SẢN XUẤT TINH BỘT TỪ maltose

Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
6TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
1. Tinh bột
Tinh bột là nguồn dự trữ của thực vật, do cây xanh quang hợp tạo nên, có nhiều trong loại trong loại lương
thực như hạt, củ, quả…hình dáng kích thước, mức dộ tinh thể hóa của hạt tinh bột, cũng như thành phần hóa
học và tính chất của tinh bột phụ thuộc nhiều vào giống cây, điều kiện trồng trọt, quá trình trưởng thành của
cây…tinh bột là nguồn cung cấp năng lương cho con người. Ngoài ra tinh bột và các sản phẩm của chúng có vai
trò quan trong đến nhiều ngành như công nhiệp, dệt, giấy…Hiện nay trên thế giới 90% tinh bột và tinh bột biến
tinh được thu nhận từ bắp, khoai mì, lúa mì.
Tinh bột là hỗn hợp của hai loại glucan là amylose và amylopectin. Hầu như các loại tinh bột đều chứa từ 2030% amylose còn lại là hàm lương amylopectin. Tuy nhiên một số giống bắp mới có thể chứa từ 50% đến 80%
amylose.

1.1.

Thành phần amylose và amylopectin

 Amylose (Am)
• Amylose là một polymer có cấu trúc mạch thẳng, cấu tạo từ gốc α-D-glucopyranosyl liên kết với nhau bằng
liên kết α-1,4-glycoside. Trong cấu trúc của amylose còn có liên kết α-1,6-glycoside nhưng với hàm lượng
rất nhỏ vào khoảng 0.3-0.5%

•

Hình 1: Cấu tạo mạch amylose trong phân tử tinh bột
Mức độ polymer hóa thay đổi tùy theo nguồn tinh bột, như đối với lúa mì là 1000-2000, đối với khoai tây là

•

4500.
• Phân tử lượng của amylose vào khoảng 150-750 kDa.
• Amylose tồn tại ở dạng xoắn kép.

Ngoài ra trong cấu trúc mạch amylose còn chứa một lượng lipid rất nhỏ vào khoảng 0.5-1% và một ít
hợp chất của Phospho và Nitơ. Trong đó Phospho thường ở dạng phospholipid, còn Nitơ tham gia vào cấu
trúc của enzyme.
 Amylopectin: (Ap)
Amylopectin là một polymer có cấu trúc mạch nhánh, cấu tạo từ các gốc α-D-glucopyranosyl liên kết với

•

nhau bằng liên kết α-1,4-glycoside và α-1,6-glycoside (khoảng 5% tổng số liên kết).
Trung bình, mỗi nhánh của amylopectin chứa khoảng 15-30 gốc glucose.

Page 18


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Hình 2: Cấu trúc mạch amylopectin trong phân tử tinh bột

•

1.2.

Mức độ polymer hóa của phân tử amylopectin là khá cao, khoảng vài triệu. Phân tử lượng của amylopectin
vào khoảng 104-7.105 kDa.
• Ngoài ra, trong phân tử còn chứa gốc acid phosphoric.
• Phân tử amylopectin có cấu trúc xoắn kép và xếp song song nhau.
Cấu trúc tinh thể của tinh bột
Hạt tinh bột có dạng hình tròn, bầu dục, hoặc đa giác. Các hạt tinh bột có hình dáng kích thước không
giống nhau nên những tính chất cơ lý khác nhau như nhiệt độ hồ hóa…Hạt nhỏ có cấu tạo chặt, còn hạt
lớn thường có cấu trúc xốp hơn.

 Cấu trúc tinh thể
Tinh thể có bản chất bán tinh thể với nhiều mức độ tinh thể hóa khác nhau, thường từ 15-45% khi ở
dạng hạt. Amylose có khả năng tạo các chuỗi xoắn kép và có vai trò trong việc tạo cấu trúc tinh thể cho
tinh bột. Tuy nhiên, một số nghiên cứu mới đây cho rằng, khả năng tạo cấu trúc tinh thể của tinh bột
liên quan chủ yếu tới thành phần amylopectin, tinh bột không chứa amylose có một mức độ tinh thể
hóa không thay đổi.
Trong lớp tinh thể, các đoạn mạch của amylopectin liên kết với nhau thành sợi xoắn kép, xếp thành
dãy và tạo thành chùm trong khi phần mạch nhánh nằm trong các lớp vô định hình. Ước tính có
khoảng 80% các phân tử amylopectin nằm trong cấu trúc chùm và khoảng 10-20% các phân tử
amylopectin tham gia liên kết giữa các chùm với nhau. Amylose, ngoài tham gia (với tỉ lệ thấp) vào
việc tạo nên các chuỗi xoắn kép, còn xuất hiện trong cấu trúc tinh thể của tinh bột dưới tác dụng vủa
lipit (xoắn helix dạng V).

Page 28


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Hình 3: Cấu trúc vùng kết tinh và vùng vô định hình
Các tinh thể và vô định hình của phân tử amylopectin tập hợp thành một cấu trúc hình cầu. Các hình
cầu này kích thước lớn (50-500nm) tạo ra các lớp tinh thể cứng còn các hạt cầu kích thước nhỏ (2050nm) tạo ra những lớp bán tinh thể trong cấu trúc hạt tinh bột với chiều dày khoảng vài trăm nm.

