TỔNG QUAN VỀ TINH BỘTBIẾN TÍNH

LỜI MỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1:2TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT21.1.Giới thiệu chung về tinh bột21.2.Thành phần hóa học của tinh bột21.3.Cấu trúc hạt tinh bột41.4.Các tính chất của tinh bột61.4.1.Tính chất vật lý61.4.2.Tính chất hóa học của tinh bột:71.4.3.Tính chất lưu biến8CHƯƠNG 2:12TINH BÔT BIẾN TÍNH122.1.Giới thiệu vế tinh bột biến tính122.2.Biến tính tinh bột là gì?122.3.Mục đích của biến tính tinh bột122.4.Phân loại tinh bột biến tính132.5.Các phương pháp biến tính tinh bột152.5.1.Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lí162.5.2.Biến tính tinh bột bắng phương pháp hóa học192.5.3.Biến hình bằng phương pháp sinh học332.5.4.Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp36CHƯƠNG 3:37MỘT SỐ TINH BỘT BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG373.1.Một số ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp373.2.Một số loại tinh bột biến tính và ứng dụng373.2.1.Tinh bột acetate:373.2.2.Tinh bột biến tính kép acetate và phosphat383.2.3.Tinh bột sắn biến tính393.2.4.Tinh bột bắp biến tính403.2.5.Các loại tinh bột biến tính khác413.3.Một số quy trình sản xuất sử dụng tinh bột biến tính423.3.1.Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản xuất tương ớt423.3.2.Ứng dụng tinh bột biến tính bằng phương pháp axit làm chất ổn định sữa chua433.3.3Ứng dụng tinh bột oxi hoá vào công nghiệp sản xuất bánh phồng tôm443.3.4Ứng dụng tinh bột huỳnh tinh biến tính bằng axit trong sản xuất bánh qui xốp45KẾT LUẬN46Trong thiên nhiên tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào chỉ đứng sau xenluloza. Tinh bột có nhiều trong các hạt, củ, quả đặc biệt có nhiều trong các loại lương thực, các loại hạt ngũ cốc như lúa, ngô, lúa mì…hàm lượng tinh bột trong các hạt loại này thường chiếm 50- 70% chất lượng khô của hạt do đó ngũ cốc được coi là nguyên liệu để sản xuất tinh bột. Trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm người ta dùng tinh bột để tạo cấu trúc, taọ trạng thái, tạo dáng bề ngoài, tạo độ ẩm, độ chắc và bền cho thực phẩm. Tóm lại có thể nói tinh bột là thành phần đa chức năng trong công nghiệp thực phẩm. Tuy vậy tinh bột chưa qua chế biến (tinh bột tự nhiên) khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm thường bị hạn chế. Trong thực tế sản xuất ứng với mỗi loại thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định. Vì vậy, để có những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến hình tinh bột tạo nên những sản phẩm tinh bột biến hình tức là làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lí, hóa học hoặc enzyme để tạo ra các dẫn xuất tinh bột nhằm mục đích là để tăng cường hoặc hạn chế bớt những tính chất cố hữu của nó nhằm tăng khả năng làm đặc, cải thiện mối liên kết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan, tạo được gel để tự hòa tan hay trở nên đục. Chính vì vậy nhóm chúng em quyết định chon đề tài: “ Tổng Quan Về Tinh Bột Biến Tính” làm nội dung chính cho tiểu luận này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: PHỤ GIA THỰC PHẨM

- -ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT

BIẾN TÍNH

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thiên nhiên tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào chỉ đứng sau xenluloza Tinh bột có nhiều trong các hạt, củ, quả đặc biệt có nhiều trong các loại lương thực, các loại hạt ngũ cốc như lúa, ngô, lúa mì…hàm lượng tinh bột trong các hạt loại này thường chiếm 50- 70% chất lượng khô của hạt do đó ngũ cốc được coi là nguyên liệu

để sản xuất tinh bột Trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm người ta dùng tinh bột

để tạo cấu trúc, taọ trạng thái, tạo dáng bề ngoài, tạo độ ẩm, độ chắc và bền cho thực phẩm

