Chương 1: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TINH BỘT SẮN VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN 1.1 Nguồn gốc của tinh bột sắn Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lấy củ được du nhập vào nước ta từ đầu thế kỷ 19 theo [15]. Sắn là cây lương thực chính của cư dân nhiều vùng, nhất là các vùng đồi núi. Quan niệm đối với sản xuất sắn đã có nhiều thay đổi, vì lợi ích mà nó mang lại với tương lai đầy hứa hẹn trong công nghiệp sản xuất tinh bột, thức ăn gia súc, chế biến tạo ra các sản phẩm như: cồn, đường, bột ngọt, tinh bột. Năm 2013, diện tích trồng sắn toàn quốc đạt 551,30 ngàn ha, năng suất củ tươi bình quân 18,55 tấn/ ha, sản lượng 10,2 triệu tấn (Tổng cục Thống kê Việt Nam, 2013) [16].
So với năm 2000, sản lượng sắn Việt Nam đã tăng hơn 3,93 lần, năng suất sắn đã tăng lên gấp hai lần. Tuy nhiên năng suất sắn của Việt Nam còn thấp hơn so với một nước Đông Nam Á như Lào (25,17 tấn/ ha), Indonesia (22,86 tấn/ ha), Thái Lan (21,82 tấn/ ha). Hiện nay, sắn được trồng tại trên dưới 100 quốc gia trên toàn thế giới với các quy mô canh tác rất khác nhau. Sản lượng sắn toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đây duy trì tương đối ổn định ở mức sản lượng 250 triệu tấn.
Sản xuất sắn bùng nổ tại các quốc gia Đông Nam Á cùng với nhu cầu lương thực ngày càng tăng của Châu Phi. Nigiêria là quốc gia sản xuất sắn hàng đầu thế giới với sản lượng (2012) đạt 57,56 triệu tấn sắn củ tươi. Cũng theo FAO, xuất khẩu sắn trên thị trường thế giới năm 2012 tăng khoảng 30%; do nhu cầu sắn làm nhiên liệu sinh học của Trung Quốc tăng cao. Thái Lan là nước xuất khẩu sắn hàng đầu thế giới với 11,65 triệu tấn.
Việt Nam là nước xuất khẩu sắn đứng thứ hai với 2,4 triệu tấn. Tổng sản lượng xuất khẩu năm 2012 của Thái Lan và Việt Nam chiếm 85% thị phần sắn xuất khẩu của toàn thế giới. Ở cây sắn rễ ngang cây sắn phát triển thành củ và tích lũy tinh bột. Thành phần vật chất có ý nghĩa của cây sắn là tinh bột được tách ra khỏi khối liên kêt với xơ và thịt của củ sắn.
SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành hình 1.1 hình minh họa về củ sắn Bảng1: thành phần cấu tạo của củ sắn tính theo vật chất khô [17] Thành phần Giá trị 1. Độ ẩm trung bình (63-70)% 2. Prôtein nhỏ nhất 1.
Lipít lớn nhất 0.Tro toàn phần không lớn hơn 0. Sợi xơ (cenlyloza) không lớn hơn 4% 7. Kali không lớn hơn 0,26 mg/Kg 8. Photpho 0,04 mg/Kg 9.
Hydrocyamic 137 mg/Kg SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành 1.2 Cấu tạo của tinh bột Tinh bột phần lớn có trong thịt củ (95-95)% dưới dạng liên kết vật lý bền chắc với xơ dưới dạng các mạch xoắn theo biên dạng hình học của xơ thịt củ. Khoảng (4-5)% tinh bột nằm ở phần vỏ lụa của củ Cấu trúc trúc hóa học của tinh bột sắn thuộc lớp đường tổng hợp : (C6H10O5)n Tinh bột thuần khiết có kích thước từ 5÷80μm không hòa tan vào nước khi chưa làm thay đổi tính chât hóa lý của nó. Nhiệt hồ hóa của nó khoảng từ 55÷ 60°C [14].
Đây là một tính chất quan trọng cần phải chú ý trong quá trinh sấy. Tinh bột sắn có vai trò rất quan trọng: được sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi, bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucozơ đường glucozơ tinh thể, mạch nha giàu malto, bánh kẹo, mì ăn liền, miến… 1. Liên kết ẩm trong tinh bột sắn Tinh bột có chứa liên kết ẩm hấp phụ và liên kết hóa học chiếm (10%) việc tách ẩm này dẫn đến sự biến đổi phức tạp của sản phẩm. Đối với quá trình chế biến tinh bột thì ẩm cần tách chủ yếu là ẩm bề mặt.
Chủ yếu là ẩm dính ướt vào bề mặt vật, đặc điểm của liên kết này dễ tách. Bảng 2: chỉ tiêu chất lượng của tinh bột sắn Chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn việt nam TCVN 10546:2014 1.Hàm lượng Hydrocacbon(%) ≥84 2.Hàm lượng trong tổng số (%) ≤0,2 5.Hàm lương protein cao nhất ≤0,5 6.Hàm lượng xenluloza(%) ≤0,2 7. Hàm lượng lipits(%) ≤0,2 8. Độ pH 57 SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS.
Nguyễn Đặng Bình Thành 9. Hàm lượng Ca (PPm) ≤40 10.Hàm lượng Fe (%) <1,5 13.Hàm lượng sulfure(PPm) <130 SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành 1.4 Quy trình sản xuất tinh bột sắn Hình 1.2 sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn [14] SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành 1.
Bóc vỏ nguyên liệu từ kho chứa được xe xúc đưa vào phễu phân phối. từ đây sắn được chuyển lên thiết bị tách vỏ nhờ vào băng tải cao su. Cấu tạo của thiết bị tách vỏ gồm những thanh sắt song song với nhau thành rọ tròn rỗng có chứa các khe hở để bụi đất, tạp chất và vỏ gỗ rơi ra ngoài. Bên trong thiết bị có lắp các gờ theo hình xoắn tròn với 1 động cơ dưới sự điều khiển của công nhân để điều chỉnh lượng sắn thích hợp vào thiết bị rửa.
Khi động cơ quay thiết bị quay theo do đó nhờ lực ma sát giữa sắn với thành thiết bị và giữa các củ với nhau má vỏ gỗ, đất đá rơi ra ngoài, còn sắn tiếp tục đi qua thiết bị rửa.3 hệ thống máy bóc và làm sạch vỏ 2. Rửa Cấu tạo của thiết bị rửa gồm 2 thùng chứa hình máng, bên trong có các cánh khuấy có tác dụng đánh khuấy và vận chuyển sắn đến băng tải. Phía trên thiết bị có lắp đặt hệ thống vòi phun nước để rửa nguyên liệu, phía dưới có các lỗ để đất đá, vỏ và nước thoát ra ngoài. SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS.
Nguyễn Đặng Bình Thành Hình 1. Trục khuấy Nguyên liệu sau khi xả xuống thùng, tại đây củ mì được đảo trộn nhờ các cánh khuấy gắn trên 2 trục quay nối với động cơ. Nhờ lực va đập của cánh khuấy và nguyên liệu với nhau, phía trên có các vòi phun nước rửa xuống, nhờ đó củ sắn dc rửa sạch. Rửa xong củ sắn được cánh khuấy đẩy đến băng tải cao su để vận chuyển đến thiết bị băm mài.1 Băm: sau khi sắn được rửa xong sẽ được băng tải chuyển đến máy băm.
