Tài liệu Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG ViÖn C«ng nghiÖp thùc phÈm ----------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé Tªn ®Ò tµi: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Th.S. Ng« ThÞ V©n 8796 Hµ néi, 12/ 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG ViÖn C«ng nghiÖp thùc phÈm ----------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé Tªn ®Ò tµi: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Thực hiện theo hợp đồng số 179.10RD ngày 05 tháng 3 năm 2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp Thực phẩm Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Th.S. Ng« ThÞ V©n Céng t¸c viªn: PGS.TS. NguyÔn ThÞ Minh h¹nh Th.S. Vò ThÞ ThuËn Th.S. §ç Träng H−ng KS. L−¬ng Nh− Hoa KTV.nguyÔn Thuú Linh KS. NGUYỄN HOÀNG PHI Hµ néi, 12/ 2010 MỞ ĐẦU Tinh bột biến tính đang được sử dụng ngày càng nhiều thay thế tinh bột nguyên thủy trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm, nhờ những tính năng ưu việt của mình. Một trong những tinh bột biến tính được dùng với khối lượng lớn đó là tinh bột acetat. Tinh bột acetat được sản xuất thông qua quá trình acetyl hóa thay thế gốc hydroxyl trong phân tử tinh bột bằng gốc acetyl tạo ra những tính chất ưu việt hơn tinh bột gốc như độ nhớt cao hơn, dạng huyền phù trong, ổn định, có cấu trúc mạch bền. Dung dịch không bị thoái hóa (lại bột), không bị cắt mạch trong môi trường axit. Tinh bột acetat có nhiệt độ hồ hóa thấp, độ phân tán ổn định trong các sản phẩm thực phẩm khi lưu trữ lạnh đông, làm chất nhũ hóa tốt do là dẫn xuất anion (có thể kết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinyl ancohol, polyacrylate) để ổn định trạng thái nhũ tương. Chính vì đặc tính ưu việt nên tinh bột acetat được sử dụng ngày càng nhiều . Hiện nay, tinh bột acetat tiêu thụ với một lượng lớn trong sản xuất tương ớt, sate để làm đặc và giữ cấu trúc định hình tốt mạnh tinh bột không bị cắt trong môi trường axit. Trong sản xuất kem, tinh bột acetat có tác dụng phân tán đồng đều, ổn định khi lưu trữ ở điều kiện lạnh. Tinh bột acetat được sử dụng nhiều trong các loại đồ hộp, sản phẩm đông lạnh, sản phẩm bánh, thức ăn trẻ em ăn liền, bột hoa quả, nhân cream hoặc những sản phẩm yêu cầu thời gian bảo quản dài dưới các điều kiện thay đổi khác nhau (có thể bảo quản nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ phòng). Trong dược phẩm, tinh bột acetat sử dụng làm trong công thức viên nén cùng kết hợp với nhiều loại thuốc cần giải phóng nhanh dược chất để phát huy ngay tác dụng của thuốc. Ngoài ra tinh bột acetat còn được sử dụng nhiều trong công nghiệp giấy thay thế celluloza acetat làm căng bề mặt, tăng độ phân tán đồng đều, thấm mực in tốt giấy ... Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetat là các tinh bột như tinh bột ngô, khoai tây, sắn ... Ở nước ta nguyên liệu tinh bột rất dồi dào, rẻ tiền nhưng ngoài nhà máy Vedan, Đài Loan chưa có một sơ sở nào sản xuất tinh bột acetat phục vụ cho thị trường nội địa. Chính vì vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bột acetat ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” nhằm xây dựng đựơc quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của tinh bột. MỤC LỤC TRANG MỞ ĐẦU..................................................................................................... TÓM TẮT NHIỆM VỤ .................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................... 1 1. TINH BỘT TỰ NHIÊN .................................................................... 1 1.1.1 Cấu trúc của tinh bột................................................................. 1 1.1.2 Một số tính chất của tinh bột .................................................... 3 1.1.3 Ứng dụng của tinh bột .............................................................. 4 1.1.4 Tinh bột sắn .............................................................................. 5 1.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng sắn ở Việt Nam và trên thế giới 6 1.2 TINH BỘT ACETAT...................................................................... 9 1.2.1 Tính chất của tinh bột acetat..................................................... 9 1.2.2 Phương pháp tổng hợp tinh bột acetat.................................... 10 1.2.3 Các tác nhân tham gia quá trình acetyl hóa tinh bột .............. 12 1.2.4 1.2.3.1 Tác nhân vinyl acetat....................................................... 12 1.2.3.2 Tác nhân acetic anhydrit ................................................. 13 1.2.3.3 Tác nhân axit acetic......................................................... 14 Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột acetat trên thế giới và Việt nam .............................................................................................. 15 1.2.5 2 Những ứng dụng tinh bột acetat ............................................. 17 1.2.5.1 Trong công nghiệp thực phẩm......................................... 17 1.2.5.2 Trong công nghiệp dược phẩm........................................ 18 1.2.5.3 Trong công nghiệp giấy................................................... 19 1.2.5.4 Các ứng dụng khác:......................................................... 19 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .......................................................... 20 2.1 2.1.1 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU .......................... 20 Phương pháp công nghệ ......................................................... 20 2.1.1.1 Nghiên cứu lựa chọn tác nhân gắn thích hợp ................. 20 2.1.1.2 Nghiên cứu xác định các yếu tố kỹ thuật cho quá trình acetyl hóa ........................................................................................ 20 2.1.1.3 Nghiên cứu phương pháp làm sạch thu hồi và bảo quản sản phẩm ......................................................................................... 21 2.1.2 Phương pháp phân tích ........................................................... 21 2.1.2.1 Xác định hàm lượng tinh bột bằng phương pháp Bec- tơ - răng [13] ......................................................................................... 21 2.1.2.2 Xác định độ thay thế DS ( degrees of substitution) [18,25] 21 2.2 2.1.2.3 Xác định độ nhớt bằng máy đo Brookerfild DVII .......... 23 2.1.2.4 Xác định độ ẩm bằng máy Precisa HA60 ,Swetzerland.. 23 2.1.2.5 Xác định pH bằng máy đo pH ......................................... 23 2.1.2.6 Xác định độ trong của hồ tinh bột ( %T650)................... 23 2.1.2.7 Độ bền khi đóng băng- tan rã.......................................... 23 Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu................................................. 23 2.2.1.Nguyên liệu..................................................................................... 23 2.2.2 Thiết bị............................................................................................ 24 3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................... 25 3.1 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TÁC NHÂN PHÙ HỢP CHO QUÁ TRÌNH GẮN TẠO TINH BỘT ACETAT ............................................. 25 3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ACETYL HÓA TINH BỘT ................................... 26 3.2.1 Nghiên cứu xác định tỉ lệ tác nhân gắn thích hợp cho sản xuất tinh bột acetat ...................................................................................... 27 3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn xúc tác thích hợp cho quá trình acetyl hóa 3.2.3 tinh bột 28 Nghiên cứu xác định pH thích hợp cho quá trình acetyl hóa 29 3.2.4 Nghiên cứu xác định nồng độ tinh bột thích hợp cho quá trình acetyl hóa............................................................................................. 31 3.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trong quá trình acetyl hóa tinh bột 3.2.6 32 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình acetyl hóa tinh bột 3.3 33 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH, THU HỒI VÀ BẢO QUẢN TINH BỘT ACETAT................................................................. 34 3.3.1 Nghiên cứu làm sạch, thu hồi sản phẩm................................ 34 3.3.2 Nghiên cứu bảo quản sản phẩm.............................................. 35 3.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM .................................. 36 3.4.1 Chất lượng sản phẩm .............................................................. 36 3.4.2. Độ trong của dung dịch tinh bột acetat................................... 37 3.4.3. Độ bền đóng băng, tan rã ........................................................ 38 3.4.2 Theo dõi trạng thái gel của hồ tinh bột ở nhiệt độ phòng ...... 39 3.5. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT.................... 40 3.5.1. Sản xuất thử nghiệm................................................................ 40 3.5.2. Ước tính giá thành sản phẩm.................................................. 42 3.6. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT ACETAT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM . 43 3.6.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ...................................................... 43 3.6.2. Thuyết minh công nghệ :........................................................ 44 3.7. XÂY DỰNG DỰ THẢO TIÊU CHUẨN CƠ SỞ SẢN PHẨM TINH BỘT ACETAT DÙNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM...... 44 3.8. ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM TINH BỘT ACETAT TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM...................................................................... 46 KẾT LUẬN ............................................................................................. 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 48 TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu của đề tài: Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm Nội dung nghiên cứu: 1. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm - Nghiên cứu lựa chọn được tác nhân gắn thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột tạo tinh bột acetat - Nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột sử dụng cho công nghiệp thực phẩm. Tinh bột acetat tạo thành có độ thay thế DS 0,01- 0,1 và acetyl 0,5- 2,5%, không có vi sinh vật gây bệnh, không có kim loại nặng đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm 2. Xây dựng dự thảo tiêu chuẩn cơ sở của sản phẩm tinh bột acetat sử dụng trong chế biến thực phẩm 3. Ứng dụng thử nghiệm sản phẩm tinh bột acetat vào sản xuất tương ớt tại cơ sở chế biến thực phẩm Mỹ Thái, Hải Dương 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TINH BỘT TỰ NHIÊN 1.1.1 Cấu trúc của tinh bột Trong tự nhiên tinh bột là một hợp chất hữu cơ được phân bố rộng rãi sau xenluloza. Tinh bột là một polysaccarit chủ yếu có trong các hạt hòa thảo và cây có củ. Lượng tinh bột ở ngô, lúa mỳ vào khoảng 60- 75%, lúa gạo có thể đạt đến 75-80%, củ sắn 12- 33%, củ khoai tây 24-26% (bột sắn có 70-81% tinh bột, bột khoai tây 70-75%), tinh bột gạo nếp, ngô nếp amylopectin gần như 100%, trái lại trong tinh bột đậu xanh hàm lượng amyloza chiếm khoảng 50%. Ngoài ra tinh bột còn có nhiều trong các loại rau quả và là nguồn dinh dưỡng chính cung cấp calo cho người và gia súc. Tinh bột được cấu tạo từ nhiều gốc monosacarit kết hợp với nhau nên có khối lượng phân tử lớn và không có tính khử, dưới tác dụng của các chất khử tinh bột không có khả năng nhận oxy để tạo thành axit hoặc nhận hydro để tạo thành rượu. Tinh bột được cấu tạo bởi hai cấu tử : amyloza và amylopectin. Amyloza thường chiếm 12-25% còn amylopectin chiếm 75-85% phân tử tinh bột. Phân tử lượng của amyloza là 3.105-1.106 còn phân tử lượng của amylopectin là 5.104- 1.106 . Phân tử amyloza và phân tử amylopectin đều được cấu thành từ các monosacarit. Phân tử amyloza có các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết α - 1,4 glucoizit thông qua cầu oxi giữa các nguyên tử cacbon thứ nhất và thứ tư của glucoza tạo nên một chuỗi dài 200-1000 đơn vị glucoza, mạch tạo thành của phân tử amyloza là mạch thẳng. Còn phân tử amylopectin, ngoài liên kết α- 1,4 glucozit còn có liên kết nhánh α- 1,6 glucozit, vì vậy ngoài cấu trúc mạch thẳng, amylopectin còn có cấu trúc mạch nhánh, thông thường có 20-30 gốc glucoza giữa 2 điểm phân nhánh . Hai cấu tử của tinh bột là amyloza và amylopectin có tính chất hóa lý 1 khác nhau. Amyloza khi tác dụng với phân tử iot có màu xanh, còn amylopectin cho màu nâu. Amyloza dễ tan trong nước ấm và tạo nên một dung dịch có độ nhớt không cao. Dung dịch của amyloza không bền khi nhiệt độ hạ thấp, các dung dịch đậm đặc của amyloza nhanh chóng tạo gel tinh thể và kết tủa không thuận nghịch. Khả năng thóai hóa này phụ thuộc vào pH, sự có mặt của các ion kim loại, nồng độ amyloza và khối lượng phân tử của amyloza. Amylopectin có độ kết tinh thấp, là phân tử hấp thụ nhiều nước khi nấu chín tinh bột và là thành phần chủ yếu tạo nên sự trương phồng của hạt tinh bột. Khi tinh bột được xử lý đồng thời bằng nước và nhiệt sẽ tạo ra hiện tượng hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa của các loại tinh bột trong khoảng 55-700C, hạt tinh bột sẽ trương phồng lên hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyt phân cực, khi đó độ nhớt của dịch tinh bột tăng lên rất cao, các hạt tinh bột trương nở và kết dính vào với nhau tạo thành paste. Nếu dịch tinh bột đặc khi làm nguội paste tinh bột sẽ tạo thành gel cứng . Về mặt cảm quan tinh bột là các hạt rất mịn, màu trắng. Để bảo quản tốt, người ta giữ độ ẩm của tinh bột trong khoảng 12-14% nhằm ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật . Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột được sử dụng để tạo sợi, tạo hình, giữ ẩm, tạo độ dẻo, và tăng độ bền của bao bì... [3,7,8,11,1213,23] H×nh 1: S¬ ®å cÊu tróc cña amyloza 2 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của amylopectin 1.1.2 Một số tính chất của tinh bột Trong tinh bột, thành phần amyloza có độ tan cao song không bền khi hồ hóa nhanh chóng gel hóa, thành phần amylopectin khó tan trong nứơc thường , chỉ tan trong nước nóng. Tinh bột bị kết tủa trong cồn Khi ngâm tinh bột trong nước thể tích hạt tăng do sự hấp thu nước làm hạt tinh bột trương phồng lên, hiện tượng này gọi là sự trương nở tinh bột. Tăng kích thước trung bình của hạt tinh bột khi ngâm trong nước như sau: tinh bột bắp 9,1%; tinh bột khoai tây: 12,7%; tinh bột sắn: 28,4%. Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở đựơc sử dụng nhiều hơn trạng thái tự nhiên. Khi hồ hóa hạt tinh bột trương lên, tăng độ nhớt , tạo gel Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng tới chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo Tinh bột sau khi hồ hóa, để nguội, các phân tử nước sẽ tương tác nhau xắp xếp lại tạo gel. Để tạo gel dung dịch tinh bột được hồ hóa có nồng độ đậm đặc vừa phải, sau đó để nguội ở trạng thái tĩnh. Sau đó một thời gian dài gel tinh bột sẽ co lại, tách nước ra gọi đó là hiện tượng thoái hóa. 3 Quá trình này tăng mạnh khi gel để ở trạng thái lạnh đông rồi sau đó tan giá. Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phương pháp hay được dùng để tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột . Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước. Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể được ete hóa, este hóa. Một số mono vinyl đã đựơc sử dùng để ghép vào tinh bột. Quá trình gắn được thực hiện trên tinh bột có gốc hydroxyl tự do. [ 3,13,16,24] 1.1.3 Ứng dụng của tinh bột Tinh bột tự nhiên từ ngũ cốc và các loại củ khác nhau thường chứa khoảng 20-25% amyloza. Tinh bột ngũ cốc thường tạo nên các dung dịch dạng đục, chúng chỉ phù hợp với việc chế biến các gel thực phẩm và đặc biệt làm các chất “gum” trong sản xuất mứt, kẹo. Khi sử dụng các loại tinh bột chứa hàm lượng amyloza cao hơn hoặc các loại tinh bột đó xử lý axit thì sẽ thu được các gel rắn hơn, chúng cũng bền hơn khi nấu vì amyloza ở trạng thái tinh thể chỉ trương phồng rất nhẹ ở nhiệt độ cao và không làm tăng độ nhớt. Tinh bột giàu amyloza có thể dùng để chế tạo các màng bao ăn được (bọc kẹo, thuốc viên). Tinh bột sắn và tinh bột khoai tây tạo độ nhớt cao và ít bị thoái hóa thường đựơc dùng trong chế biến gia vị, nước sốt với mục đích làm đặc tạm thời để giữ cho huyền phù đồng nhất. Tuy nhiên chúng cũng không bền khi thời gian nấu kéo dài, nhất là khi khuấy với tốc độ cao và pH thấp. Điều đó sẽ kéo theo sự nổ vỡ các hạt tinh bột hòa tan và thủy phân một phần các cấu tử của tinh bột, hạ độ nhớt của dung dịch. Tinh bột là nguồn nguyên liệu quan trọng đặc biệt để sản xuất maltooligosacarit, maltodextrin và glucoza và các sản phẩm thuỷ phân tinh 4 bột khác. Trước đây, thủy phân tinh bột nhờ xúc tác của axit, công nghệ này đòi hỏi các thiết bị chịu axit, không điều chỉnh để tạo thành các sản phẩm mong muốn và ảnh hưởng không tốt đến môi trường. Ngày nay với sự pháp triển của khoa học công nghệ đã nghiên cứu và sản xuất ra nhiều loại enzim trong đó phải kể đến nhóm enzim thuỷ phân tinh bột amylaza. Enzim amylaza xúc tác phản ứng thuỷ phân tinh bột triệt để, có tính đặc hiệu cao tạo ra các sản phẩm mong muốn. Tùy thuộc vào mức độ thủy phân và bản chất, nguồn gốc của enzim sử dụng có thể thu được các sản phẩm khác nhau: siro glucoza, glucoza bột, siro maltoza, siro fructoza, maltooligosacarit … 1.1.4 Tinh bột sắn Tinh bột sắn có cấu tạo bởi hai cấu tử amyloza và amylopectin giống như các tinh bột khác. Amyloza chiếm 12-18%, amylopectin chiếm 7880%. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn bắt đầu là 58oC và kết thúc ở 68oC. Kích thước hạt tinh bột sắn 15-20nm . Theo tiêu chuẩn của Mỹ, các loại sắn tốt có pH= 4,5-6,5, tinh bột sắn được sấy khô màu trắng, óng ánh khi nhìn dưới ánh nắng, hàm lượng tinh bột >85%, độ ẩm 12%.. Hạt tinh bột sắn có nhiều hình dạng: hình tròn, bầu dục bề mặt nhẵn. Dưới ánh sáng phân cực có thể thấy rõ các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc. Hàm lượng amylopectin, amyloza trong tinh bột sắn liên quan tới độ kết dính khi nấu chín và nhiều tính chất ứng dụng công nghiệp. Tinh bột sắn có độ nở và độ hòa tan cao, ở dạng keo có độ trong lớn, có khả năng trương nở tốt và xu thế thoái hóa thấp. Độ trong lớn và tính không vị của tinh bột sắn được sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Khi làm nguội tinh bột sắn ở dạng keo, các phân tử polysacarit có thể tạo một dạng cấu trúc gel có độ bền cao được sử dụng trong các thực phẩm cần được bảo quản trong thời gian dài 5 Tinh bột sắn về cảm quan có màu sáng trắng, khi hồ hóa độ nhớt tăng rất nhanh, độ kết dính cao hơn các tinh bột khác như tinh bột khoai lang, khoai tây... Tinh bột sắn không có mùi đặc trưng nhưng khi hồ hóa có mùi đặc trưng dễ phân biệt với các loại tinh bột khác. Ở nước ta sắn được trồng nhiều nhất là ở những vùng đồi núi, chịu được các điều kiện khí hậu khắc nghiệt và không đòi hỏi sự chăm sóc nhiều, tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu dồi dào và rẻ tiền nhất, giá 1 kg bột sắn khô khoảng 9000- 10000 đ. Tinh bột sắn là nguồn nguyên liệu sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm (dùng trong sản xuất siro glucoza, đường glucoza, mì chính..) công nghiệp giấy và công nghiệp dệt [8,11,12,13 9] 1.1.5 Tình hình sản xuất và sử dụng sắn ở Việt Nam và trên thế giới Thái Lan là nước trồng sắn và xuất khẩu sắn đứng đầu thế giới, có trên 55% sản lượng sắn của Thái Lan được sử dụng dưới dạng sắn lát phơi khô dựng làm thức ăn gia súc, trong đó 90% được xuất khẩu sang Châu Âu và chỉ có 10% tiêu thụ nội địa. Gần 45% sản lượng được chế biến thành các sản phẩm, 60% sản phẩm loại này được xuất khẩu.. Trong chiến lược toàn cầu, sắn đang được tôn vinh là một trong những cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất đồi, là cây công nghiệp triển vọng, có khả năng cạnh tranh cao với nhiều cây trồng khác. Việt Nam cây sắn đang được chuyển đổi nhanh chóng vai trò từ cây lương thực truyền thống sang cây công nghiệp. Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính, sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, thức ăn gia súc, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp. Trong nhiều năm gần đây sản xuất lương thực của Việt nam tăng trưởng mạnh. Sản lượng lương thực chiếm tỷ trọng lớn là đặc thù của nền nông nghiệp Việt nam. Tuy nhiên giá trị hàng hóa của sản phẩm nông nghiệp vẫn còn hạn chế. Lý do chủ yếu là sản xuất nông nghiệp phần lớn vẫn cung cấp các sản phẩm ở dạng thô cho thị trường. Việc áp dụng công nghệ kỹ thuật 6 mới trong chế biến nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường, hoà nhập với nền kinh tế thế giới đang là nguyện vọng của toàn dân ta. Mặt khác do giá tinh bột cũng như các nông sản khác thường không ổn định, nếu không chế biến nâng cao giá trị nông sản tinh bột sắn sẽ không tránh khỏi rủi ro cho cả người trồng và người sản xuất tinh bột sắn. Xây dựng công nghệ sản xuất các sản phẩm từ tinh bột sắn là một hướng đầu tư có tiềm năng lớn cho cây sắn nói riêng và cho ngành nông nghiệp núi chung. Cây sắn đầu tiên mọc ở vùng hoang vu Trung và Nam Châu Mỹ, về sau được trồng lan rộng sang Châu Phi, Châu á. Cho tới nay sắn được trồng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới như: Các nước nằm trong vĩ độ 300 Bắc và 300 Nam, các nước Châu Mỹ La tinh, Khu vực Đông Nam Á. Ở Việt nam sắn được trồng vào cuối thế kỷ 19 và được coi là loại cây hoa mầu quan trọng. Thµnh phÇn ho¸ häc cña cñ s¾n Thµnh phÇn S¾n vµng S¾n tr¾ng N−íc (%) 63,18 61,90 Tinh bét (%) 34,20 32,90 §¹m toµn phÇn (%) 0,61 0,13 ChÊt bÐo(%) 0,20 0,21 ChÊt kho¸ng(%) 0,50 0,53 Vitamin B1 (mg%) 31 58 Vitamin B2 (mg%) 75 75 Cây sắn hiện nay đang được đánh giá là cây lương thực mang tính công nghiệp có triển vọng và có khả năng cạnh tranh với các cây trồng khác. Nước ta đang mở rộng thị trường tiêu thụ sắn với các sản phẩm từ sắn: sắn 7 lát, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính bằng hóa học, enzim, cơ học, maltodextrin, siroglucoza… Theo báo cáo ngành sắn và tinh bột sắn thường niên và quý 1 năm 2010 đưa ra những phân tích mới và toàn diện nhất về những biến động của ngành sắn Việt Nam gắn với biến động của ngành sắn thế giới. Trước thực trạng xuất khẩu sắn và tinh bột sắn của Việt Nam bùng nổ trong năm 2009, cây sắn đã và đang được đưa vào danh sách những mặt hàng có tiềm năng xuất khẩu. Trong năm 2009- 2010 tại một số vùng nguyên liệu như Yên Bái, hoặc một số tỉnh miền Trung, giá sắn tươi tăng lên chóng mặt, có nhiều nơi giá lên tới 1,2-1,3 triệu đồng/tấn khiến cây sắn đang trở nên rất hiệu quả đối với những vùng đất đồi, dốc, địa hình rất khó canh tác đối với các loại cây trồng khác. Sở dĩ tinh bột sắn bỗng nhiên tăng đột biến là do thị trường Trung Quốc tiêu thụ mạnh mặt hàng tinh bột sắn của Việt nam. Hiện nay, trên toàn quốc đã hình thành nhiều vùng nguyên liệu trồng sắn khắp từ phía Bắc (Yên Bái, Phú Thọ) cho tới miền Trung (Nghệ An, Bình Định) và kéo dài vào nhiều tỉnh miền Trung - Tây Nguyên. Một số doanh nghiệp đã đầu tư sang cả Lào để mở rộng vùng nguyên liệu phục vụ cho công nghiệp chế biến tinh bột. Năm 2009 – 2010, phần lớn tinh bột sắn được xuất