BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MÔN HỌC HÓA SINH THỰC PHẨM 1 Đề tài BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG TÁC NHÂN ENZYM VÀ ỨNG DỤNG CÁC.....................................................................................................................................................
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC& THỰC PHẨM TIỂU LUẬN MƠN HỌC HĨA SINH THỰC PHẨM Đề tài: BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG TÁC NHÂN ENZYM VÀ ỨNG DỤNG CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM Lớp học phần: 210543202 Nhóm: 10 GVHD: Thành phố Hồ Chí Minh, MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU Chương I: CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT 1.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột 1.2 Thành phần hóa học tinh bột 1.2.1 Thành phần cấu trúc amilozơ 1.2.2 Thành phần cấu trúc amilopectin 1.3 Các phản ứng tiêu biểu tinh bột 1.3.1 Phản ứng thủy phân 1.3.2 Phản ứng tạo phức 1.3.3 Tính hấp thụ tinh bột 1.3.4 Khả hấp thụ nước khả hòa tan tinh bột 1.4 Những tính chất vật lí huyền phù tinh bột nước 1.4.1.Độ tan tinh bột 1.4.2 Sự trương nở 1.4.3 Tính chất hồ hóa tinh bột 1.4.4.Độ nhớt hồ tinh bột 1.4.5 Khả tạo gel thối hóa gel 1.5 Vai trò tinh bột chất lượng gạo Chương II: BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG TÁC NHÂN ENZYM 2.1 Tác nhân thủy phân 2.2 Biến hình tinh bột phản ứng thủy phân enzyme để thu dextrin sản phẩm đặc thù Chương III : ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN HÌNH 3.1 Ứng dụng tinh bột biến hình cơng nghiệp thực phẩm 3.1.1.Ứng dụng tinh bột biến hình phương pháp acid làm chất ổn định sữa chua 3.1.2 Ứng dụng tinh bột oxy hóa vào cơng nghệ sản xuất bánh phồng tơm 3.1.3 Ứng dụng tinh bột huỳnh tinh biến hình acid sản xuất bánh quy xốp 3.1.4 Ứng dụng tinh bột biến hình sản xuất giị chả 3.2 Ứng dụng tinh bột liên kết ngang 3.3 Ứng dụng cyclodextrin Chương IV: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN MỞ ĐẦU Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thuận lợi cho việc phát triển nhiều loại trồng loại lương thực chiếm vị trí quan trọng sản xuất nơng nghiệp nguồn nguyên liệu chủ yếu công nghiệp sản xuất tinh bột Tinh bột polysaccarit chủ yếu có hạt, củ, thân cây, nguyên liệu quan trọng cho nhiều nghành công nghiệp công nghiệp giấy, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, cơng nghiệp keo dán tính chất đặc trưng tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo, độ dai, độ đàn hồi, độ xốp; có khả tạo gel, tạo màng cho nhiều sản phẩm Tinh bột có vai trị dinh dưỡng đặc biệt lớn q trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucose chất tạo nên nguồn calo thực phẩm cho người Tuy nhiên tinh bột tự nhiên cịn hạn chế nhiều tính chất, chưa đáp ứng yêu cầu khác cơng nghiệp Vì cần phải cải biến tinh bột, tức làm thay đổi cấu trúc, tính chất tinh bột tác nhân vật lí, hố học enzim để tạo dẫn xuất tinh bột với phân tử bị cắt ngắn đi, nối dài xếp lại, dẫn xuất tinh tinh bột với nhóm chức rượu bậc phân tử, bị oxi hố đến nhóm cacboxyl dẫn xuất tinh bột với phân tử gắn nhóm chức hố học khác nhau… Khi có cấu trúc hố học thay đổi tinh bột dẫn xuất thu tính chất khác tinh bột ban đầu Nhờ nâng cao lĩnh vực ứng dụng từ nâng cao hiệu sử dụng hiệu kinh tế Hiện nay, sản phẩm tinh bột biến tính nghiên cứu nước ta đa dạng ứng dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm nghành công nghiệp khác Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu dừng mức phịng thí nghiệm Các sản phẩm tinh bột biến tính sản xuất với qui mơ cơng nghiệp nước chưa có Tinh bột biến tính sử dụng cơng nghiệp phải nhập ngoại với giá thành cao Chính vậy, chúng em chọn đề tài " BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG TÁC NHÂN ENZYM VÀ ỨNG DỤNG CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM ".Trong trình soạn thảo khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận đóng góp ý kiến đến từ giáo Nguyễn Thị Trang tồn thể bạn Xin chân thành cảm ơn! Chương I CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT 1.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột: Tinh bột polysaccarit chủ yếu có hạt, củ, thân Tinh bột có nhiều loại củ khoai tây, sắn Một lượng đáng kể tinh bột có loại chuối nhiều loại rau Tinh bột có nhiều loại lương thực loại lương thực coi nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dáng, thành phần hóa học tính chất tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt, trình sinh trưởng cây… Tinh bột gạo: hạt tinh bột có kích thước nhỏ 3-8μm, bao vỏ protein cứng, có dạng hình đa giác Tinh bột mì: gồm loại hạt có kích thước từ 20-35μm số loại hạt nhỏ có kích thước trung bình nhỏ 2-10μm, có hình dạng elip hay hình trịn Tinh bột sắn( khoai mì): hạt tinh bột sắn có kích thước trung bình từ 1,5-30μm, có hình bầu dục Tinh bột khơng phải chất riêng biệt, bao gồm hai thành phần amilose amilopectin Hai chất khác nhiều tính chất lí học hóa học Dựa vào khác phân chia hai thành phần để điều chế dạng tinh khiết Các phương pháp để tách xác định hàm lượng amilose amilopectin là: Chiết rút amilose nước nóng; Kết tủa amilose rượu; Hấp thụ chọn lọc amilose xenlulozo Tinh bột loại polysaccarit khối lượng phân tử cao gồm đơn vị glucose nối liên kết α- glycozit, có cơng thức phân tử (C6H10O5)n, n từ vài trăm đến triệu Tinh bột giữ vai trị quan trọng cơng nghiệp thực phẩm tính chất hóa lí chúng Tinh bột thường dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng tác nhân làm bền keo nhũ tương yếu tố kết dính làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm Ngoài tinh bột cịn nhiều ứng dụng dược phẩm, cơng nghiệp dệt, hóa dầu… Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dạng khơng hịa tan nước Do tích tụ lượng lớn tế bào mà không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Các hydrat cacbon tạo lục lạp quang hợp, nhanh chóng chuyển thành tinh bột Tinh bột mức độ gọi tinh bột đồng hóa, linh động, sử dụng trình trao đổi chất chuyển hóa thành tinh bột dự trữ hạt, quả, củ, rễ, thân bẹ Cấu tạo hạt tinh bột: Cấu tạo bên hạt tinh bột phức tạp Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, lớp có lẫn lộn amilose dạng tinh thể amilopectin xếp theo phương hướng tâm Nhiều lớp đồng tâm xếp xung quanh điểm gọi rốn hạt Nhờ phương pháp hiển vi điện tử nhiễu xạ tia X thấy hạt tinh bột “nguyên thủy” chuỗi polyglucozit amilose amilopectin tạo thành xoắn ốc với gốc glucose vòng Các hạt tinh bột tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ hai loại polime xếp đối xứng xuyên tâm Bên hạt tinh bột có phần kết tinh amylose phân nhánh amilopectin tạo thành làm cho chúng không tan nước lạnh tương đối trơ với enzyme thủy phân Các mạch polysaccarit xếp hướng tâm tạo độ tinh thể: mạch bên phân tử amilopectin nằm xen kẽ mạch bên phân tử Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột cịn có vỏ bao phía ngồi Đa số nhà nghiên cứu cho vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ẩm bền tác động bên ngồi Trong hạt tinh bột có lỗ xốp không Vỏ hạt tinh bột có lỗ nhỏ chất hịa tan xâm nhập vào bên đường khuếch tán qua vỏ Các mạch polysaccarit xếp hướng tâm tạo độ tinh thể: mạch bên phân tử amilopectin nằm xen kẽ mạch bên phân tử Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột cịn có vỏ bao phía ngồi Trong hạt tinh bột có lỗ xốp khơng Vỏ hạt tinh bột có lổ nhỏ chất hịa tan xâm nhập vào bên đường khuếch tán Trong tinh bột hạt ngũ cốc, phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7μm, chiều dày lớp hạt tinh bột 0,1μm Hơn phân tử xếp theo hướng tâm nên mạch glucozit polysaccarit phải dạng gấp khúc nhiều lần Trong tinh bột hạt ngũ cốc, phân tử có chiều dài từ 0.35-0.7μm, chiều dày lớp hạt tinh bột 0.1μm Các phân tử xếp theo phương hướng tâm nên mạch glucozit polysaccarit phải dạng gấp khúc nhiều lần Có thể chia tinh bột thực phẩm thành hệ thống: Hệ thống tinh bột hạt ngũ cốc; Hệ thống tinh bột hạt họ đậu; Hệ thống tinh bột củ Bảng 1.1 Đặc điểm số hệ thống tinh bột Nguồn Kích thước Hình dáng Hàm lượng hạt(nm) amiloza Hạt ngơ 10-30 Đa giác trịn 25 Lúa mì 5-50 Trịn 20 Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài Đại mạch 5-40 Bầu dục Yến mạch 5-12 Đa giác Lúa 2-10 Đa giác 13-35 Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 Kiều mạch 5-15 Tròn dẹt Chuối 5-60 Tròn 17 Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 Sắn 5-35 Tròn Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41 Hạt tinh bột lớn khoai tây, bé hạt tinh bột thóc Nhiệt độ hồ hóa(oC) 67-75 56-80 46-62 68-90 55-85 70-80 60-71 56-69 52-64 Kích thước hạt khác dẫn đến tính chất khác nhiệt độ hồ hóa, khả hấp thụ xanh metylen…hạt nhỏ thường có cấu tạo chặt hạt lớn có cấu tạo xốp Có thể dùng phương pháp lắng để phân chia hệ thống tinh bột đoạn có kích thước đồng để nghiên cứu 1.2 Thành phần hóa học tinh bột: Tinh bột khơng phải hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amilose amilopectin Tỉ lệ amilose/ amilopectin xấp xỉ Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp ngô nếp) gần 100% amilopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amilose chiếm 50% 1.2.1 Thành phần cấu trúc amiloza: Tinh bột tồn dạng hạt có kích thước khoảng từ 0.02 -0.12 nm Hạt tinh bột tất hệ có dạng hình trịn, hình bầu dục hay hình đa diện Cấu tạo kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt q trình sinh trưởng Amilose có trọng lượng phân tử khoảng 50 000-160 000, cấu trúc mạch thẳng, amylose có gốc hydroxyl tự nhiều nên dễ hòa tan nước ấm Tuy nhiên, dạng tinh thể không bền vững nên để yên tinh thể tách Các loại tinh bột chứa hai loại polyme khác khối lượng phân tử cấu trúc hóa học: Amilose loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose, liên kết liên kết α-1,4 glycozit Trong không gian, cuộn lại thành hình xoắn ốc giữ bền vững nhờ liên kết hydro Amilose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp hàng ngàn, gồm hai loại: Amilose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường khơng có cấu trúc bất thường bị phân ly hồn tồn βamilaza Amilose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ β-amilaza nên bị phân hủy 60% Trong hạt tinh bột dung dịch trạng thái thối hóa, amilose thường có cấu hình mạch giãn, thêm tác nhân kết tủa vào, amilose chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm đơn vị glucose Đường kính xoắn ốc 12,97Ao Chiều cao vòng xoắn 7,91Ao Các nhóm hydroxyl gốc glucose bố trí phía ngồi xoắn ốc, bên nhóm C-H 1.2.2 Thành phần cấu trúc amilopectin: Amilopectin polymer mạch nhánh, có cấu tạo vơ định hình Ngồi mạch có liên kết α-1,4 glucozit cịn có nhánh liên kết với mạch liên kết α-1,6 glucozit Mối liên kết nhánh làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài chuỗi mạch nhánh khoảng 25-30 đơn vị glucose Phân tử amilopectin chứa tới 100000 đơn vị glucose Amilopectin có khối lượng phân tử nằm khoảng 500 ngàn đến triệu Dalton Các amilopectin thường phân bố bên hạt tinh bột Amilopectin tác dụng với Iod tạo thành màu tím đỏ Amilopectin tan nước nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao bền vững Amilopectin khơng có khả tạo phức với butanol hợp chất hữu khác, không bị hấp thụ cellulose Cấu tạo amilopectin lớn dị thể amilose nhiều 1.3 Các phản ứng tiêu biểu tinh bột 1.3.1 Phản ứng thủy phân Quá trình thủy phân liên kết đơn vị glucose acid enzyme Acid thủy phân tinh bột dạng hạt ban đầu dạng hồ hóa hay dạng past, enzyme thủy phân hiệu dạng hồ hóa Một số enzyme thường dùng α-amilaza, β-amilaza… Acid enzyme giống thủy phân phân tử tinh bột cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit Đặc trưng phản ứng giảm nhanh độ nhớt sinh đường Sự thủy phân tinh bột trải qua giai đoạn: Các nhóm hydroxyl tinh bột bị oxy hóa tạo thành andehit, xeton tạo thành nhóm cacboxyl Q trình oxy hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxy hóa điều kiện tiến hành phản ứng Q trình oxy hóa tinh bột mơi trường kiềm hypoclorit phản ứng hay dùng tạo nhóm cacboxyl tinh bột số lượng nhóm cacboxyl Q trình cịn làm giảm chiều dài mạch tinh bột tăng khả hịa tan nước, đặc biệt mơi trường lỗng Các nhóm hydroxyl tinh bột tiến hành ete hóa, este hóa Một số monomer vinyl dùng để ghép lên tinh bột Quá trình ghép thực gốc tự công lên tinh bột tạo gốc tự tinh bột nhóm hydroxyl Những nhóm hydroxyl tinh bột có khả phản ứng với andehit mơi trường acid Khi xảy phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang phân tử tinh bột gần Sản phẩm tạo thành khơng có khả tan nước 1.3.2 Phản ứng tạo phức Phản ứng đặc trưng tinh bột phản ứng với iot Khi tương tác với iot, amiloza cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iot coi thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amiloza tinh bột phương pháp trắc quan Để phản ứng phân tử amiloza phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn amiloza bao quanh phân tử iot Các dextrin có gốc glucose khơng cho phản ứng với iot khơng tạo vịng xoắn ốc hoàn chỉnh.Acid số muối KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng Amilose với cấu hình xoắn ốc hấp thụ 20% khối lượng iot, tương ứng với vòng xoắn phân tử iot Amilopectin tương tác với iot cho màu nâu tím Ngồi khả tạo phức với iot, amiloza cịn có khả tạo phức với nhiều chất hữu có cực khơng cực rượu no, rượu thơm, phenol, xeton phân tử lượng thấp… 1.3.3 Tính hấp thụ tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên tương tác với chất bị hấp thụ bề mặt ngồi tinh bột tham dự Vì trình bảo quản, sấy chế biến cần phải quan tâm tính chất Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả hấp thụ tinh bột Khả hấp thụ loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên hạt khả trương nở chúng 1.3.4 Khả hấp thụ nước khả hòa tan tinh bột Xác định khả hấp thụ nước khả hòa tan tinh bột cho phép điều chỉnh tỉ lệ dung dịch tinh bột nhiệt độ cần thiết q trình cơng nghiệp, cịn có ý nghĩa q trình bảo quản, sấy chế biến thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức tinh bột 2.2 Biến hình tinh bột phản ứng thủy phân enzyme để thu dextrin sản phẩm đặc thù Thủy phân tinh bột tạo đường , từ đường tạo sản phẩm khác sở để sử dụng tinh bột công nghiệp Từ lâu người ta thường thủy phân tinh bột axit Phương pháp cơng nghệ có nhiều nhược điểm ăn mòn thiết bị , hiệu suất thủy phân thấp, đường tạo có vị đắng, có màu có vị mặn Vào năm 60 phương pháp thay phương pháp enzym Sự phân cắt tinh bột enzym đặc hiệu hơn, tạo sản phẩm đặc thù , thu phương pháp axit , phản ứng nhanh hơn, cơng nghệ đơn giản gị bó Tinh bột Dextrin hóa α-amilase Dextrin mạch thẳng mạch nhánh Pululanaza Đường hóa β –amilaza glucoamilaza Ohgosaccarit, maltoza, glucoza Fructoza Đồng phân hóa Glucoisomeraza Enzym tham gia phản ứng thủy phân tinh bột Chương III : ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN HÌNH 3.1 Ứng dụng tinh bột biến hình cơng nghiệp thực phẩm 3.1.1.Ứng dụng tinh bột biến hình phương pháp acid làm chất ổn định sữa chua Tinh bột biến hình phương pháp axit ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp bên cạnh khả tạo gel , chất làm ổn định , chất làm đặc cịn có khả cà phê, bột trái , bột sữa chua , bột đậu nành loại trà uống khác Trong công nghiệp dệt công nghiệp giấy thành phần thiếu được, để làm tăng độ bền mài mịn độ bóng sản phẩm Hiện nhà máy sữa thường dùng phụ gia polyaards cho sản phẩm sữa chua, tạo gel, tạo độ đặc làm ổn định sữa chua thành phần ngoại nhập đắt tiền nên dùng tinh bột biến hình để tạo gel làm chất ổn định sữa chua *Tối ưu hóa điều kiện cơng nghiệp sản xuất tinh bột biến hình ứng dụng làm chất ổn định sữa chua: Với mục đích cho sữa chua có khả tạo gel tốt nhất, chọn đại lượng độ nhớt sữa chua độ bền gel sữa chua làm mục tiêu toán tối ưu hóa Cả hai hàm có giá trị cực đại, nên phải tìm tối ưu cho hai q trình phương pháp chập tuyến tính Chọn quy trình sản xuất sữa chua: Nguyên liệu: Sữa tươi Vinamilk phối trộn với bột sữa gầy tỉ lệ phối trộn sữa tươi/sữa gầy: 93/3 Chất ổn định 1% Tinh bột biến hình: 0,6% Pectin: 0,2% Gelatin: 0,2 Sữa tươi Chất ổn định 1% Gia nhiệt Sữa bột Pha chế Đường 2% Trộn khô độ ẩm 60 – 80% Đường Khuấy trộn (T=20’) Thanh trùng (95℃ ) Đồng hóa (2phút) Lọc chân khơng Làm nguội (42℃ ) Men giống 5% Lên men (t° = 42℃ , T= 4-6h, pH=4-5 Phá gel (T= phút) Để nguội nhiệt độ phòng Để nguội nhiệt độ phịng Rót hộp Bảo quản ( T= 24h, to=4-6oC) Nước gia nhiệt ... phải nhập ngoại với giá thành cao Chính vậy, chúng em chọn đề tài " BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG TÁC NHÂN ENZYM VÀ ỨNG DỤNG CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM " .Trong q trình soạn thảo... Glucoisomeraza Enzym tham gia phản ứng thủy phân tinh bột Chương III : ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN HÌNH 3.1 Ứng dụng tinh bột biến hình cơng nghiệp thực phẩm 3.1.1 .Ứng dụng tinh bột biến hình phương... amilopectin tinh bột Chương II : Biến tính tinh bột tác nhân enzym 2.1 Các enzym thủy phân * Các enzym đặc hiệu với liên kết ? ?-1 ,4: Các enzym phân cắt liên kết ? ?-1 .4 nội mạch- Enzym αamilaza Cấu tạo