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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KTCN TPHCM
KHOA: MÔI TRƯỜNG &
CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
------------------------------------------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN: ĐINH VĂN THANH
MSSV: 207111050
NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
LỚP: 07CSH

1. Đầu đề khóa luận tốt nghiệp:
“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”.
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)
Tổng quan về tinh bột và ngành công nghiệp sản xuất tinh bột
Tìm hiểu về các quá trình phân hủy tinh bột của các enzyme
So sánh khả năng phân hủy tinh bột của các chế phẩm hiện nay trên thị trường
3. Ngày giao khóa luận tốt nghiệp: 08/03/2010
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/07/2010
5. Họ tên người hướng dẫn: CN. Nguyễn Hoàng Mỹ
Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn
Ngày…….tháng……… năm………
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN.
Người duyệt (chấm sơ bộ):…………………………………………………………….
Đơn vị:…………………………………………………………………………………
Ngày bảo vệ:…………………………………………………………………………...



LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, cho phép tôi gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô ở khoa Môi Trường
& Công Nghệ Sinh Học, trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP-HCM đã tận tụy
dạy dỗ và truyền đạt cho tôi những kiến thức tổng quan cho đến kiến thức chuyên
ngành trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn đề tài tốt nghiệp cô
Nguyễn Hoàng Mỹ đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình
theo đúng thời gian.
Một lần nữa, tôi xin trân trọng cảm ơn.

(Đinh Văn Thanh)


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT
TINH BỘT MÌ

1.1 Tổng quan về tinh bột ................................................................................. 3
1.1.1 Cấu tạo ...................................................................................................... 3
1.1.2 Phân loại. .................................................................................................. 4
1.1.3 Tính chất vật lý.......................................................................................... 5
1.1.3.1 Độ tan của tinh bột .................................................................................. 5
1.1.3.2 Sự trương nở............................................................................................ 5
1.1.3.3 Tính hồ hóa của tinh bột .......................................................................... 5
1.1.3.4 Độ nhớt của tinh bột ................................................................................ 6
1.1.3.5 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa của gel ................................................. 6
1.1.4 Tính chất hóa học...................................................................................... 7
1.1.4.1 Phản ứng thủy phân ................................................................................. 7
1.1.4.2 Phản ứng tạo phức ................................................................................... 8
1.1.4.3 Tính hấp thụ của tinh bột ......................................................................... 8
1.1.5 Phương pháp xác định các chỉ số cơ bản của tinh bột.............................. 9
1.1.5.1 Xác định tinh bột bằng phương pháp so màu ........................................... 9
1.1.5.2 Xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột...................................................... 10
1.1.5.3 Xác định độ hòa tan và khả năng hydrate hóa của tinh bột....................... 11
1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột mì .................................................................. 13
1.2.1 Nguyên liệu sản xuất tinh bột mì............................................................... 13
1.2.1.1 Cây khoai mì ........................................................................................... 13
1.2.1.2 Củ khoai mì ............................................................................................ 14
1.2.1.3 Thành phần hóa học................................................................................. 16
1.2.1.4 Thời vụ thu hoạch.................................................................................... 18
1.2.1.5 Bảo quản nguyên liệu .............................................................................. 19
1.2.1.6 Lợi ích của tinh bột mì............................................................................. 20
1.2.2 Một số quy trình sản xuất tinh bột mì ....................................................... 22


1.2.2.1 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung

22

1.2.2.2 Quy trình sản xuất tinh bột mì của Thái Lan ............................................ 23
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY TINH BỘT
2.1 Hệ enzyme phân hủy tinh bột ..................................................................... 26
2.1.1 Endoamylsae ............................................................................................. 26
2.1.1.1 Enzyme α-amylase .................................................................................. 26
2.1.1.2 Nhóm enzyme khử nhánh ........................................................................ 30
2.1.2 Exoamylase ............................................................................................... 32
2.1.2.1 Enzyme β-amylase .................................................................................. 32
2.1.2.2 Enzyme Amyloglycosidase...................................................................... 34
2.2 Cơ chế của quá trình phân hủy tinh bột .................................................... 35
2.2.1 Cơ chế tác dụng của enzyme α-amylase .................................................... 35
2.2.2 Cơ chế tác dụng của enzyme β-amylase .................................................... 36
2.2.3 Cơ chế tác dụng của enzyme Amyloglycosidase ........................................ 37
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY TINH BỘT
MÌ
3.1 Tình trạng ô nhiễm từ ngành sản xuất tinh bột mì hiện nay..................... 38
3.2 Chất thải nhà máy sản xuất tinh bột mì ..................................................... 39
3.2.1 Thành phần các chất thải ......................................................................... 39
3.2.2 Tác động của chất thải đến môi trường .................................................... 40
3.3 Các phương pháp xử lý nước thải tinh bột ..................................................... 44
3.3.1 Một số phương pháp cơ bản ..................................................................... 44
3.3.1.1 Phương pháp cơ học ................................................................................ 44
3.3.1.2 Phương pháp hóa lý ................................................................................. 44
3.3.1.3 Phương pháp hóa học .............................................................................. 44
3.3.1.4 Phương pháp sinh học ............................................................................. 45
3.3.1.5 Phương pháp xử lý cặn ............................................................................ 45
3.3.2 Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải tinh bột .............................. 45
3.3.2.1 Quy trình xử lý nước thải tinh bột theo truyền thống ............................... 47

3.3.2.2 Quy trình xử lý nước thải tinh bột của nhà máy sản xuất tinh bột Bình Dương
............................................................................................................................ 48


3.3.2.3 Quy trình xử lý nước thải tinh bột của nhà máy Vedan ............................ 51
3.4 Một số chế phẩm sinh học dùng trong xử lý nước thải nhà máy tinh bột hiện
nay...................................................................................................................... 52
3.4.1 Chế phẩm Emic ......................................................................................... 52
3.4.2 Chế phẩm Gem-P1 .................................................................................... 53
3.4.3 Chế phảm vi sinh Jumbo-Clean ................................................................ 55
3.4.4 Men vi sinh xử lý bể phốt DW.97 .............................................................. 55
CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM SO SÁNH KHẢ NĂNG PHÂN HỦY TINH BỘT
CỦA MỘT SỐ CHẾ PHẨM HIỆN NAY
4.1 Mục đích thí nghiệm.................................................................................... 57
4.2 Vật liệu và phương pháp............................................................................. 57
4.2.1 Vật liệu ...................................................................................................... 57
4.2.2 Phương pháp ............................................................................................. 57
4.2.2.1 Xác định DO ........................................................................................... 57
4.2.2.2 Xác định COD......................................................................................... 58
4.2.2.3 Xác định BOD......................................................................................... 59
4.3 Bố trí thí nghiệm .......................................................................................... 60
4.4 Kết quả và nhận xét...................................................................................... 61
4.4.1 Kết quả các thông số đầu vào .................................................................... 61
4.4.2 Kết quả thí nghiệm với mẫu 1.................................................................... 62
4.4.3 Kết quả thí nghiệm với mẫu 2.................................................................... 64
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

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 (C6H10O5)n trong đó n từ vài trăm đến hơn một triệu và tỷ lệ C:H:O là 6:10:5.

Liên kết
nhánh

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

3

1.1.2 Phân loại
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 βamylase 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 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91 A0. 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.

5


Bảng 1.2 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột
Tinh bột tự nhiên

Nhiệt độ hồ hóa (Tp)

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.

6


1.1.4 Tính chất hóa học
1.1.4.1 Phản ứng thủy phân
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

7


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
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, Na2SO4 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
8


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
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:

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
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.

9


Để xác định đồ thị đường chuẩn tiến hành như sau: hòa tan 25mg amylose
hoặc amylopectin trong 10ml dung dịch HClO4 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.
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.
Hàm lượng

Hàm lượng

amylose (%)

amylopectin (%)

Khoai mì

13

87

Sắn dây

14

76

Huỳnh tinh

16

84

Loại tinh bột

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.

10


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 – 900C 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 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 900C, tốc độ đốt

nóng khoảng 100C/ 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 (Tp)

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 – 800C. 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:
11


Cho một lượng tinh bột vào 70ml nước, liên tục khuấy trong nồi cách thủy
ở nhiệt độ khác nhau từ 40 – 800C 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
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
L=
Trong đó:

A.V

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=

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

12


Bảng 1.5 Một số chỉ số liên quan đến cấu trúc mạch của tinh bột
Các loại tinh bột

Các chỉ số

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 Na2S2O3/g tinh bột)

0.32

0.48

0.16

Khả năng hất thụ Iot ( mg I2/g tinh bột)

43.94

40.80

45.69

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.

13


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.

(B)

(A)

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

14


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
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

15


1.2.1.3 Thành phần hóa học
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

Theo Recent Process in

(%)

cộng sự, 1983

research and extension, 1998

Nước

70.25

63 – 70

Tinh bột

21.45

18 – 30

Chất đạm

1.12

1.25

Tro

0.4

0.85

Protein

1.11

1.2

Chất béo

5.13

0.08

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

16


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

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 (C10H17NO6). Dưới tác động của enzyme hay ở môi
trường acid, chất này phân hủy thành glucose, acetone và acid cyanohydric. Như vậy,
sau khi đào củ mì mới xuất hiện HCN tự do vì chỉ sau khi đào thì các enzyme trong
củ mới bắt đầu hoạt động mạnh và đặc biệt xuất hiện nhiều trong khi chế biến và sau
17


khi ăn vì trong dạ dày người hay động vật là môi trường acid và dịch trong chế biến
cũng là môi trường acid.
Linamarin tập trung ở vỏ cùi, dễ tách ra trong quá trình chế biến, hòa tan tốt
trong nước, kém tan trong rượu, rất ít hòa tan trong chloroform và hầu như không tan
trong ether. Vì hòa tan tốt trong nước nên khi chế biến, độc tố theo nước dịch ra
ngoài, nên mặc dù giống khoai mì đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng tinh bột và
khoai mì lát chế biến từ khoai mì đắng vẫn sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc.
Trong chế biến, nếu không tách dịch bào nhanh thì có thể ảnh hưởng đến màu sắc

của tinh bột do acid cyanohydric tác dụng với nguyên tố sắc có trong củ tạo thành
feroxy cyanate có màu xám. Tùy thuộc giống và đất nơi trồng mà hàm lượng độc tố
trong khoai mì là khác nhau.

Linamarase
+ H2O
glucose

Acetone cyanohydric

Linamarin
pH 3.5 – 6.0
Temperatures ≤ 650C
hydroxynitridelyase
HCN +
pH > 4
Temperatures > 300C
Spontaneous breakdown

Acetone

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.
18


Ở miền Bắc, trồng khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất vì lúc này có mưa

xuân ẩm, trời bắt đầu ẩm, thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ.
Vùng Bắc Trung Bộ, tháng 1 thích hợp nhất cho việc trồng khoai mì. Nếu
trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối hom chết mầm, còn trồng muộn khoai non gặp
khô rét sẽ sinh trưởng kém.
Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì có thể trồng trong khoảng tháng 1 đến tháng 3,
trong điều kiện nhiệt độ tương đối cao và thường có mưa đủ ẩm. Một số nơi bà con
có thể trồng sớm hơn 1 – 2 tháng nhưng cùng thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 trước
mùa mưa lũ.
Vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, khoai mì trồng chủ yếu vào cuối mùa khô,
đầu mùa mưa (tháng 4 hay tháng 5) trong điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưa
đều. Những nơi có điều kiện chủ động nước ở đồng bằng sông Cửu Long, khoai mì
thường trồng ngay từ đầu năm để kịp thu hoạch trước mùa lũ.
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.

19