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 (C6H10O5)n.H2O 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 đƣợc. Sản phẩm có thể ở dạng bột màu trắng hoặc dạng dung dịch đậm đặc. Maltodextrin đƣợc thừa nhận là phụ gia cho thực phẩm và dƣợc phẩm an toàn cho ngƣời dùng trực tiếp. Đặc tính hóa lý tăng, giảm phụ thuộc vào chỉ số DE đƣợc 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
DE 0 5 10 15 20
Mức độ kết tinh Giảm dần
Phản ứng hóa nâu Tăng dần
Ức chế điểm hóa đông Tăng dần
Tính hút ẩm Tăng dần
Tính thẩm thấu Tăng dần
Ức chế tăng trƣởng tinh thể Giảm dần
Khả năng hòa tan Tăng dần
Độ ngọt Tăng dần
Khi thủy phân tinh bột ta thu đƣợc các hỗn hợp sản phẩm gồm các dextrin, maltose và glucose. Đƣơng lƣợng Dextrose Equivalent viết tắt là DE là chỉ số biểu thị mức độ thủy phân hoàn toàn của tinh bột, đƣợc xác định bằng số nhóm OH glucoside đƣợc giải phóng, hay là số gam tƣơng đƣơng D-glucose trong 100gam chất khô của sản phẩm. Mức độ thủy phân tinh bột thƣờng đƣợc 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 thƣờng gặp một số khó khăn nhƣ dung dịch sau thủy phân còn chứa một lƣợng tinh bột chƣa biến tính nên còn mùi tinh bột, hàm lƣợng các dextrin mạch lớn cao làm sản phẩm không tan hoàn toàn, dung dịch thu đƣợc đục, dễ lại bột (thoái hóa), sản phẩm nhiều khi ngọt hơn mức độ yêu cầu trong một số ứng dụng nhƣng lại có độ nhớt cao, khó lọc và tẩy màu, khó đƣa 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 (thƣờng >10) [1].
Nguyên nhân của những hạn chế trên là do chất lƣợng nguyên liệu tinh bột ban đầu kém và hiệu quả thủy phân của enzyme thấp, do ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ nhƣ nhiệt độ hồ hóa thấp, tinh bột chƣa hồ hóa hoàn toàn d n đến quá trình thủy phân kém làm giảm chất lƣợng sản phẩm, hay ảnh hƣởng của pH tới độ nhớt gây khó khăn cho quá trình tinh lọc sản phẩm [1], [57].
1.2.2. Yêu cầu chất lƣợng của sản phẩm maltodextrin
Maltodextrin thu đƣợc 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].
Maltodextrin Tính chất
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 lƣợng 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 lƣợng 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 lƣợng glucose 1,3-1,6%, maltose 4,8-5,8% chất khô
Theo QCVN 4-18:2011/BYT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phụ gia thực phẩm - nhóm chế phẩm tinh bột, yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm cuối cùng của loại tinh bột biến tính tinh bột xử lý bằng acid có pH=4,8-7.
Bảng 1.8. Tiêu chuẩn chất lƣợng của sản phẩm maltodextrin dạng bột [1] Thành phần
(số g trong 100g sản phẩm)
Theo tiêu chuẩn của Grain Processing Corporation
Gluxid 94,5
Độ ẩm 5,0
Tổng protein, lipid, xơ, tro Nhỏ hơn 0,4
Tính chất vật lý: Sản phẩm dạng bột hoặc hạt mịn màu trắng. Độ hòa tan* của sản
phẩm Maltrin M100 DE10 của Grain Procesing Co. là 75 giây.
Các chỉ tiêu vi sinh:
Tổng vi khuẩn hiếu khí 100 CFU/1g max
Nấm mốc 50 CFU/1G max
Nấm men 50 CFU/1G max
Escherichia coli Không có
Salmonella Không có
* Độ hòa tan đƣợc tính bằng thời gian hòa tan hoàn toàn sản phẩm dạng bột trong nƣớc tới nồng độ 5% (w/w) ở nhiệt độ thƣờng.
Maltodextrin dạng dung dịch đậm đặc nếu không xử lý với chất bảo quản rất dễ bị nhiễm khuẩn, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở nƣớc ta. Sử dụng acid sorbic nồng độ 0,06-0,08% có thể giúp bảo quản maltodextrin trong thời gian dài mà không nhiễm nấm men và vi khuẩn gây bệnh.
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ HÒA TAN 1.3.1. Sản phẩm cà phê hòa tan 1.3.1. Sản phẩm cà phê hòa tan
Cà phê hòa tan là sản phẩm đƣợc sản xuất từ cà phê rang xay (bột không tan) theo quy trình công nghệ đƣợc thể hiện ở Hình 2.8 và sản phẩm này có các đặc tính là: [31], [39], [40].
Màu vàng nâu (nâu nhạt).
Hƣơng thơm đặc trƣng của cà phê rang, không có mùi hôi, mốc, khét và không có mùi lạ.
Vị đắng dịu, hậu ngọt.
Chất lƣợng sản phẩm cà phê rang xay đƣợc đánh giá qua các đặc trƣng (độ đậm/nhạt), vị, màu sắc, độ sánh và hƣơng thơm của nó. Tuy nhiên, chất lƣợng của cà phê rang xay đƣợc thể hiện rõ nhất qua hƣơng thơm, do đó chỉ bằng việc thử nếm để
xác định hƣơng thơm của sản phẩm là chúng ta có thể đánh giá đƣợc chất lƣợng của nó. Từ đó sớm tìm ra nguyên nhân gây nên khuyết tật ở khâu nào trong quá trình sản xuất, bảo quản và đƣa ra biện pháp khắc phục kịp thời.
Bảng 1.9. Yêu cầu về thành phần cà phê hòa tan [27]
Tiêu chuẩn Đơn vị đo Cà phê hòa tan Cà phê hòa tan loại cafein
Độ ẩm (% w/w) Tối đa 6.0 Tối đa 6.0
Hàm lƣợng cafein (% w/w trên khối lƣợng chất khô)
2-6 Tối đa 0.3
Tro (% w/w trên khối
lƣợng chất khô) 6.0-15.0 6.0-15.0 Chất rắn không tan trong nƣớc (% w/w trên khối lƣợng chất khô)
Tối đa 0.5 Tối đa 0.5
pH 4.7-5.5 4.7-5.5
Arsenic mg/kg Tối đa 0.1 Tối đa 0.1
Chì mg/kg Tối đa 0.3 Tối đa 0.3
Vi sinh vật gây bệnh Không có Không có
1.3.2. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học tùy theo phân tích ở nguyên liệu thô sản phẩm rang xay hoặc ở trong tách cà phê thành phẩm:
Hydratcacbon
Hàm lƣợng Hydratcacbon trong cà phê thƣờng từ 30-40%. Về lƣợng đây là nhóm thành phần cao nhất, chúng phần lớn là các loại polysacarit hòa tan hoặc không hòa tan trong nƣớc, ngoài ra còn là một phần nhỏ là đƣờng: saccarose, glucose, … Trong quá trình rang, các Hydratcacbon thay đổi nhiều, chúng có thể phân hủy thành các hợp chất khác nhau hoặc biến màu hầu nhƣ hoàn toàn nhƣ các chất đƣờng đã nói trên. Các polysaccaride không hòa tan trong nƣớc, chúng tạo nên thành tế bào ở hạt cà phê và sau khi trở thành bã cà phê [22].
Nước
Cà phê nhân có từ 10-31% nƣớc ở dạng không liên kết. Trong quá trình rang nƣớc bốc hơi và hàm lƣợng nƣớc tạm thời giảm xuống chỉ còn từ 1-2,5%, sau đó hàm lƣợng nƣớc sẽ tăng lên. Theo quy định của hầu hết các nƣớc tiêu thụ cà phê, hàm lƣợng nƣớc trong cà phê rang xay không đƣợc vƣợt quá 5%. Qua quá trình rang khối
lƣợng cà phê tùy theo hàm lƣợng nƣớc trong cà phê nhân sống và mức độ rang, có thể giảm từ 11-20%, có nghĩa là tùy theo cấp độ rang mỗi cân cà phê nhân bị mất đi từ 110-200 gram chất hữu cơ hoặc vô cơ kể cả nƣớc [22], [23].
Các chất béo
Trong cà phê nhân hàm lƣợng chất béo chiếm từ 10-13%. Cà phê chè Arabica, có nhiều chất béo so với cà phê vối Robusta. Trong quá trình rang các hợp chất béo hầu nhƣ không thay đổi và nếu tính theo tỷ lệ khối lƣợng thì hàm lƣợng chất béo tăng lên trong quá trình rang.
Chất béo tập trung chủ yếu ở thành tế bào trong hạt cà phê. Một bộ phận nhỏ là lớp sáp cà phê. Lớp này là một màng rất mỏng phủ xung quanh bề mặt hạt cà phê. Hai chất béo chủ yếu tạo thành dầu cà phê là triglyceride và diterpenester. Acid linolic và
acid palmitic là hai loại acid quan trọng nhất trong các acid béo [27].
Các aicd hữu cơ
Những đại diện quan trọng nhất của nhóm acid là các loại acid chlorogen. Đây là những loại acid đặc trƣng đối với cà phê, trong quá trình rang chúng sẽ bị phân hủy từ 30-70%. Hàm lƣợng của tất cả các loại acid trong cà phê nhân chiếm khoảng từ 4- 5% trong đó có các loại acid chlorogen chiếm phần chủ yếu [63].
Protein
Trong nhân cà phê có khoảng 11% protein tự nhiên, dƣới tác dụng của nhiệt độ cao trong quá trình rang, chúng bị phân hủy và một số đƣợc tái tạo lại và có mặt trong cà phê rang. Một số sản phẩm tạo ra từ sự phân hủy protein kết hợp với hydratcacbon và acid chlorogen tạo thành những hợp chất màu nâu [22].
Alcaloit
Alcaloit là những hợp chất tự nhiên chứa nitơ có ở trong một số loại cây nhất định. Trong nhóm này có cafein, trigonollin và các nicotin acid. Đối với cà phê thì hàm lƣợng cafein có thể có thể từ 0,8-2,5% tùy từng chủng loại. Trong quá trình rang hàm lƣợng cafein hầu nhƣ không thay đổi nhƣng hàm lƣợng trigonellin giảm 75%. Trong số các chất mới hình thành đáng kể nhất là niacin hay nicotin acid. Trong cơ thể con ngƣời chất này có tác dụng nhƣ một vitamin. Lƣợng niacin trong một tách cà phê đủ đáp ứng một phần mƣời nhu cầu về niacin của một ngƣời lớn trong ngày. Ngoài ra, trong cà phê còn có một lƣợng nhỏ theobromin và theophyllin, các hợp chất thƣờng có trong chè và hạt ca cao [71].
Chất khoáng
Hàm lƣợng khoáng chất trong một sản phẩm tự nhiên thƣờng biến động. Chủng loại cà phê, khu vực trồng cà phê, cấu tạo đất và phân bón tác động đến tỷ lệ khoáng chất. Nói chung trong cà phê nhân có khoảng 4% khoáng chất và 90% lƣợng khoáng chất này có mặt trong nƣớc cà phê, trong đó Kali chiếm một hàm lƣợng cao nhất, kế đó là Canxi, Magie và Photpho ở dạng muối phốt-phát. Hầu nhƣ các khoáng chất khác đều có mặt dƣới dạng vi lƣợng. Trong cà phê có hàm lƣợng kim loại nặng hoặc các chất tàn dƣ rất thấp [22], [27].
Chất thơm
Với hàm lƣợng cho tới 0,1% các chất thơm có thể bốc hơi thì cà phê rang là một trong những loại thực phẩm có hàm lƣợng chất thơm phong ph nhất. Những chất thơm này không có trong cà phê nhân mà ch ng chỉ hình thành trong quá trình xay. Các chất cho hƣơng và vị này cộng lại tạo nên hƣơng vị có một không hai của cà phê vì trong thực tế hầu nhƣ tất cả các loại sản phẩm thực vật khác ít nhiều đều có các hợp chất của cà phê, trừ chất cafein. Những công trình nghiên cứu đầu tiên về chất thơm đƣợc tiến hành cách đây 70 năm. Từ đó đến nay đã phát hiện 700 loại hợp chất thơm dễ bốc hơi khác nhau [22], [27].
Bảng 1.10. Thành phần hóa học của nguyên liệu cà phê rang xay [27]
Thành phần Hòa tan Không hòa tan
Cabonhydrat
Đƣờng khử
Đƣờng bị caramel
Hemixenluloza (có thể bị thủy phân)
Chất xơ (không thủy phân)
1.0 - 2.0 10.0 – 17.0 1.0 - - 0.0 – 7.0 14.0 22.0 Dầu - 15.0 Protein (N* 6.25) 1.0 – 2.0 11.0 Tro 3.0 1.0
Acid không bay hơi
cholorogenic
cafeic
quinic
A. oxalic, malic, xitric, tartaric
4.5 0.5 0.5 1.0 - - - -
Acid bay hơi 0.35 -
Trigonelline 1.0 -
Cafein (Arabica 1%, robusta 2%) 1.2 -
Phenolic 2.0 - Chất bay hơi CO2 Hƣơng và mùi Vết 0.04 2.0 - Tổng 27.0 – 35.0 75.0 – 65.0
Bảng 1.11. Thành phần hóa học về cà phê hòa tan [27]
Thành phần Tỷ lệ (%)
Cacbonhydrat 35.0
Dầu (cả acid béo) 0.2
Protein (aminoacid) 4.0
Tro (oxit) 14.0
Acid không bay hơi
A.chlorogenic A.cafeic/quinic Acid khác 4.5 1.4/1.4 3.0 Trigonelline 3.5 Cafein (arabica/robusta) 3.5/7.0 Phenolic 5.0
Bảng 1.12. Đặc điểm kỹ thuật của cà phê hòa tan [22]
Độ ẩm 2.0-3.0% Mùi vị Không có mùi vị lạ
hoặc mất mùi cà phê
Khối lƣợng riêng 270-290g/l pH 4.95-5.15
Cặn 0.1-0.5mg/100g Khả năng chảy 44-48ml
Bụi nổi Không có Thiếc <0.2mg/kg
Asen <0.2mg/kg Trực khuẩn đƣờng
ruột Không có
Độ tan <10
Từ cà phê ch ng ta cũng có thể sản xuất các sản phẩm khác nhƣ cà phê t i lọc, cà phê hòa tan, nƣớc cà phê cô đặc, nƣớc giải khát từ cà phê,… để đáp ứng thị hiếu của ngƣời tiêu dùng.
Do những đặc tính rất tiện lợi của cà phê hòa tan nhƣ dễ dàng pha đƣợc một tách cà phê thật đặc, khả năng hòa tan nhanh, không để lại bã thải rắn … nên cà phê hòa tan đƣợc sản xuất ngày càng nhiều, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hiện đại. Thị trƣờng Việt Nam xuất hiện nhiều sản phẩm cà phê hòa tan của nƣớc ngoài hay của các công ty trong nƣớc hoặc các công ty có vốn đầu tƣ nƣớc ngoài …
Maltodextrin đƣợc sử dụng trong chế biến các loại cà phê hòa tan nhƣ một chất kết dính giúp quá trình tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn. Nó cũng đƣợc sử dụng nhƣ
chất trợ sấy trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan bằng phƣơng pháp sấy phun. Maltodextrin cũng là những chất mang hƣơng vị tốt và là chất phát tán cho các đồ uống hỗn hợp một cách nhanh chóng.
Cà phê hòa tan có thể đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp sấy phun. Sau khi trích ly và cô đặc, dịch cà phê và dƣợc liệu có nồng độ chất khô khoảng 20% trƣớc khi đem đi sấy phun.
CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
2.1.1. Nguyên liệu chính
Tinh bột bắp
Tinh bột bắp đƣợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu có chất lƣợng tốt của Công Ty Cổ Phần Bột Thực Phẩm Tài Ký. Tinh bột bắp khô có độ ẩm 12%, không vón cục, đóng trong bao bì PE 150g/gói. Sản phẩm đƣợc sản xuất theo tiêu chuẩn ISO 9001:2000. Tinh bôt bắp mua về đƣợc bảo quản trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ phòng.
Hình 2.1. Tinh bột bắp
Cà phê rang xay
Nguyên liệu sử dụng cho quá trình nghiên cứu sản xuất cà phê hòa tan là cà phê rang xay từ hai loại cà phê Robusta và Arabica. Đây là sản phẩm của Công ty TNHH Đại Phát. Yêu cầu kỹ thuật của cà phê rang xay theo TCVN 5251 -90. Sản phẩm cà phê bột này có đặc tính nhƣ: màu nƣớc đen nâu, hƣơng thơm đặc trƣng của cà phê, vị đắng mạnh, hậu ngọt [27], [35], [40].
2.1.2. Các chất phụ gia thực phẩm
Các chất phụ gia sử dụng trong đề tài là các chất phụ gia thực phẩm đƣợc phép sử dụng ở Việt Nam và nhiều nƣớc khác (Bộ Y tế, EU, FAO). Chỉ sử dụng các phụ gia thực phẩm cùng với các mức đƣợc quy định trong TCVN 5660:2010 (CODEX STAN 192-1995) [25], [32].
Maltodextrin sản xuất
Maltodextrin có chỉ số DE 19.35 đƣợc biến tính từ tinh bột bắp bằng phƣơng pháp acid, là bột màu trắng mịn, với hàm lƣợng gluxid chiếm 93.5%, độ ẩm 5.0%, pH = 5.3.
Maltodextrin đối chứng (ĐC)
Sử dụng bột maltodextrin ĐC, là dạng bột trắng mịn với hàm lƣợng tinh bột chiếm 93%, độ ẩm 5.0 %, pH - 6.0, độ thay thế 0.06, độ trắng 95%, tạp chất 0.02%. Sản phẩm có nguồn gốc từ Nhật Bản do Công ty TNHH Hoàng Anh – Đƣờng Châu Văn Liêm – Quận 5 – TP.HCM cung cấp, đạt QCVN 4-18:2011/BYT.
Trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan ngoài hàm lƣợng maltodextrin thì còn có bổ sung đƣờng và sữa bột vào thành phần của cà phê hòa tan. Khi bổ sung vào thành phần cà phê hòa tan cần đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Trƣớc khi phối trộn, đƣờng phải đƣợc nghiền tới độ mịn cần thiết bằng các máy nghiền chuyên dùng nhƣ máy nghiền trục [29], [37].
Ngoài ra, căn cứ vào nhu cầu thị hiếu của ngƣời tiêu dùng mà chúng ta lựa chọn chất