Sản xuất đường hóa học

PHẦN MỞ ĐẦU
Như nhiều nghiên cứu cho thấy, Ấn Độ là quốc gia đầu tiên trên thế giới sản
xuất đường từ cây mía, cho nên danh từ “đường”có nguồn gốc từ chữ “Sakara”.
Khoảng năm 398, người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết chế biến mật thành đường
tinh chế với công nghệ rất thô sơ và đơn giản, bao gồm các công đoạn:
Dần về sau kỹ thuật sản xuất đường phát triển sang các nước khác như:BaTuw,
Italia, Bồ Đồ Nha, Đức, Anh,…Với công nghệ ngày càng cải tiến.phương pháp làm
sạch bằng vôi là phương pháp cổ truyền có nguồn gốc từ Ấn Độ. Tuy nhiên người
ta thấy lượng vôi dư tronh nước mía gây nhiều trở ngạ trong quá trình kết tinh, cung
như gia tăng sự phân giải và tổn thất đường.
Vì những khuyết điểm trên mà một loạt các phát minh mới ra đời, cài tiến và nâng
cao hiệu quả trong công đoạn làm trong nước mía như:
• Phương pháp sử dụng khí CO
2
nhằm trung hòa vôi dư và lợi dụng kết tủa
CaCO
3
đóng vai trò tích cực trong công đoạn lắng, làm trong nước mía.
• Làm trong nước mía bằng SO
2.
• Làm trong nước mía bằng vôi.
Song song với sự phát triển mạnh mẽ của khoa hoc kỹ thuật, ngành đường được
cơ khí hóa toàn bộ công nghệ sản xuất với qui trình liên tục và tự động hóa hoàn
toàn, nhằm thúc đẩy gia tăng sản lượng cũng như chất lượng đường trên thế giới.
Ngày nay, ngành mía đường Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ đặc biệt là ở
đồng bằng sông Cửu Long nhiều nhà máy đường ra đời, đã và đang đi vào hoạt
động càng hiệu quả. Mà yếu tố quyết định thành công là phải biết lựa chọn cộng
Cây mía
Ép
Lắng bằng
vôi

Cô đặc
bằng chảo
Kết tinh tự
nhiên
nghệ, thiêt bị tiên tiến phù hợp với điều kiện sản xuất của từng nhà máy. Với mong
muốn đưa ra một phương pháp tối ưu cho công đoạn làm trong nước mía, nên trong
bài niên luận thực phẩm chuyên ngành tôi chọn đề tài : “So Sánh Các Phương Pháp
Làm Trong nước Nía Trong Công Nghệ Sản Xuất Mía Đường”. Đây chính là lý do
tại sao tôi chọn đề tài này.
PHẦN I: MẤY VẤN ĐỀ TRONG KỸ THUẬT SẢN
XUẤT ĐƯỜNG
I. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT ĐƯỜNG
1.1. Cây mía
Cây mía thuộc họ hòa thảo, giống saccharum. Các giống mía thuần chủng thuộc 3
nhóm chính:
• Nhóm saccharum officinarum; lá giống thường gặp bao gồm phần lớn các
chủng đang được trồng nhiều nơi trên thế giới.
• Nhóm saccharum violceum: lá có mà
• u tím, cây ngắn, cứng, không trổ cờ.
• Nhóm saccharum simense: cây nhỏ, cứng, than màu vàng pha nâu nhạt, được
trồng từ lâu ở Trung Quốc.
1.2. Củ cải đường
Củ cải đường là cây cho đường quan trọng sau mía, cung cấp khoang 40% sản
lượng đường thế giới. Cây củ cải đường có thể được trồng nhiều nơi trên thế giới, ở
nhiều vùng khí hậu khác nhau. Tuy nhiên, nó được trồng phần lớn ở các nước ôn
đới thuộc 30
o
vĩ Bắc đến 60
o
vĩ Bắc.

1.3. Cây lúa miến
Cây lúa miến cũng là nguồn cung cấp đường quan trọng sau cây mía và củ cải
đường. Lúa miến được trồng nhiều ở Ấn Độ, Trung Quốc, Pakistan,Hoa Kỳ,… Lúa
miến là loại thích nghi với khi hậu ẩm và được trồng quanh năm, sản lượng tươi có
thể đạt 19 – 87 tấn/ha, sản lượng đường có thể đạt 1,3 – 1,9 tấn/ha.
1.4. Cây thích
Là loại cây lâu năm, có thể sống đến 100 năm hay lâu hơn nữa. Cây thích không
thích hợp được trồng ở vùng đông dân cư vì nó rất nhạy cảm với sự ô nhiễm không
khí. Từ cây thích, người ta thu lấy nhựa cây đẻ chế biến ra những sán phẩm đường.
II. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CÁC BIẾN ĐỔI HÓA HỌC CHÍNH CỦA
NGUYÊN LIỆU MÍA
2.1. Thành phần hóa học
Do có rất nhiều giống mía khác nhau thì thành phần hóa học khác nhau. Ngoài ra
thành phần hóa học còn phụ thuộc vào đát đai, điều kiện canh tác, mùa vụ,… Tuy
thành phần hóa học có thể nằm trong giới hạn sau:
 Saccharozơ: 10 – 16%
 Đường khử: 0,4 – 2,5%
 Chất xơ: 11 – 15%
 Nước: 67 - 75%
 Chất hữu cơ khác: 0,4 – 0,6%
 Chất chứa nitơ: 0,4 – 0,6%
 Các acid khác: 0,4 – 0,6%
 Tro: 0,5 – 1%
2.2. Biến đổi hóa hoc của nguyên liệu
 Biến đổi trong môi trường acid:
- Trong môi trường acid, saccharose bị phân hủy tạo thành glucose và fructose.

C
12
H

22
O
11
+ H
2
O → C
6
H
12
O
6
+ C
6
H
12
O
6
- Trong môi trường acid, đường khử ổn định ở PH = 3, trong môi trường acid có
đun nóng, đường khử sẽ tạo thành Oxymetylfurfurol, sau đó tạo thành acid levulic
và acid formic.
- Với tác dụng của nhiệt độ cao, thời gian dài tronng môi trường acid, sẽ tạo thành
những hợp chất màu, theo phản ứng sau:
Saccarose → Izosacaran → Caramelan → Caramenlan → Caramelin → Humin
 Tác dụng trong môi trường kiềm:
Saccharose có tính chất như 1 acid yếu, tác dụng với vôi tạo thành saccarat calci.
C
12
H
22
O

11
+ CaO = C
12
H
22
O
11
.CaO
- Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao, đường khử có thể bị phân hủy tạo thành
các sản phẩm acid lactic,acid glucosacaric, acid formic,… Các acid hữu cơ này sẽ
kết hợp vói vôi tạo thành muối Calci hòa tan, làm tăng hàm luongj muối Calci trong
nuoovws mía.
 Tác dụng của enzyme:
Dưới tác dụng của enzyme Invertase, đường saccharose sẽ được chuyển hóa
thành glucose và fructose. Sau đó dưới tác dụng của một phức hệ Enzyme đường
khử sẽ bị chuyển hóa thành rượu và CO
2
.
 Tác dụng của vi sinh vật:
Dextran là sản phẩm của vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides sinh ra làm tăng
độ nhớt của dung dịch gây khó khăn cho quá trình nấu đường và kết tinh, làm sai số
khi phân tích đường trên máy phân cực.
Vi khuẩn Bacillus subtilis tổng hợp Levan là hợp chất polymer có khả năng kết
hợp với vôi tạo hợp chất kết tủa rất khó lọc, cản trở quá trình làm sạch.
(Lý Nguyễn Bình,2006. Kỹ Thuật Sản Xuất Mía Đường)

PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM TRONG
NƯỚC MÍA
I. MỤC ĐÍCH CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH NƯỚC MÍA
1.1. Thành phần hỗn hợp nước mía sau khi ép

