Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính (maltodextrin) bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài “Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính maltodextrin bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan”, tôi xin gửi lời cảm

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thựcvà chƣa từng đƣợc công bố trong các công trình khác

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài “Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính (maltodextrin) bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa

tan”, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm,

quý thầy cô giáo cùng các anh chị công tác tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm, phòng thí nghiệm Hóa - Vi sinh, viện Công nghệ sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài

Đặc biệt tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

T.S Thái Văn Đức, người đã tận tình hướng d n và gi p đ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ luận văn đã gi p tôi những lời

khuyên quí giá để luận văn được hoàn thiện hơn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em cùng tất cả bạn bè đã ủng hộ, động viên tôi trong suốt thời gian vừa qua

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 01 năm 2017

Học viên

Phan Thị Oanh

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ANOVA Analysis Of Variance: Phân tích phương sai

CFU Colony – Forming Unit: Số đơn vị khuẩn lạc

F Giá trị F (kiểm định Fisher), có độ tin cậy 95%

QHTN Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

FAO Food and Agriculture Organization: Tổ chức nông lương thế giới

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC BẢNG xi

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT BIẾN TÍNH 4

1.1.1 Tổng quan về tinh bột 4

1.1.1.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột 4

1.1.1.2 Thành phần hóa học của tinh bột 5

1.1.1.3 Các tính chất của tinh bột 7

1.1.1.4 Tình hình sản xuất, sử dụng, nghiên cứu tinh bột trên thế giới và Việt Nam 11

1.1.2 Khái quát về tinh bột bắp 13

1.1.2.1 Sản xuất và giá trị dinh dư ng của bắp 13

1.1.2.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt bắp 14

1.1.3 Tổng quan về tinh bột biến tính (Modified starch) 16

1.1.3.1 Khái quát về tinh bột biến tính 16

1.1.3.2 Các phương pháp biến tính tinh bột 16

1.1.3.3 Một số ứng dụng tinh bột biến tính 21

1.1.3.4 Tình hình sản xuất, sử dụng, nghiên cứu tinh bột biến tính trên thế giới và Việt Nam 24

1.2 TỔNG QUAN VỀ MALTODEXTRIN 25

1.2.1 Định nghĩa và tính chất 25

1.2.2 Yêu cầu chất lượng của sản phẩm maltodextrin 26

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ HÒA TAN 27

1.3.1 Sản phẩm cà phê hòa tan 27

1.3.2 Thành phần hóa học 28

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 33

2.1.1 Nguyên liệu chính 33

2.1.2 Các chất phụ gia thực phẩm 33

2.2 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 34

2.2.1 Hóa chất 34

2.2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 34

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.3.1 Phương pháp tổng thể 36

2.3.2 Phương pháp hóa học và hóa sinh 36

2.3.3 Phương pháp hóa lý 36

2.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan cà phê bột 37

2.3.5 Phương pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh vật 38

2.3.6 Phương pháp toán học 38

2.3.7 Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu 41

2.3.7.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 41

2.3.7.2 Phương pháp xử lý số liệu 51

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52

3.1 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT BẮP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG 52

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến chỉ số DE 52

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE 53

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến chỉ số DE 54

3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ACID, HÀM LƯỢNG TINH BỘT VÀ THỜI GIAN THỦY PHÂN ĐẾN QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH TINH BỘT BẮP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID HCl Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP QHTN TYT 23 55

3.3 TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG 59

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ acid và hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính 59

3.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid và thời gian biến tính đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính 61

3.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột và thời gian biến tính đến chỉ số DE của tinh

bột bắp biến tính 63

3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ: NỒNG ĐỘ ACID, HÀM LƯỢNG TINH BỘT VÀ THỜI GIAN BIẾN TÍNH ĐẾN ĐỘ NHỚT VÀ KHẢ NĂNG HÒA TAN CỦA MALTODEXTRIN TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH 65

3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI ĐỘ ẨM CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH THEO THỜI GIAN 69

3.6 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT MALTODEXTRIN TỪ TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH 71

3.7 CÁC CHỈ TIÊU CỦA MALTODEXTRIN THÀNH PHẨM 73

3.8 ỨNG DỤNG TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID LÀM CHẤT MANG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN 75

3.8.1 So sánh khả năng hòa tan của cà phê hòa tan phối trộn từ maltodextrin sản xuất từ tinh bột bắp biến tính và maltodetrin trong quy trình sản xuất của công 76

3.8.2 So sánh điểm cảm quan mùi – trạng thái của cà phê hòa tan phối trộn từ maltodextrin sản xuất từ tinh bột bắp biến tính và maltodetrin trong quy trình sản xuất của công ty Đại Phát 77

3.9 SƠ BỘ TÍNH TOÁN CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU 79

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 87

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của tinh bột 5

Hình 1.2 Cấu trúc amilose 6

Hình 1.3 Amilose và amilopectin 7

Hình 1.4 Phản ứng thủy phân của tinh bột 8

Hình 1.5 Các giai đoạn chính và những biến đổi enzyme tham gia trong việc chế tác các sản phẩm thủy phân tinh bột 20

Hình 1.6 Matoldextrin từ tinh bột bắp 25

Hình 2.1 Tinh bột bắp 33

Hình 2.2 Thực nghiệm tối ưu hóa các thông số kĩ thuật trong quá trình biến tính tinh bột bằng phương pháp acid 40

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 41

Hình 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt 42

Hình 2.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt 43

Hình 2.6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian biến tính đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt 44

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến sự biến đổi độ ẩm của tinh bột bắp biến tính theo thời gian 46

Hình 2.8 Ứng dụng maltodxtrin làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan để nâng cao chất lượng của sản phẩm 47

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm so sánh chất lượng cà phê hòa tan khi bổ sung maltodextrin sản xuất từ tinh bột bắp biến tính và maltodextrin ĐC 49

Hình 3.1A Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến chỉ số DE 52

Hình 3.1B Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE 53

Hình 3.1C Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến chỉ số DE 54

Hình 3.2 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ acid và hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính 59

Hình 3.3 Sự thay đổi màu sắc của tinh bột bắp biến tính trong 7 ngày ở các nồng độ acid khác nhau sau khi sấy khô 60

Hình 3.4 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ acid và thời gian biến tính

đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính 61

Hình 3.5 Sự thay đổi màu sắc của tinh bột bắp biến tính 62

trong 7 ngày và 9 ngày 62

Hình 3.6 Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột và thời gian biến tính đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính 63

Hình 3.7A Ảnh hưởng của nồng độ acid đến độ nhớt tinh bột bắp biến tính 65

Hình 3.7B Ảnh hưởng hàm lượng tinh bột đến độ nhớt tinh bột bắp biến tính 66

Hình 3.7C Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ nhớt tinh bột bắp biến tính 66

Hình 3.8A Ảnh hưởng của nồng độ acid đến độ hòa tan tinh bột bắp biến tính 67

Hình 3.8B Ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến độ hòa tan tinh bột bắp biến tính 67

Hình 3.8C Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến độ hòa tan tinh bột bắp biến tính 68

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến sự biến đổi độ ẩm của tinh bột bắp biến tính theo thời gian 69

Hình 3.10 Màu sắc tinh bột bắp biến tính sau sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau 70

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình sản xuất maltodextrin từ tinh bột bắp 71

ở nhiệt độ phòng 71

Hình 3.12 Maltodextrin thành phẩm 73

Hình 3.13 Bột cà phê hòa tan sau quá trình sấy phun 75

Hình 3.14 Biểu đồ so sánh độ hòa tan của cà phê hòa tan giữa quy trình bổ sung maltodextrin sản xuất và quy trình bổ sung maltodextrin (ĐC) của công ty Đại phát 76

Hình 3.15A Biểu đồ so sánh chất lượng cảm quan (mùi) của cà phê hòa tan giữa quy trình bổ sung maltodextrin sản xuất và quy trình bổ sung maltodextrin (ĐC) của công ty Đại phát 77

Hình 3.15B Biểu đồ so sánh chất lượng cảm quan (trạng thái) của cà phê hòa tan giữa quy trình bổ sung maltodextrin sản xuất và quy trình bổ sung maltodextrin (ĐC) của Công ty TNHH Đại phát 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột tự nhiên 9

Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp 14

Bảng 1.3 Thành phần hóa học trung bình của hạt bắp (% chất khô) 15

Bảng 1.4 Sự phân bố các thành phần hóa học trong các bộ phận của 15

hạt bắp (%) 15

Bảng 1.5 Thành phần hóa học của tinh bột bắp 15

Bảng 1.6 Biến đổi tính chất hóa lý của maltodextrin theo giá trị DE 25

Bảng 1.7 Một số tính chất của các sản phẩm maltodextrin 26

Bảng 1.8 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm maltodextrin dạng bột 27

Bảng 1.9 Yêu cầu về thành phần cà phê hòa tan 28

Bảng 1.10 Thành phần hóa học của nguyên liệu cà phê rang xay [ 30

Bảng 1.11 Thành phần hóa học về cà phê hòa tan 31

Bảng 1.12 Đặc điểm kỹ thuật của cà phê hòa tan 31

Bảng 2.1 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 34

Bảng 2.2 Kết quả xác định chỉ số DE của tinh bột bắp biến tínhtheo phương pháp acid ở nhiệt độ phòng theo mô hình thí nghiệm TYT 23 39

Bảng 3.1 Các mức yếu tố 56

Bảng 3.2 Kết quả xác định chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính theo phương pháp acid ở nhiệt độ phòng theo mô hình thí nghiệm TYT 23 57

Bảng 3.3 Phân tích ANOVA chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính theo chế độ thủy phân tinh bột đã chọn 58

Bảng 3.4 Kiểm chứng số liệu từ thực nghiệm và phương trình hồi qui theo quá trình biến tính tinh bột bắp đã chọn 65

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu chất lượng của maltodextrin sản xuất từ quy trình đề xuất 74

Bảng 3.6 Giá thành của nguyên liệu và hóa chất 79

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Nghiên cứu sản xuất tinh bột bắp biến tính (maltodextrin) bằng phương pháp

acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan

Tinh bột có vai trò dinh dư ng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucose là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính

và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn

Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một d n suất tinh bột nhất định Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amilose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị phân hủy ở nhiệt độ thấp Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó Vì vậy, để có được những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột

Tinh bột biến tính bằng phương pháp acid được biết đến từ rất sớm vào năm

1811, công nghệ có nhược điểm như ăn mòn thiết bị, sản phẩm có màu, có vị mặn, tạo nhiều sản phẩm phụ khó tinh sạch Tuy có nhược điểm nhưng phương pháp này lại có không ít các ưu điểm nổi bật như năng suất cao, dùng hóa chất dễ kiếm, rẻ tiền, dễ tự động dây chuyền sản xuất Hơn nữa, với công nghệ ngày càng hiện đại chúng ta có thể khắc phục các nhược điểm trên Vì vậy trong sản xuất công nghiệp việc sử dụng phương pháp biến tính tinh bột acid để thu dextrin, maltodextrin, siro, … ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm cung cấp đầy đủ với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu thị trường với giá rẻ

Hiện nay trong sản xuất công nghiệp việc sử dụng phương pháp biến tính tinh bột acid để thu maltodextrin, dextrin, siro … ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm cung cấp đầy đủ với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu thị trường với giá rẻ Sản phẩm có

DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy được dùng để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước sốt, làm chất phụ gia tạo viên trong công nghiệp dược Sản phẩm có DE từ 9-12 được dùng trong

công nghiệp sản xuất đồ uống, đặc biệt là đồ uống cho trẻ em, đồ uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy, chất giữ hương, yếu tố tạo hình Sản phẩm có DE từ15-20 được làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan làm chất mang Chính vì

vậy việc thực hiện luận văn: “Nghiên cứu sản xuất tinh bột bắp biến tính

(maltodextrin) bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan” Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất tinh bột biến tính (maltodextrin) có chỉ số DE từ 15-20 bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan để nâng cao chất lượng của sản phẩm

Phương pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu sản xuất tạo ra maltodextrin thành phẩm từ tinh bột bắp biến tính bằng phương pháp acid ở nhiệt độ phòng Tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính: nồng độ acid, hàm lượng tinh bột và thời gian thủy phân là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến quá trình biến tính Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ acid, hàm lượng tinh bột và thời gian thủy phân đến quá trình biến tính tinh bột bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN TYT 23) Sản phẩm thu được chỉ số DE, độ nhớt, độ hòa tan, đánh giá chất lượng cảm quan, chỉ tiêu hóa học và vi sinh vật

Sau khi biến tính tinh bột ở các điều kiện khác nhau tiến hành nghiên cứu quá trình sấy ở các mức nhiệt độ từ 40, 45, 50, 550C để tìm được điều kiện sấy thích hợp

để sấy maltodextrin thành phẩm có chất lượng tốt về độ ẩm và màu sắc

Sản phẩm maltodextrin có chỉ số DE phù hợp với mục đích nghiên cứu được ứng dụng làm chất mang trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan tại Công ty TNHH Đại Phát Tiến hành nghiên cứu so sánh chất lượng của cà phê hòa tan phối trộn từ maltodextrin có chỉ số DE = 19,35 sản xuất từ tinh bột bắp biến tính và maltodextrin của công ty Đại Phát sử dụng trong quy trình sản xuất của họ Sản phẩm thu được đánh giá độ hòa tan và chất lượng cảm quan ở hai chỉ tiêu trạng thái và mùi của cà phê hòa tan

Dữ liệu thực nghiệm được phân tích trên phần mềm Excel 2007, Design Expert 6.0 để phân tích ANOVA nhiều yếu tố, phân tích hồi qui tuyến tính, mô hình hồi qui

và bề mặt đáp ứng, độ tin cậy là 95% được áp dụng để làm rõ ảnh hưởng của các yếu

tố khác nhau đến quá trình biến tính tinh bột bắp bằng phương pháp acid, số liệu phân tích được sử dụng để tính toán, vẽ đồ thị

Kết quả thu được

1 Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xây dựng được các phương trình hồi quy và bằng các phương pháp tương quan đã mô tả ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến sự thay đổi các tính chất của tinh bột biến tính bằng acid Trong đó hàm lượng tinh bột 10.4g, dung dịch acid HCl nồng độ 8.92%, thời gian thủy phân 9 ngày

2 Xác định được nhiệt độ sấy thích hợp để sản xuất maltodextrin từ tinh bột bắp biến tính là 500C với thời gian sấy 240 phút sẽ cho maltodextrin có độ ẩm đạt 5%

3 Đã nghiên cứu ứng dụng maltodextrin làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan Công ty TNHH Đại Phát cũng cải thiện đáng kể các tính chất của thành phẩm

so với maltodextrin được bán ngoài thị trường đáp ứng được nhu cầu của thị trường với giá rẻ

Từ khóa: tinh bột bắp biến tính, maltodextrin, cà phê hòa tan, chất mang, sấy, nhiệt độ, độ ẩm

MỞ ĐẦU

Tinh bột có vai trò dinh dư ng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucoside là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính

và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn

Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một d n suất tinh bột nhất định Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amilose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị phân hủy ở nhiệt độ thấp Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó Vì vậy, để có được những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột

Tinh bột biến tính bằng phương pháp acid được biết đến từ rất sớm vào năm

1811, công nghệ có nhược điểm như ăn mòn thiết bị, sản phẩm có màu, có vị mặn, tạo nhiều sản phẩm phụ khó tinh sạch Tuy có nhược điểm nhưng phương pháp này lại có không ít các ưu điểm nổi bật như năng suất cao, dùng hóa chất dễ kiếm, rẻ tiền, dễ tự động dây chuyền sản xuất Hơn nữa, với công nghệ ngày càng hiện đại chúng ta có thể khắc phục các nhược điểm trên Vì vậy trong sản xuất công nghiệp việc sử dụng phương pháp biến tính tinh bột acid để thu dextrin, maltodextrin, siro, … ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm cung cấp đầy đủ với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu thị trường với giá rẻ [9], [10]

Hiện nay trong sản xuất công nghiệp việc sử dụng phương pháp biến tính tinh bột acid để thu maltodextrin, dextrin, siro … ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhằm cung cấp đầy đủ với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu thị trường với giá rẻ Sản phẩm có

DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy được dùng để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước sốt, làm chất phụ gia tạo viên trong công nghiệp dược Sản phẩm có DE từ 9-12 được dùng trong công nghiệp sản xuất đồ uống, đặc biệt là đồ uống cho trẻ em, đồ uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy, chất giữ hương,

yếu tố tạo hình Sản phẩm có DE từ15-20 được làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan làm chất mang Chính vì vậy

việc thực hiện luận văn: “Nghiên cứu sản xuất tinh bột bắp biến tính (maltodextrin) bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan”có ý nghĩa thiết thực.

Ý NGHĨA KHOA HỌC

Kết quả của đề tài là số liệu khoa học mới về nghiên cứu sản xuất maltodextrin

có chỉ số DE từ 15-20 bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan Dữ liệu của luận văn là tài liệu tham khảo phục vụ cho việc nghiên cứu, cán bộ kĩ thuật về lĩnh vực sản xuất cà phê hòa tan và làm phong phú thêm nguồn tài liệu về ứng dụng tinh bột biến tính trong chế biến thực phẩm

 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Sản phẩm maltodextrin là một sản phẩm tạo ra từ tinh bột bắp Từ đó ta có thể ứng dụng một cách có hiệu quả trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm Maltodextrin làm đa dạng hoá thêm ứng dụng của tinh bột bắp trong sản xuất công nghiệp cũng như đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng

Khả năng áp dụng các kết quả nghiên cứu trong đề tài vào thực tiễn cao do:

Năng suất cao, dùng hóa chất dễ kiếm, dễ tự động dây chuyền sản xuất

Đẩy mạnh hướng ứng dụng tinh bột biến tính nhằm mở rộng mặt hàng thực phẩm có chất lượng cao, cung cấp đầy đủ với số lượng lớn, đáp ứng nhu cầu thị trường với giá thành hạ Sử dụng các phụ gia nội địa, giảm lượng nhập ngoại và chủ động trong sản xuất

Góp phần phát triển ngành công nghiệp sản xuất các cây lương thực và ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm tinh bột

Kết quả của đề tài là cơ sở để các doanh nghiệp chế biến thực phẩm ứng dụng vào việc phát triển nâng cao chất lượng sản phẩm

 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu quy trình sản xuất tinh bột biến tính (maltodextrin) có chỉ số DE từ 15-20 bằng phương pháp acid và ứng dụng làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan để nâng cao chất lượng của sản phẩm

 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ acid, thời gian thủy phân và hàm lượng tinh bột bắp đến khả năng biến tính thành maltodextrin (chỉ số DE)

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn sấy đến chất lượng maltodextrin

3 Nghiên cứu ứng dụng maltodextrin làm chất mang trong sản xuất cà phê hòa tan để nâng cao chất lượng của sản phẩm

và kích thước của ch ng cũng không giống nhau [10]… Kích thước của các hạt tinh bột khác nhau cũng ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của tinh bột như nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp thụ xanh metylen … Hạt nhỏ có cấu tạo chặt, hạt lớn có cấu tạo xốp Ngày nay, quan sát dưới kính hiển vi quang học và hiển vi điện tử, hình dáng và cấu tạo hạt của một số tinh bột đã được minh họa rất rõ ràng [26], [60].

Tinh bột là loại polysaccaride có khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối với nhau bởi các liên kết α- glycoside, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn một triệu Tinh bột chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amilose (Am) có liên kết 1-4 glucoside và amilopectin (Ap) vừa có liên kết 1-4 glucoside và liên kết 1-6 glucoside do vậy các chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hóa học [8]

Tỉ lệ amilose/amilopectin xấp xỉ trong đa số các loại tinh bột vào khoảng ¼ Amilose có ưu điểm tạo nhớt, tạo màng, amilopectin có ưu điểm tạo độ dẻo, độ dai cho sản phẩm khi sử dụng ở mức độ nhất định Nếu lượng tinh bột nhiều sẽ làm sản phẩm

bị khô và làm mất đi tính đặc trưng Trong tinh bột gạo nếp và ngô nếp gần như 100%

là amilopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng có hàm lượng amilose chiếm trên dưới 50% [8], [13]

Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước Do

đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà v n không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Các hyđrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng

hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá [59], [72]

Hình 1.1 Cấu tạo của tinh bột [13]

1.1.1.2 Thành phần hóa học của tinh bột

a Thành phần cấu trúc của amilose

Trong vi hạt, tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 0,12 nm Hạt tinh bột có dạng hình cầu, hình bầu dục hay hình đa diện Cấu tạo và kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng như quá trình sinh trưởng của cây [8]

0,02-Cấu tạo bên trong của vi hạt tinh bột khá phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có l n lộn các amilose dạng tinh thể và amilopectin sắp xếp theo phương hướng tâm [13]

Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột

“nguyên thủy” các chuỗi polyglucoside của amilose và amilopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucose một vòng [13]

Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35- 0,7 µm Trong khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm Hơn nữa các phân tử lại sắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucoside và các polysaccharide phải ở dạng gấp khúc nhiều lần [8]

Các mạch polysaccharide sắp xếp hướng tâm tạo ra độ tinh thể: Các mạch bên của một phân tử amilopectin này nằm xen kẻ giữa các mạch bên giữa các phân tử kia

Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, các hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ít nước hơn và bền đối với tác động bên ngoài Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán [8], [13], [26]

Hầu hết, các loại tinh bột đều chứa hai loại polymer khác nhau về khối lượng phân tử và cấu trúc hóa học: [13]

Amilose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose liên kết nhau bởi liên kết α-1,4 glucoside

Amilose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn Có hai loại amilose:

 Amilose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị phân li hoàn toàn bởi β-amilase

 Amilose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với β-amilase nên

bị thủy phân 60%

Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amilose thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amilose mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucose Đường kính của xoắn ốc

là 12,97A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91A0 Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H [20], [76]

Hình 1.2 Cấu trúc amilose [13]

b Thành phần cấu trúc của amilopectin

Amilopectin là loại polymer mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucoside [13]

Mỗi liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose, phân tử amilopectin có thể chứa tới

100000 đơn vị glucose [11], [44]

Sự khác biệt giữa amilose và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét Bởi lẽ ở các phân tử amilose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống amilopectin

Trong tinh bột tỉ lệ amilose/amilopectin khoảng 1/4 Tỉ lệ này có thể thay đổi bởi thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón [76]

Hình 1.4 Phản ứng thủy phân của tinh bột [13]

Trong nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton

và các nhóm cacboxyl Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột

và một số nhóm cacbonyl Quá trình này làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng [13], [44]

 Tính hấp thụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt bên trong và bên ngoài của tinh bột đều tham dự Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần hết sức quan tâm đến tính chất này Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng [13], [20]

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

Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ của dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong chế biến thực phẩm, còn

có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt Ngoài ra, tính chất này cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến tính thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể [13], [43]

b Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước

 Độ hòa tan của tinh bột

Amylose mới tách ra từ tinh bột có độ hòa tan tương đối lớn song không bền nhanh chóng bị phân hủy trở nên không hòa tan trong nước Amylopectin không hòa tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hòa tan trong nước nóng

Trong môi trường acid tinh bột bị thủy phân và tạo thành “tinh bột hòa tan” Nếu môi trường acid mạnh sản phẩm cuối cùng là glucose Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa từng phần do có sự hydrat hóa tốt hơn Tinh bột bị kết tủa trong cồn Vì vậy, cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột [13], [43], [44]

 Sự trương nở

Khi hòa tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của tinh bột Mức độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp 9,1%, tinh bột khoai tây 12,7%, tinh bột khoai mì 28,4% [10], [13], [21]

 Tính chất hồ hóa của tinh bột

Nhiệt độ để phá v hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Tùy thuộc vào điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH môi trường, nhiệt độ phá v và trương nở hạt có thể biến đổi trong một khoảng khá rộng Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và ở trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên [13], [43]

Bảng 1.1 Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột tự nhiên [13]

Tinh bột tự nhiên Nhiệt độ hồ hóa ( 0 C)

 Độ nhớt của hồ tinh bột

Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng

và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau, giữ nước nhiều hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó hơn

Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột như: đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử …[13], [20], [21], [44]

 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel tinh bột

Tinh bột sau khi được hồ hóa và để nguội các phân tử sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau 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 có nồng độ vừa phải, được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó làm nguội ở trạng thái yên tĩnh

Khi gel tinh bột để nguội trong thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát

ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ làm tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau

đó cho tan giá [8], [13], [20], [43]

Tinh bột trong thực phẩm có tác dụng sau:

Là chất có khả năng tạo hình, tạo ra kết cấu đặc trưng của nhiều sản phẩm thực phẩm Do có khả năng tương tác nhiệt – nước (hồ hóa) mà tinh bột có khả năng thay đổi tính chất, trạng thái để tạo hình, tạo dáng cho sản phẩm, chẳng hạn tinh bột có thể tạo ra độ đặc, độ dẻo, độ dai, độ dính, độ xốp, đô trong, tạo sợi, tạo màng cho các loại thực phẩm khác nhau

Tinh bột có khả năng tạo màng khi hồ hóa và tạo độ nhớt có tác dụng chống thấm oxy và chất béo nên việc bổ sung tinh bột vào thực phẩm đặc biệt là các thực phẩm giàu chất béo còn có tác dụng bảo quản chống oxy hóa chất béo và hạn chế sự mất nước làm giảm chất lượng thực phẩm [54], [72], [76]

Khi bị biến tính bởi các tác nhân lý hóa học, cấu trúc của tinh bột thay đổi và có những tính chất chức năng mới Lợi dụng tính chất này của tinh bột có thể tạo cho sản phẩm một tính chất nhất định, chẳng hạn khi bị biến tính bởi muối phosphate làm cho sản phẩm có độ đàn hồi, độ trong suốt cao [17], [58] Như trong sản xuất surimi, lợi dụng khả năng biến tính của tinh bột để làm tăng độ đàn hồi, độ chắc, độ bóng, độ

mịn, nhưng nếu lượng tinh bột nhiều sẽ làm sản phẩm mất đi tính chất đặc trưng [53] Chẳng hạn khi tăng tỷ lệ tinh bột trong hỗn hợp tinh bột lòng trắng trứng sẽ làm cho sản phẩm tăng tính kết dính, độ chắc, và mềm mại sau khi gia nhiệt [61] Vì vậy muốn đạt được đặc tính kết cấu theo ý muốn cần điều chỉnh tinh bột và lòng trắng trứng cân xứng với các thành phần khác để tạo mức hàm ẩm hợp lý trong surimi [47] Theo kết quả nghiên cứu của Muhrbeck, Eliasson cho rằng khi tinh bột được bổ sung kết hợp với albumin của huyết thanh bò cải thiện được độ dẻo, độ dai và độ bền đông kết của surimi hơn khi bổ sung albumin của huyết thanh bò [67]

Tinh bột có hàm lượng amylopectin cao như tinh bột khoai tây có khả năng tạo gel tốt, ngược lại lượng amylopectin thấp như tinh bột sắn, tinh bột ngô sẽ tạo gel cứng, yếu Ngoài ra tinh bột khoai tây có khả năng tạo gel tốt do nhiệt độ hồ hóa thấp,

có khả năng liên kết một lượng nước lớn và trương nở [6]

1.1.1.4 Tình hình sản xuất, sử dụng, nghiên cứu tinh bột trên thế giới và Việt Nam

a Trên thế giới

Việc sử dụng tinh bột đã biết đến từ rất sớm năm 3500 – 4000 trước công nguyên Tuy nhiên việc sử dụng này không được lịch sử ghi chép lại Con người chỉ biết sử dụng tinh bột như một chất kết dính để liên kết

Nhà sử học và triết học Caius Plinius Secundus đã miêu tả về việc làm nhẵn bề mặt giấy bằng tinh bột l a mì vào năm 130 trước công nguyên, Pliny đã mô tả việc sử dụng tinh bột l a mì để làm trắng quần áo Những tài liệu của Trung Quốc vào khoảng năm 312 sau công nguyên đã mô tả kích thước hạt tinh bột L c đó, qui trình sản xuất tinh bột như sau: hạt ngũ cốc đem ngâm trong nước 10 ngày, sau đó ép và đem trộn với nước sạch Tiếp sau đó đem lọc trên vải len, nước lọc đem lắng, rửa lại với nước

và phơi nắng Kể từ đó tinh bột được biết đến và sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: làm cứng vải, làm thẩm mĩ, làm trắng quần áo … [26]

Tinh bột được sản xuất nhiều nơi trên thế giới Trên 90% tinh bột sản xuất tại

Mỹ từ ngô, khoai tây, l a mì Khoai tây cũng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp tinh bột của Châu Âu như Pháp, Đức, Hà Lan và Thụy Điển Tinh bột sắn và tinh bột cọ (Sago starch) được sản xuất nhiều ở các quốc gia nhiệt đới như Brazil, miền đông nước Mỹ, Châu Phi … Có giá trị nhất là tinh bột huỳnh tinh được sản xuất

ở Châu Phi, Vincent, Caribean [10]

Ngày nay, rất nhiều loại tinh bột được sản xuất là tinh bột thủy phân Khoảng

225 loài thực vật đã được đưa vào sử dụng trong công nghiệp ở 57 nước khác nhau, bao gồm 78 loài ở Châu Á, 54 ở loài Châu Âu, 39 loài ở Bắc Mỹ, 32 loài ở Nam Mỹ - Cuba, 13 loài ở Trung Đông và Châu Phi Mặc dù tinh bột bắp v n là nguồn chủ yếu

để sản xuất tinh bột biến tính, ngày nay tinh bột từ lúa mì, gạo, khoai tây và đặc biệt từ sắn đang được sử dụng ngày càng nhiều [1]

Ở Mỹ, tinh bột bắp được sử dụng như một loại nguyên liệu cần thiết để sản xuất tất cả các dạng sản phẩm tinh bột thủy phân Lượng bắp sử dụng cho mục đích này đã tăng gấp 3 lần, từ 18,6 triệu tấn năm 1975-1976 lên 18,6 triệu tấn năm 1992-1993 Từ năm 1989-1990 tới năm 1992-1993, 7,3-8,2% sản lượng bắp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột, trong đó 2/3 để sản xuất si-rô giàu fructose, 1/3

để sản xuất các loại si-rô và đường glucose Tổng công suất sản xuất các sản phẩm đường ngọt từ bắp ở 27 nhà máy xay bột bắp ở Mỹ khoảng 10,4-11,8 triệu tấn năm

1992 và 11,3-13,2 triệu tấn năm 1995 Theo số liệu năm 1992, Mỹ sản xuất 5 triệu tấn xi-rô glucose, 680 nghìn tấn glucose Khoảng 91 nghìn tấn maltodextrin được bán ra hàng năm và môt lượng còn khiêm tốn 850 tấn cyclodextrin là lượng sản xuất hàng năm trên toàn cầu [1]

Khoảng năm 1988-1992, lượng đường ngọt từ bắp và đường saccharose ổn định

ở mức 53% và 46% trên tổng số lượng các chất ngọt được sử dụng Lượng tiêu thụ mỗi loại sản phẩm đường ngọt từ bắp đều tăng 10-12% từ 1988 đến 1992 và đạt 8,7 triệu tấn năm 1992 [1]

b Việt Nam

Ở nước ta lương thực chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp

và là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều nghành công nghiệp, trong đó có công nghiệp sản xuất tinh bột Nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột là các loại

củ như sắn, khoai lang, khoai tây, huỳnh tinh … Và các nguyên liệu hạt như gạo, ngô Trong những năm gần đây năng suất và diện tích trồng các loại cây lương thực nói trên ngày càng tăng [26]

Tuy nhiên, một phần nhỏ các nguồn nguyên liệu nói trên mới chỉ được chế biến thành các sản phẩm thực phẩm như tinh bột, đường mật tinh bột, mì chính, miến sợi,

… theo nhiều quy trình khác nhau với qui mô lớn, vừa và nhỏ Còn lại chủ yếu làm thức ăn gia s c

Ở Việt Nam, hiện nay chính phủ đang tập trung nổ lực đẩy mạnh thâm canh để tăng sản lượng l a ngô, tăng sản lượng cây trồng, sản lượng tăng từ 2 triệu tấn năm

2000 lên 2.183 triệu tấn năm 2003, đầu tư phát triển nguồn nguyên liệu cho 41 nhà

máy chế biến sắn sản lượng sắn phấn đấu đạt 3.2 triệu/ năm Các công trình nghiên

cứu tập trung vào các tính chất lý hóa như kích thước, hình dạng, nhiệt độ hồ hóa, nhiệt độ, độ nở, khả năng tạo gel, mức độ trùng hợp của tinh bột từ nhiều vùng khác nhau [10]

Tinh bột chủ yếu sản xuất theo phương pháp thủ công nên hiệu xuất thu hồi thấp, hàm lượng tinh bột chưa cao và chất lượng chưa tốt Gần đây ở nước ta đã nhập một số dây chuyền công nghệ chế biến tinh bột sắn trên qui mô công nghiệp Một số nhà máy chế biến tinh bột như: Vedan Việt Nam, Itd ở Gia Lai, Enterprise Co.Ltd ở Đồng Nai, hai nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở tỉnh Tây Ninh do Singapo và Thái Lan đầu tư, nhà máy tinh bột sắn Sơn Tịnh – Quảng Ngãi … [1], [26]

1.1.2 Khái quát về tinh bột bắp

1.1.2.1 Sản xuất và giá trị dinh dưỡng của bắp

a Sản xuất bắp

Xét về mặt diện tích gieo trồng cũng như tổng sản lượng lương thực của thế giới thì bắp đứng thứ ba sau lúa mì và lúa gạo Trong những năm gần đây, diện tích gieo trồng bắp toàn thế giới lên tới gần 100 triệu hecta, tổng sản lượng khoảng 350 triệu tấn hạt

Những nước trồng nhiều ngô nhất là Mỹ, Ấn Độ, Mehico, Ý, Trung Quốc, Rumani, …

Diện tích trồng bắp của nước ta còn thấp, riêng miền Bắc khoảng 187.000 hecta [28], [42]

b Giá trị dinh dưỡng của bắp

Hạt bắp có giá trị sử dụng rất cao Hạt bắp không những được dùng làm thức ăn cho người và gia súc mà còn là nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau Các sản phẩm chủ yếu từ hạt bắp gồm bột bắp, tinh bột bắp, bắp nổ, gạo bắp, bánh bắp…

Nhắc đến dinh dư ng của hạt bắp người ta thường ch ý đến chất lượng protein Qua nhiều kết quả nghiên cứu, người ta thấy rằng khi hạt đã qua quá trình xử lý với vôi sau đó được bổ sung thêm gluten bắp sẽ cho ra thực phẩm với hàm lượng protein cao làm tăng khả năng hấp thụ protein vào cơ thể [16]

Qua các số liệu về thành phần hóa học của hạt bắp, thấy rằng trong hạt bắp có lượng chất béo cao hơn hẳn các loại hạt lương thực khác Bắp chứa nhiều chất béo nhất có thể đến 14-15% chất béo so với khối lượng chất khô toàn hạt Lượng chất béo này chủ yếu tập trung ở phôi hạt Do đó trong quá trình chế biến hạt bắp ra nhiều dạng sản phẩm khác nhau người ta tìm mọi cách để tách phôi ngô riêng ra, và dùng phôi bắp

để ép dầu [16]

Bảng 1.2 Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp [19]

1.1.2.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt bắp

a Cấu tạo [13]

Hạt bắp thường có các thành phần chủ yếu sau đây:

 Lớp vỏ chiếm 5-7% khối lượng hạt

 Lớp vỏ mỏng hạt chiếm 2% khối lượng hạt

 Lớp alơrông chiếm 6-8% khối lượng hạt

 Cuống chiếm 1,5% khối lượng hạt (dính hạt với cùi)

 Phôi chiếm 10-19% khối lượng hạt

 Nội nhũ chiếm 72-75% khối lượng hạt (chứa 77-84% tinh bột)

Bảng 1.3 Thành phần hóa học trung bình của hạt bắp (% chất khô) [20]

60,0 64,2 61,5 59,9 45,2

1,74 1,97 1,83 2,66 8,00

7,9 7,2 7,7 6,36 14,4

1,28 1,05 1,16 1,33 1,37

Thành phần hóa học của hạt ngô thay đổi theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngô, kỹ thuật canh tác đất đai …Thành phần hóa học của hạt ngô phân bố không đều trong hạt, nó có tỷ lệ khác nhau giữa ba phần chính vỏ, phôi và nội nhủ

Bảng 1.4 Sự phân bố các thành phần hóa học trong các bộ phận của

9,1 7,3 4,7 8,4

63,6 8,6 8,2 76,6

3,0 14,1 0,3 0,7

4,6 29,7 1,4 0,9

2,1 2,7 22,2 0,6

1,5 8,6 1,3 0,4

10,8 35,1 5,6 9,9

5,4 23,5 1,6 1,1 Thành phần chủ yếu của tinh bột bắp là glucid có l n một số chất khác nhƣ protein, lipid và các loại khoáng nhƣ calcium, iron, sodium… ngoài ra tinh bột bắp có

1.1.3 Tổng quan về tinh bột biến tính (Modified starch)

1.1.3.1 Khái quát về tinh bột biến tính

Tinh bột biến tính còn gọi là tinh bột biến hình, tinh bột tự nhiên được sử dụng các tác nhân gây biến tính như vật lý, enzyme hoặc tác nhân hóa học để làm thay đổi tính chất vật lý cũng như hóa học của tinh bột

Để có được các loại tinh bột phù hợp, người ta phải biến tính tinh bột để cải tiến các tính chất của sản phẩm, tăng giá trị cảm quan, tạo mặt hàng mới Ngày nay tinh bột biến tính được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm làm chất đồng tạo gel, tạo đặc, chất ổn định, hoặc chất tạo nhũ Trong lĩnh vực dược phẩm tinh bột biến tính được sử dụng làm chất d n thuốc, và trong lĩnh vực khác [10], [11]

1.1.3.2 Các phương pháp biến tính tinh bột

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

a Phương pháp biến tính vật lý

 Trộn với chất rắn trơ

Tinh bột có ái lực với nước nhưng nếu hòa 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 lí do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập và không kết thành cục [13]

 Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước, sau đó sấy phun hoặc sấy thùng quay Dưới tác dụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá

v 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 trường hợp khi cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu Tinh bột loại này nếu đi từ tinh bột amilopectin thì 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, giữ được chất béo và bảo vệ khỏi bị oxi hóa khi sấy khô, liên kết ẩm và ổn định ẩm trong các sản phẩm thịt [13], [26], [55]

 Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Dextrin là sản phẩm phân giải không hoàn toàn của tinh bột Thực tế pirodextrin thu được khi gia nhiệt tinh bột khô ở nhiệt độ 175-1950C trong thời gian 7-18h 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 Tùy thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-1200C), dextrin vàng (120-1800C), pirodextrin (170-1950C) Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không đồng nhất Người ta 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 v n bền Độ hòa tan trong nước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột Người ta thường dùng dextrin trắng, dextrin vàng, pirodextrin để pha keo dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính và thùng carton Pirodextrin còn được dùng để làm chất làm đặc cho các thuốc nhuộm sợi, dùng làm dung môi và chất mang các chất màu [13], [26]

b Biến tính bằng phương pháp hóa học

Biến tính bằng phương pháp hóa học có nhiều phương pháp như: biến tính bằng acid, biến tính tinh bột bằng kiềm, biến tính tinh bột bằng oxi hóa, biến tính bằng cách

tạo liên kết ngang … [13]

 Phương pháp biến tính bằng 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, kích thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được có 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 50-550

C trong 12-14 h Sau đó trung hòa, lọc rữa và sấy khô

Tinh bột biến tính bằng acid so với tinh bột ban đầu có những tính chất sau: Giảm ái lực với iot, độ nhớt đặc trưng nhỏ 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 [8], [13]

 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 tinh bột từ đầu nhóm

cuối khử thông qua dạng enol Sự phá hủy kiềm cũng có thể xảy ra ng u nhiên ở giữa mạch nhất là khi có mặt oxi và có gia nhiệt Sản phẩm bánh giò là kết quả của sự biến tính tinh bột bằng kiềm dựa trên nguyên lí đó Trong thực tế người ta thường xử lí hạt gạo nếp bằng một hỗn hợp các oxyt kim loại của nước tro có tính kiềm vừa phải và hài hòa Sau đó gói lại và nấu Sản phẩm thu được có trạng thái đồng thể, nhuyễn, mịn, dai, dẻo và có màu nâu đẹp, được bổ sung thêm những nguyên tố có trong tro [10], [13]

 Biến tính tinh bột bằng oxi hóa

Thông thường tinh bột được oxi hóa bằng hypoclorit Nét đặc trưng của tinh bột

đã được oxi hóa là độ trắng, tinh bột càng trắng thì mức độ oxi hóa càng cao Trong phân tử của tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm cacboxyl và cacbonyl, đồng thời xảy ra phân ly một số liên kết D-glucoside, do đó làm giảm kích thước phân tử Nếu mức độ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phá hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch trong suốt Nếu đưa lên bảng kính lớp hồ rất mỏng của tinh bột oxi hóa rồi để khô thì thu được màng mềm, rất trong và rất dễ hòa tan [11], [44]

Tinh bột oxi hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong công nghệ sản xuất giấy, để

hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt, chất làm đặc trong công nghiệp thực phẩm [8], [10]

 Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

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 acid boric Nói cách khác khi đó giữa các mạch polyglucoside sẽ tạo ra các liên kết ngang Tinh bột thu được sẽ dai hơn, dòn và cứng hơn Nói chung 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 [11], [13], [44]

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về tinh bột liên kết ngang như: Bryant Xử lí tinh bột bằng ClO3-(1933), Felton và Schopmeryer sử dụng photphat oxychloride để tạo tinh bột dạng photphat (1939), Caldwell xử lí huyền phù tinh bột với hỗn hợp anhydrit acid và acetate [55]

Năm 2000 Madmoud Z.Sitohy đã nghiên cứu: “Tính chất hóa lí của các tinh bột photphate khác nhau” [62], [64]

Năm 2004, Eduardo San Martin-Martinez đã nghiên cứu tinh bột photphate được sản xuất bằng quá trình ép [52]

Tinh bột liên kết ngang là tinh bột biến tính thu nhận từ tinh bột tự nhiên sau khi một số nhóm chức của acid được este hóa với các nhóm OH của tinh bột Liên kết ngang ảnh hưởng mạnh đến độ nhớt của tinh bột Ngay cả ở mức độ thấp thì liên kết ngang v n cho mức độ ổn định trạng thái và cải thiện hỗn hợp dạng paste Nói chung khi mức độ liên kết ngang càng tăng thì tinh bột có thể chịu được sự thay đổi trong quá trình nấu và tạo dạng paste [62], [64]

Để tạo ra tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm và kỹ thuật, người ta thường dùng epiclohydrin và natrin trimetaphotphate, phospho oxycloride… làm tác nhân phản ứng trong môi trường kiềm Ngoài liên kết ngang tạo ra do biến tính còn có các liên kết hydro ch ng đều là những cầu nối ngang giữa các phân tử Khi tinh bột liên kết ngang được đun nóng trong nước thì liên kết hydro có thể bị yếu đi hay bị phá v , tuy nhiên hạt sẽ giữ nguyên nhờ những liên kết ngang hóa học giữa các mạch phân tử

Độ phân tán của tinh bột rất ổn định trong các sản phẩm thực phẩm khi trữ đông Qua nhiều lần tan giá, hồ tinh bột không tách nước và bề mặt trở nên nhẵn bóng

Do vậy hồ tinh bột phosphate ổn định sau khi tan giá hơn các loại tinh bột biến tính khác [51], [65]

c Biến tính bằng phương pháp sinh học

Dưới tác dụng của nhiều enzyme đặc hiệu khác nhau như các loại enzyme amylase, phân tử tinh bột bị phân cắt ng u nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt ngắn dần thành từng hai đơn vị glucose một, hoặc giải phóng ra maltose …

do đó mà tính chất của dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo [10]

 Biến tính tinh bột bằng phản ứng thủy phân enzyme để thu dextrin và các sản phẩm đặc 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 phân tinh bột bằng acid Phương pháp công nghệ này có nhiều nhược điểm như

ăn mòn thiết bị, hiệu suất thủy phân thấp, đường tạo ra có vị đắng, có màu và có vị mặn Vào những năm 60 phương pháp này đã thay thế bằng phương pháp enzyme Sự phân cắt tinh bột bởi enzyme đặc hiệu hơn, có thể tạo ra 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 [8], [13]

Hình 1.5 Các giai đoạn chính và những biến đổi enzyme tham gia trong việc chế

tác các sản phẩm thủy phân tinh bột [13]

Trong sản xuất công nghiệp các đặc điểm và các tính chất của các sản phẩm thường phụ thuộc vào nguồn enzyme được sử dụng, nồng độ enzyme và thời gian thủy phân Quá trình tạo dung dịch đường có thể chia làm 3 giai đoạn:

 Dextrin hóa

 Đường hóa

 Đồng phân hóa

 Dextrin hóa: Sự phân giải không hoàn toàn 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 tại dưới dạng các hạt rắn, có khi phải xử lý nhiệt mạnh mới phá hủy Khi nhiệt độ vượt quá một giới hạn nào đó gọi là nhiệt độ hồ hóa, các phân

tử tạo nên tinh bột, đặc biệt là amilose mới bắt đầu hòa tan Thông thường sự hòa tan hoàn toàn các phân tử có thể đạt được khi ở nhiệt độ khoảng 1000C Tuy nhiên, dung dịch hồ hóa này không ổn định, bất cứ sự giảm nhiệt nào dù nhỏ cũng kéo theo sự phân tách dung dịch làm hai pha, tiếp theo là quá trình tái kết hợp từng phần các cao phân tử

mà thường gọi là hiện tượng thoái hóa tinh bột, khiến cho tinh bột có cấu tạo gel [13]

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, các maltodextrin là các chất phụ gia rất được quan tâm để chế tạo các thực phẩm cho trẻ em, thực phẩm ăn kiêng và thực

phẩm để truyền trực tiếp cho bệnh nhân

Ngoài ra, maltodextrin còn được sử dụng như những chất tạo cấu trúc: chất tạo

độ đặc, độ nhớt cho sản phẩm lỏng kiểu nước sốt, là chất kết dính trong sản xuất thức

ăn chín Trong công nghiệp sản xuất mức quả, maltodextrin thay thế cho gôm để sản xuất kẹo gôm và kẹo cứng, làm tăng độ dẻo của kẹo cao su đồng thời làm giảm được

sự hồi đường của kẹo

Một số maltodextrin sử dụng thay thế cho chất béo trong các sản phẩm như bơ, sữa gầy Dung dịch 20-25% maltodextrin, sau một vài giờ có thể chuyển thành một dạng gel thuận nghịch có cấu tr c tương tự cấu trúc chất béo Tuy nhiên khi đưa vào các sản phẩm thực phẩm thì không cần đến hàm lượng maltodextrin cao như vậy vì phải tính đến các thành phần bổ sung khác như protein, tinh bột… [13]

 Đường hóa sự phân cắt sâu sắc tinh bột

Giai đoạn đường hóa là giai đoạn thủy phân của maltodextrin và các oligosacarit thành đường glucose, maltose và maltotriose Tùy theo loại sản phẩm mong muốn quá trình chuyển hóa này có thể được xúc tác bởi một hay nhiều enzyme Khi sử dụng enzyme amiloglucosidase sẽ cho ra các sản phẩm giàu glucose Còn thủy phân bằng một hỗn hợp các enzyme β-amilose và pululanase thì cho sản phẩm giàu maltose (90%) [13], [44]

Việc tách riêng hai quá trình dextrin hóa và đường hóa cho phép sử dụng những điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu để tăng hoạt độ của enzyme cũng như để cơ chất có trạng thái hòa tan tốt

Nói chung đường hóa được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 500C tương ứng với nhiệt độ tối ưu của các enzyme sử dụng và ở pH hơi acid (5-6) [13], [44]

1.1.3.3 Một số ứng dụng tinh bột biến tính

Tinh bột biến tính có một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các tính chất cho sản phẩm ứng dụng mà đôi khi tinh bột không biến tính không có được nhờ vào những khả năng sau: Khả năng tạo gel, khả năng tạo độ xốp, độ cứng, khả năng tạo độ trong

độ đục cho sản phẩm, khả năng tạo kết cấu, khả năng giữ mùi, giữ ẩm … Vì vậy, phạm

vi ứng dụng của tinh bột biến tính không chỉ trong công nghiệp thực phẩm mà đã bước sang các lĩnh vực công nghệ khác như công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp dầu mỏ và công nghiệp dược phẩm [10], [77]

a Khả năng tạo hình, tạo ra kết cấu

Là chất có khả năng tạo hình, tạo ra kết cấu đặc trưng của nhiều sản phẩm thực phẩm Do có khả năng tương tác nhiệt – nước (hồ hóa) nên tinh bột có khả năng thay đổi tính chất, trạng thái để tạo hình, tạo dáng cho sản phẩm, như tinh bột có thể tạo ra

độ đặc, độ dẻo, độ dai, độ dính, độ xốp, độ trong, tạo sợi, tạo màng cho các loại thực phẩm khác nhau

Các loại tinh bột như tinh bột bắp biến tính hay tinh bột sắn có thể ứng dụng để tạo các kết cấu có độ nhuyễn, độ mịn cho sản phẩm Dựa vào khả năng này, người ta

đã ứng dụng tinh bột biến tính để thay thế một phần chất ổn định trong sản xuất yoaurt, kem sữa… [26], [66]

b Khả năng tạo gel

Những loại tinh bột như tinh bột bắp hay các loại tinh bột khác có hàm lượng amylose cao có thể sản xuất ra những sản phẩm có tính tạo gel Các dạng biến tính acid của những loại tinh bột này có khả năng tạo gel lớn hơn dạng không biến tính của chúng Tinh bột sắn dây biến tính acid cũng như tinh bột bắp biến tính oxi hóa tạo ra gel mềm hơn, do đó nó được ứng dụng để tạo gel mềm cho các sản phẩm thuộc loại mứt quả đông [1], [75]

Tinh bột có hàm lượng amilopectin cao như tinh bột khoai tây có khả năng tạo gel tốt, ngược lại lượng amilopectin thấp như tinh bột sắn, tinh bột bắp sẽ tạo gel cứng, yếu Ngoài ra tinh bột khoai tây có khả năng tạo gel tốt do nhiệt độ hồ hóa thấp, có khả năng liên kết với một lượng nước lớn và trương nở

Các loại dong riềng, tinh bột bắp, tinh bột sắn sau khi biến tính acid có độ hòa tan cao dùng thay thế một phần nguyên liệu trong sản phẩm bánh quy tạo độ xốp và độ dòn cho bánh

Tinh bột còn có khả năng tương tác với những chất khác để tạo cho sản phẩm

có những tính chất cơ lý, màu sắc và hương vị nhất định Sự tương tác giữa tinh bột và protein làm cho gel protein có được độ chắc, độ đàn hồi rất đặc trưng [11], [13], [44]

d Khả năng tạo độ trong, độ đục cho sản phẩm

Tinh bột đã hồ hóa thường có độ trong suốt nhất định Chính độ trong suốt này

có ý nghĩa rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm

Tinh bột của các hạt ngũ cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củ thường có hồ trong suốt hơn tinh bột của các loại ngũ cốc bình thường [13]

Khi bị biến tính bởi các tác nhân hóa học, cấu trúc của tinh bột thay đổi và có những tính chất chức năng mới Lợi dụng tính chất này của tinh bột có thể tạo cho sản phẩm một số tính chất nhất định, khi bị biến tính bởi muối phosphate làm cho sản phẩm có độ đàn hồi, độ trong suốt cao [43], [44]

e Khả năng giữ mùi, giữ ẩm

Sự suy giảm độ ẩm rất khó hạn chế đối với bất kỳ một loại sản phẩm nào trong quá trình bảo quản Tinh bột hồ hóa có ái lực với nước, nếu nấu đ ng quy cách sẽ góp phần hạn chế sự mất ẩm này Sử dụng các dextrin của sắn và tinh bột giàu amylose sẽ tạo nên một lớp màng ngăn cản sự thoát hơi ẩm

Một số loại dextrin thực phẩm và các tinh bột biến tính từ bắp, sắn được dùng

để giữ mùi và tính ổn định của thức uống, chống sự oxi hóa và mất màu [8], [13], [43]

Nghiên cứu của Sultanbawa và Li-Chan về ảnh hưởng của các chất “chống biến tính lạnh” gồm đường và các polyol đến chất lượng surimi cá Tuyết trong bảo quản đông cho thấy với tỷ lệ 4% đường, 4% sorbitol hạn chế được hiện tượng suy giảm chất lượng surimi trong bảo quản đông [78]

1.1.3.4 Tình hình sản xuất, sử dụng, nghiên cứu tinh bột biến tính trên thế giới và Việt Nam

a Trên thế giới

Trong quá trình nghiên cứu về các tinh bột, một số kết quả đã được công bố các nhà khoa học đã đánh giá tỉ lệ Am và Ap bằng các phương pháp chuẩn độ ampe, phương pháp chuẩn độ điện tử hoặc phương pháp so màu với iôt Tuy nhiên, các phương pháp này không phù hợp để phân tích những m u nhỏ của tinh bột mà ta không biết đó chứa tinh bột gì Do đó, Lustinee và các cộng sự đã đưa ra một phương pháp phù hợp hơn Tuy nhiên, phương pháp này khá phức tạp và tốn nhiều thời gian Sau đó, Hovenkamp – Hemrmelink và các cộng sự đã nghiên cứu phương pháp so màu nhanh xác định tỉ lệ Am/Ap có trong thân và lá khoai tây Đây là phương pháp trích li tinh bột bằng acid HClO4 với việc xác định độ hấp thụ tại hai bước sóng 550nm, 618nm, có ưu điểm nhanh và tiện lợi hơn nhiều so với phương pháp nêu ở trên [5]

Đối với biến tính tinh bột trong môi trường ancol, Small đã nghiên cứu quá trình sản xuất tinh bột hòa tan bằng cách hòa tan tinh bột trong etanol 96% với dung dịch HCl 0,2-1,6% (trọng lượng/thể tích) trong 15 phút Sản phẩm thu được chứa một lượng dextrin phân tử thấp dễ hòa tan trong nước Đến năm 1987, Ma và Robyt mô tả

sự biến tính tinh bột khoai tây và ngô sáp vàng trong 4 loại ancol (methanol, etanol, propanol, 1-butanol) gồm 0,36% HCl ở 650C trong 60 phút Còn Fox và Robyt nghiên cứu sự thủy phân tinh bột khoai tây trong 4 loại ancol trên ở hai nồng độ acid 0,35 và

2-6 % (trọng lượng/thể tích) ở 250C Tiếp đó Robyt cùng các cộng sự tiếp tục nghiên cứu biến tính tinh bột khoai tây, tinh bột ngô sáp vàng trong 4 loại dung môi trên ở nhiệt độ từ 5 - 650C trong thời gian 72 giờ [13]

b Việt Nam

Các công trình nghiên cứu tập trung vào các tính chất lý hóa như kích thước, hình dạng, nhiệt độ hồ hóa, nhiệt độ, độ nở, khả năng tạo gel, mức độ trùng hợp của tinh bột từ nhiều vùng khác nhau [10]

Về biến tính tinh bột các tác giả nước ta chú trọng nhiều đến các phương pháp biến tính hóa học nhất là phương pháp biến tính bằng HCl và biến tính bằng phương pháp oxi hóa bằng hypoclorit Một số phương pháp mới như biến tính bằng bức xạ gam ma, biến tính bằng cation … Được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích hiện đại Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học và công

nghệ thực phẩm cũng ch trọng đến sản phẩm enzyme để sản xuất các sản phẩm thủy phân tinh bột bằng con đường sinh học …[10]

1.2 TỔNG QUAN VỀ MALTODEXTRIN

1.2.1 Định nghĩa và tính chất

Theo định nghĩa của cơ quan thực

phẩm và thuốc của Hoa Kỳ (FDA) thì

maltodextrin là các loại polysaccharide gồm

các gốc α-D-glucose liên kết với nhau bằng

liên kết 1-4 glycoside, có công thức

(C 6 H 10 O 5 ) n H 2 O là sản phẩm thủy phân tinh

bột không hoàn toàn (bằng enzyme hoặc

acid), có đương lượng dextrose (DE) từ 4 đến

20 [1], [7]

Hình 1.6 Matoldextrin từ tinh bột bắp

Đặc tính của maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE nhận được Sản phẩm có thể

ở dạng bột màu trắng hoặc dạng dung dịch đậm đặc Maltodextrin được thừa nhận là phụ gia cho thực phẩm và dược phẩm an toàn cho người dùng trực tiếp Đặc tính hóa

lý tăng, giảm phụ thuộc vào chỉ số DE được biểu diễn trong Hình 1.7 [48], [74]

Bảng 1.6 Biến đổi tính chất hóa lý của maltodextrin theo giá trị DE [1] Sản phẩm Tinh bột Maltodextrin

Khi thủy phân tinh bột ta thu được các hỗn hợp sản phẩm gồm các dextrin, maltose và glucose Đương lượng Dextrose Equivalent viết tắt là DE là chỉ số biểu thị mức độ thủy phân hoàn toàn của tinh bột, được xác định bằng số nhóm OH glucoside được giải phóng, hay là số gam tương đương D-glucose trong 100gam chất khô của sản phẩm Mức độ thủy phân tinh bột thường được đánh giá qua chỉ số DE [11], [48], [55].

Bảng 1.7 Một số tính chất của các sản phẩm maltodextrin [1]

Quá trình sản xuất maltodextrin, đặc biệt là maltodextrin DE thấp thường gặp một số khó khăn như dung dịch sau thủy phân còn chứa một lượng tinh bột chưa biến tính nên còn mùi tinh bột, hàm lượng các dextrin mạch lớn cao làm sản phẩm không tan hoàn toàn, dung dịch thu được đục, dễ lại bột (thoái hóa), sản phẩm nhiều khi ngọt hơn mức độ yêu cầu trong một số ứng dụng nhưng lại có độ nhớt cao, khó lọc và tẩy màu, khó đưa ra sản xuất quy mô lớn Do đó nhiều công ty sản xuất chỉ dừng lại ở sản phẩm maltodextrin có chỉ số DE cao (thường >10) [1]

Nguyên nhân của những hạn chế trên là do chất lượng nguyên liệu tinh bột ban đầu kém và hiệu quả thủy phân của enzyme thấp, do ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ như nhiệt độ hồ hóa thấp, tinh bột chưa hồ hóa hoàn toàn d n đến quá trình thủy phân kém làm giảm chất lượng sản phẩm, hay ảnh hưởng của pH tới độ nhớt gây khó khăn cho quá trình tinh lọc sản phẩm [1], [57]

1.2.2 Yêu cầu chất lượng của sản phẩm maltodextrin

Maltodextrin thu được ở dạng bột màu trắng, ít hút ẩm, tan tốt cho dung dịch, trong, không màu, không ngọt hoặc ít ngọt và không bị thoái hóa [1], [52]

DE 4-7 Ít h t ẩm, pH 4,5-5,0, hòa tan tới 15% chất khô, dung dịch có độ

nhớt cao Hàm lượng glucose 0,3%, maltose 0,9% chất khô

DE 9-12 Ít h t ẩm, ít ngọt, ít tham gia phản ứng hóa nâu, hòa tan tới 30%

chất khô Hàm lượng glucose 0,8%, maltose 2,9% chất khô

DE 15-18 Ít h t ẩm, ít tham gia phản ứng hóa nâu, ngọt nhẹ, hòa tan tới

60-70% chất khô Hàm lượng glucose 1,3-1,6%, maltose 4,8-5,8% chất khô