Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG ViÖn C«ng nghiÖp thùc phÈm B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé Tªn ®Ò tµi: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Th.S. Ng« ThÞ V©n 8796 Hµ néi, 12/ 2010 B CễNG THNG Viện Công nghiệp thực phẩm Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ Tên đề tài: NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT TINH BT ACETAT NG DNG TRONG CễNG NGHIP THC PHM Thc hin theo hp ng s 179.10RD ngy 05 thỏng 3 nm 2010 gia B Cụng Thng v Vin Cụng nghip Thc phm Chủ nhiệm đề tài: Th.S. Ngô Thị Vân Cộng tác viên: PGS.TS. Nguyễn Thị Minh hạnh Th.S. Vũ Thị Thuận Th.S. Đỗ Trọng Hng KS. Lơng Nh Hoa KTV.nguyễn Thuỳ Linh KS. NGUYN HONG PHI Hà nội, 12/ 2010 MỞ ĐẦU Tinh bột biến tính đang được sử dụng ngày càng nhiều thay thế tinh bột nguyên thủy trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm, nhờ những tính năng ưu việt của mình. Một trong những tinh bột biến tính được dùng với khối lượng lớn đó là tinh bột acetat. Tinh bột acetat được sản xuất thông qua quá trình acetyl hóa thay thế gốc hydroxyl trong phân tử tinh bột bằng gố c acetyl tạo ra những tính chất ưu việt hơn tinh bột gốc như độ nhớt cao hơn, dạng huyền phù trong, ổn định, có cấu trúc mạch bền. Dung dịch không bị thoái hóa (lại bột), không bị cắt mạch trong môi trường axit. Tinh bột acetat có nhiệt độ hồ hóa thấp, độ phân tán ổn định trong các sản phẩm thực phẩm khi lưu trữ lạnh đông, làm chất nhũ hóa tốt do là dẫn xuất anion (có thể k ết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinyl ancohol, polyacrylate) để ổn định trạng thái nhũ tương. Chính vì đặc tính ưu việt nên tinh bột acetat được sử dụng ngày càng nhiều . Hiện nay, tinh bột acetat tiêu thụ với một lượng lớn trong sản xuất tương ớt, sate để làm đặc và giữ cấu trúc định hình tốt mạnh tinh bột không bị cắt trong môi trường axit. Trong sản xuất kem, tinh bột acetat có tác dụng phân tán đồng đều, ổ n định khi lưu trữ ở điều kiện lạnh. Tinh bột acetat được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp, sản phẩm đông lạnh, sản phẩm bánh, thức ăn trẻ em ăn liền, bột hoa quả, nhân cream hoặc những sản phẩm yêu cầu thời gian bảo quản dài dưới các điều kiện thay đổi khác nhau (có thể bảo quản nhiệt độ thấp ho ặc nhiệt độ phòng). Trong dược phẩm, tinh bột acetat sử dụng làm trong công thức viên nén cùng kết hợp với nhiều loại thuốc cần giải phóng nhanh dược chất để phát huy ngay tác dụng của thuốc. Ngoài ra tinh bột acetat còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp giấy thay thế celluloza acetat làm căng bề mặt, tăng độ phân tán đồng đều, thấm mực in tốt giấy Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetat là các tinh bột như tinh bột ngô, khoai tây, sắn Ở nước ta nguyên liệu tinh bột rất dồi dào, rẻ tiền nhưng ngoài nhà máy Vedan, Đài Loan chưa có một sơ sở nào sản xuất tinh bột acetat phục vụ cho thị trường nội địa. Chính vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat ứng dụng trong công nghiệp thực ph ẩm” nhằm xây dựng đựơc quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của tinh bột. MỤC LỤC TRANG MỞ ĐẦU TÓM TẮT NHIỆM VỤ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1 1. TINH BỘT TỰ NHIÊN 1 1.1.1 Cấu trúc của tinh bột 1 1.1.2 Một số tính chất của tinh bột 3 1.1.3 Ứng dụng của tinh bột 4 1.1.4 Tinh bột sắn 5 1.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng sắn ở Việt Nam và trên thế giới 6 1.2 TINH BỘT ACETAT 9 1.2.1 Tính chất của tinh bột acetat 9 1.2.2 Phương pháp tổng hợp tinh bột acetat 10 1.2.3 Các tác nhân tham gia quá trình acetyl hóa tinh bột 12 1.2.3.1 Tác nhân vinyl acetat 12 1.2.3.2 Tác nhân acetic anhydrit 13 1.2.3.3 Tác nhân axit acetic 14 1.2.4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột acetat trên thế giới và Việt nam 15 1.2.5 Những ứng dụng tinh bột acetat 17 1.2.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm 17 1.2.5.2 Trong công nghiệp dược phẩm 18 1.2.5.3 Trong công nghiệp giấy 19 1.2.5.4 Các ứng dụng khác: 19 2 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 20 2.1 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 20 2.1.1 Phương pháp công nghệ 20 2.1.1.1 Nghiên cứu lựa chọn tác nhân gắn thích hợp 20 2.1.1.2 Nghiên cứu xác định các yếu tố kỹ thuật cho quá trình acetyl hóa 20 2.1.1.3 Nghiên cứu phương pháp làm sạch thu hồi và bảo quản sản phẩm 21 2.1.2 Phương pháp phân tích 21 2.1.2.1 Xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp Bec- tơ - răng [13] 21 2.1.2.2 Xác định độ thay thế DS ( degrees of substitution) [18,25] 21 2.1.2.3 Xác định độ nhớt bằng máy đo Brookerfild DVII 23 2.1.2.4 Xác định độ ẩm bằng máy Precisa HA60 ,Swetzerland 23 2.1.2.5 Xác định pH bằng máy đo pH 23 2.1.2.6 Xác định độ trong của hồ tinh bột ( %T650) 23 2.1.2.7 Độ bền khi đóng băng- tan rã 23 2.2 Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu 23 2.2.1.Nguyên liệu 23 2.2.2 Thiết bị 24 3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TÁC NHÂN PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH GẮN TẠO TINH BỘT ACETAT 25 3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ACETYL HÓA TINH BỘT 26 3.2.1 Nghiên cứu xác định tỉ lệ tác nhân gắn thích hợp cho sản xuất tinh bột acetat 27 3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn xúc tác thích hợp cho quá trình acetyl hóa 28 3.2.3 Nghiên cứu xác định pH thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột 29 3.2.4 Nghiên cứu xác định nồng độ tinh bột thích hợp cho quá trình acetyl hóa 31 3.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trong quá trình acetyl hóa tinh bột 32 3.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình acetyl hóa tinh bột 33 3.3 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH, THU HỒI VÀ BẢO QUẢN TINH BỘT ACETAT 34 3.3.1 Nghiên cứu làm sạch, thu hồi sản phẩm 34 3.3.2 Nghiên cứu bảo quản sản phẩm 35 3.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 36 3.4.1 Chất lượng sản phẩm 36 3.4.2. Độ trong của dung dịch tinh bột acetat 37 3.4.3. Độ bền đóng băng, tan rã 38 3.4.2 Theo dõi trạng thái gel của hồ tinh bột ở nhiệt độ phòng 39 3.5. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT 40 3.5.1. Sản xuất thử nghiệm 40 3.5.2. Ước tính giá thành sản phẩm 42 3.6. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM.43 3.6.1. Sơ đồ quy trình công nghệ 43 3.6.2. Thuyết minh công nghệ : 44 3.7. XÂY DỰNG DỰ THẢO TIÊU CHUẨN CƠ SỞ SẢN PHẨM TINH BỘT ACETAT DÙNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 44 3.8. ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu của đề tài: Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm Nội dung nghiên cứu: 1. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm - Nghiên cứu lựa chọn được tác nhân gắn thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột tạo tinh bột acetat - Nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật thích h ợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột sử dụng cho công nghiệp thực phẩm. Tinh bột acetat tạo thành có độ thay thế DS 0,01- 0,1 và acetyl 0,5- 2,5%, không có vi sinh vật gây bệnh, không có kim loại nặng đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm 2. Xây dựng dự thảo tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm 3. Ứng dụng thử nghiệm sản phẩm tinh bột acetat vào sản xuất tương ớt t ại cơ sở chế biến thực phẩm Mỹ Thái, Hải Dương 1 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TINH BỘT TỰ NHIÊN 1.1.1 Cấu trúc của tinh bột Trong tự nhiên tinh bột là một hợp chất hữu cơ được phân bố rộng rãi sau xenluloza. Tinh bột là một polysaccarit chủ yếu có trong các hạt hòa thảo và cây có củ. Lượng tinh bột ở ngô, lúa mỳ vào khoảng 60- 75%, lúa gạo có thể đạt đến 75-80%, củ sắn 12- 33%, củ khoai tây 24-26% (bột sắn có 70-81% tinh bột, bột khoai tây 70-75%), tinh bột gạo nếp, ngô nếp amylopectin gần như 100%, trái lạ i trong tinh bột đậu xanh hàm lượng amyloza chiếm khoảng 50%. Ngoài ra tinh bột còn có nhiều trong các loại rau quả và là nguồn dinh dưỡng chính cung cấp calo cho người và gia súc. Tinh bột được cấu tạo từ nhiều gốc monosacarit kết hợp với nhau nên có khối lượng phân tử lớn và không có tính khử, dưới tác dụng của các chất khử tinh bột không có khả năng nhận oxy để tạo thành axit hoặc nhận hydro để tạo thành rượu. Tinh bột được cấ u tạo bởi hai cấu tử : amyloza và amylopectin. Amyloza thường chiếm 12-25% còn amylopectin chiếm 75-85% phân tử tinh bột. Phân tử lượng của amyloza là 3.10 5 -1.10 6 còn phân tử lượng của amylopectin là 5.10 4 - 1.10 6 . Phân tử amyloza và phân tử amylopectin đều được cấu thành từ các monosacarit. Phân tử amyloza có các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết α - 1,4 glucoizit thông qua cầu oxi giữa các nguyên tử cacbon thứ nhất và thứ tư của glucoza tạo nên một chuỗi dài 200-1000 đơn vị glucoza, mạch tạo thành của phân tử amyloza là mạch thẳng. Còn phân tử amylopectin, ngoài liên kết α- 1,4 glucozit còn có liên kết nhánh α- 1,6 glucozit, vì vậy ngoài cấu trúc mạch thẳng, amylopectin còn có cấu trúc mạch nhánh, thông thường có 20-30 gốc glucoza giữa 2 đi ểm phân nhánh . Hai cấu tử của tinh bột là amyloza và amylopectin có tính chất hóa lý 2 khác nhau. Amyloza khi tác dụng với phân tử iot có màu xanh, còn amylopectin cho màu nâu. Amyloza dễ tan trong nước ấm và tạo nên một dung dịch có độ nhớt không cao. Dung dịch của amyloza không bền khi nhiệt độ hạ thấp, các dung dịch đậm đặc của amyloza nhanh chóng tạo gel tinh thể và kết tủa không thuận nghịch. Khả năng thóai hóa này phụ thuộc vào pH, sự có mặt của các ion kim loại, nồng độ amyloza và khối lượng phân tử của amyloza. Amylopectin có độ kết tinh thấp, là phân tử hấ p thụ nhiều nước khi nấu chín tinh bột và là thành phần chủ yếu tạo nên sự trương phồng của hạt tinh bột. Khi tinh bột được xử lý đồng thời bằng nước và nhiệt sẽ tạo ra hiện tượng hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa của các loại tinh bột trong khoảng 55-70 0 C, hạt tinh bột sẽ trương phồng lên hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyt phân cực, khi đó độ nhớt của dịch tinh bột tăng lên rất cao, các hạt tinh bột trương nở và kết dính vào với nhau tạo thành paste. Nếu dịch tinh bột đặc khi làm nguội paste tinh bột sẽ tạo thành gel cứng . Về mặt cảm quan tinh bột là các hạt rất mịn, màu trắng. Để bảo quản tốt, người ta giữ độ ẩm của tinh bột trong khoảng 12-14% nhằm ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật . Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột được sử dụng để tạo sợi, tạo hình, giữ ẩm, tạo độ dẻo, và tăng độ bền của bao bì [3,7,8,11,1213,23] H×nh 1: S¬ ®å cÊu tróc cña amyloza [...]... phm s dng tinh bt 9 - trong ca dung dch : Tinh bt acetat l dn xut anion cú nht cao, huyn phự trong v n nh hn tinh bt t nhiờn (to dung dch cú trong khụng c li khi bo qun) - bn cao trong mụi trng axớt - Cú nht cao khi tinh bt acetat h húa - Nhit h hoỏ ca tinh bt acetat thp hn tinh bt t nhiờn l 6 0 , iu ú cú ý ngha tinh bt acetat phõn tỏn nhanh hn khi nu cú th tit kim c nng lng - Tinh bt acetat l... cht ca tinh bt Trong tinh bt, thnh phn amyloza cú tan cao song khụng bn khi h húa nhanh chúng gel húa, thnh phn amylopectin khú tan trong nc thng , ch tan trong nc núng Tinh bt b kt ta trong cn Khi ngõm tinh bt trong nc th tớch ht tng do s hp thu nc lm ht tinh bt trng phng lờn, hin tng ny gi l s trng n tinh bt Tng kớch thc trung bỡnh ca ht tinh bt khi ngõm trong nc nh sau: tinh bt bp 9,1%; tinh bt... nh tng - Tinh bt acetat cú kh nng to mng mng trong v mm do Tinh bt acetat cha 1,8% acetyl cú th hon ton c deacetyl trong mụi trng pH 11 trong 4 gi, duy trỡ pH vi 3% NaOH Chớnh nh cỏc c tớnh trờn m tinh bt acetat c ng dng nhiu trong cỏc lnh vc nh thc phm, dc phm, dt, giy Trờn th gii quỏ trỡnh acetyl hoỏ tinh bt c bit n qua hn 90 nm [ 9,10,16,19] 1.2.2 Phng phỏp tng hp tinh bt acetat Tinh bt acetat l... tinh bt t nhiờn trong sn xut ko gum Tuy nhiờn phn ln tp trung ng dng tinh bt liờn kt ngang c acetyl húa ( t tinh bt ngụ, sn, khoai tõy) Trong cụng thc lm bỏnh pudding tinh bt acetat cú kớch c ht 100 mesh Tinh bt acetat c s dng trong iu kin lnh nh sn phm kem, bỏnh Tinh bt acetat DS 0.2 l c s cho lm chewing gum 1.2.5.2 Trong cụng nghip dc phm Do tớnh cht ca tinh bt acetat cú kh nng to mng trong v mm do... mt s trng hp s dng tinh bt liờn kt ngang lm nguyờn liu cho sn xut tinh bt acetat, hoc cú th s dng amyloza v amylopectin cho sn xut tinh bt acetat Hin nay M sn phm tinh bt acetat thng mi DS thp c sn xut t tinh bt thng hoc tinh bt ngụ np Tinh bt ny cú th c acetyl húa trong dung dch di dng sa tinh bt, tuy nhiờn tinh bt dng ht khụ cng cú th acetyl húa Quỏ trỡnh acetyl húa c tin hnh trong iu kin nhit ... xut t tinh bt ngụ v so sỏnh cựng vi tinh bt bin tớnh khỏc nh tinh bt acetat TM ca Anh hay celluloza vi tinh th Arivel ca M Hm lng tinh bt acetat s dng t 85- 95% , ch cú 5- 15% l thuc, viờn nộn cú khi lng 200 -250 mg Tinh bt acetat rt d hỡnh thnh di lc ộp nộn v c bit hn cú kh nng kt dớnh cao hỡnh thnh viờn Kt qu tinh bt acetate cú th iu chnh tc phõn gii thuc trong c th con ngi Ngoi ra tinh bt acetat. .. to nh tng trong sn xut m phm, du gi u 18 1.2.5.3 Trong cụng nghip giy Tinh bt acetat cú tim nng ng dng trong sn xut giy v sinh ( tissue) S dng tinh bt acetat nhm n nh sỏnh ca dung dch trỏng giy, to mng film ph b mt giy Trong sn xut giy Kraft ngi ta ó s dng tinh bt acetat t tinh bt sn (CSA) cú DS 1,41 tng sc cng b mt giy v gim kh nng hỳt m khụng khớ Trong sn xut giy ngi ta s dng tinh bt acetat, zinconium... qun lnh Tinh bột acetat ngăn sự thoỏi hoá và hn ch vữa ra khi thi gian bo qun kộo di, nó duy trì cấu trúc định hỡnh trong iu kin lạnh và cải thiện khả năng giữ nớc, độ nhớt tăng nhẹ Cỏc sn phm thng mi DS thp 0,027- 0,058 c s dng vào các sản phẩm tơng ớt, tơng cà, sate, nớc sốt, thạch, giăm bông, thức ăn đông lạnh, mỳ ăn liền, đồ hộp, sản phẩm đông lạnh 17 Tinh bột acetat đợc s dụng thay th tinh bt... bt ngụ (waxy corn) theo kiu liờn tc trong nc hoc giỏn on khi ngụ nghin t 15 H Lan, tinh bt acetyl húa vi DS thp c sn xut t tinh bt khoai tõy, s dng rng rói trong cỏc ngnh cụng nghip Dch tinh bt thu c giai on tinh sch s dng sn xut tinh bt acetat vi thay th thp Trung Quc mi nm sn xut khong 10.000 tn tinh bt acetat t tinh bt sn Thỏi Lan l nc sn xut nhiu tinh bt acetat nht, nm 1999 khi lng xut khu... alginat vi t l 8:3:12 1.2.5.4 Cỏc ng dng khỏc: Trong sn xut thuc lỏ kt hp celluloza acetat v tinh bt acetat Vỡ celluloza acetat cú giỏ thnh cao hn tinh bt acetat m phõn t v c tớnh gn ging nhau Mt khỏc cht lng ca si khi kt hp celluloza acetat v tinh bt acetat tt hn khi lm mt mỡnh celluloza acetat Cht lng c ci thin l do cu trỳc phõn t ca tinh bt tng ng vi bt g Tinh bt khi cú 25% amyloza v 75% amylopectin, . trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm Nội dung nghiên cứu: 1. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm. tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm 3. Ứng dụng thử nghiệm sản phẩm tinh bột acetat vào sản xuất tương ớt t ại cơ sở chế biến thực phẩm Mỹ Thái, Hải. cho sản xuất tinh bột acetat, hoặc có thể sử dụng amyloza và amylopectin cho sản xuất tinh bột acetat. Hiện nay ở Mỹ sản phẩm tinh bột acetat thương mại DS thấp được sản xuất từ tinh bột