NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Kết quả phân tích thời gian chảy cho thấy HCl mang lại hiệu quả cao nhất trong việc cắt đứt chuỗi phân tử tinh bột.Thí nghiệm ứng dụng tinh bột biến tính lên sữa chua cũng chỉ ra rằng ti

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn: KS Diệp Thanh Tùng

Họ và Tên sinh viên: Nguyễn Quốc Thắng

Tp.HCM, 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

DANH SÁCH CÁC HÌNH vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

Chương 1 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Mục đích đề tài 3

1.3 Nội dung đề tài 3

1.4 Yêu cầu đề tài 4

Chương 2 5

2.1 Tổng quan tinh bột 5

2.1.1 Cấu tạo 5

2.1.2 Cấu trúc tinh thể 7

2.1.3 Các phản ứng tiêu biểu 7

2.1.3.1 Phản ứng thủy phân 7

2.1.3.2 Phản ứng tạo phức 7

2.1.3.3 Tính hấp thụ của tinh bột 8

2.1.3.4 Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột 8

2.1.4 Những tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước 9

2.1.4.1 Tính hòa tan của tinh bột 9

2.1.4.2 Sự trương nở 9

2.1.4.3 Tính chất hồ hóa của tinh bột 9

2.1.4.4 Tính chất cơ kết cấu của hồ tinh bột 9

2.1.4.5 Khả năng tạo gel và thoái hóa gel 10

2.2 Tinh bột biến tính 10

2.2.1 Tổng quan 10

2.2.2 Phân loại tinh bột biến tính 10

2.2.3 Phương pháp biến tính tinh bột 11

2.2.3.1 Phương pháp vật lý 11

2.2.3.2 Phương pháp hóa học 13

2.2.3.3 Biến hình bằng cách tạo liên kết ngang 17

2.2.3.4 Enzyme 18

2.3 Ứng dụng tinh bột biến tính 19

2.3.1 Ứng dụng trong bánh mì nướng 19

2.3.2 Làm chất ổn định sữa chua 20

2.3.3 Sản xuất bánh phồng tôm 20

2.3.4 Sản xuất bánh quy xốp 20

2.3.5 Sản xuất giò chả 20

Chương 3 21

3.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm 21

3.2 Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 21

3.2.1 Nguyên vật liệu thí nghiệm 21

3.2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 21

3.3 Phương pháp thí nghiệm 21

3.3.1 Phương pháp biến tính bằng axit 22

3.3.2 Phương pháp biến tính bằng bazơ 23

3.3.3 Phương pháp biến tính bằng H 2 O 2 23

3.3.4 Thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính ổn định cấu trúc sữa chua 24

Chương 4 26

4.1 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột không biến tính – mẫu đối chứng 26 4.2 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tình bằng axit 26

4.3 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tính bằng NaOH pH = 10 27

4.4 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tính bằng H 2 O 2 0,3% 28

4.5 Ứng dụng tinh bột biến tính ổn định cấu trúc sữa chua 29

4.5.1 pH của các mẫu sản phẩm 29

4.5.2 Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính 30

4.5.3 So sánh ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu sản phẩm sữa chua 32 4.5.4 Tiến hành đo cấu trúc các mẫu sữa chua 34

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

PHỤ LỤC A 39

PHỤ LỤC B 42

Kết quả phân tích thời gian chảy cho thấy HCl mang lại hiệu quả cao nhất trong việc cắt đứt chuỗi phân tử tinh bột.Thí nghiệm ứng dụng tinh bột biến tính lên sữa chua cũng chỉ ra rằng tinh bột biến tính bằng HCl đem lại cấu trúc gel vững chắc nhất nhưng có thể ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm vì làm thay đổi pH của hệ

ABSTRACT

The study "Research about modified starch production and applications

in food processing" was conducted in the laboratory I4, Department of Chemical

Technology, University of Agriculture and Forestry, Ho ChiMinh, from to

The experiment was arranged in order to examine the influence of the modified time for different modification methods on the viscosity of the starch processing In which the time factor is performed at different time intervals - 0.5 h; 1h; 1.5 h Processing methods are classified based on modified substances - acids, bases, H2O2

Treatment results in excel, then make a comparison between the modified method modified in the same period of time, compare the elements in the same time a modified method After a series of comparative method, we find the optimal conditions of modified method and modified time

