Đặt vấn đề Việt Nam là một nước nông nghiệp, trên một nửa dân số sống dựa vào nghề nông, đồng thời nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thuận lợi cho việc phát triển nhiều loại cây trồng trong đó các loại cây lương thực chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và là nguồn nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp sản xuất tinh bột. Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bị hạn chế. Ví dụ, các hạt tinh bột ngô nếu ở dạng chưa biến tính, khi đun nóng sẽ dễ dàng hydrat hóa, trương nhanh rồi vỡ hạt làm giảm độ nhớt để tạo nên một khối keo và dễ chảy. Vì vậy làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột này trong nhiều loại thương phẩm.
Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ở tính chảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột; tính không hòa tan; tính kém trương nở; độ nhớt tăng trong nước lạnh; sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớt khi nấu. Sự dính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bột đã nấu, đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dễ thoái hóa khi kéo dài thời gian đun nóng hay giảm pH, độ kém trong. Biến tính tinh bột, tức là làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhận vật lý, hóa học hoặc enzym để tạo ra các dẫn xuất của tinh bột với các nhóm chức rượu bậc nhất trong phân tử, bị oxy hóa đến nhóm cacboxyl hoặc những dẫn xuất tinh bột với phân tử được gắn nhóm chức hóa học khác nhau… để tạo ra các tính chất mới hơn tinh bột tự nhiên ban đầu. Nhờ vậy nâng cao được lĩnh vực ứng dụng và từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và hiệu quả kinh tế (Corn starch, 2006) [17].
Đối với ngành công nghệ thực phẩm đang rất cần các loại phụ gia hỗ trợ cho sản xuất. Nguồn nguyên liệu tinh bột nước ta rất phong phú và có sản lượng lớn. Tinh bột biến tính có nhiều tính chất mới có khả năng cải thiện các tính chất của sản phẩm và hỗ trợ sản xuất. Ở nước ta việc nghiên cứu biến tính tinh bột chưa phát triển mạnh hầu hết các nghiên cứu đều chỉ dừng ở mức phòng thí nghiệm.
Các sản 2 phẩm tinh bột biến tính được sản xuất với qui mô công nghiệp trong nước hầu như chưa có. Tinh bột biến tính sử dụng trong công nghiệp hiện tại nhập ngoại với giá thành cao (Vũ Thị Ngọc Bích, 2013) [2]. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài: “Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp oxy hóa, axit ứng dụng trong thực phẩm”, được nghiên cứu với mục tiêu nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất quan trọng của các loại tinh bột khác nhau nhàm hướng tới khả năng ứng dụng cho sản xuất thực phẩm, làm tăng giá trị kinh tế của tinh bột nói chung và các sản phẩm nông sản nói riêng, góp phần thúc đẩy phát triển nông nghiệp và công nghiệp chế biến thực phẩm. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 1.
Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp oxy hóa và axit. - Nghiên cứu các chỉ tiêu giữa tinh bột biến tính và tinh bột tự nhiên khi ở cùng điều kiện biến tính : nhiệt độ, thời gian, tác nhân biến tính. - Nghiên cứu ứng dụng tinh bột biến tính vào sản xuất sản phẩm thực phẩm. Yêu cầu của đề tài - Nghiên cứu biến tính tinh bột ở các điều kiện biến tính khác nhau: nhiệt độ, hàm lượng axit, tác nhân oxy hóa, … - Nghiên cứu các chỉ tiêu giữa tinh bột biến tính và tinh bột tự nhiên khi ở cùng điều kiện biến tính : nhiệt độ, thời gian, tác nhân biến tính.
- Thử nghiệm tinh bột biến tính và tinh bột tự nhiên lên sản phẩm thực tế 1. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong khoa học - Đây là nghiên cứu về biến tính tinh bột hướng tới mục tiêu khả năng tạo gel, tạo độ nhớt và độ hòa tan của tinh bột biến tính so với tinh bột tự nhiên. - Nghiên cứu hướng tới các chức năng của tinh bột sẽ có nhiều thuận lợi khi áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản phẩm thực tế.
- Tạo tiền đề cho những nghiên cứu về tinh bột cho sinh viên khóa sau 3 1. Ý nghĩa thực tiễn - Tạo ra nhiều sản phẩm mới từ tinh bột - Giải quyết đầu ra cho một số sản phẩm nông sản từ đó nâng cao giá trị kinh tế cho nông sản giúp cải thiện đời sống nhân dân. - Khác phục vấn đề nhập các phụ gia từ nước ngoài 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Khái quát về tinh bột biến tính 2.
Khái niệm tinh bột Tinh bột là một loại polysacchrit dự trữ chủ yếu ở thực vật, có trong các hạt hòa thảo, trong củ, thân cây và lá cây, một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Tinh bột được giải phóng khi tế bào bị phá vỡ. Hàm lượng tinh bột được dự trữ, thành phần, kích thước và hình dạng của hạt tinh bột trong các nguyên liệu khác nhau thì khác nhau.
Cấu trúc của tinh bột Tinh bột bao gồm hai thành phần chính là Amilose (Am) và Amilopectin (Ap) với các tỉ lệ khác nhau tùy loại. Ngoài hai thành phần này tinh bột còn có một phần rất nhỏ các chất béo, protein và các chất tro. Am có cấu tạo mạch thẳng gồm các phân tử D – glucoza liên kết bằng liên kết 1,4-glucozit, Ap có cấu trúc mạch nhánh trong đó các đơn vị glucoza liên kết với nhau bởi liên kết 1,4 và 1,6 glucozit 5 (Banks, 1975) Am và Ap khác nhau về cấu tạo và nhiều tính chất nên các loại tinh bột với tỷ lệ Am/Ap khác nhau cũng có nhiều tính chất và khả năng ứng dụng khác nhau (Lê Ngọc Tú và cs, 2000)[12]. Cấu tạo amylose Hình 2.
Cấu tạo amylopectin Tinh bột tự nhiên tồn tại dạng hạt và có nhiều tính chất đặc trưng: tính chất thủy nhiệt, khả năng hồ hóa tạo dịch nhớt dẻo, khả năng tạo gel, tạo màng, tạo độ phồng, khả năng bị thoái hóa… Khi làm thay đổi ở mức độ nào đó các tính chất của tinh bột cho phù hợp với yêu cầu sản xuất dưới tác động của các nhân tố nhứ vật lý, 6 hóa học hay enzym nào đó người ta gọi là biến tính tinh bột (Lê Ngọc Tú và cs. Tinh bột biến tính Tinh bột biến tính là loại tinh bột đã qua quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử, tạo ra các phân tử polysaccharide mạch ngắn hơn hay gắn các chất, các nhóm khác vào phân tử tinh bột. Dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt độ, acid, enzyme, các chất oxy hóa… dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học của tinh bột (Lê Ngọc Tú và cs. 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 lý do: - Chúng cung cấp nhiều thuộc tính đặc biệt mà tinh bột thường không thể.
Ví dụ như 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”. Trong những ứng dụng khác, tinh bột biến tính có thể cung cấp nhiều chức năng rộng lớn, từ kết nối hòa tan, từ hấp thụ 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 - Tinh bột thì nhiều và có sẵn - Có tính kinh tế vì rẻ hơn một số chất có tính năng tương tự như gum Hiện nay tinh bột đã được sử dụng rất phổ biến trong các loại thực phẩm và đã được quy định rõ trong thông tư số: 27/2012/TT-BYT hướng dẫn về việc quản lý phụ gia thực phẩm dưới đây là một số loại tinh bột biến tính được phép sử dụng trong thực phẩm ở việt nam[14]: - E1400: Dextrin, tinh bột rang trắng và vàng - E1401: Tinh bột đã được xử lý acid - E1402: Tinh bột đã được xử lý kiềm - E1403: Tinh bột đã khử màu - E1404: Tinh bột đã xử lý oxy hóa - E1405: Tinh bột đã xử lý enzym - E1401: Tinh bột đã được xử lý acid 7 - E1410: Monostarch phosphate - E1411: Distarch glycerol - E1412: Distarch phosphate - E1413: Phosphated distarch phosphate - E1414: Acetylated distarch phosphate - E1420: Starch acetate este hóa với acetic anhydride - E1421: Starch acetate este hóa với vinyl acetate - E1422: Acetylated distarch adipate - E1423: Acetylated distarch glycerol - E1440: Hydroxypropyl starch - E1442: Hydroxypropyl distarch phosphate - E1450: Starch natri octenyl succinat - E1451: Acetylated oxydized starch Phương pháp sản xuất tinh bột biến tính 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 enzym 2. Phương pháp vật lý a. Trộn với chất rắn trơ Tinh bột có ái lực với nước nhưng nếu hòa trực tiếp vào nước thì sẽ bị vón cục.
Có thể làm cho tinh bột phân tán tốt vào nước nếu đầu tiên đem trộn nó với chất rắn trơ. Khi trộn đồng đều sẽ làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lý do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập và không kết thành cục (Lê Văn Hoàng và cs, 2007)[7]. Biến hình bằng hồ hố sơ bộ Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước, sau đó sấy phun hoặc sấy thùng quay. Dưới 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 (Lê Văn Hoàng và Cs, 2007)[7].
8 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 loại này nếu đi từ tinh bột amilopectin thì sẽ làm t 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.