Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến chất ổn định từ tinh bột sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa

Đây là một loại tinh bột biến tính bằng phương pháp axit từ tinh bột sắn, được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và có thể sử dụng cùng với các phụ gia khác tạo hỗn hợp chất ổn định dù

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM -& -

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CHẤT ỔN ĐỊNH TỪ TINH BỘT SỬ DỤNG

TRONG CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN SỮA

Chủ nhiệm đề tài: ThS Trịnh Thanh Hà

7845

07/4/2010

Hà Nội, tháng 12 năm 2009

ký ngày 25 tháng 02 năm 2009

Chủ nhiệm đề tài: ThS Trịnh Thanh Hà

Các thành viên tham gia: PGS.TS Lê Đức Mạnh

MỤC LỤC

TrangMỤC LỤC

1.2.3 Sản xuất tinh bột biến tính trên thế giới và ở Việt Nam 15

1.3.1 Phương pháp biến tính tinh bột bằng axit 17 1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất của tinh bột

trong quá trình biến tính

18

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu 24

3.1 Nghiên cứu khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong

công nghiệp chế biến sữa hiện nay ở Việt nam

32

3.2 Nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu tinh bột nội địa để sản xuất

chất ổn định dùng cho công nghiệp chế biến sữa

tinh bột

43

3.3.1.4 Nghiên cứu lựa chọn nồng độ axit cho quá trình biến tính tinh

nhà máy chế biến sữa

53

3.3.5.1 Nghiên cứu tìm nồng độ tinh bột biến tính thích hợp trong sản

phẩm sữa chua tại phòng thí nghiệm

Phụ lục 4: Một số thiết bị sử dụng trong sản xuất thực nghiệm

Phụ lục 5: Các hồ sơ liên quan đến đề tài

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp chế biến sữa của Việt Nam hiện nay đang ở giai đoạn phát triển mạnh, sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với người dân Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp chế biến sữa trong giai đoạn tiếp theo sẽ tiếp tục tăng nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của xã hội Để ngành công nghiệp chế biến sữa phát triển được bền vững thì các ngành liên quan như chăn nuôi bò sữa, chế biến sữa, sản xuất chất phụ gia… cần có sự phát triển đồng bộ

Trong công nghiệp chế biến sữa nói chung, các chất ổn định (stabilizer)

là những phụ gia quan trọng Hiện nay ở nước ta, nói chung việc cung cấp chất ổn định phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu, vì thế các nhà máy chế biến sữa thường không chủ động được nguồn cung cấp nguyên liệu và tỉ lệ nội địa hóa của sản phẩm là rất thấp Một trong các chất ổn định là tinh bột biến tính Các nguồn tinh bột biến tính ngoại nhập được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm có thể kể đến tinh bột AF 520 của Thái Lan, một sản phẩm thương mại đã có mặt ở thị trường Việt Nam Đây là một loại tinh bột biến tính bằng phương pháp axit từ tinh bột sắn, được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và có thể sử dụng cùng với các phụ gia khác tạo hỗn hợp chất ổn định dùng trong sản xuất các sản phẩm sữa

Việt Nam có nguồn nguyên liệu sản xuất tinh bột rất dồi dào Trong các nguồn cung cấp tinh bột như lúa, ngô, khoai lang, sắn… thì mới chỉ có tinh bột sắn được sản xuất với qui mô công nghiệp, do vậy đảm bảo được nguồn cung cấp tinh bột với số lượng lớn Trong những năm gần đây, tinh bột sắn của Việt Nam đã vươn lên đứng hàng thứ ba trên thế giới (sau Thái Lan và Indonesia) về sản lượng xuất khẩu [1] Thêm vào đó tinh bột sắn còn có ưu thế

là giá rẻ hơn so với tinh bột gạo và tinh bột ngô

Biến tính tinh bột bằng phương pháp axit là một phương pháp đã có từ lâu Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể sản xuất với năng suất lớn

mà không gặp khó khăn gì trong vấn đề chất xúc tác, hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm,

dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất…

Với mong muốn đa dạng hóa sản phẩm để phù hợp với điều kiện của từng nơi sản xuất, đồng thời không phải sử dụng nguồn hàng nhập khẩu, giảm chi phí sản xuất, tận dụng được nguồn nguyên liệu tinh bột phong phú của

nước ta, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình công

nghệ chế biến chất ổn định từ tinh bột sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa”

Mục tiêu của đề tài là xây dựng qui trình công nghệ sản xuất tinh bột biến tính bằng phương pháp axit từ nguyên liệu là tinh bột sắn và ứng dụng làm chất ổn định trong sản xuất sữa chua ăn, một sản phẩm sữa đặc dạng có lợi cho sức khỏe con người và rất phổ biến trên thị trường

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

− Đối tượng nghiên cứu: tinh bột sắn

− Phạm vi nghiên cứu: biến tính tinh bột sắn bằng phương pháp axit thu được sản phẩm tương tự như sản phẩm AF 520 của Thái Lan Ứng dụng

tinh bột biến tính này làm chất ổn định trong sữa chua

Nội dung nghiên cứu

− Nghiên cứu khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa hiện nay ở Việt nam

− Nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu tinh bột nội địa để sản xuất chất

ổn định dùng cho công nghiệp chế biến sữa

− Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất chất ổn định từ tinh bột

− Sản xuất thử nghiệm ở qui mô xưởng thực nghiệm

− Ứng dụng chất ổn định trong sản xuất sản phẩm sữa dạng đặc tại nhà

máy chế biến sữa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Phụ gia thực phẩm – Chất ổn định [2]

Để chế biến thực phẩm được phong phú, ngon, duy trì được chất lượng lâu hơn thì không thể thiếu phụ gia Phụ gia, theo từ điển Tiếng Việt: là chất phụ thêm vào, ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc chế biến thực phẩm Hầu như ngành công nghiệp nào cũng dùng phụ gia Trong thực phẩm, phụ gia được định nghĩa là: “các chế phẩm tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học, không phải thực phẩm, được đưa vào thực phẩm một cách cố ý để thực hiện những mục đích kỹ thuật nhất định và còn lưu lại trong thực phẩm ở dạng nguyên thể hoặc dẫn xuất, nhưng đảm bảo an toàn cho người sử dụng” Phụ gia cũng làm cải thiện giá trị dinh dưỡng của một số thực phẩm và có thể làm chúng hấp dẫn hơn bằng cách tăng mùi vị, kết cấu, độ đồng nhất và màu sắc của thực phẩm

Nhiều chất phụ gia được cho vào thực phẩm có vẻ như là "chất lạ" khi được ghi trên bao bì, nhưng thực ra chúng hoàn toàn quen thuộc Ví dụ: acid ascorbic hay vitamin C, alphatocopherol hay vitamin E; và beta-carotene là một nguồn vitamin A …

Có rất nhiều chất phụ gia mang tính chất và ứng dụng khác nhau trong các loại thực phẩm Người ta chia chúng thành các nhóm có tính chất chung Các chất trong nhóm tùy tính chất cũng như các ảnh hưởng khác về cảm quan, giá thành, tính chất công nghệ khác mà được sử dụng khác nhau Về mặt an toàn, cơ bản mà nói, không có sự khác biệt nào giữa phụ gia thiên nhiên và tổng hợp Điều quan trọng là phụ gia đó có được phép sử dụng hay không và giới hạn sử dụng trong thực phẩm là bao nhiêu

Các chất ổn định, tạo đặc và tạo gel, làm cho thực phẩm có kết cấu đặc

và chắc Trong công nghiệp chế biến sữa, các chất ổn định không phải là các chất nhũ hóa, nhưng chúng giúp cho các thành phần của sữa ổn định hơn Trong sản xuất sữa chua nói riêng, vai trò của hỗn hợp chất ổn định là giữ vững kết cấu khung của sản phẩm, làm cho sản phẩm giữ nguyên ở dạng đồng nhất, không bị tách nước trong quá trình bảo quản và lưu hành trên thị trường, tạo giá trị cảm quan cao cho sản phẩm

1.1.1 Các chất ổn định sử dụng trong công nghiệp chế biến sữa

Các chất ổn định trong công nghiệp chế biến sữa có thể kể đến như sau: Alginate, Carboxymethyl cellulose, Carrageenan, Gelatin, Guar gum, Locust Bean Gum, Tinh bột biến tính Đây là những phụ gia thực phẩm thuộc nhóm phụ gia tạo gel, tạo sệt hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với rất nhiều chức năng như tạo đặc hay tạo gel hệ lỏng, ổn định hệ bọt, nhũ tương

và huyền phù, ngăn cản sự hình thành tinh thể đá và đường, giữ hương…[19]

Alginate là loại polyme sinh học biển phong phú nhất thế giới và là loại

polyme sinh học nhiều thứ hai trên thế giới sau xenlulo Nguồn alginate chủ yếu được tìm thấy ở thành tế bào và ở gian bào của tảo nâu ở biển (thuộc họ Rhaeophyceae) Các phân tử alginate tạo ra cho thực vật độ mềm dẻo và độ bền cần thiết cho các loài thực vật biển do alginate ở các gian bào tạo thành một mạng lưới

Alginate là muối của axit alginic (công thức phân tử là NaC6H7O6), tan chậm trong nước và tạo thành dung dịch nhớt Axit alginic là một polyme do axit D-mannuronic (M) và axit L-guluronic (L) liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 Có 3 dạng liên kết có thể gặp trong 1 phân tử alginate (M-M-M), (G-G-G), (M-G-M)

Hình1: Cấu tạo phân tử Alginate

Carboxymethyl cellulose (CMC) là một polyme mạch thẳng hòa tan

trong nước CMC được sản xuất từ phản ứng giữa cellulose hydroxyl với sodium monochloroacetate CMC được sử dụng trong thực phẩm là dạng có

độ tinh khiết cao (99,5%) gọi là xenlulo gum Nó tạo cho sản phẩm chế biến đạt một độ đặc nhất định, góp phần xây dựng cấu trúc cho thực phẩm và ổn định hệ thống thực phẩm nhiều pha Tổ chức FAO của Hoa Kỳ và WHO đều nhận thấy rằng có thể sử dụng xenlulo gum độ tinh khiết 99,5% như một chất phụ gia thực phẩm trực tiếp

Hình 2: Cấu tạo phân tử CMC

Carrageenan là polysaccarit chiếm 40% trong Rong Sụn (Kapsycus

alcaeric) Carrageenan là một hỗn hợp phức tạp của ít nhất 5 loại polyme được cấu tạo từ các gốc D-galactoza và 3,6 – anhydro D-galactoza Mạch polysacarit của các carrageenan có cấu trúc xoắn kép Mỗi vòng xoắn do 3 đơn gốc disacarit tạo nên Các gốc này liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 và 1,3 luân phiên nhau

Hình 3: Cấu tạo phân tử Carrageenan

Với các khả năng như: Tham gia như một chất tạo đông (trong các sản phẩm như: kem, sữa, bơ, pho mát); Làm bền nhũ tương, giúp cho dung dịch ở trạng thái nhũ tương cân bằng với nhau mà không bị tách lớp; Có thể thay đổi kết cấu của sản phẩm với tính chất hóa lý, cơ học mong muốn, tạo ra các sản phẩm đông đặc có độ bền dai; Giúp ổn định các tinh thể trong các sản phẩm bánh, kẹo ngăn chặn đường và nước đá bị kết tinh… nên carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân Tổ chức FDA của Mỹ đã xếp carrageenan vào danh mục các chất an toàn đối với các sản phẩm thực phẩm

Trong công nghiệp sữa carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ tương sữa – nước bền vững Chính vì tính chất này mà carrageenan không thể thiếu được trong công nghiệp chế biến sữa Sữa nóng

cú chứa carrageenan được làm lạnh sẽ tạo gel, giữ cho nhũ tương của sữa với nước được bền vững, khụng bị phõn lớp Tỏc nhõn chớnh trong quỏ trỡnh tạo gel là do liờn kết giữ cỏc ion sulfat với cỏc đuụi mang điện của cỏc phõn tử protein và cỏc cation Ca2+, K+ cú mặt trong sữa

Gelatin là sản phẩm thu nhận được từ collagen cú trong cỏc loại động

vật cú xương sống và là thành phần chớnh trong cỏc mụ liờn kết và xương Gelatin là một chuỗi axit amin gồm glycine, proline và hydroproline Trong phân tử gelatin, bộ ba glycine-proline-hydroproline được lặp lại tạo nên cấu trúc xoắn ốc và tạo cho gelatin khả năng tạo gel do cấu trúc xoắn ốc có khả năng giữ nước Phõn tử lượng của gelatin khoảng vài ngàn đến vài trăm ngàn đơn vị Cacbon

Hỡnh 4: Cấu tạo phõn tử Gelatin

Gelatin là chất tạo nhũ và tạo bọt hiệu quả Ở nồng độ thấp, nú tạo gel tan hết trong miệng, ở nồng độ cao nó tạo gum mềm dẻo tan từ từ trong miệng

Do vậy, gelatin được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm Gelatin thường được sử dụng với nồng độ thấp trong nước hoặc polyhydric alcohols trong sản xuất kẹo, kẹo dẻo và hàng loạt sản phẩm tráng miệng, các đồ uống

có sữa, sữa lên men hay trong phomat đã chế biến

Guar gum được chiết xuất từ hạt quả cõy Guar (Cyamopsis

tetragonolobus), một loại cõy thuộc họ đậu được trồng rất nhiều ở Ấn Độ Guar gum là một polysaccarit cấu tạo bởi galactoza và mannoza

Guar gum được sử dụng làm chất phụ gia tạo gel, tạo sệt do cú khả năng tạo độ nhớt cao Khi Guar gum được sử dụng cựng với Locust Bean Gum, độ nhớt tăng lờn rất nhiều so với khi chỉ dựng mỗi Guar gum hoặc Guar gum với cỏc phụ gia khỏc

Hình 5: Cấu tạo phân tử Guar gum

Locust bean gum là chất xơ thiên nhiên, chiết xuất từ cây Carob Bean

ở vùng Trung Mỹ (Ceratonia siliqua) Locust bean gum cũng là một polysaccarit cấu tạo bởi galactoza và mannoza, tương tự như Guar gum, nhưng có tỉ lệ galactoza và mannoza cao hơn của Guar gum Guar gum và Locust bean gum ít được sử dụng đơn lẻ

Hình 6: Cấu tạo phân tử Locust bean gum

Tinh bột biến tính thường được dùng làm chất ổn định do cấu trúc

mịn, dễ chế biến và giá thành thấp hơn so với các phụ gia khác Cơ chế tạo sệt, tạo gel của tinh bột biến tính: Khi để nguội thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm

đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và

sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh

1.1.2 Tinh bột biến tính được sử dụng làm chất ổn định trong công nghiệp chế biến sữa

Trong công nghiệp sản xuất sữa chua, tinh bột biến tính được dùng để tạo độ nhớt, làm tăng cảm giác trong miệng, tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm và hạn chế sự tách whey sữa chua Tinh bột biến tính có thể được sử dụng một mình hay sử dụng kết hợp với các chất ổn định khác [22]

Cách thức hoạt động của tinh bột biến tính trong sữa chua bao gồm 2 chức năng cơ bản là: liên kết với nước và thúc đẩy sự gia tăng độ nhớt Tinh bột biến tính thực hiện liên kết giữa nước với sữa nhờ:

- Liên kết với nước nhờ hydrat hóa

- Phản ứng với các thành phần sữa (chủ yếu là với protein) để làm tăng mức

độ hyđrat hóa tinh bột

- Làm ổn định các phân tử protein do tạo thành một mạng lưới ngăn cản sự chuyển động tự do của nước [24,27]

Trạng thái, mùi vị của sữa chua có khác nhau ở vùng này so với vùng khác, nước này so với nước khác Đặc biệt là độ đặc hoặc loãng phụ thuộc vào thị hiếu của mỗi vùng, mỗi nước [13, 14] Có nhiều nghiên cứu trên thế giới

về việc bổ sung chất ổn định trong sữa chua có thể kể đến như sau:

Theo các nhà nghiên cứu Nigeria [20], khi nghiên cứu bổ sung chất ổn định cho sản phẩm sữa chua xử lý nhiệt sau lên men (thermized yoghurt), đã

có kết luận: cảm quan về mùi thơm và vị ngon của sản phẩm có bổ sung tinh bột ngô biến tính khác không đáng kể so với bổ sung CMC và ngon hơn hẳn

so với sản phẩm có bổ sung gelatin Theo các nhà nghiên cứu này thì sản phẩm sữa chua được xử lý nhiệt khi bổ sung CMC ở nồng độ 0,75% là chấp nhận được

Khi sản phẩm sữa chua được bổ sung tinh bột biến tính sẽ cho cấu trúc chắc và bền, độ mịn, độ sánh của sản phẩm tạo cảm giác ngon miệng, trong khi tinh bột tự nhiên do độ nhớt quá cao tạo cho sản phẩm có độ đặc quánh, giảm chất lượng cảm quan K.A Schmidt và cộng sự [29] đã so sánh khi sử dụng hai loại chất ổn định dùng trong sữa chua: một mẫu dùng tinh bột tự nhiên và gelatin; mẫu kia dùng tinh bột biến tính và gelatin Kết quả cho thấy sau thời gian bảo quản 60 ngày, sản phẩm sữa chua dùng tinh bột biến tính vẫn đảm bảo chất lượng cảm quan tốt

Tihomirova, N A và cộng sự [37] khi nghiên cứu sự ổn định, độ kết dính trong sữa chua có kết luận: sản phẩm sữa chua có dùng phối hợp gelatin

và tinh bột biến làm chất ổn định cho sản phẩm ổn định hơn, đảm bảo được chất lượng tốt trong thời gian 2 tháng, chính vì vậy nó có xu hướng phát triển cao hơn sữa chua không sử dụng chất ổn định

Tác giả Williams R P W và cộngsự [40] nghiên cứu bổ sung tinh bột biến tính vào sữa chua đã kết luận tinh bột biến tính có thể thay thế một phần nguyên liệu sữa bột Đồng thời đánh giá cảm quan cho thấy: sữa chua được thêm tinh bột biến tính, lên men ở 35oC được ưa chuộng hơn nhiều so với loại không được bổ sung tinh bột biến tính, lên men ở 43oC do có độ sánh tốt hơn

và không bị phân tách nước

Một nghiên cứu khác cũng cho thấy khi bổ sung chất ổn định là tinh bột biến tính, gelatin, alginate vào sữa chua thì sản phẩm giảm độ tách nước và cho chất lượng tốt hơn khi không bổ sung hoặc bổ sung các chất ổn định khác như guargum, CMC, carrageenan, sodium alginate [25]

Ở Việt Nam có một số công trình nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính bằng các phương pháp khác nhau và được ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau Riêng đối với công nghiệp chế biến sữa, các công trình nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính ứng dụng làm chất ổn định trong sản xuất sữa chua thì chưa có nhiều, có thể kể đến một vài nghiên cứu sau:

Tác giả Trương Thị Minh Hạnh [5] trong nghiên cứu ứng dụng tinh bột biến tính axit làm chất ổn định sữa chua bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa hàm đa mục tiêu từ nguyên liệu tinh bột huỳnh tinh đã đưa ra kết luận: điều kiện tốt nhất để sản xuất tinh bột biến tính axit từ tinh bột huỳnh tinh ứng dụng làm chất ổn định gel cho sản phẩm sữa chua có nồng độ tinh bột là 37,5%, hàm lượng axit HCl 0,5N là 112,5ml và thời gian biến tính

là 78 phút Ở điều kiện này, sữa chua có khả năng tạo gel cao nhất thể hiện ở giá trị độ bền gel là 536g và độ nhớt là 39,040 Cts Sản phẩm sữa chua được

bổ sung hỗn hợp chất ổn định có thành phần: gelatin 0,2%, alginate 0,2%, tinh bột biến tính 0,6% đạt chất lượng tốt và là mẫu được ưa thích nhất trong các mẫu thí nghiệm

Tác giả Đặng Thị Hoàng Lan [9] đã nghiên cứu sản xuất được tinh bột sắn biến tính kiểu liên kết ngang bằng liên kết photphat với tác nhân liên kết hóa học là POCl3 Tác giả đã ứng dụng loại tinh bột này làm chất ổn định trong sản phẩm sữa chua và đồng thời thay thế một phần nguyên liệu bột sữa Sản phẩm sữa chua thử nghiệm được sử dụng 0,5% chất ổn định gelatin,

monoglycerit và diglycerit và 1,5% tinh bột biến tính liên kết ngang đã đạt mức độ ưa thích như sản phẩm sữa chua thương mại Giá thành sản xuất của tinh bột này là 13.800 đ/kg

Tinh bột biến tính được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm thực phẩm như các sản phẩm từ sữa (phomat, sữa chua), bánh kẹo, rau quả đóng hộp, nước sốt… Một số loại tinh bột biến tính được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm từ sữa (phomat, sữa chua) có thể kể đến như [19]:

Bảng 1: Tinh bột biến tính được sử dụng trong các sản phẩm từ sữa

Giới hạn sử dụng

STT Chỉ số

Quốc tế

Tên tinh bột và ADI

Phomat ép Sữa chua

1 E1400 Dextrin, tinh bét rang

tr¾ng hoÆc vµng (Dextrins, roasted starch, while & yellow) ADI: không xác định

5g/kg (hay kết hợp với các chất

ổn định và chất mang khác)

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

2 E1401 Tinh bét xö lý axit

(Acid treated starch)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

3 E1402 Tinh bột xử lý kiềm

(Alkaline treated starch)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

4 E1410 Monoamidon photphat

(Mono starchphosphate)

ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

5 E1413 Diamidon photphat hóa

(Phosphated distarch photphate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

6 E1420 Amidon axetat

(Starch acetate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

Giới hạn sử dụng

STT Chỉ số

Quốc tế

Tên tinh bột và ADI

Phomat ép Sữa chua

7 E1422 Diamidon axetyl adipat

(Acetylaed distarch adipate) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

8 E1442 Hydroxy propyl

diamidon photphat (hydroxy propyl distarch) ADI: không xác định

10g/kg (hay kết hợp với tinh bột khác)

ADI (Acceptable Daly Intake) - Lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận

được: là lượng xác định của mỗi chất phụ gia thực phẩm được cơ thể ăn vào

hàng ngày thông qua thực phẩm hoặc nước uống mà không gây ảnh hưởng có hại tới sức khoẻ ADI được tính theo mg/kg trọng lương cơ thể/ngày

1.2 Tinh bột biến tính

Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác đến mức có thể để phục vụ cho nhu cầu sản xuất Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp thực phẩm mở rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy nó có những hạn chế hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này nhưng lại bất lợi cho sản phẩm khác Vì vậy, quá trình biến tính tinh bột được sử dụng để tạo ra những loại tinh bột có các tính chất phù hợp với những sản phẩm nhất định [23]

Biến tính tinh bột là quá trình làm biến đổi cấu trúc và tác động lên các liên kết hydro của tinh bột một cách có kiểm soát Ngoại trừ tinh bột biến tính vật lý (hồ hóa trước), sự biến đổi này chỉ diễn ra ở cấp độ phân tử, với ít hoặc không có thay đổi trên bề mặt bên ngoài của hạt tinh bột, do đó, nguồn gốc thực vật của tinh bột vẫn có thể xác định được bằng kính hiển vi

Mục đích của biến tính tinh bột nhằm [7]:

- Cải biến các tính chất của sản phẩm

- Tăng giá trị cảm quan

- Tạo mặt hàng mới

1.2.1 Các phương pháp biến tính tinh bột

Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp biến tính tinh bột như sau [1, 7, 15, 30, 43]:

Phương pháp biến tính vật lý: là phương pháp biến tính tinh bột thuần

túy dùng các lực vật lý như ép, nén và hồ hóa tác dụng lên tinh bột để làm thay đổi một số tính chất của nó nhằm phù hợp với những ứng dụng, sản phẩm tinh bột biến tính của phương pháp này là những tinh bột hồ hóa, tinh bột xử

lý nhiệt ẩm

Phương pháp biến tính hóa học: là phương pháp sử dụng những hóa

chất cần thiết nhằm thay đổi tính chất của tinh bột, sản phẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lý axit, tinh bột ete hóa, este hóa, phosphat hóa

Phương pháp thủy phân bằng enzim: là phương pháp biến tính tinh bột

tiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc không bị lẫn những hóa chất khác Sản phẩm của phương pháp này là các loại đường glucoza, fructoza; các poliol như sorbitol, mannitol

Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hoá chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế

Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt

liên kết C - O giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân

tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến tính bằng axit được dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng

để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo…

Tinh bột oxi hoá cũng được xếp và nhóm này Một số loại tinh bột được oxi hoá bởi KMnO4 trong môi trường axit được sử dụng thay thế aga, alginate trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp Các sản phẩm tinh bột oxi hoá yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh Tinh bột oxi hoá bởi hypoclorit, H2O2 và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy

Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay

đổi do các nhóm hidroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoá học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit

có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution – DS) DS là số nhóm hiđroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit) Như vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3 Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hoá

1.2.2 Ứng dụng của tinh bột biến tính Các loại tinh bột biến tính dùng

trong thực phẩm[7,15, 43]:

Do có những tính chất mới giúp cho các quá trình sản xuất khắc phục được những khó khăn khi sử dụng tinh bột thường nên tinh bột biến tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp

- Trong công nghiệp xây dựng tinh bột biến tính được dùng làm chất gắn

bê tông, chất gắn đất sét, đá vôi, keo dính gỗ, gỗ ép, phụ gia cho sơn

- Trong công nghiệp mỹ phẩm tinh bột biến tính được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt

- Trong dược phẩm tinh bột biến tính là nguyên liệu thường dùng làm tá dược được trộn cùng với các hoạt chất của các loại thuốc viên dạng nén (phần lớn dùng để uống)

- Với công nghiệp khai khoáng, tinh bột biến tính được dùng trong tuyển nổi quặng, dung dịch nhũ tương khoan dầu

- Với công nghiệp giấy, tinh bột được dùng chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em

- Với công nghiệp dệt, tinh bột dùng trong hồ sợi, in

- Với các ngành khác, tinh bột được dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại

- Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột biến tính dùng trong chế biến thức ăn hàng ngày như chế biến thịt, đồ ăn tráng miệng, nước sốt, chất tạo huyền phù cho các đồ uống Trong công nghệ sản xuất kẹo gum, tinh bột biến tính được dùng thay thế tinh bột thường nhằm làm giảm độ nhớt của khối jelly

và rút ngắn thời gian nấu Tinh bột biến tính dùng làm chất ổn định trong các sản phẩm sữa chua, kem, …

Theo JECFA (2001), các loại tinh bột biến tính sử dụng trong thực phẩm bao gồm cỏc loại sau [43]:

1 Dextrin, tinh bột rang trắng hoặc vàng

13 Hydroxypropyl distarch phosphate

14 Starch sodium octenyl succinate

15 Tinh bột đã xử lý men

1.2.3 Sản xuất tinh bột biến tớnh trờn thế giới và ở Việt Nam

Với ngành cụng nghiệp nước giải khỏt khổng lồ, cú thể núi Mỹ là nước đứng đầu trờn thế giới về sản xuất và tiờu thụ xirụ glucoza (chủ yếu là từ tinh bột ngụ) Nhật Bản là nước đi đầu trong sản xuất cyclodextrin Phỏp, Mỹ là cỏc nhà cung cấp maltodextrin lớn từ tinh bột ngụ Cũn Thỏi Lan hiện nay là nước xuất khẩu tinh bột sắn biến tớnh lớn nhất với khối lượng khoảng 300 ngàn tấn mỗi năm sang cỏc nước Nhật Bản, Mỹ, Thụy Điển, Malaysia…

Ở Thỏi Lan, hơn một nửa sản lượng sắn (khoảng 20 triệu tấn) được sử dụng cho cụng nghiệp sản xuất tinh bột sắn Cựng với sự phỏt triển của cụng

nghệ, tinh bột sắn một lần nữa trở thành nguồn nguyên liệu quan trọng để chế biến thành các sản phẩm tinh bột biến tính, giúp tăng cường các tính chất chức năng và làm gia tăng trị giá thương phẩm của bột sắn

Ngành công nghiệp biến tính tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp quan trọng nhất ở Thái Lan, bắt đầu bằng việc tăng qui mô sản xuất tinh bột sắn từ nhỏ đến lớn và ngày càng cải thiện chất lượng của sản phẩm tinh bột Một trong những động lực chính cho việc phát triển ngành công nghiệp này là do nhu cầu của thị trường ở cả trong và ngoài nước [1, 28,

33, 35]

Hà Lan đã sản xuất được tinh bột khoai tây mới có hàm lượng amiloza cao, có các tính chất hầu như đồng nhất với gelatin Loại tinh bột mới này có khả năng tạo thành và giải phóng các gel một cách thuận nghịch tùy thuộc vào nhiệt độ, trong khi tinh bột thông thường không thể tạo được gel một cách thuận nghịch theo nhiệt độ như vậy [18]

Ở nước ta hiện nay, trong bối cảnh cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thực sang trồng cây công nghiệp, toàn quốc hiện có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn

củ tươi/năm và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn Đó chắc chắn là nguồn cung cấp tinh bột sắn rẻ, chất lượng tốt và

ổn định

Nhiều nhà máy lớn như công ty Vedan ở Đồng Nai là nhà máy có vốn đầu tư nước ngoài có công suất lớn nhất Đông Nam Á đã sản xuất được các sản phẩm như tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính bằng hóa chất, mì chính, lysin… phục vụ cho nhu cầu trong nước và xuất khẩu [1]

1.3 Tinh bột biến tính bằng axit

Tinh bột biến tính bằng axit là tinh bột được biến tính bằng phương pháp hóa học thuộc nhóm tinh bột cắt Dưới tác dụng của axit, một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị đứt, do đó làm cho kích thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tính chất mới

Tinh bột sắn biến tính bằng axit là loại tinh bột được sản xuất ở rất nhiều nhà máy tại Thái Lan và đã trở thành những sản phẩm thương mại Một trong số đó có thể kể đến là tinh bột AF 520 Loại tinh bột biến tính này được

sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và có thể được phối trộn với các phụ gia khác tạo hỗn hợp chất ổn định dùng trong sản xuất sữa chua [35]

Tính chất của tinh bột biến tính bằng axit [3]:

- Tinh bột biến tính bằng axit có sự thay đổi nhiều về tính chất so với tinh bột chưa biến tính và có thêm những đặc tính mới, chỉ còn giống tinh bột ban đầu ở hình dạng vật lý, chỉ có sự thay đổi nhỏ về tính lưỡng chiết hạt mà không có sự thay đổi trực tiếp về dạng hạt

- Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng axit giảm thấp Sự giảm độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng axit là do phá hủy vùng vô định hình giữa các mixen của hạt và làm yếu cấu trúc hạt rồi dẫn đến phá hủy hạt ngay cả khi hạt trương không đáng kể

- Khối lượng phân tử của tinh bột biến tính giảm

- Tính chất căn bản nhất của tinh bột biến tính bằng phương pháp axit

là tính thoái hóa thấp hơn so với các loại tinh bột khác, đồng thời có độ bền màng gel cao nên nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

- Có khả năng tạo gel, làm chất ổn định, chất làm đặc, khả năng tan dễ dàng trong nước ấm nên tinh bột biến tính bằng axit là một chất phụ gia được dùng để sản xuất các sản phẩm như sữa chua; các sản phẩm hòa tan như cà phê, bột trái cây, bột sữa dừa, bột đậu nành, trà gừng; các loại trà uống khác Trong công nghiệp dệt và công nghiệp giấy, đây là một thành phần không thể thiếu được để làm tăng độ bền, độ mài mòn và độ bóng của sản phẩm

1.3.1 Phương pháp biến tính tinh bột bằng axit [ 1,3, 4, 6, 36]

Biến tính tinh bột bằng axit là phương pháp đã có từ lâu Mặc dù trong công nghệ có những nhược điểm như thiết bị bị axit ăn mòn, sản phẩm nhiều khi có màu và có vị mặn do các kim loại trong tinh bột tác dụng với axit tạo muối hoặc tạo các hợp chất phức chất có màu Tuy nhiên, với thiết bị hiện đại, ngày nay người ta có thể khắc phục những nhược điểm nói trên

Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là có thể sản xuất với năng suất lớn mà không gặp khó khăn gì trong vấn đề chất xúc tác, hóa chất rẻ tiền, dễ kiếm, dễ tự động hóa dây chuyền sản xuất… Do đó, tinh bột biến tính bằng axit đáp ứng dễ dàng với số lượng nhiều và giá thành rẻ

Axit được cho vào huyền phù tinh bột trong một quá trình kiểm soát chặt chẽ, khuấy trộn liên tục trong điều kiện nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ trương nở của tinh bột (khoảng

55oC) cho đến khi đạt được mức độ thủy phân cần thiết Axit vô cơ thường sử dụng là HCl hoặc H2SO4 Theo Ferrara thì hỗn hợp axit HCl và HF dùng để

xử lý tinh bột sẽ tạo gel chậm hơn nhiều khi xử lý bằng HCl riêng lẻ Trong quá trình biến hình tinh bột thì phản ứng axit gây ra sự thủy phân liên kết

glucozit trong phân tử tinh bột Do sự thủy phân này mà mạch tinh bột ngắn bớt Đối với tinh bột đã phân tán thì liên kết (1,4) α –D glycozit nhạy cảm với

sự phân giải axit hơn so với những điểm phân nhánh (1,6) α –D glycozit Tuy nhiên, trong hạt tinh bột, những phần chứa nhiều liên kết (1,4) α –D glycozit đều có mặt vùng kết tinh hạt Vì vậy mà liên kết (1,6) α –D glycozit trở nên nhạy cảm và dễ tiếp cận hơn với sự thủy phân axit

Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuyếch tán tinh bột (huyền phù tinh bột 12-15 Bx) trong dung dịch axit vô cơ có nồng độ 1-3%, rồi khuấy đều ở nhiệt độ 50-55oC trong 12-14 giờ Sau đó trung hòa, lọc rửa và sấy khô

Sự thủy phân axit xảy ra ở hai bước sau:

- Sự tấn công trước hết vào vùng vô định hình, giàu amilopectin Đặc biệt là những điểm phân nhánh α - 1,6 - D glycozit dễ bị tấn công

- Sau đó tấn công chậm chạp vào vùng kết tinh và vùng có tổ chức cao của amiloza và amilopectin

Sự thủy phân xảy ra làm giảm độ dài mạch polymer, cấu trúc hạt yếu đi nhưng hình dạng hạt tinh bột không thay đổi

Tinh bột sắn biến tính bằng axit là loại tinh bột được sản xuất ở rất nhiều nhà máy tại Thái Lan Thông thường, loại tinh bột này được tạo ra trong quá trình sản xuất tinh bột sắn Axit (thường là HCl) được cho vào sữa tinh bột sắn (khoảng 20% chất khô) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa Khi đạt đến độ nhớt hay đạt đến mức độ biến hình theo yêu cầu thì axit được trung hòa

và tinh bột được thu hồi bằng cách lọc hay li tâm, rửa và sấy khô Nồng độ axit, nhiệt độ, nồng độ tinh bột và thời gian thủy phân khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất Biến tính bằng axit sẽ tạo cho tinh bột sắn có độ nhớt thấp hơn 30cPs

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất của tinh bột

trong quá trình biến tính [3,21,28,32,34,35,38]

Có 2 phương pháp biến tính bằng axit đó là:

- Biến tính bằng axit trong môi trường ancol

- Biến tính bằng axit trong môi trường nước

™ Biến tính tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường ancol:

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân cắt mạch tinh bột trong quá

trình biến tính: Chủ yếu là nhiệt độ, hàm lượng axit, nồng độ dịch tinh bột

và loại môi trường Khả năng phân cắt mạch tinh bột biểu thị bằng chỉ số

Pn

Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng axit:

Ở cả hai môi trường ancol và metanol, hàm lượng axit và nhiệt độ càng

tăng thì mức độ phân cắt mạch càng lớn, trong môi trường metanol sự phân cắt

mạnh hơn Khi nhiệt độ lớn hơn 60oC, quá trình hồ hóa tinh bột xảy ra Vì

vậy, tốt nhất nên thực hiện biến tính ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa (từ 10-55 oC)

Hình 7 Qui trình sản xuất tinh bột biến tính theo phương pháp của Robyt [34]

Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột:

Trong cả hai môi trường ancol và metanol, với cùng một điều kiện về

nhiệt độ và nồng độ axit, khi nồng độ tinh bột càng tăng thì khả năng phân cắt

mạch tinh bột càng giảm Yếu tố nồng độ axit ảnh hưởng sâu sắc hơn đối với

mức độ phân cắt mạch tinh bột so với nồng độ tinh bột

Ảnh hưởng của môi trường:

So sánh giữa hai môi trường etanol và metanol cho thấy mức độ phân

cắt của mạch tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường metanol lớn

hơn so với trong môi trường etanol ở cùng điều kiện (nhiệt độ, nồng độ axit,

nồng độ tinh bột) Nhưng metanol không nên ứng dụng trong công nghiệp

thực phẩm mà có thể ứng dụng trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy

hay làm chất độn trong khoan dầu mỏ

™ Biến tính tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường nước:

Biến tính tinh bột trong môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức

tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến tính bằng axit trong

môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên

Hình 8: Qui trình biến tính tinh bột bằng axit

theo phương pháp của Ali và Kemf [21]

Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng

độ 33% và biến tính với xúc tác là dung dịch axit HCl 0,5N ở 50oC trong điều kiện khuấy trộn liên tục Khi quá trình biến tính kết thúc, trung hòa bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy li tâm siêu tốc và nước nhiều lần Cuối cùng là sấy, nghiền, rây để thành phẩm

Trong 3 loại tinh bột biến tính là tinh bột huỳnh tinh, tinh bột sắn dây và tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính có độ hòa tan cao nhất vì trong quá trình biến tính, mức độ phân cắt mạch lớn, nên mạch ngắn tăng nhiều, kích thước phân tử nhỏ hơn nên có khả năng khuyếch tán và dễ hòa tan trong nước hơn

So sánh với tinh bột chưa biến tính, hình dạng cơ bản của tinh bột trước

và sau khi biến tính bằng axit có sự thay đổi Hầu như các hạt tinh bột biến tính đều có kích thước lớn hơn và bề ngoài lớp vỏ hạt trở nên sần sùi, có nhiều

lỗ nhỏ hoặc bị trầy sướt hơn tinh bột chưa biến tính Do tác động của quá trình thủy phân dưới ảnh hưởng các điều kiện môi trường, nhiệt độ và thời gian v.v làm cho vỏ hạt không còn giữ được trạng thái ban đầu

Sấy tinh bột [10]:

Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Quá trình này đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đạt chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít và chi phí vận hành thấp

Quá trình sấy tinh bột ướt phải đảm bảo các yếu tố kỹ thuật như nhiệt

độ, quạt gió… để thu được tinh bột khô có chất lượng đồng đều, các hạt tinh bột không bị trương nở hồ hóa và vón cục Quá trình sấy tốt sẽ làm cho tinh bột có độ xốp và độ nhớt đồng đều

Độ ẩm ban đầu của tinh bột càng cao thì nhiệt độ sấy phải càng thấp để tránh sự hồ hóa Sự hồ hóa bề mặt tinh bột sẽ hạn chế và cản trở quá trình thoát ẩm tinh bột, làm chậm quá trình sấy

1.4 Tính chất của tinh bột sắn [1,33]

Sắn (Manihot esculenta Crantz), thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae là cây

lương thực ăn củ Sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh

(Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm, hiện tại, sắn được

trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, tập trung nhiều ở châu

Phi, châu Á và Nam Mỹ

Ngoài việc sử dụng trực tiếp như một loại lương thực, sắn còn được sử

dụng để sản xuất tinh bột Tinh bột sắn có khả năng thay thế cho tinh bột ngô,

tinh bột gạo và tinh bột lúa mì hiện đang được sử dụng trong các ngành công

nghiệp với tính chất tương đương Trên thế giới hiện nay, ngoại trừ Mỹ và Châu

Âu sử dụng phần lớn tinh bột ngô, các khu vực còn lại chủ yếu sản xuất tinh bột

từ các nguồn nguyên liệu khác nhau như gạo, lúa mạch, sago và đặc biệt là từ

sắn

Tinh bột sắn có màu rất trắng, nhiệt độ hồ hóa trong khoảng 65-70oC Hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25-35µm, hạt nhỏ 5-15 µm và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt

nhẵn, một bên có mặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa

Khi hạt tinh bột sắn bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp

của hạt Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ

xốp Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập làm trương nở tinh bột, phá vỡ

các liên kết hyđro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác

dụng phân hủy của enzim Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết

giữa các phần tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy, nó dễ bị phân hủy bởi các

tác nhân như axit và enzim hơn so với các loại tinh bột khác như tinh bột ngô,

tinh bột gạo

Tinh bột sắn có hàm lượng amilopectin và phân tử lượng trung bình

tương đối cao 215.000 g/mol Hàm lượng amiloza nằm trong khoảng 8-29%

Tinh bột sắn có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều

amilopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao Hàm

lượng amilopectin và amiloza trong tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ

nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp

Khả năng hồ hóa sớm, độ nhớt cao của tinh bột sắn thể hiện lực liên kết

yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt Xử lý hóa học và vật lý (gia

nhiệt, thêm các chất hóa học…) đều có ảnh hưởng tới độ nhớt của tinh bột sắn

Khả năng nở và hòa tan cao của tinh bột sắn một lần nữa lại thể hiện

lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt Tinh bột sắn dạng paste có độ trong cao do

có khả năng trương nở tốt và xu thế thoái hóa thấp Khi làm nguội hồ tinh bột

ở nồng độ cao, các phân tử polysaccarit có thể tạo ra một dạng cấu trúc gel Cấu trúc gel của tinh bột sắn có độ bền cao hơn so với nhiều loại tinh bột ngũ cốc khác nên có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ nghiên cứu:

2.1.1 Nguyên vật liệu và hóa chất:

- Nguyên liệu tinh bột sắn: Tinh bột sắn sản xuất thủ công, tinh bột sắn của Công ty Emalo

- Nguyên liệu sản xuất sữa chua:

+ Bột sữa gầy: hãng Dairy America (Mỹ)

+ Bột whey: hãng Hoogwet US Inc (Mỹ)

+ Chất béo sữa: Murray Goulburn (Australia)

+ Đường RE: Công ty đường Lam Sơn Thanh Hóa (Việt Nam)

+ Vi khuẩn lên men lactic: Chế phẩm vi khuẩn lactic đông khô do Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga cung cấp

+ Alginate: Bright Moon Seaweed Industrial Co, Ltd (Trung Quốc) + Gelatin : Công ty cổ phần đồ hộp Hạ long (Việt Nam)

- Hóa chất: H2SO4 đậm đặc (Merk), HCl đậm đặc (Merk), NaOH (Merk),

… và các hóa chất phân tích khác

2.1.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm:

- Máy đo độ nhớt Brookfield Viscometer RVDV-E (RV range) (Mỹ)

- Máy đo độ muối TANITA EW-500 (Nhật)

- Máy đo pH Hanna 9811 (Bồ Đào Nha)

- Chiết quang kế (Trung Quốc)

- Bể ổn nhiệt Memmert (Đức)

- Máy khuấy tốc độ cao Gerber (Đức)

- Cân kỹ thuật Ohaus (Canada)

- Cân điện tử Precisa (Thụy Sĩ)

- Tủ sấy Memmert (Đức)

- Tủ cấy Basaire (Anh)

- Máy ly tâm inox (Đài Loan), tốc độ 1200 vòng/phút

- Nồi inox hai vỏ, có cánh khuấy, tốc độ 100 vòng/phút (Việt Nam)

- Máy sấy có thổi khí (Đài Loan)

- Và các dụng cụ, thiết bị phòng thí nghiệm khác …

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Các phương pháp khảo sát, thu thập số liệu:

- Thu thập thông tin về các sản phẩm sữa bằng việc khảo sát thực tế tại

2.2.2 Qui trình tạo tinh bột biến tính bằng axit trong môi trường nước:

Dựa vào phương pháp của Ali và Kemf [21]:

- Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng

Nguyên tắc: Dưới tác dụng của axit, tinh bột bị thủy phân hoàn toàn thành

glucoza Định lượng đường khử, suy ra hàm lượng tinh bột có trong nguyên liệu

Xác định lượng glucoza bằng phương pháp Ferry cyanua: cho glucoza phản ứng với một lượng sắt cyanua xác định trong môi trường kiềm So sánh với lượng glucoza đã phản ứng với cùng một lượng sắt cyanua để suy ra nồng

độ glucoza có trong mẫu thủy phân

CH2OH-(CHOH)4-CHO + 2NaOH + K3Fe(CN)6

CH2OH-(CHOH)4-COONa + NaK3Fe(CN)6 + H2O

Tiến hành:

♦ Thủy phân tinh bột thành glucoza:

Cân 2g tinh bột cho vào bình tam giác 250ml, thêm 100ml nước cất, 5

ml HCL đặc Đun cách thủy trong 3 giờ (kể từ lúc nước sôi) Lấy bình tam giác ra, để nguội đến nhiệt độ phòng, nhỏ vài giọt phenolphtalein Trung hòa bằng dung dịch NaOH 20% cho đến khi có màu hồng nhạt

Kết tủa protein và tạp chất bằng 5ml axetat chì (CH3COO)2Pb 10%, sau

đó thêm 5ml Na2HPO4 bão hòa để loại bỏ axetat chì dư

Để yên hỗn hợp 10 phút, lọc qua giấy lọc, cho vào bình định mức 205ml, rửa tủa, thêm nước cất tới vạch

♦ Xác định glucoza:

Cho vào bình tam giác 10 ml K3Fe(CN)6 1% và 2,5 ml NaOH 2,5N

Đun sôi và chuẩn độ ngay trên bếp bằng dung dịch đường từ buret Khi dung dịch chuyển từ màu vàng lục của K3Fe(CN)6 sang không màu thì dừng chuẩn

- 0,9 là hệ số chuyển đổi từ glucoza thành tinh bột

2.2.3.2 Xác định hàm lượng tro [8]: bằng phương pháp nung

Nguyên tắc: Dùng sức nóng (550-600oC) nung cháy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ Phần còn lại đem cân và tính ra phần trăm tro có trong thực phẩm

Tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung 550-600oC đến khối lượng không đổi Để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,0001g Cho vào chén 5g tinh bột Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên Cho tất cả vào lò nung và nung ở 550-600oC cho đến tro trắng

Để nguội trong bình hút ẩm và cân với độ chính xác như trên Tiếp tục nung ở nhiệt độ trên trong 30 phút rồi để nguội trong bình hút ẩm và cân lại như trên cho đến khi kết qủa giữa 2 lần cân liên tiếp không cách nhau quá 0,5 mg

Tính kết quả: Hàm lượng tro (%) được tính theo công thức:

G2 - G

X2 (%)=

G1 - G

x 100

Trong đó: - G là khối lượng chén sứ, g

- G1 là khối lượng chén sứ và mẫu, g

- G2 là khối lượng chén sứ và tro trắn sau khi đã nung và cân đến khối lượng không đổi, g

2.2.3.3 Xác định pH của tinh bột [41]: bằng máy đo pH

Hòa 5 g tinh bột bào 25ml nước cất, khuấy đều trong 60 giây, sau đó để yên trong 15 phút Đo pH của pha nước

2.2.1.4 Xác định độ nhớt của dịch tinh bột [42]:

Nguyên tắc: Độ nhớt của hồ tinh bột được đo bằng momen quay trên một trục

quay ở tốc độ và nhiệt độ xác định

Tiến hành: Cho 4g tinh bột khô vào cốc thủy tinh, thêm nước cất đến trọng

lượng của bột và nước là 100g Đặt cốc thủy tinh vào bath nước sôi, khuấy ở tốc độ 250v/phút, trong thời gian 15 phút (trọng lượng của cốc thủy tinh, thìa khuấy, bột và nước là Wg) Tiếp tục gia nhiệt thêm 15 phút nữa Sau đó, thêm nước nóng bù vào cho đủ lượng nước bị bốc hơi để đạt trọng lượng Wg Vừa khuấy, vừa làm lạnh dưới vòi nước đến nhiệt độ 80oC Đo độ nhớt (cp) bằng máy ở nhiệt độ 80oC tốc độ quay 100 vòng/phút với kim số 4

2.2.3.5 Xác định mức độ thủy phân của tinh bột (Pn) [38]: Pn là số lượng

gốc glucozit trung bình có trong mạch tinh bột Pn được xác định bằng phương pháp oxy hóa nhóm cuối tinh bột bằng KIO4

Nguyên tắc: Dưới tác dụng của periodat, mạch tinh bột sẽ bị oxi hóa nhóm

cuối khử tạo ra 2 axit focmic (HCOOH) và nhóm cuối không khử tạo ra 1

axit focmic trong cùng 1 mạch tinh bột Định lượng axit focmic sinh ra, dùng dung dịch NaOH 0,1N để chuẩn độ bằng chỉ thị metyl đỏ 0,1% với dung dịch etylenglycol đến khi xuất hiện màu vàng không đổi trong 1 phút Từ lượng axit được tạo thành, tính được

Tiến hành: Cân 250 mg tinh bột khô tuyệt đối hòa tan trong 35 ml nước

cất, lắc đều, thêm 30 ml KIO4 để ở nhiệt độ phòng trong bóng tối 24h Kết thúc phản ứng cho 7 ml etylenglycol lắc đều trong 10 phút Chuẩn độ lượng axit focmic tạo ra bằng NaOH 0,01N với chỉ thị metyl đỏ 0,1% đến khi dung dịch chuyển từ màu hồng nhạt sang vàng nhạt

Tính kết quả: Pn được xác định bằng công thức:

a x 3

Pn = 162 x b

Trong đó: - a là khối lượng tinh bột khô, g

- b là số mol axit focmic tạo thành, mol

- 162 là phân tử lượng 1 gốc glucozit

Cách tính số mol axit focmic tạo thành (b)

Từ phương trình chuẩn độ: HCOOH + NaOH = HCOONa + H2O

Áp dụng định luật đương lượng:

Số mol đương lượng HCOOH = Số mol phân tử HCOOH = b

b (mol) =

1000

2.2.3.6 Xác định độ hòa tan của tinh bột [38]:

Nguyên tắc: đun tinh bột trong một lượng nước dư và khuấy trộn liên tục trong

nồi cách thủy ở nhiệt độ 65oC Sau đó li tâm với tốc độ 2500vòng/phút trong 10 phút Lượng tan trong dung dịch sau khi li tâm chính là lượng tinh bột hòa tan

Tiến hành: Cho 10g tinh bột vào 90 ml nước, liên tục khuấy trong nồi cách thủy

ở nhiệt độ 65oC trong 30 phút Thêm nước vào hỗn hợp cho đến 100g và đem li tâm với tốc độ 2500vòng/phút trong 10 phút Lọc qua giấy lọc, thu phần tinh bột không tan lắng ở đáy ống ly tâm

Tính kết quả: Khả năng hòa tan được tính theo công thức:

m x 100

L (%) = 100 - 10 Trong đó: - m là khối lượng tinh bột lắng sau khi li tâm

- 10 là khối lượng tinh bột ban đầu

2.2.3.7 Độ ẩm: được đo bằng máy xác định độ ẩm nhanh

2.2.3.8 Xác định hàm lượng muối: bằng máy đo độ muối

2.2.1.9 Xác định các chỉ tiêu vi sinh vật: theo TCVN 90, TCVN

5166-90, TCVN 5515-5166-90, TCVN 5153-90

2.2.3.10 Xác định độ tách nước: bằng cách lọc 100 ml sữa chua qua giấy lọc

Đo lượng nước lọc thu được sau 3 giờ

2.2.3.11 Xác định độ bền gel: đổ 100ml sữa chua (qua 1 khuôn hình trụ đường

kính 4 cm) lên bề mặt kính phẳng Đo đường kính (cm) lan rộng của sữa chua sau thời gian 30 phút

2.2.3.12 Xác định hàm lượng kim loại nặng: theo JAS-SOP-38, AOAC

972.25, AOAC 986.15, AOAC 973.34, AOAC 972.21

2.2.4 Các phương pháp phân tích cảm quan [17]

- Thử nghiệm cảm quan được tiến hành vào ngày thứ 15 của quá trình bảo quản sản phẩm sữa chua ở nhiệt độ 4oC

- Thành phần của hội đồng cảm quan là các cán bộ Viện Công nghiệp Thực phẩm đã qua đào tạo về cảm quan thực phẩm

2.2.4.1 Phép thử so hàng: Phép thử tiến hành trên một loạt mẫu, người thử

được mời sắp xếp những mẫu này theo mức độ ưa thích từ thấp tới cao

Phương pháp tiến hành: Lập phiếu chuẩn bị thí nghiệm, trên đó chỉ rõ trật tự

trình bày mẫu cho từng người thử Có sự thay đổi trật tự này giữa người thử

với nhau cũng như là giữa những lần lặp (trật tự này được lựa chọn một cách

ngẫu nhiên) Người thử nhận được đồng thời tất cả các mẫu đã được mã hóa,

nếm theo thứ tự có sẵn và ghi lại kết quả vào phiếu trả lời

Qui định đánh giá như sau: Mẫu có chỉ số cảm quan được ưa thích nhất được

xếp vào vị trí thứ nhất Mẫu có chỉ số cảm quan kém được ưa thích nhất được

xếp vào vị trí thứ tư Chỉ tiêu cảm quan của các mẫu có các mức độ khác nhau

có nghĩa ở mức α=5% Tổng điểm của mẫu càng cao thì chỉ tiêu cảm quan của

mẫu đó càng kém

2.2.4.2 Phép thử cặp đôi thị hiếu: Phép thử gồm hai mẫu chuẩn bị từ hai sản

phẩm khác nhau muốn được so sánh Người thử được mời trả lời câu hỏi: Bạn

thích sản phẩm nào hơn trong số hai sản phẩm được giới thiệu?

Phương pháp tiến hành: Có 8 người tham gia hội đồng cảm quan, mỗi người

được thử 2 lần (2 lần lặp lại), trong mỗi lần thử, người thử sẽ nhận được từng

cặp sản phẩm và một phiếu trả lời

Qui định đánh giá như sau:Kết quả thu được sau khi thí nghiệm là 16 câu trả

lời Tra bảng “Các giá trị tới hạn của phép thử so sánh cặp” [17] để tìm “số

lượng tối thiểu n câu trả lời” trong tổng số m câu trả lời để sự khác nhau là có

nghĩa ở các mức ý nghĩa α bằng 5; 1; 0,1% Ở thí nghiệm này, tra dòng 16 câu

trả lời, thấy cần ít nhất 13 câu trả lời sữa A ngon hơn sữa B để sữa A được coi

là ngon hơn sữa B ở mức ý nghĩa α=5%

2.2.5.Qui trình sản xuất sữa chua tại phòng thí nghiệm:

+ Sữa tươi trộn cùng sữa bột gầy với tỉ lệ 97/3, đường (2%), chất ổn định trộn đều ở nhiệt độ 65oC/20 phút

+ Thanh trùng ở nhiệt độ 90oC/5 phút

+ Đồng hóa trong thời gian 2 phút

+ Làm nguội về nhiệt độ 42 - 46oC

+ Bổ sung 5% men giống Men giống là Lactobacillus bulgaricus được hoạt

hóa trước trong môi trường pha chế từ bột sữa gầy thanh trùng ở 95oC/15 phút Nhiệt độ của quá trình hoạt hóa là 42oC

+ Quá trình lên men được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ 43oC, thời gian

5 giờ và kết thúc khi pH = 4,5

+ Sau khi kết thúc quá trình lên men, sữa được khuấy đều để phá vỡ khối đông, rồi được làm lạnh ở nhiệt độ 20oC, rót hộp và bảo quản ở nhiệt độ

4 - 6oC

Hình 11: Qui trình sản xuất sữa chua trong phòng thí nghiệm

Sữa tươi, bột sữa gầy, đường, chất ổn định, …

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN

3.1 Nghiên cứu khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong công nghiệp chế biến sữa hiện nay ở Việt nam

Chúng tôi đã tiến hành khảo sát tại thị trường Hà Nội và thấy rằng:

- Các sản phẩm sữa Việt Nam chủ yếu là của một số công ty như: Công ty cổ phần Sữa Việt Nam (Vinamilk), Công ty cổ phần Kinh Đô, Công

ty TNHH chế biến Thực phẩm và Đồ uống Vĩnh Phúc (Elovi), Công ty cổ phần thực phẩm Anco, Công ty Dutch Lady Việt Nam, Công ty cổ phần Sữa Quốc tế, Công ty cổ phần Sữa Ba Vì, Công ty liên doanh Campina, Công ty

Cổ phần Thực phẩm Dinh dưỡng Đồng Tâm (NutiFood)

- Các sản phẩm của công nghiệp chế biến sữa có thể kể đến như: sữa uống, sữa chua, sữa đặc có đường, sữa bột, bơ, phomat, kem

Khảo sát các loại chất ổn định đang sử dụng phổ biến trong một số sản phẩm sữa của các công ty kể trên, chúng tôi thu được kết quả như sau (thông tin ghi trên bao bì của sản phẩm):

Bảng 2: Các chất ổn định trong sản phẩm sữa nước

Alginate Carrageenan Guarana Gum

1 Công ty cổ phần sữa Việt Nam

STT Tên Công ty Chất ổn định

5 Công ty cổ phần Sữa Quốc tế Carrageenan

Bảng 3: Các chất ổn định trong sản phẩm sữa chua

Gelatin Tinh bột biến tính

1 Công ty cổ phần Sữa Việt Nam

3 Công ty cổ phần thực phẩm Anco Tinh bột

4 Công ty Dutch Lady Việt Nam Tinh bột biến tính

Gelatin

5 Công ty cổ phần Kinh Đô

Tinh bột biến tính Alginate

Tinh bột biến tính

6 Công ty cổ phần sữa Ba Vì

Gelatin Gelatin

7 Công ty liên doanh Campina

Tinh bột biến tính Alginate

Tinh bột biến tính

8 Công ty cổ phần Sữa Quốc tế

Gelatin

Bảng 4: Các chất ổn định trong sản phẩm sữa bột

STT Tên Công ty Chất ổn định

1 Công ty cổ phần sữa Việt Nam

(Vinamilk)

Maltodextrin

2 Công ty Dutch Lady Việt Nam Maltodextrin

Bảng 5: Các chất ổn định trong sản phẩm sữa đặc có đường

Octenyl succinate of Sodium starch

1 Công ty cổ phần sữa Việt Nam

1 Công ty cổ phần sữa Việt Nam

(Vinamilk)

Carboxymethyl cellulose Carrageenan

Locust Bean Gum

2 Công ty cổ phần Kinh Đô

Guarana Gum Sodium alginate Carrageenan

3 Kem Fanny

Guarana Gum

STT Tên Công ty Chất ổn định

Carrageenan Locust Bean Gum

4 Công ty cổ phần Thủy tạ

Guarana Gum Carrageenan Locust Bean Gum

5 Công ty thương mại và sản xuất ABC

3.2 Nghiên cứu khảo sát nguồn nguyên liệu tinh bột nội địa để sản xuất chất ổn định dùng cho công nghiệp chế biến sữa

Nước ta có nguồn tinh bột khá dồi dào Nguồn tinh bột của nước ta chủ yếu được cung cấp từ các cây lương thực chính như: lúa, ngô, khoai lang, sắn Ngoài ra còn có một số loại cây khác cũng có hàm lượng tinh bột cao như khoai tây, dong riềng…, tuy nhiên những cây này có diện tích trồng, năng suất

và sản lượng không nhiều

Theo ông Nguyễn Trí Ngọc - Cục trưởng Cục Trồng trọt, Bộ NN & PTNT cho biết: hiện nay sản lượng khoai tây trong nước đáp ứng chưa đầy 30% nhu cầu của thị trường

Cây dong riềng được trồng tại một số tỉnh như Điện Biên, Lai Châu, Hà Tây, Đồng Nai, Kontum, Daclak với diện tích không nhiều Bột dong, mới chỉ được dùng làm nguyên liệu để sản xuất miến, được chế biến thủ công chủ yếu ở các hộ nông dân, nhưng có chất lượng kém Tại Gia Lai - Kontum đã được đầu tư vùng nguyên liệu và nhà máy sản xuất bột dong riềng, tuy nhiên vẫn chưa đủ đáp ứng nhu cầu của thị trường