Then implementation of modified starch in optimal conditions Test conducted on samples and sensory evaluation by morphological and structural products

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cấu trúc phân tử tinh bột 5

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử Amylose 6

Hình 2.3: Cấu trúc phân tử Amylopectin 6

Hình 2.4: Cơ chế phản ứng thủy phân 7

Hình 2.5: Biến tính bằng phương pháp gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao 13

Hình 2.6: Quy trình sản xuất theo phương pháp Robyt 15

Hình 2.7: Quy trình sản xuất theo phương pháp Ali và Kemf 16

Hình 2.8: Quy trình sản xuất tinh bột biến tính bằng tác nhân oxy hóa mạnh 16

Hình 2.9: Tạo liên kết ngang trong tinh bột 17

Hình 2.10: Quy trình biến tính tinh bột bằng enzyme 19

Hình 3.1: Sơ đồ biến tính tinh bột bằng axit 22

Hình 3.2: Sở đồ biến tinh bột bằng NaOH 23

Hình 3.3: Sơ đồ biến tính tinh bột bằng H2O2 24

Hình 4.1: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính tại nồng độ HCl 0,25M 26

Hình 4.2: Biến tính tinh bột bằng HCl 27

Hình 4.3: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính bằng NaOH pH = 10 27

Hình 4.4: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3% 28

Hình 4.5: Phối trộn tinh bột biến tính vào sữa chua 29

Hình 4.6: Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính 31

Hình 4.7: Quan hệ của ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua 33

Hình 4.8: Đo độ nhớt của sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính 34

Hình 4.9: Đo cấu trúc sữa chua 35

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Nhiệt độ hồ hóa các loại tinh bột 8

Bảng 3.1: Khảo sát thời gian biến tính và nồng độ của HCl 22

Bảng 3.2 : Khảo sát thời gian biến tính bằng NaOH pH = 10 23

Bảng 3.3: Khảo sát thời gian biến tính bằng H2O2 24

Bảng 4.1: Thời gian chảy của tinh bột không biến tính 26

Bảng 4.2: Giá trị pH của các mẫu sữa chua 29

Bảng 4.3: Kết quả đo cấu trúc của các mẫu sữa chua 34

Trước thực trạng đó, các hoạt động nghiên cứu chuyên sâu về ứng dụng của tinh bột biến tính đã được tiến hành nhằm mở rộng tính ứng dụng cao của tinh bột trong đời sống hiện tại Ví dụ: các hoạt động nghiên cứu sử dụng tinh bột biến tính làm bao bì sinh học thay thế cho bao bì có nguồn gốc từ hóa dầu, sử dụng tinh bột biến tính dùng làm chất ổn định, chất tạo gel, tạo đặc trong thực phẩm,

Nguyên liệu để sản xuất ra tinh bột biến tính chủ yếu từ nguồn tinh bột mì, tinh bột bắp Và để không làm ảnh hưởng đến an ninh lương thực của vì vậy tinh bột mì được ưu tiên sử dụng Nhằm tìm ra một hướng sản xuất mới từ một nguồn nguyên liệu khác – bột bắp – và khảo sát lại đặc tính tạo gel và độ nhớt của dịch nhằm xem xét khả năng phù hợp trong ứng dụng vào thực phẩm

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó và được sự cho phép của Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng

dẫn của KS Diệp Thanh Tùng, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính để ứng dụng trong bảo quản, chế biến thực phẩm” 1.2 Mục đích đề tài

 Nghiên cứu biến tính tinh bột trên nền bột bắp

 Đánh giá ảnh hưởng của tác nhân biến tính và thời gian biến tính lên tinh bột khi được sử dụng làm phụ gia thực phẩm

1.3 Nội dung đề tài

 Thực hiện biến tính tinh bột bằng các tác nhân khác nhau như: axit (HCl), bazơ (NaOH), tác nhân oxy hóa mạnh (H2O2)

 Phân tích sự ảnh hưởng của yếu tố thời gian lên sự biến tính của tinh bột

 Thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính làm phụ gia trong sản xuất sữa chua

1.4 Yêu cầu đề tài

 Tìm ra sựảnh hưởng của các tác nhân biến tính (axit, bazo, tác nhân oxy hóa mạnh) và thời gian biến tính lên tính chất của tinh bột

 Đánh giá được ảnh hưởng của tinh bột biến tính lên cấu trúc của sản phẩm thực phẩm (sữa chua)

