Mục đích của đề tài “Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính” này là tạo ra sản phẩm tinh bột biến tính kiểu liên kết ngang từ tinh bột khoai mì với giá thành hạ và phù hợp với điều kiện
TỔNG QUAN
Giới thiệu về tinh bột khoai mì
Khoai mì (sắn – Manihotesculenta Crantz) được trồng chủ yếu ở châu Á, châu Phi và một số nước Nam Mỹ Ngoài việc sử dụng trực tiếp như một loại lương thực, khoai mì còn được sử dụng để sản xuất tinh bột Tinh bột khoai mì có khả năng thay thế cho tinh bột bắp, tinh bột gạo và tinh bột lúa mì hiện đang được sử dụng trong các ngành công nghiệp với tính chất tương đương Trên thế giới hiện nay, ngoại trừ
Việt Nam là quốc gia sản xuất và xuất khẩu tinh bột mì lớn thứ ba trên thế giới Trong khi các nước Mỹ và châu Âu sử dụng chủ yếu tinh bột có nguồn gốc từ bắp thì các khu vực khác lại sản xuất tinh bột từ nguyên liệu đa dạng như gạo, lúa mạch, sắn, theo thông tin từ Hội đồng châu Âu năm 2002.
Tinh bột khoai mì có màu rất trắng Hạt tinh bột có kích thước khoảng 4 – 35àm, bề mặt nhẵn, cú hỡnh trũn hay hỡnh trứng vỏt đầu (oval, truncated “kettle drum”), có một chỗ lõm và núm ở giữa Hạt tinh bột có cấu trúc tinh thể dạng A và dạng hỗn hợp A, B, có cấu trúc tương đối xốp, liên kết giữa các phần tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy dễ bị phân hủy bởi các tác nhân hóa học và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo
Hình 1.1 Hạt tinh bột khoai mì [2, 3]
Tinh bột khoai mì chứa rất ít lipid (< 0,1%), hàm lượng amylose từ 8 – 29%, trung bình 16 – 18% Tinh bột khoai mì có tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao
Nhiều nghiên cứu đã xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai mì nằm trong khoảng từ 49 – 64 o C đến 62 – 73 o C [13], cao hơn khoai tây và thấp hơn bắp Độ nhớt của hồ tinh bột khoai mì và khoai tây cao hơn tinh bột bắp, tinh bột lúa mì hay tinh bột gạo Khả năng hồ hóa sớm, độ nhớt cao của tinh bột khoai mì thể hiện lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt
Hồ tinh bột khoai mì có độ trong cao do có khả năng trương nở tốt và xu hướng thoái hóa thấp Khả năng trương nở và hòa tan cao của tinh bột khoai mì một lần nữa thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt Độ trong cao và vị nhạt (bland flavour) của tinh bột khoai mì rất thích hơp để sử dụng trong công nghiệp thực phẩm Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền tốt nên có nhiều ứng dụng trong thực phẩm, đặc biệt trong các sản phẩm có thời gian bảo quản lâu.
Giới thiệu về tinh bột biến tính
Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác đến mức có thể để phục vụ cho nhu cầu sản xuất Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp thực phẩm mở rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy nó có những hạn chế, hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này nhưng lại bất lợi cho sản phẩm khác Vì vậy, quá trình biến tính tinh bột được sử dụng để tạo ra những loại tinh bột có các tính chất phù hợp với những sản phẩm nhất định
Biến tính tinh bột là các quá trình làm biến đổi cấu trúc và tác động lên các liên kết hydro của tinh bột một cách có kiểm soát Ngoại trừ tinh bột biến tính vật lý (hồ hóa trước), sự biến đổi này chỉ diễn ra ở cấp độ phân tử, với ít hoặc không có thay đổi trên bề mặt bên ngoài của hạt tinh bột, do đó, nguồn gốc thực vật của tinh bột vẫn có thể xác định được bằng kính hiển vi [22]
Có thể phân loại tinh bột biến tính theo phương pháp làm biến tính tinh bột như sau [16]:
Dextrin Thủy phân Enzyme Oxi hóa
Tinh bột tan trong nước lạnh (CWS Starch)
Theo JECFA (2001), các tinh bột biến tính được phép sử dụng trong sản xuất thực phẩm bao gồm các loại sau [26]:
Hiện nay, sự phát triển của ngành công nghệ sinh học còn cho phép quá trình biến tính tinh bột được thực hiện trên cây trồng lúc đang phát triển, tạo ra các loại thực vật có các hàm lượng amylose hoặc hàm lượng phosphorous khác nhau Loại tinh bột biến tính này trong tương lai có thể được sử dụng rộng rãi do vừa có bản chất tự nhiên không phải qua các quá trình xử lý vật lý hoặc hóa học, vừa có những tính chất ưu việt của tinh bột biến tính [45]
Hình 1.2 Phân loại tinh bột biến tính [16]
Cắt mạch tinh bột (Degradation)
Tạo nhóm thay thế (Substitution)
Tạo liên kết ngang (Cross bonding)
Cắt một phần mạch tinh bột
Bảng 1.1 Các sản phẩm tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm và một số quy định về độ tinh sạch (Các nồng độ % tính theo chất khô) [26]
Loại tinh bột biến tính
Mã số ISN Quy định về quá trình sản xuất Yêu cầu của sản phẩm
Dextrin khô (Dextrin roasted starch)
1400 Xử lý nhiệt khô với acid hydrochloric hoặc acid ortho-phosphoric pH 2,5 – 7,0
Tinh bột xử lý bằng acid (Acid treated starch)
1401 Xử lý với acid hydrochloric, hoặc acid ortho-phosphoric, hoặc acid sulfuric pH 4,8 – 7,0
Tinh bột xử lý bằng kiềm (Alkaline treated starch)
1402 Xử lý với sodium hydroxide hoặc potassium hydroxide pH 5,0 – 7,5
Xử lý với peracetic acid và/hoặc hydrogen peroxide, hoặc
Các nhóm carbonyl được gắn vào mạch tinh bột chiếm không quá 0,1% sodium hypochlorite hoặc sodium chlorite, hoặc
Không còn tác nhân phản ứng sót lại trong sản phẩm sulfur dioxide hoặc các dạng thay thế của sulfite được phép sử dụng, hoặc
Hàm lượng sulfur dioxide còn lại trong sản phẩm không quá 50 mg/kg
1403 potassium permaganate hoặc ammonium persulfate
Hàm lượng manganese còn lại trong sản phẩm không quá 50 mg/kg
Các nhóm carboxyl gắn vào mạch tinh bột không quá 1,1%
1404 Xử lý với sodium hypochlorite
Hàm lượng sulfur dioxide còn lại trong sản phẩm không quá 50 mg/kg
Tinh bột xử lý bằng enzyme (Enzyme- treated starch)
1405 Xử lý trong môi trường lỏng ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa, sử dụng một hoặc nhiều enzyme thủy phân tinh bột dùng trong thực phẩm
Hàm lượng sulfur dioxide còn lại trong sản phẩm không quá 50 mg/kg
Monostarch phosphate 1410 Ester hóa với acid ortho-phosphoric, hoặc sodium hoặc potassium ortho- phosphate, hoặc sodium tripolyphosphate
Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous không quá 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và không quá 0,4% cho các tinh bột khác
Distarch phosphate 1412 Ester hóa với sodium trimetaphosphate hoặc phosphorous oxychloride
Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous không quá 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và không quá 0,4% cho các tinh bột khác
1413 Xử lý kết hợp các phương pháp sản xuất monostarch phosphate và distarch phosphate
Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous không quá 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và không quá 0,4% cho các tinh bột khác
1414 Ester hóa bằng sodium trimetaphosphate hoặc phosphorous
Hàm lượng các nhóm acetyl không quá 2,5%
Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous không oxychloride, kết hợp với ester hóa bằng acetic anhydride hoặc vinyl acetate quá 0,14% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và không quá 0,04% cho các tinh bột khác
Hàm lượng vinyl acetate không quá 0,1 mg/kg Tinh bột acetate
1420 Ester hóa với acetic anhydride hoặc vinyl acetate
Các nhóm acetyl không quá 2,5%
1422 Ester hóa với acetic anhydride và adipic anhydride
Các nhóm acetyl không quá 2,5% và các nhóm adipate không quá 0,135%
1440 Ester hóa với propylene oxide Các nhóm hydroxypropyl không quá 7,0%; propylene chlorohydrin không quá 1 mg/kg
1442 Ester hóa bằng sodium trimetaphosphate hoặc phosphorius oxychloride kết hợp ether hóa bằng propylene oxide
Các nhóm hydroxypropyl không quá 7,0%; propylene chlorohydrin không quá 1 mg/kg; phosphate tính theo phosphorous không quá 0,14% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và không quá 0,04% cho các tinh bột khác
1450 Ester hóa bằng octenylsuccinic anhydride
Các nhóm octenylsuccinyl không quá 3%; hàm lượng acid octenylsuccinic còn trong sản phẩm không quá 0,3%
1.2.1 Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý
1.2.1.1 Tinh bột hồ hóa trước (Pregelatinized starch) [13, 19, 22, 27, 28, 34]
Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà không cần nấu Sản phẩm được gọi là “pregelatinized starch”, “pregel”, “pre-cooked starch” hay “instant starch” Phương pháp này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và tinh bột đã biến tính bằng các phương pháp khác
Nguyên tắc của phương pháp biến tính này là hồ hóa huyền phù tinh bột bằng nhiệt rồi nhanh chóng sấy khô để trả lại trạng thái bột khô trước khi tinh bột bị thoái hóa Trong thực tế, tinh bột được nấu và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống sấy, ép đùn (extrusion) hoặc sấy phun Trong kỹ thuật sấy bằng trống và ép đùn, hạt tinh bột chịu nhiều tác động cơ học như nhiệt độ, lực cắt cơ học, áp suất nén cao, và bị thay đổi cấu trúc nhiều Ngược lại, trong kỹ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột được hồ hóa và sấy khô đồng thời nhờ hơi nóng, do đó hạt tinh bột hầu như còn nguyên vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt và nhiệt Sản phẩm này gọi là tinh bột CWS (cold-water swelling starch)
Khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử có thể thấy tinh bột hồ hóa trước bằng kỹ thuật sấy phun hoặc ép đùn thường có cấu trúc dạng mảnh, hạt tinh bột đã bị phá vỡ, tương tự như tinh bột nấu quá điểm hồ hóa (overcooked starch) Ngược lại, tinh bột CWS có cấu trúc hạt tinh bột trương nở nguyên vẹn, tương tự như tinh bột nấu vừa đến điểm hồ hóa (cook-up starch)
Hình 1.3 Hạt tinh bột hồ hóa trước thông thường (A) và tinh bột CWS (B) dưới kính hiển vi điện tử [27]
1.2.1.2 Tinh bột xử lý nhiệt (Heat treated starch) [13, 19, 28, 34]
Trong điều kiện được kiểm soát, xử lý nhiệt tinh bột sau đó trả về trạng thái hạt ban đầu, tinh bột sản phẩm vừa duy trì tính chất hồ hóa vừa có độ nhớt và độ bền được cải thiện.
Có 2 loại quá trình xử lý nhiệt, cả hai đều gây ra biến tính vật lý nhưng không hồ hóa tinh bột, không phá hủy tính nguyên vẹn của hạt, hoặc không làm mất tính lưỡng chiết (birefringence)
- Quá trình x ử lý nhi ệ t ẩ m (heat-moisture treatment): tinh bột được làm ẩm và gia nhiệt đến quá nhiệt độ hồ hóa, nhưng độ ẩm không đủ để quá trình hồ hóa xảy ra Tinh bột xử lý nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính vật lý lâu đời nhất
- Quá trình “annealing”: là quá trình gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa và giữ trong một thời gian xác định
Các sản phẩm tinh bột đã qua xử lý nhiệt được coi là tinh bột tự nhiên (native) nên trên nhãn chỉ cần ghi là "tinh bột thực phẩm" ("food starch").
1.2.2 Tinh bột biến tính bằng các phương pháp hóa học
Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là quá trình biến tính thông dụng nhất hiện nay Dưới tác động của một lượng nhỏ các tác nhân hóa học được cho phép sử dụng, tinh bột bị thay đổi tính chất Quá trình biến tính hóa học có thể thực hiện ở 3 trạng thái tinh bột: [45]
- Trạng thái huyền phù (slurry), tinh bột phản ứng với các tác nhân hóa học trong môi trường nước Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được lọc, rửa và sấy khô
- Trạng thái sệt (paste), tinh bột được hồ hóa (gelatinize) với tác nhân hóa học trong điều kiện có ít nước và khuấy trộn liên tục Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được sấy khô
- Trạng thái rắn, tinh bột được làm ẩm bằng tác nhân hóa học trong nước, sấy, và cuối cùng phản ứng ở nhiệt độ cao
Ứng dụng của tinh bột và tinh bột biến tính
Tổng sản lượng tiêu thụ tinh bột trên thế giới hiện nay ở vào khoảng 48,5 triệu tấn và dự đoán lên đến 70 triệu tấn vào năm 2010, với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm khoảng 2 - 3% Trong đó, tốc độ tăng trưởng hàng năm của thị trường tinh bột Mỹ, EU và Nhật là 1 - 2%, các nước khác đạt mức độ tăng trưởng lên đến 3
1.3.1 Ứng dụng của tinh bột [17, 40, 47]
Sản xuất glucose, ethanol và monosodium glutamate là các ứng dụng phổ biến của tinh bột Ngoài ra, tinh bột còn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp khác như sản xuất chất kết dính, sản xuất giấy, công nghiệp dệt… với số lượng ít hơn
Glucose thường được sản xuất thành xi-rô lỏng hoặc chất rắn Xi-rô lỏng được gọi phổ biến là glucose, trong khi dạng rắn được gọi là dextrose Dextrose là D-glucose thu được từ quá trình thủy phân hoàn toàn tinh bột.
Tinh bột dùng trong sản xuất glucose syrup phải tinh khiết và có hàm lượng protein thấp, đặc biệt là các protein hòa tan Do đó, tinh bột khoai mì thường được ưu tiên lựa chọn để sản xuất glucose hơn các loại tinh bột khác Ngành công nghiệp thủy phân tinh bột (sản xuất glucose và dextrose) là ngành tiêu thụ tinh bột nhiều nhất, sử dụng 45% tổng sản lượng đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất tinh bột tại Mỹ và 46% tại châu Âu (theo USDA, EU Commission, 2002) [47]
Nhìn chung, glucose và dextrose dùng trong công nghiệp thực phẩm để thay thế một phần hay hoàn toàn sucrose Mục đích sử dụng glucose và dextrose trong sản xuất kẹo là để ngăn cản sự kết tinh của sucrose; hỗ trợ lên men carbohydrate trong sản xuất bánh; tăng nồng độ chất khô trong các sản phẩm kem lạnh, mứt (fruit preserves) và các sản phẩm tương tự mà không làm tăng độ ngọt quá mức, ngăn sự tạo thành các tinh thể đá lớn làm mất độ mịn của cấu trúc [20, 22]
S ả n xu ấ t b ộ t ng ọ t (monosodium glutamate) Đây là một sản phẩm được sử dụng rộng rãi ở nhiều khu vực trên thế giới để làm chất tạo vị trong các thực phẩm, dưới dạng bột hay tinh thể Tinh bột khoai mì và mật rỉ là các nguyên liệu chính sử dụng trong sản xuất bột ngọt ở các nước Viễn Đông và Châu Mỹ Latin [17]
S ả n xu ấ t c ồ n ethanol Cồn ethanol có thể được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu carbohydrate như khoai mì, mía, mật rỉ từ công nghiệp sản xuất đường Tinh bột với khả năng bảo quản dễ dàng sẽ mở rộng phạm vi hoạt động của các nhà máy chưng cất cồn so với khi sử dụng nguyên liệu mía chỉ hoạt động theo mùa Tại Mỹ, ethanol chiếm đến 40% tổng sản lượng đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất tinh bột (theo USDA, EU Commission, 2002) [47]
1.3.2 Ứng dụng của tinh bột biến tính [13,19, 22, 28, 34]
Tinh bột hồ hóa trước được dùng trong chế biến các thực phẩm ăn liền như bánh pudding ăn liền, trong sản xuất bánh kẹo, soup, cream, các món tráng miệng ăn liền và trong các ngành công nghiệp khác như khoan giếng dầu nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết
Tinh bột thủy phân acid đặc biệt hữu dụng trong công nghệ sản xuất kẹo cần quá trình tạo gel Các loại kẹo chứa tinh bột acid hóa thường mềm, cấu trúc dạng jelly, mềm dẻo nhưng bền Tinh bột acid hóa cũng được dùng trong công nghiệp dệt để hồ sợi, làm cho sợi có độ bền và chịu được mài mòn Trong sản xuất giấy, nó được dùng để làm bóng giấy, giảm trầy xước và tăng chất lượng in của giấy Dextrin có độ nhớt tương đối thấp, khả năng tạo màng tốt, một số loại có độ hòa tan trong nước cao, nên được dùng làm lớp phủ ngoài (coating) của các sản phẩm thực phẩm và có thể thay thế nhiều loại gum đắt tiền Một số dextrin đặc biệt có độ nhớt cao được dùng làm chất thay thế cho chất béo (fat replacer) trong các sản phẩm bánh và sữa
Tinh bột tẩy màu dùng trong dược phẩm Tinh bột oxy hóa được ứng dụng trong hồ bề mặt giấy và hồ sợi may Trong thực phẩm, tinh bột oxy hóa phổ biến trong bột nhào, bánh mì, bao bọc các thành phần như thịt, cá, rau Nó tăng độ kết dính cho bột và giúp sản phẩm chiên giòn.
