Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI









NGUYỄN THANH TÙNG



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY SẮN
CẮT KHÚC KIỂU TUYNEN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số : 60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN NHƯ KHUYÊN

HÀ NỘI - 2012

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này
là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2012
Học viên


Nguyễn Thanh Tùng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

LỜI CẢM ƠN

ðể hoàn thành ñề tài nghiên cứu ngoài sự cố gắng của bản thân tôi ñã
nhận ñược rất nhiều sự quan tâm giúp ñỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và
người thân.

Trước tiên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo PGS-TS.

Trần Như Khuyên ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong quá trình thực hiện
và hoàn thành ñề tài nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị bảo quản
và chế biến nông sản Khoa Cơ ñiện, Khoa sau ñại học - Trường ðại học Nông
Nghiệp Hà Nội; Ban Giám Hiệu, các Phòng, Khoa và toàn thể cán bộ, giáo
viên, công nhân viên của Trường Cao ñẳng Nghề Hà Nam, các ñồng nghiệp
và người thân, bạn bè ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình
học tập và hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2012
Tác giả



Nguyễn Thanh Tùng






Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH vii
1. MỞ ðẦU 1
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài 1
1.2. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu 2
1.2.1. Mục ñích nghiên cứu 2
1.2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 2
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn 3
1.1.1 Tình hình sản xuất 3
1.1.2. Tình hình tiêu thụ sắn 5
1.2. ðặc ñiểm cấu tạo, thành phần hóa học và công dụng của sắn 6
1.2.1. ðặc ñiểm cấu tạo 6
1.2.2 Thành phần hoá học 8
1.2.3 Công dụng của sắn 9
1.3. Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn 10
1.3.1. Chỉ tiêu chất lượng tinh bột sắn 10
1.3.2. Yêu cầu về sắn nguyên liệu 11
1.3.3. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp ướt 12
1.3.4. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô 16
1.4 Tình hình nghiên cứu và áp dụng thiết bị sấy sắn 17
1.4.1. Thiết bị sấy kiểu thùng quay 18
1.4.2. Thiết bị sấy băng tải 19
1.4.3. Thiết bị sấy hầm 20

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iv

Chương 2 THÍ NGHIỆM XÁC ðỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY SẮN CẮT KHÚC TRONG

PHÒNG THÍ NGHIỆM 22
2.1 Vật liệu thí nghiệm 22
2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 22
2.2.1. Thiết bị thí nghiệm 22
2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm 23
2.3. Phương pháp thí nghiệm 24
2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 24
2.3.2. Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy 24
2.4. Kết quả thí nghiệm 25
2.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T
n
(
o
C) 25
2.4.2 Ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 26
2.4.3 Ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m
3
) 28
Chương 3 LỰA CHỌN SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ VÀ TÍNH
TOÁN XÁC ðỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA QUÁ
TRÌNH SẤY 30
3.1. Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý thiết kế tổng thể thiết bị sấy 30
3.2. Tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của thiết bị sấy 32
3.2.1 Các thông số ban ñầu 32
3.2.2. Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ…………………………… 33
3.2.3. Xác ñịnh kích thước cơ bản của thiết bị sấy 33
Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA
THIẾT BỊ SẤY 37
4.1. Tính toán thiết kế buồng sấy 37
4.1.1. Tính toán quá trình sấy lý thuyết 37

4.1.2. Tính toán quá trình sấy thực 41
4.2. Tính Caloriphe 55

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

v

4.3. Tính và chọn quạt 61
4.3.1. Tính trở lực quạt 62
4.3.2. Chọn quạt 68
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 69
I. Kết luận 69
II. ðề nghị 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vi

DANH MỤC BẢNG
STT Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Diện tích sắn phân theo vùng ñịa lý 4
Bảng 1.2. Sản lượng sắn phân theo vùng ñịa lý 4
Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn 10
Bảng 2.1. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy 25
Bảng 2.2. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy 27
Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu
trong buồng sấy 28
Bảng 4.1. Tổn thất nhiệt riêng của 1m

2
diện tích nền 51
Bảng 4.2. Bảng cân bằng nhiệt 55











Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
Hình 1.1Cấu tạo củ sắn 7
Hình 1.2. Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất 12
Hình 1.3.Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn 13
Hình 1.4. Sơ ñồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô 16
Hình 1.5. Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu thùng quay 18
Hình 1.6.Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy kiểu băng tải 20
Hình 2.2. Sắn củ nguyên liệu 22
Hình 2.3.Tủ sấy vạn năng ED-240 23
Hình 2.4.Thiết bị ño tốc ñộ gió AR826 23
Hình 2.5.Máy ño ñộ ẩm MC- 7806 23

Hình 2.6. ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy T
n
(
o
C) 26
Hình 2.7. ðồ thị ảnh hưởng của tốc ñộ tác nhân sấy v (m/s) 27
Hình 2.8. ðồ thị ảnh hưởng của mật ñộ vật liệu trong buồng sấy M (kg/m
3
)29
Hình 3.1. Sơ ñồ nguyên lý thiết kế máy sấy sắn cắt khúc kiểu tuynen 30
Hình 4.1. Biểu diễn quá trình sấy lý thuyết trên ñồ thị I – d 37
Hình 4.2 ðồ thị I – d biểu thị quá trình sấy thực 42










Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTS : Hệ thống sấy
TNS : Tác nhân sấy
VLS : Vật liệu sấy
SPK : Sản phẩm khô
MSS : Máy sấy sắn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

1. MỞ ðẦU

1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Việt Nam trong những năm gần ñây nền kinh tế ñang chuyển biến
mạnh mẽ sang nền kinh tế thị trường, dần dần hòa nhập cũng như gắn liền với
sự phát triển chung của nền kinh tế thế giới. Một trong những hướng phát
triển của nền kinh tế là ñầu tư cho cây công nghiệp. Ngoài những cây công
nghiệp như cà phê, chè, cao su,… hiện nay cây sắn ñang quá trình chuyển ñổi
nhanh chóng từ cây lương thực truyền thống sang thành loại cây công nghiệp.
Trước kia sắn củ ñược dùng chủ yếu ñể làm thức ăn chăn nuôi một phần
ñược dùng làm thức ăn cho người. Hiện nay, sắn củ còn ñược chế biến ra
nhiều loại sản phẩm khác nhau như: sản xuất rượu, mỳ chính, bánh kẹo, và
ñặc biệt là sản xuất cồn ethanol thay cho nguồn năng lượng xăng dầu hóa
thạch ngày ñang cạn kiệt. Ngoài ra, sắn còn ñược sử dụng là chất gia trong
các ngành công nghiệp nhẹ như dệt, sản xuất giấy, trong ngành thực phẩm,
hoá học, y, dược,
Do ñặc ñiểm sắn củ tươi sau khi thu hoạch dễ bị thối hỏng, vì vậy sắn củ
cần ñược chế biến ra ở dạng cắt khúc ñể vừa bảo quản ñược lâu dài và tạo ra
sản phẩm hàng hoá phục vụ cho xuất khẩu. Trong qui trình công nghệ sản
xuất thì khâu làm khô là quan trọng nhất, có ý nghĩa quyết ñịnh ñến chất

lượng sản phẩm. Sắn sau khi ñược thái lát ñộ ẩm cao, nếu không ñược làm
khô kịp thời dễ bị lên men, thối, nấm mốc,
Hiện nay, ở nước ta, cách thức sắn cắt khúc ñược làm khô chủ yếu bằng
phơi nắng, một phần ñược làm khô nhân tạo trong các lò sấy thủ công, năng
suất và chất lượng sản phẩm thấp, ñộ khô không ñồng ñều, dẫn ñến làm giảm
giá trị dinh dưỡng và thời hạn bảo quản. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng
của một số thông số ñến năng suất và chất lượng sản phẩm sắn cắt khúc làm

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

2

cơ sở cho việc cải tiến công nghệ và hệ thống thiết bị của nhà máy là vấn ñề
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Xuất phát từ thực tiễn trên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Như
Khuyên, bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản - Khoa Cơ ñiện -
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, tôi tiến hành thực hiện ñề tài : “Nghiên
cứu thiết kế hệ thống sấy sắn cắt khúc kiểu Tuynen”
1.2. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu
1.2.1. Mục ñích nghiên cứu
Thiết kế ñược thiết bị sấy sắn cắt khúc có năng suất 500 kg SPK/h với cấu
tạo ñơn giản, giá thành hạ ñể có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tế sản
xuất ở nước ta hiện nay.
1.2.2.Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác ñịnh một số tính chất cơ lý hóa của sắn nguyên liệu có liên quan ñến
quá trình sấy.
- Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ sấy sắn cắt khúc.
- Lựa chọn sơ ñồ nguyên lý và tính toán xác ñịnh các thông số cơ bản của quá
trình sấy.
- Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị sấy sắn cắt khúc năng suất 16 tấn/16h.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

3

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn
1.1.1 Tình hình sản xuất
Sắn hay khoai mì (Manihot esculenta) là cây lương thực ăn củ hàng
năm có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu (Euphorbia). Cây sắn cao từ 2-3
m, ñường kính tán 50 - 100 cm. Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng ñể làm
thức ăn chăn nuôi gia súc. Rễ ngang phát triển thành củ và tích luỹ tinh bột.
Củ sắn dài 20 - 50 cm hàm lượng tinh bột cao. Sắn có thời gian sinh trưởng
thay ñổi từ 6 ñến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy thuộc giống, vụ trồng, ñịa
bàn trồng và mục ñích sử dụng.
Cây sắn có thể phát triển trên nhiều loại ñất, vốn ñầu tư thấp, cho năng
suất cao và ổn ñịnh so với nhiều loại cây trồng. Nhờ ñó cây sắn ñã trở thành
một loại cây công nghiệp ngắn ngày quan trọng góp phần tạo công ăn việc
làm, nâng cao thu nhập cho người trồng và chế biến sắn.
Trên thế giới sắn ñược trồng trên 100 nước của vùng nhiệt ñới, cận
nhiệt ñới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Năm 2008, sản
lượng sắn thế giới ñạt 356,82 triệu tấn. Việt Nam ñứng thứ chín về sản lượng
sắn (gần 9,4 triệu tấn) trên thế giới. Việt Nam cây sắn ñược canh tác phổ biến ở
hầu hết các tỉnh của các vùng sinh thái nông nghiệp. Diện tích, năng suất và
sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái ñược
thể hiện qua bảng 1.1 và bảng 1.2. [1; 5; 7]

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

Bảng 1.1. Diện tích sắn phân theo vùng ñịa lý
ðơn vị: nghìn ha
Năm
Vùng ñịa lý
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2
2
0
0
0
0
9
9

2
2
0
0
1
1
0
0

ðồng bằng sông Hồng 8,8

8,9

8,7

8,5

8,4

8,8

7,9

8
8
,
,
1
1

8
8
,
,
3
3

Trung du miền núi phía Bắc 82,0

83,7

88,7

89,5

93,7

96,5

110,0

1
1
2
2
2
2
,
,
3
3

1
1
3
3
2
2
,
,
4

4

Bắc Trung Bộ
và Duyên hải miền Trung 98,6

111,6

118,4

130,0

140,3

151,2

168,8

1
1
7
7
1
1
,
,
2
2

1
1

8
8
1
1
,
,
5
5

Tây Nguyên 53,5

65,4

70,6

89,4

125,9

129,9

150,1

1
1
7
7
3
3
,

,
1
1

1
1
7
7
8
8
,
,
2
2

ðông Nam Bộ 84,7

91,9

95,8

98,9

100,9

102,9

113,5

1

1
3
3
2
2
,
,
8
8

1
1
4
4
3
3
,
,
5
5

ðồng bằng sông Cửu Long 9,4

10,4

6,4

6,4

6,0

6,2

7,4

8
8
,
,
1
1

8
8
,
,
7
7

CẢ NƯỚC 337,0

371,9

388,6

425,5

475,2

495,5

557,7

6
6
1
1
5
5
,
,
6
6

6
6
5
5
2
2
,
,
6
6

Nguồn: Tổng cục thống kê

Bảng 1.2. Sản lượng sắn phân theo vùng ñịa lý
ðơn vị: nghìn tấn
Năm

Vùng ñịa lý
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
2
2
0
0
0
0
9
9
2
2
0
0
1
1
0
0
ðồng bằng sông Hồng 91,9

98,7

96,9

92,4

93,7

102,9

102,1

1
1
0
0
7
7
,
,
8
8

1
1
0
0
7
7
,
,
2
2

Trung du
miền núi phía Bắc
778,2

860,8

962,2

986,8

1070,8

1132,3

1328,0

1
1
4
4
5
5
7
7
,
,
6
6

1
1
5
5
6
6

2
2
,
,
7
7

Bắc Trung Bộ và
Duyên hải miềnTrung
991,7

1313,1

1566,8

1855,9

2167,6

2359,9

2808,3

3
3
1
1
0
0
2

2
,
,
5
5

3
3
3
3
0
0
1
1
,
,
5
5

Tây Nguyên 715,7

948,4

1062,8

1446,6

2058,8

2090,4

2356,1

2
2
5
5
6
6
4
4
,
,
3
3

2
2
6
6
8
8
9
9
,
,
1
1

ðông Nam Bộ 1737,8

1944,6

2081,3

2270,5

2327,4

2434,4

2694,5

2
2
7
7
0
0
3
3
,
,
1
1

2
2
8
8

7
7
9
9
,
,
2
2

ðồng bằng sông
Cửu Long 122,7

143,3

50,7

64,0

64,2

72,9

106,8

1
1
0
0
9
9

,
,
7
7

2
2
0
0
1
1
,
,
2
2

CẢ NƯỚC 4438,0

5308,9

5820,7

6716,2

7782,5

8192,8

9395,8

1
1
0
0
0
0
4
4
5
5

1
1
0
0
7
7
4
4
0
0
,
,
9
9

Nguồn: Tổng cục thống kê

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

Qua bảng 1.1 và bảng 1.2 cho thấy diện tích, sản lượng sắn cao nhất ở
vùng Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung năm 2010 là 181,5 nghìn ha sản
lượng ñạt 3301,5 nghìn tấn. Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của
cả nước, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, ðăk Lăk và ðăk
Nông, diện tích sắn của Tây Nguyên năm 2010 ñạt 178,2 nghìn ha, nhưng
năng suất bình quân chỉ ñạt 15,7 tấn/ha, tổng sản lượng 2689,1 nghìn tấn, thấp
hơn rất nhiều so với năng suất và sản lượng sắn của vùng ðông Nam Bộ
23,74 tấn/ha và 2879,2 nghìn tấn
1.1.2. Tình hình tiêu thụ sắn
Viện Nghiên cứu chính sách lương thực thế giới (IFPRI) ñã tính toán
và dự báo ñến năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước ñạt 275,10 triệu tấn,
trong ñó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước ñang phát triển là 274,7 triệu tấn,
các nước ñã phát triển khoảng 0,40 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các nước
ñang phát triển dự báo ñạt 254,60 triệu tấn so với các nước ñã phát triển là
20,5 triệu tấn. Khối lượng sản phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực
thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn.
Tốc ñộ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản phẩm sắn làm lương thực,
thực phẩm và thức ăn gia súc ñạt tương ứng là 1,98% và 0,95%. Châu Phi vẫn
là khu vực dẫn ñầu sản lượng sắn toàn cầu với dự báo sản lượng năm 2020 sẽ
ñạt 168,6 triệu tấn. Trong ñó, khối lượng sản phẩm sử dụng làm lương thực
thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4%. Châu Mỹ La tinh giai ñoạn
1993-2020, ước tốc ñộ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm là 1,3%, so với
châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96%. Cây sắn tiếp tục giữ vai trò
quan trọng trong nhiều nước châu Á, ñặc biệt là các nước vùng ðông Nam Á
nơi cây sắn có tổng diện tích ñứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng
ñứng thứ ba sau lúa và mía.
Việt Nam hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công
suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

6

rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn. Sản lượng mỗi năm khoảng 800.000 –
1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong ñó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ
trong nước. Sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam chủ yếu là tinh bột, sắn lát.
Thị trường chính là Trung Quốc, ðài Loan, Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc.
Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam
.ðến năm 2020 Việt Nam chủ trương ñẩy mạnh sản xuất lúa, ngô và coi trọng
việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có ñiều kiện phát triển.
Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi và có
lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt,
thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính. Diện tích sắn của Việt
Nam dự kiến ổn ñịnh khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản
lượng sắn bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ
tươi và hàm lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật
canh tác sắn bền vững và thích hợp vùng sinh thái.
Tính cho tới hết tháng 10/2009, có khoảng 3 triệu tấn sắn và tinh bột ñã
ñược xuất khẩu với tổng giá trị gần 500 triệu USD.
1.2. ðặc ñiểm cấu tạo, thành phần hóa học và công dụng của sắn
1.2.1. ðặc ñiểm cấu tạo
Tuỳ theo giống, ñiều kiện canh tác và ñộ màu mỡ của ñất mà củ sắn có
kích thước: dài 20 – 50cm và ñường kính 2-12cm (hình 1.1). ðường kính
thường không dài theo chiều dài củ, phần gần cuống to nhưng càng gần ñuôi
càng nhỏ. Hình dạng củ không ñồng nhất, có củ thẳng, củ cong có củ lại biến
dạng cục bộ . Càng gần chuôi củ càng mềm vì ít xơ do phát triển sau. Do ñó
khi thu hoạch khó có thể giữ cho củ nguyên vẹn, ñó là một trong những khó
khăn khi bảo quản tươi. Củ sắn có cấu tạo gồm ba phần chính : vỏ , thịt củ và

lõi ; ngoài ra còn có cuống và rễ [1; 2; 9].

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

7



Hình 1.1Cấu tạo củ sắn
Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ củi. Vỏ gỗ có cấu tạo chủ yếu là xenluloza. Vỏ gỗ
ngoài tác dụng bảo vệ củ khỏi ảnh hưởng của bên ngoài còn có tác dụng
phòng mất nước của củ. Bản thân vỏ gỗ cứng nhưng liên kết với vỏ củi không
bền, dễ bị tróc khi ñào và chuyên chở nên khó có thể giữ nguyên vẹn vỏ gỗ
khi thu hoạch. Tuy nhiên sau khi ñào nếu môi trường bảo quản thích hợp, lớp
vỏ gỗ mới có thể hình thành ở những chỗ bị tróc nhưng phải còn nguyên vỏ
cùi. Thực tế, rất khó khăn trong việc bảo quản củ sắn ñã tróc vỏ gỗ,….Tỷ lệ
thực vỏ gỗ khoảng 0,5-2,0 % so với lượng củ tuỳ theo giống, ñộ già và khối
lượng củ.
Vỏ cùi dầy khoảng 1-3 mm và chiếm 8-15 % khối lượng củ. Cấu tạo vỏ
củi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài. Thành phần lớp này chủ yếu là
xenluloza, gần như không có tinh bột nhưng có chứa nhiều dịch bào (mủ) . Nó
cũng giữ vai trò chống mất nước của củ ñồng thời phòng các tác ñộng khác từ
bên ngoài. Trong thành phần dịch bào có chứa các poliphenol trong ñó axit
clorogenic có tác dụng sản sinh các tế bào mới của vỏ nếu như vỏ gỗ bị tróc.
Tiếp lớp tế bào mô cứng là lớp tế bào mô mền. Trong các tế bào này có chứa
dịch bào và khoảng 5% tinh bột. Những hạt tinh bột trong vỏ rất nhỏ, ñường
kính hạt chỉ khoảng 5-8µm. Khi chế biến khó thu ñược lượng tinh bột này vì
quá nhỏ nên thường tổn thất theo nước thải. Các poliphenol, fecmen và
linamarin có tác dụng bảo vệ cho củ phát triển bình thường khi chưa thu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

hoạch, nhưng sau khi sau khi ñào lại gây trở ngại rất lớn trong bảo quản và
chế biến. Tổng lượng các chất poliphenol trong củ sắn khoảng 0,1-0,3 %,
trong ñó 85-90 % tập trung trong vỏ cùi.
Tiếp vỏ cùi là khe mủ, nơi lưu thông mủ giữa vỏ với thịt sắn ñồng thời
cũng tập trung vỏ mủ ở ñây nhiều nhất. Do tác dụng lưu thông mủ cho nên
liên kết giữa vỏ củ với vỏ thịt sắn không bền, có thể bóc dễ dàng.
Lớp ngoài của thịt sắn là tầng sinh gỗ. Với củ phát triển bình thường và
thu hoạch ñúng vụ thì tầng sinh gỗ chỉ thấy rõ sau khi luộc, nhưng với củ ñào
muộn thì thấy rõ hơn. Trong các củ sắn lưu niên có hình thành các vòng xơ.
Tiếp trong tầng sinh gỗ là thịt sắn với các tế bào chứa tinh bột, protein và các
chấm dầu. ðây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất
poliphenol, ñộc tố và fecmen tuy không nhiều bằng trong vỏ cùi nhưng vẫn
gây những trở ngại lớn trong chế biến. Hiện tượng biến màu thịt sắn vẫn xẩy
ra rất nhanh ñặc biệt ở những chỗ tróc vỏ hoặc bị gẫy mặc dù chỉ có khoảng
10-15 % các chất poliphenol.
1.2.2 Thành phần hoá học
Thành phần hoá học của củ sắn dao ñộng trong khoảng khá rộng tuy thuộc
vào giống, khí hâụ, ñiều kiện chăm bón, thời gian thu hoạch và một số yếu tố
khác. Thành phần hoá học trung bình của sắn: nước 60-74,2%, protit: 0,8-
1,2%, tinh bột 20-34%, chất béo 0,3-0,40%, xelluloza 1,0-3,0%, ñường 1,0-
3,1%, tro 0,54%, các chất khác 0,1-0,3%.
Trong số các chất dinh dưỡng thì tinh bột có ý nghĩa hơn cả. Hàm lượng
tinh bột cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong ñó ñộ già là một trong
những yếu tố quan trọng. ðộ già của củ sắn phụ thuộc chủ yếu vào thời gian
thu hoạch. Với sắn có thời gian sinh trưởng một năm thì trồng vào tháng 2 và
thu hoạch từ tháng 9 ñến tháng 4 năm sau. Nếu thu hoạch vào tháng 12 và

tháng giêng thì hàm lượng tinh bột cao nhất vì thời gian này sắn già nhất.
ðộc tố trong sắn là HCN, khi chưa ñào trong củ sắn không có HCN tự do

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

9

mà ở dạng glucozit gọi là fazecolunatin, có công thức là C
10
H
17
NO
6
. Sau khi
ñào dưới tác dụng của enzym, hoặc trong môi trường axit thì fazecolunatin
phân huỷ thành glucoza, axeton và axit xyanhydric. Trong sản xuất tinh bột
HCN phản ứng với sắt tạo thành sắt xyanat có màu xám, do ñó nếu không
tách nhanh sẽ ảnh hưởng tới màu của tinh bột. Hàm lượng ñộc tố trong sắn
khoảng 0,001-0,04%, chủ yếu tập trung ở vỏ cùi. Khi sử dụng sắn bóc vỏ cùi
thì ñã loại ñược phần lớn ñộc tố.
Chất men trong sắn tới nay chưa ñược nghiên cứu kỹ. Biết rằng trong số
các chất men thì polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sắn
trong khi bảo quản và chế biến. Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá
polyphenol tạo thành octokinol, sau ñó trùng hợp với các chất không có bản
chất phenol như axit amin ñể hình thành sản phẩm có màu. ðây là nguyên
nhân sinh ra những vết ñen mà thường gọi là sắn chảy nhựa. Chất lượng và tỷ
lệ thu hồi tinh bột thành phẩm không những phụ thuộc vào qui trình công
nghệ mà còn phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu.
Từ những ñặc ñiểm về cấu tạo hoá học cho thấy sắn là loại củ rất khó bảo
quản tươi.

1.2.3 Công dụng của sắn
Sắn ñược trồng nhiều trên thế giới vì nó cho năng suất cao, tính theo sản
lượng tinh bột cũng như sản lượng calo trên ñơn vị diện tích. Năng suất tính
theo calo của sắn so với một số cây lương thực khác (Wroes – 1967) là
11,4.10
6
kcal/ha, trong khi ñó thì khoai lang là 6,5.10
6
, ngô 7,6.10
6
, lúa
5,0.10
6
, lúa mì 4,1.10
6
.
Củ sắn có chứa nhiều tinh bột nên thường ñược chế biến thành bột sắn
khô. Từ tinh bột sắn có thể ñiều chế ñường gluco, rượu cồn, xiro, mạch nha,
có thể làm miến và các loại bánh.
Vấn ñề sử dụng: ở Việt Nam từ trước ñến nay sắn ñược coi là cây có giá trị
cao trong các cây có củ. Theo kết quả ñiều tra về sử dụng sắn ở nước ta cho

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

thấy sắn dùng trong công nghiệp chỉ mới ñạt ñược 15 – 20% sản lượng và chủ
yếu dùng vào việc sản xuất cồn, rượu, ñường gluco, bánh kẹo, mì chính, hồ,
sợi vải,…
Sắn dùng làm lương thực cho người khoảng 10-20%, làm thức ăn gia súc

khoảng 32%, cho các nhu cầu khác khoảng 20% và dùng ñể xuất khẩu khoảng
40-50 ngàn tấn/năm.
Việc chế biến sắn trong dân là sơ chế, sản phẩm là sắn lát phơi khô, tinh
bột khô, tinh bột ướt…cũng có nơi sắn dùng ñể chế biến rượu, ñường
glucoza,…Mục ñích của việc chế biến sắn của người nông dân là ñể dự trữ,
khi có người mua thì bán.
1.3. Qui trình công nghệ chế biến tinh bột sắn
1.3.1. Chỉ tiêu chất lượng tinh bột sắn

Cũng giống nhiều loại thực phẩm và phụ gia thực phẩm khác, trong quá
trình sản xuất tinh bột sắn ngoài ñáp ứng yêu cầu cần thiết của người tiêu
dùng thì tinh bột sắn cần ñạt ñược tiêu chuẩn chất lượng bảng 1.3. [9; 11, 17]

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn
Mức chất lượng
Chỉ tiêu chất lượng
Hảo hạng Loại I Loại II Loại III
ðộ ẩm (%) ≤ 12,5 ≤ 13 ≤ 13 ≤ 14
Hàm lượng tinh bột (%) ≥ 97,5 ≥ 97,5 ≥ 96 ≥ 96
Hàm lượng tro (%) ≤ 0,10 ≤ 0,15 ≤0,20 ≤ 0,20
Hàm lượng prtein (%) ≤ 0,2 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 0,5
Hàm lượng Xenlluloza (%) ≤ 0,1 ≤ 0,15 ≤ 0,2 ≤ 0,3
pH 5 -7 5 -7 5 -7 5 -7
Tổng tạp chất (%) ≤ 1 ≤ 1 ≤ 3 ≤ 3
ðộ nhớt (BU) 700 700 500 500
ðộ trắng (%) ≥ 96,5 ≥ 94 ≥ 90 ≥ 88
ðộ mịn qua sàng (%) > 99.5 > 99.5 > 98 > 98


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

11

1.3.2. Yêu cầu về sắn nguyên liệu
Trong bất kỳ quá trình chế biến thực phẩm nói chung và quá trình chế
biến sắn nói riêng thì chất lượng của nguyên liệu là một trong những yếu tố quan
trọng quyết ñịnh ñến chất lượng, thời hạn bảo quản và giá thành của sản phẩm.
Tùy thuộc vào ñặc tính của từng loại sắn nguyên liệu cũng như mục
ñích chế biến hay tính chất của sản phẩm cần chế biến mà có những yêu cầu
về chất lượng nguyên liệu riêng biệt nhưng nhìn chung sắn nguyên liệu phải
ñáp ứng các chỉ tiêu sau ñây:
- Hàm lượng tạp chất không quá 15%, thông thường là 3%
- ðối với sắn hư, thối không quá 15%
- ðối với sắn xâm kim không quá 30%
- Hàm lượng tinh bột lớn hơn 20%
- Sau khi nhập phải sản xuất ngay không ñược ñể quá 72 giờ sau khi
thu hoạch.
Ở Việt nam hiện nay chưa có quy ñịnh chung về chất lượng sắn ñưa
vào sản xuất tinh bột nhưng nhìn chung các nhà máy ñều có qui ñịnh về chỉ
tiêu chất lượng sắn củ:
- Hàm lượng tinh bột từ 20 % trở lên.
- Củ nhỏ và ngắn (chiều dài 10cm, ñường kính chỗ củ lớn nhất dưới
5cm) không quá 4%
- Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%
- Lượng ñất và tạp chất tối ña 1,5-2%, không có củ thối
- Củ có dấu vết chảy nhựa không quá 5% nếu chế biến ngay trong vòng
3 ngày trở lại thì cuộng sắn ngắn nhưng nếu bảo quản dự trữ lâu hơn thì cần
ñể cuộng dài

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12


Hình 1.2. Sắn củ trước khi ñưa vào sản xuất

1.3.3. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp ướt
Trong thực tế sản xuất, có rất nhiều phương pháp chế biến củ sắn ñể tạo ra các
sản phẩm khác nhau. Hiện nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm tinh bột sắn ngày
một cao và giá trị kinh tế mà nó mang lại là rất lớn do vậy việc chế biến ra
tinh bột ñang là xu thế chính với nhiều phương pháp và qui mô khác nhau. Sơ
ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn từ củ sắn thường ñược tiến hành
theo các bước cơ bản như trên hình 1.2.









Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

13

Hình 1.3.Sơ ñồ nguyên lý công nghệ sản xuất tinh bột sắn
* Chuẩn bị nguyên liệu: bao gồm các khâu vận chuyển nguyên liệu vào
sản xuất, ngâm và rửa.
Vận chuyển nguyên liệu vào phân xưởng chế biến có thể sử dụng các
phương tiện thô sơ ñối với những cơ sở sản xuất nhỏ nhưng với nhà máy công
suất lớn có bảo quản dự trữ nguyên liệu cần cơ giới hóa khâu vận chuyển làm
tăng năng suất sản xuất. Một trong những phương pháp ñơn giản và kinh tế là
vận chuyển bằng sức nước theo máng hơi dốc từ kho nguyên liệu vào phân
Ngâm,r
ửa

cắt khúc

Nghiền lần 1
Tinh chế sữa
tinh bột
Bã nhỏ

Sữa tinh
bột loãng
Tinh bột

sạch ướt
Sấy khô- Làm nguội


Tách sữa tinh bột


Nghiền lần 2

Tách bã

Bã lớn

Tách dịch bào

Nước dịch ra bể

Vắt giảm ẩm

Tách bả nhỏ
ðóng gói – bảo quản


Sắn củ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

14

xưởng hoặc bằng máy móc chuyên dụng.
Ngâm nhằm mục ñích tách bớt một lượng chất hoà tan trong nguyên
liệu, làm bở ñất cát ñể nâng cao hiệu suất rửa sạch. Thời gian ngâm từ 4 ñến 8
giờ tuỳ theo loại nguyên liệu và mức ñộ nhiễm bẩn của củ. ðối với nhà máy
có công suất lớn bỏ qua giai ñoạn ngâm.
Rửa nhằm mục ñích loại bỏ ñất, cát, rác và một phần vỏ. Quá trình rửa
bắt ñầu từ khâu ngâm vận chuyển bằng máng, thủy lực và cuối cùng là máy rửa.
Nếu rửa không sạch thì sỏi, cát sẽ nhanh làm mòn răng máy xát bột, mặt khác
tạp chất lẫn vào tinh bột làm tăng ñộ tro, ñộ mầu của tinh bột thành phẩm.
*Nghiền nguyên liệu: Các hạt tinh bột ñều nằm trong tế bào củ, muốn
tách lấy tinh bột phải phá vỡ tế bào. Phá vỡ triệt ñể thì hiệu xuất tinh bột cao,
vì vậy nghiền là khâu quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất
Trong sản xuất tinh bột sắn chủ yếu dùng máy mài- xát và máy nghiền 2
thớt ñá. Khi máy làm việc không ñược ñể lọt các vật thể cứng vào máy. Hiện
nay các cơ sở sản xuất nhỏ dùng trục gỗ và răng dùng sợi thép cứng có ñường
kính 1mm và chỉ xát một lần. Với các nhà máy lớn ngoài máy xát còn có máy
xay ñể nâng cao hiệu suất.
*Tách dịch bào: Trong sắn chứa một lượng dịch bào khoảng 0,1 ÷
0,3%. Trong thành phần dịch bào gồm nhiều các hợp chất khác nhau như
polyphenol, enzim polyphenolxydaza, Khi tế bào của củ bị phá vỡ các

polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của polyphenolxydaza sẽ oxy
hoá tạo thành chất màu làm cho tinh bột giảm màu trắng. Do ñó trong quy
trình sản xuất phải ngắn, tách dịch bào càng nhanh càng tốt và trong toàn bộ
quy trình tách, tinh bột ñều phải ngập trong nước. Tách dịch bào sớm tinh bột
sẽ trắng ñồng thời ít tạo bọt sẽ dễ dàng cho những khâu sau, mặt khác tinh bột
thành phẩm giữ nguyên ñược tính chất lý – hoá tự nhiên.
ðể tách triệt ñể dịch bào cần phải qua máy ly tâm ít nhất hai lần và lần
cuối cùng là rửa tinh bột. Trong công nghệ sản xuất hiện ñại còn cho chất chống

