Tài liệu Tbbt

QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH I. NGUYÊN LIỆU: 1. Sắn: a. Giới thiệu: Cây sắn – sắn – (tên khoa học là Manihot esculenta Crantz), là một trong số những loại cây có củ mọc ở hơn 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm trên thế giới. Nó có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone, Nam Mỹ rồi dần dần phát triển tới các nước Châu Phi và Đông Nam Châu Á. Ở nước ta sắn được trồng khắp nơi từ Bắc chí Nam, và trồng nhiều ở các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình,… Tên nước Bảng 1: Tên sắn ở các nước khác nhau Tên sắn Indonesia Ubi Kaspe Nam Mỹ Manioca Yucca Mandioca Aipim Châu Phi Manioc Cassava Ấn độ Tapioca Thái Lan Cassava kettella Sắn có nhiều loại, chúng khác nhau về thời gian sinh trưởng, chiều cao, hàm lượng độc tố, màu sắc thân cây, lá, vỏ củ và thịt củ. Nhưng về ý nghĩa kinh tế và tính chất công nghệ trong chế biến, người ta thường dựa vào hàm lượng cyanohydrin HCN để phân nó thành 2 loại chính:  Sắn ngọt: bao gồm tất cả các loại mà hàm lượng độc tố thấp như sắn đỏ, sắn trắng, sắn vàng,… sắn ngọt có loại củ nạc như sắn trắng, sắn vàng và sắn chuối nhưng có loại cuống dài, nhiều rễ, ít nạc như sắn đỏ, cây cao hơn nên dễ bị đổ khi gió to. Hàm lượng HCN nhỏ hơn 50mg/kg sắn tươi. Ta có thể ăn ngay mà không bị ngộ độc, nhưng hàm lượng tinh bột thấp, năng suất thấp.  Sắn đắng: hay còn gọi là sắn dù, cây thấp (không cao quá 1.2m), ít bị đổ khi gió to, cho năng suất cao, củ nạc, nhiều tinh bột (trên 20%) nhưng cũng nhiều mủ và độc tố (hàm lượng HCN lớn hơn 50mg/kg sắn tươi). Vì sắn đắng nhiều tinh bột, nạc củ nên hiệu quả kinh tế trong chế biến cao nhưng để thu được sản phẩm có chất lượng tốt đòi hỏi quy trình công nghệ phức tạp hơn để loại trừ dịch bào do hàm lượng độc tố cao nên không sử dụng làm thức ăn tươi mà dùng để sản xuất tinh bột hay sắn. b. Cấu tạo củ sắn: Cây sắn là một loại cây sinh trưởng lâu năm, cây có chiều cao từ 1-5m, thân có 3 lõi đơn hoặc phân nhánh. Các lá có thùy sâu, dạng chân vịt. Thông thường, mỗi cây có từ 5 – 10 củ phát triển tỏa tròn xung quanh gốc cây bởi quá trình làm đặc thứ cấp của các tế bào nhu mô gỗ (xylem parenchyma cell). Củ có dạng 1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH hình trụ hoặc thuôn dài, thường có độ dài từ 15 – 100 cm với đường kính từ 3 – 15cm. Đường kính thường không đều theo chiều dài thân củ, phần gần cuống to nhưng càng gần chuôi càng nhỏ. Hình dạng củ không đồng nhất, có củ thẳng, củ cong, có củ lại biến dạng cục bộ. Càng gần chuôi củ càng mềm do ít xơ và phát triển sau. Do đó khi thu hoạch khó có thể giữ cho củ nguyên vẹn, đó là một trong những khó khăn khi bảo quản tươi. Sắn được trồng nơi đất xốp thì bề mặt củ phẳng, nhưng nếu trồng nơi đất rắn thì củ bị biến dạng và bề mặt củ lồi lõm. Những đặc điểm này có ảnh hưởng tới thời gian và hiệu suất rửa sạch tạp chất. Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính:  Vỏ gỗ (hay chu bì) (periderm): chiếm khoảng 0.5 – 3% khối lượng toàn củ, có chức năng bảo vệ bên ngoài củ khỏi những tác động của ngoại cảnh; màu sắc có thể trắng, vàng, nâu… Vỏ gỗ mỏng (khoảng 0.2 – 0.3mm), thành phần chủ yếu là cellulose, không có tinh bột, dễ bị tróc khi đào và chuyên chở nhưng trong bảo quản tươi ở điều kiện thích hợp có thể hình thành lớp vỏ mới ở chỗ xây xát. Trong chế biến tách càng sạch vỏ gỗ càng tốt.  Vỏ cùi (cortex): chiếm khoảng 8 – 20% khối lượng toàn củ, dày 1 – 2mm nằm ngay dưới vỏ gỗ. Vỏ cùi mềm, ngoài thành phần cellulose là chính, trong vỏ cùi còn có chứa từ 5 – 8% tinh bột và một số hợp chất khác như: các sắc tố, độc tố, enzyme, tannin, các thành phần vi lượng khác. Các chất trong dịch bào có ảnh hưởng xấu tới chất lượng sắn tươi sau khi đào và gây khó khăn trong chế biến. Phần tiếp giáp với thịt củ gồm những tế bào hình ống, sắp xếp vành theo chu vi thịt củ. So với những tế bào ở vòng ngoài thì trong các tế bào này chứa nhiều dịch bào hơn, đồng thời hàm lượng nước cũng cao, do đó sau khi đào dễ gây hiện tượng chạy nhựa ảnh hưởng đến chất lượng của thịt sắn.  