Tinh bột acetate được sử dụng để hồ vải, sản xuất chỉ dai và mềm dẻo Trong thực phẩm, tinh bột acetate thường dùng làm chất làm đặc và chất ổn định cho nhiều sản phẩm, bao gồm cả các sản phẩm cần bảo quản lạnh và lạnh đông Tinh bột acetate thương mại thường không bền khi đông lạnh và rã đông như tinh bột hydroxypropylate
Tinh bột octenylsuccinate được sử dụng làm chất ổn định trong các sản phẩm thực phẩm như các loại đồ uống và các loại nước xốt (salad dressing), làm tác nhân giữ mùi Tinh bột octenylsuccinate có ái lực với các chất béo và dầu nên được dùng để thay thế cho gum arabic trong các hệ chất ổn định nhũ tương Đây là ứng dụng quan trọng của tinh bột octenylsuccinate và là đặc điểm ưu việt của nó so với các tinh bột biến tính khác
Hồ tinh bột phosphate có độ trong tốt, bền ở nhiệt độ thấp và có tính nhũ hóa Tinh bột này thường được dùng để làm nước xốt do có khả năng cải thiện độ bền của hệ nhũ tương dầu và giấm Tinh bột hydroxypropylate được dùng trong các sản phẩm cần nhiệt độ thấp hoặc các sản phẩm lạnh đông
Tinh bột biến tính dạng liên kết ngang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, y học và các lĩnh vực khác Trong ngành thực phẩm, tinh bột liên kết ngang được dùng trong các sản phẩm chịu nhiệt độ, độ pH và quá trình khuấy trộn khắc nghiệt Trong lĩnh vực y tế, tinh bột liên kết ngang mức độ cao được sử dụng trong bột sát trùng phẫu thuật do đặc tính không trương nở khi thanh trùng bằng hơi nóng Ngoài ra, tinh bột liên kết ngang còn có mặt trong dung dịch khoan dầu mỏ, thành phần sơn, gốm, chất kết dính viên than và chất mang điện giải trong pin khô.
Hình 1.9 Ứng dụng của tinh bột thực phẩm [16]
1.3.3 Sử dụng tinh bột biến tính liên kết ngang trong sản xuất sữa chua [12,
Tinh bột thực phẩm là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất sữa chua công nghiệp Tinh bột được dùng để tạo độ nhớt, làm tăng cảm giác trong miệng (mouthfeel), tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm, và hạn chế sự tách whey của sữa chua (wheying off) Nó có thể được sử dụng một mình hay sử dụng kết hợp với các chất ổn định khác Tinh bột được các nhà sản xuất ưa dùng trong sản xuất sữa chua do cấu trúc mịn (creamy texture), dễ chế biến và giá thành thấp hơn so với các chất keo ưa nước (hydrocolloid) khác
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU U
Nguyên liệu
Các loại nguyên liệu chính, nguyên liệu phụ và các hóa chất dùng trong nghiên cứu bao gồm:
Sử dụng loại tinh bột khoai mì của Nhà máy Khoai mì Tây Ninh, Việt Nam
2.1.2 Nguyên liệu sản xuất sữa chua
- Bột sữa gầy (skim milk powder): sử dụng bột sữa gầy của hãng Dairy America, Mỹ
- Bột whey 11% đạm (whey protein concentrate): sử dụng bột whey của hãng Hoogwegt US Inc., Mỹ
- Chất béo sữa (anhydrous milk fat): sử dụng chất béo sữa của Murray Goulburn Co-Operative Company Ltd., Úc
- Đường RE: sử dụng đường của Nhà máy Đường Biên Hòa, Việt Nam
- Vi khuẩn lên men lactic: sử dụng là chế phẩm vi khuẩn lactic đông khô YoMix 621 của hãng Danisco
- Phosphorous oxychloride (POCl3): dạng dung dịch, khối lượng phân tử 153,5; khối lượng riêng d = 1,67 kg/L Nhà sản xuất: MERK
- Natri hydroxide (NaOH): dạng rắn, tinh thể màu trắng Nhà sản xuất: MERK
- Acid chlorhydric (HCl): dạng dung dịch, trong suốt, nồng độ 36,46% Xuất xứ: Trung Quốc
- Các hóa chất phân tích khác
2.1.4 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu gồm có:
- Máy đo độ nhớt Brookfield LVT Viscosmeter, Brookfield Engineering Laboratory, MA, Mỹ
- Máy ly tâm Universal 16A, Đức
- Máy khuấy tốc độ cao Gerber, Đức
- Nồi hấp áp lực Autoclave
- Máy đo quang phổ Spectro 2000
- Kính hiển vi quang học
- Thiết bị khuấy trộn 2 cánh khuấy, có vỏ áo điều chỉnh nhiệt độ
- Các thiết bị phòng thí nghiệm khác: cân, cân phân tích, tủ sấy, lò nung…
- Các dụng cụ phòng thí nghiệm khác
Quá trình nghiên cứu được tiến hành tại các phòng thí nghiệm:
- Phòng thí nghiệm Nhà máy Sữa Sài Gòn, Công ty Cổ phần Sữa Việt Nam
- Phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa TP HCM.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chúng tôi thực hiện quá trình nghiên cứu theo sơ đồ sau:
Bước 1: Nghiên cứu đánh giá chất lượng tinh bột nguyên liệu
Bước 2: Nghiên cứu xác định các thông số của quá trình sản xuất tinh bột liên kết ngang và xác định các tính chất của tinh bột sản phẩm
Bước 3: Nghiên cứu sử dụng tinh bột liên kết ngang vào sản xuất sữa chua
2.2.1 Nghiên cứu đánh giá chất lượng của tinh bột khoai mì nguyên liệu Đánh giá chất lượng tinh bột khoai mì thông qua các chỉ tiêu chính:
- Nghiên cứu hình dạng và kích thước hạt tinh bột
- Chỉ tiêu cảm quan: trạng thái, màu sắc, mùi, vị
- Nghiên cứu các chỉ tiêu hóa lý: độ ẩm, hàm lượng tinh bột, hàm lượng tro, pH, hàm lượng amylose và amylopectin
- Nghiên cứu các tính chất của tinh bột khoai mì nguyên liệu như độ nhớt, độ bền của tinh bột đối với tác động của môi trường acid, xử lý nhiệt và tác động cơ học, khả năng trương nở và hòa tan của tinh bột
2.2.2 Nghiên cứu xác định các thông số của quá trình sản xuất tinh bột liên kết ngang
2.2.2.1 Quy trình tạo tinh bột liên kết ngang với POCl 3
Quy trình tạo tinh bột liên kết ngang với POCl3 được thực hiện dựa trên phương pháp của Felton và Schopmeyer (1943), và được nhắc lại bởi K S Woo và
P A Seib (2002) Tạo dịch huyền phù tinh bột khoai mì trong nước với hàm lượng chất khô xác định, có bổ sung muối Na2SO4 với hàm lượng 2% khối lượng so với khối lượng tinh bột (tính theo chất khô), chỉnh về pH kiềm bằng dung dịch NaOH 1M Thời gian tạo huyền phù là 1 giờ ở nhiệt độ môi trường Hỗn hợp được cho phản ứng với tác nhân tạo liên kết ngang POCl3 với hàm lượng hóa chất, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng thích hợp Khi kết thúc thời gian phản ứng, trung hòa hỗn hợp về pH 5,5 – 6,5 bằng dung dịch HCl 1M Tinh bột được thu hồi bằng lọc, kết hợp rửa với nước (4 – 6 lần) Sau đó sấy ở 40 o C, nghiền và rây, thu được tinh bột biến tính liên kết ngang dạng bột khô.
Phản ứng liên kết ngang Trung hòa
Tinh bột liên kết ngang dd HCl 1M
Hình 2.1 Quy trình sản xuất tinh bột liên kết ngang dùng trong nghiên cứu
2.2.2.2 Nghiên cứu xác định các thông số của quá trình sản xuất tinh bột biến tính liên kết ngang
Các thông số của quá trình sản xuất tinh bột liên kết ngang cần nghiên cứu bao gồm:
- Nồng độ tinh bột trong phản ứng liên kết ngang;
- pH của phản ứng tạo liên kết ngang tinh bột;
- Nhiệt độ phản ứng tạo liên kết ngang;
- Tỷ lệ tác nhân tạo liên kết ngang dùng trong phản ứng;
- Thời gian phản ứng tạo tinh bột liên kết ngang
Chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của từng thông số lên quá trình biến tính liên kết ngang tinh bột bằng phương pháp thực nghiệm một yếu tố – thay đổi một yếu tố và cố định các yếu tố còn lại Ảnh hưởng của các yếu tố lên quá trình liên kết ngang tinh bột được khảo sát thông qua các chỉ số: lực trương nở của tinh bột; độ nhớt của hồ tinh bột; độ bền của hồ tinh bột đối với nhiệt độ, môi trường acid và sự khuấy trộn [39]
Các nồng độ trong thí nghiệm được xác định theo % khối lượng Tỷ lệ tác nhân phản ứng xác định theo % khối lượng so với khối lượng tinh bột a Nghiên cứu xác định nồng độ tinh bột thích hợp cho phản ứng liên kết ngang
- Yếu tố cố định: pH (pH 10), tỷ lệ tác nhân phản ứng (0,1%), nhiệt độ phản ứng (30 o C), thời gian phản ứng (60phút)
- Yếu tố thay đổi: nồng độ tinh bột: 20%, 30%, 40%, 50%, 60% (nồng độ % khối lượng) b Nghiên cứu xác định pH thích hợp của phản ứng liên kết ngang
- Yếu tố cố định: nồng độ tinh bột, tỷ lệ tác nhân phản ứng (0,1%), nhiệt độ phản ứng (30 o C), thời gian phản ứng (60phút)
- Yếu tố thay đổi: pH dịch phản ứng: pH 8, pH 9, pH 10, pH 11, pH 12 c Nghiên cưu xác định nhiệt độ phản ứng thích hợp
- Yếu tố cố định: pH, nồng độ tinh bột, tỷ lệ tác nhân phản ứng (0,1%), thời gian phản ứng (60phút)
- Yếu tố thay đổi: nhiệt độ phản ứng: 30 o C, 35 o C, 40 o C, 45 o C, 50 o C d Nghiên cứu xác định tỷ lệ tác nhân phản ứng
- Yếu tố cố định: pH, nồng độ tinh bột, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng (60phút)
- Yếu tố thay đổi: tỷ lệ tác nhân phản ứng: 0,02%; 0,04%; 0,06%; 0,08%; 0,1% (nồng độ % khối lượng so với khối lượng tinh bột khô) e Nghiên cứu xác định thời gian phản ứng
- Yếu tố cố định: pH, nồng độ tinh bột, tỷ lệ tác nhân phản ứng, nhiệt độ phản ứng
- Yếu tố thay đổi: thời gian phản ứng: 30phút, 60phút, 90phút, 120phút, 150 phút f Nghiên cứu phân tích hồi quy ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến phản ứng liên kết ngang tinh bột
Trên cơ sở khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng, pH phản ứng, nhiệt độ phản ứng, nồng độ tác nhân POCl3 tham gia phản ứng và thời gian phản ứng biến tính liên kết ngang tinh bột ở trên, chúng tôi tiến hành phân tích hồi quy nhằm mô hình hóa mối liên hệ của các yếu tố đến quá trình liên kết ngang tinh bột [7]
2.2.2.3 Nghiên cứu chất lượng của tinh bột liên kết ngang thu được
- Nghiên cứu hình dạng và kích thước hạt tinh bột
- Chỉ tiêu cảm quan: trạng thái, màu sắc, mùi, vị
- Chỉ tiêu hóa lý: độ ẩm, pH, độ nhớt, hàm lượng phosphorous trong tinh bột, hàm lượng xơ tiêu hóa, hàm lượng kim loại nặng
- Chỉ tiêu vi sinh: tổng số vi khuẩn hiếu khí, tổng số nấm men và nấm mốc,
2.2.3 Nghiên cứu sử dụng tinh bột liên kết ngang trong sản xuất sữa chua 2.2.3.1 Quy trình sản xuất sữa chua Để nghiên cứu sử dụng tinh bột liên kết ngang trong sản xuất sữa chua, chúng tôi sử dụng quy trình sản xuất sữa chua ăn của Nhà máy Sữa Sài Gòn như sau:
Vi khuẩn lactic Hoạt hóa
Bột sữa, bơ, đường, tinh bột, chất ổn định
Lên men Làm lạnh Khuấy Rót hộp Bảo quản lạnh Sữa chua
Hình 2.2 Quy trình sản xuất sữa chua
Bột sữa gầy, dầu bơ, đường, tinh bột và chất ổn định khác (nếu có) được trộn ở nhiệt độ khoảng 50 - 55 o C trong khoảng 30 phút, lọc để loại tạp chất Hỗn hợp được gia nhiệt đến khoảng 70 o C và khuấy trộn mạnh Sau đó, thanh trùng 90 - 95 o C trong 5 phút và làm nguội về 42 – 44 o C là nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men
Thí nghiệm sử dụng chế phẩm vi khuẩn lactic đông khô YoMix 621 của hãng Danisco, là hỗn hợp gồm Streptococcus thermophilus và Lactobacillus bulgaricus Giống được hoạt hóa trước trên môi trường pha chế từ bột sữa gầy thanh trùng ở 90 – 95 o C trong 15 phút Quá trình hoạt hóa được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 42 o C và kết thúc khi pH canh trường đạt 4,3 – 4,5
Giống vi khuẩn lactic sau khi hoạt hóa sẽ được sử dụng để lên men, lượng sử dụng khoảng 3% Quá trình lên men được duy trì ở 42 – 44 o C, và kết thúc khi pH của canh trường đạt 4,6 – 4,7 Khi quá trình lên men kết thúc, canh trường được khuấy trộn để phá vỡ khối đông, làm lạnh về khoảng 20 o C, rót hộp và bảo quản lạnh
2.2.3.2 Nghiên cứu sử dụng tinh bột liên kết ngang để sản xuất sữa chua a Nghiên cứu chọn tỷ lệ tinh bột liên kết ngang trong sản xuất sữa chua
Mục tiêu nghiên cứu là tìm tỷ lệ sử dụng tinh bột liên kết ngang thích hợp để làm chất ổn định tạo cấu trúc cho sữa chua ăn và có thể thay thế một phần nguyên liệu bột sữa, mang lại hiệu quả kinh tế mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
Nghiên cứu sử dụng công thức sản phẩm sữa chua ăn của Nhà máy Sữa Sài Gòn làm cơ sở Để tạo thành cấu trúc cho sữa chua, tinh bột biến tính được sử dụng ở các hàm lượng khác nhau: 2%, 2,5%, 3,0%, 3,5% và 4,0% theo khối lượng chất khô.
- Mẫu 1: thay thế hoàn toàn 1% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy (hỗn hợp gelatin và monoglyceride, diglyceride) bằng 1% tinh bột biến tính
- Mẫu 2: thay thế hoàn toàn 1% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy và 1% bột sữa gầy bằng 2% tinh bột biến tính
- Mẫu 3: thay thế 0,5% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy và 1% bột sữa gầy bằng 1,5% tinh bột biến tính
Bảng 2.1 Công thức thử nghiệm tinh bột biến tính trong sản xuất sữa chua
Hàm lượng (% theo chất khô tuyệt đối)
Công thức chuẩn Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3
2 Chất ổn định (hỗn hợp gelatin và monoglyceride, diglyceride)
7 Nước 74,9 Tiêu chuẩn thành phẩm (%)
1 Hàm lượng chất khô (Total solid)
Áp dụng phương pháp đánh giá cảm quan để lựa chọn mẫu sữa chua có chất lượng tốt nhất Tiến hành nghiên cứu đánh giá cảm quan so sánh mẫu sữa chua thử nghiệm với các sản phẩm sữa chua thương mại để xác định tính ưu việt của mẫu thử nghiệm về các chỉ tiêu về mùi vị, kết cấu và độ đồng nhất.
Mục tiêu nghiên cứu là so sánh mẫu sữa chua có sử dụng tinh bột biến tính được chọn với mẫu sữa chua thương mại để xác định mức độ ưa thích của người nếm đối với sản phẩm
- Mẫu A: mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định gelatin, monoglyceride và diglyceride (Vinamilk)
- Mẫu B: mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định tinh bột biến tính
- Mẫu C: mẫu thử nghiệm, sử dụng tinh bột biến tính liên kết ngang.
Phương pháp đánh giá cảm quan
Thử nghiệm cảm quan được tiến hành trong vòng 7 ngày sau khi chế biến sữa chua.Hội đồng cảm quan gồm 11 thành viên đã được huấn luyện, gồm 5 nam và 6 nữ Các thành viên tiến hành đánh giá độc lập trong các ngăn riêng biệt Bánh quy lạt và nước lọc được cung cấp cho các thành viên để thanh vị trước và trong khi nếm Các thành viên được cung cấp một loạt 3 mẫu đánh số ngẫu nhiên khác nhau Mỗi mẫu chứa khoảng 120g sữa chua đựng trong hũ plastic
Để lựa chọn tỷ lệ phối trộn tinh bột tối ưu, người tham gia đánh giá mẫu thử theo thang điểm 1 đến 9, với 1 là không thích và 9 là cực thích Các tiêu chí đánh giá bao gồm: mức độ tách nước, độ mịn, cấu trúc, hương vị, cảm giác cuối trong miệng và mức độ chấp nhận chung.
- Để so sánh mức độ ưa thích giữa sản phẩm sữa chua thử nghiệm và sản phẩm thương mại, các thành viên được yêu cầu đánh giá các mẫu theo mức độ ưa thích đối với sản phẩm, với hạng 1 là thích nhất và 3 là kém thích nhất.
Phương pháp phân tích
Xác định hàm lượng chất khô: theo phương pháp sấy ở 105 o C [10]
Xác định hàm lượng tro: theo phương pháp nung ở 550 – 600 o C [10]
Xác định hàm lượng tinh bột: theo phương pháp thủy phân và xác định glucose [8, 11]
Xác định pH của tinh bột: dùng máy đo pH [24]
Xác định hàm lượng amylose: theo phương pháp đo cường độ màu của phức hợp tinh bột với iod, TCVN 5716:1993
Xác định hình dáng và kích thước hạt tinh bột: dùng kính hiển vi quang học có kèm thước đo, độ phóng đại 1000 lần
Xác định độ nhớt: dùng nhớt kế Brookfield, đo độ nhớt hồ tinh bột ở 30 o C, tốc độ quay 100rpm, kim quay số 4 [25] Độ bền của hồ tinh bột với acid, nhiệt và khuấy trộn: xác định bằng tỷ lệ độ nhớt của tinh bột ở pH acid, độ nhớt sau khi xử lý nhiệt, độ nhớt sau khi khuấy trộn tốc độ cao so với độ nhớt tinh bột ban đầu[14, 39].
Xác định lực trương nở (swelling power): xác định theo phương pháp được mô tả bởi Leach và cộng sự (1959) và được nhắc lại bởi Takizawa và cộng sự (2004) và Claudio S Schmitz và cộng sự (2005) [18, 46].
Phương pháp xử lý kết quả
Các kết quả được xử lý bằng phần mềm SPSS 12.0 for Windows Các kết quả thí nghiệm là kết quả trung bình của 2 lần thí nghiệm So sánh sự khác biệt giữa các mẫu bằng phân tích phương sai ANOVA một yếu tố, kiểm định HSD với mức ý nghĩa α = 0,05
Mẫu sản phẩm được gởi phân tích các chỉ tiêu chất lượng tại Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng 3.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG
3.1.1 Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột khoai mì nguyên liệu
Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy hạt tinh bột khoai mì có hình dạng hình cầu hoặc hình trứng vát đầu, kích thước không đồng đều dao động từ 5 – 33μm, tuỳ theo giống cây và mùa vụ Những đặc điểm này phù hợp với tài liệu về hình dạng và kích thước trung bình của tinh bột khoai mì đã được công bố, trong khoảng từ 4 - 40μm.
Hình 3.1 Hình dạng hạt tinh bột khoai mì dưới kính hiển vi quang học
Hình 3.2 Tinh bột khoai mì nguyên liệu
Tinh bột khoai mì nguyên liệu được phân tích xác định các chỉ tiêu: độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng tinh bột, pH, hàm lượng amylose và amylopectin Kết quả phân tích như sau:
Bảng 3.1 Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột khoai mì nguyên liệu
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát
Trạng thái cảm quan Bột mịn, màu trắng, không lẫn tạp chất, không mùi Độ ẩm (% khối lượng) 12,54
Hàm lượng tro (% khối lượng) 0,15 Hàm lượng tinh bột (% khối lượng) 85,82 pH 5,85
Kết quả thu được từ Bảng 3.1 cho thấy tinh bột khoai mì nguyên liệu có độ ẩm là 12,54%, đây là độ ẩm thích hợp để bảo quản của các sản phẩm tinh bột Tinh bột nguyên liệu chứa một lượng nhỏ muối vô cơ, biểu thị bằng hàm lượng tro là
0,15% khối lượng Thông thường, tro của tinh bột thương mại chứa chủ yếu sodium, potassium, magnesium và calcium dưới dạng các hợp chất kim loại
(Swinkels, 1985) [13] pH của tinh bột nguyên liệu đo được là 5,85 nằm trong khoảng pH trung bình của các loại tinh bột thương mại, thường từ 4,5 – 6,5 [42]
Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 17 – 27%, tương đương với nhiều loại tinh bột khác [13]
Bảng 3.2 Kết quả nghiên cứu tính chất hóa lý của tinh bột khoai mì
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát Độ nhớt (cP) 1724 Độ nhớt ở pH 4,0 (cP) 1380 Độ bền trong môi trường acid Tỷ lệ (lần) 0,80 Độ nhớt sau tiệt trùng (cP) 1328 Độ bền nhiệt
Tỷ lệ (lần) 0,77 Độ nhớt sau khi khuấy trộn (cP) 1018 Độ bền đối với tác động cơ học Tỷ lệ (lần) 0,59
Lực trương nở (g/g) 34,81 Độ hòa tan (%) 21,33
Ghi chú: Các độ nhớt đo ở nhiệt độ 30 o C của hồ tinh bột 5% khối lượng Độ nhớt của hồ tinh bột 5% ở 30 o C đo được là 1724 cP, tinh bột khoai mì được xem là có độ nhớt cao so với tinh bột từ các loại cây lấy củ khác và cao hơn tinh bột ngũ cốc [13] Tinh bột khoai mì tự nhiên ít bền đối với môi trường acid, nhiệt độ và tác động cơ học, chứng tỏ lực liên kết giữa các mạch tinh bột yếu Độ nhớt của hồ tinh bột nguyên liệu ở môi trường acid đo được 1380 cP, sau khi tiệt trùng 121 o C/60 phút là 1328 cP, sau khi khuấy trộn mạnh (3600 vòng/phút trong 5 phút) là 1018 cP, giảm nhiều so với ban đầu Lực trương nở và hòa tan của tinh bột thể hiện mức độ liên kết bên trong hạt tinh bột, và bị chi phối bởi các yếu tố như tỷ lệ amylose – amylopectin, độ dài mạch, mức độ phân nhánh và độ dài mạch nhánh
[13] Tinh bột khoai mì có độ hòa tan cao 21,33%, tính chất này góp phần tạo ra khả năng trương nở tốt của tinh bột khi hồ hóa [13] Tinh bột khoai mì có lực trương nở là 34,81 g/g, nằm trong khoảng trung gian giữa tinh bột khoai tây và tinh bột bắp
Tính chất trương nở mạnh của khoai mì và các loại tinh bột khác như cọ (sago), bắp sáp (waxy maize) sẽ tạo cho hồ tinh bột tính chất tăng độ nhớt mạnh khi gia nhiệt Điều này không thuận lợi cho một số quá trình chế biến thực phẩm cần hồ tinh bột có độ nhớt khi nóng thấp [42]
Hồ tinh bột khoai mì có độ trong tốt, thích hợp sử dụng trong thực phẩm và công nghiệp dệt Độ trong của hồ phụ thuộc vào lực tương tác giữa các mạch tinh bột trong hạt Tinh bột khoai mì có lực tương tác giữa các mạch yếu hơn so với tinh bột ngũ cốc, do đó có độ trong tốt hơn [13]
