Công nghệ sản xuất tinh bột sắn

Sắn (hay còn gọi là khoai mì) là cây lương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sông Amazôn (Nam Mỹ). Đến thế kỷ 15 nó được trồng Châu Á và Châu Phi. Ở nước ta sắn được trồng từ Nam đến Bắc cùng với việc trồng từ lâu, nhân dân ta đã chế biến thành cây lương thực cho người gia súc (sắn lát) hoặc chế biến món ăn dân dã thường ngày như là làm bánh nấu chè …
Nhiều ngành công nghiệp và chế biến thực phẩm có sử dụng tinh bột khoai mì cũng rất phát triển dẫn đến nhu cầu tinh bột tăng nhanh chóng. 
Đồng thời nhu cầu trong nước gia tăng thì nhu cầu của thế giới cũng gia tăng. Và với nhu cầu đó thì yêu cầu chất lượng trong khi nguồn cung cấp tinh bột cung cấp trong nước chủ yếu là do các cơ sở thủ công đảm trách. Ngoài ra diện tích trồng khoai mì, sản lượng khoai mì vànăng suất mì của nước ta cũng phát triển những năm gần đây. 
Đó là những lý do cho việc thiết kế nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì nhằm đáp ứng nhu cầu nói trên. 

CHƯƠNG I:   TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.  NGUỒN GỐC
Sắn (hay còn gọi là khoai mì) có tên khoa học là Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, nó phát nguồn từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI mới được trồng ở châu Á và Phi. Ở nước ta, khoai mì được trồng ở khắp nơi từ nam chí bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát dục  của khoai mì  kéo dài, khoai mì giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh  trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình … là điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả.
Khoai mì Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích tấc, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất khoai mì đắng hay ngọt ( quyết định bởi hàm lượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại: khoai mì đắng và khoai mì ngọt.

2. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC    

2.1  Thân 
Thuộc loại cây gỗ cao từ  2 đến 3m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất yếu.     
2.2 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.
2.3  Hoa 
Là hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa. Hoa cái không nhiều, mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được thụ phấn của cây khác nhờ gió và côn trùng. 
2.4 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.
2.5  Rễ
Mọc từ mắt và mô sẹo cuả hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ.
2.6 Củ 
Khoai mì hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25-200 cm, trung bình khoảng 40-50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2-25 cm, trung bình 5-7 cm. Nhìn chung, kích thước cũng như trọng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất.

3. THỜI VỤ THU HOẠCH
Thông thường, nông 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, còn trồng muộn khoai non gặp khô 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 khô, 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 sông Cửu Long, khoai mì thường trồng ngay từ đầu năm để kịp thu hoạch trước mùa lũ.

4. CẤU TẠO HÓA HỌC
Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì  là tinh bột . Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, 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 hợp thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu đường bột của cơ thể.

4.1  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 mircomet

4.2  Đường
Đường trong khoai mì chủ yếu là glucoza và một ít maltoza, saccaroza. Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch.

4.3  Prôtein  
Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ. Tỉ lệ khoảng:1-1,2%.

4.4  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.

4.5  Độc tố trong củ mì
Ngoài những chất dinh dưỡng trên, trong khoai mì còn có độc tố. Chất độc có trong cây khoai mì ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ. Đó chính là HCN. Trong củ khoai mì, HCN  tồn tại dưới dạng  phazeolunatin  gồm hai glucozit Linamarin và Lotaustralin. 

