Nghiên cứu công nghiệp tổng hợp tinh bột photphat hóa ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Bộ công Thơng Tổng công ty hóa chất việt nam Viện hóa học công nghiệp việt nam * ***** * Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài Nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 7642 01/02/2010 Hà Nội 1-2010 Bộ công Thơng Tổng công ty hóa chất việt nam Viện hóa học công nghiệp việt nam * ***** * Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài Nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Chủ nhiệm đề tài: ThS. Vũ Văn Hà Viện Hoá học CN VN Những ngời tham gia: KS Hà Văn Vợi Viện Hoá học CN VN ThS Nguyễn Hoài Vân Viện Hoá học CN VN ThS Văn Thị Lan Viện Hoá học CN VN KS Mai Văn Cờng Viện Hoá học CN VN KS Lu Hoài Phơng Viện Hoá học CN VN Hà Nội 11-2010 Danh mục các viết tắt sử dụng trong báo cáo: Kí hiệu viết tắt DS Độ thế RE Hiệu suất phản ứng FTS Độ bền đóng băng khi tan rã MSHP Mono natri đi hidro phốt phát DSHP Đi natri hidro phốt phát STPP Natri tripoly phốt phát STMP Natri trimeta phốt phát MSTP Mono tinh bột tri phốt phát MSMP Mono tinh bột mono phốt phát MSDP Mono tinh bột đi phốt phát DSMP Đi tinh bột mono phốt phát CMC Cacboxymetyl xenlulôzơ m TB Khối lượng tinh bột m TN Khối lượng tác nhân 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 3 I. TỔNG QUAN 5 1.1. Tinh bột tự nhiên 5 1.1.1. Vai trò của tinh bột 5 1.1.2. Cấu trúc của tinh bột 6 1.2. Tinh bột biến tính 7 1.3. Tinh bột phốt phát hóa 9 1.3.1. Tính chất của tinh bột phốt phát hóa 10 1.3.2. Tổng hợp tinh bột phốt phát 11 1.3.2.1. Tác nhân phốt phát hóa 11 1.3.2.2. Cơ chế phản ứng 12 1.3.2.3. Phân loại 15 1.3.3. Ứng dụng của tinh bột phốt phát [2] 16 II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU…… …18 2.1. Mục tiêu của đề tài…………………………………………… … 18 2.2. Nội dung nghiên cứu……… …………………………………… 18 III.THỰC NGHIỆM 18 3.1. Phân tích lựa chọn nguyên liệu phù hợp cho nghiên cứu 18 3.2 Xử lý nguyên liệu đáp ứng các tiêu chuẩn cho ngành thực phẩm .19 3.3. Tác nhân phốt phát hóa 21 3.4. Phương pháp nghiên cứu 22 3.4.1. Phương pháp phốt phát hóa tinh bột 22 3.4.2.1. Phương pháp xác định 23 3.4.2.2. Xây dựng đường chuẩn để xác định phốt pho 25 3.4.2.3. Xử lý mẫu sơ bộ trước khi phân tích 26 3.4.2.4. Phá mẫu tinh bột phốt phát 26 3.4.2.5. So màu 26 3.4.3. Độ thế (degree of substitutions – DS) của sản phẩm và hiệu suất của phản ứng (reaction effect – RE) 27 3.4.3.1. Độ thế của tinh bột phốt phát 27 2.4.3.2. Hiệu suất của phản ứng 28 3.5. Khảo sát tính chất của sản phẩm 28 3.5.1. Xác định độ nhớt 28 3.5.2. Khả năng trương nở của tinh bột 28 3.5.3. Khả năng hòa tan của tinh bột 29 3.5.4. Độ trong của hồ tinh bột (%T 650 ) 29 3.5.5. Độ bền khi đóng băng – khi tan rã (FTS) 29 IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 2 4.1. Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến DS của sản phẩm và RE của phản ứng 30 4.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 30 4.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 32 4.1.3. Ảnh hưởng của pH 34 4.1.4. Ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân 35 4.2. Kết quả chụp phổ hồng ngoại 37 4.3. Kết quả khảo sát một số tính chất của sản phẩm 38 4.3.1 Độ nhớt của sản phẩm 38 4.3.1.1. Ảnh hưởng của loại tác nhân đến độ nhớt của sản phẩm 38 4.3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân đến độ nhớt của sản phẩm39 4.3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt của sản phẩm 40 4.3.2. Xác định khả năng trương nở của tinh bột 40 4.3.3. Độ hòa tan của tinh bột 42 4.3.4. Độ trong của hồ tinh bột 43 4.3.5. Độ bền đóng băng – tan rã (FTS) 44 V.XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG GHỆ……………………… ……………6 5.1. Xây dựng qui trình công nghệ……………………………………….46 5.2. Sản xuất qui mô phòng thí nghiệm…………….……………………47 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 3 M U Trong những năm gần đây, nền kinh tế nớc ta đã và đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp. Sản lợng nông nghiệp phục vụ nhu cầu trong nớc và xuất khẩu không ngừng tăng lên mỗi năm. Theo thng kê ca B nông nghip v phát triển nông thôn Vit Nam nm 2008 sn lng lng thc (lúa+ ngô) ca nc ta t 43.163.900 tn trong đó sản lợng lúa là 38.630.500 tn, ngô 4.530.900 tn. Cng theo thng kê ca b ny trong nm 2008 sn lng sn t 9.090.000 tn tng 11% so vi nm 2007. Đây là tiền đề cho việc phát triển ngành công nghiệp chế biến nông sản, đặc biệt là sản xuất và chế biến tinh bột. Nguồn nguyên liệu tinh bột ở nớc ta rất dồi dào nhng các nhà máy chế biến tinh bột trong nớc vẫn chủ yếu chỉ dừng lại việc thu tinh bột gốc. Một số nớc nh Thái lan, Singapore, Malaysia, Đài loan đã và đang đầu t xây dựng các nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở n ớc ta. Tuy nhiên phần lớn lợng tinh bột sản xuất ra là tinh bột thô có giá rẻ. Trong khi đó nhu cầu về các loại tinh bột biến tính phục vụ các ngành công nghiệp trong nớc là rất lớn mà hiện nay đa phần đang phải nhập ngoại, đặc biệt là các loại tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm và dợc phẩm. Mỗi năm các nhà máy chế biến thực phẩm phải nhập hàng chục nghìn tấn tinh bột biến tính để phục vụ sản xuất. Trong khi đó giá thành của các sản phẩm này lại khá cao so với tinh bột gốc. Vì vậy, vấn đề chúng ta phải quan tâm là nghiên cứu chế biến tinh bột để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn tinh bột dồi dào trong nớc. Một trong những loại tinh bột biến tính đợc nhập về với số lợng lớn phục vụ sản xuất của các ngành công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp thực phẩm .v v là tinh bột phốt phát hoá. Trong công nghiệp thực phẩm tinh bột phốt phát hóa có nhiều u điểm: tinh bt pht phỏt sau khi c h hoỏ cú nht ln, bn v trong hn tinh bt gc, k c trong iu kin ụng lnh. Vỡ nhng c tớnh ú nờn nú c s dng rng rói trong sn xut cỏc sn ph m cn bo qun ụng lnh, lm cht n nh, gi 4 màu sắc và độ ẩm cho các sản phẩm như chất trộn salat, nước sốt, bánh, kem, sữa, bơ… Tinh bột phốt phát cũng dùng để sản xuất các loại cá bao bột, cá phi lê bao bột và sản phẩm thủy sản bao bột đông lạnh, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai. Tinh bột phốt phát được dùng để ổn định trạng thái nhũ tương ổn đinh độ bền, độ đặc trong các sản phẩm cần ổn định khi tan giá. Tinh bột phốt phát trộn khô với đường và hương liệu, cho vào sữa lạnh để định dạng sản phẩm bánh pudding. Tinh bột phốt phát còn được dùng để ổn định trạng thái nhũ tương của sốt mayonnaise, cải thiện chất lượng bánh mì Với khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm, đề tài “ nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghệ thực phẩm” mang tính thực tiễn và có ý nghĩa kinh tế cao. 5 I. TỔNG QUAN 1.1. Tinh bột tự nhiên 1.1.1. Vai trò của tinh bột Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng lớn tinh bột đáng kể cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình chín và chuyển hoá sau thu ho ạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hoá chúng bị thuỷ phân thành đường glucozơ là chất tạo lên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. [1] Bảng 1: Hàm lượng tinh bột ở một số loại cây Loại nông sản Hàm lượng tinh bột, (% khối lượng khô) Khoai tây 66-84 Sắn 93-97 Lúa mì 70-80 Lúa 75-80 Hạt mạch 70-75 Ngô 60-75 Hạt đậu 60-66 Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị n ước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn. Ngoài ra tinh bột còn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu Các tính chất vốn có của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến tính (vật lý, hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ [2]. 