Đề tài Sản xuất tinh bột biến tính

n tinh bột sắn và tinh bột khoai tây. Khả năng hồ hóa sớm, độ nhớt cao của tinh bột sắn thể hiện lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt. Xử lý hóa học và vật lý (gia nhiệt, xử lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt các chất như protein, chất béo, các chất có hoạt tính bề mặt đều có ành hưởng tới độ nhớt của tinh bột sắn. Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là những tính chất rất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các loại tinh bột. Lực nở được hiểu là thể tích và khối lượng lớn nhất mà tinh bột có thể đạt được khi nở tự do trong nước. Khả năng nở và hòa tan cao của tinh bột sắn một lần nữa lại thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt. Sự có mặt của các gốc ester có khả năng ion hóa, các chất phụ gia như chất có hoạt tính bề mặt, những biến tính về mặt hóa học…đều có ảnh hưởng đến khả năng trương nở và hòa tan của tinh bột. Tinh bột sắn dạng paste có độ trong cao do có khả năng trương nở tốt và xu thế thoái hóa thấp. Khi làm nguội hồ tinh bột ở nồng độ cao, các phân tử polysaccharide có thể tạo ra một dạng cấu trúc gel. Cấu trúc gel của tinh bột sắn có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngũ cốc khác nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài. Hình  SEQ Hình \* ARABIC 4: Hình dạng hạt tinh bột sắn. Đường: Đường trong sắn chủ yếu là saccharose (71%, so với đường tổng); glucose (13%); fructose (9%); maltose (3%). Sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch. Protide: Protide của sắn vừa ít về số lượng (1-1.2%) vừa thiếu cân đối về chất lượng. Do hàm lượng protid trong củ thấp nên ít ảnh hưởng đến quá trình sản xuất tinh bột sắn. Bảng  SEQ Bảng \* ARABIC 3: Thành phần acid amine của củ sắn. Acid amineHàm lượng (mg/100g)Lysine Methionine Tryptophan Phenylalanine Threonine Valine Leucine Isoleucine Arginine Histidine30 13 3 33 23 21 30 20 40 13Ngoài những chất dinh dưỡng trên trong sắn còn có độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme phức tạp. Những chất này gây khó khăn cho chế biến, và nếu quy trình không thích hợp thì chất lượng sản phẩm kém. Độc tố: Trong thành phần hóa học của cây sắn cần lưu ý tới hàm lượng HCN, khi hàm lượng HCN cao sẽ làm cho sắn trở nên độc. Khi chưa đào, trong củ sắn không có HCN tự do mà ở dạng glycoside (cyanogenetic glycoside) gồm 2 loại: linamarin và lotaustralin (được tổng hợp trong củ sắn từ amino acid valine và isoleucine). Sau khi đào, dưới tác dụng của enzyme thì các glycoside này phân hủy thành glucose, acetone và acid hydrocyanic. Sự có mặt HCN dễ nhận ra do nó tạo ra vị đắng. Cơ chế: Trong tế bào sắn, cyanogenic glycoside nằm trong không bào của chất nguyên sinh, trong khi enzyme thủy phân nó lại nằm trong thành tế bào. Do đó, khi tế bào còn nguyên, cyanogenic glycoside không bị ảnh hưởng gì. Nhưng khi thu hoạch, tế bào bị phá vỡ, enzyme và cyanogenic glycoside tiếp xúc với nhau và xảy ra hiện tượng phân hủy glycoside thành glucose, aceton, và HCN. - Linamarin (C10H17O6N): Linamarin bị thủy phân sinh ra HCN dưới tác dụng của enzyme linamanase. - Lotaustralin (C11H19C6N): Các glycoside này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột sắn, độc tố theo dịch nước thải ra ngoài. Vì vậy mặc dù sắn đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng sản phẩm tinh bột và sắn lát từ sắn đắng vẫn sử dụng làm thức ăn cho người và gia súc tốt. Một điểm cần chú ý khi sản xuất tinh bột từ sắn là quá trình tách dịch bào phải tiến hành nhanh, nếu không HCN sẽ tác dụng với Fe tạo thành sắt cyanate có màu xám làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm tinh bột. Hàm lượng các glycoside khoảng 0.001 – 0.04%, tập trung nhiều nhất ở vỏ cùi và thấp nhất ở lõi nên khi lột sạch vỏ cùi là đã loại được phần lớn độc tố. Bảng  SEQ Bảng \* ARABIC 4: Hàm lượng HCN trong các phần của củ sắn. Hàm lượng (mg/kg củ)Vỏ gỗ Vỏ cùi Hai đầu củ Thịt củ Lõi7,6 21,6 16,2 9,72 15,8Phương pháp khử và đề phòng HCN: Biện pháp hiệu quả nhất là ngâm sắn vào trong nước trong nhiều ngày, ngoài ra có thể hong gió liên tiếp 36h ở nơi thoáng đãng, râm mát; trước khi sử dụng phải bóc vỏ, tách cuống. Enzyme: trong sắn, các chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxidase có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nguyên liệu trong quá trình bảo quản và chế biến. Khi chưa đào, hoạt độ enzyme trong sắn yếu, sau khi đào thì mọi enzyme đều hoạt động mạnh. Polyphenoloxidase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp với các chất không có bản chất phenol như acid amine để hình thành các sản phẩm có màu. Trong nhóm polyphenoloxidase có những enzyme oxy hóa các monophenon mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy hóa tyrosine tạo thành quinon tương ứng. Sau một số chuyển hóa, quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanine. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt sắn có màu đen mà thường gọi là sắn chạy nhựa. Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi. Hình  SEQ Hình \* ARABIC 5: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với sự xúc tác của enzyme tyrosinase. Khi sắn đã chạy nhựa, khi luộc ăn thì sượng, khi mài xát thì khó phá vỡ tế bào giải phóng tinh bột do đó hiệu suất tách tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng. Hàm lượng tannin trong sắn ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy. Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannate cũng có màu xám đen. Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để. Trong bảo quản sắn tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên đặc biệt đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát. Ngoài ra nếu củ bị chảy nhựa nghiêm trọng cũng sẽ dẫn tới hiện tượng thối khô.  Sắn bị chảy nhựa Sắn bị nấm mốc Hình  SEQ Hình \* ARABIC 6: Các dạng hư hỏng của sắn Chỉ tiêu chất lượng của sắn nguyên liệu: Chất lượng và tỷ lệ thu hồi sản phẩm không những phụ thuộc vào quy trình công nghệ mà còn phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu. Hiện nay chưa có quy định chung về chất lượng sắn đưa vào sản xuất tinh bột nhưng ở từng xí nghiệp đều có quy định riêng về chỉ số chất lượng. Yêu cầu cơ bản chất lượng sắn đầu vào: Hàm lượng tinh bột: từ 27 – 28% trở lên. Độ ẩm: 64 – 65% Hàm lượng xơ: 3 – 4% Củ nhỏ, ngắn (chiều dài 10cm, đường kính chỗ lớn nhất dưới 1.5cm): không quá 4% Củ dập nát và gãy vụn: không quá 3% Lượng đất và tạp chất tối đa: 1.5 – 2% Không có củ thối Củ có dấu vết chảy nhựa: không quá 5% Thông thường người ta định giá thu mua nguyên liệu bằng cách sau (dựa vào hàm lượng tinh bột): Chọn ra những củ có kích thước trung bình và bẻ nó làm đôi. Nếu bẻ gãy củ với lực vừa phải, và thấy củ săn chắc, có màu trắng và khô thì đó là củ đã trưởng thành và tươi, những củ này có hàm lượng tinh bột nhiều nhất: khoảng 30%. Những củ còn non thì hàm lượng tinh bột thấp, có màu hơi vàng, săn chắc nhưng ở phần lõi có nước. Nếu dùng lực rất mạnh mới bẻ được củ thì đó là sắn già, có nhiều chất xơ mà hàm lượng tinh bột thấp. Hoặc ta có thể đem củ sắn đi phân tích hóa học và xác định hàm lượng tinh bột trong nó nhưng phương pháp này tốn nhiều thời gian và đòi hỏi phải có phòng thí nghiệm với những chuyên gia phân tích chất lượng. Bảo quản nguyên liệu Sắn là loại củ khó bảo quản vì dễ bị biến chất dễ hư hỏng. Sắn có hàm lượng nước cao rất dễ bị các loại men phân li các hợp chất hữu cơ thông thường người ta gọi là chạy nhựa làm cho củ sắn biến thành xơ và bán xơ có khi cứng như gỗ. Thực tế sắn sau khi thu hoạch về thường không chế biến kịp nên phải bảo quản sắn tươi trong một khoảng thời gian nhất định. Khi bảo quản, nếu tạo điều kiện càng giống khi chưa đào thì càng bảo quản được lâu. Có những cách như sau : Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là để tránh sự hoạt động của các enzym trong củ sắn có nghĩa là tránh hiện tượng hư hỏng. Hầm phải hoàn toàn kín và khô ráo, phải có mái che để tránh nước chảy vào. Hầm sâu 0.8-1.2 m. Chiều rộng phụ thuộc số sắn cần bảo quản. Bảo quản bằng cách phủ cát khô: phương pháp này dựa trên nguyên tắc bảo quản kín giống như bảo quản trong hầm. Chọn củ có kích thước đồng đều không bị dập, vỏ không bị xây xát, xếp thành luống cao 0.5- 0.6 m, rộng 1.2-1.5 m, chiều dài khoảng 4 m. Sau khi sắp xếp xong, dùng cát khô phủ kín đống sắn, lớp cát dày ít nhất 20 cm. Ngoài ra có thể bảo quản bằng cách nhúng vào nước vôi. Sắn sau khi thu hoạch chọn những củ còn nguyên vẹn đem nhúng vào nước vôi 0.5 % hoặc dùng bình chứa nước vôi phun đều vào đống củ sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống sắn. Phương pháp này có thể bảo quản 15-25 ngày. Trong sản xuất tinh bột có thể bảo quản bằng cách ngâm sâu trong nước, cứ vài ngày thay nước một lần. Với phương pháp này cho phép dự trữ được một vài tháng. Ta chỉ nên bảo quản những củ nguyên vẹn vì những củ gãy xây xát thường nhiễm vi sinh vật, hệ enzyme trong củ hoạt động mạnh, quá trình hô hấp trao đổi chất mạnh lên, nước mất dần, sức đề kháng của củ giảm. Củ sắn bắt đầu chạy nhựa rồi nhiễm bệnh thối, trọng lượng giảm do mất nước và do tổn hao chất khô, đặc biệt bệnh thối ướt dễ dàng lây sang những củ lân cận rồi lan ra toàn đống. Khi bảo quản cần lưu ý tới nhiệt độ. Nhiệt độ được xác định bằng cách: cắm ống đo vào ống thông hơi, nếu nhiệt độ củ sắn lớn hơn nhiệt độ ngoài trời 500C thì đảo sắn. Nếu thấy củ thối hỏng, chạy nhựa, biến màu (trắng sang vàng hoặc đen) thì bỏ. Việc bảo quản sắn tươi rất khó khăn lại chưa được nghiên cứu đầy đủ cho nên tốt nhất là nơi trồng sắn nhiều cần có xí nghiệp chế biến để đào tới đâu chế biến tới đó. Nước: Chỉ tiêu cảm quan: Không màu Không mùi Không vị Bảng  SEQ Bảng \* ARABIC 5: Chỉ tiêu cảm quan của nước STTChỉ tiêuĐơn vị đoMức khuyến cáoMức cao nhất cho phép1Màu sắcmg/lít thang Pt-Co1202Độ đụcmgSiO2/lít1103MùiĐộ pha loãng02 (ở 12oC) 3 (ở 25oC)4VịĐộ pha loãng02 (ở 12oC) 3 (ở 25oC) Chỉ tiêu hóa lý: Độ cứng tổng: tối đa 2mg đương lượng/L Chất khô: tối đa 850mg/L Sắt, mangan, nhôm: tối đa 0.1mg/l Clo: âm tính Chỉ tiêu vi sinh: Yêu cầu hàm lượng vi sinh càng thấp càng tốt. Tổng số vi khuẩn hiếu khí: tối đa 75cfu/mL Không có vi sinh vật gây bệnh. Sodium trimetaphosphosphate: Công thức hóa học: Na3O9P3 Công thức cấu tạo: Thành phầnChỉ tiêu(NaPO3)395% MinAs0.0003% MaxFluorides0.003%MaxKim loại nặng (Pb)0.001%MaxHàm luợng chất không tan0.1%MaxpH 5-9Kích thước hạt30-120 Mesh NaOH HCl CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ: Nhu cầu biến tính tinh bột ra đời do tinh bột thô có một số nhược điểm không phù hợp khi ứng dụng trong một số lĩnh vực như độ nhớt bị giảm nhanh dưới tác dụng của pH thấp, nhiệt độ cao; mạch có cấu trúc dài; dễ bị thoái hóa. Tinh bột thô trương nở nhanh nhưng đồng thời cũng mất độ nhớt nhanh trong suốt quá trình gia nhiệt. Đặc điểm này có thể phù hợp với lĩnh vực này nhưng lại không thích hợp trong một số lĩnh vực khác, vì vậy các nhà sản xuất mới tiến hành biến tính tinh bột để thay đổi các tính chất sao cho phù hợp với từng lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Có rất nhiều cách biến tính khác nhau nhưng phổ biến nhất là cách tạo liên kết ngang (cross-link starch) tức là hình thành các liên kết hóa học giữa các sợi tinh bột. Bằng cách đó ta sẽ thu được tinh bột có những đặc tính như sau: cấu trúc ngắn hơn, bền hơn dưới tác dụng của nhiệt độ, pH và các tác nhân vật lý. Ta có thể thấy rõ điều đó qua biểu đồ sau: Hình  SEQ Hình \* ARABIC 7: Biểu đồ so sánh giữa tinh bột liên kết ngang và tinh bột thô Ta thấy nhiệt độ hồ hóa của tinh bột liên kết ngang cao hơn tinh bột thô. Độ nhớt của tinh bột biến tính nhỏ hơn độ nhớt của tinh bột ban đầu. Bên cạnh đó, khi giữ nhiệt độ 920C trong thời gian dài thì tinh bột liên kết ngang khó bị thoái hóa hơn so với lúc chưa biến tính. Vậy tùy thuộc vào yêu cầu của từng lĩnh vực mà nhà sản xuất sẽ thay đổi mức độ liên kết để tạo ra nhiều dòng sản phẩm với tính chất khác nhau. Sau đây xin giới thiệu quy trình công nghệ để sản xuất ra tinh bột cross-link:  HCl Ngâm Rửa, gọt vỏ Cắt khúc Nghiền Sàng Ly tâm Khuấy trộn Trung hòa Sấy Rửa Sản phẩm Khoai mì Nước Nghiền lần 2 Rây Hóa chất Nước Vỏ, chất bẩn Nước Nước THUYẾT MINH QUY TRÌNH: Củ sắn cần được chế biến ngay trong vòng 24h kể từ sau khi thu hoạch, nếu như vì nhiều lý do không thể chế biến được ngay thì nên bảo quản bằng những phương pháp đã nêu trên nhưng không được bảo quản quá 2 ngày. Yếu tố quan trọng nhất để sản xuất được tinh bột sắn chất lượng cao là toàn bộ quá trình – từ khi thu hoạch đến khi hoàn tất công đoạn sấy – phải được thực hiện trong thời gian ngắn nhất có thể được do sự hư hỏng bắt đầu xảy ra ngay từ khi ngắt củ và diễn tiến trong suốt quá trình chế biến. Ngâm: Mục đích: Chuẩn bị: để tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu như độc tố (trong sắn), sắc tố, tanin, các enzyme,…; làm bở đất ở những chỗ lõm của củ để hiệu suất tách tạp chất khi rửa cao, làm long một phần vỏ, thuận lợi cho quá trình tiếp theo như nghiền, xé… Biến đổi nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Làm giảm hàm lượng cặn, đất cát bám trên bề mặt sắn  giảm khối lượng. Các loại tạp chất thường được tách ra khỏi nguyên liệu: Các chất vô cơ: đất, cát, đá, mảnh kim loại… Các tạp chất nguồn gốc thực vật: cành cây, lá, một phần vỏ, cỏ … Các tạp chất nguồn gốc động vật: lông, tóc, da, trứng côn trùng … Hóa chất: thuốc trừ sâu, phân bón. Biến đổi hóa lý: Một số chất trong nguyên liệu hòa tan vào nước ngâm: độc tố, sắc tố, tannin, enzyme,… Biến đổi sinh học: Một số vi sinh vật và các sản phẩm trao đổi chất của nó bám trên bề mặt bị rửa trôi. Yếu tố ảnh hưởng: Lượng tạp chất có trong nguyên liệu. Hình dạng vật lý của củ: củ càng xù xì thì quá trình tách tạp chất càng khó. Nhiệt độ nước ngâm: nước ấm (30 – 40oC) sẽ giúp cải thiện được hiệu suất quá trình tách tạp chất. Sự đảo trộn: có thể tăng hiệu suất quá trình bằng cách tăng cường sự đảo trộn ở trong thiết bị chứa. Phương pháp thực hiện: Nguyên liệu thường được ngâm trong bể xây bằng kim loại, ximăng,…nhưng tránh xây bằng các vật liệu thấm nước như gỗ. Thông số công nghệ: Thời gian ngâm: 24h tùy theo mức độ nhiễm bẩn của nguyên liệu. Trong khi ngâm để hạn chế hoạt động của vi sinh vật người ta cho vôi với tỷ lệ 1.5kg/m3 nước ngâm. Mức nước phải đảm bảo ngập nguyên liệu. Rửa và lột vỏ: Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình nghiền: làm sạch tiếp nguyên liệu, tách đất, cát, rác và tách lớp vỏ bên ngoài. Nếu rửa không sạch đá, cát sẽ làm mòn răng máy hoặc kẹt vào răng làm giảm hiệu suất nghiền  rửa sắn để tăng năng suất nghiền. Hoàn thiện: nâng cao chất lượng cho sản phẩm cuối cùng, giúp cho bột trắng và sạch hơn, hàm lượng cellulose thấp hơn. Biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Tách tạp chất. Tách được hết lớp vỏ gỗ, một phần lớp vỏ cùi. Khối lượng củ giảm 5 – 10% khối lượng ban đầu. Biến đổi hóa lý: Một số chất hòa tan trong nguyên liệu: độc tố, sắc tố, tannin,…vào nước rửa. Biến đổi hóa sinh: Các enzyme oxy hóa sẽ hoạt động làm đen sản phẩm. Yếu tố ảnh hưởng: Lượng tạp chất bám trên sắn. Độ dày lớp vỏ và hình dạng của củ. Thiết bị sử dụng. Thời gian lưu: càng nhanh càng tốt. Phương pháp thực hiện: Lột vỏ: Phương pháp thủ công: Củ có thể được lột vỏ bằng tay. Công việc thường bắt đầu từ sáng sớm ngay sau khi củ được ngâm sơ bộ. Do yêu cầu củ phải được gọt vỏ càng nhanh càng tốt để hạn chế những biến đổi vì thế giai đoạn này thường chiếm nhiều lao động. Củ được cắt dọc theo chiều dọc và chiều ngang tới độ sâu thích hợp với bề dày của lớp vỏ (khoảng 2-3 mm), sau đó vỏ sẽ được tách ra. Toàn bộ nguyên liệu sau khi gọt vỏ xong sẽ được chuyển qua máy rửa. Trong một số nhà máy, củ sẽ được vận chuyển trên băng chuyền, sau đó các công nhân sẽ lần lượt tiến hành gọt vỏ. Ưu điểm: vỏ được tách triệt để, không phụ thuộc nhìều vào hình dáng của củ, củ ít bị tổn thương cơ học vì vậy giúp hạn chế các quá trình biến đổi do enzyme xúc tác làm sậm màu nguyên liệu. Nhược điểm: tốn thời gian, công sức, chi phí; năng suất không cao. Rửa: Máy rửa băng chuyền: Máy được cấu tạo gồm một băng tải bằng thép không rỉ và thùng chứa nước rửa có thể tích tương đối lớn. Băng tải được chia làm 3 phần, phần nằm ngang ngập trong nước, phần nghiêng có các ống phun nước mạnh và một phần nằm ngang ở phía cao. Bên dưới băng tải phần ngập trong nước có bố trí các ống thổi khí nhận không khí từ một quạt đặt bên ngoài. Trong giai đoạn ngâm, nguyên liệu ở trên phần băng nằm ngang ngập trong nước, các cặn bẩn bám trên ngoài bề mặt nguyên liệu bị bong ra. Băng tải di chuyển sẽ mang nguyên liệu đi dần về phía phần băng nghiêng. Hiệu quả của quá trình ngâm được tăng cường nhờ thổi khí làm xáo trộn nước và nguyên liệu trên mặt băng, làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước nên thời gian ngâm được rút ngắn. Khi nguyên liệu di chuyển đến phần nghiêng của băng, các vòi phun nước với áp suất cao đến 2-3 at sẽ rửa sạch cặn bẩn. Ở cuối quá trình rửa, nguyên liệu di chuyển đến phần nằm ngang phía trên có đục lỗ để được làm ráo nước. Tùy thuộc loại nguyên liệu và mức độ bẩn, có thể điều chỉnh tốc độ di chuyển của băng chuyền cho phù hợp. Nếu nguyên liệu quá bẩn, cho băng chuyền đi chậm lại, làm tăng thời gian rửa. Ngược lại, nếu cặn bẩn bám trên ngoài nguyên liệu ít, có thể cho băng chuyền đi nhanh hơn nhằm tăng năng suất quá trình. Nước sạch từ vòi phun vào thùng ngâm sẽ bổ sung nước cho hệ thống, còn cặn bẩn được tháo ra liên tục qua van xả và nước thừa theo máng chảy tràn ra ngoài. Hình 8: Máy rửa băng chuyền Máy rửa là một trống có đục lỗ được nhúng một phần trong bể nước. Củ được đẩy về phía trước nhờ các cánh khuấy hoặc một chổi hình xoắn ốc được gắn vào cần xoay trung tâm. Một dòng nước ngược được cho chảy qua bể để đảm bảo việc loại bỏ chất bẩn được liên tục. Trong một số thiết kế, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun vào củ. Việc lột vỏ được thực hiện cùng lúc trong máy rửa. Hoạt động kết hợp của các dòng nước áp suất cao, sự cọ xát của cù vào vách trống và vào nhau giúp loại bớt hầu hết lớp vỏ. Cắt khúc, nghiền củ: Mục đích: Cắt khúc: chuẩn bị cho quá trình nghiền để tăng hiệu quả mài sát trước khi đưa vào máy nghiền. Nghiền củ: Khai thác: giúp phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột. Đây là quá trình quan trọng nhất trong việc quyết định hiệu suất thu hồi tinh bột. Sự phá vỡ màng tế bào càng triệt để thì hiệu suất tách tinh bột càng cao. Biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Quá trình cắt: kích thước của củ sắn giảm. Quá trình nghiền: do sự ma sát, các vách tế bào bị rách và thân củ được chuyển thành dạng bột mịn, trong đó, hầu hết các hạt tinh bột được giải phóng ra; có sự tỏa nhiệt làm tăng nhiệt độ của khối sản phẩm. Biến đổi hóa sinh: Khi xé nát vỏ tế bào, các enzyme trong tế bào được giải phóng và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzyme thủy phân tinh bột, enzyme oxy hóa khử (polyphenoloxydase) sẽ làm sẫm màu sản phẩm. Biến đổi hóa học: Các chất trong dịch bào được hòa tan vào nước. Các yếu tố ảnh hưởng: Quá trình cắt: Củ càng dài, càng phải cắt nhiều lần. Cấu trúc củ: càng cứng thì quá trình cắt củ và nghiền củ càng lâu. Độ sắc bén của lưỡi dao. Khoảng cách giữa các lưỡi dao. Quá trình nghiền: Sắn sau khi cắt càng to thì thời gian nghiền càng lâu. Cấu trúc và độ cứng của nguyên liệu. Năng suất máy và hình dạng lưỡi cưa. Phương pháp thực hiện: Quá trình cắt: Máy gồm một trục hình trụ quay, xung quanh trụ có gắn những lưỡi dao hình đĩa. Khi vận hành, tùy theo khoảng cách giữa các đĩa mà nguyên liệu được cắt đến chiều dài phù hợp. Sau khi cắt kích thước vật liệu vào khoảng 2-3cm. Hình 9: Máy cắt khúc củ Ngoài ra còn có một số máy phục vụ cho quy mô sản xuất nhỏ có cấu tạo như sau: Hình  SEQ Hình \* ARABIC 10: Nguyên lý cấu tạo máy chặt khúc Cấu tạo máy gồm: Trục (1) để gắn lưỡi dao (2) và đĩa tựa (3). Cửa nạp liệu (4) được gắn chặt vào đĩa cố định (5). Có thể có 2 hay 4 cửa nạp liệu hình trụ đường kính 60 – 70mm. Nếu đường kính bé hơn thì không thể lọt những củ có đường kính lớn nhưng nếu đường kính lớn khi chặt những củ nhỏ dễ bị gãy vụn. Củ sắn lọt xuống tựa vào đĩa (3) và bị lưỡi dao chặt ngang, lực ly tâm làm khúc sắn văng ra rơi xuống dưới. Có thể có 1, 2 hay 3 lưỡi dao, tốc độ trục gắn lưỡi dao 250 vòng/phút. Nhược điểm của máy này là nhập liệu bằng tay. Năng suất máy 15 – 20 tấn/ngày tùy theo tiếp liệu nhanh hay chậm. Quá trình nghiền: Sử dụng máy nghiền dĩa giúp giảm kích thước vật liệu tạo thành dạng huyền phù. Máy nghiền có thể gồm hai loại một đĩa quay hay hai đĩa cùng quay. Bề mặt đĩa có dạng răng cưa sắc. Vật liệu được cho vào khe hẹp ở giữa hai đĩa. Khoảng cách giữa hai đĩa có thể điều chỉnh tuỳ theo yêu cầu về kích thước của vật liệu. Vật liệu được xé nhỏ dưới tác dụng của lực ma sát và lực cắt khi quay. Đĩa quay có thể làm bằng đá hay kim loại. Do lực liên kết của các dĩa đá kém hơn dĩa kim lọai nên phải làm thêm đai thép và thường cho dĩa đá làm việc với vận tốc vòng là 10m/s đối với trục quay thẳng đứng, tới 18m/s đối với trục quay nằm ngang. Dĩa gang đúc thì vận tốc vòng có thể tới 28m/s còn dĩa thép đúc đạt tới 68m/s Hình  SEQ Hình \* ARABIC 11: Thiết bị nghiền dĩa. Sàng: Mục đích: Chuẩn bị: cho quá trình li tâm và trộn phía sau giúp loại bỏ lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp sau khi nghiền. Biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Nguyên liệu được chia làm 2 phần: phần bột nhão thô phía trên sàng và phần sữa tinh bột phía dưới sàng. Phần trên sàng: được đem đi nghiền lần 2 và sàng thêm lần nữa. Phần dưới sàng: được đưa qua máy ly tâm. Biến đổi hóa học: Nồng độ chất khô giảm do tách bột nhão thô để đi nạo lần 2. Các yếu tố ảnh hưởng: Tốc độ nhập liệu: nếu tốc độ nhập liệu quá nhanh thì mặt sàng sẽ bị quá tải, ngăn cản vật liệu lọt qua mặt sàng. Kích thước nguyên liệu sau khi nghiền: Hàm ẩm của nguyên liệu: nếu hàm ẩm của nguyên liệu quá cao sẽ làm cho các hạt dính kết lại với nhau, từ đó làm tăng kích thước hạt, giảm hiệu suất quá trình. Diện tích bề mặt sàng và tổng diện tích của các lỗ sàng. Kích thước lỗ sàng. Phương pháp thực hiện: Sau khi nghiền, bột nhão được đem đi sàng, dùng các sàng có kích thước tùy theo yêu cầu. Trong quá trình sàng, xịt một dòng nước nhỏ liên tục để giúp sự phân tách các hạt tinh bột khỏi khối xơ được dễ dàng và giữ cho lưới sàng được sạch. Những phần phía trên sàng được đem đi nghiền lần 2, sau đó đem đi sàng lại. Phần được sàng sẽ đem đi ly tâm, phần còn lại là chất xơ, đem đi sấy để làm thức ăn gia súc. Nguyên tắc làm việc của sàng là phân chia khối vật liệu theo kích thước nhờ một bề mặt kim loại có đục lỗ hoặc lưới. Thiết bị sử dụng là sàng rung, dưới tác động của lực quay, các vật liệu có kích thước nhỏ hơn lỗ sàng sẽ lọt xuống dưới, các tạp chất có kích thước lớn sẽ được giữ lại. Quá trình chuyển động sàng giúp cho quá trình phân loại-làm sạch xảy ra tốt hơn do tạo cơ hội để cho vật liệu tiếp xúc với lỗ sàng. Lực rung cũng đồng thời hạn chế vật liệu bám vào bề mặt sàng làm bít lỗ sàng giảm hiệu suất thu hồi. Trong trường hợp làm việc liên tục, sàng có thể được đặt nghiêng một góc từ 2 - 7o để vật liệu có khuynh hướng di chuyển xuống phía dưới. Quá trình di chuyển như vậy giúp cho vật liệu có kích thước nhỏ sẽ chui qua lỗ sàng. Phần kích thước lớn không qua sàng sẽ được hứng ở phía đầu thấp của sàng. Hình 12: Máy sàng rung Cấu tạo thiết bị: Dài: 2.9-4.0 m Rộng: 1m Độ nghiêng: 2-7o. Thường sử dụng 3 loại sàng: 80, 150, 260 mesh. Số lần dao động của sàng trong 1 phút: 520 lần. Ly tâm: Mục đích: Hoàn thiện: tách các chất có kích thước nhỏ mà trong quá trình sàng chưa tách được để giúp tinh sạch sản phẩm; loại phần dịch bào có chứa polyphenol và enzyme polyphenoloxydase và các hợp chất hòa tan khác để hạn chế quá trình oxy hóa làm chuyển màu tinh bột và các phản ứng hóa học, hóa sinh khác làm ảnh hưởng đến chất lương của tinh bột thành phẩm. Khai thác: tăng hàm lượng chất khô. Biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Khối lượng giảm do tách các chất hòa tan và một phần nước trong sữa tinh bột. Tỉ trọng của khối bột tăng. Biến đổi hóa học: Hàm lượng chất khô tăng. Tăng lực liên kết giữa các phân tử tinh bột. Độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các hợp chất như polyphenol, HCN, sắc tố, protein đi theo nước ra ngoài. Biến đổi hóa sinh: Dịch bào củ khi thoát ra khỏi tế bào tiếp xúc với Oxy của không khí tạo thành những chất màu. Trong sắn có sẵn tirozin và enzyme tirozinaza. Tirozin là acid tanin tạo hương, cả tirozin và tirozinaza đều có trong thành phần của dịch bào. Dưới tác dụng của tirozinaza, tirozin kết hợp thêm gốc hydeoxyl thứ 2 sau đó nhờ enzyme cromooxydaza oxy hóa tiếp tạo thành melanin. Lúc đầu, dưới tác dụng của tirozinaza dịch bào trở thành chất màu hồng, ổ định ở pH=6. pH thích hợp với giai đoạn đầu của tirozinaza khoảng 6.5, như vậy khoảng pH tối thích nằm trong một khoảng rất hẹp do môi trường acid hay kiềm đều có tác dụng kiềm hãm tác dụng của tirozinaza. Ở giai đoạn thứ 2, sản phẩm thành màu đen dưới tác dụng của men comooxydase, phản ứng này xảy ra nhanh khi pH=11. Do đặc tính của tirozinaza như vậy nên nguyên liệu ban đầu cần ngâm với pH lớn hơn 7 một chút nhưng sau khi ngâm, chuyển sang mài cần đưa về môi trường trung tính. Do hậu quả của quá trình oxy hóa lớp bề mặt nhanh chóng chuyển sang màu hồng sẫm còn lớp dưới chuyển màu chậm hơn. Tinh bột dễ dàng hấp thu màu của dịch bào trở nên không trắng và không thể tẩy rửa chất màu khỏi tinh bột bằng nước sạch được. Quá trình oxy hóa dịch bào trong sữa tinh bột bắt đầu từ khi mài xát và đặc biệt xảy ra nhanh khi đảo trộn, tiếp xúc nhiều với oxy của không khí. Biến đổi sinh học: Do trong dịch bào có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nếu để dịch bào tiếp xúc với tinh bột quá lâu, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột như một nguồn cơ chất và quá trình lên men diễn ra, tạo ethanol, acid hữu cơ, và các sản phẩm trao đổi chất khác làm ảnh hưởng đến chất lượng của tinh bột thành phẩm. Các yếu tố ảnh hưởng: Nguyên liệu: Lượng dịch bào và các chất hòa tan có trong sữa tinh bột. Tỉ trọng của các pha. Độ nhớt của pha liên tục, nhiệt độ trong thiết bị. Thiết bị ly tâm: loại thiết bị, tốc độ quay, bán kính quay, khoảng cách giữa các dĩa, số lượng dĩa, bán kính thùng quay. Thời gian thực hiện: thời gian ngắn, tinh bột sẽ càng trắng và giữ được tính chất tự nhiên của nó. Phương pháp thực hiện: Thiết bị sử dụng: Máy phân ly siêu tốc loại dĩa Máy ly tâm siêu tốc loại dĩa dùng để phân li huyền phù có hàm lượng pha rắn nhỏ. Bộ phận chủ yếu của máy là rotor gồm các dĩa chồng lên nhau với một khoảng cách thích hợp. Các dĩa đều có khoan lỗ, ở dĩa giữa các lỗ phải nằm trên đường thông thẳng đứng, qua đó sản phẩm ban đầu đi vào khe hở giữa các dĩa. Dĩa trên được giữ nhờ các gân trên mặt ngoài của dĩa dưới. Ðộ nghiêng của dĩa nón cần đủ đảm bảo để hạt vật liệu trượt xuống tự do. Hình 13: Máy ly tâm lắng phân ly nhũ tương kiểu dĩa Máy có thể làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Máy làm việc gián đoạn trong trường hợp tháo bã bằng tay. Do dung tích khoảng không gian của lớp bùn phân li không lớn nên máy ly tâm tháo bã bằng tay sử dụng hiệu quả khi thành phần hạt lơ lửng đến 0,05% thể tích. Ưu điểm: mức độ phân ly cao, thể tích roto lớn. Nhược điểm: cấu tạo và lắp ráp khó, nhất là với môi trường ăn mòn Thông số thiết bị: Khoảng cách giữa các dĩa 0,4-1,5mm. Góc nửa đỉnh nón từ 30-50o Sữa tinh bột sau ly tâm có nồng độ chất khô khoảng 36%. Giai đoạn biến tính tinh bột tạo liên kết ngang: Biến tính tinh bột tạo liên kết ngang thường được thực hiện trong môi trường kiềm với sự tham gia của một số tác nhân như trimetaphosphate, polymetaphosphates (hexameta-phosphate), epichlorohydrine POCl3, biphenyl compounds, N,N,-dimethylol-imidzolidon-2 (DMEU), adipic acid/acetic acid và cyanuric chloride, nhưng trong đó trimetaphosphate cho hiệu quả cao nhất. Mục đích: Chế biến: tạo liên kết giữa tinh bột và sodium trimetaphosphate (viết tắt STMP) (công thức hoá học: Na3O9P3) từ đó giúp tinh bột có được một số đặc tính vượt trội so với tinh bột ban đầu. Biến đổi của nguyên liệu: Biến đổi vật lý: Nhiệt độ của khối nguyên liệu tăng. Giúp phân tán và phối trộn đều toàn bộ khối nguyên liệu. Biến đổi hoá học: Tạo liên kết ngang ester giữa các phân tử tinh bột và STMP Hình  SEQ Hình \* ARABIC 14: Phản ứng giữa tinh bột và STMP Yếu tố ảnh hưởng: Mức độ đảo trộn: của khối hỗn hợp (gồm tinh bột, nước và STMP): được quyết định bởi thời gian lưu của nguyên liệu. Thời gian lưu càng thích hợp thì khối nguyên liệu càng được đảo trộn đều, từ đó giúp cho phản ứng phía sau được thực hiện nhanh hơn. Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm phá huỷ liên kết. pH: tạo môi trường kiềm để phản ứng xảy ra. Khối lượng tác nhân cho vào: phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm. Phương pháp thực hiện: Hàm lượng chất khô tinh bột trước khi biến tính: 36% Cứ 1 kg tinh bột (tính theo hàm lượng khô) thì trộn 10g-20g sodiumtrimetaphosphate và 6-9g NaOH. Cho toàn bộ khối nguyên liệu vào thiết bị trộn Schugi, thời gian trộn ngắn khoảng một đến hai phút để đồng nhất. Hình  SEQ Hình \* ARABIC 15: Máy trộn Schugi Sau phản ứng, sản phẩm được trung hoà bằng acid HCl đến pH = 7.8 – 8, rồi đem đi lọc. Hình  SEQ Hình \* ARABIC 16: Thiết bị phản ứng Sấy: Thích hợp cho các sản phẩm dạng bột hàm ẩm khoảng 40% và kích thước nằm trong khoảng từ 10-500 m. Mục đích: Hoàn thiện: nguyên liệu sau các quá trình chế biến sẽ được rửa để loại bỏ các tạp chất còn sót lại, sau đó sẽ tiếp tục được đưa vào hệ thống sấy khí động hay sấy tầng sôi để giảm hàm ẩm làm cho các hạt tinh bột tách rời nhau. Bảo quản: kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm bằng cách giảm hàm ẩm xuống hàm ẩm thích hợp. Các biến đổi: Biến đổi vật lý: Hạt tinh bột bị giảm khối lượng từ đó giúp tiết kiệm các chi phí vận chuyển. Nhiệt độ của khối hạt tinh bột tăng lên. Các hạt tinh bột tách rời nhau. Biến đổi hóa sinh: Ức chế một số phản ứng do enzyme xúc tác do dưới tác dụng của nhiệt độ cao thì một số enzyme sẽ bị vô hoạt. Biến đổi sinh học: Các vi sinh vật bị nhiễm vào sản phẩm sẽ bị tiêu diệt và ức chế dưới tác dụng của nhiệt độ cao Hàm ẩm sản phẩm thấp cũng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất từ đó ức chế hoạt động của vi sinh vật. Biến đổi hóa lý: Có sự bốc hơi nước. Các yếu tố ảnh hưởng: Hàm ẩm của nguyên liệu ban đầu và hàm ẩm yêu cầu đối với sản phẩm. Vận tốc của dòng khí: thường phải có vận tốc lớn để tạo trạng thái xáo trộn mãnh liệt toàn bộ khối vật liệu. Nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy (không khí được gia nhiệt) Cấu trúc mao quản của khối vật liệu. Khối lượng riêng của vật liệu sấy. Phương pháp thực hiện: Vật liệu sấy được cấp vào phễu tiếp liệu (4), nhờ cơ cấu định lượng (3) cấp vào ống sấy (5) gặp tác nhân sấy do quạt (1) thổi qua caloriphe được đốt nóng ở nhiệt độ cần thiết rồi thổi vào ống sấy (5) cao từ 10-20m với vận tốc cần thiết phụ thuộc kích thước, khối lượng riêng của vật liệu sấy thường bằng 10-20 m/s. Vật liệu được cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên và được sấy khô. Phía trên ống sấy (5) vật liệu sấy được thổi vào bộ phận giảm vận tốc (6) để rơi vào cyclon được tách ra khỏi dòng khí thải. Vật liệu khô lắng xuống đáy cyclon. Khí thải kéo theo một ít bụi và vật liệu thô theo ống trung tâm của cyclon vào thiết bị lọc túi (7) để tách nốt lượng bụi còn khí thì thải ra ngoài.  Thông số vận hành của máy: Nhiệt độ sấy: 95-100oC. Tốc độ dòng khí: 10-20 m/s Thời gian sấy kể từ lúc vật liệu rơi vào ống sấy (5) cho đến khi ra khỏi bộ phận tháo liệu (9) rất ngắn chỉ khoảng 5-7 giây. Tiêu thụ năng lượng khá lớn khoảng 4600-5000 kJ/kg ẩm. Ưu điểm: bề mặt tiếp xúc pha rất lớn, quá trình sấy mãnh liệt, thời gian sấy ngắn nên cho phép sấy ở nhiệt độ cao, cấu tạo thiết bị đơn giản. Nhược điểm: khó điều chỉnh quá trình, tiêu thụ năng lượng lớn. Hình 17: Cấu tạo thiết bị sấy khí động CHƯƠNG 3: SẢN PHẨM: Chỉ tiêu chất lượng: Chỉ tiêu cảm quan: Màu sắc: màu trắng hay trắng ngà. Mùi: gần như không mùi. Chỉ tiêu hóa lý: Độ ẩm (% maximum): 12% Độ trắng (thang chuẩn Kett, minimum): 90 Độ nhớt (BU Barbender unit, minimum): Sản phẩm bậc 1: 600 – 800 Sản phẩm bậc 2: 300 – 600 pH = 7.5-8.0 (0.5g tinh bột cross- linked trong 50ml nước, gia nhiệt và lắc đều tạo dạng paste. Để nguội và đo pH) Chỉ tiêu hoá học: Tro (% maximum): 0.2% Cellulose (cm3/50g tinh bột ướt, maximum): 0.2% Tạp chất khác (ppm, maximum): 300 Hàm lượng kim loại nặng: Pb ≤ 2 µg/ g Arsenic: ≤ 1.0 μg/g dưới dạng As2O3 Thủy ngân: ≤ 0.1 μg/g Hàm lượng phosphor: ≤ 0.04% Chỉ tiêu vi sinh: Tổng vi sinh vật: ≤ 4000 cfu/g. Nấm men: ≤ 200 cfu/g Nấm mốc: ≤ 200 cfu/g Escherichia coli: không có. Coliform: ≤ 400 cfu/100g. Samonella: không có mặt trong 25g. Ứng dụng của sản phẩm: Tinh bột biến tính cross-link thường được sử dụng ở dạng paste khi cần độ nhớt cao và đồng thời có tính năng chống lại các tác động làm biến dạng. Chỉ 1 lượng ít tinh bột cross-link là đủ trong trường hợp sản phẩm tinh bột bị đun nấu trong 1 khoảng thời gian ngắn ở áp suất khí quyển. Những quá trình cần đun nấu liên tục thì cần lượng nhiều tinh bột cross-link hơn. Tinh bột cross-link giúp hỗ trợ cho quá trình tạo cấu trúc dạng paste: khi đun nóng bằng dòng hơi nước nóng được trực tiếp bơm vào dịch huyền phù tinh bột là một phương pháp xử lý nhiệt rất hiệu quả nhưng có nhược điểm là phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột. Nhưng vì giá thành của thiết bị rẻ và sự tạo thành sản phẩm dạng paste rất nhanh chóng nên phương pháp này vẫn đựơc sử dụng rộng rãi. Hệ thống trên sử dụng hiệu quả nhất là trong trường hợp cần nhiệt độ và áp suất cao. Bằng kính hiển vi, người ta đã cho thấy được các hạt tinh bột đã bị phá huỷ ngay từ khi tiếp xúc với dòng hơi nước vào và mặc dù chỉ trong khoảng thời gian xử lý nhiệt ngắn nhưng sự phá vỡ đó vẫn thể hiện rất rõ ràng sau đó. Sự bốc hơi một cách mãnh liệt của nước quá nhiệt trong khối paste đã làm “nổ” các hạt tinh bột. Rất ít các hạt còn sót lại sau quá trình xử lý nhiệt này nếu chúng không có được sự tăng cường, gia cố của tinh bột cross-link. Các nhà sản xuất tinh bột cần phải cung cấp những sản phẩm có khả năng chịu đựng được các điều kiện của quá trình chế biến cũng như điều kiện đun nóng có áp suất. Để làm được điều đó thì cần thực hiện cross-link tinh bột ở những mức độ khác nhau cho những nhu cầu khác nhau. Tinh bột cross-link dùng là tác nhân làm đặc được tìm thấy nhiều trong sản phẩm bánh pie nhân trái cây ngoài thị trường, bao gồm cả loại tươi, đông lạnh và loại đóng hộp. Nó cũng được sử dụng rất hiệu quả trong súp đóng hộp, nước thịt, nước sauce sẽ được tiệt trùng sau khi đóng nắp. Tinh bột cross-link dạng paste là chất làm đặc rất phổ biến trong các loại thực phẩm Trung Hoa bởi độ trong, bóng, và có khuynh hướng tạo gel thấp. Những ứng dụng của nó còn bao gồm trong những loại thực phẩm như thức ăn trẻ em, bột bắp nghiền, củ cải đường Harvard, món tráng miệng Đan Mạch và sauce spaghetti. Tinh bột áo ngoài salad thì cần nhiều cross-link hơn do pH thấp thúc đẩy sự giảm độ nhớt trong quá trình chuẩn bị và bảo quản lớp áo. Phụ lục Tinh bột biến tính ngoài tinh bột liên kết ngang còn có nhiều dạng biến tính khác. Theo Thái Lan thì có thể phân loại như sau: Bằng phương pháp vật lý: Tinh bột hồ hoá trước Tinh bột xử lý nhiệt ẩm Tinh bột sắn dạng hạt (sago) Bằng phương pháp hoá học: Tinh bột sắn xử lý acid Tinh bột sắn dextrin hoá Tinh bột sắn oxy hoá Tinh bột sắn ether hoá (hydroxyl- propyl) Tinh bột sắn ester hoá: Ortenylsuccinate Acetylate Tinh bột sắn phosphate- monoester Tinh bột sắn liên kết ngang: di- tinh bột phosphate Tinh bột sắn biến tính kép: Di- tinh bột phosphate acetylate Di- tinh bột phosphate hydroxyl- propyl Tinh bột sắn thuỷ phân và sản phẩm khác: Maltosedextrin Đường ngọt: glucose và fructose Polyol: sorbitol, mannitol Acid amin: MSG (mì chính), Lysine Acid hữu cơ: acid citric Rượu: ethanol, acetone, butenol Đặc điểm của một số dạng tinh bột biến tính khác: Tinh bột sắn biến tính bằng phương pháp vật lý: Bị biến tính dưới tác động vật lý: cắt, trộn hay xử lý nhiệt. Các sản phẩm phổ biến là tinh bột alpha và tinh bột xử lý nhiệt ẩm nhận được sau các quá trình nhiệt. Tinh bột alpha (hay là tinh bột hồ hoá trước): Được quan tâm vào cuối những năm 1980 tại những bể nuôi cá trình ở Thái Lan khi người nuôi cần 1 loại chất kết dính tan trong nước lạnh. Các tính chất đặc trưng: Độ trong cao Không có mùi lạ Chất mang màu tốt Sữa tinh bột sắn (19.5 - 20% chất khô, pH= 6 - 7) Bồn chứa Sấy trục (160 - 170oC) Thùng chứa dạng phễu xoay Cyclone Sàng (rây) Đóng gói Độ nhớt cao Hình 18: Quy trình sản xuất tinh bột alpha Tinh bột xử lý nhiệt ẩm: Sản xuất từ khi các hồ ngâm lắng được dùng để tách tinh bột sắn. Phần tinh bột sắn lắng dưới đáy hồ có độ ẩm khoảng 50% được sấy qua đêm ở nhiệt độ 50- 80%, sau đó tinh bột được rây mịn và đóng gói. Dưới tác dụng của nhiệt độ, đúng hơn là tác dụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này. Sản phẩm này được coi như bột sắn với tên: Tao Starch. Loại tinh bột này được dùng để nâng cao chất lượng cho nhiều loại bánh ngọt, bánh nhân hoa quả tráng miệng thay cho việc dùng tinh bột sắn thông thường. Hiện nay, quy trình công nghệ sản xuất bột sắn được bắt đầu bằng việc ngâm tinh bột sắn khô qua đêm trong các hồ lát gạch men (ceramic) hoặc láng xi-măng. Độ ẩm của bánh tinh bột khoảng 50% và tinh bột được sấy trên mặt sàn nóng. Tinh bột sắn dạng hạt (sago) (bột cọ): Quy trình sản xuất bột cọ dạng hạt gồm xử lý nhiệt ẩm và xử lý cơ học. Tinh bột sắn được làm ẩm qua đêm trong các hồ ceramic tới 50% tạo dạng hình cầu bằng cách lắc liên tục sấy ở nhiệt độ 250- 300oC làm nguội sấy lần 2 (50- 80oC trên sang nóng phân loại và đóng gói. Khi nấu, các hạt tinh bột có những tính chấ rấtt đặc biệt: bên ngoài bề mặt hạt thì mềm và trong suốt nhưng bên trong lại cứng và đục. Tinh bột sắn biến tính bằng phương pháp hoá học: Tinh bột sắn có thể bị biến tính bằng nhiều loại hợp chất khác nhau. Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia (1994) chia tinh bột biến tính bằng phương pháp hóa học thành 2 loại: tinh bột bị cắt và tinh bột bị thay thế. Nhóm tinh bột cắt: thường có độ nhớt thấp, mạch tinh bột bị cắt bằng acid, chất oxy hoá và một vài loại muối. Kết quả là trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng đứt gãy các liên kết glycoside và những liên kết khác, giảm trọng lượng, xuất hiện 1 số liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ nhiều, tuy nhiên về căn bản chúng vẫn được giữ nguyên. Tinh bột bị cắt theo kiểu này có nhiều ứng dụng như: tinh bột hòa tan dùng trong các thí nghiệm phân tích hoá học. Tinh bột biến tính bằng acid dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy nên cải thiện chất lượng in… Trong công nghệ thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo. Tinh bột oxy hoá cũng được xếp vào nhóm này. Một số loại tinh bột bị oxy hoá bởi KMnO4 trong môi trường acid được thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như các sản phẩm đồ hộp. Các sản phẩm bị oxy hoá yếu cũng được dùng trong sản xuất bánh mì để cải thiện tính chất cơ học, tăng khả năng giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh. Tinh bột bị oxy hoá bởi hypochloride, H2O2, HI và muối của chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy. Một dạng biến tính khác là tinh bột được xử lý ẩm, hạt tinh bột trương nở trong nước khi có mặt các chất hoá học khác như muối của H3PO4, methylcellulose… dẫn đến phá huỷ một lần hay hoàn toàn cấu trúc hạt. Tinh bột loại này được sử dụng như chất giữ ẩm trong sản xuất kẹo, kem, bánh pudding, các loại bánh mì, mì sợi, và nhiều loại thức ăn kiêng. Trong trường hợp được xử lý ở độ ẩm cao, tinh bột sẽ bị mất gần như hoàn toàn tính chất và cấu trúc ban đầu, tạo ra một dạng tinh bột- protein mới dùng trong kĩ thuật và công nghệ thực phẩm để sản xuất các sản phẩm từ thịt cá… Tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do liên kết với các gốc hoá học hay do copolymer hoá với một hợp chất cao phân tử khác. Tinh bột dạng này có các gốc rượu ở Carbon thứ 2, 3, 6 tham gia vào phản ứng với các hợp chất vô cơ và hữu cơ (như H3PO4 và muối của chúng để tạo tinh bột phosphate). Hai mạch polysaccharide có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối. Trong trường hợp này, tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt kể cả khi lượng chất hoá học sử dụng là rất ít. Thông thường, tinh bột loại này (còn gọi là di- tinh bột) có độ nhớt và độ bền dính rất cao, kế cả trong điều kiện đông lạnh. Chúng được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản lạnh như kem, mayonnaise, các loại sốt và sản phẩm cho trẻ em. Khi xử lý tinh bột với acid acetic ta thu được tinh bột acetate. Hàm lượng nhóm acetate có thể chiếm từ 3- 6% tuỳ điều kiện của quá trình xử lý. Tinh bột acetate dùng trong sản xuất đồ hộp, các loại thực phẩm khô, công nghiệp dệt và công nghuệp giấy. Tinh bột còn được xử lý với một số hợp chất nhtư HCOOH, sodiumtrimetaphosphate để nhận được 1 dạng biến tính gọi là tinh bột liên kết ngang, có độ bền nhiệt và cơ học cao, sử dụng trong sản xuất thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác. Các loại tinh bột sắn phổ biến nhất ở các nước Đông Nam Á như Thái Lan, Việt Nam là tinh bột oxy hoá và tinh bột biến tính bằng acid được sử dụng trong công nghiệp dệt và giấy. Việc sử dụng tinh bột hydroxyl-ethylate, tinh bột cationic và tinh bột lưỡng tính để sử dụng trong công nghiệp giấy hiện nay chỉ ở quy mô nhỏ. Tinh bột acetate và phosphate là 2 loại tinh bột được dùng phổ biến nhất trong công nghệ thực phẩm. Tinh bột oxy hoá (tinh bột chlorinate): Tinh bột oxy hoá được tạo thành nhờ phản ứng giữa tinh bột sắn và NaOCl (sodium hypochloride) trong môi trường kiềm. Tinh bột oxy hoá được sử dụng để tạo thành lớp hồ bề mặt trên các tấm giấy rời để tăng cường độ bền cho bề mặt giấy. Lượng sửdụng thường từ 40- 50 tấn/ 1 tấn giấy. Dựa trên nhu cầu giấy dự báo tại các nước Châu Á, lượng tinh bột oxy hoá cần cho ngành công nghiệp này khoảng 240 ngàn tấn/ năm. Tinh bột sắn-nguồn tinh bột chính ở các nước Châu Á-có 1 số tính chất quan trọng như khả năng tạo màng, tạo dạng paste với độ trong cao, có khả năng giữ nước và độ nhớt có độ bền tốt, do đó sẽ là nguồn nguyên liệu phù hợp cho công nghiệp giấy trong khu vực. Các tính chất của tinh bột sắn oxy hoá nhận được phụ thuộc vào các điều kiện phản ứng. So sánh với tinh bột bị oxy hoá mạnh, oxy hoá tinh bột ở mức độ nhẹ (khi tinh bột sắn ứng với 1000ppm chlorine hoạt hoá ớ pH 10.5) sẽ tạo ra sản phẩm có độ nhớt dạng paste cao và ổn định. Tinh bột biến tính bằng acid: Acid (thường là HCl) được cho vào sữa tinh bột sắn (khoảng 20% chất khô) ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá. Sau khi dừng phản ứng và trung hoà bằng dung dịch soda, sữa tinh bột được cô đặc, loại nước và sấy khô. Biến tính bằng acid sẽ tạo cho tinh bột sắn có độ nhớt thấp hơn 30 cPs và pH khoảng 5.0- 6.0. Tính chất cơ bản nhất của loại này là tính thoái hoá thấp hơn so với các loại tinh bột khác. Quá trình bảo quản tinh bột sắn biến tính bằng acid ở nhiệt độ thấp hơn 70- 850C không gây ra hiện tượng tạo lớp màng trong bồn chứa. Tinh bột acetate: Là dạng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất các loại gia vị và nước chấm thông thường, được tạo ra khi cho vinyl acetate (tối đa 7.5%) phản ứng với sữa tinh bột sắn trong môi trường kiềm. Mức độ acetyl hoá cho phép đối với tinh bột acetate dùng cho thực phẩm không quá 2.5%. Những dạng tinh bột sắn biến tính khác dùng cho thực phẩm: Tinh bột phosphate monoester (một nhóm H trong phân tử H3PO4 hay muối của chúng được thay thế bằng phân tử tinh bột) được sản xuất bằng cách xử lý tinh bột sắn với một số hoá chất như orthophosphoric acid, sodium orthophosphate, sodium tripolyphosphate. Sản phẩm dùng trong thực phẩm có nồng độ phosphate tính theo phosphorus không quá 0.4% (0.5% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì). Di