1. Tổng quan về tinh bột biến tính: Thực tế đối với mỗi sản phẩm thực phẩm thường cần các loại tinh bột hoặc dẫn xuất tinh bột nhất định. Tùy vào loại tinh bột mà ta chọn lựa thì tỉ lệ giữa amylose và amylosepectin sẽ khác nhau. Có những sản phẩm cần loại tinh bột có độ hòa tan tốt, có loại yêu cầu tinh bột được sử dụng không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp,…Để đáp ứng được những yêu cầu của sản phẩm người ta tiến hành biến tính tinh bột để tạo ra những loại tinh bột biến tính khác nhau góp phần làm tăng sự đa dạng của tinh bột trong sản xuất. 1.1Khái niệm: Biến tính tinh bột là sự biến đổi cấu trúc và chịu ảnh hưởng của liên kết hydrogen một cách có kiểm soát để làm tăng các ứng dụng của chúng. Sự biến đổi này diễn ra ở mức độ phân tử và ít hoặc không ảnh hưởng đến trạng thái bên ngoài của hạt tinh bột. Hình 1: Tinh bột biến tính 1.2 Mục đích biến tính tinh bột: Là làm thay đổi cấu trúc của phân tử tinh bột bằng các tác nhân vật lí, hóa học hay hóa sinh (enzyme) từ đó mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới . Vì thế phạm vi sử dụng của tinh bột được mở rộng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.Bất kỳ những tinh bột tự nhiên nào mà những tính chất lí hóa bị thay đổi đều được xem là tinh bột biến tính. Vì vậy mục đích của việc biến tính tinh bột là để tăng cường hoặc hạn chế những tính chất ban đầu để làm tăng khả năng làm đặc, tạo gel,cải thiên mối liên kết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan. Tinh bột có thể được biến tính bằng nhiều cách cả về tính chất vật lí lẫn hóa học. 1.3 Phương pháp biến tính tinh bột: Có 3 phương pháp biến tính tinh bột thường được sủ dụng khá phổ biến: Phương pháp biến tính vật lí. Phương pháp biến tính hóa học. Phương pháp biến tính hóa sinh (thủy phân).
Trang 2Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
Khoa: Công Nghiệp Thực Phẩm Môn: Phụ gia thực phẩm
Tổng quan về tinh bột biến tính trong
sản xuất tương ớt, tương cà
ĐỀ TÀI:
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong chế biến thực phẩm xuất hiệnnhều hạn chế Ví dụ, các hạt tinh bột ngô nếu ở dạng chưa biến tính, khi đun nóng sẽ dễdàng hydrate hóa, trương nhanh rồi vỡ hạt làm giảm độ nhớt để tạo nên một khối keo và
dễ chảy làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột trong nhiều loại thương phẩm.Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện tự ở tính chảy tự do hay tính kỵ nước của hạttinh bột; tính không hòa tan; tính kém trương nở; độ nhớt tăng trong nước lạnh; sự tăngquá hay không điều chỉnh được độ nhớt sau khi nấu Sự dính kết hay tạo hỗn hợp giốngcao su đối với những tinh bột đã nấu, đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dễthoái hóa khi kéo dài thời gian đun nóng, hay giảm pH, độ kém trong,… Vì vậy để đápứng các yêu cầu về đặc tính bên trong của sản phẩm thì người ta thường đưa ra giải pháp
là sử dụng tinh bột biến tính Vậy định nghĩa tinh bột biến tính là gì và ứng dụng của nótrong thực phẩm? Với đề tài “Tổng quan về tinh bột biến tính trong sản xuất tương ớt, tương cà”chúng ta sẽ tìm hiểu 2 nội dung:
• Tổng quan về tinh bột biến tính.
• Ứng dụng của tinh bột biến tính trong sản phẩm tương ớt, tương cà.
Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh những thiều sót, chúng em mong nhậnđược sự đóng góp ý kiến của Thầy và các bạn Xin chân thành cảm ơn!
Trang 4MỤC LỤC
Trang 51 Tổng quan về tinh bột biến tính:
Thực tế đối với mỗi sản phẩm thực phẩm thường cần các loại tinh bột hoặc dẫn xuấttinh bột nhất định Tùy vào loại tinh bột mà ta chọn lựa thì tỉ lệ giữa amylose vàamylosepectin sẽ khác nhau Có những sản phẩm cần loại tinh bột có độ hòa tan tốt, cóloại yêu cầu tinh bột được sử dụng không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp,…Để đáp ứngđược những yêu cầu của sản phẩm người ta tiến hành biến tính tinh bột để tạo ra nhữngloại tinh bột biến tính khác nhau góp phần làm tăng sự đa dạng của tinh bột trong sảnxuất
1.1Khái niệm:
Biến tính tinh bột là sự biến đổi cấu trúc và chịu ảnh hưởng của liên kết hydrogenmột cách có kiểm soát để làm tăng các ứng dụng của chúng Sự biến đổi này diễn ra ởmức độ phân tử và ít hoặc không ảnh hưởng đến trạng thái bên ngoài của hạt tinh bột
Hình 1: Tinh bột biến tính
Trang 61.2 Mục đích biến tính tinh bột:
Là làm thay đổi cấu trúc của phân tử tinh bột bằng các tác nhân vật lí, hóa học hayhóa sinh (enzyme) từ đó mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới Vì thế phạm vi sửdụng của tinh bột được mở rộng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.Bất kỳ nhữngtinh bột tự nhiên nào mà những tính chất lí hóa bị thay đổi đều được xem là tinh bột biếntính
Vì vậy mục đích của việc biến tính tinh bột là để tăng cường hoặc hạn chếnhững tính chất ban đầu để làm tăng khả năng làm đặc, tạo gel,cải thiên mối liênkết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan Tinh bột có thể được biến tính bằngnhiều cách cả về tính chất vật lí lẫn hóa học
1.3 Phương pháp biến tính tinh bột:
Có 3 phương pháp biến tính tinh bột thường được sủ dụng khá phổ biến:
Phương pháp biến tính vật lí.
Phương pháp biến tính hóa học.
Phương pháp biến tính hóa sinh (thủy phân).
Hình 2: Sơ đồ các phương pháp biến tính tinh bột và sản phẩm
Trang 71.3.1Phương pháp vật lí:
Là phương pháp biến tính tinh bột thuần túy dùng các lực vật lý như ép, nén, hồhóa,…tác dụng lên tinh bột để làm thay đổi 1 số tính chất của nó nhằm đáp ứng các yêucầu trong sản xuất thực phẩm, tăng giá trị cảm quan Sản phẩm của phương pháp này làtinh bột hồ hóa, tinh bột xử lý nhiệt ẩm
Tinh bột trộn với chất rắn trơ
Ta đều biết tinh bột có ái lực đối với nước nhưng nếu hòa trực tiếp vào nước thì sẽ
bị vón cục Chính vì vậy để làm cho tinh bột hòa tan tốt, đầu tiên đem trộn nó với chấtrắn trơ, các hợp chất không phải ion như saccharose,… (dạng bột thuận lợi hơn)
Khi trộn lẫn đồng đều các chất này sẽ làm cho các hạt tinh bột (phân chia nhau)cách biệt nhau về vật lý, do đó sẽ cho phép chúng hydrate hóa một cách độc lập và khôngkết lại thành cục
Tinh bột hồ hóa sẵn / hồ hóa trước (pregelatinized starch)
Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước sau đó sấy khô, có thểsấy phun hoặc sấy thùng quay Trong quá trình này, các liên kết sẽ bị cắt đứt một phần.Phương pháp này tạo ra loại tinh bột đã được nấu sẵn để không cần quá trình gianhiệt cho nó khi cần ứng dụng tính chất này trong một số loại thực phẩm nào đó Loạitinh bột này còn được gọi là tinh bột biến tính dùng ngay (instant starch) và thường đượcviết tắt là pregel Quy trình biến tính này bao gồm sự gia nhiệt và sấy khô dịch tinh bộtngay Có thể dùng một trong các quy trình biến tính tinh bột sau:
Sấy bằng tang trống: huyền phù hoặc dịch sệt tinh bột được trải mỏng lên bề mặt
tang trống có nhiệt độ cao Nược sẽ bay hơi và các mảng mỏng tinh bột sẽ được nghiềnthành bột Phương pháp này được sử dụng phổ biến nhất, tuy nhiên nó có nhược điểm là
có thể làm vỡ hạt tinh bột khi cần nghiền mịn Nếu không nghiền mịn, kích thước sảnphẩm không đều, sẽ gây ra sự khác biệt về tốc độ phân tán, tốc độ tạo nhớt giữa các hạt
Trang 8Sấy phun: phương pháp này ít gặp các nhược điểm như phương pháp sấy bằng tang
trống vì vậy nó được sử dụng ngày càng phổ biến Tinh bột ban đầu được hồ hóa trongmột lượng nước dư thừa sau đó sấy phun hoặc sấy thùng quay Dưới tác dụng của nhiệt
độ và độ ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá vỡ cấu trúc của các hạt tinhbột khi hồ hóa
Tinh bột hồ hóa sẵn có những tính chất sau:
Trương nhanh trong nước
Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản (giúp bảo quản tốt thực phẩm)
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 khicần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu Tinh bột loại này nếu đi từ tinh bột amilopectinthì sẽ làm tăng độ “tươi” cho sản phẩm, tăng độ trong suốt, độ đàn hồi cũng như làm bền
độ nhớt
Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ còn tránh tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữđược chất béo và bảo vệ chất béo khỏi bị oxi hóa khi sấy khô, liên kết ẩm và ổn định ẩmtrong các sản phẩm thịt Ete oxit của tinh bột dưới dạng hồ hóa sơ bộ được sử dụng trongsản xuất kem rất có hiệu quả
Amiloza hoặc tinh bột giàu amiloza (trên 60% amiloza) nếu khuếch tán vào nướcdưới 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 ( khi khoan các giếng dầumỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan 1 lượng nước cần thiết
Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao:
Dextrin là sản phẩm phân giải nửa vời của tinh bột Thực tế pirodextrin thu đượcsau khi gia nhiệt ở nhiệt độ 175-1950C trong thời gian 7 – 18h
Trang 9Phun axit (với lượng 0,05 – 0,15% trọng lượng tinh bột ) vào tinh bột có độ ẩmkhoảng 5% Có thể dùng AlCl3 làm chất xúc tác nhân kiềm tính như Caxi photphat, Natribicacbonat hoặc Tritanolamin làm chất đệm (để giảm bớt độ axit khi ở nhiệt độ cao) Saukhi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm 1-5% thì tiến hành dextrin hóa trong thiết bị trộn có gianhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóng trực tiếp Sau đó làm nguội Trong quá trìnhdextrin hóa 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 -6tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao
Giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu nên độ nhớt tinh bột giảm mạnh Khinhiệt độ tăng thì phản ứng tái trùng hợp trở thành phản ứng chính, ngoài ra còn xảy raphản ứng chuyển glucozit: các liên kết 1-4 glucozit chuyển thành liên kết 1-6 bền hơn
Hình 3: Sơ đồ tương quan giữa các dextrin
Trang 10Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến hình một cách sâu sắc, do đó nhiềutính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăngrồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc độ bền thay đổi Dựa vào mức độ chuyển hóa (mức độnày phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, lượng acid… của quá trình chuyển hóa) ,độ nhớt, độhòa tan trong nước lạnh, màu sắc, hàm lượng đường khử, nhiệt độ ta sẽ thu được dextrintrắng (95-1200C), dextrin vàng(120-1800C), pirodextrin(170-1950C).
Dextrin trắng: độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90%, mức độ
phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%
Dextrin vàng : thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm, 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
Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và khôngđồng nhất Thường dùng dextrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn Dodextrin có độ nhớt thấp nên có thể dùng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền Độ hòa tan trongnước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột
Keo dextrin có thêm các phụ gia để làm biến đổi tính chất các dung dịch và củamàng dextrin.Natri tetraborat là một trong những phụ gia được dùng rộng rãi cùng vớidextrin.Có thể thêm borat đến 20% khối lượng của keo.Thêm borat sẽ làm tăng độ nhớtcủa dung dịch dextrin, tăng độ bền và khả năng dính của nó.Đường, mật rỉ, glyxerin vàcác hợp chất polyhydroxit thêm vào keo dextrin để tăng tính dẻo của màng và giảm độdòn khi độ ẩm thấp
Đặc điểm tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu :
- Dextrin tốt hơn trong nước cho dung dịch có độ nhớt
- Độ dính cao
Trong công nghiệp thực phẩm, dextrin được dùng như chất kết dính trong đồ ngọt,chất thay thế chất béo,…
Trang 11Pirodextrin còn được dùng để làm chất làm đặc cho các thuốc nhộm sợi, dùng làmdung môi và chất mang các chất màu.
1.3.2 Phương pháp hóa học:
Là phương pháp sử dụng hóa chất cần thiết nhằm thay đổi tính chất của tinh bột, sảnphẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lí acid, tinh bộteste hóa, photphat hóa,…
Dưới tác dụng của axit một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinhbột bị đứt Do đó làm cho kich thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tínhchất mới
Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuếch tán tinh bột (huyền phù tinh bột12-15Bx) trong dung dịch axit vô cơ có nồng độ 1-3%, rồi khuấy đều ở nhiệt độ 50-550Ctrong 12-14 h Sau đó trung hòa, lọc rữa và sấy khô
Có 2 phương pháp biến hình bằng axit:
Biến tính bằng axit trong môi trường ancol: 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 táccũng nhỏ hơn; do đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so vớitrong môi trường nước Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quá trình biếnhình 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
Biến tính bằng axit trong môi trường nước: Biến hình trong môi trường etanol,
metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biếnhình bằng axit trong môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên
Phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng
(C6H10O5)n + (n-1) H2O nC6H12O6
Trang 12Sự thủy phân diễn ra trong dịch huyền phù tinh bột (nồng độ 33%) ở nhiệt độ thấphơn nhiệt độ hồ hóa, nghĩa là chưa có sự phá hủy cấu trúc hạt Do sự xúc tác của HCl0.5N hoặc H2SO4 một số liên kết -1,4 và 1,6 trong vùng vô định hình của hạt bị cắt đứtlàm cho kích thước phân tử giảm đi, làm tăng tỉ lệ phân tử nhỏ, phân tử mạch thẳng, do
đó cho dung dich tinh bột có độ nhớt thấp hơn khi gia nhiệt Khi dung dịch được làmnguội sẽ tạo ra loại gel mạnh hơn so với tinh bột ban đầu Tính chất này được ứng dụngtrong các trường hợp dịch chứa tinh bột có độ nhớt thấp, độ chảy lỏng cao hoặc dịch cóchứa hàm lượng tinh bột cao nhưng vẫn phải có độ nhớt thấp và sau đó yêu cầu cần tạo ramột trạng thái gel cứng, chắc
Đặc điểm tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu :Giảm ái lực với iot
+ Độ nhớt đặc trưng bé hơn tinh bột ban đầu
+ 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
+ Khi dung dịch được làm nguội, sẽ tạo ra loại gel mạnh hơn
Thủy phân bằng kiềm:
Thông thường tinh bột được oxi hóa bằng hypoclorit Cho dung dịch Natrihypoclorit
có chứa 5-10% clo tự do (hoặc nước javel) vào huyền phù tinh bột có nồng độ 20-240Be
và có pH= 8-10 (bằng cách thêm NaOH loãng, nếu pH cao hơn thì mức độ oxi hóa bịgiảm) Khuấy đều ở nhiệt độ 210C đến 380C Sau khi đạt được mức độ oxi hóa cần thiết(thường 4-6h) trung hòa huyền phù dịch tinh bột đến pH= 6-6,5 Tách clo tự do bằngdung dịch natribisufit Rữa tinh bột bằng nước, lọc rồi sấy đến độ ẩm 10-12%.Nét đặc trưng của tinh bột đã được oxi hóa là độ trắng: tinh bột càng trắng thì mức độ oxihóa càng cao
Trong phân tử của tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm cacboxyl và cacbonyl, đồng thờixảy ra phân ly một số liên kết D-glucozit, do đó làm giảm kích thước phân tử
Trang 13Nếu mức độ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phá hủy hoàn toàn và tạo radung dịch trong suốt Nếu đưa lên bảng kính lớp hồ rất mỏng của tinh bột oxi hóa rồi đểkhô thì thu được màng mềm, rất trong và rất dễ hòa tan.
Tinh bột oxi hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong công nghiệp sản xuất giấy, để hồsợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt, chất làm đặc trong công nghiệpthực phẩm
Hình 4: Quy trình biến hình tinh bột theo phương pháp oxi hóa
Biến tính bằng oxy hóa:
Trang 14Trong phương pháp biến tính này, tác nhân oxy hóa là hợp chất kiềm sodiumhypocloride và có 2 sự biến đổi quan trọng xảy ra: cả 2 nhóm carboxyl (COOH) vàcarbonyl (C = O) được tạo ra trên phân tử tinh bột, đồng thời có sự cắt ngắn một phần cácchuỗi tinh bột.
Loại tinh bột oxy hóa hày, giống như tinh bột thin – boiling, có tính chất tạo ra độnhớt đáng kể trong dung dịch nóng
Do có sự cản trở về mặt không gian và sự tích điện đẩy nhau của 2 nhóm chức ởtrên mà nó sẽ ngăn chặn xu hướng tái kết hợp của các phân tử amylase cường độ gelgiảm xuống
Tính chất của tinh bột oxy hóa so với tinh bột ban đầu:
- Tinh bột oxy hóa có màu trắng
- Nhiệt độ hồ hóa thấp
- Độ nhớt tăng chậm
- Gel tinh bột có độ trong cao và có xu hướng thoái hóa dần
1.3.3Phương pháp hóa sinh:
Là phương pháp biến tính tinh bột tiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biếntính chọn lọc không bị lẫn những hóa chất khác Sản phẩm của phương pháp này là cácloại đường glucoza, fructoza; các poliol như sorbitol, mannitol; các axit amin như lysin,MSG, các rượu, các axit
Biến hình tinh bột bằng phản ứng thủy phân enzym để thu dextrin và các sản phẩmđặc thù
Thủy phân tinh bột tạo ra đường, từ đường có thể tạo ra những sản phẩm khác nhau
là cơ sở chính để sử dụng tinh bột trong công nghiệp Từ lâu người ta thường thủy phântinh bột bằng axit Phương pháp công nghệ này có nhiều nhược điểm như ăn mòn thiết bị,hiệu suất thủy phân thấp, các đường tạo ra có vi đắng, có màu và có vị mặn Vào nhữngnăm 60 phương pháp này đã được thay thế bằng phương pháp enzym Sự phân cắt tinhbột bởi enzym đặc hiệu hơn, có thể tạo ra được những sản phẩm rất đặc thù, không thể
Trang 15thu được bằng phương pháp axit, phản ứng nhanh hơn, công nghệ đơn giản hơn và ít gòbó.
Hình 5: Các giai đoạn chính và những biến đổi enzyme tham gia trong viêc thủy phân
tinh bột
Trong sản xuất công nghiệp các đặc điểm và các tính chất của các sản phẩm thườngphụ thuộc vào nguồn enzym được sử dụng, nồng độ enzym và thời gian thủy phân Quátrình tạo dung dịch đường có thể chia làm 3 giai đoạn:
Dextrin hóa
Đường hóa
Đồng phân hóa
Dextrin hóa: sự thủy phân nữa vời và thu nhận maltodextrin Dextrin hóa bắt đầu
bằng sự hòa tan từng phần các phân tử tinh bột Ở trạng thái tự nhiên, tinh bột tồn tạidưới dạng các hạt rắn, có khi phải xử lí nhiệt mạnh mới phá hủy Khi nhiệt độ vượt quámột giới hạn nào đó gọi là nhiệt độ hồ hóa, các phân tử tạo nên tinh bột, đặc biệt amiloza