thiết kế nhà máy sản xuất tinh bột bắp

Ngày nay, bên cạnh việc sử dụng sắn thì bắp cũng là một trong những cây lương thực được sử dụng để sản xuất tinh bột. Sản phẩm từ cây bắp được sử dụng trong thực phẩm như dùng làm tinh bột biến tính, làm nguồn nguyên liệu để chế biến các loại bánh…Tuy nhiên, nó không chỉ có ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất thực phẩm mà trong các lĩnh vực khác, tinh bột bắp cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng như làm chất kết dính, thúc ăn gia súc, làm màng bao trong dược phẩm, sản xuất giấy… Qua đó ta thấy tinh bột bắp có rất nhiều ứng dụng trong các ngành sản xuất khác nhau. Chính vì vậy trên thị trường giá bắp nguyên liệu mới được tăng lên gần đây, kéo theo sự quan tâm trở lại của bà con nông dân sau nhiều năm thăng trầm của việc phát triển cây bắp, diện tích và sản lượng bắp cũng được tăng lên. Trước thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng và nguồn nguyên liệu ngày càng dồi dào, việc xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột bắp sẽ đem về một nguồn lợi đáng kể trong lĩnh vực sản xuất này. Với lý do này, nhóm chúng tôi tiến hành thiết kế một nhà máy sản xuất tinh bột bắp với những điều kiện tối ưu nhất nhằm đảm bảo nhà máy hoạt động hiệu quả nhất đem lại nguồn lợi kinh tế không chỉ cho nhà máy mà còn góp phần thúc đẩy nền kinh tế.

Mục lục MỞ ĐẦU Ngày nay, bên cạnh việc sử dụng sắn thì bắp cũng là một trong những cây lương thực được sử dụng để sản xuất tinh bột. Sản phẩm từ cây bắp được sử dụng trong thực phẩm như dùng làm tinh bột biến tính, làm nguồn nguyên liệu để chế biến các loại bánh… Tuy nhiên, nó không chỉ có ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất thực phẩm mà trong các lĩnh vực khác, tinh bột bắp cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng như làm chất kết dính, thúc ăn gia súc, làm màng bao trong dược phẩm, sản xuất giấy… Qua đó ta thấy tinh bột bắp có rất nhiều ứng dụng trong các ngành sản xuất khác nhau. Chính vì vậy trên thị trường giá bắp nguyên liệu mới được tăng lên gần đây, kéo theo sự quan tâm trở lại của bà con nông dân sau nhiều năm thăng trầm của việc phát triển cây bắp, diện tích và sản lượng bắp cũng được tăng lên. Trước thị trường tiêu thụ đầy tiềm năng và nguồn nguyên liệu ngày càng dồi dào, việc xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột bắp sẽ đem về một nguồn lợi đáng kể trong lĩnh vực sản xuất này. Với lý do này, nhóm chúng tôi tiến hành thiết kế một nhà máy sản xuất tinh bột bắp với những điều kiện tối ưu nhất nhằm đảm bảo nhà máy hoạt động hiệu quả nhất đem lại nguồn lợi kinh tế không chỉ cho nhà máy mà còn góp phần thúc đẩy nền kinh tế. Để hoàn thành bài thiết kế này, nhóm chúng tôi chân thành cảm ơn cô Th.s Vũ Thị Hoan đã hướng dẫn tận tình cho chúng tôi. Đây là lần đầu tiên nhóm chúng tôi thực hiện bài thiết kế này, không tránh khỏi những sai sót, rất mong cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài thiết kế hoàn thiện hơn. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2013 Nhóm thực hiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I. GIỚI THIỆU Họ: Poacea (hòa thảo) Phân họ: Andropogonoideae Tộc: Tripsaceae ( maydeae, Zeeae) Chi: Zea Loài: Zea Mays L Ngô là cây lương thực quan trọng giữ vị trí thứ 3 sau lúa và lúa mì về cả diện tích trồng và sản lượng trên toàn thế giới. ở nước ta ngô trồng khắp các vùng cả đồng bằng, trung du và miền núi. Ngô không những sử dụng làm thức ăn cho người, gia súc mà còn là nguyên liệu quan trọng trong các ngành công nghệ như: tinh bột, rượu, Tình hình trồng ngô ở nước ta như sau: Năm Diện tích (ha) Sản lượng (tấn) 2000 730.200 2.005.900 2001 729.500 2.161.700 2002 816.000 2.511.200 2003 912.700 3.136.300 Diện tích và sản lượng ngô của nước ta qua mỗi năm đều tăng. 1. PHÂN LOẠI  Ngô có nhiều loại. dựa vào sự khác nhau về hình dáng hạt, mức độ trắng trong của nội nhũ và ý nghĩa sử dụng mà phân thành các loại như sau:  Ngô đá (Z.N. Indurata) – hạt đầu tròn, màu trắng hay vàng có giống màu tím, nội nhũ trắng trong, chỉ một ít ở giữa 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 răng ngựa (Z.M. Indentata) – hạt đầu lõm giống rang ngựa, màu vàng hay trắng, phần dọc hai bên nội nhũ trắng trong còn phần dọc giữa nội nhũ trắng đục. Hàm lượng tinh bột 60-63%. Tỷ lệ nội nhũ trắng đục nhiều hơn ngô đá nên hạt mềm hơn, khi nghiền được nhiều bột ít mảnh dung sản xuất bột và tinh bột.  Ngô bột (Z.N. Amylaceae) – hạt đầu tròn hơi vuông, màu trắng, phôi lớn, nội nhũ trắng đục nên mềm và dễ hút nước khi ngâm. Hàm lượng tinh bột khoảng 55-80%. Chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột và kỹ nghệ rượu bia.  Ngô sáp (Z.M. Ceratina) , còn gọi là ngô nếp, hạt nhỏ, đầu tròn màu trắng đục, nội nhũ phần ngoài trắng trong 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 và đóng hộp.  Ngô nổ (Z.M. Everta) hạt đầu nhọn, nội nhũ trắng trong hoàn toàn, rất cứng nên khó nghiền. Hàm lượng tinh bột 62-72%. Thường sản xuất bỏng và gạo ngô.  Ngô đường (Z.M. Saccharata) – hạt hình dạng nhăn nheo, màu vàng hoặc trắng. Hàm lượng tinh bột 25-37%, dextrin và đường tới 19-31%. Tinh bột ngô đường có tới 60-98% amiloza. Thường chỉ để sản chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp. Trong các loại trên thì ngô đá, ngô răng ngựa và ngô bột trồng phổ biến ở các nước và cũng là những loại chủ yếu dung làm nguyên liệu sản xuất tinh bột. 2. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC Thân cây ngô trông tương tự như thân cây của các loài tre và các khớp nối (các mấu hay mắt) có thể có cách nhau khoảng 20–30 cm. Ngô có hình thái phát triển rất khác biệt; các lá hình mũi mác rộng bản, dài 50– 100 cm và rộng 5–10 cm; thân cây thẳng, thông thường cao 2–3 m, với nhiều mấu, với các lá tỏa ra từ mỗi mấu với bẹ nhẵn. Dưới các lá này và ôm sát thân cây là các bắp. Khi còn non chúng dài ra khoảng 3 cm mỗi ngày. Từ các đốt ở phía dưới sinh ra một số rễ. Các bắp ngô (bẹ ngô) là các cụm hoa cái hình bông, được bao bọc trong một số lớp lá, và được các lá này bao chặt vào thân đến mức chúng không lộ ra cho đến khi xuất hiện các râu ngô màu hung vàng từ vòng lá vào cuối của bắp ngô. Râu ngô là các núm nhụy thuôn dài trông giống như một búi tóc, ban đầu màu xanh lục và sau đó chuyển dần sang màu hung đỏ hay hung vàng. Trên đỉnh của thân cây là cụm hoa đuôi sóc hình chùy chứa các hoa đực, được gọi là cờ ngô. Mỗi râu ngô đều có thể được thụ phấn để tạo ra một hạt ngô trên bắp. 