Quy trình công nghệ sản xuất đường nha

Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
I. NGUYÊN LIỆU
1. Nguyên liệu chính :
Tinh bột là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất maltose syrup.
Các loại tinh bột chính được sử dụng là : tinh bột sắn, tinh bột bắp, tinh
bột khoai tây… nhưng phổ biến nhất vẫn là tinh bột sắn.
Sơ lược về cây sắn
Cây sắn có tên khoa học là
Manihotes utilissima pohl
, thuộc họ
Euphorbiaceae
hay còn được gọi là khoai mì, là loại cây được trồng
lấy củ ở vùng nhiệt đới.
Ở nước ta sắn thường được trồng ở miền trung du, miền
núi và ở những vùng nhiễm phèn ở đồng bằng sông Cửu
Long.
Sắn thuộc loại giống cây bụi, cao 2,4m, có hoa màu vàng
hơi xanh, củ dày 8cm và dài 91cm.
Sắn trồng ở vùng cận xích đạo với nhiều tên khác nhau.
Bảng 1
Phân loại sắn
Có hai loại sắn
có giá trò kinh tế:
- Sắn đắng
(sắn có độc):
Manihot palmata,
là sắn có
hàm lượng acid
hydrocyanic lớn
hơn 50mg/kg

sắn tươi.
- Sắn ngọt (sắn không độc): Manihot aipi, là sắn hàm
lượng acid hydrocyanic ít hơn 50mg/kg sắn tươi.
- Hàm lượng của acid hydrocyanic tùy thuộc vào điều kiện
trồng, đất đai, độ ẩm, nhiệt độ và tuổi của cây.
Chắng hạn giống sắn ở Châu Phi không độc khi trồng ở
Dahomey nhưng có độc khi trồng ở Nigeria.
Do acid hydrocyanic bò phân hủy ở nhiệt độ cao trong các
quá trình chuẩn bò nên cả hai giống sắn đều được sử dụng
rộng rãi. Sắn thường chủ yếu để sản xuất tinh bột, ở Nam
Mỹ nó còn được dùng làm đồ uống có cồn. Sử dụng cho
mục đích công nghiệp thì sắn đắng thường được sử dụng do
1
Tên của sắn
Indonesi
a
Ubi
kettella
Kaspe
Nam
Mỹ
Manioca
Yucca
Mandioca
Aipim
Châu
Phi
Manioc
Cassava
Ấn Độ Tapioca

Thái
Lan
Cassava
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
có hàm lượng tinh bột cao hơn, còn sắn ngọt thường dùng
trong ngành thực phẩm vì có vò dễ chòu và khả năng hình
thành bột nhào tốt hơn.
Tinh bột sắn
Tinh bột sắn gồm hai loại polysaccarit khác nhau là amylose
(17-20%) và amylopectin.
- Amylose: gồm 200 – 1000 phân tử glucose liên kết với
nhau bằng liên kết α-1,4 glucoside tạo thành mạch thẳng.
Phân tử amylose gồm nhiều chuỗi xếp song song với
nhau, trong đó các chuỗi cuộn lại thành hình xoắn ốc.
Phân tử amylose có 1 đầu khử và 1 đầu không khử.
- Amylopectin: gồm 600-6000 phân tử glucose gồm hai loại
liên kết α-1,4 glucoside và α-1,6 glucoside, mạch phân
nhánh. Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duy
nhất.
Hình 1:
Cấu trúc của mạch amylose
2
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
Hình 2:
Cấu trúc của mạch amylopectin
Ưu điểm của tinh bột sắn so với các loại tinh bột khác
Sắn có thể thu hoạch quanh năm nên không cần tốn
nhiều chi phí cho việc tồn trữ.

Giữa các mặt hàng tinh bột, sắn cho sản lượng
carbohydrate cao hơn gạo là 40%, và cao hơn ngô vàng là 25%,
do đó sắn là nguồn tinh bột rẻ tiền. Hơn nữa sắn chòu được
điều kiện trồng khắc nghiệt hơn.
Do sắn có hàm lượng tinh bột cao và hàm lượng các chất
khác như protein và lipit thấp, do đó nó là nguồn lý tưởng
để sản xuất tinh bột tinh khiết. Đặc tính quan trọng của tinh
bột sắn là không mùi, tạo bột nhão trong, và khả năng
kết dính.
Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin cao nên dễ hòa tan
trong nước ở 95
o
C hơn các loại tinh bột giàu amylose, do cấu
tạo cồng kềnh nên không có xu hướng kết tinh trở lại và do
đó có khả năng giữ nước lớn.
Tiêu chuẩn của tinh bột sắn
Cấu
trúc
Bột màu trắng
Màu
sắc
Đồng đều và đặc trưng
3
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
Hương
vò
Đặc trưng
Mùi Có mùi tươi và không có
mùi mốc và ôi

2. NGYÊN LIỆU PHỤ
Nước: nước dùng trong sản xuất đường nha phải đạt các chỉ tiêu sau
• Chỉ tiêu cảm quan:
 Màu sắc: khơng màu
 Độ trong : trong suốt
 Mùi, vị: khơng có mùi và vị lạ.
• Chỉ tiêu hóa lý
 Độ cứng tổng: max = 2mg đương lượng/L
 Chất khơ: max = 850 mg/L
 Sắt, mangan, nhơm : âm tính
 Clo: âm tính
• Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí 75cfu/ml, khơng có vi
sinh vật gây bệnh.
Phụ gia
• Sulfur dioxide: Chống oxi hoá, hạn chế tôi đa hiện tượng
sẫm màu sản phẩm.
• Acid sorbic : chống vi sinh vật( chủ yếu là nấm mốc) trong sản
phẩm. Khi sử dụng acid sorbic sẽ khơng tạo ra mùi và vị lạ trong
sản phẩm so với các phụ gia chống VSV khác.
• HCl,NaOH/NaHCO
3
: đđiều chỉnh pH trong quá trình thủy
phân tinh bột.
3. Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn
Chất lượng Mức chất lượng
Hảo
hạng
Loại 1 Loại 2 Loại 3
Độ ẩm,không quá (%) 12.5 13 14 14
Hàm lượng tinh bộ tính

theo chạt khô, không
thấp hơn(%)
94.5 97.5 96 96
Hàm lượng tro không
quá(%)
0.1 0.15 0.3 0.5
Hàm lượng protein, tính
theo chât khô, không
0.2 0.3 0.3 0.3
4
Fungamyl
Than hoạt tính,
Bộ trợ lọc
Acid sorbic,
SO
2
lỏng
THÙNG
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
quá(%)
Hàm lượng xơ cuả 50g
bột,không quá(%)
0.1 0.2 0.5 1
pH 4.5-7 4.5-7 3.5-7 3.5-7
Tông chất rắn thu được
sau khi lọc qua màng kích
thước 150μm,không quá
(%)
1 1 3 3

Độ nhớt (BU) 700 500 400 350
Độ trắng (%) 96.5 94 90 88
II. QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
5
Nước
Tinh bột
KHUẤY TRỘN
HỒ HÓA
LÀM NGUỘI
ĐƯỜNG HÓA
LỌC
TRAO ĐỔI ION
VÔ THÙNG
MALTOSE SYRUP
α-amilase
Bã
CÔ ĐẶC
HỒ HÓA
DỊCH HÓA
KHUẤY TRỘN
Nước
Tinh bột sắn
Na
2
CO
3
TẨY MÀU
LÀM NGUỘI
XỬ LÝ HOÀN THIỆN
LÀM NGUỘI

Termamyl
HCl
DỊCH HÓA
LÀM NGUỘI
HCl
HCl/NaOH
NÂNG NHIỆT
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
III.THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
A QUY TRÌNH THỦY PHÂN BẰNG ENZYME
1. KHUẤY TRỘN
1.1. Mục đích công nghệ
Chuẩn bò: Nhằm tăng độ phân tán của dòch huyền phù,
chuẩn bò cho quá trình hồ hóa tiếp theo.
1.2. Các biến đổi
• Biến đổi vật lý:
- Hệ số dẫn nhiệt tăng.
- Sự khuếch tán của các hạt tinh bột tăng.
• Biến đổi hóa lý:
- Hạt tinh bột hấp thu một lượng nhỏ nước một cách
thuận nghòch (25-50% nước) nhưng chưa trương nở.
- Trạng thái của nguyên liệu sau khuấy trộn ở dạng
huyền phù.
- Tăng khả năng tiếp xúc giữa hạt tinh bột và nước.
• Biến đổi cảm quan: sự thay đổi trạng thái của dòch bột.
• Các biến đổi còn lại không đáng kể.
1.3. Phương pháp thực hiện
Bột được hòa đến nồng độ thích hợp, nếu nồng độ quá
thấp thì năng suất không cao, còn nếu nồng độ cao thì sẽ

giảm hiệu suất của quá trình.
Khởi động cánh khuấy rồi dẫn nước vào bồn khuấy
đồng thời nhập liệu tinh bột và Termamyl với một lượng ion
Ca
2+
. Ion này có tác dụng làm bền và hoạt hóa enzym.
Điều chỉnh pH về pH tối thích của Termamyl.
Quá trình được thực hiện trong thùng khuấy có cánh trộn
với tốc độ quay 20 v/ph.
Thông số kỹ thuật
Nồng độ
chất khô
30-35%
6
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
pH 6.5
Thời gian 25-30 ph
Lượng enzym 0.05% (1500Ukg
-1
)
Lượng ion Ca
2+
20÷40ppm
1.4. Thiết bò
Thiết bò hình trụ có trang bò cánh khuấy.
2. HỒ HÓA
2.1. Mục đích công nghệ
Chuẩn bò: hòa tan những hạt tinh bột có kích thước nhỏ
thành dung dòch nhớt sền sệt, các hạt hút nước và trương

nở tối đa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dòch hóa.
2.2. Các biến đổi
• Biến đổi vật lý:
- Độ nhớt tăng cực đại.
- Hạt tinh bột trương nở tối đa.
- Nhiệt độ của dung dòch tăng.
- Nồng độ chất khô tăng.
• Biến đổi hóa học: xảy ra sự hydrate hóa các nhóm
hydroxyl tự do và tạo thành liên kết hydro với nước.
H H
R O O O R
H H
• Biến đổi hóa lý:
- Hạt tinh bột tiếp tục hấp thu nước.
- Hệ chuyển từ dạng huyền phù sang dung dòch nhớt
đồng nhất.
- Tăng khả năng hòa tan.
• Biến đổi cảm quan:
- Màu sắc từ đục chuyển sang trong hơn.
• Biến đổi sinh học:
- Không đáng kể.
2.3. Phương pháp thực hiện
Quá trình hồ hóa được thực hiện trong thiết bò jet-cooker
bằng cách phun hơi nước trực tiếp vào tinh bột. Ưu điểm của
phương pháp này là quá trình hồ hóa xảy ra nhanh hơn, đồng
đều và nhiệt độ không bò tăng cục bộ.
Thông số kỹ thuật
7
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn

Nhiệt độ 105
O
C
Thời gian 5 phút
2.4. Thiết bò:
a. Thiết bò hồ hóa jet-cooker
Cấùu tạo: thiết bò gồm một ống dẫn huyền phù tinh bột và
một ống dẫn hơi giao nhau qua một khe hình côn, hơi được phun
trực tiếp vào huyền phù tinh bột, lượng hơi vào được điều
chỉnh bởi van qua hệ thống khí nén.
Nguyên tắc hoạt động: huyềøn phù tinh bột được bơm cưỡng bức
vào thiết bò và tiếp xúc trực tiếp với hơi,
hơi nước khi tiếp xúc với tinh bột có
nhiệt độ thấp hơn sẽ ngưng tụ một phần
nhưng hầu hết hơi nước vẫn còn ở áp
suất cao nên vẫn cung cấp lượng nhiệt
để nâng nhiệt độ lên nhằm hồ hóa
dung dòch. Thời gian lưu trong thiết bò jet-
cooker rất ngắn. Lượng tinh bột được hồ
hóa một phần sẽ băng qua một dãy các
cột lưu cao áp để duy trì nhiệt độ ở 105 –
110
o
C và được giữ trong 5phút.
Chú ý: thiết bò jet-cooker và các cột lưu
thực hiện hai nhiệm vụ: hồ hóa hoàn
toàn và phá bung toàn bộ hạt tinh bột
bắt đầu giai đoạn dòch hóa.
3. DỊCH HÓA
3.1. Mục đích công nghệ

Chuẩn bò: phá bung hạt tinh bột, thủy phân một phần tinh
bột tạo những mạch dextrin có chiều dài mạch ngắn hơn,
giảm độ nhớt của dòch hồ hóa tạo điều kiện cho Fungamyl
phân cắt tốt hơn trong giai đoạn đường hóa tiếp theo.
3.2. Các biến đổi
• Biến đổi vật lý:
- Độ nhớt giảm.
- Nồng độ chất khô tăng.
- Dung dòch trong hơn
• Biến đổi hóa học:
- Hạt tinh bột bò phá bung, phá vỡ các liên kết hydro
giữa nước và các sợi tinh bột.
8
Jet cooker
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
- Phản ứng Maillard giữa đường và acid amin tạo ra sản
phẩm có màu.
- Thủy phân tạo dextrin mạch ngắn có chỉ số DE=10-20
• Biến đổi hóa lý:
- Sự bốc hơi nước.
- Khả năng hòa tan của tinh bột tăng.
• Biến đổi hóa sinh:
Termamyl hoạt động cắt các mạch amylose và amylopectin
thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hòa tan. Sản
phẩm thuỷ phân trong giai đoạn này chủ yếu là dextrin.
• Biến đổi sinh học:
Vi sinh vật bò ức chế hoặc tiêu diệt.
3.3. Phương pháp thực hiện
Dung dòch tinh bột sau khi được hồ hoá hoàn toàn sẽ được

làm nguội đến 95
O
C và sau đó được bơm thiết bò có cánh
khuấy để thực hiện quá trình dòch hoá.
Thông số kỹ thuật
Nhiệt độ trong thiết bò
dòch hóa
95
o
C
pH
6.0÷6.5
Thời gian trong thiết bò
dòch hóa
1-3 h
3.4. Thiết bò
Đây là loại thiết bò gia nhiệt kiểu vỏ áo có cánh khuấy. Hơi
nước đi bên ngoài vỏ áo nhằm giữ nhiệt độ cho dung dich
tinh bột ở diều kiện nhiệt độ theo yêu cầu kó thuật
9
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
4. LÀM NGUỘI
4.1. Mục đích :
Chuẩn bò: tạo điều kiện tối thích cho quá trình đường hóa.
4.2. Các biến đổi
 Vật lý: nhiệt độ giảm
 Hóa lý: pH giảm về 5.5
 Hóa sinh: Enzyme α-amilase bị vơ hoạt.
4.3. Phương pháp thực hiện

Thông số kỹ thuật
Nhiệt độ dòch đường trước
thiết bò
95
o
C
Nhiệt độ của tác nhân lạnh
(nước)
30
o
C (nhiệt độ môi
trường)
Nhiệt độ của dòch đường sau
khi làm nguội
55
o
C
4.4. Thiết bò
Truyền nhiệt gián tiếp bằng thiết bò truyền nhiệt ống xoắn
ruột gà, tác nhân trao đổi nhiệt là nước lạnh
Nước sẽ đi trong trong ống xoắn còn dd sẽ ở trong thùng, sau
thời gian lưu thích hợp nhiệt độ dd sẽ đạt yêu cầu.
5. ĐƯỜNG HÓA
5.1. Mục đích công nghệ
Chế biến: tạo thành syrup có thành phần chủ yếu là
maltose, các đường đơn giản và các dextrin mạch ngắn.
5.2. Các biến đổi
• Vật lý:
- Giảm độ nhớt.
- Tăng hàm lượng chất khô.

• Hóa lý:
- Tăng khả năng hòa tan.
• Hóa học:
- Phản ứng thuỷ phân dextrin mạch dài (sản phẩm sau
quá trình dòch hóa) thành maltose và các đường đơn
giản, dextrin mạch ngắn, …
10
Công nghệ sản xuất đường nha GVHD: PGS.TS Lê
Văn Việt Mẫn
- Phản ứng Maillard là phản ứng ngưng tụ giữa đường
khử và amino axit tạo thành các chất màu làm sẫm
màu dòch thuỷ phân.
• Hóa sinh: có sự tác động Fungamyl lên các mạch
polysaccharide và oligosaccharide, tạo hỗn hợp sản phẩm
gồm maltose, glucose, maltosetriose và các oligosaccharide
khác. Trong đó, Fungamyl hoạt động với điều kiện tối thích
là T
opt
= 55
o
C, pH
opt
= 5.5
5.3. Phương pháp thực hiện
Dung dòch đường sau khi làm nguội sẽ được đưa vào thiết bò
đường hóa. Lúc này cần điều chỉnh pH để tạo môi trường
hoạt động tối ưu cho Fungamyl. Sau đó bổ sung lượng Fungamyl
cần thiết. Dung dòch được lưu lại trong thiết bò trong khoảng
thời gian cần thiết để đường hóa đến DE thích hợp. Trong quá trình
đường hóa, cần phải đảo trộn dung dòch liên tục.

Nói chung, thời gian, nhiệt độ, pH và lượng enzym cần cho
quá trình đường hóa phụ thuộc vào nguồn gốc enzym, hoạt
độ của chúng và yêu cầu độ tinh khiết của dòch đường
hóa.
Thơng số kỹ thuật
Nhiệt độ
550C
pH 5.5
Tốc độ khuấy
20 r/m
Thời gian
24-48h
Fugamyl 2000U/kg
Lượng Ca
2+
50ppm
5.4. Thiết bò
Thiết bò đường hóa có cấu tạo tương tự thiết bò dòch hóa.
6. NÂNG NHIỆT
• Mục đích: vơ hoạt enzyme Fungamyl
• Các biến đổi:
 Vật lý: hòa tan tăng, giảm độ nhớt.
 Hóa sinh: Enzyme Fungamyl bị vơ họat.
• Thiết bị: chính là thiết bị đường hóa.
Tại thiết bị đường hóa, sau khi đường hóa đạt đến giá trị DE u cầu
tiến hành nâng nhiệt dịch đường lên 70-75
o
C. Khi đó, enzyme
Fugamyl bị vơ hoạt. Nếu khơng vơ hoạt enzyme Fugamyl thì enzyme
11