TIỂU LUẬN quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

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)

Page 18


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì


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.

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



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.
1.2.

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

Page 28

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

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

Page 38


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

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.

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

Page 48


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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%.
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 hướng thoái hoá thấp và có độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh bột sắn có liên
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)
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:

Page 58


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

Page 68


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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 (%

α-amylase
5,8-6,2
90
62
5,2
0,8
100

so với hoạt tính ban đầu)



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.

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

Page 78


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Tính chất
pHopt
Topt (0C)
Phân tử lượng (kDa)
3.

β-amylase
6
55
56

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 Ca 2+ 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.

Chất chỉnh pH

Page 88


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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.
5.

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

Page 98


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

I.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Tinh bột

Chất chỉnh pH
Nước

Chế phẩm α-amylase

Chuẩn bị huyền phù tinh

bột

CaCl2

Hồ hóa và dịch hóa

Đường hóa

Than hoạt tính

Xử lý than hoạt tính

Lọc
Tạp chất

Trao đổi ion

Cô đặc chân không

Làm nguội

Rót sản phẩm

Page 108

Đường nha


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

1.

GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

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.

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

Page 118

Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
-

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.
Khi đó ta dùng ba thiết bị:

Page 128


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
-

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.

Page 138


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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 –
1500C, giữ nhiệt độ này trong khoảng 15 – 60 giây.Cuối cùng đưa hỗn hợp qua thiết bị trao đổi nhiệt làm
nguội về 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.



1.4.

Thông số công nghệ:
-

Nhiệt độ : 550C

-

Tốc độ quay của cánh khuấy : 1-1,2 vòng/giây.

Xử lý với than hoạt tính

 Mục đích công nghệ: hoàn thiện
 Các biến đổi của nguyên liệu:

Page 148


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì


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:



1.5.

-

Nhiệt độ :70-750C

-

Thời gian: 30-35 phút

-

Hàm lượng than hoạt tính cho vào.

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:


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.

Page 158


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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 168


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 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.

Page 178


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
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:

1.7.

-

Lưu lượng dòng vào.

-

Thời gian

-

Nhiệt độ : 500C

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.
-

Giảm được khối lượng vận chuyển.

Page 188


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
-

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
160oC, 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.

Page 198


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

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
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

Page 208

Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
(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 :

1.8.

-

Nhiệt độ cô đặc 60-65 0C.

-

Áp suất hơi đốt là 1.25 at.

-

Độ chân không : 600-700 mmHg.

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:

Hình 13: thiết bị làm nguội
1.

Page 218

Cửa ra của tác nhân làm nguội

2.
3.

Cửa vào của tác nhân làm nguội
Nắp thiết bị


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì
4.
5.
6.
7.

Thân thiết bị
Ống dẫn tác nhân làm nguội
Đáy hình nón
Cửa tháo syrup

8.
9.

10.
11.

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-

amylase chịu nhiệt (Topt=90-950C).



-

Gia nhiệt nhanh đến 90-950C , dừng 30 phút.

-

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.

Page 228


Quy trình sản xuất maltose từ tinh bột khoai mì

Hình 14: thiết bị mash tub
1.

Cửa bảo trì thiết bị

2.
3.

Ống chùm để hiệu chỉnh nhiệt độ.
Vỏ áo

Page 238

4.
5.
6.
7.
8.

Cửa nạp nguyên liệu
Cửa thoát hơi
Bộ phận ngưng tụ

Cửa tháo sản phẩm
Cánh khuấy


3.

So sánh hai quy trình công nghệ
Vấn đề
Sản phẩm

Quy trình công nghệ 1
Quy trình công nghệ 2
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.
Chất lượng đường nha thu được có hàm
Sản phẩm thu được còn chứa glucose,

Quy trình sản xuất

lượng maltose cao do mức độ thủy phân

các oligosaccharide…

cao.
Mức độ tổn thất sản phẩm cao do dịch được

Mức độ tổn thất không cao.

vận chuyển nhiều lần.
Quy trình phức tạp, cần kiểm soát cao về

Quy trình kiểm soát ít nghiêm ngặt

thông số công nghệ nhằm đáp ứng các hàm

hơn .

đa mục tiêu ( thiết bị, năng lượng , kinh
Thiết bị

tế…)
Tốn nhiều thiết bị, nguyên tắc vận hành và

Sử dụng ít thiết bị, phương pháp vận

phương pháp thức hiện khó, thiết bị tự động

hành dễ dàng.

hóa cao
Gia thành thiết bị cao.
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

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

IV.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Lê Văn Việt Mẫn (chủ biên), Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP. Hồ
Chí Minh.
[2]. Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, NXB Đại học quốc gia.
[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.
[4]. Lê Ngọc Tú (chủ biên), hóa sinh công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội.
[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.
[6]. Hoàng Kim Anh, Hóa học thực phẩm. Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật.