MỤC LỤC I. Tổng quát 3 1 Tinh bột 3 2 Tinh bột biến tính 5 II. Các phương pháp biến tính tinh bột 6 1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý 6 a.Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ 6 b Trộn với chất rắn trơ c.Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao 7 d.Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch) 8 d Tinh bột ép đùn (extruded starch) 9 2 Biến tính bằng phương pháp hóa học 9 a.Biến tính bằng acid 12 b Biến tính tinh bột bằng kiềm 13 c.Biến tính tinh bột bằng phương pháp ether hóa 13 d Biến tính tinh bột bằng ester hóa 14 e.Biến tính tinh bột bằng liên kết ngang 15 f. Biến tính tinh bột bằng oxi hóa 17 g Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép 19 3 Biến tính tinh bột bằng enzyme 25 III. Lựa chọn tinh bột biến tính 26 1 Dạng vật lí của tinh bột 26 2 Mức độ hồ hóa 27 IV. Ứng dụng của tinh bột biến tính 28 1 Ổn định hệ nhũ tương – màng bao 29 2 Công nghiệp bánh kẹo 33 3 Thực phẩm đông lạnh 32 1 4 Fruit preparati 35 5 Fruit fillings 37 6 Bột trái cây sấy 39 7 Sauce 41 MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Cấu trúc hạt tinh bột dưới kính hiển vi 3 Hình 2: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp ether hóa 13 Hình 2: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp oxi hóa 15 Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh bột oxi hóa 17 Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh bột biến tính kép 18 Hình 6: Huyền phù tinh bột 5.5% ( w/w) trước khi lạnh đông và sau 4 chu trình lạnh đông/rã đông (freeze/thaw cycle) 33 Hình 7: Tinh bột nếp tự nhiên ở nồng độ 4,5% (w/w) sau các chu trình lạnh/rã đông 34 Hình8: Sốt cà chua sử dụng các loại tinh bột khác nhau và trạng thái của chúng sau 4 chu trình lạnh/rã đông 35 MỤC LỤC BẢNG Bảng1: Một số loạt tinh bột thường gặp trong thực phẩm 23 Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu lên tính chất của tinh bột 28 Bảng 3: Thiết bị và các điều kiện công nghệ 29 Bảng4: Một số ứng dụng trong thực phẩm của tinh bột biến tính 33 Bảng 6: Thành phần nhân bánh cherry đông lạnh 33 Bảng 5: Kết quả chu trìn lạnh/rã đông trên dung dịch tinh bột hòa tan 38 2 I. TỔNG QUÁT: 1. Tinh bột: a. Giới thiệu: - Tinh bột đã được biết đến từ hàng nghìn năm. Người La Mã gọi là amilum, một từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, amilon. Tinh bột đầu tiên được tách ra từ bột mỳ hoặc một loại ngũ cốc khác đã được biết đến từ thời xa xưa. Thời gian sau nó được sản xuất từ khoai tây ở Châu Âu và Nhật Bản, từ củ sắn và lúa gạo ở phương Đông và từ ngô ở Mỹ. - Tinh bột là nguồn cacbohydrate dự trữ của thực vật vì vậy nó được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau . Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp. 3 Potato Starch Corn Starch Tapioca Starch Hình 1: Cấu trúc hạt tinh bột dưới kính hiển vi b. Cấu tạo: - Tinh bột bao gồm 2 thành phần là amilose và amilopectin . Cả 2 thành phần trên đều có đơn vị cấu tạo hóa học là monosaccharide glucose. - Trong amylase, các gốc glucose được gắn vào nhau nhờ liên kết α – (1 →4 ) glucoside. Phân tử amilose bao gồm một số chuỗi sắp xếp song song với nhau, trong đó các gốc glucose của từng chuỗi cuộn vòng lại hình xoắn ốc . - Trong phân tử amylosepectin, các gốc glucose ko chỉ gắn với nhau nhờ liên kết α – (1 →4) glucoside mà còn nhờ liên kết α – (1 → 6) glucoside. Do đó, có cả cấu trúc nhánh trong amylopectin. c. Những vấn đề với tinh bột tự nhiên:  Phạm vi đỉnh độ nhớt hẹp: 4 - 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 đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao 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. - Hình trên miêu tả sự biến đổi của độ nhớt suốt quá trình hồ hóa. Ban đầu, dung dich tinh bột tăng nhanh độ nhớt do sự tách ra của các sợi tinh bột (A). Khi tiếp tục nấu, sợi tinh bột tiếp tục bị phân rã, dẫn đến sự giảm nhanh của tinh bột (B). Có thể thấy trên hình, ở (C) khoảng tăng giảm của độ nhớt rất hẹp. Sự thay đổi nhanh này còn bị tăng tốc bởi nhiệt độ, acid và khuấy trộn. Khoảng biến thiên độ nhớt hẹp cùng với sự nhạy cảm của tinh bột với những điều kiện công nghệ chính là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tạo ra sản phẩm mong muốn.  Nhược điểm về cấu trúc và sự ổn định: - Các loại tinh bột tự nhiên từ bắp, khoai tây, khoai mì… có những nhược điểm cố hữu không phù hợp với các quá trình chế biến, như: cấu trúc sản phẩm không mong muốn, thiếu ổn định và khả năng chịu đựng các yếu tố chế biến thấp. - Bằng những phương pháp biến tính thích hợp, những tính chất xấu này có thể được cải thiện, như độ nhớt được điều khiển, tăng khả năng chịu đựng điều kiện công nghệ khắc nghiệt, cấu trúc mong muốn, sự ổn định kéo dài. 2. Tinh bột biến tính: - Từ khi phát triển vào những năm 1940, tinh bột biến tính đã trở thành một phần quan trọng trong công nghiệp thực phẩm vì 3 lí do: 5 o 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” (instant system). Trong những ứng dụng khác, tinh bột biến tính có thể cung cấp nhiều chức năng rộng lớn, từ kết nối đến hòa tan, từ hấp thu đến ngăn chặn sự mất nước, có thể tạo kết cấu quánh hay trơn mịn, lớp bao coating mềm hay giòn, hoặc có thể làm ổn định hệ nhũ tương. o Tinh bột thì nhiều và có sẵn. o Có tính kinh tế vì rẻ hơn một số chất có tính năng tương tự như gum. - Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amilose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin. Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó. Vì vậy, để có được những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột. - Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc của tinh bột, tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn, hay gắn các nhóm khác vào phân tử tinh bột dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt độ, acid, enzyme,…dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học của tinh bột . II. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT: - Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp như sau: o Phương pháp biến tính vật lí o Phương pháp biến tính hóa học o Phương pháp biến tính bằng enzym. 6 1. Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý: a. Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ học:  Nguyên tắc: - Tăng tỉ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt, kết quả là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên.  Tiến hành: - các hạt tinh bột ẩm (với hàm ẩm khác nhau) được nghiền (hay chịu tác dụng của một áp suất)  Tính chất: - Nhiệt độ hồ hoá tinh bột này giảm từ 5-10oC, hạt tinh bột cũng dễ bị thuỷ phân bởi enzyme hơn do gia tăng khả năng xâm nhập của enzyme thông qua các rãnh vô định hình. Trong bột bánh được làm từ tinh bột này, nước được hấp thụ nhiều và nhanh hơn, tỉ lệ amilo bị phân huỷ cũng cao hơn. 7 b. Tinh bột ép đùn (extruded starch):  Nguyên tắc: - Thực hiện ở nhiệt độ cao (185-200 o C) .Trong quá trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép của amylose (cụ thể là khoảng cách giữa các chuỗi) có sự thay đổi; phân huỷ một phần mạch amylose tạo ra maltose, isomaltose, gentibose, sophorose và 1,6- anhydroglucopyranose…  Tính chất: - Tinh bột ép đùn dễ phân tán, tan tốt, có độ nhớt thấp hơn tinh bột thông thường. c. Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao:  Nguyên tắc: - Giảm kích thước phân tử, thay đổi tỉ lệ mạch thẳng hay độ phân nhánh trong phân tử tinh bột.  Tiến hành: - Phun axit (với lượng 0,05-0,15% trọng lượng tinh bột ) vào tinh bột có độ ẩm khoảng 5%.Có thể dùng AlCl3 làm chất xúc tác. Cũng có thể cho thêm các tác nhân kiềm tính như Canxi photphat, Natri bicacbonat hoặc Tritanolamin làm chất đệm (để làm giảm bớt độ axit khi ở nhiệt độ cao). Sau khi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm từ 1-5% thì tiến hành dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóng trực tiếp. Dextrin hóa xong thì làm nguội. Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng sau: o Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn o Phản ứng tái trùng hợp các sản phẩm vừa mới tạo thành ở trên chủ yếu bằng liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao. o Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu, nên độ nhớt của tinh bột lúc này bị giảm rất mạnh. Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp mới trở thành phản ứng chính. o Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết 1-4 glucozit không bền trong amiloza lúc này sẽ chuyển thành liên kết 1-6 bền hơn. 8 - Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến tính một cách sâu sắc, do đó nhiều tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi. - Phụ thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-120 0 C), dextrin vàng (120- 1800C), pirodextrin (170-195 0 C).  Tính chất: - Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không đồng nhất. Thường dùng dextrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn. Do dextrin có độ nhớt thấp nên có thể dùng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền. Độ hòa tan trong nước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột . - Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90% và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%. - Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có độ hòa tan rất đáng kể, có mức độ phân nhánh trung bình trên 20%. Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20-25% và có khối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng bền hơn. d. Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch):  Nguyên tắc: - Tác dụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá vỡ cấu trúc của các hạt tinh bột khi hồ hóa.  Tiến hành: 9 - Huyền phù tinh bột được hồ hoá sau đó sấy khô. Trong quá trình này, các liên kết bị cắt đứt một phần.  Tính chất : - 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.  Ứng dụng: - Người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ này trong mọi trường hợp khi cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu. - Tinh bột loại này nếu đi từ tinh bột amilopectin thì sẽ làm tăng độ “tươi” cho sản phẩm, tăng độ trong suốt, độ đàn hồi cũng như làm bền độ nhớt. - Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ còn tránh tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo và bảo vệ chất béo khỏi bị oxi hóa khi sấy khô, liên kết ẩm và ổn định ẩm trong các sản phẩm thịt. - Ete oxit của tinh bột dưới dạng hồ hóa sơ bộ được sử dụng trong sản xuất kem rất có hiệu quả. - Amiloza hoặc tinh bột giàu amiloza (trên 60% amiloza) nếu khuếch tán vào nước dưới áp suất cao hơn áp suất khí quyển rồi sau đó sấy khô thì không bị thoái hóa. e. Trộn với chất rắn trơ:  Nguyên tắc: - Làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lí, do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập  Tính chất: - Tan tốt trong nước và không bị vón cục như tinh bột tự nhiên. 2. Biến tính bằng phương pháp hóa học: a. Biến tính bằng acid :  Nguyên tắc: - 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 kich thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tính chất mới.  Tính chất: - 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 hòa tan cao hơn - Nhiệt độ hồ hóa cao hơn - Chỉ số kiềm cao hơn  Tiến hành: 10 [...]... trìn lạnh/rã đông trên dung dịch tinh bột hòa tan 33 Ta thấy:  Tinh bột biến tính vật lý (PM) từ tinh bột bắp chứa nhiều amylose (PM maize) chỉ qua một chu trình lạnh đông đã có sự thoái hoá Tinh bột bắp sáp tự nhiên (NW maize) dễ bị tái kết tinh và thoái hoá Tinh bột gạo nếp tự nhiên có độ ổn định lạnh đông/rã đông tốt hơn tinh bột bắp sáp  Tinh bột bắp sáp biến tính bằng phương pháp vật lý ( PMW... mức độ cắt xé tùy máy ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH: Bảng4: Một số ứng dụng trong thực phẩm của tinh bột biến tính 28 Tinh bột Ứng dụng Tinh bột bắp sáp (giàu amilopectin) Salad, thục phẩm đóng hộp tiệt trùng và đông lạnh, súp, bánh snack Bánh nướng, nhân bánh ngọt, phủ salad, pudding Tinh bột hồ hoá trước Tinh bột thuỷ phân nhẹ bằng acid Màng bảo vệ thực phẩm Tinh bột bắp sáp liên kết ngang Nhân bánh,... tính chất của tinh bột oxi hóa - - g Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép:  Tinh bột dihydro phosphat: Tiến hành: đun nóng hỗn hợp tinh bột và muối phosphat hòa tan trong nước, ví dụ , muối acid, orto-, piro- hoặc acid tripolyphosphoric Do ban chất ion của nhóm phosphat, tinh bột phosphat có độ nhớt của hồ cao hơn tinh bột đầu Tính chất : Hồ este monophosphat tinh bột có độ trong suốt... trình nấu tinh bột cũng có thể làm tăng hay giảm độ đặc của hỗn hợp Huyền phù tinh bột biến tính cross-linking nhẹ, nếu khuấy nhẹ, hầu hết hạt tinh bột vẫn giữ nguyên và rất ít sự thay đổi của sản phẩm được nhận ra Nhưng khi khuấy mạnh hơn, hạt tinh bột sẽ vỡ ra và sản phẩm tạo ra sẽ có những tính chất tinh bột nấu quá thời gian – độ nhớt thấp và kết cấu mịn Đối với huyền phù tinh bột biến tính cross-linking... O Na2H2P2O7 Tb ONa Biến tính tinh bột bằng oxi hóa: Hình 3: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp oxi hóa -  Tiến hành: Quá trình thủy phân và oxy hóa tinh bột sẽ xảy ra khi xử lý huyền phù tinh bột với hypochloride (HClO hay NaClO) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa Trong quá trình phản ứng, kích thước hạt tinh bột có thay đổi chút ít, chiều dài mạch tinh bột cũng giảm nhẹ do... kém trương nở của hạt tinh bột b Nhóm tinh bột thay thế: Nhóm tinh bột thay thế bao gồm tinh bột esther và tinh bột ether Loại tinh bột này ngăn cản sự thoái hoá bằng cách đưa các nhóm có phân tử lượng lớn vào các khoảng trống hạn chế sự sắp xếp các sợi tinh bột Do đó, khả năng ổn định trong lạnh đông tăng lên bởi vì có nhiều cấu trúc nhánh hơn Kết quả là tinh bột hấp thụ nước dễ dàng hơn và giảm nhiệt... thuộc vào mức độ thay thế (Penford Corporation, 2005) - Sử dụng tinh bột liên kết ngang và tinh bột thay thế sẽ tạo sự ổn định tốt hơn cho hạt tinh bột - Những nghiên cứu gần đây đánh giá khả năng chịu đựng nhiệt độ lạnh đông của các loại tinh bột khác nhau: tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý ( PM), bằng phương pháp hoá học (CM) và tinh bột tự nhiên (N) được thể hiên trong bảng sau với các nồng... Chức năng chủ yếu của tinh bột ở đây là cung cấp cấu trúc 3 loại tinh bột thường dùng: • Tinh bột “dễ chảy” (fluidity starch): trong loại jelly gum này, tinh bột được chuyển hóa tạo độ nhớt thấp và nồng độ chất khô cao được sử dụng để đạt được cấu trúc mong muốn Kẹo được làm với loại tinh bột này yêu cầu 48-72h để khô Nếu tinh bột bị chuyển hóa quá nhiều hay dùng quá ít tinh bột sẽ tạo thành một hỗn... trình biến tính tinh bột theo phương pháp oxi hóa -  Tính chất: Tinh bột oxy hóa có màu rất trắng ( tinh bột càng trắng, mức độ oxy hóa càng cao), nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hóa giảm Trong cộng nghiệp thực phẩm, có được dùng như chất làm đặc có độ nhớt thấp trong sốt salad và mayonnaise 16 Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh. .. lạnh – rã đông, làm tăng độ trong của paste tinh bột có độ nhớt cao Nhờ các tính chất này mà sản phẩm tinh bột ether được sử dụng 13 - - - - - - như chất tạo độ đặc trong các loại thực phẩm lạnh đông và các sản phẩm đồ hộp cần tiệt trùng nhiệt d Biến tính tinh bột bằng ester hóa:  Tiến hành: Tinh bột monophosphate ester được sản xuất bằng cách đung nóng tinh bột với alkaline orthophosphate hay alkaline . 12 b Biến tính tinh bột bằng kiềm 13 c .Biến tính tinh bột bằng phương pháp ether hóa 13 d Biến tính tinh bột bằng ester hóa 14 e .Biến tính tinh bột bằng liên kết ngang 15 f. Biến tính tinh bột. 3 1 Tinh bột 3 2 Tinh bột biến tính 5 II. Các phương pháp biến tính tinh bột 6 1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý 6 a.Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ 6 b Trộn với chất rắn trơ c .Biến. bột bằng oxi hóa 17 g Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép 19 3 Biến tính tinh bột bằng enzyme 25 III. Lựa chọn tinh bột biến tính 26 1 Dạng vật lí của tinh bột 26 2 Mức độ hồ