4. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
4.2.2.2. CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH RỬA VÀ BÓC VỎ
a. Biến đổi vật lý
Sau khi rửa sẽ tách được 94 ÷ 97% tạp chất ra khỏi củ, khối lượng củ giảm còn 93 ÷ 94,5%.
b. Biến đổi hóa lý
Có sự tách một số chất hoà tan trong nguyên liệu như độc tố, sắc tố, tannin… vào trong nước rửa.
Ở những nhà máy vừa và nhỏ, người ta tách bỏ nguyên phần vỏ (gồm phần vỏ lụa và vỏ thịt) và chỉ dùng phần lõi của củ – phần có cấu trúc mềm xốp để sản xuất tinh bột.
Với những thiết bị đơn giản có sẵn và nguồn năng lượng hạn chế của các nhà máy, việc dùng nguyên củ để sản xuất sẽ gặp khó khăn trong khâu nghiền cũng như trong khâu rửa đất cát, gọt vỏ… trong khi lượng tinh bột thu được là không cao (do nghiền không hiệu quả).
Người ta có thể tách vỏ củ bằng tay. Củ được khía ngang, dọc đến một độ sâu nhất định tùy vào bề dày của vỏ, sau đó dễ dàng được lột ra. Bụi bẩn, đất cát… còn vương lại trên bề mặt lõi của củ bây giờ có thể được rửa sạch một cách dễ dàng và những củ đã được lột vỏ được đẩy vào bồn ximăng, ngâm trong nước cho đến khi được lấy ra để nghiền. Thỉnh thoảng dùng chân đạp nhẹ cũng rửa được những chất bẩn còn bám.
Hình 6 : Dao tách vỏ thịt của củ khoai mì
b. Phương pháp cơ giới
Ở những nhà máy lớn, người ta sử dụng nguyên củ để sản xuất. Việc rửa củ ở đây không chỉ để rửa sạch củ mà còn để tách lớp vỏ lụa bên ngoài của vỏ. Vì chỉ có lớp vỏ lụa bị tách nên ta sẽ thu được tinh bột trong phần vỏ cùi, như vậy tính kinh tế sẽ cao hơn. Phần vỏ cùi chiếm đến 8,5% khối lượng toàn củ.
Nguyên tắc: sự ma sát giữa các củ cũng như ma sát giữa củ với thành thiết bị, với cánh quay sẽ làm tróc lớp vỏ lụa và dưới áp lực của nước sẽ rửa sạch lớp vỏ lụa này cũng như đất cát bám bên ngoài củ.
4.2.2.4. Thiết bị
Thiết bị rửa củ thường dùng trong sản xuất tinh bột khoai mì là thiết bị thùng hình trụ có đục lỗ, để ngập trong nước.
Nguyên tắc hoạt động:
- Một bàn chải trục vít sẽ vừa đảo trộn mạnh củ vừa đẩy củ về phía trước.
- Một bơm ly tâm được lắp ở một đầu của thùng và được nối với một loạt các cánh quay sắp xếp dọc theo thùng. Những cánh quay này sẽ tạo ra dòng nước ngược với hướng chuyển động của củ, đảm bảo cho củ được rửa sạch.
- Khi củ được đẩy ra đến đầu bên kia, chúng đã được rửa sạch đất cát và được lột vỏ một phần.
- Tạp chất nhẹ sẽ nổi lên trên theo nước ra ngoài, tạp chất nặng, đất cát… lắng xuống và được tháo theo chu kỳ qua lỗ của bồn ximăng.
Hình 8: Thiết bị bóc vỏ lụa và tách đất cát thô.
Tùy thuộc mức độ và đặc tính tạp chất của nguyên liệu mà thới gian rửa có thể từ 8 ÷15 phút, chi phí nước rửa từ 2 ÷ 4 tấn /1 tấn nguyên liệu.
4.2.3. Cắt khúc
4.2.3.1. Mục đích
Nguyên liệu sau khi được rửa sạch và bóc vỏ thì được đưa vào thiết bị cắt khúc. Mục đích của quá trình cắt khúc là cắt nhỏ nguyên liệu để quá trình nghiền tiếp theo đạt hiệu quả cao hơn.
4.2.3.2. Các biến đổi trong quá trình cắt khúca. Biến đổi vật lý a. Biến đổi vật lý
Củ khoai mì ban đầu có kích thước 15 ÷ 20cm được cắt thành những đoạn nhỏ hơn có kích thước 5 ÷ 6cm.
b. Biến đổi hóa sinh
Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm biến màu củ khoai mì ở những chỗ bị cắt.
4.2.3.3. Thiết bị cắt khúc
a. Cấu tạo
Thiết bị cắt khúc có dạng hình hộp chữ nhật thông hai đầu. Một đầu cho nguyên liệu đi vào, một đầu để tháo nguyên liệu ra sau khi cắt khúc. Thực hiện chức năng cắt khúc là hệ thống dao cắt được bố trí xung quanh một trục chuyển động nhờ động cơ.
Hình 9: Thiết bị cắt khúc khoai mì
b. Nguyên tắc hoạt động
- Củ khoai mì sau khi rửa sạch được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào thiết bị cắt khúc.
- Nhờ động cơ, hệ thống dao cắt chuyển động xung quanh trục và cắt nhỏ củ khoai mì.
- Khoai mì sau khi cắt đi ra khỏi thiết bị và chuẩn bị vào máy nghiền.
4.2.4. Nghiền
4.2.4.1. Mục đích
- Mục đích của quá trình nghiền là giải phóng tinh bột khỏi tế bào bằng cách phá vỡ màng tế bào khoai mì.
- Đây là khâu quan trọng nhất trong việc quyết định hiệu suất thu hồi tinh bột. Sự phá vỡ màng tế bào càng triệt để thì hiệu suất tách tinh bột càng cao.
4.2.4.2. Các biến đổi trong quá trình nghiền
a. Biến đổi vật lý
Có sự thay đổi kích thước của nguyên liệu. Tế bào tinh bột bị phá vỡ giải phóng tinh bột dưới dạng những hạt có kích thước rất nhỏ. Nguyên liệu bây giờ là khối
c. Biến đổi sinh học
Vì củ rửa sạch trước khi nghiền và thời gian không quá lâu nên sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể.
4.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền
Hiệu suất nghiền: được tính bằng phần trăm tinh bột được giải phóng trong quá
trình nghiền. Phá vỡ tế bào càng triệt để thì hiệu suất nghiền càng cao. Giá trị đó sau mỗi lần nghiền có thể dao động từ 70 ÷ 90%.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền:
- Số vòng quay trục: số vòng quay càng lớn thì hiệu suất nghiền càng cao.
- Lỗ lưới nhỏ thì hiệu suất nghiền lớn nhưng năng suất giảm và chi phí năng lượng tăng cao.
- Chất lượng búa nghiền.
Rất khó để giải phóng tất cả các hạt tinh bột, kể cả với máy nghiền có hiệu quả cao nếu chỉ với một lần nghiền. Vì thế mà khối cháo sau khi nghiền lần 1 thường được nghiền tiếp lần 2.
4.2.4.3. Thông số kỹ thuật
- Số vòng quay.
- Đường kính tang quay. - Số lượng búa nghiền. - Kích thước lỗ lưới.
4.2.4.4. Phương pháp nghiền
a. Phương pháp thủ công
Những cơ sở sản xuất nhỏ ở một số vùng trồng khoai mì, củ khoai mì vẫn được nghiền bằng tay trên những miếng tre.
Những cơ sở sản xuất năng suất khoảng vài trăm kilo bột hằng ngày thì người ta dùng những dụng cụ cơ khí đơn giản có cấu tạo như sau:
Một máy mài xát đơn giản nhưng hiệu quả được làm bằng một tấm sắt mạ điện được đục lỗ bằng đinh, sau đó kẹp chặt tấm sắt đó quanh một bánh xe với bề mặt có mép nhọn, sắc hướng ra ngoài. Bánh xe có thể được quay bằng tay, nhưng thường được quay bằng cách đạp bằng chân. Người công nhân sẽ ấn củ lên bề mặt nghiền. Hoặc bề mặt nghiền sẽ được gắn lên một bên một đĩa quay có gắn tay quay. Bột nghiền sẽ được thu trong giỏ hay những vật chứa bằng gỗ.
Hình 10 : Thiết bị mài xát khoai mì bằng tay
Máy nghiền chạy bằng sức nước: trong máy nghiền thủy lực, máy xe nước được quay bởi một bánh đà, làm chạy dây đai truyền động cho tay quay của thùng nghiền. Thùng này có đường kính khoảng 20 ÷ 30cm, thùng được gắn lên một bàn nghiền. Người công nhân, ngồi ở bàn sẽ ấn củ vào thùng. Khối nghiền sẽ được đẩy qua khe hở hẹp giữa thùng và giá đỡ, vào máng rồi được thu vào trong giỏ.
Những thiết bị nghiền ở trên đều được làm bằng những tấm kim loại có đục lỗ. Dù không đắt, nhưng chúng tương đối không được hiệu quả vì những tấm nghiền thường phải được thay thường xuyên do rất nhanh mòn.
những lưỡi dao hay lưỡi cưa. Tùy theo nhu cầu mà có thể có từ 10 đến 12 răng cưa trên lưỡi dao. Các lưỡi dao được đặt cách nhau khoảng 6 ÷ 7 mm.
Hình 11: Hình dạng của thiết bị mài xát khoai mì hoạt động nhờ động cơ
Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu sau khi nhập vào máy nghiền được máy
nghiền thành khối bột mịn nhờ sự cọ xát của bộ phận nghiền quay xung quanh một trục nhờ động cơ với củ khoai mì và với tấm lưới chắn. Trong quá trình nghiền ta có xối nước để nước đưa bột nghiền ra ngoài thông qua lỗ lưới.
4.2.5. Tách bã
4.2.5.1. Mục đích
Hỗn hợp thu được sau khi nghiền không chỉ chứa tinh bột mà còn lẫn các tạp chất khác như vỏ tế bào, dịch bào thoát ra do quá trình nghiền, tế bào còn nguyên, nước… Do đó, quá trình tách bã nhằm mục đích tách phần lớn lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp.
Bã sau khi tách vẫn còn một lượng tinh bột tự do bám lại. Vì vậy, để tăng hiệu quả của quá trình tách, người ta thu hồi lượng bã cho trở lại máy nghiền. Sau khi nghiền xong, bã tiếp tục được tách lượng tinh bột sót. Tuy nhiên trong bã vẫn còn lại một lượng nào đó không thể tách hết được. Ngoài tinh bột ra còn một lượng dextrin, đường, chất pectin, chất khô của bã. Vì vậy, bã thô sẽ được đưa ra bể chứa bã để tận dụng làm thức ăn gia súc.
Hình 13: Bã sau khi đã tách tinh bột.
4.2.5.2. Cách tiến hành
Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị nghiền được pha loãng đến nồng độ 27oBx bằng nước sạch hoặc nước thu được sau quá trình tách tinh bột. Hỗn hợp sau khi pha
4.2.5.3. Các biến đổi trong quá trình tách bã
a. Biến đổi vật lý
- Sau quá trình tách ta thu được hai phần: phần bã thô và phần nước dịch (sữa tinh bột). Bã thô bao gồm cellulose và các hạt có kích thước to bị giữ lại trên rây và được tách ra ngoài nên phần nước dịch chỉ chứa các hạt tinh bột có kích thước nhỏ hơn và một lượng lớn các chất hòa tan. Kích thước hạt huyền phù trong nước dịch giảm.
- Nồng độ chất khô giảm b. Biến đổi hóa sinh
Phản ứng oxy hóa do enzyme làm sẫm màu bột xảy ra không đáng kể do dịch sữa thu được có hàm lượng nước tương đối cao.
c. Biến đổi sinh học
Sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể.
4.2.5.4. Thông số kỹ thuật
- Nồng độ chất khô của hỗn hợp đưa vào thiết bị rây: 27oBx.
- Nồng độ chất khô của dung dịch sữa tinh bột sau khi qua rây có thể dao động trong khoảng 8 ÷10o Bx.
- Kích thước lỗ rây: 0,7mm.
- Hệ số rửa tách tinh bột tự do khoảng 85%.
4.2.5.5. Hóa chất sử dụng
- H2SO4 được thêm vào ở nồng độ thấp giúp giữ màu trắng của tinh bột.
- Al2(SO4)3 làm giảm độ nhớt, tăng hiệu quả quá trình lắng (Ví dụ nếu thêm vào 0,1g/l sữa tinh bột 2oBx giảm được 50% độ dính).
- SO2 (H2SO3) ức chế hoạt động của vi khuẩn và enzyme. Ngoài ra nó cũng là một tác nhân để làm trắng tinh bột. SO2 được sục vào nước tinh khiết rồi mới cho vào.
- Clorine và các hợp chất của nó cũng có tác dụng tẩy trắng và giảm độ nhớt rất tốt.
Nếu ta sử dụng các hóa chất trên với một nồng độ thích hợp (nồng độ rất nhỏ), chất lượng sản phẩm thu được sẽ tốt hơn.
4.2.6. Tách dịch bào
4.2.6.1. Mục đích
Quá trình tách dịch bào nhằm mục đích loại phần dịch bào có chứa polyphenol và enzyem polyphenoloxydase và các hợp chất hòa tan khác để hạn chế quá trình oxy hóa làm chuyển màu tinh bột và các phản ứng hóa học, hóa sinh khác ảnh hưởng đến chất lượng của tinh bột thành phẩm.
4.2.6.2. Các biến đổi trong quá trình tách dịch bào
a. Biến đổi vật lý
Tinh bột qua quá trình tách dịch bào được kết thành khối chặt hơn, tỉ trọng khối tinh bột tăng.
b. Biến đổi hóa học
- Hàm lượng chất khô không hòa tan của sản phẩm tăng.
- Vào giai đoạn đầu sẽ xảy ra phản ứng tạo phức bền giữa tinh bột và protein, acid béo… Và hầu như ta không thể tách được tinh bột tinh khiết ra khỏi phức này. Điều này làm cho giá trị tinh bột giảm đáng kể khi sử dụng để chế biến các sản phẩm khác. Vì vậy các quá trình tách dịch bào phải diễn ra nhanh.
- Độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các hợp chất như polyphenol, HCN, sắc tố… đi theo nước ra ngoài.
c. Biến đổi hóa lý
Sau quá trình tách dịch bào ta thu được hai phần là phần nước dịch và phần tinh bột ướt.
d. Biến đổi hóa sinh
Trong thành phần dịch bào có chứa nhiều chất khác nhau nhưng trong sản xuất tinh bột đặc biệt chú ý tới các hợp chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxydase. Khi tế bào của củ bị phá vỡ, các polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của enzyme polyphelnoloxydase sẽ oxy hóa tạo thành chất màu
e. Biến đổi sinh học
Trong dịch bào thường có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Nếu để dịch bào tiếp xúc với tinh bột quá lâu, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột như một nguồn cơ chất và quá trình lên men sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo ra ethalnol, acid hữu cơ và các sản phẩm trao đổi chất khác làm ảnh hưởng tới chất lượng của tinh bột thành phẩm. Do đó cũng cần hạn chế thời gian tiếp xúc giữa tinh bột và dịch bào.
4.2.6.3. Cách tiến hành
Phần dung dịch thu được bằng cách pha loãng cháo sau khi nghiền được đưa vào thiết bị ly tâm để tách dịch bào. Để tách triệt để được dịch bào phải tiến hành ly tâm ít nhất 2 lần.
Sau lần ly tâm thứ nhất, dịch chứa tinh bột được pha loãng rồi đưa qua rây để tách bã. Sữa tinh bột lọt qua rây được đưa vào máy ly tâm tách dịch một lần nữa. Nồng độ sữa tinh bột vào máy ly tâm khoảng 3oBx. Nước dịch ra khỏi máy ly tâm được đưa đi lắng tiếp tục để thu tinh bột loại hai.
4.2.7. Rửa tinh bột
4.2.7.1. Mục đích
Phần tinh bột thu được sau khi ly tâm lần thứ hai trong đó có thể vẫn còn lẫn tạp chất mịn có kích thước lớn hơn kích thước của hạt tinh bột nên sau khi ly tâm, dịch tinh bột được pha loãng bởi nước rồi được khuấy trộn để tách các bã mịn ra khỏi các hạt tinh bột. Mục đích của quá trình tách bã mịn là nhằm tách triệt để tạp chất mịn ra khỏi tinh bột, làm tăng độ tinh khiết của sản phẩm sau này.
4.2.7.2. Cách tiến hành
- Để tách bã mịn, đầu tiên người ta sẽ pha loãng tinh bột với nước trong một bồn có lắp cánh khuấy sau đó cho dịch tinh bột qua một hệ nhiều thiết bị rây với kích thước lỗ rây nhỏ dần.
- Không nên cho dịch sữa tinh bột qua thiết bị rây có kích thước lỗ rây nhỏ ngay từ đầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp.
4.2.8. Tách tinh bột
4.2.8.1. Mục đích
Mục đích của quá trình tách tinh bột là tách bớt nước ra khỏi tinh bột, đưa khối tinh bột về độ ẩm thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy tiếp theo hoặc dễ dàng đưa vào làm nguyên liệu trong các ngành sản xuất khác.
4.2.8.2. Các biến đổi trong quá trình tách tinh bột
a. Biến đổi vật lý
Trong quá trình tách tinh bột diễn ra sự tách nước ra khỏi các hạt tinh bột dưới tác dụng của trọng lực hay lực li tâm.
b. Biến đổi hóa lý
Nồng độ chất khô của hỗn hợp sau khi tách nước tăng lên.
4.2.8.3. Cách tiến hành
Sau khi tinh chế ta thu được dịch sữa tinh bột thuần khiết có nồng độ 3oBx. Để tách nước ra khỏi tinh bột ta có đem lắng hoặc ly tâm. Thông thường người ta sử dụng thiết bị ly tâm để tách tinh bột. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của thiết bị tương tự như