ỨNG DỤNG TINH BỘT TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH

ỨNG DỤNG TINH BỘT TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH I. Tinh bột Tinh bột tiếng Hy Lạp là amidon công thức hóa học: (C6H10O5)n) là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm amilose và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 đến 30:70. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các polymer carbohydrat phức tạp của glucose (công thức phân tử là C6H12O6). Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ như: ngũ cốc. Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp. Hồ tinh bột Thuốc thử tinh bột là iốt. Khi gặp iốt, tinh bột sẽ cho màu xanh dương. • CẤU TRÚC TINH BỘT Tinh bột là một cacbohydrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D – glucozo nối với nhau bởi hoặc α – glicosit. Công thức phân tử gần đúng là (C6H1005)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mươi nghìn. Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai laoij polime là amilozo và amilopectin Amilozo là polime mạch thẳng gồm các đơn vị D – glucozo liên kết với nhau bởi liên kết hoặc α – 1,4 glicosit (hình 1) Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi glucozo thông thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α – 1,6 glicosit (hình 2). Các hạt tinh bột là nhưng tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amilozo và phần phân nhánh của amilopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối chơ với các enzyme thủy phân. II.TINH BỘT BIẾN TÍNH. a.Khái niệm tinh bột biến tính Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bị hạn chế. Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ở tính chảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột, tính không hòa tan, tính kém trương nở, độ nhớt tăng trong nước lạnh, sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớt sau khi nấu. sự dính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bột đã nấu đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dẽ thoái hóa khi kéo dài thời gian đun nóng hay giảm pH, độ kém trong... Vì vậy để có những lạo hình tinh bột phù hợp theo yêu cầu sử dụng người ta tiến hành biến tính tinh bột. Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, tạo ra các phân tử polysaccharide

và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong côngnghiệp.

Hồ tinh bột

Thuốc thử tinh bột

là iốt Khi gặp iốt,

tinh bột sẽ cho màu

Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi glucozo thông thườngcòn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α – 1,6 glicosit(hình 2).

Các hạt tinh bột là nhưng tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất

xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm Bên trong hạttinh bột có phần kết tinh do amilozo và phần phân nhánh của amilopectin tạothành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối chơ với cácenzyme thủy phân

II.TINH BỘT BIẾN TÍNH.

a.Khái niệm tinh bột biến tính

Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bịhạn chế Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ở tính chảy tự do hay tính kịnước của hạt tinh bột, tính không hòa tan, tính kém trương nở, độ nhớt tăngtrong nước lạnh, sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớt sau khi nấu sựdính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bột đã nấu đặcbiệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dẽ thoái hóa khi kéo dài thời gianđun nóng hay giảm pH, độ kém trong Vì vậy để có những lạo hình tinh bộtphù hợp theo yêu cầu sử dụng người ta tiến hành biến tính tinh bột

Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột,

tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn hay gắn các chất, các nhóm khác vào phân tử tinh bột dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt độ, acid, enzyme, các chất oxy hóa dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học

của tinh bột

Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tư tinh bột,kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hóa chất thành hai loại: tinh bột cắt vàtinh bột bị thay thế

Tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng cắt liên kết C – O

giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiệnmột số liên kết mới trong và giữa phân tử Cấu trúc hạt tinh bột của phân tử cóthể bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bộtbiến tính bằng axit dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượngin Trong công nghiệp thực phẩm tinh bột này được dùng để chế tạo gel trongsản xuất bánh kẹo

Tinh bột oxi hóa cũng được xếp vào nhóm này Một số loại tinh bột đượcoxi hóa bởi KMnO4 trong môi trường axit được sử dụng để thay thế aga, pectintrong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp Các sảnphẩm oxi hóa yếu cũng được sử dụng trng sản xuất bánh mì để làm tăng khảnăng giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lương của bánh.Tinh bột oxi hóa bởi hypoclorit, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãtrong công nghiệp giấy

Tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do

các nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hóa học hay đồngtrùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc hai mạch polisaccarit có thểđược gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối

Mức độ tinh bột biến tính được đặc trưng bởi độ thế (Degree ofsubstitution – DS) DS là số nhóm hydroxyl bị thế trên một AGU (AhydrousGlucose Unit) Như vậy độ thế có giá trị trong khoảng 0 – 3.

Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi một cách rõ rệt.Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao ( được sửdụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, tinh bộtphotphat, tinh bột oxi hoa

Tinh bột biến tính được đánh số và đặt tên theo các nhóm sau

1401 tinh bột Acid xử lý

1402 tinh bột xử lý kiềm

1403 tinh bột tẩy trắng

1404 tinh bột oxy hóa

1405 Tinh bột, men điều trị

1410 Monostarch phosphate

1411 Distarch glycerol

1412 Distarch phosphate este hóa với natri trimetaphosphate

1413 Phosphated distarch phosphate

1414 acetyl phosphate distarch

1420 Tinh bột acetate este hóa với acetic anhydride

1421 Tinh bột acetate este hóa với vinyl acetate

1422 acetyl hóa adipate distarch

1423 acetyl hóa glycerol distarch

1440 Hydroxypropyl tinh bột

1442 Hydroxypropyl distarch phosphate

1443 Hydroxypropyl distarch glycerol

1450 Tinh bột natri succinat octenyl

b, Mục đích của biến tính tinh bột

- Thay đổi cấu chúc tinh bột nhằm đáp ứng một nhu cầu nào đó

- Tăng giá trị sử dụng của tinh bột

- Tạo nhiều sản phẩm đa dạng từ tinh bột

c, Ứng dụng của biến tính tinh bột

- Tinh bột biến tính dùng trong công nghiệp thực phẩm là: chất độn trong nước sốt, đồ hộp , đồ uống, bánh kẹo,sữa bột,dùng trong sản xuất thú y,công nghiệp dệt,công nghiệp giấy

- Tinh bột biến tính dạng keo được dùng để sản xuất các sản phẩm cần chất dính như tem,hình hoặc thẻ dán có lớp keo phía sau, nhãn vở, bao thư…

- Việc tạo gel có thể sản xuất ra các sản phẩm có cấu trúc mềm

mượt dạng mượt dùng để nấu súp và nước xốt, dạng mềm làm bánh táo hoặc pizza

III Các phương pháp biến tính tinh bột

1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lí :là phương pháp biến tính tinh bột bằng phương pháp thuần túy dùng các lực vật lí như ép ,nén và hồ hóatác dụng lên tih bột để làm thay đổi một số tinh chất của nó nhằm phù hợpvới nhưng ứng dụng sản phẩm tinh bột biến tính của phương pháp này là những tinh bột hồ hóa , tinh bột xử lí nhiệt ẩm

Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lí :

a,Trộn với chất rắn trơ.

Tinh bột có ái lực với nước nhưng nếu hòa rực tiếp vào nước thì sẽ bị vón cục Có thể làm cho tinh bột phân tán tốt vào nước nếu đầu tiên đem trộn

nó với chất rắn trơ Khi trộn đồng đều sẽ làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lí do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa 1 cách độc lập và không kết thành cục

b,Biến hình bằng hồ hóa sơ bộ.

Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong nước ,sau đó sấy phun hoặc sấy thùngquay Dưới tác dụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử , làm phá vỡ cấu trúc của các hạt tinh bột khi hồ hóa Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau :

- Trương nhanh trong nước

- Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản

- Bền khi ở nhiệt độ thấp

- Có độ đặc và khả năng giữ nước , giữ khí tốt

Do đó người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ này trong mọi trường hợp khi cần độ đặc , giữ nước mà không cần nấu Tinh bột loạinày nếu đi từ tinh bột amilopectin thì sẽ làm tăng độ “tươi” cho sản phẩm ,tăng độ trong suốt , độ dàn hồi cũng như làm bền độ nhớt Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ còn tránh làm tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt , giữ được chất béo và bảo vệ chất béo tránh khỏi bị oxi hóa khi sấy khô, liên kết ẩm và ổn định ẩm trong các sản phẩm thịt Ete oxit của tinh bột dưới dạng hồ hóa sơ bộ được sử dụng trong sản xuất kem rất có hiệu quả

Amiloza hoặc tinh bột giàu amiloza( trên 60% amiloza) nếu khuếch tán vào nước dưới áp suất cao hơn áp suất khí quyển rồi sau đó sấy khô thì không bị thoái hóa Người ta thường thêm tinh bột hồ hóa sơ

bộ vào các dung dịch khoan 1 lượng nước cần thiết

c,Phá hủy tinh bột bằng lực cơ học

Khi các hạt tinh bột ẩm ( với các hàm ẩm khác nhau) được nghiền hay chịu tác dụng của một áp suất , tỷ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt tăng lên, kết quả là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột loại này giảm khoảng 5~10 ‘C , hạt tinh bột cũng dễ bị thủy phân bởi enzym hơn do gia tăng khả năng xâm nhập của enzym thông qua các rãnh vô dịnh hình Trong bột bánh được làm từ tinh bột loại này , nước được hấp thụ nhiều và nhanh hơn , tỷ lệ amylose bị thủy phân cũng cao hơn

d.Tinh bột ép đùn

Trong quá trình ép đùn , cấu trúc xoắn kép double helix của amylose có

sự thay đổi về khoảng cách giữa các chuỗi , tinh bột ép đùn dễ phân tán , tan tốt và có độ nhớt thấp hơn tinh bột thông thường Sự phân hủy một phần mạch amylose cho tháy các thay đổi về mặt hóa học vẫn xuất hiện ở nhiệt độ cao của quá trình ép đùn (185-200) Sản phẩm tạo ra có maltose,isomaltose, gentibiose, sophorose và 1g,6-anhydroglucopyranose

e,Biến hình tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Dextrin là sản phẩm phân giải nữa vời của tinh bột Thực tế pirodexxtrin thu được khi gia nhiệt tinh bột khô ở nhiệt độ 175-195’C trong thời gian 7-18h

Phương pháp chế tạo pirodexxtrin như sau :

- Phun axit ( với lượng 0.05-0.15% trọng lượng tinh bột ) và tinh bột có

độ ẩm khoảng 5% Có thể dùng ALCL3 làm chất xúc tác Cũng có thể cho thêm các tác nhân kiềm tính như Canxi phophat, Natri bicabonat hoặc Tritanolamin làm chất đệm ( để làm giảm bớt độ axit khi ở nhiệt

độ cao ) Sau khi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm khoảng 15% thì tiến hànhdextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi , bằng dầu hoặc đốtnóng trực tiếp Dextrin hóa xong thì làm nguội Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng sau:

- Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn

- Phản ứng tái trùng hợp các sản phảm rồi mới tạo thành ở trên chủ yếu bằng liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao

ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu, nên độ nhớt của tinh bột

bị giảm rất mạnh Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp mới thành phản ứng chính

Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết 1-4 không bền trong amiloza lúc này chuyển thành liên kết 1-6 bền hơnDưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến hình một cách sâu sắc do

đó nhiều tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-120 độ C)

Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất

và không đồng nhất thường dùng dixtrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn Do dixrtrin có độ nhớt thấp dùng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền độ hòa tan trong nước lạnh của dixtrin cao hơn tinh bột, thường dùngdixtrin trắng, vàng và piroditrin để pha keo dán phong bì, bìa cat tông, dánnhãn chai, băng dính

Keo dixtrin có tham có phụ gia làm biến đổi tính chất của màng dixtrin Natri tetraborat là một trong những phụ gia được dùng rộng rãi cùng với dextrin, có thể thêm borat đến 20% khối lượng của keo Tham borat làm tăng độ nhớt của dung dịch dextrin tăng độ bền và khả năng dính của nó Đường, mật rỉ, glyxerin và các chất polyhidroxit tham vào keo dextrin để

tăng tính dẻo của màng và giảm độ giòn khi độ ẩm thấp các dextrin được dùng để hồ sợi.

Pirodextrin còn được dùng làm chất làm đặc thuốc nhuộm sợi dùng làm dung môi và chất mang chất màu

2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp 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 , ete hóa , photpho hóa

Các phương pháp hóa học trong công nghiệp biến tính tinh bột :

+biến tính bằng kiềm

+biến tính bằng axit

+biến tính bằng oxi hóa

+ biến tính bằng xử lí tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông

+biến tính bằng cách tạo liên kết ngang

+ biến tính bằng cách gắn them nhóm phosphate

.Tinh bột –H+ đứt liên kết trong phân tử tinh bột kích thước phân tử giảm

 tinh bột biến tính

Trong sản xuất công nghiêp, người ta cho khuếch tán tinh bột ( huyền phù tinh bột 12-15bx) trong dd axit vô cơ có nồng độ 1-3% ; rồi khuấy đều ở nhiệt độ 50-

55 độ C trong 12-14h Sau đó trung hòa, lọc rửa và sấy vôi

Tính chất : +giảm ái lực với iot

+độ nhớt đặc trưng bé hơn

+áp suất thẩm thấu cao hơn

+khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương nở kém hơn

+ trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn, nhiệt độ hồ hóa thì độ hòa tancao hơn

+ nhiệt độ hồ hóa cao hơn

+chỉ số kiềm cao hơn

1 Phương pháp biến tính bằng axit

Có 2 phương pháp :

+ biến tính bằng axit trong môi trường ancol

+biến tính bằng axit trong môi trường nước

a,Biến tính bằng axit trong môi trường ancol

Ưu điểm : tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn , các dextrin hoặc các đường

Nhược điểm: + trong môi trường ancol như etanol hoặc methanol , phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so với môi trường trong nước

+ biến tính trong môi trường etanol , methanol đắt tiền , tái chế phức tạp , thời gian dài, tốn nhiều thiết bị , giá thành cao

b, Biến tính bằng axit trong môi trường nước

Tinh bột, ddHCl0.5N

Tinh bột hòa trộn  biến hình (50 độc C)

DdNaOH 1N trung hòa

Nước lọc rửa nước lọc =>Sấy (45-50) =>Nghiền => Rây => Thành phẩm

2 Biến tính tinh bột bằng kiềm

Trong môi trường kiềm, tinh bột hòa tan rất dễ vì kiềm làm ion hóa từng phần và

do đó làm cho sự hydrat hóa tốt hơn

Kiềm có thể phá hủy từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng entol

Sự phá hủy kiềm cũng có thể có thể xảy ra ngẫu nhiên ở giữa mạch nhất là khi

có mặt oxi và có gia nhiệt độ

3 Biến tính bằng oxi hóa

Nước huyền phù tinh bột ddNaOH0,01N

(33-44%) Oxi hóa ddNaOCl chứa 6% clo tự do

Khuấybiến hình (30 Oc; T=4-6h)

Trộn

HCl0.01Ntrung hòa (Ph=6-6,5)

Na2H2O3tách clo tự do

Li tâm , rửa nhiều lần

Sấy, nghiền, rây, thành phẩm

Đặc điểm : +nét đặc trưng của tinh bột đã đc oxi hóa là độ trắng , tinh bột càng trắng thì mức độ oxi hóa càng cao

+nếu mức độ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bọ phá hủy hoàn toàn và tạo ra dd trong suốt

Ứng dụng : +hồ bề mặt trong công nghiệp sản xuất giấy

+hồ sợi bong , sơi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt

+chất làm đặc trong công nghiệp thực phẩm

4.Biến tính bằng xử lí tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông

5 Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

Tinh bột sẽ thu được tính chất mới khi cho tác dụng với axit boric Khi đó, 4 nhóm OH của 2 mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo thành phức với axit boric Nói cách khác , khi đó giữa các mạch polyglucozit sẽ tạo ra các lk ngang Tinh bột thu được sẽ dai hơn, giòn và cứng hơn

Ứng dụng : +thành phần của dung dịch sét để khoan dầu mỏ

+thành phần của sơn , của gốm

+làm chất kết dính cho các viên than

+làm chất mang các chất điện li trong pin khô

6 Biến tính bằng cách gắn them nhóm phosphate

Gắn them 1 nhóm chức acid  tinh bột phosphate

H3P04

Được este hóa với nhóm OH

Của tinh bột

Gắn 2 nhóm chức axit tinh bột phosphate 2 tinh bột H3PO4

3.biến tính tinh bột băng phương pháp thủy phân bằng enzyme.

a.Định nghĩa:

Ngày nay, khi khoa học phát triển, có rất nhiều phương pháp thủyphân tinh bột khác nhau như phương pháp vật lý, phương pháp hóa học,phương pháp thủy phân,… ở đây, chúng ta chỉ xét phương pháp thủyphân tinh bột bằng enzyme do phương pháp này phổ biến là được áp dụngrông rãi nhất hiện nay

b.Thủy phân tinh bột bằng enzyme:

Thủy phân là một quá trình hóa học trong đó một phân tử bị phân cắtkhi có mặt của phân tử nước Một phần của phân tử sau khi cắt sẽ tươngtác với cation H+ từ phân tử nước, phần khác sẽ liên kết với anion OH- cònlại

Phương pháp thủy phân bằng enzyme: là phương pháp biến tính tinhbột tiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc không bịlẫn những hóa chất khác Sản phẩm của phương pháp này là các loạiđường glucose, fructose; các poliol như sorbitol, mannitol; cácaxit amin như lysin, MSG, các rượu, các axit

c.Các enzyme sử dụng trong thủy phân tinh bột:

Là các enzyme thuộc hệ enzyme amylase Emzyme thuộc hệamylase là enzymexúc tác thủy phân liên kết glucoside nằm trong chuỗipolysaccharide và tinh bột

Enzyme thuộc hệ enzyme amylase gồm có α-amylase (enzyme dịchhóa) và γ-amylase (enzyme đường hóa)

Quá trình thủy phân bởi α-amylase là một quá trình đa giai đoạn:

Giai đoạn đầu: dưới xúc tác của enzyme α-amylase thì các chuỗi

polysaccharide được thủy phân nhanh để tạo thành các dextrin phân tửlượng thấp Vì thế độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh nhưng độ ngọttăng không đáng kể