Đề tài 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 HĨA HỌC NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Lớp: HC06TP Bài báo cáo CƠNG 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: Hồng 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 hĩa 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 cơng 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 hồn thành ................................................ 35 2. Chất lượng của sản phẩm maltodextrin ................................... 36 VI. Thành tựu cơng 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 hĩa của một số loại tinh bột ................................... 14 3 Thành phần hĩa 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 cơ đặc chân khơng .........................................................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 khơng ngọt, cĩ cơng thức (C6H10O5)n.H2O, là sản phẩm thủy phân tinh bột khơng hồn tồn (bằng enzym hoặc acid), cĩ đương lượng dextrose (DE) từ 4 đến 20. Đặc tính của maltodextrin phụ thuộc vào chỉ số DE nhận được. Sản phẩm cĩ 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 tồn cho người dùng trực tiếp. Maltodextrin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và dược phẩm. Sản phẩm cĩ 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 cơng 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 cĩ 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 hịa tan, làm mật vang các thành phần khơng 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 khống thấp. Tinh bột bắp cĩ tất cả các tính chất của tinh bột tự nhiên với một vài nét đặc trưng như đặc điểm khơng tạo bọt, khơng lỗng trong dung dịch đang sơi. 1. Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột. Tinh bột là polysaccharide chủ yếu cĩ trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột cũng cĩ nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng đáng kể tinh bột cũng cĩ trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột cĩ nhiều trong các loại lương thực do đĩ các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng và thành phần hĩa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt ... Tinh bột khơng phải là một chất riêng biệt, nĩ bao gồm hai thành phần là amylose và amylopectin. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hĩa học. Dựa vào sự khác nhau đĩ cĩ 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 nĩng. - 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, cĩ cơng thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n cĩ thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu. Tinh bột giữ vai trị quan trọng trong cơng nghiệp thực phẩm do những tính chất hĩa 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.Ngồi ra tinh bột cịn nhiều ứng dụng trong dược phẩm, cơng nghiệp dệt, hĩa dầu... Trong thực vật, tinh bột thường cĩ mặt dưới dạng khơng hồ tan trong nước. Do đĩ cĩ thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn khơng bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Các hyđrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chĩng được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hố, rất linh động, cĩ thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc cĩ thể được chuyển hố thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá. Cĩ 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 hĩa, o C Hạt ngơ 10-30 Đa giác hoặc trịn 25 67-75 Lúa mì 5-50 trịn 20 56-80 Lúa mạch đen 5-50 Trịn 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 Trịn 46-54 60-71 Kiều mạch 5-15 Trịn dẹp Chuối 5-60 Trịn 17 Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 56-69 Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 52-64 Sắn 5-35 Trịn Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41 Hạt tinh bột của tất cả hệ thống nêu trên hoặc cĩ dạng hình trịn, hình bầu dục, hay hình đa giác. Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thĩc. Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến những tính chất cơ lí khác nhau như nhiệt độ hồ hố, khả năng hấp thụ xanh metylen ... Cĩ thể dùng phương pháp lắng để phân chia một hệ thống tinh bột ra các đoạn cĩ kích thước đồng đều để nghiên cứu. 2. Thành phần hĩa học của tinh bột Tinh bột khơng 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 ngơ 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 cĩ kích thước trong khoảng từ 0,02-0,12nm. Hạt tinh bột của tất cả các hệ cĩ dạng hình trịn, 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 cĩ cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều cĩ 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 vịng. Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử cĩ chiều dài từ 0,35- 0,7 μm; trong khi đĩ 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 Ngồi cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột cịn cĩ vỏ bao phía ngồi. 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 ngồi. Trong hạt tinh bột cĩ lỗ xốp nhưng khơng đều. Vỏ hạt tinh bột cũng cĩ lỗ nhỏ do đĩ các chất hịa tan cĩ 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 hĩa 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” cĩ mức độ trùng hợp khơng phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Cĩ hai loại amylose: - Amylose cĩ mức độ trùng hợp tương đối thấp ( Khoảng 2000) thường khơng cĩ cấu trúc bất thường và bị phân ly hồn tồn bởi β- amilaza. - Amylose cĩ mức độ trùng hợp lớn hơn, cĩ 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 thối hĩa, amylose thường cĩ cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vịng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A 0 , chiều cao của vịng xoắn là 7,91A 0 . Các nhĩm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngồi xoắn ốc, bên trong là các nhĩm C-H. Hình 2: Cấu trúc amylose b)Thành phần cấu trúc của amylopectin 10 Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngồi mạch chính cĩ liên kết α- 1,4 glucozit cịn cĩ 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 cĩ thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ. Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin khơng phải luơn luơn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường cĩ một phần nhỏ phân nhánh do đĩ cũng cĩ những tính chất giống như amylopectin. Cấu tạo của amylopectin cịn lớn và dị thể hơn amylose nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amylose/amylopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này cĩ thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bĩn. 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 cĩ thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hĩa hay dạng paste, cịn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hĩa. 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 nhĩm hydroxyl trong tinh bột cĩ thể bị oxi hĩa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhĩm cacboxyl. Quá trình oxi hĩa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hĩa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hĩa tinh bột trong mơi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhĩm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhĩm cacbonyl. Quá trình này cịn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hịa tan trong nước, đặc biệt trong mơi trường lỗng. 12 Các nhĩm hydroxyl trong tinh bột cĩ thể tiến hành ete hĩa, este hĩa. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn cơng lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột ở các nhĩm hydroxyl. Những nhĩm hydroxyl trong tinh bột cĩ khả năng phản ứng với andehyt trong mơi trường axit. Khi đĩ xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo thành khơng cĩ 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 cĩ 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 cĩ dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iot. Các dextrin cĩ ít hơn 6 gốc glucozơ khơng cho phản ứng với iot vì khơng tạo được một vịng xoắn ốc hồn 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 vịng 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. Ngồi khả năng tạo phức với iot, amylose cịn cĩ khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ cĩ cực cũng như khơng 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 cĩ cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngồi 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 hịa tan của tinh bột Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hịa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình cơng nghiệp, cịn cĩ 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 hĩa, tạo gel, tạo màng). Ngồi ra, nĩ 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 hịa tan như cà phê, trà hịa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào cĩ độ hịa 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 cĩ độ tan cao hơn song khơng bền nên nhanh chĩng bị thối hĩa trở nên khơng hịa tan trong nước . Amylopectin khĩ tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nĩng. 