Đồ án Công nghệ sản xuất maltodextrin

của tinh bột huỳnh tinh cao nhất chiếm 32.52%. [1] Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 58.5-73oC, tinh bột sắn dây là 62-72oC, tinh bột huỳnh tinh là 61-81oC so với 56-66oC ở khoai tây và 62-72oC ở tinh bột bắp. Nhiệt độ hồ hoá có thể thay đổi nếu ta tạo ra các dẫn xuất của tinh bột hay thêm các chất có hoạt tính bề mặt. Nhiệt độ hồ hoá cũng ảnh hưởng đến chất lượng tinh bột nấu thấp do tinh bột bị phá vỡ. Như vậy, sự khác nhau về tỷ lệ amylose và amylopectin của mỗi loại tinh bột dẫn đến sự khác nhau và nhiều tính chất cơ bản của chúng. [1] Tinh bột sắn có những tính chất tương tự như các loại tinh bột có chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hoá thấp và có độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh bột sắn có liên quan đến độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp. Tinh bột sắn có khả năng hồ hoá sớm, độ nhớt cao thể hiện lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấc trúc hạt. Xử lý hoá học và lý học (gia nhiệt, xử lý áp suất hơi, thêm các chất hoá học, thay đổi pH môi trường) cũng như sự có mặt của các chất protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ nhớt tinh bột sắn. Khả năng nở và hoà tan của tinh bột sắn cũng thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt. Sự có mặt của các gốc ester có khả năng ion hoá có ảnh hưởng đến khả năng trương nở và hoà tan của tinh bột. Tính chất này không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử hạt tinh bột. Khả năng tạo gel: trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polysaccarit với nhau hoặc giản tiếp quan cầu phân tử nước. Vì tinh bột chứa cả amylose và amylopectin nên trong gel tinh bột có cả vùng kết tinh và vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amylose và các đoản mạch amylopectin kết dính với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của các phân tử amylopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh. Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừ nằm trong dung dịch nước của các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn hồi của gel.[1] Ứng dụng của tinh bột sắn [1] Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm: Dùng làm phụ gia cho công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp. Trong xây dựng: Tinh bột được dùng làm chất gắn kết bê tông, tăng tính liên kết cho đất sét, đá vôi, dùng làm keo dính gỗ, phụ gia sản xuất ván ép, phụ gia cho sơn. Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm: Tinh bột được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược. Ứng dụng trong công nghiệp khai khoáng: Tinh bột được dùng làm phụ gia cho tuyển nổi khoáng sản, dung dịch nhũ tương trong dung dịch khoan dầu khí. Ứng dụng cho công nghiệp giấy: Tinh bột được dùng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em. Ứng dụng trong công nghiệp dệt: Tinh bột dùng trong hồ vải sợi, in. Ứng dụng trong nông nghiệp: Dùng làm chất trương nở, giữ ẩm cho đất và cây trồng chống lại hạn hán. Các ứng dụng khác: Tinh bột được dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại. Tinh bột biến tính Các phương pháp biến tính tinh bột [2] Phương pháp biến tính vật lý: là phương pháp biến tính tinh bột thuần túy dùng các lực vật lý như ép, nén và hồ hóa tác dụng lên tinh bột để làm thay đổi một số tính chất của nó nhằm phù hợp với những ứng dụng, sản phẩm tinh bột biến tính của phương pháp này là những tinh bột hồ hóa, tinh bột xử lý nhiệt ẩm. Phương pháp biến tính hóa học: là phương pháp sử dụng những hóa chất cần thiết nhằm thay đổi tính chất của tinh bột, sản phẩm chủ yếu của phương pháp biến tính hóa học là những tinh bột xử lý axit, tinh bột ete hóa, este hóa, phosphat hóa. Phương pháp thủy phân bằng enzyme: là phương pháp biến tính tinh bột tiên tiến hiện nay, cho sản phẩm tinh bột biến tính chọn lọc không bị lẫn những hóa chất khác. Sản phẩm của phương pháp này là các loại đường gluco, fructo; các poliol như sorbitol, mannitol; các axid amin như lysin, MSG, các rượu, các axid. Phân loại tinh bột biến tính [2][12] Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hoá chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế . Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều.Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo. Tinh bột oxi hoá cũng được xếp và nhóm này. Một số loại tinh bột được oxi hoá bởi KMnO4 trong môi trường axit được sử dụng thay thế aga, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp. Các sản phẩm tinh bột oxi hoá yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh. Tinh bột oxi hoá bởi hypoclorit, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất giấy. Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các nhóm hidroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoá học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit có thể bị gắn vào nhau. Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution – DS). DS là số nhóm hiđroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit). Như vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3. Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt. Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, bột photphat. [2][12] Hình 1.3: Các phương pháp biến tính tinh bột và các sản phẩm chuyển hoá từ tinh bột [12] Ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp [12] Trong công nghiệp xây dựng tinh bột được dùng làm chất gắn bêtông, chất gắn đất sét, đá vôi, keo dính gỗ, gỗ ép, phụ gia cho sơn. Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm, tinh bột được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược. Với công nghiệp khai khoáng, tinh bột được dùng trong tuyển nổi quặng, dung dịch nhũ tương khoan dầu. Với công nghiệp giấy, tinh bột được sử dụng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phẩn nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em. Với công nghiệp dệt, tinh bột dùng trong hồ sợi, in. Với các ngành khác, tinh bột dùng làm màng plastic phân hủy sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại. Maltodextrin Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Maltodextrin là phụ gia có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược. Trong công nghệ thực phẩm, Maltodextrin là chất cố định mùi, vị; thay đổi cấu trúc và tăng cảm quan thực phẩm; chất trợ sấy; tăng năng lượng cho thực phẩm ăn kiêng... giúp thực phẩm dễ hòa tan, dễ tiêu hóa, tăng giá trị dinh dưỡng. Vì vậy, Maltodextrin được dùng trong sản xuất sữa bột, bột trái cây hòa tan, cà phê, bánh ngọt, nước xốt, tương ớt... Trong công nghệ dược phẩm, Maltodextrin là chất độn để phối chế thuốc. [2] Ứng dụng của maltodextrin trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm 1.4.2.1. Ứng dụng maltodextrin trong sản xuất bột sữa dừa (coconut milk powder) [1] Sữa dừa (nước cốt dừa) là một sản phẩm có giá trị cao được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày cũng như trong công nghệ thực phẩm để sản xuất bánh kẹo, kem…Tuy nhiên, sữa