1.3.
Một số tính chất chức năng của tinh bột
 Độ tan của tinh bột
Amiloza mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên
không hòa tan trong nước. Amilopectin 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

 Quá trình trương nở
Khi hòa tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sẽ thâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột có
kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích
nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi. Kết quả, phân tử tinh bột bị xê dịch, “ rão” ra rồi trương lên. Quá
trình trương xảy ra không hạn chế sẽ làm bung ra các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch.
Qua trình trương luôn luôn đến trước quá trình hòa tan và đây là một quá trình phụ thuộc vào điều kiện
nhiệt độ bên ngoài.

 Tính chất hồ hóa của tinh bột
Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau 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 lí 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, kich thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến
đổi một cách rộng lớn.

Page 38


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Bảng 1: Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột

 Độ nhớt của hồ 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 chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là
đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích

thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi 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.

 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel
Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự
để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 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
polyglucozit 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 cho tan giá.
1.4. Tinh bột sắn
Sắn (Manihot Esculenta Crantz) là một trong những loại cây hoa màu được trồng ở hơn 80 quốc gia có
khí hậu nhiệt đới ẩm.Ở các nước nhiệt đới tinh bột sắn hầu hết được sản xuất ra sử dụng làm thức ăn cho
người, gia súc và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
Các giống sắn chuyên để sản xuất tinh bột được lai tạo có hàm lượng tinh bột cao trung bình 27 – 28%
và có thể lên đến 30%.

Page 48


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
Tinh bột sắn có màu trắng. Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền mà chưa bóc vỏ, tinh bột thu
được sẽ có màu tối. Màu sắc của tinh bột ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm.
Củ sắn và tinh bột sắn có pH khoảng 6.0-6.3.
Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215000g/mol so
với amylopectin của bắp là 30500, của tinh bột lúa mì là 130000 và của tinh bột khoai tây là 224000, của tinh
bột bắp sáp là 276000.
Hạt tinh bột sắn có kích thước nhỏ, từ 5 -35 µm. Tỷ lệ amylose và amylopecti là 17/83. Nhiệt độ hồ hóa dao

động trong khoảng từ 52 – 64 0C.

Tinh bột sắn có những tính chất tương tự như các loại tinh bột có chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu
Chỉ tiêu chất lượng
Tiêu chuẩn TCVN - 1985
Hàm lượng glucid(%)
≥ 84
Độ ẩm( %)
12 – 14
Năng lượng( cal)
>1400
Hàm lượng tro tổng số( %)
≤0,2
Hàm lượng protein, cao nhất( %)
≤0,5
Hàm lượng cellulose( %)
≤0,2
Hàm lượng lipid( %)
≤0,2
Độ pH
5 -7
Hàm lượng Ca( ppm)
≤40
Độ dẻo( BU)
700
Độ trắng( %)
≥85
Hàm lượng Fe( %)
< 1,5
Độ mịn hạt qua sàng 0,6mm

>98
Hàm lượng sulfure( ppm)
Hàm lượng acid HCN( mg/kg)
hướng thoái hoá thấp và có độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh bột sắn có liên quan
đến độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp.
Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn dùng trong coongh nghiệp thực phẩm được trình bày trong bảng sau:


•
•
•

•
•

•
•
•

Những tiêu chuẩn chung:
An toàn và phù hợp cho người sử dụng
Không có mùi vị khác thường và côn trùng gây hại
Không bị nhiễm bẩn
Chỉ tiêu sinh học:
Vi sinh vật gây bệnh: không có
Côn trùng gây hại: không có
Chỉ tiêu cảm quan:
Bột màu trắng khô và mịn
Không có mùi vị khác thường.
Không bị nhiễm bẩn.

2. Chế phẩm enzyme
Hai enzyme để thủy phân tinh bột thường được sử dụng là: α-amylase và β-amylase.

Page 58


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
2.1.

α-amylase: (1,4-α-D-glucan Glucanohydrolase EC 3.2.1.1)
Đây là một endoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết α-1,4-glycoside ở giữa mạch trong phân tử amylose và
amylopectin tạo sản phẩm chính là dextrin. α-amylase được tìm thấy trong cơ thể thực, động vật và tế bào vi
sinh vật.
Mục đích sử dụng α-amylase là giảm độ nhớt của khối hồ tinh bột. Phân tử lượng của enzyme nằm trong
khoảng 45-60 kDa tùy theo nguồn thu nhận.
 Đặc tính:
Tất cả các α-amylase thu được từ các nguồn khác nhau đều là metalloenzyme. Người ta tìm thấy ion Calci
trong phân tử enzyme này với hàm lượng từ 1 ÷ 30g. Nguyên tử/1g.mol enzyme. Nếu chúng ta tách toàn bộ
Ca2+ ra khỏi α-amylase thì enzyme bị vô hoạt.
Do đó, trong quá trình thủy phân tinh bột, người ta thường bổ sung ion Calci vào để ổn định hoạt tính của
enzyme.
Ở nhiệt độ cao, hoạt tính của enzyme α-amylase được duy trì nhờ ion Calci. Tuy nhiên, đối với α-amylase
bền nhiệt thu được từ vi khuẩn Bacilluss licheniformis, nhu cầu về ion Ca2+ ở mức tương đối thấp.
Điều kiện hoạt động của enzyme này từ các nguồn khác nhau thì không giống nhau.
 Chọn chế phẩm α-amylase
Trong quá trình thủy phân, giai đoạn hồ hóa và dịch hóa tinh bột diễn ra ở nhiệt độ cao.
Nên chọn chế phẩm α-amylase chịu nhiệt từ Bacillus licheniformic.
Bảng 2: Đặc tính của α-amylase Bacillus licheniformic
Tính chất

pHpot
Topt(0C)
Phân tử lượng (kDa)
pH đẳng điện
Km(mg tinh bột/ml)
Hoạt tính enzyme sau 6h ở 700C, nồng độ Ca2+: 5µg/ml, không có cơ chất (%
so với hoạt tính ban đầu)

