Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAMCHỬ THỊ MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH TINH BỘT GẠO ĐỂ SẢN XUẤT TINH BỘT TIỀN GEL HÓA LÀM PHỤ GIA TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM... Phương pháp nghi

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

CHỬ THỊ MINH PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH TINH BỘT GẠO ĐỂ SẢN XUẤT TINH BỘT TIỀN GEL HÓA LÀM PHỤ GIA TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng.

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngàytháng năm 2017 Tác giả luận văn

Chử Thị Minh Phương

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi còn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu từ các cá nhân và tập thể Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Bích Thủy - Giảng viên Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình dìu dắt, chỉ bảo cho tôi về phương pháp khoa học, đồng thời tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của các anh chị em Phòng thí nghiệm, xưởng thực nghiệm của Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Hà Nội, Viện công nghệ Thực phẩm, ĐH Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn

bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn!

Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu của tất cả mọi người đã dành cho tôi!

Hà Nội, ngàytháng năm 2017 Tác giả luận văn

Chử Thị Minh Phương

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình viii

Trích yếu luận văn ix

Thesis abstract xi

Phần 1 Mở đầu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

Phần 2 Tổng quan tài liệu 3

2.1 Giới thiệu về lúa gạo 3

2.1.1 Đặc tính thực vật 3

2.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo 3

2.2 Tinh bột gạo 4

2.2.1 Thành phần của hạt tinh bột 5

2.2.2 Tính chất của tinh bột 6

2.2.3 Công nghệ sản xuất tinh bột gạo 8

2.3 Tinh bột tiền gel 9

2.3.1 Tinh bột biến tính và các phương pháp biến tính tinh bột……… 9

2.3.2 Khái niệm về tinh bột tiền gel gel. 10

2.3.3 Đặc tính của tinh bột tiền gel. 111

2.2.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới và Việt Nam.12 2.3.5 Phương pháp sản xuất tinh bột tiền gel. 13

2.3.6 Ứng dụng và khả năng phát triển tinh bột tiền gel hoá. 16

2.3.7 Công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel hoá. 16

Phần 3 Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 24

3.1 Vật liệu nghiên cứu 24

3.2 Dụng cụ, hoá chất và thiết bị phân tích 24

3.2.1 Dụng cụ, thiết bị phân tích: 24

3.2.2 Hoá chất 24

3.3 Địa điểm nghiên cứu 25

3.4 Nội dung nghiên cứu 25

3.5 Bố trí thí nghiệm 25

3.5.1 Nội dung 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn để sản xuất tinh bột gạo tiền gel 25 3.5.2 Nội dung 2: Kết quả ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sản xuất tinh bột 26

3.5.3 Nội dung 3: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel 28

3.5.4 Nội dung 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường 29

3.5.5 Nội dung 5: Đề xuất quy trình sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo. 30

3.6 Phương pháp phân tích 30

3.6.1 Phương pháp hóa lý 30

3.6.2 Phương pháp thực nghiệm 32

3.6.3 Phương pháp cảm quan 33

3.6.4 Phương pháp toán học 33

Phần 4 Kết quả và thảo luận 34

4.1 Kết quả đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn sử dụng sản xuất tinh bột gạo tiền gel 34

4.1.1 Hàm lượng protein và amyloza trong các mẫu gạo nghiên cứu .34

4.1.2 Kết quả nghiên cứu nhiệt độ hồ hóa của 5 giống gạo thông qua độ phân hủy kiềm 35

4.1.3 Lựa chọn loại gạo để sản xuất tinh bột tiền gel 37

4.2 Kết quả khảo sát các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo 37

4.2.1 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến chất lượng gạo 37

4.2.2 Kết quả ảnh hưởng của thời gian ngâm đến chất lượng gạo 39

4.2.3 Lựa chọn điều kiện tối ưu của công đoạn loại protein của tinh bột 40 4.3 Kết quả khảo sát các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel 44 4.3.1 Kết quả lựa chọn các điều kiện hồ hoá tinh bột gạo 44

4.3.2 Nghiên cứu công nghệ tạo sản phẩm tinh bột tiền gel 50

4.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường 52

4.5 Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine 53 4.5.1 Thuyết minh quy trình 53

4.5.2 Sơ đồ quy trình 54

Phần 5 Kết luận và kiến nghị 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Kiến nghị 55

Tài liệu tham khảo 55

Phụ lục 59

PGS Pregelatinized starch: tinh bột tiền gel

PR Hàm lượng protein còn sót lại TBTG Tinh bột tiền gel

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

protein 41 Bảng 4.7 Mục tiêu hàm lượng protein theo yêu cầu 42 Bảng 4.8 Kết quả điều kiện tối ưu cho quá trình tách protein của gạo Jasmine 85

43

Bảng 4.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột gạo tới quá trình hồ hoá 45 Bảng 4.10 Ảnh nhiệt độ và thời gian đến độ nhớt và độ hòa tan của tinh bột gạo.46 Bảng 4.11 Ảnh hưởng của nồng độ chất khô tới chất lượng sản phẩm tinh bột

tiền gel 50 Bảng 4.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến độ ẩm và giá trị cảm

quan của sản phẩm 51 Bảng 4.13 So sánh chất lượng sản phẩm tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine và tinh

bột Era-gel của Thái lan 52

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Cây lúa-Oryza sativa 3

Hình 2.2 Cấu trúc hạt lúa 3

Hình 2.3 Cấu trúc phân tử amyloza 5

Hình 2.4 Cấu trúc phân tử amylopectin 6

Hình 2.5 Cơ chế hồ hoá của tinh bột 14

Hình 2.6 Hình ảnh Thiết bị sấy trống đơn (a) và trống đôi (b) 18

Hình 2.7 Hình ảnh tinh bột nguyên thuỷ và tinh bột tiền gel dưới kính hiển vi điện tử 19

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun 22

Hình 4.1 Kết quả nghiên cứu độ phân hủy kiềm của 5 loại gạo 36

Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến độ ẩm của tinh bột gạo Jasmine 44

Hình 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ nhớt của tinh bột gạo Jasmine 85 46

Hình 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ hòa tan của tinh bột gạo Jasmine 85 47

Hình 4.5 Hình ảnh tinh bột gạo Jasmine hồ hóa 49

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Chử Thị Minh Phương

Tên luận văn: “Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong sản xuất thực phẩm”.

Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp

Việt Nam Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel hóa nhằm nâng cao tính ứng dụng của gạo.

Phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn để sản xuất tinh bột gạo tiền gel

- Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo

- Nghiên cứu lựa chọn nồng độ NaOH cho quá trình ngâm gạo

- Nghiên cứu lựa chọn thời gian cho quá trình ngâm gạo

- Lựa chọn điều kiện tối ưu của công đoạn loại protein của tinh bột Nội dung 2: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel

- Xác định nồng độ tinh bột thích hợp cho quá trình hồ hoá

- Xác định nhiệt độ và thời gian hồ hoá thích hợp

- Xác định nồng độ chất khô cho quá trình sấy phun

- Xác định nhiệt độ đầu vào cho quá trình sấy phun.

Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường

Để thực hiện các nội dung trên, tôi đã sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý, vi sinh, cảm quan, toán học…

Vật liệu nghiên cứu là các loại gạo: Khang dân 18, Bắc thơm 7, Jasmine

85, Tám Hải Hậu và Q5, các loại gạo này được mua tại các đại lý bán gạo, các hóa chất được mua trên địa bàn Hà Nội, các thiết bị sấy đối lưu, sấy phun… Kết quả chính và kết luận

Sau thời gian nghiên cứu tôi đưa ra các kết quả như sau:

- Trong 5 loại gạo nghiên cứu: Khang Dân 18, Bắc Thơm 7, Tám Hải Hậu, Q5 và Jasmine 85 thì gạo Jasmine 85 có hàm lượng amyloza thấp nên khi sản xuất tinh bột tiền gel hóa sữ tạo ra sản phẩm có tính dẻo, dai, tạo gel tốt, độ đàn hồi tốt, chịu được lực nén, lực ép, giữ nước tốt.

- Đã lựa chọn được các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo: + Thời gian ngâm gạo: 24 giờ trong dung dịch kiềm 0,03%.

+ Lượng nước ngâm gạo tỷ lệ: gạo/nước: 1/2.

giờ Ở các điều kiện này hàm lượng protein còn lại trong sản phẩm là 0,5%.

- Đã lựa chọn được các điều kiện công nghệ để tạo sản phẩm tinh bột gạo tiền gel trên thiết bị sấy phun.

+ Nồng độ dịch tinh bột hồ hoá trước sấy: 5% với tinh bột gạo Jasmine, 6% với Q5, Nhiệt độ không khí đầu vào: 150 0 C, Lưu lượng dòng nhập liệu: 5 lít/giờ.

- Đã so sánh tinh bột tiền gel của đề tài với tinh bột Era-gel hiện đang có trên thị trường Kết quả cho thấy sản phẩm tinh bột tiền gel thu được các chỉ số về độ nhớt, độ hòa tan, hấp phụ nước tương đương tinh bột nhập ngoại, có độ phát tán trong nước ở nhiệt độ thường tốt, trạng thái bột mịn, nhẹ, xốp, có mùi thơm đặc trưng.

- Đã đề xuất được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine.

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Phuong Chu Thi Minh

Thesis title: “Reseach technology denauturation rice starch to produce pre-gelatinized starch in food production”.

Major: Food Technology Code: 60 54 01 03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives: Reseach technology denauturation rice starch to product creation pre-gelatinized starch to improve the application of rice Research methods

Research content:

Content 1: Evaluate the quality of rice to produce pre-gelatin starch

- Research to determine the technology parameters in steps of rice starch production

the rice.

- Research selection time for process soak the rice

- Choose the optimum condition in step eliminate protein in rice.

Content 2: Study determines the technological parameters in step modification of rice starch Creation of pre-gelatin starch products

- Determine starch concentration for the gelatinization

Evaluate product quality and compare with other products in

the market Materials and Methods

To implement the above content , I have used the method of physiochemical, microbiological, sensory, mathematical.

The research materials are Khang Dan 18, Bac Thap 7, Jasmine 85,

xi

Main findings and conclusions

After the study period I gave the following results:

- In the five types of research rice: Khang Dan 18, Bac Thom 7, Tam Hai Hau, Q5 and Jasmine 85, Jasmine 85 has low amylose content, so when producing pre-gelatinized starch, , tough, good gel formation, good elasticity, withstands compression, pressure, good water retention.

- Selected technological parameters of rice starch

production:

+ Soaking time: 24 hours in alkaline solution 0.03%.

+ Water content in rice ratio: rice / water: 1/2

+ Clean starch with NaOH 0.26%, temperature 25.9 O C, duration 3.6 hours Under these conditions the remaining protein content in the product is 0.5%.

- Determined parameters of rice starch modified technology: Rice starch is gelatinized at 85 0 C, 10 minutes with 10%

- Selected technological conditions for making pre-gelated rice starch products on spray drying equipment.

Pre-gelatinized starch pre-drying: 5% with Jasmine rice starch, 6% with Q5, Input air temperature: 150 0 C, Input flow: 5 liters / hour.

- Various comparison of pre-gelated starch with Era-gel starch is currently on the market Results showed that pre-gelatinized starch product obtained viscosity index, solubility, water absorption equivalent to imported starch, dispersible in water

at normal temperature, fine powdered state, Light, spongy, characteristic aroma.

- Proposed technological process to produce pre-gelatin starch from

Jasmine rice.

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tinh bột từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp thực phẩm Một trong những loại nguyên liệu quan trọng phổ biến cho sản xuất tinh bột là gạo.

Việt Nam là một trong những nước sản xuất lúa gạo nhiều nhất trên thế giới, sản lượng năm 2013 là 44,03; 2014 là 44,9 triệu tấn và năm 2015 là 45,22 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2017) Ở nước ta hầu hết gạo được sử dụng dưới dạng nấu chín, làm bột và tinh bột dùng trong lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm

và thức ăn chăn nuôi Tinh bột gạo có rất nhiều ứng dụng vì nó có những tính chất đặc biệt Vị của tinh bột gạo trung tính, không làm ảnh hưởng đến hương của sản phẩm khi sử dụng Một tính chất ưu việt của tinh bột gạo so với các loại tinh bột khác là dễ tiêu hoá nhất Các nghiên cứu chỉ ra rằng tinh bột gạo có thể hấp thu vào cơ thể người 98 - 100% Do khả năng tiêu hoá và không gây dị ứng nên tinh bột gạo được dùng nhiều cho chế biến thức ăn trẻ em và đồ ăn kiêng.

Khoa học hiện đại đã chỉ ra rằng, để mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng tinh bột cần phải biến đổi tính chất lý hoá hoặc thay đổi cấu trúc phân

tử của tinh bột Tinh bột tự nhiên sau khi được làm thay đổi tính chất lý hoá (hoặc cấu trúc) cho phù hợp với lĩnh vực sử dụng gọi là tinh bột biến tính.

Tinh bột gạo tiền gel là tinh bột gạo tự nhiên đã được biến tính Quá trình biến tính này làm cho tinh bột có khả năng hoà tan trong nước lạnh mà không cần gia nhiệt Chính vì đặc tính này mà nó ứng dụng được rất nhiều trong các ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp thực phẩm.

Do khả năng ứng dụng rộng rãi mà tinh bột tiền gel từ lâu đã được thế giới nghiên cứu và sản xuất Hiện nay trên thị trường Việt Nam có những sản phẩm tinh bột tiền gel từ gạo, khoai tây, sắn… được nhập khẩu từ Trung Quốc, Thái Lan.

Các nghiên cứu để sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới đã khẳng định tính ưu việt cũng như khả năng ứng dụng rộng rãi của loại tinh bột này trong các ngành công nghiệp đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và dược phẩm (Shuren, 2006).

Ở Việt Nam Vũ Văn Hà (2008), đã tiến hành nghiên cứu trên nguyên liệu sắn để sản xuất ra tinh bột tiền gel từ sắn có độ dính cao dùng làm tá dược để sản xuất thuốc dập viên paracetamol Tuy nhiên vì nguyên liệu sắn

có một số tính chất không bằng tinh bột gạo như khả năng hấp phụ nước thấp hơn và đặc biệt tinh bột gạo không chứa gluten, không gây dị ứng Bởi vậy tinh bột tiền gel làm từ gạo sẽ là một thành phần lý tưởng cho các sản phẩm dành cho người bị dị ứng gluten, bệnh nhân mắc bệnh celiac.

Để khai thác và tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào từ gạo, gia tăng giá trị và khả năng ứng dụng cho sản phẩm gạo, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm” 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

1.2.1 Mục đích

Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ để biến tính tinh bột và sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo sử dụng làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo sản phẩm mới từ gạo, nâng cao tính ứng dụng và giá trị thương phẩm cho gạo Việt Nam.

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 GIỚI THIỆU VỀ LÚA GẠO

2.1.1 Đặc tính thực vật

Lúa (gạo) là cây lương thực chính của thế giới Khoảng 90% sản lượng gạo thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở châu Á chủ yếu ở các nước như: Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc và Philipine Ngoài châu Á, vùng sản xuất gạo chủ yếu ở Brazil, Mỹ, Ai Cập, Colombia, Nigeria và Ý.

Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

Hình 2.1 Cây lúa-Oryza sativa Hình 2.2 Cấu trúc hạt lúa

Nguồn vi.wikipedia 2.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo

Gạo được sản xuất từ hạt lúa qua quá trình xay sát.

- Gluxit là thành phần dinh dưỡng chính của hạt gạo chiếm 70-80% Gluxit của gạo chủ yếu là tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và phôi.

khoảng 7- 12% Các giống lúa Nếp có hàm lượng protein cao hơn lúa tẻ.

- Lipit: Chủ yếu ở lớp phôi và aleurone Nếu ở gạo xay là

2,02% thì ở gạo đã xát chỉ còn 0,5%-0,6%.

nhóm B như B1, B2, B6, PP lượng vitamin B1 là 0,45mg/100hạt (trong đó ở phôi chiếm 47%, vỏ cám chiếm 34,5% và hạt gạo 3,8%).

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt gạo

Tinh bột gạo có màu trắng nhất trong các loại tinh bột, các hạt trắng mịn tạo ra độ trơn chảy, độ bóng sáng khi sử dụng để bao viên thuốc và kẹo bánh.

2.2.1 Thành phần của hạt tinh bột

Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amyloza và amylopectin Tỉ lệ amyloza/amylopectin xấp xỉ ¼ Tỷ lệ này có thể thay đổi tùy loại tinh bột Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin (Lê Ngọc Tú và cs., 1990).

2.2.1.1 Thành phần cấu trúc của amyloza:

Amyloza là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicozit.

Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amyloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amyloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm

6 đơn vị glucozơ Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A o , chiều cao của vòng xoắn là 7,91A o Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H.

Hình 2.3 Cấu trúc phân tử amyloza

Nguồn: Eliasson (2004) 2.2.1.2 Thành phần cấu trúc của amylopectin

Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α- 1,6 glucozit Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ.

Sự khác biệt giữa amyloza và amylopectin không phải luôn luôn

rõ ràng Bởi lẽ ở các phân tử amyloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh, do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin.

Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amyloza nhiều Trong tinh bột tỉ lệ amyloza/amylopectin khoảng ¼ Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón.

Hình 2.4 Cấu trúc phân tử amylopectin

Nguồn: Eliasson (2004) Cấu trúc hoá học của mạch thẳng và mạch nhánh của các loại gạo khác nhau có tỷ lệ khác nhau Có nghiên cứu đã cho kết quả là mạch thẳng của tinh bột gạo chiếm khoảng 18,5%, cấu trúc nhánh

có độ dài khoảng 22,4 đơn vị D-glucose (Eliasson, 2004).

2.2.2 Tính chất của tinh bột

2.2.2.1 Phản ứng thủy phân

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucoza bằng axít hoặc bằng enzym Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

2.2.2.2 Phản ứng tạo phức

Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot Khi tương tác với iot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amyloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím.

Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp.

2.2.2.3 Tính hấp thụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng 2.2.2.4 Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột

Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng…).

2.2.2.5 Độ tan của tinh bột

Amyloza mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước Amylopectin khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng.

2.2.2.6 Sự trương nở

Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột.

2.2.2.7 Tính chất hồ hóa của tinh bột

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Phần lớn tinh bột bị

hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột thay đổi trong khoảng 65 O -79 O C Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo cao hơn các loại tinh bột khác (Schoch., 1967).

2.2.2.9 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 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.

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá.

2.2.3 Công nghệ sản xuất tinh bột gạo

Sự khác biệt giữa bột gạo và tinh bột gạo là hầu hết các protein

và lipit có nguồn gốc tự nhiên được lấy ra từ bột Việc tách tinh bột

từ gạo chủ yếu liên quan đến kỹ thuật loại protein Để lại bỏ protein người ta thường sử dụng 2 phương pháp chính là kiềm và enzim Tinh bột gạo thường được sản xuất từ gạo trắng Gạo được ngâm nhiều giờ trong nước kiềm và sau đó được nghiền mịn, rửa sạch bằng nước, ly tâm loại nước kiềm và sấy khô Quá trình rửa tinh bột có thể bổ sung thêm một số hoá chất để làm trắng tinh bột Trong quy trình sản xuất tinh bột gạo có 2 bước quan trọng.

Bước 1: Khử protein làm sạch tinh bột

Công đoạn này có thể dùng kiềm để phá hủy protein chuyển từ dạng không tan bám dính vào nguyên liệu về dạng tự do hòa tan và loại ra khỏi nguyên liệu hoặc sử dụng enzim proteaza phân huỷ protein.

Protein trong gạo khoảng 7-8% được phân làm 4 loại: glutelins chiếm khoảng 80% tan trong kiềm, albumins chiếm khoảng 9-11% tan trong nước, globulins chiếm khoảng 7-15% tan trong muối và prolamins chiếm 2-4% tan trong cồn (Seung et al., 1999).

Để loại bỏ protein ngoài phương pháp kiềm người ta dùng các phương pháp khác như sử dụng enzim proteaza và các hoá chất khác Trong luận án tiến

sĩ của mình Lương Hồng Nga (2008), đã sử dụng NaHSO 3 0,15% khi ngâm hạt đỗ xanh và NaHSO 3 0,1% khi nghiền đã cho kết quả tốt khi tách tinh bột đậu xanh: hàm lượng protein còn lại là 0,13%, độ trắng: 91,2% Để sản xuất tinh bột khoai

sọ, trong khâu xử lý độ nhớt và loại protein Nguyễn Phương (2013), đã sử

dụng dung dịch Na 2 S 2 O 5 0,3% để ngâm khoai sọ với tỷ lệ củ/dung dịch = 1/5 ngâm trong 2 giờ sau đó bổ sung thêm dung dịch NH 4 OH 0,2% ngâm

22 giờ, tiếp tục bổ sung NH 4 OH 0,2% rồi đem nghiền và lắng từ đó đưa ra được giải pháp cho việc tách và thu hồi tinh bột từ của khoai sọ.

Phương pháp kiềm là phương pháp kiềm cho hiệu xuất cao, độ sạch cao

và giá thành hạ Ngoài ra nó còn có tác dụng khử một phần lipit và loại được các tạp chất có trong nguyên liệu Tuy nhiên phương pháp này tiêu tốn ở hệ thống

xử lý chất thải Phương pháp sử dụng enzim cho hiệu xuất tách protein thấp hơn, ít gây ảnh hưởng tới cấu trúc tinh bột nhưng giá thành lại đắt Tinh bột sản xuất bằng phương pháp kiềm thì các khoáng chất của bột gạo còn lại ít đồng thời giá thành lại rẻ (Lumdubwong, 2000; Puchongkavarina et al., 2005).

Bước 2: Sấy làm khô tinh bột

Trong sản xuất tinh bột khâu sấy cũng rất quan trọng Quá trình sấy tinh bột nhằm mục đích tách một lượng lớn nước ra khỏi khối tinh bột ướt vừa được tinh sạch, đưa khối tinh bột ướt về trạng thái bột khô Ở trạng thái đó, tinh bột bảo quản được trong thời gian lâu hơn, dễ dàng đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ cho nhiều ngành sản xuất khác.

Quá trình sấy tinh bột thường nhiều giai đoạn Giai đoạn đầu nhiệt độ sấy tinh bột ban đầu thường dưới nhiệt độ hồ hóa Sau đó nhiệt độ được tăng dần và kết thúc khi tinh bột đạt độ ẩm yêu cầu 2.3 TINH BỘT TIỀN GEL

2.3.1.Tinh bột biến tính và các phương pháp biến tính tinh bột

Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm thường bị hạn chế Sự hạn chế khi sử dụng tinh bột chưa biến tính là do tính chảy tự do, tính kỵ nước của hạt tinh bột, tính không hòa tan, tính kém trương nở…Nói chung những tính chất về vật lý của tinh bột tự nhiên và dung dịch keo của chúng khi hồ hóa sẽ hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột trong nhiều ngành công nghiệp (Lương Hồng Nga., 2008; Nguyễn Phương et al., 2013).

Biến tính tinh bột tức là dùng tác nhân lý học, hóa học hay enzyme tác động lên tinh bột làm thay đổi những tính chất lý, hóa và cấu trúc từ đó tính chất của tinh bột cũng thay đổi mang theo nhiều đặc tính mới đáp ứng yêu cầu cao của

công nghệ khác nhau Dựa vào cách thức và bản chất của tác nhân gây biến tính có thể phân loại các phương pháp biến tính tinh bột như sau:

*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 gluco, fructo; các poliol như sorbitol, mannitol; các axit amin như lysin, MSG, các rượu, các axit (Lê Ngọc Tú et al., 1990; Meister.,1987; Eliasson, 2004).

Để lựa chọn phương pháp biến tính tinh bột phù hợp và có hiệu quả, các nhà công nghệ thường dựa vào các yếu tố: đặc tính lý, hóa của tinh bột nguyên thủy, mục đích sử dụng của tinh bột biến tính, điều kiện trang thiết bị và khả năng đáp ứng của tinh bột biến tính.

Trong 3 phương pháp biến tính tinh bột, biến tính bằng phương pháp vật lý đơn giản, dễ áp dụng và an toàn hơn cả, phương pháp này không để lại dư lượng hóa chất, tạp chất sau quá trình biến tính, sản phẩm tạo ra có độ an toàn cao có thể áp dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và đặc biệt trong dược phẩm.

2.3.2 Khái niệm về tinh bột tiền gel gel.

Tinh bột tiền gel hóa (pregelatinized starch) hay còn gọi là tinh bột hồ hóa trước là tinh bột được biến tính bằng phương pháp vật lý có ứng dụng rộng rãi đặc biệt trong công nghiệp thực phẩm PGS, cũng gọi là “tiền gel” hoặc “ tinh bột ăn liền”, được sản xuất bằng phương pháp sấy - trống, sấy phun và đùn ép (Moore, 1995; Anastasiades et al., 2002; Kalogianni et al., 2002).

Tuy nhiên hai phương pháp điển hình được sử dụng để làm khô tinh bột là sấy phun và sấy trống (Kasia et al., 1995).

Các loại tinh bột hồ hoá trước, tinh bột nấu chín đều được gọi chung là tinh bột tiền gel (Majzoobi et al., 2011).

Như vậy khái niệm tinh bột tiền gel bao hàm chung cho cả tinh bột hồ hoá trước hoàn toàn, hồ hoá trước một phần rồi làm khô trên thiết bị sấy phun hoặc tang trống.

2.3.3 Đặc tính của tinh bột tiền gel.

Tinh bột tiền gel đều có tính chất cung là phân tán vào nước lạnh, nhưng dạng phân tán tạo thánh phản ánh tính chất của nguồn nguyên liệu

sử dụng Quá trình phân tán không hoàn toàn giống như past của tinh bột mới nấu trước khi làm khô bởi và quá trình làm khô thường đi cùng với việc phá vỡ các hạt trương nở cũng như sự trở lại trạng thái ban đầu Vì vậy cần có khối lượng tinh bột tiền gel lớn hơn tinh bột nguyên liệu để tạo

ra cùng độ nhớt Tinh bột tiền gel hoá có những tính chất sau:

- Tan trong nước.

- Biến đổi chậm các tính chất trước khi bảo quản.

- Bền ở nhiệt độ thấp.

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

Tinh bột tiền gel hoá có những tính chất ưu việt trên là do khi bị hồ hoá làm phá vỡ cấu trúc, đứt 1 số mạch glucozit Pn (liên kết glucozit) giảm nên mạch ngắn tăng, kích thước phân tử nhỏ hơn nên khả năng khuyếch tán và dễ hoà tan trong nước hơn vì vậy cũng dễ có khả năng giữ nước và khí vì khi nước và khí khuyếch tán vào trong mạch thì các phân tử bột giống như 1 mạng lưới cướp lấy thành phần oxy và khoá chặt nước và khí lại Và do cấu trúc chặt nên các thành phần khác như vi khuẩn, không khí khó mà xâm nhập vào bên trong gây hư hỏng điều này có lợi cho việc bảo quản sản phẩm Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột tiền gel là kích thước hạt Hạt mịn thường có độ nhớt cao khi hòa vào trong nước và tạo past có bề mặt bóng đẹp Tuy nhiên nó khó hòa tan vào nước hơn vì khi gặp nước các hạt bột ở phía bên ngoài ngay lập tức trương nở và tạo ra lớp gel gây cản trở cho hạt bột ở bên trong tiếp xúc với nước Các hạt có kích thước mặt phẳng lớn dễ hòa tan nước lạnh hơn, nhưng past tạo thành có độ nhớt thấp và bề mặt của past không phẳng.

2.3.4 Tình hình nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới và Việt Nam

2.3.4.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới

Các nghiên cứu về tinh bột tiền gel đã thu được rất nhiều thành công Các loại tinh bột hồ hoá trước hoàn toàn, hồ hoá một phần được sản xuất bằng các phương pháp khác nhau, có những tính chất khác nhau được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhất là trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hồ dán… Công nghệ sản xuất tinh bột này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và tinh bột đã biến tính bằng các phương pháp khác (Thomas and Atwell, 2006).

Tuy nhiên các nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy phun chứng minh được sự ưu việt của công nghệ sấy này hơn hẳn các công nghệ sấy khác (sấy trống, đùn ép) Sản phẩm của công nghệ này có chất lượng cao hơn công nghệ sấy trống: độ phân tán tốt,

ổn định, trọng lượng nhẹ, độ nhớt cao hơn (Nakorn et al., 2009).

2.3.4.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel ở Việt Nam

Hiện nay ở thị trường Việt Nam các sản phẩm tinh bột tiền gel hầu như được nhập ngoại như tinh bột alpha, tinh bột era gel, lycatab… Riêng đối với Công nghiệp Thực phẩm nếu sản xuất được tinh bột hồ hoá trước nhu cầu tiêu thụ là rất lớn Nó giảm nhẹ được rất nhiều khâu trong sản xuất các loại bánh truyền thống như bánh phu thê, bánh giò…trong sản xuất các thực phẩm ăn ngay, bánh crem, kem…Tinh bột tiền gel sẽ giúp giảm giá thành sản phẩm, tạo thế chủ động và tiết kiệm thời gian sản xuất vì không cần nấu chín tinh bột ở nhiệt độ cao và sau đó lại làm nguội xuống nhiệt độ phòng để sử dụng Đặc biệt các sản phẩm chế biến thức ăn trẻ em như sữa, bột súp, cream… thì tinh bột hồ hoá trước từ gạo là một nguyên liệu lý tưởng cho các nhà sản xuất.

Ở nước ta đã có nhiều nghiên cứu và sản xuất tinh bột biến tính chủ yếu bằng phương pháp hóa học và enzim từ các loại nông sản như ngô, sắn, khoai… Nghiên cứu sản xuất tinh bột tiền gel chỉ có đề tài cấp nhà nước của Viện hóa học Công nghiệp Việt Nam đã sản xuất ra tinh tiền gel từ nguyên liệu sắn, sử dụng phương pháp hồ hóa trước tinh bột rồi làm khô trên thiết bị sấy trống đôi Sản phẩm tinh bột sắn tiền gel này có

độ dính cao, độ nhớt cao và đã được ứng dụng làm chất độn, kết dính để sản xuất thuốc dập viên paracetamol (Vũ Văn Hà et al., 2008).

2.3.5 Phương pháp sản xuất tinh bột tiền gel.

2.3.5.1 Các phương pháp sản xuất tinh bột tiền gel.

Phương pháp 1: Tinh bột được hồ hoá hoàn toàn sau đó làm khô bằng thiết bị sấy phun hoặc tang trống.

Phương pháp 2: Tinh bột được hoà trong nước lạnh, sau đó sấy khô bằng thiết bị sấy phun hoặc tang trống Trong quá trình sấy khi tiếp xúc nhiệt hạt tinh bột được hồ hoá một phần Phương pháp này làm cho vật liệu ít biến hình hơn so với phương pháp 1 Phương pháp hồ hoá trước tinh bột: Quá trình tạo sản phẩm như sau: hồ hoá tinh bột rồi sấy phun để sản phẩm đạt được độ ẩm mong muốn Do vậy quá trình hồ hóa đóng vai trò khá quan trọng trong phương pháp sản xuất tinh bột tiền gel này.

2.3.5.2 Quá trình hồ hoá

Trong nước lạnh hình dạng hạt tinh bột không thay đổi Khi nâng dần nhiệt độ thì tinh bột chuyển qua 3 giai đoạn Giai đoạn đầu tinh bột ngậm 1 ít nước, nếu làm mất nước tinh bột trở lại trạng thái ban đầu Khi nâng dần nhiệt

độ khoảng 60-80 0 C thì hạt tinh bột nở ra nhanh chóng, tinh bột ngậm nhiều phân

tử nước hơn, các dây nối hydro bị đứt, hạt tinh bột không thể trở lại tình trạng ban đầu Nếu nâng cao nhiệt độ hơn nữa thì tinh bột chuyển thành hồ hoá Như vậy quá trình hồ hoá được xảy ra với sự hiện diện của nhiệt độ và nước.

Sự hồ hoá tinh bột diễn ra như sau: Hạt tinh bột được gia nhiệt vừa đủ → hấp thu nước qua vỏ → tạo lớp vỏ nước → hydrat hoá và trương nở → phá vỡ liên kết kỵ nước và liên kết hydro → phân tán → tạo thành dung dịch hồ hoá.

Tinh bột được trương nở bằng cách đun nóng và tiếp tục trương lên liên kết với nước, độ nhớt gia tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ Độ nhớt đạt lớn nhất khi tỷ lệ căng nở của hạt lớn nhất, các hạt vẫn còn nguyên vẹn, đây là điểm đỉnh của độ nhớt Điểm vỡ hạt gọi là giai đoạn hồ hoá Tiếp tục gia nhiệt các hạt tinh bột hoà tan vào dịch huyền phù, độ nhớt giảm (Forte, 2011).

Quá trình hồ hoá là quá trình bất thuận nghịch và phụ thuộc vào

tỷ lệ lượng nhiệt và lượng nước trong hỗn hợp, kết thúc quá trình tinh bột trở nên hoà tan, liên kết với nước tạo gel (Colonna et al., 1984).

Trong thực tế, vì không phải tất cả các hạt của tinh bột đều bắt đầu hồ hoá ở một nhiệt độ giống nhau, nhiệt độ hồ hoá là một dải ngắn Thường nhiệt độ hồ

hoá của tinh bột các loại củ thấp hơn so với nhiệt độ hồ hoá của các tinh bột của các loại hạt như ngô, gạo.

Hình 2.5 Cơ chế hồ hoá của tinh bột

Nguồn: Forte (2011)

(Ghi chú: (1) Hạt tinh bột nguyên thuỷ gồm amyloza và amylopecti (2)Thêm nước để xâm nhập vào giữa các chuỗi xoắn và tinh thể amyloza Hạt tinh bột trương lên (3) Gia nhiệt và thêm nước làm cho tiếp tục trương nở Amyloza bắt đầu khuyếch tán ra khỏi các hạt (4) Các hạt tinh bột chủ yếu chứa amylopectin, cấu trúc bị phá huỷ và hình thành mạng lưới gel).

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hồ hoá

Loại tinh bột:

Như vậy có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hồ hóa nhưng 2 yếu tố quan trọng nhất và có tính quyết định sự hồ hoá của tinh bột là nước và nhiệt độ.

Mặc dù cấu trúc hạt và độ nhớt sản phẩm của 2 phương pháp trên là khác nhau nhưng mục đích của sản xuất tinh bột tiền gel là ngăn chặn quá trình tạo gel rồi thoái hoá gel của tinh bột tạo ra tinh bột chín có khả năng hoà tan trong nước lạnh Ở Việt Nam hiện nay chưa có thiết bị sấy phun chuyên dụng cho sản xuất tinh bột tiền gel nên việc sử dụng phương pháp hồ hóa trước tinh bột là khả thi hơn Tinh bột gạo là loại tinh bột có kích thước nhỏ nhất trong các loại tinh bột từ hạt Kích thước hạt của tinh bột gạo vào khoảng 2-10 microns Cấu trúc chặt so với các loại tinh bột khác nên nó sẽ đòi hỏi nhiệt độ hồ hóa cao hơn

so với các loại tinh bột khác (Lương Hồng Nga, 2008).

Hiện tượng hồ hoá của tinh bột trong môi trường nước nóng được đặt

ra cho nghiên cứu khoa học như một vấn đề chính và cơ bản Các nghiên cứu cơ bản về tính chất hoá lý vẫn chưa được đầy đủ Ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian, nhiệt độ và các thành phần có trong môi trường như:

pH, đường…đến sự hồ hoá đang cần được nghiên cứu kỹ hơn.

2.3.5.3 Quy trình sản xuất tinh bột tiền gel

Quy trình sản xuất tinh bột tiền gel thường được thực hiện theo các bước sau: Tinh bột → Hòa với nước → Hồ hóa → Sấy khô (Hajibabaei et al., 2014).

Thuyết minh quy trình công nghệ

- Tinh bột được hoà với nước theo 1 tỷ lệ xác định.

