Tinh bột oxi hóa

Tinh bột oxy hóa là một dạng tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học. Dưới tác dụng của các chất oxy hoá tinh bột sẽ bị thay đổi các tính chất lý hoá của chúng như: độ nhớt giảm, hàm lượng các nhóm cacbonyl, cacboxyl, độ trắng tăng …

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

TP.HCM, ngày… tháng… năm……

Chữ ký của giảng viên

Tuy nhiên, do kiến thức chuyên môn còn hạn chế và cách hành văn chưatốt nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi xin chân thành đón nhận

ý kiến đóng góp của giảng viên để cuốn báo cáo sau hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

TINH BỘT OXY HÓA

I. GIỚI THIỆU CHUNG:

Tinh bột là nguồn dinh dưỡng dự trữ của thực vật do cây xanh quang hợp tạonên, có nhiều trong các loại lương thực như hạt, củ, quả Tinh bột lá nguồn cungcấp năng lượng chính cho dinh dưỡng của con người Ngoài ra, tinh bột và cácsản phẩm của chúng còn có vai trò quan trọng trong nhiều ngành như côngnghiệp thực phẩm, công nghiệp giấy và công nghiệp giấy

Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysacarit khácnhau: amylose và amylopectin Trong những nguyên liệu khác nhau thì hàmlượng amylose và amylopectin cũng không giống nhau

Phân tử amylose bao gồm một chuỗi sắp xếp song song nhau.Amylose khi ơdạng tinh thể có cấu trúc xoắn ốc, mỗi vòng xoắn gồm 6 phân tử glucozơ.Khi ơtrong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc trạng thái bị thoái hoá, amylose thường

có cấu trúc mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào amylose mới chuyển thànhdạng xoắn ốc.ơ trạng thái xoắn ốc, amylose cho màu xanh với iôt Đường kínhxoắn ốc là 12,97 Ao, chiều cao 7,91 Ao Phân tử amylose có một đầu khử và mộtđầu không khử, trong đó đầu khử có nhóm – OH glucozit Các gốc của amylosegắn lại với nhau nhờ liên kết α - 1,4 glucozit tạo nên một chuỗi dài khoảng 500-2000 đơn vị glucozơ, phân tử lượng trung bình 10000 - 300000 Amylose mạchthẳng có thể tạo màng và sợi với độ bền và độ mềm dẻo cao

Trong phân tử amylopectin, các gốc glucozơ gắn với nhau không chỉ nhờliên kết 1 – 4 mà còn nhờ liên kết 1- 6.Vì vậy có cả cấu trúc nhánh trongamylopectin Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duy nhất Cấu trúc phântử amilopectin bao gồm một nhánh trung tâm (chứa liên kết 1 – 4) từ các nhánhnày phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucozơ.Phân tử

lượng của amylopectin có khoảng 5.105-1.106.Amylopectin được phân bố ngoàihạt.

Hiện nay trên thế giới, 90% tinh bột và tinh bột biến tính được thu nhận từbắp, khoai tây, khoai mì và lúa mì Đặc biệt, ơ Việt Nam và một số nước ĐôngNam Á khác, tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn đã, đang và sẽ trơthành những sản phẩm có giá trị góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tếcủa đất nước

Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi mộtdạng tinh bột hoặc một dẫn suất tinh bột nhất định.Có sản phẩm yêu cầu tinh bộtgiàu amiloza lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin Có sảnphẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoáihóa ơ nhiệt độ thấp Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốnnhững tính chất đó

Tinh bột ơ dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm

bị hạn chế Ví dụ, các hạt tinh bột ngô nếu ơ dạng chưa biến tính, khi đun nóng sẽdễ dàng hydrat hoá, trương nhanh rồi vỡ hạt làm giảm độ nhớt để tạo nên mộtkhối keo và dễ chảy Vì vậy làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột nàytrong nhiều loại thương phẩm Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ơ tínhchảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột; tính không hoà tan; tính kém trươngnơ; độ nhớt tăng trong nước lạnh; sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớtsau khi nấu Sự dính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bộtđã nấu, đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dễ thoái hoá khi kéo dàithời gian đun nóng hay giảm pH, độ kém trong…

Vì vậy để có những loại hình tinh bột phù hợp theo yêu cầu sử dụng người tatiến hành biến tính tinh bột Từ đó mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới.Vìthế nó mơ phạm vi sử dụng của tinh bột trong nhiều nghành công nghiệp khácnhau

Tinh Bột Biến Tính:

Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, tạo

ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn hay gắn với các chất, các nhómkhác vào phân tử tinh bột dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt độ, acid,enzyme, các chất oxy hóa, dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học củatinh bột

Mục đích của biến tính tinh bột nhằm:

- Cải biến các tính chất của sản phẩm

- Tăng giá trịcảm quan

- Tạo mặt hàng mới

Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp nhưsau:

- Phương pháp biến tính vật lí: là phương pháp biến tính tinh bột thuần túydùng các lực vật lý như ép, nén và hồ hóa tác dụng lên tinh bột để làm thay đổimột số tính chất của nó nhằm phù hợp với những ứng dụng Sản phẩm tinh bộtbiến 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 hóa chất cần thiếtđể làm thay đổi tính chất của tinh bột Sản phẩm chủ yếu của tinh bột biến tínhbằng phương pháp này là những tinh bột xử lý acid, este hóa, phosphat hóa, oxyhóa,…

- Phương pháp biến tính bằng enzyme: là phương pháp biến tính tinh bộttiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc, không bị lẫn hóachất khác Sản phẩm của phương pháp này là các loại đường glucose, fructose,các poliol như sorbitol, mannitol; các acid amin như lysin, MSG, các rượu, cácacid

• Tính chất và đặc điểm:

- Tinh bột có thể được có chiều dài mạch ngắn hơn tinh bột tự nhiên, dướitác dụng của các chất oxy hoá, trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng đứt gãycác liên kết glucoside, cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều nên cóliên kết ngắn hơn tinh bột thường

-Tinh bột oxy hóa có màu trắng ( tinh bột càng trắng thì mức độ oxi hóacàng cao) nhiệt độ hồ hóa thấp,độ nhớt tăng chậm,gel tinh bột có độ trong cao và

xu hướng thoái hóa giảm (làm giảm hàm lượng vi sinh, lực tạo màng mỏng tốt, íthút nước, độ bóng cao, linh động tự do Hơn nữa, việc kết nối hydro sẽ làm giảmchiều hướng thoái hoá Trong quá trình sản xuất các sản phẩm dạng keo, mềm, có

độ trong cao)

- Tinh bột oxy hoá là chất làm đặc tốt nhất cho các sản phẩm dạng gel và có

độ cứng thấp Dung dịch loãng của tinh bột ôxy hoá mức cao giữ được độ trongsau thời gian dài lưu trữ, thích hợp cho các loại súp trong, đóng chai và các sảnphẩm bánh kẹo trong Nếu mức độ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa

bị phá hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch trong suốt

*Nhiệt độ có ảnh hương lớn đến tính chất của tinh bột oxi hóa:

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT OXY HÓA:

(Published by: Truong Hoai Phong on Feb 21, 2013.

Bản quyền:Attribution Non-commercial)

Thuyết minh phương pháp :

1. Chuẩn bị nguyên liệu

-Tinh bột sắn là nguyên liệu chính để sản xuất tinh bột oxy hóa

Sắn (Manihot esculenta Crantz) là một loại cây trồng quan trọng ơ nhiều nướcnhiệt đới thuộc châu Á, Phi, Mỹ La tinh Do hàm lượng tinh bột cao trong củcũng như sản lượng hàng năm rất lớn nên sắn là nguồn nguyên liệu chủ lực đểsản xuất tinh bột sau ngô, lúa mì, khoai tây

Theo thống kê của Tổ chức nông lương thế giới (FAO-2005), sản lượngsắn trên toàn thế giới đạt 208,5 triệu tấn Sản lượng sắn Việt nam đạt 2,8 triệutấn (số liệu Niên giám thống kê năm 2005)

-Tinh bột sắn phải được kiểm tra chất lượng trước khi chế biến

Các chỉ tiêu chất lượng cần đạt là:

 Độ ẩm ≤ 13%; độ trắng ≥ 90%; độ tro ≤ 0,2%

 Hàm lượng tinh bột ≥ 85%; hàm lượng protein ≤ 0,4%

 Tạp chất ≤ 0,05;chất xơ ≤ 0,2%

 Độ pH 5-7.

2. Hòa nước tạo dịch tinh bột

-Mục đích để phản ứng biến tính đạt hiệu quả cao

Khi ngâm tinh bột vào trong nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nướclàm hạt tinh bột trương nơ,phá vỡ vỏ hạt và làm đứt các liên kết trong phân tử

- Lượng nước so với lượng tinh bột (tính theo khối lượng) là 1,5/1 (tươngđương 40%)

-Vì tinh bột không tan trong nước nên trong và sau khi hòa tinh bột vàonước phải luôn khuấy dịch huyền phù; tránh hiện tượng lắng tinh bột

Amiloza mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanhchóng bị thoái hóa trơ nên không hòa tan trong nước

Amilopectin khó tan trong nước ơ nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nướcnóng

-Các thiết bị khuấy:

Cánh khuấy mái chèo Cánh khuấy chân vịt

Cánh khuấy Tuabin khuấy

Thiết bị khuấy trộn

3. Điều chỉnh pH

-Phản ứng oxy hóa được thực hiện trong môi trường kiềm (thông thường saugiai đoạn hòa nước pH dung dịch đạt 6,5-7,0) Vì vậy cần điều chỉnh pH của dịchhuyền phù tinh bột đạt pH = 9 Sử dụng dung dịch NaOH 1N để điều chỉnh pH.Oxy hóa nhẹ huyền phù tinh bột bằng dd kiềm :

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

Sản phẩm thu được chẳng những có trạng thái đồng thể,đều,đẹp mà còn đượcbổ sung thêm những nguyên tố kim loại

4. Biến tính oxy hóa

-Tác nhân oxy hóa:Hypoclorit 35%( NaOCl, Javel ), KMnO4, H2O2, Axitperaxetic

Thường ta sử dụng dung dịch NaClO có 5,0% clo hoạt động Lượng NaClO

là 35% (khối lượng so với khối lượng tinh bột) được cho vào dịch huyền phù tinhbột một cách từ từ

-Thời gian phản ứng thực hiện trong 90 phút; dịch bột vẫn được khuấy đềutrong quá trình phản ứng

-Những biến đổi chủ yếu:

• Màu sắc:

-Cho vết màu xanh với Iot giống như tinh bột thường

-Trắng hơn tinh bột thường do sự tẩy các vết màu của các chất oxy hóa và cácchất màu cũng bị tách hết hoặc bị mất màu

-Ở nhiệt độ cao,dễ bị sẫm màu do tinh bột biến tính nhạy với nhiệt hơn tinhbột thường

• Hình dạng,kích thước:

-Sau khi biến tính,tuy hình dáng không thay đổi nhưng kích thước hạt tinh bộtdạng tẻ có tăng lên 1 ít (tỷ lệ với lượng amylose).Trong khi đó kích thước của hạttinh bột dạng nếp không thay đổi.

-Theo kết quả nghiên cứu của Schmorack:

Hạt lúa mì tăng kích thước < 16%

• Cấu trúc hóa học:

Trong giai đoạn đầu: xử lý bằng hypoclorit,các tạp chất của tinh bột chứa Ncũng bị hòa tan.Người ta thấy có đến 70-80% N và đến 80-85% axit béo tự do đã

bị tách đi trong giai đoạn đầu

Trong giai đoạn sau:

-Phân ly các liên kết D-glucozit -> Kích thước phân tử giảm

-Oxy hóa ơ cacbon C1,C2,C3,C6 và ơ vùng vô định hình của hạt tinh bột.Trong phân tử tinh bột oxy hóa có tạo ra cả nhóm carbonyl và nhómcarboxyl.Tỷ lệ và số lượng các nhóm này phụ thuộc vào điều kiện phản ứng

 Thay đổi nhiệt độ hồ hóa của tinh bột

Công thức mạch tinh bột bị oxy hóa.

Theo nghiên cứu của Farley và Hixton biến tính tinh bột bằng chất oxy hóahypoclorit có 4 trường hợp xảy ra:

• Chuyển nhóm andehit ơ C1 thành nhóm cacboxyl thành aldonic

• Oxy hóa nhóm hydroxyl ơ vị trí C3 thành nhóm xeton

• Oxy hóa vị trí C2 và C3 tạo thành diandehit và dicacboxylic

• Oxy hóa metyl ơ C6 thành cacboxyl:

OXY HÓA

Oxy hóa C 3

Oxy hóa Thủy phân

Khi nghiên cứu sự oxy hóa tinh bột lúa mì và tinh bột ngô nếp,người ta thấy:

• Ở nhóm tinh bột lúa mì, số nhóm carbonyl tạo ra phụ thuộc vào pH thayđổi từ 1 nhóm/36 đơn vị glucoza đến 1 nhóm/97 đơn vị glucoza

• Ở nhóm tinh bột ngô nếp số nhóm carbonyl lớn hơn 2 lần so với tinh bột lúamì,gần bằng số nhóm carboxyl

5. Trung hòa dung dịch:

• Mục đích:

Trung hòa pH của dịch bột

• Phương thức thực hiện:

• Cách kiểm tra quá trình tách Clo tự do:

-Để kiểm tra quá trình tách Clo hoàn toàn, tiến hành thử bằng dung dịch KI0,1N.Nếu còn Clo tự do sẽ đẩy I – tạo thành Iotdua làm cho hồ tinh bột chuyểnsang màu xanh

-Tiếp tục cho Na2S2O3 Cho đến khi không còn Clo tự do

7. Làm sạch sản phẩm:

• Mục đích:

Loại bỏ các tạp chất như muối lưu huỳnh và các chất khác

• Phương pháp:

-Dịch tinh bột đã oxy hóa được rửa nước sạch với tỷ lệ 3/1 (nước: tinh bột)

và số lần rửa 4 lần là phù hợp để loại bỏ các tạp chất

-Loại bỏ muối lưu huỳnh:

Muối sunfat SO42-: dùng dung dịch BaCl2 tạo kết tủa trắng BaSO4

Muối sunfua S2-: dùng dung dịch Pb(NO3)2 tạo kết tủa đen PbS

Muối sunfit SO32-: dùng dung dịch axit HCl có khí không màu, mùi hắc SO2

Sau mỗi lần rửa, để lắng dịch, tách nước và lặp lại quá trình trên để thu sảnphẩm tinh bột ướt

-Thiết bị sử dụng:

Máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc

11. Bao bì và đóng gói sản phẩm:

• Mục đích:

-Dễ dàng phân phối sản phẩm

-Bảo quản sản phẩm tránh những tác hại của môi trường như ánh nắng, độẩm,…

-Thiết bị:

Ma May

Bao bì sản phẩm

12. Yêu cầu của sản phẩm:

Sản phẩm tinh bột oxy hóa có độ ẩm ≤ 13% được nghiền; rây và bao gói bằng túi nylon PP để chống ẩm.Sản phẩm bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát

 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự thay đổi tính chất của tinh bột oxi hóa:

Tính chất nổi bật của tinh bột oxi hóa là cho khả năng phồng nơ cao hơn các loạitinh bột biến hình khác, tinh bột biến hình nào có thành phần amilopectin caonhất thì sẽ cho độ phồng nơ tốt nhất

Chọn phương pháp qui hoạch thực nghiệm đủ yếu tố 2 mức TĐY23

Xây dựng mô hình toán học và thực nghiệm theo mô hình:

Trên cơ sơ các tài liệu tham khảo chọn3 yếu tốảnh hương chính đến quá trình là:

- X1: nồng độ tinh bột từ 33-44%

- X2: thể tích nước javel từ 5-10 ml

- X3: thời gian biến hình từ 4-6 h

Mức độ oxi hóa tinh bột được đánh giá qua sự thay đổi:

- Y1: độ nhớt của tinh bột biến tính (CSt)

- Y2: mức độ trùng hợp của mạch tinh bột ( đơn vị glucozơ)

- Y3 : chỉ số khử của tinh bột biến hình

- Y4: khả năng hấp thụ iot.(mg/g)

Mô hình thí nghiệm được xây dựng với 11 thí nghiệm trong đó có 3 thí nghiệm tại tâm với phương trình quan hệ được biểu diễn: Yi = (f (X1, X2, X3)

Bảng4.1: Các mức yếu tố:

(Published by: Truong Hoai Phong on Feb 21, 2013.

Bản quyền:Attribution Non-commercial)

Bảng 4.2: Kết quả qui hoạch thực nghiệm TĐY 23

(Published by: Truong Hoai Phong on Feb 21, 2013 Bản quyền:Attribution Non-commercial)

Từ bảng trên tìm các phương trình hồi qui:

Trong suốt quá trình oxi hóa, luôn luôn có sự tạo thành các nhóm cacboxyl

và cacbonyl và có sựđứt liên kết glucozit tạo thành các phân tử tinh bột có mạch ngắn hơn Khi tăng thể tích nước javel và tăng thời gian biến hình, hoặc khi giảm nồng độ tinh bột thì mức độ oxi hóa tăng lên Mạch tinh bột còn bị cắt rất ngắn nên mức độ trùng hợp giảm, độ nhớt giảm Mạch tinh bột càng ngắn khả nănghấp thụ iot càng giảm, chứng tỏ hàm lượng amiloza trong tinh bột giảm mạnh,cho thấy trong quá trình oxi hóa nguyên tử oxi tấn công mạnh vào phân tửamiloza Đồng thời với quá trình cắt mạch, xảy ra sự tạo thành cácnhóm cacboxyl và cacbonyl làm cho chỉ số khử của tinh bột càng tăng mạnh

So với phương pháp axit, Pn của tinh bột sắn dây oxi hóa giảm thấp hơn nhiều

Mặc dầu thời gian oxi hóa có dài hơn (4-6h) so với thời gian axit hóa 30-120phút nhưng chỉ cần 5 ml nước javel là đủ tiến hành 1 quá trình oxi hóa tinh bột ,trong khi phương pháp axit phải cần đến 50-200 ml HCl 0,5N.

 Nghiên cứu sự thay đổi hình dạng và kích thước của tinh bột sắn dây trong quá trình oxi hóa:

Sự thay đổi hình dạng và kích thước tinh bột bằng phương pháp biến hình oxihóa gần như cùng qui luật với phương pháp oxi hóa Nghĩa là sau khi biến hìnhthì kích thước hạt tinh bột tăng lên, còn hình dáng bên ngoài thì gần như khôngđổi Như vậy thì chất xúc tác axit hay chất xúc tác oxi hóa không phá vỡ hạt tinhbột mà xâm nhập vào bên trong hạt bằng cách khuếch tán qua lớp vỏ hạt

 Sự thay đổi nhiệt độ hồ hóa trong quá trình biến hình:

Tinh bột oxi hóa có sự thay đổi lớn về cấu trúc mạch tinh bột và kích thướccủa hạt do đó nhiệt độ hồ hóa cũng bị thay đổi

Kết quả cho thấy: Các hạt tinh bột oxi hóa có nhiệt độ hồ hóa thấp hơn nhiệt

độ tinh bột ban đầu.( nhiệt độ hồ hóa của nguyên liệu sắn dây ban đầu:60,030C) Mức độ oxi hóa càng cao thì nhiệt độ hồ hóa càng giảm

Giải thích: Quá trình oxi hóa tinh bột, tạo thành các nhómcacboxyl và cacbonyl và sựđứt liên kết glucozit tạo thành các phân tử tinh bột

có mạch ngắn hơn Ngoài ra do tạo thành các ion liên kết với tinh bột sẽảnhhương đến độ bền của các liên kết hydro giữa các yếu tố cấu trúc bên trong củahạt Do đó sự hiện diện của các nhóm cacboxyl tích điện âm cùng dấu sẽđẩy nhaulàm lung lay cấu trúc bên trong của hạt, kết quả làm nhiệt độ hồ hóa của tinh bộtbiến hình giảm

Mức độ oxi hóa càng tăng, sự cắt mạch và số nhóm cacboxyl, cacbonyl tạo thành càng lớn nên cấu trúc bên trong hạt càng kém bền, nên nhiệt độ hồ hóa của tinh bột càng giảm Sự thay đổi nhiệt độ hồ hóa trong trường hợp này hoàn toàn trái ngược với biến hình bằng phương pháp axit