuất tinh bột bắp”, mong muốn tìm ra những sản phẩm có giá trị sử dụng từ những nguồn phế phụ liệu trong quy trình.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MÔN: XỬ LÝ PHẾ LIỆU ĐỀ TÀI: TẬN DỤNG PHẾ PHỤ LIỆU CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP GVHD: ThS LÊ HƯƠNG THỦY NHÓM: 07 TP.Hồ Chí Minh tháng 3/2017 MỤC LỤC Mở đầu Việt Nam với mạnh đất nước nông nghiệp, đa dạng loại phế phẩm nông nghiệp Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu quan trọng chưa quan tâm sử dụng, phân phối hiệu quả.Phần lớn phế phụ liệu đem thải bỏ cho gia súc ăn, gây lãng phí Nguồn phế liệu lớn nông nghiệp phế liệu từ lương thực, có ngô.Ngô coi nguồn lương thực quan trọng người thức ăn chăn nuôi Ở nước ta năm gần đây, diện tích trồng ngô thay đổi theo hướng tích cực, kéo theo suất tăng Năm 2000 nước ta có diện tíchtrồng ngô 730,2 ngàn hecta với suất trung bình 27,5 tạ/ha, năm 2004 991,1 ngàn hecta với suất trung bình 34,6 ta/ha, năm 2008 1125,9 ngàn hecta với suất trung bình 40,2 ta/ha, năm 2004 126,9 ngàn hecta với suất trung bình 4060,8 nghìntấn Tuy nhiên phận ngô không sử dụng hết cho việc sản xuất thức ăn, điều đồng nghĩa thải môi trường lượng phế thải lớn, gây ảnh hưởng xấu tới môi trường, lãng phí nguồn nhiên liệu.Để khắc phục tình trạng đưa đề tài nghiên cứu: “Tận dụng phế phụ liệu quy trình sản xuất tinh bột bắp”, mong muốn tìm sản phẩm có giá trị sử dụng từ nguồn phế phụ liệu quy trình I Tổng quan nguyên liệu bắp (ngô) quy trình sản xuất tinh bột bắp Nguyên liệu bắp(ngô) (1) Họ: Poacea (hòa thảo) Phân họ: Andropogonoideae Tộc: Tripsaceae (maydeae, Zeeae) Chi: Zea Loài: Zea Mays L Phân loại: Ngô có nhiều loại dựa vào khác hình dáng hạt, mức độ trắng nội nhũ ý nghĩa sử dụng mà phân thành loại sau: • Ngô đá (Z.N Indurata) – hạt đầu tròn, màu trắng hay vàng có giống màu tím, nội nhũ trắng trong, hạt trắng đục Hàm lượng tinh bột 56-75% Ngô đá hạt cứng, khó • nghiền, dùng để chế biến bột ngô, tỉ lệ thành phẩm cao Ngô ngựa (Z.M Indentata) – hạt đầu lõm giống rang ngựa, màu vàng hay trắng, phần dọc hai bên nội nhũ trắng phần dọc nội nhũ trắng đục Hàm lượng tinh bột 60-63% Tỷ lệ nội nhũ trắng đục nhiều ngô đá nên hạt mềm hơn, nghiền nhiều bột mảnh dung sản xuất bột tinh bột • Ngô bột (Z.N Amylaceae) – hạt đầu tròn vuông, màu trắng, phôi lớn, nội nhũ trắng đục nên mềm dễ hút nước ngâm Hàm lượng tinh bột khoảng 55-80% Chủ yếu dùng sản • xuất bột, tinh bột kỹ nghệ rượu bia Ngô sáp (Z.M Ceratina) , gọi ngô nếp, hạt nhỏ, đầu tròn màu trắng đục, nội nhũ phần trắng phần trung tâm trắng đục Hàm lượng tinh bột khoảng 60% Thành phần • cấu tạo tinh bột 100% - amylopectin Dùng chế biến thức ăn điểm tâm đóng hộp Ngô nổ (Z.M Everta) hạt đầu nhọn, nội nhũ trắng hoàn toàn, cứng nên khó nghiền • Hàm lượng tinh bột 62-72% Thường sản xuất bỏng gạo ngô Ngô đường (Z.M Saccharata) – hạt hình dạng nhăn nheo, màu vàng trắng Hàm lượng tinh bột 25-37%, dextrin đường tới 19-31% Tinh bột ngô đường có tới 60-98% amiloza Thường để sản chế biến thức ăn điểm tâm đóng hộp Trong loại ngô đá, ngô ngựa ngô bột trồng phổ biến nước loại chủ yếu dung làm nguyên liệu sản xuất tinh bột Cấu tạo bắp ngô: Bắp