Hoàn thiện chiến lược xúc tiến hỗn hợp cho dịch vụ giao nhận vận tải đường biển của công ty AA và LOGISTICS

LỜI MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong các mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, khoai mì
lát khơ 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. Tồn 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 khơng được xử lý khi xả ra các ao hồ, sông suối sẽ gây ơ nhiễm mơi trường
nước, đất và cả khơng 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 mơ 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
mơ phịng 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 cơng 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 BỢT 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
Hạt ngô
Lúa mì
Lúa
Đậu đỗ
Khoai mì
Khoai tây

Khoai lang
1.1.2 Phân loại

Kích thước hạt
(µm)
10 - 30
5 - 50
2 -10
30 - 50
5 - 35
1 - 120
5 - 50

Hình dáng hạt
Đa giác hoặc trịn
Trịn
Đa giác
Trịn
Trịn
Bầu dục
Bầu dục

Hàm lượng tinh bột
(%)
25
20
13 - 35
46 - 54
35
23

20

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, thơng thường là ¼.

3


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 ngun chất có
mức độ trùng hợp khơng phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Có hai loại amylose:
- Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường khơng
có cấu trúc bất thường và bị thủy phân hồn tồn 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 thối 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 vịng xoắn là 7,91 A 0. Các nhóm hydroxyl của các gốc
glucose được bố trí ở phía ngồi 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 vât lý
1.1.3.1 Độ tan của tinh bột
Amylose mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song khơng bền, nhanh chóng
bị thối hóa trở lại, khơng hịa 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 nơ
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%,
cịn tinh bột mì là 28.4%,…
1.1.3.3 Tính hờ 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 hịa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hóa
khơng 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.
Bảng 1.2 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột
Tinh bột tự nhiên

Nhiệt độ hồ hóa (Tp)

5


Ngơ
Lúa miến
Lúa mì
Gạo
Khoai mì
Khoai tây

62 – 73
68 – 75
68 – 75
68 – 74
52 – 59
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 hịa 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 thối hóa. Q trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đơng rồi
sau đó rã đơng.

1.1.4 Tính chất hóa hoc
1.1.4.1 Phản ứng thủy phân
Một tính chất quan trọng của tinh bột là q 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, cịn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa.
6


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. Q trình oxy hóa thay đổi tùy thuộc vào tác
nhân oxy hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Q trình oxy hóa tinh bột trong mơi
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. Q trình này cịn làm giảm
chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hịa 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 mơi trường acid. Khi đó xảy ra phản
ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo
thành khơng 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 cịn 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
7


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 khơng tạo được một vịng 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 vịng 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 cịn có khả năng tạo phức với nhiều
chất hữu cơ có cực cũng như khơng 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 ngồi 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
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.
8


Amylose hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước sóng 618nm cịn 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.
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 lỗng 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

9


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 tốn.
Loại tinh bột
Khoai mì
Sắn dây
Huỳnh tinh

Hàm lượng

Hàm lượng

amylose (%)
13
14
16

amylopectin (%)
87
76
84

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 cơng nghiệp
dệt, giấy thì nhiệt độ hồ hóa là thơng số rất cần thiết. Trong cơng 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.
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. Ngun tắc của phương pháp
này là dị 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, dịng khơng 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 90 0C, tốc độ đốt
nóng khoảng 100C/ phút. Nhiệt độ hồ hóa được xác định là nhiệt độ cao nhất (Tp)
của đường cong DTA.
10


Bảng 1.4 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột đo bằng kỹ thuật DSC trên TA
Loại tinh bột
Khoai mì
Sắn dây
Huỳnh tinh

Nhiệt độ hờ hóa (Tp)
57.3
60.03
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 hịa tan. Từ đó có
thể tính được khả năng hịa tan và khả năng hydrate hóa của tinh bột.
Cách tiến hành và cơng thức tính:
Cho một lượng tinh bột vào 70ml nước, liên tục khuấy trong nồi cách thủy
ở nhiệt độ khác nhau từ 40 – 80 0C 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 hịa tan. Lượng
nước và tinh bột nằm trong phần lắng đem cân, sau đó sấy khơ 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 cơng 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 khơ

Khả năng hịa tan được tính theo cơng thức:
L=
Trong đó:

m.b.100
A.V

m: Khối lượng dung dịch sau khi hồ hóa
11

b: Khối lượng tinh bột còn lại trong dung dịch sau khi ly tâm được
xác định theo phương pháp sấy khơ
A: Khối lượng tinh bột ban đầu
V: Thể tích dung dịch đem sấy khơ
Khả năng hydrate hóa của tinh bột (hấp thụ nước):
W=
Trong đó:

w.100
A(100 – L)

L: khả năng hịa tan của tinh bột
A: khối lượng tinh bột ban đầu
w: hàm lượng nước liên kết với tinh bột