Tóm lại có thể nói tinh bột là thành phần đa chức năng trong công nghiệp thực phẩm Tuy vậy tinh bột chưa qua chế biến (tinh bột tự nhiên) khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm thường bị hạn chế Trong thực tế sản xuất ứng với mỗi loại thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định Vì vậy, để có những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến hình tinh bột tạo nên những sản phẩm tinh bột biến hình tức là làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lí, hóa học hoặc enzyme để tạo ra các dẫn xuất tinh bột nhằm mục đích là để tăng cường hoặc hạn chế bớt những tính chất cố hữu của nó nhằm tăng khả năng làm đặc, cải thiện mối liên kết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan, tạo được gel để tự hòa tan hay trở nên đục Chính vì vậy nhóm chúng em quyết định chon đề tài: “ Tổng Quan Về Tinh Bột Biến Tính” làm nội dung chính cho tiểu luận này

Hy vọng bài tiểu luận này sẽ mang đến cho các bạn những thông tin thật bổ ích và cần thiết về loại sản phẩm quan trọng này

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các thầy, cô khoa công nghệ thực phẩm đã hướng dẫn chúng em thực hiện tốt bài tiểu luận này Bài viết của nhóm còn nhiều thiếu sót mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến để bài tiểu luận được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT

1.1 Giới thiệu chung về tinh bột

Tinh bột là sản phẩm quang hợp của cây xanh Ở trong tế bào thực vật hạt lạp không màu là nơi tạo ra tinh bột, các glucid hòa tan kéo đến hạt lạp không màu và được

để dành dưới dạng tinh bột Tinh bột được giữ lại trong các bộ phận của cây như củ, rễ, quả, hạt, thân với hàm lượng từ 2-70%, trong lá thường không quá 1-2% Tinh bột ở dưới dạng hạt kích thước và hình dáng khác nhau, không tan trong nước lạnh, đun với nước thì tinh bột dần dần bị hồ hóa và độ nhớt của dung dịch cũng tăng lên Trong quá trình hoạt động của cây, tinh bột dưới tác động của enzym có sẵn trong cây bị cắt nhỏ thành những đường đơn giản ở dạng hòa tan và được chuyển đến những bộ phận khác nhau của cây.1.2 Thành phần hóa học của tinh bột

Tinh bột được cấu tạo bởi 2 loại polysaccharid được gọi là amylose và amylopectin

 Amylose: phân tử amylose là một chuỗi hiện nay được biết đến hàng nghìn đơn vị

β-D-glucose nối với nhau theo dây nối (1-> 4) Quan niệm trước đây cho rằng chỉ có từ

200-400 đơn vị vì do quá trình chiết xuất và phân tích, mạch bị đứt Phân tử amylose đa số là các chuỗi thẳng rất ít phân nhánh

Công thức lập thể của các đơn vị glucose thì có tài liệu cho rằng ở dạng ghế C1 nhưng cũng có tài liệu cho rằng ở dạng thuyền B1 nối với nhau tạo thành các vòng xoắn, mỗi vòng có 6 đơn vị glucose.

 Amylopectin: amylopectin có phân tử lượng lớn hơn khoảng 106-107 gồm 5000-50.000

đơn vị glucose và phân nhánh nhiều Các đơn vị α-D-glucose trong mạch cũng nối với nhau theo dây nối (1-> 4) còn chỗ phân nhánh thì theo dây nối (1-> 6) Để xét mức độ phân nhánh, người ta methyl hóa toàn bộ các nhóm OH của amylopectin rồi sau đó thủy phân và suy ra từ lượng 2, 3 dimethylglucose Lượng 2, 3, 4, 6 tetramethylglucose ứng với những đơn vị tận cùng của mạch còn lượng 2, 3, 6 trimethylglucose ứng với những đơn vị glucose trong mạch

Ngoài ra còn có thể xác định lượng glucose cuối mạch dựa vào tính khử của amylopectin không methyl hóa Chú ý rằng ở đây là glucose ở cuối mạch có OH bán acetal tự do Mạch bên trong (mạch giữa 2 điểm phân nhánh) của amylopectin có khoảng 5-9 đơn vị glucose, những mạch bên ngoài có từ 10-18 đơn vị Trong các loại tinh bột, trung bình tỉ lệ amylose là 25% còn amylopectin là 75% Tuy nhiên người ta cũng tạo ra được những chủng có nhiều amylose, ví dụ ngô, có tinh bột chứa 75% amylose

• Amylose: cho với thuốc thử iode màu xanh đậm có cực đại phổ hấp thu khoảng 660nm, còn amylopectin thì có màu tím đỏ và cực đại hấp thụ khoảng 540nm Màu tạo thành giữa tinh bột và iode được giải thích do sự hấp phụ Người ta cho rằng iode bị hấp phụ vào phía trong hình xoắn ốc Ứng với một vòng xoắn ốc thì có 1 phân tử iode Những phân tử chưa đủ 6 đơn vị glucose thì không phản ứng với iode

1.3 Cấu trúc hạt tinh bột

Tinh bột tồn tại trong cây dưới dạng hạt có hình dạng và kích thước khác nhau, đây là một đặc điểm giúp ích cho việc kiểm nghiệm một dược liệu chứa tinh bột Tùy theo loài cây và tùy theo độ trưởng thành của cây mà hình dáng và kích thước thay đổi

Về hình dáng thì có thể hình cầu, hình trứng, hình nhiều góc kích thước có thể từ 100mm đường kính Soi kính hiển vi thường thấy hạt tinh bột cấu tạo bởi nhiều lớp đồng tâm sắp xếp chung quanh một điểm gọi là rốn hạt Các lớp này tạo nên là do hạt tinh bột lớn dần bằng cách tăng thêm các lớp ở phía ngoài Các lớp này khác nhau ở chỉ số chiết quang và hàm lượng nước Có tác giả cho rằng các lớp khác nhau đó là do những lớp được tăng thêm về ban đêm và những lớp tăng thêm về ban ngày nên không hoàn toàn giống nhau

1-Trong nước lạnh hình dạng tinh bột không thay đổi Khi nâng dần nhiệt độ thì tinh bột chuyển qua 3 giai đoạn Giai đoạn đầu tinh bột ngậm một ít nước, nếu làm mất nước thì tinh bột trở lại tình trạng ban đầu Khi nâng dần nhiệt độ khoảng 60-85oC 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 tinh bột Hình (a) và (b) biểu diễn tình trạng tinh bột ở dạng không

nở và dạng nở

 Các loại hạt tinh bột hay gặp

 Hạt hình trứng và hình thận

− Tinh bột khoai tây chế từ củ cây khoai tây - Solanum tuberosum L thuộc họ Cà -

Solanaceae Hạt tinh bột hình trứng, rốn hạt ở đầu hẹp, các vân đồng tâm dễ nhận Thỉnh thoảng có hạt kép 2 hoặc 3 Kích thước trung bình 50mm nhưng có hạt lớn đến 80-100mm

− Tinh bột hoàng tinh chế từ củ cây dong - Maranta arundinacea L, thuộc họ dong - Marantaceae Hạt hình trứng kích thước 30-60mm

− Tinh bột sen, chế từ hạt cây sen - Nelumbo nucifera Gaertn., họ Sen - Nelumbonaceae Hạt tinh bột hình trứng hay hình thận, rốn hạt hình vạch kích thước hạt từ 3-25mm

− Tinh bột sắn (= khoai mì) chế từ cây sắn (= khoai mì) - Manihot esculenta Crantz;

họ Thầu Dầu- Euphorbiaceae Hạt hình cầu phần lớn một đầu bị lẹm và hơi lõm trông như cái chuông Rốn hạt hình sao, kích thước 3-35mm

− Tinh bột đậu, chế từ hạt của nhiều loại đậu - Phaseolus spp.; họ Đậu - Fabaceae Hạt hình trứng hay hình thận Rốn hạt dài và phân nhánh, kích thước trung bình 35mm

− Tinh bột hoài sơn, chế từ củ của cây củ mài - Dioscorea persimilis Prain và Burkill, họ Củ nâu - Dioscoreaceae Hạt hình trứng hay hình thận Rốn hạt dài, kích thước trung bình 40mm

• Hạt hình đĩa hay hình thấu kính dẹt

Tinh bột mì chế từ hạt của cây lúa mì - Triticum vulgare, họ Lúa - Poaceae, kích

thước hạt lớn đến 30mm, hạt bé 6-7mm Tùy theo vị trí nhìn mà thấy hình tròn hoặc hình thấu kính lồi 2 mặt Rốn hạt là 1 điểm ở giữa hạt, không rõ

• Hạt hình nhiều góc

− Tinh bột gạo chế từ hạt cây lúa - Oriza sativa L., họ Lúa - Poaceae Hạt nhiều góc,

nhỏ, kích thước từ 4-6mm, thường được kết thành đám Rốn hạt không rõ

− Tinh bột ngô (= bắp), chế từ hạt cây ngô - Zea mays L, họ Lúa - Poaceae Hạt nhiều góc, rốn hạt ở giữa rất rõ, kích thước 15-30mm

Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như metylen (tích điện dương) của tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu tạo bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng

b Độ hòa tan của tinh bột

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

Trong môi trường axit tinh bột bị thủy phân và tạo thành “ tinh bột hòa tan” Nếu môi trường axit mạnh sản phẩm cuối cùng là glucozơ Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa từng phần do có sự hydrat hóa tốt hơn Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi bột

1.4.2 Tính chất hóa học của tinh bột:

a 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 Amiloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang Để phản ứng được với Iot, các phân tử Amiloza phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của Amiloza bao quanh phân tử Iot Các dextrin có ít hơn

6 gốc glucozơ không cho phản ứng với Iot vì không tạo thành một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Axit và một số muối KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng Cloral hydrat và một số chất khác lại ức chế cường độ phản ứng này

Amiloza với hình thể xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng Iot tương ứng với một vòng xoắn ốc một phân tử Iot Trong phân tử I2 – Amiloza, các phân tử Iot chui vào trong vùng ưa béo của xoắn ốc Với Amilopectin khi xảy a tương tác với Iot, Amilopectin cho màu tím đỏ Về bản chất phản ứng màu với Iot của Amilopectin xảy ra do sự hình thành nên hợp chất hấp phụ

b Khả năng tạo phức

Ngoài khả năng tạo phức với Iot, Amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no (izo Amilozaylic, butylic, izoprotylic), các rượu vòng, các phenol, các xeton thấp phân tử, các axit béo dãy thấp cũng như các axit béo dãy cao, các este mạch thẳng và mạch vòng, các dẫn xuất benzen

có nhóm andehit, các nitro paraffin… Khi tạo phức với các Amiloza, các chất tạo phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự Iot.

Ngoài ra, Amilopectin còn cho phản ứng đặc trưng với lectin Về bản chất đây là một phản ứng giữa một protein với một polysacarit có mạch nhánh Khi lectin liên kết với o–D–glucopiranozic nằm ở đầu cuối không khử của Amilopectin thì sẽ làm cho Amilopectin kết tủa và tách ra khỏi dung dịch

1.4.3 Tính chất lưu biến

Trong dung dịch các phân tử Amiloza có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể Khi sự liên kết xảy ra với tốc độ chậm thì Amiloza sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã bị thoái hóa Khi tốc độ đạt nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo

Amiloza đã thoái hóa không hòa tan trong nước lạnh nhưng không có khả năng liên kết với một lượng nước lớn gần 4 lần trọng lượng của chúng Nếu để Amiloza một lượng nước ít hơn 4 lần thì toàn bộ nước sẽ bị hập thụ còn Amiloza sẽ tạo ra keo

Keo Amiloza ở nhiệt độ thường là một khối trắng đục, không thuận nghịch, không

có hiện tượng co Nghiên cứu keo Amiloza dưới kính hiển vi điện tử, người ta thấy chúng

có cấu tạo hạt rõ rệt, chứng tỏ tính không tan của kiểu tinh thể

 Sự trương nở và hiện tượng hồ hóa của tinh bột

Khi hòa tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của tinh bột

Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngậm vào nước như sau: tinh bột bắp 9.1%, tinh bột khoai tây 12.7%, tinh bột khoai mì 28.4% Một số kết quả nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến sự trương nở và hòa tan của tinh bột như loại và nguồn gốc tinh bột, ảnh hưởng của quá trình sấy, sự lão hóa tinh bột, phương thức

xử lý nhiệt ẩm, ảnh hưởng của các chất béo cho vào…

Trên 55 – 77 0C, các hạt tinh bột sẽ trương phồng do hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực Khi đó độ nhớt của dung dịch tăng mạnh Kéo dài thời gian xử lý nhiệt, có thể gây nổ vỡ hạt tinh bột, thủy phân từng phần và hòa tan phần nào các phần tử cấu thành của tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt của dung dịch Như vậy 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 hồ hóa

Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng, nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ mà tại đó các hạt tinh bột bắt đầu mất tính lưỡng chiết, còn nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ tại đó còn khoảng 10% hạt tinh bột chưa mất tính lưỡng chiết Tùy thuộc điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH môi trường, nhiệt độ phá vỡ và trương nở hạt có thể biến đổi trong một khoảng khá rộng

Phần lớn tinh bột bi hồ hóa khi nấu và ở trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn trong tự nhiên

 Độ nhớt của hồ tinh bột

Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo 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 nước nhiều 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 hơn

Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy cầu hidro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi, do đó làm cho độ nhớt thay đổi theo

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ tách ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho hòa tan ra Tốc độ thoái hóa sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH Sự thoái hóa

thường kèm theo tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạng nửa lỏng cũng như gây cứng lại các sản phẩm bánh mì.

 Khả năng tạo hình của tinh bột

Cũng như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng rất tốt Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước Để thu được màng gel có tính đàn hồi cao người ta them vào các chất hóa dẻo (thường hay dung glixerin) để chúng làm tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Van, do đó làm yếu đi lực cố kết nội

và làm tăng động năng của các phân tử

Liên kết của rất nhiều phân tử Amiloza và Amilopectin nhờ lực Van der Van và liên kết hidro nên tạo được độ dai hay độ bền đứt nhất định Chính nhờ khả năng này mà người ta tạo được các sợi tinh bột ( sợi miến, bún…)

Do phân tư Amiloza dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn và chúng liên kết với nhau rất chặt, nhờ vậy mà sợi tạo thành chắc và dai Đối với các tinh bột giàu Amilopectin, các mạch nhánh thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu

do đó độ bền đứt kém

 Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với các chất béo và có sự tán trợ của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Ta biết rằng, chất béo là chất không có cực,

có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu gluxit như tinh bột, xenlulozơ Khi tăng nhiệt độ thì các tương tác kị nước giữa các phân tử chất béo phát triển rất mạnh nên chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau, do đó cá khả năng xuyên qua các “cửa ải” tinh bột Đồng thời nhiệt làm cho tinh bột bị hồ hóa và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua màng tinh bột đã tẩm béo, do đó sẽ làm tinh bột giãn và phồng

nở Các tinh bột giàu Amilopectin (tinh bột gạo nếp) dễ hòa tan trong nước ở 95oC hơn tinh bột giàu Amiloza nên có độ nhớt lớn hơn, khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phồng nở lớn hơn Với các tinh bột oxi hóa thì khả năng này càng mạnh vì các phân

tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu chặt Vì vậy, có thể ứng dụng tính chất này để sản xuất bánh phồng tôm.

CHƯƠNG 2:

TINH BÔT BIẾN TÍNH

2.1. Giới thiệu vế tinh bột biến tính

Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác để phục vụ cho nhu sản xuất Tuy nhiên khi ngành công nghiệp thực phẩm mở rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy nó có những hạn chế, hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này nhưng lại bất lợi cho sản phẩm khác Trong thực

tế sản xuất ứng với mỗi sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định Có sản phẩm yêu cấu tinh bột giàu amylopectin lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amylopectin Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột không bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp Có loại cần dẻo, độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó Vì vậy tinh bột đã trở thành một phần quan trọng trong công nghiệp thực phẩm vì 3 lí do:

• Chúng cung cấp nhiều thuộc tính đặc biệt mà tinh bột bình thường không thể

Ví dụ: Trong bánh pudding nó đóng vai trò như chất tạo đặc, tạo kết cấu mịn và rất tiện lợi nếu ở trong hệ thống thức ăn nhanh

2.3. Mục đích của biến tính tinh bột

Là làm thay đổi cấu trúc của phân tử tinh bột bằng các tác nhân vật lí, enzyme hay hóa học từ đó mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới Vì thế nó mở phạm vi sử dụng

của tinh bột trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau Bất kỳ những tinh bột tự nhiên nào mà những tính chất lí hóa bị thay đổi đều được xem là biến tính

 Vì vậy mục đích của việc biến tính tinh bột là để tăng cường hoặc hạn chế những tính chất cỗ hữu của nó nhằm tăng khả năng làm đặc, cải thiên mối liên kết, tăng

độ bền , cải thiện tính cảm quan, tạo được gel Tinh bột có thể được biến tính bằng nhiều cách cả về tính chất vật lí lẫn hóa học

2.4. Phân loại tinh bột biến tính

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

 Nhóm tinh bột cắt

Trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O giữa các monome

và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này

có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến tính bằng axit được dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo

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

 Nhóm tinh bột thay thế

Là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các nhóm hidroxyl ở cacbon

2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoá học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối

Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution – DS)

DS là số nhóm hiđroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit) Như vậy, độ thế

có giá trị trong khoảng 0-3

Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hoá

 Một số loại tinh bột biến tính thường dùng trong phụ gia thực phẩm

 Nhìn chung các sản phẩm từ tinh bột biến tính không gây độc đối với cơ thể khi sử dụng vì vậy người tiêu dùng có thể tự do lựa chọn sao cho phù hợp với mỗi loại sản phẩm khác nhau

2.5. Các phương pháp biến tính tinh bột

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

 Phương pháp biến tính vật lí

 Phương pháp biến tính hóa học

 Phương pháp biến tính bằng enzyme

2.5.1.

B

iến tính tinh bột bằng phương pháp vật lí

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

2.5.1.1 Biến tính trộn với chất rắn trơ

Tinh bột nếu hòa trộn trực tiếp vào nước thì sẽ vón cục Để tinh bột hòa tan tốt trước hết ta đem nó trộn với chất rắn trơ Các hợp chất không phải ion Khi trộn đều với

các chất này sẽ làm cho tinh bột cách biệt nhau về vật lí do đó sẽ cho phép chúng hidrat hóa một cách độc lập và không kết lại thành cục

2.5.1.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp ép đùn

Thực hiện ở nhiệt độ cao (185-2000C) Trong quá trình ép đùn cấu trúc xoắn kép của amylose có sự thay đổi; phân hủy một phần mạch amylose tạo ra maltose, isomaltose, gentibose, sophorose và 1,6- anhydroglucopyranose…Tinh bột ép đùn dễ phân tán, tan tốt, có độ nhớt thấp hơn tinh bột thông thường

Phương pháp ép đùn là một trong những phương pháp dùng để xác định độ dính của sản phẩm thực phẩm, thường áp dụng cho các sản phẩm có độ sệt mịn như: sữa chua, tương ớt, mouse, … bột thông thường Công nghệ ép đùn extrusion dùng trong chế biến thức ăn cho người và gia súc

Phương pháp ép đùn không sử dụng nguồn năng lượng từ bên ngoài cung cấp mà

do ma sát nó tự sinh nhiệt xử lý các nguyên liệu ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn Nếu như các phương pháp chế biến thủ công khác phải làm chín từng loại thực phẩm riêng rẽ trong một hỗn hợp gồm nhiều: chủng loại như: vừng, đậu nành, gạo, bắp, khoai, sau đó mới trộn chung vào thì ở đây máy ép đùn lại làm chín được cùng một lúc hỗn hợp các nguyên liệu đã trộn sẵn, nhờ vậy tiết kiệm được thời gian, công sức và năng lượng từ đó dẫn đến việc hạ được giá thành sản phẩm

2.5.1.3 Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà không nấu Sản phẩm được gọi là “pregelatinized starch”, “pregel”, “pre-cooked starch” hay “instant starch” Phương pháp này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và tinh bột đã biến tính bằng các phương pháp khác

Nguyên tắc của phương pháp biến tính này là: trước hết tinh bột được hồ hóa trong một lượng nước, sau đó sấy khô Dưới tác dụng của nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá hủy cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hóa, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này Trong thực tế, tinh bột được nấu

và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống sấy, ép đùn hoặc sấy phun Trong kĩ thuật sấy bằng trống và ép đùn, hạt tinh bột chịu nhiều tác động cơ học như nhiệt độ, lực cắt cơ học, áp suất nén cao và bị thay đổi cấu trúc nhiều Ngược lại, trong kĩ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột được hồ hoá và sấy khô đống thời nhờ hơi nóng, do đó hạt tinh bột hầu như còn nguyên vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt và nhiệt Sản phẩm này gọi là tinh bột CWS

Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất: trương nhanh trong nước, biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản, bến khi ở nhiệt độ thấp, có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt.Vì vậy tinh bột biến tính bằng hồ hóa sơ bộ được dùng rộng rãi trong trường hợp cần cô đặc, giữ nước mà không cần nấu Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ cón tránh được tổn thất chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo…Ngoài ra, tinh bột hồ hóa sơ bộ còn được sử dụng trong nghành công nghệp khác Chẳng hạn, thêm tinh bột dạng này vào các dung dịch khoan (khi khoan các giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết

2.5.1.4 Biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Tinh bột được gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao từ 120 -1500C, trong thời gian nhất định Sản phẩm thu được từ phương pháp này gọi là dextrin và pirodextrin Tinh bột biến tính bằng phương pháp này tạo cho nó độ hòa tan trong nước lạnh cao hơn tinh bột ban đầu Do đó, dextrin được sử dụng làm chất mang các thành phần hoạt động như các bột thực phẩm hoặc dùng làm dung môi hoặc chất mang các chất màu Pirodextrin dùng làm chất đặc cho thuốc nhuộm sợi mà còn làm thay đổi tính chất lưu biến của nó.

Người ta thường dùng sản phẩm tinh bột biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao để pha kéo dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính thùng cactông Trong công nghiệp dược, dextrin trắng được làm nguồn thức ăn cacbon đồng hóa chậm Thay cho glucozo khi điều chế một số kháng sinh bằng phương pháp lên men, nó là chất độn (bổ sung) cho các loại thuốc dưỡng bệnh, chất độn chuẩn cho các loại thuốc Trong thức ăn dùng cho trẻ con và người lớn thì dextrin dễ nấu chín, dễ hấp thụ, dễ tiêu hóa

2.5.2. Biến tính tinh bột bắng phương pháp 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 acid, tinh bột ete hóa, este hóa, phosphat hóa

 Quá trình biến tính hóa học có thể thực hiện ở 3 trạng thái tinh bột

−Trạng thái huyền phù (slurry), tinh bột phản ứng với các tác nhân hóa học trong môi trường nước Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được lọc, rửa và sấy khô

−Trạng thái sệt (paste), tinh bột được hồ hóa (gelatinize) với tác nhân hóa học trong điều kiện có ít nước và khuấy trộn liên tục Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được sấy khô

−Trạng thái rắn, tinh bột được làm ẩm bằng tác nhân hóa học trong nước, sấy, và cuối cùng phản ứng ở nhiệt độ cao

2.5.2.1 Biến tính bằng acid

Dưới tác dụng của acid một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị đứt Do đó làm cho kích thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tính chất mới Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuếch tán tinh bột (huyền phù tinh bột 12-15Bx) trong dunh dịch acid vô cơ có nồng độ 1-3%, rồi khuấy đểu ở nhiệt độ 50-550C trong 12-14h Sau đó trung hòa, lọc rửa và sấy khô

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

• Giảm ái lực với iot

• 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 nở kém hơn

• Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì độ hóa tan cao hơn

• Nhiệt độ hồ hóa cao hơn

• Chỉ số kiềm cao hơn

Tinh bột định hình bằng axit, chỉ còn giống với tinh bột đầu ở hình dạng vật lý, không hòa tan trong nước lạnh và có tính lưỡng chiết

 Ứng dụng : Vì có độ nhớt thấp nên được dùng trong công nghiệp dệt để hồ sợi, sản xuất kẹo đông, làm bóng giấy nhằm mục đích tăng chất lượng in và tăng độ bền đối với mài mòn

• Có 2 phương pháp biến hình bằng acid

• Biến hình bằng acid trong môi trường ancol

• Biến hình bằng acid trong môi trường nước

a Phương pháp biến hình bằng phương pháp axít trong môi trường ancol

Tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, các dextrin hoặc các đường Trong môi trường ancol như etanol hoặc metanol, do các ancol này có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của axit tham gia xúc tác cũng nhỏ hơn; do đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so với trong môi trường nước Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quá trình biến hình tinh bột để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử mong muốn một cách dễ dàng hơn và đạt hiệu suất thu hồi cao hơn

Hình 2.5.2.1.1: Qui trình sản xuất tinh bột từ sắn theo phương pháp Robyt

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân cắt mạch tinh bột trong quá trình biến hình chủ yếu là nhiệt độ, hàm lượng axit, nồng độ dịch tinh bột và loại môi trường Khả năng phân cắt mạch tinh bột biểu thị bằng chỉ số mức độ trùng hợp mạch tinh bột

 Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng acid

Hình 2.5.2.1.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng axit đến Pn trong môi trường etanol

Hình 2.5.2.1.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng axit đến mức độ trùng hợp của tinh bột biến hình trong môi trường metanol

Cả hai môi trường đều thấy hàm lượng axit và nhiệt độ càng tăng thì mức độ phân cắt mạch càng lớn (Pn giảm), trong môi trường metanol sự phân cắt mạnh hơn Khi hàm

lượng axit tăng thì càng có nhiều ion H+ tấn công vào mạch tế bào nên phân cắt càng nhiều.

Còn nhiệt độ cao xảy ra sự chuyển động nhiệt của ion H+ và của mạch phân tử tinh bột gây ra sự khuyếch tán của ion H+ trong toàn bộ dung dịch và tấn công vào mạch phân tử tinh bột, làm các liên kết trong phân tử cũng có thể bị đứt, toàn bộ dung dịch chuyển sang trạng thái keo, lúc này phân cắt mạch dễ dàng hơn bởi sự tấn công của ion H+ Tuy nhiên t0 >600C xảy ra hồ hóa tinh bột Tốt nhất nên thực hiện biến hình ở nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa ( từ 10-550C)

 Ảnh hưởng của nồng độ

Hình 2.5.2.1.4: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến Pn ở 250C trong môi trường etanol

Hình 2.5.2.1.5: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến mức độ trùng hợp Pn ở nhiệt độ 250C trong môi trường metanol

Nhận xét: Trong cả hai môi trường, với cùng một điều kiện về nhiệt độ và nồng độ axit, khi nồng độ tinh bột càng tăng thì mức độ trùng hợp càng tăng Đó là do nồng độ tinh bột càng lớn sẽ cản trở sự xâm nhập của ion H+ vào mạch tinh bột, kết quả mật độ tiếp xúc ion H+ bé nên hiệu quả quá trình phân cắt mạch tinh bột càng giảm Qua các đồ

thị trên ta khẳng định rõ hơn yếu tố nồng độ axit ảnh hưởng sâu sắc hơn đối với mức độ phân cắt mạch tinh bột so với nồng độ tinh bột.

Hình 2.5.2.1.6: Ảnh hưởng của các môi trường etanol và metanol đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn ở

nhiệt độ 550C

 Ảnh hưởng của môi trường

So sánh các kết quả thu được ta thấy mức độ phân cắt của mạch tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường metanol lớn hơn so với trong môi trường etanol ở cùng điều kiện (nhiệt độ, nồng độ axit, nồng độ tinh bột) Nghĩa là giá trị Pn thu được trong môi trường etanol lớn hơn so với môi trường metanol Điều này có thể giải thích như sau: với hai môi trường trên, HCl trong dung dịch đều có khả năng phân li hoàn toàn thành H+ như nhau nhưng metanol có kích thước phân tử nhỏ hơn nên dễ khuếch tán và

mang H+ vào sâu trong mạch phân tử tinh bột hơn etanol Kết quả là có nhiều H+ tấn công vào mạch tinh bột hơn do đó có khả năng phân cắt mạch tinh bột lớn hơn Nhưng metanol không nên ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm mà có thể ứng dụng trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy hay làm chất độn trong khoan dầu mỏ.

b Biến hình tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường nước

Hình 2.5.2.1.7: Qui trình biến hình tinh bột bằng axit theo phương pháp Ali và Kemf

Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33% và biến hình với xúc tác là dung dịch axit HCl 0,5N ở 5000C trong điều kiện khuấy trộn liên tục Khi biến hình kết thúc, trung hòa bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy li tâm siêu tốc và nước nhiều lần Cuối cùng là sấy, nghiền, rây để thành phẩm có W<12%

Biến tính trong môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến tính bằng axit trong môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên tinh bột biến tính bằng phương pháp này có ưu điểm lớn do

axit phân cắt liên kết glucozit của tinh bột tốt nên làm cho hạt tinh bột nhỏ, mịn rất tốt cho việc ứng dụng để tạo gel sản phẩm, tạo độ nhớt vừa phải cho sản phẩm.

Thực chất thì biến tính trong môi trường alcol thì tạo được sản phẩm đạt yêu cầu hơn do thời gian biến tính dài nên dễ điều chỉnh trong quá trình thực hiện Trong trường hợp này sử dụng tinh bột biến tính bằng alcol (etanol) tốt hơn nhưng xét về mặt kinh tế thì biến tinh bằng nước đem lại lợi nhuận cao Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất của tinh bột trong quá trình biến hình:

+ Ảnh hưởng của hàm lượng axit và thời gian biến hình đến Pn và độ hòa tan

Hình 2.5.2.1.8: Ảnh hưởng của hàm lượng axit và thời gian đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn biến hình

Các mẫu tinh bột biến hình được chuẩn bị theo quy trình trên với các mức thời gian 30, 60, 90 và 120 phút Hàm lượng axit HCl 0,5N thay đổi ở các mức 50, 100, 150

và 200 ml Nồng độ sữa tinh bột chọn là 33%, nhiệt độ biến hình 500C hơn