dừa cũng là một sản phẩm rất dễ bị hư hỏng do vi sinh vật và các tác nhân hóa lý như nhiệt độ, ánh sáng, oxy. Bột sữa dừa, về mặt sử dụng, tương tự như nước cốt dừa nhưng thuận tiện hơn nhiều về mặt bảo quản và vận chuyển đến những nơi không có dừa, đặc biệt có thể được sản xuất theo phương pháp công nghiệp. Các sản phẩm chế biến từ dừa như bột sữa dừa, nếu giữ được các đặc điểm của dừa tươi có thị trường xuất khẩu to lớn. Hiện nay Mỹ và Canada là hai nước tiêu thụ các sản phẩm chế biến từ dừa nhiều nhất. Bột sữa dừa do Malaixia và Philipin sản xuất có mặt trên thị trường trong các nước trong khoảng năm 1985, gần đây xuất hiện thêm sản phẩm ở Thái Lan và Trung Quốc. Sữa dừa tươi không thể sấy trực tiếp thành bột do hàm luợng chất béo quá cao (khoảng 35%) nên cần có chất phụ gia để phối trộn thêm. Ở Việt Nam, sữa gầy đã được sử dụng thử nghiệm để sản xuất bột sữa dừa. Tuy nhiên do sữa gầy quá đắt và phải nhập khầu nên sản phẩm có giá thành cao. Tại Thái Lan và Malaixia, maltodextrin được sử dụng rộng rãi để làm phụ gia sấy phun sữa dừa tươi, thu sản phẩm bột sữa dừa. Sữa dừa tươi được chuẩn bị bằng cách ép từ cơm dừa nạo không thêm nước bằng máy ép thủy lực (áp suất 80kg/cm2). Do đó trong sản xuất sữa dừa có đường khử, protein, acid amin (dù với hàm lượng không lớn) nên để chống hiện tượng nâu hóa sản phẩm do phản ứng Mailard, Metabisulfit natri được sử dụng khi chần cơm dừa trước khi đem nạo, ép lấy sữa. Sau khi phối trộn với phụ gia và đồng hóa, hỗn hợp được sấy phun ở chế độ thích hợp. Do tính háo nước, tạo keo của sữa dừa ít hơn sữa gầy nên khi sử dụng phụ gia là sữa gầy cho kết quả tốt hơn so với sử dụng phụ gia là maltodextrin. Tuy nhiên, khi sử dụng phụ gia là maltodextrin ở nồng độ >40% so với dịch sữa dừa tươi, quá trình sấy cũng được cải thiện đáng kể, sản phẩm ít bi dính ở thành thiết bị. Lượng phụ gia dùng càng nhiều thì càng dễ sấy, sản phẩm thu được có đặc tính tốt về trạng thái cảm quan tốt nhưng hàm lượng chất béo và nồng độ mùi dừa trong sản phẩm sẽ thấp hơn. Sử dụng kết hợp sữa gầy và maltodextrin cũng cho chất lượng sấy và chất lượng sản phẩm tốt. Do việc tăng lượng phụ gia cũng đồng nghĩa với việc giảm chất lượng về mùi, vị nên lựa chọn nồng độ phụ gia thích hợp để thu được sản phẩm vừa đảm bảo có các đặc tính trạng thái tốt, vừa giữ được hương vị tự nhiên của dừa tươi là vấn đề cần được quan tâm. Sau khi sấy, sản phẩm bột sữa dừa cần được bảo quản trong bao bì chống ẩm và tránh ánh sáng. 1.4.2.2. Ứng dụng maltodextrin trong sản xuất chè (trà) hòa tan[1] Việt Nam là nước có truyền thống trồng và chế biến trà từ lâu đời. Các sản phẩm trà truyền thống ở nước ta lâu nay là trà xanh, trà đen (hai sản phẩm chè có hương vị tự nhiên) và trà ướp hương (sử dụng hương thơm các loại hoa khác) như trà hoa nhài, trà sen, trà hoa ngâu…Các loại này có chất lượng khá cao, đủ tiêu chuẩn để xuất khẩu. Một số loại trà được bổ sung thêm các loại dược liệu cũng đã và đang được chế biếnchế biến ngày càng nhiều để tận dụng nguồn dược liệu có sắn trong nước. Đó là các loại trà an thần, trả giải nhiệt (như trà atiso, trà khổ qua…), trà chống cảm cúm (trà gừng…). Trong khoảng những năm 1990, trên thị trường thành phố Hồ Chí Minh xuất hiên các sản phẩm trà mớ là trà túi lọc và trà hòa tan. Do những đặc tính rất tiện lợi của nó như dễ dàng pha được một tách trà thật đặc, khả năng hòa tan nhanh, không để lại bã thải rắn…nên trà hòa tan đang được sản xuất ngày càng nhiều, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hiện