Thạc Sĩ Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN .i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG .vi
DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ðỒ .vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii
PHẦN I: MỞ ðẦU . 1
PHẦN II : TỔNG QUAN . 4
2.NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT. 4
2.1. TINH BỘT . 4
2.1.1 Cấu trúc của tinh bột .4
2.1.2. Một số tính chất của tinh bột . 6
2.1.3 Ứng dụng của tinh bột 7
2.1.4 Tinh bột sắn 8
2.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng sắn ở Việt Nam và trên thế giới .9
2.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT . 13
2.2.1 Tính chất của tinh bột acetat . 13
2.2.2 Phương pháp tổng hợp tinh bột acetat . 14
2.2.3 Các tác nhân tham gia quá trình acetyl hóa tinh bột . 15
2.2.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột acetat trênthế giới và Việt nam 19
2.2.5 Những ứng dụng tinh bột acetat . 21
PHẦN III : NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 24
3.1 Nguyên liệu và thiết bị 24
3.1.1 Nguyên liệu 24
3.1.2 Thiết bị 24
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iv
3.2 Các phương pháp nghiên cứu 25
3.2.1 Phương pháp công nghệ . 25
3.2.2 Phương pháp phân tích . 26
PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29
4.1 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TÁC NHÂN PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH
GẮN TẠO TINH BỘT ACETAT . 29
4.2 NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH CÁC ðIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ðẾNQUÁ
TRÌNH ACETYL HÓA TINH BỘT . 30
4.2.1 Nghiên cứu xác ñịnh tỉ lệ tác nhân gắn thích hợp cho sản xuất tinh bột acetat 31
4.2.2 Nghiên cứu lựa chọn xúc tác thích hợp cho quátrình acetyl hóa 32
4.2.3 Nghiên cứu xác ñịnh pH thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột . 33
4.2.4 Nghiên cứu xác ñịnh nồng ñộ tinh bột thích hợp cho quá trình acetyl hóa . 35
4.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trong quá trình acetyl hóa tinh bột.36
4.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ trong quá trình acetyl hóa tinh bột . 37
4.3 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH, THU HỒI VÀ BẢO QUẢN
TINH BỘT ACETAT 38
4.3.1 Nghiên cứu làm sạch, thu hồi sản phẩm . 38
4.3.2 Nghiên cứu bảo quản sản phẩm . 40
4.4 ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 41
4.4.1 Chất lượng sản phẩm 41
4.4.2 ðộ trong của dung dịch tinh bột acetat . 43
4.4.3. ðộ bền ñóng băng, tan rã . 44
4.4.4 Theo dõi trạng thái gel của hồ tinh bột ở nhiệt ñộ phòng . 45
4.5.SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT 46
4.5.1. Sản xuất thử nghiệm 46
4.5.2 Ước tính giá thành sản phẩm . 48
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
v
4.6.XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT
ACETAT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM 50
4.6.1. Sơ ñồ quy trình công nghệ . 50
4.6.2.Thuyết minh công nghệ : 51
4.7 ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT TRONG CHẾ BIẾN
THỰC PHẨM .51
KẾT LUẬN . 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Thành phần hoá học của củ sắn .11
Bảng 4.1: Lựa chọn tác nhân gắn thích hợp cho sản xuất tinh bột acetat . 29
Bảng 4.2 : Xác ñịnh tỉ lệ tác nhân gắn thích hợp 31
Bảng 4.3 : Lựa chọn xúc tác thích hợp cho quá trìnhacetyl hóa tinh bột 33
Bảng 4.4 : Xác ñịnh pH thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột 34
Bảng 4.5 : Xác ñịnh nồng ñộ tinh bột cho quá trình acetyl hóa 35
Bảng 4.6: Xác ñịnh thời gian thích hợp cho quá trình acetyl hóa 36
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ thích hợp . 38
Bảng 4.8:Xác ñịnh lượng nước rửa phù hợp . 39
Bảng 4.9: ðánh giá ñộ bền gốc acetyl trên tinh bột 39
Bảng 4.10: Xác ñịnh chế ñộ sấy tinh bột biến tính . 40
Bảng 4.11: Theo dõi thời gian bảo quản tinh bột acetat ở nhiệt ñộ phòng 41
Bảng 4.12: Chất lượng mẫu tinh bột acetat . 42
Bảng 4.13 :Khảo sát ñộ trong của sản phẩm . 43
Bảng 4.14 : Kết quả ño ñộ bền ñóng băng và tan ra của tinh bột acetat . 44
Bảng 4.15: Theo dõi gel của hồ tinh bột acetat ở nhiệt ñộ phòng . 46
Bảng 4.16: Các thông số kỹ thuật cho sản xuất thửnghiệm . 47
Bảng 4.17 : Chất lượng sản phẩm sản xuất thử 48
Bảng 4.18 : Ước tính giá thành (cho 100 kg sản phẩm) 49
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ðỒ
Hình 1: Sơ ñồ cấu trúc của amyloza 5
Hình 2: Sơ ñồ cấu trúc của amylopectin . 6
Hình 4.1: ðồ thị biểu diễn DS phụ thuộc vào nồng ñộVA 32
Hình 4.2: ðồ thị biểu diễn DS phụ thuộc vào pH . 34
Hình 4.3: ðồ thị biểu diễn DS phụ thuộc vào thời gian phản ứng 37
Sơ ñồ 4.6.1: Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong công
nghiệp thực phẩm 50
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
viii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DS Degree of Substitution
FDA Food andDrug Administration
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
1
PHẦN I: MỞ ðẦU
Tinh bột biến tính ñang ñược sử dụng ngày càng nhiều thay thế tinh bột
nguyên thủy trong các ngành công nghiệp, ñặc biệt là công nghiệp thực phẩm,
nhờ những tính năng ưu việt của mình. Một trong những tinh bột biến tính
ñược dùng với khối lượng lớn ñó là tinh bột acetat.
Tinh bột acetat ñược sản xuất thông qua quá trình acetyl hóa thay thế gốc
hydroxyl trong phân tử tinh bột bằng gốc acetyl tạora những tính chất ưu việt
hơn tinh bột gốc như ñộ nhớt cao hơn, dạng huyền phù trong, ổn ñịnh, có cấu
trúc mạch bền. Dung dịch không bị thoái hóa (lại bột), không bị cắt mạch
trong môi trường axit. Tinh bột acetat có nhiệt ñộ hồ hóa thấp, ñộ phân tán ổn
ñịnh trong các sản phẩm thực phẩm khi lưu trữ lạnh ñông, làm chất nhũ hóa
tốt do là dẫn xuất anion (có thể kết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinyl
ancohol, polyacrylate) ñể ổn ñịnh trạng thái nhũ tương.
Chính vì ñặc tính ưu việt nên tinh bột acetat ñược sử dụng ngày càng
nhiều . Hiện nay, tinh bột acetat tiêu thụ với một lượng lớn trong sản xuất
tương ớt, ñể làm ñặc và giữ cấu trúc ñịnh hình tốt mạnh tinh bột không bị cắt
trong môi trường axit. Trong sản xuất kem, tinh bộtacetat có tác dụng phân
tán ñồng ñều, ổn ñịnh khi lưu trữ ở ñiều kiện lạnh.Tinh bột acetat ñược sử
dụng nhiều trong các loại ñồ hộp, sản phẩm ñông lạnh, sản phẩm bánh, thức
ăn trẻ em ăn liền, bột hoa quả, nhân cream hoặc những sản phẩm yêu cầu thời
gian bảo quản dài dưới các ñiều kiện thay ñổi khác nhau (có thể bảo quản
nhiệt ñộ thấp hoặc nhiệt ñộ phòng). Trong dược phẩm, tinh bột acetat sử dụng
làm trong công thức viên nén cùng kết hợp với nhiềuloại thuốc cần giải
phóng nhanh dược chất ñể phát huy ngay tác dụng củathuốc. Ngoài ra tinh
bột acetat còn ñược sử dụng nhiều trong công nghiệpgiấy thay thế celluloza
acetat làm căng bề mặt, tăng ñộ phân tán ñồng ñều, thấm mực in tốt giấy .
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
2
Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetat là các tinh bột như tinh bột
ngô, khoai tây, sắn . Ở nước ta nguyên liệu tinh bột rất dồi dào, rẻ tiền nhưng
ngoài nhà máy Vedan, ðài Loan chưa có một sơ sở nàosản xuất tinh bột
acetat phục vụ cho thị trường nội ñịa.
Chính vì vậy, chúng tôi ñã tiến hành nghiên cứu ñề tài“ Nghiên cứu công
nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm” nhằm
xây dựng ñựơc quy trình công nghệ phù hợp với ñiều kiện Việt Nam ñồng
thời nâng cao giá trị kinh tế của tinh bột.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
3
Mục tiêu của ñề tài:
Xây dựng ñược quy trình công nghệ sản xuất tinh bộtacetat sử dụng trong
chế biến thực phẩm
Nội dung nghiên cứu:
1. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuấttinh bột acetat sử dụng
trong chế biến thực phẩm
- Nghiên cứu lựa chọn ñược tác nhân gắn thích hợp choquá trình acetyl hóa
tinh bột tạo tinh bột acetat
- Nghiên cứu các ñiều kiện kỹ thuật thích hợp cho quátrình acetyl hóa tinh
bột sử dụng cho công nghiệp thực phẩm. Tinh bột acetat tạo thành có ñộ
thay thế DS 0,01- 0,1 và acetyl 0,5- 2,5%, không có vi sinh vật gây bệnh,
không có kim loại nặng ñảm bảo vệ sinh an toàn thựcphẩm
2. Ứng dụng thử nghiệm sản phẩm tinh bột acetat vào sản xuất tương ớt.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
4
PHẦN II : TỔNG QUAN
2.NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT.
2.1 TINH BỘT.
2.1.1 Cấu trúc của tinh bột
Trong tự nhiên tinh bột là một hợp chất hữu cơ ñượcphân bố rộng rãi sau
cellulose. Tinh bột là một polysaccharide chủ yếu có trong các hạt hòa thảo và
cây có củ. Lượng tinh bột ở ngô, lúa mỳ vào khoảng 60- 75%, lúa gạo có thể
ñạt ñến 75-80%, củ sắn 12- 33%, củ khoai tây 24-26%(bột sắn có 70-81%
tinh bột, bột khoai tây 70-75%), tinh bột gạo nếp, ngô nếp amylopectin gần
như 100%, trái lại trong tinh bột ñậu xanh hàm lượng amylose chiếm khoảng
50%. Ngoài ra tinh bột còn có nhiều trong các loại rau quả và là nguồn dinh
dưỡng chính cung cấp calo cho người và gia súc.
Tinh bột ñược cấu tạo từ nhiều gốc monosaccharide kết hợp với nhau nên
có khối lượng phân tử lớn và không có tính khử, dưới tác dụng của các chất
khử tinh bột không có khả năng nhận oxy ñể tạo thành acid hoặc nhận hydro
ñể tạo thành rượu.
Tinh bột ñược cấu tạo bởi hai cấu tử : amylose và amylopectin. Amylose
thường chiếm 12-25% còn amylopectin chiếm 75-85% phân tử tinh bột.
Phân tử lượng của amylose là 3.10
5
-1.10
6
còn phân tử lượng của amylopectin
là 5.10
4
- 1.10
6
. Phân tử amyloza và phân tử amylopectin ñều ñược cấu thành
từ các monosaccharide. Phân tử amylose có các gốc glucose gắn với nhau
bằng liên kết α- 1,4 glucoside thông qua cầu oxi giữa các nguyêntử cacbon
thứ nhất và thứ tư của glucose tạo nên một chuỗi dài 200-1000 ñơn vị
glucose, mạch tạo thành của phân tử amylose là mạchthẳng. Còn phân tử
amylopectin, ngoài liên kết α- 1,4 glucoside còn có liên kết nhánh α- 1,6
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
5
glucoside, vì vậy ngoài cấu trúc mạch thẳng, amylopectin còn có cấu trúc
mạch nhánh, thông thường có 20-30 gốc glucose giữa 2 ñiểm phân nhánh .
Hai cấu tử của tinh bột là amylose và amylopectin có tính chất hóa lý khác
nhau. Amylose khi tác dụng với phân tử iot có màu xanh, còn amylopectin
cho màu nâu. Amylose dễ tan trong nước ấm và tạo nên một dung dịch có ñộ
nhớt không cao. Dung dịch của amylose không bền khi nhiệt ñộ hạ thấp, các
dung dịch ñậm ñặc của amylose nhanh chóng tạo gel tinh thể và kết tủa
không thuận nghịch. Khả năng thoái hóa này phụ thuộc vào pH, sự có mặt
của các ion kim loại, nồng ñộ amylose và khối lượngphân tử của amylose
Amylopectin có ñộ kết tinh thấp, là phân tử hấp thụnhiều nước khi nấu chín
tinh bột và là thành phần chủ yếu tạo nên sự trươngphồng của hạt tinh bột.
Khi tinh bột ñược xử lý ñồng thời bằng nước và nhiệt sẽ tạo ra hiện tượng hồ
hóa. Nhiệt ñộ hồ hóa của các loại tinh bột trong khoảng 55-70
0
C, hạt tinh bột
sẽ trương phồng lên hấp thụ nước vào các nhóm hydroxide phân cực, khi ñó
ñộ nhớt của dịch tinh bột tăng lên rất cao, các hạttinh bột trương nở và kết
dính vào với nhau tạo thành paste. Nếu dịch tinh bột ñặc khi làm nguội paste
tinh bột sẽ tạo thành gel cứng .
Về mặt cảm quan tinh bột là các hạt rất mịn, màu trắng. ðể bảo quản tốt,
người ta giữ ñộ ẩm của tinh bột trong khoảng 12-14%nhằm ngăn ngừa sự
phát triển của vi sinh vật . Trong công nghiệp thựcphẩm, tinh bột ñược sử
dụng ñể tạo sợi, tạo hình, giữ ẩm, tạo ñộ dẻo, và tăng ñộ bền của bao bì .
[4,5,1,9,10,11,21]
Hình 1: Sơ ñồ cấu trúc của amylose
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
6
Hình 2: Sơ ñồ cấu trúc của amylopectin
2.1.2 Một số tính chất của tinh bột
Trong tinh bột, thành phần amylose có ñộ tan cao song không bền khi
hồ hóa nhanh chóng gel hóa, thành phần amylopectin khó tan trong nứơc
thường , chỉ tan trong nước nóng. Tinh bột bị kết tủa trong cồn
Khi ngâm tinh bột trong nước thể tích hạt tăng do sự hấp thu nước làm
hạt tinh bột trương phồng lên, hiện tượng này gọi là sự trương nở tinh bột.
Tăng kích thước trung bình của hạt tinh bột khi ngâm trong nước như sau:
tinh bột bắp 9,1%; tinh bột khoai tây: 12,7%; tinh bột sắn: 28,4%.
Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở ñựơc sử
dụng nhiều hơn trạng thái tự nhiên. Khi hồ hóa hạt tinh bột trương lên, tăng
ñộ nhớt , tạo gel
Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng tới
chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm ñó là ñộ nhớt và ñộ dẻo
Tinh bột sau khi hồ hóa, ñể nguội, các phân tử nướcsẽ tương tác nhau
xắp xếp lại tạo gel. ðể tạo gel dung dịch tinh bột ñược hồ hóa có nồng ñộ ñậm

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Báo cáo ngành sắn và tinh bột sắn quư 1/2010
2. Nguyễn Văn Mùi (1982), Thực hành hoá sinh học, Nhà xuất bản khoa
học và kĩ thuật, Hà nội.
3. Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, ðặng Thị Thu, Phạm Quốc Thăng, Nguyễn
Thị Thịnh, Bùi ðức Hợi, Lưu Duẩn, Lê Doãn Biên (1997), Hoá sinh
học công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật,Hà nội.
4. Lê ngọc Tú, Lưu Duẩn, ðặng Thị Thu, Lê Thị Cúc,Lâm Xuân Thanh,
Phạm Thu Thuỷ (2000), Biến hình sinh học các sản phẩm từ hạt, Nhà
xuất bản khoa học và kĩ thuật, Hà nội.
5. Tổng cục thống kê (2008), Niên giám thống kê 2008, Nhà xuất bản Hà
nội.
Tiếng Anh
6. Agbola S.O., Akingbala J.O., Oguntimein G.B., (1991), Physicochemical
and functional properties of low DS cassava starch acetates and citrates.
Starch/Staerke 43: p.62-66.
7. Antoni Golachowski,(2003), Properties of acetyled starch obtained from
SO2- treated starch milk, Food Science and Technology,Volume,Issue 1
8. Banks,W.& Greenwood, C.T. & Khan, K.M.(1970), Carbonhydrate
Research, 12, p.79.
9. Barker, S.A & Somers, P. J.(1970), Carbonhydrate Research, 14, p. 257-
289.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
55
10. Chiaplin.M.F, and Kennedy J. F. (1986), Cacbonhydrade analysis: A
Practical Approach, IRL Press Oxford- Washington DC
11. Donnelly, B.J., Fruin, J.C.& Scallet, B. L.(1973), Cereal Chemistry,
p.512-519.
12. Eero Suihko, OSSI KORHONEN, (2004), Starch acetate as a novel tablet
excipient for extended oral drug delivery, Kuopio university publication A.
Pharmaceutical sciences ,p. 1- 94
13. Elizabeth M. Osman. (1967), Starch in the food industry, Starch chemistry
and technology, (2),p. 163-210.
14. F.D.S. Larotonda, K.N. Matsui, P.J.A. Sobral and J.B. Laurindo, ( 2004),
Hygroscopicity and water vapor permeability of Kraft paper impregnated
with starch acetate , Journal of food Engineering
15. Kazcuo Ogawa, Ikuo Hirai, Choichiro shimasaki ,(1999), Simple
determination method of degree of substitution for starch acetate, The
chemical Society of Japan, p. 2785
16. Kirk-Othmer, The kinetics of the acetylation of gelatinised potato starch
(2000), Carbohydrate Polymers, Volume 29, Issue 1, p. 103
17. Liu H., Ramsden L., Corke H., (1997), Phisical properties and enzymatic
digestability of acetylated and normal maize starch. Carbohydr. Polym. 34:
p.283-289.
18. Osii Korhonen (2002), Effects of physical properties for starch acetate
powders on tableting, AAPS PharmSci Tech.
19. P. Tomasik and C.H Schiilling,(2000) Chemical modification of starch,
Advances in Carbohydrate chemistry and Biochemistry, p. 260
20. RoyL. Whistled, Eugene F. Paschall (1967), Production and uses of starch
acetates, starch: chemistry and techology, Volume II, Academic Press,
New York and London, p. 369-399
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
56
21. Schenck, F.W. (1992), “Starch hydrolysis products, an introduction and
history” Starch Hydrolysis Products: Worldwide Technology, Production,
and Applications, VCH Publishers, New York, p.1-22.
22. Wurzburg O.B., (1964), Starch derivates and modification. Methods in
Carbohydrate Chemistry IV, ed, Whisler R.L., Acad. Press, New York,
p.286-288.
23. Y. XU, M. A. Hanna, and D. B. Marx. (1998), Industrial Agricultural
Products Center, Univ. of Nebraska, Lincoln, The effects of reaction
conditions on acetylation of starch