Đề tài Tổng quan về tinh bột biến tính

a. Thời gian sau nó được sản xuất từ khoai tây ở Châu Âu và Nhật Bản, từ củ sắn và lúa gạo ở phương Đông và từ ngô ở Mỹ. Tinh bột là nguồn cacbohydrate dự trữ của thực vật vì vậy nó được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau . Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp. Potato Starch Corn Starch Tapioca Starch Hình 1: Cấu trúc hạt tinh bột dưới kính hiển vi Cấu tạo: Tinh bột bao gồm 2 thành phần là amilose và amilopectin . Cả 2 thành phần trên đều có đơn vị cấu tạo hóa học là monosaccharide glucose. Trong amylase, các gốc glucose được gắn vào nhau nhờ liên kết α – (1 →4 ) glucoside. Phân tử amilose bao gồm một số chuỗi sắp xếp song song với nhau, trong đó các gốc glucose của từng chuỗi cuộn vòng lại hình xoắn ốc . Trong phân tử amylosepectin, các gốc glucose ko chỉ gắn với nhau nhờ liên kết α – (1 →4) glucoside mà còn nhờ liên kết α – (1 → 6) glucoside. Do đó, có cả cấu trúc nhánh trong amylopectin. Những vấn đề với tinh bột tự nhiên: Phạm vi đỉnh độ nhớt hẹp: 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. Hình trên miêu tả sự biến đổi của độ nhớt suốt quá trình hồ hóa. Ban đầu, dung dich tinh bột tăng nhanh độ nhớt do sự tách ra của các sợi tinh bột (A). Khi tiếp tục nấu, sợi tinh bột tiếp tục bị phân rã, dẫn đến sự giảm nhanh của tinh bột (B). Có thể thấy trên hình, ở (C) khoảng tăng giảm của độ nhớt rất hẹp. Sự thay đổi nhanh này còn bị tăng tốc bởi nhiệt độ, acid và khuấy trộn. Khoảng biến thiên độ nhớt hẹp cùng với sự nhạy cảm của tinh bột với những điều kiện công nghệ chính là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tạo ra sản phẩm mong muốn. Nhược điểm về cấu trúc và sự ổn định: Các loại tinh bột tự nhiên từ bắp, khoai tây, khoai mì… có những nhược điểm cố hữu không phù hợp với các quá trình chế biến, như: cấu trúc sản phẩm không mong muốn, thiếu ổn định và khả năng chịu đựng các yếu tố chế biến thấp. Bằng những phương pháp biến tính thích hợp, những tính chất xấu này có thể được cải thiện, như độ nhớt được điều khiển, tăng khả năng chịu đựng điều kiện công nghệ khắc nghiệt, cấu trúc mong muốn, sự ổn định kéo dài. Tinh bột biến tính: 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 lí do: Chúng cung cấp nhiều thuộc tính đặc biệt mà tinh bột bình thường không thể. Ví dụ, 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” (instant system). Trong những ứng dụng khác, tinh bột biến tính có thể cung cấp nhiều chức năng rộng lớn, từ kết nối đến hòa tan, từ hấp thu 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. Trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amilose lại có sản phẩm yêu cầu tinh bột thuần nhất amilopectin. Có sản phẩm cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, có dạng cần tinh bột bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Có loại cần độ dẻo độ trong, có loại không mong muốn những tính chất đó. Vì vậy, để có được những loại hình tinh bột phù hợp người ta phải biến tính tinh bột. Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc của tinh bột, tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn, hay gắn các nhóm khác vào phân tử tinh bột dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt độ, acid, enzyme,…dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học của tinh bột . CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH TINH BỘT: Dựa vào bản chất của phương pháp 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. Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý: Phá huỷ tinh bột bằng lực cơ học: Nguyên tắc: Tăng tỉ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt, kết quả là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên. Tiến hành: các hạt tinh bột ẩm (với hàm ẩm khác nhau) được nghiền (hay chịu tác dụng của một áp suất) Tính chất: Nhiệt độ hồ hoá tinh bột này giảm từ 5-10oC, hạt tinh bột cũng dễ bị thuỷ phân bởi enzyme hơn do gia tăng khả năng xâm nhập của enzyme thông qua các rãnh vô định hình. Trong bột bánh được làm từ tinh bột này, nước được hấp thụ nhiều và nhanh hơn, tỉ lệ amilo bị phân huỷ cũng cao hơn. Tinh bột ép đùn (extruded starch): Nguyên tắc: Thực hiện ở nhiệt độ cao (185-200oC) .Trong quá trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép của amylose (cụ thể là khoảng cách giữa các chuỗi) có sự thay đổi; phân huỷ một phần mạch amylose tạo ra maltose, isomaltose, gentibose, sophorose và 1,6-anhydroglucopyranose… Tính chất: Tinh bột ép đùn dễ phân tán, tan tốt, có độ nhớt thấp hơn tinh bột thông thường. Biến tính tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao: Nguyên tắc: Giảm kích thước phân tử, thay đổi tỉ lệ mạch thẳng hay độ phân nhánh trong phân tử tinh bột. Tiến hành: Phun axit (với lượng 0,05-0,15% trọng lượng tinh bột ) vào tinh bột có độ ẩm khoảng 5%.Có thể dùng AlCl3 làm chất xúc tác. Cũng có thể cho thêm các tác nhân kiềm tính như Canxi photphat, Natri bicacbonat hoặc Tritanolamin làm chất đệm (để làm giảm bớt độ axit khi ở nhiệt độ cao). Sau khi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm từ 1-5% thì tiến hành dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóng trực tiếp. Dextrin hóa xong thì làm nguội. Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng sau: Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn Phản ứng tái trùng hợp các sản phẩm vừa mới tạo thành ở trên chủ yếu bằng liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao. Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu, nên độ nhớt của tinh bột lúc này bị giảm rất mạnh. Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp mới trở thành phản ứng chính. Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết 1-4 glucozit không bền trong amiloza lúc này sẽ chuyển thành liên kết 1-6 bền hơn. Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến tính một cách sâu sắc, do đó nhiều tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi. Phụ thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-1200C), dextrin vàng (120-1800C), pirodextrin (170-1950C). Tính chất: Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không đồng nhất. Thường dùng dextrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn. Do dextrin có độ nhớt thấp nên có thể dùng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền. Độ hòa tan trong nước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột . Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90% và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%. Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có độ hòa tan rất đáng kể, có mức độ phân nhánh trung bình trên 20%. Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20-25% và có khối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng bền hơn. Tinh bột hồ hoá trước( Thin-boiling starch): Nguyên tắc: 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. Tiến hành: Huyền phù tinh bột được hồ hoá sau đó sấy khô. Trong quá trình này, các liên kết bị cắt đứt một phần. Tính chất : 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. Ứng dụng: 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 tăng độ “tươi” cho sản phẩm, 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, liên kết ẩm và ổn định ẩm trong các sản phẩm thịt. Ete oxit của tinh bột dưới dạng hồ hóa sơ bộ được sử dụng trong sản xuất kem rất có hiệu quả. Amiloza hoặc tinh bột giàu amiloza (trên 60% amiloza) nếu khuếch tán vào nước dưới áp suất cao hơn áp suất khí quyển rồi sau đó sấy khô thì không bị thoái hóa. Trộn với chất rắn trơ: Nguyên tắc: Làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lí, do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập Tính chất: Tan tốt trong nước và không bị vón cục như tinh bột tự nhiên. Biến tính bằng phương pháp hóa học: Biến tính bằng acid : Nguyên tắc: Dưới tác dụng của acid một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị đứt. Do đó làm cho kich thước phân tử giảm đi và tinh bột thu được những tính chất mới. Tính chất: Giảm ái lực với iot Độ nhớt đặc trưng bé hơn Áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé hơn Khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương nở kém hơn Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì độ hòa tan cao hơn Nhiệt độ hồ hóa cao hơn Chỉ số kiềm cao hơn Tiến hành: Biến tính bằng axít trong môi trường ancol: Tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, các dextrin hoặc các đường. Trong môi trường ancol như etanol hoặc metanol, do các ancol này có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của axit tham gia xúc tác cũng nhỏ hơn; do đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so với trong môi trường nước. Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quá trình biến tính tinh bột để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử mong muốn một cách dễ dàng hơn và đạt hiệu suất thu hồi cao hơn. Qui trình sản xuất theo phương pháp Robyt (cho sắn): Axít HCl đậm đặc trộn với 100 ml môi trường, sau đó khuấy đều, đậy kín miệng bình và biến tính trong 72 giờ. Qui trình sản xuất tinh bột từ sắn theo phương pháp Robyt Biến tính bằng axít trong môi trường nước: Qui trình biến tính tinh bột bằng axit theo phương pháp Ali &Kemf Biến tính trong môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp, thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao. Biến tính bằng axit trong môi trường nước khắc phục được những nhược điểm trên. Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng độ 33% và biến tính với xúc tác là dung dịch axit HCl 0,5N ở 500C trong điều kiện khuấy trộn liên tục. Khi biến tính kết thúc, trung hòa bằng dung dịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy li tâm siêu tốc và nước nhiều lần.Cuối cùng là sấy, nghiền, rây để thành phẩm có W<12%. Biến tính tinh bột bằng kiềm : Nguyên tắc: Kiềm có thể phá hủy tinh bột từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol. Sự phá hủy của kiềm cũng có thể xảy ra ngẫu nhiên ở giữa mạch nhất là khi có mặt oxi và có gia nhiệt. Tính chất: Tinh bột hòa tan rất dễ. Tiến hành: Xử lí hạt gạo nếp bằng một hỗn hợp các oxyt kim loại của nước tro có tính kiềm vừa phải và hài hòa (trong thành phần của nước tro thường có các oxyt như K2O, Na2O, MgO, CaO, Fe2O3… Biến tính tinh bột bằng phương pháp ether hóa : Tiến hành: Khi huyền phù tinh bột nồng độ 30 – 40% phản ứng với ethylene oxide hay propylene oxide trong mội trường kiềm sẽ tạo ra các dẫn xuất hydroxyethyl hay hydroxypropyl của tinh bột Hình 2: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp ether hóa Mức độ thay thế có thể kiểm soát được nhờ điều chỉnh các điều kiện phản ứng. Sản phẩm có mức độ thay thế thấp chứa ít hơn 0.1 mol alkyl trên 1 mol glucose, còn sản phẩm có mức độ thay thế cao chứa khoảng 0.8 mol alkyl trên 1 mol glucose. Tính chất: Việc đưa các nhóm hydroxyalkyl ( thường kèm theo một lượng nhỏ các các liên kết chéo ) sẽ cải thiện đáng kể khả năng trương nở và hòa tan, hạ thấp nhiệt độ hồ hóa, cải thiện độ bền khi đông lạnh – rã đông, làm tăng độ trong của paste tinh bột có độ nhớt cao. Nhờ các tính chất này mà sản phẩm tinh bột ether được sử dụng như chất tạo độ đặc trong các loại thực phẩm lạnh đông và các sản phẩm đồ hộp cần tiệt trùng nhiệt. Biến tính tinh bột bằng ester hóa: Tiến hành: Tinh bột monophosphate ester được sản xuất bằng cách đung nóng tinh bột với alkaline orthophosphate hay alkaline tripolyphosphate ở 120 – 175oC. Tương tự, tinh bột cũng có thể phản ứng với các acid hữu cơ như acid acetic, acid béo mạch dài ( 6 – 26 carbon), acid sucinic, acid citric, muối hay các các dẫn xuất của chúng. Tính chất: Tinh bột loại này có độ nhớt cao, đặc tính làm đặc tốt, paste tinh bột có độ trong cao. Ngoài ra, tinh bột ester cũng có tính chất lạnh đông/tan giá tốt. Ứng dụng: Chúng được sử dụng rộng rãi làm chất tạo độ đặc và chất ổn định trong các loại nước sốt (như tương ớt), bột súp, bánh pudding, thực phẩm đông lạnh, margarine và các loại đồ hộp tiệt trùng nhiệt. Do khả năng tạo được màng trong suốt và đàn hồi nên tinh bột loại này được dùng để làm lớp phủ bảo vệ trái cây sấy, giữ vai mùi hay tạo viên nang mềm. Biến tính tinh bột bằng liên kết ngang: Nguyên tắc: Phân tử bất kì nào có khả năng phản ứng với hai ( hay nhiều hơn) nhóm hydroxyl đều tạo ra được liên kết ngang giữa các mạch tinh bột. Tiến hành: Tinh bột liên kết ngang được tạo ra khi cho tinh bột phản ứng với các tác nhân đa chức năng ( di- hoặc polyfunctional reagent) như sodium trimetaphosphate, phosphorus oxychloride, epichlorohydrin hay hỗn hợp của anhydric acetic và dicarboxylic acid. Tính chất: Đối với tinh bột liên kết ngang, nhiệt đột hồ hóa tăng tỷ lệ thuận, trong khi khả năng trương nở lại tỷ lệ nghịch với lượng các liên kết ngang. Loại tinh bột này có độ bền rất cao trong khoảng pH rộng ( ngay cả trong các thực phẩm acid và dưới tác động của lực cơ học như khuấy). Loại tinh bột biến tính này thường được sử dụng trong các loại thực phẩm cần tinh bột có độ bền cao; ví dụ như trong bột dinh dưỡng cho trẻ em ( bền khi khuấy và đun nóng), làm nhân quả trong bánh (duy trì được độ sệt khi làm lạnh, không bị phá hủy ở nhiêt độ cao và khuấy trộn, gel tạo ra trong suốt và bền…) Tinh bột monohydro phosphat: Cho tinh bột tương tác với natri trimetephosphat.Khi tăng mức độ liên kết ngang thì khả năng hồ hóa của hạt tinh bột sẽ giảm và có thể đến mức nào đó tinh bột trở nên không tan trong nước sôi.Tinh bột phosphat có những tính chất sau: Duy trì được độ sệt không bị phá hủy trong môi truờng acid , nhiệt độ và khuấy trộn.. Không tạo thành gel khi để yên ở nhiệt độ phòng. Có độ bền khi làm lạnh và tan giá. Không co lại khi để yên. Biến tính tinh bột bằng oxi hóa: Hình 3: Công thức cấu tạo của tinh bột biến tính bằng phương pháp oxi hóa Tiến hành: Quá trình thủy phân và oxy hóa tinh bột sẽ xảy ra khi xử lý huyền phù tinh bột với hypochloride (HClO hay NaClO). ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa. Trong quá trình phản ứng, kích thước hạt tinh bột có thay đổi chút ít, chiều dài mạch tinh bột cũng giảm nhẹ do hiện tượng thủy phân, các nhóm chức tạo ra gồm carbonyl và carboxyl với tỷ lệ 1 nhóm carboxyl/ 25 – 50 gốc glucose. Qui trình biến tính tinh bột theo phương pháp oxi hóa Tính chất: Tinh bột oxy hóa có màu rất trắng ( tinh bột càng trắng, mức độ oxy hóa càng cao), nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hóa giảm. Trong cộng nghiệp thực phẩm, có được dùng như chất làm đặc có độ nhớt thấp trong sốt salad và mayonnaise. Hình 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh bột oxi hóa Biến tính tinh bột bằng phương pháp biến tính kép: Tinh bột dihydro phosphat: Tiến hành: đun nóng hỗn hợp tinh bột và muối phosphat hòa tan trong nước, ví dụ , muối acid, orto-, piro- hoặc acid tripolyphosphoric. Do ban chất ion của nhóm phosphat, tinh bột phosphat có độ nhớt của hồ cao hơn tinh bột đầu. Tính chất : Hồ este monophosphat tinh bột có độ trong suốt cao, độ nhớt cao và bền đối với sự thoái hóa khi tan giá. Hồ tinh bột này giống gelatin, tạo ra được màng trong suốt và đàn hồi. Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất của tinh bột biến tính kép Tinh bột kép Acetyl Phosphate: Các loại tinh bột được liên kết ngang thông qua quá trình ête hóa sẽ tạo ra sự liên kết bền vững . Ðây là loại tinh bột biến đổi 2 lần , nó biểu lộ đồng thời các đặc tính và chức năng của tinh bột acetyl hoá và tinh bột liên kết ngang. Tính ổn định vượt trội về sự đông đặc làm tan, độ trong suốt tốt hơn và khả năng chịu độ nóng cao đã làm tăng độ bền trong axít và khi bị lay động mạnh. Loại tinh bột này rất tốt khi dùng làm sữa chua, tương ớt, tương cà, nước dùng , bánh bột , thạch , giăm bông và xúc xích, thức ăn đóng hộp, thức ăn đông lạnh. Biến tính tinh bột bằng enzyme: Sự phân cắt tinh bột bởi enzym đặc hiệu hơn, có thể tạo ra được những sản phẩm rất đặc thù, không thể thu được bằng phương pháp acid, phản ứng nhanh hơn, công nghệ đơn giản hơn và ít gò bó. Amylase là một trong những enzyme quan trọng nhất trong ngành công nghệ sinh học hiện nay. Do có những ứng dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, công nghệ lên men, công nghiệp dệt và công nghiệp giấy. Amylase đầu tiên được sản xuất ở qui mô công nghiệp năm 1984, nó có nguồn gốc từ nấm mốc và được sử dụng như một loại dược phẩm để chữa bệnh về tiêu hoá. Ngày nay các amylase vi sinh vật đã được thay thế thành công acid trong công nghiệp thuỷ phân tinh bột. Amylase cũng được sử dụng rộng rãi để đường hoá tinh bột trong sản xuất rượu bia. Các enzyme có độ tinh sạch cao và những tính chất phù hợp có những triển vọng to lớn trong công nghiệp dược phẩm và công nghiệp hoá chất tinh khiết. Theo phân loại của Nigam (1995), hệ amylase tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột gồm có các enzyme chính được liệt kê trong sơ đồ : Enzyme thủy phân tinh bột α-1,4 glucanase Endo-α-1,4 glucanase Exo-α-1,4 glucanase Exomalto - hexahydroladse Exomalto - pentahydrolase Exomalto - tetrahydrolase β-amylase Glucoseamylase α-amyloglucosidase α-amylase α-1,6 glucanase Endo-α-1,6 glucanase Exo-α-1,6 glucanase Pullulanase Isoamylase Exopullulanase α-amylase, β-amylase và glucoamylase là những enzyme biến tính tinh bột quan trọng nhất. α-amylase (endo-1,4-α-D-glucan glucohydrolase, EC 3.2.1.1) là enzyme ngoại bào thuỷ phân liên kết 1,4-α-D-glucoside của phân tử amylose một cách ngẫu nhiên. Đó cũng là những endo-enzyme phân cắt bên trong mạch tinh bột với sản phẩm chính tạo thành là dextrin. Β- amylase (α-1,4-glucan maltosehydrolase, EC 3.2.1.2) là một exo-enzyme thuỷ phân từ đầu không khử của mạch amylose, amylopectin và glycogen, chúng cắt lần lượt các liên kết glucoside tạo ra maltose (dạng β-anomer). Do ezyme này không thuỷ phân được liên kết α-1,6 glucoside ở amylosepectin nên kết quả thuỷ phân cuối cùng thường gồm 50-60% maltose và β-limit dextrin. Glucoamylase (α-1,4-glucan glucohydrolase EC 3.2.1.3) là enzyme thuỷ phân liên kết α-1,4 và α-1,6 EC 3.2.1.3) là enzyme thuỷ phân liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside từ đầu khônng khừ của mạch tinh bột tạo ra đường glucose. Ngoài