đại thị trường Việt Nam hiện nay đã xuất hiện nhiều sản phẩm trà hòa tan của nước ngoài (như trà sâm của Hàn Quốc…) hay các công ty trong nước hoặc các công ty có vốn đầu tư của nước ngoài như trà chanh, trà dưa hấu…(của hãng Nestle). Maltodextrin được sử dụng trong chế biến các loại trà hòa tan như một chất kết dính giúp quá trình tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn. Nó được sử dụng như chất trợ sấy trong công nghệ sản xuất trà hòa tan bằng phương pháp sấy phun. Maltodextrin được sử dụng cũng là chất mang hương vị siêu hạng và là chất phát tán cho các đồ uống hỗn hợp một cách nhanh chóng. Trà hòa tan có thể được sản xuất bằng phương pháp sấy phun. Sau khi trích ly và cô đặc, dịch trà và dược liệu có nồng độ chất khô trong khoảng 5 -7%. Maltodextrin được thêm vào dung dịch này tới khoảng 20% trước khi đem đi sấy phun. Ở các nước sản xuất trà hòa tan trên thế giới, sau khi sấy phun sản phẩm được phun hương vị để bù vào phần hương vị mất đi trong quá trình sấy. Các sản phẩm trà hòa tan cũng được sản xuất dưới dạng viên ép hoặc dạng cốm. Dịch trích ly từ trà hoặc nguyên liệu thảo dược sau khi lọc được cô đặc chân không tới nồng độ chất khô khoảng 50-70%, sau đó phối trộn với phụ gia là maltodextrin dạng bột hoặc một số loại đường như lactose, glucose…Quá trình phối trộn có mục đích làm đòng nhất hỗn hợp dịch trích ly và các phụ gia khác. Tùy thuộc các loại phụ gia mà trà thu được có màu sắc, hương vị khác nhau. Sau khi phối trộn ta thu được một khối hỗn hợp đồng nhất có nồng độ chất khô 85%. Hỗn hợp được đưa vào máy cán để tạo sợi và sau đố được cắt ngắn đến kích thước 10-15mm. Để thuận tiện hơn trong việc bảo quả các hạt cốm sau khi tạo hình được sấy khô đến độ ẩm 3%. Enzyme trong quá trình thuỷ phân tinh bột sắn Giới thiệu chung [14] SEBstar-HTL là alpha-amylase, enzyme ở dạng lỏng và chịu nhiệt. Là enzyme vi khuẩn được sản xuất bằng cách điều khiển quá trình lên men của chủng vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen. Enzyme đạt tiêu chuẩn thực phẩm, được chứng nhận là thành phần hữu cơ dùng trong công nghiệp nước giải khát. SEBstar-HTL là endo-alpha-amylase, cắt liên kết 1,4-alpha-glucosidic của dịch tinh bột một cách ngẫu nhiên. Hoạt động kéo dài của SEBstar-HTL làm giảm nhanh độ nhớt của dịch tinh bột và sinh ra một lượng lớn các dextrin thấp phân tử. Ứng dụng [14] SEBstar-HTL sử dụng trong công nghệ tinh bột để dịch hóa tinh bột sinh ra dịch dextrose thấp (DE 7 – 15). Do khả năng chịu nhiệt, khoảng pH hoạt động rộng và nhu cầu calcium thấp nên SEBstar-HTL có thể dịch hóa dịch tinh bột ở nhiệt độ cao khoảng 95oC mà không cần bổ sung thêm calcium. Trong công nghiệp sản xuất rượu, dịch hóa tinh bột ở nhiệt độ cao cho sản phẩm cồn trung tính. Trong công nghiệp bia, SEBstar-HTL sử dụng để dịch hóa nồi cháo và giảm nhanh được độ nhớt của dịch tinh bột. Công dụng [14] Tính ổn định nhiệt tốt cho quá trình dịch hóa tinh bột Sinh ra dịch dextrose có độ nhớt thấp ở 80 – 90oC trong 90 phút. Dịch hóa toàn bộ tinh bột ở pH=5.8 và nhiệt độ 80 – 85oC. Làm tăng năng suất quá trình lên men và quá trình nấu cháo. Sinh ra bởi sự lên men của sinh vật không biến đổi gen. Thành phần hoàn toàn tự nhiên, không có thành phần nhân tạo tổng hợp. Amylase là hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật. Các enzyme này thuộc nhóm enzyme thuỷ phân, xúc tác sự phân huỷ các liên kết sợi phân tử trong polysacharide với sự tham gia của nước. RR1 + H-OH RH +R1OH Hiện nay người ta biết đã có 6 loại enzyme