Bảng 1.5 Một số chỉ số liên quan đến cấu trúc mạch của tinh bột
Các chỉ số
Mức độ trùng hợp (đơn vị glucose)
Độ nhớt (centipoise: Cp)
Chỉ số khử (số ml dd Na2S2O3/g tinh bột)
Khả năng hất thụ Iot ( mg I2/g tinh bột)

Các loại tinh bột
Khoai mì
Sắn dây Huỳnh tinh
1323
1284
1548.4

388.4
314.4
425.8
0.32
0.48
0.16
43.94
40.80
45.69

1.2 Cơng 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 cịn gọi là sắn) có tên khoa học Manihot Esculenta là cây
lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sơng 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, Tun
Quang, Hịa 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
12


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
Hàm lượng acid HCN (mg/kg củ)

Hình dáng của lá
Hình dáng của thân

Khoai mì đắng
60 – 150
7 cánh
Nhỏ và thấp

Khoai mì ngot
20 – 30
5 cánh
To và cao

Thân: Thuộc loại cây gỗ cao từ 2 đến 3m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất
yếu.
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
khơng nhiều, mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây ln ln được
thụ phấn của cây khác nhờ gió và cơn 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.

(A)

(B

Hình 1.6 Cây khoai mì ngọt (A) và Cây khoai mì đắng (B)
1.2.1.2 Củ khoai mì
13


Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, nhỏ dần ở hai đầu (cuống và đi).
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 trị bảo vệ củ
khỏi tác động bên ngoài. Vỏ gỗ mỏng, chiếm khoảng 0.5 – 5% trọng lượng củ, do vỏ
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. Ngồi các tế bào nhu mơ cịn có các tế bào thành cứng
khơng 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 chi. Thành phần lõi hầu như tồn bộ là cellulose và hemicellulose.
Lõi chiếm khoảng 0.3 – 1% trọng lượng củ.

14

Hình 1.7 Cấu tạo củ khoai mì

1.2.1.3 Thành phần hóa hoc
Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là
tinh bột. Ngồi ra, trong khoai mì cịn có các chất: đạm, muối khống, 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 Đồn Dự và các

Theo Recent Process in

(%)
Nước
Tinh bột
Chất đạm
Tro
Protein
Chất béo

cộng sự, 1983
70.25
21.45

1.12
0.4
1.11
5.13

research and extension, 1998
63 – 70
18 – 30
1.25
0.85
1.2
0.08

15


Bảng 1.8 Thành phần hóa học trong vỏ củ khoai mì và bả mì
Thành phần
Độ ẩm
Tinh bột
Sợi thơ
Protein thơ
Độ Tro
Đường tự do

Vỏ củ mì (mg/100g)
10.8 – 11.4
28 – 38
8.2 – 11.2
0.85 – 1.12

1 – 1.45
1 – 1.4

Bả phơi khô (mg/100g)
12.5 – 13
51.8 – 63
12.8 – 14.5
1.5 – 2.0
0.58 – 0.65
0.37 – 0.43

Bảng 1.9 Thành phần hóa học trong củ khoai mì tươi
Thành phần
Chất khơ
Tinh bột
Protein
Chất béo
Chất xơ
Tro
Canxi
Phospho
Vitamin B1

Củ mì tươi (mg/100g)
38 – 40%
16 – 32%
0.8 – 2.5
0.2 – 0.3
1.1 – 1.7
0.6 – 0.9

18.8 – 22.5
22.5 – 25.4
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 hịa 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 cơng 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 q trình oxy hóa polyphenol thành orthoquinol sau đó
trùng hợp với các chất khơng có gốc phenol (các acid amin) tạo thành chất có màu.
Chất có màu này gây khó khăn cho việc chế biến và nếu q trình cơng nghệ khơng
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
16


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
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 q trình chế biến, hịa tan tốt
trong nước, kém tan trong rượu, rất ít hịa tan trong chloroform và hầu như khơng tan

trong ether. Vì hịa tan tốt trong nước nên khi chế biến, độc tố theo nước dịch ra
ngồi, 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 khơng 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
+ H2 O
glucose
Acetone cyanohydric

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

Hình 1.8 Phản ứng phân hủy CN- từ Linamarin
1.2.1.4 Thời vụ thu hoạch

17

Aceton
e

Thơng thường, nơng 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.
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, cịn trồng muộn khoai non gặp
khơ 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 khơ,
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 sơng 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 khơng 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 thơng hơi, nếu nhiệt độ củ khoai mì lớn hơn nhiệt độ
ngồi 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 hồn tồn kín và khơ 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 khơng bị
18


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 khơ phủ kín đống khoai mì, lớp cát dày ít nhất 20cm.
Ngồi ra có thể bảo quản bằng cách nhúng vào nước vơi. Khoai mì sau khi thu
hoạch chọn những củ còn nguyên vẹn đem nhúng vào nước vơi 0.5% hoặc dùng bình
chứa nước vơi phun đều vào đống củ sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống khoai
mì. Phương pháp này có thể bảo quản 15 – 25 ngày.
Một số nhà nghiên cứu đã tìm ra là khoai mì có thể được bảo quản trong thời
gian khá dài nếu chúng được giữ ở điều kiện lạnh đơng. Tuy nhiên, cách bảo quản
này ít được sử dụng vì chí phí q tốn kém và người ta cho rằng phương pháp bảo
quản chi phí cao như vậy khơng phù hợp với mặt hàng có chi phí thấp như khoai mì.
1.2.1.6 Lợi ích của tinh bột mì
Trước hết, khoai mì có khả năng thay thế trực tiếp một phần khẩu phần gạo
của nhân dân ta. Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương
đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế khác như
khoai mì lát, miếng khoai mì,…
Với nhu cầu của khoa học cơng nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong
các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay men
thực vật để chuyển hố tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay glucose. Rượu
và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm ngun liệu chính. Khoai mì cịn là nguồn
thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc.

19

CỦ MÌ TƯƠI

THỰC
PHẨM

NGƯỜI

BỘT CƠNG
NGHIỆP

NGÀNH
CƠNG
NGHIỆP

SÚC VẬT

Thực phẩm
trực tiếp

BỘT CƠNG
NGHIỆP

Cắt lát

Giấy

Viên nén

Keo, Hồ

Bột bán

Dệt sợi

Bột

Gỗ , ván ép

Cao su

Giấy
Hình 1.9 Các cơng dụng của tinh bột mì
1.2.2 Một sớ quy trình sản xuất tinh bột mì

20

RƯỢU CỒN


1.2.2.1 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung
Khoai mì

Khoai lang

Khoai tây

Ngâm

Cắt khúc

Rửa nguyên liệu

Nghiền

Tách rửa tinh bột

Nước dịch
vào bể
lắng

Tách dịch
bào

Nghiền lần 2

Tinh chế sữa
tinh bột

Tách
bã nhỏ

Bã
nhỏ

Tách bã
Rữa tinh bột
Bã lớn

Dịch
để pha

lỗng
cháo

Tinh bột
sạch
Hình 1.10 Quy trình sản xuất tinh bột mì nói chung
Đầu tiên, củ được ngâm để hịa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và rửa sơ bộ các
tạp chất như đá, cát, đất và một phần vỏ. Sau đó tiến hành nghiền để phá vỡ tế bào,
giải phóng tinh bột. Tách rửa tinh bột bằng rây để loại bỏ các phần tử lớn và dịch bào

21


nhằm đảm bảo chất lượng tinh bột. Tách bã lớn, chủ yếu là cellulose và rửa tách tinh
bột lẫn với bã. Tách dịch bào khỏi sữa tinh bột bằng ly tâm. Tinh chế sữa tinh bột và
tách bã nhỏ. Rửa tinh bột để tách các tạp chất hoà tan và khơng hồ tan lần cuối bằng
xiclon nước, bằng bể rửa, máng rửa hay bằng máy ly tâm.
Trong sản xuất tinh bột từ củ, khi dịch bào vỏ thoát khỏi tế bào, tiếp xúc với
oxy của khơng khí, thường nhanh chóng bị oxy hố tạo thành những chất màu có tên
gọi là Melanin. Mặt khác, tinh bột rất dễ dàng hấp thụ màu của dịch bào, trở nên
Nước cấp
Khoai mì tươi
khơng trắng và rất khó tẩy rửa hồn tồn chất màu khỏi tinh bột bằng nước. Để đảm
Nước thải
bảo tinh bột có màu trắng tự nhiên thì q trình cơng nghệ phải ngắn và tách dịch
Nước
cấpsớm càng tốt.
bào
càng

Rửa sơ bộ, tách tạp chất

1.2.2.2 Quy trình sản xuất tinh bột của Thái Lan

Cơng trình
xử lý sơ bộ

Quy trình được minh họa trong hình 1.11.
Bóc vỏ gỗ, rửa sạch
Nước
 cấp
Thuyết minh quy trình

Quy trình cơng nghệ sản xuất theo hệ thống đồng bộ khắp kín, kỹ thuật tiên
Bămhiện
nhỏtrích ly và hydrate hóa sữa bột nhiều lần
tiến mang tính tự động hóa cao, thực
lập đi lập lại, làm tăng chất lượng tinh bột và tăng tỉ lệ thu hồi sản phẩm. Thời gian
từ khi nguyên liệu nhập vào dây Mài,
chuyền
máy móc đến khi sản phẩm ra khoảng 1 giờ.
nghiền
Phơi, máy
Thao tác sử dụng và vận hành máy móc, thiết bị đơn giản, dễ thực
nénhiện.
Mì tươi trước khi đưa vào sản xuất được kiểm tra hàm lượng tinh bột và các
chỉNước
tiêu cấp
kỹ thuật khác rồi đưaTrích
vào ly,

phễu
nạpsuất
liệu, tại đây những
củ mì thối hoặc có
chiếc
Bã mì
kích thước quá lớn sẽ được cắt nhỏ cho thích hợp sản xuất. Bên dưới phễu nạp liệu là
băng tải cao su đưa mì đến thiết bị bóc vỏ gỗ để tách bỏ đấtNước
cát và một phần vỏ gỗ
Lọc
thải
bên ngoài rồi đưa vào thiết bị rửa củ. Nhờ hệ thống cánh khuấy
và tốc độ dòng nước
rửa mà đất cát, vỏ gỗ được tách ra khỏi củ dễ dàng. Sau đó củ mì đã được rửa sạch
Trạm
hóaVới tốc độ 1400 vịng/phút
được đưa vào thiết bị băm nhỏ Dehydrate
nhờ băng tải.
vàxử
táclýđộng
nước thải
của lưỡi dao chặt, mì được băm nhỏ trước khi đưa vào máy nghiền mài.
Sấy khơ

Sàng, lọc

Đóng bao, vơ kho
22
Thành phẩm

Khói
thải

Hệ thống xử
lý khói
Xả ra
nguồn tiếp
nhận


Hình 1.11 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột của Thái Lan
Khoai mì được nghiền nát thành hỗn hợp lỏng và được bơm lên thùng chứa,
vào hệ thống chiết xuất, vào thiết bị lắng lọc để lấy dịch sữa bột và tách bã riêng. Bã
được đưa đi ép nén nhờ băng tải và thiết bị ép bã nhằm tách bớt lượng nước trong bã,
sau đó mang đi phơi khô, sấy sử dụng làm thức ăn gia súc, hoặc phục vụ cho các nhu
cầu khác. Dịch sữa bột được đưa qua hệ thống cyclone cát để tách cát trước khi đưa

23


vào thiết bị phân ly. Dưới tốc độ cao 4500 vòng/phút, dịch tinh bột sẽ phân tách
thành lớp nước dịch và tinh bột. Nước dịch sẽ được tách ra và nồng độ tinh bột được
tăng cao, trước khi ra khỏi thiết bị phân ly cuối. Sữa bột sẽ tách nước nhờ máy ly
tâm. Tại đây nước sẽ được tách ra và bột được giữ lại, sau đó chuyển qua hệ thống
sấy khơ trước khi qua ray lọc và đóng bao. Cơng đoạn sấy được sử dụng hệ thống
sấy khí động, đảm bảo yêu cầu sấy khô bột nhưng không để bột bị hồ vón cục.
Khi nhiệt độ đạt mức cho phép, tinh bột được thổi vào cyclone để lắng và làm
nguội. Sau đó tinh bột được chuyển qua ray lọc và đóng bao.
Bên cạnh những lợi ích của việc chế biến tinh bột từ khoai mì đem lại, thì
ngành cơng nghiệp chế biến khoai mì đã gây ra nhiều mặt tiêu cực cho môi trường,

gây ô nhiễm môi trường nước, làm mất cân bằng môi trường sống của một số loài
thủy sinh, gây ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống của con người.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN
HỦY TINH BỘT
2.1 Hệ enzyme phân hủy tinh bột
Để phân hủy tinh bột cần hệ enzyme amylase. Các enzyme này thuộc nhóm
enzyme thủy phân, xúc tác phân giải liên kết nội phân tử trong nhóm polysaccharide
với sự tham gia của nước:
24


RH + R’OH → R.R’ + H-OH
Có 6 loại enzyme được xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (enzyme nội bào) và
Exoamylase (enzyme ngoại bào).
Amylase

Exoamylase

β-amylase

Endoamylase

Amyloglycosidase

Enzyme khử
nhánh

Pullulanase

α-amylase

Transglucoylase và
amylo-1,6glucosidase

Hình 2.1 Sơ đồ phân loại enzyme amylase
2.1.1 Endoamylase
Endoamylase bao gồm: α-amylase và nhóm enzyme khử nhánh. Các enzyme
này thủy phân các liên kết bên trong của chuỗi polysaccharide.
2.1.1.1 α-amylase (α-1,4-glucan-glucanhydrolase)
α-amylase từ các nguồn khác nhau có thành phần amino acid khác nhau, mỗi
loại α-amylase có một tổ hợp amino acid đặc hiệu riêng. α-amylase là một protein
giàu tyrosine, tryptophan, acid glutamic và aspartic. Các glutamic acid và aspartic
acid chiếm khoảng ¼ tổng lượng amino acid cấu thành nên phân tử enzyme.

25