Nghiên cứu sản xuất maltodextrin bằng phương pháp biến tính tinh bột sắn bằng axit

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA HÓA HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN BẰNG PHƢƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT SẮN BẰNG AXIT GVHD : TS Trần Đình Quang SVTH : Đồn Thị Thảo Vinh, tháng 12/ 2010 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc đồ án này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên TS Trần Đình Quang giao đề tài, hết lòng hƣớng dẫn, bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quí báu cho em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn Đào Thị Thanh Xn tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho em q trình làm thí nghiệm Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Vinh, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, thầy cô giáo cô kỹ thuật viên phịng thí nghiệm khoa Hố hết lịng tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Trong q trình hồn thành đề tài em cố gắng nhiều, nhƣng thời gian có hạn nên đề tài em tránh khỏi sai sót Vì em mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài em đƣợc hoàn thành tốt Sinh viên: Đồn Thị Thảo TĨM TẮT Biến hình tinh bột phƣơng pháp axit có từ lâu Trong cơng nghệ phƣơng pháp bộc lộ nhiều nhƣợc điểm nhƣ ăn mịn thiết bị, sản phẩm nhiều có màu có vị mặn Tuy nhiên, với cơng nghệ thiết bị đại ngày khắc phục nhƣợc điểm nói Ƣu điểm bật phƣơng pháp sản xuất với suất lớn mà khơng gặp khó khăn vấn đề chất xúc tác, hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm, dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất, thu đƣợc tinh bột biến hình có mức độ phân cắt cao theo yêu cầu ứng dụng cụ thể Để sản xuất maltodextrin phƣơng pháp hố học thơng thƣờng ngƣời ta sử dụng nhiệt độ từ 10-60° C để biến hình tinh bột, biến hình nhiệt độ thấp phải sử dụng thiết bị hạ nhiệt độ nên thiết bị phức tạp, tốn chi phí Nhƣng biến hình nhiệt độ cao gây tƣợng hồ hoá tinh bột, ngồi cịn tốn lƣợng để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị phức tạp… Phƣơng pháp biến hình nhiệt độ phòng ( 25°C) cho ta tiết kiệm lƣợng thiết bị, dễ dàng sản xuất quy mơ lớn Vì vậy, đồ án trình bày kết nghiên cứu sản xuất mattodextrin phƣơng pháp biến hình tinh bột sắn nhiệt độ 25° C 50° C môi trƣờng nƣớc môi trƣờng Ancol (Methanol) Bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm tối ƣu hố tìm đƣợc thơng số công nghệ tốt để sản xuất maltodextrin phƣơng pháp axít MỤC LỤC Đề mục LỜI CÁM ƠN TĨM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN I.1 Cấu tạo tính chất tinh bột Trang i ii iii iv 3 I.2 Tinh bột sắn tính chất tinh bột sắn I.3 Qui trình sản suất tinh bột sắn 10 11 I.4 Sự biến hình tinh bột I.5 Ứng dụng maltodextrin 16 31 PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 II.1 Đối tƣợng địa điểm nghiên cứu 37 II.2 Phƣơng pháo nghiên cứu 37 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân tinh bột axít mơi trƣờng ancol 43 43 III.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân tinh bột axít mơi trƣờng nƣớc 46 III.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân tinh bột axít HCl nhiệt độ phòng (25°C) phƣơng pháp QHTN TYT 23 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 55 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH Bảng 1.1 Nhiệt độ hồ hóa số loại tinh bột Bảng 2.1 Các tiêu chất lƣợng tinh bột sắn Trang 36 Bảng 3.1 Mức độ yếu tố nghiên cứu Bảng 3.2 Kết xác định số DE tinh bột sắn 52 52 Hình 1.1 Tinh bột sắn 1500X Hình 1.2 Tinh bột sắn 3500X Hình 1.3 Cấu tạo tinh bột 4 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Một phần cấu trúc amilose Một phần cấu trúc amilopectin Phản ứng thủy phân tinh bột Qui trình sản xuất tinh bột sắn 12 Hình 1.8 Qui trình sản xuất tinh bột sắn mơi trƣờng ancol 19 Hình 1.9 Qui trình sản xuất tinh bột sắn mơi trƣờng nƣớc Hình 1.10 Qui trình biến hình tinh bột theo phƣơng pháp oxi hóa Hình 1.11 Qui trình biến hình tinh bột theo phƣơng pháp xử lí tổ hợp Hình 1.12 Các giai đoạn biến đổi enzym tham gia việc chế tác sản phẩm thủy phân tinh bột 19 20 22 Hình 1.13 Sản phẩm maltodextrin Hình 1.14 Sơ đồ phụ thuộc maltodextrin vào số DE Hình 1.15 Qui trình sản xuất chè hịa tan có sử dụng chất phụ gia Maltodextrin Hình 2.1 Sơ đồ qui trình chuẩn bị mẫu tinh bột biến hành Hình 2.2 Sơ đồ qui trình chọn mẫu mơi trƣờng axít Hình 2.3 Cân phân tích độ ẩm Model MB-45 Hình 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến số DE môi trƣờng methanol Hình 3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng axít đến số DE mơi trƣờng methanol Hình 3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE mơi 30 31 trƣờng Methanol Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian biến hình đến số DE môi trƣờng Methanol 25 33 38 39 39 43 44 45 44 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ axit đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55° C Hình 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55o C Hình 3.7 Ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến số DE mơi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55o C Hình 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ axít đến dố DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25°C 47 48 48 50 Hình 3.9 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25o C 50 Hình 3.10 Ảnh hƣởng thời gian biến hình đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25o C 51 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tinh bột sắn đƣợc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp chất kết dính, dƣợc phẩm, cơng nghiệp thực phẩm Trong bối cảnh hội nhập kinh tế toàn cầu kinh tế mà việc cải tiến công nghệ, nâng cao chất lƣợng sản phẩm yêu cầu thiết doanh nghiệp Đối với nhà sản xuất tinh bột sắn, việc đầu tƣ sản xuất sản phẩm từ tinh bột sắn đòi hỏi thiết, không làm cho tinh bột sắn ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi mà nâng cao chất lƣợng tinh bột sắn để đáp ứng nhu cầu ngƣời tiêu dùng, cải thiện đời sống ngƣời trồng sắn, từ tạo động lực cho phát triển xã hội Vì mà sản phẩm từ tinh bột sắn không ngừng đƣợc sản xuất phát triển ngày Nƣớc ta có nguồn tinh bột sắn dồi nhất, chúng đƣợc trồng khắp ba miền đất nƣớc Với đặc tính dễ trồng, sản lƣợng cao, đầu tƣ nên tinh bột sắn tƣơng đối rẻ so với loại tinh bột khác nhƣ tinh bột ngô, khoai tây Nếu sử dụng nguồn tinh bột sắn tự nhiên khả ứng dụng cịn hạn chế, đặc biệt cơng nghiệp thực phẩm Để đa dạng hoá ứng dụng tinh bột sắn vào sản phẩm thực phẩm cần dùng phƣơng pháp nhằm làm thay đổi tính chất tinh bột tự nhiên, phƣơng pháp gọi phƣơng pháp biến hình tinh bột Tinh bột bị biến hình tác nhân vật lí, hố học, sinh học làm cho mạch tinh bột bị cắt ngắn đi, đƣợc nối dài thêm đƣợc xếp lại không gian tăng độ nhớt Từ ứng dụng vào sản phẩm thích hợp Maltodextrin sản phẩm tinh bột biến tính dƣới tác nhân hoá học (acid) sinh học (enzyme) Đối với phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp biến tính hiệu hơn, sử dụng enzyme làm tác nhân gây biến tính nhƣng chi phí tốn thiết bị phức tạp Phƣơng pháp biến hình tinh bột axit khắc phục nhƣợc điểm phƣơng pháp enzyme Vì đề tài đề cập đến phƣơng pháp biến hình tinh bột phƣơng pháp axit để sản xuất maltodextrin.nhằm làm cho tinh bột có nhiều tính chất nhƣ: tăng độ nở, độ dai… 2.Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 2.1 Ý nghĩa khoa học Có thể tin có tiềm lớn việc sử dụng phƣơng pháp độc phát triển thêm loại tinh bột có giá trị cao điều kiện có thúc đẩy thêm khoa học, nhƣ lôi ngƣời tiêu dùng Tinh bột biến hình axit đƣợc biết sớm vào năm 1811, cơng nghệ có nhƣợc điểm nhƣ ăn mịn thiết bị, sản phẩm có màu, có vị mặn, tạo nhiều sản phẩm khó tinh Tuy có nhƣợc điểm nhƣng phƣơng pháp lại có khơng ƣu điểm nhƣ suất cao, dùng hóa chất dễ kiếm, rẻ tiền, dễ tự động dây chuyền sản xuất Hơn nữa, với công nghệ ngày đại khắc phục đƣợc nhƣợc điểm phƣơng pháp Quy trình cơng nghệ chế tạo Maltodextrin có khả đƣa sản xuất cơng nghiệp Ngoài ra, hƣớng nghiên cứu sản xuất Maltodextrin từ thủy phân tinh bột sắn sống hƣớng tiết kiệm đƣợc chi phí sản xuất đơn giản công nghệ 2.2.Ý nghĩa thực tiễn Sản phẩm maltodextrin sản phẩm tạo từ tinh bột sắn, có tính chất khác biệt so với tinh bột sắn Từ ứng dụng cách có hiệu sản xuất sản phẩm thực phẩm Maltodextrin đa dạng hoá thêm ứng dụng tinh bột sắn sản xuất công nghiệp nhƣ đáp ứng đƣợc nhu cầu ngƣời tiêu dùng Mục tiêu nội dung đề tài 3.1 Mục tiêu đề tài: - Tìm hiểu phƣơng pháp tạo maltodextrin từ sắn phƣơng pháp axít - Xác định yếu tố ảnh hƣởng lên trình tạo maltodextrin phƣơng - pháp axít Xây dựng phƣơng trình hồi qui ảnh hƣởng yếu tố nói Tối ƣu hóa q trình biến hình tinh bột phƣơng pháp axít 3.2 Nội dung đề tài - Tìm hiểu phƣơng pháp biến hình tinh bột - Tìm yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân tinh bột axít - Tìm Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân tinh bột axít HCl nhiệt độ phịng (25°C) phƣơng pháp QHTN TYT 23 - Tối ƣu hóa điều kiện trình biến hình tinh bột phƣơng pháp axit nhiệt độ 25°C môi trƣờng nƣớc PHẦN I TỔNG QUAN I.1 Cấu tạo tính chất tinh bột I.1.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột [1] Tinh bột (Hình 1.1) polysaccarit chủ yếu có hạt, củ, thân Đặc biệt có nhiều loại củ nhƣ khoai tây, sắn, củ mài Một lƣợng đáng kể tinh bột có loại nhƣ chuối nhiều loại rau Tinh bột có nhiều loại lƣơng thực, đó, loại lƣơng thực đƣợc coi nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dạng thành phần hóa học tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt Tinh bột chất riêng biệt, bao gồm hai thành phần amiloza amilopectin Hai chất khác nhiều tính chất lí học hóa học Dựa vào khác phân chia đƣợc hai thành phần để điều chế dạng tinh khiết Các phƣơng pháp để tách xác định hàm lƣợng amiloza amilopectin là: - Chiết rút amiloza nƣớc nóng Hình 1.1 Tinh bột sắn 1500X [1] Kết tủa amiloza rƣợu Hấp thụ chọn lọc amiloza xenlulozơ Tinh bột loại polysaccarit khối lƣợng phân tử cao gồm đơn vị glucozơ đƣợc nối liên kế α- glycozit, có cơng thức phân tử (C6H10O5)n, từ vài trăm đến triệu đơn vị Tinh bột giữ vai trị quan trọng cơng nghiệp thực phẩm tính chất hóa lí chúng Tinh bột thƣờng dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng tác nhân làm bền keo nhũ tƣơng, nhƣ yếu tố kết dính làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm Ngoài ra, tinh bột cịn nhiều ứng dụng dƣợc phẩm, cơng nghiệp dệt, hóa dầu Trong thực vật, tinh bột thƣờng có mặt dƣới dạng khơng hồ tan nƣớc - - Có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống: Hệ thống tinh bột hạt cốc Hệ thống tinh bột hạt họ đậu - Hệ thống tinh bột củ Hạt tinh bột (Hình 1.2) tất hệ thống nêu có dạng hình trịn, hình bầu dục, hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn bé hạt tinh bột thóc Kích thƣớc hạt khác dẫn đến tính chất lí khác nhƣ nhiệt độ hồ hoá, khả hấp thụ xanh metylen Có thể dùng phƣơng pháp lắng để phân chia hệ thống tinh bột đoạn có kích thƣớc đồng để nghiên cứu Tinh bột sắn có dạng hình cầu, hình trứng hình mũ, có số hạt trũng Hình 1.2 Tinh bột sắn 3500X [1] I.1.2 Thành phần hóa học tinh bột [1] Tinh bột hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác (Hình 1.3): amiloza amilopectin Tỉ lệ amiloza / amilopectin xấp xỉ 1/4 Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp ngô nếp) gần nhƣ 100% amilopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lƣợng amiloza chiếm Hình 1.3 Cấu tạo tinh bột [1] dƣới 50% Tỉ lệ thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ cách chăm bón I.1.2.1 Thành phần cấu trúc amiloza [1] Trong vi hạt, tinh bột tồn dƣới dạng hạt có kích thƣớc khoảng từ 0,02-0,12 nm Hạt tinh bột tất hệ có dạng hình trịn, hình bầu dục hay hình đa diện Cấu tạo kích thƣớc hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt nhƣ trình sinh trƣởng Cấu tạo bên vi hạt tinh bột phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, lớp có lẫn lộn amiloza dạng tinh thể amilopectin 10 mất, dung dịch suốt không màu khoảng 30 giây chuyển sang màu vàng rơm nhạt ferrocyanuare Trong trƣờng hợp khó nhận biết điểm chuyển màu, kiểm tra điểm kết thúc cách nhỏ giọt thị methylen blue giọt đƣờng thừa làm màu xanh cho biết phản ứng kết thúc Kết lần chuẩn độ có giá trị tham khảo cho lần chuẩn độ thứ 2, lần sau đun sôi dung dịch ferrycyanuare, xả nhanh lƣợng đƣờng (theo kết lần chuẩn độ trƣớc), lại khoảng dƣới ml để chuẩn độ tiếp tìm xác điểm cuối - Kết tính tốn sử dụng cho lần chuẩn độ thứ trở - Thí nghiệm tƣơng tự dung dịch chuẩn dung dịch glucoza 0,5% II.2.3.5 Cách tính kết - Chỉ số DE: K DE = D Trong : D hàm lƣợng chất khơ có mẫu, % D = 100 - W (W độ ẩm mẫu, %) K hàm lƣợng glucoza xác định đƣợc, % K đƣợc xác định nhƣ sau: 0,5 × Vg × V ×100 K = 100 × Vk × m Vg thể tích dung dịch glucoza 0,5 % cho chuẩn độ,ml Vk thể tích dung dịc maltodextrin cho chuẩn độ, ml V thể tích bình định mức, ml m lƣợng mẫu thí nghiệm, gam II.2.4 Xác định hàm lượng tinh bột phương pháp thủy phân HCl 2% II.2.4.1 Dụng cụ - Bình tam giác 250ml - Pipet - Buret - Ống đong 100ml II.2.4.2 Hóa chất - Dung dịch ferixyanua kali 1,2% - Dung dịch HCl 2% - Dung dịch KOH 2,5 N - Dung dịch NaOH 10 % - Dung dịch xanh metylen 0,5 % II.2.4.3 Cách tiến hành thí nghiệm Cân gam tinh bột cân phân tích sau chuyển tồn vào bình tam giác bình cầu dung tích 250 ml, cho thêm 100ml HCl 2%, đậy nút 46 cao su nối với ống sinh hàn khí Lắc nhẹ đặt bình vào nồi đun cách thủy, đun tới sôi cho sôi 2h Mức nƣớc nồi phải cao mức nƣớc bình thủy phân, tồn lƣợng tinh bột biến thành glucoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng thêm vào 4-5 giọt metyl da cam, dùng NaOH 10% để trung hòa axit tới đổi màu Chú ý trung hòa làm lạnh đến nhiệt độ 30° C, nhiệt độ cao kiềm cục glucoza bị thủy phân, dẫn đến xác Trung hịa xong ta chuyển tồn vào bình định mức 250 ml, tráng bình thêm nƣớc cất tới ngấn bình đem lọc Dich đƣờng thu đƣợc xác định theo phƣơng pháp Graxianôp, ta tiến hành nhƣ sau: Dùng pipet lấy 20 ml dung dịch ferixyanua kali 1,2% cho vào bình tam giác 250 ml, thêm vào 50 ml dung dịch KOH 2,5 N - giọt metylen xanh , lắc nhẹ đạt bếp điện bếp ga, đun 1- phút sơi Tiếp dùng dung dịch đƣờng loãng để chuẩn tới màu xanh metylen Chú ý màu hỗn hợp chuyển từ xanh sang màu phớt hồng cuối màu vàng da cam kết thúc Nếu để nguội màu hỗn hợp trở lại tím hồng bị oxi hóa Khi hỗn hợp phản ứng cịn ferixianua kali nhỏ dịch đƣờng vào, đƣờng khử ferixyanua kali, vừa hết ferixyanua kali nhỏ giọt II.2.4.4 Cách tính kết đường thừa khử làm màu netylen xanh- chất thị phản ứng - Muốn xác định số a 20 ml ferixyanua kali ta phải chuẩn bị dung dịch glucoza tinh khiết, cân 0,5 g glucoza tinh khiết sấy đến khối lƣợng khơng đổi, hịa tan nƣớc cất cho vào bình định mức 100 ml, tráng nƣớc cất thêm đến ngấn bình Cân xác thao tác cẩn thận ta có dung dịch glucoza chuẩn Muốn xác định xem 20 ml ferixyanua kali tƣơng ứng với mg glucoza ta làm thí nghiệm nhƣ nhƣng dung dịch chuẩn dung dịch glucoza biết trƣớc nồng độ Hàm lƣợng tinh bột đƣợc xác định theo công thức sau: a  250  100 TB = × 0,9 % bm Trong đó: a: Số gam glucoza tƣơng ứng với 20 ml ferixyanua kali, b: Số ml dịch đƣờng tiêu hao định phân, m: Số gam tinh bột dùng để thí nghiệm, 0,9 : Hệ số chuyển đổi glucoza thành tinh bột 47 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN III.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thuỷ phân tinh bột axit mơi trƣờng ancol Nồng độ tinh bột, nồng độ axit, thời gian thuỷ phân, nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đáng kể đến trình biến hình tinh bột Để khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến số DE chúng tơi tiến hành thí nghiệm với mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị nhƣ sau: lấy 30 g tinh bột trộn với 100ml môi trƣờng sau thêm 15 ml HCl biến hình vòng 18 với mức nhiệt độ nhƣ sau: 10, 25, 35, 40 55° C Kết đƣợc thể đồ thị 3.1 DE (%) 10 25 35 40 55 Nhiet ( 0C) Hình 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến số DE môi trƣờng methanol Đồ thị 3.1 cho ta thấy, nhiệt độ tăng số DE tăng dần nhiệt độ cao xảy chuyển động nhiệt ion H+ mạch phân tử tinh bột gây khuyếch tán ion H+ toàn dung dịch công vào mạch phân tử tinh bột, làm liên kết phân tử bị đứt, toàn dung dịch chuyển sang trạng thái keo, lúc phân cắt mạch dễ dàng công ion H+ nên nhiệt độ tăng số DE tăng Tuy nhiên t° > 60º C xảy hồ hóa tinh bột Tốt nên thực biến hình nhiệt độ thấp nhiệt độ hồ hóa (từ 10 - 55°C) Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axít đến số DE chúng tơi tiến hành thí nghiệm với mẫu thí nghiệm nhƣ sau: - Thí nghiệm 1: Lấy 30g tinh bột hòa trộn với 100 ml methanol sau cho 5ml dung dịch HCl vào, thời gian biến hình 48 - Thí nghiệm 2: 30g tinh bột + 100ml methanol + 10ml dung dịch HCl biến hình vịng - Thí nghiệm 3: 30g tinh bột + 100ml methanol + 15ml dung dịch HCl biến hình vịng - Thí nghiệm 4: 30g tinh bột + 100ml methanol + 20ml dung dịch HCl biến hình vịng - Thí nghiệm 5: 30g tinh bột + 100ml methanol + 25ml dung dịch HCl biến hình vịng Kết đƣợc thể đồ thị 3.2 DE(%) 10 15 20 25 30 Ham luong HCl Hình 3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng axit đến số DE môi trƣờng methanol Đồ thị 3.2 cho ta thấy, hàm lƣợng axit tăng số DE tăng hàm lƣợng axit tăng có nhiều ion H+ công vào mạch tế bào nên phân cắt nhiều nên số DE tăng Để khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE tiến hành thí nghiệm với mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột khác 15g, 20g, 25g, 30g, 35g hịa trộn với 100ml mơi trƣờng methanol sau cho 15 ml dung dịch HCl vào để biến hình vịng Kết đƣợc thể đồ thị 3.3 Đồ thị 3.3 cho ta thấy 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 49 tiếp xúc ion H+ bé nên hiệu trình phân cắt mạch tinh bột giảm nên số DE giảm dần tăng nồng độ tinh bột DE (%) 15 20 25 30 35 Ham Luong Tinh Bot(g) Hình 3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE môi trƣờng methanol Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến số DE chúng tơi tiến hành thí nghiệm với mẫu đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột 30g hịa trộn với 100ml mơi trƣờng methanol sau cho 15ml dung dịch HCl và biến hình với khoảng thời gian khác là: 4, 5, 6, 7, Kết đƣợc biểu thị đồ thị 3.4 DE (%) 4 Thoi gian bien hinh ( Gio) Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian biến hình đến số DE môi trƣờng methanol 50 Đồ thị 3.4 cho ta thấy, thời gian biến hình dài số DE tăng 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 Qua nghiên cứu trên, ta thấy nồng độ tinh bột, nồng độ axit, thời gian biến hình nhiệt độ biến hình ảnh hƣởng đến số DE Biến hình mơi trƣờng ancol cho ta sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, dextrin đƣờng Trong môi trƣờng ancol nhƣ metanol, ancol có độ phân cực nhỏ nƣớc nên độ phân ly axít tham gia xúc tác nhỏ hơn; đó, phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn chậm so với mơi trƣờng nƣớc Vì vậy, điều 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 Tuy nhiên, biến hình mơi trƣờng ancol chi phí cao nên metanol không nên ứng dụng công nghiệp thực phẩm mà ứng dụng cơng nghiệp dệt, công nghiệp giấy hay làm chất độn khoan dầu mỏ III.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình thuỷ phân tinh bột axit môi trƣờng nƣớc Biến hình mơi trƣờng Ancol (methanol) cho ta sản phẩm maltodextrin trắng số DE cao nhƣng biến hình tinh bột mơi trƣờng methanol lại có nhƣợc điểm lớn nhƣ đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, sản phẩm sản xuất có giá thành cao Biến hình axít mơi trƣờng nƣớc khắc phục đƣợc nhƣợc điểm III.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thuỷ phân tinh bột axit môi trường nước nhiệt độ 55° C - Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axít đến số DE, chúng tơi tiến hành thí nghiệm với nồng độ axít khác 4%, 6%, 8% 10% đƣợc hòa trộn với 25g tinh bột, thời gian biến hình Kết đƣợc biểu diễn đồ thị 3.5 51 DE (%) 2 10 Nồng độ axit (%) Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ axit đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55° C Đồ thị 3.5 cho ta thấy, thời gian thủy phân khối lƣợng tinh bột, nồng độ axít tăng số DE tăng, tức khả thủy phân tinh bột lớn Đó nồng độ axít tăng có nhiều ion H+ cơng vào mạch tinh bột, làm tăng khả tiếp xúc tinh bột axít nên tinh bột bị phân cắt nhiều, số lƣợng gốc glucozơ có mạch tinh bột giảm Vì vậy, mức độ trùng hợp giảm số DE tăng lên Trong trình làm thí nghiệm, chúng tơi thấy nồng độ axít q cao sản phẩm có bị hóa nâu mạnh gây khó khăn việc sấy, sản phẩm tạo nhiều đƣờng nên sau sấy sản phẩm có màu nâu Vì sản xuất Maltodextrin khơng nên chọn nồng độ axit q lớn làm cho sản phẩm có màu nâu, gây độc gây ô nhiễm môi trƣờng - Để khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE, chúng tơi tiến hành thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột khác 15g, 20g, 25g, 30g, đƣợc hoà trộn với 40ml dung dịch HCl 8%, thời gian biến hình Kết đƣợc biểu diễn đồ thị 3.6 52 DE (%) 15 20 25 30 35 Hàm lương tinh bột (g) Hình 3.6 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55° C Đồ thị 3.6 cho ta thấy, nồng độ axit thời gian thủy phân, hàm lƣợng tinh bột cao số DE thấp Đó hàm lƣợng tinh bột tăng khả tiếp xúc mạch tinh bột axit giảm làm cản trở q trình thủy phân tinh bột nên số DE giảm, hàm lƣợng tinh bột thấp khả thủy phân tăng nên số DE tăng, nhƣng hiệu suất không cao, lại tốn lƣợng thiết bị, khơng kinh tế nên chọn khối lƣợng tinh bột khoảng 15-25 gam - Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian thuỷ phân đến số DE, tiến hành thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột 25g, đƣợc hoà trộn với 40ml dung dịch HCl 8%, thời gian thủy phân thay đổi mức 2, 4, 6, 10 Kết đƣợc biểu thị đồ thị 3.7 DE (%) 10 12 Thời gian thủy phân ( h) Hình 3.7 Ảnh hƣởng thời gian biến hình đến số DE mơi trƣờng nƣớc nhiệt độ 55° C 53 Đồ thị 3.7 cho thấy, thời gian thuỷ phân tăng số DE cao 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 lƣợng mạch ngắn tăng, tức khối lƣợng phân tử tinh bột giảm, làm dễ dàng chuyển dịch mạch dài nên khả khuyếch tán vào nƣớc dễ hịa tan tốt hơn, số DE tăng Lúc đầu tốc độ phản ứng xảy nhanh nhƣng sau tốc độ tăng chậm lúc đầu tinh bột có nhiều amylopectin, liên kết α-1,6-glucozit nằm vùng vơ định hình liên kết amyloza mạch dài nên dễ dàng tiếp xúc với axit Càng sau mạch tinh bột ngắn dần nên khả tiếp xúc mạch tinh bột axit giảm nên tốc độ thuỷ phân chậm Ngoài ra, q trình biến hình, thời gian dài có nhiều phân tử glucoza đƣợc tạo ra, làm cản trở tiếp xúc mạch tinh bột axit nên số DE sau tăng chậm Vì nên chọn thời gian thủy phân khoảng từ 6-8 Nhƣ vậy, chọn thông số kỹ thuật trình biến hình nhiệt độ 50°C là: khối lƣợng tinh bột từ 15-25g pha dung dịch axít có nồng độ dƣới 10% tiến hành thủy phân khoảng từ 6-8 Chúng tiếp tục khảo sát trình biến hình nhiệt độ phòng nhiệt độ 25°C III.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thuỷ phân tinh bột axít mơi trường nước nhiệt độ 25° C Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ axit đến số DE, chúng tơi tiến hành thí nghiệm, mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột 25g hòa trộn với 40ml dung dịch HCl nồng độ khác 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% thời gian thủy phân ngày Ta có kết đƣợc biểu diễn nhƣ đồ thị 3.8 54 DE (%) 4 10 Nồng độ axit (%) Hình 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ axit đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25°C Để khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đên số DE, mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột khác 15, 20, 25, 30, 35 g đƣợc hòa trộn với 40 ml dung dịch HCl 8%, thời gian thủy phân ngày Ta có kết đƣợc biểu diễn nhƣ đồ thị 3.9 DE(%) 15 20 25 30 35 40 Hàm lượng tinh bột (g) Hình 3.9 Ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25° C Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian thủy phân đến số DE, mẫu thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với khối lƣợng tinh bột 25g, hòa trộn với 40ml dung dịch HCl 8%, thời gian thủy phân đƣợc thay đổi 5, 6, 7, 8, 9, 10 ngày Kết qủa thí nghiệm đƣợc biểu diễn đồ thị 3.10 55 DE (%) 10 Thời gian biến hình ( ngày) Hình 3.10 Ảnh hƣởng thời gian biến hình đến số DE môi trƣờng nƣớc nhiệt độ 25°C Nhận xét: Từ kết nghiên cứu cho thấy: + Trong phƣơng pháp biến hình 25°C (nhiệt độ phịng) 50°C yếu tố: nồng độ axit, khối lƣợng tinh bột, thời gian thuỷ phân ảnh hƣởng lớn đến số DE tức ảnh hƣởng đến khả thuỷ phân tinh bột Trong thời gian thuỷ phân nồng độ axit tăng số DE tăng Tuy nhiên, chúng tăng cao đến lúc đó, sau tăng chậm lại Còn hàm lƣợng tinh bột tăng số DE giảm + Qua khảo sát phƣơng pháp biến hình nhiệt độ 50°C nhiệt độ 25°C, nhiệt độ 25°C có ƣu điểm so với phƣơng pháp biến hình tinh bột 50°C nhƣ: có số DE cao hơn, nhiệt độ biến hình thấp, thƣờng nhiệt độ phịng nên thiết bị đơn giản, không tốn lƣợng tốn lƣợng để điều chỉnh nhiệt độ 25°C, q trình sản xuất đơn giản nên sản xuất theo qui mơ lớn dễ dàng Chính vậy, chúng tơi chọn phƣơng pháp biến hình nhiệt độ 25°C để nghiên cứu III.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình biến hình axit HCl nhiệt độ phòng (25°C) phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm TYT 23 Để nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột, nồng độ axít thời gian biến hình đến trình biến hình tinh bột axit HCl 25°C ta chọn mức sau: Hàm lƣợng tinh bột 20 - 30g; Nồng độ axit 5- 9%; Thời gian biến hình 6-8 ngày Nếu chọn cao hơn, thực tế thí nghiệm thấy sản phẩm 56 tạo màu nâu mạnh khó tinh sạch, chọn thấp thời gian kéo dài, tốn chi phí, suất thấp (Bảng 3.1) Bảng 3.1 Mức độ yếu tố nghiên cứu Các yếu tố Các mức X1 (g) Mức sở (z0j) 25 Khoảng biến thiên (zj) Mức (zmax) 30 + + + Mức dƣới (zmin ) 20 - - - Không thứ Không thứ X3 Không thứ X2 (%) nguyên nguyên (Ngày) nguyên 7 Chọn phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm TYT23 để lập phƣơng án thí nghiệm Trong X1, X2, X3 hàm lƣợng tinh bột, hàm lƣợng axít, thời gian biến hình Thiết lập mơ hình thí nghiệm thí nghiệm theo mơ hình Kết đƣợc thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết xác định số DE tinh bột sắn biến hình theo phƣơng pháp axit nhiệt độ phịng theo mơ hình thí nghiệm TYT 23 TT Z1 Z2 Z3 X0 X1 X2 X3 Y 20 30 20 5 6 + + + + - + - 5.239 5.411 6.248 30 20 30 20 5 8 + + + + + + - + + + + + 5.974 5.761 5.560 6.952 30 + + + + 6.831 Trong x1, x2, x3 biến mã khối lƣợng tinh bột, nồng độ axít, thời gian biến hình tinh bột hệ mã hóa, y số thực nghiệm DE thu đƣợc biến hình tinh bột Bằng cách sử dụng cơng thức tính phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm [8], qua việc kiểm định mức ý nghĩa hệ số, qua kiểm định phù 57 hợp phƣơng trình với thực nghiệm, kết bảng 3.2 đƣợc mô tả phƣơng trình hồi quy nhƣ sau: Y= b0+ b1x1 +b2x2 +b3x3 + b13x1x3 + b23x2x3 [8] Trong N bj = ∑ xjiyi [8] N i Từ kết tính tốn ta có phƣơng trình sau: Y= 5,977 – 0,053x1 +0,504x2 +0,279x3 – 0,0275x1x3 + 0,112x2x3 Từ phƣơng trình cho ta thấy rằng, hàm lƣợng tinh bột, thời gian biến hình, nồng độ axit ảnh hƣởng nhiều đến số DE Trong đó, hàm lƣợng tinh bột tỉ lệ nghịch với số DE, thời gian thuỷ phân nồng độ HCl tỉ lệ thuận với DE Điều phù hợp với thực nghiệm Từ phƣơng trình hồi qui tuyến tính xác định đƣợc số DE tinh bột biến hình mặt lý thuyết thay đổi điều kiện nhƣ khối lƣợng tinh bột, thời gian biến hình, nồng độ axit cách dễ dàng Điều có ý nghĩa quan trọng thực tế sản xuất Để tìm thơng số cơng nghệ tốt nhằm thu đƣợc DE tinh bột biến hình cao nhất, tiến hành tối ƣu phƣơng pháp tìm cực trị cách giải phƣơng trình chƣơng trình Excel solver Kết thu đƣợc: Ymax = 6,9525 điều kiện x1 = -1 tức biến thực X1 = 20 x2 = tức biến thực X2 = x3 = tức biến thực X3 = X1, X2, X3 lần lƣợt hàm lƣợng tinh bột (g), thời gian thủy phân (giờ), hàm lƣợng axit (%) 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết thực nghiệm cho thấy hàm lƣợng tinh bột, thời gian biến hình nồng độ axit ảnh hƣởng nhiều đến số DE, hàm lƣợng tinh bột tỷ lệ nghịch, thời gian thuỷ phân nồng độ HCl tỉ lệ thuận với số DE Bằng phƣơng pháp qui hoạch thực nghiệm TYT 23, phƣơng trình hồi qui mơ tả ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh bột, thời gian biến hình nồng độ axit HCl nhiệt độ 25°C (tƣơng đƣơng với nhiệt độ phòng) đến số DE maltodextrin đƣợc xác định là: Y= 5,977 – 0,053x1 +0,504x2 +0,279x3 – 0,0275x1x3 + 0,112x2x3 Trong x1, x2, x3 biến mã khối lƣợng tinh bột, nồng độ axít, thời gian biến hình tinh bột hệ mã hóa, y số thực nghiệm DE thu đƣợc biến hình tinh bột Tối ƣu hóa phần mềm Excel-solver tìm đƣợc điều kiện tốt trình biến hình tinh bột phƣơng pháp axít nhiệt độ 25°C (nhiệt độ tƣơng đƣơng với nhiệt độ phịng) mơi trƣờng nƣớc khối lƣợng tinh bột 20g, thời gian biến hình giờ, hàm lƣợng axít 8% ta thu đƣợc số DE lớn 6,9525 Kiến nghị Do thời gian nghiên cứu hạn chế, nghiên cứu đƣợc sản xuất maltodextrin tinh bột sắn chƣa nghiên cứu đƣợc sản xuất maltodextrin loại nguyên liệu khác nhƣ sắn dây, khoai lang, ngô, củ huỳnh tinh… Đề nghị tiếp tục nghiên cứu thêm sản xuất maltodextrin loại nguyên liệu khác Đề nghị sử dụng phƣơng pháp biến hình tinh bột axit kết nghiên cứu cho thấy phƣơng pháp sản xuất với suất lớn mà khơng gặp khó khăn vấn đề chất xúc tác, hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm, dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất, thu đƣợc tinh bột biến hình có mức độ phân cắt cao theo u cầu ứng dụng cụ thể thu đƣợc sản phẩm nhƣ mong muốn Do q trình làm thí nghiệm chƣa có máy sấy phun nên kết đạt đƣợc không nhƣ mong muốn đề nghị tiếp tục nghiên cứu có sử dụng máy sấy phun 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Hoàng (2004) Tinh bột thực phẩm Nhà xuất Đại học Đà Nẵng Trần Thị Bích Lam, Tơn Nữ Minh Nguyệt, Đinh Trần Nhật Thu (2004) Thí nghiệm Hóa sinh thực phẩm Nhà xuất ĐHQG TPHCM Bùi Đức Hợi (chủ biên), Lê Hồng Khanh, Mai Văn Lề, Lê Thị Cúc, Hoàng Thị Ngọc Châu, Lê Ngọc Tú, Lƣơng Hồng Nga ( 2007) Kĩ thuật chế biến lương thực thực phẩm Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội Hồng Kim Anh, Ngơ Kế Sƣơng, Nguyễn Xích Liên (2004) Tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Ngô Tiến Hiển (2006) Báo cáo tổng kết khoa học kĩ thuật, Hồn thiện cơng nghệ thiết bị sản xuất ứng dụng maltodextrin từ tinh bột sắn, ngô sản xuất thực phẩm dược phẩm.Viện Công nghệ thực phẩm Phạm Thị Mỹ Yên (2008) Công nghệ sản xuất maltodextrin Đồ án cao đẳng Trƣờng cao đẳng Lƣơng thực thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đình Thƣởng (2005) Cơng nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Nguyễn Minh Tuyển, Phạm Văn Thun (2005) Kĩ thuật cơng nghệ hệ thống hóa học Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Trƣơng Thị Minh Hạnh (2008), Tạp chí khoa học công nghệ3.58-65 10 http://en.wikipedia.org/wiki/Amylose (05/04/2007) 11 http://tailieuhay.com/chi-tiet-tai-lieu/nghien-cuu-bien-tinh-tinh-bot-bang-cacphuong-phap-hoa-hoc-64trang/1396.html (7/11/2009) 60 ... QUAN I.1 Cấu tạo tính chất tinh bột Trang i ii iii iv 3 I.2 Tinh bột sắn tính chất tinh bột sắn I.3 Qui trình sản suất tinh bột sắn 10 11 I.4 Sự biến hình tinh bột I.5 Ứng dụng maltodextrin 16... học, tinh bột bị thay đổi tính chất Tinh bột sắn bị biến tính nhiều loại hố chất khác Dựa vào chất biến đổi sảy phân tử tinh bột, ngƣời ta chia tinh bột biến tính hóa chất thành loại là: tinh bột. .. cịn gọi tinh bột chlorinate loại tinh bột biến tính đƣợc sản xuất nhiều từ tinh bột sắn Các tính chất tinh bột sắn oxy hóa nhận đƣợc phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Thơng thƣờng tinh bột đƣợc