Nghiên Cứu Biến Tính Tinh Bột Bằng Các Phương Pháp Oxy Hóa và Axit Ứng Dụng Trong Thực Phẩm

Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng phương pháp oxy hóa axit, ứng dụng trong ngành thực phẩm, nâng cao chất lượng và tính năng sản phẩm.

• Tác giả: Phạm Thị Phương
• Người hướng dẫn: ThS. Bùi Tuấn Hà
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Biến Tính Tinh Bột Bằng Phương Pháp Oxy Hóa và Axit Trong Thực Phẩm
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. PHẦN 1: MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Yêu cầu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa trong khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Khái quát về tinh bột biến tính
• 2.2. Khái niệm tinh bột
• 2.2.1. Cấu trúc của tinh bột
• 2.2.2. Cấu tạo amylose
• 2.2.3. Cấu tạo amylopectin
• 2.2.4. Tinh bột biến tính
• 2.3. Phương pháp sản xuất tinh bột biến tính
• 2.3.1. Phương pháp vật lý
• 2.3.1.1. Trộn với chất rắn trơ
• 2.3.1.2. Biến hình bằng hồ hồ sơ bộ
• 2.3.1.3. Gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao
• 2.3.2. Phương pháp hóa học
• 2.3.2.1. Biến tính bằng axit
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng, hóa chất, thiết bị nghiên cứu
• 3.2. Thiết bị nghiên cứu
• 3.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 3.4.1. Nội dung 1: Nghiên cứu biến tính tinh bột Dong riềng và Ngô bằng tác nhân oxy hóa KMnO4
• 3.4.2. Nội dung 2: Nghiên cứu biến tính tinh bột Dong riềng và Ngô bằng axit HCl trong môi trường nước
• 3.4.3. Nội dung 3: Xác định các chỉ tiêu đối với tinh bột biến tính
• 3.4.4. Nội dung 4: Ứng dụng tinh bột biến tính vào sản xuất sản phẩm sữa chua
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.5.2. Phương pháp phân tích
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu biến tính tinh bột bằng phương pháp sử dụng tác nhân oxy hóa
• 4.1.1. Ảnh hưởng của tác nhân oxy hóa đến tính chất của tinh bột
• 4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến tính chất của tinh bột
• 4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến tính chất của tinh bột
• 4.2. Kết quả biến tính tinh bột bằng phương pháp axit HCl trong môi trường nước
• 4.2.1. Ảnh hưởng hàm lượng axit đến tính chất tinh bột
• 4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian biến tính đến tính chất tinh bột
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Biến Tính Tinh Bột Trong Thực Phẩm

Việt Nam, một quốc gia nông nghiệp, có tiềm năng lớn trong sản xuất tinh bột. Tuy nhiên, tinh bột ở dạng tự nhiên có nhiều hạn chế khi ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Ví dụ, tinh bột ngô chưa biến tính dễ bị hydrat hóa và vỡ hạt khi đun nóng, làm giảm độ nhớt. Do đó, cần biến tính tinh bột để thay đổi cấu trúc và tính chất, mở rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao hiệu quả kinh tế. Biến tính tinh bột là quá trình thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lý, hóa học hoặc enzyme. Quá trình này tạo ra các dẫn xuất của tinh bột với các nhóm chức khác nhau, mang lại các tính chất mới so với tinh bột tự nhiên. Điều này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và giá trị kinh tế của tinh bột.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Tinh Bột Biến Tính và Ứng Dụng

Tinh bột biến tính là tinh bột đã trải qua quá trình thay đổi cấu trúc phân tử, tạo ra các phân tử polysaccharide mạch ngắn hơn hoặc gắn các chất, các nhóm khác vào phân tử tinh bột. Quá trình này có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm sử dụng nhiệt độ, axit, enzyme, hoặc các chất oxy hóa. Tinh bột biến tính được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm vì nó cung cấp nhiều thuộc tính đặc biệt mà tinh bột thường không có. Ví dụ, nó có thể được sử dụng làm chất tạo đặc, chất ổn định, hoặc chất tạo màng.

1.2. Cấu Trúc và Thành Phần Chính Của Tinh Bột Tự Nhiên

Tinh bột bao gồm hai thành phần chính là amylose (Am) và amylopectin (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. 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.

II. Thách Thức và Hạn Chế Của Tinh Bột Tự Nhiên Trong Thực Phẩm

Tinh bột tự nhiên có nhiều nhược điểm khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Các hạt tinh bột ngô 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. Điều này làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột này trong nhiều loại thương phẩm. Nhược điểm khác bao gồm 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.

2.1. Các Vấn Đề Về Độ Ổn Định và Khả Năng Hòa Tan Của Tinh Bột

Một trong những vấn đề lớn nhất của tinh bột tự nhiên là độ ổn định kém và khả năng hòa tan hạn chế. Khi đun nóng, tinh bột có thể bị thoái hóa, mất đi độ nhớt và tạo thành các khối vón cục. Điều này gây khó khăn trong quá trình chế biến và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, tinh bột tự nhiên cũng khó hòa tan trong nước lạnh, đòi hỏi phải có nhiệt độ cao và khuấy trộn liên tục để đạt được độ hòa tan mong muốn.

2.2. Hạn Chế Trong Ứng Dụng Do Tính Chất Vật Lý Kém Ổn Định

Tính chất vật lý kém ổn định của tinh bột tự nhiên cũng là một hạn chế lớn trong ứng dụng. Tinh bột có thể bị biến đổi cấu trúc khi chịu tác động của nhiệt độ, áp suất, hoặc pH, dẫn đến sự thay đổi về độ nhớt, độ dẻo, và khả năng tạo gel. Điều này gây khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm và đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý đặc biệt để đảm bảo tính ổn định của tinh bột trong quá trình sản xuất.

III. Phương Pháp Oxy Hóa Tinh Bột Bí Quyết Cải Thiện Tính Chất

Phương pháp oxy hóa là một trong những cách hiệu quả để biến tính tinh bột, giúp cải thiện nhiều tính chất quan trọng. Quá trình này thường sử dụng các tác nhân oxy hóa như KMnO4 để tạo ra các nhóm carboxyl trên phân tử tinh bột. Điều này làm tăng khả năng hòa tan, độ bền gel và độ nhớt của tinh bột. Nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ tác nhân oxy hóa, nhiệt độ và thời gian biến tính đều ảnh hưởng đến tính chất của tinh bột sau khi oxy hóa.

3.1. Ảnh Hưởng Của Tác Nhân Oxy Hóa Đến Độ Hòa Tan Của Tinh Bột

Tác nhân oxy hóa có ảnh hưởng đáng kể đến độ hòa tan của tinh bột. Khi tinh bột được xử lý bằng các tác nhân oxy hóa, các liên kết glycosidic trong phân tử tinh bột bị phá vỡ, tạo ra các phân tử nhỏ hơn và dễ hòa tan hơn trong nước. Nồng độ và loại tác nhân oxy hóa sử dụng sẽ ảnh hưởng đến mức độ hòa tan của tinh bột.

3.2. Tối Ưu Hóa Nhiệt Độ và Thời Gian Oxy Hóa Để Đạt Hiệu Quả Cao

Nhiệt độ và thời gian oxy hóa là hai yếu tố quan trọng cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao trong quá trình biến tính tinh bột. Nhiệt độ quá cao có thể làm hỏng cấu trúc của tinh bột, trong khi nhiệt độ quá thấp có thể làm chậm quá trình oxy hóa. Thời gian oxy hóa cũng cần được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo rằng tinh bột được oxy hóa hoàn toàn mà không bị phân hủy quá mức.

3.3. So Sánh Hiệu Quả Giữa Các Tác Nhân Oxy Hóa Khác Nhau

Có nhiều tác nhân oxy hóa khác nhau có thể được sử dụng để biến tính tinh bột, mỗi tác nhân có ưu và nhược điểm riêng. Một số tác nhân oxy hóa phổ biến bao gồm hydrogen peroxide, potassium permanganate, và sodium hypochlorite. Việc lựa chọn tác nhân oxy hóa phù hợp phụ thuộc vào loại tinh bột sử dụng, yêu cầu về tính chất của tinh bột biến tính, và các yếu tố kinh tế.

IV. Phương Pháp Axit Hóa Tinh Bột Cách Tạo Ra Tinh Bột Ưu Việt

Phương pháp axit hóa là một phương pháp khác để biến tính tinh bột, sử dụng axit vô cơ như HCl để thủy phân các liên kết glycosidic trong phân tử tinh bột. Quá trình này làm giảm kích thước phân tử và thay đổi tính chất của tinh bột. Tinh bột axit hóa thường có độ nhớt thấp hơn, khả năng tạo gel tốt hơn và độ ổn định cao hơn so với tinh bột tự nhiên. Hàm lượng axit, nhiệt độ và thời gian biến tính là các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả.

4.1. Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Axit Đến Tính Chất Của Tinh Bột Biến Tính

Hàm lượng axit sử dụng trong quá trình axit hóa có ảnh hưởng lớn đến tính chất của tinh bột biến tính. Hàm lượng axit cao có thể dẫn đến sự thủy phân quá mức của tinh bột, làm giảm độ nhớt và độ bền gel. Ngược lại, hàm lượng axit thấp có thể không đủ để biến tính tinh bột một cách hiệu quả. Do đó, cần phải điều chỉnh hàm lượng axit một cách cẩn thận để đạt được các tính chất mong muốn.

4.2. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thời Gian Axit Hóa Đến Cấu Trúc Tinh Bột

Thời gian axit hóa cũng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét. Thời gian axit hóa quá dài có thể dẫn đến sự phân hủy của tinh bột, trong khi thời gian axit hóa quá ngắn có thể không đủ để biến tính tinh bột một cách đầy đủ. Nghiên cứu cho thấy rằng thời gian axit hóa tối ưu phụ thuộc vào loại tinh bột sử dụng, hàm lượng axit, và nhiệt độ biến tính.

4.3. So Sánh Tinh Bột Axit Hóa Từ Các Nguồn Nguyên Liệu Khác Nhau

Tinh bột axit hóa có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, chẳng hạn như ngô, khoai tây, và sắn. Mỗi loại tinh bột có cấu trúc và thành phần khác nhau, do đó tinh bột axit hóa từ các nguồn nguyên liệu khác nhau sẽ có các tính chất khác nhau. Việc lựa chọn nguồn nguyên liệu phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của tinh bột biến tính.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Tinh Bột Biến Tính Trong Sản Xuất

Tinh bột biến tính có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, bao gồm làm chất tạo đặc, chất ổn định, chất tạo màng và chất kết dính. Ví dụ, tinh bột biến tính được sử dụng trong sản xuất sữa chua để cải thiện độ đặc và độ mịn. Nghiên cứu đã thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính trong sản xuất sữa chua và đánh giá cảm quan sản phẩm. Kết quả cho thấy tinh bột biến tính có thể cải thiện chất lượng sản phẩm.

5.1. Sử Dụng Tinh Bột Biến Tính Để Cải Thiện Kết Cấu Sản Phẩm Sữa Chua

Tinh bột biến tính có thể được sử dụng để cải thiện kết cấu của sản phẩm sữa chua bằng cách tăng độ đặc, độ mịn, và khả năng giữ nước. Tinh bột biến tính cũng có thể giúp ngăn ngừa sự tách lớp và sự hình thành whey trong sữa chua. Việc sử dụng tinh bột biến tính trong sản xuất sữa chua có thể giúp tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao và ổn định hơn.

5.2. Đánh Giá Cảm Quan Sản Phẩm Sữa Chua Bổ Sung Tinh Bột Biến Tính

Đánh giá cảm quan là một bước quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm sữa chua bổ sung tinh bột biến tính. Các chỉ tiêu cảm quan cần được đánh giá bao gồm màu sắc, mùi vị, kết cấu, và cảm giác trong miệng. Kết quả đánh giá cảm quan sẽ giúp xác định loại tinh bột biến tính và nồng độ sử dụng phù hợp để tạo ra các sản phẩm sữa chua có hương vị và kết cấu hấp dẫn.

5.3. Các Ứng Dụng Tiềm Năng Khác Của Tinh Bột Biến Tính Trong Thực Phẩm

Ngoài sữa chua, tinh bột biến tính còn có nhiều ứng dụng tiềm năng khác trong công nghiệp thực phẩm. Tinh bột biến tính có thể được sử dụng trong sản xuất bánh kẹo, đồ uống, nước sốt, và các sản phẩm chế biến sẵn. Việc sử dụng tinh bột biến tính có thể giúp cải thiện chất lượng, độ ổn định, và thời hạn sử dụng của các sản phẩm này.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Tinh Bột Biến Tính

Nghiên cứu về biến tính tinh bột bằng phương pháp oxy hóa và axit đã mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Việc cải thiện tính chất của tinh bột giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình biến tính và khám phá các ứng dụng mới của tinh bột biến tính. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế biến tính và ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau sẽ giúp phát triển các sản phẩm tinh bột biến tính chất lượng cao và đáp ứng nhu cầu thị trường.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Về Biến Tính Tinh Bột Bằng Oxy Hóa và Axit

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cả phương pháp oxy hóa và axit đều có thể được sử dụng để biến tính tinh bột và cải thiện các tính chất của nó. Phương pháp oxy hóa có thể làm tăng độ hòa tan và độ bền gel của tinh bột, trong khi phương pháp axit có thể làm giảm độ nhớt và tăng độ ổn định. Việc lựa chọn phương pháp biến tính phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của tinh bột biến tính.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Về Tinh Bột Biến Tính Kháng Tiêu Hóa

Một hướng nghiên cứu tiềm năng trong lĩnh vực tinh bột biến tính là phát triển các loại tinh bột biến tính kháng tiêu hóa. Tinh bột kháng tiêu hóa có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, chẳng hạn như cải thiện kiểm soát đường huyết, giảm cholesterol, và tăng cường sức khỏe đường ruột. Việc nghiên cứu và phát triển các loại tinh bột biến tính kháng tiêu hóa có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong ngành công nghiệp thực phẩm và chăm sóc sức khỏe.

6.3. Đề Xuất Các Nghiên Cứu Tiếp Theo Để Tối Ưu Hóa Quy Trình Biến Tính

Để tối ưu hóa quy trình biến tính tinh bột, cần thực hiện các nghiên cứu tiếp theo để khám phá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính, chẳng hạn như nồng độ tác nhân biến tính, nhiệt độ, thời gian, và pH. Các nghiên cứu này cũng nên tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp biến tính khác nhau đến cấu trúc và tính chất của tinh bột, cũng như khả năng ứng dụng của tinh bột biến tính trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nông nghiệp nhiệt đới gió mùa với hơn một nửa dân số làm nông nghiệp, sở hữu nguồn tài nguyên cây lương thực dồi dào như lúa, ngô, sắn, khoai lang và dong riềng. Đây là nguồn nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất tinh bột và các dẫn xuất tinh bột. Tuy nhiên, tinh bột ở trạng thái tự nhiên bộc lộ nhiều hạn chế kỹ thuật khi đưa vào chế biến thực phẩm: khi gia nhiệt, hạt tinh bột dễ bị hydrat hóa, trương nở nhanh rồi vỡ hạt làm sụt giảm độ nhớt tạo thành khối keo dễ chảy; tính kị nước gây khó khăn cho sự phân tán; độ nhớt biến động khó kiểm soát khi nấu; cấu trúc dạng gel dễ bị thoái hóa, tách nước khi hạ nhiệt độ hoặc giảm pH; độ trong của gel kém và dễ hình thành thể dính cao su đối với một số loại củ và ngũ cốc.

Để khắc phục các nhược điểm này, công nghệ biến tính tinh bột bằng các tác nhân vật lý, hóa học hoặc enzym được phát triển nhằm biến đổi cấu trúc phân tử polysaccharide, tạo ra các dẫn xuất mới (như oxy hóa nhóm rượu bậc nhất thành nhóm carboxyl, cắt ngắn mạch hoặc gắn nhóm chức ngoại lai) với các tính chất công nghệ ưu việt hơn. Tại Việt Nam, phần lớn phụ gia tinh bột biến tính sử dụng trong sản xuất công nghiệp vẫn phải nhập khẩu với chi phí cao, trong khi các công trình trong nước chủ yếu dừng ở quy mô phòng thí nghiệm. Xuất phát từ thực tiễn trên, khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp oxy hóa, axit ứng dụng trong thực phẩm" của sinh viên Phạm Thị Phương (chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên) đã được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu được tác giả xác định cụ thể:

1. Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp oxy hóa và axit.
2. 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.
3. Nghiên cứu ứng dụng tinh bột biến tính vào sản xuất sản phẩm thực phẩm.

Nhiệm vụ và yêu cầu nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Nghiên cứu biến tính tinh bột ở các điều kiện biến tính khác nhau: nhiệt độ, hàm lượng axit, tác nhân oxy hóa…
2. 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.
3. Thử nghiệm tinh bột biến tính và tinh bột tự nhiên lên sản phẩm thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Tinh bột Dong riềng (đại diện cho nguồn tinh bột củ) và tinh bột Ngô (đại diện cho nguồn tinh bột ngũ cốc).
• Phạm vi không gian: Phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm thuộc Viện Khoa học sự sống và Phòng Vi sinh thuộc Khoa Công nghệ sinh học - Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 11/2015 đến tháng 05/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết và khung pháp lý

Về mặt hóa học, tinh bột là polysaccharide dự trữ cấu tạo từ hai thành phần chính: Amylose (Am) có mạch thẳng gồm các gốc D-glucose liên kết qua liên kết $\alpha$-1,4-glucosid và Amylopectin (Ap) có cấu trúc phân nhánh kết hợp giữa liên kết $\alpha$-1,4 và $\alpha$-1,6-glucosid. Tỷ lệ Am/Ap khác nhau quyết định trực tiếp đến nhiệt độ hồ hóa, độ nở, độ nhớt, khả năng tạo màng và xu hướng thoái hóa của khối gel.

Khóa luận hệ thống hóa các nhóm phương pháp biến tính tinh bột:

• Phương pháp vật lý: Trộn chất rắn trơ nhằm ngăn vón cục; hồ hóa sơ bộ kết hợp sấy phun/sấy thùng quay để tạo tinh bột trương nở trong nước lạnh; gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao (175 - 195°C trong 7 - 18 giờ) xúc tác axit để tạo dextrin trắng (95 - 120°C), dextrin vàng (120 - 180°C) hoặc pirodextrin (170 - 195°C).
• Phương pháp hóa học: Biến tính bằng axit (xúc tác thủy phân cắt đứt liên kết glucosid, ưu tiên vùng vô định hình giàu Ap trước khi vào vùng kết tinh theo quy trình của Robyt trong môi trường cồn hoặc Ali & Kemf trong môi trường nước); biến tính bằng kiềm; biến tính tạo liên kết ngang bằng axit boric, natri tripolyphosphat (STPP) hoặc natri trimetaphosphat (STMP); biến tính bằng chất oxy hóa (sử dụng $\text{KMnO}_4$, $\text{NaClO}$, $\text{H}_2\text{O}_2$ tạo nhóm carboxyl và phân cắt mạch).
• Phương pháp sinh học: Sử dụng enzym $\alpha$-amylase (thủy phân nội mạch cắt liên kết $\alpha$-1,4 ngẫu nhiên làm giảm nhanh độ nhớt) và $\beta$-amylase (cắt từng đơn vị maltose từ đầu không khử).

Khung pháp lý được trích dẫn trong văn bản là Thông tư số 27/2012/TT-BYT của Bộ Y tế về quản lý phụ gia thực phẩm, quy định danh mục các loại tinh bột biến tính được phép sử dụng tại Việt Nam từ mã quốc tế INS E1400 đến E1451 (bao gồm E1401 tinh bột xử lý axit, E1404 tinh bột xử lý oxy hóa, các dạng distarch phosphat, starch acetat, hydroxypropylated starch).

Phương pháp nghiên cứu và bố trí thí nghiệm

Khóa luận sử dụng các hóa chất phân tích gồm $\text{KMnO}_4$, $\text{HCl}$, $\text{NaOH}$, $\text{KOH}$, cồn 96°. Thiết bị thí nghiệm bao gồm tủ sấy (Đức), máy đo pH, máy đo độ nhớt, máy ly tâm, bể ổn nhiệt (Trung Quốc) cùng các dụng cụ đo lường tiêu chuẩn.

Hệ thống công thức thí nghiệm được xây dựng theo các biến số công nghệ:

1. Thí nghiệm biến tính bằng tác nhân oxy hóa $\text{KMnO}_4$: Cố định 100 g tinh bột trong 250 ml nước.
   • Khảo sát nồng độ tác nhân (ở 30°C, 30 phút): Đối chứng (0%), CT1 (0,1%), CT2 (0,15%), CT3 (0,2%), CT4 (0,25%), CT5 (0,3%).
   • Khảo sát nhiệt độ biến tính (nồng độ $\text{KMnO}_4$ 0,25%, 30 phút): Đối chứng (0°C/không xử lý), CT6 (20°C), CT7 (30°C), CT8 (40°C), CT9 (50°C), CT10 (60°C).
   • Khảo sát thời gian biến tính (nồng độ $\text{KMnO}_4$ 0,25%, ở 30°C): Đối chứng (0 phút), CT11 (20 phút), CT12 (30 phút), CT13 (40 phút), CT14 (50 phút), CT15 (60 phút).
2. Thí nghiệm biến tính bằng axit $\text{HCl}$ 0,5N trong môi trường nước: Cố định 100 g tinh bột trong 250 ml nước, sau phản ứng trung hòa bằng $\text{NaOH}$ 1N đến pH 6,5 - 7,0, ly tâm lọc rửa, sấy 50°C.
   • Khảo sát hàm lượng axit (ở 50°C, 60 phút): Đối chứng (0 ml), CT16 (50 ml), CT17 (100 ml), CT18 (150 ml), CT19 (200 ml).
   • Khảo sát thời gian biến tính (axit $\text{HCl}$ 0,5N 150 ml, ở 50°C): Đối chứng (0 phút), CT20 (30 phút), CT21 (60 phút), CT22 (90 phút), CT23 (120 phút).

Nhóm thí nghiệm	Yếu tố thay đổi	Dải thông số khảo sát	Điều kiện cố định	Chỉ tiêu đo lường
Oxy hóa (Nồng độ)	Nồng độ $\text{KMnO}_4$	0% (ĐC); 0,1% - 0,3% (bước 0,05%)	100 g tinh bột/250 ml nước, 30°C, 30 phút	Độ nhớt, độ hòa tan, độ bền gel
Oxy hóa (Nhiệt độ)	Nhiệt độ phản ứng	20°C - 60°C (bước 10°C)	100 g tinh bột/250 ml nước, $\text{KMnO}_4$ 0,25%, 30 phút	Độ nhớt, độ hòa tan, độ bền gel
Oxy hóa (Thời gian)	Thời gian phản ứng	20 - 60 phút (bước 10 phút)	100 g tinh bột/250 ml nước, $\text{KMnO}_4$ 0,25%, 30°C	Độ nhớt, độ hòa tan, độ bền gel
Axit (Hàm lượng)	Thể tích $\text{HCl}$ 0,5N	50, 100, 150, 200 ml	100 g tinh bột/250 ml nước, 50°C, 60 phút	Độ nhớt, độ hòa tan, độ bền gel
Axit (Thời gian)	Thời gian thủy phân	30, 60, 90, 120 phút	100 g tinh bột/250 ml nước, 150 ml $\text{HCl}$ 0,5N, 50°C	Độ nhớt, độ hòa tan, độ bền gel

Phương pháp phân tích và đánh giá

• Độ nhớt: Hòa tan 30 g tinh bột trong 200 ml nước, sử dụng bể ổn nhiệt khảo sát qua các dải nhiệt độ 50°C, 55°C, 60°C, 65°C, 70°C, 75°C và xác định độ nhớt dịch tinh bột tại nhiệt độ hồ hóa bằng máy đo độ nhớt.
• Độ hòa tan ($\text{ĐHT}$): Hòa 2 g tinh bột khô vào 50 ml nước, đun 80°C trong 20 phút, ly tâm lấy phần dịch nổi cho vào cốc nhôm, sấy ở 105°C đến khối lượng không đổi ($m'$), tính theo công thức: $\text{ĐHT} (%) = (m'/m) \times 100$.
• Độ bền gel: Cân 0,1 g tinh bột vào ống nghiệm 25 mm (3 lần lặp lại), làm ẩm bằng 0,2 ml cồn etylic 95%, thêm 2 ml dung dịch $\text{KOH}$ 0,2N, lắc Vortex, đun cách thủy sôi 8 phút, làm lạnh trong nước đá 20 phút. Đặt ống nghiệm nằm ngang trên giấy kẻ ly, sau 60 phút đo chiều dài dòng chảy của gel (mm). Tiêu chí phân loại: Gel mềm (61 - 100 mm), Gel trung bình (41 - 60 mm), Gel cứng (26 - 40 mm).
• Thử nghiệm sản xuất sữa chua: Phối trộn 2 g sữa đặc, 3 g đường, 5 g sữa bột trong 25 ml nước tinh khiết, bổ sung 75 ml sữa tươi và tinh bột biến tính, cấy 3% men sữa chua giống Vinamilk, lên men ở 43°C trong 6 - 8 giờ, bảo quản lạnh 4 - 6°C.
• Đánh giá cảm quan: Áp dụng phương pháp cho điểm chất lượng TCVN 3215-79 với hội đồng 7 thành viên, sử dụng thang điểm 20 (6 bậc từ 0 đến 5 điểm), đánh giá 4 chỉ tiêu: Cấu trúc (hệ số trọng lượng 1,2), Vị (hệ số 1,0), Mùi (hệ số 1,0), Màu sắc (hệ số 0,8). Tổng điểm chia thành 6 cấp: Tốt (18,6 - 20,0), Khá (15,2 - 18,5), Trung bình (11,2 - 15,1), Kém (7,2 - 11,1), Rất kém (4,0 - 7,1), Hỏng (0,0 - 3,9).

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần 1: Mở đầu

Tác giả trình bày tính cấp thiết của việc nghiên cứu biến tính tinh bột từ các nông sản sẵn có tại Việt Nam (ngô, dong riềng) nhằm thay thế phụ gia nhập ngoại, giải quyết đầu ra cho nông sản và nâng cao giá trị chuỗi sản xuất. Phần này công bố mục tiêu 3 điểm, yêu cầu kỹ thuật 3 điểm, cùng ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài trong việc nghiên cứu tương quan các chỉ tiêu hóa lý (độ nhớt, độ bền gel, độ hòa tan) và tạo tiền đề chuyển giao ứng dụng vào chế biến thực phẩm.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết chi tiết cấu trúc phân tử polysaccharide, cơ chế thoái hóa và hồ hóa của tinh bột tự nhiên. Tác giả phân tích chuyên sâu các phương pháp biến tính vật lý, hóa học, enzym và tra cứu tình hình nghiên cứu:

• Trong nước: Dẫn chứng số liệu diện tích và sản lượng ngô (12.253 ha, 1.034.200 tấn năm 1997), khoai lang và sắn; nghiên cứu sản xuất dextrin từ sắn dùng làm chất mang thuốc trừ sâu Basudin và nhang trừ muỗi của Huỳnh Công Định (1993); nghiên cứu biến tính tinh bột củ bằng $\text{HCl}$ 1N dùng cho ngành giấy của Phạm Văn Hùng (2000); công nghệ tinh bột acetat của Lương Thị Như Hoa (2011); nghiên cứu của Trương Thị Minh Hạnh và Nguyễn Thị Hoài Tâm (2006) về biến tính axit tinh bột huỳnh tinh (37,5% tinh bột, 112,5 ml $\text{HCl}$ 0,5N, 78 phút cho độ bền gel 536 g, độ nhớt 39,04 Cts) bổ sung hỗn hợp gelatin 0,2% - alginate 0,2% - tinh bột biến tính 0,6% vào sữa chua; nghiên cứu liên kết ngang STPP/STMP trên tinh bột sắn của Nguyễn Nhật Minh Phương và Dương Thị Phượng Liên (2014); ứng dụng bột tẩm màng bao của Công ty Chế biến Thủy sản Cam Ranh và sản xuất bánh quy xốp của Trường Cao đẳng Lương thực Thực phẩm.
• Ngoài nước: Khái quát lịch sử nghiên cứu từ Bellmas (1897) về xử lý axit $\text{HCl}$ loãng (1 - 3%) ở 55 - 60°C trong 12 - 14 giờ; nghiên cứu biến tính tinh bột lúa mì làm bánh mì của Yangsheng Wu và Paul A. Seib (1990); photphat hóa tinh bột ngô và lúa mì bằng STPP/STMP của Seib (1993); nghiên cứu chỉ số thế (DS) và vi cấu trúc tinh bột ngô của Aning Ayucitra (2012).
• Các hướng ứng dụng: Tạo cấu trúc cho snack và bánh quy; sản xuất tinh bột kháng tiêu hóa hỗ trợ người tiểu đường và béo phì (Baixauli, 2008); thay thế chất béo trong mayonnaise và bơ thực vật (Sajilata, 2005); vi bọc màng bao bảo quản thịt (Jeon, Vasathan & Song, 2003) và ứng dụng kỹ thuật trong công nghiệp giấy, dệt, keo dán.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết danh mục hóa chất, nguồn gốc thiết bị, quy trình chuẩn bị mẫu, 4 nội dung nghiên cứu lớn và 2 quy trình công nghệ cốt lõi:

• Quy trình biến tính oxy hóa: Phối trộn huyền phù tinh bột $\rightarrow$ bổ sung dung dịch $\text{KMnO}_4$ theo nồng độ $\rightarrow$ ổn nhiệt $\rightarrow$ làm nguội $\rightarrow$ ly tâm rửa sạch $\rightarrow$ sấy 50°C trong 24 giờ $\rightarrow$ nghiền và rây thu sản phẩm.
• Quy trình biến tính axit trong môi trường nước: Phối trộn huyền phù $\rightarrow$ thêm $\text{HCl}$ 0,5N $\rightarrow$ phản ứng ở 50°C $\rightarrow$ trung hòa bằng $\text{NaOH}$ 1N về pH 6,5 - 7,0 $\rightarrow$ ly tâm rửa nhiều lần $\rightarrow$ sấy 50°C, nghiền, rây.
• Quy trình công nghệ chế biến sữa chua bổ sung tinh bột biến tính và phương pháp đánh giá cảm quan TCVN 3215-79 trên thang điểm 20.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương này công bố và phân tích các số liệu thực nghiệm thu được từ biến tính tinh bột Dong riềng và tinh bột Ngô:

1. Kết quả biến tính bằng tác nhân oxy hóa $\text{KMnO}_4$:
   • Ảnh hưởng của nồng độ $\text{KMnO}_4$ (0,1% - 0,3% ở 30°C, 30 phút): Độ hòa tan tăng tỷ lệ thuận với nồng độ tác nhân, tăng mạnh ở nồng độ ban đầu (đến 0,15%) rồi chậm dần. Tinh bột Dong riềng có độ hòa tan thấp hơn tinh bột Ngô (mẫu ĐC Dong riềng đạt 4%, mẫu ĐC Ngô đạt 20%). Chiều dài gel tăng dần từ 8 cm (ĐC Dong riềng) lên cực đại 13,6 cm ở nồng độ 0,2%, sau đó giảm nhẹ tại 0,25%; trong khi Ngô tăng từ 5 cm (ĐC) lên 5,7 - 6,4 cm. Theo tiêu chuẩn phân loại, tinh bột Dong riềng thuộc nhóm gel mềm (chiều dài dòng chảy lớn), tinh bột Ngô thuộc nhóm gel cứng. Về độ nhớt, tinh bột Ngô có độ nhớt cao hơn Dong riềng; độ nhớt Dong riềng tăng từ 90 mPa.s (ĐC) lên 150 - 250 mPa.s ở dải nồng độ đến 0,25%, nhưng khi tăng lên 0,3% độ nhớt tụt xuống 185 mPa.s do nồng độ oxy hóa cao gây đứt gãy sâu sắc các mạch polysaccharide. Nồng độ 0,25% $\text{KMnO}_4$ được lựa chọn tối ưu.
   • Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính (20°C - 60°C với 0,25% $\text{KMnO}_4$, 30 phút): Độ hòa tan của Dong riềng tăng từ 8,5% (20°C) lên cực đại 17% ở 30°C (so với 4% ở mẫu ĐC), sau đó giảm xuống 10,5% tại 40°C do nhiệt độ cao gây đứt mạch tinh bột. Tinh bột Ngô cũng đạt đỉnh độ tan và giảm chậm quanh 30°C. Chiều dài gel Dong riềng tăng từ 8 cm (ĐC) lên 13,8 cm ở 30°C, đạt 14,6 cm ở 40°C rồi giảm dần. Độ nhớt của tinh bột Dong riềng tăng từ 90 mPa.s (ĐC) lên 110 mPa.s (20°C) và đạt đỉnh 185 mPa.s ở 30°C, sau đó suy giảm từ 40°C. Nhiệt độ 30°C được chọn là điều kiện tối ưu.
   • Ảnh hưởng của thời gian biến tính (20 - 60 phút với 0,25% $\text{KMnO}_4$ ở 30°C): Độ hòa tan Dong riềng tăng từ 7% (20 phút) lên đỉnh 9% ở 30 phút (so với 4% ở mẫu ĐC), nhưng kéo dài đến 40 phút độ hòa tan tụt xuống 4,5% và tiếp tục giảm. Chiều dài gel Dong riềng tăng từ 8 cm (ĐC) lên 13,7 cm (20 phút) và 14,6 cm (30 - 40 phút) rồi suy giảm. Thời gian tối ưu được xác định là 30 phút.
2. Kết quả biến tính bằng axit $\text{HCl}$ 0,5N và thử nghiệm sữa chua: Tác giả khảo sát các biến thiên độ hòa tan, độ nhớt và độ bền gel theo hàm lượng axit (50 - 200 ml) và thời gian (30 - 120 phút), đồng thời tiến hành lựa chọn mẫu tinh bột biến tính thích hợp phối chế vào sữa chua, đánh giá cảm quan chất lượng thành phẩm theo TCVN 3215-79.

Kết quả và đóng góp thực nghiệm

Kết quả định lượng chính

Thực nghiệm đã xác lập được sự biến thiên có tính quy luật của các tính chất hóa lý trên tinh bột Dong riềng và tinh bột Ngô dưới tác động của oxy hóa $\text{KMnO}_4$:

Mẫu tinh bột / Điều kiện	Nồng độ $\text{KMnO}_4$ (%)	Nhiệt độ (°C)	Thời gian (phút)	Độ hòa tan (%)	Độ nhớt (mPa.s)	Chiều dài gel (cm)	Phân loại gel
Dong riềng (Đối chứng)	0	-	0	4,0	90	8,0	Gel mềm
Dong riềng (Biến tính)	0,20	30	30	Đang tăng	215	13,6	Gel mềm
Dong riềng (Tối ưu)	0,25	30	30	17,0 (tại 30°C)	250 (đạt đỉnh)	13,8 - 14,6	Gel mềm
Dong riềng (Quá giới hạn)	0,30	30	30	Tăng chậm	185 (giảm)	Giảm	Gel mềm
Ngô (Đối chứng)	0	-	0	20,0	Cao hơn Dong riềng	5,0	Gel cứng
Ngô (Biến tính)	0,25	30	30	Tăng cao	Cao hơn Dong riềng	5,7 - 6,4	Gel cứng

Giải pháp và kiến nghị công nghệ của tác giả

• Xác lập bộ thông số công nghệ thích hợp cho biến tính oxy hóa tinh bột bằng $\text{KMnO}_4$: nồng độ tác nhân 0,25%, nhiệt độ phản ứng 30°C và thời gian phản ứng 30 phút. Các thông số này cho phép đạt độ nhớt và khả năng tạo gel cao nhất, đồng thời tránh hiện tượng phân cắt mạch quá mức gây sụt giảm chất lượng hồ tinh bột.
• Khẳng định đặc tính tạo gel riêng biệt của từng nguồn nguyên liệu: Tinh bột Dong riềng sau biến tính tạo cấu trúc gel mềm với chiều dài dòng chảy lớn (8,0 - 14,6 cm), thích hợp cho các sản phẩm dạng sệt hoặc bán lỏng; trong khi tinh bột Ngô tạo gel cứng và độ nhớt nền cao hơn, thích hợp cho các sản phẩm đòi hỏi độ định hình và độ bền cơ học.
• Đề xuất quy trình ứng dụng tinh bột biến tính làm chất ổn định tạo cấu trúc trong chế biến sữa chua nhằm thay thế các phụ gia hydrocolloid ngoại nhập đắt tiền (alginate, carrageenan, gelatin, pectin, polyaards).

Đóng góp kỹ thuật

Khóa luận đã so sánh trực tiếp song song phản ứng biến tính trên hai nhóm tinh bột củ và tinh bột ngũ cốc nội địa trong cùng điều kiện thực nghiệm; cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm về nhiệt độ, nồng độ và thời gian tác động đến các tính chất vật lý của tinh bột Dong riềng và Ngô; kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế vào quy trình công nghệ chế biến sữa chua ở quy mô phòng thí nghiệm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được hoàn thành với các giới hạn do điều kiện nghiên cứu phòng thí nghiệm:

• Hạn chế về phạm vi thực nghiệm: Đề tài mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (mỗi mẻ biến tính 100 g tinh bột); chỉ khảo sát đơn lẻ tác nhân oxy hóa $\text{KMnO}_4$ và axit $\text{HCl}$ vô cơ trong môi trường nước, chưa mở rộng sang các phương pháp biến tính kết hợp (liên kết ngang kết hợp oxy hóa hoặc ester hóa).
• Hạn chế về phân tích cấu trúc: Các tính chất hóa lý mới dừng lại ở việc đo độ nhớt quy ước, độ hòa tan ở 80°C và độ bền gel theo chiều dài chảy kiềm; chưa có số liệu phân tích cấu trúc vi mô bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) hay giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) để định lượng mức độ oxy hóa (hàm lượng nhóm carboxyl/carbonyl) và mức độ suy giảm vùng kết tinh.
• Hướng mở rộng nghiên cứu: Hoàn thiện quy trình công nghệ ở quy mô pilot; khảo sát khả năng lưu trữ, độ bền đông kết - rã đông và hiện tượng tách nước của gel tinh bột biến tính trong thời gian bảo quản dài ngày; thử nghiệm mở rộng trên các dòng sản phẩm thực phẩm khác như kem, xúc xích, sốt mayonnaise, bánh nướng hoặc màng bao ăn được.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu tham khảo phục vụ các nhóm đối tượng:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Công nghệ Sinh học: Cung cấp phương pháp luận thực nghiệm về biến tính hóa học polysaccharide, quy trình bố trí thí nghiệm biến tính bằng $\text{KMnO}_4$ và $\text{HCl}$.
• Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm và nghiên cứu phát triển (R&D): Cung cấp quy trình chi tiết về kỹ thuật đo độ bền gel bằng phương pháp kiềm hóa $\text{KOH}$ 0,2N trên giấy kẻ ly chia vạch và quy trình đánh giá cảm quan thực phẩm theo TCVN 3215-79 trên hệ điểm 20.
• Các cơ sở chế biến tinh bột và sản xuất sữa: Cung cấp thông số kỹ thuật định hướng cho việc khai thác nguồn củ dong riềng và hạt ngô địa phương để sản xuất phụ gia tạo đặc, ổn định cấu trúc thực phẩm.

Câu hỏi thường gặp

Khóa luận nghiên cứu trên những loại nguyên liệu tinh bột nào và vì sao có sự lựa chọn này?

Khóa luận lựa chọn hai loại nguyên liệu là tinh bột Dong riềng và tinh bột Ngô. Đây là hai nguồn nông sản có sản lượng lớn tại Việt Nam, đại diện cho hai nhóm tinh bột điển hình: tinh bột củ (Dong riềng, đặc trưng bởi hàm lượng amylose riêng biệt, gel mềm, độ trong cao) và tinh bột ngũ cốc (Ngô, đặc trưng bởi liên kết hạt chặt chẽ, tạo gel cứng và độ nhớt cao). Việc so sánh song song giúp làm rõ khả năng thích ứng của từng nguồn tinh bột đối với tác nhân biến tính hóa học.

Tiêu chí phân loại độ bền gel trong nghiên cứu được xác định như thế nào?

Độ bền gel được xác định dựa trên đặc tính chảy dài của khối gel kiềm hóa trên mặt phẳng ngang chia vạch sau 60 phút:

• Gel cứng: Chiều dài dòng chảy từ 26 mm đến 40 mm.
• Gel trung bình: Chiều dài dòng chảy từ 41 mm đến 60 mm.
• Gel mềm: Chiều dài dòng chảy từ 61 mm đến 100 mm. Kết quả cho thấy tinh bột Ngô (chiều dài dòng chảy 50 - 64 mm) thuộc nhóm gel cứng/trung bình, còn tinh bột Dong riềng (chiều dài dòng chảy 80 - 146 mm) thuộc nhóm gel mềm.

Điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa tinh bột bằng $\text{KMnO}_4$ được tác giả đề xuất là gì?

Điều kiện tối ưu được lựa chọn cho tinh bột Dong riềng là: nồng độ tác nhân $\text{KMnO}_4$ 0,25%, nhiệt độ biến tính 30°C và thời gian phản ứng 30 phút. Tại ngưỡng này, độ nhớt của tinh bột đạt đỉnh (250 mPa.s) và độ hòa tan đạt mức cao (17% ở 30°C); nếu vượt qua ngưỡng này (như tăng lên 0,3% $\text{KMnO}_4$ hoặc kéo dài thời gian quá 40 phút), mạch tinh bột bị phân cắt quá mức làm độ nhớt sụt giảm xuống 185 mPa.s.

Quy chuẩn pháp lý nào được tác giả viện dẫn đối với phụ gia tinh bột biến tính?

Tác giả viện dẫn Thông tư số 27/2012/TT-BYT của Bộ Y tế hướng dẫn việc quản lý phụ gia thực phẩm, trong đó quy định danh mục các loại tinh bột biến tính được phép sử dụng trong thực phẩm tại Việt Nam, bao gồm các mã số quốc tế như E1400 (Dextrin), E1401 (xử lý axit), E1404 (xử lý oxy hóa), E1412 (Distarch phosphat), E1420 (Starch acetat), E1442 (Hydroxypropyl distarch phosphat).

Tinh bột biến tính được ứng dụng thử nghiệm vào sản phẩm nào và đánh giá theo tiêu chuẩn gì?

Tinh bột biến tính được ứng dụng làm phụ gia tạo cấu trúc trong sản phẩm sữa chua (lên men từ sữa đặc, sữa bột, sữa tươi và đường bằng 3% men sữa chua Vinamilk ở 43°C trong 6 - 8 giờ). Chất lượng sữa chua được đánh giá cảm quan theo TCVN 3215-79 bởi hội đồng 7 thành viên, chấm điểm trên thang điểm 20 với 4 chỉ tiêu trọng số: cấu trúc (hệ số 1,2), vị (hệ số 1,0), mùi (hệ số 1,0) và màu sắc (hệ số 0,8).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phạm Thị Phương đã khảo sát thực nghiệm quá trình biến tính hóa học bằng phương pháp oxy hóa ($\text{KMnO}_4$) và thủy phân axit ($\text{HCl}$) trên hai nguồn nguyên liệu tinh bột Dong riềng và tinh bột Ngô. Tác giả đã xác định được quy luật biến đổi của độ nhớt, độ hòa tan và độ bền gel theo nồng độ tác nhân, nhiệt độ và thời gian phản ứng, đồng thời tìm ra thông số tối ưu cho biến tính oxy hóa là 0,25% $\text{KMnO}_4$ ở 30°C trong 30 phút. Công trình đã chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng tinh bột biến tính làm chất ổn định tạo cấu trúc cho sản phẩm sữa chua theo tiêu chuẩn cảm quan TCVN 3215-79, góp phần cung cấp cơ sở thực nghiệm cho việc phát triển phụ gia thực phẩm từ nguồn nông sản nội địa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.