Nghiên cứu sản xuất maltodextrin (de=9 12) từ tinh bột khoai mì bằng phương pháp acid và ứng dụng trong chế biến bột hòa tan dâu tằm

Ví dụ: Sự trương nở của tinh bột bắp khi ngâm trong nước tăng trung bình khoảng 9,1% so với thể tích ban đầu, thấp hơn sự trương nở của tinh bột khoai tây 12,7% và tinh bột khoai mì 28,

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN THỊ QUYÊN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN (DE = 9-12) TỪ TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID VÀ ỨNG DỤNG TRONG

CHẾ BIẾN BỘT HÒA TAN DÂU TẰM

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRẦN THỊ QUYÊN Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 23 - 10 – 1979 Nơi sinh: TP Nam Định

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống

1- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN (DE = 9 – 12) TỪ TINH BỘT KHOAI

MỲ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN BỘT HÒA TAN DÂU TẰM

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố (hàm lượng tinh bột, thời gian thủy phân, nồng độ acid) ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột, từ đó chọn ra những khoảng thông số biến thiên các yếu tố có DE 9 – 12

- Nghiên cứu sự tác động đồng thời của các yếu tố trên và sự tương tác giữa chúng để thu maltodextrin có DE = 9-12 với hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất

- Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn maltodextrin (DE = 9-12) được tạo ra ở trên vào trong dịch ép dâu tằm khi sấy phun nhằm cải thiện quá trình sấy, nâng cao hiệu quả kinh tế mà vẫn giữ được chất lượng sản phẩm

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Đống Thị Anh Đào PGS TS Lê Văn Việt Mẫn

Có được thành quả như ngày hôm nay, với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

 Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Đống Thị Anh Đào đã tận tình hướng dẫn,

truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm sống quý báu cho em trong suốt thời gian học, cũng như trong quá trình thực hiện luận văn

 Thầy Nguyễn Hoàng Dũng, Cô Nguyễn Thị Lý đã quan tâm, hỗ trợ và giúp

đỡ tôi rất nhiều để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

 Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, quý Thầy Cô bộ môn

Công Nghệ Thực Phẩm: đã giảng dạy, hướng dẫn để tôi có được nền kiến thức như ngày hôm nay

 Quý Thầy Cô phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm

Đặc biệt là Cô Nguyễn Thị Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi

trong suốt quá trình thực hiện luận văn tại phòng thí nghiệm

 Các bạn học viên cao học niên khóa 2007 ngành Công Nghệ Thực Phẩm đã

giúp đỡ, đóng góp ý kiến cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn !

TpHCM, Tháng 07 Năm 2009 Trần Thị Quyên

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN (DE = 9-12) TỪ TINH BỘT KHOAI MÌ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ACID VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN BỘT HÒA TAN DÂU TẰM

Maltodextrin là một hỗn hợp những saccharide có trọng lượng phân tử nằm giữa polysaccharid và oligosaccharide với DE (Dextrose Equivalent) thấp hơn 20 Maltodextrin có rất nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, tùy vào mục đích

và đặc điểm của mỗi sản phẩm thực phẩm mà maltodextrin có những khoảng DE ứng dụng khác nhau Trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu sản xuất maltodextrin

có DE nằm trong khoảng 9-12 từ tinh bột khoai mì bằng phương pháp acid ở nhiệt

độ 500C để ứng dụng vào trong quá trình sấy phun dịch dâu tằm Qua nghiên cứu khảo sát, chúng tôi đã tìm được ba yếu tố ảnh hưởng chính đến chỉ số DE của việc biến tính tinh bột bằng phương pháp acid đó là: hàm lượng tinh bột, thời gian thủy phân và nồng độ acid HCl Bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm (QHTN), đã tìm ra được sự tác động đồng thời và sự tương tác của các yếu tố trên đến chỉ số DE

và hiệu suất thu hồi sản phẩm Và từ đó, tìm ra được thông số tốt nhất cho hiệu suất thu hồi maltodextrin cao trong quá trình biến tính tinh bột bằng acid có DE = 9-12 bằng phần mềm R và chương trình excel solver với hàm lượng tinh bột là (40%); thời gian thủy phân là (20h); nồng độ acid là (7%)

Maltodextrin sau khi sản xuất ra được bổ sung vào dịch dâu tằm với các tỉ lệ phối trộn maltodextrin/dịch dâu tằm lần lượt là: 10/90; 20/80; 30/70; 40/60 trong quá trình sấy phun Trong đó, tỉ lệ phối trộn maltodextrin/dịch dâu tằm: 20/80 cải thiện được quá trình sấy chống dính thành thiết bị, không bị vón cục và cho sản phẩm nước dâu tằm sau khi pha từ bột dâu tằm được người tiêu dùng hài lòng và ưa thích

RESEARCH ON PRODUCING MALTODEXTRIN WITH DE = 9-12 FROM RAW MATERIAL CASSAVA STARCH USING ACID METHOD FOR APPLICATION IN PROCESSING DISSOLVED MULBERRY POWER

Maltodextrin is a mixture of saccharides with a molecular weight between polysaccharides and oligosaccharides with DE value (Dextrose Equivalent) lower than 20 Maltodextrin has wide applications in food industries, depending on its useful goals and features of food productions which maltodextrin has differrent DE value ranges for its applications In our thesis, we have researched on producing maltodextrin with DE = 9-12 from raw material of cassava starch using acid method

at temperature 500C to use for processing spray drying passion fruite In our research and survey, we have discovered three factors which have effects on DE value of starch modification by using acid method such as: the starch concentration, the reaction time and the acid HCl concentration With the experimental planning method, we have discovered simultaneous effect and interactivity of above factors

on DE value and the product recovery yield Therefore, we have found the optimal technical parameters with high product recovery yield for starch modification by acid method with DE= 9-12 on R software and excel solver programme with starch concentration (40%), reaction time (20h), acid HCl concentration (7%)

After maltodextrin is created by manufacturing, it is applied in pure passion fruit of mulberry with rate of maltodextrin and pure fruit mulberry respectively such as: 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 during process of spray drying In which, rate of mixed combination between maltodextrin and pure fruit mulberry 20/80 will improve anti-sticky process of spay drying of passion fruit power on equipment, and will not cause its accumulation After being mixed with power, mulberry liquid becomes satisified and favorite by consumers

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG…… ……….…10

DANH MỤC HÌNH …… ……… ….……… 12

BẢNG VIẾT TẮT………… ……… ………13

MỞ ĐẦU 14

ĐẶT VẤN ĐỀ 14

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU GỒM 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 16

1.1 TINH BỘT 16

1.1.1 Hệ thống tinh bột thực phẩm 16

1.1.2 Hình dáng, kích thước của tinh bột 16

1.1.3 Thành phần cấu tạo của tinh bột 17

1.1.4 Cấu trúc phân tử amilose và amilopectin 17

1.1.4.1 Cấu trúc amilose 18

1.1.4.2 Cấu trúc amilopectin 19

1.1.5 Tính chất lý hóa và chức năng của tinh bột 21

1.1.5.1 Tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước 21

1.1.5.2 Tính chất hóa học của tinh bột 25

1.1.5.3.Tính chất chức năng của tinh bột 27

1.2 TINH BỘT KHOAI MÌ 29

1.2.1 Thành phần tính chất của tinh bột khoai mì 29

1.2.1.1 Thành phần của tinh bột khoai mì 29

1.2.1.2 Tính chất của tinh bột khoai mì 29

1.3 Tinh bột biến tính 32

1.3.1 Khái niệm và mục đích 32

1.3.2 Các phương pháp biến tính tinh bột 32

1.3.2.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý 32

1.3.2.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học 34

1.3.2.3 Biến tính tinh bột bằng enzym 37

1.4 MALTODEXTRIN 38

1.4.1 Khái niệm và tính chất Maltodextrin 38

1.4.1.1 Khái niệm 38

1.4.1.2 Tính chất 38

1.4.2 Ứng dụng maltodextrin 40

1.5 NHỮNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG ACID VÀ SẢN XUẤT MALTODEXTRIN TRONG NƯỚC VÀ NƯỚC NGOÀI 41

1.5.1 Những nghiên cứu và sản xuất maltodextrin ở nước ngoài 41

1.5.2 Những nghiên cứu, sản xuất maltodextrin ở trong nước 45

1.6 QUẢ DÂU TẰM VÀ SẢN PHẨM BỘT DÂU TẰM 47

1 6.1 Quả dâu tằm 47

1.6.1.1 Nguồn gốc quả dâu tằm 47

1.6.1.2 Thành phần hóa học quả dâu tằm 47

1.6.1.3 Ứng dụng 48

1.6.1.4 Tác dụng 49

1.6.2 Sản phẩm bột dâu tằm 49

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 51

2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ TRANG THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 51