Thịt sắn (starchy flesh): chiếm phần lớn khối lượng của củ sắn, cấu tạo chủ yếu từ các tế bào mô mềm, chứa các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, đường và các chất vi lượng khác. Trong tế bào thịt sắn cũng có chứa dịch bào nhưng ít hơn so với trong vỏ cùi. Ngoài các tế bào mô mềm còn có các tế bào thành cứng mà thành phần chủ yếu là cellulose. Các tế bào này tạo thành lớp xơ, thường nhiều ở cuống, chỗ mọc rễ, nơi củ bị biến dạng và sắn lưu niên. Các lớp xơ này làm giảm hiệu suất của máy nghiền. Hàm lượng tinh bột tập trung nhiều ở phần sát vỏ cùi, càng đi sâu vào những lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại càng ít đi nhưng lượng đạm tăng thêm một phần so với những lớp bên ngoài.  Lõi củ: thường nằm giữa củ, chạy suốt từ cuống tới chuôi củ. Càng sát cuống lõi càng lớn và nhỏ dần ở phía chuôi củ. Lõi chiếm từ 0.3-1% khối lượng toàn củ. Cấu tạo chủ yếu là cellulose, hemicellulose. 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Ngoài các thành phần trên, củ sắn còn có cuống, rễ và chuôi. Các phần này nhiều cellulose, ít tinh bột. Nếu củ có cuống dài và nhiều rễ thì chế biến khó khăn. Hình 1: Mặt cắt ngang của củ sắn c. Thành phần hóa học của củ sắn: Thành phần hoá học của củ sắn dao động trong khoảng khá rộng tuỳ thuộc vào giống, khí hậu, điều kiện chăm bón, thời gian thu hoạch. Độ ẩm Bảng 2: Thành phần hóa học của củ sắn (%) Tinh bột Đường Protein Lipid Xơ Tro 70.25 21.45 0.54 1 5.13 1.1 0.4 1.11  Nước: Hàm lượng ẩm trong củ sắn tươi cao và thay đổi theo thời gian thu hoạch. Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn.  Tinh bột: Tinh bột là thành phần quan trọng của củ sắn. Hàm lượng tinh bột trong củ sắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện khí hậu, giống, thời gian thu hoạch, bảo quản…  Nếu thu hoạch quá sớm, hàm lượng tinh bột thấp, hàm lượng các chất hòa tan cao. Như vậy nếu chế biến sắn non không những hiệu quả thu hồi tinh bột thấp mà còn gặp nhiều khó khăn trong việc bảo quản nguyên liệu tươi.  Nếu thu hoạch trễ, thì củ sắn sẽ nhiều xơ, hàm lượng tinh bột cũng không cao vì một phần tinh bột bị thủy phân thành đường để cung cấp chất dinh dưỡng cho mầm phát triển. Sắn càng già thì càng khó chế biến. Tinh bột sắn có màu rất trắng. Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền khi chưa bóc vỏ, tinh bột thu được thường có màu tối. Màu xám của tinh bột sắn ảnh hưởng tới chất lượng cũng như giá cả của sản phầm. Củ sắn và tinh bột sắn thường có pH trong khoảng 6 – 6.3. Theo tiêu chuẩn của Viện tiêu chuẩn Ấn Độ, các loại sắn ăn được có pH trong khoảng 4.7 – 7.0. Còn theo tiêu chuẩn Mỹ, các loại sắn tốt có pH từ 4.5 – 6.5 và độ acid thấp. Quan sát bằng SEM, hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5- 40 m, những hạt kích thước lớn 25 – 35mm, hạt nhỏ 5 – 15mm và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa. 3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Khi hạt tinh bột sắn 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 làm trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme. Tinh bột sắn có cấu trúc tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hủy bởi các tác nhân như acid, enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo. Tinh bột bao gồm hai thành phần:  Amylose: 15-25%.  Amylopectin: 75-85%. Hình 2: Cấu trúc hóa học của Amylose Hình 3: Cấu trúc hóa học của Amylopectin Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215000g/mol so với 30500, 130000, 224500 và 276000 tương ứng với của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột bắp sáp. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8 – 29% nhưng nói chung đa số các giống sắn có tỷ lệ amylose 16 – 18%. Tinh bột sắn có những tính chất tương tự như các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao. Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hóa trong khoảng 58.5 – 70 oC so với 56 – 66oC ở khoai tây và 62 – 72oC ở tinh bột bắp. Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ các liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng như chất làm đặc trong công nghiệp thực phẩm, chất hồ vải trong công nghiệp dệt hay chất phủ trong công nghiệp giấy. Tinh bột lúa mì, bắp và tinh bột gạo có độ nhớt thấp hơn tinh bột sắn và tinh bột khoai tây. Khả năng hồ hóa sớm, độ nhớt cao của tinh bột sắn thể hiện lực liên kết 4 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt. Xử lý hóa học và vật lý (gia nhiệt, xử lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt các chất như protein, chất béo, các chất có hoạt tính bề mặt đều có ành hưởng tới độ nhớt của tinh bột sắn. Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là những tính chất rất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các loại tinh bột. Lực nở được hiểu là thể tích và khối lượng lớn nhất mà tinh bột có thể đạt được khi nở tự do trong nước. Khả năng nở và hòa tan cao của tinh bột sắn một lần nữa lại thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt. Sự có mặt của các gốc ester có khả năng ion hóa, các chất phụ gia như chất có hoạt tính bề mặt, những biến tính về mặt hóa học…đều có ảnh hưởng đến khả năng trương nở và hòa tan của tinh bột. Tinh bột sắn dạng paste có độ trong cao do có khả năng trương nở tốt và xu thế thoái hóa thấp. Khi làm nguội hồ tinh bột ở nồng độ cao, các phân tử polysaccharide có thể tạo ra một dạng cấu trúc gel. Cấu trúc gel của tinh bột sắn có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngũ cốc khác nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài. Hình 4: Hình dạng hạt tinh bột sắn.  Đường: Đường trong sắn chủ yếu là saccharose (71%, so với đường tổng); glucose (13%); fructose (9%); maltose (3%). Sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch.  Protide: Protide của sắn vừa ít về số lượng (1-1.2%) vừa thiếu cân đối về chất lượng. Do hàm lượng protid trong củ thấp nên ít ảnh hưởng đến quá trình sản xuất tinh bột sắn. Bảng 3: Thành phần acid amine của củ sắn. Acid amine Hàm lượng (mg/100g) 5 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Lysine 30 Methionine 13 Tryptophan 3 Phenylalanine 33 Threonine 23 Valine 21 Leucine 30 Isoleucine 20 Arginine 40 Histidine 13 Ngoài những chất dinh dưỡng trên trong sắn còn có độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Những chất này gây khó khăn cho chế biến, và nếu quy trình không thích hợp thì chất lượng sản phẩm kém.  Độc tố: Trong thành phần hóa học của cây sắn cần lưu ý tới hàm lượng HCN, khi hàm lượng HCN cao sẽ làm cho sắn trở nên độc. Khi chưa đào, trong củ sắn không có HCN tự do mà ở dạng glycoside (cyanogenetic glycoside) gồm 2 loại: linamarin và lotaustralin (được tổng hợp trong củ sắn từ amino acid valine và isoleucine). Sau khi đào, dưới tác dụng của enzyme thì các glycoside này phân hủy thành glucose, acetone và acid hydrocyanic. Sự có mặt HCN dễ nhận ra do nó tạo ra vị đắng. Cơ chế: Trong tế bào sắn, cyanogenic glycoside nằm trong không bào của chất nguyên sinh, trong khi enzyme thủy phân nó lại nằm trong thành tế bào. Do đó, khi tế bào còn nguyên, cyanogenic glycoside không bị ảnh hưởng gì. Nhưng khi thu hoạch, tế bào bị phá vỡ, enzyme và cyanogenic glycoside tiếp xúc với nhau và xảy ra hiện tượng phân hủy glycoside thành glucose, aceton, và HCN. - Linamarin (C10H17O6N): Linamarin bị thủy phân sinh ra HCN dưới tác dụng của enzyme linamanase. - Lotaustralin (C11H19C6N): 6 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Các glycoside này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột sắn, độc tố theo dịch nước thải ra ngoài. Vì vậy mặc dù sắn đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng sản phẩm tinh bột và sắn lát từ sắn đắng vẫn sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc tốt. Một điểm cần chú ý khi sản xuất tinh bột từ sắn là quá trình tách dịch bào phải tiến hành nhanh, nếu không HCN sẽ tác dụng với Fe tạo thành sắt cyanate có màu xám làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm tinh bột. Hàm lượng các glycoside khoảng 0.001 – 0.04%, tập trung nhiều nhất ở vỏ cùi và thấp nhất ở lõi nên khi lột sạch vỏ cùi là đã loại được phần lớn độc tố. Bảng 4: Hàm lượng HCN trong các phần của củ sắn. Hàm lượng (mg/kg củ) Vỏ gỗ 7,6 Vỏ cùi 21,6 Hai đầu củ 16,2 Thịt củ 9,72 Lõi 15,8 Phương pháp khử và đề phòng HCN: Biện pháp hiệu quả nhất là ngâm sắn vào trong nước trong nhiều ngày, ngoài ra có thể hong gió liên tiếp 36h ở nơi thoáng đãng, râm mát; trước khi sử dụng phải bóc vỏ, tách cuống.  Enzyme: trong sắn, các chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxidase có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nguyên liệu trong quá trình bảo quản và chế biến. Khi chưa đào, hoạt độ enzyme trong sắn yếu, sau khi đào thì mọi enzyme đều hoạt động mạnh. Polyphenoloxidase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp với các chất không có bản chất phenol như acid amine để hình thành các sản phẩm có màu. Trong nhóm polyphenoloxidase có những enzyme oxy hóa các monophenon mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy hóa tyrosine tạo thành quinon tương ứng. Sau một số chuyển hóa, quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanine. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt sắn có màu đen mà thường gọi là sắn chạy nhựa. Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi. 7 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Hình 5: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với sự xúc tác của enzyme tyrosinase. Khi sắn đã chạy nhựa, khi luộc ăn thì sượng, khi mài xát thì khó phá vỡ tế bào giải phóng tinh bột do đó hiệu suất tách tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng. Hàm lượng tannin trong sắn 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 tannate 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. Trong bảo quản sắn tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên đặc biệt đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát. Ngoài ra nếu củ bị chảy nhựa nghiêm trọng cũng sẽ dẫn tới hiện tượng thối khô. 8 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Sắn bị chảy nhựa Sắn bị nấm mốc Hình 6: Các dạng hư hỏng của sắn d. Chỉ tiêu chất lượng của sắn nguyên liệu: Chất lượng và tỷ lệ thu hồi sản phẩm không những phụ thuộc vào quy trình công nghệ mà còn phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu. Hiện nay chưa có quy định chung về chất lượng sắn đưa vào sản xuất tinh bột nhưng ở từng xí nghiệp đều có quy định riêng về chỉ số chất lượng. Yêu cầu cơ bản chất lượng sắn đầu vào:  Hàm lượng tinh bột: từ 27 – 28% trở lên.  Độ ẩm: 64 – 65%  Hàm lượng xơ: 3 – 4%  Củ nhỏ, ngắn (chiều dài 10cm, đường kính chỗ lớn nhất dưới 1.5cm): không quá 4%  Củ dập nát và gãy vụn: không quá 3%  Lượng đất và tạp chất tối đa: 1.5 – 2%  Không có củ thối  Củ có dấu vết chảy nhựa: không quá 5% Thông thường người ta định giá thu mua nguyên liệu bằng cách sau (dựa vào hàm lượng tinh bột):  Chọn ra những củ có kích thước trung bình và bẻ nó làm đôi. Nếu bẻ gãy củ với lực vừa phải, và thấy củ săn chắc, có màu trắng và khô thì đó là củ đã trưởng thành và tươi, những củ này có hàm lượng tinh bột nhiều nhất: khoảng 30%. Những củ còn non thì hàm lượng tinh bột thấp, có màu hơi vàng, săn chắc nhưng ở phần lõi có nước. Nếu dùng lực rất mạnh mới bẻ được củ thì đó là sắn già, có nhiều chất xơ mà hàm lượng tinh bột thấp.  