Đề tài Công nghệ sản xuất Maltodextrin từ tinh bột bắp, chỉ số DE = 10

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KĨ THUẬT HÓA HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Lớp: HC06TP Bài báo cáo CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM Đề tài Sản xuất maltodextrin từ tinh bột bắp,chỉ số DE=10 Giảng viên : PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn Người thực hiện: Hoàng Ngọc Thạch Nguyễn Quang Tuyến Bùi Minh Trường Lưu Hồng Mẫn 2 MỤC LỤC Nội dung Trang MỞ ĐẦU.......................................................................................... 5 I.Giới thiệu về nguyên liệu ................................................................ 6 1. Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột............................ 6 2. Thành phần hóa học của tinh bột.............................................. 7 3. Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột ......................................... 11 4. Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước ........................................................................................ 13 5.Chỉ tiêu chất lượng của nguyên liệu .......................................... 15 II. Quy trình công nghệ ..................................................................... 17 III. Thuyết minh quy trình ................................................................. 19 A.Sơ đồ ..................................................................................... 19 B. Sơ đồ 2 .................................................................................. 29 IV. So sánh 2 quy trình ...................................................................... 35 V. Sản phẩm ..................................................................................... 35 1. Phân tích sản phẩm hoàn thành ................................................ 35 2. Chaát löôïng cuûa saûn phaåm maltodextrin ................................... 36 VI. Thành tựu công nghệ.....................................................................................36 VII. Tài liệu tham khảo ..................................................................... 39 3 DANH SÁCH BẢNG Bảng số Tựa bảng Trang 1 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột ..................................... 7 2 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột ................................... 14 3 Thành phần hóa học của tinh bột bắp ........................................ 15 4 Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp.............................................15 5 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm maltodextrin dạng bột....... 36 4 DANH SÁCH HÌNH Hình số Tựa hình Trang 1 Cấu tạo của tinh bột ....................................................................8 2 Cấu trúc amylose …………………………………………………9 3 Amylose và amylopectin………………………………………….10 4 Phản ứng thủy phân của tinh bột .................................................11 5 Thiết bị thủy phân.......................................................................21 6 Thiết bị lọc .................................................................................25 7 Thiết bị cô đặc chân không .........................................................26 8 Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn ....................................................28 9 Thiết bị henze cooker..................................................................30 5 MỞ ĐẦU 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. Sản phẩm có thể ở dạng bột màu trắng 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. 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. 6 I.Giới thiệu về nguyên liệu: Tinh bột bắp là một loại tinh bột ngũ cốc đặc trưng với sự khác biệt là hàm lượng protein và khoáng thấp. Tinh bột bắp có tất cả các tính chất của tinh bột tự nhiên với một vài nét đặc trưng như đặc điểm không tạo bọt, không loãng trong dung dịch đang sôi. 1. Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột. Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả 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. Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt ... Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amylose và amylopectin. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hóa học. Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết. Các phương pháp để tách và xác định hàm lượng amylose và amylopectin là: - Chiết rút amylose bằng nước nóng. - Kết tủa amylose bằng rượu. - Hấp thụ chọn lọc amylose trên cellulose. Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucozơ được nối nhau bởi các liên kết α- glycozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lí của chúng. Tinh bột thường dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương, như các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm.Ngoài ra tinh bột còn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, công nghiệp dệt, hóa dầu... Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước. Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Các hyđrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá. Có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống: 7 - Hệ thống tinh bột của các hạt cốc; - Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu; - Hệ thống tinh bột của các củ; Bảng 1.. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột Nguồn Kích thước Hạt ,nm Hình dáng Hàm lượng amylose,% Nhiệt độ hồ hóa, o C Hạt ngô 10-30 Đa giác hoặc tròn 25 67-75 Lúa mì 5-50 tròn 20 56-80 Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài 46-62 Đại mạch 5-40 Bầu dục 68-90 Yến mạch 5-12 Đa giác 55-85 Lúa 2-10 Đa giác 13-35 70-80 Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 60-71 Kiều mạch 5-15 Tròn dẹp Chuối 5-60 Tròn 17 Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 56-69 Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 52-64 Sắn 5-35 Tròn Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41 Hạt tinh bột của tất cả hệ thống nêu trên hoặc có dạng hình tròn, hình bầu dục, hay hình đa giác. Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thóc. Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến những tính chất cơ lí khác nhau như nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp thụ xanh metylen ... Có thể dùng phương pháp lắng để phân chia một hệ thống tinh bột ra các đoạn có kích thước đồng đều để nghiên cứu. 2. Thành phần hóa học của tinh bột Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccharide khác nhau: amylose và amylopectin. Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ ¼. Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin. Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylose chiếm trên dưới 50%. 8 Hình 1: Cấu tạo của tinh bột a) Thành phần cấu trúc của amylose. Trong vi hạt, tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 0,02-0,12nm. Hạt tinh bột của tất cả các hệ có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa diện. Cấu tạo và kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng như quá trình sinh trưởng của cây. Cấu tạo bên trong của vi hạt tinh bột khá phức tạp. Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amylose dạng tinh thể và amylopectin xắp xếp theo phương hướng tâm. Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucozit của amylose và amylopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucozơ một vòng. Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35- 0,7 μm; trong khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 μm. Hơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucozit của các polysaccharide phải ở dạng gấp khúc nhiều lần Các mạch polysaccharide sắp xếp hướng tâm tạo ra độ tinh thể: các mạch bên của một phân tử amylopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia. 9 Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài. Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài. Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán. Hầu hết, các loại tinh bột đều chứa hai loại polyme khác nhau về khối lượng phân tử và cấu trúc hóa học: -Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicozit. Amylose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Có hai loại amylose: - Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp ( Khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β- amilaza. - Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với β−amilaza nên chỉ bị phân hủy 60%. Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A 0 , chiều cao của vòng xoắn là 7,91A 0 . Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Hình 2: Cấu trúc amylose b)Thành phần cấu trúc của amylopectin 10 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. Hình 3: Amylose và amylopectin 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 amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin. Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amylose nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amylose/amylopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. 11 3. Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột a) Phản ứng thủy phân Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucozơ bằng axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng paste, 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. Hình 4:. Phản ứng thủy phân của tinh bột Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng. 12 Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột ở các nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả năng phản ứng với andehyt trong môi trường axit. Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo thành không có khả năng tan trong nước. b)Phản ứng tạo phức Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot. Khi tương tác với iot, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Để phản ứng được thì các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iot. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng. Amylose với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iot. Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ. Ngoài khả năng tạo phức với iot, amylose 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.. c)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. 13 d) Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt. Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng). Ngoài ra, nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê, trà hòa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất. 4. Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước a) Độ tan của tinh bột Amylose mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước . Amylopectin khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng. Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột b)Sự trương nở Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột. Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp: 9,1%, tinh bột khoai tây: 12,7%, tinh bột sắn: 28,4%. c)Tính chất hồ hóa của tinh bột Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Các biến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định. Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn. 14 Bảng 2 . Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột d) Độ nhớt của hồ tinh bột Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột. e) Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết 15 hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử nước. Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá. 5. Chỉ tiêu chất lượng của nguyên liệu: a)Tinh bột bắp: Thành phần chủ yếu của tinh bột bắp là glucid, có lẫn một số chất khác như protein, lipid, và các loại khoáng như calcium, iron, magnesium,sodium…Ngoài ra, tinh bột bắp có độ ẩm thấp. Bảng 3: Thành phần hóa học của tinh bột bắp Hàm lượng (%) Nước 8,32 Protein 0,26 Lipid 0,05 Carbohydrate 91,27 Khoáng 0,09 Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp Hàm lượng (%) Độ ẩm ≤ 14 Khoáng ≤ 0,15 Protein ≤ 0,5 Lipid ≤ 0,2 Carbohydrate ≥ 85,15 Màu sắc : trắng hơi vàng b)Nước: Chỉ tiêu cảm quan: -Không màu -Không mùi -Không vị Chỉ tiêu hóa lý: -Chất khô: tối đa 850mg/L -Sắt, mangan, nhôm: tối đa 0.1mg/l 16 Chỉ tiêu vi sinh: -Yêu cầu hàm lượng vi sinh càng thấp càng tốt. -Tổng số vi khuẩn hiếu khí: tối đa 75cfu/mL -Không có vi sinh vật gây bệnh. c) Enzyme alpha-amylase: Enzyme alpha-amylase từ Bacillus licheniformis và Bacillus stearothermophilus loại G995. Chúng xúc tác thủy phân tinh bột ở nhiệt độ cao: 95-100 o C. Còn ở nhiệt độ 105-108 o C, hoạt tính enzyme giảm nhưng không bị vô hoạt. pHop= 5,4-6,1 d) Na2CO3 e)HCl f) Than hoạt tính 17 II. Quy trình công nghệ: 1. Sơ đồ 1: Dextrin hóa Tẩy màu- chỉnh pH Lọc Cô đặc Bả Lọc Sấy phun Than hoạt tính Na2CO3 Tinh bột bắp Alpha- amylase Phối trộn Hồ hóa Dịch hóa Nước Sản phẩm Acid HCl 18 2.Sơ đồ 2: Dextrin hóa Tẩy màu- chỉnh pH Lọc Cô đặc Bả Lọc Sấy phun Than hoạt tính Alpha- amylase Na2CO3 Tinh bột bắp Phối trộn Hồ hóa Dịch hóa Nước Acid HCl Sản phẩm 19 III. Thuyết minh quy trình: A.Sơ đồ 1: 1/ Phối trộn: a)Mục đích: -Chuẩn bị: xử lý sơ bộ mẫu bằng cách làm tăng độ phân tán của tinh bột trong nước để chuẩn bị cho quá trình hồ hóa. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Sự phân tán của tinh bột trong nước tăng dẫn đến độ đồng nhất của nguyên liệu tăng -Hệ số truyền nhiệt tăng -Thể tích hạt tinh bột tăng do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương lên Hóa lý: -Nguyên liệu sau phối trộn ở dạng huyền phù tinh bột Cảm quan: -Độ đồng nhất của nguyên liệu c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hóa học của tinh bột ( chất lượng của tinh bột) -Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu: ảnh hưởng đến thời gian khuấy trộn. -Thiết bị: tốc độ phối trộn của thiết bị d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Thiết bị hình trụ có trang bị cánh khuấy. Thông số công nghệ: -Phối trộn tinh bột và nước đạt hàm lượng chất khô khoảng 24%. -Chỉnh pH đến pH khoảng 5,8-5,9 bằng NaOH. -Bổ sung enzyme alpha-amylase từ Bacillus licheniformis và Bacillus stearothermophilus. Hàm lượng enzyme bổ sung vào khoảng 0,4% khối lượng của tinh bột. -Tốc độ quay khoảng 30 vòng /phút 2/ Hồ hóa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: hạt tinh bột hút nước trương nở cực đại, độ nhớt cực đại tạo điều kiện cho quá trình dịch hóa. 20 b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ dung dịch tăng -Độ nhớt tăng cực đại -Hạt tinh bột trương nở cực đại Hóa lý: -Hạt tinh bột trương lên -Tăng độ trong và độ nhớt -Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Hóa học: -Biến đổi không đáng kể Cảm quan: -Tăng độ trong và đồng nhất c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nếu nhiệt độ ở khoảng 62-73 o C thì bắp sẽ hút nước và trương nở tốt. -Chất lượng hạt tinh bột: nếu lẫn tạp chất thì ảnh hưởng đến mức độ hồ hóa. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Thiết bị chủ yếu là bình trụ bằng thép được hàn với hai phần côn trên và dưới. Để ngăn ngừa sự han gỉ, bề mặt bên trong của thiết bị được phủ lớp bêtông (70 ÷ 90 mm) có lớp phủ mặt. Lớp phủ mặt là những vật liệu chịu nhiệt.Chống gỉ cửa trên và cửa dưới của vỏ bằng lớp đồng thanh, nắp thép ở trên cũng làm bằng lớp lót đồng thanh hay đồng thau. Tất cả các khớp nối tiếp với môi trường ăn mòn (axit sunfuric loãng và sản phẩm thuỷ phân) đều có lớp lót bằng đồng thanh. Khớp nối có thể làm bằng hai lớp thép, một lớp chịu axit. 21 Hình 5:Thiết bị thủy phân 1- Vỏ thép; 2- Lớp bêtông; 3- Lớp đệm; 4- Các ống lọc dài; 5- Các ống lọc ngắn; 6- Cửa lấy sản phẩm thuỷ phân và nạp hơi; 7- Van; 8- Cân đo; 9- Cửa nạp nước; 10- Cửa nạp enzyme ; 11- Nắp; 12 - Cửa thổi Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 62-73 o C -Thời gian: 20-25 phút 3/ Dịch hóa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: 22 Phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột, giải phóng ra các amyloza và amylopectin riêng lẻ tạo điều kiện cho enzyme thủy phân Làm giảm độ nhớt giúp cho quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ tăng -Độ nhớt giảm -Kích thước hạt tinh bột giảm Hóa học: -Protein: bị biến tính nhiệt nhưng hàm lượng trong nguyên liệu thấp nên không đáng kể -Phản ứng phân hủy acid amin -Khoáng: ít bị biến đổi -Phản ứng maillard Hóa lý: -Sự hòa tan tăng -Sự đông tụ protein Sinh học: -Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc bị ức chế c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hóa học của nguyên liệu (chất lượng nguyên liệu): nếu ít lẫn tạp chất thì dịch hóa tốt -Nhiệt độ: ảnh hưởng đến mức độ dịch hóa -Thời gian: ảnh hưởng đến mức độ dịch hóa d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Chung thiết bị với hồ hóa Thông số công nghệ: -Nhiệt độ : 104-107 o C -Thời gian khoảng 11 phút 4/Dextrin hóa: a)Mục đích: Khai thác:enzyme thủy phân các amylose và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn hơn có khả năng hòa tan trong nước. 23 b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ giảm -Kích thước hạt tinh bột giảm Hóa học: -Phản ứng thủy phân Hóa sinh: -Alpha-amylase hoạt động cắt mạch amyloza và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hòa tan Cảm quan: -Bắt đầu xuất hiện cặn và vẫn đục c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ : nếu ở nhiệt độ tối ưu thì enzyme hoạt động tốt -Chất lượng enzyme: ảnh hưởng đến thời gian -Thời gian: càng lâu thì enzyme cắt mạch càng nhiều. -pH: nếu ở pH tối ưu thì enzyme hoạt động tốt d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Dùng các tác nhân lạnh hoặc lớp áo nhiệt để làm nguội Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: 93-96 o C. Tại điểm này, DE của tinh bột thủy phân vào khoảng 4,2-4,6 -Sự thủy phân tinh bột được tiếp tục tại nhiệt độ tối thiểu trên 93 o C cho tới khi DE của dung dịch thủy phân là 10. Trong suốt quá trình, phản ứng thủy phân ở nhiệt độ tối thiểu trên 93 o C. -Tốc độ gia tăng DE được kiểm soát bởi sự làm chậm tốc độ phản ứng qua việc duy trì pH ở dưới pH tối ưu của alpha-amylase được chọn, trong trường hợp đặc trưng này là giữa pH 5,0-5,5 -Sau khi đạt được DE thích hợp thì khử hoạt tính enzyme bằng cách bổ sung HCl vào để đưa pH ở giá trị khoảng pH: 3,3-3,5 5/ Tẩy màu – chỉnh pH: a)Mục đích: -Hoàn thiện: chỉnh pH và tẩy màu dung dịch (do các phản ứng phân hủy protein, phản ứng maillard làm dung dịch sẫm màu) để thu được dung dịch có màu trắng theo tiêu chuẩn tạo giá trị cảm quan. 24 b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Khối lượng tăng do bổ sung than hoạt tính -Nhiệt độ: giảm Hóa học: -pH: tăng Hóa lý: -Sự hấp thụ các chất màu lên trên bề mặt của than hoạt tính -Sự phân tán các hạt than hoạt tính trong dung dịch -Dung dịch có dạng huyền phù c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ:nếu nhiệt độ thấp sẽ làm đông tụ hoặc thoái hóa của các sản phẩm thủy phân. -Loại và chất lượng than hoạt tính:ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: -Thiết bị hình trụ tương tự thiết bị hồ hóa ,dịch hóa Thông số công nghệ: -Nhiệt độ: tối thiểu trên 76 o C -pH: 5,5 bằng việc bổ sung natri cacbonat -Hàm lượng than hoạt tính: 0,2-0,3% hàm lượng chất khô 6/ Lọc: a) Mục đích -Hoàn thiện: lọc bỏ các chất lơ lửng ( bao gồm các phần tử protein, lipid trong nguyên liệu ban đầu, tinh bột chưa thủy phân…) và các hạt than hoạt tính. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Khối lượng và tỷ trọng giảm do loại bỏ các chất bã -Hệ số truyền nhiệt tăng Hóa lý: -Có sự tách pha Cảm quan: -Dung dịch trong hơn không màu không mùi và vị. 25 c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Hàm lượng tạp chất trong dung dịch: ảnh hưởng đến thời gian lọc. -Thiết bị lọc: ảnh hưởng đến chất lượng và thời gian lọc. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc áp lực gồm nhiều tấm lưới đặt song song, những tấm lưới này đều được bọc vải bên ngoài. Hình 6: Thiết bị lọc Nguyên tắc hoạt động: -Trước khi thực hiện quá trình lọc, cần có quá trình làm áo cho bàn lọc, tức là tạo một lớp bột trợ lọc trên vải lọc, bột trợ lọc giúp tạo thành những khoảng trống theo đường ziczac tạo trở lực ngăn cản bã mà không làm tăng áp lực, giúp quá trình lọc không bị nghẽn. -Nguyên liệu được bơm vào buồng lọc, dưới áp lực của bơm nguyên liệu sẽ băng qua vải lọc thông qua lớp bột trợ lọc đi vào khoang lọc. Các khoang lọc được nối chung với nhau qua một đường ống bên dưới để dẫn nguyên liệu sạch ra ngoài. -Sau khi lọc xong, cần tiến hành vệ sinh vải lọc và buồng lọc. 7/ Cô đặc : a) Mục đích: -Khai thác: làm bay hơi nước để làm tăng nồng độ chất khô trong hỗn hợp. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: 26 -Nhiệt độ: tăng -Khối lượng dung dịch: giảm -Nồng độ chất khô: tăng -Thể tích giảm Hóa học: -Độ ẩm giảm Hóa lý: -Sự bay hơi nước Cảm quan: -Dung dịch có độ đậm đặc hơn c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thiết bị cô đặc: ảnh hưởng đến hiệu quả cô đặc -Nồng độ chất khô mong muốn: càng cao thì thời gian càng lâu -Nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu : càng cao thì thời gian càng ngắn d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Thiết bị cô đặc chân không bao gồm: nồi cô đặc, bộ ngưng tụ sơ bộ dùng tách khí và nước, bộ ngưng tụ thứ hai dùng làm máy mát và thu hồi dung môi. Đặc tính: thiết bị phù hợp cho cô đặc và tạo thuốc kem ở nhiệt độ thấp trong dược phẩm, hóa chất, thực phẩm…Thiết bị cô đặc có thể đạt tới tỷ lệ 1.45 . Thiết bị cũng được dùng để thu hồi dung môi cồn, và cũng để chiết xuất kiểu ngược dòng. Phần tiếp xúc nguyên liệu được chế tạo bằng thép không rỉ, máy hoàn toàn phù hợp cho việc vệ sinh, máy không bị rỉ, ăn mòn.Máy đạt tiêu chuẩn GMP dược phẩm. Phần nắp thùng bên trên có thể thiết kế thụt xuống nhằm tương thích với bộ khuấy trộn theo yêu cầu Hình 7: Thiết bị cô đặc chân không 27 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Thiết bị gồm 3 phần: buồng đốt ngoài, buồng bốc và thiết bị ngưng tụ Buồng đốt: -Bên trong có nhiều ống được lắp cạnh nhau thành 1 chùm ống. Hai đầu của chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và toàn bộ chúng được bao bọc bởi 1 lớp vỏ áo. Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo để gia nhiệt, còn chất lỏng được đưa vào khoảng không gian giữa các ống. -Chất lỏng được vào phần trên đỉnh buồng đốt và qua hệ thống phân phối lỏng chúng sẽ được phân phối đều đặn ở mặt trong của ống, chảy xuống tạo thành 1 màng mỏng. Quá trình bốc hơi sẽ diễn ra tại đây nhờ nhiệt được cung cấp bởi hơi nước. Hơi nước ngưng tụ và chảy xuống mặt ngoài của ống -Chất lỏng đã được cô đặc phần lớn sẽ được tháo ra ở đáy buồng đốt, một phần bị hơi nước lôi cuốn đi qua buồng đốt. Buồng bốc: -Buồng bốc thường có đường kính lớn, là nơi phân ly hỗn hợp hơi và dung dịch cô đặc. Hơi được hút sang thiết bị ngưng tụ -Sau khi tách hơi, phần chất lỏng này cũng được tháo ra cùng với phần lỏng đã được cô đặc lấy ra ở buồng đốt rồi t iếp tục được xử lý tiếp ở quá trình sau. Còn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi ở đỉnh. Thông số công nghệ: - Nhiệt độ cô đặc : 60 o C -Nồng độ chất khô đầu ra: 46% 8/ Sấy phun: a) Mục đích: -Bảo quản : làm bay hơi nước nên làm giảm độ ẩm -Hòan thiện: thu được sản phẩm maltodextrin dạng bột b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ tăng -Khối lượng và tỷ trọng giảm do bay hơi nước -Nồng độ chất khô tăng lên Hóa học: -Độ ẩm giảm Hóa lý: -Sự bay hơi nước -Sự hình thành hạt sản phẩm 28 Cảm quan: -Sản phẩm dạng bột màu trắng mịn đồng nhất c)Các yếu tố ảnh hưởng: -Nồng độ chất khô của nguyên liệu: liên quan đến năng lượng, ảnh hưởng đến độ nhớt. -Tác nhân sấy: loại và nhiệt độ tác nhân sấy -Thiết bị sấy phun: cách thức hoạt động sấy, tốc độ sấy, lưu lượng nạp nguyên liệu và tác nhân sấy… d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Thiết bị sấy phun 2 giai đoạn Hình 8: Hệ thống sấy phun 2 giai đoạn Cấu tạo: Cơ cấu phun sương là đầu phun khí động.Tác nhân sấy và nguyên liệu chuyển động ngược chiều. Tác nhân sấy dùng ở đây là không khí nóng. Bộ phận thu hồi sản phẩm là cyclon dùng phương pháp lắng xoáy tâm. Quạt ở đây là hệ thống 2 quạt. Thông số công nghệ: -Độ ẩm sau khi sấy ≤ 5% -Nhiệt độ không khí vào: 150-170 o C -Thời gian: 5-7s 29 B. Sơ đồ 2: 1/ Phối trộn: a)Mục đích: -Chuẩn bị: xử lý sơ bộ mẫu bằng cách làm tăng độ phân tán của tinh bột trong nước để chuẩn bị cho quá trình hồ hóa. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Sự phân tán của tinh bột trong nước tăng dẫn đến độ đồng nhất của nguyên liệu tăng -Hệ số truyền nhiệt tăng -Thể tích hạt tinh bột tăng do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương lên Hóa lý: -Nguyên liệu sau phối trộn ở dạng huyền phù tinh bột Cảm quan: -Độ đồng nhất của nguyên liệu c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hóa học của tinh bột ( chất lượng của tinh bột) -Nhiệt độ : nhiệt độ tăng làm hạt trương nở hơn -Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu -Thiết bị: tốc độ phối trộn của thiết bị d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thông số công nghệ: -Phối trộn tinh bột bắp và nước đạt hàm lượng chất khô khoảng 30,5% chất khô -pH: 5,8-5,9. Chỉnh bằng NaOH -Tốc độ quay khoảng 30 vòng/phút 2/ Hồ hóa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: hạt tinh bột hút nước trương nở cực đại, độ nhớt cực đại tạo điều kiện cho quá trình dịch hóa. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ dung dịch tăng 30 -Độ nhớt tăng cực đại -Hạt tinh bột trương nở cực đại Hóa lý: -Hạt tinh bột trương lên -Tăng độ trong và độ nhớt -Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Hóa học: -Biến đổi không đáng kể Cảm quan: -Tăng độ trong và đồng nhất c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: ở nhiệt độ 62-73 o C thì bắp sẽ hút nước trương nở cực đại. -Chất lượng hạt tinh bột: nếu lẫn tạp chất thì ảnh hưởng đến mức độ hồ hóa. -Kích thước hạt d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: henze cooker Hình 9: Thiết bị henze cooker Thông số công nghệ: Nhiệt độ: nhiệt độ tối ưu là 62-73 o C Thời gian: 20-25 phút 31 3/ Dịch hóa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: Phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột, giải phóng ra các amyloza và amylopectin riêng lẻ tạo điều kiện cho enzyme thủy phân Làm giảm độ nhớt giúp cho quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ tăng -Độ nhớt giảm -Kích thước hạt tinh bột giảm Hóa học: -Protein: bị biến tính nhiệt nhưng hàm lượng trong nguyên liệu thấp nên không đáng kể -Phản ứng phân hủy acid amin -Khoáng: ít bị biến đổi -Phản ứng maillard Hóa lý: -Sự hòa tan tăng -Sự đông tụ protein nhưng không đáng kể Sinh học: -Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc bị ức chế c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hóa học của nguyên liệu (chất lượng nguyên liệu) -Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì mức độ dịch hóa càng nhiều -Thời gian: càng lâu thì mức độ dịch hóa càng nhiều -Áp suất: nhiệt độ càng cao thì mức độ dịch hóa càng nhiều do hạt dễ bị vỡ dưới áp suất cao d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: thiết bị henze cooker Thông số công nghệ: -Hơi nước ( áp suất 10-11bar) được phun vào -Nhiệt độ: 148 o C -Thời gian khoảng 6-8 phút 4/ Dextrin hóa: a)Mục đích: 32 -Khai thác: tạo điều kiện thuận lợi cho enzyme thủy phân các amyloza và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn hơn có khả năng hòa tan trong nước. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ giảm -Độ nhớt giảm -Kích thước của nguyên liệu giảm -Áp suất: giảm Hóa học: -Phản ứng thủy phân Hóa sinh: -Alpha-amylase hoạt động cắt mạch amyloza và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn có khả năng hòa tan Cảm quan: -Xuất hiện cặn và vẫn đục c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ : nếu ở nhiệt độ tối ưu thì enzyme hoạt động tốt -Chất lượng enzyme: ảnh hưởng đến thời gian -Thời gian: càng lâu thì enzyme cắt mạch càng nhiều. -pH: nếu ở pH tối ưu thì enzyme hoạt động tốt d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: Thiết bị hình trụ có lớp áo nhiệt và cánh khuấy Thông số công nghệ: -Áp suất: làm giảm nhanh xuống áp suất khí quyển -Nhiệt độ giảm xuống khoảng 95 o C -pH: 5,4-6,3 --Enzyme alpha-amylase từ Bacillus stearothermophilus tại 0,4% hàm lượng tinh bột -Thủy phân cho đến khi DE=10 thì dừng bằng cách bổ sung HCl vào để đưa pH vào khoảng pH=3,5 để khử hoạt tính enzyme 5/ Tẩy màu – chỉnh pH: a)Mục đích: -Hoàn thiện: chỉnh pH và tẩy màu dung dịch (do các phản ứng phân hủy protein, phản ứng maillard làm dung dịch sẫm màu) để thu được dung dịch không màu tạo giá trị cảm quan. 33 b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Khối lượng tăng do bổ sung than hoạt tính -Nhiệt độ: giảm Hóa học: -pH: tăng Hóa lý: -Sự hấp thụ các chất màu lên trên bề mặt của than hoạt tính -Sự phân tán các hạt than hoạt tính trong dung dịch -Dung dịch có dạng huyền phù c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ:nếu nhiệt độ thấp sẽ làm đông tụ hoặc thoái hóa của các sản phẩm thủy phân. -Loại và chất lượng than hoạt tính:ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thông số công nghệ: Nhiệt độ: tối thiểu trên 76 o C pH: 5,5 bằng việc bổ sung natri cacbonat Hàm lượng than hoạt tính: 0,2-0,3% hàm lượng chất khô 6/ Lọc: a) Mục đích -Hoàn thiện: lọc bỏ các chất lơ lửng ( bao gồm các phần tử protein, lipid trong nguyên liệu ban đầu, tinh bột chưa thủy phân…) và các hạt than hoạt tính. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Khối lượng và tỷ trọng giảm do loại bỏ các chất bã -Hệ số truyền nhiệt tăng Hóa lý: -Có sự tách pha Cảm quan: -Dung dịch trong hơn không màu không mùi và vị. 34 c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Hàm lượng tạp chất trong dung dịch -Thiết bị lọc: ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau lọc và thời gian lọc. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 7/ Cô đặc : a) Mục đích: -Khai thác: làm bay hơi nước để làm tăng nồng độ chất khô trong hỗn hợp. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ: tăng -Khối lượng dung dịch: giảm -Nồng độ chất khô: tăng -Thể tích giảm Hóa học -Độ ẩm giảm Hóa lý: -Sự bay hơi nước Cảm quan -Dung dịch có độ đậm đặc hơn c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ sôi của dung dịch -Thiết bị cô đặc: ảnh hưởng đến hiệu quả cô đặc -Nồng độ chất khô mong muốn: càng cao thì thời gian càng dài -Nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu : càng thấp thì thời gian càng dài. d) Thiết bị và thông số công nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thông số công nghệ: -Nhiệt độ sôi: phụ thuộc vào dung dịch ban đầu -Nồng độ chất khô: 62,7% 35 8/ Sấy phun: a) Mục đích: -Bảo quản : làm bay hơi nước nên làm giảm độ ẩm -Hòan thiện: thu được sản phẩm maltodextrin dạng bột b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ tăng -Khối lượng và tỷ trọng giảm do bay hơi nước -Nồng độ chất khô tăng lên Hóa học: -Độ ẩm giảm Hóa lý: -Sự bay hơi nước -Sự hình thành hạt sản phẩm Cảm quan: -Sản phẩm dạng bột màu trắng mịn đồng nhất c)Các yếu tố ản hưởng: -Nồng độ chất khô của nguyên liệu: liên quan đến năng lượng, ảnh hưởng đến độ nhớt. -Tác nhân sấy: loại và nhiệt độ tác nhân sấy -Thiết bị sấy phun: cách thức hoạt động sấy, tốc độ sấy, lưu lượng nạp nguyên liệu và tác nhân sấy… d) Thiết bị và thông số công nghệ: giống sơ đồ 1 IV. So sánh 2 quy trình: Phương pháp áp suất thường Phương pháp áp suất cao Năng lượng Thấp hơn Cao hơn do thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất cao Đầu tư thiết bị Thấp hơn Cao hơn Thời gian dịch hóa Ngắn hơn do dịch hóa ở nhiệt độ cao và áp suất cao Dài hơn V. Sản phẩm: 1/ Phân tích sản phẩm hoàn thành: 36 -Độ ẩm : 3,35% -DE: 10 -Thành phần carbohydrate: Monosaccharides:1.9 Disaccharides:2.8 Trisaccharides:3.2 Tetrasaccharides & Higher 92.1 -Mùi vị dịu 2/ Chất lượng của sản phẩm maltodextrin Maltodextrin thu được ở dạng bột màu trắng, ít hút ẩm, tan tốt cho dung dịch trong, không màu, không ngọt hoặc ít ngọt và không bị thoái hóa. Bảng 5: Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm maltodextrin dạng bột THÀNH PHẦN (số g trong 100g sản phẩm) Theo tiêu chuẩn của Grain Processing Corporation, Mỹ Gluxit 94,5 Ẩm 5,0 Tổng protein, lipid, xơ, tro Nhỏ hơn 0,4 Tính chất vật lý: sản phẩm dạng bột hoặc hạt mịn màu trắng. Độ hòa tan của sản phẩm Maltrin M100 DE10 của Grain Processing Co. là 78 giây. Các chỉ tiêu vi sinh Tổng vi sinh hiếu khí 100CFU/1gmax Nấm mốc 50CFU/1gmax Nấm men 50CFU/1gmax E.coli Không có Salmonella Không có Độ hòa tan được tính bằng thời gian hòa tan hoàn toàn sản phẩm dạng bột trong nước tới nồng độ 5% (w/w) ở nhiệt độ thường. Maltodextrin dạng dung dịch đậm đặc nếu không được xử lý với chất bảo quản rất dễ bị nhiễm khuẩn (nấm mốc, B.cereus. Clostridium) đặc biệt trong điều kiện nóng ẩm ở nước ta. Sử dụng acid sorbic nồng độ 0,006- 0,008% có thể giúp bảo quản maltodextrin trong thời gian dài mà không nhiễm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn gây bệnh. VI. Thành tựu công nghệ: Sản xuất maltodextrin từ tinh bột chuối trên qui mô phòng thí nghiệm: a)Trích ly tinh bột: 37 Tinh bột chuối được trích ly từ chuối chưa chín (Musa paradisiaca). Quả được gọt vỏ và cắt khoanh từ 5-6cm (tổng khối lượng là 500g), sau đó được rửa sơ trong dung dịch natri sulfate (1.22g/l) và ngâm trong dung dịch sulfite (tỉ lệ 1:1) trong 2 phút ở vận tốc chậm trong thiết bị khuấy trộn Waring. Dung dịch đồng nhất được sàng liên tiếp qua sàng 50 và sàng 100 US mesh cho tới khi nước rửa trong suốt. Dịch được ly tâm ở 10800xg trong 30 phút và cặn được làm khô trong lò sấy đối lưu ở 40 o C trong 48h, và cuối cùng được nghiền cho tới khi lọt qua sàng 100 US. Tinh bột chuối được tàng trữ ở nhiệt độ thường trong thiết bị chứa kín. b)Chuẩn bị maltodextrin: Huyền phù tinh bột được hòa trong nước cất (20%w/v) được điều chỉnh đến pH=6.5 và sau đó hồ hóa trong nước sôi trong 10 phút. Sau khi làm nguội đến 72 o C, bổ sung enzym -amylase là 8500 đơn vị BAU/g (BAU = hoạt độ của enzym mà giải phóng 1mg đường khử sau 30 phút ở 20 o C). Hỗn hợp được đậy kín và phản ứng thủy phân được thực hiện ở 72 o C trong 15 phút với chế độ khuấy trộn nhẹ. Sau đó sản phẩm được làm lạnh đến 4 o C trong bể nước đá và sau đó được ly tâm ở 1100xg trong 30 phút. Những chất nổi trên mặt nước được thu hồi và enzym được vô hoạt trong nước (10 phút), sau đó thêm HCl 0,1N để chỉnh pH về từ 3,5-4,5. Sau khi sấy thăng hoa, DE khoảng 12. c) Phân tích maltodextrin: Hàm lượng nước được xác định bằng khối lượng bị mất đi sau khi nung nóng (130 o C) 4-5g sản phẩm và phần trăm chất khô tổng được xác định ngược lại. Nồng độ protein (Nx5,85) được xác định theo phương pháp AACC 46-131. DE được xác định quyết định hàm lượng đường khử (reducing sugar RS) dùng dung dịch Fehling. Công thức: RS=(hàm lượng đường khử)*100/ (ml chuẩn độ) DE=(RS)*100/(% tổng hàm lượng chất khô) pH được xác định ở nhiệt độ phòng trong dung dịch maltodextrin sau khi hòa tan hoàn toàn 50g mẫu trong 50ml nước cất ở 50 o C. Màu được đo lường với thiết bị Hunter-Lab. L (độ sáng), a (độ kết tủa màu đỏ/xanh lá cây), và b (độ kết tủa màu vàng/xanh da trời), giá trị này được ghi lại, dùng tiêu chuẩn đã được thiết lập giá trị L,a,b (L 91.2, a –1.0, b –1.7) như là chất chuẩn. Độ khác biệt màu tổng ( E) được tính toán từ thông số Hunter. Tro sulfate được xác định sau khi nung thành tro 5g mẫu ở 550 o C trong 3h, làm nguội tới nhiệt độ phòng, thêm 3-5 giọt acid sulfuric sau đó nung nóng ở 800 o C trong 2h. Sau đó phần còn lại đem đi cân và sự khác biệt về khối lượng cho biết hàm lượng của tro sulfate. 38 d) Kết luận: Thành phần hóa học của maltodextrin từ chuối thì phù hợp với tiêu chuẩn của sản phẩm và hoàn toàn giống với sản phẩm thương mại. Đặc biệt, màu sắc của maltodextrin từ chuối rất thích hợp sử dụng trong thực phẩm. 39 VII. Tài liệu tham khảo: 1. Hoàng Kim Anh. Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006 2. Lê Văn Hoàng, Trương Thị Minh Hạnh. Tinh bột-khai thác và ứng dụng. Nhà xuất bản Đà Nẵng, 2007 3. Ann-Charlotte Eliasson. Starch in food. Woodhead Publishing Limited, 2004 4. 5. 6. 40422005000400008&script=sci_arttext 7. maltodextrins-maltodextrins.html