Hình 3.3 Hồ tinh bột khoai mì nguyên liệu
3.1.2 Kết quả nghiên cứu chất lượng các nguyên liệu sản xuất sữa chua
Các nguyên liệu sản xuất sữa chua gồm có bột sữa gầy (skimmed milk powder), bột whey (whey protein concentrate), chất béo sữa (anhydrous milk fat), đường, vi khuẩn lactic được phân tích xác định các chỉ tiêu cảm quan và hóa lý đặc trưng Kết quả được trình bày ở các bảng sau:
Bảng 3.3 Kết quả phân tích chất lượng của bột sữa gầy
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát
Yêu cầu kỹ thuật dùng trong sản xuất (*)
Trạng thái cảm quan Bột mịn, màu vàng kem nhạt, thơm đặc trưng, không lẫn tạp chất, không vón cục Độ ẩm (% khối lượng) 3,52 ≤ 5,0
Hàm lượng béo (% khối lượng) 0,62 ≤ 1,5
Hàm lượng đạm (% khối lượng, tính trên hàm lượng chất khô không béo) 34,29 ≥ 34 Độ acid (số ml NaOH 0,1N / 20g bột gầy) 0,15 ≤ 0,15
(*) Theo YCKT số SV-NCDD-A01-03 ngày 10/05/2005, Công ty CP Sữa Việt Nam
Bảng 3.4 Kết quả phân tích chất lượng của bột whey
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát Yêu cầu kỹ thuật dùng trong sản xuất (*)
Trạng thái cảm quan Bột mịn màu vàng kem nhạt, vị ngọt, mùi thơm đặc trưng, không lẫn tạp chất, không vón cục Độ ẩm (% khối lượng) 1,75 ≤ 5,0
Hàm lượng béo (% khối lượng) 1,23 ≤ 2,0
Hàm lượng đạm (% khối lượng) 11,91 ≥ 11 Độ acid 0,32 < 0,35
(*) Theo YCKT số SV-NCDD-A01-04 ngày 10/05/2005, Công ty CP Sữa Việt Nam
Bảng 3.5 Kết quả phân tích chất lượng của chất béo sữa
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát Yêu cầu kỹ thuật dùng trong sản xuất (*)
Trạng thái cảm quan Dạng sệt, màu vàng, mùi thơm đặc trưng, không lẫn tạp chất Độ ẩm (% khối lượng) 0,02 ≤ 0,1
Hàm lượng béo (% khối lượng) 99,69 ≥ 99,6
Hàm lượng acid béo tự do (%) 0,19 ≤ 0,4
Chỉ số peroxide (meq/kg béo) 0 ≤ 0,6
(*) Theo YCKT số SV-NCDD-A04-02 ngày 10/05/2005, Công ty CP Sữa Việt Nam
Bảng 3.6 Kết quả phân tích chất lượng của đường
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát Yêu cầu kỹ thuật dùng trong sản xuất (*)
Trạng thái cảm quan Hạt màu trắng, vị ngọt, không vón cục, không lẫn tạp chất Độ ẩm (% khối lượng) 0,03 ≤ 0,05 pH 6,09 ≥ 6,0
(*) Theo YCKT số SV-NCDD-A05-01 ngày 10/05/2005, Công ty CP Sữa Việt Nam
Bảng 3.7 Kết quả phân tích chất lượng của vi khuẩn lactic đông khô
Chỉ tiêu Kết quả khảo sát Yêu cầu kỹ thuật dùng trong sản xuất (*)
Trạng thái cảm quan Dạng bột, màu trắng ngà đến vàng nhạt pH sau 6 giờ ủ men ở 42 - 44 o C (**) 4,7 ≤ 4,75
(*) Theo YCKT số SV-NCDD-A13-01 ngày 10/05/2005, Công ty CP Sữa Việt Nam
(**) Dịch lên men pha từ sữa bột gầy hoàn nguyên 9% chất khô, thanh trùng 95±3 o C trong 30 phút
Các kết quả nghiên cứu thu được ghi ở các bảng từ Bảng 3.3 đến Bảng 3.7 cho thấy các nguyên liệu đều đạt yêu cầu về chất lượng, có thể đưa vào sử dụng trong nghiên cứu.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ LIÊN KẾT NGANG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ LIÊN KẾT NGANG
3.2.1 Kết quả nghiên cứu chọn nồng độ huyền phù tinh bột khoai mì thích hợp cho phản ứng liên kết ngang
Phản ứng tạo liên kết ngang cho tinh bột được thực hiện ở các điều kiện được chọn là pH 10, tỷ lệ tác nhân liên kết ngang POCl3 là 0,1% khối lượng so với khối lượng tinh bột (tính theo chất khô), nhiệt độ phản ứng là 30 o C và thời gian phản ứng
Phản ứng thực hiện ở 5 nồng độ huyền phù tinh bột: 20%, 30%, 40%, 50%, 60% (tính theo khối lượng) Từ đó tìm ra nồng độ tinh bột khoai mì thích hợp cho phản ứng liên kết ngang
Kết quả được đánh giá thông qua các thông số: độ nhớt của hồ tinh bột, độ bền của tinh bột trong môi trường acid, độ bền nhiệt, độ bền đối với tác động cơ học và khả năng trương nở của tinh bột Kết quả khảo sát tính chất của tinh bột khi phản ứng liên kết ngang ở các nồng độ tinh bột khác nhau thu được được ghi ở Bảng 3.8 và được mô tả ở các đồ thị từ Hình 3.4 đến Hình 3.6 như sau:
Bảng 3.8 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng lên độ nhớt, độ bền và lực trương nở của tinh bột khoai mì liên kết ngang Độ bền trong môi trường acid Độ bền nhiệt Độ bền đối với tác động cơ học
Nồng độ tinh bột phản ứng (%) Độ nhớt
(cP) Độ nhớt ở pH 4 (cP)
Tỷ lệ (lần) Độ nhớt sau khi tiệt trùng (cP)
Tỷ lệ (lần) Độ nhớt sau khi khuấy trộn (cP)
Nồng độ tinh bột phản ứng (%) Độ nh ớ t h ồ ti n h b ộ t (c P ) Độ nhớt h ồ tinh bột (cP) Độ nhớt hồ tinh bột ở môi trường acid (cP) Độ nhớt h ồ tinh bột sau xử lý nhiệt (cP) Độ nhớt hồ tinh bột sau xử lý cơ học (cP)
Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến độ nhớt hồ tinh bột khoai mì liên kết ngang
Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến độ nhớt của hồ tinh bột cho thấy:
- Khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng tăng dần từ 20% - 40% thì độ nhớt của hồ tinh bột trong điều kiện bình thường tăng dần từ 2004 – 2166 cP Trong khi đó, độ nhớt của hồ tinh bột trong điều kiện môi trường có acid, sau khi xử lý nhiệt và xử lý cơ học thì giảm dần nhưng mức độ giảm không nhiều, thể hiện trên đồ thị Hình 3.4 là các cột biểu diễu độ nhớt có độ cao tương đối đều nhau
- Khi tiếp tục tăng nồng độ tinh bột phản ứng từ 40 – 60%, thì độ nhớt hồ tinh bột tăng nhanh từ 2166 – 2246 cP, trong khi độ nhớt hồ tinh bột trong môi trường acid, sau khi xử lý nhiệt và khuấy trộn giảm mạnh
Nồng độ tinh bột phản ứng (% )
Tỷ lệ giữa độ nhớt hồ tinh bột ở môi trường acid so với môi trường trung tính (lần)
Tỷ lệ giữa độ nhớt hồ tinh bột sau và trước xử lý nhiệt (lần)
Tỷ lệ giữa độ nhớt hồ tinh bột sau và trước xử lý cơ học (lần)
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến độ bền của tinh bột khoai mì liên kết ngang
Kết quả nghiên cứu độ bền của tinh bột liên kết ngang trong môi trường acid, độ bền đối với nhiệt độ và sự khuấy trộn cơ học, thể hiện bằng tỷ lệ độ nhớt của hồ tinh bột sau khi xử lý so với hồ tinh bột trong điều kiện thường cho thấy:
- Khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng tăng dần từ 20 – 60%, thì độ bền của tinh bột liên kết ngang giảm dần, thể hiện thông qua các tỷ lệ độ nhớt giảm dần
Khi tăng nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng trong khoảng 20-40%, tỷ lệ độ nhớt hồ tinh bột ở môi trường acid, sau khi tiệt trùng và sau khi khuấy trộn mạnh có xu hướng giảm nhẹ so với độ nhớt hồ tinh bột ban đầu Tuy nhiên, khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng tiếp tục tăng từ 40-60%, độ bền của hồ tinh bột suy giảm nhanh chóng, biểu hiện qua sự giảm mạnh độ cao của các cột biểu diễn tỷ lệ độ nhớt trên đồ thị.