2.1.1 Thời gian, địa điểm và trang thiết bị nghiên cứu 51

2.1.2 Nguyên liệu 52

2.1.2.1 Tinh bột khoai mì 52

2.1.2.2 Dâu tằm 52

2.1.2.3 Tinh bột biến tính 52

2.1.2.4 Đường maltose 52

2.1.2.5 Acid Clohydric (HCl) 52

2.1.2.6 Natri hydroxit (NaOH) 52

2.1.2.7 Phenolphtalein: 52

2.1.2.8 Nước cất 2 lần 52

2.1.2.9 Nước máy thành phố 52

2.1.2.10 Và một số hóa chất khác được cung cấp tại phòng thí nghiệm 52

2.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52

2.2.1 Nghiên cứu sản xuất Maltodextrin (DE = 9-12) 52

2.2.1.1 Quy trình sản xuất maltodextrin từ tinh bột khoai mỳ biến tính bằng phương pháp acid ở nhiệt độ 50oC 53

2.2.1.2 Thuyết minh quy trình sản xuất maltodextrin: 53

2.2.1.3 Khảo sát thí nghiệm các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi sản phẩm ở nhiệt độ 500C 54

2.2.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời và sự tương tác của các yếu tố đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi 56

2.2.2 Kiểm định phân tích đánh giá sản phẩm maltodextrin (DE = 9-12) 59

2.2.3 Nghiên cứu ứng dụng tinh bột maltodextrin (DE = 9-12) vào sản xuất bột dâu tằm 59

2.2.3.1 Quy trình công nghệ sản xuất bột dâu tằm có bổ sung maltodextrin (DE = 9-12) bằng thiết bị sấy phun 60

2.2.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất bột dâu tằm 61

2.2.2.3 Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn maltodextrin (DE=9-12) vào dịch ép dâu tằm trong quá trình sấy phun 61

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 62

2.3.1 Xử lí kết quả thống kê 62

2.3.2 Xác định độ ẩm 62

2.3.3 Xác định độ tro 62

2.3.4 Xác định độ pH 62

2.3.5 Xác định tỉ lệ chất hòa tan trong nước 62

2.3.6 Xác định hàm lượng tinh bột 62

2.3.7 Định lượng đường khử 62

2.3.8 Xác định chỉ số “DE” 62

2.3.9 Xác định hàm lượng chất khô 63

2.3.10 Độ thấm ướt của bột 63

2.3.11 Hiệu suất thu hồi sản phẩm maltodextrin 63

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 64

3.1 KẾT QUẢ BÀN LUẬN LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU TINH BỘT KHOAI MÌ 64

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MALTODEXTRIN (DE = 9-12) 64

3.2.1 Khảo sát thí nghiệm các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình thủy phân tinh bột bằng acid ở 50oC 64

3.2.1.1 Thí nghiệm 1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi sản phẩm 65

3.2.1.2 Thí nghiệm 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng tinh bột đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi sản phẩm 68

3.2.1.3 Thí nghiệm 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ acid đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi sản phẩm 70

3.2.2 Thí nghiệm 4: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố: thời gian thủy phân, hàm lượng tinh bột, nồng độ acid, và sự tương tác giữa chúng đến chỉ số DE và hiệu suất thu hồi sản phẩm ở nhiệt độ 50oC 74

3.3 KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM MALTODEXTRIN (DE = 9-12) 85

3.3.1 Kết quả chỉ tiêu hóa lý của 2 sản phẩm maltodextrin 85

3.3.2 Kết quả đánh giá cảm quan của 2 mẫu maltodextrin A và MD150 85

3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MALTODEXTRIN (DE = 9-12) VÀO CHẾ BIẾN BỘT HÒA TAN DÂU TẰM 87

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

4.1 KẾT LUẬN 94

4.2 KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO.……… ……….96 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Bảng 1.1: Hàm lượng amilose và amilopectin của một số tinh bột

Bảng 1.2: Nhiệt độ hồ của một số loại tinh bột………

Bảng 1.3: Độ ẩm cân bằng của tinh bột khoai tây ở nhiệt độ môi trường 250C…

Bảng 1.4 Thành phần của tinh bột và bột khoai mỳ………

Bảng 1.5: Những tính chất chung của tinh bột khoai mì………

Bảng 1.6: Tiêu chuẩn đặc trưng của tinh bột khoai mì sử dụng cho mục đích biến tính………

Bảng 1.7 Biến đổi tính chất hóa lý của Maltodextrin theo giá trị DE………

Bảng 1.8 Trọng lượng phân tử trung bình của tinh bột trước và sau khi thủy phân bằng acid………

Bảng 1.9: Hàm lượng carbohydrate ( % của tổng carbohydrate thu được) ở Fr.I và Fr.II của tinh bột trước và sau khi thủy phân………

Bảng 1.10: Thành phần hóa học của quả dâu tằm………

Bảng 1.11: Một số các thông số chất lượng của dịch ép dâu tằm đen………

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bảng 2.1: Bảng các thông số thời gian được khảo sát thủy phân

Bảng 2.2: Bảng các hàm lượng tinh bột được khảo sát thủy phân

Bảng 2.3: Bảng các nồng độ acid HCl được khảo sát thủy phân

Bảng 2.4: Các mức của các yếu tố

Bảng 2.5: Bố trí bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm đối với chỉ số DE và hiệu suất thu hồi

Bảng 2.6: Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án

Bảng 2.7 : Thông số chỉ tiêu hóa lý của 2 mẫu maltodextrin

17

22

25

29

31

32

40

41

43

48

48

54

55

56

57

58

58

59

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Bảng 3.1: Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm tinh bột

khoai mì của Công ty Khoai Mì Tây Ninh

Bảng 3.2: Bảng Anova cho chỉ số DE thu được từ các khoảng thời gian thủy phân

Bảng 3.3: Bảng Anova cho hiệu suất thu hồi sản phẩm thu được từ các khoảng thời gian thủy phân

Bảng 3.4: Bảng Anova cho chỉ số DE thu được từ các tỉ lệ hàm lượng tinh bột khác nhau

Bảng 3.5: Bảng Anova cho hiệu suất sản phẩm thu được từ các tỉ lệ hàm lượng tinh bột khác nhau

Bảng 3.6: Bảng Anova cho chỉ số DE thu được từ các nồng độ acid khác nhau

Bảng 3.7: Bảng Anova cho hiệu suất sản phẩm thu được từ các nồng độ acid khác nhau

Bảng 3.8: Các mức của các yếu tố

Bảng 3.9: Bảng ma trận quy hoạch thí nghiệm đối với chỉ số DE và hiệu suất thu hồi

Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án

Bảng 3.11 Ma trận quy hoạch TYT 23 cho chỉ số DE

Bảng 3.12 Ma trận quy hoạch TYT 23 cho hiệu suất thu hồi

Bảng 3.13: Tối ưu hóa chỉ số DE bằng phần mềm excel solver

Bảng 3.14: Kết quả chỉ tiêu hóa lý của 2 mẫu maltodextrin

Bảng 3.15: Kết quả trả lời của 21 người thử

Bảng 3.16: Bảng giá trị lý thuyết T

Bảng 3.17: Kết quả của các mẫu bột có tỉ lệ phối trộn khác nhau

Bảng 3.18: Kết quả chỉ tiêu hóa lý của các mẫu bột dâu tằm

Bảng 3.19 :Kết quả thống kê của 2 mẫu trên toàn bộ sản phẩm

Bảng 3.20: Kết quả thống kê của 2 mẫu trên tính chất màu sắc

Bảng 3.21: Kết quả thống kê của 2 mẫu trên tính chất mùi vị

64

65

66

68

69

71

72

74

75

76

78

81

82

85

86

86

88

89

90

91

91

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Hình 1.1: Một phần cấu trúc amiloze………

Hình 1.2: Một phần cấu trúc amilopectin………

Hình 1.3 : Cấu trúc dạng chùm của phân tử amilopectin………

Hình 1.4 :Sự sắp xếp vùng vô định hình và vùng kết tinh của phân tử

amilopectin………

Hình 1.5: Phần tách ra của tinh bột trước và sau khi thủy phân bằng acid (0.5N,

500C, 1.5h) ở cột Sepharose CL 4B, Vo = void volume; Vt = total

volume………

Hình 1.6 : Hình ảnh quả dâu tằm………

Hình 1.7: Sản phẩm bột dâu tằm của Thổ Nhĩ Kỳ………

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất maltodextrin từ tinh bột khoai mì bằng

phương pháp acid ở nhiệt độ 500C………

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình chế biến bột hòa tan dâu tằm……… CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Hình 3.1: DE và hiệu suất sản phẩm thu được từ các thời gian thủy phân

Hình 3.2: Đồ thị DE và hiệu suất sản phẩm thu được từ các hàm lượng tinh bột khác nhau

Hình 3.3: Đồ thị DE (%) và hiệu suất sản phẩm thu được từ các nồng độ acid

Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn chỉ số DE dưới các dạng đường đồng mức

Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi dưới các dạng đường đồng mức

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DE Dextrose equivalent Fr.I Fraction I Fr.II Fraction II

GA Glucoamylase PTHQ Phương trình hồi qui TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TINH BỘT

Tinh bột hay amylum là một polysaccharide carbohydrate chứa một lượng lớn những đơn vị glucose được liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic Tinh bột là sản phẩm của cây xanh, được xem như là nguồn năng lượng dự trữ và nguồn thực phẩm chính của con người

1.1.1 Hệ thống tinh bột thực phẩm

Tinh bột thực phẩm có thể được chia thành 3 hệ thống:[9]

 Hệ thống tinh bột của các hạt cốc: lúa, ngô, kê, lúa mì, đại mạch, yến mạch, lúa mạch đen Hàm lượng tinh bột trong các hạt cốc thường chiếm 50-70%

so với lượng chất khô của hạt

 Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu: đậu hà lan, đậu đỗ, đậu ván Hàm lượng tinh bột trong các hạt họ đậu chiếm 50-60% so với lượng chất khô của hạt (trừ hạt đậu tương)

 Hệ thống tinh bột của các củ: khoai tây, khoai lang, khoai mì (sắn), dong riềng, củ mài, sắn dây Hàm lượng tinh bột trong các loại củ phân bố không đều: ở khoai mì thì hàm lượng tinh bột khoảng chiếm 21,45% so với lượng chất khô của củ Còn khoai tây thì hàm lượng tinh bột dao động nhiều chiếm khoảng 8-30%

so với lượng chất khô của củ

1.1.2 Hình dáng, kích thước của tinh bột: [9]

Hình dáng và kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt và quá trình sinh trưởng của cây

 Hạt tinh bột đa số có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột gạo

 Kích thước các hạt khác nhau sẽ dẫn đến những tính chất cơ lý khác nhau như: nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp thụ xanh metilen…

Ví dụ: tinh bột lúa mì có loại hạt bầu dục, có loại hạt hình tròn, có loại hạt kích thước lớn 20-35µm, có loại hạt nhỏ có kích thước 2-10µm và có một lượng nhỏ hạt

có kích thước trung bình

1.1.3 Thành phần cấu tạo của tinh bột

Tinh bột là một cacbohidrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-glucozit Công thức phân tử gần đúng là (C6H10O5)n trong đó n

có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn Có hai thành phần chính trong tinh bột là các polyme amylose (chiếm 20-30%) và amylopectin (chiếm 70-80%) Những polyme đó được tạo nên từ các mạch anhydroglucoza gắn với nhau bằng các liên kết glucozit Amylose có cấu trúc thẳng và trọng lượng phân tử thấp hơn (khoảng 500.000), còn amylopectin có trọng lượng phân tử cao hơn, đến vài triệu và

có các mạch bên ngắn nhưng rất phân nhánh [1]

Bảng 1.1: Hàm lượng amilose và amilopectin của một số tinh bột [10]

Loại tinh bột Amilose (%) Amilopectin (%)

1.1.4 Cấu trúc phân tử amilose và amilopectin

Amilose và amilopectin là những phân tử không giống nhau Amilose có trọng lượng phân tử nhỏ hơn với hình dạng mạch thẳng trong khi đó amilopectin thì có trọng lượng phân tử rất lớn, hình dạng phân nhánh Sự hiện diện của amilose có xu hướng làm giảm khả năng kết tinh của amilopectin và ảnh hưởng đến khả năng nước dễ dàng xâm nhập vào trong các hạt

1.1.4.1 Cấu trúc amilose

Phân tử amilose chứa hầu hết là những chuỗi mạch không phân nhánh với 500 – 20,000 đơn vị α-(14)-D-glucose Trong đó có rất ít chuỗi mạch nhánh α-(16)-D-glucose [39], nhưng chúng ảnh hưởng rất ít đến cấu trúc phân tử [14] Amilose có thể hình thành mạch đơn duỗi thẳng [41] nhưng nhìn chung có xu hướng kết lại thành hình xoắn ốc khá cứng Cấu trúc xoắn ốc của amilose có liên kết hydrogen ở

vị trí nguyên tử oxi thứ 2 và nguyên tử oxi thứ 6 trên bề mặt ngoài của vòng xoắn, trong đó mỗi vòng xoắn kép gồm 6 phân tử glucoza Liên kết hydrogen giữa các chuỗi gây nên sự thoái hóa và làm giảm ái lực với nước Các chuỗi thẳng hàng sau

đó có thể hình thành cấu trúc xoắn kép ngăn cản sự tác động của enzym amylase[15] Chính đặc trưng theo kiểu chuỗi xoắn ốc mà amilose có ái lực mạnh với iodine Ái lực của amilose với iodine phụ thuộc tuyến tính với chiều dài mạch

Hình 1.1: Một phần cấu trúc amiloze [52]

1.1.4.2 Cấu trúc amilopectin

Amilopectin là một polysaccharide và là polymer mạch nhánh Amylopectin được tạo thành từ các đơn vị α-D-glucose nối với nhau bằng liên kết α-(14) và tại điểm phân nhánh là α- (1 6) Từ 24 đến 30 gốc glucose lại có một điểm phân nhánh (Hình 1.2)

Hình 1.2: Một phần cấu trúc amilopectin [53]

Phân tử amilopectin có cấu tạo dạng chùm như ở hình 1.3 trong đó mạch A

ngắn nhất không có nhánh và được liên kết với các mạch khác bằng liên kết

α-(16) với mức độ trùng hợp bằng 15 Mạch B có nhánh do một hoặc vài mạch A nối vào Mạch C là mạch duy nhất trong phân tử có mang gốc glucoza khử

Hình 1.3 :Cấu trúc dạng chùm của phân tử amilopectin [28]

Trong cấu trúc dạng chùm của phân tử amilopectin có xen kẽ 2 loại vùng : vùng (1) là vùng kết tinh có cấu tạo chặt, sắp xếp có trật tự và có độ tinh thể do đó

bị thủy phân khó khăn Vùng (2) là vùng vô định hình sắp xếp kém trật tự, có nhiều điểm phân nhánh và không có độ tinh thể nên dễ dàng bị thủy phân được trình bày ở hình 1.4

Hình 1.4 :Sự sắp xếp vùng vô định hình và vùng kết tinh của phân tử amilopectin [28]

1.1.5 Tính chất lý hóa và chức năng của tinh bột

1.1.5.1 Tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước

 Sự trương nở của hạt tinh bột trong nước ở điều kiện nhiệt độ thường [10] Khi ngâm hạt tinh bột trong nước ở điều kiện nhiệt độ thường, người ta thấy rằng

có sự tăng thể tích của hạt tinh bột Sự gia tăng này gây nên bởi sự hấp thụ nước vào trong hạt tinh bột, làm hạt tinh bột trương phồng lên, gọi là hiện tượng trương

nở của hạt Tùy thuộc vào cấu trúc các loại tinh bột khác nhau, mà khả năng trương

nở mạnh hay yếu Thông thường tinh bột của các loại hạt trương nở kém hơn so với tinh bột củ

Ví dụ: Sự trương nở của tinh bột bắp khi ngâm trong nước tăng trung bình khoảng 9,1% so với thể tích ban đầu, thấp hơn sự trương nở của tinh bột khoai tây 12,7%

và tinh bột khoai mì 28,4% [10]

 Hiện tượng hồ hóa tinh bột bằng nhiệt năng

Khi nâng huyền phù tinh bột lên đến nhiệt độ tới hạn, các hạt tinh bột trương nở mạnh, hình dáng hạt tinh bột sẽ thay đổi đột ngột tạo thành một dung dịch keo dính Hiện tượng trương nở xẩy ra trước tiên ở các khe lõm của hạt tinh bột, sau đó lan rộng cả bề mặt, làm cho thể tích chúng tăng lên nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột bị phá vỡ Lúc này tinh bột bắt đầu hồ hóa

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa.[9]

Khi tinh bột đã bị hồ hóa thì độ nhớt và độ kết dính tăng lên đột ngột, huyền phù trở nên trong, khả năng hòa tan tăng lên

Các hạt tinh bột từ nhiều nguồn có kích thước và nhiệt độ chuyển trạng thái đều khác nhau: hạt lớn bị hồ hóa đầu tiên, hạt bé nhất sẽ hồ hóa sau cùng Vì hạt tinh bột

bé có cấu tạo chặt, các phân tử liên kết với nhau bằng nhiều nối liên kết hydro rất bền, do đó việc phá vỡ hạt khi hồ hóa ở hạt lớn và hạt nhỏ xảy ra ở nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ hồ hóa cũng phụ thuộc vào thành phần amilose và amilopectin: tinh bột chứa nhiều amilose thì hồ hóa trước hơn tinh bột chứa nhiều amilopectin, vì amilose sắp xếp thành chùm song song có định hướng nước dễ đi qua, trong khi đó

amilopectin thì có xu hướng cuộn lại thành hình cầu có cấu trúc khó cho nước đi qua Vì vậy, nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ

Bảng 1.2: Nhiệt độ hồ của một số loại tinh bột [10]

Dạng tinh bột Nhiệt độ hồ hóa

o

C Bắt đầu Trung bình Kết thúc

 Hiện tượng thoái hóa của hồ tinh bột [10] , [33], [43]

Dung dịch tinh bột khi mới được tạo thành có độ trong cao, khi để yên một thời gian ở nhiệt độ thường trong điều kiện vô trùng, sẽ thấy màu trắng đục tăng dần, cuối cùng nhận thấy có một phần tinh bột kết tủa xuống Dung dịch có hiện tượng phân lớp, phần lỏng trở nên trong suốt Quan sát phần tinh bột kết tủa người ta thấy chúng không tan trong nước lạnh, và tinh bột đã trở lại trạng thái ban đầu Hiện tượng này gọi là hiện tượng thoái hóa hồ tinh bột

Tinh bột hồ hóa là do liên kết hydro giữa phân tử nước với nhóm OH của tinh bột Liên kết này kém bền so với liên kết hydro giữa các phân tử nước, nên theo thời gian khi để yên ở nhiệt độ thấp liên kết hydro giữa nước và tinh bột bị phá hủy, nước tách ra ở trạng thái ban đầu của nó, các phân tử tinh bột liên kết lại với nhau bởi liên kết hydro giữa OH của phân tử này với H của phân tử khác, khi liên kết đủ lớn tinh bột kết tủa và lắng xuống

Tốc độ thoái hóa của các loại hồ tinh bột không giống nhau, phụ thuộc vào khối lượng phân tử, hình dáng, tỉ lệ giữa amilose và amilopectin Đặc biệt mức độ phân

nhánh của amilopectin càng cao thì mức độ thoái hóa càng giảm, do sự khó định hướng của nó Phân tử amilose mạch thẳng nhiều nên chúng dễ tạo nhiều liên kết hydro với nhau, do vậy tinh bột hồ hóa có hàm lượng amilose cao rất kém bền vững, có thể bị thoái hóa hoàn toàn

Để giảm sự thoái hóa của tinh bột người ta thường gắn thêm các nhóm hydrocacbon và các dẫn xuất của chúng vào phân tử tinh bột

Có nhiều yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến tốc độ thoái hóa: nhiệt độ, pH, muối

vô cơ Nhiệt độ càng thấp tốc độ thoái hóa càng tăng, vì khi nhiệt độ thấp làm cho liên kết hydro giữa các phân tử nước càng bền hơn, ngược lại liên kết hydro giữa tinh bột và nước càng yếu hơn Độ pH của môi trường cũng ảnh hưởng rõ rệt, ở pH=7 tốc độ thoái hóa cực đại, tốc độ thoái hóa sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH Khi pH<2 hay pH>10 rất ít xảy ra hiện tượng thoái hóa MgSO4 làm tăng tốc độ thoái hóa, khi nồng độ MgSO4 13% tinh bộtkhoai tây hoàn toàn bị kết tủa sau 5 phút

 Tính chất nhớt dẻo của hồ tinh bột [10]

Đây là tính chất quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó khăn hơn thể hiện rõ ở tinh bột giàu amilopectin (tinh bột nếp)

Đường kính biểu kiến của phân tử hoặc của các hạt phân tán là yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột mà đường kính này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Đặc tính bên trong của các phân tử như khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử

 Tương tác của tinh bột với dung môi (nước) gây ảnh hưởng đến sự trương,

sự hòa tan và cầu hydrat hóa bao quanh phân tử

 Tương tác của các phân tử tinh bột với nhau quyết định kích thước của tập hợp

Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxy hóa, các thuốc thử phá hủy cầu hydro đều làm cho tương tác giữa các phân tử tinh bột thay đổi, từ đó làm cho độ nhớt thay đổi theo Trong môi trường kiềm độ nhớt của tinh bột tăng lên do kiềm gây ion hóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hydrat hóa tốt hơn pH của thực phẩm vào khoảng 4-7 chỉ ảnh hưởng rất nhỏ đến độ nhớt của hồ tinh bột

Khi cho các phụ gia vào thực phẩm chứa tinh bột thường gây ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt, độ dẻo của hồ tinh bột

Với các muối khi nồng độ thấp ảnh hưởng không đáng kể đến độ nhớt của hồ tinh bột, nhưng khi ở nồng độ cao sẽ làm tăng độ nhớt vì khi đó muối sẽ chiếm chỗ các phân tử nước Các anion và cation thường có ảnh hưởng khác nhau đến độ nhớt

hồ tinh bột

Với đường như saccharose khi thêm vào hồ tinh bột ngô 5% sẽ làm tăng giá trị cực đại của độ nhớt, ảnh hưởng càng lớn khi lượng đường đạt đến 20% khối lượng dịch hồ Nếu đường cao hơn 50% thì lại làm giảm giá trị cực đại của độ nhớt Tăng lượng đường còn làm giảm độ bền hệ keo của hồ

Các acid béo thường làm tăng độ nhớt, nhưng sự tăng không giống nhau đối với các tinh bột khác nhau

Đa số các chất hoạt động bề mặt thường làm tăng nhiệt độ để hồ có độ nhớt cực đại

 Tính chất hấp thụ của tinh bột [10]

Hạt tinh bột có cấu trúc lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hòa tan thì bề mặt ngoài và bề mặt trong đều tham dự Sự hấp thụ và phản hấp thụ hơi nước, các chất khí trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thì thủy nhiệt có ý nghĩa quan trọng Các ion liên kết với tinh bột thường có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ của tinh bột

Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện ly hữu cơ có ion lớn như xanh metylen tích điện dương bởi tinh bột, người ta thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt

Khả năng hấp thụ của tinh bột phụ thuộc vào các cation được liên kết với tinh bột Các cation có ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ xanh metylen của tinh bột được phân bố theo dãy:

Na+>Mg2+>Ba2+>Ca2+

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ muối của tinh bột, người ta thấy rằng tinh bột khoai tây hấp thụ lớn hơn lúa mì và bắp, do độ xốp của tinh bột khoai tây tạo điều kiện cho các ion xâm nhập vào trong hạt dễ dàng hơn, do

đó cân bằng hấp thụ đạt được nhanh chóng hơn

Nhiệt độ tăng thì khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây bị giảm xuống, còn ở tinh bột lúa mì thì khả năng hấp thụ tăng lên đến một nhiệt độ nhất định

Trong một điều kiện nhiệt độ không đổi, nếu độ ẩm tương đối của môi trường thay đổi, tinh bột hấp thụ một lượng nước tỷ lệ thuận với độ ẩm

Bảng 1.3: Độ ẩm cân bằng của tinh bột khoai tây ở nhiệt độ môi trường 25 0 C[10]

Độ ẩm không khí (%) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Độ ẩm cân bằng của tinh

bột (%)

2,31 5 8,1 9,9 11,4 12,8 14,5 16,6 19,5 23

Các ion chứa trong tinh bột khi xử lý tinh bột bằng các chất điện ly khác nhau,

có thể thay thế bằng những ion khác nhau Để thu được tinh bột có chứa các cation nhất định người ta phải xử lý sơ bộ bằng acid để thay thế các cation liên kết với tinh bột bằng ion hydro, sau đó xử lý lại bằng dung dịch muối tương ứng thì sẽ thay ion hydro bằng ion mong muốn

1.1.5.2 Tính chất hóa học của tinh bột [10]

Tính chất hóa học của tinh bột được thể hiện bởi liên kết glucozit, các nhóm

OH ở vị trí C2, C3 và các nhóm OH ở vị trí C1, C4, C6 chưa tạo liên kết glucozit, và cấu trúc lập thể của phân tử tinh bột…

 Tính chất của nhóm hydroxyl

Nhóm OH có thể bị oxy hóa bởi tác nhân oxy hóa như: NaClO, Ca(ClO)2, KBrO3, KMnO4 tạo thành nhóm chức cacboxyl (COOH) hoặc cacbonyl (C=O) Nhóm OH tạo este hữu cơ với anhydrit axetic, vinyl axetat; tạo este vô cơ với phosphate, sulphate, nitrate…

 Tính chất của liên kết glucozit

Liên kết glucozit trong phân tử tinh bột bền với tác nhân kiềm, nhưng dễ bị cắt đứt bởi các tác nhân acid và enzyme tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử nhỏ hơn như: cyclodextrin, maltodextrin, maltose, glucose…

Liên kết glucozit trong phân tử tinh bột sau khi bị cắt, dưới tác dụng của nhiệt

độ cao cũng có thể tái tổ hợp lại tạo sản phẩm có độ phân nhánh cao như dextrin

 Phản ứng của tinh bột với iod [18]

Khi tác dụng với iod, amilose cho phức màu xanh đặc trưng Phản ứng này được Stromaye phát hiện năm 1982 Tác nhân hoạt động là HI hoặc iodua, iod tinh khiết không cho màu xanh khi cho vào tinh bột hoặc amilose Acid và một số muối KI,

Na2SO4 tăng cường độ phản ứng Cloralhydrat lại ức chế phản ứng này

Amilopectin tác dụng với iod cho màu đỏ tím Theo Stepannenko thì amilopectin hấp thụ iod, còn amilose liên kết với iod tạo thành phức, vì thế liên kết giữa amilopectin với iod rất yếu

 Phản ứng tạo phức

Amilose còn có khả năng phức với rất nhiều các hợp chất hữu cơ có cực cũng như không cực khác nhau như: rượu no, rượu vòng, phenol, xeton phân tử nhỏ, các acid béo, các este mạch thẳng và mạch vòng, các hydrocacbon thẳng và vòng…amilose tạo phức với vitamin A thường bền và ít bị oxy hóa

Khi tạo phức với amilose các chất tạo phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo chuỗi xoắn ốc tương tự như iod Phức của amilose với các chất tạo phức không tan trong nước, thường bị kết tủa hoặc bị kết tinh khi để yên dung dịch

 Phản ứng của amilopectin với lectin

Đây là một phản ứng rất đặc trưng

Lectin là những protein( không phụ thuộc vào nguồn gốc) có khả năng liên kết

một cách đặc hiệu với gốc monosaccarit cuối của tinh bột và polysaccarit khác cũng như của glucoprotein và glucolipid

Khi lectin liên kết với gốc α-D-glucopiranozil (frutopiranozil) nằm ở cuối đầu không khử của amilopectin (cũng như polysaccharit khác) thì sẽ làm cho amilopectin kết tủa tách ra khỏi dung dịch Liên kết lectin với các gốc monosaccharit chủ yếu là liên kết hydro Để liên kết được với các lectin, các nhóm

OH ở C3, C4, C6, của gốc monosaccharit phải không bị thay thế Các α- glucan mạch thẳng kiểu amilose không bị kết tủa mặc dù có thể liên kết được với lectin Như vậy, phân tử polysaccharit phải có dạng mạch nhánh mới phản ứng được với lectin

1.1.5.3.Tính chất chức năng của tinh bột [9]

Tính chất chức năng của tinh bột là tất cả những tính chất hóa lý góp phần vào việc tạo ra những tính chất đặc trưng và mong muốn của thực phẩm có chứa polysaccharide này Các tính chất như độ dai, độ đàn hồi, độ dẻo, độ trong, độ nở,

độ đặc, độ xốp là những tính chất đặc trưng của tinh bột và gần như có mặt thường xuyên trong nhiều thực phẩm

Tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào kiểu tương tác chia thành 3 nhóm :

 Các tính chất phụ thuộc tương tác giữa tinh bột và nước

 Các tính chất phụ thuộc tương tác giữa các phân tử tinh bột với nhau

 Các tính chất phụ thuộc tương tác giữa phân tử tinh bột với phân tử các chất khác

 Khả năng tạo gel của tinh bột

Các phân tử của hồ tinh bột khi để nguội thì sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng 3 chiều Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải:

 Có nồng độ đậm đặc vừa phải

 Được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan

 Để nguội ở trạng thái yên tĩnh

Tinh bột chứa cả amilose và amilopectin nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh

và vùng vô định hình Gel tinh bột giàu amilose thường cứng và đàn hồi kém

 Khả năng tạo hình của tinh bột

 Khả năng tạo màng

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Để tạo màng các phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro và (hoặc) gián tiếp qua phân tử nước

 Khả năng tạo sợi

Tinh bột cũng có khả năng tạo sợi Các sợi được tạo ra từ những tinh bột giàu amilose ( tinh bột đậu xanh, tinh bột dong riềng…) thường dai hơn, bền hơn những sợi làm từ tinh bột thông thường ( tinh bột gạo, tinh bột ngô…)

Độ dai hay độ bền đứt của toàn sợi là do lực tương tác nội phân tử quyết định chính là liên kết lực Van der Waals hoặc liên kết hydro

 Tạo màng bao

Màng từ tinh bột giàu amilose có tính chất đặc biệt như không thấm đối với oxy

và chất béo do đó được dùng để bao thuốc viên, làm túi để đựng chất béo lỏng Ngoài ra, màng tinh bột từ amilose có ít nhóm khử do đó có khả năng tương tác với các chất thuốc là bé nhất

 Tương tác với các chất khác

 Khả năng đồng tạo gel với protein

Tinh bột có thể tương tác với protein làm cho sản phẩm có những tính chất cơ

lý nhất định như độ đàn hồi, độ cứng cũng như khả năng giữ nước của protein tăng lên, để có được những tính chất lưu biến cũng như tính chất cảm quan hấp dẫn hơn Tương tác giữa protein và tinh bột chủ yếu là liên kết hydro và lực Van der Waals

Ví dụ: Tinh bột được bổ sung vào sản phẩm giò lụa, kamaboko…

 Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với chất béo và sự có mặt của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Các tinh bột chứa nhiều amilopectin (tinh bột nếp) có cấu trúc chặt và khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phồng nở lớn

hơn Đặc biệt, đối với các tinh bột oxy hóa thì khả năng này lại càng mạnh vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu rất chặt

1.2 TINH BỘT KHOAI MÌ

1.2.1 Thành phần tính chất của tinh bột khoai mì

1.2.1.1 Thành phần của tinh bột khoai mì

Thành phần hóa học của khoai mì như sau : Nước: 70,25%; Tinh bột:

21,45%; Protein: 1,12%; Chất béo: 0,40%; Xelluloza: 1,10%; Đường: 5,13% và Tro: 0,54%.[9]

Thành phần của tinh bột khoai mì được trình bày ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Thành phần của tinh bột và bột khoai mỳ [27]

Sản phẩm Tinh bột (%) Đường tổng (%) Lipit (%) Xơ(%) Tinh bột khoai mỳ 98,1-98,5 - 0,11-0,22 0,11-0,15 Bột khoai mỳ 79,1-86,0 2,20-3,23 0,27-0,56 1,50-2,98

Tinh bột khoai mì có phân tử lượng trung bình của amilopectin tương đối cao khoảng 215000g/mol so với của bắp là 30500g/mol, của tinh bột lúa mì là 130000g/mol và của tinh bột khoai tây là 224000g/mol, của tinh bột bắp sáp là 276000g/mol [20] Hàm lượng amilose chiếm khoảng 17,9-23,6% [24] Trong một

số loại tinh bột thì hàm lượng amilopectin trong tinh bột khoai mì là cao nhất, cụ thể: amilopectin của tinh bột khoai mì là 75,64%, trong khi đó amilopectin của tinh bột sắn dây là 74,72%, của tinh bột huỳnh tinh là 67,48% [1]

1.2.1.2 Tính chất của tinh bột khoai mì

Màu sắc tinh bột khoai mì khô sau khi chế biến có màu rất trắng Nếu để nguyên vỏ thì có màu tối Màu sắc của tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng và giá cả Kích thước hạt tinh bột khoai mì: Quan sát dưới kính hiển vi, hạt tinh bột kích thước từ 5-40µm

Độ pH: củ và tinh bột khoai mì thường có pH trong khoảng 6,0-6,3 Theo tiêu chuẩn của Viện tiêu chuẩn Ấn Độ, thì khoai mì ăn được có pH trong khoảng 4,7-

7,0 Còn theo tiêu chuẩn của Mỹ thì pH trong khoảng 4,5-6,5

Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai mì: nằm trong khoảng 52 - 64oC Thông thường nhiệt độ hồ hóa mà càng thấp thì chất lượng của tinh bột sau khi nấu thu được càng thấp vì hạt tinh bột dễ bị phá vỡ

Tinh bột khoai mì 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 acid, enzym hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo

Do hàm lượng amilopectin cao hơn amilose nên tinh bột khoai mì có độ nhớt cao, khả năng thoái hóa thấp, tạo ra gel tinh bột ổn định tốt trong điều kiện lạnh đông và tan giá [46]

Khả năng nở và hoà tan của tinh bột khoai mì cũng thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt Sự có mặt của các gốc ester có khả năng ion hoá có ảnh hưởng đến khả năng trương nở và hoà tan của tinh bột

Khả năng tạo gel: trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polysaccarit với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước Vì tinh bột chứa cả amilose và amilopectin nên trong gel tinh bột có cả vùng kết tinh và vùng vô định hình Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amilose và các đoạn mạch amilopectin kết dính với nhau Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của các phân tử amilopectin sẽ cản trở sự sắp xếp song song tạo vùng kết tinh Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừa

nằm trong dung dịch nước của các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn hồi của gel [1]

Khi tinh bột khoai mì được đun nóng ở mức độ trung bình, thì có độ nhớt thấp hơn tinh bột bắp Tuy nhiên, khi tinh bột khoai mì được đun nóng ở mức độ nhanh thì độ nhớt của nó xấp xỉ với tinh bột bắp [55]

Tinh bột khoai mì được sấy khô tốt cũng có tính di động tốt

Loại tinh bột này được sản xuất rất nhiều ở nhà máy tại Thái Lan: vì tinh bột khoai mì là carbohydrat quan trọng ở những nước nhiệt đới Nó có mùi vị thơm dịu duy nhất và cho dạng bột nhào quánh và cố kết khi được gelatin Giá nguyên liệu thấp hơn so với các loại tinh bột khác.[19]

Bảng 1.5: Những tính chất chung của tinh bột khoai mì [46]

General properties of cassava starch

Amylose content (% by high performance

Amylose size (DPn, by high performance

Swelling power at 85°C (0,1g starch in 15ml of distilled

Solubility (%) at 85°C (0,1g starch in 15 ml of distilled water) 22 - 42

Paste viscosity (by Rapid Visco Analyzer using 3 g starch at

14% moisture content in 25 ml of distilled water)

Retrogradation (% by thermal analysis of starch gel kept at

4°C for 7 days using Differential Scanning Calorimeter ) 28,0

Degree of hydrolysis (% using 1% each of α-amylase and

Khi muốn biến tính tinh bột khoai mì thì nguyên liệu có những tiêu chuẩn đặc trưng được trình bày bảng 1.6

Bảng 1.6: Tiêu chuẩn đặc trưng của tinh bột khoai mì

sử dụng cho mục đích biến tính [30]

1.3 Tinh bột biến tính

1.3.1 Khái niệm và mục đích

Tinh bột biến tính là một chất phụ gia thực phẩm mà nó được tạo ra bởi tinh bột

đã qua xử lý hay tinh bột đã bị biến đổi một hay nhiều đặc tính tùy theo mục đích yêu cầu của sản phẩm thực phẩm.[54]

Mục đích của việc biến tính tinh bột:

- Cải biến các tính chất của sản phẩm,

- Tăng giá trị cảm quan,

- Tạo mặt hàng mới

1.3.2 Các phương pháp biến tính tinh bột

1.3.2.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

 Trộn với chất rắn trơ [9]

Để tinh bột có thể hydrat hóa tốt trong nước thì đầu tiên đem trộn tinh bột với các hợp chất không phải ion như đường…làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lý, sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập và không bị vón cục

 Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ [9]

Tinh bột được hồ hóa sơ bộ thường dùng khi sản phẩm cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu

Phương pháp: Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước sau đó sấy khô (sấy phun hay sấy thùng quay) Dưới tác dụng nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá hủy cấu trúc hạt tinh bột khi hồ hóa, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử sau khi sấy

Tính chất của tinh bột hồ hóa sơ bộ:

- Trương nhanh trong nước,

- Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản,

- Bền khi ở nhiệt độ thấp,

- Có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt,

- Tinh bột nếu chứa nhiều amilopectin (tinh bột nếp) còn làm tăng

“độ tươi” cho sản phẩm, tăng độ trong suốt, độ đàn hồi cũng như làm bền độ nhớt

do sự chậm thoái hóa mạch, loại nước khỏi mạch amilopectin

 Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao [9]

Sản phẩm thu được của phương pháp biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao (175 – 195oC) trong thời gian 7 – 18 giờ gọi là các pirodextrin

Phương pháp: Phun acid (0,05 – 0,15% theo trong lượng tinh bột) vào tinh bột

có độ ẩm khoảng 5% Có thể dùng AlCl3 làm xúc tác, ngoài ra bổ sung thêm chất đệm như: canxi phosphat, natricacbonat hoặc trietanolamin Tiếp tục sấy nhẹ hỗn hợp đến độ ẩm 1-5% Sau đó dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóng trực tiếp, dextrin hóa xong thì làm nguội

Pirodextrin thường dùng làm chất làm đặc cho các thuốc nhuộm sợi hay còn làm thay đổi tính chất lưu biến của nó

1.3.2.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học

độ 50-550C trong 12-14 giờ Sau đó trung hòa, lọc, rửa và sây khô

Tinh bột biến tính bằng acid, so với tinh bột ban đầu, có những tính chất sau:

 Giảm ái lực đối với iod,

 Độ nhớt đặc trưng bé hơn,

 Áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé hơn,

 Khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương kém hơn,

 Độ hòa tan cao hơn khi trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ

hồ hóa,

 Nhiệt độ hồ hóa cao hơn,

 Chỉ số kiềm cao hơn

Tinh bột biến tính bằng acid, chỉ giống với tinh bột ban đầu một số tinh chất như: hình dạng vật lý, không hòa tan trong nước lạnh và có tính lưỡng chiết (khả năng khúc xạ kép của tinh bột) [9]

Acid đầu tiên tác dụng đến vùng vô định hình giữa các mixen của hạt hay là ở phần đại phân tử amilopectin nằm trải ra từ một vùng mixen kết tinh này sang vùng mixen kết tinh khác, trong khi đó vùng kết tinh không bị ảnh hưởng [22]

Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng acid giảm thấp là do phá hủy vùng vô định hình này, và làm yếu cấu trúc của hạt rồi dẫn đến phá hủy hạt, ngay cả khi hạt trương không đáng kể Độ nhớt của hệ keo hai pha phụ thuộc chủ yếu vào tương quan của thể tích pha Hồ tinh bột trong nước sôi là huyền phù của các hạt đã trương và các mảnh vỡ của chúng (pha gián đoạn) ở trong dung dịch nước của các chất tinh bột (pha lỏng liên tục) Độ nhớt của hồ sẽ bị thay đổi phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ của pha gián đoạn Như vậy, nguyên nhân làm giảm độ nhớt của hồ, là

do độ hòa tan của nó trong nước sôi rất lớn cũng có nghĩa là pha gián đoạn của nó giảm đi

Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột biến tính bằng acid cao hơn tinh bột ban đầu là do ở trong hạt mức độ có trật tự của các mixen đã được tăng lên Chính các mạch phân tử nằm trong phần vô định hình đã bị acid thủy phân, nên các mixen tiếp đó đã liên hợp tạo ra những mảng mạch lớn hơn

Do tinh bột biến tính bằng acid có độ nhớt thấp, nên được dùng rộng rãi trong công nghiệp dệt để hồ sợi dọc

Người ta cũng dùng tinh bột biến tính bằng acid trong kẹo (gel) đông Đặc biệt là tinh bột loại này từ hạt tẻ rất lợi ở chỗ, hồ sôi thậm chí rất đậm đặc cũng ở dạng lỏng, khi làm nguội và bảo quản mới đông lại

 Biến tính tinh bột bằng kiềm [9]

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 cũng có thể làm phá hủy tinh bột ở cuối của đầu nhóm khử thông qua dạng enol (phản ứng chuyển hoán) để cuối cùng tạo ra những hợp chất có màu Sự phá hủy kiềm cũng có thể xảy ra ngẫu nhiên ở giữa mạch, nhất là khi có mặt oxy và có gia nhiệt

Sản phẩm thu được không những có trạng thái đồng thể, nhuyễn, mịn, dai, dẻo,

có màu sắc nâu đẹp mà còn bổ sung thêm hàm lượng tro, làm tăng giá trị dinh dưỡng

 Biến tính tinh bột bằng oxy hóa [9]

Thông thường tinh bột được oxy hóa bằng hypoclorit Cho dung dịch natri hypoclorit có chứa 5-10% Cl2 vào huyền phù tinh bột có nồng độ 20-24oBe (pH=8-10) Khuấy đều ở nhiệt độ 21-380C trong thời gian 4-6 giờ, sau đó trung hòa dịch tinh bột đến pH= 6,0-6,5 Tách clo tự do bằng dung dịch natri bisunfit Rửa tinh bột bằng nước, lọc, rồi sấy khô đến độ ẩm 10-12%

Sự oxy hóa thường xảy ra ở cacbon C6, C2, và C3 và ở vùng vô định hình của hạt tinh bột

Sự hồ hóa ở tinh bột oxy hóa này xảy ra nhanh hơn và ở nhiệt độ thấp hơn, còn

độ nhớt của hồ thì tăng chậm hơn ở tinh bột chưa biến hình Dịch hồ tinh bột oxy hóa làm nguội có độ chảy và độ trong suốt lớn hơn tinh bột ban đầu Nếu mức độ oxy hóa khá cao, thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phá hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch cực kỳ trong suốt

Tinh bột oxy hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong sản xuất giấy, để hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt và chất làm đặc trong công nghệ thực phẩm

 Biến tính tinh bột bằng xử lý tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông [9]

Pha tinh bột có nồng độ 24-25oBe với nước ấm để huyền dịch đạt nhiệt độ

42-450C Sau đó bổ sung dung dịch HCl 10% (với lượng 1,0-1,5% so với dịch tinh bột Khuấy đều liên tục huyền dịch tinh bột rồi cho dung dịch kali permanganat 5% (0,15-0,25% so với trọng lượng khô của tinh bột) và giữ ở nhiệt độ trên cho đến khi mất màu (không quá 20 phút) Sau đó gạn và rửa tinh bột bằng nước cho đến khi nước rửa không còn acid

Sự biến tính tinh bột theo kiểu này thì trọng lượng phân tử tinh bột, độ nhớt của

hồ và nhiệt độ hồ hóa sẽ giảm, có khả năng tạo keo đông cao, không còn mùi và có

độ trắng cao Tinh bột keo đông dùng thay thế agar, làm chất ổn định trong sản xuất kem

 Biến tính tinh bột bằng cách gắn thêm nhóm phosphat [32], [45]

Khi một nhóm chức acid của acid orto-phosphoric được este hóa với nhóm OH của tinh bột, thì được tinh bột phosphat hay đúng hơn là tinh bột dihydro phosphat Nếu hai nhóm chức acid của acid orto-phosphoric este hóa thì tạo ra tinh bột liên kết ngang phosphat hai tinh bột

Tinh bột phosphat có độ nhớt của hồ cao hơn tinh bột ban đầu do nhóm phosphat

Tinh bột phosphat được dùng làm chất độn trong các sản phẩm thực phẩm Ngoài

ra tinh bột phosphat còn dùng trong công nghệ giấy, dệt, tinh chế quặng, công nghiệp đúc, chất tẩy rửa

 Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang [9] [35]

Tinh bột biến tính bằng cách tạo liên kết ngang khi cho tác dụng với acid boric Khi đó bốn nhóm OH của hai mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo thành phức với acid boric Nói cách khác khi đó giữa các mạch polyglucozit tạo ra các liên kết ngang

