Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu biến tính acetylat tinh bột hạt mít

Nghiên cứu sản xuất tinh bột hạt mít không chỉ góp phần tạo ra sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu phế thải, nguyên liệu tinh bột không phổ biến, rẻ tiền mà còn góp phần vào việc đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ tinh bột hạt mít. Từ đó định hướng sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, hóa dược, xây dựng, sản xuất giấy, dệt may; đưa tinh bột chế biến từ hạt mít trở nên phổ biến và phù hợp với thị trường tiêu dùng Việt Nam.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ACETYLAT TINH BỘT HẠT MÍT, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Nhóm sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thuý Hằng

Bùi Thị Minh Nguyệt Lớp - Khoa: Công nghệ thực phẩm 1 - K13 - Khoa Công Nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: TS Hoàng Thanh Đức

Hà Nội, 6/2022

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH ACETYLAT TINH BỘT HẠT MÍT, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

Nhóm sinh viên thực hiện:

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của nhà trường,thầy cô trong Khoa và bạn bè Chúng em xin chân thành cám ơn các tập thể và cánhân đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này

Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến ban giám hiệu trường Đạihọc Công nghiệp Hà Nội, quý thầy cô trong Khoa Công Hóa, Viện CN HaUI đã tạođiều kiện học tập, tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho emtrong suốt thời gian theo học tại trường

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn

TS Hoàng Thanh Đức, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên chúng

em trong suốt quá trình làm nghiên cứu

Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạođiều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhnghiên cứu này

Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song sẽkhông tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy chúng em rất mong được sự góp ý của quýthầy cô để nghiên cứu được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Tinh bột biến tính acetylat là một loại tinh bột có nhóm acetyl (CH3CO) thaythế vào gốc hydroxyl trong phân tử tinh bột Tinh bột biến tính acetaylat về cảmquan không có gì khác biệt so với tinh bột ban đầu nhưng về tính chất, cấu tạo phân

tử có các ưu điểm vượt trội hơn so với tinh bột ban đầu như: có khả năng liên kếtvới nước cao hơn, khả năng hòa tan cao hơn tinh bột thường, ngăn tình trạng thoáihóa tinh bột, ngăn chặn được sự tách nước của sản phẩm và giữ đựơc hình dạng chocác sản phẩm chế biến từ tinh bột Ngoài ra tinh bột biến tính có độ trong, độ bềntrong môi trường axít, có khả năng nhũ hóa và ổn định trạng thái nhũ, tạo được độtrong và màng mỏng mềm dẻo, cải thiện cấu trúc của sản phẩm thực phẩm Tinh bộtbiến tính acetylat được ứng dụng, sử dụng làm phụ gia thực phẩm, sử dụng làm tádược, dùng trong dệt nhuộm, giấy…Trong thực tế nhu cầu sử dụng tinh bột biếntính acetylat hiện nay rất lớn Nguồn nguyên liệu cho sản xuất tinh bột biến tínhacetylat chủ yếu là tinh bột ngũ cốc như sắn, khoai, mì Tuy nhiên hiện nay, các tinhbột từ ngũ cốc đang có giá thành ngày càng cao, chính vì thế việc tìm kiếm nhữngtinh bột mới nhằm thay thế các tinh bột từ ngũ cốc dùng cho sản xuất tinh bột biếntính đang rất cấp thiết

Tinh bột hạt mít có tỷ lệ hàm lượng amylose và amynopectin khá cân đối chonên rất dễ tiêu hóa Ngoài ra tinh bột hạt mít còn chứa hàm lượng chất xơ khá cao từ1-2% khối lượng tinh bột nên có nhiều tác dụng tốt đối với sức khỏe Tinh bột hạtmít hiện đang là nguồn phế thải, có giá thành rất rẻ và sẵn có Chính vì vậy, sử dụngtinh bột hạt mít để điều chế tinh bột biến tính sẽ cho sản phẩm tinh bột biến tính vừa

có giá trị kinh tế cao vừa có các tác dụng tốt cho sức khỏe

Việc nghiên cứu sản xuất tinh bột hạt mít không chỉ góp phần tạo ra sảnphẩm mới từ nguồn nguyên liệu phế thải, nguyên liệu tinh bột không phổ biến, rẻtiền mà còn góp phần vào việc đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ tinh bột hạtmít Từ đó định hướng sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, hóa dược, xây dựng, sảnxuất giấy, dệt may; đưa tinh bột chế biến từ hạt mít trở nên phổ biến và phù hợp vớithị trường tiêu dùng Việt Nam Đồng thời làm tăng thêm giá trị kinh tế của việctrồng cây mít cho người dân Với các lợi ích to lớn trên, chúng em đã chọn đề tài

nghiên cứu “Nghiên cứu biến tính acetylat tinh bột hạt mít, định hướng ứng dụng trong chế biến thực phẩm”.

2 Mục tiêu của đề tài

− Nghiên cứu tách tinh bột từ hạt mít và biến tính tinh bột hạt mít tạo rasản phẩm tinh bột hạt mít acetylat hóa nhằm định hướng sử dụng trong chếbiến thực phẩm

− Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính acetylat trong chếbiến một số thực phẩm

3 Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp tổng quan tài liệu: Dựa vào các nghiên cứu khoa họctrước đó để tìm hiểu về đặc điểm, tính chất của từng loại mít giúp đẩy nhanhquá trình chọn lựa giống cho phù hợp, dễ dàng thực hiện các nghiên cứu

− Phương pháp thực nghiệm là thu mua mẫu tại các chợ và nơi trồngtrọt và tiến hành phân tích các chỉ số

− Phương pháp biến tính acetylat tinh bột bằng tác nhân anhydrit acid

− Phương pháp đánh giá sản phẩm là xác định các thông số chất lượng

để đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho sản phẩm

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hạt mít được thu mua tại chợ đầumối Minh Khai, tp Hà Nội

 Chủ đề: Nghiên cứu biến tính acetylat tinh bột hạt mít, định hướngứng dụng trong chế biến thực phẩm

 Phạm vi nghiên cứu:

− Nghiên cứu tách chiết, thu nhận tinh bột từ hạt mít

− Nghiên cứu biến tính tinh bột hạt mít bằng phương pháp acetyl hóavới tác nhân là Anhydrid Acetic hoặc Vinyl Acetat

− Nghiên cứu các điều kiện thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bộthạt mít Xây dựng quy trình điều chế tinh bột biến tính acetylat từ tinh bộthạt mít

− Nghiên cứu thử nghiệm sử dụng tinh bột biến tính làm phụ gia trongchế biến một số sản phẩm thực phẩm như kem, bánh bông lan

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TINH BỘT

Tinh bột là carbohydrate dự trữ năng lượng lớn được tổng hợp trong nhiều bộphận của cây và đại diện cho các polymer sinh học nhiều thứ hai trên thế giới, bêncạnh các hợp chất hữu cơ cellulose (Eliasson, 2004) Tinh bột có vai trò dinh dưỡngcao, vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạonên nguồn calo thực chính của phẩm cho con người, cung cấp khoảng 50 - 70%năng lượng trong các bữa ăn (Copeland, et al., 2009) Chính vì thế, tinh bột giữ vaitrò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng.Khoảng 60 triệu tấn tinh bột mỗi năm trên toàn thế giới được chiết xuất từ ngũ cốckhác nhau, cây củ và rễ, trong đó khoảng 60% được sử dụng trong thực phẩm (ví

dụ, sản phẩm bánh mì, nước sốt, súp, bánh kẹo, xirô đường, kem, thức ăn nhanh,thịt sản phẩm, thực phẩm em bé, chất thay thế chất béo, làm trắng cà phê, bia, nướcgiải khát…), và 40% trong dược phẩm và các mục đích không ăn được, chẳng hạnnhư phân bón, sơn hạt, giấy, bìa các tông, vật liệu đóng gói, chất kết dính, dệt may,vải, tã giấy, nhựa sinh học , vật liệu xây dựng, xi măng, và khoan dầu

1.1.1 Khái niệm chung

Tinh bột có công thức hóa học là (C6H10O5)n), là chất rắn vô định hình, màutrắng, không tan trong nước nguội Trong nước nóng từ 65oC trở lên, nó sẽ chuyểnthành dung dịch keo (hồ tinh bột)

Trong tự nhiên, tinh bột xuất hiện dưới hình thức carbohydrate (carb) vàtrong cơ thể là dưới dạng glucogen, đây là nguyên liệu cung cấp phần lớn nănglượng cho con người, trong 100g tinh bột cung cấp khoảng 87,7 Kcal Là mộtpolysacarit carbohydrate chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trămamylose và amylopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại và thường là 20:80 đến30:70

Tốc độ tiêu hóa tinh bột là khác nhau, tùy theo nguồn gốc của chúng Thước

do tốc độ tiêu hóa là GI (Glycemic Index) hay còn gọi là chỉ số đường huyết Chỉ số

GI cao sẽ tiêu hóa nhanh hơn so với chỉ số GI thấp

1.1.2 Cấu tạo của tinh bột

Tinh bột được cấu tạo bởi 2 thành phần chính là amylose và amylopectin

 Cấu tạo và tính chất của Amylose:

AM là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhaubởi liên kết α−1,4 glicoside, nó cuộn lại thành hình xoắn ốc trong không gian vàđược giữ chặt nhờ các liên kết hydro (Lê Ngọc Tú , et al., 2003)

Amylose được chia làm loại:

- AM có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường không có cấutrúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β-amylase

- AM có mức độ trùng hợp lớn hơn 6000, có cấu trúc án ngữ đối với β−amilazanên chỉ bị phân hủy 60%

Khi ở trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa Amylosethường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyểnthành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn gồm 6 phân tử glucozo, đường kính của xoắn

ốc là 12.97 Ao, chiều cao 7.91 Ao Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được

bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H

AM mới tách ra từ tinh bột thường có độ hòa tan cao, nhưng không bền vànhanh chống bị thoái hóa Dung dịch AM thường rất nhanh chóng tạo keo ngay khi

ở nhiệt độ cao Trong dung dich, các phân tử AM có khuynh hướng liên kết vớinhau tao ra các tinh thể Nếu tốc độ liên kết này chậm thì AM sẽ tạo thành một khốikhông tan dẫn đến bị thoái hóa, còn nếu nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo Khi tương tác với iot, AM cho phức xanh đặc trưng Tuy nhiên, iot tinh khiếtkhông cho màu xanh khi thêm tinh bột hoặc AM mà chỉ xảy ra khi iot được phatrong KI hoặc HI Nếu đun nóng, liên kết hydro bị căt đứt, chuỗi AM duổi thẳng do

đó iot bị tách ra khỏi dung dich AM nên dung dịch mất màu xanh

 Cấu tạo và tính chất của Amylopectin:

AP là polymer mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn

có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucozit Mối liên kết nhánhnày làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng

25 - 30 đơn vị glucozơ Phân tử AP có trọng lượng phân tử cao nhất được biết đếntrong tự nhiên polymer (Karim, et al., 2000) Sự khác biệt giữa AM và AP khôngphải luôn luôn rõ nét Bởi lẽ ở các phân tử AM cũng thường có một phần nhỏ phânnhánh do đó cũng có những tính chất giống như AP Cấu tạo của AP còn lớn và dị

thể hơn AM nhiều nhiều Trong tinh bột tỉ lệ AM/AP khoảng ¼, tỉ lệ này có thể thayđổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón.

Cấu trúc phân tử AP bao gồm một nhóm trung tâm (chứa liên kết 1 – 4) từ cácnhóm này phát ra các nhóm phụ có chiều dài khoảng khoảng 25-30 đơn vị glucozơ,

và phân tử APcó thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ AP được phân bố ngoài hạtKhác hẳn với AM, AP chỉ hòa tan trong nước khi đun nóng và tạo nên dungdịch có độ nhớt cao Khi đun nóng làm thay đổi sâu sắc và không thuận nghịch cấutrúc phân tử AP gây trạng thái hồ hóa tinh bột Phản ứng màu của AP với iot khôngxảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp thụ Phản ứng với lecitn làphản ứng đặc trưng của AP, liên kết giữa lectin với monosaccarit chủ yếu là liên kếthidro Các nhóm OH ở C3, C4, C6 của gốc monosacarit có thể liên kết được vớilectin Vì thế muốn liên kết được với lectin thì các phân tử polysacarit phải ở trạngthái nhánh (Lê Ngọc Tú , et al., 2003)

1.1.2.1 Hình dáng, kích thước và cấu trúc của hạt tinh bột

Tinh bột là loại polysaccarit khối lượng phân tử các đơn vị glucozơ được nốinhau bởi các liên kết α- glycozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, n có thể từ vàitrăm đến hơn một triệu Nhìn chung cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp,hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp đều chứa các amylose dạng tinh thể vàamylopectin sắp xếp theo phương hướng tâm Các vòng tròn đồng tâm được sắp xếptheo thứ tự kích thước tăng dần từ tâm đến bề mặt hạt, có độ dày tăng từ 120 ÷ 400

nm thể hiện mức độ tăng dần vùng kết tinh và giảm dần vùng vô định hình tươngứng Nhiều lớp đồng tâm được xếp xung quanh một điểm gọi là rốn hạt

Trong thực vật, tinh bột có kích thước nhỏ được giải phóng sau khi tế bào bịphá hủy, tùy theo từng nguồn gốc nguyên liệu khác nhau sẽ dẫn đến sự thay đổitrong kích thuớc và hình dạng: hình tròn, hình bầu dục, hình đa giác (Hình 2 – 2)…của hạt tinh bột (Svegmark, et al., 1993) Kích thước hạt thay đổi và dao động 1-110

μm (Hoover, 2001) Từ cấu trúc của tinh bột có thể dự đoán được chức năng cũngnhư những ứng dụng của tinh bột

Hình dáng và kích thước hạt trung bình của tinh bột được tách ra từ các nguồngốc khác nhau đều sẽ ảnh hưởng đến những tính chất lý hóa của tinh bột như hàmlượng amylose, khả năng trương nở cũng như độ tạn trong nước…(Kaur, et al.,2002), và phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng, quá trình sinh trưởng của cây…

1.1.2.2 Thành phần hoá học của tinh bột

Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysacarate khácnhau: vùng vô định hình chủ yếu là AM và vùng kết tinh chủ yếu là AP (Zobel, etal., 1988) Tỉ lệ hàm lượng AM và AP giữa những nguyên liệu không giống nhau,thường tỉ lệ AM và AP của tinh bột xấp xỉ ¼

 Độ tan của tinh bột

AM mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn nhưng lại không bền nên nhanhchóng bị thoái hóa trở nên không tan trong nước AP khó tan trong nước ở nhiệt độthường mà chỉ tan trong nước nóng

Ở nhiệt độ thường, tinh bột không hòa tan trong nước, và cũng không hòa tantrong este, rượu, sunfua cacbon Trong môi trường axit tinh bột bị thủy phân và tạothành “tinh bột hòa tan” Nếu môi trường axit mạnh thì sản phẩm cuối cùng làglucozo Còn trong môi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa từng phần do có sự hydrathóa tốt hơn

Ngoài ra, tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tănghiệu quả thu hồi tinh bột

1.1.3.2 Tính chất hoá học của tinh bột

phân liên kết α-D (1,4) glycozit Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độnhớt và sinh ra đường.

Hình 1.1 Phản ứng thủy phân

Quá trình thủy phân tinh bột trải qua 3 giai đoạn: hồ hóa, dịch hóa và đườnghóa và kèm theo sự thay đổi độ nhớt của dung dịch Trong quá trình hồ hóa các hạttinh bột bắt đầu trương nở kèm theo sự giải phóng các sợi AM và AP dẫn đến độnhớt của dung dịch bắt đầu ngày càng tăng Sau đó các sợi AM và AP tiếp tục đượcgiải phóng trong quá trình dịch hóa và sau đó sẽ bị cắt ngắn tạo thành các dextrinphân tử nhỏ, độ nhớt của dung dịch bắt đầu giảm xuống Giai đoạn đường hóa làquá trình cắt ngắn các phân tử dextrin phân tử lượng nhỏ để tạo ra các đường đơngiản như: glucose, maltose…Độ nhớt của dung dịch khi này được xem là có giá trịthấp nhất

* Một số enzyme có khả năng thủy phân tinh bột

 Enzyme amylase

Enzyme amylase là một trong số các hệ enzyme được sử dụng rộng rãi trongcông nghiệp, y học, thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác Enzyme amylase có nguồngốc từ thực vật, động vật, vi sinh và nấm mốc (Naz, 2002) Trong đó, hoạt tínhenzyme amylase sinh ra từ nấm mốc tốt hơn enzyme của vi khuẩn, ngược lại khảnăng dịch hóa (tạo dextrin) của enzyme vi khuẩn lại cao hơn của enzyme nấm mốc Đặc tính và cơ chế tác dụng của các loại amylase:

Dựa vào đặc tính và cơ chế tác dụng lên phân tử tinh bột của enzyme amylase,người ta phân biệt enzyme thành các loại: α-amylase, β-amylase, γ- amylase(glucoamylase), oligo-1,6-glucosidase, pullulanase, transglucosidase

 α-amylase

Đặc tính Enzyme α-amylase còn được gọi là 1,4- α-D-glucanglucanohydrolase, xúc tác thủy phân tinh bột cho ra dextrin và các aligosaccharide

có nhóm C1-OH Enzyme có trong động vật, thực vật, vi khuẩn và nấm mốc (Naz,2002).

Amylase là enzyme nội thủy phân có khả năng phân cắt liên kết 1,4 glucosidecủa cơ chất một cách ngẫu nhiên Sản phẩm tạo thành gồm chủ yếu là các dextrin cóphân tử lượng thấp và ít maltose và glucose Enzyme amylase có khả năng thủyphân hạt tinh bột và dung dịch hồ tinh bột

 β-amylase (EC 3.2.1.2)

β-amylase (α- 1,4 glucan-maltohydrolase) là enzyme ngoại phân, xúc tác sựthủy phân các liên kết 1,4 glucoside trong tinh bột, glucogen và polysaccharide, tiếntrình phân giải bắt đầu từ đầu không khử của nhánh ngoài cùng của cơ chất, phâncắt từng nhóm maltose từ đầu không khử mạch Sản phẩm tạo thành là maltose vàdextrin phân tử lớn, β-amylase cắt liên kết α- 1,4 glycoside nhưng khi gặp liên kếtα- 1,4 glycoside đứng kế cận α- 1,6 glycoside thì nó ngừng tác dụng

 Enzyme α-glucoside

α-glucosidase (EC 3.2.1.20) là một enzyme có hoạt tính thủy phân từ đầukhông khử của oligosaccharide chứa các α-D-glucose nối với nhau bằng liên kết1,4- glucosidase để giải phóng các α-D-glucose

Sự thủy phân đường sucrose bằng enzyme α-glucosidase α-glucosidase cónhiều nguồn gốc khác nhau: từ vi khuẩn, nấm mốc, đường tiêu hóa động vật… điềunày có thể dẫn đến sự khác nhau về khoảng pH hoạt động, nhiệt độ hoạt động, hoạt

độ của enzyme với các loại cơ chất…

α-glucosidase có nhiều nguồn gốc khác nhau: từ vi khuẩn, nấm mốc, đườngtiêu hóa động vật… điều này có thể dẫn đến sự khác nhau về khoảng pH hoạt động,nhiệt độ hoạt động, hoạt độ của enzyme với các loại cơ chất…

Do α-glucosidase tồn tại từ nhiều nguồn khác nhau nên các thành phần aminoacid, cấu trúc 3D, các amino acid ở trung tâm hoạt động và vị trí liên kết có thể cómột ít khác biệt Dựa vào đó phân loại α-glucosidase thành hai nhóm, đối với cácenzyme có nguồn gốc từ vi khuẩn Saccharomyces cerevisiae và côn trùng được xếpvào nhóm GHfamily 13, Các enzyme có nguồn gốc các loại cây, vi nấm được xếpvào GH-family 31

Dựa vào sự nhận dạng chất nền ta có thể chia α-glucosidase thành 3 nhóm:

Enzyme α-glucoside

Nhóm I (thuộc GH- family 13): xúc tác thủy phân cơ chất không đồng nhấtnhư sucrose và p-nitrophenyl- α-D-glucosidase nhanh hơn cơ chất đa phân tử nhưtinh bột Enzyme loại này nhận biệt được cấu trúc α-glucosidase của cơ chất

Nhóm II (thuộc GH- family 31): thích hợp với cơ chất đồng nhất hơn cơ chấtkhông đồng nhất và chất đa phân tử Nhóm này nhận biết được cấu trúc maltosyl Nhóm III: không hoạt động với cơ chất không đồng nhất, hoạt động mạnh với

cơ chất đồng nhất và đa phân tử, enzyme loại này nhận ra được cấu trúc maltosylcũng như cấu trúc đa phân tử

b) Phản ứng tạo phức

Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot Khi tương tác với iot,

AM sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng

để xác định hàm lượng AM trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan Để phảnứng được thì các phân tử AM phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốcđơn của AM bao quanh phân tử iot Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không chophản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Axit và một sốmuối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng

AM với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng vớimột vòng xoắn một phân tử iot AP tương tác với iot cho màu nâu tím Về bản chấtphản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ

Ngoài khả năng tạo phức với iot, AM còn có khả năng tạo phức với nhiều chấthữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, cácxeton phân tử lượng thấp Khi tạo phức với các AM, các chất tạo phức cũngchiếm vị trí bên trong dọc theo xoắc ốc tương tự iot

c) Tính chất lưu biến

Trong dung dịch các phân tử AM có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo

ra các tinh thể Khi sự liên kết xảy ra với tốc độ chậm thì AM sẽ tạo ra khối khôngtan của các hạt đó bị thoái hóa Khi tốc độ đạt nhanh thì dung dịch chuyển thành thểkeo AM đó thoái hóa không hòa tan trong nước lạnh nhưng có khả năng lên kết vớimột lượng nước lớn gần 4 lần trọng lượng của chúng Nếu để AM một lượng nước

ít hơn 4 lần thì toàn bộ nước sẽ bị hấp thụ còn AM sẽ tạo ra keo

Keo AM ở nhiệt độ thường là một khối trắng đục, không thuận nghịch, không

có hiện tượng co Nghiên cứu keo AM dưới kính hiển vi điển tử, người ta thấychúng có cấu tạo hạt rỏ rệt, chứng tỏ tính không tan của kiểu tinh thể

d) Sự trương nở và hiện tượng hồ hoá của tinh bột

Khi hòa tan tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm chohạt tinh bột trương phồng lên Khi đó, cấu trúc tinh thể sẽ bị phá vở và liên kết vớicác phân tử nước bởi liên kết hydro với các nhóm hydroxyl có trên các AM và Mức

độ trương và khả năng hòa tan phụ thuộc vào nguồn gốc của tinh bột, và do các lựcliên kết trong hạt tinh bột làm ảnh hưởng đến khả năng trương (Schoch, 1964), dolực đẩy giữa các nhóm phosphate trên AP chuỗi liền kề sẽ giãm mức độ liên kết củacác tinh thể Bên cạnh đó sự có mặt của chất béo trong tinh bột cũng có thể lànguyên nhân làm giãm độ trương trên các hạt riêng lẻ (Galliard, et al., 1987) Quátrình trương góp phần quan trọng của hầu hết các sàn phẩm giàu tinh bột như nhiệt

độ hòa hóa và khả năng lưu biến

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóakhác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Phần lớn tinh bột bị hồ hóakhi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên Cácbiến đổi hóa lí khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độnhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau đểtạo thành gel Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độnhất định Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kich thước hạt và

pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn Cácyếu tố bên ngoài cũng ảnh hưỡng đến tốc độ và mức độ hồ hóa nhiệt của tinh bộtnhư nhiệt độ sưởi ấm, độ ẩm, thời gian gia nhiệt, tốc độ sưởi ấm, sự hiện diện củacác thành phần hơn nữa trong thực phẩm hoặc các sản phẩm phi thực phẩm, điềukiện chế biến, tinh bột chuẩn bị và điều kiện bảo quản

e) Độ nhớt của hồ tinh bột

Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chấtlượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo Phân tửtinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân

tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính,

độ dẻo và độ nhớt cao hơn Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinhbột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bêntrong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử.Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxi hóa, các thuốc thử phá hủy liên kếthydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độnhớt của dung dịch tinh bột Trong môi trường kiềm các phân tử tinh bột bị ion hóa

tốt hơn Ngoài ra, nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độnhớt của dung dịch

f) Khả năng tạo gel và sự thoái hoá gel tinh bột

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắpxếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều Đểtạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồhóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng tháiyên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếpcác mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử nước Khi gel tinh bột để nguộimột thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quátrình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan ra Tốc độthoái hóa sẽ càng tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại khi pH = 7 Tốc độ thoái hóa

sẽ giảm khi tăng hoặc giảm giá trị pH Sự thoái hóa thường kèm theo quá trình táchnước và đặc lại của các sản phẩm dạng nữa lỏng hoặc cứng lại tạo ra dạng bánh

g) Khả năng tạo hình của tinh bột

Cũng như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng rấttốt Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếpvới nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước Để thu được màng gel

có tính đàn hồi cao người ta thêm vào các chất hoá dẻo (thường hay dùng glixerin)

để chúng làm tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Van, do đólàm yếu đi lực cố kết nội và làm tăng động năng của các phân tử

Liên kết của rất nhiều phân tử Am và Ap nhờ lực Van der Van và liên kết hidronên tạo được độ dai hay độ bền đứt nhất định Chính nhờ khả năng này mà người tatạo được các sợi tinh bột (sợi miến, bún…) Do phân tử Am dài nên lực tương tácgiữa các phân tử lớn và chúng liên kết với nhau rất chặt, nhờ vậy mà sợi tạo thànhchắc và dai Đối với các tinh bột giàu Ap, các mạch nhánh thường rất ngắn nên lựctương tác giữa các phân tử rất yếu do đó độ bền đứt kém

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TINH BỘT BIẾN TÍNH

1.2.1 Khái niệm tinh bột biến tính

Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bịhạn chế như: khi đun nóng sẽ dễ bị hydrat hóa, trương nở nhanh rồi vỡ hạt làm giảm

độ nhớt tạo thành một khối keo và dễ chảy Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thểhiện ở tính chảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột, cũng như tinh không hòatan, tính trương nở và độ nhớt tinh bột…

Vì vậy để có những loại tinh bột phù hợp theo yêu cầu sử dụng người ta tiếnhành biến tính tinh bột, làm thay đổi cấu trúc của phân tử tinh bột bằng các tác nhânvật lý, hóa học hay enzim Mục đích của việc biến tính tinh bột là để tăng cườnghoặc hạn chế những tính chất cơ hóa của nó như làm tăng khả năng làm đặc, cảithiện mối liên kết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan… Từ đó mang lại cho tinhbột nhiều tính chất mới và có thể ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khácnhau

1.2.2 Phân loại tinh bột biến tính

Theo International Numbering System for Food Additives (INS), tinh bộtbiến tính (Modified starch) được đánh số và đặt tên theo các nhóm sau:

1412 Distarch phosphate esterified with sodium trimetaphosphate

1413 Phosphated distarch phosphate

1414 Acetylated distarch phosphate

1420 Starch acetate esterified with acetic anhydride

1421 Starch acetate esterified with vinyl acetate

1422 Acetylated distarch adipate

1423 Acetylated distarch glycerol

1440 Hydroxypropyl starch

1442 Hydroxypropyl distarch phosphate

1450 Starch sodium octenyl succinate [1]

Nếu 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 tinhbột bị thay thế

+ Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắtliên kết C-O giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân

tử, xuất hiện một số liên kết mới rong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt củatinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụngnhư tinh bột biến tính bằng acid được dùng để phủ giấy, tăng độ bền củagiấy, cải thiện chất lượng in Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loạinày dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo Tinh bột oxi hoá cũngđược xếp và nhóm này Một số loại tinh bột được oxi hoá bởi KMnO4 trongmôi trường acid 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 oxihoá yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bộtnhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh Tinh bột oxi hoábởi hypoclorit, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp giấy

+ Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúngthay đổi do các nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoáhọc hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạchpolisaccarit có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối Mức độ biếntính 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 tinhbột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bềnkết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinhbột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hoá [2]

1.2.3 Các phương pháp biến tính tinh bột

1.2.3.1 Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lí

a) Biến tính trộn với chất rắn trơ

Tinh bột có ái lực với nước nhưng nếu hòa trực tiếp vào nước thì sẽ bị vóncục Có thể làm cho tinh bột phân tán tốt vào nước nếu đầu tiên đem trộn nó vớichất rắn trơ Khi trộn đồng đều sẽ làm cho các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lí

do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập và không kết thành cục

b) Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng nước, sau đó sấy khô Dưới tácdụng nhiệt ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá vỡ cấu trúc của cáchạt tinh bột khi hồ hóa Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau: trương nhanhtrong nước, biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản, bền khi ở nhiệt độ thấp, có độđặc vàkhả năng giữ nước, giữ khí tốt Do đó người ta thường dùng tinh bột hồ hóa

sơ bộ này trong mọi trường hợp khi cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu

Amylose hoặc tinh bột giàu AM (trên 60% AM) nếu khuếch tán vào nước dưới

áp suất cao hơn áp suất khí quyển, rồi sau đó sấy khô thì không bị thoái hóa Người

ta thường thêm tinh bột hồ hóa sơ bộ vào các dung dịch khoan (khi khoan các giếngdầu mỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết

1.2.3.2 Biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Tinh bột được gia nhiệt ở nhiệt độ cao từ 120C – 150C, trong thời gian nhấtđịnh (Wurzburg, 1986) Sản phẩm thu được từ phương pháp này gọi là dextrin vàpirodextrin Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến hình một cách sâu sắc,

do đó nhiều tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrintăng, đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi Phụ thuộc vào nhiệt

độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95C - 120C), dextrin vàng (120C - 180 C),pirodextrin (170C - 195C) Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi

từ 0% đến 90% vcó mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3% Dextrin vàng thường

có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có độ hòa tan rất đáng kể, có mức độ phânnhánh trung bình trên 20% Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20 - 25% và cókhối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng bền hơn

Do đó, dextrin được sử dụng làm chất mang các thành phần hoạt động như cácbột thực phẩm hoặc dựng làm dung mụi hoặc chất mang cỏc chất màu Pirodextrindùng làm chất đặc cho thuốc nhuộm sợi dùng làm dung môi và chất mang các chấtmàu

1.2.3.3 Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme

Dưới tác dụng của enzyme amylase, phân tử tinh bột bị cắt ngẩu nhiên thànhnhững dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt thành từng phần từng phần đơn vị glucozo,

do đó mà tính chất của dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo

Enzyme α- amylase thủy phân liên kết α- 1,4 trên nhiều mạch và tồn tại nhiều

vị trí của cùng một mạch, giải phóng ra glucozơ và các oligosaccarit có từ 2-7 đơn

vị glucozơ, trong đó 1 glucozơ khử tận cùng ở dạng α Kết quả tác động của

α-amylase thường làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột , do đó còn gọi làα- amylase dịch hóa Cách thức tác dụng của α- amylase phụ thuộc nguồn gốcenzyme và bản chất của cơ chất Khi thủy phân amylose sản phẩm cuối cùng chủyếu là maltoza và maltotrioza Do maltotrioza bền hơn nên việc thủy phân nó thànhmaltoza và glucozơ được thực hiện sau đó

Khi thủy phân AP trong dung dịch, ngoài glucozơ, maltoza và maltotrioza còn

có thêm các dextrin giới hạn có nhánh Các α−dextrin giới hạn này chứa các liên kếtα- 1,6 của polime ban đầu cộng với các liên kết α- 1,4 thường bền với thủy phân Enzyme β-amylase xúc tác thủy phân các liên kết α- 1,4 của AM và AP ở đầukhông khử của mạch và giải phóng ra maltoza có dạng β Tác động của enzyme sẽngừng lại ở chổ sát với liên kết α- 1,6 AM thường bị thủy phân hoàn toàn trong khi

đó, trong cùng điều kiện thì chỉ có 55% AP được chuyển thành β-maltoza Phần cònlại của sự thủy phân AP là một β- dextrin giới hạn có phân tử lượng cao và có chứatất cả các liên kết α- 1,6 của phân tử ban đầu

Với - amylase sẽ làm cho kích thước phân tử tinh bột giảm dần theo thời giantác dụng của nó Dưới tác dụng của – amylase, kết quả làm cho dung dịch tinh bột

bị loãng, độ nhớt giảm xuống Do đó, nó được sử dụng trong công nghiệp dệt để rũ

hồ vải Với - amylase, nó phân cắt phân tử tinh bột thành maltose, làm biến tính tinhbột một cách chậm hơn so với - amilase Sự biến hình tinh bột bởi amylase dùng đểnghiên cứu cấu trúc của phân tử glucogen và Ap

1.2.3.4 Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hoá học

Cả những phân tử tinh bột ở dạng tự do và hạt đều là đối tượng đề biến tínhhoá học Vì vậy tinh bột được biến tính bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưbiến tính bằng acid, bằng phương pháp oxi hoá, phương pháp liên kết ngang (nhưdạng gắn photphat hay adiphat), phương pháp este hoá hay chuyển đổi dẫn xuấtdextrin

Sự thay đổi về mặt tính chất vật lí và hoá học của tinh bột mang lại nhiều ứngdụng trong công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm

a) Biến tính bằng phương pháp oxi hoá

Thông thường tinh bột được oxi hóa bằng hypoclorit Trong phân tử của tinhbột oxy hóa tạo ra các nhóm carboxyl và carbonyl, đồng thời xảy ra phân ly một sốliên kết D-glucoside, do đó làm giảm kích thước của phân tử Nếu mức độ oxy hóakhá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phân hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch

trong suốt Nét đặc trưng của tinh bột đã được oxy hóa là độ trắng, tinh bột càngtrắng thì mức oxy hóa càng cao

Tinh bột oxi hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong công nghiệp sản xuất giấy,

để hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt, chất làm đặc trongcông nghiệp thực phẩm

b) Biến tính bằng xử lí tổ hợp để thu tinh bột keo đông

Tinh bột khi xử lí tổ hợp sẽ xảy ra quá trình oxi hoá tinh bột bằng oxi hoá và

có thể ozon thoát ra trong phản ứng Ngoài ra, còn xảy ra phản ứng thuỷ phân từngphần tinh bột dưới tác dụng của axit Khi tăng mức độ biến tính thì trọng lượngphân tử tinh bột, độ nhớt của hồ và nhiệt độ hồ hoá giảm Đặc trưng của phươngpháp này là tinh bột có khả năng tạo đông cao, không còn mùi đặc biệt và có độtrắng cao Tinh bột keo đông được sử dụng làm chất ổn định trong sản xuất kem và

có thể dùng thay thế aga – aga và agaro

c) Biến tính bằng cách gắn thêm nhóm photphat

Có thể biến tính tinh bột thành tinh bột dihydrro photphat khi một nhóm chứccủa H3PO4 được este hoá với nhóm OH của tinh bột hay tinh bột monohydrophotphat nếu hai nhóm chức của axit H3PO4 được este hoá Đặc tính của biến tínhtinh bột bằng cách gắn thêm nhóm photphat là tăng khả năng tạo gel, tăng độ nhớt,tạo hỗn hợp kết dính hơn và gel tạo thành bền khó thoái hoá Tinh bột biến tínhbằng cách gắn thêm nhóm photphat được sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy,dệt, chất kết dính Ngoài ra, còn sử dụng trong y học để tạo màng mỏng nhằm xử lí

da bị thương và bị bỏng

d) Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

Tinh bột khi cho tác dụng với axit boric thì nó sẽ có tính chất khác, khi đó bốnnhóm của hai mạch tinh bột nằm gần nhau tạo thành phức axit boric

Nói chung, phân tử bất kể nào có khả năng phản ứng với hai (hoặc nhiều hơn)nhóm hydroxyl đều tạo được liên kết ngang giữa các mạch tinh bột Để tạo tinh bộtbiến tính dùng trong thực phẩm và trong kỹ thuật, người ta dùng epiclohidrin vànatri metaphotphat làm tác nhân phản ứng

Người ta thấy rằng chỉ cần đưa một liên kết ngang ứng với một trăm gốcglucozơ thì đã có thể loại trừ được sự cố không mong muốn của tinh bột cũng như

ổn định được độ nhớt của hồ Trong trường hợp dùng oxiclophotphat để làm tácnhân thì sản phẩm thu được có thể dùng làm nhựa trao đổi cation

Một tính khác của tinh bột biến tính này dai hơn, dòn hơn và cứng hơn Do đó

nó được dùng để rắc lên mặt của găng tay phẫu thuật bằng cao su để tiệt trùngkhông bị dính Các tinh bột có liên kết ngang còn là thành phần của dung dịch đểkhoan dầu mỏ, là thành phần của sơn, của gốm, làm chất kết dính trong các viênthan, làm chất mang các chất điện li trong pin khô

e) Biến tính bằng axit

Dưới tác dụng của axit một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tửtinh bột bị đứt Do đó làm cho kích thước phân tử giảm đi và tinh bột thu đượcnhững tính chất mới

Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuếch tán tinh bột trong dung dịchaxit vô cơ có nồng độ 1 - 3%, rồi khuấy đều ở nhiệt độ 50 – 55 oC trong 12 - 14 giờ.Sau đó trung hòa, lọc rửa và sấy khô

Tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu có những tính chất sau:giảm ái lực với iot, độ nhớt đặc trưng bé hơn, áp suất thẩm thấu cao hơn do khốilượng phân tử trung bình bé hơn khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương nở kémhơn, trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì độ hòa tan cao hơn,nhiệt độ hồ hóa cao hơn, chỉ số kiềm cao hơn Có 2 phương pháp biến hình bằngaxit đó là:

- Biến hình bằng axít trong môi trường ancol

- Biến hình bằng axít trong môi trường nước

1.2.4 Ứng dụng của tinh bột biến tính

Tinh bột là một thành phần nguyên liệu thân thiện với người sử dụng nênchúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và đồ uống Tuy nhiên,một sản phẩm đạt chất lượng cao phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng cần đạt mộttrong những yêu cầu như: trạng thái gel, độ nhớt sánh, độ xốp, độ cứng, độ dai Vềmặt thẩm mĩ của sản phẩm yêu cầu: độ trong, độ đục, tính kết cấu, màu sắc… Tinhbột biến tính có một vai trò quan trọng trong việc tạo ra các tính chất trên của sảnphẩm ứng dụng mà tinh bột không biến tính đôi khi không có được như:

1.2.4.1 Khả năng tạo gel

Những loại tinh bột như tinh bột ngô hay bột ngũ cốc có hàm lượng Am cao

có thể sản xuất ra những sản phẩm có tính tạo gel Các dạng biến tính axit củanhững loại tinh bột này có khả năng tạo gel lớn hơn dạng không biến tính củachúng Tinh bột sắn dây biến tính axit cũng như tinh bột ngô biến tính oxi hoá tạo ragel mềm hơn, do đó nó được ứng dụng để tạo gel mềm cho các sản phẩm thuộc loạimứt quả đông

1.2.4.2 Khả năng tạo độ xốp, độ cứng

Với tinh bột có hàm lượng Am cao có thể tạo ra những sản phẩm có độ cứngtốt, nếu như sử dụng đủ năng lượng nấu chín tinh bột và phá vỡ phân tử Am đểchúng liên kết lại tạo thành gel cứng Các loại tinh bột dong riềng, tinh bột ngô, tinhbột sắn sau khi biến tính axit có độ hoà tan cao dùng để thay thế một phần nguyênliệu trong sản phẩm bánh quy tạo độ xốp và độ giòn cho bánh

1.2.4.3 Khả năng tạo độ trong, độ đục cho sản phẩm

Tinh bột đã hồ hoá có độ trong suốt nhất định Chính độ trong suốt này có ýnghĩa rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm Tinh bột của các hạt ngũ cốc loại nếp,tinh bột của củ, rễ củ thường có hồ trong suốt hơn tinh bột của các loại ngũ cốc bìnhthường

1.2.4.4 Khả năng tạo kết cấu

Các loại tinh bột như tinh bột ngô biến tính hay tinh bột sắn có thể ứng dụng

để tạo kết cấu có độ nhuyễn, độ mịn màng cho sản phẩm Dựa vào khả năng nàycủa tinh bột biến tính người ta ứng dụng nó để thay thế một phần chất ổn định trongsản xuất yoaurt, kem sữa… Ngoài các chức năng tạo ra các tính chất đặc trưng ởtrên cho các loại sản phẩm tinh bột biến tính còn tham gia vào tính ổn định của sảnphẩm khi bảo quản như: giữ mùi, giữ ẩm và giảm bớt tác động của vi sinh vật

1.2.4.5 Khả năng giữ mùi, giữ ẩm

Sự mất ẩm rất khó hạn chế đối với bất một loại sản phẩm nào trong quá trìnhbảo quản Tinh bột hồ hoá có ái lực với nước, nếu nấu đúng quy cách sẽ góp phầnhạn chế sự mất ẩm này Sử dụng các dextrrin của sắn và của tinh bột giàu Am sẽ tạonên một lớp màng ngăn cản sự mất ẩm Một số loại dextrin thực phẩm và các tinhbột biến tính từ ngô, sắn củ được dùng để giữ mùi và giữ tính ổn định của thứcuống, chống sự oxi hoá và mất màu

1.2.4.6 Hạn chế tác động của vi sinh vật

Trong quá trình bảo quản các sản phẩm thực phẩm hư hỏng do vi sinh vật gây

ra là không tránh khỏi và không thể ngăn chặn chúng Nhưng tinh bột biến tính cóthể làm giảm bớt sự tác động của vi sinh vật Điều này đặc biệt quan trọng trongcông nghệ đồ hộp

Những thực phẩm giàu chất béo hay chất dầu như bơ đậu và nước uống socola

có thể được làm lỏng, để đóng gói khô bằng cách cho vào những dextrin của tinhbột ngô hoặc tinh bột sắn Bên cạnh của việc sử dụng để tạo độ sánh và kết cấu, tinhbột biến tính còn được dùng để làm giảm bớt giá thành của sản phẩm Các thànhphần đắt đỏ như bột cà chua, bột trái cây có thể pha thêm với các loại tinh bột này.Một số loại thực phẩm đắt tiền mà có thành phần như bột khoai tây khô, bột trái câykhô và bột cacao có thể sử dụng để tạo hỗn hợp với tinh bột biến tính, hương liệu vàcác loại thực phẩm rẻ tiền hơn nhằm mang lại ý nghĩa kinh tế cao

Tinh bột biến tính, dextrin được sử dụng trong việc thay thế bơ trong kem đá,sữa đá, dầu thực vật trong salad, shortening… và thay thế cazeinat trong chất nhũhoá thịt, cà phê sữa và phomat Ngoài ra, tinh bột biến tính còn được sử dụng trongcác nghành công nghiệp khác như sản xuất giấy Tinh bột oxi hoá làm tăng số nhómcacboxyl và một số nhóm cacbonyl Nó là nguyên nhân làm thay đổi tính chất lí,hoá của hạt tinh bột Hầu hết tinh bột oxi hoá chứa khoảng 1,1% nhóm cacbonylnhóm này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của dẫn xuẫt củatinh bột sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy

Trong nghành công nghiệp này tinh bột đóng một vai trò là chất kết dính phủcho chất màu Tinh bột oxi hoá khoảng 80 – 85% được sử dụng trong công nghiệpsản xuất giấy Tinh bột biến tính cũng được sủ dụng như một chất bề mặt giấy vàbìa cactông ở đây, tinh bột oxi hoá bít kín những lỗ trống làm tăng độ bền của bềmặt giấy và cung cấp khả năng chịu mực

Tinh bột oxi hoá và axit hoá được sử dụng để hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhântạo trong công nghiệp dệt Nhờ độ nhớt của tinh bột biến tính giảm nhiều nên đượcdùng rộng rãi trong công nghiệp dệt để hồ sợi dọc: sợi bông có pha hoặc không pha,sợi tổng hợp, sợi visco, axetat, tơ tằm

Ngoài ra, tinh bột biến tính bằng axit là tác nhân làm thay đổi kích thước củasợi để tăng độ bền và tính chống mòn trong thao tác dệt Nó cũng được sử dụngtrong việc hoàn thành sợi vải, hầu hết là vải coton để tăng độ cứng của sản phẩm

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TINH BỘT BIẾN TÍNH ACETAT

Tinh bột acetat là một loại tinh bột biến tính có nhóm acetyl (CH3CO) thay thếvào gốc hydroxyl trong phân tử tinh bột Tinh bột nguyên thủy ban đầu dễ bị biếndạng khi có tác động của môi trường (khi nấu dễ bị phá vỡ, mất độ nhớt), khôngđồng nhất khi bị axit thực phẩm cắt mạch trong quá trình bảo quản, độ bền vữngkém Tinh bột sau khi hồ hóa, các phân tử nước sẽ tương tác nhau sắp xếp lại tạogel, sau đó một thời gian dài gel tinh bột sẽ co lại, tách nước ra gọi đó là hiện tượngthoái hóa, gel vón cục, đục lại Quá trình này tăng mạnh khi gel để ở trạng thái lạnhđông 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:

− Không ion, không có điện tích dương hoặc âm, ít bị ảnh hưởng bởi chấtđiện phân

− Ngăn tình trạng thoái hóa tinh bột: Nhóm acetyl có tác dụng ngăn sựthoái hóa của amyloza trong cấu trúc tinh bột nhờ đó ngăn chặn được sự táchnước của sản phẩm, giữ đựơc hình dạng cho các sản phẩm sử dụng tinh bột

− Nhiệt độ hồ hóa thấp nên tinh bột acetat phân tán nhanh hơn khi nấu cóthể tiết kiệm được năng lượng, nhiệt độ đông keo giảm, độ nhớt tăng, độ hấpthụ nước tăng và độ dính tốt

− Độ ổn định của bột nhão được cải thiện khi nấu lên, giúp bột nhão chịuđược các chu kỳ đông đặc và làm tan

− Tinh bột acetat có khả năng tạo màng mỏng trong và độ đàn hồi tốt, làmcho cấu trúc mô của sản phẩm nhỏ gọn, bề mặt mịn, giảm tốc độ hấp thụ dầu

− Độ bền cao trong môi trường axít

− Tinh bột acetat là chất tạo nhũ hóa tốt, dạng dung dịch kết hợp vớigelatin, polyvinyl ancho, polycrylate để ổn định trạng thái nhũ tương.

− 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 trongkhông đục lại khi bảo quản)

1.3.1 Phương pháp tổng hợp tinh bột acetat

Tinh bột acetat là sản phẩm của phản ứng giữa tinh bột với tác nhân acetat Cácnhóm hydroxyl (OH) trong tinh bột tham gia phản ứng este hóa Một mono vinylđược sử dụng làm tác nhân gắn lên tinh bột Quá trình gắn được thực hiện khi cácgốc 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 gốchydroxyl trên mỗi đơn vị glucoza đều được acetyl hóa Tinh bột triacetat theo lýthuyết chứa 44,8% gốc acetyl so với khối lượng đơn vị glucoza Tương tự như vậymonoacetat 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 dựavào đặc tính hóa, lý của nguyên liệu, của sản phẩm, cũng như quy trình công nghệ,hiệu quả kinh tế đem lại Nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetate là tinh bột khoaitây, tinh bột sắn, tinh bột ngô, tinh bột sorghum, … Ngoài ra có thể sử dụng tinhbột đã qua xử lý thủy phân hoặc oxy hóa nhẹ để acetyl hóa, một số trường hợp sửdụng tinh bột liên kết ngang làm nguyên liệu cho sản xuất tinh bột acetat, hoặc cóthể 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 từtinh bột thường hoặc tinh bột ngô nếp Tinh bột này có thể đựơc acetyl hóa trongdung dịch dưới dạng sữa tinh bột, tuy nhiên tinh bột dạng hạt khô cũng có thể acetylhóa Quá trình acetyl hóa được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 50oC và nồng độdịch 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 để thu hồi

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 bằng: phản ứng este hóa nhóm OH của tinhbột trong điều kiện xúc tác có axit mạnh và nhiệt độ cao, độ ẩm thấp và phải sửdụng 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 xúctác 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 thểthu hồi tinh bột acetat

− Tinh bột được xử lý với vinyl acetat: Tinh bột acetat DS thấp thường được sảnxuất trong điều kiện dịch sữa tinh bột với pH = 7 - 11 và nhiệt độ thấp (nhiệt độ môitrường) