Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến chất ổn định từ tinh bột sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM & BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CHẤT ỔN ĐỊNH TỪ TINH BỘT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trịnh Thanh Hà 7845 07/4/2010 Hà Nội, tháng 12 năm 2009 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM & NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CHẤT ỔN ĐỊNH TỪ TINH BỘT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA Thực hiện theo “Hợp đồng Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” số 032.09.RD/HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp Thực phẩm ký ngày 25 tháng 02 năm 2009 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Trịnh Thanh Hà Các thành viên tham gia: PGS.TS. Lê Đức Mạnh ThS. Cao Xuân Thắng ThS. Lê Thị Thắm ThS. Phạm Thu Trang ThS. Lê Trung Hiếu ThS. Nguyễn Chí Thanh Hà Nội, tháng 12 năm 2009 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TÓM TẮT NHIỆM VỤ 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 Phụ gia thực phẩm – Chất ổn định 4 1.1.1 Các chất ổn định sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa 5 1.1.2 Tinh bột biến tính được sử dụng làm chất ổn định trong công nghiệp chế biến sữa 9 1.2 Tinh bột biến tính 12 1.2.1 Các phương pháp biến tính tinh bột 12 1.2.2 Ứng dụng của tinh bột biến tính. Các loại tinh bột biến tính sử dụng trong thực phẩm. 14 1.2.3 Sản xuất tinh bột biến tính trên thế giới và ở Việt Nam 15 1.3 Tinh bột biến tính bằng axit 16 1.3.1 Phương pháp biến tính tinh bột bằng axit 17 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất của tinh bột trong quá trình biến tính 18 1.4 Tính chất của tinh bột sắn 22 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 24 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 32 3.1 Nghiên cứu khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa hiện nay ở Việt nam 32 3.2. Nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu tinh bột nội địa để sản xuất chất ổn định dùng cho công nghiệp chế biến sữa 35 3.3 Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất chất ổn định từ tinh bột 39 3.3.1 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của quá trình biến tính tinh bột 40 3.3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn tinh bột sắn nguyên liệu 40 3.3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ huyền phù tinh bột 41 3.3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn loại axit phù hợp cho quá trình biến tính tinh bột 43 3.3.1.4 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ axit cho quá trình biến tính tinh bột 44 3.3.1.5 Nghiên cứu tìm thời gian thích hợp cho quá trình biến tính tinh bột 45 3.3.1.6 Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình biến tính tinh bột 46 3.3.2 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của quá trình thu hồi tinh bột biến tính 47 3.3.2.1 Nghiên cứu xác định lượng nước rửa cho quá trình làm sạch dịch tinh bột biến tính 47 3.3.2.2 Nghiên cứu chế độ sấy để thu tinh bột biến tính 48 3.3.3 Qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính 49 3.3.4 Sản xuất thử nghiệm ở qui mô xưởng thực nghiệm 51 3.3.5 Ứng dụng chất ổn định trong sản xuất sản phẩm sữa dạng đặc tại nhà máy chế biến sữa 53 3.3.5.1 Nghiên cứu tìm nồng độ tinh bột biến tính thích hợp trong sản phẩm sữa chua tại phòng thí nghiệm 53 a. Nghiên cứu sự thay đổi của sản phẩm sữa chua theo thời gian bảo quản 54 b. Nghiên cứu tìm nồng độ tinh bột thích hợp trong sản phẩm sữa chua 56 c. So sánh sản phẩm thử nghiệm của đề tài với các sản phẩm có mặt trên thị trường 57 3.3.5.2 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất sữa chua tại cơ sở sản xuất 58 3.3.5.3 Tính giá thành của hỗn hợp chất ổn định trong sữa chua 59 3.4. Báo cáo việc sử dụng 50 kg sản phẩm tinh bột biến tính 60 3.5. Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 69 Phụ lục 1: Cảm quan Phụ lục 2: Kết quả phân tích Phụ lục 3: Giấy xác nhận thử nghiệm Phụ lục 4: Một số thiết bị sử dụng trong sản xuất thực nghiệm Phụ lục 5: Các hồ sơ liên quan đến đề tài MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp chế biến sữa của Việt Nam hiện nay đang ở giai đoạn phát triển mạnh, sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với người dân. Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp chế biến sữa trong giai đoạn tiếp theo sẽ tiếp tục tăng nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của xã hội. Để ngành công nghiệp chế biến sữ a phát triển được bền vững thì các ngành liên quan như chăn nuôi bò sữa, chế biến sữa, sản xuất chất phụ gia… cần có sự phát triển đồng bộ. Trong công nghiệp chế biến sữa nói chung, các chất ổn định (stabilizer) là những phụ gia quan trọng. Hiện nay ở nước ta, nói chung việc cung cấp chất ổn định phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu, vì thế các nhà máy chế biến sữa thường không ch ủ động được nguồn cung cấp nguyên liệu và tỉ lệ nội địa hóa của sản phẩm là rất thấp. Một trong các chất ổn định là tinh bột biến tính. Các nguồn tinh bột biến tính ngoại nhập được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm có thể kể đến tinh bột AF 520 của Thái Lan, một sản phẩm thương mại đã có mặt ở thị trường Việt Nam. Đ ây là một loại tinh bột biến tính bằng phương pháp axit từ tinh bột sắn, được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và có thể sử dụng cùng với các phụ gia khác tạo hỗn hợp chất ổn định dùng trong sản xuất các sản phẩm sữa. Việt Nam có nguồn nguyên liệu sản xuất tinh bột rất dồi dào. Trong các nguồn cung cấp tinh bột như lúa, ngô, khoai lang, sắn… thì mới chỉ có tinh bột sắ n được sản xuất với qui mô công nghiệp, do vậy đảm bảo được nguồn cung cấp tinh bột với số lượng lớn. Trong những năm gần đây, tinh bột sắn của Việt Nam đã vươn lên đứng hàng thứ ba trên thế giới (sau Thái Lan và Indonesia) về sản lượng xuất khẩu [1]. Thêm vào đó tinh bột sắn còn có ưu thế là giá rẻ hơn so với tinh bột gạo và tinh bột ngô. Biến tính tinh bộ t bằng phương pháp axit là một phương pháp đã có từ lâu. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể sản xuất với năng suất lớn mà không gặp khó khăn gì trong vấn đề chất xúc tác, hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm, dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất… Với mong muốn đa dạng hóa sản phẩm để phù hợp với điều kiện c ủa từng nơi sản xuất, đồng thời không phải sử dụng nguồn hàng nhập khẩu, giảm chi phí sản xuất, tận dụng được nguồn nguyên liệu tinh bột phong phú của nước ta, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ chế biến chất ổn định từ tinh bột sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa”. Mục tiêu của đề tài là xây dựng qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp axit từ nguyên liệu là tinh bột sắn và ứng dụng làm chất ổn định trong sản xuất sữa chua ăn, một sản phẩm sữa đặc dạng có lợi cho sức khỏe con ng ười và rất phổ biến trên thị trường. TÓM TẮT NHIỆM VỤ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu − Đối tượng nghiên cứu: tinh bột sắn − Phạm vi nghiên cứu: biến tính tinh bột sắn bằng phương pháp axit thu được sản phẩm tương tự như sản phẩm AF 520 của Thái Lan. Ứng dụng tinh bột biến tính này làm chất ổn định trong sữa chua. Nội dung nghiên cứu − Nghiên cứu khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa hiện nay ở Việt nam. − Nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu tinh bột nội địa để sản xuất chất ổn định dùng cho công nghiệp chế biến sữa. − Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất chất ổn định từ tinh bột − Sản xuất thử nghiệm ở qui mô xưởng thực nghiệm. − Ứng dụng ch ất ổn định trong sản xuất sản phẩm sữa dạng đặc tại nhà máy chế biến sữa. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Phụ gia thực phẩm – Chất ổn định [2] Để chế biến thực phẩm được phong phú, ngon, duy trì được chất lượng lâu hơn thì không thể thiếu phụ gia. Phụ gia, theo từ điển Tiếng Việt: là chất phụ thêm vào, ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc chế biến thực phẩm. Hầu như ngành công nghiệp nào cũng dùng phụ gia. Trong thực phẩm, phụ gia được định nghĩa là: “các chế phẩm tự nhiên ho ặc tổng hợp hóa học, không phải thực phẩm, được đưa vào thực phẩm một cách cố ý để thực hiện những mục đích kỹ thuật nhất định và còn lưu lại trong thực phẩm ở dạng nguyên thể hoặc dẫn xuất, nhưng đảm bảo an toàn cho người sử dụng”. Phụ gia cũng làm cải thiện giá trị dinh dưỡng của một số thự c phẩm và có thể làm chúng hấp dẫn hơn bằng cách tăng mùi vị, kết cấu, độ đồng nhất và màu sắc của thực phẩm. Nhiều chất phụ gia được cho vào thực phẩm có vẻ như là "chất lạ" khi được ghi trên bao bì, nhưng thực ra chúng hoàn toàn quen thuộc. Ví dụ: acid ascorbic hay vitamin C, alphatocopherol hay vitamin E; và beta-carotene là một nguồn vitamin A … Có rất nhiều chất phụ gia mang tính chất và ứng dụng khác nhau trong các loại thực phẩm. Người ta chia chúng thành các nhóm có tính chất chung. Các chất trong nhóm tùy tính chất cũng như các ảnh hưởng khác về cảm quan, giá thành, tính chất công nghệ khác mà được sử dụng khác nhau. Về mặt an toàn, cơ bản mà nói, không có sự khác biệt nào giữa phụ gia thiên nhiên và tổng hợp. Điều quan trọng là phụ gia đó có được phép sử dụng hay không và giới hạn sử dụng trong thực phẩm là bao nhiêu. Các chất ổn định , tạo đặc và tạo gel, làm cho thực phẩm có kết cấu đặc và chắc. Trong công nghiệp chế biến sữa, các chất ổn định không phải là các chất nhũ hóa, nhưng chúng giúp cho các thành phần của sữa ổn định hơn. Trong sản xuất sữa chua nói riêng, vai trò của hỗn hợp chất ổn định là giữ vững kết cấu khung của sản phẩm, làm cho sản phẩm giữ nguyên ở dạng đồng nhất, không bị tách nước trong quá trình bảo quản và lưu hành trên thị trường, tạo giá trị cảm quan cao cho sản phẩm. 1.1.1 Các chất ổn định sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa Các chất ổn định trong công nghiệp chế biến sữa có thể kể đến như sau: Alginate, Carboxymethyl cellulose, Carrageenan, Gelatin, Guar gum, Locust Bean Gum, Tinh bột biến tính. Đây là những phụ gia thực phẩm thuộc nhóm phụ gia tạo gel, tạo sệt hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với rất nhiều chức năng như tạ o đặc hay tạo gel hệ lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương và huyền phù, ngăn cản sự hình thành tinh thể đá và đường, giữ hương…[19]. Alginate là loại polyme sinh học biển phong phú nhất thế giới và là loại polyme sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau xenlulo. Nguồn alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae). Các phân tử alginate tạo ra cho th ực vật độ mềm dẻo và độ bền cần thiết cho các loài thực vật biển do alginate ở các gian bào tạo thành một mạng lưới. Alginate là muối của axit alginic (công thức phân tử là NaC 6 H 7 O 6 ), tan chậm trong nước và tạo thành dung dịch nhớt. Axit alginic là một polyme do axit D-mannuronic (M) và axit L-guluronic (L) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4. Có 3 dạng liên kết có thể gặp trong 1 phân tử alginate (M-M-M), (G-G- G), (M-G-M). Hình1: Cấu tạo phân tử Alginate Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polyme mạch thẳng hòa tan trong nước. CMC được sản xuất từ phản ứng giữa cellulose hydroxyl với sodium monochloroacetate. CMC được sử dụng trong thực phẩm là dạng có độ tinh khiết cao (99,5%) gọi là xenlulo gum. Nó tạo cho sản phẩm chế biến đạt một độ đặc nhất định, góp phần xây dựng cấu trúc cho thực phẩm và ổn định hệ thống thực phẩm nhiều pha. Tổ chức FAO của Hoa Kỳ và WHO đều nhận thấy rằng có thể sử dụng xenlulo gum độ tinh khiết 99,5% như một chất phụ gia th ực phẩm trực tiếp. Hình 2: Cấu tạo phân tử CMC Carrageenan là polysaccarit chiếm 40% trong Rong Sụn (Kapsycus alcaeric). Carrageenan là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polyme được cấu tạo từ các gốc D-galactoza và 3,6 – anhydro D-galactoza. Mạch polysacarit của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép. Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disacarit tạo nên. Các gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau. Hình 3: Cấu tạo phân tử Carrageenan Với các khả năng như: Tham gia như một chất tạo đông (trong các sản phẩm như: kem, sữa, bơ, pho mát); Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp; Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ b ền dai; Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đường và nước đá bị kết tinh… nên carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm. Trong công nghiệp sữa carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ tương sữa – nước bền v ững. Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa. Sữa nóng [...]... Gelatin l chất tạo nhũ và tạo bọt hiệu quả nng thp, nú tạo gel tan hết trong miệng, ở nồng độ cao nó tạo gum mềm dẻo tan từ từ trong miệng Do vy, gelatin đợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm Gelatin thờng đợc sử dụng với nồng độ thấp trong nớc hoặc polyhydric alcohols trong sản xuất kẹo, kẹo dẻo và hàng loạt sản phẩm tráng miệng, các đồ uống có sữa, sữa lên men hay trong phomat đã chế biến Guar... thng nhm lm gim nht ca khi jelly v rỳt ngn thi gian nu Tinh bt bin tớnh dựng lm cht n nh trong cỏc sn phm sa chua, kem, Theo JECFA (2001), các loại tinh bột biến tính sử dụng trong thực phẩm bao gm cỏc loi sau [43]: 1 Dextrin, tinh bột rang trắng hoặc vàng 2 Tinh bột xử lý axit 3 Tinh bột xử lý kiềm 4 Tinh bột đã khử màu 5 Tinh bột đã oxy hóa 6 Monostarch phosphate 7 Distarch phosphate 8 Phosphated... quá trình biến tớnh tinh bột càng tăng, làm tăng mức độ phân cắt mạch tinh bột, do đó mức độ thy phõn tng và độ nhớt càng giảm Trong 3 loi tinh bt bin tớnh l tinh bt hunh tinh, tinh bt sn dõy v tinh bt sn, tinh bt sn bin tớnh cú hũa tan cao nht vỡ trong quỏ trỡnh bin tớnh, mc phõn ct mch ln, nờn mch ngn tng nhiu, kớch thc phõn t nh hn nờn cú kh nng khuych tỏn v d hũa tan trong nc hn So sỏnh vi tinh. .. tớnh cht ca tinh bt trong quỏ trỡnh bin tớnh: Hm lng axit v thi gian cng tng thỡ mc phõn ct mch cng ln v hũa tan cng tng Không những hàm lợng axit, thời gian biến tớnh mà cả nồng độ tinh bột đều ảnh hởng lớn đến quá trình biến tớnh tinh bột, thể hiện sự thay đổi ở các chỉ mức độ thy phõn và độ nhớt của tinh bột biến tớnh Nồng độ tinh bột càng giảm, hàm lợng axit càng tăng, thời gian biến tớnh càng... liờn kt mi trong v gia cỏc phõn t Cu trỳc ht ca tinh bt cú th b phỏ v ớt nhiu Nhúm tinh bt ny cú rt nhiu ng dng nh tinh bt bin tớnh bng axit c dựng ph giy, tng bn ca giy, ci thin cht lng in Trong cụng nghip thc phm, tinh bt loi ny dựng to cu trỳc gel trong sn xut bỏnh ko Tinh bt oxi hoỏ cng c xp v nhúm ny Mt s loi tinh bt c oxi hoỏ bi KMnO4 trong mụi trng axit c s dng thay th aga, alginate trong sn... thoa mt - Trong dc phm tinh bt bin tớnh l nguyờn liu thng dựng lm tỏ dc c trn cựng vi cỏc hot cht ca cỏc loi thuc viờn dng nộn (phn ln dựng ung) - Vi cụng nghip khai khoỏng, tinh bt bin tớnh c dựng trong tuyn ni qung, dung dch nh tng khoan du - Vi cụng nghip giy, tinh bt c dựng ch to cht ph b mt, thnh phn nguyờn liu giy khụng tro, cỏc sn phm tó giy cho tr em - Vi cụng nghip dt, tinh bt dựng trong h... n nh dựng trong sa chua: mt mu dựng tinh bt t nhiờn v gelatin; mu kia dựng tinh bt bin tớnh v gelatin Kt qu cho thy sau thi gian bo qun 60 ngy, sn phm sa chua dựng tinh bt bin tớnh vn m bo cht lng cm quan tt Tihomirova, N A v cng s [37] khi nghiờn cu s n nh, kt dớnh trong sa chua cú kt lun: sn phm sa chua cú dựng phi hp gelatin v tinh bt bin lm cht n nh cho sn phm n nh hn, m bo c cht lng tt trong. .. c cỏc sn phm nh tinh bt sn, tinh bt sn bin tớnh bng húa cht, mỡ chớnh, lysin phc v cho nhu cu trong nc v xut khu [1] 1.3 Tinh bt bin tớnh bng axit Tinh bt bin tớnh bng axit l tinh bt c bin tớnh bng phng phỏp húa hc thuc nhúm tinh bt ct Di tỏc dng ca axit, mt phn cỏc liờn kt gia cỏc phõn t v trong phõn t tinh bt b t, do ú lm cho kớch thc phõn t gim i v tinh bt thu c nhng tớnh cht mi Tinh bt sn bin tớnh... metanol cho thy mc phõn ct ca mch tinh bt bng phng phỏp axit trong mụi trng metanol ln hn so vi trong mụi trng etanol cựng iu kin (nhit , nng axit, nng tinh bt) Nhng metanol khụng nờn ng dng trong cụng nghip thc phm m cú th ng dng trong cụng nghip dt, cụng nghip giy hay lm cht n trong khoan du m Bin tớnh tinh bt bng phng phỏp axit trong mụi trng nc: Bin tớnh tinh bt trong mụi trng etanol, metanol t... khỏc, tinh bt c dựng lm mng plastic phõn hu sinh hc, pin khụ, thuc da, keo núng chy, cht gn, khuụn ỳc, ph gia nung kt kim loi - Trong cụng nghip thc phm, tinh bt bin tớnh dựng trong ch bin thc n hng ngy nh ch bin tht, n trỏng ming, nc st, cht to huyn phự cho cỏc ung Trong cụng ngh sn xut ko gum, tinh bt bin tớnh c dựng thay th tinh bt thng nhm lm gim nht ca khi jelly v rỳt ngn thi gian nu Tinh bt . TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 Phụ gia thực phẩm – Chất ổn định 4 1.1.1 Các chất ổn định sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa 5 1.1.2 Tinh bột biến tính được sử dụng làm chất ổn định trong công. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CHẤT ỔN ĐỊNH TỪ TINH BỘT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA Thực hiện theo “Hợp đồng Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp. BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM & BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CHẤT ỔN ĐỊNH TỪ TINH BỘT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP