Đồ án Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột khoai mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần làm giảm chi phí sản xuất

nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Th.S Lâm Vĩnh Sơn. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xáét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trường đại học Công Nghệ TP.HCM không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện. TP. Hồ Chí Minh, ngày..tháng..năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kiến Trúc LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp đại học này ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ của các tập thể, cá nhân tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech, Trường đại học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu nhà trường, các thầy cô tại Viện Khoa Học Ứng Dụng Hutech đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Thực tế luôn cho thấy sự thành công nào cũng đều gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ của những người xung quanh dù cho sự giúp đỡ đó là ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu làm khóa luận tốt nghiệp đến nay, em đã nhận được sự quan tâm, chỉ bảo, giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Th.S Lâm Vĩnh Sơn đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn em qua từng buổi thảo luận về đề tài nghiên cứu. Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo ấy bài luận văn này của em đã hoàn thành một cách suất sắc nhất. Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp, tuy nhiên em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, xin thầy cô giúp đỡ và chỉ dạy. Em xin chân thành cảm ơn. TP.HCM, ngày..tháng..năm 2018 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kiến Trúc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1 Sinh viên thực hiện ........................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ 5 DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... 1 LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................ 1 2. NỘI DUNG ĐỒ ÁN ............................. Error! Bookmark not defined. 3. ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........... Error! Bookmark not defined. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........ Error! Bookmark not defined. Phương pháp thực nghiệm: ............................ Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ .............. 4 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY ............................................................... 4 1.1 Tổng quan về tinh bột mì ........................................................................ 4 1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì .................................................................... 4 1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì ....................................................... 5 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì .......................................................................... 6 1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì ............................ 7 1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống.................................... 13 1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì ............................................. 18 1.3.2 Tình hình sản xuất tinh bột mì ở Việt Nam .................................... 20 1.3.4 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung ....................................... 21 1.3.5 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan .................................. 22 1.5 Nước thải chế biến tinh bột mì .............................................................. 25 1.5.1 Nguồn phát sinh .............................................................................. 25 1.5.2 Thành phần và tính chất nước thải .................................................. 26 1.3.3 Vi sinh vật trong nước thải tinh bột mì ........................................... 26 1.6 Nguyên liệu sản xuất giấy ..................................................................... 27 1.6.1 Công nghệ sản xuất giấy ................................................................. 29 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THU HỒI ........................... 35 2.1 Vật liệu nghiên cứu ............................... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Nước thải tinh bột mì ...................................................................... 35 2.1.2 Dụng cụ và hóa chất ....................................................................... 35 2.2 Phương pháp thu hồi ............................................................................. 35 2.2.1 Phương pháp phân tích mẫu ........................................................... 35 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm .............................................................. 36 2.2.2.1 Mô hình thực nghiệm ...................................................................... 36 2.2.3 Phương pháp khảo sát điều kiện tối ưu .......................................... 37 2.2.3.1 Thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu ....................................... 37 2.2.3.2 Thí nghiệm xác định pH tối ưu .................................................... 39 2.2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu ........................................................... 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 41 3.1 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp hóa lý .................... 41 3.1.1 Thi nghiệm ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì 41 3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì ......... 47 Tính kinh tế của quá rình thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp keo tụ: .. 53 3.2 Thí nghiệm thu hồi tinh bột mì bằng phương pháp cơ học ....................... 53 3.2.1 Thí nghiệm thu hối tinh bột bằng lưới lọc ............................................... 53 3.2 Sản phẩm giấy bằng phương pháp thủ công ......................................... 55 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ........................................................................... 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 61 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD: (Biochemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả năng phân hủy theo phương pháp sinh học. COD: (Chemical Oxygen Demand) Hàm lượng chất thải có khả năng phân hủy theo phương pháp hóa học. DO: (Dessolved Oxygen) Nồng độ oxi hòa tan. TSS: Turbidity & Suspendid Solids (Suspended Solid) Chất rắn lơ lửng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi Bảng 1.5: Hàm lượng tinh bột của một số loại củ quả Bảng 1.6: Công nghệ xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Bảng 2.1: Các thông số quan trắc hiệu quả xử lý trong quá trình thực nghiệm Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định lượng phèn tối ưu Bảng 2.3: Quy trình thí nghiệm xác định pH tối ưu Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hưởng của phèn nhôm đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý độ màu Bảng 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD Bảng 3.6: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu quả thu hồi tinh bột mì DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cây khoai mì Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin Hình 1.4: Ứng dụng của tinh bột mì Hình 1.5: Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung Hình 1.6: Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng lượng phèn nhôm đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất thu hồi tinh bột mì Hình 3.3 Xây nhuyễn hỗn hợp Hình 3.4 Xeo giấy Hình 3.5 Sản phẩm giấy làm từ tinh bột mì Hình 3.6 Sản phẩm ứng dụng LỜI MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sắn (hay còn gọi là khoai mì) có tên khoa học là Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI mới được trồng ở châu Á và Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ nam chí bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát dục của khoai mì kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt. Chế biến khoai mì đã được phổ biến ở nước ta từ thế kỷ 16. Những năm gần đây, do yêu cầu phát triển của ngành chăn nuôi và ngành chế biến thực phẩm từ khoai mì gia tăng. Sản lượng khoai mì hằng năm đạt khoảng 3 triệu tấn. Việc sản xuất càng nhiều thì lượng chất thải càng lớn. Ước tính trung bình hằng năm gần đây ngành chế biến tinh bột khoai mì (bao gồm nhà máy chế biến và hộ gia đình) đã thải ra môi trường 500.000 tấn thải bã và 15 triệu m3 nước thải. Lượng bột mì có trong nước thải chiếm 30% lượng đầu vào. Nó làm cho chất thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng nên khi thải ra môi trường _ trong điều kiện khí hậu của nước