so sánh khả năng xử lý nước thải chứa tinh bột ở quy mô phòng thí nghiệm của một số chế phẩm xử lý nước thải tinh bột hiện nay trên thị trường

LỜI MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong các mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, khoai mì
lát khô và tinh bột mì chiếm một tỷ lệ đáng kể. Hiện nay cả nước có trên 500.000 ha
trồng mì với sản lượng trên 8 triệu tấn/năm. Toàn quốc có khoảng 60 nhà máy chế
biến tinh bột mì có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn
nửa triệu tấn tinh bột mì đồng thời cũng thải ra lượng nước thải rất lớn. Bên cạnh
đó, các nhà máy sản xuất thực phẩm được chế biến từ tinh bột như bún, bánh phở,
nui, hủ tiếu,… cũng thải ra môi trường một lượng không nhỏ nước thải chưa qua xử
lý hoặc xử lý chưa đạt yêu cầu cho phép.
Nước thải từ các nhà máy sản xuất tinh bột có hàm lượng chất hữu cơ cao,
nếu không được xử lý khi xả ra các ao hồ, sông suối sẽ gây ô nhiễm môi trường
nước, đất và cả không khí, ảnh hưởng đến con người và sinh giới xung quanh. Cụ
thể là việc rất nhiều nhà máy sản xuất tinh bột mì như Vedan - Đồng Nai, Thanh
Chương - Nghệ An, nhà máy tinh bột sắn Pococev - Thừa Thiên Huế, cơ sở chế biến
tinh bột mì Ngọc Thạch - Bình Thuận,… đã bị đình chỉ hoạt động do những ảnh
hưởng nghiêm trọng từ việc xả thải ra môi trường sống của người dân trong khu
vực.
Trước thực trạng trên, yêu cầu thực tiễn đặt ra là phải có một biện pháp cụ thể,
thích hợp và tiết kiệm kinh phí để xử lý nước thải nhằm làm giảm thiểu ô nhiễm do
nước thải ngành tinh bột khoai mì gây ra. Hiện nay, trên thị trường đã có một số chế
phẩm sinh học do các công ty bảo vệ môi trường và xử lý nước thải sản xuất đã cho
hiệu quả xử lý cao, chi phí thấp và phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ của nước ta.
Để tìm hiểu rõ hơn về hiệu quả xử lý của các chế phẩm hiện nay trên thị
trường, tôi đã tiến hành đề tài: “So sánh khả năng xử lý nước thải chứa tinh bột ở quy
mô phòng thí nghiệm của một số chế phẩm xử lý nước thải tinh bột hiện nay trên thị
trường”.
1
2. Mục đích
 Tìm hiểu tổng quan về tinh bột và ngành công nghiệp sản xuất tinh bột mì.
 Tìm hiểu về nước thải sản xuất tinh bột mì và khả năng xử lý nước thải sản

xuất tinh bột mì bằng phương pháp sinh học.
 Thử nghiệm khả năng xử lý của các chế phẩm vi sinh hiện nay trên thị
trường.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ CÔNG
NGHIỆP SẢN XUẤT TINH BỘT MÌ
1.1 Tổng quan về tinh bột
1.1.1 Cấu tạo
Tinh bột thuộc nhóm hợp chất hữu cơ cao phân tử gọi là polysaccharide gồm
các đơn phân là glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-glycoside, công thức phân
tử là (C
6
H
10
O
5
)
n
trong đó n từ vài trăm đến hơn một triệu và tỷ lệ C:H:O là 6:10:5.
Hình 1.1 Công thức cấu tạo của tinh bột
Bảng 1.1 Hàm lượng tinh bột của một số loại củ quả
Loại hạt
Kích thước hạt
(µm)
Hình dáng hạt
Hàm lượng tinh bột
(%)
Hạt ngô 10 - 30 Đa giác hoặc tròn 25
Lúa mì 5 - 50 Tròn 20
Lúa 2 -10 Đa giác 13 - 35

