Giáo trình Khai thác tinh bột và các sản phẩm từ tinh bột: Phần 2

Th ườ ng dùng dextrin tr ắ ng, dextrin vàng, pirodextrin để pha keo dán phong bì, dán nhãn chai, b ă ng dính, thùng cáctông.[r]

Tinh bột thực phẩm Chương 4.

BIẾN HÌNH TINH BỘT

Trong thực tế sản xuất, ứng với sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi dạng tinh bột dẫn suất tinh bột định Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amiloza lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột amilopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hịa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền khơng bị

thối hóa nhiệt độ thấp Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại khơng mong muốn tính chất Vì vậy, để có loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến hình tinh bột

Mục đích biến hình tinh bột nhằm: - Cải biến tính chất sản phẩm

- Tăng giá trị cảm quan - Tạo mặt hàng

Dựa vào chất phương pháp phân loại phương pháp sau: - Phương pháp biến hình vật lí

- Phương pháp biến hình hóa học - Phương pháp biến hình enzym

4.1 Phương pháp biến hình vật lí

4.1.1 Trộn với chất rắn trơ

Tinh bột có lực với nước hòa trực tiếp vào nước bị vón cục Có thể làm cho tinh bột phân tán tốt vào nước đem trộn với chất rắn trơ Khi trộn đồng làm cho hạt tinh bột cách biệt vật lí

đó cho phép chúng hydrat hóa cách độc lập khơng kết thành cục 4.1.2 Biến hình bằng hồ hóa sơ bộ

Tinh bột thực phẩm tử, làm phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột hồ hóa

Tinh bột hồ hóa sơ có tính chất sau: - Trương nhanh nước;

- Biến đổi chậm tính chất bảo quản; - Bền nhiệt độ thấp;

- Có độđặc khả giữ nước, giữ khí tốt

Do người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ trường hợp cần độđặc, giữ nước mà không cần nấu

Tinh bột loại từ tinh bột amilopectin làm tăng độ “tươi” cho sản phẩm, tăng độ suốt, độđàn hồi làm bền độ nhớt

Dùng tinh bột hồ hóa sơ cịn tránh tổn thất chất bay bánh ngọt, giữđược chất béo bảo vệ chất béo khỏi bị oxi hóa sấy khơ, liên kết ẩm ổn định ẩm sản phẩm thịt

Ete oxit tinh bột dạng hồ hóa sơ sử dụng sản xuất kem có hiệu

Amiloza tinh bột giàu amiloza (trên 60% amiloza) khuếch tán vào nước áp suất cao áp suất khí sau sấy khơ khơng bị

thối hóa Người ta thường thêm tinh bột hồ hóa sơ vào dung dịch khoan ( khoan giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan lượng nước cần thiết

4.1.3 Biến hình tinh bột bằng gia nhiệt khơ ở nhiệt độ cao

Dextrin sản phẩm phân giải vời tinh bột Thực tế pirodextrin thu

được gia nhiệt tinh bột khô nhiệt độ 175-1950C thời gian 7-18h Phương pháp chế tạo pirodextrin sau:

- Phun axit (với lượng 0,05-0,15% trọng lượng tinh bột ) vào tinh bột có dộ ẩm khoảng 5%.Có thể dùng AlCl3 làm chất xúc tác Cũng cho thêm tác nhân kiềm tính Canxi photphat, Natri bicacbonat Tritanolamin làm chất

Tinh bột thực phẩm

ẩm từ 1-5% tiến hành dextrin hóa thiết bị trộn có gia nhiệt hơi, dầu đốt nóng trực tiếp Dextrin hóa xong làm nguội Khi dextrin hóa thường xảy phản ứng sau:

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

- Phản ứng tái trùng hợp sản phẩm vừa tạo thành chủ yếu liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao

Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân chủ yếu, nên độ nhớt tinh bột lúc bị giảm mạnh Khi tăng nhiệt độ lên phản ứng tái trùng hợp trở thành phản ứng

Ngồi nhiệt độ cao cịn xảy phản ứng chuyển glucozit: liên kết 1-4 glucozit không bền amiloza lúc chuyển thành liên kết 1-6 bền ( B)

Dưới tác dụng nhiệt độ, tinh bột bị biến hình cách sâu sắc, nhiều tính chất bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng,

đường khử tăng giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi

Tinh bột thực phẩm Dextrin trắng có độ hịa tan cao nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90% có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%

Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm có độ hịa tan

đáng kể, có mức độ phân nhánh trung bình 20% Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20-25% có khối lượng phân tử lớn dextrin vàng dung dịch bền

Dung dịch dextrin có khả tạo màng, dính kết bề mặt đồng không đồng Thường dùng dextrin làm chất liên kết chất keo dính để pha sơn Do dextrin có độ nhớt thấp nên dùng nhiệt độ cao mà bền Độ

hòa tan nước lạnh dextrin cao tinh bột

Thường dùng dextrin trắng, dextrin vàng, pirodextrin để pha keo dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính, thùng cáctơng

Keo dextrin có thêm phụ gia để làm biến đổi tính chất dung dịch màng dextrin Natri tetraborat phụ gia dùng rộng rãi với dextrin Có thể thêm borat đến 20% khối lượng keo Thêm borat

làm tăng độ nhớt dung dịch dextrin, tăng độ bền khả dính

Đường, mật rỉ, glyxerin hợp chất polyhydroxit thêm vào keo dextrin để

tăng tính dẻo màng giảm độ dòn độẩm thấp Các dextrin dùng để

hồ sợi

Pirodextrin dùng để làm chất làm đặc cho thuốc nhộm sợi, dùng làm dung môi chất mang chất màu

4.2 Biến hình phương pháp hóa học

4.2.1 Biến hình bằng axit

Dưới tác dụng axit phần liên kết phân tử phân tử tinh bột bị đứt Do làm cho kich thước phân tử giảm tinh bột thu

được tính chất

Tinh bột thực phẩm nhiệt độ 50-550C 12-14 h Sau trung hịa, lọc rữa sấy khơ

Tinh bột biến tính axit so với tinh bột ban đầu có tính chất sau: - Giảm lực với iot;

- Độ nhớt đặc trưng bé hơn;

- Áp suất thẩm thấu cao khối lượng phân tử trung bình bé hơn; - Khi hồ hóa nước nóng hạt trương nở hơn;

- Trong nước ấm có nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hóa độ hịa tan cao hơn;

- Nhiệt độ hồ hóa cao hơn; - Chỉ số kiềm cao hơn;

Ứng dụng: có độ nhớt thấp nên dùng công nghiệp dệt để hồ

sợi, sản xuất kẹo đơng, làm bóng giấy để tăng chất lượng in mài mịn Có phương pháp biến hình axit là:

- Biến hình axít mơi trường ancol - Biến hình axít mơi trường nước

4.2.1.1 Nghiên cứu phương pháp biến hình bằng phương pháp axít mơi trường ancol

Tạo sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, dextrin

đường Trong môi trường ancol etanol metanol, ancol có độ

phân cực nhỏ nước nên độ phân ly axit tham gia xúc tác nhỏ hơn;

đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn chậm so với mơi trường nước Vì có thểđiều chỉnh khống chế q trình biến hình tinh bột để tạo sản phẩm có mạch phân tử mong muốn cách dễ dàng đạt hiệu suất thu hồi cao

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

Tinh bột thực phẩm

Hình 4.2 Qui trình sản xuất tinh bột từ sắn theo phương pháp Robyt

Các yếu tốảnh hưởng đến khả phân cắt mạch tinh bột trình

biến hình:

Chủ yếu nhiệt độ, hàm lượng axit, nồng độ dịch tinh bột loại môi trường Khả phân cắt mạch tinh bột biểu thị số mức độ trùng hợp mạch tinh bột

Cách xác định mức độ trùng hợp tinh bột:

Tinh bột thực phẩm Dưới tác dụng periodat, mạch tinh bột bị oxi hóa nhóm cuối khử tạo axit focmic (HCOOH) nhóm cuối khơng khử tạo axit focmic mạch tinh bột Để định lượng axit focmic sinh ra, dùng dung dịch NaOH 0,1N để chuẩn độ thị metyl đỏ 0,1% với dung dịch etylenglycol đến xuất màu vàng không đổi phút Từ lượng axit tạo thành ta tính

được mức độ trùng hợp

Cách tiến hành: Cân 250 mg tinh bột khơ tuyệt đối hịa tan 35 ml nước cất, lắc đều, thêm 30 ml KIO4 để nhiệt độ phịng bóng tối 24h Kết thúc phản ứng cho ml etylenglycol lắc 10 phút Chuẩn độ lượng axit focmic tạo NaOH 0,1N với thị metyl đỏ 0,1% đến dung dịch chuyển từ màu hồng nhạt sang vàng nhạt

Pn xác định công thức:

b a 162 Pn =

a: khối lượng tinh bột khô, g

b: Số mol axit focmic tạo thành, mol 162: Phân tử lượng gốc glucozit Cách tính số mol HCOOH tạo thành (b)

Từ phương trình chuẩn độ: HCOOH + NaOH = HCOONa + H2O áp dụng định luật đương lượng:

CN NaOH : Số mol đương lượng NaOH V NaOH: thể tích dung dịch NaOH cần dùng

CN NaOH: Số mol đương lượng HCOOH= Số mol đương lượng NaOH Số mol đương lượng HCOOH = Số mol phân tử HCOOH = b

CN NaOH V NaOH

→ b = , mol 1000

Tinh bột thực phẩm Cốđịnh nồng độ tinh bột 25 g 100 ml ancol hay 100ml

metanol 96%

Hàm lượng axit chọn khoảng 3- 15 ml Nhiệt độ biến hình khoảng 10-150C

Hình 4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ hàm lượng axit đến Pn mơi trường etanol

Hình 4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ hàm lượng axit đến mức độ trùng hợp tinh bột biến hình mơi trường metanol

Cả hai môi trường thấy hàm lượng axit nhiệt độ tăng mức

độ phân cắt mạch lớn (Pn giảm), môi trường metanol phân cắt mạnh Khi hàm lượng axit tăng có nhiều ion H+ cơng vào mạch tế bào nên phân cắt nhiều

Tinh bột thực phẩm tử tinh bột gây khuyếch tán ion H+ toàn dung dịch công vào mạch phân tử tinh bột, làm liên kết phân tử bịđứt, toàn dung dịch chuyển sang trạng thái keo, lúc phân cắt mạch dễ dàng công ion H+ Tuy nhiên t0 >60oC xảy hồ hóa tinh bột Tốt nên thực biến hình nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hóa ( từ 10-550C)

Khảo sát ảnh hưởng nồng độ tinh bột:

Chuẩn bị mẫu nồng độ 25, 50 75 g tinh bột môi trường, nhiệt độ 250C với mức hàm lượng axit 3,6,9,12 15

Hình 4.5 Ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến Pn 250C mơi trường etanol

Hình 4.6 Ảnh hưởng nồng độ tinh bột đến mức độ trùng hợp Pn nhiệt độ

Tinh bột thực phẩm Nhận xét: Trong hai môi trường, với điều kiện nhiệt độ nồng độ axit, nồng độ tinh bột tăng mức độ trùng hợp tăng Đó nồng độ tinh bột lớn cản trở xâm nhập ion H+ vào mạch tinh bột , kết mật độ tiếp xúc ion H+ bé nên hiệu trình phân cắt mạch tinh bột giảm

Qua đồ thị ta khẳng định rõ yếu tố nồng độ axit ảnh hưởng sâu sắc mức độ phân cắt mạch tinh bột so với nồng độ tinh bột

Ảnh hưởng môi trường:

Các mẫu chuẩn bị với hai nồng độ tinh bột 50g 75g 100 ml môi trường với nồng độ axit 3,6,9,12 15 ml 550C Kết biểu diễn ởđồ

thị sau:

Hình 4.7 Ảnh hưởng môi trường etanol metanol đến mức độ trùng hợp tinh bột sắn nhiệt độ 550C

So sánh kết thu ta thấy mức độ phân cắt mạch tinh bột phương pháp axit môi trường metanol lớn so với môi trường etanol điều kiện (nhiệt độ, nồng độ axit, nồng độ tinh bột ) Nghĩa giá trị Pn thu môi trường etanol lớn so với mơi trường metanol

Điều giải thích sau: với hai mơi trường trên, HCl dung dịch

đều có khả phân li hồn tồn thành H+ metanol có kích thước phân tử nhỏ nên dễ khuếch tán mang H+ vào sâu mạch phân tủ

Tinh bột thực phẩm cơng nghiệp thực phẩm mà ứng dụng công nghiệp dệt, công nghiệp giấy hay làm chất độn khoan dầu mỏ

4.2.1.2 Nghiên cứu biến hình tinh bột bằng phương pháp axit môi trường nước

Qui trình theo phương pháp Ali Kemf:

Hình 4.8 Qui trình biến hình tinh bột axit theo phương pháp Ali Kemf Biến hình môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến hình axit mơi trường nước khắc phục nhược điểm

Tinh bột khô phân tán nước thành dịch huyền phù với nồng độ

Tinh bột thực phẩm khuấy trộn liên tục Khi biến hình kết thúc, trung hòa dung dịch NaOH 1N

đến trung tính rửa tinh bột máy li tâm siêu tốc nước nhiều lần.Cuối sấy, nghiền, rây để thành phẩm có W<12%

a)Các yếu tố ảnh hưởng đến thay đổi tính chất tinh bột

trình biến hình

+ Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gian biến hình đến Pn độ hịa tan

Các mẫu tinh bột biến hình chuẩn bị theo qui trình với mức thời gian 30, 60, 90 120 phút Hàm lượng axit HCl 0,5N thay đổi mức 50, 100, 150 200 ml Nồng độ sữa tinh bột chọn 33%, nhiệt độ biến hình 500C

Hình 4.9 Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gain đến mức độ trùng hợp tinh bột sắn biến hình

Tinh bột thực phẩm

Hình 4.11 Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gian đến mức độ trùng hợp tinh bột huỳnh tinh biến hình

+ Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gian đến mức độ hòa tan tinh bột sắn, cho sắn dây huỳnh tinh

Hình 4.12 Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gian đến độ hòa tan tinh bột sắn biến hình

Tinh bột thực phẩm

Hình 4.14 Ảnh hưởng hàm lượng axit thời gian đến độ hòa tan tinh bột huỳnh tinh biến hình

Kết luận: Hàm lượng axit thời gian tăng Pn giảm độ

hịa tan tăng

Giải thích:

Hàm lượng HCl tăng có nhiều H+ công vào mạch tinh bột, tinh bột bị phân cách nhiều, số lượng gốc glucozơ có mạch tinh bột giảm Vì vậy, mức độ trùng hợp giảm Cịn thời gian biến hình dài H+ có điều kiện để xâm nhập tái xúc tác vào vị trí bên mạch tinh bột nên mức độ phân cắt cao Pn giảm, nên số lượng mạch ngắn tăng, tức khối lượng phân tử tinh bột giảm, làm dễ dàng chuyển dịch mạch dài nên khả

năng khuyếch tán vào nước dễ hòa tan tốt

Mức độ phân cắt tinh bột khác khác nhau, tinh bột sắn đạt Pn thấp

Tinh bột sắn biến hình có độ hịa tan cao trình biến hình, Pn giảm nhanh nên mạch ngắn tăng nhiều, kích thước phân tử nhỏ nên khả

năng khuyếch tán dễ hòa tan nước

b)Vi ảnh tinh bột biến hình qua kính hiển vi điện tử qt:

Tinh bột thực phẩm

Hình 4.15 Vi ảnh tinh bột ngơ 300C, nồng độ 5%, độ phóng đại 3000X

Hình 4.16 Vi ảnh tinh bột ngô 500C, nồng độ 5%, độ phóng đại 3000X

Tinh bột thực phẩm

Hình 4.18 Vi ảnh tinh bột ngô 650C, nồng độ 5%, độ phóng đại 2000X

Hình 4.19 Vi ảnh tinh bột ngơ 800C, nồng độ 5%, độ phóng đại 2000X

Hình 4.20 Vi ảnh tinh bột ngơ 850C, nồng độ 5%, độ phóng đại 2000X

Tinh bột thực phẩm Kích thước vi ảnh loại tinh bột biến hình tăng rõ rệt, mức độ biến hình tăng kích thước tăng

Giải thích: Các H+ xâm nhập vào vỏ khuếch tán tiến hành phân cắt phân tử tinh bột bên hạt Tạo phân tử ngắn hơn, số lượng phân tử mạch ngắn tăng làm tăng thể tích vi hạt Do kích thước vi hạt tinh bột tăng lên toàn mẫu

d Sự thay đổi nhiệt độ hồ hóa trình biến hình

Trong trình biến hình có thay đổi lớn cấu trúc mạch tinh bột làm cho nhiệt độ hồ hóa bị thay đổi.Nói chung tinh bột có mức độ phân cắt cao nhiệt độ hồ hóa cao

Giải thích: Khi bị phân cắt thành phân tử nhỏ hơn, mạch ngắn không đồng Do mạch phân tử tinh bột biến hình có kích thước ngắn nên dễ dàng xắp sếp chặc chẽ làm cản trở q trình hydrat hóa trương nở tinh bột Mặc khác lúc hạt, mức độ có trật tự mixen tăng lên, mạch tinh bột nằm vùng vơ định hình bị thủy phân nên mixen liên kết với nhau, tạo mảng mạch lớn làm nhiệt độ hồ hóa tăng lên

4.2.2 Biến hình tinh bột bằng kiềm

Trong môi trường kiềm, tinh bột hịa tan dễ kiềm làm ion hóa phần làm cho hydrat hóa tốt Kiềm phá hủy tinh bột từđầu nhóm cuối khử thơng qua dạng enol Sự phá hủy kiềm xảy ngẫu nhiên mạch có mặt oxi có gia nhiệt Sản phẩm bánh gio kết biến hình tinh bột kiềm dựa ngun lí Trong thực tế

người ta thường xử lí hạt gạo nếp hỗn hợp oxyt kim loại nước tro có tính kiềm vừa phải hài hịa (trong thành phần nước tro thường có oxyt K2O, Na2O, MgO, CaO, Fe2O3 Sau gói lại nấu Sản phẩm thu

được có trạng thái đồng thể,nhuyễn, mịn, dai, dẻo mà có màu nâu

Tinh bột thực phẩm 4.2.3 Biến hình tinh bột bằng oxi hóa

- Thơng thường tinh bột oxi hóa hypoclorit Cho dung dịch Natrihypoclorit có chứa 5-10% clo tự (hoặc nước javel) vào huyền phù tinh bột có nồng độ 20-240Be có pH= 8-10 (bằng cách thêm NaOH lỗng, pH cao mức độ oxi hóa bị giảm) Khuấy nhiệt độ 210C đến 380C Sau đạt

được mức độ oxi hóa cần thiết (thường 4-6h) trung hịa huyền phù dịch tinh bột

đến pH= 6-6,5 Tách clo tự dung dịch natribisufit Rữa tinh bột nước, lọc sấy đến độẩm 10-12%

Nét đặc trưng tinh bột oxi hóa độ trắng: tinh bột trắng mức độ oxi hóa cao

Trong phân tử tinh bột oxi hóa tạo nhóm cacboxyl cacbonyl,

đồng thời xảy phân ly số liên kết D-glucozit, làm giảm kích thước phân tử

Nếu mức độ oxi hóa cao hạt q trình hồ hóa bị phá hủy hồn tồn tạo dung dịch suốt Nếu đưa lên bảng kính lớp hồ mỏng tinh bột oxi hóa để khơ thu màng mềm, dễ hịa tan

Tinh bột oxi hóa sử dụng để hồ bề mặt công nghiệp sản xuất giấy, để hồ sợi bông, sợi pha tơ nhân tạo công nghiệp dệt, chất làm đặc công nghiệp thực phẩm

Bảng 4.1.Tiêu hao chất oxi hóa (kg/ 1tấn chất khô tinh bột )

Tinh bột Chất oxi hóa HCl (khí ) NaOH (tinh thể) Na2CO3

KBrO3 2,6-8,9 2,9-8,9

KMnO4 12 13,2

Ca(ClO)2 4H2O 10 1,1

Tinh bột thực phẩm

Tinh bột thực phẩm

4.2.4 Nghiên cứu biến hình tinh bột bằng phương pháp oxi hóa Với tác nhân oxi hóa NaOCl chứa 6% Clo tự