ĐẶT VẤN ĐỀ Maltodextrin là một sản phẩm tinh bột biến tính, có những tính chất khác biệt hơn so với tinh bột. Maltodextrin là sự đa dạng hoá thêm ứng dụng của tinh bột trong sản xuất công nghiệp cũng như đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Maltodextrin có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược phẩm. Trong công nghệ thực phẩm maltodextrin là chất cố định mùi, vị; thay đổi cấu trúc và tăng cảm quan thực phẩm; chất trợ sấy; tăng năng lượng cho thực phẩm ăn kiêng.
giúp thực phẩm dễ hòa tan, dễ tiêu hóa, tăng giá trị dinh dưỡng. Vì vậy, Maltodextrin được dùng trong sản xuất sữa bột, bột trái cây hòa tan, cà phê, bánh ngọt, nước xốt, tương ớt. Maltodextrin có cấu trúc đường đơn giản, tạo cảm giác ngon miệng và tiêu hóa dễ dàng được sử dụng nhiều trong thức ăn trẻ em, người già, bệnh nhân, đặc biệt dành cho người bệnh tiểu đường và người già. Do đó, các nhà khoa học thực phẩm đã không ngừng nỗ lực trong việc điều chỉnh các thuộc tính của maltodextrin cho phù hợp với yêu cầu sản xuất thực phẩm.
Tính đến nay, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về biến tính tinh bột. Tuy nhiên, chỉ có một số ít công trình nghiên cứu ở nước ngoài đã nghiên cứu về việc biến tính maltodextrin. Biến tính tinh bột bằng phương pháp Argon-plasma là một trong những phương pháp đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhờ vào khả năng làm thay đổi cấu trúc và tính chất của tinh bột mà không sử dụng các hợp chất hóa học độc hại. Argon là một khí không màu, không mùi, không gây phản ứng hóa học với mẫu xử lý nhưng lại có khả năng truyền tải phản ứng lên bề mặt mẫu thông qua các điện tử, ion trong quá trình xử lý plasma.
Bên cạnh đó loại khí này khá phổ biến, chi phí thấp, sẵn có và cho năng suất cao khi xử lý. Nghiên cứu về ảnh hưởng của Argon- plasma lên sự thay đổi cấu trúc, tính chất hóa lý của maltodextrin đã mở ra một hướng nghiên cứu mới góp phần đa dạng kĩ thuật biến tính maltodextrin. CƠ SỞ KHOA HỌC, TÍNH THỰC TIỄN VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Trong điều kiện thường các chất khí ở trạng thái trung hòa về điện. Khi có một dòng điện (dòng các điện tử tự do) chạy qua chất khí thì tình trạng cân bằng sẽ biến mất.
Các điện tử tự do va chạm với các nguyên tử khí làm cho các điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử đó bắn ra. Khi bị mất một hoặc vài điện tử, nguyên tử trở thành phần tử mang điện dương (ion dương). Khi đó, chất khí trở thành plasma. Tinh bột dưới tác dụng của các hạt electron, nguyên tử, phân tử, và ion được phát ra từ plasma sẽ bị thay đổi cấu trúc trong đó có sự tạo thành các liên kết ngang hoặc bị depolymer hóa tạo thành các phân tử có kích thước nhỏ hơn như các dextrin, đường, nước… Ứng dụng Argon- plasma để biến tính tinh bột vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu.
Đã có một số công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế về sự biến tính tinh bột bằng plasma. Phần lớn các công trình nghiên cứu này đều được thực hiện trên các loại tinh bột, chưa có bài báo nào nghiên cứu về ảnh hưởng của plasma lên sự thay đổi cấu trúc và tính chất của maltodextrin. Những kết quả thu được rất khả quan mà Ji-Jun Zou và cộng sự (2003), Deeyai và cộng sự (2012), Nguyễn Thị Lý trong khóa luận thạc sĩ trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM (2013) đã công bố. Đây là nền tảng và cơ sở khoa học để chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu của mình.
Thông qua đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc và tính chất của maltodextrin qua quá trình xử lý Argon-plasma ở áp suất thường” chúng tôi sẽ làm sáng tỏ sự thay đổi về cấu trúc, tính chất hóa lý của maltodextrin sau khi xử lý plasma. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu quá trình biến tính maltodextrin dạng hạt bằng Argon-plasma với các khoảng thời gian xử lý khác nhau. - Đánh giá sự thay đổi về cấu trúc hóa học, tính chất hóa lý của maltodextrin trước và sau xử lý Argon-plasma ở áp suất thường thông qua các phép đo FTIR, DE, Iodine Bliding, không gian màu Lab, Insintric Visicocity và Free Acidity. 3 Luan van CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
GIỚI THIỆU CHUNG Theo định nghĩa của Cơ quan Thực phẩm và Thuốc của Hoa Kỳ (FDA) thì maltodextrin là các loại polysaccharide không ngọt, có công thức (C6H10O5)n.H2O, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn (bằng enzym hoặc acid), có đương lượng dextrose (DE) từ 4 đến 20. Đặc tính của maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE nhận được. Maltodextrin tan trong nước và thường được tồn tại dạng bột trắng dễ hút ẩm hoặc dạng dung dịch đậm đặc. Maltodextrin được thừa nhận là phụ gia cho thực phẩm và dược phẩm an toàn cho người dùng trực tiếp (Loannis S.
Maltodextrin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và dược phẩm. Sản phẩm có DE từ 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy được dùng để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước xốt, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp sản xuất đồ uống, đặc biệt là đồ uống cho trẻ em, đồ uống và thức ăn riêng cho vận động viên thể thao, làm kẹo gum mềm, làm chất trợ sấy, chất giữ hương, yếu tố tạo hình. Sản phẩm có DE từ 15-18 được sử dụng làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan, làm mật vang các thành phần không phải đường. Sản xuất Maltodextrin được sản xuất bằng cách tiến hành thủy phân tinh bột xuống thành các glucose polymer với chiều dài chuỗi trung bình là từ 5 đến 10 đơn vị glucose.
Trên lý thuyết, ta có thể tiến hành quá trình thủy phân bằng enzyme (α – amylase, 1,4-α-D-glucan glucano- hydrolase, EC 3.1) hoặc acid (thông thường là acid hydrochloric) trong quá trình sản xuất. Với phương pháp thủy phân dưới tác dụng của acid, tinh bột sẽ được thủy phân với acid HCl ở nồng độ 0,02 – 0,03 M tại 135 – 150oC trong thời gian từ 5 – 8 phút, quá trình điều chỉnh DE được thực hiện bằng cách thay đổi nhiệt độ phản ứng trong một khoảng thời gian cố định. Sau đó, dung dịch thủy phân sẽ được tiến hành lọc màu và cô đặc. Tuy nhiên 4 Luan van trên thực tế, việc sử dụng acid để thủy phân tạo ra quá nhiều glucose tự do và do đó maltodextrin sau quá trình sản xuất có khuynh hướng bị thoái hóa mạnh và kết quả là tạo ra dung dịch đục.
Các mảnh tinh bột thẳng trong sản phẩm thủy phân có chỉ số DE thấp sẽ tái kết hợp với nhau tạo thành một khối không tan dẫn đến dung dịch bị đục, điều này sẽ ảnh hưởng đến quá trình ứng dụng maltodextrin. Vì thế, quá trình sản xuất maltodextrin thương mại sẽ được thực hiện bằng phương pháp thủy phân tinh bột bằng enzyme (Morehouse, 1972) Huyền phù tinh bột ban đầu được hóa lỏng bằng cách đun nóng ở nhiệt độ 70 – 90oC tại pH trung tính và phản ứng với α – amylase có nguồn gốc từ vi khuẩn để có chỉ số DE từ 2 - 15. Tinh bột sau thủy phân ở dạng lỏng được hấp trong autoclave ở 110 – 150oC để hồ hóa hoàn toàn phần tinh bột còn lại sau đó được làm nguội và tiếp tục xử lý enzyme để đạt được DE mong muốn. Maltodextrin cũng có thể sản xuất bằng cách sử dụng kết hợp cả acid và enzyme là chất xúc tác cho quá trình thủy phân.
Ban đầu, chất xúc tác acid sẽ thủy phân huyền phù tinh bột đến chỉ số DE từ 5 – 15 sau đó trung hòa và tiếp tục tiến hành thủy phân dưới tác dụng của α – amylase có nguồn gốc từ chủng vi khuẩn Bacillus subtilis hoặc Bacillus mesentericus, việc này giúp cho quá trình đục không xảy ra và sự thoái hóa là không xảy ra trong quá trình lưu trữ (Armbruster, 1971). Với phương pháp như trên sẽ giúp giải quyết được việc dung dịch bị đục khi tiến hành thủy phân tinh bột bằng acid và sản phẩm tạo ra sẽ có tính hút ẩm thấp cũng như khả năng tan trong nước tốt. Sau khi kết thúc quá trình thủy phân, pH của dung dịch maltodextrin thô sẽ được điều chỉnh đến 4,5 và lọc để loại bỏ một lượng nhỏ các chất xơ, lipid và protein còn sót lại. Tiếp đó, dung dịch sẽ được cô đặc chân không đến khi đạt 75% chất khô hoặc thường thì cao hơn và được sấy phun thành dạng bột trắng có độ ẩm từ 3 – 5%.
Phản ứng dextrin hóa được tiến hành đến chỉ số DE sản phẩm mong muốn, sau 1 giờ, DE sẽ đạt 10 – 12, 2 giờ sẽ đạt từ 15 – 16. Sản phẩm maltodextrin có chỉ số DE thấp sẽ có khuynh hướng thoái hóa trong dung dịch trong khi ở giá trị DE cao hơn sẽ tạo ra dung dịch có độ nhớt thấp hơn độ ngọt cao hơn. Có hai loại maltodextrin thương mại thường được sử dụng là maltodextrin có chỉ số DE trong khoảng 10 – 14 và 15 – 19. Thành phần của sản phẩm maltodextrin không chỉ phụ thuộc vào chỉ số DE mà còn ảnh hưởng bởi phương pháp thủy phân sử dụng acid hay enzyme 5 Luan van hoặc kết hợp cả hai, đối với khi sử dụng phương pháp thủy phân bằng acid sẽ cho tỷ lệ dextrin có phân tử lượng cao hơn nhưng lại dễ bị thoái hóa.
Thành phần và cấu tạo hóa học Là một sản phẩm từ tinh bột, trong thành phần của maltodextrin chứa amylose và amylopectin. Vì vậy, maltodextrin được xem xét như một polymer D-glucose gồm các đơn vị D-glucose trong chuỗi có chiều dài biến. Các đơn vị D-glucose được liên kết với nhau bằng liên kết α (1 → 4) glycosidic và liên kết α (1 → 6) glycosidic (S. Maltodextrin cấu tạo gồm một hỗn hợp của các chuỗi khác nhau 3-17 đơn vị glucose có nguồn gốc từ bột bắp, sắn, khoai, lúa mì, v.
Amylose là polymer mạch thẳng được cấu tạo từ các phân tử đường D-glucose liên kết với nhau bởi liên kết α- 1,4 glucoside và có một lượng nhỏ liên kết α-1,6 glucoside tạo nhánh chứa trong amylose tuy nhiên lượng nhánh này xuất hiện rất ít và các nhánh này dài nên có thể xem amylose là một polyme mạch thẳng. Mỗi phân tử amylose có một đầu khử và một đầu không khử.