•

α-amylase
5,8-6,2
90
62
5,2
0,8
100

Ưu điểm của chế phẩm trên là có nhiệt độ xúc tác cao nên enzyme có thể hoạt động được trong giai đoạn hồ hóa
và dịch hóa tinh bột, góp phần phá hủy cấu trúc hạt và giảm độ nhớt khối hồ tinh bột.
Các biến đổi này sẽ giúp cho sự đường hóa tinh bột diễn ra nhanh và triệt để hơn. Sản phẩm thủy phân là
các dextrin có mức polymer hóa DP = 10 – 12 hoặc cao hơn.
Khi sử dụng chế phẩm này cần bổ sung calcium vào huyền phù tinh bột để ổn định hoạt tính enzyme trong
suốt quá trình thủy phân.
2.2.
β-amylase: (1,4-α-glucan-maltohydrolase) (EC 3.2.1.2)
 Đặc tính
Là một exoenzyme. Nó xúc tác phản ứng thủy phân liên kết α- 1,4 glycoside từ đầu không khử của mạch phân
tử amylose và amylopectin để tạo ra sản phẩm là maltose. Khi phản ứng kết thúc người ta tìm thấy hai thành
phần chính trong dịch thủy phân là maltose và β-dextrin.

• β-amylase hầu như không thủy phân các hạt phân tử tinh bột nguyên vẹn nhưng nó phân hủy hồ tinh

•

bột rất mạnh.
β-amylase phân giải 100 % amylose thành maltose. β-amylase phân giải 54-58 % amylopectin thành

•

maltose.
β-amylase bền acid nhưng chịu nhiệt kém hơn α-amylase.

Page 68


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
Các enzym β-amylase có pH tối ưu nằm trong khoảng 5-6 và nhiệt độ tối ưu khoảng 50 0C. Tuy nhiên các βamylase vi khuẩn thường có tính bền nhiệt hơn so với β-amylase có nguồn gốc thực vật.
 Chọn chế phẩm β-amylase
Sử dụng β-amylase từ Bacillus polymyxa N3 trong giai đoạn đường hóa.
Bảng 3: Đặc điểm của dụng β-amylase từ Bacillus polymyxa N3
Tính chất
pHopt
Topt (0C)
Phân tử lượng (kDa)

•
•

β-amylase
6

55
56

3.

Nước
Nước dùng trong chế biến phải là nước sạch và mềm. Các chỉ số quan trọng của nước là: độ cứng, độ oxy hóa
và vi sinh vật.
Độ cứng thể hiện ở ion Ca2+ và Mg2+ trong nước. Các muối bicarbonate của 2 ion này tạo nên độ cứng tạm thời
cho nước, khi đun sôi chúng tạo thành dạng carbonate và lắng cặn dưới đáy. Còn các muối của các ion này như:
Cl-, SO42-, NO3- thì tạo nên độ cứng vĩnh cửu cho nước và không thể mất đi trong quá trình gia nhiệt cho nước.

•
•

Độ cứng của nước tính bằng mg-đương lượng cho một lít nước.
1 mg đương lượng = 20.04 mg Ca2+ hoặc 12.16 mg Mg2+/l
Độ oxy hóa thể hiện bằng số mg O2/l.
Chỉ số vi sinh vật cho biết mức độ nhiễm bẩn của nước, được thể hiện bằng tổng số vi sinh vật và lượng vi

•

khuẩn đường ruột có trong một lít nước mà tiêu biểu là vi khuẩn E.coli.
Nước dùng trong chế biến phải đạt tiêu chuẩn làm nước uống và không có mùi vị, không màu, trong suốt và đặc












biệt là không có sắt và mùi amoniac, không có các kim loại nặng.
• Nước phải đạt chỉ tiêu sau đây mới được dùng trong quá trình chế biến:
Độ cứng chung (mg – đương lượng) ≤ 7
Hàm lượng muối carbonate ≤ 50 mg/l
Hàm lượng muối Mg ≤ 100 mg/l
Hàm lượng muối clorua: 75 – 150 mg/l
Hàm lượng muối CaSO4: 130 – 200 mg/l
Hàm lượng Fe2+ ≤ 0.3 mg/l
Khí NH3 : không có
Các muối có gốc NO3-, NO2-: không có
Vi sinh vật ≤ 100 tế bào/1 cm3
Nước không đạt yêu cầu, trước khi đưa vào chế biến cần phải lọc qua cát sỏi, phùn mù để khử sắt và làm
mềm nước bằng cách hấp phụ qua nhựa trao đổi ion.

4.

5.

Chất chỉnh pH
Để các chế phẩm enzyme xúc tác phản ứng thủy phân tinh bột đạt hiệu quả cao, cần hiệu chỉnh pH dung
dịch cơ chất về giá trị tối thích của enzyme. Chất chỉnh Ph thông dụng là HCl 0,1N và NaOH 0,1N.
Các nguyên liệu phụ khác
 CaCl2 : được dùng để ổn định hoạt tính α-amylase .
 Than hoạt tính : được sử dụng để tinh sạch dung dịch đường sau khi quá trình thủy phân, cải thiện độ
màu của sản phẩm. Than hoạt tính là một nhóm vật liệu carbon ở trạng thái vô định hình và có độ xốp

tương đối cao. Bề mặt riêng của than hoạt tính có thể dao động trong khoảng 500-1500m2/g.

