Đường tinh bột

Maltose: Một loại đường đôi, ứng dụng nhiều trong sản xuất bánh kẹo - Để sản xuất đường từ tinh bột có hai phương pháp: - Phương pháp hóa học: Dùng acid chlohydricHCl làm chất xúc tác đẻ

2. Phân loại chất tạo ngọt theo Branen và cộng sự (1989):

B. Tổng quan:

1. Có 5 loại đường phổ biến: Maltodextrin, Syrup glu- fru, Glucose, Maltose, IMO

2. Sơ lược:

a. Đường Maltodextrin: Là một Polysaccharide được sử dụng như một loại phụ gia thực phẩm Nó được sản xuất từ tinh bột bằng phương pháp thủy phân một phần tinh bột rồi sấy phun, tồn tại ở dạng bột màu trắng hút ẩm Nó dễ thiêu hóa, hấp thụ nhanh như Glucose, ngọt hơn Glucose 2 lần và không có mùi thơm Thường được sử dụng để sản xuất nước ngọt và kẹo Chuỗi từ 3 – 17 đơn vị D – Glucose.

b. Syrup glu- fru: 24% là nước, phần còn lại là đường HFCS 55: 55% fructose +42% glucose, chủ yếu dùng trong nước giải khát HFCS 42: 42% fructose + 53% glucose, sử dụng trong đồ uống, thực phẩm chế biến, ngũ cốc, và bánh nướng HFCS 90: 90% fructose + 10%

glucose, chủ yếu để pha trộn với HFCS 42 để được HFCS 55

c. Glucose: Được sử dụng phổ biến trong chế biến bánh kẹo, nước giải khát, bia, y tế và trong công nghiệp hóa chất

d. Maltose: Một loại đường đôi, ứng dụng nhiều trong sản xuất bánh kẹo

- Để sản xuất đường từ tinh bột có hai phương pháp:

- Phương pháp hóa học: Dùng acid chlohydric(HCl) làm chất xúc tác đẻ thủy phân tinh bột

- Phương pháp enzyme: Dùng enzyme α-amylase, β-amylase, ɣ-amylase

đẻ thủy phân tinh bột

2. Nguồn nguyên liệu tinh bột:

- Trong công nghiệp sản xuất đường tinh bột, ở các nước phương Tây

và Mỹ người ta sử dụng tinh bột ngô và tinh bột lúa mì, ở Việt Nam thì tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu dồi dào và giá rẻ

- Công ty Miwon Việt Nam (Tây Ninh) là một doanh nghiệp chuyên sản xuất tinh bột sắn, đường tinh bột và bột ngọt

- Tinh bột sắn (Công ty Miwon Tây Ninh):

+ Giá: 9500 đồng/kg

+ Thông số kỹ thuật: Độ ẩm 12.6%, Tinh bột 86.75%, SO2 10.99mg/kg, độ trắng 96.4%, tro 0.04%, HCN 0.00%, Viscossity 882BU, đóng gói 50kg/bao

3. Hệ enzyme:

a. Alpha amylase chịu nhiệt

- Alpha amylase có khả năng phân cắt các liên kết alpha 1,4 – glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (Tinh bột hoặc glucogen) một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả Alpha amylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà còn thủy phân cả hạt tinh bột nguyên song với tốc độ rất chậm

- Dưới tác dụng của alpha amylase, tinh bột có thể chuyển thành

maltotetrose, maltose, glucose, dextrin phân tử thấp Tuy nhiên, thông

thường alpha amylase chỉ thủy phân tinh bột chủ yếu thành dextrin phân tử thấp không cho màu với Idion và một ít maltose Khả năng dextrin hóa cao của alpha amylase là tính chất đặc trưng của nó Vì vậy, người ta thường gọi emzyme này là alpha amylase dextrin hóa hay amylase dịch hóa.

- pH tối thích cho hoạt động của alpha amylase từ nấm sợi là 4.0 – 4.8 (Có thể hoạt động tốt trong vùng pH từ 4.5 – 5.8) Theo số liệu của Liphis, pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa và đường hóa của chế

phẩm amylase từ Asp.orysee trong vùng 5.6 – 6.2 Còn the số liệu của

Fenixova thì pH tối thích cho hoạt động dextrin hóa của nó là 6.0 – 7.0

tử lớn có chứa rất nhiều liên kết alpha 1,6 – glucoside và được gọi là beta dextrin

- Beta amylase tác dụng lên tinh bột tạo hỗn hợp Maltose (54 – 58%) và Beta dextrin (42 – 46%) Nếu tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả alpha và beta amylase thì lượng tinh bột thủy phân lên tới 95%

- Chịu nhiệt kém hơn alpha amylase nhưng bền với acid Beta amylase

bị bất hoạt ở nhiệt độ 70 độ C Nhiệt độ tói thích của beta amylase là

55 độ C, pH = 5.1 – 5.5

c. Gama amylase:

- Có thể giải phóng ra beta – D- glucose bằng cách thủy phân lặp lại nhiều lần các liên kết alpha 1,4 của mạch alpha glucan từ đầu không khử, chúng cũng thủy phân được các liên kết alpha 1,6 và alpha 1,3 nhưng rất chậm (10 – 30 lần) Tốc độ thủy phân cũng phụ thuộc vào bản chất của các liên kết cận kề với các liên kết glucoside được thủy phân, cũng như kích thước và cấu trúc của cơ chất bị thủy phân Nhất

là với các alpha glucan mạch dài (amylose và amylosepectin) thì bị thủy phân nhanh hơn là với các maltodextrin và các oligosaccharide

- Vùng tối thích có pH = 3.5 – 5.5, nhiệt độ = 50 độ C Bền với acid hơn alpha amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, axeton và không được bảo vệ bởi Ca2+.

d. Glucoisomerase

- Chuyển hóa glucose thành fructose

e. Pullulanase

- Có thể thủy phân cacslieen kết alpha 1,6 của tinh bột, glucogen,

pululan và các dextrin tới hạn Điều đáng chú ý là sự định vị của các liên kết alpha 1,6 có ảnh hương lớn đến tác động của enzyme Đặc biệt là sự có mặt của hai liên kết alpha 1,4 nằm liền kề bên liên kết alpha 1,6 là điều kiện cần thiết cho enzyme phân cắt liên kết này

- Pullulanase phân giải các liên kết alpha 1,6 – glucoside bị bao quanh

tứ phía bởi các liên kết alpha 1,4 Nó còn có khả năng thủy phân cả những dextrin phân tử thấp chỉ gồm 2 gốc maltose nối với nhau bằng liên kết alpha 1,6 glucoside Tác dụng hiệp đồng của alpha amylase và pullulanase làm nó bị thủy phân hoàn toàn

f. Transglucosidase

- Thủy phân maltose thành glucose mà còn tổng hợp nên isomaltose

D. Quy trình sản xuất

1. Quy trình sản xuất maltodextrin

A Hòa bột

-Cách tiến hành:

+ Nước, chế phẩm enzyme amylase, Ca(OH)2, cùng với tinh bột được cho vào Henze Cooker và khuấy trộn

+ Tinh bột được được hòa trộn với nước l ạ nh với tỉ lệ 20-25% tinh bột,

bổ sung thêm α-amylase chịu nhiệt với một lượng 1500IU/Kg khối lượng khô, 50-150 ppm Ca2+ nhằm ổn định hoạt tính enzyme và tạo môi trường pH cho hỗn hợp

+ Tăng nhiệt độ hỗn hợp lên 90ºC, pH 5.8-8.0 có kết hợp khuấy đảo , thời gian dừng 20-30’’

- Mục đích: Chuẩn bị cho quá tình hồ hóa đường hóa và dịch hóa tinh bột.

- Các biến đổi

+Vật lý: Khi cho tinh bột vào nước các hạt tinh bột không tan được trong nước Tuy nhiên, một số phân tử nước sẽ khuếch tán vào bên trong cấu trúc của hạt tinh bột

+Hóa lý: Khi hạt tinh bột hấp thu một phần nước thì thể tích nó sẽ tăng lên Tuy nhiên, sự thay đổi này sẽ không đáng kể nếu quá trình chuẩn bị huyền phù tinh bột ở nhiệt độ phòng

- Thiết bị và thông số công nghệ

Thiết bị Henze Cooker có dạng hình trụ đứng bên trong có cánh khuấy được kết nối với một motor có năng suất lớn

+ Vật lý: Huyền phù tinh bột sẽ được gia nhiệt, tinh bột lúc đầu trương

nở, sau đó bị phá vỡ cấu trúc để giải phóng ra các sợi amylose và

amylopectin trong dung dịch, độ nhớt của khối cháo sẽ gia tăng trong giai đoạn hồ hóa và giảm xuống trong giai đoạn dịch hóa

+ Hóa lý: Khi tăng nhiệt độ trong giai đoạn hồ hóa, mức độ hấp thụ tinh bột

sẽ tăng theo Huyền phù tinh bột sẽ chuyến sang dạng khối paste khi kết thúc

giai đoạn hồ hóa Nếu tăng nhiệt độ cao hơn để thực hiện tiếp giai đoạn dịch hóa, khối cháo sẽ trở nên hóa lỏng.

+ Sinh học: Các vi sinh vật trong tinh bột sẽ bị ức chế ở nhiệt độ cao

- Thiết bị và thông số công nghệ:

Thông thường có ba thiết bị chính:

Một thiết bị hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy,bên ngoài có lớp vỏ áo

để gia nhiệt và giữ nhiệt Thiết bị này hoạt động ở áp suất binhg thường dùng để xử lý huyền phù tinh bột với chế phẩm α-amylase

Một thiết bị hình trụ đứng đáy nón, bên trong có cánh khuấy Thiết bị này hoạt động ở áp suất cao và dùng để dịch hóa tinh bột ở áp suất cao

Một thiết bị làm nguội dạng ống lồng ống

C Tẩy màu:

- Cách tiến hành: Dịch nha sau khi đường hóa được đưa vào thùng có cánh khuấy gia nhiệt tới 70-75ºC đẻ làm giảm độ nhớt, sau đó bổ sung thêm than hoạt tính tỉ lệ 0.3-0.75% so với lượng chất khô Thời gian khoảng 25-30’

- Mục đích công nghệ: Tẩy màu

- Các biến đổi của nguyên liệu: biến đổi hóa ly – chất mà và một số tạp chất trong dịch thủy phân sẽ hấp phụ trong mao dẫn của các than hoạt tính

- Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị có dạng hình trụ đứng, bên trong có cánh khuấy, bên ngoài là lớp vỏ áo để điều nhiệt

D Lọc:

- Cách tiến hành: Dịch nha sau khi được bơm vào máy chất rắn được giữ lại trên bề mặt vải của bàn Dịch lọc qua lớp vải, xuống rãnh trên bề mặt của bàn và ra ngoài Sauk hi buồng ép đầy, bã được thổi khí (không khí hoặc Nito) đẻ tách hết phần dư đến có thể, sau đó bã được tháo ra ngoài Thời gian 2-8h tùy hiệu suất lọc Nhiệt độ 70-75 ºC Áp suất 0.3-1MPa.

- Mục đích công nghệ: hoàn thiện

- Các biến đổi của nguyên liệu: Xảy ra sự phân riêng 2 pha, pha phân tán bao gồm các hạt than đã hấp phụ các chất màu và một số tạp chất bị lầm trong dung dịch thủy phân; pha liên tục là dịch đường nha đã được tinh sạch

- Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị lọc khung bản với màng lọc vải

+ Trao đỏi anion dùng các hạt nhựa trên nhưng gắn vào đó một nhóm amim , gọi là anionit

+ Nhiệt độ: 55 ºC

- Mục đích công nghệ: Hoàn thiện Qua trình trao đổi ion có thể tách được 95% chất khoáng, 70% các hợp chất có chứa nito và 80% chất màu có trong syrup

- Các biến đổi của nguyên liệu: Các tạp chất tích điện trong dịch thủy phân

sẽ thế chỗ các ion trên những hạt nhựa trong thiết bị trao đổi ion Sauk hi đi qua cột cationit, pH syrup sẽ giảm xuống rất thấp, pH = 2 Tuy nhiên khi syrup được đưa vào cột anionit, pH của nó sẽ tăng lên 5 hoặc cao hơn

- Thiết bị: sử dụng 2 cột chứa lần lượt anion và cation

F Cô đặc chân không:

- Các biến đổi của nguyên liệu:

+ Vật lý: nồng độ chất khô của syrup tăng dần do đó tỉ trọng và độ nhớt của

nó sẽ gia tăng

+ Hóa học: Nếu các acid amine hoặc peptide chưa được loại bỏ hoàn toàn trong quá trình tinh sạch trước đó thì chúng sẽ cùng mantose tham gia phản ứng Maillard làm cho syrup bị sậm màu

+ Hóa lý: xảy ra sự bay hơi của nước

- Thiết bị và thông số công nghệ: sử dụng hệ thống cô đặc chân không nhiều cấp, thông thường từ 3 – 7 cấp

2. Quy trình sản xuất maltose

A. Hòa bột: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

B. Hồ hóa, dịch hóa: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

C. Đường hóa:

- Cách tiến hành: Dịch sau khi hồ hóa và dịch hóa sẽ thoát ra từ đáy của Henze Cooker, được bơm vào Mash tub ở phía đỉnh Sau đó dịch cần được làm nguội , bằng cách cho nước lạnh 10ºC vào vỏ áo và ruột già, khi dịch đạt nhiệt độ 55-65ºC thì ta bổ sung chế phẩm β-amylase với hàm lượng 2000IU/Kg Lúc này điều chinh pH về 5.5 bằng lượng acid

Phosphoric thích hợp Giữ nhiệt độ của thùng 55- 65ºC

- Mục đích công nghệ: chế biến

- Các biến đổi của nguyên liệu

+ Vật lý: độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân.+ Hóa sinh: Chế phẩm β – amylase hoặc α-amylase tạo đường matose sẽ chuyển hóa các phân tử tinh bột đã được dịch hóa thành matose, một ít glucose và các oligosaccharide khác

- Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị Mash tub

D. Tẩy màu:Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin.

E. Lọc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

F. Trao đổi ion:Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

G. Cô đặc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

3. Quy trình sản xuất Glucose.

A. Hòa bột: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

B. Hồ hóa và dịch hóa: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

C. Đường hóa:

- Cách tiến hành: Dịch sau khi hồ hóa và dịch hóa sẽ thoát ra từ đáy của Henze Cooker, được bơm vào Mash tub ở phía đỉnh Sau đó dịch cần được làm nguội , bằng cách cho nước lạnh 10ºC vào vỏ áo và ruột già, khi dịch đạt nhiệt độ 55-65ºC thì ta bổ sung chế phẩm β-amylase với hàm lượng

2000IU/Kg Lúc này điều chinh pH về 5.5 bằng lượng acid Phosphoric thích hợp Giữ nhiệt độ của thùng 55- 65ºC

- Mục đích công nghệ: chế biến

- Các biến đổi của nguyên liệu

+ Vật lý: độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân.

+ Hóa sinh: Chế phẩm β – amylase, α-amylase, γ -amylase

tạo đường matose sẽ chuyển hóa các phân tử tinh bột đã được dịch hóa hoàn toàn thành Glucose

- Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị Mash tub

D. Tẩy màu: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

E. Lọc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

F. Trao đổi ion: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

G. Cô đặc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

4. Quy trình sản xuất HFS.

Sau khi sản xuất glucose thêm giai đoạn:

Đồng phân hóa:

- Cách tiến hành: Cho glucose đi qua giàn ống bằng kim loại có sẵn chế

phẩm enzyme Glucseisomerase hệ thống được đặt trong bể nước khoảng 60 C

- Mục đích công nghệ: Tạo sản phẩm

- Các biến đổi:

+ Biến đổi hóa sinh: Dưới tác dụng của enzyme Glucseisomerase

Glucose sẽ chuyển thành Frutose

- Thiết bị và thông số công nghệ: Giàn ống được làm bằng kim loại được đặt trong bể nước khoảng 60C.

5. Quy trình sản xuất IMO.

A. Hòa bột: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

B. Hồ hóa và dịch hóa: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

C. Đường hóa 1:

- Cách tiến hành:Dịch sau khi hồ hóa và dịch hóa sẽ thoát ra từ đáy của Henze Cooker, được bơm vào Mash tub ở phía đỉnh Sau đó dịch cần được làm nguội , bằng cách cho nước lạnh 10ºC vào vỏ áo và ruột già, khi dịch đạt nhiệt độ 55-65ºC thì ta bổ sung chế phẩmPullunase và β –amylase

- Mục đích công nghệ: Chuẩn bị cho quá trình đường hóa 2

- Các biến đổi của nguyên liệu

+ Vật lý: độ nhớt của dung dịch sẽ giảm dần theo thời gian thủy phân

+ Hóa sinh: Dưới tác dụng chế phẩm β – amylase, Pullunase tạo sản phẩm chủ yếu là maltose và một số sản phẩm khác

- Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị Mash tub

isomaltotetraose, nigerose, isomaltopentaose…

- Thiết bị và thông số công nghệ:Thiết bị Mash tub

Tẩy màu: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

F. Lọc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin.

G. Trao đổi ion: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

H. Cô đặc: Tương tự quy trình sản xuất maltosedetrin

2. Ứng dụng Maltose.

- Tạo màu trong một số sản phẩm như bia, bánh,…

- Do maltose dễ hòa tan nên được ứng dụng trong các sản phẩm hòa tan như: Cafe hòa tan, ngũ cốc ăn sáng, bôt dinh dưỡng,…

5. Ứng dụng IMO.

- Dùng trong các sản phẩm ăn kiêng

- Được xem như một loại Prebiotic

Tài liệu tham khảo:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf9014526

nen-nguy-hiem-o-nhiet-do-cao.aspx

http://www.khoahoc.com.vn/khampha/kham-pha/24975_Chat-tao-ngot-HFCS-tro-http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroxymethylfurfural

http://www.princeton.edu/main/news/archive/S26/91/22K07/

a-thing-of-the-past/

http://www.citizens.org/hfcs-excessive-fructose-may-be-making-spoiled-appetites-http://en.wikipedia.org/wiki/High_fructose_corn_syrup

Công nghệ chế biến thực phẩm- Lê Văn Việt Mẫn.

Đề tài nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất hỗn hợp đường glucose- fructose

từ tinh bột khoai mì bằng phương pháp enzyme_ PGS TS Ngô Kế Sương.