3. CẤU TẠO 3.1. Cấu tạo bắp ngô Bắp ngô dạng hình trụ thuôn ở hai đầu gồm: lá bao, râu, bẹ, lõi, cuống, hạt. trong lõi có khoảng 0,22% hạt không tẻ ra được gọi là hạt kẹ. Trọng lượng một bắp ngô khoảng 200 – 400g, đặc biệt có loài nặng 600g. Chiều dài bắp khoảng 10–25cm. Đường kính khoảng 3–5cm. Hạt phát triển thành từng hàng thẳng, số hàng mọc trên mỗi bắp thường là số chẵn. Số hàng phụ thuộc kích cỡ bắp ngô khoảng 8–24 hàng, trung bình 16–20 hàng. Trong một bắp hạt chiếm 78% khối lượng còn lại lõi và cuống khoảng 22% khối lượng ở điều kiện tự nhiên. 3.2. Cấu tạo hạt ngô Gồm 3 phần chính: vỏ, phôi và nội nhũ. Tỉ lệ các thành phần của hạt ngô Thành phần Vỏ phôi Nội nhũ Mày Phần trăm trong hạt (theo % chất khô) 5,1-5,7 10,2-11,9 81,8-83,5 0,8-1,1 3.2.1. Vỏ Ngô là loại hạt trần nên không có vỏ trấu mà chỉ có lớp vỏ ngoài (vỏ quả) và lớp vỏ trong (vỏ hạt). Chiều dày lớp vỏ khoảng 35 – 60 µm. Vỏ quả gồm: lớp ngoài cùng, lớp giữa, lớp trong. Vỏ trong: lớp ngoài (lớp sắc tố), lớp trong. 3.2.2. Lớp Aleurone Gồm những tế bào lớn, thành dày, trong có chứa hợp chất của Nitơ và những giọt chất béo. Lớp này không chứa tinh bột. Hình dạng: hình vuông hay hình chữ nhật. Chiều dày: 10 – 70 µm. 3.2.3. Tế bào nội nhũ Khối tế bào lớn, thành mỏng, có hình dạng khác nhau, xếp không có thứ tự rõ ràng. Gồm 2 phần: nội nhũ sừng và nội nhũ bột:  Nội nhũ bột: nằm bên trong, gần phôi, mềm và đục, chứa nhiều hạt tinh bột. Các hạt tinh bột lớn và trơn nhẵn. Liên lết các tế bào lỏng lẽo. Bên trong màng lưới các hạt protein mỏng và không bao bọc xung quanh được hết các hạt tinh bột.  Nội nhũ sừng: cứng, trong mờ, nằm gần lớp vỏ, chứa nhiều hạt protein. Hạt tinh bột hình đa giác, kích thước nhỏ, kết dính nhau rất sát. 3.2.4. Phôi Phôi nằm gần cuống hạt và dính liền với nội nhũ. Phôi chiếm 8 – 15% khối lượng hạt. Cấu trúc của phôi khá xốp, thành phần chứa nhiều chất béo nên rất dễ bị hư hỏng. 4. THÀNH PHẦN Thành phần thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngô, kĩ thuật canh tác, đất đai Sự phân bố các chất trong hạt ngô (% khối lượng) Thành phần hóa học Vỏ Nội nhũ Phôi Protein 3,7 8 18,4 Lipid (trích ly bằng ether) 1 0,8 33,2 Tro 0,8 0,3 10,5 Tinh bột 7,3 87,6 8,3 Đường 0,34 0,62 10,8 Xơ 86,7 2,7 8,8 4.1. NƯỚC Chiếm khoảng 12 – 15% trọng lượng của hạt khi đạt độ chín hoàn toàn, để khô tự nhiên. Thu hoạch tươi ẩm đạt 19 – 35%. 4.2. GLUCID Nội nhũ chứa 73% glucid ở dạng tinh bột, đường và cellulose, ở phôi dạng đường và ở vỏ dạng cellulose. Các dạng đường và dẫn xuất - Tổng số đường chiếm 1–3%. - Monosaccharide ở nội nhũ: glucose, fructose và đường trong cấu trúc của nucleotide. - Disaccharide: chủ yếu là sacharose tập trung nhiều ở nội nhũ, một ít maltose. - Trisaccharide và các oligosaccharide có rất ít trong hạt, chủ yếu là raffinose. - Phytate: dạng dự trữ của myo – inositol là loại dẫn xuất duy nhất được tìm thấy trong ngô. 4.3. PROTEIN Trong nội nhũ protein và tinh bột ở dạng dự trữ. Lớp protein này định vị trong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2 – 5µm. Các thể protein hình cầu liên kết với nhau thành một màng lưới protein. Thành phần các loại protein trong ngô Loại Tỷ lệ Alumins 4 Globulins 2,8 Prolamins ( Zein) 47,9 Glutelins 45,3 Hàm lượng protein trung bình là 10%. Thành phần chính trong protein là prolamins (zein) tích trong nội nhũ còn phôi chứa chủ yếu globulins. Thành phần các acid amin (%mol có trong ngô) Acid amin Albumins Globulins Prolamins Glutelins Tổng cộng Aspartic acid 16,7 9,1 4,9 5,5 5,9 Threonin 4,4 5,2 3,1 4,2 3,7 Serine 6,2 7,5 6,9 6,1 6,4 Glutamic acid 12,4 10,7 19,4 16 17,7 Proline 8,6 5,6 10,2 11,1 10,8 Glycine 9,7 10,3 2,6 6,9 4,9 Alanine 10 10,7 13,6 9,4 11,2 Cystine 1,8 3,2 1 1,8 1,6 Valine 4,8 6,22 4 6,1 5 Methionine 1,1 1,5 1,1 2,8 1,8 Isoleucine 3 4,1 3,9 3,4 3,6 Leucine 5,1 6,5 18,5 10,9 14,1 Tyrosine 3,8 2,6 3,6 2,9 3,1 Phenylalanine 22 3,2 4,9 3,3 4 Histidine 2,1 2,3 1,1 3,3 2,2 Lysine 3,9 4,6 0 2,4 1,4 Arginine 3,9 6 1,2 3,2 2,4 Tryptophan 0,5 0,7 0 0,3 0,2 Trong ngô, hàm lượng acid amin trong phôi khác với hàm lượng acid amin trong nội nhũ. Xét về mức độ cân đối giữa các acid amin không thay thế thì protein phôi có giá trị cao hơn nội nhũ và toàn hạt do có hàm lượng lysine và tryptophan cao hơn. Giữa các giống ngô khác nhau thì sự phân bố protein giữa phôi và nội nhũ cũng khác nhau. Do đó cần phân tích kĩ để lựa chọn phương pháp chế biến phù hợp. 4.4. LIPID Trong các loại ngũ cốc, ngô có hàm lượng lipit cao nhất từ 3,5–7%. Phôi chứa 30- 50% tổng số lipit. Ngoài ra còn một số nằm trong lớp aleuron của hạt. Thành phần chất béo trong ngô là hỗn hợp các triglyceride của các acid béo như linoleic, oleic, palmitic, steric, linolenic, arachidic, ngoài ra còn có lipit liên kết với gluten, cellulose, tinh bột và các acid béo tự do. Nhờ thành phần lipit này giúp hòa tan chất màu carotenoid và phân bố trong hạt tạo màu vàng cho hạt ngô. 4.5. KHOÁNG Ngô chứa khoảng 1,3% khoáng. Chất khoáng tập trung chủ yếu ở phôi chiếm khoảng 78% trong toàn hạt. Một số khoáng có trong ngô như: P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Mn, Zn . 4.6. VITAMIN Các vitamin tan trong chất béo: - Ngô chứa 2 loại vitamin tan trong chất béo là tiền vitamin A hay carotenoids và vitamin E. - Carotenoids được tìm thấy chủ yếu ở các giống ngô vàng, còn ngô trắng chứa rất ít. Phần lớn carotenoids có ở nội nhũ sừng và có rất ít ở phôi. Betacarotene là tiền vitamin A quan trọng. Hoạt tính vitamin sẽ bị giảm trong quá trình bảo quản. - Vitamin E: chứa nhiều trong phôi. Nguồn gốc vitamin E là bốn loại tocopherols, trong đó alpha–tocopherols có hoạt tính sinh học mạnh nhất, còn gamma – tocopherols đóng vai trò là chất chống oxi hóa. Vitamin tan trong nước: - Vitamin tan trong nước chủ yếu được tìm thấy ở lớp aleuron, kế đến là trong phôi và nội nhũ. Trong quá trình chế biến lượng vitamin này mất đi rất nhiều. - Vitamin B: trong hạt ngô có nhiều vitamin B1 nhưng chứa ít vitamin B2, B6. 60– 80% vitamin này nằm trong protein hay tinh bột. Hàm lượng vitamin này tăng khi bón Caxi cho cây ngô. - Vitamin PP: hàm lượg thấp hơn trong lúa mì và gạo. Tập trung chủ yếu ở lớp aleuron. . máy sản xuất tinh bột bắp sẽ đem về một nguồn lợi đáng kể trong lĩnh vực sản xuất này. Với lý do này, nhóm chúng tôi tiến hành thiết kế một nhà máy sản xuất. trình để khai thác có hiệu quả tinh bột bắp một cách có quy mô phục vụ cho ngành công nghiệp sản xuất tinh bột bắp. Tinh bột bắp có rất nhiều ứng dụng trong