ta - nhanh chóng bị phân hủy gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường đất, nước, không khí, ảnh hưởng đến môi trường sống của cộng đồng dân cư trong khu vực và làm tăng chi phí sản xuất. Trong phạm vi hẹp, nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải là nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí sản xuất” với mong muốn góp phần vào phát triển bền vững 1 ngành chế biến tinh bột khoai mì. 2. Mục đích của đồ án Thu hồi tái sử dụng tinh bột mì từ nguồn nước thải làm nguyên liệu sản xuất giấy góp phần giảm thiểu chi phí. 3. Mục tiêu của đồ án - Thông qua nghiên cứu đề tài nắm được hiện trạng chất lượng nước thải tinh bột mì. - Xác định phương pháp thu hồi tinh bột mì trong nước thải đạt lượng tối ưu. - Đề xuất sản phẩm ứng dụng nhằm giảm chi phí cho sản xuất. 4. Yêu cầu của đồ án - Thông tin thu thập được chính xác,trung thực và khách quan. - Mẫu nghiên cứu và phân tích phải đảm bảo tính khoa học và tính đại diện. - Thu hồi được lượng tinh bột mì tối đa có trong nước thải bằng phương pháp thích hợp. - Giải pháp kiến nghị đưa ra phải thực tế, có tính khả thi và phù hợp nhằm giảm thiểu chi phí cho sản xuất. 5. Ý nghĩa của đồ án 5.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Giúp sinh viên có thể qpá dụng lý thuyết và thực tế, rèn luyện kỹ năng tổng hợp, phân tích số liệu. - Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp thu và học hỏi các kinh nghiệm từ thực tế, đồng thời nâng cao kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu, khả năng tiếp cận và xử lý thông tin. - Củng cố thêm kiến thức chuyên nghành tạo điều kiện tốt hơn phục vụ 2 Công tác sau ra trường 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Thu hồi được lượng tinh bột mì còn trong nước thải góp phần làm tăng khả năng xử lý nước thải tốt hơn vì thế giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ VÀ NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GIẤY 1.1 Tổng quan về tinh bột mì 1.1.1 Giới thiệu cây khoai mì Khoai mì (hay còn gọi là sắn) có tên khoa học Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỷ XVI mới được trồng ở châu Á và châu Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ Nam đến Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của khoai mì kéo dài, giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh Trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình, là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường phân loại khoai mì căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt. Tính chất đắng hay ngọt của khoai mì quyết định bởi hàm lượng acid HCN cao hay thấp. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân loại chỉ dựa trên tính chất: khoai mì đắng và khoai mì ngọt. Hình 1.1: Cây khoai mì (Nguồn: Internet) 4 Bảng 1.1: Phân loại cây khoai mì Đặc điểm Khoai mì đắng Khoai mì ngọt Hàm lượng acid HCN (mg/kg củ) 60 – 150 20 – 30 Hình dáng của lá 7 cánh 5 cánh Hình dáng của thân Nhỏ và thấp To và cao 1.1.2 Thời vụ thu hoạch cây khoai mì Thông thường, nông dân thường trồng khoai mì chính vụ vào khoảng từ tháng 2 đến tháng 4. Và ở mỗi miền, thời gian thu hoạch khác nhau tùy thuộc điều kiện khí hậu từng vùng. Ở miền Bắc, trồng khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất vì lúc này có mưa xuân ẩm, trời bắt đầu ẩm, thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ. Vùng Bắc Trung Bộ, tháng 1 thích hợp nhất cho việc trồng khoai mì. Nếu trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối hom chết mầm, còn trồng muộn khoai non gặp khô rét sẽ sinh trưởng kém. Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì có thể trồng trong khoảng tháng 1 đến tháng 3, trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và thường có mưa đủ ẩm. Một số nơi bà con có thể trồng sớm hơn 1 – 2 tháng nhưng cùng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 trước mùa mưa lũ. Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, khoai mì trồng chủ yếu vào cuối mùa khô, đầu mùa mưa (tháng 4 hay tháng 5) trong điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưa đều. Những nơi có điều kiện chủ động nước ở đồng bằng sông Cửu Long, khoai mì thường trồng ngay từ đầu năm để kịp thu hoạch trước mùa lũ. 5 1.1.3 Cấu tạo củ khoai mì Hình 1.2: Cấu tạo củ khoai mì (Nguồn: Internet) Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, nhỏ dần ở hai đầu (cuống và đuôi). Kích thước cũng như trọng lượng củ tùy thuộc vào giống, đất trồng, điều kiện canh tác và độ màu của đất mà nó dao động trong khoảng: dài 300 – 400mm, đường kính từ 20 – 100mm. Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất. Lớp vỏ gỗ chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng. Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài. Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5 – 8%). Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố. Thịt khoai mì (ruột củ) là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và 6 nguyên sinh chất. Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều. Kích thước hạt tinh bột koảng 15- 80mm. Khoai mì càng để già thì càng có nhiều xơ. Lõi khoai mì thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ. Lõi chiếm từ 0,3 – 1% khối lượng củ. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses. 1.1.4 Thành phần và tính chất hóa học của củ khoai mì Thành phần hóa học trong củ khoai mì thay đổi tùy thuộc vào giống khoai, loại đất trồng, cách trồng, khí hậu, sinh trưởng và thời gian thu hoạch của từng vùng miền Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là tinh bột. Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, chất xơ và một số vitamin B1, B2. Như vậy, so với nhu cầu dinh dưỡng và sinh tố của cơ thể con người, khoai mì là một loại lương thực, nếu được sử dụng mức độ phù hợp thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu đường bột của cơ thể. Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây khoai mì Thành phần Theo Đoàn Dự và các Theo Recent Process in (%) cộng sự, 1983 research and extension, 1998 Nước 70.25 63 – 70 Tinh bột 21.45 18 – 30 Chất đạm 1.12 1.25 Tro 0.4 0.85 Protein 1.11 1.2 Chất béo 5.13 0.08 7 Bảng 1.3: Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì Thành phần Vỏ củ mì (mg/100g) Bả phơi khô (mg/100g) Độ ẩm 10.8 – 11.4 12.5 – 13 Tinh bột 28 – 38 51.8 – 63 Sợi thô 8.2 – 11.2 12.8 – 14.5 Protein thô 0.85 – 1.12 1.5 – 2.0 Độ Tro 1 – 1.45 0.58 – 0.65 Đường tự do 1 – 1.4 0.37 – 0.43 Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi STT Thành phần Tỷ lệ (% ) 1 Nước 60- 74,2 2 Tinh bột 30- 34 3 Protein 0,8- 1,2 4 Chất béo 0,3- 0,4 5 Xenlulozo 1,0- 3,0 6 Đường 1,0- 3,1 7 Tro 0,54 8 Các polyphenol 0,1- 0,3 9 Độc tố 0,001- 0,04 (Nguồn: Bảo quản và chế biến sắn, Cao Văn Hùng, 2001) [5]. a. Tinh bột Tinh bột là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyết định giá trị sử dụng của chúng. Hạt tin bột hình trống, đường kinh khoảng 35 micromet. Tinh bột gồm 2 thành phần: Amylose (15- 25%) và amylopectin (75- 85%), tỷ 8 lệ amylopectin trong tinh bột khoai mì cáo nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp. Hàm lượng tinh bột tập trung nhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại ít đi. Tinh bột có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có một số hạt trũng, có màu rất trắng. Nên trong quá trình sản xuất nên loại bỏ vỏ để không tạo màu tối cho tinh bột. Tinh bột khoai mì có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25- 35µm, hạt nhỏ 5- 15µm và nhiều hình dạnh, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chổ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa. Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ. Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng tia X cho thấy tinh bột khoai mì có cấu trúc tinh thể dạng A và hỗn hợp A, B. Khi hạt tinh bột khoai mì bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt. Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp. Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập vào giúp trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hidro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme. Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hũy bởi các tác nhân như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo. Tinh bột khoai mì có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215.00g/mol so với 30.500, 130.000, 224.500 và 276.000 tương ứng ở amylose của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột sáp. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-28%, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỷ lệ amylose 16-18%. Tinh bột khoai mì có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylosepectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylosepectin và amylose trong tinh bột khoai mì liên quan tới độ dính của củ nấu chính và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp. 9 Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoai mì trong khoảng 58.5-700C so với 56- 660C ở khoai tây và 62-720C ở tinh bột bắp. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tin bột dễ bị phá vỡ. Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp vãi, giấy. Tinh bột khoai mì có độ nhớt rất cao. Độ nhớt cao thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt. Xử lý hóa học, vật lý (gia nhiệt, xữ lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt của các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tinh bột khoai mì. Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là tính chất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các dạng tinh bột. Tính chất này của tinh bột khoai mì phụ thuộc rất nhiều vào giống khoai mì, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử tinh bột. Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngủ cốc khác nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt với những sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài. b. Đường Đường trong khoai mì chủ yếu là glucoza và một ít maltoza, saccaroza. Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch. c. Protein Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỉ lệ khoảng:1-1,2%. Từ ngoài vào trong hàm lượng đạm tăng lên một ít. 10 d. Nước Lượng ẩm trong củ khoai mì tươi rất cao, chiếm khoảng 70% khối lượng toàn củ. Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn. Vì vậy ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tuỳ từng điều kiện cụ thể. e. Độc tố trong củ khoai mì Ngoài các thành phần có giá trị dinh dưỡng, trong củ khoai mì có chứa độc tố, tanin, sắc tố và cả hệ enzyme phức tạp. Người ta cho rằng trong các enzyme thì polyphenoloxydase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol thành orthoquinol sau đó trùng hợp với các chất không có gốc phenol (các acid amin) tạo thành chất có màu. Chất có màu này gây khó khăn cho việc chế biến và nếu quá trình công nghệ không thích hợp sẽ cho sản phẩm chất lượng kém. Độc tố trong khoai mì là CN-, nhưng khi củ chưa đào lên thì nhóm này nằm ở dạng glucoside gọi là linamarin (C10H17NO6). Dưới tác động của enzyme hay ở môi trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyanohydric. Như vậy, sau khi đào củ mì mới xuất hiện HCN tự do vì chỉ sau khi đào thì các enzyme trong củ mới bắt đầu hoạt động mạnh và đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau khi ăn vì trong dạ dày người hay động vật là môi trường acid và dịch trong chế biến cũng là môi trường acid. Linamarin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách ra trong quá trình chế biến, hòa tan tốt trong nước, kém tan trong rượu, rất ít hòa tan trong chloroform và hầu như không tan trong ether. Vì hòa tan tốt trong nước nên khi chế biến, độc tố theo nước dịch ra ngoài, nên mặc dù giống khoai mì đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng tinh bột và khoai mì lát chế biến từ khoai mì đắng vẫn sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc. Trong chế biến, nếu không tách dịch bào nhanh thì có thể ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột do acid cyanohydric tác dụng với nguyên tố sắc có trong củ tạo thành feroxy cyanate có màu xám. Tùy thuộc giống và đất nơi trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì là khác nhau. 11 + H2O Acetone cyanohydric Linamarin pH 3.5 – 6.0 0 Temperatures ≤ 65 C hydroxynitridelyase pH > 4 0 Temperatures > 30 C Spontaneous breakdown Hình 1.3: Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin 12 f. Hệ enzyme Trong khoai mì, các chất polyphenil và hệ enzyme polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến. Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy. Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen. Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để. 1.2 Ứng dụng của tinh bột khoai mì trong đời sống a. Nguồn nguyên liệu quan trọng trong đời sống Trong tự nhiên, tinh bột được tìm thấy trong các loại rau củ, hạt, quả của các loại cây trồng. Nó cũng là nguồn năng lượng quan trọng nhất của động vật và con người. Tinh bột mì đóng một vai trò sống còn trong cuộc sống của chúng ta. Từ các dữ liệu thống kê cho thấy ngày nay tinh bột càng có nhiều ứng dụng quan trọng và thiết yếu trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp ước tính có 4 nghìn ứng dụng. Các loại tinh bột tự nhiên được sử dụng phổ biến và có giá trị thương mại chủ yếu bao gồm tinh bột khoai mì, tinh bột khoai tây và tinh bột lúa mì. Tuy nhiên, thành phần và đặc tính của tinh bột khoai mì là gần giống với tinh bột khoai tây và tốt hơn nhiều loại tinh bột bắp và tinh bột lúa mì. Nhưng về giá cả, tinh bột khoai mì thường có giá thấp hơn tinh bột khoai tây. Với các ưu điểm hấp dẫn về đặc tính và giá cả, hiện nay đang có nhu cầu tăng trưởng rõ rệt đối với tinh bột mì ở khắp nơi trên thế giới trong đó có cả Việt Nam. b. Những ứng dụng của tinh bột mì trong tinh bột thực phẩm và ngành công nghiệp khác • Các loại bánh - Tinh bột được sử dụng là một trong những nguồn nguyên liệu chính để 13 sản xuất các loại bánh. Ngoài việc giảm giá thành sản xuất, tinh bột còn có chức năng làm đầy, làm láng và góp phần tạo nên một số tính chất công nghệ cho các sản phẩm bánh. - Một số sản phẩm tiêu biểu: các sản phẩm bánh snack, bánh quy, bánh rán - Bún, miến, mì ống, mì sợi, bánh tráng là những sản phẩm thực phẩm rất thông dụng ở quy mô làng xã được chế biến từ tinh bột sắn. • Tinh bột biến tính - Đặc trưng chủ yếu của tinh bột biến tính chính là nó có độ nhớt cao góp phần tạo độ sệt, độ đặc trong một số sản phẩm như nước sốt, nước chấm, súp - Ngoài ra tinh bột biến tính còn tạo ra độ mờ đục cho một số sản phẩm như nước sốt. • Sản xuất các sản phẩm thủy phân từ tinh bột - Bằng con đường thủy phân, tinh bột là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại sản phẩm như: mạch nha, glucose, sorbitol, maltodextrin, - Từ glucose bằng con đường lên men người ta có thể sản xuất rượu, cồn, mì chính - Sorbitol là phụ gia tạo cấu trúc rất thông dụng trong các sản phẩm thực phẩm. • Sản xuất đường glucose - Nguyên liệu: bột hoặc tinh bột các loại củ cũng như các loại hòa thảo. Ở các nước khác chủ yếu dùng tinh bột ngô, tinh bột khoai tây; ở nước ta dùng tinh bột sắn để sản xuất đường glucose. - Chất lượng tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi. Chất lượng tinh bột thấp quá trình đường hóa kéo dài, phản ứng không triệt để, sản phẩm có màu xấu khó khăn cho quá trình xử lý, hiệu suất thu hồi 14 thấp. - Quá trình sản xuất gồm 3 giai đoạn chủ yếu: đường hóa dịch bột thành dịch, xử lý dịch đường hóa, kết tinh tinh thể từ mật và chế biến thành sản phẩm. • Sản xuất mì chính - Mì chính là muối mononatri của acid glutamic (C5H8NO4Na). Có 2 dạng: bột và tinh thể, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hằng ngày. - Tinh bột được dùng trong sản suất mì chính bằng phương pháp lên men sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các acid amin từ các nguồn glucid và đạm vô cơ sau đó tách lấy acid glutamic để sản xuất mì chính. Phương pháp này có nhiều ưu điểm: không cần sử dụng nguyên liệu protid, không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn, hiệu suất cao giá thành hạ. • Keo dán hoặc chất kết dính - Do tinh bột có thể tạo nên dung dịch có độ nhớt rất cao sau khi hồ hóa, do đó nó được ứng dụng trong sản xuất các loại hồ, keo dán. • Thức ăn gia súc - Thông thường thức ăn gia súc được sản xuất từ nguyên liêu củ có chứa nhiều tinh bột như bắp, khoai, sắn. - Ngoài ra tinh bột còn thường được sử dụng như chất độn bổ sung trong quá trình sản xuất thức ăn gia súc. • Dược phẩm - Tinh bột được sử dụng trong ngành dược phẩm chủ yếu là làm tá dược (chất độn), chất kết dính, hoặc được sử dụng làm màng bọc viên thuốc. • Dệt nhuộm - Tinh bột là chất lý tưởng để bổ sung vào trong quá trình dệt. Đó là lý 15 do tại sao tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sợi, chỉ, vải cotton, và sợi polyester. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong ba giai đoạn dệt, đó là: hồ vải, in và hoàn thiện. - Giai đoạn in: tinh bột được sử dụng nhằm ngăn cản các tác nhân gây ô nhiễm trong khi in. - Giai đoạn hoàn thiện: tinh bột thường sử dụng là tinh bột sắn, được cung cấp với những tỷ lệ khác nhau để vải bóng và bền, ví dụ vải cotton là 12%, vải tổng hợp là 18%, tơ nhân tạo là 8%... • Sản xuất giấy - Tinh bột được dùng trong sản xuất giấy để làm khô bề mặt và bao phủ bề mặt của giấy. 16 CỦ MÌ TƯƠI Cắt lát trực tiếp Bột Bột bán Gỗ, ván ép Hình 1.4: Ứng dụng của tinh bột mì 17 1.3 Tổng quan về ngành sản xuất tinh bột mì 1.3.1 Tình hình chế bến tinh bột mì trên thế giới và khu vực Châu Á Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở các nước nhiệt đới như Brazil, Nigeria, Thái Lan, Indonexia,, Việt NamCủ sắn chứa nhiều tinh bột, hiện nay tại các nước trồng sắn trên thế giới phần lớn sắn được sử dụng làm thức ăn người và gia súc. Một lượng nhỏ sử dụng trong các lĩnh vực công