Hoặc ta có thể đem củ sắn đi phân tích hóa học và xác định hàm lượng tinh bột trong nó nhưng phương pháp này tốn nhiều thời gian và đòi hỏi phải có phòng thí nghiệm với những chuyên gia phân tích chất lượng. e. Bảo quản nguyên liệu 9 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Sắn là loại củ khó bảo quản vì dễ bị biến chất dễ hư hỏng. Sắn có hàm lượng nước cao rất dễ bị các loại men phân li các hợp chất hữu cơ thông thường người ta gọi là chạy nhựa làm cho củ sắn biến thành xơ và bán xơ có khi cứng như gỗ. Thực tế sắn sau khi thu hoạch về thường không chế biến kịp nên phải bảo quản sắn tươi trong một khoảng thời gian nhất định. Khi bảo quản, nếu tạo điều kiện càng giống khi chưa đào thì càng bảo quản được lâu. Có những cách như sau :  Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là để tránh sự hoạt động của các enzym trong củ sắn có nghĩa là tránh hiện tượng hư hỏng. Hầm phải hoàn toàn kín và khô ráo, phải có mái che để tránh nước chảy vào. Hầm sâu 0.81.2 m. Chiều rộng phụ thuộc số sắn cần bảo quản.  Bảo quản bằng cách phủ cát khô: phương pháp này dựa trên nguyên tắc bảo quản kín giống như bảo quản trong hầm. Chọn củ có kích thước đồng đều không bị dập, vỏ không bị xây xát, xếp thành luống cao 0.5- 0.6 m, rộng 1.2-1.5 m, chiều dài khoảng 4 m. Sau khi sắp xếp xong, dùng cát khô phủ kín đống sắn, lớp cát dày ít nhất 20 cm. Ngoài ra có thể bảo quản bằng cách nhúng vào nước vôi. Sắn sau khi thu hoạch chọn những củ còn nguyên vẹn đem nhúng vào nước vôi 0.5 % hoặc dùng bình chứa nước vôi phun đều vào đống củ sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống sắn. Phương pháp này có thể bảo quản 15-25 ngày. Trong sản xuất tinh bột có thể bảo quản bằng cách ngâm sâu trong nước, cứ vài ngày thay nước một lần. Với phương pháp này cho phép dự trữ được một vài tháng. Ta chỉ nên bảo quản những củ nguyên vẹn vì những củ gãy xây xát thường nhiễm vi sinh vật, hệ enzyme trong củ hoạt động mạnh, quá trình hô hấp trao đổi chất mạnh lên, nước mất dần, sức đề kháng của củ giảm. Củ sắn bắt đầu chạy nhựa rồi nhiễm bệnh thối, trọng lượng giảm do mất nước và do tổn hao chất khô, đặc biệt bệnh thối ướt dễ dàng lây sang những củ lân cận rồi lan ra toàn đống. Khi bảo quản cần lưu ý tới nhiệt độ. Nhiệt độ được xác định bằng cách: cắm ống đo vào ống thông hơi, nếu nhiệt độ củ sắn lớn hơn nhiệt độ ngoài trời 50 0C thì đảo sắn. Nếu thấy củ thối hỏng, chạy nhựa, biến màu (trắng sang vàng hoặc đen) thì bỏ. Việc bảo quản sắn tươi rất khó khăn lại chưa được nghiên cứu đầy đủ cho nên tốt nhất là nơi trồng sắn nhiều cần có xí nghiệp chế biến để đào tới đâu chế biến tới đó.    2. Nước: a. Chỉ tiêu cảm quan: Không màu Không mùi Không vị Bảng 5: Chỉ tiêu cảm quan của nước STT Chỉ tiêu 1 Màu sắc 2 Độ đục Đơn vị đo mg/lít thang Pt-Co mgSiO2/lít Mức khuyến cáo 1 1 3 Mùi Độ pha loãng 0 4 Vị Độ pha loãng 0 10 Mức cao nhất cho phép 20 10 2 (ở 12oC) 3 (ở 25oC) 2 (ở 12oC) 3 (ở 25oC) QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH     b. Chỉ tiêu hóa lý: Độ cứng tổng: tối đa 2mg đương lượng/L Chất khô: tối đa 850mg/L Sắt, mangan, nhôm: tối đa 0.1mg/l Clo: âm tính c.    Chỉ tiêu vi sinh: Yêu cầu hàm lượng vi sinh càng thấp càng tốt. Tổng số vi khuẩn hiếu khí: tối đa 75cfu/mL Không có vi sinh vật gây bệnh. 3. Sodium trimetaphosphosphate: Công thức hóa học: Na3O9P3 Công thức cấu tạo: Thành phần Chỉ tiêu (NaPO3)3 95% Min As 0.0003% Max Fluorides 0.003%Max Kim loại nặng (Pb) 0.001%Max Hàm luợng chất không tan 0.1%Max pH 5-9 30-120 Mesh Kích thước hạt 4. NaOH 5. HCl 11 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Nhu cầu biến tính tinh bột ra đời do tinh bột thô có một số nhược điểm không phù hợp khi ứng dụng trong một số lĩnh vực như độ nhớt bị giảm nhanh dưới tác dụng của pH thấp, nhiệt độ cao; mạch có cấu trúc dài; dễ bị thoái hóa. Tinh bột thô trương nở nhanh nhưng đồng thời cũng mất độ nhớt nhanh trong suốt quá trình gia nhiệt. Đặc điểm này có thể phù hợp với lĩnh vực này nhưng lại không thích hợp trong một số lĩnh vực khác, vì vậy các nhà sản xuất mới tiến hành biến tính tinh bột để thay đổi các tính chất sao cho phù hợp với từng lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Có rất nhiều cách biến tính khác nhau nhưng phổ biến nhất là cách tạo liên kết ngang (cross-link starch) tức là hình thành các liên kết hóa học giữa các sợi tinh bột. Bằng cách đó ta sẽ thu được tinh bột có những đặc tính như sau: cấu trúc ngắn hơn, bền hơn dưới tác dụng của nhiệt độ, pH và các tác nhân vật lý. Ta có thể thấy rõ điều đó qua biểu đồ sau: Hình 7: Biểu đồ so sánh giữa tinh bột liên kết ngang và tinh bột thô Ta thấy nhiệt độ hồ hóa của tinh bột liên kết ngang cao hơn tinh bột thô. Độ nhớt của tinh bột biến tính nhỏ hơn độ nhớt của tinh bột ban đầu. Bên cạnh đó, khi giữ nhiệt độ 920C trong thời gian dài thì tinh bột liên kết ngang khó bị thoái hóa hơn so với lúc chưa biến tính. Vậy tùy thuộc vào yêu cầu của từng lĩnh vực mà nhà sản xuất sẽ thay đổi mức độ liên kết để tạo ra nhiều dòng sản phẩm với tính chất khác nhau. Sau đây xin giới thiệu hai quy trình công nghệ để sản xuất ra tinh bột cross-link: 12 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH 13 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH 14 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH: Củ sắn cần được chế biến ngay trong vòng 24h kể từ sau khi thu hoạch, nếu như vì nhiều lý do không thể chế biến được ngay thì nên bảo quản bằng những phương pháp đã nêu trên nhưng không được bảo quản quá 2 ngày. Yếu tố quan trọng nhất để sản xuất được tinh bột sắn chất lượng cao là toàn bộ quá trình – từ khi thu hoạch đến khi hoàn tất công đoạn sấy – phải được thực hiện trong thời gian ngắn nhất có thể được do sự hư hỏng bắt đầu xảy ra ngay từ khi ngắt củ và diễn tiến trong suốt quá trình chế biến. 1. Ngâm: a. Mục đích:  Chuẩn bị: để tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu như độc tố (trong sắn), sắc tố, tanin, các enzyme,…; làm bở đất ở những chỗ lõm của củ để hiệu suất tách tạp chất khi rửa cao, làm long một phần vỏ, thuận lợi cho quá trình tiếp theo như nghiền, xé… b. Biến đổi nguyên liệu:  Biến đổi vật lý: Làm giảm hàm lượng cặn, đất cát bám trên bề mặt sắn  giảm khối lượng. Các loại tạp chất thường được tách ra khỏi nguyên liệu:  Các chất vô cơ: đất, cát, đá, mảnh kim loại…  Các tạp chất nguồn gốc thực vật: cành cây, lá, một phần vỏ, cỏ …  Các tạp chất nguồn gốc động vật: lông, tóc, da, trứng côn trùng …  Hóa chất: thuốc trừ sâu, phân bón.  Biến đổi hóa lý: Một số chất trong nguyên liệu hòa tan vào nước ngâm: độc tố, sắc tố, tannin, enzyme, …  Biến đổi sinh học: Một số vi sinh vật và các sản phẩm trao đổi chất của nó bám trên bề mặt bị rửa trôi. c. Yếu tố ảnh hưởng:  Lượng tạp chất có trong nguyên liệu.  Hình dạng vật lý của củ: củ càng xù xì thì quá trình tách tạp chất càng khó.  Nhiệt độ nước ngâm: nước ấm (30 – 40oC) sẽ giúp cải thiện được hiệu suất quá trình tách tạp chất.  Sự đảo trộn: có thể tăng hiệu suất quá trình bằng cách tăng cường sự đảo trộn ở trong thiết bị chứa. d. Phương pháp thực hiện: Nguyên liệu thường được ngâm trong bể xây bằng kim loại, ximăng,…nhưng tránh xây bằng các vật liệu thấm nước như gỗ. e. Thông số công nghệ:  Thời gian ngâm: 24h tùy theo mức độ nhiễm bẩn của nguyên liệu.  Trong khi ngâm để hạn chế hoạt động của vi sinh vật người ta cho vôi với tỷ lệ 1.5kg/m3 nước ngâm.  Mức nước phải đảm bảo ngập nguyên liệu. 2. Rửa và lột vỏ: a. Mục đích: 15 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH  Chuẩn bị cho quá trình nghiền: làm sạch tiếp nguyên liệu, tách đất, cát, rác và tách lớp vỏ bên ngoài. Nếu rửa không sạch đá, cát sẽ làm mòn răng máy hoặc kẹt vào răng làm giảm hiệu suất nghiền  rửa sắn để tăng năng suất nghiền.  Hoàn thiện: nâng cao chất lượng cho sản phẩm cuối cùng, giúp cho bột trắng và sạch hơn, hàm lượng cellulose thấp hơn. b. Biến đổi của nguyên liệu:  Biến đổi vật lý:  Tách tạp chất.  Tách được hết lớp vỏ gỗ, một phần lớp vỏ cùi.  Khối lượng củ giảm 5 – 10% khối lượng ban đầu.  Biến đổi hóa lý: Một số chất hòa tan trong nguyên liệu: độc tố, sắc tố, tannin,…vào nước rửa.  Biến đổi hóa sinh: Các enzyme oxy hóa sẽ hoạt động làm đen sản phẩm. c. Yếu tố ảnh hưởng:  Lượng tạp chất bám trên sắn.  Độ dày lớp vỏ và hình dạng của củ.  Thiết bị sử dụng.  Thời gian lưu: càng nhanh càng tốt. d. Phương pháp thực hiện: Lột vỏ:  Phương pháp thủ công: Củ có thể được lột vỏ bằng tay. Công việc thường bắt đầu từ sáng sớm ngay sau khi củ được ngâm sơ bộ. Do yêu cầu củ phải được gọt vỏ càng nhanh càng tốt để hạn chế những biến đổi vì thế giai đoạn này thường chiếm nhiều lao động. Củ được cắt dọc theo chiều dọc và chiều ngang tới độ sâu thích hợp với bề dày của lớp vỏ (khoảng 2-3 mm), sau đó vỏ sẽ được tách ra. Toàn bộ nguyên liệu sau khi gọt vỏ xong sẽ được chuyển qua máy rửa. Trong một số nhà máy, củ sẽ được vận chuyển trên băng chuyền, sau đó các công nhân sẽ lần lượt tiến hành gọt vỏ.  Ưu điểm: vỏ được tách triệt để, không phụ thuộc nhìều vào hình dáng của củ, củ ít bị tổn thương cơ học vì vậy giúp hạn chế các quá trình biến đổi do enzyme xúc tác làm sậm màu nguyên liệu.  Nhược điểm: tốn thời gian, công sức, chi phí; năng suất không cao. Rửa:  Máy rửa băng chuyền: Máy được cấu tạo gồm một băng tải bằng thép không rỉ và thùng chứa nước rửa có thể tích tương đối lớn. Băng tải được chia làm 3 phần, phần nằm ngang ngập trong nước, phần nghiêng có các ống phun nước mạnh và một phần nằm ngang ở phía cao. Bên dưới băng tải phần ngập trong nước có bố trí các ống thổi khí nhận không khí từ một quạt đặt bên ngoài. 16 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Trong giai đoạn ngâm, nguyên liệu ở trên phần băng nằm ngang ngập trong nước, các cặn bẩn bám trên ngoài bề mặt nguyên liệu bị bong ra. Băng tải di chuyển sẽ mang nguyên liệu đi dần về phía phần băng nghiêng. Hiệu quả của quá trình ngâm được tăng cường nhờ thổi khí làm xáo trộn nước và nguyên liệu trên mặt băng, làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước nên thời gian ngâm được rút ngắn. Khi nguyên liệu di chuyển đến phần nghiêng của băng, các vòi phun nước với áp suất cao đến 2-3 at sẽ rửa sạch cặn bẩn. Ở cuối quá trình rửa, nguyên liệu di chuyển đến phần nằm ngang phía trên có đục lỗ để được làm ráo nước. Tùy thuộc loại nguyên liệu và mức độ bẩn, có thể điều chỉnh tốc độ di chuyển của băng chuyền cho phù hợp. Nếu nguyên liệu quá bẩn, cho băng chuyền đi chậm lại, làm tăng thời gian rửa. Ngược lại, nếu cặn bẩn bám trên ngoài nguyên liệu ít, có thể cho băng chuyền đi nhanh hơn nhằm tăng năng suất quá trình. Nước sạch từ vòi phun vào thùng ngâm sẽ bổ sung nước cho hệ thống, còn cặn bẩn được tháo ra liên tục qua van xả và nước thừa theo máng chảy tràn ra ngoài. Hình 8: Máy rửa băng chuyền Máy rửa là một trống có đục lỗ được nhúng một phần trong bể nước. Củ được đẩy về phía trước nhờ các cánh khuấy hoặc một chổi hình xoắn ốc được gắn vào cần xoay trung tâm. Một dòng nước ngược được cho chảy qua bể để đảm bảo việc loại bỏ chất bẩn được liên tục. Trong một số thiết kế, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun vào củ. Việc lột vỏ được thực hiện cùng lúc trong máy rửa. Hoạt động kết hợp của các dòng nước áp suất cao, sự cọ xát của cù vào vách trống và vào nhau giúp loại bớt hầu hết lớp vỏ. 3. Cắt khúc, nghiền củ: a. Mục đích:  Cắt khúc: chuẩn bị cho quá trình nghiền để tăng hiệu quả mài sát trước khi đưa vào máy nghiền.  Nghiền củ:  Khai thác: giúp phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột. Đây là quá trình 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. b. Biến đổi của nguyên liệu: 17 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Biến đổi vật lý:  Quá trình cắt: kích thước của củ sắn giảm.  Quá trình nghiền: do sự ma sát, các vách tế bào bị rách và thân củ được chuyển thành dạng bột mịn, trong đó, hầu hết các hạt tinh bột được giải phóng ra; có sự tỏa nhiệt làm tăng nhiệt độ của khối sản phẩm.  Biến đổi hóa sinh: Khi xé nát vỏ tế bào, các enzyme trong tế bào được giải phóng và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzyme thủy phân tinh bột, enzyme oxy hóa khử (polyphenoloxydase) sẽ làm sẫm màu sản phẩm.  Biến đổi hóa học: Các chất trong dịch bào được hòa tan vào nước. c. Các yếu tố ảnh hưởng:  Quá trình cắt:  Củ càng dài, càng phải cắt nhiều lần.  Cấu trúc củ: càng cứng thì quá trình cắt củ và nghiền củ càng lâu.  Độ sắc bén của lưỡi dao.  Khoảng cách giữa các lưỡi dao.  Quá trình nghiền:  Sắn sau khi cắt càng to thì thời gian nghiền càng lâu.  Cấu trúc và độ cứng của nguyên liệu.  Năng suất máy và hình dạng lưỡi cưa. d. Phương pháp thực hiện:  Quá trình cắt: Máy gồm một trục hình trụ quay, xung quanh trụ có gắn những lưỡi dao hình đĩa. Khi vận hành, tùy theo khoảng cách giữa các đĩa mà nguyên liệu được cắt đến chiều dài phù hợp. Sau khi cắt kích thước vật liệu vào khoảng 2-3cm.  Hình 9: Máy cắt khúc củ 18 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Ngoài ra còn có một số máy phục vụ cho quy mô sản xuất nhỏ có cấu tạo như sau: Hình 8: Nguyên lý cấu tạo máy chặt khúc Cấu tạo máy gồm: Trục (1) để gắn lưỡi dao (2) và đĩa tựa (3). Cửa nạp liệu (4) được gắn chặt vào đĩa cố định (5). Có thể có 2 hay 4 cửa nạp liệu hình trụ đường kính 60 – 70mm. Nếu đường kính bé hơn thì không thể lọt những củ có đường kính lớn nhưng nếu đường kính lớn khi chặt những củ nhỏ dễ bị gãy vụn. Củ sắn lọt xuống tựa vào đĩa (3) và bị lưỡi dao chặt ngang, lực ly tâm làm khúc sắn văng ra rơi xuống dưới. Có thể có 1, 2 hay 3 lưỡi dao, tốc độ trục gắn lưỡi dao 250 vòng/phút. Nhược điểm của máy này là nhập liệu bằng tay. Năng suất máy 15 – 20 tấn/ngày tùy theo tiếp liệu nhanh hay chậm.  Quá trình nghiền: Sử dụng máy nghiền dĩa giúp giảm kích thước vật liệu tạo thành dạng huyền phù. Máy nghiền có thể gồm hai loại một đĩa quay hay hai đĩa cùng quay. Bề mặt đĩa có dạng răng cưa sắc. Vật liệu được cho vào khe hẹp ở giữa hai đĩa. Khoảng cách giữa hai đĩa có thể điều chỉnh tuỳ theo yêu cầu về kích thước của vật liệu. Vật liệu được xé nhỏ dưới tác dụng của lực ma sát và lực cắt khi quay. Đĩa quay có thể làm bằng đá hay kim loại. Do lực liên kết của các dĩa đá kém hơn dĩa kim lọai nên phải làm thêm đai thép và thường cho dĩa đá làm việc với vận tốc vòng là 10m/s đối với trục quay thẳng đứng, tới 18m/s đối với trục quay nằm ngang. Dĩa gang đúc thì vận tốc vòng có thể tới 28m/s còn dĩa thép đúc đạt tới 68m/s 19 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH Hình 9: Thiết bị nghiền dĩa. 4. Sàng: a. Mục đích:  Chuẩn bị: cho quá trình li tâm và trộn phía sau giúp loại bỏ lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp sau khi nghiền. b. Biến đổi của nguyên liệu:  Biến đổi vật lý: Nguyên liệu được chia làm 2 phần: phần bột nhão thô phía trên sàng và phần sữa tinh bột phía dưới sàng.  Phần trên sàng: được đem đi nghiền lần 2 và sàng thêm lần nữa.  Phần dưới sàng: được đưa qua máy ly tâm.  Biến đổi hóa học: Nồng độ chất khô giảm do tách bột nhão thô để đi nạo lần 2. c. Các yếu tố ảnh hưởng:  Tốc độ nhập liệu: nếu tốc độ nhập liệu quá nhanh thì mặt sàng sẽ bị quá tải, ngăn cản vật liệu lọt qua mặt sàng.  Kích thước nguyên liệu sau khi nghiền:  Hàm ẩm của nguyên liệu: nếu hàm ẩm của nguyên liệu quá cao sẽ làm cho các hạt dính kết lại với nhau, từ đó làm tăng kích thước hạt, giảm hiệu suất quá trình.  Diện tích bề mặt sàng và tổng diện tích của các lỗ sàng.  Kích thước lỗ sàng. d. Phương pháp thực hiện: 20