LuËn văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 25 Chuyên ngành: Vi sinh vật
Hiện tại, sắn đƣợc trồng trên 100 nƣớc ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới
và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu ngƣời. Năm 2006 và 2007, sản
lƣợng sắn thế giới đạt 226,34 triệu tấn củ tƣơi so với 2005/06 là 211,26 triệu tấn và 1961 là 71,26 triệu tấn. Nƣớc có sản lƣợng sắn nhiều nhất là Nigeria
(45,72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92
triệu tấn). Nƣớc có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), tiếp đó là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế giới là 12,16 tấn/ha (FAO, 2008). Việt Nam đứng thứ mƣời về sản lƣợng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới. Cây sắn ở Việt Nam đƣợc canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái. Diện tích sắn trồng nhiều nhất ở Đơng Nam Bộ
và Tây Ngun [6].
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất và sử dụng sắn ở năm 1993, và dự kiến đến năm 2020 [22]
Quốc gia / khu vực
Diện tích
(Triệu ha) Năng suất (Tấn / ha) (Triệu tấn) Sản xuất Tổng số sử dụng (Triệu tấn) 1993 2020 1993 2020 1993 2020 1993 2020
Châu Phi hạ Sahara 11,9 15,9 7,4 10,6 87,8 168,6 87,7 168,1
Châu Mỹ La Tinh 2,7 2,7 11,3 15,6 30,3 41,7 30,3 42,9
Đông Nam Á 3,5 3,5 12,1 13,7 42,0 48,2 18,9 24,4
Ấn Độ 0,2 0,2 23,6 28,4 5,8 7,0 5,7 7,3
Các quốc gia Nam Á
khác 0,1 0,1 9,4 13,5 0,8 1,3 0,9 1,4
Trung Quốc 0,3 0,3 15,1 20,2 4,8 6,5 5,1 6,4
Các khu vực khác thuộc
Đông Á na na na na na na 1,8 1,9
Quốc gia đang phát
triển 18,8 22,9 9,2 12,0 172,4 274,7 152,0 254,6
Quốc gia phát triển ,,, ,,, 12,1 14,7 0,4 0,4 20,7 20,5
LuËn văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 26 Chuyên ngành: Vi sinh vật
Sắn thuộc nhóm có vị trí cao nhất trong số các loại cây trồng chuyển đổi năng lƣợng mặt trời thành carbohydrate hịa tan trên một đơn vị diện tích. Nếu chỉ tính theo chỉ số tạo tinh bột, cây sắn sản xuất ra lƣợng carbohydrate cao hơn khoảng 40% so với lúa và 25% so với ngô, do đó sắn là nguồn năng lƣợng và dinh dƣỡng rẻ nhất cho cả con ngƣời và trong chăn ni [8]. Củ sắn tƣơi có tỷ lệ chất khô 38-40%, tinh bột 16-32%; các chất protein, béo, xơ, tro trong 100g đƣợc tƣơng ứng là 0,8-2,5g; 0,2-0,3g; 1,1-1,7g; 0,6-0,9g; chất muối khoáng và vitamin trong 100g củ sắn là 18,8-22,5mg Ca; 22,5-25,4mg P; 0,02mg B1, 0,02mg B2, 0,5mg PP. Trong củ sắn, hàm lƣợng các acid amin
không đƣơc cân đối, thừa arginin nhƣng lại thiếu các acid amin chứa lƣu huỳnh. Thành phần dinh dƣỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu
hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích [20].
Sắn có nhiều cơng dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lƣơng thực thực phẩm. Củ sắn dùng để ăn tƣơi, làm thức ăn gia súc, chế biến sắn lát khô, bột sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ tinh bột sắn nhƣ bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, axit xitric, xiro glucô
và đƣờng glucô tinh thể, mạch nha giàu maltô, hồ vải, hồ giấy, colender, phủ giấy, bìa các tơng, bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca), phụ gia thực phẩm, phụ gia dƣợc phẩm, sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm. Thân sắn dùng
để làm giống, làm nấm, làm củi đun, nguyên liệu cho công nghiệp xenlulô. Lá sắn ngọt là loại rau xanh giàu đạm rất bổ dƣỡng và để nuôi cá, nuôi tằm. Lá sắn đắng ủ chua hoặc phơi khô để làm bột lá sắn dùng chăn nuôi lợn, gà, trâu, bò, dê…[1].
Bảng 1.2. Một số thành phần dinh dƣỡng có trong củ sắn [8]
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyªn sinh vËt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hµ Ninh 27 Chuyên ngành: Vi sinh vật
Độ ẩm 60-70 (69,8) Tinh bột 16-32 (22,0) Đƣờng 4,3-5,7 (5,1) Protein 0,8-2,5 (1,1) Chất béo 0,2-0,3 (0,3) Chất xơ 1,1-1,7 (1,1) Chất tro 0,6-0,9 (0,7)
Sắn có nhiều lợi thế để sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất tinh bột [29]:
- Củ sắn có mức độ tinh khiết cao (đặc biệt về tinh bột). - Có vị nhạt (trung tính) - gần nhƣ khơng có vị riêng biệt.
- Tinh bột có trong sắn có thể dễ dàng thay đổi kết cấu theo yêu cầu của ngƣời sử dụng.
- Sắn là nguồn nguyên liệu rẻ mà lại chứa hàm lƣợng tinh bột cao (nếu tính trên lƣợng chất khơ) cao hơn nhiều so với các loại nguyên liệu chứa tinh bột khác nhƣ: ngơ, lúa mì, gạo, khoai lang…
Với nhƣng ƣu thế nhƣ vậy, sắn đang trở thành nguồn nguyên liệu chủ yếu trong công nghiệp sản xuất tinh bột trên toàn thế giới.
1.2.2. Tinh bột sắn – đặc điểm, tinh chất và ƣu điểm
Hơn hai phần ba tổng sản lƣợng sắn đƣợc sử dụng làm thực phẩm cho con ngƣời, với số lƣợng ít đƣợc sử dụng cho thức ăn chăn ni và các mục đích cơng nghiệp. Nhu cầu trong tƣơng lai cho sắn tƣơi có thể phụ thuộc vào phƣơng pháp lƣu trữ đƣợc cải thiện, nhƣng các thị trƣờng cho sắn nhƣ là một thay thế cho các loại bột ngũ cốc trong các sản phẩm bánh và là nguồn năng lƣợng trong khẩu phần thức ăn chăn ni có khả năng mở rộng [19].
LuËn văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 28 Chuyên ngành: Vi sinh vật
Tinh bột là một trong những sản phẩm thực vật quan trọng nhất cho con ngƣời. Nó là một thành phần thiết yếu của thực phẩm cung cấp một phần lớn lƣợng nhiệt hàng ngày. Ở Tây Phi, bột sắn và Gari (một sản phẩm chế biến từ sắn) đƣợc tiêu thụ với số lƣợng lớn. Tinh bột sắn đƣợc khuyến khích để sử dụng trong bữa ăn nhẹ cho việc mở rộng cải thiện dinh dƣỡng con ngƣời đặc biệt là ở các nƣớc đang phát triển. Nó cũng đƣợc dùng nhƣ một chất làm đặc trong thực phẩm mà không phải là điều kiện xử lý nghiêm ngặt. Tinh bột sắn, vị nhạt, đƣợc sử dụng trong các loại thực phẩm bé xử lý nhƣ một loại vật liệu phụ và chất kết dính trong các ngành cơng nghiệp sản xuất bánh kẹo và bánh quy.
Tinh bột sắn có thể thực hiện hầu hết các chức năng mà ngơ, gạo và bột mì hiện đang sử dụng. Tinh bột đƣợc sử dụng trong hồ và nhuộm trong công nghiệp dệt may để tăng độ sáng và trọng lƣợng của vải. Trong các ngành công nghiệp dƣợc phẩm, tinh bột phục vụ nhƣ là một vật liệu phụ và đại lý liên kết để làm thuốc. Tinh bột sắn cũng có một số rất nhiều sử dụng khác nhƣ một chất phụ gia xi măng để cải thiện thời gian thiết lập, và nó đƣợc sử dụng để cải thiện độ dẻo của bùn khoan tại giếng dầu. Nó cũng đƣợc dùng để hàn kín các bức tƣờng của lỗ khoan và ngăn ngừa mất nƣớc. Tinh bột cũng là nguyên liệu chính trong các ngành cơng nghiệp và chất kết dính keo. Trong sản xuất giấy, tinh bột sắn hiện đang đƣợc sử dụng nhƣ keo để đạt đƣợc độ sáng và sức mạnh. Tinh bột cũng là một nguyên liệu quan trọng cho bột trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm. Trong sản xuất xà phòng chất tẩy rửa, tinh bột đƣợc sử dụng để có đƣợc phục hồi tốt hơn và để cải thiện tuổi thọ của chất tẩy rửa. Trong khi trong các ngành công nghiệp và bọt cao su, tinh bột đƣợc sử dụng để nhận đƣợc tốt hơn tạo bọt và màu sắc. Tinh bột sắn có thể đƣợc chuyển đổi sang maltotriose, maltose, và glucose cũng nhƣ để sửa đổi các loại đƣờng khác và các axit hữu cơ [24]. Tinh bột từ sắn có thể đƣợc sử dụng để làm xirơ
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 29 Chuyên ngành: Vi sinh vật
fructose [26], tạo các viên nang gelatin [18]. Một số nghiên cứu gần đây liên quan đến việc sử dụng sắn nhƣ là một nguồn nhiên liệu sản xuất ethanol đang rất hứa hẹn...
Ƣu điểm của tinh bột sắn [29]:
- Rất dễ dàng để trích xuất bằng cách sử dụng một quá trình đơn giản (khi so sánh với tinh bột khác) có thể đƣợc thực hiện trên một quy mơ nhỏ có vốn đầu tƣ hạn chế.
- Thƣờng đƣợc ƣa thích trong sản xuất chất kết dính do có khả năng tạo độ nhớt cao nên dễ dàng hơn trong quá trình tạo keo và cung cấp các loại keo ổn định do có pH trung tính.
- Tinh bột sắn khi bị hồ hóa trở nên gần nhƣ trong suốt nên đƣợc coi nhƣ là chất phụ gia hoàn hảo.
Sự phát triển của ngành cơng nghiệp thực phẩm và các ngành khác có sử dụng tinh bột sắn trong sản xuất đã đạt nhiều tiến bộ và tiếp tục có một tƣơng lai tƣơi sáng.
Tƣơng lai của ngành sản xuất tinh bột sắn
Tiểu vùng Sahara châu Phi dự kiến sẽ là nơi đạt sự tăng trƣởng nhanh nhất, từ nay tới năm 2020, nhu cầu thực phẩm từ rễ và củ trung bình tăng 2,6% mỗi năm [22]. Sự tăng trƣởng này sẽ chiếm gần 122 triệu tấn và hầu hết tăng chủ yếu là sắn, với 80 triệu tấn (66% tổng số). Sắn nhu cầu ƣớc tính sẽ tăng trƣởng 2% mỗi năm cho thực phẩm và 1,6% mỗi năm đối với thức ăn ở các nƣớc đang phát triển, trong khi tổng sản lƣợng sắn dự kiến đạt 168 triệu tấn vào năm 2020 dựa trên mức sản xuất hiện nay. Tuy nhiên, con số đặt ra này có thể bị vƣợt xa nếu nhƣ các nƣớc tạo điều kiện phát triển với các chính sách đúng đắn và ƣu đãi. Hơn nữa, ở các nƣớc đang phát triển với việc các
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 30 Chuyên ngành: Vi sinh vËt
ngành công nghiệp sử dụng tinh bột xuất hiện ngày càng nhiều, việc sản xuất tinh bột chắc chắn sẽ tăng vƣợt quá con số dự đoán.
Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn 2 triệu tấn sắn tƣơi, đứng hàng thứ 11 trên thế giới về sản lƣợng sắn nhƣng lại là nƣớc xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Ở nƣớc ta, cây săn đang chuyển đổi nhanh chóng từ cây lƣơng thực truyền thống sang cây cơng nghiệp. Sự hội nhập đang mở rộng thị trƣờng sắn, tạo nên những cơ hội ngành chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hóa chất và enzyme, sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành cơng nghiệp khác, góp phần khơng nhỏ vào sự phát triển kinh tế của đất nƣớc [1].
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
S hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Häc viªn: Trần Hà Ninh 31 Chuyên ngành: Vi sinh vật
1.2.3. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn
1.2.3.1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề
Sản xuất tinh bột sắn bằng thủ công đƣợc thực hiện ở các công đoạn hết sức đơn giản chỉ cần phá vở cấu trúc tế bào và thu hồi tinh bột. Quy trình sản xuất gián đoạn, thiết bị cũ kỹ, lạc hậu, thô sơ không đồng bộ nên mức độ cơ giới hố thấp. Vì vậy hiệu quả thu hồi tinh bột khơng cao [30]. Quy trình chế biến tinh bột sắn đƣợc tiến hành theo trình tự nhƣ sau [31], Quy trình chế biến tinh bột sắn từ củ sắn, Sở Nông nghiệp Hƣng Yên:
1. Mài xát sắn thành cháo bột
Có thể dùng các dụng cụ khác nhau để mài xát sắn thành cháo bột. Dùng hai tay mài sát củ sắn trên bàn mài xát sắn thủ cơng có tấm kim loại đột gai. Năng suất 5 - 7kg/giờ. Sử dụng bàn xát sắn tay quay có tấm kim loại đột gai gắn trên trục quay. Chậu hứng cháo bột có nƣớc ngập mặt dƣới của tấm kim loại đột gai để làm sạch mặt mài. Năng suất khoảng 10 - 15kg/giờ.
2. Lọc bã
Cứ một phần cháo bột dùng bốn phần nƣớc để lọc bỏ bã sắn. Vi lọc càng mịn thì tinh bột sắn thu đƣợc càng đẹp. Vi lọc đƣợc căng thành vỏ hoặc may thành túi cho dễ lọc. Tinh bột cùng với nƣớc lọt qua vi lọc tạo thành dịch bột. Hứng dịch bột vào bể lắng.
- Bã sắn dùng làm nguyên liệu thức ăn gia súc, gia cầm. 3. Lắng thu hồi tinh bột
Đơn giản có thể dùng nilon lót trong sọt thồ để lắng. Nếu ít, có thể dùng chậu lắng, rửa tinh bột.
- Bể lắng có dạng nằm, rộng đáy, khơng quá cao. Nếu là bể chuyên dùng để chế biến tinh bột sắn, cần có vịi xa cách đáy 10-15cm. Lắng bột ít nhất 12 giờ (thƣờng đề lắng qua đêm), khi bột đã lắng chắc dƣới đáy bể, dùng ống cao
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 32 Chuyên ngành: Vi sinh vËt
su ống nhựa hoặc vòi để gạn nƣớc trên bề mặt bột. Khi gạn nƣớc không làm xáo động tinh bột.
- Dùng nƣớc sạch để rửa bề mặt tinh bột. Nƣớc rửa bề mặt bột đƣợc pha vào dịch bột của mẻ sau nhằm tận thu bột. Sau đó, xúc tinh bột ra để bảo quản. Tỷ lệ tinh bột thu đƣợc phụ thuộc nhiều vào mức mịn của cháo bột, kỹ thuật lọc bã và thao tác gạn lắng tinh bột, trung bình 2,5 - 3kg củ sắn tƣơi cho 1kg tinh bột ƣớt.
4. Bảo quản tinh bột ƣớt
Tinh bột ƣớt đƣợc bảo quản bằng ang, chum, vại, bể, túi nilon. Càng giữ kín càng bảo quản tinh bột đƣợc lâu.
- Nếu số lƣợng lớn, đựng tinh bột ƣớt trong túi nilon rồi chơn kín dƣới đất để gối vụ. Có thể đem phơi khô, nghiền mịn và bảo quản quản trong các túi kín để kéo dài thời gian bảo quản hơn.
1.2.3.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở quy mô công nghiệp [30]
Nhà máy sản xuất tinh bột sắn đƣợc sản xuất với công nghệ và thiết bị hiện đại cho năng suất thu hồi tinh bột cao và định mức tiêu hao nguyên nhiên liệu thấp.
Luận văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Học viên: Trần Hà Ninh 33 Chuyên ngành: Vi sinh vËt
Công nghệ sản xuất tinh bột sắn thƣờng nhập từ nƣớc ngoài. Một số nhà máy áp dụng công nghệ của Trung Quốc nhƣ: Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Thừa Thiên Huế. Một số nhà máy áp dụng công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái Lan nhƣ: Nhà máy sản xuất tinh bột sắn Đắc Lắc, Quảng Ngãi, Việt Nam tapioca (Tây Ninh)…
Tinh bột sắn đƣợc sản xuất chủ yếu bởi sắn tƣơi nhƣng trong một số nƣớc nhƣ Thái Lan, nó đƣợc sản xuất từ các sắn lát khô. Sắn tƣơi đƣợc sử dụng chế biến trong giai đoạn chính vụ cịn sắn lát khơ đƣợc sử dụng chế biến trong thời gian khơng phải chính vụ sắn.
1.2.3.3. Thành phần, tính chất nƣớc thải chế biến tinh bột sắn
- Nƣớc thải từ nhà máy chế biến tinh bột sắn gồm 2 loại chính: Hình 1.7. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn
LuËn văn Cao học Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn