TINH bột LIÊN kết NGANG

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT……………………………………2 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TINH BỘT…………………………… 2 1.Định nghĩa…………………………………………………………… 2 2.cấu trúc của tinh bột…………………………………………………….2 II. TÍNH NĂNG CỦA TINH BỘT…………………………………… 5 1. Tính hấp thụ……………………………………………………………5 2 .Độ hòa tan của tinh bột……………………………………………… 6 3. Sự trương nở và hiện tượng hồ hóa của tinh bột………………… 6 4. Khả năng tạo gel, tạo hình và thoái hóa gel tinh bột…………… 8 5 .Khả năng tạo màng của tinh bột……………………………………… 9 6. Khả năng tạo sợi……………………………………………………… 9 7. Khả năng phồng nở của tinh bột………………………………………9 CHƯƠNG 2: BIẾN TÍNH TINH BỘT…………………………………………10 I. BIẾN TÍNH TINH BỘT……………………………………………… 11 1. Lịch sử hình thành và sản xuất tinh bột biến tính……………………11 2. Định nghĩa………………………………………………………… 11 3. Mục đích biến tính tinh bột……………………………………… 11 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT………………………12 1. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lý…………… 13 1.1. Biến tính trộn với chất trơ……………………………… 13 1.2. Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ………………………………… 13 1.3. Biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao………………… 14 2. Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme……………………….14 3. Phương pháp biến tính tinh bột bằng các tác nhân hóa học……… 15 3.1. Tinh bột oxy hóa…………………………………………… 15 3.2. Tinh bột ete hóa……………………………………………….15 3.3. Biến tính nhẹ bằng acid……………………………………….15 3.4. Tinh bột este hóa…………………………………………… 15 CHƯƠNG 3. TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG (TINH BỘT ESTE HÓA) 16 1 I. CƠ CHẾ BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO LIÊN KẾT NGANG…………………………………………………………….16 II. QUI TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG – TINH BỘT PHOTPHASE…………………………………………………………… 19 1. Quá trình khuấy……………………………………………………… 21 2. Quá trình điều chỉnh pH……………………………………………….22 3. Quá trình hòa trộn hỗn hợp……………………………………………22 4. Quá trình tách li tâm………………………………………………… 23 5. Quá trình sấy sơ bộ và quá trình nung…………………………………24 6. Quá trình làm nguội……………………………………………………26 7. Quá trình hòa trộn với nước, rửa và lọc……………………………….26 8. Quá trình sấy trước khi đem đi bảo quản…………………………… 27 9. Quá trình nghiền mịn, rây…………………………………………… 28 10. Quá trình đóng gói………………………………………………… 29 III. TÍNH CHẤT,ỨNG DỤNG VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT CỦA TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG…………………………………………… 30 1. Một số tính chất của tinh bột phosphate hóa………………………… 30 2. Một số ứng dụng trong thực phẩm………………………………… 31 3. Tình hình sản xuất và hướng phát triển trong tương lai……………….32 LỜI MỞ ĐẦU 2  Tinh bột là một loại polysaccharide được tìm thấy nhiều trong các loại lương thực hạt, quả, củ… Nó là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo và gần như vô tận. Tinh bột cùng với protein và lipit là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của người cũng như nhiều loài động vật khác.  Ngoài ra tinh bột còn là một trong những nguyên liệu rẻ tiền được ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, giấy… Tuy vậy, tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế nhiều tính chất chưa đáp ứng được những mục đích sử dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực như không tan trong nước lạnh, mất độ nhớt và giảm khả năng làm đặc sau khi nấu. Ngoài ra, sự thoái hóa xảy ra khi mất sự sắp xếp cấu trúc trên tinh bột hồ hóa, mà kết quả là sự tách nước trong hệ thống thực phẩm chứa nhiều tinh bột… Do vậy, việc biến tính tinh bột được quan tâm rất lớn nhằm cải thiện tính chất của nó đáp ứng nhu cầu sử dụng. Có rất nhiều phương pháp biến tính tinh bột khác nhau được chia thành nhiều lĩnh vực như: vật lý, hóa học, enzym. Việt Nam là một trong số những quốc gia Đông Nam Á có nguồn tinh bột dồi dào, trong đó tinh bột sắn rất được quan tâm phát triển. Tuy vậy, chủ yếu được sử dụng ở dạng nguyên liệu thô chưa biến tính, giá 3 thành rẻ. Do đó, cần phải biến tính tinh bột để tăng giá thành, đáp ứng nhu cầu kỹ thuật và mục đích sử dụng khác.  Xuất phát từ thực tế này, nhiều công trình nghiên cứu biến tính tinh bột đã được thực hiện. Một trong những phương pháp được sử dụng để biến tính tinh bột là tạo liên kết ngang (este hóa tinh bột). CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT I. G iới thiệu chung về tinh bột: 1. Định nghĩa: Tinh bột là loại polysaccarit thực vật tồn tại trong tự nhiên có khối lượng phân tử cao, gồm các đơn vị glucozo được nối tiếp với nhau bởi liên kết α-glycoside. Công thức phân tử của tinh bột là (C 6 H 10 O 5 ) n trong đó n trong khoảng 50 đến vài trăm nghìn. Tinh bột được tổng hợp nhờ quá trình quang hợp của cây và được dự trữ trong cấu trúc của chúng dưới dạng tiềm tang [1]. 2. Cấu trúc của tinh bột: Tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thướt trong khoảng từ 2-120nm, hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác. Tinh bột là hỗn hợp của hai loại glucan là amylose (Am) và amylopectin (Ap) [1].  Amylose là polysaccarit mạch thẳng gồm các đơn vị glucozo liên kết với nhau bởi liên kết( α-1,4-glycoside). Phân tử Am có một đầu khử và một đầu không khử. Am thường có cấu trúc hình mách giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào Am mới chuyển thành dạng xoắn ốc [2]. Hình 1. Cấu trúc của amylose 4 Hình 2. Một phần cấu trúc không gian của amylose Tính chất của Amylose[3]: - Dễ hòa tan trong nước ấm, tạo dung dịch có độ nhớt không cao. - Dung dịch không bền, ở nhiệt độ thấp chuyển sang trạng thái vô định gây kết tủa không thuận nghịch gọi là sự thoái hóa tinh bột. - Quá trình thủy phân amylose có thể tiến hành bằng các enzyme α- amylase, glucoamylase. - Dung dịch amylose rất dễ tạo keo, ngay cả khi ở nhiệt độ cao. Trong dung dịch amylose có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể. - Phản ứng với iot cho màu xanh dương. - Ngoài khả năng tạo phức với iot, Am còn có khả năng tạo phức với các chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no, các rượu vòng, các phenol, các xeton có phân tử thấp, các axits béo dãy thấp cũng như các axit béo dãy cao, các este mạch thẳng hoặc mạch vòng, các dẫn xuất benzene có nhóm andehit, các nitro paraffin…khi tạo phức với Am, các chất tao phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự như iot.  Amylopectin là polysaccarit mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết ( α-1,4- glycoside) còn có mạch nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết ( α-1,6- glycoside). Có một đầu khử duy nhất nhưng có nhiều đầu không khử [2]. 5 Hình 2. Cấu trúc của amylopectin Hình 3. Một phần cấu trúc không gian của amylopectin Tính chất của Amylopectin[3]: - Khó tan, trong nươc nóng bị hồ hoátaoj thành dung dịch keo có độ nhớt cao. - Trọng lượng phân tử của amylopectin từ 104 đến 106. - Amylopectin có thể liên kết cộng hóa trị với phosphate, đặc biệt là amylosepectin từ các loại củ. 6 - Amylopectin có khả năng gắn kết rất đặc trưng với lectin. Protein này sẽ liên kết với gốc monosaccharide nằm ở đầu cuối không khử của amylopectin làm cho amylopectin bị kết tủa và tách ra khỏi dung dịch. Liên kết giữa amylopectin và lectin chủ yếu là kiên kết hydro thông qua các nhóm OH ở cacbon số 3, 4, 6. - Quá trình thủy phân Amylopectin cũng tương tự như thủy phân amylose. - Khi đun nóng trong nước , amylopectin tạo thành dung dịch đặc, dính và có độ nhớt cao. Khác với amylose, amylopectin không bị thoái hóa, khă năng tạo gel cũng kém ( trừ khi ở nồng độ rất cao ). Tuy nhiên dung dịch amylopectin bị giảm độ nhớt rất nhanh trong môi trường acid, trong quá trình hấp tiệt trùng và khi chịu một lực cắt lớn. - Phản ứng với iot cho màu xanh tím. II. Tính năng của tinh bột: • Tinh bột mang lại cho thực phẩm các đặc tính về mặt cấu trúc nhờ những thay đổi trong và sau khi nấu. Các yếu tố đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc của thực phẩm là khả năng trương nở, hồ hóa của tinh bột, độ nhớt và độ trong của hồ ( paste ), khả năng tạo gel và hiện tượng thoái hóa của tinh bột. Ngoài ra, khả năng tạo màng, tạo sợi, khả năng phồng nở là những tính chất giúp tinh bột có thể tạo hình cho nhiều loại sản phẩm. Các tính chất, chức năng của tinh bột được tạo ra dựa trên các tương tác giữa tinh bột với nước, tinh bột với tinh bột và tinh bột với các chất khác. 1. Tính hấp thụ: Ở trạng thái tự nhiên, các phân tử tinh bột liên kết với nhau bằng liên kết hydro rất bền. Ở nhiệt độ lạnh, tinh bột vẫn có thể hấp thụ nước một cách thuận nghịch nhưng với một lượng rất nhỏ. Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hấp thụ thì bề mặt bên trong và bên ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy, trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt cần phải hết sức quan tâm tới vấn đề này. [4]Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như xanh metylen ( tích điện dương) của tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt. 2. Độ hòa tan của tinh bột: 7 Am mới tách từ tinh bột có độ hòa tan cao song không bền nhanh chóng bị thoái hóa và không tan trong nước. Ap không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hòa tan trong nước nóng. Trong môi trường axit tinh bột bị thủy phân và tạo thành tinh bột hòa tan. Nếu môi trường axit mạnh thì sản phẩm cuối cùng là glucozo. Còn trong môi trường kiềm thì tinh bột bị ion hóa từng phần do có sự hydrat hóa tốt hơn. Tinh bột kết tủa trong cồn, vì vậy cồn được sử dụng là dung môi để tăng để tăng hiệu quả thu hồi bột. Sơ đồ 1. Sự hòa tan của hạt tinh bột 3. Sự trương nở và hiện tượng hồ hóa của tinh bột: Khi hòa tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm cho hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của tinh bột. Trên 55-70 độ C, các hạt tinh bột sẽ trương phồng do hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực. Khi đó độ nhớt của dung dịch tăng mạnh. Kéo dài thời gian xử lí nhiệt có thể gây ra nổ vỡ hạt tinh bột, thủy phân từng phần và phần nào hòa tan phần nào các phân tử cấu thành của tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt của dung dịch. Như vậy, nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dich keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Quá trình hòa tan tinh bột vào nước, gia nhiệt cho đến khi hạt tinh bột vỡ ra gọi là quá trình hồ hóa[5,6,7,8]. Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm, mà là một khoảng có nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ mà tại đó các hạt tinh bột đầu tiên bắt đầu trương lên và nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ mà tại đó còn khoảng 10% hạt tinh bột chưa trương nở. Nhiệt độ hồ háo phụ thuộc vào thành phần amylose và amylopectin. Các ion 8 phân tán Phá vở vỏ hạt, đứt liên kết các phân tử Hạt tinh bột Hấp thụ nước qua vỏ Ngưng tụ nước lỏng Hydrat hóa và trương nở Dung dịch kim loại liên kết với tinh bột cũng ảnh hưởng đến độ bền của liên kết hydro bên trong phân tử tinh bột. Các chuỗi trong mạch tinh ột chứa các ion điện tích trái dấu sẽ đẩy nhau làm lỏng lẻo cấu trúc tinh bột dẫn đến thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Các muối vô cơ ở nồng độ thấp phá hủy các liên kết hydro nên làm tăng khả năng hòa tan của tinh bột, tuy nhiên, ở nồng độ cao nó gây hiện tượng kết tủa tinh bột và giảm sự hydrat hóa. Các chất không điện li như đường, rượu cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa và làm cho nhiệt độ hồ hóa tăng lên. Bảng 1. Bảng nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột tự nhiên Tinh bột tự nhiên Nhiệt độ hồ hóa Bắp 62-73 Bắp nếp 62.5-72 Lúa miến 68-75 Lúa miến nếp 67.5-74 Gạo 68-74.5 Lúa mì 59.5-62.5 Sắn 52-59 Độ trong của tinh bột đã hồ hóa có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều sản phẩm, nó làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này. Hồ tinh bột nếp thường trong hơn hồ tinh bột tẻ. Đường làm tăng độ trong còn các chất nhũ hóa gây đục hồ tinh bột . Các chất hoạt động bề mặt như sodium laurilsulphate dễ tạo phức với amylose và có tác dụng làm tăng độ trong của hồ tinh bột. Tính chất của tinh bột khi hồ hóa: - Tính chất của tinh bột khi hồ hóa phụ thuộc vào: tỷ lệ và sự phân bố các vùng kết tinh, tinh bột càng khó trương nở khi số vùng kết tinh lớn, các nhóm hydroxyl của vùng vô định hình liên kết chặt chẽ. - Tính nhớt, dẻo, độ trong của tinh bột khi bị hồ hoá: phụ thuộc vào thành phần Am và Ap có trong các loại tinh bột. Tinh bột giàu Ap có độ đặc, độ dính, độ dẻo, độ nhớt và độ trong cao hơn. 9 - Độ nhớt và độ dẻo của hồ tinh bột là một trong những tính chất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều loại sản phẩm. Do khả năng tập hợp lại với nhau và giữ được phân tử nước nhờ các liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl mà dung dịch tinh bột ( đặc biệt là tinh bột nếp chứa nhiều amylopectin ) có được những tính chất như độ đặc, độ dính, độ dẻo, độ nhớt cao[9,10]. Hình 4. Hình (A) và (C) hạt tinh bột khi chưa bị hồ hóa. (B) và (D) hình ảnh tinh bột sau khi được hồ hóa 4. Khả năng tạo gel, tạo hình và thoái hóa gel tinh bột: - Tinh bột sau khi hồ hóa để nguội thì các phân tử sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo thành gel thì: dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan sau đó để nguội ở trạng thái yên tĩnh[11,12]. 10 [...]... photphoric, axit axetic và dẫn xuất CHƯƠNG III TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG (TINH BỘT ESTE HÓA) I Cơ chế biến tính tinh bột bằng phương pháp tạo liên kết ngang Nói chung, tinh bột có chứa hai loại hydroxyl quan trọng là (6-OH) và (2OH và 3-OH) có thể phản ứng với các tác nhân tạo lưới tạo ra tinh bột liên kết ngang Tinh bột tạo lưới nhằm hạn chế khả năng trương của hạt tinh bột trong quá trình chế biến [19] 18 Bất... biến đổi: - Đây là quá trình hạt tinh bột diễn ra các quá trinh biến đổi quan trọng nhất.Lúc này các hạt tinh bột sẽ được làm khô và làm giảm độ ẩm đến độ ẩm thích hợp 27 Sau đó, trong giai đoạn đun nóng, các phân tử tinh bột bắt đầu hình thành các liên kết ngang với phân tử phosphate để tạo thành tinh bột liên kết ngang theo cơ chế phản ứng tạo liên kết ngang của hạt tinh bột Một số thiết bị sấy: - •... được liên kết ngang (tạo lưới) giữa các mạch tinh bột Các tác nhân tạo lưới cho phép bởi FDA như photpho oxyclorua, trimetaphotphat các andehit, đianehit, diepoxy, N,N'- metylenbisacrylamit (M A), axit boric là những chất có thể tạo lưới các mạch tinh bột Quá trình tạo liên kết ngang cũng cố các liên kết hydro trong hạt, cùng với các liên kết hoá học hoạt động như cầu liên kết giữa các phân tử tinh bột. .. những tinh bột phù hợp với yêu cầu sử dụng người ta tiến hành biến tính tinh bột Mục đích của việc biến tính tinh bột là:  Làm thay đổi cấu trúc của tinh bột bằng các tác nhân vật lý, enzyme hay hóa học 14    II Khắc phục những nhược điểm của tinh bột tự nhiên: tăng độ kết dính, độ trong, giảm hiện tượng thoái hóa của tinh bột Tăng giá trị sử dụng của tinh bột Tạo ra nhiều sản phẩm từ tinh bột ... cầu sử dụng của thị trường Các sản phẩm tinh bột liên kết ngang sử dụng tác nhân liên kết là phosphate được ứng dụng trong nhiều phuc vụ sản xuất Ngày nay, sản phẩm tinh bột liên kết ngang đang được nghiên cứu và hoàn thiện hơn về mắc chất lượng và nó trở thành một trong những hướng phát triển của công nghệ biến tính tinh bột trong tương lai Bảng các sản phẩm tinh bột biến tính đang được sử dụng trong... 21 Tinh bột cũng sẽ thu được tính chất mới khi cho tác dụng với axit boric Khi đó 4 nhóm hydroxyl của hai mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo phức với axit boric (phức bisdiol) Tinh bột sẽ dai hơn, giòn hơn và cứng hơn Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng tác nhân tạo lưới là MBA hay tạo lưới bề Nước mặt bằng bức xạ tử ngoại [20,23] Tinh bột sắn II Quy trình sản xuất tinh bột liên kết ngang – tinh bột. .. nhiều sản phảm tinh bột biến tính hơn Và từ đó, công nghiệp biến tính tinh bột đã được phát triển cho đến với nhièu sản phẩm mới được ra đời và nhiều phương pháp biến tính mới đã được sử dụng để sản xuất tinh bột biến tính như: tinh bột ete, biến tính bằng enzyme, biến tính bằng tác nhân vật lý, biến tnh bằng phương pháp tạo liên kết ngang, este hóa tinh bột 2 Định nghĩa: Biến tính tinh bột là quá trình... của hạt tinh bột được ứng dụng để sản xuất: bánh phồng tôm, bánh tiêu, xôi chiên, các loại bánh làm từ tinh bột gạo được chiên ngập dầu… 11 Hình 5 Bánh bột chiên giòn CHƯƠNG II BIẾN TÍNH TINH BỘT 12 I 1 Biến tính tinh bột: Lịch sử hình thành và sản xuất tinh bột biến tính: Việc xử lý và biến tính tinh bột đã được tiến hành trước năm 1811, khi Keerchoff tạo ra được phân tử D-glucose từ tinh bột bằng... biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lý: Phương pháp biến tính vật lý: là phương pháp biến tính tinh bột thuần túy dùng các lực vật lý như ép, nén và hồ hóa tác dụng lên tinh bột để làm thay đổi một số tính chất của nó nhằm phù hợp với những ứng dụng, sản phẩm tinh bột biến tính của phương pháp này là những tinh bột hồ hóa, tinh bột xử lý nhiệt ẩm 15 1.1 Biến tính trộn với chất rắn trơ: Tinh bột nếu... các liên kết α- 1,6 của phân tử ban đầu 3 Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hóa học: Phương pháp biến tính hóa học: là phương pháp sử dụng những hóa chất cần thiết nhằm thay đổi tính chất của tinh bột, sản phẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lý axit, tinh bột ete hóa, este hóa, phosphat hóa 3.1 Tinh bột oxy hóa[3]: Quá trình thủy phân và oxy hóa tinh bột sez . acid……………………………………….15 3.4. Tinh bột este hóa…………………………………………… 15 CHƯƠNG 3. TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG (TINH BỘT ESTE HÓA) 16 1 I. CƠ CHẾ BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO LIÊN KẾT NGANG ………………………………………………………….16 II axetic và dẫn xuất. CHƯƠNG III. TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG (TINH BỘT ESTE HÓA) I. Cơ chế biến tính tinh bột bằng phương pháp tạo liên kết ngang. Nói chung, tinh bột có chứa hai loại hydroxyl quan. được sử dụng để biến tính tinh bột là tạo liên kết ngang (este hóa tinh bột) . CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT I. G iới thiệu chung về tinh bột: 1. Định nghĩa: Tinh bột là loại polysaccarit thực