amylase, trong đó Bacillus Subtilis amylase (hay glucoamylase) thuỷ phân các liên kết - 1,4 glucoside của tinh bột và các polysacharide đồng loại. Trong quá trình sản xuất maltodextrin, enzyme tham gia thuỷ phân tinh bột để thu sản phẩm là -amylase. Đặc tính và cơ chế tác dụng của enzyme -amylase Enzyme -amylase từ các nguồn khác nhau có nhiều điểm giống nhau. -amilase có khả năng phân cách các liên kết. Cơ chế thuỷ phân của enzyme -1,4 glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất (tinh bột, glycogen, polyose đồng loại) một cách ngẫu nhiên, không theo trật tự nào cả. Vì thế, -amylase được gọi là enzyme nội phân (endo amylase) -amylase không chỉ thuỷ phân hồ tinh bột mà còn thuỷ phân được hạt tinh bột sống chưa qua hồ hoá, tuy nhiên với tốc độ rất chậm. Quá trình thuỷ phân tinh bột là quá trình đa giai đoạn.Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hoá) chỉ một số phân tử cơ chất bị thuỷ phân tạo thành lượng lớn dextrin phân tử lượng thấp, độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh (các amylose và amylopectin đều bị dịch hoá nhanh). Dưới tác dụng của -amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosacharide gồm 6-7 gốc glucose. Sau đó các polyglucose bị phân cắt tiếp tục nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltodextrose và maltotriose và maltose.[5] Tác dụng của -amylase lên amylopectin cũng xảy ra tương tự, nhưng vì -amylase không phân cắt được liên kết -1,6 glucoside nên ở chỗ mạch nhánh trong phân tử amylopectin nên dù có chịu tác dụng lâu thì trong snả phẩm cuối cùng còn có các dextrin phân tử lượng thấp và izomaltose. Đặc tính quan trọng này của -amylase khi sản xuất maltodextrin đó là enzyme này chỉ thuỷ phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ít maltose.[5] Khả năng dextrin hoá cao của - amylase là tính chất đặc trưng của nó. Vì vậy, người ta thường gọi loại amylase này là amylase dextrin hoá hay amylase dịch hoá. [4] -amylase là một metalenzyme. Các -amylase đều chứa một lượng từ 1-30 nguyên tử gam Ca/mol, song không ít hơn 1- 6 nguyên tử gam Ca/mol.Khi tách hoàn toàn Ca ra khỏi enzyme thì -amylase mất hết khả năng thuỷ phân cơ chất. Vì Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc Bacilus Subtilis của enzyme duy trì cấu hình hoạt động của enzyme (Molodova,1965). [4] -amylase bền nhiệt hơn các enzyme khác. Người ta cho rằng đặc tính này của enzyme -amylase có liên quan đến hàm lượng Calcium có trong phân tử của nó (-amylase của các vi khuẩn ưa nhiệt có nhiều canci hơn -amylase của nấm mốc 3- 4 lần nên nó bền nhiệt hơn). Thu nhận enzyme -amylase từ vi khuẩn Bacilus Subtilis Enzyme -amylase có thể thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau.Và các enzyme này có nhiều điểm khác nhau về đặc tính, cơ chế tác dụng và điều kiện hoạt động. Vì vậy mà tuỳ thuộc vào loại sản phẩm, các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất mà người ta chọn nguồn thu nhận -amylase thích hợp. Đối với maltodextrin, trong quá trình dịch hoá, tinh bột bị thuỷ phân ở nhiệt độ cao. Các loại enzyme thu nhận từ vi khuẩn thường có hoạt tính cao và khả năng chịu nhiệt tốt. Do đó, bổ sung enzyme có khả năng chịu nhiệt từ nguồn vi khuẩn là hết sức cần thiết. Hơn nữa, trong quá trình dịch hoá, không đòi hỏi sự tích tụ nhiều đường nên các -amylase phải hoạt động mạnh. Ở giai đoạn này, các enzyme phải hoạt động gần với pH tự nhiên của nguyên liệu.pH tự nhiên của nguyên liệu tinh bột thường là 5.4-6.2. [5] Các -amylase của chủng vi khuẩn Bacilus Subtilis có tính chất bền nhiệt, nhiệt độ tối thích của nó là là 70-75oC.