Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

ĐẶNG THỊ HOÀNG LAN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
TINH BỘT BIẾN TÍNH

Chun ngành: Khoa học và Cơng nghệ Thực phẩm

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2006


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng 01 năm 2007


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 20 . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: ĐẶNG THỊ HOÀNG LAN

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 09/09/1981

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Khoa học và Công nghệ Thực phẩm

MSHV: 01104288

I - TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TINH BỘT BIẾN TÍNH
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu quá trình sản xuất tinh bột biến tính kiểu liên kết ngang từ tinh
bột khoai mì.

-

Nghiên cứu ứng dụng tinh bột biến tính kiểu liên kết ngang vào sản xuất sữa
chua.

III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2006
IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2006
V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN ĐÌNH YẾN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MƠN

QL CHUN NGÀNH

TS. TRẦN ĐÌNH YẾN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày ....... tháng ...... năm 20....
TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


Trang i

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Đình Yến, người đã tận tình hướng dẫn tơi
thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc và các anh, chị, các bạn đồng nghiệp
tại Nhà máy Sữa Sài Gòn và Trung tâm Nghiên cứu dinh dưỡng và Phát triển sản
phẩm, thuộc Công ty Cổ phần Sữa Việt Nam; và Cơng ty TNHH Thương mại
Hồng An đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện tốt đề tài.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của các anh, chị cơng tác tại Phịng kiểm nghiệm
Bệnh viện Y học Cổ truyền TP. Hồ Chí Minh. Cảm ơn các thầy, cơ quản lý phịng
thí nghiệm bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí
Minh, các anh, chị và các bạn cùng làm việc tại phịng thí nghiệm đã hỗ trợ tơi trong
thời gian thực hiện đề tài.

Xin gởi đến gia đình, những người thân và bạn bè lời cảm ơn sâu sắc vì tất cả
những giúp đỡ, động viên mà mọi người đã dành cho tôi trong suối thời gian qua.


Trang ii

TÓM TẮT

Tinh bột liên kết ngang là một dạng tinh bột biến tính được ứng dụng rộng rãi
trong cơng nghiệp thực phẩm, trong y học và một số ngành khác. Mặc dù vậy, các
nghiên cứu về loại tinh bột này khơng nhiều, riêng ở nước ta chưa thấy có tài liệu
nào được cơng bố.

Mục đích của đề tài “Nghiên cứu sản xuất tinh bột biến tính” này là tạo ra sản
phẩm tinh bột biến tính kiểu liên kết ngang từ tinh bột khoai mì với giá thành hạ và
phù hợp với điều kiện nguyên liệu sẵn có của nước ta, và ứng dụng vào sản xuất sản
phẩm thực phẩm. Kết quả nghiên cứu đã đưa ra được một quy trình cơng nghệ sản
xuất hợp lý cùng với các thơng số của các q trình cơng nghệ. Chất lượng sản
phẩm tinh bột khoai mì biến tính kiểu liên kết ngang sản xuất trong điều kiện phịng
thí nghiệm có thể chấp nhận được. Sản phẩm tinh bột khoai mì liên kết ngang đã
được ứng dụng để sản xuất sữa chua, thay thế chất ổn định nhập ngoại và thay thế
một phần nguyên liệu chính cho chất lượng sữa chua đạt yêu cầu.


Trang iii

ABSTRACT

Crosslinked starch is an important starch derivative which is well explored by
the food industry, medicine as well as many other applications thanks to its high
stability and resistance to severe technological stress. Nevertheless, there are
relatively few researches on this useful kind of modified starch, especially there is
hardly any report found in Vietnam.
In this thesis of “Modification of starch”, the attention was focused not only on
developing a crosslinked starch from cassava starch with a lower price and in
conditions in accordance with Vietnamese available materials reality, but on using
such starch as an ingredient in food production as well. The achievement of this

work was to suggest an appropriate process of making crosslinked cassava starch
combined with reaction parameters. The quality of distarch phosphate produced
from such process in laboratory scale was acceptable. In addition, crosslinked
cassava starch was used as both a stabilizer and a main ingredient replacer in
production of yogurt which was accepted by the taste panel.


Trang iv

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i

TÓM TẮT ................................................................................................................... ii
ABSTRACT ...............................................................................................................iii
MỤC LỤC.................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
U

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 2
1.1.

Giới thiệu về tinh bột khoai mì .................................................................... 2

1.2.

Giới thiệu về tinh bột biến tính .................................................................... 3

1.2.1.

Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý......................................... 8

1.2.2.

Tinh bột biến tính bằng các phương pháp hóa học............................... 9

1.2.3.

Tinh bột biến tính bằng phương pháp tạo liên kết ngang
(crosslinking) ..................................................................................... 19

1.3.

Ứng dụng của tinh bột và tinh bột biến tính ............................................... 27

1.3.1.

Ứng dụng của tinh bột ........................................................................ 27

1.3.2.

Ứng dụng của tinh bột biến tính ........................................................ 28

1.3.3.

Sử dụng tinh bột biến tính liên kết ngang trong sản xuất sữa
chua ................................................................................................... 30

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............ 33

U

2.1.

Nguyên liệu ................................................................................................. 33

2.1.1.

Tinh bột khoai mì................................................................................ 33

2.1.2.

Nguyên liệu sản xuất sữa chua............................................................ 33

2.1.3.

Hóa chất .............................................................................................. 33

2.1.4.

Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ........................................................... 34

2.2.

Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................ 34


Trang v

2.2.1.

Nghiên cứu đánh giá chất lượng của tinh bột khoai mì ngun
liệu ...................................................................................................... 35

2.2.2.

Nghiên cứu xác định các thơng số của quá trình sản xuất tinh
bột liên kết ngang ............................................................................... 35

2.2.3.

Nghiên cứu sử dụng tinh bột liên kết ngang trong sản xuất sữa
chua .................................................................................................... 39

2.3.

Phương pháp đánh giá cảm quan ............................................................... 42

2.4.

Phương pháp phân tích................................................................................ 42

2.5.

Phương pháp xử lý kết quả ......................................................................... 43

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.......................................................... 44
3.1.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG .......................... 44

3.1.1.

Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột khoai
mì nguyên liệu .................................................................................... 44

3.1.2.

Kết quả nghiên cứu chất lượng các nguyên liệu sản xuất sữa
chua .................................................................................................... 47

3.2.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ CỦA CÁC Q
TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ LIÊN
KẾT NGANG.............................................................................................. 49

3.2.1.

Kết quả nghiên cứu chọn nồng độ huyền phù tinh bột khoai
mì thích hợp cho phản ứng liên kết ngang ......................................... 49

3.2.2.

Kết quả nghiên cứu pH thích hợp cho phản ứng liên kết
ngang tinh bột khoai mì...................................................................... 54

3.2.3.

Kết quả nghiên cứu nhiệt độ thích hợp cho phản ứng liên kết
ngang tinh bột khoai mì...................................................................... 60

3.2.4.

Kết quả nghiên cứu nồng độ hóa chất POCl3 thích hợp cho
phản ứng liên kết ngang tinh bột khoai mì......................................... 65

3.2.5.

Kết quả nghiên cứu thời gian phản ứng thích hợp cho phản
ứng liên kết ngang tinh bột khoai mì.................................................. 70


Trang vi

3.2.6.

Kết quả nghiên cứu phân tích hồi quy ảnh hưởng đồng thời

của các yếu tố đến phản ứng liên kết ngang tinh bột khoai mì .......... 75

3.2.7.

Kết quả nghiên cứu các tính chất của tinh bột khoai mì liên
kết ngang ............................................................................................ 79

3.3.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TINH BỘT KHOAI MÌ
LIÊN KẾT NGANG VÀO SẢN XUẤT SỮA CHUA............................... 82

3.4.

TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ ...................................................................... 86

3.4.1.

Tính hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất tinh bột khoai mì
liên kết ngang ..................................................................................... 86

3.4.2.

Tính giá thành sản xuất sữa chua sử dụng tinh bột khoai mì

liên kết ngang ..................................................................................... 91

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................... 93
4.1.

Kết luận ....................................................................................................... 93

4.2.

Đề nghị ........................................................................................................ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... xi

PHỤ LỤC


Trang vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Các sản phẩm tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm và một
số quy định về độ tinh sạch ..................................................................... 5
Bảng 2.1. Công thức thử nghiệm tinh bột biến tính trong sản xuất sữa
chua........................................................................................................ 41
Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột khoai

mì nguyên liệu ....................................................................................... 45
Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu tính chất hóa lý của tinh bột khoai mì ................... 46
Bảng 3.3. Kết quả phân tích chất lượng của bột sữa gầy....................................... 47
Bảng 3.4. Kết quả phân tích chất lượng của bột whey........................................... 48
Bảng 3.5. Kết quả phân tích chất lượng của chất béo sữa ..................................... 48
Bảng 3.6. Kết quả phân tích chất lượng của đường ............................................... 49
Bảng 3.7. Kết quả phân tích chất lượng của vi khuẩn lactic đông khô.................. 49
Bảng 3.8. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng
lên độ nhớt, độ bền và lực trương nở của tinh bột khoai mì liên
kết ngang................................................................................................ 50
Bảng 3.9. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH phản ứng lên độ nhớt,
độ bền và lực trương nở của tinh bột khoai mì liên kết ngang .............. 55

Bảng 3.10. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng lên độ
nhớt, độ bền và lực trương nở của tinh bột khoai mì liên kết
ngang...................................................................................................... 61
Bảng 3.11. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ hóa chất POCl3
phản ứng lên độ nhớt, độ bền và lực trương nở của tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 66
Bảng 3.12. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên độ
nhớt, độ bền và lực trương nở của tinh bột liên kết ngang .................... 71
Bảng 3.13. Các mức của các yếu tố trong mơ hình hồi quy .................................... 77


Trang viii

Bảng 3.14. Mơ hình thí nghiệm phân tích hồi quy và các kết quả thí
nghiệm ................................................................................................... 77
Bảng 3.15. Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột khoai mì
liên kết ngang phosphate ....................................................................... 81
Bảng 3.16. Kết quả đánh giá cảm quan các sản phẩm sữa chua có sử dụng
tinh bột biến tính.................................................................................... 83
Bảng 3.17. Kết quả đánh giá cảm quan mức độ ưa thích các sản phẩm sữa
chua........................................................................................................ 85
Bảng 3.18. Tính tốn chi phí giá thành sản phẩm tinh bột khoai mì liên kết
ngang (định mức cho 1000 kg sản phẩm).............................................. 86
Bảng 3.19. Xây dựng giá bán dự kiến tinh bột khoai mì biến tính kiểu liên

kết ngang................................................................................................ 88
Bảng 3.20. Bảng dự toán vốn đầu tư dây chuyền sản xuất tinh bột khoai mì
liên kết ngang năng suất 25 tấn/tháng ................................................... 89
Bảng 3.21. Bảng tính chi phí giá thành sữa chua ăn (định mức cho 1000
hũ, tương đương 120 kg) ....................................................................... 91
Bảng 4.1. Công thức sản phẩm sữa chua ăn sử dụng tinh bột khoai mì
biến tính kiểu liên kết ngang.................................................................. 94


Trang ix

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1.1. Hạt tinh bột khoai mì .............................................................................. 2
Hình 1.2. Phân loại tinh bột biến tính ..................................................................... 4
Hình 1.3. Hạt tinh bột hồ hóa trước thơng thường (A) và tinh bột CWS
(B) dưới kính hiển vi điện tử .................................................................. 8
Hình 1.4. Các sản phẩm chính của phản ứng oxi hóa tinh bột ............................. 12
Hình 1.5. Sự tạo thành dextrin .............................................................................. 12
Hình 1.6. Mơ hình của tinh bột biến tính gắn nhóm thế ....................................... 16
Hình 1.7. Mơ hình cấu trúc hạt tinh bột có liên kết ngang .................................... 19
Hình 1.8. Ảnh hưởng của liên kết ngang đến sự hồ hóa của tinh bột.................... 24
Hình 1.9. Ứng dụng của tinh bột thực phẩm ........................................................ 30
Hình 1.10. Cấu trúc vi mơ của sữa chua khơng và có sử dụng tinh bột ................. 31

Hình 2.1. Quy trình sản xuất tinh bột liên kết ngang dùng trong nghiên
cứu ......................................................................................................... 36
Hình 2.2. Quy trình sản xuất sữa chua................................................................... 39
Hình 3.1. Hình dạng hạt tinh bột khoai mì dưới kính hiển vi quang học .............. 44
Hình 3.2. Tinh bột khoai mì nguyên liệu............................................................... 45
Hình 3.3. Hồ tinh bột khoai mì nguyên liệu .......................................................... 47
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến độ nhớt hồ tinh
bột khoai mì liên kết ngang ................................................................... 51
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến độ bền của tinh
bột khoai mì liên kết ngang ................................................................... 52
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột phản ứng đến lực trương nở
của tinh bột khoai mì liên kết ngang...................................................... 53

Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH phản ứng đến độ nhớt của tinh bột khoai mì
liên kết ngang......................................................................................... 56
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH phản ứng đến độ bền của tinh bột khoai mì
liên kết ngang......................................................................................... 57


Trang x

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH phản ứng đến lực trương nở của tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 58
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ nhớt của hồ tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 62

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ bền của tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 63
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến lực trương nở của tinh
bột khoai mì liên kết ngang ................................................................... 64
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất POCl3 phản ứng đến độ nhớt
của tinh bột khoai mì liên kết ngang...................................................... 67
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất POCl3 phản ứng đến độ bền
của tinh bột khoai mì liên kết ngang...................................................... 68
Hình 3.15. Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất POCl3 phản ứng đến lực
trương nở của tinh bột khoai mì liên kết ngang..................................... 69
Hình 3.16. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ nhớt của tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 72

Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ bền của tinh bột
khoai mì liên kết ngang.......................................................................... 73
Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến lực trương nở của tinh
bột khoai mì liên kết ngang ................................................................... 74
Hình 3.19. Tinh bột khoai mì liên kết ngang........................................................... 80
Hình 3.20. Hình dạng hạt tinh bột khoai mì liên kết ngang phosphate dưới
kính hiển vi quang học........................................................................... 80
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua .......... 83
Hình 3.22. Sản phẩm sữa chua sử dụng tinh bột khoai mì liên kết ngang .............. 86
Hình 4.1. Quy trình sản xuất tinh bột khoai mì biến tính kiểu liên kết
ngang...................................................................................................... 93

Trang 1

MỞ ĐẦU

Tinh bột là một nguyên liệu giá rẻ và rất phổ biến trong các ngành cơng
nghiệp nói chung và cơng nghiệp thực phẩm nói riêng. Tính tạo gel và làm đặc của
tinh bột có tác động rất tích cực lên tính chất cảm quan của các sản phẩm thực
phẩm, và cũng có những ảnh hưởng quan trọng đối với quá trình chế biến. Tuy
nhiên, việc sử dụng tinh bột tự nhiên trong sản xuất công nghiệp không thuận lợi vì
nó kém bền đối với các q trình chế biến, tạo cấu trúc khơng tốt, mất tính nhớt khi
ở pH thấp, khi chế biến ở nhiệt độ cao hoặc khi chịu các xử lý cơ học, và dễ tách

nước. Vì vậy, các sản phẩm tinh bột biến tính được sử dụng để đáp ứng nhu cầu của
sản xuất công nghiệp.
Việt Nam có nguồn nguyên liệu sản xuất tinh bột rất dồi dào, đặc biệt tinh bột
khoai mì của Việt Nam đã vươn lên đứng hàng thứ ba trên thế giới về sản lượng
xuất khẩu trong những năm gần đây. Tuy nhiên, tinh bột biến tính dùng trong sản
xuất thực phẩm vẫn còn khá xa lạ. Phần lớn các sản phẩm tinh bột biến tính phải
nhập khẩu với giá thành cao.
Với mong muốn tạo ra một loại nguyên liệu có nhiều ứng dụng cho cơng
nghiệp thực phẩm nói chung và cơng nghệ chế biến các sản phẩm sữa nói riêng với
giá cả thích hợp, khơng phải sử dụng nguồn hàng nhập khẩu, giảm chi phí sản xuất,
đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu tinh bột phong phú của nước ta. Đồng
thời, kết hợp với nhu cầu của Nhà máy Sữa Sài Gịn thử nghiệm sử dụng tinh bột

biến tính trong dự án nghiên cứu “Sản xuất sữa chua trắng giá bình dân” của Cơng
ty Cổ phần Sữa Việt Nam. Do đó, chúng tơi đề xuất đề tài “Nghiên cứu sản xuất
tinh bột biến tính” từ nguồn nguyên liệu tinh bột khoai mì theo hướng sử dụng
phương pháp biến tính kiểu liên kết ngang và ứng dụng trong sản xuất sữa chua.


Trang 2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về tinh bột khoai mì [2, 3, 13]

Khoai mì (sắn – Manihotesculenta Crantz) được trồng chủ yếu ở châu Á, châu

Phi và một số nước Nam Mỹ. Ngoài việc sử dụng trực tiếp như một loại lương thực,
khoai mì cịn được sử dụng để sản xuất tinh bột. Tinh bột khoai mì có khả năng thay
thế cho tinh bột bắp, tinh bột gạo và tinh bột lúa mì hiện đang được sử dụng trong
các ngành cơng nghiệp với tính chất tương đương. Trên thế giới hiện nay, ngoại trừ
Mỹ và châu Âu sử dụng phần lớn tinh bột có nguồn gốc từ bắp, các khu vực còn lại
chủ yếu sản xuất tinh bột từ các nguồn nguyên liệu khác như gạo, lúa mạch, sago…
và đặc biệt là từ khoai mì (theo Hội đồng châu Âu, 2002) [47]. Trong những năm
gần đây, Việt Nam đã vươn lên đứng hàng thứ 3 trên thế giới về khối lượng xuất
khẩu tinh bột khoai mì [2].
Tinh bột khoai mì có màu rất trắng. Hạt tinh bột có kích thước khoảng 4 –

35µm, bề mặt nhẵn, có hình trịn hay hình trứng vát đầu (oval, truncated “kettle
drum”), có một chỗ lõm và núm ở giữa. Hạt tinh bột có cấu trúc tinh thể dạng A và
dạng hỗn hợp A, B, có cấu trúc tương đối xốp, liên kết giữa các phần tử trong cấu
trúc tinh thể yếu, vì vậy dễ bị phân hủy bởi các tác nhân hóa học và enzyme hơn so
với các loại tinh bột khác như bắp, gạo.

Hình 1.1. Hạt tinh bột khoai mì [2, 3]
Tinh bột khoai mì chứa rất ít lipid (< 0,1%), hàm lượng amylose từ 8 – 29%,
trung bình 16 – 18%. Tinh bột khoai mì có tính chất tương tự các loại tinh bột chứa
nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thối hóa thấp và độ bền gel cao.

Trang 3

Nhiều nghiên cứu đã xác định nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai mì nằm trong
khoảng từ 49 – 64oC đến 62 – 73oC [13], cao hơn khoai tây và thấp hơn bắp. Độ
nhớt của hồ tinh bột khoai mì và khoai tây cao hơn tinh bột bắp, tinh bột lúa mì hay
tinh bột gạo. Khả năng hồ hóa sớm, độ nhớt cao của tinh bột khoai mì thể hiện lực
liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt.
Hồ tinh bột khoai mì có độ trong cao do có khả năng trương nở tốt và xu
hướng thối hóa thấp. Khả năng trương nở và hịa tan cao của tinh bột khoai mì một
lần nữa thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt. Độ trong cao và vị nhạt (bland
flavour) của tinh bột khoai mì rất thích hơp để sử dụng trong cơng nghiệp thực
phẩm. Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền tốt nên có nhiều ứng dụng trong

thực phẩm, đặc biệt trong các sản phẩm có thời gian bảo quản lâu.

1.2.

Giới thiệu về tinh bột biến tính
Tinh bột tự nhiên với các tính chất đặc trưng đã và đang được khai thác đến

mức có thể để phục vụ cho nhu cầu sản xuất. Tuy nhiên, khi ngành công nghiệp
thực phẩm mở rộng với chủng loại sản phẩm đa dạng thì tinh bột tự nhiên cho thấy
nó có những hạn chế, hoặc có những tính chất mặc dù thích hợp cho sản phẩm này
nhưng lại bất lợi cho sản phẩm khác. Vì vậy, q trình biến tính tinh bột được sử
dụng để tạo ra những loại tinh bột có các tính chất phù hợp với những sản phẩm

nhất định.
Biến tính tinh bột là các q trình làm biến đổi cấu trúc và tác động lên các
liên kết hydro của tinh bột một cách có kiểm sốt. Ngoại trừ tinh bột biến tính vật lý
(hồ hóa trước), sự biến đổi này chỉ diễn ra ở cấp độ phân tử, với ít hoặc khơng có
thay đổi trên bề mặt bên ngồi của hạt tinh bột, do đó, nguồn gốc thực vật của tinh
bột vẫn có thể xác định được bằng kính hiển vi. [22]
Có thể phân loại tinh bột biến tính theo phương pháp làm biến tính tinh bột
như sau [16]:


Trang 4
Tinh bột biến tính

Biến tính vật lý

Biến tính hóa học

Hồ hóa trước
(Pregelatinization)

Cắt mạch tinh bột
(Degradation)

Tinh bột tan trong nước

lạnh (CWS Starch)

Cắt một phần mạch
tinh bột

Dextrin

Thủy phân

Tinh bột dialdehyde

Enzyme

Tinh bột
carboxyl

Oxi hóa

Cắt mạch
bằng sulfate

Tạo nhóm thay thế
(Substitution)
Tinh bột

ester hóa

Tạo liên kết ngang
(Cross bonding)

Tinh
Tinh bột
bột
ether
ether hóa
hóa

Di - ester

Di - ether

Tinh bột
anion

Tinh bột
non-ion

Tinh bột
cation

Carboxymethyl

Hydroxyalkyl

Quat.
Ammon.

Tinh bột acetate

Tinh bột
phosphate

Hình 1.2. Phân loại tinh bột biến tính [16]
Hiện nay, sự phát triển của ngành cơng nghệ sinh học cịn cho phép q trình
biến tính tinh bột được thực hiện trên cây trồng lúc đang phát triển, tạo ra các loại
thực vật có các hàm lượng amylose hoặc hàm lượng phosphorous khác nhau. Loại
tinh bột biến tính này trong tương lai có thể được sử dụng rộng rãi do vừa có bản
chất tự nhiên khơng phải qua các q trình xử lý vật lý hoặc hóa học, vừa có những
tính chất ưu việt của tinh bột biến tính. [45]
Theo JECFA (2001), các tinh bột biến tính được phép sử dụng trong sản xuất
thực phẩm bao gồm các loại sau [26]:

Trang 5

Bảng 1.1. Các sản phẩm tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm và một số quy định về độ tinh sạch (Các nồng độ %
tính theo chất khơ) [26]
Loại tinh bột biến

Mã số

tính

ISN

Quy định về q trình sản xuất

Yêu cầu của sản phẩm

Dextrin khô (Dextrin 1400

Xử lý nhiệt khô với acid hydrochloric pH 2,5 – 7,0

roasted starch)

hoặc acid ortho-phosphoric

Tinh bột xử lý bằng 1401

Xử lý với acid hydrochloric, hoặc pH 4,8 – 7,0

acid

acid ortho-phosphoric, hoặc acid

(Acid

treated

starch)

sulfuric

Tinh bột xử lý bằng 1402

Xử lý với sodium hydroxide hoặc pH 5,0 – 7,5

kiềm (Alkaline treated

potassium hydroxide

starch)
Tinh bột tẩy trắng
(Bleached starch)

1403

Xử lý với peracetic acid và/hoặc Các nhóm carbonyl được gắn vào mạch tinh bột
hydrogen peroxide, hoặc

chiếm không quá 0,1%

sodium hypochlorite hoặc sodium Khơng cịn tác nhân phản ứng sót lại trong sản

chlorite, hoặc

phẩm

sulfur dioxide hoặc các dạng thay thế Hàm lượng sulfur dioxide còn lại trong sản phẩm
của sulfite được phép sử dụng, hoặc
potassium

permaganate

ammonium persulfate

không quá 50 mg/kg

hoặc Hàm lượng manganese cịn lại trong sản phẩm
khơng q 50 mg/kg


Trang 6

Tinh

bột

oxi

hóa 1404

Xử lý với sodium hypochlorite

Các nhóm carboxyl gắn vào mạch tinh bột không

(Oxidized starch)

quá 1,1%
Hàm lượng sulfur dioxide cịn lại trong sản phẩm

khơng q 50 mg/kg

Tinh bột xử lý bằng 1405

Xử lý trong môi trường lỏng ở nhiệt Hàm lượng sulfur dioxide còn lại trong sản phẩm

enzyme

độ dưới nhiệt độ hồ hóa, sử dụng một khơng q 50 mg/kg

(Enzyme-

treated starch)

hoặc nhiều enzyme thủy phân tinh bột
dùng trong thực phẩm

Monostarch phosphate

1410

Ester hóa với acid ortho-phosphoric, Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous không
hoặc sodium hoặc potassium ortho- quá 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và
phosphate,

hoặc

sodium khơng quá 0,4% cho các tinh bột khác

tripolyphosphate
Distarch phosphate

1412

Ester

hóa

với

sodium Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous khơng

trimetaphosphate hoặc phosphorous q 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và
oxychloride
Phosphated

distarch 1413

phosphate

khơng quá 0,4% cho các tinh bột khác

Xử lý kết hợp các phương pháp sản Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous khơng
xuất

monostarch

phosphate

distarch phosphate

Acetylated
phosphate

distarch 1414

Ester

hóa

và q 0,5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và
khơng q 0,4% cho các tinh bột khác

bằng

sodium Hàm lượng các nhóm acetyl khơng q 2,5%

trimetaphosphate hoặc phosphorous Hàm lượng phosphate tính theo phosphorous khơng


Trang 7

oxychloride, kết hợp với ester hóa quá 0,14% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và
bằng acetic anhydride hoặc vinyl không quá 0,04% cho các tinh bột khác
acetate

Tinh bột acetate

1420

Ester hóa với acetic anhydride hoặc Các nhóm acetyl không quá 2,5%
vinyl acetate

(Starch acetate)
Acetylated

Hàm lượng vinyl acetate không quá 0,1 mg/kg

distarch 1422

adipate
Tinh

bột 1440

Ester hóa với acetic anhydride và Các nhóm acetyl khơng q 2,5% và các nhóm
adipic anhydride

adipate khơng q 0,135%

Ester hóa với propylene oxide

Các nhóm hydroxypropyl khơng q 7,0%;

hyproxypropyl

propylene chlorohydrin khơng q 1 mg/kg

(Hydroxypropyl starch)
Hydroxypropyl

1442

distarch phosphate

Ester

hóa

bằng

sodium Các nhóm hydroxypropyl khơng q 7,0%;

trimetaphosphate hoặc phosphorius propylene chlorohydrin khơng q 1 mg/kg;

oxychloride kết hợp ether hóa bằng phosphate tính theo phosphorous không quá 0,14%
propylene oxide

đối với tinh bột khoai tây và lúa mì, và khơng q
0,04% cho các tinh bột khác

Tinh

bột

sodium 1450

octenylsuccinate
(Starch

sodium

octenylsuccinate)

Ester

hóa

anhydride

bằng

octenylsuccinic Các nhóm octenylsuccinyl khơng q 3%; hàm
lượng acid octenylsuccinic cịn trong sản phẩm
khơng q 0,3%


Trang 8

1.2.1. Tinh bột biến tính bằng phương pháp vật lý
1.2.1.1. Tinh bột hồ hóa trước (Pregelatinized starch) [13, 19, 22, 27, 28, 34]

Kiểu biến tính hồ hóa trước tạo cho tinh bột khả năng hồ hóa mà khơng cần
nấu. Sản phẩm được gọi là “pregelatinized starch”, “pregel”, “pre-cooked starch”
hay “instant starch”. Phương pháp này có thể áp dụng cho cả tinh bột tự nhiên và
tinh bột đã biến tính bằng các phương pháp khác.
Nguyên tắc của phương pháp biến tính này là hồ hóa huyền phù tinh bột bằng
nhiệt rồi nhanh chóng sấy khơ để trả lại trạng thái bột khơ trước khi tinh bột bị thối
hóa. Trong thực tế, tinh bột được nấu và sấy khô cùng lúc, bằng cách dùng trống
sấy, ép đùn (extrusion) hoặc sấy phun. Trong kỹ thuật sấy bằng trống và ép đùn, hạt
tinh bột chịu nhiều tác động cơ học như nhiệt độ, lực cắt cơ học, áp suất nén cao, và
bị thay đổi cấu trúc nhiều. Ngược lại, trong kỹ thuật sấy phun, huyền phù tinh bột
được hồ hóa và sấy khơ đồng thời nhờ hơi nóng, do đó hạt tinh bột hầu như cịn
ngun vẹn, rất ít bị phá hủy bởi lực cắt và nhiệt. Sản phẩm này gọi là tinh bột

