Biến tính tinh bột tạo liên kết ngang thường được thực hiện trong môi trường kiềm với sự tham gia của một số tác nhân như trimetaphosphate, polymetaphosphates (hexameta- phosphate), epichlorohydrine POCl3, biphenyl compounds, N,N,-dimethylol-imidzolidon-2 (DMEU), adipic acid/acetic acid và cyanuric chloride, nhưng trong đó trimetaphosphate cho hiệu quả cao nhất.
Chế biến: tạo liên kết giữa tinh bột và sodium trimetaphosphate (viết tắt STMP) (công thức hoá học: Na3O9P3) từ đó giúp tinh bột có được một số đặc tính vượt trội so với tinh bột ban đầu.
b. Biến đổi của nguyên liệu :
Biến đổi vật lý:
Nhiệt độ của khối nguyên liệu tăng.
Giúp phân tán và phối trộn đều toàn bộ khối nguyên liệu. Biến đổi hoá học:
Tạo liên kết ngang ester giữa các phân tử tinh bột và STMP
Hình 10: Phản ứng giữa tinh bột và STMP
c. Yếu tố ảnh hưởng :
• Mức độ đảo trộn: của khối hỗn hợp (gồm tinh bột, nước và STMP): được quyết định bởi thời gian lưu của nguyên liệu. Thời gian lưu càng thích hợp thì khối nguyên liệu càng được đảo trộn đều, từ đó giúp cho phản ứng phía sau được thực hiện nhanh hơn.
• Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm phá huỷ liên kết.
• pH : tạo môi trường kiềm để phản ứng xảy ra.
• Khối lượng tác nhân cho vào: phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm.
d. Phương pháp thực hiện:
Hàm lượng chất khô tinh bột trước khi biến tính: 36%
Cứ 1 kg tinh bột (tính theo hàm lượng khô) thì trộn 10g-20g sodiumtrimetaphosphate và 6-9g NaOH.
Cho toàn bộ khối nguyên liệu vào thiết bị trộn Schugi, thời gian trộn ngắn khoảng một đến hai phút để đồng nhất.
Hình 11: Máy trộn Schugi
Sau phản ứng, sản phẩm được trung hoà bằng acid HCl đến pH = 7.8 – 8, rồi đem đi lọc.
Hình 12: Thiết bị phản ứng 1.12. Sấy:
Thích hợp cho các sản phẩm dạng bột hàm ẩm khoảng 40% và kích thước nằm trong khoảng từ 10-500 m.
a. Mục đích:
Hoàn thiện: nguyên liệu sau các quá trình chế biến sẽ được rửa để loại bỏ các tạp chất còn sót lại, sau đó sẽ tiếp tục được đưa vào hệ thống sấy khí động hay sấy tầng sôi để giảm hàm ẩm làm cho các hạt tinh bột tách rời nhau.
Bảo quản: kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm bằng cách giảm hàm ẩm xuống hàm ẩm thích hợp.
b. Các biến đổi :
Biến đổi vật lý:
Hạt tinh bột bị giảm khối lượng từ đó giúp tiết kiệm các chi phí vận chuyển. Nhiệt độ của khối hạt tinh bột tăng lên.
Các hạt tinh bột tách rời nhau. Biến đổi hóa sinh:
Ức chế một số phản ứng do enzyme xúc tác do dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì một số enzyme sẽ bị vô hoạt.
Biến đổi sinh học:
Các vi sinh vật bị nhiễm vào sản phẩm sẽ bị tiêu diệt và ức chế dưới tác dụng của nhiệt độ cao
Hàm ẩm sản phẩm thấp cũng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất từ đó ức chế hoạt động của vi sinh vật.
Biến đổi hóa lý: Có sự bốc hơi nước.
c. Các yếu tố ảnh hưởng :
• Hàm ẩm của nguyên liệu ban đầu và hàm ẩm yêu cầu đối với sản phẩm.
• Vận tốc của dòng khí: thường phải có vận tốc lớn để tạo trạng thái xáo trộn mãnh liệt toàn bộ khối vật liệu.
• Nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy (không khí được gia nhiệt) • Cấu trúc mao quản của khối vật liệu.
• Khối lượng riêng của vật liệu sấy.
d. Phương pháp thực hiện :
Vật liệu sấy được cấp vào phễu tiếp liệu (4), nhờ cơ cấu định lượng (3) cấp vào ống sấy (5) gặp tác nhân sấy do quạt (1) thổi qua caloriphe được đốt nóng ở nhiệt độ cần thiết rồi thổi vào ống sấy (5) cao từ 10-20m với vận tốc cần thiết phụ thuộc kích thước, khối lượng riêng của vật liệu sấy thường bằng 10-20 m/s. Vật liệu được cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên và được sấy khô. Phía trên ống sấy (5) vật liệu sấy được thổi vào bộ phận giảm vận tốc (6) để rơi vào cyclon được tách ra khỏi dòng khí thải. Vật liệu khô
lắng xuống đáy cyclon. Khí thải kéo theo một ít bụi và vật liệu thô theo ống trung tâm của cyclon vào thiết bị lọc túi (7) để tách nốt lượng bụi còn khí thì thải ra ngoài.
Thông số vận hành của máy: Nhiệt độ sấy: 95-100oC.
Tốc độ dòng khí: 10-20 m/s
Thời gian sấy kể từ lúc vật liệu rơi vào ống sấy (5) cho đến khi ra khỏi bộ phận tháo liệu (9) rất ngắn chỉ khoảng 5-7 giây.
Tiêu thụ năng lượng khá lớn khoảng 4600-5000 kJ/kg ẩm.
Ưu điểm: bề mặt tiếp xúc pha rất lớn, quá trình sấy mãnh liệt, thời gian sấy ngắn nên cho phép sấy ở nhiệt độ cao, cấu tạo thiết bị đơn giản.
Nhược điểm: khó điều chỉnh quá trình, tiêu thụ năng lượng lớn.
CHƯƠNG 3: SẢN PHẨM: 1.13. Chỉ tiêu chất lượng:
3.1.1 Chỉ tiêu cảm quan:
Màu sắc: màu trắng hay trắng ngà. Mùi: gần như không mùi.
3.1.2 Chỉ tiêu hóa lý:
Độ ẩm (% maximum): 12%
Độ trắng (thang chuẩn Kett, minimum): 90 Độ nhớt (BU Barbender unit, minimum):
• Sản phẩm bậc 1: 600 – 800 • Sản phẩm bậc 2: 300 – 600
pH = 7.5-8.0 (0.5g tinh bột cross- linked trong 50ml nước, gia nhiệt và lắc đều tạo dạng paste. Để nguội và đo pH)
3.1.3 Chỉ tiêu hoá học:
Tro (% maximum): 0.2%
Cellulose (cm3/50g tinh bột ướt, maximum): 0.2% Tạp chất khác (ppm, maximum): 300
Hàm lượng kim loại nặng: Pb ≤ 2 µg/ g Arsenic: ≤ 1.0 μg/g dưới dạng As2O3 Thủy ngân: ≤ 0.1 μg/g Hàm lượng phosphor: ≤ 0.04% 3.1.4 Chỉ tiêu vi sinh: Tổng vi sinh vật: ≤ 4000 cfu/g. Nấm men: ≤ 200 cfu/g Nấm mốc: ≤ 200 cfu/g Escherichia coli: không có.
Coliform: ≤ 400 cfu/100g.
Samonella: không có mặt trong 25g.
1.14. Ứng dụng của sản phẩm:
- Tinh bột biến tính cross-link thường được sử dụng ở dạng paste khi cần độ nhớt cao và đồng thời có tính năng chống lại các tác động làm biến dạng. Chỉ 1 lượng ít tinh bột cross-link là đủ trong trường hợp sản phẩm tinh bột bị đun nấu trong 1 khoảng thời gian ngắn ở áp suất khí quyển. Những quá trình cần đun nấu liên tục thì cần lượng nhiều tinh bột cross-link hơn.
- Tinh bột cross-link giúp hỗ trợ cho quá trình tạo cấu trúc dạng paste: khi đun nóng bằng dòng hơi nước nóng được trực tiếp bơm vào dịch huyền phù tinh bột là một phương pháp xử lý nhiệt rất hiệu quả nhưng có nhược điểm là phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột. Nhưng vì giá thành của thiết bị rẻ và sự tạo thành sản phẩm dạng paste rất nhanh chóng nên phương pháp này vẫn đựơc sử dụng rộng rãi. Hệ thống trên sử dụng hiệu quả nhất là trong trường hợp cần nhiệt độ và áp suất cao. Bằng kính hiển vi, người ta đã cho thấy được các hạt tinh bột đã bị phá huỷ ngay từ khi tiếp xúc với dòng hơi nước vào và mặc dù chỉ trong khoảng thời gian xử lý nhiệt ngắn nhưng sự phá vỡ đó vẫn thể hiện rất rõ ràng sau đó. Sự bốc hơi một cách mãnh liệt của nước quá nhiệt trong khối paste đã làm “nổ” các hạt tinh bột. Rất ít các hạt còn sót lại sau quá trình xử lý nhiệt này nếu chúng không có được sự tăng cường, gia cố của tinh bột cross-link. Các nhà sản xuất tinh bột cần phải cung cấp những sản phẩm có khả năng chịu đựng được các điều kiện của quá trình chế biến cũng như điều kiện đun nóng có áp suất. Để làm được điều đó thì cần thực hiện cross-link tinh bột ở những mức độ khác nhau cho những nhu cầu khác nhau.
- Tinh bột cross-link dùng là tác nhân làm đặc được tìm thấy nhiều trong sản phẩm bánh pie nhân trái cây ngoài thị trường, bao gồm cả loại tươi, đông lạnh và loại đóng hộp. Nó cũng được sử dụng rất hiệu quả trong súp đóng hộp, nước thịt, nước sauce sẽ được tiệt trùng sau khi đóng nắp. Tinh bột cross-link dạng paste là chất làm đặc rất phổ biến trong các loại thực phẩm Trung Hoa bởi độ trong, bóng, và có khuynh hướng tạo gel thấp. Những ứng dụng của nó còn bao gồm trong những loại thực phẩm như thức ăn trẻ em, bột bắp nghiền, củ cải đường Harvard, món tráng miệng Đan Mạch và sauce spaghetti.
- Tinh bột áo ngoài salad thì cần nhiều cross-link hơn do pH thấp thúc đẩy sự giảm độ nhớt trong quá trình chuẩn bị và bảo quản lớp áo.
1.15. Phụ lục
Tinh bột biến tính ngoài tinh bột liên kết ngang còn có nhiều dạng biến tính khác. Theo Thái Lan thì có thể phân loại như sau:
Bằng phương pháp vật lý: Tinh bột hồ hoá trước Tinh bột xử lý nhiệt ẩm
Tinh bột sắn dạng hạt (sago) Bằng phương pháp hoá học:
Tinh bột sắn xử lý acid Tinh bột sắn dextrin hoá Tinh bột sắn oxy hoá
Tinh bột sắn ether hoá (hydroxyl- propyl) Tinh bột sắn ester hoá:
Ortenylsuccinate Acetylate
Tinh bột sắn phosphate- monoester
Tinh bột sắn liên kết ngang: di- tinh bột phosphate Tinh bột sắn biến tính kép:
Di- tinh bột phosphate acetylate
Di- tinh bột phosphate hydroxyl- propyl Tinh bột sắn thuỷ phân và sản phẩm khác:
Maltosedextrin
Đường ngọt: glucose và fructose Polyol: sorbitol, mannitol
Acid amin: MSG (mì chính), Lysine Acid hữu cơ: acid citric
Rượu: ethanol, acetone, butenol
Đặc điểm của một số dạng tinh bột biến tính khác: i. Tinh bột sắn biến tính bằng phương pháp vật lý :
Bị biến tính dưới tác động vật lý: cắt, trộn hay xử lý nhiệt.
Các sản phẩm phổ biến là tinh bột alpha và tinh bột xử lý nhiệt ẩm nhận được sau các quá trình nhiệt.
a. Tinh bột alpha (hay là tinh bột hồ hoá trước) :
Được quan tâm vào cuối những năm 1980 tại những bể nuôi cá trình ở Thái Lan khi người nuôi cần 1 loại chất kết dính tan trong nước lạnh.
Các tính chất đặc trưng: • Độ trong cao • Không có mùi lạ • Chất mang màu tốt
• Độ nhớt cao
Hình 18: Quy trình sản xuất tinh bột alpha
b. Tinh bột xử lý nhiệt ẩm:
Sản xuất từ khi các hồ ngâm lắng được dùng để tách tinh bột sắn. Phần tinh bột sắn lắng dưới đáy hồ có độ ẩm khoảng 50% được sấy qua đêm ở nhiệt độ 50- 80%, sau đó tinh bột được rây mịn và đóng gói. Dưới tác dụng của nhiệt độ, đúng hơn là tác dụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này. Sản phẩm này được coi như bột sắn với tên: Tao Starch. Loại tinh bột này được dùng để nâng cao chất lượng cho nhiều loại bánh ngọt, bánh nhân hoa quả tráng miệng thay cho việc dùng tinh bột sắn thông thường.
Hiện nay, quy trình công nghệ sản xuất bột sắn được bắt đầu bằng việc ngâm tinh bột sắn khô qua đêm trong các hồ lát gạch men (ceramic) hoặc láng xi-măng. Độ ẩm của bánh tinh bột khoảng 50% và tinh bột được sấy trên mặt sàn nóng.
c. Tinh bột sắn dạng hạt (sago) (bột cọ):
Sữa tinh bột sắn (19.5 - 20% chất khô, pH= 6 - 7)
Bồn chứa
Sấy trục (160 - 170oC) Thùng chứa dạng phễu xoay
Cyclone
Sàng (rây) Đóng gói
Quy trình sản xuất bột cọ dạng hạt gồm xử lý nhiệt ẩm và xử lý cơ học.
Tinh bột sắn được làm ẩm qua đêm trong các hồ ceramic tới 50% tạo dạng hình cầu bằng cách lắc liên tục sấy ở nhiệt độ 250- 300oC làm nguội
sấy lần 2 (50- 80oC trên sang nóng phân loại và đóng gói.
Khi nấu, các hạt tinh bột có những tính chấ rấtt đặc biệt: bên ngoài bề mặt hạt thì mềm và trong suốt nhưng bên trong lại cứng và đục.
ii. Tinh bột sắn biến tính bằng phương pháp hoá học :
Tinh bột sắn có thể bị biến tính bằng nhiều loại hợp chất khác nhau. Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia (1994) chia tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học thành 2 loại: tinh bột bị cắt và tinh bột bị thay thế.
• Nhóm tinh bột cắt: thường có độ nhớt thấp, mạch tinh bột bị cắt bằng acid, chất oxy hoá và một vài loại muối. Kết quả là trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng đứt gãy các liên kết glycoside và những liên kết khác, giảm trọng lượng, xuất hiện 1 số liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ nhiều, tuy nhiên về căn bản chúng vẫn được giữ nguyên. Tinh bột bị cắt theo kiểu này có nhiều ứng dụng như: tinh bột hòa tan dùng trong các thí nghiệm phân tích hoá học. Tinh bột biến tính bằng acid dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy nên cải thiện chất lượng in… Trong công nghệ thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo.
Tinh bột oxy hoá cũng được xếp vào nhóm này. Một số loại tinh bột bị oxy hoá bởi KMnO4 trong môi trường acid được thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như các sản phẩm đồ hộp. Các sản phẩm bị oxy hoá yếu cũng được dùng trong sản xuất bánh mì để cải thiện tính chất cơ học, tăng khả năng giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh. Tinh bột bị oxy hoá bởi hypochloride, H2O2, HI và muối của chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy.
Một dạng biến tính khác là tinh bột được xử lý ẩm, hạt tinh bột trương nở trong nước khi có mặt các chất hoá học khác như muối của H3PO4, methylcellulose… dẫn đến phá huỷ một lần hay hoàn toàn cấu trúc hạt. Tinh bột loại này được sử dụng như chất giữ ẩm trong sản xuất kẹo, kem, bánh pudding, các loại bánh mì, mì sợi, và nhiều loại thức ăn kiêng. Trong trường hợp được xử lý ở độ ẩm cao, tinh bột sẽ bị mất gần như hoàn toàn tính chất và cấu trúc ban đầu, tạo ra một dạng tinh bột- protein mới dùng trong kĩ thuật và công nghệ thực phẩm để sản xuất các sản phẩm từ thịt cá…
• Tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do liên kết với các gốc hoá học hay do copolymer hoá với một hợp chất cao phân tử khác. Tinh bột dạng này có các gốc rượu ở Carbon thứ 2, 3, 6 tham gia vào phản ứng với các hợp chất vô cơ và hữu cơ (như H3PO4 và muối của chúng để tạo tinh bột phosphate). Hai mạch polysaccharide có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối. Trong trường hợp này,
tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt kể cả khi lượng chất hoá học sử dụng là rất ít. Thông thường, tinh bột loại này (còn gọi là di- tinh bột) có độ nhớt và độ bền dính rất cao, kế cả trong điều kiện đông lạnh. Chúng được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản lạnh như kem, mayonnaise, các loại sốt và sản phẩm cho trẻ em.
Khi xử lý tinh bột với acid acetic ta thu được tinh bột acetate. Hàm lượng nhóm acetate có thể chiếm từ 3- 6% tuỳ điều kiện của quá trình xử lý. Tinh bột acetate dùng trong sản xuất đồ hộp, các loại thực phẩm khô, công nghiệp dệt và công nghuệp giấy. Tinh bột còn được xử lý với một số hợp chất nhtư HCOOH, sodiumtrimetaphosphate để nhận được 1 dạng biến tính gọi là tinh bột liên kết ngang, có độ bền nhiệt và cơ học cao, sử dụng trong sản xuất thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác.
Các loại tinh bột sắn phổ biến nhất ở các nước Đông Nam Á như Thái Lan, Việt Nam là tinh bột oxy hoá và tinh bột biến tính bằng acid được sử dụng trong công nghiệp dệt và giấy. Việc sử dụng tinh bột hydroxyl-ethylate, tinh bột cationic và tinh bột lưỡng tính để sử dụng trong công nghiệp giấy hiện nay chỉ ở quy mô nhỏ. Tinh bột acetate và phosphate là 2 loại tinh bột được dùng phổ biến nhất trong công nghệ thực phẩm.