4.6  Hệ enzim
Trong khoai mì, các chất polyphenol và hệ enzim polyphenoloxydaza có ảnh nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến. Khi chưa đào hoạt độ chất men trong khoai mì yếu và ổn định nhưng sau khi đào thì chất men hoạt động mạnh. Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất phênol như  axitamin để hình thành sản phẩm có màu. Trong nhóm polyphenoloxydaza có những enzim oxy hoá các monophenol mà điển hình là tirozinnaza xúc tác sự oxy hoá acid amin tirozin tạo nên quinon tương ứng. Sau một số chuyển hoá các quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen  gọi là melanin. Đây làmột trong những nguyên nhân làm cho thịt khoai mì có màu đen mà thường gọi là khoai mì chạy nhựa.Vì enzim tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi.      
Khi khoai mì đã chạy nhựa thì lúc  mài xát khó mà phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất lấy tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng.
Ngoài tirozinaza các enzim oxy hoá khử cũng hoạt động mạnh làm tổn thất chất khô của củ.
Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy. Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen. Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để.
Trong bảo quản khoai mì tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên đặc biệt đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát. Ngoài ra nếu củ bị chảy nhựa nghiêm trọng cũng sẽ dẫn tới hiện tượng thối khô.
Đisâu phân tíchvề phương diện tổ hợp thành các chất dinh dưỡng chủ yếu là đạm và tinh bột (vì đó là hai thành phần quan trọng của củ khoai mì có giá trị kinh tế nhất).
Tỷ lệ tinh bột và đạm phân bố không đều trong nhưng bộ phận khác nhau của củ khoai mì. Quy luật chung: hàm lượng tinh bột tập trungnhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại ít đi, nhưng lượng đạm lại tăng lên một phần so với những lớp bên ngoài.

5. GIÁ TRỊ SỬ DỤNG 
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 công 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 hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay gluco. Rượu và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính.
Khoai mì còn là nguồn thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc .

6. GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG
Khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây, khoai môn, khoai lang…do hàm lượng protein thấp nhưng nó chứa nhiều cacbonhydrat là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Nó còn là một nguồn tốt để cung cấp Kali và chất xơ.
Khoai mì giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu.
Chất xơ giúp ngừa táo bón, có khuynh hướng thấp hơn hàm lượng Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch.
Vì củ mì chứa ít protein và chất béo nên khi dùng khoai mì trong khẩu phần ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipit để khẩu phần được cân đối.

7. LỰA CHỌN VÀ BẢO QUẢN NGUYÊN LIỆU

7.1  Lựa chọn 
Dựa trên hai phương pháp:
   Phương pháp cảm quan: xác định củ tốt củ xấu và xác định tương đối hàm lượng tinh bột. 
Củ khoai mì nhiều bột ít xơ, vỏ củ và vỏ bao mỏng, cuống ngắn củ bụ là tốt. Loại củ cuốn dài khi chế biến năng suất bột kém vì cuống thực chất gồm phần lớn là xơ gỗ. 
Chọn củ trung bình rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ dùng một lực vừa phải bẻ gãy củ và thấy thịt sắn chắc và khô, trắng đục thì như vậy có thể coi là thu hoạch sắn đúng tuổi, hàm lượng tinh bột cao nhất.
Nếu bẻ gãy củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt sắn có màu vàng nhạt, tuy chắc thịt nhưng phần giữa củ ướt thì đó là sắn non ít bột.
   Phương pháp thực nghiệm: 
Dùng loại cân thực nghiệm do Thái Lan thiết kế và sản xuất xác định
Nguyên tắc hoạt động dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng giữa bột và nước.Qua nhiều lần khảo sát các số liệu người ta thiết kế cân xác định được hàm lượng tương ứng của 5 kg củ.
Củ được chặt khúc từ 3 - 5 cm.
Cân hoạt động như sau: củ được chặt khúc cho vào giõ cân(1) cân xác định khối lượng 5kg (lúc này quả cân hàm lượng đặt tại điểm không) 
Sau khi cân đúng 5kg củ, đổi xuống giỏ (2) được nhúng chìm trong nước