Tinh bột biến tính bằng cách tạo liên kết ngang thu được sẽ dai hơn, giòn hơn và cứng hơn, chống được sự cố kết không mong muốn cũng như ổn định được độ nhớt của hồ nóng

1.3.2.3 Biến tính tinh bột bằng enzym [8],[9], [23]

Dưới tác dụng của enzym amilaza phân tử tinh bột hoặc bị phân cắt ngẫu nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt ngắn dần từng hai đơn vị glucose một,

do đó mà tính chất của dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo Dung dịch tinh bột bị loãng và độ nhớt giảm xuống do đó người ta gọi quá trình này là quá trình dịch hóa Quá trình dịch hóa này cần thiết và có tính chất khởi đầu cho quá trình đường hóa tiếp theo được dễ dàng

Trước đây việc thủy phân tinh bột bằng enzym, thì tinh bột đều phải qua quá trình hồ hóa ở nhiệt độ cao, nhằm giúp cho quá trình dịch hóa, đường hóa xảy ra dễ dàng Theo tác giả Colonna cho rằng , enzym chỉ tấn công tinh bột từng hạt một khi tinh bột chưa được hồ hóa Vì tinh bột tồn tại dưới dạng các hạt có cấu trúc bán tinh thể Các hạt tinh bột này không tan trong nước và bền vững với nhiều chất hữu cơ đặc biệt là enzym, do enzym có phân tử lượng lớn từ 20 000 đến 1 000 000 dalton, nên sự tiếp cận của enzym với tinh bột bị hạn chế Ngày nay, đã tìm ra chủng

Aspergillus sp K27 sản xuất ra một hệ enzym α-amylase và glucoamylase (GA)

ngoại bào tác dụng đồng thời lên tinh bột sống Enzym α-amylase sẽ cắt mạch tinh bột tại một số điểm ngẫu nhiên làm lộ ra các đầu không khử, tạo điều kiện dễ dàng cho sự tấn công của GA GA thủy phân sâu vào bên trong giúp α- amylase có thể

xâm nhập vào những lớp cấu trúc tinh thể tiếp theo Nhưng hiệu suất của quá trình thủy phân tinh bột sống còn thấp so với thủy phân tinh bột đã hồ hóa

1.4 MALTODEXTRIN

1.4.1 Khái niệm và tính chất Maltodextrin

1.4.1.1 Khái niệm

Cách đây 130 năm đã chứng minh rằng tinh bột được thủy phân bằng acid để tạo

ra đường [49] Maltodextrin được xem như là một phụ gia thực phẩm đã được bổ sung vào trong thực phẩm cách đây khoảng 35 năm.[21]

Maltodextrin là một hỗn hợp những saccharide với trọng lượng phân tử nằm giữa polysaccharid và oligosaccharide Có DE thấp hơn 20 ( không ngọt hay ngọt nhẹ), bột hầu hết màu trắng và có một lượng lớn được hòa tan (concentrated solution) [16]

Theo định nghĩa khác của Cơ quan Thực phẩm và Thuốc Hoa Kỳ (FDA) thì Maltodextrin là polysaccharide không ngọt, có công thức (C6H10O5)n.H2O, là các sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn (bằng enzyme hoặc acid hoặc bằng acid và enzyme), có đương lượng dextrose (DE) từ 4-20 Đặc tính của maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE nhận được Sản phẩm có thể ở dạng bột màu trắng hoặc ở dạng dung dịch đậm đặc [1]

Maltodextrin được công nhận là phụ gia cho thực phẩm và dược phẩm an toàn cho người dùng trực tiếp

Chỉ số DE (Dextrose equivalent): là đại lượng chỉ khả năng khử đối với chuẩn là 100% ở đường glucoza (dextrose), hay là số gam tương đương D-glucoza trong 100gam chất khô của sản phẩm [5]

1.4.1.2 Tính chất [1]

Maltodextrin (DE=4-7): pH=4,5-5,0 Có đặc tính ít hút ẩm, ít ngọt, hòa tan tới 15% chất khô, dung dịch có độ nhớt cao, bột mịn, cho phép hàm lượng glucose 0,3%, maltose 0,9% chất khô

Maltodextrin (DE=9-12): pH=4,0-4,7 Có đặc tính ít hút ẩm, ít ngọt, ít tham gia phản ứng hóa nâu, hòa tan tới 30% chất khô, cho phép hàm lượng glucose 0,8%, maltose 2,9% chất khô

Maltodextrin (DE=15-18): pH=4,0-5,1 Có đặc tính hút ẩm, ngọt nhẹ, ít tham gia phản ứng hóa nâu, hòa tan tới 60-70% chất khô, cho phép hàm lượng glucose 1,3-1,6%, maltose 4,8-5,8% chất khô

Thành phần hóa học của maltodextrin: bằng phương pháp phân tích HPLC , maltodextrin có thành phần hoá học như sau: [1]

Bảng 1.7 Biến đổi tính chất hóa lý của Maltodextrin theo giá trị DE [1]

Bảng 1.7 cho thấy: theo chiều mũi tên từ trái sang phải khi chỉ số DE của maltodextrin càng tiến gần về 20 thì phản ứng nâu hóa, ức chế điểm hóa đông, khả năng hút ẩm, khả năng hòa tan và độ ngọt của sản phẩm maltodextrin càng tăng Theo chiều mũi tên từ phải sang trái khi chỉ số DE càng tiến về 0 thì mức độ kết tinh, ức chế tăng trưởng tinh thể, độ nhớt hay yếu tố tạo hình sẽ càng giảm

Maltodextrin hòa tan trong nước nhiều hơn tinh bột ban đầu, giá thành cũng rẻ hơn những sản phẩm mà có khả năng tạo gel trong nước khác Dung dịch của maltodextrin có hương thơm đặc trưng và ổn định [25]

1.4.2 Ứng dụng maltodextrin

Maltodextrin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và dược phẩm

Maltodextrin có nhiều chức năng trong hệ thống thực phẩm như: cải tiến cấu trúc

và hình dáng, tạo màng, giữ hương vị và chất béo, rào cản chống sự xâm nhập oxygen, cho bề mặt sáng láng, giúp phân tán và có thể hòa tan, giúp tăng cường chất rắn hòa tan, ngăn cản sự kết tinh và kiểm soát điểm đông đặc, tạo độ phồng và đa dạng hóa nhiều sản phẩm Maltodextrin đã được nghiên cứu như một chất làm dẻo

để làm giảm nhiệt độ thay đổi ở nguyên liệu Nó cũng được chứng minh ngăn cản

phản ứng Maillard, nó cũng được dùng trong việc vi bao những thành phần trong thực phẩm như vitamin, khoáng và chất màu [21]

Sản phẩm có DE=4-7: được dùng để tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước xốt, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp dược

Sản phẩm có DE=9-12: được dùng trong công nghiệp sản xuất đồ uống, đặc biệt

đồ uống cho trẻ em, đồ uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy, chất giữ hương, yếu tố tạo hình

Sản phẩm có DE=15-18: được dùng làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan, làm vật mang các thành phần không phải đường

1.5 NHỮNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH TINH BỘT BẰNG ACID VÀ SẢN XUẤT MALTODEXTRIN TRONG NƯỚC VÀ NƯỚC NGOÀI

1.5.1 Những nghiên cứu và sản xuất maltodextrin ở nước ngoài

 Theo nghiên cứu về sự biến tính tinh bột bằng acid và hiệu quả ảnh hưởng của từng loại acid lên mỗi loại tinh bột khác nhau của V.singh và S.Z.Ali Tác giả

đã dùng acid 0,5N trong dung dich tinh bột 33% ở nhiệt độ 500C trong thời gian 1,5 giờ [48] để thủy phân tinh bột kết quả được trình bày ở bảng 1.8

Bảng 1.8 Trọng lượng phân tử trung bình của tinh bột trước và sau khi thủy

phân bằng acid [48]