Sản xuất bột sắn có chất luợng cao

SẢN XUẤT BỘT SẮN CÓ CHẤT LUỢNG CAO 
PRODUCTION OF THE HIGH QUALITY 
LÊ VĂN HOÀNG 
Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 
TÓM TẮT 
Nghiên cứu sản xuất bột sắn từ sắn lát khô để thu nhận bột có chất lượng cao đến nay chưa 
được nghiên cứu cả trong và ngoài nước. Để nghiên cứu chúng tôi sử dụng quy hoạch thực 
nghiệm gồm các bước sau: 
- Chọn 5 yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng xelluloza trong bột. 
- Tối ưu hóa các yếu tố đã được chọn. 
- Thảo ra phương pháp nghiền bột. 
Đã thiết lập được các điều kiện nghiền bột sắn dựa trên cơ sở sử dụng quy họach thực 
nghiệm bằng mô hình toán học để nghiên cứu sản xuất bột sắn có hàm lượng xelluloza tối 
thiểu, hàm lượng bột tối đa và chất lượng bột được nâng cao. 
ABSTRACT 
The high quality farina produced from dried slice of manioc have not been yet studied over the 
world sofar. In order to study above issue, we used the experimental plan with following steps: 
- Choosing five factors that influence to the cellulose content in the farina. 
- Optimizing these factors. 
- Setting up a method of grind. 
Based on the results of experimental plan by using mathematical model,we have established 
the conditions of grind to produce the farina with minimum cellulose content, maxima farina 
content and quality increased. 
1. Mở đầu 
 Bột sắn thu được từ sắn lát khô chỉ được sử dụng cho thức ăn gia súc bởi chất lượng 
của nó không đủ tiêu chuẩn thực phẩm quy định. Để nâng cao chất lượng bột chúng tôi dùng 
phương pháp ép- nghiền lát sắn với những thông số tối ưu. Kết quả bột thu được có hiệu suất 
cao, hàm lượng xelluloza tối thiểu và chất lượng bột được nâng cao. 
2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 
 2.1. Nguyên liệu 
 Sắn tươi được thu hoạch ở huyện Hòa Vang, Đà Nẵng. 
 2.2. Phương pháp nghiên cứu 
 2.2.1. Phương pháp hóa học 
 Xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp Bertrand, protein bằng phương pháp 
Kendan, lipit bằng phương pháp Sốc xơ let, đường sacaroza, độ tro và độ ẩm bằng các 
phương pháp chuẩn. 
 2.2.2. Phương pháp toán học 
 Sử dụng thực nghiệm nhiều yếu tố để tìm các điều kiện tối ưu cho các quy trình công 
nghệ (Кафаров1971, 1983). 
 2.3. Thiết bị thí nghiệm 
 Sử dụng máy nghiền AEME có các trục phẳng, trục khía để gia công sắn lát khô thành 
bột. 
3. Kết quả và thảo luận 
 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới chất lượng và hiệu suất 
bột khi gia công sắn lát 
 Nghiên cứu sơ bộ quá trình tách xelluloza từ sắn đã chứng minh rằng hàm lượng 
xelluloza và hiệu suất bột phụ thuộc vào độ ẩm của lát sắn cho vào ép và nghiền, phụ thuộc 
vào bề dày và góc cắt của lát sắn (xem hình 1) 
 Chú thích: 
Đường 
cong 
Đặc tính của mẫu sắn lát để 
nghiền 
Độ 
ẩm 
sắn 
lát để 
ép 
W1, % 
Độ ẩm 
sắn lát 
để 
nghiền 
W2, % 
Bề 
dày 
lát 
cắt,δ 
mm 
Góc 
cắt 
lát 
α, 
độ 
 14 4 90 
 14 4 90 
× × 14 14 90 
 14 14 3 
 Kết quả phân tích khi nghiền sắn lát trong máy nghiền búa cho thấy hàm lượng 
xelluloza trong bột từ 4÷4,25%. Cho nên việc ứng dụng máy nghiền búa để sản xuất bột sắn là 
hoàn toàn không phù hợp cho mục đích thực phẩm. 
 3.1.1. Nghiên cứu sản xuất bột sắn có chất lượng cao 
 Quy hoạch thực nghiệm gồm các bước sau: Chọn 5 yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng 
xelluloza trong bột. Tối ưu hóa các yếu tố đã được chọn. Thảo ra phương pháp nghiền bột. 
 Kết quả nghiên cứu sự biến đổi hàm lượng xelluloza trong tất cả các phương án, 
chúng tôi thiết lập được 5 yếu tố có ảnh hưởng lớn tới hàm lượng xelluloza trong bột sắn và 
chọn ma trận thực nghiệm (xem bảng 1) 
Bảng 1. Ma trận thực nghiệm 
N0 
W1,% 
(x1) 
W2,% 
(x2) 
sinα 
(x3) 
δ,mm 
(x4) 
Gia công nhiệt 
nước với P= 
3Mpa, t,ph(x5) 
Hiệu suất 
bột, % 
chất khô 
Hàm lượng 
Xelluloza,%chất 
khô 
1 2 3 4 5 6 7 8 
1 +15,95 +15,66 +0,895 +3,58 +3,16 78,1 1,14 
2 -13,05 -13,34 +0,895 +3,58 +3,16 79,6 1,47 
3 +15,95 -13,34 +0,895 +3,58 -0,84 79,2 1,41 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
-13,05 
+15,95 
-13,05 
+15,95 
-13,05 
+15,95 
-13,05 
+15,95 
+15,66 
+15,66 
-13,34 
-13,34 
+15,66 
+15,66 
-13,34 
-13,34 
+0,895 
-0,605 
-0,605 
-0,605 
-0,605 
+0,895 
+0,895 
+0,895 
+3,58 
+3,58 
+3,58 
+3,58 
+3,58 
-2,42 
-2,42 
-2,42 
-0,84 
-0,84 
-0,84 
+3,16 
+3,16 
-0,84 
-0,84 
+3,16 
78,3 
78.0 
79,7 
79,1 
78,4 
80,2 
83,2 
83,1 
1,31 
1,02 
1,41 
1,21 
1,12 
1,04 
1,33 
1,15 
12
13
14
15
16
W1W2
12
13
14
15
16
0, 1, 1, 2, 2,
30 
45 
60 
75 
90 
α
2 
3 
4 
δW2 W1 α δ
Hình1. Sự phụ thuộc của hàm lượng xelluloza 
và hiệu suất bột vào độ ẩm của lát sắn đem 
nghiền tại ma trận thực nghiệm 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
23 
24 
25 
26 
27 
28 
29 
30 
-13,05 
+15,95 
-13,05 
+15,95 
-13,05 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
17,00 
12,00 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
+15,66 
+15,66 
-13,34 
-13,34 
+15,66 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
16,50 
12,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
14,50 
+0,895 
-0,605 
-0,605 
-0,605 
-0,605 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
1,000 
0,500 
0,750 
0,750 
0,750 
0,750 
-2,42 
-2,42 
-2,42 
-2,42 
-2,42 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
3,00 
4,00 
2,00 
3,00 
3,00 
+3,16 
+3,16 
+3,16 
-0,84 
-0,84 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
2,00 
4,00 
0,00 
80,2 
80,1 
83,3 
83,2 
80,1 
86,7 
86,6 
86,4 
86,7 
86,6 
86,4 
68,2 
85,1 
86,7 
86,7 
84,4 
85,5 
86,8 
86,4 
1,07 
0,71 
1,19 
1,13 
1,02 
0,66 
0,68 
0,65 
0,62 
0,63 
0,85 
0,73 
1,33 
1,12 
0,61 
0,96 
0,71 
0,61 
0,81 
 Các thí nghiệm khảo sát đã khẳng định rằng các điều kiện tối ưu để tiến hành quá trình 
nằm trong miền đo của các thông số, được giới thiệu trong bảng 2. 
Bảng 2. Điều kiện thí nghiêm của các yếu tố ảnh hưởng được lựa chọn 
Yếu tố Mức cơ sở Khoảng biến thiên Yếu tố Mức cơ sở Khoảng biến thiên 
X1 
X2 
X3 
14,5 
14,5 
0,75 
1,45 
1,16 
0,145 
X4 
X5 
3 
2 
1,58 
1,16 
 Sử dụng quy hoạch trực giao bậc hai (bảng 2) để tìm phương trình hồi qui. Số thí 
nghiệm trong ma trận quy hoạch đối với k=5 bằng 30. Trị số đòn sao= 1,718 (1971). Chuyển 
các biến số tự nhiên sang các biến số không thứ nguyên X (theo công thức Бояринов-1973). 
 Xác định phương sai tái hiện theo bốn thí nghiệm ở tâm quy hoạch. 
%7,8601 =y %6,8602 =y %4,8603 =y %7,8604 =y
%66,001 =T %68,002 = %65,003 =T %62,004 =
; ; ; 
;T ; ;T 
 Đối với hiệu suất bột %6,860 =y 07,02 =−thyS; 
 Đối với hàm lượng xelluloza %65,00 = 0006,02 =−thyS
( ) 18,3=ft p
−− 22991,3 X
42
2
3 462,0180,1587, XXXX +−
512 044,068,0575,0 Xy
T ; 
 Tính các hệ số của các phương trình hồi quy bậc 2 đối với hiệu suất bột và hàm lượng 
xelluloza và tính các trị số các chuẩn student. Chuẩn Student tra bảng ứng với 
xác suất tin cậy P=0,05 và bậc tự do f=3. 
 Sau khi loại trừ các hệ số không có ý nghĩa, nhận được phương trình hồi quy ở dạng 
không thứ nguyên. − 214 655,0 XX−2 136,1101X−1 ,2066,0 X
2
−=1 582,87y
2 - 0 41087,0 XX−
0091,0 X
54 621,0 X−
132,0 XX 43 0086, X2 −++−−=
543
2
2
2
1 ,01791,0081, XX ++
 0 22 071,0 XX +2 113,0123X +
 Xác định phương sai dư để kiểm định sự phù hợp của phương trình nhận được 
0437,021 =− psdS ; 0001,022 =− psdS
 Và trị số của chuẩn fisher ;5630,61 =F 08,52 =F 
 Chuẩn fisher tra bảng F=8,6 ứng với xác suất tin cậy p=0,05 và số bậc tự do 
; . Vì 191 =f 32 =f ( )21 , ffFF p< cho nên phương trình thu nhận được hoàn toàn phù hợp 
với thực nghiệm. 
 3.1.2. Phân tích các phương trình hồi qui 
 Để nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng xelluloza và hiệu suất bột vào độ ẩm của lát 
sắn đem nghiền chúng tôi sử dụng phương trình hồi qui dạng parabol: 
 ( ) 2222 179,0132,0575,00 XXy +−=
 Với mức thấp, có nghĩa là 11 −=X ; 13 −=X ; 14 −=X ; 15 −=X sự biến đổi hàm 
lượng xelluloza trong bột đươc xác định theo qui luật sau: 
 ( ) 2222 179,0132,0895,01 XXy +−=−
 Với mức cao: ( ) 2222 179,0132,0028,11 XXy +−=+ 
 Với mức trung bình: 
 2222 179,0132,064,02
1 XXy +−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛− 
 2222 179,0132,0705,02
1 XXy +−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+ 
 Trên hình 2 ta thấy rằng biến đổi 
từ -1 đến +1, tương ứng với từ 0,55 đến 
0,89%: 
2X
2y
( ) ( ) ( ) ( ) ( )0212111 2222 yyyy >−> 2y+>−>+
 Cũng tương tự như đối với hiệu suất bột: 
 ( ) 2221 991,3101,2582,870 XXy −−=
 ( ) ( ) ( )1110 111 +>−> yyy
 Trong miền cơ sở thì hiệu suất bột thu được 
là lớn nhất còn hàm lượng xelluloza là nhỏ 
nhất. Độ lệch so với mức cơ sở càng lớn thì 
hiệu suất bột càng nhỏ và hàm lượng 
xelluloza càng lớn. ( ) ( 11 22 −> )+ yy , điều đó chứng minh rằng với mức cao thì hàm lượng 
xelluloza luôn luôn lớn hơn so với mức thấp. 