 Thử nghiệm sử ảnh hưởng về đặc tính độ nhớt của thực phẩm (sữa chua)

 Không ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm khi cho vào, đạt được yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm

 Có khả năng dùng làm phụ gia trong thực phẩm

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan tinh bột 2.1.1 Cấu tạo

Tinh bột là một polysaccharide bao gồm các đơn vị D-glucose nối với nhau bởi các liên kết - glycozide, có công thức phân tử là (C6H10O5)n (n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu) Tinh bột có dạng hạt màu trắng và được tạo nên bởi hai loại polymer là amylose và amylopectin.Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ trong gạo nếp hoặc ngô nếp gần như 100% là amylopectin

Hình 2.1: Cấu trúc phân tử tinh bột

 Amylose

Là polysaccharide mạch thẳng, cấu tạo gồm các gốc D- glucopyranose, liên kết nhau bằng liên kết α-1-4-glycoside Trọng lượng phân tử của amylose khoảng 105-106

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử Amylose

Có 2 loại amylose:

 Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 1000-2000) và

bị phân ly hoàn toàn bởi β-amylase

 Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, chỉ bị β-amylase phân hủy 60%

Amylose có thể hòa tan trong nước nóng đến nồng độ 15%, dung dịch kiềm loãng, acid dicloacetic, acid formic, aldehyde formic,… cũng có khả năng hòa tan amylase Dung dịch amylose thu được có độ nhớt tương đối cao

Amylose có khả năng tương tác với iod cho màu xanh đặt trưng, phức hợp hấp thụ mạnh nhất ở bước sóng 620nm

 Amylopectin Amylopectin là polysaccharide mạch thẳng phân nhánh, cấu tạo gồm các góc -D-glucopyranose, liên kết nhau bằng liên kết -1-4- glycoside trên mạch chính, tại các điểm phân nhánh, các gốc glucose liên kết nhau bằng liên kết -1-6-glycoside Mỗi nhánh trong phân tử amylopectin chứa khoảng 15-30 gốc glucose.Phân tử lượng amylopectin từ 107-108

Hình 2.3: Cấu trúc phân tử Amylopectin Amylopectin có khẳ năng gắn kết đặt trưng với lectin ở đầu cuối không khử của nó tạo kết tủa.Dựa vào tính chất này người ta có thể tách amylopectin ra khỏi tinh bột Amylopectin cũng có khả năng kết hợp với iod (khoảng 0,2% khối lượng) tạo phức hợp hấp thụ mạnh nhất ở 550nm

Khi đun nóng trong nước, amylopectin tạo dung dịch trong, đặc, dính và có

độ nhớt cao Amylopectin không bị thoái hóa, khả năng tạo gel kém

2.1.3 Các phản ứng tiêu biểu

2.1.3.1 Phản ứng thủy phân

Hình 2.4: Cơ chế phản ứng thủy phân

Phản ứng thủy phân cắt đứt liên kết - D (1,4) glycoside bằng các tác nhân acid hoặc enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu, dạng hồ hóa hay dạng paste Còn enzyme, chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa.Một số enzyme thường dùng là -amylase, β-amylase.Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường

2.1.3.2 Phản ứng tạo phức

Phản ứng đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iod.Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Để phản ứng được thì các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iod Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iod vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Acid và một số muối như:

KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng

Amylose với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iod, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iod.Amylopectin tương tác với iod cho màu nâu tím.Về bản chất phản ứng màu với iod là hình thành hợp chất hấp thụ

Ngoài khả năng tạo phức với iod, amylose còn có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xento phân tử lượng thấp

2.1.3.4 Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột

Bảng 2.1: Nhiệt độ hồ hóa các loại tinh bột

Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng) Ngoài ra, nó cũng là cơ

sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể

2.1.4 Những tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước

2.1.4.1 Tính hòa tan của tinh bột

Tinh bột không hòa tan trong nước lạnh Hòa tan trong dung dịch kiềm và một số muối kim loại nặng Tinh bột bị kết tủa trong cồn, cồn là tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột

2.1.4.2 Sự trương nở

Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên Đây là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột Các loại tinh bột khác nhau sẽ có độ trương nở khác nhau

2.1.4.3 Tính chất hồ hóa của tinh bột

Ở nhiệt độ thường tinh bột hấp thụ 25-50% nước Khi tăng nhiệt độ hạt tinh bột bị trương nở (liên kết hydro bị phá vỡ) tinh bột bị thay đổi trạng thái Đó là hiện tượng hồ hóa tinh bột

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái ban đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa không phải một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định Các biến đổi hóa lý khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương nở, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tửmạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn

2.1.4.4 Tính chất cơ kết cấu của hồ tinh bột

Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có

độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự

bất đối xứng của phân tử Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột

2.1.4.5 Khả năng tạo gel và thoái hóa gel

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được

hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglycoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá

2.2 Tinh bột biến tính 2.2.1 Tổng quan

Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn suất tinh bột nhất định như: tinh bột phải có độ hòa tan tốt, giàu amylose, amylopectin, tính bền…

Biến hình tinh bột tức là biến đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột để mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới

Mục đích biến hình tinh bột:

 Giảm sự thoái hóa tinh bột;

 Thay đổi độ nhớt bằng cách thay đổi trọng lượng phân tử ;

 Gia tăng sự ổn định khi làm lạnh hoặc cấp đông – rã đông;

 Tăng giá trị cảm quan;

 Tạo mặt hàng mới

2.2.2 Phân loại tinh bột biến tính

Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hoá chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế

Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O giữa các monomer và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất

hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt của tinh bột có thể

bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như: dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in… Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo

Tinh bột oxi hóa cũng được xếp vào nhóm này Một số loại tinh bột được oxi hóa bởi KMnO4 trong môi trường acid được sử dụng thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp Các sản phẩm tinh bột oxi hóa yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của khối bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng bánh Tinh bột oxi hóa bởi hypoclorid, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy

Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hóa học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polysaccharide có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối

Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution - DS), DS là số nhóm hydroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit) Như vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3 Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột acetate, tinh bột phosphate, tinh bột oxi hóa…

2.2.3 Phương pháp biến tính tinh bột

Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp như sau:

 Phương pháp biến hình vật lý

 Phương pháp biến hình hóa học

 Phương pháp biến hình bằng enzyme

2.2.3.1 Phương pháp 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

 Trộn với chất rắn trơ Tinh bột có ái lực với nước nhưng nếu hòa tan trực 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 lý do đó sẽ cho phép chúng hydrate hóa một cách độc lập và không kết thành khối

 Biến hình bằng hồ hóa sơ bộ Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước, sau đó sấy phun hoặc là sấy thùng quay 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 trong trường hợp khi cần

độ đặc, giữ nước mà không cần nấu

Tinh bột loại này nếu đi từ tinh bột amylopectin thì sẽ làm tăng độ tươi cho sản phẩm, tăng độ trong suốt, độ đàn hồi cũng như làm bền độ nhớt

 Gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao Dextrin là sản phẩm phân giải nửa vời của tinh bột Thực tế pirodextrin thu được khi gia nhiệt tinh bột khô ở nhiệt độ 175-195 oC trong thời gian 7-18h

Phương pháp chế tạo pirodextrin như sau:

 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 có thể cho thêm các tác nhân kiềm tính như Canxi phosphate, Natri bicacbonate hoặc Tritanolamine làm chất đệm (để làm giảm bớt độ acid khi ở nhiệt độ cao) Sau khi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm từ 1-5% thì tiến hành dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóng trực tiếp Dextrin hóa xong thì làm nguội Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng:

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

 Phản ứng tái trùng hợp các sản phẩm vừa 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 lúc này bị giảm rất mạnh Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp mới trở thành phản ứng chính

Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glycoside: các liên kết 1-4 glycoside không bền trong amyloza lúc này sẽ chuyển thành liên kết 1-6 bền hơn

Hình 2.5: Biến tính bằng phương pháp gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao Dưới 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 (95-1200C), dextrin vàng (120-1800C), pirodextrin (170-1950C)

2.2.3.2 Phương pháp hóa học

Sử dụng các phản ứng ester, eter, acid hay kiềm hóa, sản phẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lý acid tinh bột eter, este hóa, phosphate hóa

 Acid Dưới tác dụng của acid một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân

tử tinh bột bị đứt Do đó làm cho kích thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tính chất mới

Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuếch tán tinh bột (huyền phù tinh bột 12-15Bx) trong dung dịch acid vô cơ có nồng độ 1-3%, rồi khuấy đều ở nhiệt độ 50-550C trong 12-14h Sau đó trung hòa, lọc rửa và sấy khô

Tinh bột biến tính bằng acid so với tinh bột ban đầu có những tính chất sau:

 Giảm ái lực với iod;

 Độ nhớt đặc trưng bé hơn ;

 Áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé 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 tan cao hơn;

 Nhiệt độ hồ hóa cao hơn;

 Chỉ số kiềm cao hơn

Có 2 phương pháp biến hình bằng acid đó là:

 Biến hình bằng acid trong môi trường ancol;

 Biến hình bằng acid trong môi trường nước

 Phương pháp biến tính bằng acid trong môi trương ancol Tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, các dextrin hoặc các đường Trong môi trường ancol như ethanol hoặc methanol, do các ancol này có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của acid tham gia xúc tác cũng nhỏ hơn, do đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so với trong môi trường nước Vi vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quá trình biến hình tinh bột để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử mong muốn một cách dễ dàng hơn và đạt hiệu suất thu hồi cao hơn

Quy trình sản xuất theo phương pháp Robyt (cho sắn):

Acid HCl đậm đặc trộn với 100ml môi trường, sau đó khuấy đều, đậy kín miệng bình và biến hình trong 72 giờ

Hình 2.6: Quy trình sản xuất theo phương pháp Robyt Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân cắt mạch tinh bột trong quá trình biến hình chủ yếu là nhiệt độ, hàm lượng acid, nồng độ dịch tinh bột và loại môi trường.Khả năng phân cắt mạch tinh bột biểu thị bằng chỉ số mức độ trùng hợp mạch tinh bột

 Phương pháp biến tính bằng acid trong môi trương nước Quy trình theo phương pháp Ali và Kemf:

Hình 2.7: Quy trình sản xuất theo phương pháp Ali và Kemf Biến hình trong môi trường ethanol và methanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến hình bằng acid trong môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên

Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33% và biến hình với xúc tác là dung dịch acid HCl 0,5N ở 50oC trong điều kiện khuấy trộn liên tục Khi biến hình kết thúc, trung hòa bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy ly tâm siêu tốc và nước nhiều lần.Cuối cùng là sấy, nghiền, rây để thành phẩm có W<12%

 Phương pháp biến tính 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 hydrate hóa tốt hơn Kiềm có thể phá hủy tinh bột từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol Sự phá hủy kiềm cũng có thể xảy ra ngẫu nhiên ở mạch nhất là khi có mặt oxi và có gia nhiệt

 Tác nhân oxy hóa mạnh Với tác nhân oxi hóa là NaOCl chứa 6% Clo tự do

Hình 2.8: Quy trình sản xuất tinh bột biến tính bằng tác nhân oxy hóa mạnh

Hiện nay tác nhân được dùng phổ biến là hypoclorite Dùng dung dịch Natri hypoclorite có chứa 5-10% Clo tự do hoặc dùng nước javel có chứa 6% Clo tự do Tinh bột khô khuấy trộn trong nước và NaOH 0,01N thành huyền phù tinh bột có nồng độ 33-34% và có pH=8-10 Để biến hình cho dung dịch NaClO có chứa 5-10% Clo tự do, khuấy đều ở nhiệt độ 21-31oC cho đến khi đạt mức độ oxi hóa cần thiết (4-6h) Sau đó tiến hành trung hòa hỗn hợp bằng HCl 0,01N đến pH=6-6,5 Để tách Clo còn lại dùng Natrithiosunfate 0,1N, để kiểm tra quá trình tách Clo hoàn toàn tiến hành thử bằng dung dịch KI 0,1N Nếu còn Clo tự do sẽ đẩy I- tạo thành I2 làm cho hồ tinh bột chuyển sang màu xanh Tiếp tục cho

Na2S2O3 cho đến khi không còn Clo tự do Tiến hành rửa lại bằng nước và li tâm nhiều lần cho đến khi thử các hóa chất hòa tan trong nước không còn nữa Để thử xem còn muối lưu huỳnh không dùng H2SO4 và đun nhẹ Nếu có kết tủa lưu huỳnh màu vàng xuất hiện, sau khi tách hết các chất hòa tan, tiến hành sấy 35oC đến độ