Đậu đỗ 30 - 50 Tròn 46 - 54
Khoai mì 5 - 35 Tròn 35
Khoai tây 1 - 120 Bầu dục 23
Khoai lang 5 - 50 Bầu dục 20
1.1.2 Phân loại
3
Liên kết
nhánh
Tinh bột là hỗn hợp gồm hai loại polysaccharide là: amylose và amylopectin.
Tỷ lệ amylose / amylopectin thay đổi tùy theo từng loại tinh bột, thông thường là ¼.
Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) amylopectin chiếm gần 100%. Trong
tinh bột đậu xanh hàm lượng amylose chiếm khoảng 50%.
Amylose: là polymer mạch thẳng, có trọng lượng phân tử 50000 – 160000
Da, được cấu tạo từ 500 – 2000 phân tử D-glucose nối với nhau bởi liên kết α-1,4
glycoside tạo thành một mạch xoắn dài không phân nhánh. Amylose nguyên chất có
mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Có hai loại amylose:
- Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường không
có cấu trúc bất thường và bị thủy phân hoàn toàn bởi β-amylase.
- Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc phức tạp đối với β-
amylase nên chỉ bị phân hủy 60%.
Trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa thì amylose
thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển
thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucose. Đường kính của xoắn
ốc là 12,97 A
0
, chiều cao của vòng xoắn là 7,91 A
0
. Các nhóm hydroxyl của các gốc
glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H.
Hình 1.2 Cấu tạo của amylose

Amylopectin: là polymer mạch nhánh, có trọng lượng phân tử 400000 đến
hàng chục triệu Da, được cấu tạo từ 600 – 6000 phân tử D-glucose, nối với nhau bởi
liên kết α-1,4 glycoside và α-1,6 glycoside tạo thành mạch có nhiều nhánh. Mỗi liên
kết nhánh này làm cho phân tử phức tạp hơn, chiều dài của mỗi chuỗi mạch nhánh
khoảng 25 – 30 đơn vị glucose.
4
Hình 1.3 Cấu tạo của amylopectin
1.1.3 Tính chất vật lý
1.1.3.1 Độ tan của tinh bột
Amylose mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền, nhanh chóng
bị thoái hóa trở lại, không hòa tan trong nước. Amylopectin khó tan trong nước ở
nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng.
Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả
thu hồi tinh bột.
1.1.3.2 Sự trương nở
Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng lên do sự hấp thụ nước, làm
cho hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của
hạt tinh bột. Độ tăng kích thước của các loại tinh bột khi ngâm vào nước là khác
nhau, ví dụ như: tinh bột bắp có sự trương nở là 9.1%, tinh bột khoai tây là 12.7%,
còn tinh bột mì là 28.4%,…
1.1.3.3 Tính hồ hóa của tinh bột
Nhiệt độ để phá vỡ hạt tinh bột chuyển từ trạng thái ban đầu thành dung dịch
keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương
nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Các biến đổi hóa lý khi hồ hóa như
sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng
và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hóa
không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định. Tùy điều kiện hồ hóa
như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương
nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn.
Bảng 1.2 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột

5
Tinh bột tự nhiên Nhiệt độ hồ hóa (T
p
)
Ngô 62 – 73
Lúa miến 68 – 75
Lúa mì 68 – 75
Gạo 68 – 74
Khoai mì 52 – 59
Khoai tây 59 – 70
1.1.3.4 Độ nhớt của tinh bột
Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất
lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử
tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử
tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ
dẻo và độ nhớt cao hơn.
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột như: kích thước, thể
tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử. Ngoài ra, nồng độ tinh bột, pH, nhiệt
độ, tác nhân oxy hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của
các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột.
1.1.3.5 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa của gel
Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp
lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo
được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa
để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên
tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các
mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước.
Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát
ra, gọi là sự thoái hóa. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi
sau đó rã đông.

1.1.4 Tính chất hóa học
1.1.4.1 Phản ứng thủy phân
6
Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các
đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme. Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng
hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa.
Một số enzyme thường dùng là α-amylase, β-amylase,…Acid và enzyme giống nhau
là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D 1,4 glycoside.
Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường.
Hình 1.4 Phản ứng thủy phân của tinh bột
Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxy hóa tạo thành aldehyte,
cetone và tạo thành các nhóm carboxyl. Quá trình oxy hóa thay đổi tùy thuộc vào tác
nhân oxy hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxy hóa tinh bột trong môi
trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm
carboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm carbonyl. Quá trình này còn làm giảm
chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước.
Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể được ete hóa và este hóa. Một số
monomer vinyl (vinyl acetate, acetic anhydride,…) đã được dùng để ghép lên tinh
bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra
các gốc tự do trên tinh bột ở các nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl trong tinh
bột có khả năng phản ứng với aldehyte trong môi trường acid. Khi đó xảy ra phản
ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo
thành không có khả năng tan trong nước.
1.1.4.2 Phản ứng tạo phức
7
Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng tạo màu với iot. Khi tương tác
với iot, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng còn amylopectin cho phức màu nâu
tím. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng định tính tinh bột bằng phương pháp
trắc quan. Phản ứng xảy ra khi các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc hình thành
đường xoắn ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iot. Dextrin là nhóm

carbohydrate có khối lượng phân tử thấp, được tạo ra bởi phản ứng thủy phân của
tinh bột. Dextrin là hỗn hợp polymer của D-glucose liên kết với các nhóm α-1,4
glycoside và α-1,6 glycoside. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose (pentose, hexose,
…) không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh.
Acid và một số muối như KI, Na
2
SO
4
tăng cường độ phản ứng. Amylose với cấu hình
xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử
iot.
Hình 1.5 Phản ứng tạo phức giữa tinh bột với Iot
Ngoài khả năng tạo phức với iot, amylose còn có khả năng tạo phức với nhiều
chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol,
các cetone phân tử lượng thấp.
1.1.4.3 Tính hấp thụ của tinh bột
Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề
mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham gia. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và
chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này. Các ion liên kết với tinh bột thường
ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột
phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng.
1.1.5 Một số phương pháp xác định các chỉ số cơ bản của tinh bột
8
1.1.5.1 Xác định tinh bột bằng phương pháp so màu
Hovencamp Hermelink đưa ra phương pháp so màu nhanh. Nguyên tắc dựa
vào khả năng phản ứng màu đặc trưng của amylose và amylopectin với dung dịch
lugol. Nồng độ cơ chất càng cao thì phức tạo màu càng đậm và khả năng hấp thụ ánh
sáng càng thấp.
Amylose hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước sóng 618nm còn amylopectin hấp
thụ ở bước sóng 550nm. Cho nên dùng phương pháp đo quang để xác định hàm

lượng amylose và amylopectin trong tinh bột.
 Tách amylose và amylopectin
Để xác định amylose và amylopectin trong tinh bột thì phải có amylose và
amylopectin chuẩn của tinh bột đó, nên phải tách amylose và amylopectin trong tinh
bột đó.
Tách amylose từ tinh bột: Trình tự tiến hành như sau:
Tách amylopectin từ tinh bột: tốt nhất tách từ tinh bột nếp vì nó chiếm gần
như 100%. Tách amylopectin từ tinh bột nếp bằng dung dịch NaOH 0,1%.
 Xây dựng đồ thị đường chuẩn
Đồ thị đường chuẩn là đồ thị gồm các đường thẳng biểu hiện mật độ quang
của dung dịch amylose và amylopectin tinh khiết ở các giá trị nồng độ khác nhau của
các bước sóng 550nm và 618nm.
Để xác định đồ thị đường chuẩn tiến hành như sau: hòa tan 25mg amylose
hoặc amylopectin trong 10ml dung dịch HClO
4
45%, định mức thành 100ml, sau đó
pha loãng dung dịch thành các dung dịch có nồng độ 1.25; 2.5; 5 và 10 mg/100 ml.
Kết tủa chọn lọc amylose nhờ xyclohexanol.
Làm sạch amylose bằng phương pháp kết tủa với butanol
tinh khiết
Tách amylose khỏi các dung môi hữu cơ và sấy khô kết tủa
thu được
9
Lấy 4ml của mỗi loại cho vào cốc thuỷ tinh, thêm vào mỗi cốc 5ml dung dịch lugol,
lắc đều cho vào cuvet và đo trên máy so màu lần lượt các bước sóng 550 và 618nm.
 Xác định hàm lượng amylose và amylopectin trong tinh bột
Tiến hành thí nghiệm xác định mật độ quang của dung dịch tinh bột ở các
nồng độ khác nhau lần lượt tại các bước sóng giống như phần xác định đường chuẩn.
Sau đó tính giá trị R (R là tỉ số mật độ quang của dung dịch tinh bột ở các bước sóng
618 và 550nm). Từ đó tính được hàm lượng amylose và amylopectin có trong tinh