Qúa trình chặt khúc nguyên liệu được tiến hành trong máy chặt khúc. Bộ phận chính của máy là các dao gắn chặt vào trục quay nhờ động cơ, đáy thiết bị được gắn các tấm thép đặt song song với nhau tạo nên những khe hở có kích thước đúng bằng bề dày của lát cắt và đảm bảo không cho nguyên liệu rơi xuống dưới trước khi được chặt thành các khúc nhỏ. Nguyên liệu sau khi được chặt thành nhiều khúc nhỏ sẽ lọt qua các khe hở ở đáy thiết bị và rơi vào máy mài.2 Mài: Quá trình mài xát được thực hiện trong máy mài. Cấu tạo của máy mài gồm 1 khối kim loại hình trụ tròn, mặt ngoài của hình trụ láp các răng cưa nhỏ,phía ngoài trục có bao lớp vỏ thép cứng chịu lực khi máy hoạt động.
do bề mặt tang quay của máy SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành mài có dạng răng cưa và bản thân máy mài cũng có dạng răng cưa, do vậy tạo ra các lực nghiền mài xát làm nhỏ nguyên liệu. Nguyên liệu sau khi qua máy mài rồi rơi vào hầm chứa chờ bơm qua bộ phận tách xác. Khe lắp dao 2.
Hộp che giây đai 8. Tách xác thô: Dịch sữa tinh bột thu được từ máy mài sẽ được bơm qua thiết bị tách xác thô. Tại đây sơ bã và các phân tử lớn sẽ bị giữ lại trên lưới lọc để đưa sang máng rồi hòa với nước sạch đem đi lọc rồi chiết lần cuối nhằm thu hồi triệt để lượng tinh bột còn lại trong bã. Còn dịch sữa tinh bột lọt qua lưới lọc chảy vào thùng chứa chờ bơm đi tách dịch bào lần 1.
Dịch sữa bột trong giai đoạn này người ta hiệu chỉnh nồng độ chất khô trong khoảng 3 -5 Be. tách dịch bào lần 1: Quá trình phân ly tách dịch bào được thực hiện trong máy ly tâm. Nguyên tắc làm việc của máy là nhờ vào sự chênh lệch về tỉ trọng giữa dịch bào và tinh bột mà người ta dung lực li tâm để tách dịch bào ra khỏi dịch sữa tinh bột. Dịch sữa tinh bột từ thùng chứa được bơm qua 2 decanter, lưu lượng điều tiết cho vào 2 thiết bị này khoảng 20 – 25 m3/h.
Khi dịch sữa tinh bột vào bên trong thiết bị với tốc độ ly SVTH: Trần Văn Tướng MSSV: 20154295 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.dong Tính toán & thiết kế hệ thống sấy khí động GVHD:TS. Nguyễn Đặng Bình Thành tâm lớn, tinh bột bị văng ra xung quanh thành bên trong của thiết bị và được vít tải chạy ngược với thiết bị cào tinh bột ra ngoài. Trong quá trình này người ta vẫn cho nước vào để khống chế 5 -15 Be. Tách xác tinh lần 2: Dịch sữa tinh bột sau khi tách dịch bào lần 1 được bơm qua thiết bị tách xác tinh.
Phần xác không lọt qua lưới ở đây cũng được đi chiết và lọc lần cuối cùng với bã thô nhằm thu hồi triệt để lượng tinh bột trong bã. Còn dịch sữa tinh bột lọt qua vải lọc để đưa đi tách dịch bào lần 2. Trong quá trình này người ta vẫn cho nước vào lien tục để hiệu chỉnh nồng độ từ 4 – 10 Be. Tách dịch bào lần 2: Từ thùng chứa sau khi tách bã dịch sữa bột được bơm qua 2 máy phân ly 1 và 2 để tách dịch bào lần 2.
Trước khi vào máy, dịch sữa bột đi qua 2 cyclone để tách cặn bã và bụi đất với tốc độ quay của máy là 4500 vòng/phút, tinh bột sẽ đi xuống phía dưới và nước thải đi phía trên ra ngoài. Trong công đoạn này ta tiếp tục cho nước vào để điều chỉnh nồng độ 8 – 14 Be, pH= 6,0-6,5, lưu lượng nước vào 5m3/h 8.