Ở nhiệt độ 85oC vẫn giữ được hoạt lực, pH họat động tối thích của -amylase từ vi khuẩn Bacilus Subtilis là 6,0, bị vô hoạt hoàn toàn ở pH=4.0 và bị vô hoạt một nử ở pH=8.0. [4] Khả năng dextrin hoá của các chế phẩm từ Bacilus Subtilis cao hơn khả năng đường hoá 2 lần (Lifsit, Baznin-Senko, 1967) và có khả năng phân huỷ các hạt tinh bột nguyên vẹn lẫn hồ tinh bột. [4] Do các tính chất của -amylase từ chủng vi khuẩn Bacilus Subtilis phù hợp với việc ứng dụng trong sản xuất maltodextrin mà người ta lựa chọn loại enzyme này để thu kết quả cao nhất. Thu nhận bằng phương pháp bề sâu Môi trường nuôi cấy cấu tử chính của môi trường là bột ngô. Ngoài ra còn có các chất hiệp trợ khác như K2SO4, Lactose, NaCl, MgSO4. pH tối thích của môi trường để nuôi vi khuẩn Bacilus Subtilis nhằm thu -amylase thích hợp nhất là 6.8-7.5. Nhiệt độ nuôi 30-32oC. Môi trường thích hợp nhất tạo nhiều amylase nhất là ở nhiệt độ 37oC. Người ta nuôi Bacilus Subtilis trong thùng nhân giống (15h ở 37oC) có cánh khuấy làm việc liên tục và sục không khí vô trùng với lượng là 40m3/m3 môi trường/giờ. Còn nuôi vi khuẩn này trong thùng lên men sản xuất (trong 48h ở 37o C) có cánh khuấy làm việc liên tục và sục không khí vô trùng với lượng là 60 m3/m3 môi trường/giờ. Thời gian nuôi vi sinh vật để có lượng amylase cực lớn trong phương pháp nuôi chìm phụ thuộc vào đặc tính sinh lý của chúng , và vào phương pháp nuôi. [4] CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MALTODEXTRIN TỪ TINH BỘT SẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME Quy trình công nghệ Tinh bột Thuỷ phân Tẩy màu Lọc Enzyme Amilase Sấy Thành phẩm Thuyết minh quy trình Lựa chọn nguyên liệu Tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền, chất lượng phù hợp để sản xuất maltodextrin. Nguyên liệu chứa tinh bột càng tinh, hàm lượng càng ít protein thì chất lượng dịch thuỷ phân càng tốt, ít bị sẫm màu, tinh chế càng dễ dàng. Sử dụng tinh bột sắn biến tính bằng hoá chất có thể cái thiện độ nhớt và hiện tượng thoái hoá của dung dịch sau thuỷ phân.Tuy nhiên chi phí ban đầu cao là một trong những hạn chế khi sử dụng dạng nguyên liệu này. [1] Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột sắn.[11] Chỉ tiêu chất lượng Tiêu chuẩn UDC 664 – 272 (*) Tiêu chuẩn FAO - 1975 Tiêu chuẩn TCVN– 1985 1 2 3 4 1. Hàm lượng Hydratcacbone (%) ³ 88.5 ³ 84 ³ 84 2. Độ ẩm (%) £ 12.5 (12 – 13) (12 – 14) 3. Năng lượng (cal/100g) > 1475 >1470 >1400 4. Hàm lượng tro tổng số (%) £ 0.1 £ 0.2 £ 0.2 5.Hàm lương Protein cao nhất (%) £ 0.2 £ 0.5 £ 0.5 6. Hàm lượng Xenluloza (%) £ 0.1 £ 0.2 £ 0.2 7. Hàm lượng Lipits (%) £ 0.1 £ 0.1 £ 0.2 8. Độ pH 5- 7 5- 7 5 - 7 9. Hàm lượng Ca (PPm) < (20 – 25) £ 50 £ 40 10. Độ dẻo (BU) 700 700 700 11. Độ trắng (%) ³ 97 ³ 92 ³ 85 12. Hàm lượng Fe (%) < 1.5 < 2 <1.5 13. Độ mịn hạt qua sàng > 99.5 > 99.5 >98 14. Hàm lượng Sulfure (PPm) <130 - - Quá trình thuỷ phân Sữa tinh bột sắn Hơi nước Dịch hóa ở 95oC Hồ hóa T DE: 12-15 Đầu phun Hơi nước 105oC, 5 phút Hình 2.1: Sơ đồ sản xuất maltodextrin liên tục bằng phương pháp enzyme [1] Trong thiết bị chứa sữa tinh bột sắn bao gồm 35% chất khô, pH = 6.3, hàm lượng Ca2+ là 40 ppm, 0,5kg chế phẩm enzyme Termamyl. Quá trình hồ hoá Mục đích: Trong nguyên liệu tinh bột sắn, hạt tinh bột luôn nằm trong màng tế bào. Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn các màng còn lại sẽ ngăn cản việc tiếp xúc của amylase với tinh bột. Mặt khác, hạt tinh bột ở trạng thái không hoà tan thì amylase tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả. Vì vậy mục đích của việc dịch hoá nguyên liệu giàu tinh bột là nhằm phá vỡ màng tế bào của tinh bột và biến đổi tinh bột sang dạng hoà tan trong nước. Cách tiến hành Khi xử lý tinh bột sắn ở nhiệt độ lớn hơn 100oC, tinh bột sẽ trương nở và hồ hoá hoàn toàn so với ở nhiệt độ 70oC, đặc biệt ở nhiệt độ cao làm duỗi các cấu trúc xoắn kép của amilopectin, các phức amilose-lipid cũng được giải phóng giúp phá vỡ cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện để nước và enzyme có thể xâm nhập sâu và cắt các mạch polyme dài thành những mạch ngắn hơn một cách đồng đều. Quá trình dịch hoá Mục đích: Dung dịch hồ có độ nhớt cao gây cản trở hoạt động của các enzyme và dễ gây cháy cục bộ khi nâng nhiệt. Dưới tác dụng của -amylase, phân tử tinh bột bị cắt ngẫu nhiên thành các dextrin làm độ nhớt dung dịch giảm nhanh chóng. Với sự có mặt của -amylase, dịch hoá sẽ xảy ra song song với hồ hoá là khởi đầu của quá trình thuỷ phân tinh bột. [3] Quá trình thuỷ phân được thực hiện bằng enzyme - amylase vi khuẩn từ các chúng như Bacillus Subtilis, Bacillus.licheniformis...Việc sử dụng nguồn enzyme có khả năng tạo nhiều đường oligo mạch dài và trung bình như DP6, DP7...giúp sản phẩm maltodextrin thu được có các tính chất rất tốt về vị, độ nhớt và độ ổn định. [2] Cách tiến hành Nước nóng có nhiệt độ 30-40oC hoà với tinh bột sắn trong nồi nấu theo tỷ lệ nước/bột là 4/1-5/1 rồi cho cánh khuấy hoạt động. Cho khoảng 80% lượng chế phẩm enzyme cần dùng vào khối nấu (Chế phẩm Termamyl 120L của hãng Novo sử dụng với lượng 0.02-0.03% so với khối lượng bột) [6]. Điều chỉnh pH phù hợp pH của nguyên liệu. Sau khi đạt giá trị DE theo yêu cầu, pH của dịch thuỷ phân sản phẩm được đưa về giá trị acid. Việc giảm pH sau thuỷ phân về giá trị acid trước tiên là vì mục dích dừng phản ứng thuỷ phân enzyme, bảo đảm sản phẩm có giá trị DE đạt yêu cầu. Ngoài ra đưa pH về vùng acid cũng có tác dụng làm giảm các phản ứng polyme hoá ngược tạo ra các phần tử kích thước lớn làm tăng độ nhớt và tính thoái hoá, pH acid cũng sẽ hạn chế tối đa các phản ứng phân huỷ và phản ứng Mailard là những phản ứng tạo sản phẩm có màu làm đục và sẫm màu dung dịch, gây khó khăn cho quá trình lọc và tẩy màu về sau. [1] Quá trình thuỷ phân xảy ra hoàn hảo giúp giảm bớt những thành phần polysaccharide phân tử lượng lớn như các dextrin mạch dài, tinh bột chưa thuỷ phân, góp phần cải thiện đáng kể độ nhớt và tính thoái hoá của dung dịch sản phẩm. Các enzyme amilase vi khuẩn có hoạt tính cao và khả năng bền nhiệt cao nên được sử dụng để thay thế cho phương pháp thuỷ phân bằng acid để sản xuất maltodextrin. Một số enzyme tạo malto-oligosaccharide cũng được sử dụng để sản xuất maltodextrin hay tạo các oligosacharide dùng trong thực phẩm, y học và công nghiệp dược. [2] Tẩy màu Mục đích Dung dịch tinh bột sau thuỷ phân bị sẫm màu do các sản phẩm phản ứng phân huỷ protein, phân huỷ các đường đơn giản và các sản phẩm của phản ứng Mailard. Chính vì thế mà maltodextrin cần được tẩy màu bằng than hoạt tính để thu dung dịch trong, hoàn toàn không màu, không mùi và không vị. Cách tiến hành Dịch Maltodextrin được pha loãng đến nồng độ chất khô 20%. Sau đó tẩy màu bằng than hoạt tính (tỷ lệ than 0.2-0.3% chất khô). Để thuận lợi cho quá trình tẩy màu bằng than hoạt tính, dung dịch có pH=5.6, tức là dung dịch hơi mang tính acid yếu, hơn nữa ở pH này, một số aminoacid kết tủa được tách ra hết. Cần chú y