Page 78


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
 Bột trợ lọc diatomite : được dùng hỗ trợ cho quá trình lọc.
Dạng bột màu trắng hoặc trắng nhạt, có cấu trúc rỗng, xốp. Khi nó ở dạng bột sờ vào sẽ có cảm giác

Tinh
trầy da, bột diatomite rất sáng. Thành phần
chủbột
yếu của diatomite là SiO2 86%, Na 5%, Mg 3% và Fe
2%.

Chất chỉnh pH
Nước

Chuẩn bị huyền phù tinh bột
CaCl2

Chế phẩm α-amylase

Hồ hóa và dịch hóa

Đường hóa

Than hoạt tính

Xử lý than hoạt tính

Lọc
I.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Trao đổi ion

Cô đặc chân không

Làm nguội

Rót sản phẩm

Page 88

Đường nha

Tạp chất


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

II. GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Quy trình công nghệ 1
1.1. Chuẩn bị huyền phù tinh bột
 Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình hồ hóa, dịch hóa và đường hóa tinh bột.
 Các biến đổi của nguyên liệu:
 Vật lý: khi cho tinh bột vào nước, các hạt tinh bột không tan trong nước được. Tuy nhiên, một số phân tử
nước sẽ khuếch tán vào bên trong cấu trúc của hạt tinh bột làm thể tích hạt tăng lên.

 Hóa lý: tinh bột hấp phụ một phần nước thể tích của nó sẽ tăng lên. Tuy nhiên, sự thay đổi này sẽ không
đáng kể nếu quá trình chuẩn bị huyền phù tinh bột được thực hiện ở nhiệt độ phòng.

 Thiết bị, nguyên tắc hoạt động và thông số công nghệ
 Sử dụng thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy được kết nối với một motor có năng suất
lớn.

 Tinh bột và nước được phối trộn theo tỉ lệ khối lượng là 1:3. Trước tiên cho nước vào thiết bị phối trộn
trước, sau đó mở cánh khuấy hoạt động rồi mới đổ tinh bột từ từ vào thiết bị. Cuối cùng bổ sung chất chỉnh
pH để đưa giá trị pH của hỗn hợp về giá trị tối thích để α-amylase xúc tác, đồng thời bổ sung Ca 2+ với hàm
lượng 100ppm để ổn định hoạt tính α-amylase.

Page 98


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì


-

Hình 4: thiết bị phối trộn
Thông số công nghệ
Tỉ lệ phối trộn tinh bột: nước là 1:3
pH=5,8-6,2
Nhiệt độ phòng
Tốc độ quay của cánh khuấy : 1,5-2 vòng/giây

1.2.

Hồ hóa và dịch hóa

Hình 5: quá trình thủy phân tinh bột

 Mục đích: chuẩn bị cho quá trình đường hóa tiếp theo.
 Biến đổi của nguyên liệu:
 Vật lý: nhiệt độ tăng, kích thước và thể tích hạt tinh bột tăng lên do các phân tử nước khuếch tán vào bên
trong cấu trúc các hạt tinh bột, giúp nó trương nở đến cực đại, thể tích tăng và độ nhớt tăng cao. Độ nhớt
của khối cháo sẽ gia tăng trong giai đoạn hồ hóa và giảm xuống trong giai đoạn dịch hóa

 Hóa lý: khi tăng nhiệt độ trong giai đoanh hồ hóa, mức độ hấp phụ nước của các hạt tinh bột sẽ tăng theo.
Huyền phù tinh bột sẽ chuyển sang dạng khối paste khi kết thúc giai đoạn hồ hóa. Trong giai đoạn dịch hóa,
khối cháo sẽ hóa lỏng.

 Hóa sinh: xảy ra phản ứng thủy phân một phần tinh bột tạo thành các dextrin nhờ anzyme α-amyalse.
Trong giai đoạn dịch hóa enzyme α-amylase vô hoạt hoàn toàn.

 Sinh học: toàn bộ vi sinh vật trong huyền phù tinh bột bị tiêu diệt hầu như hoàn toàn do nhiệt độ cao.
 Thiết bị, phương pháp thực hiện và thông số công nghệ:
Ở đây dùng phương pháp bổ sung enzyme hai lần kết hợp với áp suất cao để dịch hóa tinh bột: giữa hai
lần xử lý enzyme, người ta sẽ thực hiện quá trình dịch hóa tinh bột ở nhiệt độ cao là 145 ÷ 1500C.

Page 108


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
-

Khi đó ta dùng ba thiết bị:
Một thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài có lớp vỏ áo gia nhiệt và giữ nhiệt. thiết bị

này hoạt động ở áp suất thường và được dùng để xử lý huyền phù tinh bột với chế phẩm α-amylase.

Hình 6:Thiết bị xử lý huyền phù tinh bột

-

Một thiết bị hình trụ đứng, đáy nón, bên trong có cánh khuấy hoạt động ở áp suất cao( thiết bị Henze
cooker). Người ta sẽ cho hơi trực tiếp vào bên trong thiết bị để gia nhiệt nguyên liệu. Đây là thiết bị dùng
để dịch hóa tinh bột.