- Thông thường, nước mía hỗn hợp lấy từ cây mía chứa khoảng 80-86% nước, 13-
15% chất tan, độ tinh khiết khoảng 82-85%, phần còn lại là chất không đường.
- Trong các chất không đường, chất keo chiếm một tỉ lệ đáng kể 0,03-0,05%,
thành phần này gây không ít khó khăn cho quá trình sản xuất ở các công đoạn như
lọc, tách mật, kết tinh…
- Ngoài ra, các chất không đường còn làm tăng độ hòa tan của Saccarose, làm
tăng độ tinh khiết của mật cuối, gây tổn thất đường.
- Bên cạnh đó, nước mía hỗn hợp có tính acid (pH = 5 = 5,5), sẽ gây nên hiện
tượng chuyển hóa đường, do đó ta cần phải trung hòa nước mía.
1.2. Mục đích của phương pháp làm sạch nước mía
- Loại tối đa những chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp, nhất là những
chất keo và những chất có hoạt tính bề mặt.
- Giữ được hàm lượng Saccarose tối đa đến mức cho phép.
- Trung hòa nước mía hỗn hợp.
- Loại bỏ những chất rắn dạng lơ lững trong nước mía hỗn hợp.
1.3. Các phuong pháp làm sạch nước mía
Bao gồm 4 phương pháp: Cho vôi, Sulfit hóa, Cacbonat hóa, Phosphat hóa.
Trong các phương pháp làm sạch làm sạch đều bao gồm các công đoạn chung như:
đun nóng, trung hòa, lắng, lọc…, để loại chất không đường và giảm màu sắc của
nước mía hỗn hợp.
Để chọn phương pháp làm sạch thích hợp còn tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu
và điều kiện sản xuất của từng nhà máy.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC MÍA
Nước mía hỗn hợp là một hệ keo phức tạp, quá trình làm sách chủ yếu dựa vào
lý thuyết hóa học của chất keo và liên quan mật thiết đến các vấn đề sau: tác dụng
của pH, nhiệt độ, chất điện ly, chất trao đổi ion.
2.1. Dựa vào tác dụng đông tựu của keo
Hầu hết các keo điều mang điện, khi ở trạng thái trung hòa về điện, các keo
này có khả năng kết hợp lại với nhau thành các phân tử lớn lắng xuống. Để tạo
sự trung hòa về điện của các phân tử keo

- Chất keo trong nước mía hỗn hợp chủ yếu là keo mang điện tích âm, chia làm 2
loại: keo ưa nước và keo không ưa nước. Nhưng phần lớn chất keo trong nước mía
đều có tính ưa nước, nhưng có các mức độ khác nhau.
- Do các hạt keo đều mang điện tích, nên khi ta điều chỉnh pH để làm trung hòa
điện tích của hạt keo làm thay đổi điện thế để hạt keo có thể bị hút lại với nhau, tạo
thành những hạt lớn hơn và tụ tập lại tạo thành những mảng nhỏ.
- Giá trị pH để keo bị kết vòn lại được gọi là pH đắng điện của hạt keo.
2.2. Tách dụng hấp phụ của chất điện ly để loại bỏ chất không đường
- Sử dụng các chất háp phụ ( có thể 1 hay nhiều loại chất điện ly) như: như vôi,
SO
2
, P
2
O
5
, CO
2,
để tạo thành những chất lắng đọng thể rắn như CaSO
3
, CaCO
3
,
Ca
3
(PO
4
)
2
.
- Bề mặt của những chất kết tủa này có khả năng hút các tạp chất phi đường trong

nước mía hỗn hợp, nhằm khử các tạp chất này.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ:
+ Số lượng chất hấp phụ
+ Ảnh hưởng của pH
1. Các yếu tố hóa học ảnh hưởng đến quá trình làm sạch
a. Tác dụng của pH
- Trong quá trình làm sạch, pH là một thông số rất quan trọng, sự thay đổi pH ảnh
hưởng rất lớn đến hiệu quả làm sạch. Nếu khống chế pH không tốt sẽ dẫn đến quá
trình chuyển hóa và phân hủy Saccarose, làm tổn thất đường và tăng màu sắc của
sản phẩm.
∗ Ngưng kết chất keo
- Trong nước mía hỗn hợp bao gồm các loại keo ưa nước như:
+ Keo ưa nước nhiều: protein, pentosan, pectin.
+ Keo ưa nướ ít: sắc tố, chất béo, sáp…
+ Các loại keo nhớt và ưa nước do vi sinh vật sinh ra như glucozan, levuozan.
- Keo trong nước mía chỉ tồn tại ở trạng thái ổn định khi nó mang điện tích hay có
lớp nước bao bọc bên ngoài. Khi pH môi trường thay đổi, keo hấp phụ chất điện ly
và trung hòa về điện, mất trạng thái ổn định và ngưng kết.
- pH đẳng điện của các loại keo rất khác nhau, ta nên chon pH thích hợp để ngưng
tụ các loại keo. Các nghiên cứu cho thấy, nước mía có 2 điểm đẳng điện làm ngưng
tụ các chất keo, tại giá trị pH=7 và pH=11.
- Riêng pH=11 không gọi là điểm đẳng điện mà gọi là điểm ngưng kết protein
trong môi trường kiềm mạnh. Khi đó, lượng đường Saccarose trong nước mía kết
hợp với vôi tạo thành hợp chất có tính hấp phụ protein tạo thành kết tủa.
Chuyển hóa và phân hủy đường Saccarose
- Môi trường acid, Saccarose chuyển hóa thành hỗn hợp glucose và fruclose. Tốc
độ chuyển hóa phụ thuộc vào nồng độ H
+
, nhiệt độ và thời gian.
- Trong môi trường kiềm dưới tác dụng của nhiệt độ, đường, Saccarose bị phân

hủy, sản phẩn tạo thành rất phức tạo như là furfurol, 5- hydroxymetyl furfurol,
mêtylglyzan, acid acetic, acid formic… những sản phẩm này có thể tiếp tụ bị oxy
hóa dưới tác dụng của oxy không khí.
Các phản ứng phân hủy đường khử: ở pH>7 sẽ xuất hiện, sự phân hủy này
phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, song tốc độ phân hủy đường khử trong nước mía
tương đối chậm. Sản phẩm phân hủy đường khủ tương tự sản phẩn phân hủy
Saccarose trong môi trường kiềm.
Tách loại chất không đường
- Các chất không đường có thể bị tách loại ở những giá trị Ph khác nhau.
- Khi PH = 7 có thể loại được 50% chất keo (pentozan).
- PH từ 5-6 protein có thể bị tách loại hoàn toàn.
- PH từ 7-10 các muối vô cơ của các oxit Al
2
O
3
b. Tác

dụng của nhiệt độ:
- Loại bỏ không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt.
- Tiêu diệt vi sinh vật, ngăn chặn sự xâm nhập của VSV vào nước mía, đề phòng
hiện tượng lên men acid.
- Thúc đẩy và làm tăng tốc độ phản ứng hóa học, tạo kết tủa nhanh chóng và hoàn
toàn.
- Làm một số chất keo bị ngưng tụ như là albumin, pentozan.
- Các hợp chất CaSO
3
tồn tại ở dạng nước khi gia nhiệt đến điểm sôi, tách loại
nước hoàn toàn tạo kết tủa cứng, rắn hơn.
- Tuy nhiên, nếu khống chế nhiệt độ không tốt sẽ xảy ra nhiều tác dụng xấu ảnh
hưởng tới chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi đường.

+ Do nước mía hỗn hợp có PH = 5-5.5, dưới tác dụng của nhiệt độ, Saccarose bị
phân hủy, tăng tổn thất đường.
+ Nhiệt độ và thời gian dài sẽ xảy ra hiện tượng Caramen.
+ Quá trình đun nóng nước mía sẽ thúc đẩy sự thủy phân vụn mía, sản sinh chất
keo gây khó khăn cho quá trình làm sạch.
c. Tác dụng của chất điện ly
Vôi: được sử dụng trong tất cả các phương pháp làm sạch đường.
Tính chất của vôi:
- Vôi là một chất vô định hình có độ phân tán cao. Độ hòa tan của vôi giảm khi
nhiệt độ tăng, độ hòa tan của vôi trong dung dịch đường lớn hơn trong nước nguyên
chất.
Tác dụng của vôi:
- Trung hòa acid vô cơ và hữu cơ trong nước mía hỗn hợp, tạo muối không tan,
ngăn ngừa sự chuyển hóa đường Saccarose.
- Tạo Ph đẳng điện hoặc tiếp cận điểm đẳng điện để đông tụ và kết tủa chất không
đường như protein, pectin và các hợp chất màu.
- Tác dụng cơ học: những kết tủa tạo thành bởi vôi có khả năng hấp phụ, kéo theo
những chất không đường, lơ lửng khác.
- Sát trùng nước mía: chỉ cần 0,3% CaO là có thể ức chế phần lớn VSV.
Tác dụng của ion Ca
2+
- Tạo hợp chất muối với các acid hữu cơ, tạo những hợp chất muối khó tan như:
phosphat calci, oxalat calci, succinat calci…
- Trao đổi ion với các hợp chất khác, tạo muối calci khó tan.
K
3
PO
4
+ Ca(OH)
2

 Ca
3
(PO4)
2
+ KOH
K
2
PO
4
+ Ca(OH)
2
 CaSO
4
+ KOH
- Ion Ca
2+
tác dụng với chất nguyên sinh của vi sinh vật, tạo thành Albuminat
calci, ức chế sự phát triển của vi sinh vật.