- Hồ hóa: Dịch tinh bột được gia nhiệt từ từ và kết thúc quá trình hồ hóa là các hạt tinh bột bị phá hủy hoàn toàn.

- Điều chỉnh các thông số: Điều chỉnh nồng độ chất khô trước sao cho phù hợp với quá trình sấy.

- Sấy: Đây là quá trình làm khô tạo sản phẩm Các thông số như nhiệt độ sấy, vận tốc nhập liệu được điều chỉnh thích hợp tạo sản phẩm.

Phương pháp không hồ hoá trước tinh bột: Phương pháp này phức tạp hơn phương pháp hồ hóa trước tinh bột vì quá trình hồ hoá và làm khô tinh bột diễn ra gần như cùng một lúc Để thực hiện quá trình này đòi hỏi thiết bị sấy phun phải có thiết kế hoặc cải tiến đặc biệt.

2.3.5.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng tinh bột tiền gel

Để đánh giá chất lượng tinh bột tiền gel người ta chủ yếu căn

cứ vào các chỉ tiêu sau:

- Độ hoà tan Tinh bột tự nhiên không tan trong nước, tinh bột tiền gel có khả năng trong nước

- Độ hấp phụ nước Khả năng hấp phụ nước tỷ lệ thuận với độ hoà tan, tinh bột tiền gel có khả năng hấp phụ nước cao hơn tinh bột tự nhiên

- Độ nhớt Độ nhớt của tinh bột tiền gel thường thấp hơn tinh bột tự nhiên (Majzoobi et al., 2011).

Các chỉ tiêu hoá lý tương tự tinh bột tự nhiên, các chỉ tiêu vi sinh đòi hỏi khắt khe hơn vì đây là tinh bột sử dụng trực tiếp.

2.3.6 Ứng dụng và khả năng phát triển tinh bột tiền gel hoá

Trong công nghiệp thực phẩm: Tinh bột hồ hoá trước được sử dụng rất nhiều trong chế biến thực phẩm như bánh pudding- Gói hỗn hợp bột gồm tinh bột

hồ hoá trước, đường, hương cùng với các muối khác trộn với sữa và để yên 5 phút

sẽ thu được bánh pudding đơn giản có độ nhớt cần thiết Sữa giúp tinh bột thấm nước dần đến khi bão hoà Một ví dụ nữa sử dụng tinh bột hồ hoá trước là làm nhân bánh (cream) cũng được tiến hành tương tự bánh pudding Nhân bánh hoặc bánh

ăn nhanh lạnh sử dụng tinh bột hồ hoá trước sẽ không cần phải nấu Tinh bột hồ hoá trước còn được sử dụng thay thế khoảng 4-10% tinh bột mỳ làm

tăng vị ngon của bánh khi ăn Tinh bột hồ hoá trước có trong hỗn hợp của bột làm cream của bánh kem và xốp hay là chất làm nước sốt của các món thịt.

Trong công nghiệp dược phẩm tinh bột tiền gel hoá được sử dụng như một loại tá dược kết dính, độn dùng trong dạng thuốc viên nén và viên nang So với tinh bột thường tinh bột tiền gel hoá cho tính năng vượt trội hơn về tính trơn, chảy và tính chịu nén Nó được sử dụng nhiều nhờ các tính chất đặc trưng và tiện ích trong sản xuất dược phẩm để bào chế thuốc từ nén khô, nén ướt đến phối chế chất độn của viên con nhộng Giống như một tác nhân gắn kết và rã trong sản xuất thuốc viên nhất là trong phối chế khô tinh bột tiền gel được sử dụng với tỷ lệ thay đổi từ 5-20%, cho sản xuất viên con nhộng có thể lên đến 75%.

Trong công nghiệp khoan dầu tinh bột tiền gel hoá được sử dụng làm tăng độ nhớt của bùn và làm giảm khả năng bịt mất dòng chảy của tường khoan, tăng khả năng bền nhiệt của các kết nối.

Trong sản xuất thức ăn gia súc tinh bột tiền gel hoá dùng làm chất kết dính các thành phần thức ăn, nhất là trong thức ăn của tôm, cá đảm bảo thời gian cần thiết cho sử dụng mà không bị tan nhanh vào nước.

Trong công nghiệp giấy tinh bột tiền gel hoá được dùng làm phụ gia giữ ẩm cho bột giấy.

2.3.7 Công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel

Để sản xuất tinh bột tiền gel người sử dụng thiết bị sấy phun

và sấy trống và đùn ép.

2.3.7.1 Công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy trống

Trong các phương pháp khác nhau để sản xuất tinh bột tiền gel thì phương pháp sấy trống là kinh tế nhất và dễ thực hiện nhất (Thomas and Atwell, 1999).

Kết quả sấy - trống trong biến tính hóa lý đặc trưng của hạt tinh bột là được thực hiện bằng hai giai đoạn liên tiếp: giai đoạn tạo gel và và giai đoạn sấy khô Phương pháp sấy trống đôi hay sấy trống kép, giai đoạn tạo gel mang đến bên ngoài phần vật liệu giữa nửa trên của hai trống nằm ngang Thực tế sấy khô bắt đầu chỉ sau khi vật liệu tạo gel đi qua khoảng hở giữa các trống và ở dạng màng mỏng trên bề mặt trống (Gavrielidou et al., 2002).

Thực tế, mục tiêu của quá trình tạo gel làm thay đổi cả tính chất hóa học và lý học tự nhiên của hạt tinh bột bởi sự sắp xếp lại bên trong của phân tử hydro

liên kết giữa nước và phân tử tinh bột là kết quả trong sự kết tủa hoặc gãy vụn của các hạt tinh bột Mục tiêu thay đổi không thuận nghịch trong tính chất tinh bột bao gồm sự mất tổ chức cấu trúc của hạt tinh bột, hạt trương

nở, giảm khúc xạ và giảm độ kết tinh (Young, 1982; Cooke et al., 1992).

Các nghiên cứu trước đây cũng đã kiểm tra các tính chất của tinh bột tiền gel sử dụng sấy - trống đơn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Do đó, điều kiện của quá trình và tính chất cuối cùng của sản phẩm đã được nghiên cứu.Ví dụ, ảnh hưởng của nồng độ dịch tinh bột ban đầu đưa vào, tốc độ trống,

và nhiệt độ dựa trên phân tích các tính của sản phẩm đã được (Anastasiades et al.,2002; Kalogianni et al., 2002; Gavrielidou et al., 2002) nghiên cứu Nhìn chung, sấy trống đôi ít làm cho vật liệu biến hình nhất và sản phẩm sau quá trình sấy có màng mỏng được hơn so với sấy trống đơn, độ nhớt cao hơn và cấu trúc dạng hạt ít hơn so với sản phẩm sấy trống đơn (Meister et al., 1987).

Hình 2.6 Hình ảnh Thiết bị sấy trống đơn (a) và trống đôi (b)

Một công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel nữa là tinh bột được hồ hoá trước rồi là khô trong thiết bị sấy trống So sánh 2 phương pháp biến tính vật lý tinh bột sắn và đã kết luận về sự hơn hẳn như sự hấp thụ nước, độ hoà tan và khả năng trương nở của tinh bột tiền gel được hồ hoá trước Ở công nghệ sản xuất này tất các dấu vết của hạt bị biến mất, quan sát trên kính hiển vi điện tử không thấy hình dạng của hạt tinh bột (Gonzálezlez-Parada ZM et al., 2003).

Hàm lượng amyloza cũng là một yếu tố quan trọng trong sản xuất tinh bột tiền gel Tinh bột hồ hoá trước với hàm lượng amyloza khác nhau trong thành phần như gạo nếp 1,4%, gạo thơm 15%, gạo chiang 20,2% được sản

gạo nếp 1,4%, gạo thơm 15% có cấu trúc xốp, còn gạo chiang 20,2% có liên kết amyloza-lipid trong cấu trúc hạt do vậy khả năng hấp thụ nước chậm hơn hai loại trên Độ nhớt của tinh bột tiền gel từ gạo nếp, gạo thơm có độ nhớt tăng cùng với sự tăng của nhiệt độ sấy tang trống và độ nhớt của chúng giảm khi tỷ lệ phá huỷ cấu trúc hạt tăng (Kuenchan Nakom et al., 2009).

Hình 2.7 Hình ảnh tinh bột nguyên thuỷ và tinh bột tiền gel dưới

kính hiển vi điện tử Chú thích: Tinh bột nguyên thuỷ (a) và tiền gel gạo nếp (b), gạo thơm (c) gạo Chiang (d)

Nguồn: Nakom et al (2009)

2.3.7.2 Công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy phun

Sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy phun là phương pháp sản phẩm có chất lượng tốt nhất Để sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị này người ta thường sử dụng 2 phương pháp: hồ hoá trước tinh bột và không hồ hoá tinh bột.

Với phương pháp hồ hoá trước tinh bột: Quá trình tạo sản phẩm rất đơn giản chỉ là hồ hoá tinh bột rồi sấy phun để sản phẩm đạt được độ ẩm mong muốn.

Với phương pháp không hồ hoá trước tinh bột phức tạp hơn vì quá trình hồ hoá và làm khô tinh bột diễn ra gần như cùng một lúc Để thực hiện quá trình này đòi hỏi thiết bị sấy phun phải có thiết kế hoặc cải tiến đặc biệt.

Đã có rất nhiều các nghiên cứu, sáng chế về việc cải tiến công nghệ cũng như thiết bị sấy phun (vòi phun, nhiệt độ, áp suất hơi nước…) phù hợp sản xuất tinh bột tiền gel để nâng cao chất lượng sản phẩm Sáng chế số 4871398 của Jay H Katcher và cộng sự đã điều chỉnh vị trí của vòi phun theo kiểu giao nhau trong buồng sấy để hạn chế sự vón cục

và tăng khả năng hồ hoá khi tiếp xúc nhiệt (Katche et al., 1989).

Khoảng cách giữa cổng tiếp liệu và lỗ thông hơi của vòi phun, nhiệt độ

và áp suất hơi nước trong buồng sấy, kích thước lỗ thông hơi cũng đã được Roger W công bố trong sáng chế của mình năm 1992 Trong công nghệ sấy phun tạo sản phẩm tinh bột tiền gel Khoảng cách này lớn dẫn đến sự tắc lỗ phun, ngược lại khoảng cách nhỏ không cung cấp đủ để hồ hoá Khoảng cách thích hợp nhất khoảng 13 mm đến 51 mm (Roger, 1992).

Những ứng dụng của tinh bột tiền gel sản xuất trên thiết bị sấy phun

đã mang lại nhiều hiệu quả Để làm cho tinh bột gạo thích hợp cho quá trình sản xuất thuốc, Saiyavt cũng đã thông qua một kỹ thuật được gọi là "sấy phun” làm biến dạng các phân tử tinh bột Ông cho biết các phân tử tinh bột sau khi sấy phun trở thành hình cầu, với bán kính 50 đến 80 micron Loại tinh bột này có thể hòa tan trong nước, khi làm chất độn để sản xuất viên nén thuốc ma tuý nó tan giã trong vòng 30 giây và có thể phát tán 100% của thuốc Chính vì những lý do này mà tinh bột tiền gel gạo thay thế tốt hơn các chất độn khác như lactoza, cellulose…( Saiyavt, 2006).

Cũng sản xuất tinh bột trên thiết bị sấy phun, độ nhớt, độ kết tinh, độ tạo gel của tinh bột thay đổi theo tỷ lệ Am/Ap (Niazi et al., 2012) Các nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy phun chứng minh được sự ưu việt của công nghệ sấy này hơn hẳn các công nghệ sấy khác (sấy trống, đùn ép) Sản phẩm của công nghệ này có chất lượng cao hơn công nghệ sấy trống: độ phân tán tốt, ổn định, trọng lượng nhẹ, độ nhớt cao hơn.

Từ các tài liệu trên, đã chỉ ra rằng tính chất lý hóa của PGS (tiền gel) là tác động bởi nhiều yếu tố trong suốt quá trình sản xuất của từng phương pháp, nó bao gổm: điều kiện, nguồn gốc tinh bột được sử dụng để sản xuất tinh bột tiền gel Thêm vào đó lựa chọn đúng loại tinh bột biến tính là yếu tố quan trọng nhất, nó quyết định đến chất lượng cuối cùng của sản phẩm Mặc

dù, những tính chất này là sản phẩm cuối cùng, tất cả các thông số chủ yếu

là nguồn gốc tinh bột, phương pháp, điều kiện sản xuất nên được cân nhắc.

Các nghiên cứu cũng kết luận rằng sản xuất tinh bột tiền gel dưới các điều kiện khác nhau và nồng độ tinh bột khác nhau thì cho các kết quả và tính chất khác nhau trong ứng dụng Dựa vào tính chất này, tinh bột tiền gel có thể có thể sử dụng làm tác nhân tạo đông, tạo gel trong môi trường lạnh và trong thực phẩm ăn liền hoặc các sản phẩm tráng miệng, salat, bánh và thức ăn cho trẻ em Tinh bột tiền gel cũng có độ nhớt, độ hòa tan và hỗn hợp này cũng được sử dụng không cần sự gia nhiệt (Fechner et al., 2005; Majzoobi et al., 2011).

Tinh bột tiền gel hoá đã được nghiên cứu và đưa ra sản xuất trên quy mô công nghiệp ở rất nhiều nước trên thế giới như Thái lan, Trung quốc, Ấn Độ, Anh, Mỹ (Shuren, 2006).

Để sản xuất tinh bột tiền gel người ta còn sử dụng công nghệ ép nổ (extruder) Nguyên lý: Tinh bột ẩm được đẩy qua buồng nhiệt nóng cao bị nén chặt áp xuất lớn sau đó được đẩy ra không khí áp suất thường gây

nổ và làm khô Sử dụng extruder để sản xuất tinh bột tiền gel đang được dùng khá phổ biến Tuy nhiên các nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thiết bị sấy phun chứng minh được sự ưu việt của công nghệ sấy này hơn hẳn các công nghệ sấy khác (sấy trống, đùn ép) Sản phẩm của công nghệ này có chất lượng cao hơn công nghệ sấy trống: độ phân tán tốt, ổn định, trọng lượng nhẹ, độ nhớt cao hơn (Colonna anhd Mercier, 1984; Hajibabaei and Abdolmaleki, 2014; Saiyavt, 2006).

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị sấy phun:

Quá trình sấy phun là quá trình chuyển đổi dòng nhập liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột Dòng nhập liệu được phân tán thành những hạt nhỏ li ti nhờ cơ cấu phun sương Cơ cấu phun sương thường có đạng đĩa quay hoặc vòi áp lực Những hạt lỏng phun ra ngay lập tức tiếp xúc với dòng khí nóng, kết quả là hơi nước được bốc hơi đi 1 cách nhanh chóng.

Sấy phun gồm 3 quá trình cơ bản.

Giai đoạn 1: Chuyển nguyên liệu lỏng cần sấy sang dạng sương mù nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun Kích thước các hạt nhỏ sau giai đoạn phun sương giao động 10-200 µm.

Giai đoạn 2: Hoà trộn sương mù với tác nhân sấy trong buồng sấy Đây chính là giai đoạn tách ẩm khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn Thời gian tách ẩm diễn ra từ vài giây đến hai chục giây.

Giai đoạn 3 Tách sản phẩm khỏi tác nhân dòng sấy Người ta thường sử dụng cyclone Hiệu suất thu hồi sản phẩm trong thiết bị sấy phun khoảng 90-98% Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Nồng độ chất khô của nguyên liệu: Một trong những yếu tố quan trọng nhất là quá trình sấy phun là điều chỉnh nồng độ chất khô, nồng

độ chất khô thấp tốn nhiều thời gian và năng lượng sấy, nhưng nếu nồng độ chất khô quá cao giảm được thời gian bốc hơi nước nhưng

độ nhớt dịch nguyên liệu tăng gây khó khăn cho quá trình sấy.

Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ

ẩm sản phẩm sau quá trình sấy phun Nhiệt độ quá cao có thể làm phân huỷ một số hoạt chất trong nguyên liệu làm giảm chất lượng sản phẩm.

Một số các yếu tố khác cũng ảnh hưởng tới quá trình sấy phun như tốc độ bơm là tốc độ đưa nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, cấu tạo và kích thước buồng sấy…

Ưu nhược điểm của thiết bị sấy phun.

Ưu điểm:

- Sử dụng được với các loại vật liệu có nồng độ thấp

- Vận hành liên tục và có thể tự động hoá hoàn toàn

nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, paste, hồ, huyền phù…

Nhược điểm.

- Chi phí năng lượng cao Do vậy giá thành sản phẩm cao.

PHẦN 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

- Gạo Bắc thơm 7: Giống thuần nhập nội từ Trung Quốc.

- Gạo Jasmine 85: Được chọn tạo từ tổ hợp lai Pata/ TN 1// Khao dawk Mali của Viện Lúa Quốc tế (IRRI).

Nghĩa Hưng-Nam Định.

Các loại gạo trên được mua tại các đại lya bán gạo Hoàng Mai 3.2 DỤNG CỤ, HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ PHÂN TÍCH

3.2.1 Dụng cụ, thiết bị phân tích

- Cân điện tử G&G TC 6K-Trung Quốc

- Thiết bị nghiền inox công suất 20kg/h –Việt Nam

- Thiết bị ly tâm vắt-Trung Quốc

- Thiêt bị sấy phun LPG-5 Centrifuge Spray Dryer LPG-5 kiểu đĩa phun, Trung Quốc

- Chiết quang kế N-1E (Brix 0-32%) -Nhật Bản

- Các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm…

3.3 ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện tại: Phòng thí nghiệm, xưởng thực nghiệm của Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Hà Nội 3.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Đánh giá chất lượng gạo để lựa chọn nguyên liệu phù hợp cho sản xuất tinh bột gạo tiền gel.

sản xuất tinh bột gạo.

biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel.

- Đánh giá chất lượng sản phẩm tinh bột tiền gel hóa.

- Đề xuất quy trình sản xuất tinh bột tiền gel hóa từ gạo 3.5 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.5.1 Nội dung 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn để sản xuất tinh bột gạo tiền gel

3.5.1.1 Thí nghiệm 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn

để sản xuất tinh bột gạo tiền gel

Tiến hành phân tích đánh giá các chỉ tiêu của 5 loại gạo:

Giống lúa khang dân 18: Là giống lúa thuần Trung Quốc Được công nhận giống theo Quyết định số 1659 QĐ/BNN-KHCN, ngày 13/5/1999 Khang dân 18 là giống lúa ngắn ngày Thời gian sinh trưởng ở trà xuân muộn là 135 - 135 ngày, ở trà mùa sớm là 105 - 110 ngày Năng suất trung bình đạt 50 - 55 tạ/ha Năng suất cao có thể đạt 60 - 65 tạ/ha.

Giống lúa Bắc thơm 7: Là giống lúa thuần nhập nội từ Trung Quốc Được công nhận giống theo Quyết định số 1224 QĐ/BNN-KHCN, ngày 21/4/1998 Bắc thơm 7 là giống lúa có thể gieo cấy được trong cả 2 vụ, thời gian sinh trưởng

ở trà xuân muộn là 135 - 140 ngày, ở trà mùa sớm là 115 - 120 ngày Năng suất trung bình: 40 - 45 tạ/ha Năng suất cao có thể đạt: 45 - 50 tạ/ha.

Giống lúa Tám Xoan (Hải Hậu): Còn gọi là Tám thơm là giống được trồng

từ lâu dời tại các huyện Nghĩa Hưng, Hải Hậu, tỉnh Nam Định Được nông dân tự chọn và để giống Được bộ NN và CNTP cho phép đưa vào sản xuất từ tháng 11 năm 1995 Thời gian sinh trưởng ở trà vụ Mùa là 155 - 162 ngày Năng suất trung bình: 30 - 32 tạ/ha Năng suất cao có thể đạt 35 - 40 tạ/ha.

Giống lúa Jas mine 85 (Dòng lai IR 841-85): Được chọn tạo từ tổ

hợp lai Pata/ TN 1// Khao dawk Mali của Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế

(IRRI) Nhập nội vào Việt Nam năm 1992 và được sản xuất rộng tại các

tỉnh ĐBSCL Thời gian sinh trưởng: 100 - 105 ngày Năng suất trung

bình trong vụ Đông Xuân từ 6 - 8 tấn/ ha; vụ Hè Thu 4 - 5 tấn/ ha.

Giống lúa Q5: Là giống lúa thuần Trung Quốc có nơi còn gọi là

dòng số 2 của Q4 hoặc Mộc Tuyền ngắn ngày, được công nhận

giống theo Quyết định số 1659 QĐ/BNN-KHCN, ngày 13 tháng 5 năm

1999 Giống này được gieo trồng ở Việt Nam từ năm 1993 Thời gian

sinh trưởng vụ xuân 130-135 ngày Đây là giống có tiềm năng năng

suất trung bình từ 55-60 tạ/ha, nếu thâm canh sẽ đạt trên 70 tạ/ha.

Để tiến hành lựa chọn một giống lúa đạt tiêu chuẩn để làm nguyên liệu

cho các nghiên cứu tiếp theo chúng tôi bố trí thí nghiệm như bảng dưới đây.

Công thức

Loại gạo dân 18

Hải Hậu

Tiến hành theo dõi các chỉ tiêu: Nhiệt độ hồ hóa, hàm lượng

protein, hàm lượng amyloza.

3.5.2 Nội dung 2: Kết quả ảnh hưởng của các thông số công nghệ

gạo/dịch ngâm : ½, nhiệt độ 25-30 o C, thời gian ngâm 12 giờ Tiến hành

ngâm trong dung dịch NaOH ở nồng độ được thể hiện ở bảng dưới đây.

Công thức Nồng độ NaOH (%)

Chỉ tiêu theo dõi: pH, độ trương nở và cảm quan.