tìm hiểu về tinh bột biến tính trong môn học hóa sinh trong công nghệ thực phẩm đại học bách khoa hà nội tìm hiểu về tinh bột biến tính trong môn học hóa sinh trong công nghệ thực phẩm đại học bách khoa hà nội tìm hiểu về tinh bột biến tính trong môn học hóa sinh trong công nghệ thực phẩm đại học bách khoa hà nội
I TỔNG QUÁT: Tinh bột: - - a Giới thiệu: Tinh bột biết đến từ hàng nghìn năm Người La Mã gọi amilum, từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, amilon Tinh bột tách từ bột mỳ loại ngũ cốc khác biết đến từ thời xa xưa Thời gian sau sản xuất từ khoai tây Châu Âu Nhật Bản, từ củ sắn lúa gạo phương Đông từ ngô Mỹ Tinh bột nguồn cacbohydrate dự trữ thực vật tìm thấy phổ biến tự nhiên Tinh bột có nguồn gốc từ loại khác có tính chất vật lí thành phần hóa học khác Tinh bột tách từ hạt ngơ lúa mì, từ rễ củ sắn, khoai tây, dong loại tinh bột dùng cơng nghiệp Potato Starch Corn Starch Tapioca Starch Hình 1: Cấu trúc hạt tinh bột kính hiển vi - b Cấu tạo: Tinh bột bao gồm thành phần amilose amilopectin Cả thành phần có đơn vị cấu tạo hóa học monosaccharide glucose Trong amylase, gốc glucose gắn vào nhờ liên kết α – (1 →4 ) glucoside Phân tử amilose bao gồm số chuỗi xếp song song với nhau, gốc glucose chuỗi cuộn vịng lại hình xoắn ốc - Trong phân tử amylosepectin, gốc glucose ko gắn với nhờ liên kết α – (1 →4) glucoside mà nhờ liên kết α – (1 → 6) glucoside Do đó, có cấu trúc nhánh amylopectin c Những vấn đề với tinh bột tự nhiên: Phạm vi đỉnh độ nhớt hẹp: - Một tính chất quan trọng tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu nhiều sản phẩm thực phẩm độ nhớt độ dẻo Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả liên kết với làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo độ nhớt cao Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt dung dịch tinh bột đường kính biểu kiến phân tử hạt phân tán, đặc tính - - - bên tinh bột kích thước, thể tích, cấu trúc, bất đối xứng phân tử Hình miêu tả biến đổi độ nhớt suốt q trình hồ hóa Ban đầu, dung dich tinh bột tăng nhanh độ nhớt tách sợi tinh bột (A) Khi tiếp tục nấu, sợi tinh bột tiếp tục bị phân rã, dẫn đến giảm nhanh tinh bột (B) Có thể thấy hình, (C) khoảng tăng giảm độ nhớt hẹp Sự thay đổi nhanh bị tăng tốc nhiệt độ, acid khuấy trộn Khoảng biến thiên độ nhớt hẹp với nhạy cảm tinh bột với điều kiện cơng nghệ nguyên nhân gây khó khăn cho việc tạo sản phẩm mong muốn Nhược điểm cấu trúc ổn định: Các loại tinh bột tự nhiên từ bắp, khoai tây, khoai mì… có nhược điểm cố hữu khơng phù hợp với q trình chế biến, như: cấu trúc sản phẩm không mong muốn, thiếu ổn định khả chịu đựng yếu tố chế biến thấp Bằng phương pháp biến tính thích hợp, tính chất xấu cải thiện, độ nhớt điều khiển, tăng khả chịu đựng điều kiện công nghệ khắc nghiệt, cấu trúc mong muốn, ổn định kéo dài Tinh bột biến tính: - - Từ phát triển vào năm 1940, tinh bột biến tính trở thành phần quan trọng cơng nghiệp thực phẩm lí do: o Chúng cung cấp nhiều thuộc tính đặc biệt mà tinh bột bình thường khơng thể Ví dụ, bánh pudding, đóng vai trị chất tạo đặc, tạo kết cấu mịn tiện lợi “hệ thống thức ăn nhanh” (instant system) Trong ứng dụng khác, tinh bột biến tính cung cấp nhiều chức rộng lớn, từ kết nối đến hòa tan, từ hấp thu đến ngăn chặn nước, tạo kết cấu quánh hay trơn mịn, lớp bao coating mềm hay giịn, làm ổn định hệ nhũ tương o Tinh bột nhiều có sẵn o Có tính kinh tế rẻ số chất có tính tương tự gum Trong thực tế sản xuất, ứng với sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi dạng tinh bột dẫn xuất tinh bột định Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amilose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột amilopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hịa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền khơng bị thối hóa nhiệt độ thấp Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại khơng mong muốn tính chất Vì vậy, để có loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột - Biến tính tinh bột q trình làm thay đổi cấu trúc tinh bột, tạo phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn, hay gắn nhóm khác vào phân tử tinh bột tác dụng tác nhân nhiệt độ, acid, enzyme,…dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học tinh bột CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT: II - Dựa vào chất phương pháp phân loại phương pháp sau: o Phương pháp biến tính vật lí o Phương pháp biến tính hóa học o Phương pháp biến tính enzym Biến tính tinh bột phương pháp vật lý: a - - - - - - - Phá huỷ tinh bột lực học: Nguyên tắc: Tăng tỉ lệ vơ định hình cấu trúc tinh thể hạt, kết khả phân tán trương nở nước lạnh tăng lên Tiến hành: hạt tinh bột ẩm (với hàm ẩm khác nhau) nghiền (hay chịu tác dụng áp suất) Tính chất: Nhiệt độ hồ hố tinh bột giảm từ 5-10oC, hạt tinh bột dễ bị thuỷ phân enzyme gia tăng khả xâm nhập enzyme thông qua rãnh vô định hình Trong bột bánh làm từ tinh bột này, nước hấp thụ nhiều nhanh hơn, tỉ lệ amilo bị phân huỷ cao b Tinh bột ép đùn (extruded starch): Nguyên tắc: Thực nhiệt độ cao (185-200oC) Trong trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép amylose (cụ thể khoảng cách chuỗi) có thay đổi; phân huỷ phần mạch amylose tạo maltose, isomaltose, gentibose, sophorose 1,6anhydroglucopyranose… Tính chất: Tinh bột ép đùn dễ phân tán, tan tốt, có độ nhớt thấp tinh bột thơng thường c Biến tính tinh bột gia nhiệt khô nhiệt độ cao: Nguyên tắc: Giảm kích thước phân tử, thay đổi tỉ lệ mạch thẳng hay độ phân nhánh phân tử tinh bột Tiến hành: Phun axit (với lượng 0,05-0,15% trọng lượng tinh bột ) vào tinh bột có độ ẩm khoảng 5%.Có thể dùng AlCl3 làm chất xúc tác Cũng cho thêm tác nhân kiềm tính Canxi photphat, Natri bicacbonat Tritanolamin làm chất đệm (để làm giảm bớt độ axit nhiệt độ cao) Sau sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm từ 1-5% tiến hành dextrin hóa thiết bị trộn có gia nhiệt hơi, dầu đốt nóng trực tiếp Dextrin hóa xong làm nguội Khi dextrin hóa thường xảy phản ứng sau: o Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp o Phản ứng tái trùng hợp sản phẩm vừa tạo thành chủ yếu liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao o Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân chủ yếu, nên độ nhớt tinh bột lúc bị giảm mạnh Khi tăng nhiệt độ lên phản ứng tái trùng hợp trở thành phản ứng o Ngồi nhiệt độ cao cịn xảy phản ứng chuyển glucozit: liên kết 1-4 glucozit không bền amiloza lúc chuyển thành liên kết 1-6 bền - - - - Dưới tác dụng nhiệt độ, tinh bột bị biến tính cách sâu sắc, nhiều tính chất bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăng giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi Phụ thuộc vào nhiệt độ ta thu dextrin trắng (95-120 0C), dextrin vàng (1201800C), pirodextrin (170-1950C) Tính chất: Dung dịch dextrin có khả tạo màng, dính