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

oxy hoá như axit H
2
SO
3
hoặc NaHSO
3
ñể giữ cho tinh bột có ñộ trắng cao. Sau
mỗi lần ly tâm dịch bột ñược pha loãng rồi ñưa qua rây ñể tách bã mịn. Sữa tinh
bột lọt rây ñược ñưa sang máy ly tâm tách dịch lần tiếp. Nước dịch ra khỏi máy
ly tâm ñược ñưa vào bể hoặc máng lắng ñể tách lấy tinh bột loại hai.
* Tách bã: Trong sản suất tinh bột sắn tách bả ñược chia thành hai giai
ñoạn: Tách bã thô và tách bã mịn.
- Tách bã thô: Tách bã thô thường dùng máy rây chải. Sữa bột thô sau
khi nghiền ñưa lên rây tách tinh bột tự do. Phần không lọt rây (bã thô) gồm xơ
lớn các mảnh vụn và những hạt tinh bột tự do ñưa xuống máy nghiền lần thứ
hai hoặc ñưa ra bể bã. Phần lọt rây ñược chuyển qua ly tâm ñể tách dịch bào.
- Tách bã mịn: Tách bã mịn thường dùng một hệ nhiều máy rây với số

hiệu mặt rây lớn dần: N038, N052, N055. Không nên cho qua máy rây N055
ngay từ ñầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp. ðể hiệu suất rây
cao khi rây phải xối nước liên tục và hiệu chỉnh nồng ñộ sữa tinh bột ra khỏi rây
khoảng 30Bx.
*Tách tinh bột: Sau khi tinh chế thu ñược sữa tinh bột ñể tách lấy tinh
bột có thể dùng bể lắng hoặc ly tâm. Tốt hơn cả là dùng máy ly tâm. ðộ ẩm
tinh bột ra khỏi máy ly tâm khoảng 26 – 35%. ðây là tinh bột thành phẩm ướt
dùng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác.
* Sấy khô, ñóng gói, bảo quản: ðể ñảm bảo cho việc sấy sản phẩm ñến
ñộ ẩm bảo quản và ñộ khô ñồng ñều phải tiến hành làm vỡ các cục bột tạo
thành các hạt nhỏ có kích thước tương ñối ñồng ñều sau ñó tiến hành sấy ñể
thu tinh bột khô. Sản phẩm tinh bột khô sau khi thu ñược cần phải ñược làm
nguội trước khi ñưa vào bao gói và bảo quản.
Ưu ñiểm: Sản phẩm là tinh bột thuần khiết, ñược sử dụng trong nhiều ngành
khác nhau.
Nhược ñiểm: - Sử dụng hàng ngàn khối nước mỗi ngày
- Các chất xơ và bã tan trong nước không thu hồi ñược gây ô
nhiễm môi trường

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

16

1.3.4. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô

Hình 1.4. Sơ ñồ công nghệ sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp khô
Sắn tươi: ðược ñem ngâm nhằm làm bở ñất cát bám vào sắn nguyên
liệu sau ñó rửa sạch ñể tách hết ñất cát, rác và một phần vỏ
Nguyên liệu sau khi ñược rửa sạch và bóc vỏ thì ñược thái hoặc cát
khúc. Mục ñích của quá trình cắt khúc là cắt nhỏ nguyên liệu ñể quá trình sấy
ñạt hiệu quả cao hơn.
Phơi sấy: Quá trình sấy sắn cắt khúc nhằm mục ñích tách một lượng
lớn nước ra khỏi sắn vừa ñược sạch, ñưa sắn cắt khúc về trạng thái khô. Ở
trạng thái ñó sắn cắt khúc ñược bảo quản trong thời gian lâu hơn dễ dàng ñóng
gói và vận chuyển trong quá trình ñi xa ñể phục vụ cho nhiều ngành sản xuất
khác nhau. Có thể làm khô sắn cắt khúc bằng phương pháp phơi dưới ánh
nắng mặt trời hoặc sấy trong các lò sấy thủ công hay thiết bị sấy. Trong quá
trình sấy nên ñảo sắn ñể cho nguyên liệu ñược khô ñồng ñều hơn.
Xông lưu huỳnh hoặc thảo mộc: Ngoài tác dụng chống mốc còn ñể giữ
màu cho sắn
Làm nguội : Sau khi xông lưu huỳnh sắn ñược ñưa ra làm nguội ngay
trong buồng sấy bằng cách ngừng cấp nhiệt và thổi gió lạnh. Thời gian làm
nguội khoảng 30 phút.


Sắn tươi

Thái hoặc
chặt từng
ñoạn

Phơi

hoặc sấy

Xông lưu
huỳnh
hoặc thảo
mộc


Làm
nguội

ðóng gói bán
thành ph
ẩm

ðóng gói-
Bảo quản

Nghiền mịn