6 1.1.2. Cấu trúc của tinh bột Tinh bột là loại polysaccarit khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị D- glucozơ được nối với nhau bởi các liên kết α-glucozit, có công thức phân tử là (C 6 H 10 O 5 ) n , ở đây n có thể thay đổi từ vài trăm đến hơn một triệu. Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amylozơ và amylopectin [1]. Tỉ lệ amylozơ/amylopectin tay đổi theo nguồn gốc xuất xứ của tinh bột. Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin. Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylozơ chiếm trên dưới 50%. Amylozơ là loại mạch thẳ ng, chuỗi dài từ 500÷2000 đơn vị glucozơ liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4 glucozit (Hình 1). Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylozơ thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm các tác nhân kết tủa vào, amilozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Chiều vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A 0 , chiều cao của vòng xoắn là 7,91 A 0 . Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C – H [2]. O OH OH CH 2 OH O OH OH CH 2 OH O OH OH CH 2 OH O O O O Hình 1: Phân tử amylozơ Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch có liên kết α-1,4 glucozit còn có mạch nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucozit. Cấu tạo của amylopectin còn lớn hơn và dị thể hơn amylozơ nhiều (khối lượng của amylopectin vào khoảng 5.10 7 ) (Hình 2). O OH OH CH 2 OH O OH OH CH 2 O OH OH CH 2 OH O O O O O O OH OH CH 2 OH O Hình 2: Phân tử amylopectin Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của 7 chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ. Phân tử amilopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ. Sự khác biệt giữa amilozơ và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amilozơ cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amilopectin (Hình 3) [2]. 1.2. Tinh bột biến tính Tinh bột là nguồn nguyên liệu đóng vai trò chủ yếu trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn suất tinh bột nhất định. Và đối với một số sản phẩm thì việc chế biến từ các loạ i tinh bột gốc sẽ đem lại chất lượng không cao vì độ ổn định thấp. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amylozơ lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amylopectin. Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốn những tính chấ t đó. Vì vậy, để có được những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột. Trong công nghiệp thực phẩm ngày càng sử dụng nhiều các loại tinh bột biến tính như tinh bột axetyl hoá, tinh bột phốt phát hoá… thay cho tinh bột gốc [3]. [...]... chế biến thủy hải sản và công nghiệp thực phẩm nói chung 2.2 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu qui trình công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa từ nguồn tinh bột trong nước Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng và tính chất của sản phẩm tinh bột phốt phát hóa Xây dựng qui trình công nghệ tối ưu, sử dụng qui trình này tổng hợp 2 kg sản phẩm tinh bột phốt phát hóa qui mô phòng thí nghiệm... VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu của đề tài Trên cơ sở tổng quan về tài liệu như đã nêu ở trên, dựa theo nhu cầu của ngành công nghiệp thực phẩm và vào nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, trung tâm Hữu cơ Viện Hóa học Công nghệp Việt Nam đặt vấn đề nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghệ thực phẩm đi từ nguồn nguyên liệu tinh bột trong nước đáp ứng nhu cầu... vào mạch tinh bột nên cấu trúc tinh bột không có những biến đổi mạnh mẽ Phương pháp này tạo ra sản phẩm đi tinh bột mono phốt phát (tinh bột liên kết ngang) thích hợp sử dụng trong hóa dược và nhiều ngành công nghiệp khác hơn là trong công nghiệp thực phẩm Phương pháp 3 là phương pháp mới được nghiên cứu từ năm 1993 trở lại đây, và chưa phổ biến mặc dù nó có tiềm năng sẽ được ứng dụng nhiều trong 22... tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều, tuy nhiên về căn bản chúng vẫn được giữ nguyên Tinh bột biến tính theo kiểu này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột tan dùng trong các thí nghiệm hóa học Tinh bột biến tinh bằng axit được sử dụng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy nên cải thiện rõ rệt chất lượng in Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong khi sản xuất bánh kẹo Tinh. .. tính tinh bột bằng phương pháp phốt phát hóa Trong nước có một số công trình nghiên cứu về tinh bột phốt phát hóa được công bố như Trương Minh Hạnh, Nguyễn Thị Hoài Tâm đã Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến hình tinh bột bằng phương pháp phosphoryl hóa [6] 1.3.1 Tính chất của tinh bột phốt phát hóa Tinh bột phốt phát là dẫn xuất anion có độ nhớt cao, huyền phù trong và ổn định hơn tinh. .. natri pyrophosphat Hình 10: Phản ứng tạo đi tinh bột mono phốt phát 1.3.3 Ứng dụng của tinh bột phốt phát [2] Trong công nghiệp giấy: tinh bột phốt phát cùng với protein và casein trong đậu nành để làm chất keo bảo vệ cho mực in Sử dụng hỗn hợp tinh bột phốt phát-rosin trong công nghiệp giấy nhằm giữ được mực in, chống thấm nước và nhanh khô Đồng thời tinh bột phốt phát sử dụng làm chất phụ gia kết dính... các liên kết dạng cầu nối Trong trường hợp này, tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt cả khi lượng chất hóa học sử dụng rất ít 8 Tinh bột liên kết ngang: là tinh bột biến tính thu nhận từ tinh bột tự nhiên sau khi một số nhóm chức của axit được este hóa với các nhóm OH của tinh bột (thuộc nhóm tinh bột thay thế) Liên kết ngang ảnh hưởng sâu sắc đến độ nhớt của tinh bột Tinh bột có độ thế thấp vẫn... Riverside, Frank đã công bố các kết quả nghiên cứu tổng hợp tinh bột phốt phát bằng các tác nhân meta phốt phát và tripoly phốt phát ở 1200C Cũng năm 1959, Hans Neukom và cộng sự đã nghiên cứu phản ứng của tinh bột với natri đi hiđro phốt phát và natri hiđro phốt phát trong vùng nhiệt độ 135 – 1520C Hay năm 2002 Wolfgang Bindzus và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp tinh bột phốt phát hóa bằng tác nhân tripoly... qua mức độ anion hóa Độ phân tán của tinh bột rất ổn định trong các sản phẩm thực phẩm khi lưu trữ đông Qua nhiều lần tan giá, hồ tinh bột không tách nước và bề mặt trở nên nhẵn bóng Do vậy, hồ tinh bột phốt phát ổn định sau khi tan giá hơn các loại tinh bột biến tính khác Do tính chất ion nên tinh bột phốt phát là chất nhũ hóa tốt Hồ tinh bột phốt phát có thể kết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinyl-ancohol... ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia (1994) chia tinh bột biến tính bằng hóa chất thành hai loại: tinh bột bị cắt và tinh bột bị thay thế Tinh bột cắt: thường có độ nhớt thấp, mạch tinh bột bị cắt bằng axit, chất oxy hóa, một vài loại muối… Kết quả là trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng đứt gãy các liên kết glucoszit và những liên kết khác, giảm trọng lượng phân tử, xuất hiện liên kết mới trong . nhiều ngành công nghiệp đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm, đề tài “ nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghệ thực phẩm mang tính thực tiễn và có ý. nam * ***** * Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài Nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Chủ nhiệm đề tài: ThS. Vũ Văn. công Thơng Tổng công ty hóa chất việt nam Viện hóa học công nghiệp việt nam * ***** * Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài Nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột phốt phát hóa