1. Trang chủ >
  2. Luận Văn - Báo Cáo >
  3. Khoa học tự nhiên >

Tinh bột biến tính:

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 48 trang )


Cho dịch tinh bột qua một bản có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp lớn hơn 1mm. Khi đùn qua các lỗ này, chúng sẽ tự định hướng theo chiều của dòng chảy. Các
phân tử tinh bột có xu hướng kéo căng ra và tự sắp xếp song song với nhau theo phương của trọng lực.
Các sợi đã hình thành vừa ra khỏi khn kéo còn ướt được nhúng ngay vào một bể đựng nước nóng để định hình nhờ tác dụng của nhiệt. Các phân tử đã được định hướng
trong từng sợi sẽ tương tác với nhau và với nước bằng cầu hydro để hình thành sợi miến. Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bể rồi được nhúng tiếp vào bể đựng nước
lạnh để các phân tử liên hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo nhiều cầu hydro giữa các phân tử hơn. Sự kết tinh từng phần sẽ làm tăng độ bền cơ học và sự gắn bó các sợi với
nhau.
Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như để làm tăng lực cố kết và độ cứng.
Các sợi được tạo ra từ những tinh bột giàu amylose đậu xanh, dong, riềng,… thường dai hơn, bền hơn sợi làm từ tinh bột giàu amylopectin ngơ, nếp… bởi vì các phân
tử amylose dài nên tương tác giữa các phân tử dọc theo chiều dài lớn, sợi dai và chắc, còn các phân tử amylopectin có nhiều mạch nhánh ngắn, lực tương tác giữa các phân tử yếu
hơn nên dễ đứt.
Khả năng phồng nở của tinh bột Khi tương tác với chất béo dưới tác dụng của nhiệt độ thì tinh bột sẽ tăng thể tích
rất lớn và trở nên rỗng xốp. Đó là do chất béo khơng phân cực nên xuyên thấm qua các vật liệu tinh bột, cellulose. Khi nhiệt độ tăng thì các tương tác kỵ nước cũng mạnh nên chúng
có khuynh hướng tụ lại với nhau và xuyên qua các “cửa ải” tinh bột. Đồng thời, nhiệt làm tinh bột hồ hóa và chín, nhưng khơng khí cũng như các khí có trong khối bột khơng thấm
qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo nên sẽ giãn nở và làm tinh bột phồng nở.

2.2.3 Tinh bột biến tính:


 Định nghĩa: là tinh bột đã qua các điều kiện gia công nhất định gia nhiệt, xử lý bằng kiềm, acid,…làm thay đổi cấu trúc tinh bột ban đầu
 Mục đích: Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác để phục vụ cho nhu cầu sản xuất. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệpthực 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 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 amylose 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 bền khơng bị thối hóa ở nhiệt độ thấp. Có loại cần độ dẻo,
độ trong, có loại khơng mong muốn những tính chất đó. Vì vậy, q trình biến tính tinh bột nhằm đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật như tăng độ hòa tan, độ nhớt, độ dẻo, độ dai chắc,
tránh hiện tượng thối hóa cấu trúc gel tinh bột.
 Phương pháp biến tính tinh bột: •
Phương pháp biến tính vật lý •
Phương pháp biến tính hóa học •
Phương pháp biến tính hóa sinh
• Biến tính bằng cách kết hợp các phương pháp trên
2.2.3.1. Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý: Tinh bột hồ hóa sơ bộ Pregelatinized starch
Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà khơng cần 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 hồ hóa huyền phù tinh bột bằng nhiệt rồi nhanh chóng sấy khơ để trả lại trạng thái bột khơ trước khi tinh bột bị thối hóa. Trong thực
tế, tinh bột được nấu và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống sấy, ép đùn extrusion hoặc sấy phun. Trong kỹ 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 kỹ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột được hồ hóa và sấy khơ đồng thời nhờ hơi
nóng, do đó hạt tinh bột hầu như còn ngun vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt và nhiệt. Sản phẩm này gọi là tinh bột CWS cold-water swelling starch.
Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau: - 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 Do đó 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 xử lý nhiệt Heat treated starch Trong các điều kiện có kiểm sốt, hạt tinh bột được xử lý nhiệt và sau đó được
trả về trạng thái hạt ban đầu. Tinh bột sản phẩm khơng những duy trì được tính chất hồ hóa đúng mức cook-up mà hồ tinh bột còn có độ nhớt và độ bền được cải thiện.
Có 2 loại q trình xử lý nhiệt, cả hai đều gây ra biến tính vật lý nhưng khơng hồ hóa tinh bột, khơng phá hủy tính ngun vẹn của hạt, hoặc khơng làm mất tính lưỡng chiết
birefringence. - Q trình xử lý nhiệt ẩm heat-moisture treatment: tinh bột được làm ẩm và gia
nhiệt đến quá nhiệt độ hồ hóa, nhưng độ ẩm khơng đủ để q trình hồ hóa xảy ra. Tinh bột xử lý nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính vật lý lâu đời nhất.
- Quá trình “annealing”: là quá trình gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa và giữ trong một thời gian xác định.
Các sản phẩm tinh bột xử lý nhiệt này được xem là tinh bột tự nhiên native và do đó chỉ cần ghi trên nhãn là “tinh bột thực phẩm” “food starch”.
Tinh bột xử lý vi sóng
Phương pháp biến tinh tinh bột bằng vi sóng được xem là một trong những phương pháp “mới nhất” và “sạch nhất” hiện nay. Phương pháp này đang được nghiên cứu và hoàn
thiện để ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhằm thay thế các phương pháp biến tính hóa học. Ngun tắc chung: tác dụng các tia có bước sóng khá ngắn mang năng lượng cao
trong một khoảng thời gian xác định lên khối tinh bột tinh bột có thể ở dạng khô hay dạng huyền phù.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là ta có thể linh hoạt thay đổi các tia có bước sóng khác nhau và thời gian thích hợp nhất nhằm thu được tinh bột có những tính
chất như ý muốn: độ nhớt thích hợp, độ bền gel tăng, giảm khả năng thối hóa, giảm nhiệt độ hồ hóa,…
Tinh bột xử lý áp suất cao High pressure treated starch Bên cạnh phương pháp biến tính tinh bột bằng vi sóng thì phương pháp xử lý tinh
bột ở áp suất cao cũng được xem là một trong những phương pháp “mới nhất” và “sạch nhất” hiện nay. Các nhà khoa học đang nghiên cứu những tính chất mới xuất hiện trên tinh
bột sau khi xử lý ở áp suất cao dể ứng dụng chúng trong thực tế.
Tinh bột có thể được xử lý ở dạng hạt khơ hay dưới dạng huyền phù. Bằng cách thay đổi cường độ áp suất, nhiệt độ xử lý và thời gian thích hợp thì tinh
bột sau xử lý sẽ có những tính chất như mong muốn: tinh bột hồ hóa ở nhiệt độ thường và trong nước lạnh, độ bền gel tăng, khả năng thối hóa giảm, cải thiện độ trong, cấu trúc,…
Trong bài báo cáo này, chúng ta sẽ nghiên cứu sâu hơn ảnh hưởng của áp suất cao lên sự thay đổi các tính chất của hạt tinh bột.
2.2.3.2. Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là q trình biến tính thơng dụng nhất
hiện nay. Dưới tác động của một lượng nhỏ các tác nhân hóa học được cho phép sử dụng, tinh bột bị thay đổi tính chất. Q 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.
Tinh bột biến tính bằng cách cắt mạch Degradation, conversion Biến tính tinh bột bằng cách cắt mạch sẽ cho các sản phẩm tinh bột chứa các
polymer có khối lượng phân tử thấp và độ nhớt giảm, thích hợp dùng trong các sản phẩm cần nồng độ chất khô cao như kẹo và các màng bao.
Tinh bột thủy phân bằng acid Thủy phân acid là phương pháp được ứng dụng trong thương mại đầu tiên, từ những
năm 1900. Acid được cho vào huyền phù tinh bột trong một q trình được kiểm sốt chặt
chẽ, khuấy trộn liên tục trong điều kiện nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ môi trường 25
o
C đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ trương nở của tinh bột khoảng 55
o
C cho đến khi đạt được mức độ thủy phân cần thiết. Chất phản ứng thường dùng là acid hypochloride hoặc
acid sulfuric. Đây là quá trình thủy phân các liên kết α-1,4 và α-1,6-glucoside của tinh bột có acid
xúc tác. Sự thủy phân xảy ra ở các vùng vô định hình của hạt tinh bột, làm giảm độ dài mạch polymer, cấu trúc hạt yếu đi nhưng hình dạng hạt tinh bột khơng
thay đổi.
Mục đích chính của q trình thủy phân tinh bột là làm giảm độ nhớt khi nóng của hồ tinh bột hot viscosity để dùng trong các sản phẩm cần nồng độ tinh bột cao mà không bị
đông đặc, khi làm nguội mới tạo thành gel có độ cứng cao. Sản phẩm được gọi là tinh bột “thin-boiling” hay “acid-thinned”.
Tinh bột oxi hóa và tinh bột được tẩy màu bleaching Tinh bột có thể được biến tính bằng cách sử dụng các tác nhân oxi hóa trong
những điều kiện có kiểm sốt. Tùy thuộc vào loại tác nhân oxi hóa và liều lượng sử dụng mà kiểu biến tính này được phân làm 2 dạng: oxi hóa và tẩy màu bleaching.
- Q trình tẩy màu bleaching: các tác nhân được phép sử dụng bao gồm hydrogen peroxide H
2
O
2
, ammonium persulfate, sodium hoặc calcium hypochlorite, potassium permanganate KMnO
4
, và sodium chlorite. Mục đích của q trình này là tẩy màu nhằm làm tăng độ trắng của tinh bột, bằng cách oxi hóa các hợp chất như carotene,
xanthophyll và các sắc tố khác. Mặc dù mức độ xử lý thấp nhưng một số nhóm hydroxyl của tinh bột cũng bị oxi hóa tạo thành các nhóm carboxyl với tỷ lệ các nhóm carboxyl tạo
thành khơng q 0,1 trên tổng chất khơ của sản phẩm.
Tinh bột tẩy màu có các tính chất gần giống như tinh bột nguyên liệu ban đầu, nhưng có chỉ số vi sinh thấp hơn do tác dụng của các chất oxi hóa sử dụng.
- Q trình oxi hóa oxidization: chỉ có sodium hypochlorite được phép sử dụng nhưng lượng sử dụng cho phép cao hơn nhiều so với quá trình tẩy. Quá trình này bao gồm
2 tác động xảy ra đồng thời: gắn các nhóm carboxyl COOH và carbonyl C = O lên mạch và depolymer hóa một phần các mạch tinh bột. Sự oxi hóa thường xảy ra ở các carbon 2, 3,
và 6 của đơn vị D-glucose của mạch tinh bột. Người ta cho rằng khoảng 25 lượng tác nhân oxi hóa được dùng để cắt mạch carbon, trong khi 75 lượng tác nhân còn lại dùng
để oxi hóa các nhóm hydroxyl Fleche, G. 1985.
Tinh bột oxi hóa có độ nhớt thấp, độ trong cao và bền ở nhiệt độ thấp. Giống như tinh bột thủy phân acid, hồ tinh bột oxi hóa khi nóng cũng có độ nhớt thấp do quá trình cắt
mạch tinh bột. Tuy nhiên, sự chiếm chỗ trong khơng gian của các nhóm carboxyl và carbonyl cản trở các mạch tinh bột ngắn tiến lại gần và tái kết hợp với nhau, do đó gel tạo
thành mềm.
Tinh bột biến tính bằng cách làm bền hóa hoặc gắn thêm nhóm thế Stabilization, substitution
Tinh bột tự nhiên sau khi hồ hóa thường có xu hướng tạo thành các gel cứng do sự tái sắp xếp và kết hợp của các phân tử amylose và tách nước hiện tượng thối hóa. Để hạn
chế hiện tượng này, các nhóm hydroxyl trong phân tử tinh bột sẽ được làm bền bằng cách liên
kết với những nhóm chức hóa học cồng kềnh. Chúng sắp xếp dọc theo mạch polymer tinh bột, chiếm chỗ trong không gian phân tử và cản trở các mạch polymer tái kết hợp với nhau.
Tinh bột biến tính bằng cách này thích hợp dùng trong các sản phẩm thực phẩm cần làm lạnh hoặc lạnh đơng.
Hiệu quả của q trình bền hóa tinh bột phụ thuộc vào số lượng và bản chất của nhóm thế. Mức độ thế DS là đại lượng đo số nhóm thế trên 100 đơn vị
anhydroglucose. Các tinh bột có DS thấp DS 0,2 tương ứng 2 nhóm thế trên 10 đơn vị glucose là những tinh bột thương mại quan trọng. Khi độ DS tăng, tương tác giữa các mạch
polymer trong hạt tinh bột giảm, do đó q trình trương nở và hồ hóa tinh bột xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.
2.2.3.3 Tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa sinh Thủy phân tinh bột bằng các enzyme chọn lọc là một q trình biến tính tinh bột
bằng phương pháp hóa sinh. Tùy thuộc vào mức độ thủy phân mà tạo thành một hỗn hợp với các sản phẩm có độ dài mạch khác nhau như glucose dextrose, maltose,
oligosaccharide, polysaccharide. Sản phẩm có phân tử lượng càng nhỏ thì độ ngọt càng cao và chỉ số DE - số đương lượng đường khử dextrose equivalent càng cao, với chỉ số DE
100 tương ứng với dextrose tinh khiết và DE 0 tương ứng với tinh bột tự nhiên.
Tinh bột xử lý bằng enzyme amylase - α-amylase: là một endoenzyme, có khả năng phân cắt các liên kết α-1,4-glycoside
trên mạch tinh bột và tạo ra các sản phẩm có mạch ngắn dần, không thủy phân được liên kết α-1,6 trên mạch amylopectin, và cũng không phân cắt đuợc các liên kết α-1,4 ở gần điểm
phân nhánh. Khi thủy phân, độ nhớt của dịch tinh bột bị giảm nhanh chóng, do đó q trình thủy phân tinh bột bằng α-amylase còn gọi là q trình dịch hóa.
- β-amylase: là exoenzyme, có khả năng thủy phân tinh bột chậm chạp nhưng sâu sắc. Nó tấn cơng từ đầu khơng khử của các mạch tinh bột và giải phóng ra từng đơn vị
maltose bằng cách thủy phân các liên kết α-1,4. Phản ứng dừng lại khi đến điểm phân nhánh α-1,6 hoặc trước khi đến điểm phân nhánh nếu khơng còn đủ số lượng đơn vị glucose
để phản ứng. Sản phẩm là đường maltose và các β-dextrin giới hạn, vì polysaccharide này không bị phân cắt nữa.
- Glucoamylase: là endoenzyme, phản ứng cắt từng đơn vị glucose từ đầu không khử của mạch tinh bột, có khả năng thủy phân cả liên kết α-1,4 và α-1,6 glycoside, và quá trình
thủy phân liên kết α-1,4 xảy ra nhanh hơn. Nếu thời gian phản ứng đủ lâu, cuối cùng toàn bộ phân tử tinh bột sẽ được thủy phân hoàn toàn thành glucose, bất kể mức độ phân nhánh
của các phân tử tinh bột.
Tinh bột xử lý bằng các enzyme cắt mạch nhánh Debranching enzyme - Các enzyme cắt mạch nhánh debranching enzyme: các enzyme này thủy
phân chọn lọc các liên kết α-1,6-glycoside. Có 2 enzyme loại này thường được sử dụng
là isoamylase và pullulanase, trong công nghiệp thường được thu nhận từ vi khuẩn. - Cyclodextrin glycosyltransferase CDGTase: enzyme này có thể tác động trên
mạch tinh bột hay tinh bột đã biến tính, sản phẩm tạo thành là các mạch vòng chứa các đơn vị glucose liên kết nhau bởi các liên kết α-1,4. Enzyme này cắt các liên kết trong mạch tinh
bột để tạo thành mạch thẳng chứa các đơn vị glucose, sau đó nối 2 đầu mạch lại tại thành cấu trúc vòng. CDGTase từ vi khuẩn được sử dụng để sản xuất các cyclodextrin chứa 6 α-
cyclodextrin, 7 β-cyclodextrin hoặc 8 γ-yclodextrin gốc glucose.
2.2.3.4 Tinh bột biến tính bằng cách kết hợp nhiều phương pháp Do sự phát triển ngày càng lớn mạnh của ngành công nghệ thực phẩm và yêu cầu ngày
càng cao của các sản phẩm thực phẩm, tinh bột biến tính tạo ra phải đáp ứng tất cả các yêu cầu và mục đích cơng nghệ. Chính vì lẽ đó, việc kết hợp nhiều phương pháp xử lý tinh bột là hết
sức cần thiết.
Nguyên tắc chung là lần lượt kết hợp các phương pháp vật lý, hóa học hay hóa sinh xử lý tinh bột để đạt được mục đích cơng nghệ như mong muốn.
Ví dụ như khi ta cần một sản phẩm tinh bột có thể hồ hóa ở nhiệt độ thường đồng thời có độ nhớt thấp và giảm mức độ thối hóa xuống thấp nhất thi sẽ kết hợp xử lý nhiệt, áp suất
cao và dùng các hợp chất thích hợp để tạo liên kết ngang. Loại tinh bột này ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi hơn do những tính
chất ưu việt của chúng.

2.2.4 Ứng dụng của tinh bột biến tính


Xem Thêm
Tải bản đầy đủ (.doc) (48 trang)

×