ngô dạng hình trụ thuôn đầu gồm: bao, râu, bẹ, lõi, cuống, hạt Trong lõi có khoảng 0,22% hạt không tẻ gọi hạt kẹ Trọng lượng bắp ngô khoảng 200-400g, đặc biệt có nặng đến 600g Chiều dài khoảng 1025cm, đường kính 3-5cm Hạt phát triển thành hàng thẳng, số hàng mọc bắp thường số chẵn Số hàng phụ thuộc vào kích cỡ bắp ngô khoảng 8-24 hàng, trung bình 16-20 hàng Trong bắp ngô, số hạt chiếm 78% khối lượng lại lõi cuống khoảng 22% khối lượng điều kiện tự nhiên Quy trình sản xuất tinh bột bắp (2) Hình 1: Sơ đồ sản xuất tinh bột bắp Quy trình sản xuất tinh bột bắp cho có lượng phế liệu quy trình bao gồm: Vỏ bắp, lõi (cùi) bắp, râu bắp, bã phôi, bã dịch cháo, xơ gluten II Phế phụ liệu, hướng ứng dụng, xử lý đề xuất ý tưởng Tổng quan phế phụ liệu Theo số liệu thống kê Tổng cụcthống kê Việt Nam, diện tích trồng ngô từ năm 20002008 thể bảng (3) Năm Cả nước 2000 2004 2005 2006 2007 2008 730,2 991,1 1052,6 1033,1 1096,1 1125,9 Đb sông Hồng 97,8 89,8 88,3 85,3 91,0 98,4 Diệntíchgieotrồng (nghìn ha) Trung du Bắc Trung Bộ TâyNguyên miền núi phía duyên hải Bắc miền Trung 282,5 144,1 86,8 348,4 211,4 209,2 371,5 225,6 236,6 369,6 224,4 227,6 426,3 213,9 235,6 440,5 219,7 236,9 Đồng Nam Bộ Đb sông Cửu Long 100 99,8 95,7 92,5 92,6 89,5 19,0 32,5 34,9 33,7 36,7 40,9 Nếu ước tính lượng phụ phẩm ngô để lại đồng ruộng vào khoảng 50-60 tấn/ha tổng lượng phụ phẩm ngô hàng năm 50-60 triệu thân ngô chưa kể phụ phẩm khác trình sản xuất tinh bột bắp Đây lượng phụ phẩm lớn, nguyên liệu tiềm cho sản xuất ethanol sinh học Phụ phẩm từ ngô bao gồm: thân, lá, bẹ lõi ngô Hiện trạng sử dụng phụ phẩm (4) Thân ngô Vào mùa thu hoạch người dân thường bẻ bắp ngô riêng, thân hầu hết chặt phơi ruộng (khoảng 90%), khô Tùy theo vùng mà thân ngô bị thải bỏ ruộng vận chuyển nhà sử dụng cho mục đích khác làm thức ăn cho gia súc, làm chất đốt cho đun nấu gia đình Thân, ngô dùng làm thức ăn cho gia súc tốt thân ngô hàm lượng chất xơ chiếm 31,5% (trong hợp chất chứa cácbon 40%; hợp chất chứa cácbon 24%; lignin 14%, Hình 8), protein thô chiếm 7,6%, hàm lượng đường tinh bột cao so với rơm rạ Lõi bẹ ngô Bắp ngô sau thu hoạch về, bẹ bóc Khi tươi bẹ dùng phần làm thức ăn cho gia súc phần lớn phơi khô để đun nấu Bắp ngô sau tách hạt lại lõi ngô Lõi ngô phơi khô dùng cho đun nấu vứt bỏ Hiện nay, người ta bắt đầu trọng đến việc tận dụng phế phụ liệu, họ bắt đầu nghiên cứu sản phẩm có giá trị kinh tế từ phế phụ liệu sản xuất thức ăn gia súc, phân bón, giá thể trồng nấm… Xử lý ứng dụng phế phụ liệu công nghiệp sống a) Vỏ bắp Phân bón (5) Trong nông nghiệp sau bắp thu hoạch tách hạt phần vỏ bắp thu gom đem đốt tận dụng làm nguyên liệu để nhóm bếp Một số dùng để ủ phân Quy trình ủ phân từ vỏ bắp Hình 2: Sơ đồ ủ phân bón từ vỏ bắp • Thuyết minh quy trình: Cách làm hố ủ: Số lượngbắp ủ tính số lượng trâu, bò số lượng vỏ bắp thu hoạch Một bò ăn 15-20kg vỏ bắp ủ/ngày Hầm ủ tích 1m3 ủ 600-800 kg vỏ, thân bắp non Có hai loại hố ủ: hố hình khối hố hình giếng Hố hình giếng: Giống giếng bên xây gạch dày Đối với hố đào không xây gạch, lót bên túi nylon, chừa phần dư bên để lót đáy hố, chừa phần dư bên để cột chặt ủ xong hố • Cho vỏ, thân bắp vào hố