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 hĩa của tinh bột Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu cĩ mức độ oxi hĩa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hĩa. Phần lớn tinh bột bị hồ hĩa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Các biến đổi hĩa lí khi hồ hĩa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hịa tan và sau đĩ tự liên hợp với nhau để tạo thành gel. Nhiệt độ hồ hĩa khơng phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định. Tùy điều kiện hồ hĩa 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 hĩa của một số loại tinh bột d) Độ nhớt của hồ tinh bột Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột cĩ ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đĩ là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột cĩ nhiều nhĩm hydroxyl cĩ khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch cĩ 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 hĩa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đĩ làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột. e) Khả năng tạo gel và sự thối hĩa gel Tinh bột sau khi hồ hĩa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách cĩ trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải cĩ nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hĩa để chuyển tinh bột thành trạng thái hịa tan và sau đĩ được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ cĩ các liên kết 15 hydro tham gia, cĩ 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 thốt ra, gọi là sự thối hĩa. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đơng rồi sau đĩ 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, cĩ lẫn một số chất khác như protein, lipid, và các loại khống như calcium, iron, magnesium,sodium…Ngồi ra, tinh bột bắp cĩ độ ẩm thấp. Bảng 3: Thành phần hĩa học của tinh bột bắp Hàm lượng (%) Nước 8,32 Protein 0,26 Lipid 0,05 Carbohydrate 91,27 Khống 0,09 Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp Hàm lượng (%) Độ ẩm ≤ 14 Khống ≤ 0,15 Protein ≤ 0,5 Lipid ≤ 0,2 Carbohydrate ≥ 85,15 Màu sắc : trắng hơi vàng b)Nước: Chỉ tiêu cảm quan: -Khơng màu -Khơng mùi -Khơng vị Chỉ tiêu hĩa lý: -Chất khơ: tối đa 850mg/L -Sắt, mangan, nhơm: 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 -Khơng cĩ 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. Cịn ở nhiệt độ 105-108 o C, hoạt tính enzyme giảm nhưng khơng bị vơ hoạt. pHop= 5,4-6,1 d) Na2CO3 e)HCl f) Than hoạt tính 17 II. Quy trình cơng nghệ: 1. Sơ đồ 1: Dextrin hĩa Tẩy màu- chỉnh pH Lọc Cơ đặc Bả Lọc Sấy phun Than hoạt tính Na2CO3 Tinh bột bắp Alpha- amylase Phối trộn Hồ hĩa Dịch hĩa Nước Sản phẩm Acid HCl 18 2.Sơ đồ 2: Dextrin hĩa Tẩy màu- chỉnh pH Lọc Cơ đặc Bả Lọc Sấy phun Than hoạt tính Alpha- amylase Na2CO3 Tinh bột bắp Phối trộn Hồ hĩa Dịch hĩa 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 hĩa. 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 Hĩa 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 hĩa 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 thơng số cơng nghệ: Thiết bị: -Thiết bị hình trụ cĩ trang bị cánh khuấy. Thơng số cơng nghệ: -Phối trộn tinh bột và nước đạt hàm lượng chất khơ 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 vịng /phút 2/ Hồ hĩa: 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 hĩa. 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 Hĩa lý: -Hạt tinh bột trương lên -Tăng độ trong và độ nhớt -Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hịa tan và sau đĩ tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Hĩa học: -Biến đổi khơng 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 hĩa. d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: Thiết bị chủ yếu là bình trụ bằng thép được hàn với hai phần cơn trên và dưới. Để ngăn ngừa sự han gỉ, bề mặt bên trong của thiết bị được phủ lớp bêtơng (70 ÷ 90 mm) cĩ 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 lĩt đồng thanh hay đồng thau. Tất cả các khớp nối tiếp với mơi trường ăn mịn (axit sunfuric lỗng và sản phẩm thuỷ phân) đều cĩ lớp lĩt bằng đồng thanh. Khớp nối cĩ thể làm bằng hai lớp thép, một lớp chịu axit. 21 Hình 5:Thiết bị thủy phân 1- Vỏ thép; 2- Lớp bêtơng; 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 Thơng số cơng nghệ: -Nhiệt độ: 62-73 o C -Thời gian: 20-25 phút 3/ Dịch hĩa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: 22 Phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột, giải phĩng 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 Hĩa học: -Protein: bị biến tính nhiệt nhưng hàm lượng trong nguyên liệu thấp nên khơng đáng kể -Phản ứng phân hủy acid amin -Khống: ít bị biến đổi -Phản ứng maillard Hĩa lý: -Sự hịa tan tăng -Sự đơng tụ protein Sinh học: -Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc bị ức chế c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hĩa học của nguyên liệu (chất lượng nguyên liệu): nếu ít lẫn tạp chất thì dịch hĩa tốt -Nhiệt độ: ảnh hưởng đến mức độ dịch hĩa -Thời gian: ảnh hưởng đến mức độ dịch hĩa d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: -Chung thiết bị với hồ hĩa Thơng số cơng nghệ: -Nhiệt độ : 104-107 o C -Thời gian khoảng 11 phút 4/Dextrin hĩa: a)Mục đích: Khai thác:enzyme thủy phân các amylose và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn hơn cĩ khả năng hịa tan trong nước. 23 b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ giảm -Kích thước hạt tinh bột giảm Hĩa học: -Phản ứng thủy phân Hĩa sinh: -Alpha-amylase hoạt động cắt mạch amyloza và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn cĩ khả năng hịa 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 thơng số cơng nghệ: Thiết bị: -Dùng các tác nhân lạnh hoặc lớp áo nhiệt để làm nguội Thơng số cơng 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 sốt 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: -Hồn 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 cĩ 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 Hĩa học: -pH: tăng Hĩa 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 cĩ dạng huyền phù c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ:nếu nhiệt độ thấp sẽ làm đơng tụ hoặc thối hĩa của các sản phẩm thủy phân. -Loại và chất lượng than hoạt tính:ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: -Thiết bị hình trụ tương tự thiết bị hồ hĩa ,dịch hĩa Thơng số cơng 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 khơ 6/ Lọc: a) Mục đích -Hồn 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 Hĩa lý: -Cĩ sự tách pha Cảm quan: -Dung dịch trong hơn khơng màu khơng 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 thơng số cơng 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 ngồi. Hình 6: Thiết bị lọc Nguyên tắc hoạt động: -Trước khi thực hiện quá trình lọc, cần cĩ 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 khơng làm tăng áp lực, giúp quá trình lọc khơng bị nghẽn. -Nguyên liệu được bơm vào buồng lọc, dưới áp lực của bơm nguyên liệu sẽ băng qua vải lọc thơng 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 ngồi. -Sau khi lọc xong, cần tiến hành vệ sinh vải lọc và buồng lọc. 7/ Cơ đặc : a) Mục đích: -Khai thác: làm bay hơi nước để làm tăng nồng độ chất khơ trong hỗn hợp. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: 26 -Nhiệt độ: tăng -Khối lượng dung dịch: giảm -Nồng độ chất khơ: tăng -Thể tích giảm Hĩa học: -Độ ẩm giảm Hĩa lý: -Sự bay hơi nước Cảm quan: -Dung dịch cĩ độ đậm đặc hơn c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thiết bị cơ đặc: ảnh hưởng đến hiệu quả cơ đặc -Nồng độ chất khơ mong muốn: càng cao thì thời gian càng lâu -Nồng độ chất khơ trong dung dịch ban đầu : càng cao thì thời gian càng ngắn d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: Thiết bị cơ đặc chân khơng bao gồm: nồi cơ đặc, bộ ngưng tụ sơ bộ dùng tách khí và nước, bộ ngưng tụ thứ hai dùng làm máy mát và thu hồi dung mơi. Đặc tính: thiết bị phù hợp cho cơ đặc và tạo thuốc kem ở nhiệt độ thấp trong dược phẩm, hĩa chất, thực phẩm…Thiết bị cơ đặc cĩ thể đạt tới tỷ lệ 1.45 . Thiết bị cũng được dùng để thu hồi dung mơi cồn, và cũng để chiết xuất kiểu ngược dịng. Phần tiếp xúc nguyên liệu được chế tạo bằng thép khơng rỉ, máy hồn tồn phù hợp cho việc vệ sinh, máy khơng bị rỉ, ăn mịn.Máy đạt tiêu chuẩn GMP dược phẩm. Phần nắp thùng bên trên cĩ thể thiết kế thụt xuống nhằm tương thích với bộ khuấy trộn theo yêu cầu Hình 7: Thiết bị cơ đặc chân khơng 27 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Thiết bị gồm 3 phần: buồng đốt ngồi, buồng bốc và thiết bị ngưng tụ Buồng đốt: -Bên trong cĩ nhiều ống được lắp cạnh nhau thành 1 chùm ống. Hai đầu của chùm ống được cố định bởi 2 vỉ ống và tồn bộ chúng được bao bọc bởi 1 lớp vỏ áo. Hơi nước được đưa vào bên trong lớp vỏ áo để gia nhiệt, cịn chất lỏng được đưa vào khoảng khơng 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 ngồi của ống -Chất lỏng đã được cơ đặc phần lớn sẽ được tháo ra ở đáy buồng đốt, một phần bị hơi nước lơi cuốn đi qua buồng đốt. Buồng bốc: -Buồng bốc thường cĩ đường kính lớn, là nơi phân ly hỗn hợp hơi và dung dịch cơ 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 cơ đặc lấy ra ở buồng đốt rồi t iếp tục được xử lý tiếp ở quá trình sau. Cịn hơi sẽ rời khỏi bộ phận tách hơi ở đỉnh. Thơng số cơng nghệ: - Nhiệt độ cơ đặc : 60 o C -Nồng độ chất khơ đầu ra: 46% 8/ Sấy phun: a) Mục đích: -Bảo quản : làm bay hơi nước nên làm giảm độ ẩm -Hịan 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 khơ tăng lên Hĩa học: -Độ ẩm giảm Hĩa 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 khơ 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 thơng số cơng 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 khơng khí nĩng. Bộ phận thu hồi sản phẩm là cyclon dùng phương pháp lắng xốy tâm. Quạt ở đây là hệ thống 2 quạt. Thơng số cơng nghệ: -Độ ẩm sau khi sấy ≤ 5% -Nhiệt độ khơng 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 hĩa. 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 Hĩa 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 hĩa 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 thơng số cơng nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thơng số cơng nghệ: -Phối trộn tinh bột bắp và nước đạt hàm lượng chất khơ khoảng 30,5% chất khơ -pH: 5,8-5,9. Chỉnh bằng NaOH -Tốc độ quay khoảng 30 vịng/phút 2/ Hồ hĩa: 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 hĩa. 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 Hĩa lý: -Hạt tinh bột trương lên -Tăng độ trong và độ nhớt -Các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hịa tan và sau đĩ tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Hĩa học: -Biến đổi khơng 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 hĩa. -Kích thước hạt d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: henze cooker Hình 9: Thiết bị henze cooker Thơng số cơng nghệ: Nhiệt độ: nhiệt độ tối ưu là 62-73 o C Thời gian: 20-25 phút 31 3/ Dịch hĩa: a) Mục đích: -Chuẩn bị: Phá vỡ cấu trúc của hạt tinh bột, giải phĩng 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 Hĩa học: -Protein: bị biến tính nhiệt nhưng hàm lượng trong nguyên liệu thấp nên khơng đáng kể -Phản ứng phân hủy acid amin -Khống: ít bị biến đổi -Phản ứng maillard Hĩa lý: -Sự hịa tan tăng -Sự đơng tụ protein nhưng khơng đáng kể Sinh học: -Vi sinh vật bị tiêu diệt hoặc bị ức chế c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Thành phần hĩa học của nguyên liệu (chất lượng nguyên liệu) -Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì mức độ dịch hĩa càng nhiều -Thời gian: càng lâu thì mức độ dịch hĩa càng nhiều -Áp suất: nhiệt độ càng cao thì mức độ dịch hĩa càng nhiều do hạt dễ bị vỡ dưới áp suất cao d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: thiết bị henze cooker Thơng số cơng nghệ: -Hơi nước ( áp suất 10-11bar) được phun vào -Nhiệt độ: 148 o C -Thời gian khoảng 6-8 phút 4/ Dextrin hĩa: 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 cĩ khả năng hịa 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 Hĩa học: -Phản ứng thủy phân Hĩa sinh: -Alpha-amylase hoạt động cắt mạch amyloza và amylopectin thành các dextrin mạch ngắn cĩ khả năng hịa 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 thơng số cơng nghệ: Thiết bị: Thiết bị hình trụ cĩ lớp áo nhiệt và cánh khuấy Thơng số cơng 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: -Hồn 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 khơng 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 Hĩa học: -pH: tăng Hĩa 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 cĩ dạng huyền phù c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ:nếu nhiệt độ thấp sẽ làm đơng tụ hoặc thối hĩa của các sản phẩm thủy phân. -Loại và chất lượng than hoạt tính:ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thơng số cơng 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 khơ 6/ Lọc: a) Mục đích -Hồn 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 Hĩa lý: -Cĩ sự tách pha Cảm quan: -Dung dịch trong hơn khơng màu khơng 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 thơng số cơng nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 7/ Cơ đặc : a) Mục đích: -Khai thác: làm bay hơi nước để làm tăng nồng độ chất khơ trong hỗn hợp. b) Các biến đổi của nguyên liệu: Vật lý: -Nhiệt độ: tăng -Khối lượng dung dịch: giảm -Nồng độ chất khơ: tăng -Thể tích giảm Hĩa học -Độ ẩm giảm Hĩa lý: -Sự bay hơi nước Cảm quan -Dung dịch cĩ độ đậm đặc hơn c) Các yếu tố ảnh hưởng: -Nhiệt độ: nhiệt độ sơi của dung dịch -Thiết bị cơ đặc: ảnh hưởng đến hiệu quả cơ đặc -Nồng độ chất khơ mong muốn: càng cao thì thời gian càng dài -Nồng độ chất khơ trong dung dịch ban đầu : càng thấp thì thời gian càng dài. d) Thiết bị và thơng số cơng nghệ: Thiết bị: giống sơ đồ 1 Thơng số cơng nghệ: -Nhiệt độ sơi: phụ thuộc vào dung dịch ban đầu -Nồng độ chất khơ: 62,7% 35 8/ Sấy phun: a) Mục đích: -Bảo quản : làm bay hơi nước nên làm giảm độ ẩm -Hịan 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 khơ tăng lên Hĩa học: -Độ ẩm giảm Hĩa 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 khơ 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 thơng số cơng 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 hĩa Ngắn hơn do dịch hĩa ở nhiệt độ cao và áp suất cao Dài hơn V. Sản phẩm: 1/ Phân tích sản phẩm hồn 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, khơng màu, khơng ngọt hoặc ít ngọt và khơng bị thối hĩa. 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 hịa 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 Khơng cĩ Salmonella Khơng cĩ Độ hịa tan được tính bằng thời gian hịa tan hồn tồn sản phẩm dạng bột trong nước tới nồng độ 5% (w/w) ở nhiệt độ thường. Maltodextrin dạng dung dịch đậm đặc nếu khơng được xử lý với chất bảo quản rất dễ bị nhiễm khuẩn (nấm mốc, B.cereus. Clostridium) đặc biệt trong điều kiện nĩng ẩm ở nước ta. Sử dụng acid sorbic nồng độ 0,006- 0,008% cĩ thể giúp bảo quản maltodextrin trong thời gian dài mà khơng nhiễm nấm mốc, nấm men và vi khuẩn gây bệnh. VI. Thành tựu cơng nghệ: Sản xuất maltodextrin từ tinh bột chuối trên qui mơ phịng 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 đĩ 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 khơ trong lị 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 hịa trong nước cất (20%w/v) được điều chỉnh đến pH=6.5 và sau đĩ hồ hĩa trong nước sơi 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 phĩng 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 đĩ sản phẩm được làm lạnh đến 4 o C trong bể nước đá và sau đĩ được ly tâm ở 1100xg trong 30 phút. Những chất nổi trên mặt nước được thu hồi và enzym được vơ hoạt trong nước (10 phút), sau đĩ 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 nĩng (130 o C) 4-5g sản phẩm và phần trăm chất khơ 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. Cơng thức: RS=(hàm lượng đường khử)*100/ (ml chuẩn độ) DE=(RS)*100/(% tổng hàm lượng chất khơ) pH được xác định ở nhiệt độ phịng trong dung dịch maltodextrin sau khi hịa tan hồn tồn 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 tốn từ thơng 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 phịng, thêm 3-5 giọt acid sulfuric sau đĩ nung nĩng ở 800 o C trong 2h. Sau đĩ phần cịn lại đem đi cân và sự khác biệt về khối lượng cho biết hàm lượng của tro sulfate. 38 d) Kết luận: Thành phần hĩa học của maltodextrin từ chuối thì phù hợp với tiêu chuẩn của sản phẩm và hồn tồn 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. Hồng Kim Anh. Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2006 2. Lê Văn Hồng, 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