 3.2. Xác định chế độ tối ưu khi sản xuất bột sắn 
 Sử dụng mô hình toán học để thu nhận hiệu suất bột cực đại khi và hàm 
lượng xelluloza tối thiểu . 
max1 →y
min2 →y
 Phương pháp giải bài toán tối ưu nhiều mục tiêu 
 Trong nhiều trường hợp việc tìm lời giải tối ưu được tiến hành theo một số mục tiêu 
ngược nhau. Để thực hiện điều đó chúng tôi ứng dụng phương pháp không gian chuẩn hóa để 
giải nhằm đảm bảo loại trừ tối thiểu những gía trị của các hàm mục tiêu Ii khỏi tối ưu cá biệt. 
 Hãy đặt vectơ của các biến số tối ưu ( )nXXXX ,.......,, 21= nằm trong miền cấm do 
những sự ràng buộc về công nghệ, ví dụ: 
-I -I/2 0 +1/2 +1 
 50 
 60 
 70 
 80 
 90 
 0,5 
 0,7 
 0,9 
 1,1 
 1,3 
 1,5 
yI(0) yI(-I) yI(+I) 
y2(+I) y2(-I) × 
y(0) y2(-1/2) 
 y2(+1) × 
× × 
× 
× 
× × × × × × 
 × × 
 × 
 × 
 × × × 
 y2 yI y 
 y2(+1/2) 
Hình 1. Sự phụ thuộc hàm lượng xelluloza và hiệu 
suất bột vào độ ẩm của lát sắn đem nghiền tại ma 
trận thực nghiệm đã cho 
 maxminmax11
min
1 ,..., nnn XXXXXX ≤≤≤≤
 Chất lượng của quá trình công nghệ được đặc trưng bởi véctơ của các chuẩn riêng biệt 
 , ở đó( )nyyyy ,.....,, 21= ( )nXXXyy ,.....,, 21= . 
 Khảo sát bài toán tối ưu khi max→iy Xx∈ , chúng ta nhận được phép giải tối ưu ( )**2*1* ,.....,, ni xxxx = việc giải sẽ quay về hàm số mục tiêu cực đại ( )xy . Khi đó chúng ta 
có . Người ta gọi điểm ( ) ** ii yxy = ( )*,....., ny*2
iV
*
1
* , yyy =
iy ≥
 là điểm không tưởng. Hãy đặt giới hạn 
tương ứng Vi cho mỗi chuẩn riêng biệt y: 
 Theo sự đề xuất của Кафаpов, chúng ta xây dựng hàm mục tiêu: 
 ( )
⎩⎨
⎧
−
−
ii
ii
i Vy
Vy
xR * Khi 
ii
ii
Vy
Vy
≤
>
 Khi đó bài toán tối ưu nhiều mục tiêu sẽ là: ( ) max→xyi 
 Xx∈
 Và được biểu diễn dưới dạng sau: 
 ( ) ( ) ( )xRxRXR m
i
ioPt ∏
=
==
1
maxmax
 Xác định các điều kiện tối ưu để sản xuất bột sắn nhờ sử dụng hàm mục tiêu tổ hợp 
. Hiệu suất bột yi và hàm lượng xelluloza trong bột là những chuẩn chất lượng khi 
gia công bột sắn, các chuẩn này được tính theo mô hình 
( )xRi 2y ( )iXf1y1 = và . Bài 
toán tối ưu được hình thành như sau: Đòi hỏi xác định các trị số tối ưu của độ ẩm lát sắn cho 
vào ép , độ ẩm lát sắn đem nghiền , góc cắt lát sắn , chiều dày lát sắn và 
thời gian hấp . Tất cả các thông số trên phải qui về hiệu suất bột đạt cực đại và hàm 
lượng xelluloza đạt tối thiểu. 
( iXfy 22 =
oPtX 4
)
oPtX 1 oPtX 2 oPt3X
oPtX 5
2y
1y
( ) ( )5115111 ,.....,max,....., XXyXXyy oPtoPtoPt == 
 Xx∈ 
( ) ( )5125222 ,.....,max,....., XXyXXyy oPtoPtoPt == 
 Xx∈ 
 Tại đó ( ) ( 5....1;781,1781,1 )=<<−= iXX 
 Điểm không tưởng ; %881 =y %48,02 =y
 Khi mỗi hàm tối ưu được ràng buộc sẽ có dạng: %6811 =>Vy ; %5,122 =<Vy
 Chúng ta sẽ có hàm mục tiêu tổ hợp ( ) ( ) ( )xRxRR x 21 ×= . 
 Ở đó ( ) ( )
6883
681
1 −
−= xyxR khi ( ) 681 >xy
 khi 0 ( ) 681 ≤xy
 ( ) ( )
5,152,0
5,12
2 −
−= xyxR khi ( ) 5,12 <xy 
 khi 0 ( ) 5,12 ≥xy
 Bài toán tối ưu hai mục tiêu được giải trên máy ЭВМ EC-1033 bằng phương pháp 
ЗЕЙДЕЛА-ГАУССА và được xác định 
Xx∈Xx∈ 
 ;288,01 =oPtX 028,02 =oPtX ; 302,03 −=oPtX ; 412,04 −=oPtX ; 218,05 =oPtX
 Khi đó chúng ta có ( ) 982,0=oPtXP ; %54,871 =opty ; %52,02 =opty 
 Thay các giá trị của các biến số tối ưu trên thành giá trị thực: 
 1. Độ ẩm của lát sắn đem ép W1=14,92%. 
2. Độ ẩm của lát sắn đem nghiền W2=14,53% . 
3. Góc cắt của lát sắn sinα=0,707 . 
2. Bề dày lát sắn δ=2,76mm 
3. Thời gian gia công thủy nhiệt với P=0.3MPa τ=2,24 ph 
 Sử dụng phương pháp khô để sản xuất bột sắn sẽ làm tăng hiệu suất bột, tăng giá trị 
dinh dưỡng và hầu như không có tạp chất trong sản phẩm (xem bảng 2). 
Bảng 2. Ảnh hưởng của các phương pháp sản xuất bột tới chất lượng bột sắn 
Các chỉ 
số hóa lý 
Phương pháp sản xuất 
Phương pháp ướt (Hiệu suất 
76,6%) Phương pháp khô (Hiệu suất 87,5%) 
Thành phần hóa học, % chất khô 
Tinh bột 
Đường 
Protein 
Xelluloza 
Tạp chất 
Độ tro 
Lipit 
92,30 
0,40 
0,63 
3,80 
1,50 
0,96 
0,20 
94,20 
1,13 
1,01 
0,55 
- 
0,43 
0,42 
Đánh giá cảm quang 
Màu sắc 
Vị 
Trắng ngà 
Hơi chua 
Trắng 
Đặc trưng 
4. Kết luận 
 Đã thiết lập được các điều kiện nghiền bột tối ưu (độ ẩm của lát sắn đem ép 
W1=14,92%; Độ ẩm của lát sắn đem nghiền W2=14,53%; Góc cắt của lát sắn sinα=0,707; Bề 
dày lát sắn δ=2,76 mm và thời gian gia công thủy nhiệt τ=2,24 ph) dựa trên cơ sở sử dụng quy 
hoạch thực nghiệm và bằng mô hình toán học để nghiên cứu sản xuất bột sắn có hàm lượng 
Xelluloza tối thiểu (0,55% ck), hàm lượng tinh bột đạt tối đa (94,205 ck) và chất lượng bột 
được nâng cao. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Jeya Kaja, Tansse, Amakones, Products from manioc, Pef.zymal, 1978, 12, c.62. 
[2] Jones W.O., Manioc in Africa, Trop. Sci. 1959, 3, 7 pp. 66-67. 
[3] КАФАРОВ В.В.и другие, Задача оптимизаџии с векторным критерием в 
химической технологии при наличии запретной области для отдельных 
критериев оптиминальности, Доклады АН СССР, 1983, 4, 923-926. 
[4] КАФАРОВ В.В.и другие, Метод Решения много критериальных задач: 
управление сложной химико-технологической cистемой, Доклады АН СССР, 
1971, 198, I, 62, 63.