Hình 7: Henze cooker

- Một thiết bị làm nguội dạng ống lồng ống.
 Phương pháp thực hiện : Đầu tiên bơm huyền phù tinh bột vào thiết bị xử lý enzyme, bổ sung lần thứ nhất
chế phẩm α-amylase chịu nhiệt và gia nhiệt hỗn hợp đến 95 0C, giữ nhiệt độ này trong 20 – 30 phút. Sau đó
bơm hỗn hợp qua thiết bị dịch hóa và châm hơi vào thiết bị để nhiệt độ hỗn hợp tăng lên đến 145 – 150 0C,
giữ nhiệt độ này trong khoảng 15 – 60 giây.Cuối cùng đưa hỗn hợp qua thiết bị trao đổi nhiệt làm nguội về

Page 118


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
950C rồi bơm vào thiết bị xử lý enzyme. Bổ sung chế phẩm α-amylase lần thứ hai, thời gian xử lý enzyme
là 20 – 30 phút, nhiệt độ duy trùy ở 950C.
 Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ xử lý
- Áp suất
- Thời gian xử lý 1h
- Tốc độ quay của cánh khuấy 0,8-1 vòng/giây
1.3.

Đường hóa
 Mục đích công nghệ : chế biến
 Các biến đổi của nguyên liệu:
 Vật lý: độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân, nhiệt độ của hỗn hợp giảm.
 Hóa sinh: chế phẩm enzyme β-amylase tạo đường maltose sẽ chuyển hóa các tinh bột đã được
dịch hóa thành maltose, một ít glucose và các oligosaccharide khác.

 Thiết bị, phương pháp thực hiện và thông số công nghệ:
 Thiết bị đường hóa tinh bột có cấu tạo giống như thiết bị xử lý huyền phù tinh bột bằng chế phẩm
α-amylase trong phần trên. Thiết bị được làm bằng thép không rỉ, hình trụ đứng, đáy cầu. Bên
trong có cánh khuấy, motor làm quay cánh khuấy được đặt trên đỉnh thiết bị. Bên ngoài có lớp vỏ
áo gia nhiệt và giữ nhiệt. Sản phẩm được tháo ra khỏi thiết bị qua cửa đáy. Nguyên liệu được cho
vào thiết bị qua cửa đỉnh.

 Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ : 550C
- Tốc độ quay của cánh khuấy : 1-1,2 vòng/giây.
1.4.
Xử lý với than hoạt tính
 Mục đích công nghệ: hoàn thiện
 Các biến đổi của nguyên liệu:
 Vật lý : xảy ra quá trình khuếch tán phân tử, chúng di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có
nồng độ thấp.

 Hóa lý: chất màu và một số tạp chất cao phân tử có chứa nitơ trong dịch thủy phân sẽ hấp thụ
trong mao dẫn của than hoạt tính.

 Thiết bị, phương pháp thực hiện và thông số công nghệ:
 Thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài có vỏ áo để điều nhiệt. Ở
đây phương pháp hấp thụ bằng than hoạt tính. Than hoạt tính thuộc nhóm vật liệu carbon ở trạng

thái vô định hình và có độ xốp cao. Bề mặt riêng của than hoạt tính dao động trong khoảng 5001500m2/g.
 Phương pháp thực hiện : Cho trực tiếp than hoạt tính vào bên trong thiết bị chứa nguyên
liệu. Hàm lượng than hoạt tính sử dụng xấp xỉ 0,3 -0,75% so với lượng chất khô trong dịch thủy
phân. Sau khi khuấy trộn hỗn hợp và gia nhiệt lên đến 70-75 0C, giữ hỗn hợp này trong thời gian 2530 phút để than hấp phụ các chất màu và các tạp chất. Hoặc là có thể chuẩn bi huyền phù than hoạt
tính với nồng độ 15%, sau đó bổ sung huyền phù này vào dung dịch thủy phân đã gia nhiệt đến
700C.
 Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ :70-750C
- Thời gian: 30-35 phút
- Hàm lượng than hoạt tính cho vào.
1.5.
Lọc
 Mục đích công nghệ: hoàn thiện, nhằm tách loại bỏ than hoạt tính và hàm lượng cặn trong dung dịch.
 Các biến đổi của nguyên liệu:

Page 128


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
 Vật lý : một số chỉ tiêu của dịch lọc sẽ thay đổi so với nguyên liệu ban đầu như tỉ trọng giảm…
 Hóa lý : xảy ra sự phân riêng của hai pha, pha phân tán bap gồm các hạt than đã hấp thụ các chất
màu và một số tạp chất trong dung dịch thủy phân , pha liên tục là dung dịch đường đã được tinh
sạch.
 Thiết bị, phương pháp thực hiện và thông số công nghệ:
Thiết bị làm việc gián đoạn. Việc nạp nguyên liệu vào thiết bị và tháo dịch ra khỏi thiết bị có thể thực hiện một
cách liên tục trong một khoảng thời gian, tuy nhiên việc tháo bã lọc sẽ được thực hiện theo chu kì.
Thiết bị gồm hai bộ phận chính là khung và bảng với tiết diện hình vuông. Khung có chức năng chứa bã lọc và
là nơi bơm nguyên liệu vào. Còn bảng lọc có chức năng tạo nên bề mặt lọc với cách rãnh dẫn dịch lọc.
Vách ngăn sử dụng trong thiết bị lọc ép có dạng tấm với tiết diện xấp xỉ với tiết diện của bản và khung. Đầu
tiên, người ta đặt hai tấm vật ngăn lên hai bề mặt của một tấm bảng, sau đó xếp xen kẽ các kung bảng lên hệ

thống giá đỡ. Khi ép các khung và bảng sát lại với nhau thì các lỗ trống tại bốn góc của khung và bảng sẽ hình
thành nên đườn dẫn nguyên liệu vào và đường tháo dịch lọc ra.
Trong quá trình lọc, việc ép chặt các khung bảng là rất quan trọng có thể giữ cho áp suất lọc được ổn định.
Nguyên liệu được bơm vào thiết bị và được phân phối vào bên trong các khung. Khi đó, pha rắn sẽ bị giữ lại
trong khung bởi các vách ngăn . Còn pha lỏng sẽ đi qua vách ngăn và theo các rãnh trên bảng để tập trung vầ
đường tháo dịch rồi chảy ra ngoài thiết bị.
Khi các khung chứa bản đầy bã, thì dừng quá trình lọc và tiến hành rữa bã. Qua trình rữa bã có thể thực hiện
xuôi chiều như quá trình lọc hoặc ngược chiều.

Hình 8: cách bố trí khung và bản

Page 138


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Hình 9: thiết bị lọc khung bản

Hình 10: thiết bị lọc khung bản

 Thông số công nghệ:
- Nhiệt độ lọc : 50-600C
- Áp suất lọc :0,3-0,5 Mpa
- Tốc độ lọc : 200-400L/m2.h
1.6.
Trao đổi ion
 Mục đích công nghệ: hoàn thiện
Nhằm tách các chất khoáng, các hợp chất có chứa nitơ và các chất màu có trong dịch thủy phân.

 Các biến đổi của nguyên liệu: các tạp chất tích điện trong dịch thủy phân sẽ thế chỗ các ion trên hạt nhựa

trong thiết bị trao đổi ion. Sau khi đi qua cột cationit nồng độ các cation trong dung dịch sẽ giảm xuống.
Tuy nhiên, trong nước sẽ xuất hiện H + và làm cho pH của dịch thủy phân giảm xuông rất thấp có thể tới

Page 148


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
pH=2. Để tách các H+ ra khỏi dung dịch, ta sẽ sử dụng phương pháp trao đổi anion. Các anion sẽ được tách
ra khỏi dung dịch khi đó pH có thể tăng lên pH=5.

 Thiết bị, phương pháp thực hiện và thông số công nghệ :
Thiết bị có dạng hình trụ đứng, đáy cầu và được chế tạo bằng thép ko rỉ. phía trên tấm đáy là tấm lưới đỡ
(1). Người ta sẽ cho các hạt nhựa trao đổi ion (2) lên tấm lưới này. Khi cho ionit tiếp xúc với dung dịch, các
hạt nhựa sẽ trương nở. Chiều cao của các lớp hạt nhựa trong quá trình hoạt động thường dao động từ 1-2m.
Ở phía bên dưới tấm lưới (1), có các chất mang (3) dạng hình cầu. Vai trò của các chất mang này là hạn chế
sự xóa trộn của các cấu tử trong dòng ra để đảm bảo gradient nồng độ trong quá trình hoạt động của thiết
bị. Dưới cùng của cửa thoát là tấm lưới lọc (4) để ngăn cản sự cuốn trôi của các hạt nhựa trao đổi ion ra
khỏi thiết bị. Ở phía trên các hạt nhựa là ống (5) để phân phối dịch thủy phân. Nguyên liệu sẽ được bơm
vào thiết bị qua ống phân phối. Tại đây nguyên liệu sẽ được phân bố đều hình tròn của một mặt cắt hình trụ
rồi chảy xuống bên dưới. Sản phẩm lấy ra tại cửa đáy (8).

Hình 11: thiết bị trao đổi ion

 Thông số công nghệ:
- Lưu lượng dòng vào.
- Thời gian
- Nhiệt độ : 500C
1.7.
Cô đặc chân không
 Mục đích: khai thác, hoàn thiện, bảo quản.

-

Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm bằng cách làm bay hơi đáng kể lượng nước trong dịch nha, tạo cho sản
phẩm có một độ đặc dính, bên cạnh đó còn tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

-

Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao). Đồng thời, quá
trình cô đặc ở nhiệt độ cao giúp tiêu diệt hết các vi sinh vật bị nhiễm vào.

Page 158


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
-

Giảm được khối lượng vận chuyển.

-

Sản phẩm sau cùng thu được chứa khoảng 20% nước.

 Biến đổi của nguyên liệu:

 Vật lý: Khi cô đặc, dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng




riêng tăng, nhưng hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng không khí còn lại trong gian bào và hòa tan trong sản
phẩm cũng giảm.
 Hóa học:
- Phản ứng Caramel: Các loại đường do chịu tác dụng của nhiệt độ cao ở bề mặt truyền nhiệt của thiết bị
cô đặc, nên bị caramel hóa. Hiện tượng caramel hóa tạo ra các sản phẩm có màu đen và vị đắng làm
sản phẩm có chất lượng kém. Ở nhiệt độ 95 oC, đường khử có thể bị caramel hóa. Ở nhiệt độ 160 oC,
quá trình caramel hóa xảy ra mạnh
- Phản ứng Maillard: Hiện tượng xẫm màu còn do phản ứng Maillard giữa protein (nhóm –NH2) và
đường khử (nhóm –CHO) tạo các melanoidin.
Hóa lý: Biến đổi hóa lý quan trọng là sự chuyển pha của nước. Nước tồn tại ở trạng thái lỏng sẽ chuyển
sang trạng thái hơi trong quá trình cô đặc
Hóa sinh và sinh học: Do nhiệt độ cô đặc chân không thấp nên một số enzyme và vi sinh vật chịu nhiệt có
thể vẫn còn hoạt động, các bào tự vi khuẩn có thể được hoạt hóa ở 70 0C. Nhưng thời gian cô đặc kéo dài,
dẫn đến nồng độ chất khô cao nên sẽ hạn chế được vi sinh vật.
 Thiết bị, nguyên tắc hoạt động và thông số công nghệ:
• Thiết bị: Để tiết kiệm năng lượng, các nhà sản xuất thường sử dụng hệ thống chân không nhiều cấp, ở
đây nhà máy sử dụng 3 cấp. Khi đó hơi nước sẽ được đưa vào thiết bị để gia nhiệt thiết bị cấp 1, rời
dùng hơi thứ phát sinh từ thiết bị cấp 1 để gia nhiệt cho thiết bị cấp 2 , dùng hơi thứ của thiết bị cấp 2
gia nhiệt cho thiết bị cấp 3. Hơi thứ từ thiết bị gia nhiệt cấp cuối cùng sẽ được dẫn qua hệ thống làm
lạnh để nhưng tụ tạo chân không. Phần không khí không ngưng tụ sẽ được tháo ra ngoài nhờ bơm chân
không.

Hình 12 : hệ thống thiết bị cô đặc chân không
1,2 – thiết bị gia nhiệt sơ bộ trước khi cho syrup vào nồi cô đặc
3,4,5 – nồi cô đặc syrup cấp 1,2 và 3

Page 168


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

•

6 – bộ phận ngưng tụ
7 – bình chứa hạt silicagel để tách nước lẫn trong dòng khí không ngưng tụ.
8,9 – thiết bị gia nhiệt.
10 – thùng chứa nước ngưng từ nồi cô đặc 5.
11 – thùng chứa nước ngưng từ bộ phận ngưng tụ 6.
12 – bơm ly tâm.
13 – thùng chứa nước ngưng từ nồi cô đặc 4.
14 – thùng chứa nước ngưng từ thiết bị gia nhiệt 2 và nồi cô đặc 3.
Phương pháp thực hiện : Đầu tiên, nguyên liệu sẽ được bơm vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ (1) và (2). Người
ta dùng một phần hơi thứ thứ từ nồi cô đặc (3) để làm tác nhân gia nhiệt trong thiết bị (1) và sử dụng hơi
bão hòa từ lò hơi trung tâm để làm tác nhân gia nhiệt trong thiệt bị (2). Sau đó sản phẩm được đưa vào nồi
cô đặc (3), (4) và (5). Nồi thứ (3) được gia nhiệt bằng hơi bão hòa, còn nồi (4) và (5) được gia nhiệt bằng
hơi thứ từ nồi (3) và nồi (4). Hơi thứ từ nồi (5) được đưa vào bộ phần ngưng tụ (6). Tại đây, hơi thứ sẽ được
làm lạnh và ngưng tụ rồi đi vào thùng chứa (11). Phần khí không ngưng tụ trong thiết bị (6) sẽ được đưa
qua bình thứ (7) để tách ẩm rồi được bơm chân không thải ra ngoài. Phần nước thu được trong thùng (11)
sẽ được gia nhiệt tiếp trong thiết bị (8) và (9) để thực hiện mục đích công nghệ khác. Dùng một phần hơi
thứ của nồi (4) để gia nhiệt cho hai thiết bị (8) và (9).
Phần nước ngưng thu được từ bộ phận gia nhiệt (2) và nồi cô đặc (3) sẽ được dẫn vào thùng chứa (14), từ
đây chúng sẽ được quay về lò hơi trung tâm. Còn phần nước ngưng từ nồi cô dặc (4) và (5) sẽ được dẫn vào
thùng chứa (13) và (10) rồi được sử dụng với mục đích công nghệ khác.
Nồng độ chất khô của hỗn hợp cuối quá trình cô đặc là khoảng 78%.
• Thông số công nghệ :
- Nhiệt độ cô đặc 60-65 0C.
- Áp suất hơi đốt là 1.25 at.
- Độ chân không : 600-700 mmHg.
1.8.
Làm nguội

 Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình rót sản phẩm
 Các biến đổi của nguyên liệu: nhiệt độ đường nha từ 680C giảm xuống còn 40-450C.
 Thiết bị, nguyên tắc hoạt động và thông số công nghệ:

Page 178


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Hình 13: thiết bị làm nguội

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cửa ra của tác nhân làm nguội
Cửa vào của tác nhân làm nguội
Nắp thiết bị
Thân thiết bị
Ống dẫn tác nhân làm nguội
Đáy hình nón

7.
8.
9.
10.
11.

Cửa tháo syrup
Cánh khuấy
Cảm biến nhiệt
Ống tuần hoàn trung tâm
Cửa vào của syrup

Thiết bị có thân hình trụ (4), đáy hình nón (6) và phía trên là nắp đậy (3). Bên trong thiết bị có hệ thống
đường ống (5) dẫn tác nhân làm nguội. Ống tuần hoàn trung tâm (10) được lắp tại trục của hình trụ. Cánh
khuấy (8) giúp đảo trộn đường nha trong quá trình làm nguội. Đường nha sẽ được dẫn và thiết bị (11).
Trong quá trình hoạt động, ống tuần hoàn trung tâm (10) phải luôn được ngập trong syrup. Khi đó, syrup từ
phần đáy của thiết bị sẽ dâng lên trong ống (10) rồi tràn ra ngoài rồi chảy xuống phia dưới đáy. Hiện tượng
làm xuất hiện dòng đối lưu trong thiết bị và rút ngắn thời gian làm nguội.