ẩm 10-12%, nghiền nhỏ, sàng và bảo quản

2.2.3.3 Biến hình bằng cách tạo liên kết ngang

Nhằm tạo ra liên kết cộng hóa trị giữa các nhóm hydroxyl (OH-) trên cùng một phân tử hoặc hai phân tử khác nhau Bất kì phân tử nào có khả năng phản ứng với hai (hay nhiều hơn) nhóm hydroxyl đều tạo ra được liên kết ngang giữa các mạch tinh bột Tinh bột sẽ thu được tính chất mới khi cho tác dụng với acid boric Khi đó 4 nhóm OH của 2 mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo thành phức với aicd boric, khi đó giữa các mạch polyglycoside sẽ tạo ra các liên kết ngang như trong hình

Hình 2.9: Tạo liên kết ngang trong tinh bột

Các tác nhân tạo liên kết ngang với tinh bột như: monosodium phosphate (SOP), sodium trimetaphosphate (STMP), sodium tripoly phosphate, epichlorhydrin, phosphoryl chloride (POCl3)…

2.2.3.4 Enzyme

Là phương pháp biến tính tinh bột tiên tiến cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc không bị lẫn những hóa chất khác Sản phẩm thủy phân bằng enzyme của phương pháp này là các loại đường glucose, fructose, các poliol như sorbitol, mannitol

Enzyme -amylase (EC 3.2.1.1): Các enzyme phân cắt liên kết ở nội mạch (đầu khử) giải phóng ra glucose và các oligosaccharit có từ 2-7 đơn vị glucose Enzyme β-amylase (EC 3.2.1.2): Các enzyme phân cắt liên kết -1,4 ở ngoại mạch (đầu không khử) giải phóng ra maltose có dạng β

 Enzyme đặc hiệu với liên kết -1,6:

Pululanaza (EC.3.2.1.41): Enzyme này có thể thủy phân các liên kết -1,6 của tinh bột, glucogen, pululan và các dextrin giới hạn Sự định vị của liên kết -1,6 có ảnh hưởng lớn tới tác động của enzyme Sự có mặt của 2 liên kết -1,4 nằm

kề bên liên kết -1,6 là điều kiện cần thiết cho enzyme phân cắt liên kết này Isoamilaza (EC.3.2.1.68): Enzyme này không có khẳ năng thủy phân pulutan

và không thể cắt đứt liên kết -1,6 của các phân tử chứa ít hơn ba liên kết -1,4

 Enzyme đặc hiệu liên kết -1,4 và -1,6:

Amiloglusidaza (EC.3.2.1.3) có thể giải phóng ra β-D glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết -1,4 của mạch -glucan từ đầu không khử Chúng thủy phân được các liên kết -1,6 và -1,3 nhưng mức độ rất chậm

Hình 2.10: Quy trình biến tính tinh bột bằng enzyme

2.3 Ứng dụng tinh bột biến tính

2.3.1 Ứng dụng trong bánh mì nướng

Trong bánh mì nướng thì protein lúa mì và đặc biệt là gluten đóng một vai trò quan trọng để hình thành kết cấu của bánh mì Tuy nhiên, tinh bột là thành phần chính và cũng góp phần vào sự hình thành cấu trúc và chất lượng của bột bánh mì Các trạng thái của tinh bột góp phần vào kết cấu của sản phẩm nướng Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng tinh bột biến tính được phát triển để ngăn chặn các thuộc tính không mong muốn của tinh bột, ảnh hưởng đến tính chất của khối bột và chất lượng của bánh mì Một số tinh bột biến tính sử dụng trong bánh mì nướng như: hydroxypropylated, acetyl hóa,liên kết ngang

Mẫu bánh mì chế biến từ bột thay thế hydroxypropylated và acetyl hóa tinh bột sắn có một kết cấu dính, trong khi bánh mì với tinh bột sắn phosphoryl hóa liên kết ngang có một cảm giác khô Các bột thay thế bằng tinh bột sắn tự nhiên hydroxypropylated và acetyl cho thấy độ nhớt cao và các sự cố lớn hơn, trong khi với phosphoryl hóa tinh bột sắn liên kết ngang cho thấy độ nhớt thấp hơn và các

sự cố nhỏ hơn so với bột lúa mì Những kết quả này nghĩa là trang thái nhớt của tinh bột hồ hóa ảnh hưởng đến kết cấu của bánh mì.Bằng cách sử dụng tinh bột biến tính, có thể kiểm soát kết cấu của sản phẩm và phát triển bánh mì có kết cấu khác nhau từ bột mì