bột.
Bảng 1.3 Hàm lượng amylose và amylopectin theo tính toán.
Loại tinh bột
Hàm lượng
amylose (%)
Hàm lượng
amylopectin (%)
Khoai mì 13 87
Sắn dây 14 76
Huỳnh tinh 16 84
1.1.5.2 Xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột bằng phương pháp phân tích nhiệt
vi sai
Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có
độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo, nhiều tính chất chức năng và tính chất
cơ cấu trúc của tinh bột chỉ được thể hiện rõ sau khi đã được hồ hóa (tính nhớt, dẻo,
dai, bền, độ trong suốt, khả năng tạo gel, tạo độ đặc, tạo màng, ). Trong công
nghiệp dệt, giấy thì nhiệt độ hồ hóa là thông số rất cần thiết. Trong công nghiệp biến
hình thì nhiệt độ hồ hóa là mốc quan trọng để điều chỉnh các thông số công nghệ.
Có nhiều phương pháp xác định nhiệt độ hồ hóa. Theo dõi độ nhớt của dung
dịch tinh bột theo nhiệt độ bằng nhiều loại nhớt kế khác nhau, bằng kính hiển vi,
cộng hưởng từ hạt nhân. Tuy nhiên, phương pháp phân tích nhiệt vi sai tiến hành
nhanh chóng, chính xác, xác định được điểm nhiệt độ hồ hóa.
Xác định nhiệt độ hồ hóa bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai, kỹ thuật
DSC đã được Poonam và Dollimre áp dụng năm 1998. Nguyên tắc của phương pháp
này là dò tìm sự khác nhau về nhiệt độ giữa mẫu trắng là nước cất và tinh bột nguyên
chất trong quá trình nâng nhiệt từ 30 – 90
0
C ở môi trường xác định. Đường cong biểu
diễn sự thay đổi nhiệt độ này được gọi là đường cong của giản đồ DSC. Sự thay đổi
10

trạng thái của tinh bột từ dạng dung dịch sang dạng hồ sẽ làm cho đường cong DSC
có điểm uốn. Lấy đạo hàm của đường cong này, chúng ta sẽ có đường cong DTA.
Thí nghiệm được tiến hành trên thiết bị TA, dòng không khí được sử dụng có tốc độ
100ml/phút. Chén đựng mẫu thí nghiệm bằng bạch kim. Cân 1mg tinh bột trộn với
9ml nước cất rồi cho vào chén bạch kim, đưa vào máy cùng lúc với mẫu trắng, và
tiến hành phân tích nhiệt. Nhiệt độ nâng trong khoảng từ 30 đến trên 90
0
C, tốc độ đốt
nóng khoảng 10
0
C/ phút. Nhiệt độ hồ hóa được xác định là nhiệt độ cao nhất (Tp)
của đường cong DTA.
Bảng 1.4 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đo bằng kỹ thuật DSC trên TA
Loại tinh bột Nhiệt độ hồ hóa (T
p
)
Khoai mì 57.3
Sắn dây 60.03
Huỳnh tinh 61.81
Nhiệt độ hồ hóa của huỳnh tinh cao nhất. Vì tỷ lệ amylose cao tức là số lượng
mạch thẳng nhiều có khả năng liên kết chặt bên trong cấu trúc hạt, amylose xếp
thành hình song song được định hướng chặt chẽ nên phá vỡ được hạt để chuyển
thành dung dịch keo phải cần nhiệt độ cao hơn.
1.1.5.3 Xác định độ hòa tan và khả năng hydrate hóa của tinh bột
Độ hòa tan và khả năng hydrate hóa của tinh bột được đo bởi phương pháp
của Manfred Richter và cộng sự. Nguyên tắc của phương pháp này là đun tinh bột
trong một lượng nước dư và khuấy trộn liên tục trong nồi cách thủy ở nhiệt độ khác
nhau từ 40 – 80
0
C. Sau đó ly tâm với tốc độ 2500 vòng/phút trong 10 phút. Lượng

tan còn lại trong dung dịch sau khi ly tâm chính là lượng tinh bột hòa tan. Từ đó có
thể tính được khả năng hòa tan và khả năng hydrate hóa của tinh bột.
Cách tiến hành và công thức tính:
Cho một lượng tinh bột vào 70ml nước, liên tục khuấy trong nồi cách thủy
ở nhiệt độ khác nhau từ 40 – 80
0
C trong 30 phút. Thêm nước vào hỗn hợp cho đến
80g và đem ly tâm với tốc độ 2500 vòng/phút trong 10 phút. Phần nước của dịch ly
tâm chắt ra và lấy 50ml cho bốc hơi khô đến khối lượng không đổi và cân. Lượng
tinh bột nằm trong pha nước sau khi ly tâm chính là lượng tinh bột hòa tan. Lượng
nước và tinh bột nằm trong phần lắng đem cân, sau đó sấy khô tinh bột lắng này đến
11
khối lượng không đổi và cân lại để xác định khả năng hấp thụ nước của tinh bột theo
các công thức sau:
Hàm lượng nước liên kết với tinh bột được tính theo công thức:
W = r-a
Trong đó: r: khối lượng tinh bột lắng sau khi ly tâm
a: khối lượng tinh bột lắng sau ly tâm đem sấy khô
Khả năng hòa tan được tính theo công thức:
m.b.100
A.V
Trong đó: m: Khối lượng dung dịch sau khi hồ hóa
b: Khối lượng tinh bột còn lại trong dung dịch sau khi ly tâm được
xác định theo phương pháp sấy khô
A: Khối lượng tinh bột ban đầu
V: Thể tích dung dịch đem sấy khô
Khả năng hydrate hóa của tinh bột (hấp thụ nước):
w.100
A(100 – L)
Trong đó: L: khả năng hòa tan của tinh bột

A: khối lượng tinh bột ban đầu
w: hàm lượng nước liên kết với tinh bột
Bảng 1.5 Một số chỉ số liên quan đến cấu trúc mạch của tinh bột
Các chỉ số
Các loại tinh bột
Khoai mì Sắn dây Huỳnh tinh
Mức độ trùng hợp (đơn vị glucose) 1323 1284 1548.4
Độ nhớt (centipoise: Cp) 388.4 314.4 425.8
Chỉ số khử (số ml dd Na
2
S
2
O
3
/g tinh bột) 0.32 0.48 0.16
Khả năng hất thụ Iot ( mg I
2
/g tinh bột) 43.94 40.80 45.69
12
L =
W =
1.2 Công nghiệp sản xuất tinh bột mì
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất tinh bột mì
1.2.1.1 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.
Bảng 1.6 Phân loại 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
Thân: Thuộc loại cây gỗ cao từ 2 đến 3m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất
yếu.
Lá: Thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn
mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc. Cuống lá dài từ 9 đến 20cm có màu
xanh, tím hoặc xanh điểm tím.
Hoa: Là hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa. Hoa cái
không nhiều, mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được
thụ phấn của cây khác nhờ gió và côn trùng.
Quả: Là loại quả nang, có màu nâu nhạt đến đỏ tía, có hình lục giác, chia
thành ba ngăn, mỗi ngăn có một hạt, khi chín, quả tự khai.
Rễ: Mọc từ mắt và mô sẹo của hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống
đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ.
13
Hình 1.6 Cây khoai mì ngọt (A) và Cây khoai mì đắng (B)
1.2.1.2 Củ khoai mì
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. Cấu tạo bởi 4 phần chính:
Vỏ gỗ: là phần bao ngoài của củ, gồm nhiều tế bào xếp sát với nhau, thành

phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose, không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ
khỏi tác động bên ngoài. Vỏ gỗ mỏng, chiếm khoảng 0.5 – 5% trọng lượng củ, do vỏ
gỗ thường kết dính với các thành phần khác như: cát, đất, sạn và các chất hữu cơ
khác nên khi chế biến cần phải tách càng sạch càng tốt.
Vỏ cùi: dày hơn vỏ gỗ nhiều lần, chiếm khoảng 5 – 20% trọng lượng củ. Cấu
tạo gồm các lớp tế bào thành dày, thành phần chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào
là các hạt tinh bột (chiếm khoảng 5 – 8%), các chất chứa nitrogen và dịch bào. Trong
dịch bào chứa tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme,…
Thịt củ khoai mì: là thành phần chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào nhu mô
thành mỏng với thành phần chủ yếu là cellulose và pentosan. Bên trong tế bào là các
hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucose hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác.
Những tế bào xơ bên ngoài thịt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào sâu phía trong hàm
14
(A)
(B
lượng tinh bột càng giảm dần. Ngoài các tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng
không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nên cứng như gỗ gọi là xơ.
Lõi củ khoai mì: ở trung tâm dọc từ cuống đến chuôi củ, ở cuống lõi to nhất
rồi nhỏ dần tới chuôi. Thành phần lõi hầu như toàn bộ là cellulose và hemicellulose.
Lõi chiếm khoảng 0.3 – 1% trọng lượng củ.
Hình 1.7 Cấu tạo củ khoai mì
1.2.1.3 Thành phần hóa học
15
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.
Tinh bột là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyết định giá trị sử

dụng của chúng. Hạt tinh bột hình trống, đường kính khoảng 35 µm.
Bảng 1.7 Thành phần hóa học của cây khoai mì
Thành phần
(%)
Theo Đoàn Dự và các
cộng sự, 1983
Theo Recent Process in
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
Bảng 1.8 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 1.9 Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi
Thành phần Củ mì tươi (mg/100g)
Chất khô 38 – 40%
Tinh bột 16 – 32%
Protein 0.8 – 2.5
Chất béo 0.2 – 0.3
Chất xơ 1.1 – 1.7
16

Tro 0.6 – 0.9
Canxi 18.8 – 22.5
Phospho 22.5 – 25.4
Vitamin B1 0.02
Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucose và một ít maltose. Khoai càng
già thì lượng đường càng giảm. Trong quá trình chế biến, lượng đường của củ khoai
mì sẽ hòa tan trong nước rồi được thải ra trong nước dịch.
Protein: Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít
ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỷ lệ khoảng: 1 – 1.2%.
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.
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 (C
10
H
17
NO
6
). 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
17
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.

Hình 1.8 Phản ứng phân hủy CN
-
từ Linamarin
1.2.1.4 Thời vụ thu hoạch
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
18
+ H

2
O
Linamarase
glucose
Linamarin
Acetone cyanohydric
pH 3.5 – 6.0
Temperatures ≤ 65
0
C
hydroxynitridelyase
pH > 4
Temperatures > 30
0
C
Spontaneous breakdown
HCN +
Aceton
e
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.
1.2.1.5 Bảo quản nguyên liệu
Thực tế khoai mì sau khi thu hoạch về thường không chế biến kịp nên phải
bảo quản khoai mì tươi trong một khoảng thời gian nhất định. Khi bảo quản, chỉ nên
bảo quản những củ nguyên vẹn vì những củ gãy xây xát thường bị nhiễm vi sinh vật
làm cho củ thối, đặc biệt bệnh thối ướt dễ dàng lây sang những củ lân cận rồi lan ra

toàn đống. Trong quá trình 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 khoai mì lớn hơn nhiệt độ
ngoài trời thì đảo khoai mì. Nếu thấy củ thối hỏng, chạy nhựa, biến màu (trắng sang
vàng hoặc đen) thì bỏ.
 Một số cách bảo quản khoai mì:
Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là để
tránh sự hoạt động của các enzyme trong củ mì 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 0.8m, chiều rộng phụ thuộc số khoai mì 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, sắp thành luống rộng 1.2 cao 0.5m chiều dài khoảng 4m.
Sau khi sắp xếp xong, dùng cát khô phủ kín đống khoai mì, lớp cát dày ít nhất 20cm.
Ngoài ra có thể bảo quản bằng cách nhúng vào nước vôi. Khoai mì 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 khoai
mì. Phương pháp này có thể bảo quản 15 – 25 ngày.
Một số nhà nghiên cứu đã tìm ra là khoai mì có thể được bảo quản trong thời
gian khá dài nếu chúng được giữ ở điều kiện lạnh đông. Tuy nhiên, cách bảo quản
19
này ít được sử dụng vì chí phí quá tốn kém và người ta cho rằng phương pháp bảo
quản chi phí cao như vậy không phù hợp với mặt hàng có chi phí thấp như khoai mì.
1.2.1.6 Lợi ích của tinh bột mì
Trước hết, khoai mì có khả năng thay thế trực tiếp một phần khẩu phần gạo
của nhân dân ta. Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương
đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế khác như
khoai mì lát, miếng khoai mì,…
Với nhu cầu của khoa học công nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong
các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay men
thực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay glucose. Rượu

và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Khoai mì còn là nguồn
thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc.
20
Hình 1.9 Các công dụng của tinh bột mì
CỦ MÌ TƯƠI
THỰC
PHẨM
BỘT CÔNG
NGHIỆP
RƯỢU CỒN
NGƯỜI SÚC VẬT
Thực phẩm
trực tiếp
Bột
Cắt lát
Viên nén
Bột bán
NGÀNH
CÔNG
NGHIỆP
Giấy
Keo, Hồ
Dệt sợi
Gỗ , ván ép
Cao su
Giấy
BỘT CÔNG
NGHIỆP
21
1.2.2 Một số quy trình sản xuất tinh bột mì

1.2.2.1 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung
Hình 1.10 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung
22
Tách dịch
bào
Tinh chế sữa
tinh bột
Rữa tinh bột
Tinh bột
sạch
Nước dịch
vào bể
lắng
Tách
bã nhỏ
Dịch
để pha
loãng
cháo
Bã
nhỏ
Khoai mì Khoai lang Khoai tây
Ngâm
Cắt khúc
Rửa nguyên liệu
Nghiền
Tách rửa tinh bột
Nghiền lần 2
Tách bã
Bã lớn

Đầu tiên, củ được ngâm để hòa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và rửa sơ bộ các
tạp chất như đá, cát, đất và một phần vỏ. Sau đó tiến hành nghiền để phá vỡ tế bào,
giải phóng tinh bột. Tách rửa tinh bột bằng rây để loại bỏ các phần tử lớn và dịch bào
nhằm đảm bảo chất lượng tinh bột. Tách bã lớn, chủ yếu là cellulose và rửa tách tinh
bột lẫn với bã. Tách dịch bào khỏi sữa tinh bột bằng ly tâm. Tinh chế sữa tinh bột và
tách bã nhỏ. Rửa tinh bột để tách các tạp chất hoà tan và không hoà tan lần cuối bằng
xiclon nước, bằng bể rửa, máng rửa hay bằng máy ly tâm.
Trong sản xuất tinh bột từ củ, khi dịch bào vỏ thoát khỏi tế bào, tiếp xúc với
oxy của không khí, thường nhanh chóng bị oxy hoá tạo thành những chất màu có tên
gọi là Melanin. Mặt khác, tinh bột rất dễ dàng hấp thụ màu của dịch bào, trở nên
không trắng và rất khó tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước. Để đảm
bảo tinh bột có màu trắng tự nhiên thì quá trình công nghệ phải ngắn và tách dịch
bào càng sớm càng tốt.
1.2.2.2 Quy trình sản xuất tinh bột của Thái Lan
Quy trình được minh họa trong hình 1.11.
 Thuyết minh quy trình
Quy trình công nghệ sản xuất theo hệ thống đồng bộ khắp kín, kỹ thuật tiên
tiến mang tính tự động hóa cao, thực hiện trích ly và hydrate hóa sữa bột nhiều lần
lập đi lập lại, làm tăng chất lượng tinh bột và tăng tỉ lệ thu hồi sản phẩm. Thời gian
từ khi nguyên liệu nhập vào dây chuyền máy móc đến khi sản phẩm ra khoảng 1 giờ.
Thao tác sử dụng và vận hành máy móc, thiết bị đơn giản, dễ thực hiện.
Mì tươi trước khi đưa vào sản xuất được kiểm tra hàm lượng tinh bột và các
chỉ tiêu kỹ thuật khác rồi đưa vào phễu nạp liệu, tại đây những củ mì thối hoặc có
kích thước quá lớn sẽ được cắt nhỏ cho thích hợp sản xuất. Bên dưới phễu nạp liệu là
băng tải cao su đưa mì đến thiết bị bóc vỏ gỗ để tách bỏ đất cát và một phần vỏ gỗ
bên ngoài rồi đưa vào thiết bị rửa củ. Nhờ hệ thống cánh khuấy và tốc độ dòng nước
rửa mà đất cát, vỏ gỗ được tách ra khỏi củ dễ dàng. Sau đó củ mì đã được rửa sạch
được đưa vào thiết bị băm nhỏ nhờ băng tải. Với tốc độ 1400 vòng/phút và tác động
của lưỡi dao chặt, mì được băm nhỏ trước khi đưa vào máy nghiền mài.
23

Hình 1.11 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột của Thái Lan
24
Sàng, lọc
Nước cấp
Khói
thải
Hệ thống xử
lý khói
Xả ra
nguồn tiếp
nhận
Lọc
Nước
thải
Trạm xử lý
nước thải
Phơi, máy
nén
Mài, nghiền
Trích ly, chiếc suất
Bã mì
Nước cấp
Rửa sơ bộ, tách tạp chất
Bóc vỏ gỗ, rửa sạch
Băm nhỏ
Công trình
xử lý sơ bộ
Khoai mì tươi
Nước cấp
Nước thải

Dehydrate hóa
Sấy khô
Đóng bao, vô kho
Thành phẩm
Nước cấp
Khoai mì được nghiền nát thành hỗn hợp lỏng và được bơm lên thùng chứa,
vào hệ thống chiết xuất, vào thiết bị lắng lọc để lấy dịch sữa bột và tách bã riêng. Bã
được đưa đi ép nén nhờ băng tải và thiết bị ép bã nhằm tách bớt lượng nước trong bã,
sau đó mang đi phơi khô, sấy sử dụng làm thức ăn gia súc, hoặc phục vụ cho các nhu
cầu khác. Dịch sữa bột được đưa qua hệ thống cyclone cát để tách cát trước khi đưa
vào thiết bị phân ly. Dưới tốc độ cao 4500 vòng/phút, dịch tinh bột sẽ phân tách
thành lớp nước dịch và tinh bột. Nước dịch sẽ được tách ra và nồng độ tinh bột được
tăng cao, trước khi ra khỏi thiết bị phân ly cuối. Sữa bột sẽ tách nước nhờ máy ly
tâm. Tại đây nước sẽ được tách ra và bột được giữ lại, sau đó chuyển qua hệ thống
sấy khô trước khi qua ray lọc và đóng bao. Công đoạn sấy được sử dụng hệ thống
sấy khí động, đảm bảo yêu cầu sấy khô bột nhưng không để bột bị hồ vón cục.
Khi nhiệt độ đạt mức cho phép, tinh bột được thổi vào cyclone để lắng và làm
nguội. Sau đó tinh bột được chuyển qua ray lọc và đóng bao.
Bên cạnh những lợi ích của việc chế biến tinh bột từ khoai mì đem lại, thì
ngành công nghiệp chế biến khoai mì đã gây ra nhiều mặt tiêu cực cho môi trường,
gây ô nhiễm môi trường nước, làm mất cân bằng môi trường sống của một số loài
thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống của con người.
25