ra, α-glucosedase và các enzyme thuỷ phân liên kết nhánh cũng được sử dụng nhiều trong công nghiệp thuỷ phân tinh bột. α-glucosidase thuỷ phân từ đấu không khử các liên kết α-1,4 và α-1,6 của các gốc glucopyranose để tạo ra đường α-D-glucose. Enzyme này thuỷ phân rất tốt các đường đôi và các oligosaccharide, nó có tiềm năng và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong chuyển hoá xi-rô giàu maltose thành xi-ro giàu glucose và trong thuỷ phân các dextrin giới hạn. Enzyme thuỷ phân liên kết α-1,6 glucoside trong phân tử amilopectin, glycogen và những polymer khác như pullulanase, exopullulanase, isomylase thường được sử dụng kết hợp với β-amilase, GA trong sản xuất một số sản phẩm xi-rô hay đường glucose với mục đích tăng hiệu suất thuỷ phân. Các giai đoạn chính trong quá trình sản xuất các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột gồm hồ hoá và dịch hoá tinh bột bằng α-amylase, đường hoá tinh bột bằng β-amylase, glucose amylase và các enzyme tạo oligosaccharide, isomer hoá bằng glucoisomerase (để chuyển glucose thành fructose). Tuỳ thuộc vào enzyme sử dụng mà sản phẩm thu được khác nhau. Các giai đoạn chính và những biến đổi enzym tham gia trong việc chế tác các sản phẩm thủy phân tinh bột Các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột có nhiều ứng dụng bao gồm đường glucose tinh thể hoặc dung dịch (D-glucose), xiro giàu fructose hoặc fructose tinh thể, xiro glucose và maltose, maltodextrin và xiro dextrin. Các sản phẩm thuỷ phân như đường glucose, các loại xiro và maltodextrin thường được phân loại dựa trên chỉ số DE. Tinh bột có chỉ số DE bằng 0 do số lượng các gốc khử có mặt rất ít. Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột sẽ tạo ra đường glucose với chỉ số DE 100. Các sản phẩm thuỷ phân ở mức độ trung gian sẽ có giá trị DE nằm trong khoảng 0 – 100. Đường glucose thường chứa ít nhất 99.5% glucose, các dạng xiro có DE trong khoảng từ 20 – 99.4 còn maltodextrin là những sản phẩm có chỉ số DE từ 4 – 20. Tuy nhiên, DE không hoàn toàn thể hiện đúng mức độ thuỷ phân đặc biệt đối với các sản phẩm xirô có cùng chỉ số DE nhưng khác nhau ở thành phẩn đường oligo do tinh bột được thuỷ phân với những nguồn enzyme và phương pháp khác nhau. Trong trường hợp này, sản phẩm được đánh giá bởi thành phần và nồng độ các đường DP1 ( glucose), DP2 ( maltose), DP3 (malto triose), DP4( maltotetraose)… Các sản phẩm chứa fructose thông thường được mô tả bằng hàm lượng fructose, sản phẩm chuẩn thường chứa 42,55,90% fructose, đường fructose tinh thể chứa ít nhất 99% fructose sạch. Cyclodextrin là các mạch vòng chứa 6,7 hoặc 8 gốc glucose tương ứng với α,β- và γ- cyclodextrin được tạo ra bởi tác dụng của xiro dextrin glucano – transferase CGTase từ vi khuẩn B.macerans. Cyclodextrin được sản xuất ở Nhật Bản bởi nhiều hãng, trong đó lớn nhất là hãng Nihon Shokuhin Kato với sản phẩm α-cyclodextrin có độ tinh sạch 98.5%. Maltodextrin: Maltodextrin là một polysaccharide gồm các D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4 glucoside. Maltodextrin có giá trị dinh dưỡng nhưng lại không ngọt. Maltodextrins có vai trò như một chất phân tán , chất mang hương, chất giữ ẩm, chất tạo độ nhớt … Nó có nhiều ứng dụng - nước sốt đến bánh có nhân trái cây và đồ uống. Nó là nguồn carbohydrates có giá trị dinh dưỡng. Bằng cách kiểm soát các yếu tố khác nhau, tùy theo mức độ thủy phân mà các nhà sản xuất có được sản phẩm phù hợp. Tuy nhiên, maltodextrins thương mại thường là hỗn hợp của nhiều polysaccharide khác nhau. Maltodextrin thường được phân loại theo chỉ số DE DE chỉ ra mức độ polyme (DP) của phân tử tinh bột - số lượng của các đơn vị monosaccharide trong phân tử. DE là bắt nguồn từ công thức DE = 100 ÷ DP. DE càng cao, hàm lượng monosaccharide càng nhiều và chuỗi polyme càng ngắn. Glucose (dextrose) có DE = 100; tinh bột thì DE gần như bằng 0. Maltodextrin có DE bằng 5 thông thường dao động trong khoảng ừ 4 đến 7, maltodextrin có DE bằng 10 thì dao động từ 8 đến 12. Khi chỉ số DE tăng sẽ ảnh hưởng đến các tính chất sau: Mức độ hóa nâu ( do tăng lượng đường khử) Khả năng hút ấm Tính dẻo Độ ngọt Độ hòa tan Tính thẩm thấu Khi chỉ số DE giảm sẽ dẫn theo các tính chất sau: Khối lượng phân tử Độ nhớt Khả năng cố kết Khả năng tạo màng Ngăn chặn hiện tượng kết tinh đường Bảng1: Một số loạt tinh bột thường gặp trong thực phẩm STT Chỉ số Quốc tế Tên phụ gia và ADI Tên thực phẩm có dùng phụ gia Giới hạn tối đa cho phép trong thực phẩm 1 1400 Dextrin, tinh bột rang trắng hoặc vàng (Dextrins, roasted starch, while & yellow) ADI: chưa xác định Phomat ép Sữa chua có hương liệu, sản phẩm xử lý nhiệt sau lên men, đá, kem hỗn hợp, viên xúp 5g/kg dùng một mình hay kết hợp với các chất ổn định & chất mang khác. Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 2 1401 Tinh bột xử lý acid (Acid treated starch) ADI: chưa xác định Đồ hộp rau, quả, cá đá, kem hỗn hợp, sữa chua thơm Viên xúp Xem diamidon axetyl glyxerol (1423) Giới hạn bởi GMP 3 1402 Tinh bột xử lý kiềm (Alkaline treated starch) ADI: chưa xác định Đồ hộp rau, quả, cá đá, kem hỗn hợp, sữa chua thơm Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 4 1403 Tinh bột đã khử màu (Bleached starch) Xem tinh bột xử lý acid (1401) Đá kem hỗn hợp Cá xácđin và sản phẩm. Viên xúp, cá nhỏ đông lạnh nhanh Xem tinh bột xử lý acid (1401) 30g/kg, dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác 20g/kg dùng một mình hay kết hợp với các chất làm đông đặc hoặc làm dày khác Giới hạn bởi GMP 5 1405 Tinh bột đã xử lý men (Enzyme treated starches) ADI: chưa xác định Đá, kem hỗn hợp Viên canh xúp 30g/kg, dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác Giới hạn bởi GMP 6 1410 Monoamidon photphat (Mono starch phosphate) ADI: chưa xác định Xem tinh bột xử lý kiềm (1401) Xem tinh bột xử lý kiềm (1401) 7 1411 Diamidon glyxerol (Distarch glyxerol) ADI: chưa xác định Đồ hộp rau, củ có bơ hay dầu mỡ, cá và sản phẩm, thức ăn trẻ em đóng hộp Cá thu và sản phẩm đóng hộp Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 60g/kg, dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác 8 1412 Diamidon phophat (Distarch phosphate) ADI: chưa xác định Xem Diamidon Axetylphotphat (1414) Xem Diamidon Axetylphotphat (1414) 9 1413 Diamidon photphat photphat hoá (Phosphated distarch photphate) ADI: chưa xác định Đồ hộp rau, quả có bơ hay dầu, mỡ, sữa chua có hương liệu và sản phẩm xử lý nhiệt sau lên men, cá, và sản phẩm thức ăn trẻ em đóng hộp Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 10 1414 Diamidon axetyl photphat (Acetylated distarch photphate) ADI: chưa xác định Xem 1422 Thức ăn trẻ em chế biến sẵn Xem 1422 5g/kg, dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác có đậu tương 25g/kg dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác trong sản phẩm có acid amin hoặc protein thủy phân 11 1420 Amidon axetat (Starch acetate) ADI: chưa xác định Đá, kem hỗn hợp, sữa chua có hương liệu. Sản phẩm xử lý nhiệt sau lên men, đồ hộp rau, củ có bơ hay dầu, mỡ, viên xúp. Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 12 1422 Diamidon axetyl adipat (Acetylated distarch adipate) ADI: Chưa xác định Đồ hộp rau, củ, đậu, hạt nấm có bơ, mỡ hay dầu Sữa chua & sản phẩm xử lý nhiệt sau lên men Thức ăn trẻ em đóng hộp Đá kem hỗn hợp Cá xácđin và sản phẩm. Viên xúp, cá nhỏ đông lạnh nhanh 10g/kg dùng một mình hay kết hợp với các chất làm dày khác 10g/kg dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác 60g/kg dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác 30g/kg, dùng một mình hay kết hợp với tinh bột khác 20g/kg dùng một mình hay kết hợp với các chất làm đông đặc hoặc làm dày khác Giới hạn bởi GMP 13 1423 Diamidon axetyl glyxerol (Acetylated distarch glycerol) ADI: chưa xác định Nấm, đậu cove xanh cà rốt, măng tây đóng hộp có bơ, mỡ hay dầu, cá xacdin thức ăn trẻ em đóng hộp, đá kem hỗn hợp Xem Diamidon Axetyl adipat (1422) 14 1440 Hydroxy propyl amidon photphat (hydroxy propyl starch) ADI: chưa xác định Xem diamidon axetyl photphat (1414) Xem diamidon axetyl photphat (1414) 15 1442 Hydroxy propyl diamidon photphat (hydroxy propyl distarch phosphate) ADI: chưa xác định Xem tinh bột xử lý kiềm (1402) Xem tinh bột xử lý kiềm (1402) LỰA CHỌN TINH BỘT BIẾN TÍNH: Nhà sản xuất khi cân nhắc sử dụng loại tinh bột nào cho sản phẩm thường xem xét các câu hỏi: Tính chất của sản phẩm hướng đến? Có nấu (cook-up) hay ăn nhanh (instant)? Đông lạnh hay đóng hộp? Thời gian sử dụng mong muốn? Dạng vật lí sử dụng.? Thành phần khác trong sản phẩm: đường, acid, chất béo, protein…. Ảnh hưởng đến tinh bột và chức năng của nó? Các điều kiện công nghệ? Cụ thể: Dạng vật lí của tinh bột: Tinh bột thường được sử dụng ở 4 dạng: khô, trương nở, huyền phù, màng khô. Khi được sử dụng ở dạng khô hay dạng chưa hồ hóa, tinh bột thường được sử dụng như là tác nhân tạo bụi (dusting agent), làm lớp áo ngoài sản phẩm bánh để dễ lấy ra khỏi chảo sau khi nướng. Khi được sử dụng ở dạng trương nở hay dạng hồ hóa, nó được sử dụng để tạo độ nhớt, cấu trúc,…trong những sản phẩm như sauce, nhân bánh và kem. Dạng huyền phù thường được sử dụng làm màng bao hay ổn định hệ nhũ tương. Dạng màng phim, tinh bột thường là chất kết nối, ví dụ làm kết dính hạt mè trên bánh cracker. Mức độ hồ hóa: 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, kích thước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn: pH: Tinh bột biến tính nhẹ bằng liên kết ngang khi được nấu ở pH trung tính trong những kiện thích hợp sẽ cho một kết cấu đặc, tơi xốp (short, heavy-bodied texture). Nếu cùng loại tinh bột này được nấu ở pH thấp hơn 3.5 sẽ tạo ra kết cấu ít tơi xốp hơn và độ nhớt thấp hơn. Với các sản phẩm có nồng độ acid cao, một sự biến tính đơn giản để tạo ra một sản phẩm chấp nhận được là nấu tinh bột trước, sau đó mới cho acid vào. Sản phẩm cuối cùng sẽ có kết cấu như được nấu ở pH trung tính. Dù vậy, việc cho riêng acid vào như thế có thể không phù hợp trong quá trình sản xuất thực tế. Tối ưu nhất là sử dụng tinh bột biến tính bằng phương pháp cross-link có thể chịu được điều kiện sản xuất pH thấp. Trong thực phẩm có acid, chẳng hạn như nhân bánh cherry pie, việc chọn lựa tinh bột phù hợp là rất quan trọng. Nếu chọn không đúng, nhân bánh sẽ có độ nhớt thấp và dễ chảy lỏng, không đạt yêu cầu. Những thành phần khác trong thực phẩm: Đường: ảnh hưởng rõ ràng đến quá trình hồ hóa tinh bột. Hình trên đã cho thấy ảnh hưởng của nồng độ đường khác nhau lên nhiệt độ hồ hóa của tinh bột biến tính liên kết ngang. Ta thấy nồng độ đường càng cao thì nhiệt độ hồ hóa càng cao. Hỗn hợp 60% đường và tinh bột sẽ có nhiệt độ hồ hóa trên 100oC. Chất béo và protein cũng làm tăng nhiệt độ hồ hóa tinh bột. Những chất này có xu hướng bao phủ hạt tinh bột, ngăn cản sự xâm nhập của nước cũng như sự hydrate hóa và trương nở. Trong mọi trường hợp, tinh bột nên được nấu trước khi cho thêm các thành phần khác, hoặc nên lựa chọn loại tinh bột hồ hóa phù hợp với những điều kiện của thực phẩm. Các điều kiện công nghệ: Thời gian và nhiệt độ: Nếu tinh bột không được nấu ở nhiệt độ và thời gian chính xác, mức độ trương nở sẽ không đạt yêu cầu, tinh bột cũng không tạo ra những tính chất mong muốn. Ta có thể thấy rõ điều đó trong ví dụ sau: Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu lên tính chất của tinh bột tinh bột biến tính cross-linking nhiệt độ nấu thời gian nấu 710C 5 phút 60 phút độ nhớt thấp, đục, vị hồ bột 820C 5 phút 60 phút cấu trúc mịn, độ nhớt cao hơn vữa ra, độ nhớt giảm, dính kết Tác động cơ học: Các tác động như khuấy trộn tác động lên quá trình nấu tinh bột cũng có thể làm tăng hay giảm độ đặc của hỗn hợp. Huyền phù tinh bột biến tính cross-linking nhẹ, nếu khuấy nhẹ, hầu hết hạt tinh bột vẫn giữ nguyên và rất ít sự thay đổi của sản phẩm được nhận ra. Nhưng khi khuấy mạnh hơn, hạt tinh bột sẽ vỡ ra và sản phẩm tạo ra sẽ có những tính chất tinh bột nấu quá thời gian – độ nhớt thấp và kết cấu mịn. Đối với huyền phù tinh bột biến tính cross-linking cao hơn, khuấy trộn thấp thì tinh bột khó trương nở đồng đều, tuy nhiên, nếu khuấy cao hơn thì lại tạo ra một hỗn hợp phù hợp để tạo sản phẩm có dạng đặc và tơi xốp. Vì nhiều loại thiết bị sử dụng trong qui trình sản xuất cũng liên quan đến điều kiện công nghệ, tinh bột cũng cần được chú ý khi lựa chọn thiết bị. Bảng 3: Thiết bị và các điều kiện công nghệ thiết bị điều kiện công nghệ nồi có áo hơi (steam-jacketed kettle) cắt xé nhẹ, thời gian nấu và làm nguội dài thiết bị thanh trùng nguội có quét bề mặt (swept surface cooker-cooler) cắt xé trung bình, thời gian nấu và làm nguội trung bình hơi tiếp xúc (tangential steam) cắt xé cao, nhiệt độ cao, thời gian nấu ngắn máy nghiền keo (colloid mill) cắt xé rất cao nồi nấu pha hơi (steam infusion cooker) cắt xé thấp, nhiệt độ cao, thời gian nấu ngắn thiết bị trao đổi bản mỏng (plate exchanger cooker-cooler) cắt xé cao, thời gian nấu và làm nguội ngắn, nhiệt độ trung bình làm nguội nhanh (flash cooling) cắt xé cao (gây ra bởi làm nguội chân không) bơm (pumps) mức độ cắt xé tùy máy ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH: Bảng4: Một số ứng dụng trong thực phẩm của tinh bột biến tính Tinh bột Ứng dụng Tinh bột bắp sáp (giàu amilopectin) Salad, thục phẩm đóng hộp tiệt trùng và đông lạnh, súp, bánh snack. Tinh bột hồ hoá trước Bánh nướng, nhân bánh ngọt, phủ salad, pudding. Tinh bột thuỷ phân nhẹ bằng acid Màng bảo vệ thực phẩm. Tinh bột bắp sáp liên kết ngang Nhân bánh, nước sốt, trái cây đóng hộp đông lạnh hoạc tiệt trùng, pudding, salad dressing, súp, thực phẩm cho trẻ em. Tinh bột hydroxypropyl ether Trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng. Tinh bột carboxymethyl ether Chất làm bền nhũ tương Este củ tinh bột với acid acetic Trái cây đóng hộp đông lạnh hoặc tiệt trùng, thực phẩm trẻ em. Ester của tinh bột với acid succinic và acid adipic Trái cây đóng hộp đông lạnhhoặc tiệt trùng, các vi hạt để bảo vệ mùi. Ester của tinh bột với acid sulfuric Chất làm đặc, lành bến nhũ tương, điều trị những chỗ loét. Ổn định hệ nhũ tương – màng bao: Phản ứng giữa tinh bột với hợp chất ưa béo nào đó sẽ tạo ra tính chất kị nước cho tinh bột và làm ra một sản phẩm đặc trưng có thể được sử dụng để ổn định hệ nhũ tương và làm màng bao. Mục đích chính của tinh bột ở đây là cung cấp độ nhớt và sự ổn định. Hệ nhũ tương ổn định với tinh bột ưa béo này gồm hệ nhũ tương trong nước giải khát, kem, salad dressing và những hệ nước trong dầu đặc biệt. Hệ nhũ tương trong nước giải khát: Trong nước giải khát, hệ nhũ tương hương vị đã cô đặc thường được sử dụng để chuẩn bị nước ngọt như nước cam hay chanh. Một quá trình điển hình bao gồm việc chuẩn bị hệ nhũ tương các chất mùi vị trộn với hỗn hợp tinh bột ưa béo, có thể chứa cả acid citric, sodium benzoate và chất màu. Hệ nhũ tương này phải được đồng hóa để đạt chất lượng mong muốn. Một lượng nhỏ hỗn hợp hệ nhũ tương vừa tạo được này, sau đó sẽ được sử dụng để tạo hương vị cho sản phẩm nước ngọt cuối cùng, loại mà chủ yếu là đường và nước. Chất ổn định hệ nhũ tương là rất quan trọng vì hương vị có thể bị tách ra trong quá trình bảo quản. Màng bao: Tinh bột ưa béo cũng được dùng để làm màng bao trong các quá trình có bước nhũ tương hóa, theo sau là quá trình sấy (chủ yếu là sấy phun). Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm mùi vị, kem và vitamin. Hình trên minh họa tinh bột ưa béo hoạt động như thế nào trong việc làm màng bao cho tinh dầu chanh. Ta thấy tinh bột thì bao phủ và bảo vệ một lượng dầu cao hơn khi sử dụng gum arabic truyền thống. Tính chống oxi hóa của chất bao cũng là một tính chất quan trọng. Ngay sau khi sấy phun, một lượng giống nhau các cấu tử bị oxi hóa tồn tại ở cả sản phẩm có tinh bột hay gum. Nhưng, sau một thời gian, dầu được bao với gum arabic bị oxi hóa nhiều hơn dầu có màng bao là tinh bột biến tính. Công nghiệp bánh kẹo: Trong lĩnh vực này, tinh bột được sử dụng với nhiều chức năng, chẳng hạn như tác nhân tạo gel, tạo đặc, ổn định cấu trúc, làm bền bọt, ngăn cản kết tinh, là chất kết dính, tạo màng, … Liên quan đến rau quả, sản phẩm phổ biến có thể kể đến jelly gum mềm. Thành phần có thể gồm: 5-17% tinh bột, 70-90% chất tạo ngọt, 0-20% thành phần khác (chất tạo vị, chất màu, dầu, chất giữ ẩm, chất bảo quản). Trong đó, chất tạo vị trái cây thường hay sử dụng, gồm puree trái cây hoặc puree trái cây cô đặc, hoặc cũng có thể dùng trái cây sấy nguyên quả trong jelly gum. Chức năng chủ yếu của tinh bột ở đây là cung cấp cấu trúc. 3 loại tinh bột thường dùng: Tinh bột “dễ chảy” (fluidity starch): trong loại jelly gum này, tinh bột được chuyển hóa tạo độ nhớt thấp và nồng độ chất khô cao được sử dụng để đạt được cấu trúc mong muốn. Kẹo được làm với loại tinh bột này yêu cầu 48-72h để khô. Nếu tinh bột bị chuyển hóa quá nhiều hay dùng quá ít tinh bột sẽ tạo thành một hỗn hợp có độ nhớt thấp, chảy nước, tách khỏi khuôn tinh bột, và tăng thời gian làm khô. Nếu tinh bột bị chuyển hóa ít, hỗn hợp mứt tạo thành có độ nhớt cao, làm mứt cứng, có cặn… Tinh bột có thể được chuyển hóa bằng nhiều cách như chất oxi hóa, nhiệt, acid hay enzyme alpha-amylase. Trộn với tinh bột có hàm lượng amilose cao: vì hàm lượng amilose cao, tinh bột này có thể đông nhanh hơn. Hình trên cho thấy nếu trộn 2 loại tinh bột với nhau thì sẽ đông nhanh hơn so với chỉ có tinh bột dễ chảy. Tuy nhiên, hỗn hợp phải được nấu ở nhiệt độ cao hơn (168oC so với 140oC) để đạt được kết quả mong muốn. Tinh bột có hàm lượng amilose cao đặc biệt: với sự phát triển gần đây, người ta đã tạo được tinh bột có hàm lượng amilose cao có thể nấu ở nhiệt độ thấp hơn mà vẫn tạo đông nhanh. Tinh bột có amilose cao có thể từ nguồn nguyên liệu giàu amilose hoặc có thể biến tính tinh bột bằng các loại enzyme như pullulanase (E.C.3.2.1.41), isoamylase (E.C.3.2.1.68) hoặc bất kì loại endo-enzyme nào chỉ cắt liên kết 1,6D-glucoside của amylopectin. Thực phẩm đông lạnh: Làm lạnh và lạnh đông là phương phương pháp phổ biến để bảo quản thực phẩm. Trong quá trình bảo quản có thể xảy ra những biến đổi trong sản phẩm do thay đổi nhiệt độ làm tăng sự thoát nước. Hệ quả không mong muốn trong quá trình bảo quản lạnh đông là do hiện tượng thoái hoá tinh bột. Hiện tượng này phụ thuộc vào nhiệt độ và các nghiên cứu đã cho thấy rằng mức độ thoái hoá càng tăng khi nhiệt độ càng giảm ( Jacobson and BeMiller 1988) . Những chu trình lạnh đông-rã đông làm cho các phân tử amilose và những đoạn thẳng của amilopectin kết hợp lại bằng liên kết hydro dẫn đến việc tạo thành cấu trúc cứng hơn, mất độ trong, chất lỏng thoát ra, rỉ nước…Thoái hoá gây cho huyền phù tinh bột trở nên xốp và giống gel như trong hình. Hình 6: Huyền phù tinh bột 5.5% ( w/w) trước khi lạnh đông và sau 4 chu trình lạnh đông/rã đông (freeze/thaw cycle) Chu trình lạnh đông/rã đông là thước đo độ ổn định của dung dịch huyền phủ tinh bột với sự thay đổi nhiệt độ. Tinh bột có hàm lượng amylose cao kém ổn định hơn bởi vì các phân tử có xu hướng tái kết hợp tạo thành một dạng gel và thoái hoá nhanh hơn. Tinh bột nếp ổn định hơn do hàm lương amylopectin cao. Biến tính bằng phương pháp hoá học ( liên kết ngang và thay thế) được dùng để tăng độ ổn định khi lạnh đông/rã đông. Liên kết ngang: Các liên kết ngang được hình thành một cách ngẫu nhiên giữa các nhánh amylopectin giúp củng cố cấu trúc và tăng cường độ bền vững của hạt. Điều này dẫn đến độ nhớt tăng chậm do sự kém trương nở của hạt tinh bột. Nhóm tinh bột thay thế: Nhóm tinh bột thay thế bao gồm tinh bột esther và tinh bột ether. Loại tinh bột này ngăn cản sự thoái hoá bằng cách đưa các nhóm có phân tử lượng lớn vào các khoảng trống hạn chế sự sắp xếp các sợi tinh bột. Do đó, khả năng ổn định trong lạnh đông tăng lên bởi vì có nhiều cấu trúc nhánh hơn. Kết quả là tinh bột hấp thụ nước dễ dàng hơn và giảm nhiệt độ hồ hoá tư 2 – 10oC tuỳ thuộc vào mức độ thay thế (Penford Corporation, 2005) Sử dụng tinh bột liên kết ngang và tinh bột thay thế sẽ tạo sự ổn định tốt hơn cho hạt tinh bột. Những nghiên cứu gần đây đánh giá khả năng chịu đựng nhiệt độ lạnh đông của các loại tinh bột khác nhau: tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý ( PM), bằng phương pháp hoá học (CM) và tinh bột tự nhiên (N) được thể hiên trong bảng sau với các nồng độ 4.5% , 5.5% , 6.5%. Bảng3: Kết quả chu trìn lạnh/rã đông trên dung dịch tinh bột hòa tan Ta thấy: Tinh bột biến tính vật lý (PM) từ tinh bột bắp chứa nhiều amylose (PM maize) chỉ qua một chu trình lạnh đông đã có sự thoái hoá. Tinh bột bắp sáp tự nhiên (NW maize) dễ bị tái kết tinh và thoái hoá. Tinh bột gạo nếp tự nhiên có độ ổn định lạnh đông/rã đông tốt hơn tinh bột bắp sáp. Tinh bột bắp sáp biến tính bằng phương pháp vật lý ( PMW maize) có sự ổn định lạnh đông/ rã đông tốt hơn tinh bột bắp sáp tự nhiên nhưng không bằng tinh bột bắp sáp biến tính bằng phương pháp hoá học ( CMW). Hình 7: Tinh bột nếp tự nhiên ở nồng độ 4,5% (w/w) sau các chu trình lạnh/rã đông Hình8: Sốt cà chua sử dụng các loại tinh bột khác nhau và trạng thái của chúng sau 4 chu trình lạnh/rã đông. Fruit preparation: Fruit preparation là một thị trường đầy tiềm năng do tính tốt cho sức khỏe và khả năng nâng cao chất lượng tổng thể của nhiều loại thực phẩm như yogurt, phô mai tươi và kem. Chúng cũng góp phần vào chất làm ngọt, tạo mouthfeel và ổn định khi khuấy yogurt. Ngày nay, sản phẩm fruit preparation cần có cả vả bề ngoài, kết cấu và mùi vị tốt cho thời gian bảo quản. Là một thành phần đa chức năng, tinh bột biến tính là phụ gia được dùng như tác nhân tạo đặc, chất ổn định, chất nhũ hóa. Trong fruit preparation thì nó là tác nhân chính để điều khiển độ nhớt, cấu trúc và đảm bảo sự ổn định. Mặc dù tinh bột được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm nhưng nó vẫn có những giới hạn về mặt thoái hóa amylose và tính ổn định trong điều kiện acid, kết quả dẫn đến tình trạng đông đặc và cấu trúc không ổn định trong sản phẩm cuối cùng. Biến tính hóa học là cần thiết để cải thiện chức năng của tinh bột. Bên cạnh tăng khả năng chịu nhiệt, chịu lực tác dụng theo phương tuyến tính và acid, tinh bột liên kết ngang còn có tác dụng tích cực trong kết cấu sản phẩm. Phản ứng cross-linking nhẹ sẽ hạn chế sự giải phóng amylose và dạng hạt tinh bột trương phồng vẫn được duy trì, hình thành nên cấu trúc cream và cảm giác miệng. Đây là kết quả mong muốn trong nhiều ứng dụng của fruit preparation. Mặc dù tinh bột liên kết ngang không ngăn được hiện tượng thoái hóa, sự đông cục tinh bột vẫn có thể xảy ra nhưng nó có thể được khắc phục bằng cách thêm các nhóm có phân tử lượng lớn vào phân tử tinh bột. Các nhóm chức này sẽ ngăn cản và làm yếu đi lực liên kết giữa các phân tử tinh bột. Quá trình thêm các nhóm chức là quá trình ester hóa hoặc ether hóa. Các phương pháp xử lý có khuynh hướng ngăn cản sự thoái hóa, tăng độ trong suốt, giảm nhiệt độ hồ hóa và tăng khả năng ổn định khi lạnh đông/tan giá. Tất cả các tính chất trên đều quan trong để hình thành nên dạng bán thành phẩm fruit preparation có chất lượng tốt. Quy trình sản xuất Fruit preparation: Dịch trái cây Phối trộn Cô đặc Rót bao bì Tạo đông Fruit preparation Đường Chất tạo sệt, ổn định Phối trộn Nước Miếng quả Ví dụ sản phẩm Fruit preparation 50O brix có miếng trái cây sử dụng trong các sản phẩm sữa: Giới thiệu chung Fruit preparation dùng trong sữa và yaghurt Quá trình Trộn khô các chất tạo gel với đường ( tỉ lệ 4:1) hoặc hòa tan vào glucose syrup (tỉ lệ 10:1). Sau đó cho thêm chất tạo ngọt đến hàm lượng chất khô là 30obrix. Khuấy trộn và gia nhiệt đến 80oC. Chất ổn định các miếng quả Sử dụng low-esterified pectin (0.15%) hoặc xanthan (0.05%) Tăng độ nhớt và mouthfeel sử dụng acetylated di-starch adipate ( 1.9%) hòa tan trong nước nóng ( chế phẩm thương mại : C-tex 06201, C-tex 06205, C-tex 06214) 0.3% VIDOGUM SP 175 Fruit fillings: Bảng 6: Thành phần nhân bánh cherry đông lạnh thành phần % dịch quả cô đặc và nước sau khi tan giá 29 cherry đã rút nước 22 đường 7,38 crosslinked và stabilized starcha 3,12 nước 8,13 muối 0,06 cherry đã rút nướcb 22b đườngb 8b aCOLFLO 67, National Starch and Chemical Co. bĐược cho riêng sau khi hỗn hợp ban đầu được đưa đến 68oC Fruit filling thường chứa trái cây, đường, syrup, tinh bột và nước. Các loại nhân bánh khác nhau ở nồng độ chất khô, pH và độ chắc. Các lọai nhân được điều chỉnh bằng cách cho thêm acid để đạt được pH 3,7- 4,5. Quy trình sản xuất ảnh hưởng tới hương vị và cấu trúc của nhân. Để tinh bột là một chất làm đặc thích hợp, nó cần có đặc tính nhất định. Ví dụ, tạo keo dễ dàng, có khả năng chịu được các acid trái cây, không ảnh hưởng lên hương vị và màu sắc…Đối với nhân bánh đóng hộp (canned fruit filling), loại tinh bột sử dụng cần chịu được nhiệt độ thấp trong quá trình bảo quản lạnh trước khi sử dụng làm bánh. Người ta thường dùng tinh bột bắp hay tinh bột bắp biến tính trong lĩnh vực sản xuất nhân bánh. Bột bắp có khả năng tạo đặc cao, tuy nhiên gel tạo thành quá cứng và khó nhìn thấy trái cây bên trong, dễ bị rữa ra trong quá trình bảo quản lạnh đông, đồng thời không ổn định với sự có mặt của nồng độ acid cao. Vì thế, sử dụng tinh bột biến tính như chất tạo đặc là sự lựa chọn tốt vì chúng tạo dạng paste trong, sau khi nấu hình thành dạng gel lỏng lẻo hơn. Tinh bột được sử dụng cần phải chịu được nhiệt và acid cũng như ổn định ở nhiệt độ thấp. Các loại tinh bột biến tính thường dùng: Tinh bột biến tính ngang: lợi thế của tinh bột này là được dùng để tăng khả năng chống biến dạng và ổn định độ bền khi đông lạnh/rã đông, kiểm soát hoạt độ của nước, giảm thiểu hình thành tinh thể đá. Tinh bột hồ hóa trước (pre-cooked starch) : Lợi thế của việc sử dụng tinh bột này là chúng có thể duy trì hương vị trái cây tự nhiên cũng như duy trì hình dạng trái cây. Do đó, bằng cách sử dụng trước tinh bột nấu chín thíc hợp trong bánh trái cây như pie dâu tây hoặc pie đào. Khi sử dụng tinh bột hồ hóa trước tinh bột phải được pha trộn với đường và các thành phần khô khác để ngăn chặn hiện tượng vón cục. Việc sử dụng tinh bột với các thành phần khác trong fruit filling có thể dẫn đến một nhân bánh đầy vết nứt hoặc một chiếc nhân bánh quá lỏng. Đường có thể gây trở ngại cho quá trình hồ hóa. Quá nhiều đường có thể dẫn hồ hóa không hoàn toàn và gel không trơn láng. Quá ít đường sẽ thiết lập các gel quá chặt và gây ra những vấn đề xử lý tiếp theo. Tỷ lệ tinh bột : đường là 1:3 đến 1:3,5. Đường có thể được thêm vào trong hai giai đoạn: đường + tinh bột được hồ hóa chung, lượng đường còn lại có thể được thêm vào sau khi hồ hóa xong. Sauce: Ngành công nghiệp tinh bột đã phát triển hàng trăm tinh bột biến tính để tạo độ nhớt và hình thức cho nước sốt. Một số loại tinh bột được nấu lên, sẽ phù hợp để làm nước sốt, nhất là khi được đun nóng tại một số điểm nhiệt độ. Bên cạnh độ nhớt, tinh bột biến tính còn ảnh hưởng đến các tính chất khác của sauce. Hình thức có thể thay đổi, tùy thuộc vào loại tinh bột sử dung, ví dụ: tinh bột bắp có độ đục hơn so với tinh bột lúa mì….. Thêm vào đó, sauce được bảo quản lạnh sau khi mở, cho nên độ nhớt mong muốn tại nhiệt độ bảo quản lạnh cũng rất quan trọng. Sốt cà chua: Cà chua: Cà chua là một loại quả ôn đới, được đưa vào trồng ở Việt Nam từ lâu. Ở nước ta, cà chua được thu hoạch vụ chính vào tháng 12 đến tháng 2. Cà chua có nhiều giống, giống có chất lượng tốt biểu hiện ở quả to vừa phải, thành quả dày, hạt ít, độ khô 6%-8%. Nó cung nhiều nguyên tố khoáng, đường và vitamin : Thành phần của cà chua như sau:  Gluxit: 4.5%  Protit: 1.0%  Lipit: 0.3% Vitamin A: 400 µg/100g  Vitamin B1: 40 µg/100g Vitamin B2: 7 µg/100g Vitamin C: 15-30 µg/100gPurê cà chua: Purê cà chua được tạo ra bằng cách lấy cà chua rửa sạch chần trong nước sôi, vớt ra bóc bỏ vỏ, chà qua lưới 0.7-1mm rồi lấy bột. Purê cà chua có độ khô khoảng 12,15,20%(khác với bột cà chua có độ khô 88-95%). Thành phần sốt cà chua: Ingredient % Thick – flo 3.0 Tomato paste 20.0 Sugar 14.0 Salt 2.5 Pepper 0.1 Vinegar ( 25%) 2.4 Water 58.0 Total 100.00 Chức năng của tinh bột:tạo sệt. Sử dụng tinh bột acetylated distarch adipate. Hàm lượng từ 3-4% tuỳ theo nhà sản xuất. Bột trái cây sấy: Tinh bột biến tính dùng trong ứng dụng này chủ yếu là maltodextrin (tăng độ hòa tan, làm chất độn) và tinh bột ưa béo (màng bao bảo vệ mùi vị). chức năng màng bao đã nói ở phần trên nên phần này chủ yếu đề cập đến maltodextrin. Thường có 2 cách dùng maltodextrin: dạng lỏng hoặc dạng bột khô. Chúng có chức năng khác nhau tùy thuộc vào điều mà nhà sản xuất mong muốn trong mỗi hệ thống. Vì có vị nhạt và tính trơ nên maltodextrin được dùng như là chất độn và chất mang có tính kinh tế cao. Nó đóng vai trò như chất bổ sung cho các nguyên liệu đắt tiền, và như là chất pha loãng cho các thành phần cực nhỏ. Do đó, nó cần được xử lý và đóng gói một cách chính xác.Trộn maltodextrin với gum và các carbonhydrat khác để tăng khả năng phân tán, không vón cục và dễ hydrat hóa. Maltodextrin có giá trị đặc biệt trong ngành công nghiệp hương vị, với vai trò là chất nền trong quá trình sấy phun. Sử dụng maltodextrin là lý tưởng cho quá trình sấy phun bởi vì độ hòa tan cao của nó sẽ tăng nồng độ chất khô, tăng lượng nhập liệu vào máy sấy . Và do độ ẩm thấp nên thời gian sấy sẽ ngắn hơn. Người ta thường sử dụng maltodextrin có chỉ số DE từ 10 đến 15. Nó có độ ẩm thấp hơn các loại có DE cao vì mạch carbonhydrat dài hơn. Maltodextrin thường được trộn với gum Arabic và tinh bột biến tính, đặc biệt trong sấy phun/ bao gói sản phẩm có hàm lượng dầu cao. Maltodextrin còn được dùng như chất bảo vệ hương vị. Trong quá trình sấy, maltodextrin bao quanh các chất hương và vị, là chỗ bám cho chúng không bị thoát theo hơi nước. Khả năng tạo màng của maltodextrin cũng ngăn cản sự thất thoát chất hương và các chất nhạy cảm khác (trong quá trình tạo màng cho sản phẩm) Sử dụng maltodextrin trong sản xuất bột trái xoài: Xoài được rửa sạch, gọt vỏ sau đó đem chà. Puree xoài được pha loãng với nước theo tỉ lệ 1:2. Bột maltodextrin thương mại hòa tan vào nước ấm và trộn đều vào hỗn hợp dịch quả. Tỉ lệ maltodextrin:chất khô trong dịch quả = 55:45. Hàm lượng chất khô nhập liệu là 19%. Nhập liệu hỗn hợp vào thiết bị sấy phun: Nhiệt độ dòng khí vào: 167oC Nhiệt độ dòng khí ra : 89oC Nhiệt độ nhập liệu : 60oC Sản phẩm có nồng độ chất khô là 95%.