•

Thông số công nghệ:
Tốc độ quay của cánh khuấy 1,2-1,5 vòng/giây

1.9.
Rót sản phẩm
 Mục đích công nghệ : hoàn thiện
 Thiết bị: sử dụng thiết bị rót dịch nha vào trong các thùng bằng nhựa với trọng lượng tịnh thường là
50 kg.
2. Quy trình công nghệ 2
Quy trình công nghệ 2 chỉ khác quy trình công nghê 1 là thiết bị dùng để thực hiện quá trình hồ hóa,

•

dịch hóa, đường hóa. Ở quy trình này ta chọn thiết bị mash tub.

Phương pháp thực hiện :
- Sau khi trộn nguyên liệu nước với tỉ lệ 1/4 (m/m), chỉnh pH thích hợp bổ sung chế phẩm α-

Page 188

amylase chịu nhiệt (Topt=90-950C).
Gia nhiệt nhanh đến 90-950C , dừng 30 phút.


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

•

-

Tiếp tục gia nhiệt đến 1000C, dừng 30 phút.
Sau đó làm nguội đến 55-600C để thực hiện quá trình đường hóa.
Chỉnh pH trước khi cho β-amylase vào.
Thiết bị : thiết bị được làm bằng thép không rỉ, có dạng hình trụ đứng, đáy cầu. Thiết bị có vỏ áo và
gia nhiệt bằng hệ thống ống ruột gà ở bên trong thiết bị. Bên trong thiết bị có cánh khuấy. Motor làm
quay cánh khuấy được đặt ở trên đỉnh thiết bị. Sản phẩm được lấy ra khỏi thiết bị qua cửa đáy.

Hình 14: thiết bị mash tub

1.
2.
3.
4.

Cửa bảo trì thiết bị

Ống chùm để hiệu chỉnh nhiệt độ.
Vỏ áo
Cửa nạp nguyên liệu

Page 198

5.
6.
7.
8.

Cửa thoát hơi
Bộ phận ngưng tụ
Cửa tháo sản phẩm
Cánh khuấy


9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.

3.

So sánh hai quy trình công nghệ

17. Vấn đề
20. Sản phẩm

28. Quy trình sản
xuất
29.

32. Thiết bị

18. Quy trình công nghệ 1
19. Quy trình công nghệ 2
21. Cả hai quy trình công nghệ dung dịch đường nha thu được trong suốt, không
màu, trạng thái đồng nhất, không có các tạp chất cơ học.
23. Chất lượng đường nha thu được có
24. Sản phẩm thu được còn chứa
hàm lượng maltose cao do mức độ
glucose, các
thủy phân cao.
oligosaccharide…
26. Mức độ tổn thất sản phẩm cao do
27. Mức độ tổn thất không cao.
dịch được vận chuyển nhiều lần.
30. Quy trình phức tạp, cần kiểm soát
31. Quy trình kiểm soát ít
cao về thông số công nghệ nhằm
nghiêm ngặt hơn .
đáp ứng các hàm đa mục tiêu
( thiết bị, năng lượng , kinh tế…)
33. Tốn nhiều thiết bị, nguyên tắc vận
35. Sử dụng ít thiết bị, phương

hành và phương pháp thức hiện
pháp vận hành dễ dàng.
khó, thiết bị tự động hóa cao
34. Gia thành thiết bị cao.

36.

III.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

MÔ TẢ SẢN PHẨM VÀ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐƯỜNG NHA
 Chỉ tiêu cảm quan :
Nhớt, trong suốt, lánh, trạng thái đồng nhất, không bị lẫn các tạp chất cơ học.
Không màu đến màu vàng.
Màu sắc đặc trưng
Vị ngọt nhẹ, thanh.
 Chỉ tiêu hóa lý:
Hàm lượng chất khô : ≥ 78%

Maltose : ≥ 40%
Tro : ≤ 0.04%
Tạp chất có chứa nito: ≤ 0,05% chất khô
Pb : ≤ 0.05mg/kg
As : ≤ 0.05mg/kg
pH : 4,8÷ 5,2
DE: 40 ÷ 42
Nhiệt độ nóng chảy : ≥ 1550C

37.

 Chỉ tiêu vi sinh:
• Coli forms : ≤ 30tb/100g
• Tổng số vi khuẩn
: ≤ 3000tb/g
• Salmonella
: không có
38.


39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.

49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.

IV.

TÀI LIỆU THAM KHẢO


65.

[1]. Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP.
Hồ Chí Minh.

66.

[2]. Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại học quốc gia.

67.

[3]. Lê Văn Việt Mẫn, giáo trình công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống pha chế
( tập 2), Nhà xuất bản đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

68.

[4]. Lê Ngọc Tú (chủ biên), hóa sinh công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội.

69.

[5]. Bùi Ái, Công nghệ lên men ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, Nhà xuát bản đại học quốc
gia TP. Hồ Chí Minh.

70.

[6]. Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm. Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.

71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.

82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.


92.
93.
94.
95.

96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
103.
104.
105.
106.

107.