tinh bột (di- starch) phosphate: (2 nhóm hydro trong phân tử H3PO4 hay muối của chúng được thay thế bằng 2 phân tử tinh bột). Tinh bột được xử lý với sodium trimetaphosphate, phosphorus oxychloride. Sản phẩm thu được phải có nồng độ phosphate không vượt quá 0.04% (0.14% với tinh bột khoai tây và lúa mì). Tinh bột succinate: hoá chất sử dụng trong phản ứng với tinh bột sắn là succinic acid, ortenylsuccinic alhydride. Sản phẩm thu được có hàm lượng gốc ortenylsuccinic không quá 0.3%. Tinh bột hydroxyl-propyl: tinh bột sắn được xử lý với propylene ocide (nồng độ tối đa 10%) hoặc với propylene chlorohydrine (không quá 1mg/ kg). Số lượng gốc hydroxyl- propyl trong sản phẩm không vượt quá 7.0%. Di-starch phosphate hydroxyl- propyl: các hợp chất sử dụng để biến tính tinh bột gồm sodium trimetaphosphate, phosphorus oxychloride và propylene ocide (với nồng độ tối đa 10%) hay propylene chlohydrine (không quá 1mg/ kg). Số lượng gốc hydroxyl- propyl trong sản phẩm không vượt quá 4.0%. Di-starch phosphate acetylate: tinh bột sắn được xử lý với phosphorus oxychloride và vinyl acetate (nồng độ không quá 7.5% hay acetic anhydric tối đa 10%). Sản phẩm phải chứa lượng phosphate tính theo phosphorus không quá 0.04% (0.14% đối với tinh bột khoai tây và lúa mì). CHƯƠNG 4: THÀNH TỰU CÔNG NGHỆ: Mặc dù khoa học kỹ thuật phát triển đã cho ra đời nhiều loại tinh bột với những tính chất khác nhau nhưng nhu cầu sản xuất ra những loại tinh bột có một đặc tính riêng biệt nào đó một cách hiệu quả vẫn ngày càng tăng. Tuy rằng có rất nhiều phương pháp hoá học được dùng để biến tính tinh bột một cách có hiệu quả nhưng ngưòi tiêu dùng ngày càng e ngại với những sản phẩm được sản xuất theo phương pháp hoá học đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm. Vì vậy mà các nhà khoa học và công nghệ đã cố gắng nỗ lực để tìm ra cách biến tính tinh bột bằng các kỹ thuật hoá sinh hiện đại nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp hóa học và cho ra đời những sản phẩm an toàn hơn. Việc nghiên cứu sản xuất ra các loại tinh bột giàu amylose hay giàu amylopectin bằng phương pháp biến đổi gene đã có một số thành tựu. Mặc dù việc sản xuất ra các giống tinh bột sắn giàu amylose hay amylose pectin với những đặc tính công nghệ riêng biệt vẫn chưa được thương mại hoá nhưng các nhà khoa học ở trường Đại Học Wageningen, The Netherlands và CIAT, Colombia vẫn đang tiến hành nghiên cứu để tạo ra các giống sắn có hay hoàn toàn không có amylose phục vụ cho thương mại. Họ tiến hành đột biến các enzyme nhánh – branching enzyme (BE), enzyme granule bound starch synthase I (GBSS I) và đã thu đưọc các giống sắn chỉ có chứa amylose hay amylose pectin. Gần đây Noda đã phát triển thêm một kỹ thuật chuyển gene khác ở khoai tây bằng cách chuyển GBSSI c DNA ở một giống khoai tây không có chứa amylose vào một giống khoai tây khác, kết quả là tạo ra một giống mới có đặc tính như ta mong muốn. Điều này đã mở ra một hứa hẹn rất lớn ở tương lai trong việc biến tính tinh bột bằch cách sử dụng các kỹ thuật hiện đại trong lĩnh vực công nghệ sinh học để tác động, điều khiển hàm lượng amylose và amylose pectin, thay đổi độ lớn của các hạt tinh bột, độ dài các mạch … để tạo ra các giống tinh bột an toàn hơn có đặc tính hoàn toàn phù hợp với yêu cầu sản xuất giúp đem lại nhiều lợi ích hơn cho cả nhà sản xuất và tiêu dùng. Sản xuất tinh bột biến tính bằng enzyme: Một số enzyme sử dụng trong biến tính tinh bột: Tác dụng của enzymeEnzymeChức năngThủy phân 1 phầnAlpha-amylose GlucoamyloseTinh bột bền (Resistant Starch)Tích lũy oligosaccharideCyclomaltodextrin glucanotransferase Isoamylase Cyclomaltodextrin/ oligosaccharideThay đổi kích thước phân tửCGTaseChậm quá trình thoái hóaThủy phân có chọn lọcMaltogenic AmylaseTinh bột nghèo AMThay đổi chiều dài mạch-glucanotransferaseBền khi rã đông và thay đổi nhiệt độ đột ngộtTransglycosylationMaltogenic Amylase -glucanotransferaseOligosaccharide/AP nhánh nhiều hơn Hình 19: Sản phẩm tinh bột biến tính bằng enzyme và các dẫn xuất của nó. Maltogenic amylase: Cyclodextrinase: Chỉ có tác dụng thủy phân đối với amylose tạo ra glucose và maltose. Ứng dụng: tạo ra tinh bột có hàm lượng amylose thấp (từ 20% amylose  dưới 5%): tránh được hiện tượng thoái hóa ở nhiệt độ bảo quản lạnh đông của thực phẩm; tạo ra dung dịch tinh bột có độ nhớt cao hơn. -glucanotransferase (EC 2.4.1.25) Tác dụng: thủy phân liên kết 1,4-glycoside và chuyển các phần bị thủy phân gắn vào các vị trí mới (trên cùng một phân tử hay giữa các đoạn phân tử với nhau) (transglycosylation) Hình 20: Các chuyển hóa của  - gluconotransferase Chức năng: giàm hiện tượng thoái hóa, bền hơn khi thay đổi nhiệt độ đột ngột, ngoài ra còn có chức năng giữ các cấu tử hương nhờ cycloamylose. TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Đức Hợi cùng các tác giả khác, “Kỹ thuật chế biến lương thực”, NXB Khoa học và Kĩ thuật, năm 2006. Cao Văn Hùng, “Bảo quản và chế biến sắn”, NXB Nông nghiệp. Đoàn Dụ cùng các tác giả khác, “Công nghệ và các máy chế biến lương thực”, NXB Khoa học và Kĩ thuật, năm 1983. Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên, “Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn”, NXB Khoa học và Kĩ thuật, năm 2005. Văn Minh Nhật, “Máy chế biến thực phẩm”, Trường Đại học Cần Thơ. GS.TSKH.Nguyễn Bin, “Các quá trình thiết bị trong công nghệ hoá học và thực phẩm”, NXB Khoa học và Kĩ thuật, năm 2005. Ann, Charlotte Eliassion, “Starch in food: Structure, function and applications”, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England. Brannan J.G., Butter J.R., Cowell N.D., Lilley A.E.V., “Food engineering operations”, 3rd edition, Elsevier Applied Science, London & New York, 1990, 700p Fellow P.J., “Food processing technology: principles and practice 2nd edition, CRC Press, Boca Raton, 2000, 575p. Roy I.Whistler, Eugene F.Paschall, “Starch: Chemistry and technology”, N.Y, 1967. Stephen A.M, Phillips G.O, William P.A, “Food polysacchrides and their application”, second edition (food science and technology), 2006, ISBN: 0824759222.  HYPERLINK "" www.patentstorm.us  HYPERLINK "" www.freepatentsonline.com  HYPERLINK "" www.nationalstarch.com  HYPERLINK ""   HYPERLINK ""   HYPERLINK ""   HYPERLINK ""   HYPERLINK ""   HYPERLINK ""