ủ: - Cân vỏ bắp: Đối với hố có đường kính 1,2 m x đáy 1,2 m x cao 1,2m cho vào hố lớp:50kg vỏ bắp + 1kg cám + 0,5 kg muối (cám 2% + muối 1%) Hoặc50kg vỏ bắp+ 2,5kg mật đường + nước + 0,5 kg muối (mật đường 5% + muối 1%) - Dậm chân kỹ lưỡng, vách hố ủ Cứ thực đầy hố - Khi ủ đầy hố, cột chặt miệng túi nylon - Đặt vĩ, bên xếp tảng đá vật nặng - Mái che • Cách lấy vỏ bắp ủ cho bò ăn: - Có thể lấy cho bò ăn sau ủ tuần - Bốc bỏ phần bắp ủ bị nhiễm mốc vỏ bắp ủ bị nhũng - Khi mở hố ủ nên cho bò ăn liên tục, không nên ngưng - Tuỳ cấu trúc hố mà lấy vỏ bắp ủ cho bò ăn: + Nếu hố dài nên lấy phần xắn theo chiều sâu hố + Nếu hố hình giếng, lấy lớp nén lại cho chặt, đậy kỹ cũ • Đánh giá chất lượng vỏ bắp ủ cảm quan: - Mùi thơm axit dễ chịu - Màu vàng xanh dưa cải muối, không mềmnhũng - Vị không đắng không chua gắt - Không có nấm mốc Sản xuất etanol (6) Vỏ bắp, thân có hàm lượng cellulose cao nên ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất etanol Cứ khoản 2-4 vật liệu khô cho etanol Nguyên nhân khiến người ta chuyển sang sản xuất etanol từ sinh khối cellulose loại có sẵn rẻ tiền so với loại tinh bột ngũ cốc trồng khác, đặc biệt với nguồn chất thải giá trị kinh tế vấn đề có ý nghĩa, nhiên trình chuyển hóa vật liệu khó khăn Hàm lượng cellulose, hemicellulose, lignin, đường tro nguyên liệu sinh khối thể bảng sau: Bảng 2: Thành phần cellulose, hemicellulose lignin sinh khối Bảng 3: Thành phần đường tro nguyên liệu sinh khối Quá trình chuyển hóa sinh khối từ nguyên liệu chứa cellulose thành etanol có điểm khác với trình lên men tinh bột chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho trình lên men Thủy phân hỗn hợp cellulose khó thủy phân hỗn hợp tinh bột hỗn hợp cellulose tập hợp phân tử đường liên kết với thành mạch dài (polyme cacbohydart) gồm khoảng 40-60% cellulose 20-40% hemicellulose, có cấu trúc tinh thể, bền Hemicellulose chứa hốn hợp polyme có nguồn gốc từ xylo, mano, galaeto arabino bên cellulose Tóm lại hỗn hợp cellulose khó hò tan nước Phức polyme thơn có gỗ lignin (10-25%) lên men khó phân hủy sinh học (6) Hình : Quá trình thủy phân để sản xuất đường từ cellulose theo sau trình lên men để sản xuất etanol sinh học (9) Hãng General Motor thực dự án sản xuất xăng sinh học E85 từ cellulose (thân bắp) có triệu xe chạy E85 (10) Vì chi phí sản xuất cao nên chình phủ phải trợ giá cho sản phẩm tung thị trường nên vấn đề sản xuất hàng loạt thay hoàn toàn thị trường vấn đề khó khăn phủ nước Hoa Kỳ xem xét Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu sinh khối: (6) Xu hướng sản xuất etanol từ nguyên liệu SK Theo nhận định ông Donald Coxe, nhà chiến lược hàng đầu, tập đoàn tài BMO Canada, khủng hoảng lương thực xuất trở nên trầm trọng khủng hoảng lương thực trước giới chứng kiến Việc sử dụng đất để trồng nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực, làm tăng giá lương thực, đặc biệt nước phát triển Khi nông dân trồng nguyên liệu có lợi trồng lương thực - Thời gian trích ly: 15 phút Yếu tố ảnh hưởng: kích thước nguyên liệu, tỷ lệ nguyên liệu dung môi, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, mức độ khuấy đảo, dạng thiết bị sử dụng… • Lọc: Gồm hai trình: lọc thô lọc áp suất Lọc thô: Mục đích: tách riêng phần dịch lỏng bã rắn Phần bã rắn tận dụng làm thức ăn gia súc Tiến hành thủ công: hỗn hợp sau trích ly lượt qua lớp vải lọc • Lọc áp suất: Mục đích: tách bỏ tạp chất lơ lửng sót lại trình lọc thô Tiến hành lọc dung dịch qua thiết bị lọc áp suất có sử dụng giấy lọc Công đoạn phải thực nhanh nhằm tránh nhiễm vi sinh từ môi trường Phối chế: Mục đích: tạo hỗn hợp đồng thành phần nguyên liệu khác theo tỉ lệ xác định để tạo sản phẩm có tiêu chất lượng hóa lý cảm quan theo yêu cầu Dịch trích phối chế với đường nhằm tạo sản phẩm có vị phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng Bài khí: Mục đích: dịch sau phối chế cần khí trước rót chai để loại bỏ không khí hòa tan Thực hiện: khí nhiều cách khác khí nhiệt (đun nóng dung dịch nồi hở nhiệt độ 80 – 100oC vài chục giây), khí thiết bị khí chân không liên tục phương pháp khác Ở tiến hành cách rót nóng 80oC Rót chai đóng nắp: Mục đích: nhằm bảo quản sản phẩm, tránh xâm nhập chất bẩn vi sinh vật từ bên vào bên sản phẩm Yêu cầu: trước lúc rót chai, bao bì cần rửa sạch, vô trùng; rót sản phẩm để tránh nhiễm bẩn phải tiến hành nhiệt độ cao Ở sử dụng chai thủy tinh vô trùng, tiến hành rót chai nhiệt độ cao 80 C Ngay rót xong, bao bì phải ghép kín Trước ghép kín nắp chai phải rửa sạch, vô trùng, dùng Bao bì: trà râu bắp rót chai thủy tinh với nhiều hình dạng, thể tích khác Thanh trùng: Mục đích: công đoạn xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây hại tác động nhiệt độ khoảng thời gian định, làm tăng thời gian bảo quản sản phẩm Sản phẩm trùng 70oC 10 Làm nguội: Sản phẩm sau xử lí nhiệt làm nguội quạt gió đến 50oC làm nguội nước sạch, bảo quản nhiệt độ thường c) Thân bắp Cấu tạo: (16) Thân ngô đặc, chắc, có đường kính từ 2-4cm tùy thuộc vào giống, điều kiện sinh thái chăm sóc Chiều cao thân ngô khoảng 1,5-4m thân ngô có nguồn gốc từ chồi mầm từ đốt đất thân phát sinh 1-10 nhánh (thân phụ) với hình dáng tương tự thân Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng nằm đốt kết thúc cờ số lóng chiều dài lóng tiêu quan trọng việc phân loại giống ngô -Các giống ngắn ngày thân cao từ 1,2-1,5m có khoảng 14-15 lóng -Các giống trung ngày thân cao từ 1,8-2,0m có 18-20 lóng -Các giống dài ngày thân cao từ 2,0-2,5m khoảng 20-22 lóng Thành phần hóa học Bảng: Thành phần hóa học ngô (%) Chất khô Tính theo vật chất khô Protein Xơ Tro Mỡ DXKĐ Tươi, 1,5 8,9 31,2 10,2 1,9 47,8 tuần tuổi Tươi, 10 21,9 10,9 31,5 8,7 1,4 48,4 tuần tuổi Tươi, 23,8 9,5 30,9 6,0 4,3 49,3 hoa Tươi, chín 16,0 11,3 29,4 8,1 1,9 49,3 sữa Thân khô 6,3 35,0 7,4 1,3 50,3 ủ chua, 6,5 31,9 5,0 3,3 53,3 chín sữa Ứng dụng thân cây: (17) Chế biến bột phụ phẩm Bước 1: Thu gom loại phụ phẩm nghề trồng ngô gồm thân sau thu hoạch bắp (chặt cách gốc 30-35 cm), vỏ bắp lõi ngô Bước 2: Sơ chế: – Với thân, ngô sau thu hoạch: Bỏ khô già sát gốc; Chặt bỏ gốc đoạn khoản 20 cm; Cắt thái đoạn thân lại thành đoạn 3-5 cm – Với bẹ, vỏ bắp: Bỏ khô vàng bên ngoài; Nhặt tạp chất; Băm nhỏ – Với lõi bắp: Thái nhỏ 2-3cm Bước 3: Chế biến bảo quản Rải phơi phụ phẩm ngô Phơi cần chạm nhẹ vào bất kỳ, vỡ vụn nguyên liệu đạt độ ẩm