1.   Giỏ đựng củ 1,2
2.   Hồ nước 
3.   Ống chảy tràn của hồ
4.   Thanh trượt quả cân có khắc hàm lượng
5.   Thanh trượt quả cân có khắc khối lượng
6.   Quả cân hàm lượng
7.   Qủa can khối lượng
8.   Khóa cân
Dịch chuyển quả cân hàm lượng sẽ xác định được hàm lượng củ (lúc này quả cân khối lượng phải đặt ở vị trí không). Khi cân xác định hàm lượng phải chú ý các điểm sau để để đảm bảo tính chính xác của cân: 
Củ phải chặt bỏ đầu, cuống (chủ yếu là Xenluloze) và mặt cắt củ phải ngay không được xéo, đồng thời kích thước phải theo đúng quy định để đảm bảo độ chính xác của cân. 
Nước trong hồ phải sạch, củ phải được rửa sạch trước khi đem chặt khúc để cân. 
Mực nước trong hồ phải luôn luôn ở mức chảy tràn. 
Từ  các kết quả trên sẽ cho ta kết quả về lô sắn cần chế biến ngay hay không. 
Về vấn đề bảo quản, do tinh chất củ không nên để 48 giờ sau thu hoạch nên ta chọn chế độ thu mua để có thể chế biến trong 24 giờ để trách trường hợp hư củ (do đó vấn đề bảo quản có thể không chú trọng). 
Ở Tây Ninh hàm lượng tinh bột cao nhất là 30% (người dân địa phương gọi là 30 điểm) .

7.2  Bảo quản nguyên liệu 
Khoai mì là loại củ khó bảo quản vì dễ bị biến chất dễ hư hỏng .Khoai mì có hàm lượng nước cao rất dễ bị các loại men phân li các hợp chất hữu cơ thông thường người ta gọi là chạy nhựa làm cho củ khoai mì biến thành xơ và bán xơ có khi cứng như gỗ.
Thực tế khoai mì sau khi thu hoạch về thường không chế biến kịp nên phải bảo quản khoai mì tươi trong một khoảng thời gian nhất định.
Khi bảo quản, nếu tạo điều kiện càng giống khi chưa đào thì càng bảo quản được lâu .Có những cách như sau :
   Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là để tránh sự hoạt động của các enzym trong củ mì có nghĩa là tránh hiện tượng hư hỏng. Hầm phải hoàn toàn kín và khô ráo, phải có mái che để tránh nước chảy vào. Hầm sâu 0.81.2 m. 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 doing đều không bị dập, vỏ không bị xây xát, xếp thành luống cao 0.50.6 m, rộng 1.21.5 m, chiều dài khoảng 4 m.Sau khi sắp xếp xong , dùng cát khô phủ kín đống khoai mì, lớp cát dày ít nhất 20 cm.
Ngoài ra có thể bảo quản bằng cách nhúng vào nước vôi .Khoai mì sau khi thu hoạch chọn những củ còn nguyên vẹn đem nhúng vào nước vôi 0.5 % hoặc dùng bình chứa nước vôi 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 đông .Tuy nhiên, cách bảo quản này ít đượ c sử dụng vì chí phí quá tốn kém và người ta cho rằng rằng phương pháp bảo quản chi phí cao như vậy không phù hợp với mặt hàng có chi phí thấp như khoai mì.
 Ta chỉ nên bảo quản những củ nguyên vẹn vì những củ gãy xây xát thường 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.
Khi bảo quản cần lưu ý tới nhiệt độ.Nhiệt độ được xác định bằng cách: cắm ống đo vào ống thông hơi, nếu nhiệt độ củ khoai mìì lớn hơn nhiệt độ ngoài trời 500C thì đảo khoai mì. Nếu thấy củ thối hỏng, chạy nhựa, biến màu (trắng sang vàng hoặc đen) thì bỏ.
Những cách bảo quản trên được sử dụng trước đây khi khoai mì chỉ được trồng theo mùa. Những năm gần đây ở tỉnh Tây Ninh người ta trồng khoai mì quanh năm, những nhà máy thu hoạch khoai mì từ những đồn điền của nhà máy hoặc thu mua ở những đồn điền xung quanh và đưa vào sản xuất ngay không cần phải bảo quản.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: