Tinh bột bắp: tinh bột thực phẩm, nhãn hiệu Tài Ký, Việt Nam.
Axit Clohidric, HCl 37%, độ tinh khiết trên 99,99%, xuất xứ từĐức (Merch). Natri Hydroxite, NaOH, độ tinh khiết trên 99,99%, xuất xứ từĐức (Merch). Hydro peroxite, H2O2 30%, độ tinh khiết trên 99,99%, xuất xứ từ Đức (Merch).
3.2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Máy khuấy có điều nhiệt.
Cân điện tửSartorius, độ chính xác 0,01g, khối lượng cân: 0-610g. Nhớt kết Ostwald.
Máy đo độ nhớt Brookfield, model: RVDVE. Máy đo cấu trúc TA – XT plus.
Máy đo pH hiệu Orion 3 Star. Dụng cụ thủy tinh.
3.3 Phương pháp thí nghiệm
Ở đây chúng tôi khảo sát về yếu tố biến tính và sự thay đổi độ nhớt sau nhũng khoảng thời gian biến tính xác định.
Ban đầu chúng tôi chuẩn bị mẫu tinh bột ở điều kiện chưa biến tính và xác
định độ nhớt. Kết quảđó dùng để so sánh với các giá trị độ nhớt của tinh bột trước khi biến tính
Phương pháp chuẩn bị mẫu chuẩn: cân 5g tinh bột vào côc thủy tinh. Làm
ướt mẫu bằng 100ml nước cất. Khuấy trộn dung dịch trong 3 phút, sau đó cho lên
bếp khuấy từở nhiệt độ 40 oC và tốc độlà 250 rpm. Sau đó tiến hành đo độ nhớt.
3.3.1 Phương pháp biến tính bằng axit
Trên cơ sở nghiên cứu của Singh và Ali về ảnh hưởng của các loại axit khac nhau (HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4) trên các loại tinh bột khác nhau (tinh bột lúa, bắp, đậu xanh, ...) đến quá trình biến tính tinh bột, chúng tôi chọn quy trình sản xuất sau đây để nghiên cứu biến hình trên tinh bột bắp bằng axit HCl.
Phương pháp thực hiện
Cân 5g tinh bột vào côc thủy tinh. Làm ướt mẫu bằng 10ml nước cất, sau đó
thêm 90ml dung dịch HCl 0,25M. Khuấy trộn dung dịch trong 3 phút, sau đó cho
lên bếp khuấy từở nhiệt độ 40 oC và tốc độ là 250 rpm ở những khoảng thời gian khác nhau (0,5h; 1h; 1,5h) và tiến hành đo độ nhớt.
Hình 3.1: Sơ đồ biến tính tinh bột bằng axit
Bảng 3.1: Khảo sát thời gian biến tính và nồng độ của HCl
Nồng độ HCl Thời gian khuấy 0,25M 0,5h 1h 1,5h Tinh bột Hòa trộn 10ml H2O 90ml HCl Biến tính 40 oC Đo độ nhớt Khuấy trộn
3.3.2 Phương pháp biến tính bằng bazơ
Cân 5g tinh bột vào côc thủy tinh. Làm ướt mẫu bằng 10ml nước cất, sau đó
thêm 90ml dung dịch NaOH pH = 10. Khuấy trộn dung dịch trong 3 phút, sau đó
cho lên bếp khuấy từở nhiệt độ 40 oC và tốc độ là 250 rpm ở những khoảng thời gian khác nhau (0,5h; 1h; 1,5h) và tiến hành đo độ nhớt.
Hình 3.2: Sởđồ biến tinh bột bằng NaOH
Bảng 3.2 : Khảo sát thời gian biến tính bằng NaOH pH = 10
Mẫu Thời gian khuấy
1 0,5h
2 1h
3 1,5h
3.3.3 Phương pháp biến tính bằng H2O2
Cân 5g tinh bột vào côc thủy tinh. Làm ướt mẫu bằng 10ml nước cất, sau đó
thêm 90ml dung dịch H2O2 0,3%. Khuấy trộn dung dịch trong 3 phút, sau đó cho
lên bếp khuấy từở nhiệt độ 40 oC và tốc độ là 250 rpm ở những khoảng thời gian khác nhau (0,5h; 1h; 1,5h) và tiến hành đo độ nhớt. Tinh bột Hòa trộn 10ml H2O 90ml NaOH Biến tính 40 oC Đo độ nhớt Khuấy trộn
Hình 3.3: Sơ đồ biến tính tinh bột bằng H2O2
Bảng 3.3: Khảo sát thời gian biến tính bằng H2O2
Mẫu Thời gian khuấy
1 0,5h
2 1h
3 1,5h
3.3.4 Thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính ổn định cấu trúc sữa chua
Tinh bột biến tính bằng các phương pháp trên được sử dụng với hàm lượng 1% (so với lượng sữa chua) để bổ sung vào sữa chuađể so sánh với chất lượng mẫu sữa chỉ
sử dụng tinh bột không biến tính.
Sử dụng máy do pH, máy đo độ nhớt và máy đo cấu trúc đểđánh giá chất lượng sản phẩm các mẫu:
Mẫu A: sữa chua không bổ sung tinh bột biến tính.
Mẫu B1: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl 0,25M trong 0,5h. Mẫu B2: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl 0,25M trong 1h. Mẫu B3:sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl 0,25M trong 1,5h. Mẫu C1: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH pH=10 trong 0,5h. Mẫu C2: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH pH=10 trong 1h. Mẫu C3: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH pH=10 trong 1,5h.
Tinh bột Hòa trộn 10ml H2O 90ml H2O2 Biến tính 40 oC Đo độ nhớt Khuấy trộn
Mẫu D1: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3%trong 0,5h.
Mẫu D2: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3%trong 1h.
Mẫu D3: sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3%trong 1,5h.
Máy đo độ nhớt Brookfield sử dụng spindle 2 dạng đĩa tròn đường kính
47mm. Đặc trưng lưu biến của sữa chua được đo bằng cách phương pháp bậc
thang: tăng dần tốc độ cắt từ 0 – 120 rpm sau đó giảm dần về 0 và tại mỗi tốc độ
cắt sản phẩm được giữổn đinh trong 5 phút.
Cấu trúc của gel sữa chua được xác định dựa trên độ cứng của mẫu đo bằng
máy đo TA-XT plus theo phương pháp nén với đầu đo dạng đĩa tròn đường kính ?, tốc độ nén 10 mm/s.
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
4.1 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột không biến tính – mẫu đối chứng
Bảng 4.1: Thời gian chảy của tinh bột không biến tính
Tinh bột Thời gian chảy (s) Tinh bột không biến tính 1663.68
4.2 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tình bằng axit
Hình 4.1: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính tại nồng độ HCl 0,25M
Nhận xét:
So với tinh bột chưa biến tính thời gian chảy của tinh bột biến tính bằng axit nhỏ hơn rất nhiều. Điều đó chứng tỏ đã có sự thay đổi về mặt kích thước của phân tử tinh bột.Khi hàm lượng axit tăng thì càng có nhiều ion H+ tấn công vào mạch tế bào nên phân cắt càng nhiều.
Ở cùng nồng độ axit, thời gian chảy tăng tỉ lệ nghịch với thời gian biến tính. Tức là thời gian biến tính càng lâu thì thời gian chảy càng nhỏ nghĩa là phân tử
lượng của tinh bột càng nhỏ. Có thể nói mức độ phân cắt mạch tinh bột tăng
cùng thời gian biến tính.
Hình 4.2: Biến tính tinh bột bằng HCl
4.3 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tính bằng NaOH pH = 10
Hình 4.3: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính bằng NaOH pH = 10
Nhận xét:
Khi biến tính bằng NaOH kích thước phân tử tinh bột cũng có sựthay đổi. Bằng chứng là thời gian chảy của tinh bột giảm đi đáng kể so với thời gian chảy của tinh bột không biến tính.
Với NaOH, thời gian chảy giảm khi thời gian biến tính tăng. Điều đó cho thấy thời gian biến tính dài thì mạch tinh bột bị cắt ngắn hơn.
Trong môi trường kiềm, tinh bột hòa tan rất dễ vì kiềm làm ion hóa từng phần
và do đó làm cho sự hydrat hóa tốt hơn. Kiềm có thể phá hủy tinh bột từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol. Do đó so với axit, mức độ phân cắt mạch tinh bột bằng NaOH nhỏhơn.
Với NaOH, khi biến tính tinh bột thường xuất hiện màu hồng, có thể do sự thay
đổi cấu trúc hóa lập thể tinh bột.
4.4 Kết quả đo thời gian chảy của tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3%
Hình 4.4: Sự phụ thuộc của thời gian chảy vào thời gian biến hình của tinh bột biến tính bằng H2O2 0,3%
Nhận xét:
Khi xử lý tinh bột với H2O2kích thước phân tử tinh bột cũng có sự thay đổi. Cùng nồng độ dung dịch H2O2 thì thời gian chảy tỷ lệ nghịch với thời gian biến
tính. Nghĩa là thời gian biến tính càng lâu thì thời gian chảy càng nhỏ. Điều đó
chứng tỏ mạch tinh bột bị cắt ngắn tăng tỷ lệ với thời gian biến tính làm cho phân tửlượng của tinh bột nhỏ.
So với axit và bazo thì mức độ biến tính bằng H2O2 có phần thấp hơn. Bằng chứng là thời gian chảy lớn hơn, nghĩa là mạch tinh bột còn dài.
Ngoài khảnăng cắt mạch tinh bột, H2O2 còn có khảnăng oxi hóa tinh bột ở các vị trí carbon khác nhau.
4.5 Ứng dụng tinh bột biến tính ổn định cấu trúc sữa chua 4.5.1 pH của các mẫu sản phẩm 4.5.1 pH của các mẫu sản phẩm
Hình 4.5: Phối trộn tinh bột biến tính vào sữa chua
Bảng 4.2: Giá trị pH của các mẫu sữa chua
Mẫu A B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3
Lần 1 5,26 4,10 3,70 3,94 5,11 5,18 5,21 4,96 4,99 5.02 Lần 2 5,27 4,12 3,60 3,95 5,12 5,18 5,23 4,96 4,98 5.03 Lần 3 5,23 4,16 3,70 3,95 5,11 5,17 5,23 4,98 4,99 5.03 Trung bình 5,25 4,13 3,67 3,95 5,11 5,18 5,22 4,97 4,99 5,03
Dựa vào bảng 10 và phụ lục 1cho thấy giá trị pH của các mẫu sữa chua có sự khác biệt
ở độ tin cậy 95% (P=0,00<0,05). Như vậy, khi bổ sung tinh bột biến tính vào sữa chua thì pH của sữa đều giảm và pH giảm nhiều nhất ở các mẫu sữa có bổ sung tinh bột
biến tính bằng HCl. Điều này có thể giải thích là vẫn còn một lượng nhỏ HCl chưa hòa tan hết lượng tinh bột, tuy nhiên nồng độ của HCl khá thấp nên sẽ không ảnh hưởng
đến mức độ an toàn của sản phẩm. Trong khi đó, các mẫu sản phẩm có bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH và H2O2 thì pH thay đổi không nhiều nên những mẫu này có thể giữnguyên được vị của sản phẩm sữa chua.
4.5.2 Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính tinh bột biến tính
Hình 4.6: Mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính
Nhận xét:
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt cho thấy các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính bằng acid sẽ có cấu trúc gel tốt hơn các mẫu còn lại.
Đường giả dẻo đặc trưng của sữa chua không bị ảnh hưởng bởi việc bổ sung tinh bột biến tính. Độ nhớt cao của các mẫu sữa có bổ sung tinh bột biến tính bằng acid là do sựthay đổi pH của sản phẩm. Đối với sữa chua, pH giảm trong một mức độ nhất định sẽ làm tăng độ gel. Điều này mang lại ưu điểm cho các sản phẩm sữa chua trong quá trình bảo quản vì nó giúp ổn định cấu trúc sản phẩm. Kết quả thí nghiệm cho thấy những mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl trong 1h sẽ tốt hơn so với mẫu bổ sung tinh bột biến tính trong 0,5h và 1,5h. Vì vậy, thời gian biến tính tinh bột bằng HCl không cần quá dài.
Trong khi đó, tinh bột biến tính bằng NaOH và H2O2 ảnh hưởng lên sản phẩm sữa chua rất đặc biệt: trong khi pH của hệ gần như không thay đổi, độ nhớt của sản phẩm giảm rõ rệt và điều này có thểlà do các tương tác hóa học giữa các phân tử của hệ keo
4.5.3 So sánh ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu sản phẩm sữa chua 0 0 10 20 30 40 50 60 0 100 200 300 400
Không có tinh bột tang toc do cat giam toc do cat
Tốc độ cắt (1/s) Ứn g su ất c ắt ( P a) 0 5 10 15 20 25 30 0 100 200 300 400
Biến tính với HCl 0,25M tang toc do cat giam toc do cat
Tốc độ cắt (1/s) Ứn g su ấ t cắ t (P a) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 100 200 300 400
Biến tính với NaOH pH 10 tang toc do cat giam toc do cat
Ứn g su ấ t cắ t (P a ) Tốc độ cắt (1/s)
Hình 4.7: Quan hệ của ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua Nhận xét:
Khi so sánh sựthay đổi ứng suất cắt của sản phẩm khi tăng và giảm dần tốc độ cắt, có thể thấy rằng các mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl làm tăng
quá trình trễ pha của hệ gel: độ nhớt của các sản phẩm này không thể phục hồi lại giá trị ban đầu ngay cả khi chấm dứt tác động của lực cắt. Trong khi đó, các mẫu sữa chua bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH đem lại một sựổn định cao cho sản phẩm dưới
ảnh hưởng của lực cắt bởi vì gần như không có sự trễ pha trong các mẫu sữa này. Điều này tốt cho việc vận chuyển các sản phẩm trong đường ống bởi vì các thông số của sản phẩm sẽthay đổi tức thời dưới tác dụng của ngọai lực và có thể phục hồi lại giá trị ban
đầu khi chấm dứt tác động của ngoại lực. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 100 200 300 400
Biến tính với H2O2 tang toc do cat giam toc do cat
Tốc độ cắt (1/s) Ứn g su ất c ắt ( P a)
Hình 4.8: Đo độ nhớt của sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính
4.5.4 Tiến hành đo cấu trúc các mẫu sữa chua
Sau khi tiến hành đo độ nhớt cũng như đánh giá ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua, các mẫu này được đánh giá cấu trúc bằng máy TA – XT plus. Mỗi mẫu tiến hành 3 lần đo và lấy trung bình. Kết quảđược trình bày trong bảng 4.3.
Bảng 4.3: Kết quả đo cấu trúc của các mẫu sữa chua
Mẫu A B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 Lần 1 8,7 9,8 10,6 10,5 10,0 9,2 9,3 10,3 9,0 9,5 Lần 2 9,0 10,8 10,5 9,4 9,3 9,2 10,0 9,2 9,3 9,1 Lần 3 10,8 9,1 10,3 9,3 9,3 9,8 8,8 8,6 10,3 10,9 Trung bình 9.50 9.90 10.47 9.73 9.53 9.40 9.37 9.37 9.53 9.83 Nhận xét:
Theo phụ lục 2, độ cứng của các mẫu sữa chua khác biệt không có ý nghĩa ởđộ tin cậy 95% (P = 0,7318> 0,05). Như vậy, mặc dù có bổ sung tinh bột biến tính vào các mẫu
này nhưng cấu trúc chungcủa sữa chua hầu như là không đổi. Tuy nhiên, theo bảng 4.3 thì các mẫu sữa có bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl đều làm tăng độ cứng của sữa chua so với mẫu không bổ sung tinh bột biến tính, điều này cho thấy tinh bột biến tính bằng acid làm cho cấu trúc gel vững chắc nhất. Trong khi đó, các mẫu sữa có bổ sung tinh bột biến tính bằng NaOH và H2O2 thì làm độ cứng giảm hoặc tăng nên cấu trúc không ổn định.
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Mục đích của đề tài là nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính bằng các phương pháp khác nhau và sau đó ứng dụng tinh bột biến tính này để ổ định cấu trúc của sữa chua.
Từ các tài liệu tham khảo, có rất nhiều cách để biến tính tinh bột trong đó cách biến
tính bằng HCl, NaOH và H2O2 đơn giản, không yêu cầu thiết bị cũng như hóa chất đắt
tiền và thời gian biến tính tương đối ngắn (từ 0,5 – 1,5h). Tinh bột biến tính bằng HCl
cho hiệu suất cao nhất trong khi tinh bột biến tính bằng NaOHvà H2O2thì mức độ phân
cắt mạch tinh bột nhỏ hơn dẫn đến biến tính có phần thấp hơn.
Từ các mẫu tinh bột biến tính, trộn các mẫu này vào sữa chua theo 1 tỷ lệ nhất định. Khảo sát quan hệ giữa độ nhớt và tốc độ cắt của các mẫu sữa chua bằng máy
Brookfield thì thấy được rằng mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính bằng acid sẽ
có cấu trúc gel tốt hơn các mẫu còn lại trong đó mẫu sữa chua có bổ sung tinh bột biến tính bằng HCl trong 1h sẽ tốt hơn so với mẫu bổ sung tinh bột biến tính trong 0,5h và 1,5h.Bên cạnh đó, khảo sát về mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt của các mẫu