Nồng độ tinh bột phản ứng (%)
Hình 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến lực trương nở của tinh bột khoai mì liên kết ngang
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng đến lực trương nở của tinh bột liên kết ngang cho thấy:
- Khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng tăng dần thì lực trương nở của hạt tinh bột cũng có xu hướng tăng dần
- Khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng tăng từ 20 – 40%, thì lực trương nở tăng từ 19,44 – 20,13 g/g Lực trương nở của tinh bột tăng nhanh từ 20,13 g/g lên đến 20,77 g/g khi tăng nồng độ tinh bột từ 40% lên 50%, nhưng khi tiếp tục tăng nồng độ tinh bột phản ứng lên 60% thì lực trương nở của tinh bột không tăng nữa
Như vậy, từ các kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy: khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng càng tăng, thì độ nhớt hồ tinh bột càng tăng, lực trương nở tinh bột tăng và độ bền của tinh bột giảm Nghĩa là khi nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng càng tăng thì mức độ liên kết ngang tạo thành càng giảm Điều này có thể giải thích là do khi tăng nồng độ tinh bột sẽ làm tăng mức độ cạnh tranh tác nhân phản ứng và do đó làm giảm mức độ phản ứng Theo Corn Refiners Association, Inc.,
(Corn Starch Booklet, 2004), phản ứng liên kết ngang tinh bột trong môi trường nước phụ thuộc vào tính loãng (water fluidity) của huyền phù tinh bột Khi huyền phù tinh bột có nồng độ quá cao, tác nhân phản ứng POCl3 khó phân bố đều trong bình phản ứng Khi đó, các phân tử tinh bột tiếp xúc trước với POCl3 sẽ được tạo liên kết ngang mạnh ở cả bề mặt hạt tinh bột, bề mặt của cách rãnh vô định hình và hốc ở tâm hạt [29] Các phân tử tinh bột khác sẽ không được liên kết đủ Do đó, khi nồng độ tinh bột phản ứng quá cao, mức độ được liên kết của các phân tử tinh bột không đồng đều và có xu hướng giảm
Kết quả phân tích phương sai ANOVA đưa ra 2 nhóm nồng độ tinh bột phản ứng đồng nhất khác nhau về mặt thống kê ở mức ý nghĩa α = 0,05: nhóm có nồng độ tinh bột phản ứng là (20, 30, 40%) và nhóm (50, 60%) Nhóm phản ứng liên kết ngang khi dùng nồng độ tinh bột thấp (20%, 30% và 40%) bền hơn và có lực trương nở thấp hơn, nghĩa là có mức độ liên kết ngang cao hơn so với nhóm phản ứng ở nồng độ tinh bột cao (50% và 60%) Trong mỗi nhóm, phân tích phương sai không cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa từng nồng độ tinh bột phản ứng Vậy, trong điều kiện phản ứng cố định ở pH 10, nồng độ POCl3 0,1%, nhiệt độ 30 o C và thời gian phản ứng 60 phút, các nồng độ tinh bột phản ứng 20%, 30% và 40% thích hợp tạo thành tinh bột có mức độ liên kết ngang tốt nhất ở mức ý nghĩa 5%
Bởi vậy, chúng tôi lựa chọn nồng độ huyền phù tinh bột phản ứng 40% khối lượng tinh bột (tính theo chất khô) để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.2.2 Kết quả nghiên cứu pH thích hợp cho phản ứng liên kết ngang tinh bột khoai mì
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TINH BỘT KHOAI MÌ LIÊN KẾT NGANG VÀO SẢN XUẤT SỮA CHUA
KẾT NGANG VÀO SẢN XUẤT SỮA CHUA
Trong nội dung nghiên cứu này, tinh bột khoai mì liên kết ngang sản xuất ở trên được sử dụng vào công thức sản xuất sữa chua của Nhà máy Sữa Sài Gòn, với các tỷ lệ khác nhau để làm chất ổn định, thay thế chất ổn định đang sử dụng tại nhà máy và thay thế một phần nguyên liệu bột sữa
- Mẫu 1: thay thế hoàn toàn 1% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy (hỗn hợp gelatin và monoglyceride, diglyceride) và 1% bột sữa gầy bằng 2% tinh bột biến tính
- Mẫu 2: thay thế hoàn toàn 1% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy bằng 1% tinh bột biến tính
- Mẫu 3: thay thế 0,5% chất ổn định đang sử dụng tại Nhà máy và 1% bột sữa gầy bằng 1,5% tinh bột biến tính
Kết quả thu được bằng phương pháp đánh giá cảm quan với phép thử cho điểm để định lượng cảm nhận của người nếm về sự khác nhau giữa các mẫu Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm: mức độ tách nước (syneresis), độ mịn (smoothness), cấu trúc (texture), mùi vị (flavour), cảm giác cuối trong miệng (mouthfeel) và độ chấp nhận của người thử (total acceptance) Thử nghiệm cảm quan được tiến hành sau 4 ngày bảo quản sữa chua Các thành viên hội đồng cảm quan được yêu cầu đánh giá cảm nhận của mình về mẫu thử trên một thang điểm từ 1 đến 9, với điểm 1 là cực kỳ ghét và điểm 9 là cực kỳ thích Kết quả được trình bày trong Bảng 3.16 như sau:
Bảng 3.16 Kết quả đánh giá cảm quan các sản phẩm sữa chua có sử dụng tinh bột biến tính Điểm trung bình
Mức độ tách nước 3,64 a 4,09 a 5,36 b Độ mịn 4,27 a 5,09 b 6,18 c
Cảm giác cuối trong miệng 4,09 a 5,09 b 6,36 c
Mức độ chấp nhận chung 4,18 a 4,73 a 6,64 b
Mức độ chấp nhận chung
Mức độ tách n ước Cấu trúc
Hình 3.21 Đồ thị biểu diễn kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua
Từ kết quả phân tích đánh giá cảm quan chúng tôi nhận thấy: việc sử dụng tinh bột liên kết ngang phosphate với các tỷ lệ thay thế khác nhau đã chọn có ảnh hưởng đáng kể đến cảm nhận của người nếm ở mức ý nghĩa α = 0,05 Đối với mức độ tách nước và cấu trúc của sữa chua, các mẫu M1 và M2 chỉ sử dụng tinh bột biến tính làm chất ổn định được đánh giá không khác biệt nhau về mặt thống kê, nhưng thấp hơn so với mẫu M3 sử dụng kết hợp tinh bột biến tính và hỗn hợp gelatin, monoglyceride và diglyceride làm chất ổn định Đối với các chỉ tiêu độ mịn, mùi vị và cảm giác cuối trong miệng (mouthfeel), các mẫu được đánh giá khác biệt nhau hoàn toàn về mặt thống kê, trong đó mẫu M1 chỉ sử dụng tinh bột làm chất ổn định và thay thế một phần bột sữa có điểm thấp nhất, còn mẫu M3 sử dụng kết hợp tinh bột biến tính và hỗn hợp gelatin, monoglyceride và diglyceride làm chất ổn định có điểm đánh giá cao nhất Về mức độ chấp nhận sản phẩm của người nếm, mẫu M3 có điểm đánh giá là 6,64 cao hơn có nghĩa về mặt thống kê so với hai mẫu còn lại
Do đó, chúng tôi có thể kết luận mẫu M3 có chất lượng tốt nhất với mức ý nghĩa thống kê α = 0,05
Chúng tôi sử dụng mẫu thử nghiệm được chọn này để so sánh về mức độ ưa thích của người dùng đối với 2 mẫu sữa chua khác đang bán trên thị trường:
- Mẫu A: mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định gelatin, monoglyceride và diglyceride (Vinamilk)
- Mẫu B: mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định tinh bột biến tính (Nestle)
- Mẫu C: mẫu thử nghiệm (mẫu M3), sử dụng 0,5% chất ổn định gelatin, monoglyceride và diglyceride + 1,5% tinh bột biến tính
Các thành viên hội đồng cảm quan sẽ đánh giá các mẫu theo mức độ ưa thích đối với sản phẩm Mẫu thích nhất xếp loại 1, mẫu kém thích nhất xếp loại 3 Kết quả được trình bày ở Bảng 3.17 như sau:
Bảng 3.17 Kết quả đánh giá cảm quan mức độ ưa thích các sản phẩm sữa chua
Vị trí hàng của các mẫu Điểm chuyển của các mẫu Thành viên
- Với điểm hàng là 1 thì giá trị điểm tương ứng là 0,85
- Với điểm hàng là 2 thì giá trị điểm tương ứng là 0,00
- Với điểm hàng là 3 thì giá trị điểm tương ứng là -0,85
Từ kết quả phân tích đánh giá cảm quan chúng tôi nhận thấy: mẫu A (mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định gelatin và monoglceride, diglyceride) được ưa thích nhất, mẫu B (mẫu sữa chua thương mại sử dụng chất ổn định tinh bột biến tính) và mẫu C (mẫu thử nghiệm) có mức độ ưa thích gần như nhau ở mức ý nghĩa thống kê α = 0,05 Kết quả này cho phép kết luận: mẫu sữa chua thử nghiệm sử dụng sử dụng 0,5% chất ổn định gelatin, monoglyceride và diglyceride và 1,5% tinh bột biến tính liên kết ngang có mức độ ưa thích của người nếm tương tự với mẫu sữa chua thương mại đang bán trên thị trường
Hình 3.22 Sản phẩm sữa chua sử dụng tinh bột khoai mì liên kết ngang
TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ
3.4.1 Tính hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất tinh bột khoai mì liên kết ngang
3.4.1.1 Tính giá thành xuất xưởng và xây dựng giá bán dự kiến
Căn cứ trên quy mô sản xuất nhỏ, vốn đầu tư thấp, giá thành được tính trên cơ sở năng suất: 25 tấn tinh bột/ tháng, được cơ cấu như sau:
Bảng 3.18 Tính toán chi phí giá thành sản phẩm tinh bột khoai mì liên kết ngang (định mức cho 1000 kg sản phẩm) Đơn vị tính: đồng
TT Khoản mục giá thành Đơn vị Định mức Đơn giá Thành tiền Ghi chú
- Tinh bột khoai mì kg 1050 4.000 4.200.000
2 Bao bì bao 42 4.500 189.000 25kg bột/bao
5 BHXH, BHYT, CĐ (1% doanh thu) 290.909
7 Chi phí bán hàng (10% doanh thu) 2.909.091
1 Chi phí sản xuất chung
2 Chi phí quản lý (2,5% doanh thu) 727.273
III Giá thành toàn bộ 11.896.204
Xây dựng giá bán dựa trên phân tích giá cả của đối thủ cạnh tranh (định giá theo thị trường), Khảo sát thị trường chỉ ra giá CIF tinh bột biến tính vào tháng 12/2006 là 2 USD/kg (tương ứng 32.000 đồng/kg) Dựa trên dữ liệu này, công ty đã xây dựng giá bán sản phẩm là 01kg.
Giá bán = Giá thành xuất xưởng + Lợi nhuận (chưa thuế TNDN) + Thuế VAT 10%
Bảng 3.19 Xây dựng giá bán dự kiến tinh bột khoai mì biến tính kiểu liên kết ngang Đơn vị tính: đồng
STT Khoản mục Thành tiền
1 Giá thành xuất xưởng (01 kg) 11.896
2 Lợi nhuận (chưa thuế TNDN) 17.195
Lợi nhuận / giá xuất xưởng (%) 144,54
3.4.1.2 Ước tính vốn đầu tư sản xuất tinh bột khoai mì liên kết ngang năng suất 25 tấn/tháng
Nhằm đáp ứng quy trình công nghệ phục vụ sản xuất tinh bột, cần phải đầu tư một số thiết bị đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cho từng bước của quá trình sản xuất như sau:
- Bồn pha hóa chất bằng Inox 316 (chịu ăn mòn) dung tích 100 lít Dùng bơm ly tâm và thiết bị kiểm soát pH, lưu lượng để bơm dung dịch vào bồn chứa tinh bột đã được trộn với nước
- Trạm trộn tinh bột với nước, sau đó chuyển dịch tinh bột vào bồn chứa 1000 lít có cánh khuấy với công suất điện 7,5KW
- Bơm định lượng NaOH để chỉnh pH xác định ở bình phản ứng
- Bơm định lượng HCl để dừng phản ứng
- Trạm cyclo 6 tầng lọc – rửa tinh bột Có hệ thống màng lọc tinh bột và các khoang cấp nước bổ sung để rửa tinh bột (6 cấp lọc)
- Thiết bị vắt, ép khô tinh bột sau khi rửa (dewater)
- Lò gió nóng sấy tinh bột Nhiệt độ sấy 40 ± 3 o C Sấy tới độ ẩm 10 – 12% Công suất 200kg/giờ Công suất tiêu thụ điện: 35KW
- Máy nghiền tinh bột sau khi sấy và hệ thống màng rây tinh bột
- Máy chiết nạp tinh bột và đóng gói
Ngoài các thiết bị sản xuất chính, cần phải chuẩn bị cơ sở hạ tầng phục vụ sản xuất như hệ thống kho, nguyên vật liệu, nhân công, vận tải và tiêu thụ
Từ đó, ước tính vốn đầu tư và hiệu quả sử dụng vốn như sau:
Bảng 3.20 Bảng dự toán vốn đầu tư dây chuyền sản xuất tinh bột khoai mì liên kết ngang năng suất 25 tấn/tháng Đơn vị tính: đồng
STT Hạn mục vốn đầu tư Nhu cầu vốn Ghi chú
- Thiết bị kiểm soát pH 8.000.000
- Bồn Inox 1000L có cánh khuấy 64.000.000
- Bơm định lượng NaOH và HCl 6.000.000
- Máy nạp và đóng gói 18.000.000
- Nguyên liệu (tinh bột) 2.000.000 5000 kg
- Sản xuất 1000kg tinh bột
- Dự trữ với số lượng đóng gói tối thiểu cho mỗi loại hóa chất
- Bao bì 450.000 100 bao loại 25kg
- Sản phẩm dở dang 2.379.241 200kg sản phẩm dở dang
1000kg sản phẩm tính theo giá xuất xưởng
500kg sản phẩm tính theo giá bán không thuế
Hiệu quả sử dụng vốn (giả sử sản phẩm tiêu thụ hết):
Doanh thu thuần trung bình tháng: 25.000kg × 32.000đ = 800.000.000đ
Doanh thu thuần trong năm: 800.000.000đ × 12 = 9.600.000.000đ
Hiệu quả sử dụng vốn:
- Vòng quay vốn lưu động = Doanh thu thuần / Vốn lưu động
- Kỳ luân chuyển vốn = Số ngày trong tháng / Vòng quay vốn lưu động
= 30 ngày / 24,65 = 1,22 ngày Tức: Khi bỏ 1đ vốn lưu động trong 1,22 ngày sẽ tạo ra 24,65đ doanh thu
Tỷ suất đầu tư vốn:
- Vốn cố định / Doanh thu thuần cả năm: 100 1 , 74 %
- Vốn lưu động / Doanh thu thuần cả năm: 100 0 , 34 %
- Lợi nhuận / Vốn lưu động (bình quân tháng): 13 , 25
3.4.2 Tính giá thành sản xuất sữa chua sử dụng tinh bột khoai mì liên kết ngang
Từ giá tinh bột tính ở trên, chúng tôi tính toán giá thành sản phẩm sữa chua ăn khi sử dụng 1,5% tinh bột biến tính trong công thức:
Bảng 3.21 Bảng tính chi phí giá thành sữa chua ăn (định mức cho 1000 hũ, tương đương 120 kg) Đơn vị tính: đồng
STT Khoản mục giá thành Đơn vị tính Định mức Đơn giá
- Tinh bột biến tính kg 2,10 32.000 67.200
- Chất ổn định sữa chua kg 0,68 125.240 85.163
- Màng nhôm sữa chua trắng m 2 5,92 13.020 77.078
- Màng nhựa sữa chua kg 5,72 21.655 123.867
BHXH, BHYT, CĐ (1% doanh thu) 17.830
Chi phí nhân công (5,893% doanh thu) 105.073
Chi phí bán hàng (10% doanh thu) 178.301
Chi phí sản xuất chung (2,24% doanh thu) 39.939
2 Chi phí quản lý (2,5% doanh thu) 44.575
III Giá thành toàn bộ 1.640.305
IV Giá bán chưa thuế 1.783.012
Vậy, giá thành sản phẩm sữa chua ăn khi sử dụng tinh bột khoai mì liên kết ngang để thay thế một phần chất ổn định gelatin và monoglyceride, diglyceride và một phần nguyên liệu bột sữa là 1.962 đồng/ hũ 120g, thấp hơn so với giá bán lẻ sữa chua của Nhà máy hiện nay là 2.400 đồng/hũ 120g.