Bộ công Thơng
Tổng công ty hóa chất việt nam
Viện hóa học công nghiệp việt nam
* ***** *
Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu công nghệ tổng hợp tinh bột
phốt phát hóa ứng dụng trong công nghiệp
thực phẩm
7642

ThS Văn Thị Lan Viện Hoá học CN VN
KS Mai Văn Cờng Viện Hoá học CN VN
KS Lu Hoài Phơng Viện Hoá học CN VN
Hà Nội 11-2010 Danh mục các viết tắt sử dụng trong báo cáo:

Kí hiệu viết tắt
DS Độ thế
RE Hiệu suất phản ứng
FTS Độ bền đóng băng khi tan rã
MSHP Mono natri đi hidro phốt phát
DSHP Đi natri hidro phốt phát
STPP Natri tripoly phốt phát
STMP Natri trimeta phốt phát
MSTP Mono tinh bột tri phốt phát
MSMP Mono tinh bột mono phốt phát
MSDP Mono tinh bột đi phốt phát
DSMP Đi tinh bột mono phốt phát
CMC Cacboxymetyl xenlulôzơ

3.1. Phân tích lựa chọn nguyên liệu phù hợp cho nghiên cứu 18

3.2 Xử lý nguyên liệu đáp ứng các tiêu chuẩn cho ngành thực phẩm .19
3.3. Tác nhân phốt phát hóa 21
3.4. Phương pháp nghiên cứu 22
3.4.1. Phương pháp phốt phát hóa tinh bột 22
3.4.2.1. Phương pháp xác định 23
3.4.2.2. Xây dựng đường chuẩn để xác định phốt pho 25
3.4.2.3. Xử lý mẫu sơ bộ trước khi phân tích 26
3.4.2.4. Phá mẫu tinh bột phốt phát 26
3.4.2.5. So màu 26
3.4.3. Độ thế (degree of substitutions – DS) của sản phẩm và hiệu suất của
phản ứng (reaction effect – RE) 27

3.4.3.1. Độ thế của tinh bột phốt phát 27
2.4.3.2. Hiệu suất của phản ứng 28
3.5. Khảo sát tính chất của sản phẩm 28
3.5.1. Xác định độ nhớt 28
3.5.2. Khả năng trương nở của tinh bột 28
3.5.3. Khả năng hòa tan của tinh bột 29
3.5.4. Độ trong của hồ tinh bột (%T
650
) 29
3.5.5. Độ bền khi đóng băng – khi tan rã (FTS) 29
IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

2
4.1. Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến DS của sản phẩm và RE
của phản ứng 30


3
M U
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nớc ta đã và đang phát triển mạnh
mẽ, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp. Sản lợng nông nghiệp phục vụ nhu cầu
trong nớc và xuất khẩu không ngừng tăng lên mỗi năm. Theo thng kê ca B
nông nghip v phát triển nông thôn Vit Nam nm 2008 sn lng lng thc
(lúa+ ngô) ca nc ta t 43.163.900 tn trong đó sản lợng lúa là 38.630.500
tn, ngô 4.530.900 tn. Cng theo thng kê ca b ny trong nm 2008 sn lng
sn t 9.090.000 tn tng 11% so vi nm 2007. Đây là tiền đề cho việc phát
triển ngành công nghiệp chế biến nông sản, đặc biệt là sản xuất và chế biến tinh
bột.
Nguồn nguyên liệu tinh bột ở nớc ta rất dồi dào nhng các nhà máy chế
biến tinh bột trong nớc vẫn chủ yếu chỉ dừng lại việc thu tinh bột gốc. Một số
nớc nh Thái lan, Singapore, Malaysia, Đài loan đã và đang đầu t xây dựng
các nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở n
ớc ta. Tuy nhiên phần lớn lợng tinh bột
sản xuất ra là tinh bột thô có giá rẻ. Trong khi đó nhu cầu về các loại tinh bột biến
tính phục vụ các ngành công nghiệp trong nớc là rất lớn mà hiện nay đa phần
đang phải nhập ngoại, đặc biệt là các loại tinh bột biến tính dùng trong thực phẩm
và dợc phẩm. Mỗi năm các nhà máy chế biến thực phẩm phải nhập hàng chục
nghìn tấn tinh bột biến tính để phục vụ sản xuất. Trong khi đó giá thành của các
sản phẩm này lại khá cao so với tinh bột gốc. Vì vậy, vấn đề chúng ta phải quan
tâm là nghiên cứu chế biến tinh bột để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn tinh bột dồi
dào trong nớc.
5
I. TỔNG QUAN
1.1. Tinh bột tự nhiên
1.1.1. Vai trò của tinh bột
Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh
bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Một lượng lớn tinh bột
đáng kể cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự
biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình
chín và chuyển hoá sau thu ho
ạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì
trong quá trình tiêu hoá chúng bị thuỷ phân thành đường glucozơ là chất tạo lên
nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. [1]
Bảng 1: Hàm lượng tinh bột ở một số loại cây
Loại nông sản Hàm lượng tinh bột, (% khối lượng khô)
Khoai tây 66-84
Sắn 93-97
Lúa mì 70-80
Lúa 75-80
Hạt mạch 70-75

Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylozơ chiếm trên dưới 50%.
Amylozơ là loại mạch thẳ
ng, chuỗi dài từ 500÷2000 đơn vị glucozơ liên kết
với nhau bởi liên kết α-1,4 glucozit (Hình 1). Trong hạt tinh bột hoặc trong dung
dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylozơ thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm
các tác nhân kết tủa vào, amilozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Chiều vòng
xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A
0
, chiều cao
của vòng xoắn là 7,91 A
0
. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở
phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C – H [2].
O
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
CH
2

O
O
O
O
O
O
OH
OH
CH
2
OH
O

Hình 2: Phân tử amylopectin
Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của

7
chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ. Phân tử amilopectin có
thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ.
Sự khác biệt giữa amilozơ và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét.
Bởi lẽ ở các phân tử amilozơ cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó
cũng có những tính chất giống như amilopectin (Hình 3) [2].

1.2. Tinh bột biến tính
Tinh bột là nguồn nguyên liệu đóng vai trò chủ yếu trong công nghiệp chế
biến thực phẩm. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm
thực phẩm thường đòi hỏi 1 dạng tinh bột hoặc một dẫn suất tinh bột nhất định.
Và đối với một số sản phẩm thì việc chế biến từ các loạ
i tinh bột gốc sẽ đem lại
chất lượng không cao vì độ ổn định thấp. Có sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu

biến tính theo kiểu này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột tan dùng trong các thí
nghiệm hóa học. Tinh bột biến tinh bằng axit được sử dụng để phủ giấy, tăng độ
bền của giấy nên cải thiện rõ rệt chất lượng in…Trong công nghiệp thực phẩm,
tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong khi sản xuất bánh kẹo.
Tinh bột thay thế
: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do liên
kết với các gốc hóa học hay do copolyme hóa với một hợp chất cao phân tử khác.
Tinh bột dạng này có các gốc rượu ở cacbon thứ 2, 3, 6 tham gia vào phản ứng
với các hợp chất vô cơ và hữu cơ ( như axit orthophotphoric và muối của chúng
để tạo thành tinh bột phốt phát), hai mạch polysaccarit 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 cả khi lượng chất hóa học sử dụng rất ít.

9
Tinh bột liên kết ngang: là tinh bột biến tính thu nhận từ tinh bột tự nhiên
sau khi một số nhóm chức của axit được este hóa với các nhóm OH của tinh bột
(thuộc nhóm tinh bột thay thế). Liên kết ngang ảnh hưởng sâu sắc đến độ nhớt của
tinh bột. Tinh bột có độ thế thấp vẫn cho độ nhớt cao hơn so với tinh bột gốc.
Ngay cả ở mức độ thấp thì liên kết ngang vẫn cho mứ
c độ ổn định trạng thái và
cải thiện hỗn hợp dạng paste. Nói chung khi mức độ liên kết ngang càng tăng thì
tinh bột có thể chống chịu được sự thay đổi trong quá trình nấu và tạo dạng paste.
Thông thường loại tinh bột này (còn gọi là đi-starch) có độ nhớt và độ bền kết
dính cao, kể cả trong điều kiện đông lạnh. Chúng được sử dụng để sản xuất các
sản phẩ
m cần bảo quản lạnh như kem, maionez, các loại nước sốt và sản phẩm
dành cho trẻ em.
1.3. Tinh bột phốt phát hóa
Tinh bột phốt phát hoá là sản phẩm của phản ứng giữa tinh bột với tác nhân

t phốt phát hóa được
công bố như Trương Minh Hạnh, Nguyễn Thị Hoài Tâm đã “Nghiên cứu các yếu
tố ảnh hưởng đến quá trình biến hình tinh bột bằng phương pháp phosphoryl hóa”
[6].
1.3.1. Tính chất của tinh bột phốt phát hóa
Tinh bột phốt phát là dẫn xuất anion có độ nhớt cao, huyền phù trong và ổn
định hơn tinh bột tự nhiên.Việc tăng mức độ thay thế khi tiến hành phosphoryl
hóa tinh bột sẽ làm giảm nhiệt độ h
ồ hóa. Khi mức thay thế DS=0,07 thì tinh bột
phosphoryl có thể trương nở trong nước lạnh.
Tinh bột phốt phát bị nhộm màu bởi thuốc nhộm mang điện tích dương như
metylen xanh. Quan sát tinh bột bị nhuộm màu dưới kính hiển vi có thể thấy được
sự đồng nhất của quá trình biến tính. Cường độ hấp thụ màu thể hiện qua mức độ
anion hóa.
Độ phân tán của tinh bột rất ổn định trong các s
ản phẩm thực phẩm khi lưu
trữ đông. Qua nhiều lần tan giá, hồ tinh bột không tách nước và bề mặt trở nên
nhẵn bóng. Do vậy, hồ tinh bột phốt phát ổn định sau khi tan giá hơn các loại
tinh bột biến tính khác.
Do tính chất ion nên tinh bột phốt phát là chất nhũ hóa tốt. Hồ tinh bột
phốt phát có thể kết hợp với gelatin, keo thực vật, polyvinyl-ancohol và
polyacrylate để ổn định trạng thái nhũ tương.

Điều kiện phản ứng trong quá trình sản xuất tinh bột phốt phát như nhiệt
độ, thời gian, pH, hàm lượng muối phốt phát có ảnh hưởng lớn đến độ nhớt của
sản phẩm cuối cùng.

11
Màng mỏng hình thành từ tinh bột phốt phát chứa 1-5% phốt pho sẽ trong
suốt, mềm dẻo và có khả năng hòa tan trong nước.


Na
5
P
3
O
10
(NaPO
3
)
n
(n=3÷6)

Ở đây chúng ta chú ý đến cấu trúc hai loại muối poly phốt phát. Khi ba
phân tử axít orthophosphoric tập trung thành một dãy, thì tạo thành axít
tripolyphosphoric (H
5
P
3
O
10
), và muối natri của nó là Na
5
P
3
O
10
.
3H
3


Hình 5: axít tripolyphosphoric
Những đơn vị axit phosphoric cũng có thể liên kết với nhau thành cấu trúc
vòng, tạo thành phân tử axit metaphosphoric, trong đó hợp chất đơn giản nhất là
axít trimetaphosphoric có công thức phân tử là (HPO
3
)
3
, và muối natri của nó là
(NaPO
3
)
3
. Cấu trúc và công thức phân tử của axít metaphosphoric biểu diễn ở
hình 6, [7].

Hình 6: axít trimetaphosphoric
Tất cả những poly phốt phát thủy phân hoàn toàn trong dung dịch nước và
trở lại thành dạng ortho phốt phát. Tốc độ thủy phân của các poly phốt phát chịu
ảnh hưởng mạnh của nhiệt và một số yếu tố khác. Tốc độ thủy phân của muối
poly phốt phát cũng tăng khi giảm pH. Sự thủy phân của poly phốt phát cũng chịu
ảnh hưởng bởi enzyme của vi sinh vật và vì thế mà rấ
t chậm trong nước cất và rất
nhanh trong nước thải. Do đó đòi hỏi nhiều giờ thậm chí nhiều ngày để chuyển
hóa hoàn toàn poly phốt phát thành ortho phốt phát, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ
thấp hoặc ở pH cao [7].
Trong điều kiện thí nghiệm, khi rửa tinh bột phốt phát bằng nước cất ở điều
kiện nhiệt độ thấp và pH cao sẽ đảm bả
o không bị rửa trôi mất những phần phốt
phát liên kết trong tinh bột.

O
ONa
NaO
STMP
+ R - OH
ROP
ONa
O
OP
ONa
O
OP
ONa
OH
O
mono tinh bôt tri phôt phát (MSTP)

Phản ứng 1
RO P
ONa
O
OP
ONa
O
OP
ONa
OH
O
mono tinh bôt tri phôt phát (MSTP)
pH 11,5 -12,5

RO P
ONa
O
OP
ONa
O
OP
ONa
OH
O
MSTP
pH 9,5-10,5
RO P
ONa
O
OP
ONa
O
OH
+
P
O
O
NaO
H
2
O
P
O
OHNaO

─
giảm xuống khoảng 90% nên
phản ứng của R – O
─
với tinh bột tri phốt phát trung gian rất chậm. Do đó MSTP
này sẽ phản ứng theo cơ chế cạnh tranh. Nhóm γ
─
phosphoryl trong MSTP biến
mất theo cái gọi là cơ chế bóc vỏ (peeling mechanism), hay còn là phản ứng đơn
phân tử (phản ứng 3, hình 7). Nếu phản ứng bóc vỏ này chiếm ưu thế thì sẽ cho ra
sản phẩm là MSDP.
Với mục đích thu được MSMP và DSMP, chúng ta cần lựa chọn điều kiện
phản ứng thích hợp để đảm bảo ưu thế của những sản phẩm chọn lọc.
B, Cơ
chế phản ứng của tinh bột với STPP [16]
Phản ứng của tinh bột với STPP tạo ra mono tinh bột mono phốt phát theo
hình 8:
starch
OH
+
POPO POONaNa
O
NaO NaO
NaO
O
O
starch
OP
O
ONa

R
ROH
+
P
O
ONaHO
ONa
P
O
ONaO
ONa
R
+
H
2
O
+
H
2
O
mono tinh bôt mono phôt phát
mono tinh bôt mono phôt phat

Hình 9: Phản ứng của tinh bột với các loại ortho phốt phát.
1.3.2.3. Phân loại
Như đã nói ở trên, phản ứng của tinh bột với các loại tác nhân phốt phát
hóa tạo ra hỗn hợp monostarch mono phốt phát (MSMP), distarch mono phốt phát
(DSMP) và monostarch di phốt phát (MSDP). Nhưng trong thực tế do điều kiện
phản ứng mà MSDP không tồn tại ở dạng sản phẩm mà chỉ có mặt ở giai đoạn
trung gian, hai loại tinh bột còn lại, tùy vào

O P OO
O
P
O
O
Na
O
Na
O Na
O
+
ROH
ROH
+2NaOH
P
O
ONa
O O
Dieste
orthophosphat
+
PO
P
ONa
ONa
ONa
ONa
O
O
Tetra natri

Trong công nghiệp đúc
: tinh bột phốt phát cùng với acide glutamic, cồn
tạo hỗn hợp kết dính trong việc tạo khuôn.
Trong y học
: tinh bột phốt phát được sử dụng như một lớp màng mỏng
trong việc điều trị vết thương ở da và bỏng, thúc đẩy quá trình liền da và ngăn
ngừa sự nhiễm trùng. Ngoài ra người ta còn sử dụng tinh bột phốt phát để pha bột
sát trùng trong phẫu thuật, dễ lành vết thương hơn, tăng nhanh sự phát triển của
mô.
Trong công nghiệp thực phẩm
: tinh bột phốt phát sau khi được hồ hoá có
độ nhớt lớn, bền và trong hơn tinh bột gốc, kể cả trong điều kiện đông lạnh. Vì
những đặc tính đó nên nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm cần
bảo quản đông lạnh, để làm chất ổn định, giữ màu sắc và độ ẩm cho các sản phẩm
như chất trộn salat, nước số
t, bánh, kem, sữa, bơ…
Tinh bột phốt phát cũng dùng để sản xuất các loại cá bao bột, cá phi lê bao
bột và sản phẩm thủy sản bao bột đông lạnh, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai.
Tinh bột phốt phát được dùng để ổn định trạng thái nhũ tương ổn đinh độ
bền, độ đặc trong các sản phẩm cần ổn định khi tan giá. Tinh bột phốt phát trộn
khô với đường và hươ
ng liệu, cho vào sữa lạnh để định dạng sản phẩm bánh
pudding. Tinh bột phốt phát còn được dùng để ổn định trạng thái nhũ tương của
sốt mayonnaise, cải thiện chất lượng bánh mì

18
II – MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu của đề tài
Trên cơ sở tổng quan về tài liệu như đã nêu ở trên, dựa theo nhu cầu của
ngành công nghiệp thực phẩm và vào nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, trung

So sánh đơn giá của 3 loại nguyên liệu cung cấp tinh bột trên ta nhận thấy
nguyên liệu bột sắn thu mua từ các nhà máy sản xuất trong nước có giá thành thấp
nhất là đối tượng phù hợp cho sản xuất tinh bột phốt phát hóa phục vụ cho công
nghệp thực phẩm.
3.2 Xử lý nguyên liệu đáp ứng các tiêu chuẩn cho ngành thực phẩm
Củ sắn phải được chế biến ngay trong vòng 24 giờ kể từ khi thu hoạch. Yếu
t
ố 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 từ khi ngắt củ
và diễn tiến suốt trong quá trình chế biến.
Bột sắn thu mua từ các nhà máy thường lẫn các tạp chấ
t cơ học như: đất
cát, và sơ sợi… vì vậy cần sử lý loại bỏ các tạp chất trước khi phốt phát hóa.
Tinh bột sắn - lấy từ Công ty thành viên Yên Bái (nguồn tinh bột tỉnh Yên
Bái- Tuyên Quang) kết quả kiểm tra chất lượng bột sắn được trình bày ở bảng
số3.
Bảng3: Tiêu chuẩn chất lượng bột sắn của Công ty thành viên Yên Bái
STT Tên chỉ tiêu ĐVT Kết quả Phương pháp thử
1 Độ ẩm % 13 TCVN1874-86
2 Độ trắng % 85.4 Máy YQ-Z-48B ( làm
chuẩn)
3 Độ mịn % 95.5 TCVN1874-86
4 Tinh bột % 85 TCVN-4594-88
5 Tạp chất % 0.95 TCVN-4587-88
6 Tro % 0.2 TCVN 4588-88

20
7 Xơ % 0.8 TCVN 4590-88
8 PH 5-7 TCVN 1874-88

các chất sơ. Tiếp đó khuấy huyền phù, để lắng 2-5 phút rồi gạn lớp trên thu lấy
tinh bột, cát sạn nặng hơn chìm đáy cốc được loại bỏ. Tiến hành lập lại 3 lần kết
quả chỉ ra ở bảng 5.
Bảng 5: Kết quả phân tích mẫu tinh bột sau xử lý
STT Tên chỉ tiêu ĐVT Kết quả Phương pháp thử
1 Độ ẩm % 13 TCVN1874-86
2 Độ trắng % 8 Máy YQ-Z-48B ( làm
chuẩn)
3 Độ mịn % >95 TCVN1874-86
4 Tinh bột % >85 TCVN-4594-88
5 Tạp chất % < 0,2 TCVN-4587-88
6 Tro % <0.2 TCVN 4588-88
7 Xơ % <0,5 TCVN 4590-88
8 PH 5-7 TCVN 1874-88
9 SO2 ppm <80 AOAC 962.16
10 Chì (Pb) pmm <2,0 AOAC:999.11
11 Thuỷ ngân (Hg) PPm <2,0 AOAC:999.12
12 Cacdimi(cd) ppm <2 AOAC:999.11

Nhận xét: Mẫu sau khi xử lý tách loại xơ và tạp chất đem phân tích các chỉ tiêu về
tạp chất lạ và xơ của tinh bột đã đạt yêu cầu của thực phẩm.
3.3. Tác nhân phốt phát hóa
Sử dụng bốn loại tác nhân:
+ Mono natri đi hiđro phốt phát (MSHP)
+ Đi natri hiđro phốt phát (DSHP)
+ Natri tripoly phốt phát (STPP)

22
+ Natri trimeta phốt phát (STMP)
3.4. Phương pháp nghiên cứu

Trích đoạn trong của hồ tinh bột

---