Tổng quan về tinh bột biến tính trong sản phẩm thực phẩm

Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân, lá cây. Tinh bột cũng có nhiều ở trong các loại củ như khoai tây, củ mài, sắn… Một lượng đáng kể tinh bột cũng có nhiều trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng và cấu trúc của tinh bột phụ thuộc vào giống cây và điều kiện trồng trọt.Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nhau bởi các liên kết αglucozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n , ở đây n có thể từ vài tram đến 1 triệuTinh bột gồm 2 thành phần chính là: Amiloza và Amilopectin. Tỷ lệ amiloza Amilopectin xấp xỉ 14 .

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm T.P Hồ Chí Minh

TP HCM ngày 24 tháng 5 năm 2015

Giảng viên: Nguyễn Phú Đức

Nhóm: 14 Tiết học: Thứ 5 tiết 8-9

Contents

I Tổng quan 4

I.1 Tinh bột 4

I.2 Tinh bột biến tính 4

II CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT: 5

II.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý: 6

II.1.1 Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ học 6

II.1.2 Tinh bột ép đùn (extruded starch): 7

II.1.3 Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao: 7

II.1.4 Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch): 10

II.1.5 Trộn với chất rắn trơ: 11

II.2 Biến tính bằng phương pháp hóa học: 11

II.2.1 Biến tính bằng acid 11

II.2.2 Biến tính tinh bột bằng kiềm : 15

II.2.3 Biến tính tinh bột bằng phương pháp ether hóa : 15

II.2.4 Biến tính tinh bột bằng ester hóa: 16

II.2.5 Biến tính tinh bột bằng liên kết ngang: 18

II.2.6 Biến tính tinh bột bằng oxi hóa: 19

II.2.7 Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép: 22

II.3 Biến tính tinh bột bằng enzyme: 24

III Các loại tinh bột biến tính 35

III.1 Tinh bột acetate 35

III.2 Tinh bột oxy hóa 35

III.3 Tinh bột liên kết ngang 36

III.4 Tinh bột biến tính a xít 36

III.5 Tinh bột cation 37

III.6 Các loại tinh bột biến tính khác 39 III.7 Bảng các sản phẩm tinh bột biến tính 39

IV Ứng dụng của tinh bột biến tính trong sản xuất thực phẩm 41 IV.1 Ứng dụng tinh bột biến hình bằng phương pháp acid làm ổn định sữa chua 41 IV.2 Ứng dụng tinh bột biến hình bằng phương pháp oxy hóa trong sản xuất bánh phồng tôm 42 IV.3 Ứng dụng tinh bột huỳnh tinh biến hình bằng acid trong sản xuất bánh qui xốp 44 IV.4 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất giò chả 45

Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn

vị glucose được nhau bởi các liên kết α-glucozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n , ở đây n có thể từ vài tram đến 1 triệu

Tinh bột gồm 2 thành phần chính là: Amiloza và Amilopectin Tỷ lệ

sự mất nước, có thể tạo kết cấu quánh hay trơn mịn, lớp bao coating mềm hay giòn, hoặc có thể làm ổn định hệ nhũ tương

 Tinh bột thì nhiều và có sẵn

 Có tính kinh tế vì rẽ hơn một số chất có tính năng tương

tự như gum Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi loại sản phẩm thưc phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định Vì vậy để có được những dạng tinh bột thích hợp người ta phải tiến hành biến tính tinh bột

Biến tính tinh bột là quá trình lầm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn hay gắn với 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

II CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT:

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

o Phương pháp biến tính vật lí

o Phương pháp biến tính hóa học

o Phương pháp biến tính bằng enzym

Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý:

II.1.

II.1.1 Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ học

 Nguyên tắc:

Tăng tỉ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt, kết quả

là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên

II.1.2 Tinh bột ép đùn (extruded starch):

 Nguyên tắc:

Thực hiện ở nhiệt độ cao (1850C-2000C) Trong quá trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép của amylose (cụ thể là khoảng cách giữa các chuỗi) có sự thay đổi; phân huỷ một phần mạch amylose tạo

ra maltose, isomaltose, gentibose, sophorose và anhydroglucopyranose…

tác Cũng có thể cho thêm các tác nhân kiềm tính như Canxi photphat, Natri bicacbonat 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 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 sau:

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

o 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

o 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 glucozit: các liên kết 1-4 glucozit không bền trong amiloza lúc này sẽ

chuyển thành liên kết 1-6 bền hơn

Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến tính 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)

 Tính chất:

Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không đồng nhất Thường dùng dextrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn Do dextrin có độ nhớt thấp nên có thể dùng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền Độ hòa tan trong nước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột

Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90% và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3% Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có

độ hòa tan rất đáng kể, có mức độ phân nhánh trung bình trên 20% Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20-25% và có khối

lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng bền hơn

II.1.4 Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch):

Trương nhanh trong nước;

Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản;

Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ còn tránh tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo và bảo vệ chất béo 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

II.1.5 Trộn với chất rắn trơ:

 Nguyên tắc:

Làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lí, do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập

 Tính chất:

Tan tốt trong nước và không bị vón cục như tinh bột tự nhiên

Biến tính bằng phương pháp hóa học:

II.2.

II.2.1 Biến tính bằng acid

 Nguyên tắc:

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

-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

 Tiến hành:

Biến tính bằng axít trong môi trường ancol:

o Tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, các dextrin hoặc các đường Trong môi trường ancol như etanol hoặc metanol, do các ancol này có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của axit 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 Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quá trình biến tính 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

o Quy trình sản xuất theo phương pháp Robyt (cho sắn): Axít HCl đậm đặc trộn với 100 ml môi trường, sau đó khuấy đều, đậy kín miệng bình và biến tính trong 72 giờ

Biến tính bằng axít trong môi trường nước:

o Biến tính trong môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến tính bằng axit trong môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên

o Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33% và biến tính với xúc tác là dung dịch axit HCl 0,5N ở 500C trong điều kiện khuấy trộn liên tục Khi biến tính kết thúc, trung hòa bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy li tâm siêu tốc và nước nhiều lần.Cuối cùng là sấy, nghiền, rây

để thành phẩm có W<12%

Qui trình sản xuất tinh bột từ sắn theo phương pháp Robyt

Qui trình biến tính tinh bột bằng axit theo phương pháp Ali &Kemf

II.2.2 Biến tính tinh bột bằng kiềm :

 Nguyên tắc:

Kiềm có thể phá hủy tinh bột từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol Sự phá hủy của kiềm cũng có thể xảy ra ngẫu nhiên ở giữa mạch nhất là khi có mặt oxi và có gia nhiệt

Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp ether hóa

Mức độ thay thế có thể kiểm soát được nhờ điều chỉnh các điều kiện phản ứng Sản phẩm có mức độ thay thế thấp chứa ít hơn 0.1 mol alkyl trên 1 mol glucose, còn sản phẩm có mức độ thay thế cao chứa khoảng 0.8 mol alkyl trên 1 mol glucose

 Tính chất:

Việc đưa các nhóm hydroxyalkyl ( thường kèm theo một lượng nhỏ các các liên kết chéo ) sẽ cải thiện đáng kể khả năng trương nở và hòa tan, hạ thấp nhiệt độ hồ hóa, cải thiện độ bền khi đông lạnh – rã đông, làm tăng độ trong của paste tinh bột có

độ nhớt cao Nhờ các tính chất này mà sản phẩm tinh bột ether được sử dụng như chất tạo độ đặc trong các loại thực phẩm lạnh đông và các sản phẩm đồ hộp cần tiệt trùng nhiệt

II.2.4 Biến tính tinh bột bằng ester hóa:

 Tiến hành:

Tinh bột monophosphate ester được sản xuất bằng cách đung nóng tinh bột với alkaline orthophosphate hay alkaline tripolyphosphate ở 120 – 175oC

Tương tự, tinh bột cũng có thể phản ứng với các acid hữu cơ như acid acetic, acid béo mạch dài ( 6 – 26 carbon), acid sucinic, acid citric, muối hay các các dẫn xuất của chúng

 Tính chất:

Tinh bột loại này có độ nhớt cao, đặc tính làm đặc tốt, paste tinh bột có độ trong cao Ngoài ra, tinh bột ester cũng có tính chất lạnh đông/tan giá tốt

 Ứng dụng:

Chúng được sử dụng rộng rãi làm chất tạo độ đặc và chất ổn định trong các loại nước sốt (như tương ớt), bột súp, bánh pudding, thực phẩm đông lạnh, margarine và các loại đồ hộp tiệt trùng nhiệt Do khả năng tạo được màng trong suốt và đàn hồi nên tinh bột loại này được dùng để làm lớp phủ bảo vệ trái cây sấy, giữ vai mùi hay tạo viên nang mềm

II.2.5 Biến tính tinh bột bằng liên kết ngang:

 Nguyên tắc:

Phân tử bất kì 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

 Tiến hành:

Tinh bột liên kết ngang được tạo ra khi cho tinh bột phản ứng với các tác nhân đa chức năng ( di- hoặc polyfunctional reagent) như sodium trimetaphosphate, phosphorus oxychloride, epichlorohydrin hay hỗn hợp của anhydric acetic và dicarboxylic acid

 Tính chất:

Đối với tinh bột liên kết ngang, nhiệt đột hồ hóa tăng tỷ lệ thuận, trong khi khả năng trương nở lại tỷ lệ nghịch với lượng các liên kết ngang Loại tinh bột này có độ bền rất cao trong khoảng pH rộng ( ngay cả trong các thực phẩm acid và dưới tác động của lực cơ học như khuấy) Loại tinh bột biến tính này thường được sử dụng trong các loại thực phẩm cần tinh bột có

độ bền cao; ví dụ như trong bột dinh dưỡng cho trẻ em ( bền khi

khuấy và đun nóng), làm nhân quả trong bánh (duy trì được độ

sệt khi làm lạnh, không bị phá hủy ở nhiêt độ cao và khuấy trộn,

gel tạo ra trong suốt và bền…)

 Tinh bột monohydro phosphat:

Cho tinh bột tương tác với natri trimetephosphat.Khi tăng

mức độ liên kết ngang thì khả năng hồ hóa của hạt tinh bột sẽ

giảm và có thể đến mức nào đó tinh bột trở nên không tan trong

nước sôi.Tinh bột phosphat có những tính chất sau:

o Duy trì được độ sệt không bị phá hủy trong môi truờng

acid , nhiệt độ và khuấy trộn

o Không tạo thành gel khi để yên ở nhiệt độ phòng

o Có độ bền khi làm lạnh và tan giá

o Không co lại khi để yên

2Tb - OH +

P P O

ONa

ONa O

Quá trình thủy phân và oxy hóa tinh bột sẽ xảy ra khi xử lý

huyền phù tinh bột với hypochloride (HClO hay NaClO) ở nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa Trong quá trình phản ứng, kích

thước hạt tinh bột có thay đổi chút ít, chiều dài mạch tinh bột

cũng giảm nhẹ do hiện tượng thủy phân, các nhóm chức tạo ra

gồm carbonyl và carboxyl với tỷ lệ 1 nhóm carboxyl/ 25 – 50

gốc glucose

Qui trình biến tính tinh bột theo phương pháp oxi hóa

 Tính chất:

Tinh bột oxy hóa có màu rất trắng ( tinh bột càng trắng, mức

độ oxy hóa càng cao), nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hóa giảm Trong cộng nghiệp thực phẩm, có được dùng như chất làm đặc có độ nhớt thấp trong sốt salad và mayonnaise

Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp oxi hóa

II.2.7 Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép:

 Tinh bột dihydro phosphat:

Tiến hành: đun nóng hỗn hợp tinh bột và muối phosphat hòa

tan trong nước, ví dụ: muối acid, orto-, piro- hoặc acid

tripolyphosphoric Do ban chất ion của nhóm phosphat, tinh bột

phosphat có độ nhớt của hồ cao hơn tinh bột đầu

Tính chất : Hồ este monophosphat tinh bột có độ trong suốt

cao, độ nhớt cao và bền đối với sự thoái hóa khi tan giá Hồ tinh

bột này giống gelatin, tạo ra được màng trong suốt và đàn hồi

NaO

P

P O

NaO

P O



 Tinh bột kép Acetyl Phosphate:

Các loại tinh bột được liên kết ngang thông qua quá trình ête hóa sẽ tạo ra sự liên kết bền vững Ðây là loại tinh bột biến đổi

2 lần , nó biểu lộ đồng thời các đặc tính và chức năng của tinh bột acetyl hoá và tinh bột liên kết ngang

Tính ổn định vượt trội về sự đông đặc làm tan, độ trong suốt tốt hơn và khả năng chịu độ nóng cao đã làm tăng độ bền trong axít và khi bị lay động mạnh Loại tinh bột này rất tốt khi dùng làm sữa chua, tương ớt, tương cà, nước dùng , bánh bột , thạch , giăm bông và xúc xích, thức ăn đóng hộp, thức ăn đông lạnh

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh bột biến tính kép

Biến tính tinh bột bằng enzyme:

II.3.

Sự phân cắt tinh bột bởi enzym đặc hiệu hơn, có thể tạo ra được những sản phẩm rất đặc thù, không thể thu được bằng phương pháp acid, phản ứng nhanh hơn, công nghệ đơn giản hơn và ít gò bó

Amylase là một trong những enzyme quan trọng nhất trong ngành công nghệ sinh học hiện nay Do có những ứng dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, công nghệ lên men, công nghiệp dệt và công nghiệp giấy Amylase đầu tiên được sản xuất ở qui mô công nghiệp năm 1984, nó có nguồn gốc từ nấm mốc và được sử dụng như một loại dược phẩm để chữa bệnh về tiêu hoá Ngày nay các amylase vi sinh vật đã được thay thế thành công acid trong công nghiệp thuỷ phân tinh bột Amylase cũng được sử dụng rộng rãi để đường hoá tinh bột trong sản xuất rượu bia Các enzyme có độ tinh sạch cao và những tính chất phù hợp có những triển vọng to lớn trong công nghiệp dược phẩm và công nghiệp hoá chất tinh khiết

Theo phân loại của Nigam (1995), hệ amylase tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột gồm có các enzyme chính được liệt

kê trong sơ đồ :