CWS (cold-water swelling starch).
Khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử có thể thấy tinh bột hồ hóa trước bằng
kỹ thuật sấy phun hoặc ép đùn thường có cấu trúc dạng mảnh, hạt tinh bột đã bị phá
vỡ, tương tự như tinh bột nấu quá điểm hồ hóa (overcooked starch). Ngược lại, tinh
bột CWS có cấu trúc hạt tinh bột trương nở nguyên vẹn, tương tự như tinh bột nấu
vừa đến điểm hồ hóa (cook-up starch).

Hình 1.3. Hạt tinh bột hồ hóa trước thơng thường (A)
và tinh bột CWS (B) dưới kính hiển vi điện tử [27]


Trang 9

1.2.1.2. Tinh bột xử lý nhiệt (Heat treated starch) [13, 19, 28, 34]
Trong các điều kiện có kiểm sốt, hạt tinh bột được xử lý nhiệt và sau đó được
trả về trạng thái hạt ban đầu. Tinh bột sản phẩm khơng những duy trì được tính chất
hồ hóa đúng mức (cook-up) mà hồ tinh bột cịn có độ nhớt và độ bền được cải thiện.
Có 2 loại q trình xử lý nhiệt, cả hai đều gây ra biến tính vật lý nhưng khơng
hồ hóa tinh bột, khơng phá hủy tính ngun vẹn của hạt, hoặc khơng làm mất tính
lưỡng chiết (birefringence).
-

Quá trình xử lý nhiệt ẩm (heat-moisture treatment): tinh bột được làm

ẩm và gia nhiệt đến quá nhiệt độ hồ hóa, nhưng độ ẩm khơng đủ để q trình hồ hóa
xảy ra. Tinh bột xử lý nhiệt ẩm là dạng tinh bột biến tính vật lý lâu đời nhất.
-

Quá trình “annealing”: là quá trình gia nhiệt huyền phù tinh bột ở nhiệt

độ dưới nhiệt độ hồ hóa và giữ trong một thời gian xác định.
Các sản phẩm tinh bột xử lý nhiệt này được xem là tinh bột tự nhiên (native)
và do đó chỉ cần ghi trên nhãn là “tinh bột thực phẩm” (“food starch”).

1.2.2. Tinh bột biến tính bằng các phương pháp hóa học
Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là q trình biến tính thơng dụng

nhất hiện nay. Dưới tác động của một lượng nhỏ các tác nhân hóa học được cho
phép sử dụng, tinh bột bị thay đổi tính chất. Q trình biến tính hóa học có thể thực
hiện ở 3 trạng thái tinh bột: [45]
-

Trạng thái huyền phù (slurry), tinh bột phản ứng với các tác nhân hóa học

trong mơi trường nước. Khi phản ứng kết thúc, tinh bột được lọc, rửa và sấy khơ.
-

Trạng thái sệt (paste), tinh bột được hồ hóa (gelatinize) với tác nhân hóa

học trong điều kiện có ít nước và khuấy trộn liên tục. Khi phản ứng kết thúc, tinh
bột được sấy khô.


Trang 10

-

Trạng thái rắn, tinh bột được làm ẩm bằng tác nhân hóa học trong nước,

sấy, và cuối cùng phản ứng ở nhiệt độ cao.
Mức độ biến tính hóa học thường được thể hiện bằng mức độ thế DS (degree

of substitution ) khi các nhóm thế (như nhóm acetate, phosphate) phản ứng với các
nhóm hydroxyl của đơn vị glucose. Mức độ thay thế mole MS (molar substitution)
được sử dụng khi các nhóm thế có thể tiếp tục phản ứng với chất phản ứng để tạo
thành một mạng polymer các nhóm thế.
Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học bao gồm các kiểu: biến tính
bằng cách cắt mạch tinh bột, biến tính bằng cách gắn thêm các nhóm thế, và biến
tính bằng cách tạo các liên kết ngang giữa các mạch tinh bột.
1.2.2.1. Tinh bột biến tính bằng cách cắt mạch (degradation, conversion) [13,
19, 22, 28, 34]
Biến tính tinh bột bằng cách cắt mạch sẽ cho các sản phẩm tinh bột chứa các
polymer có khối lượng phân tử thấp và độ nhớt giảm, thích hợp dùng trong các sản
phẩm cần nồng độ chất khô cao như kẹo và các màng bao.

a. Tinh bột thủy phân bằng acid
Thủy phân acid là phương pháp được ứng dụng trong thương mại đầu tiên, từ
những năm 1900. Acid được cho vào huyền phù tinh bột trong một q trình được
kiểm sốt chặt chẽ, khuấy trộn liên tục trong điều kiện nhiệt độ tăng dần từ nhiệt độ
môi trường (25oC) đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ trương nở của tinh bột
(khoảng 55oC) cho đến khi đạt được mức độ thủy phân cần thiết. Chất phản ứng
thường dùng là acid hypochloride hoặc acid sulfuric.
Đây là quá trình thủy phân các liên kết α-1,4 và α-1,6-glycoside của tinh bột
có acid xúc tác. Sự thủy phân xảy ra ở các vùng vơ định hình của hạt tinh bột, làm
giảm độ dài mạch polymer, cấu trúc hạt yếu đi nhưng hình dạng hạt tinh bột khơng
thay đổi.

Trang 11

Mục đích chính của q trình thủy phân acid tinh bột là làm giảm độ nhớt khi
nóng của hồ tinh bột (hot viscosity) để dùng trong các sản phẩm cần nồng độ tinh
bột cao mà không bị đông đặc, khi làm nguội mới tạo thành gel có độ cứng cao. Sản
phẩm được gọi là tinh bột “thin-boiling” hay “acid-thinned”.
b. Tinh bột oxi hóa và tinh bột được tẩy màu (bleaching)
Tinh bột có thể được biến tính bằng cách sử dụng các tác nhân oxi hóa trong
những điều kiện có kiểm sốt. Tùy thuộc vào loại tác nhân oxi hóa và liều lượng sử
dụng mà kiểu biến tính này được phân làm 2 dạng: oxi hóa và tẩy màu (bleaching).
-

Quá trình tẩy màu (bleaching): các tác nhân được phép sử dụng bao

gồm hydrogen peroxide (H2O2), ammonium persulfate, sodium hoặc calcium
hypochlorite, potassium permanganate (KMnO4), và sodium chlorite. Mục đích của
q trình này là tẩy màu nhằm làm tăng độ trắng của tinh bột, bằng cách oxi hóa các
hợp chất như carotene, xanthophyll và các sắc tố khác. Mặc dù mức độ xử lý thấp
nhưng một số nhóm hydroxyl của tinh bột cũng bị oxi hóa tạo thành các nhóm
carboxyl với tỷ lệ các nhóm carboxyl tạo thành khơng q 0,1% trên tổng chất khơ
của sản phẩm.
Tinh bột tẩy màu có các tính chất gần giống như tinh bột nguyên liệu ban đầu,
nhưng có chỉ số vi sinh thấp hơn do tác dụng của các chất oxi hóa sử dụng.

-

Q trình oxi hóa (oxidization): chỉ có sodium hypochlorite được phép

sử dụng nhưng lượng sử dụng cho phép cao hơn nhiều so với quá trình tẩy. Quá
trình này bao gồm 2 tác động xảy ra đồng thời: gắn các nhóm carboxyl (COOH) và
carbonyl (C = O) lên mạch và depolymer hóa một phần các mạch tinh bột. Sự oxi
hóa thường xảy ra ở các carbon 2, 3, và 6 của đơn vị D-glucose của mạch tinh bột.
Người ta cho rằng khoảng 25% lượng tác nhân oxi hóa được dùng để cắt mạch
carbon, trong khi 75% lượng tác nhân còn lại dùng để oxi hóa các nhóm hydroxyl
(Fleche, G. 1985).

Trang 12

Hình 1.4. Các sản phẩm chính của phản ứng oxi hóa tinh bột [19]
Tinh bột oxi hóa có độ nhớt thấp, độ trong cao và bền ở nhiệt độ thấp. Giống
như tinh bột thủy phân acid, hồ tinh bột oxi hóa khi nóng cũng có độ nhớt thấp do
quá trình cắt mạch tinh bột. Tuy nhiên, sự chiếm chỗ trong khơng gian của các
nhóm carboxyl và carbonyl cản trở các mạch tinh bột ngắn tiến lại gần và tái kết
hợp với nhau, do đó gel tạo thành mềm.
c. Dextrin
Dextrin là sản phẩm tạo thành bằng cách gia nhiệt khô tinh bột khi có mặt acid
hoặc kiềm. Do đó, quá trình tạo dextrin cịn gọi là q trình cắt mạch bằng nhiệt

(pyroconversion). Q trình dextrin hóa trải qua 2 giai đoạn biến tính tinh bột: cắt
mạch và tái trùng hợp.

Hình 1.5. Sự tạo thành dextrin [34]
-

Giai đoạn đầu: phân giải phần nào các mạch tinh bột bằng phản ứng thủy

phân. Tinh bột được sấy tới độ ẩm 5 – 7%, có hoặc khơng có acid xúc tác. Sản
phẩm tạo thành bao gồm rất nhiều các polymer mạch ngắn.