kết bề mặt đồng không đồng Thường dùng dextrin làm chất liên kết chất keo dính để pha sơn Do dextrin có độ nhớt thấp nên dùng nhiệt độ cao mà bền Độ hòa tan nước lạnh dextrin cao tinh bột Dextrin trắng có độ hịa tan cao nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90% có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3% - - - - - - - Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm có độ hịa tan đáng kể, có mức độ phân nhánh trung bình 20% Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20-25% có khối lượng phân tử lớn dextrin vàng dung dịch bền d Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch): Nguyên tắc: Tác dụng nhiệt ẩm làm đứt liên kết phân tử, làm phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột hồ hóa Tiến hành: Huyền phù tinh bột hồ hố sau sấy khơ Trong q trình này, liên kết bị cắt đứt phần Tính chất : Trương nhanh nước; Biến đổi chậm tính chất bảo quản; Bền nhiệt độ thấp; Có độ đặc khả giữ nước, giữ khí tốt Ứng dụng: Người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ trường hợp cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu Tinh bột loại từ tinh bột amilopectin làm tăng độ “tươi” cho sản phẩm, tăng độ suốt, độ đàn hồi làm bền độ nhớt Dùng tinh bột hồ hóa sơ tránh tổn thất chất bay bánh ngọt, giữ chất béo bảo vệ chất béo khỏi bị oxi hóa sấy khơ, liên kết ẩm ổn định ẩm sản phẩm thịt Ete oxit tinh bột dạng hồ hóa sơ sử dụng sản xuất kem có hiệu Amiloza tinh bột giàu amiloza (trên 60% amiloza) khuếch tán vào nước áp suất cao áp suất khí sau sấy khơ khơng bị thối hóa e Trộn với chất rắn trơ: Nguyên tắc: Làm cho hạt tinh bột cách biệt vật lí, cho phép chúng hydrat hóa cách độc lập Tính chất: Tan tốt nước khơng bị vón cục tinh bột tự nhiên Biến tính phương pháp hóa học: a Biến tính acid : Nguyên tắc: - - Dưới tác dụng acid phần liên kết phân tử phân tử tinh bột bị đứt Do làm cho kich thước phân tử giảm tinh bột thu tính chất Tính chất: Giảm lực với iot Độ nhớt đặc trưng bé Áp suất thẩm thấu cao khối lượng phân tử trung bình bé Khi hồ hóa nước nóng hạt trương nở Trong nước ấm có nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hóa độ hịa tan cao Nhiệt độ hồ hóa cao Chỉ số kiềm cao Tiến hành: Biến tính axít mơi trường ancol: o Tạo sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, dextrin đường Trong môi trường ancol etanol metanol, ancol có độ phân cực nhỏ nước nên độ phân ly axit tham gia xúc tác nhỏ hơn; phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn chậm so với mơi trường nước Vì điều chỉnh khống chế q trình biến tính tinh bột để tạo sản phẩm có mạch phân tử mong muốn cách dễ dàng đạt hiệu suất thu hồi cao o Qui trình sản xuất theo phương pháp Robyt (cho sắn): Axít HCl đậm đặc trộn với 100 ml môi trường, sau khuấy đều, đậy kín miệng bình biến tính 72 Qui trình sản xuất tinh bột từ sắn theo phương pháp Robyt - Biến tính axít mơi trường nước: Qui trình biến tính tinh bột axit theo phương pháp Ali &Kemf o Biến tính mơi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến tính axit mơi trường nước khắc phục nhược điểm o Tinh bột khô phân tán nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33% biến tính với xúc tác dung dịch axit HCl 0,5N 500C điều kiện khuấy trộn liên tục Khi biến tính kết thúc, trung hòa dung dịch NaOH 1N đến trung tính rửa tinh bột máy li tâm siêu tốc nước nhiều lần.Cuối sấy, nghiền, rây để thành phẩm có W