khẩu sang Trung Quốc Hiện nay, Việt nam sản xuất được trên 8 triệu tấn sắn tươi mỗi năm, đứng thứ 11 thế giới về sản lượng sắn và là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới sau Thái Lan và Indonexia. Năm 2008, cả nước có trên 500.000 ha trồng sắn với sản lượng trên 8 triệu tấn, trong ®ã §ång b»ng s«ng Hång lµ 102.1 ngh×n tÊn, Trung du miÒn nói ph¸i B¾c lµ 1328 ngh×n tÊn, Duyªn h¶i miÒn Trung lµ 2808.3 ngh×n tÊn, T©y nguyªn lµ 2356.1 ngh×n tÊn, §«ng nam Bé lµ 2694.5 ngh×n tÊn (số liệu thống kê 2008). Nhà máy Vedan ở Đồng Nai với vốn đầu tư nước ngoài và công suất lớn nhất Đông Nam Á. Toàn quốc có trên 60 nhà máy chế biến 8 tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn. Tính cho tới hết tháng 11/2009, có khoảng 3 triệu tấn sắn và tinh bột đã được xuất khẩu với tổng giá trị gần 500 triệu USD. Năm 2009 trong khi nhiều loại hàng hoá xuất khẩu chậm và giảm mạnh về giá trị thì tinh bột sắn lại lên ngôi với mức xuất khẩu tăng hơn 4 lần về sản lượng và tăng 3 lần về kim ngạch. Thị trường xuất khẩu chính vẫn là Trung Quốc, chiếm hơn 90% kim ngạch. Tiếp theo là Hàn Quốc chiếm 5,5%, Đài Loan 2%, Châu Âu (1,7%) và một phần rất nhỏ bắt đầu đến được Nhật Bản... .[7,23] 1.2 TINH BỘT ACETAT 1.2.1 Tính chất của tinh bột acetat Tinh bột acetat là một loại tinh bột biến tính có nhóm acetyl (CH3CO) thay thế vào gốc hydroxyl trong phân tử tinh bột. Tinh bột nguyên thủy ban đầu dễ bị biến dạng khi có tác động của môi trường ( khi nầu dẽ bị phá vỡ, mất độ nhớt ), không đồng nhất khi bị axit thực phẩm cắt mạch trong quá trình bảo quản, độ bền vững kém. Tinh bột sau khi hồ hóa, các phân tử nước sẽ tương tác nhau sắp xếp lại tạo gel, sau đó một thời gian dài gel tinh bột sẽ co lại, tách nước ra gọi đó là hiện tượng thoái hóa, gel vón cục, đục lại. Quá trình này tăng mạnh khi gel để ở trạng thái lạnh đông rồi sau đó tan giá. Tinh bột acetat về cảm quan không có gì khác biệt so với tinh bột ban đầu nhưng về tính chất, cấu tạo phân tử có các điểm ưu việt sau: - Khả năng liên kết với nước cao hơn tinh bột thường - Ngăn tình trạng thoái hóa tinh bột: Nhóm acetyl có tác dụng ngăn sự thóai hóa của amyloza trong cấu trúc tinh bột nhờ đó ngăn chặn được sự tách nước của sản phẩm, giữ đựơc hình dạng cho các sản phẩm sử dụng tinh bột 9 - Độ trong của dung dịch : Tinh bột acetat là dẫn xuất anion có độ nhớt cao, huyền phù trong và ổn định hơn tinh bột tự nhiên (tạo dung dịch có độ trong không đục lại khi bảo quản). - Độ bền cao trong môi trường axít - Có độ nhớt cao khi tinh bột acetat hồ hóa - Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột acetat thấp hơn tinh bột tự nhiên là 6 0 , điều đó có ý nghĩa tinh bột acetat phân tán nhanh hơn khi nấu có thể tiết kiệm được năng lượng - Tinh bột acetat là chất tạo nhũ hóa tốt, dạng dung dịch kết hợp với gelatin, polyvinyl ancho, polycrylate để ổn định trạng thái nhũ tương. - Tinh bột acetat có khả năng tạo màng mỏng trong và mềm dẻo Tinh bột acetat chứa 1,8% acetyl có thể hoàn toàn được deacetyl trong môi trường pH 11 trong 4 giờ, duy trì pH với 3% NaOH. Chính nhờ các đặc tính trên mà tinh bột acetat được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như thực phẩm, dựơc phẩm, dệt, giấy... Trên thế giới quá trình acetyl hoá tinh bột được biết đến qua hơn 90 năm. [ 9,10,16,19] 1.2.2 Phương pháp tổng hợp tinh bột acetat Tinh bột acetat là sản phẩm của phản ứng giữa tinh bột với tác nhân acetat. Các nhóm hydroxyl (OH) trong tinh bột tham gia phản ứng este hóa. Một mono vinyl được sử dụng làm tác nhân gắn lên tinh bột. Quá trình gắn được thực hiện khi các gốc acetyl thay thế các nhóm hydroxyl của tinh bột.Tinh bột acetat có độ thay thế DS khác nhau có thể tới 3 mol acetyl được thay thế trên mol glucoza, tất cả 3 gốc hydroxyl trên mỗi đơn vị glucoza đều được acetyl hóa. Tinh bột triacetat theo lý thuyết chứa 44,8% gốc acetyl so với khối lượng đơn vị glucoza. Tương tự như vậy monoacetat và diacetat có chứa 21,1% và 35% acetyl.Tinh bột acetat thương mại có DS 0,2 được bán ở giá cao có thể so sánh với gum Để lựa chọn phương pháp acetyl hóa cho quy trình sản xuất quy mô lớn cần dựa vào đặc tính hóa, lý của nguyên liệu, của sản phẩm, cũng như quy 10 trình công nghệ, hiệu quả kinh tế đem lại. Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetate là tinh bột khoai tây, tinh bột sắn, tinh bột ngô, tinh bột sorghum, …. Ngoài ra có thể sử dụng tinh bột đã qua xử lý thủy phân hoặc oxy hóa nhẹ để acetyl hóa, một số trường hợp sử dụng tinh bột liên kết ngang làm nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetat, hoặc có thể sử dụng amyloza và amylopectin cho sản xuất tinh bột acetat. Hiện nay ở Mỹ sản phẩm tinh bột acetat thương mại DS thấp được sản xuất từ tinh bột thường hoặc tinh bột ngô nếp. Tinh bột này có thể đựơc acetyl hóa trong dung dịch dưới dạng sữa tinh bột, tuy nhiên tinh bột dạng hạt khô cũng có thể acetyl hóa. Quá trình acetyl hóa được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 50 0 C và nồng độ dịch 44%, sau đó rửa sạch muối tự do, thu hồi bằng lọc và sấy khô. Tinh bột được hồ hóa cũng có thể acetyl hóa và sau đó sấy khô bằng sấy trống hoặc sấy phun để thu hồi. [ 20,22,23] Tinh bột acetat thường được phân làm 2 loại: DS thấp <0,1 và DS cao 0,2- 0,3. Độ thay thế DS (Degree of Substitution) trong tinh bột acetat được hiểu là nhóm OH trên đơn vị D- glucoranoza được thay thế bằng gốc acetyl (CH3CO). Có các phương pháp khác nhau để acetyl hóa tinh bột như: - Tinh bột được xử lý với axit acetic băng: phản ứng este hóa nhóm OH của tinh bột trong điều kiện xúc tác có axit mạnh và nhiệt độ cao, độ ẩm thấp và phải sử dụng một lượng lớn axit acetic so với tinh bột - Tinh bột được xử lý với acetic anhydrit: sử dụng một mình hoặc có mặt của xúc tác như axit acetic, pyridin, axit sulfuric hoặc dung dịch kiềm. Tuy nhiên sản phẩm có độ nhớt thấp, thu hồi sản phẩm phức tạp qua công đoạn kết tủa cồn mới có thể thu hồi tinh bột acetat. - Tinh bột được xử lý với vinyl acetat: Tinh bột acetat DS thấp thường được sản xuất trong điều kiện dịch sữa tinh bột với pH 7- 11 và nhiệt độ thấp (nhiệt độ môi trường). Với tinh bột acetat DS cao cần thời gian phản ứng dài 11 1.2.3 Các tác nhân tham gia quá trình acetyl hóa tinh bột Tác nhân sử dụng cho acetyl hóa tinh bột bao gồm: axit acetic, acetic anhydrit, vinyl acetat,.... Tuy nhiên, một tinh bột acetat dùng cho chế biến thực phẩm phải đựơc làm từ các tác nhân acetyl hóa dùng cho thực phẩm để đảm bảo an toàn. Ở Mỹ, tổ chức quản lý thuốc và thực phẩm Mỹ (the united states Food và Drug administration) cho phép sử dụng tác nhân acetic anhydrit và vinyl acetat cho sản xuất tinh bột acetat. 1.2.3.1 Tác nhân vinyl acetat Acetyl hóa nhóm hydroxyl của phân từ tinh bột với tác nhân vinyl acetat xúc tác kiềm trong môi trường nước. Tinh bột acetat đựơc hình thành theo phương trình sau: O O O ║ ║ ║ TB- OH + CH2= CHOCCH3= TB- OCCH2 + CH3CH Xét về khối lượng, vinyl acetat với khối lượng phân tử 86 khi tham gia phản ứng acetyl hóa 50%, trong khi acetic anhydrit với phân tử lượng 102 có 42% tham gia phản ứng acetyl Trong quá trình acetyl hóa hạt tinh bột hoặc tinh bột hồ hóa hiệu quả phản ứng chỉ đạt 2- 5% khi quan sát ở độ ẩm <10%, với độ ẩm tinh bột càng cao thì khả năng gắn gốc acetyl càng cao. Trong một phản ứng ở 240C thời gian 1 giờ, sử dụng tác nhân là vinyl acetat với xúc tác Na2CO3, hiệu quả phản ứng tăng nhanh khi tăng hàm lượng nước, ví dụ đạt 43% ở 15% độ ẩm tinh bột, đạt 73% ở 65% độ ẩm tinh bột Sản phẩm sau đó đựơc tách bằng trung hòa tới pH 6-7 với H2SO4 loãng, lọc tinh bột ra, rửa bằng nứớc sạch , sấy khô. Tinh bột acetat có hàm lượng acetyl 3,6% dung dịch khi nấu chín với nồng độ 6% ở 900C trong 15 phút, có trạng thái ổn định ở nhiệt độ phòng. pH là yếu có ảnh hưởng lớn 12