2.2.1. Hóa chất
HCl 37% (HCl tinh khiết cấp thực phẩm), NaOH độ tinh khiết > 96% xuất xứ từ công ty hóa chất Guandong Guanghua (Trung Quốc), Kali sorbate, fericyanua kali, Metyl xanh, KOH, Glucose tinh khiết… Đƣợc mua tại cửa hàng hóa chất và dụng cụ thí nghiệm Hoàng Trang, thành phố Nha Trang và các phòng thí nghiệm trƣờng Đại Học Nha Trang.
2.2.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
Bảng 2.1. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
Stt Tên máy – thiết bị Thông số kỹ thuật Xuất xứ
1 Nồi cách thủy điều nhiệt WNB10+LO
Nồi cách thuỷ hiện số có chƣơng trình điều khiển thời gian và nhiệt độ.
Sony, Nhật Bản
2 Máy đo độ nhớt LVDV-E Thang đo: 15-2*106 mPas/cP Mỹ 3 Máy lắc ổn nhiệt KS 4000i Dải tốc độ: 10-500 vòng/phút
Dải nhiệt: 50C trên nhiệt độ môi trƣờng đến 800
C
4 Cân kỹ thuật điện tử BL 320H Độ chính xác 0,001g SHIMAZU, Nhật Bản
5 Cân kỹ thuật BL 3200 Thang cân tối thiểu: 0.01 Shimadzu, Nhật Bản
6 Bơm h t chân không N 026.3 AN 18
Độ chân không: 20 mbar abs KNF, Đức
7 Bơm chân không N 022AN.18 Độ chân không tối đa: 100mBar Germany
8 Khúc xạ kế cầm tay Thang đo 0-33% Brix ATAGO, Nhật
Bản 9 Cân phân tích Khoảng cân: 0.0001…200g (+/-
0.1 mg)
Sartorius, Mỹ
10 Cân phân tích AY200 Độ chính xác: 0.0001g Shimadzu, Nhật Bản
11 Bếp cách thủy HH6 Thang nhiệt độ: 370C-1000C Trung quốc 12 Máy khuấy từ gia nhiệt RH
basic KTC
Tốc độ khuấy: 100-200 rpm IKA, Đức
13 Máy khuấy từ gia nhiệt Are Tốc độ khuấy: đến 1200v/phút Velp, Italia
14 Máy ly tâm thể tích lớn MF600 Tốc độ ly tâm: >3000 vòng/phút Labkorea, Hàn Quốc
15 Ly tâm Hermle Z 323 Tốc độ tối đa với Roto 220:87: 17000rpm
Tốc độ tối đa với Roto 220:72: 5000rpm
Hermle, Đức
16 Máy lắc ngang NB 101-MH Tốc độ lắc: 25-300 vòng/phút Labkorea, Hàn Quốc
17 Máy lắc ngang 3006 Tần số lắc: 20-300 vòng/phút Gel, Germany 18 Máy lắc vòng 3005 Tốc độ lắc: 20-500 vòng/phút Gel, Đức 19 Thiết bị đo độ nhớt LVDV-1 Độ chính xác phép đo momen:
1% thang đo
Brookfield, Mỹ
20 Tủ sấy đối lƣu Nhiệt độ sấy: 0-3000C Trung quốc 21 Tủ sấy tiệt trùng UM400 Nhiệt độ: 30-2200C Đức
23 Lò nung CWF-13/5 Nhiệt độ nung tối đa: 13000C Carbolite, England 24 Tủ h t khí độc Inox-mica, mát đa granit Việt Nam 25 Tủ h t khí độc ADC-4B1 Tốc độ dòng không khí:
0.5m/giây
ESCO, Singapore
26 Máy đo pH cầm tay HI 991002 Tự động bù trừ nhiệt độ trong khoảng: -5 đến 1050C
Romania EU
27 Bộ lọc chân không Phễu lọc thủy tinh, bình chứa thủy tinh, nút cao su, kẹp, giấy lọc
Japan, Germany
28 Máy lắc ngang 3006 Tần số lắc: 20-300 vòng/phút Gel, Germany
29 B t đo pH cầm tay Khoảng đo pH: 0-14 HM, Digital
30 Thiết bị nghiền búa (nghiền hàm) BB 200
Độ mịn < 5mm
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng để xác định các tính chất và chất lƣợng tinh bột biến tính và sản phẩm ứng dụng gồm có:
2.3.1. Phƣơng pháp tổng thể
Dùng phƣơng pháp thực nghiệm kết hợp giữa qui hoạch cổ điển và qui hoạch thực nghiệm để tìm ra các thông số tối ƣu của quá trình biến tính tinh bột bắp và thử nghiệm SX cà phê hòa tan [15].
2.3.2. Phƣơng pháp hóa học và hóa sinh
Xác định chỉ số “DE” của tinh bột biến tính bằng phƣơng pháp Fericyanua theo dƣợc điển Mỹ (USP) [18], [45].
Xác định độ ẩm của tinh bột biến tính và cà phê bột hòa tan (bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi) (theo TCVN 7035-2002) [38].
Xác định hàm lƣợng tro toàn phần tinh bột biến tính (theo TCVN 5253-1990) [36].
Xác định hàm lƣợng glucid tinh bột biến tính (định lƣợng đƣờng tổng) [18].
2.3.3. Phƣơng pháp hóa lý
Xác định độ nhớt của hồ tinh bột đƣợc xác định trên thiết bị LVDV-E
Xác định độ hòa tan của tinh bột biến tính theo phƣơng pháp của Manfred Richter [13].
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá cảm quan cà phê bột
Xây dựng phép thử cảm quan phải dựa trên khả năng nhận biết cảm giác và phân biệt các cƣờng độ cảm giác của các giác quan biểu thị qua ngƣ ng cảm giác. Khả năng này rất khác nhau ở những ngƣời thử do đó các thành viên tham gia vào đội cảm quan phải đƣợc hƣớng d n, và làm việc trong lĩnh vực này huấn luyện tránh ảnh hƣởng đến phép đo cảm quan [2], [14].
Trong nghiên cứu này sử dụng phƣơng pháp mô tả cho điểm theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215-79 đây là tiêu chuẩn hiện đang đƣợc áp dụng việc kiểm định chất lƣợng các sản phẩm thực phẩm ở nƣớc ta. Để đánh giá hai m u cà phê đƣợc sản xuất từ việc ứng dụng hai m u maltodextrin khác nhau. Quy trình thứ nhất ứng dụng maltodextrin sản xuất từ tinh bột bắp biến tính là sản phẩm của đề tài và quy trình sản xuất cà phê hòa tan của công ty TNHH Đại Phát bổ sung maltodextrin (ĐC).
Sử dụng phƣơng pháp này để đánh giá tổng quát mức chất lƣợng của cà phê bột hòa tan so với tiêu chuẩn trên chỉ tiêu cảm quan: mùi - trạng thái. Tình trạng chất lƣợng của mỗi chỉ tiêu đƣợc đánh giá bằng điểm, giá trị điểm tăng dần theo mức độ chất lƣợng.
Trong đề tài nghiên cứu chỉ đánh giá hai chỉ tiêu cảm quan về mùi và trạng thái của cà phê hòa tan thành phẩm sau khi ứng dụng maltodextrin đƣợc sản xuất từ các quy trình trên để đánh giá ứng dụng của maltodextrin làm chất mang trong công nghệ chế biến cà phê hòa tan tại Công ty TNHH Đại Phát. Với mục đích nghiên cứu của đề tài là đánh giá đƣợc ứng dụng maltodextrin làm chất mang trong công nghệ sản xuất cà phê hòa tan nên với phạm vi nghiên cứu của đề tài thì chỉ có thể đánh giá cảm quan sản phẩm ở hai chỉ tiêu: mùi và trạng thái. Chỉ tiêu màu và vị phụ thuộc rất nhiều vào quy trình công nghệ của Công ty bổ sung nhiều loại phụ gia và hóa chất khác nhau nên không thể đánh giá hết cả 4 chỉ tiêu.
Khi đánh giá cảm quan bằng một hội đồng thì điểm chất lƣợng của một chỉ tiêu là trung bình của các thành viên. Tổng điểm của các chỉ tiêu là điểm chất lƣợng của sản phẩm. Điều này quyết định mức chất lƣợng đƣợc đánh giá.
Ở phƣơng pháp cho điểm này quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng hệ 20 điểm xây dựng trên một thang thống nhất có 6 bậc (từ 0 đến 5) và điểm 5 là cao nhất cho một chỉ tiêu và dùng số nguyên để cho điểm từ 0 đến 5 [46].
Hội đồng đánh giá gồm 5 thành viên, địa điểm đánh giá tại phòng phân tích cảm quan Đại học Nha Trang, phòng thoáng mát, sạch sẽ, không có mùi lạ và yên tĩnh [6], [30].
2.3.5. Phƣơng pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh vật
Tổng số vi sinh vật hiếu khí TK theo TCVN 9977:2013 [34].
Tổng số bào tử nấm men, nấm mốc TCVN 8275-1:2010 (ISO 21527-1: 2008) [33].
2.3.6. Phƣơng pháp toán học
Phƣơng pháp phân tích tƣơng quan [10]
Dùng để xét sự tƣơng quan của các yếu tố công nghệ nhƣ nồng độ acid, hàm lƣợng tinh bột, thời gian trong một quá trình biến tính bằng acid ở nhiệt độ thƣờng và xây dựng mô hình toán học của quá trình công nghệ.
Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm [3], [8], [10], [11]
Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm đủ yếu tố TYT 2n để xây dựng động học của các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình biến tính tinh bột.
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột, nồng độ acid và thời gian đến quá
trình biến tính bằng acid HCl ởnhiệt độ phòng bằng phương pháp QHTN TYT 23
Có nhiều phƣơng pháp biến tính tinh bột nhƣ phƣơng pháp biến tính vật lí, phƣơng pháp biến tính hóa học,phƣơng pháp biến tính enzyme. Qua quá trình tổng quan các nghiên cứu của các tác giả trong, ngoài nƣớc và bản thân, trong nghiên cứu này chọn biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid và ba yếu tố đƣợc chọn là nồng độ acid U1 (%), hàm lƣợng tinh bột U2 (g), thời gian biến tính U3 (ngày) để nghiên cứu mức độ ảnh hƣởng của từng yếu tố đến chỉ số DE với khoảng biến thiên đƣợc xác định:
Nồng độ acid (U1): 8 ÷ 12 (%)
Hàm lƣợng tinh bột (U2): 10 ÷ 30 (g)
Thời gian biến tính (U3): 5÷ 9 (ngày)
Chọn phƣơng pháp QHTN TYT23 để lập phƣơng án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm theo phƣơng án này.
Trong đó nồng độ acid (% so với dung dịch), hàm lƣợng tinh bột (g) và thời gian biến tính TB (ngày). Thiết lập mô hình thí nghiệm và thí nghiệm theo mô hình. Kết quả thí nghiệm cho ở Bảng 2.6
Xác định chỉ số DE Xác định hàm lƣợng tro Khả năng hòa tan Độ nhớt
Độ ẩm
Hàm lƣợng gluxid U1: Nổng độ acid
U2: Hàm lƣợng tinh bột U3: Thời gian biến tính
Thực hiện biến tính tinh bột bắp ở nhiệt
Bảng 2.2. Kết quả xác định chỉ số DE của tinh bột bắp biến tínhtheo phƣơng pháp acid ở nhiệt độ phòng theo mô hình thí nghiệm TYT 23
N X0 X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 U1 U2 U3 Y 1 1 -1 -1 -1 1 1 1 Umin 1 Umin 2 Umin 3
2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 Umax 1 Umin 2 Umin 3
3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 Umin 1 Umax 2 Umin 3
4 1 1 1 -1 1 -1 -1 Umax 1 Umax 2 Umin 3
5 1 -1 -1 1 1 -1 -1 Umin 1 Umin 2 Umax 3
6 1 1 -1 1 -1 1 -1 Umax 1 Umin 2 Umax 3
7 1 -1 1 1 -1 -1 1 Umin 1 Umax 2 Umax 3
8 1 1 1 1 1 1 1 Umax 1 Umax 2 Umax 3
Thí nghiệm ở tâm
9 0 0 0 0 0 0 0 U01 U02 U03
10 0 0 0 0 0 0 0 U01 U02 U03
11 0 0 0 0 0 0 0 U01 U02 U03
Trong đó:
U1, U2, U3 là biến mã của nồng độ acid, hàm lƣợng tinh bột và thời gian biến tính tinh bột.
Y là chỉ số DE của tinh bột biến tính.
Sử dụng các phần mềm hỗ trợ Design Expert 6.0 đƣa ra đƣợc các phƣơng trình hồi quy, mô hình toán học và các biểu đồ, đồ thị thể hiện sự ảnh hƣởng và mối tƣơng quan giữa các yếu tố: nồng độ acid, hàm lƣợng tinh bột và thời gian biến tính tinh bột đến chỉ số DE của tinh bột bắp biến tính.
Thực nghiệm tối ƣu hóa các thông số kĩ thuật trong quá trình biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid
Hình 2.2. Thực nghiệm tối ƣu hóa các thông số kĩ thuật trong quá trình biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid
Tinh bột bắp đƣợc mua, bảo quản ở điều kiện thích hợp, đƣa về phòng thí nghiệm. Sau đó thực hiện biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid ở các chế độ khác nhau theo qui hoạch.
Từ số liệu về quá trình biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid với hàm lƣợng tinh bột 10 (g), 20 (g), 30 (g); nồng độ acid 8 (%), 10 (%), 12 (%); thời gian biến tính 5 (ngày), 7 (ngày), 9 (ngày) thu đƣợc ở phần mềm trên đƣợc xem xét và loại bớt để sử dụng phƣơng trình hồi quy. Thông số tối ƣu của phƣơng trình đƣợc suy ra từ những phƣơng trình bề mặt đáp ứng thu đƣợc. Kết quả tối ƣu sau đó thu đƣợc kiểm tra lại bằng thực nghiệm nhằm đảm bảo sự thống nhất giữa lý thuyết tối ƣu và thực tế trƣớc khi rút ra kết luận cuối cùng về các thông số của quá trình biến tính tinh bột.
Sau khi xác định đƣợc điều kiện tối ƣu trong quá trình biến tính tinh bột: nồng độ acid U1 (%), hàm lƣợng tinh bột U2 (g), thời gian biến tính U3 (ngày). Từ đó đề xuất thông số công nghệ biến tính tinh bột trong công nghệ sản xuất tinh bột biến tính từ tinh bột bắp.
Nguyên liệu
Xử lý sơ bộ
Thực nghiệm xác định các chế độ thủy phân tối ƣu
Các thông số tối ƣu: hàm lƣợng tinh bột, nồng độ acid, thời gian biến tính
Đề xuất các thông số công nghệ biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp acid
2.3.7. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu 2.3.7.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 2.3.7.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
Trên cơ sở nghiên cứu của V.Singh và S.Z Ali về ảnh hƣởng của các loại acid khác nhau (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4) trên các loại tinh bột khác nhau (tinh bột lúa mì, bắp kê, đậu vàng, đậu xanh, khoai tây và sắn) đến quá trình biến tính tinh bột [48], [73], từ đó đề xuất qui trình chuẩn bị m u biến tính theo sơ đồ Hình 2.3 trong đó các thông số biến tính ở nhiệt độ phòng dựa trên cơ sở phƣơng pháp biến tính tinh bột của N.Atichocudomchai, S.Vararinit [68].
Nồng độ acid, hàm lƣợng tinh bột và thời gian thủy phân là các yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đáng kể đến quá trình biến tính. Tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ acid, hàm lƣợng tinh bột và thời gian thủy phân đến quá trình biến tính tinh bột bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN TYT 23).
a. Bố trí thí nghiệm tổng quát
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Dung dịch HCl
Xác định độ nhớt hồ tinh bột Tinh bột
Hòa trộn
Thủy phân ở nhiệt độ phòng Trung hòa Lọc – rửa – li tâm Sấy 40-550C Nghiền rây Dung dịch NaOH Nƣớc Thành phẩm Xác định chỉ số DE Xác định độ ẩm Xác định hàm lƣợng glucid Xác định hàm lƣợng tro Xác định độ hòa tan Nƣớc lọc
Giải thích sơ đồ:
Nguyên liệu: Nguyên liệu dùng sản xuất tinh bột biến tính là tinh bột bắp. Hòa trộn: Hòa trộn tinh bột bắp với dung dịch acid HCl để tạo thành dịch huyền phù tinh bột và thực hiện khuấy đều liên tục nhằm tạo điều kiện cho quá trình thủy phân tinh bột.
Thủy phân: Biến tính tinh bột ở nhiệt độ phòng trong một thời gian nhất định. Trung hòa: Khi giai đoạn biến tính kết thúc đo độ nhớt của hồ tinh bột, tiến hành trung hòa hỗn hợp bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính, tiến hành rửa sạch tinh bột bằng bộ lọc chân không và máy li tâm siêu tốc với nƣớc nhiều lần nhằm loại bỏ các chất hòa tan trong nƣớc. Sau khi tách hết các chất hòa tan, tiến hành sấy ở 40-550C đến độ ẩm thích hợp, nghiền nhỏ trên thiết bị máy nghiền búa BB 200 và bao gói, bảo quản.
Tiến hành xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của sản phẩm về chỉ số DE, xác định hàm lƣợng glucid, độ hòa tan và độ tro.
b. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt
Hình 2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ acid đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt. Xác định chỉ số DE Xác định hàm lƣợng tro Xác định độ ẩm Xác định hàm lƣợng glucid Xác định độ hòa tan Xác định độ nhớt của hồ tinh bột Hòa trộn 20g tinh bột
Thủy phân ở nhiệt độ phòng, 7 ngày Trung hòa Dung dịch NaOH Lọc - rửa - li tâm Nƣớc Nƣớc lọc Sấy 40-550C Nghiển, rây Thành phẩm 40ml dung dịch HCl 8% 9% 10% 11% 12%
Giải thích sơ đồ
Mục đích của thí nghiệm là để khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ acid đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt. Trên cơ sở kết quả khảo sát chọn đƣợc miền thí nghiệm (điều kiện biên) về thông số nồng độ acid HCl thích hợp khi các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng tinh bột bắp biến tính tốt nhất để phục vụ cho quá trình qui hoạch thực nghiệm và tối ƣu.
Tiến hành 5 thí nghiệm, các m u thí nghiệm đƣợc chuẩn bị với 40ml HCl ở các nồng độ acid khác nhau 8, 9, 10, 11, 12%. Đƣợc trộn với 20g tinh bột, thời gian thủy phân 7 ngày. Khi giai đoạn biến tính kết thúc đo độ nhớt của hồ tinh bột, tiến hành trung hòa hỗn hợp bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính. Sau đó rửa sạch tinh bột bằng bộ lọc chân không và máy li tâm siêu tốc với nƣớc nhiều lần nhằm loại bỏ các chất hòa tan trong nƣớc. Khi tách hết các chất hòa tan, tiến hành sấy ở 40-550C đến độ ẩm thích hợp, nghiền nhỏ, sàng và bảo quản. Tiến hành xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của sản phẩm về chỉ số DE, xác định hàm lƣợng glucid, độ hòa tan và độ tro.
c. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng tinh bột đến chỉ số DE, khả năng hòa tan và độ nhớt.
Hình 2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng tinh bột đến chỉ số DE, khả năng