ĐẶT VẤN ĐỀ Tinh bột từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp thực phẩm. Một trong những loại nguyên liệu quan trọng phổ biến cho sản xuất tinh bột là gạo. Việt Nam là một trong những nước sản xuất lúa gạo nhiều nhất trên thế giới, sản lượng năm 2013 là 44,03; 2014 là 44,9 triệu tấn và năm 2015 là 45,22 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2017). Ở nước ta hầu hết gạo được sử dụng dưới dạng nấu chín, làm bột và tinh bột dùng trong lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi.
Tinh bột gạo có rất nhiều ứng dụng vì nó có những tính chất đặc biệt. Vị của tinh bột gạo trung tính, không làm ảnh hưởng đến hương của sản phẩm khi sử dụng. Một tính chất ưu việt của tinh bột gạo so với các loại tinh bột khác là dễ tiêu hoá nhất. Các nghiên cứu chỉ ra rằng tinh bột gạo có thể hấp thu vào cơ thể người 98 - 100%.
Do khả năng tiêu hoá và không gây dị ứng nên tinh bột gạo được dùng nhiều cho chế biến thức ăn trẻ em và đồ ăn kiêng. Khoa học hiện đại đã chỉ ra rằng, để mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng tinh bột cần phải biến đổi tính chất lý hoá hoặc thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột. Tinh bột tự nhiên sau khi được làm thay đổi tính chất lý hoá (hoặc cấu trúc) cho phù hợp với lĩnh vực sử dụng gọi là tinh bột biến tính. Tinh bột gạo tiền gel là tinh bột gạo tự nhiên đã được biến tính.
Quá trình biến tính này làm cho tinh bột có khả năng hoà tan trong nước lạnh mà không cần gia nhiệt. Chính vì đặc tính này mà nó ứng dụng được rất nhiều trong các ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp thực phẩm. Do khả năng ứng dụng rộng rãi mà tinh bột tiền gel từ lâu đã được thế giới nghiên cứu và sản xuất. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có những sản phẩm tinh bột tiền gel từ gạo, khoai tây, sắn…được nhập khẩu từ Trung Quốc, Thái Lan.
Các nghiên cứu để sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới đã khẳng định tính ưu việt cũng như khả năng ứng dụng rộng rãi của loại tinh bột này trong các ngành công nghiệp đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và dược phẩm (Shuren, 2006). 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ở Việt Nam Vũ Văn Hà (2008), đã tiến hành nghiên cứu trên nguyên liệu sắn để sản xuất ra tinh bột tiền gel từ sắn có độ dính cao dùng làm tá dược để sản xuất thuốc dập viên paracetamol. Tuy nhiên vì nguyên liệu sắn có một số tính chất không bằng tinh bột gạo như khả năng hấp phụ nước thấp hơn và đặc biệt tinh bột gạo không chứa gluten, không gây dị ứng. Bởi vậy tinh bột tiền gel làm từ gạo sẽ là một thành phần lý tưởng cho các sản phẩm dành cho người bị dị ứng gluten, bệnh nhân mắc bệnh celiac.
Để khai thác và tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào từ gạo, gia tăng giá trị và khả năng ứng dụng cho sản phẩm gạo, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm”. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 1. Mục đích Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ để biến tính tinh bột và sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo sử dụng làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo sản phẩm mới từ gạo, nâng cao tính ứng dụng và giá trị thương phẩm cho gạo Việt Nam. Yêu cầu - Đánh giá được chất lượng nguyên liệu gạo, lựa chọn giống lúa phù hợp để sản xuất tinh bột tiền gel; - Xác định được các thông số kỹ thuật của quá trình sản xuất tinh bột gạo; - Xác định được các thông số kỹ thuật quá trình sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo; - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ nguyên liệu gạo.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. GIỚI THIỆU VỀ LÚA GẠO 2. Đặc tính thực vật Lúa (gạo) là cây lương thực chính của thế giới.
Khoảng 90% sản lượng gạo thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở châu Á chủ yếu ở các nước như: Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc và Philipine. Ngoài châu Á, vùng sản xuất gạo chủ yếu ở Brazil, Mỹ, Ai Cập, Colombia, Nigeria và Ý. Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Cây lúa-Oryza sativa Hình 2.
Cấu trúc hạt lúa Nguồn vi. Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo Gạo được sản xuất từ hạt lúa qua quá trình xay sát. - Gluxit là thành phần dinh dưỡng chính của hạt gạo chiếm 70-80%. Gluxit của gạo chủ yếu là tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và phôi.
- Protein: Các giống lúa Việt Nam có hàm lượng Protein chủ yếu trong khoảng 7- 12%. Các giống lúa Nếp có hàm lượng protein cao hơn lúa tẻ. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Lipit: Chủ yếu ở lớp phôi và aleurone. Nếu ở gạo xay là 2,02% thì ở gạo đã xát chỉ còn 0,5%-0,6%.
- Vitamin: Trong lúa gạo còn có 1số vitamin nhất là vitamin nhóm B như B1, B2, B6, PP. lượng vitamin B1 là 0,45mg/100hạt (trong đó ở phôi chiếm 47%, vỏ cám chiếm 34,5% và hạt gạo 3,8%). Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt gạo TT Thành phần Mức 1 Năng lượng 544KJ (130Kcal) 2 Cacbonhydrat 28,59g 3 Chất xơ thực phẩm 0,3g 4 Protein 2,38g 5 Lipit 0,21g 6 Nước 68,61g 7 Thiamine (Vit B1) 0,167mg 8 Riboflavin (Vit B2) 0,616 9 Niacin (Vit B3) 1,835 10 Vit B6 0,05g 11 Axit folic (Vit B9) 2µg 12 Canxi 3mg 13 Sắt 1,49mg 14 Ma giê 13mg 15 Phốt pho 37mg 16 Kali 29mg Nguồn: Cơ sở dữ liệu USDA (2015) 2. TINH BỘT GẠO Tinh bột gạo là tinh bột có kích thước hạt nhỏ nhất trong các loại tinh bột từ hạt.
Kích thước hạt của tinh bột gạo vào khoảng 2-10 microns (Lương Hồng Nga, 2008). Điều này có nghĩa là có rất nhiều hạt trong một đơn vị diện tích và diện tích bề mặt lớn hơn. Vì vậy tinh bột gạo có khả năng hấp thụ bề mặt cao (hấp thụ hương và chất huyền phù). Tinh bột gạo có màu trắng nhất trong các loại tinh bột, các hạt trắng mịn tạo ra độ trơn chảy, độ bóng sáng khi sử dụng để bao viên thuốc và kẹo bánh.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Thành phần của hạt tinh bột Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amyloza và amylopectin. Tỉ lệ amyloza/amylopectin xấp xỉ ¼. Tỷ lệ này có thể thay đổi tùy loại tinh bột.
Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin (Lê Ngọc Tú và cs. Thành phần cấu trúc của amyloza: Amyloza là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicozit. Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amyloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amyloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ.
Đường kính của xoắn ốc là 12,97 Ao, chiều cao của vòng xoắn là 7,91Ao. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Cấu trúc phân tử amyloza Nguồn: Eliasson (2004) 2. Thành phần cấu trúc của amylopectin Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucozit.
Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ. Sự khác biệt giữa amyloza và amylopectin không phải luôn luôn rõ ràng. Bởi lẽ ở các phân tử amyloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh, do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin.
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amyloza nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amyloza/amylopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. Cấu trúc phân tử amylopectin Nguồn: Eliasson (2004) Cấu trúc hoá học của mạch thẳng và mạch nhánh của các loại gạo khác nhau có tỷ lệ khác nhau.
Có nghiên cứu đã cho kết quả là mạch thẳng của tinh bột gạo chiếm khoảng 18,5%, cấu trúc nhánh có độ dài khoảng 22,4 đơn vị D- glucose (Eliasson, 2004). Tính chất của tinh bột 2. Phản ứng thủy phân Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucoza bằng axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa.
Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza. Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Phản ứng tạo phức Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot.
Khi tương tác với iot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amyloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tính hấp thụ của tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này. Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột.
Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng.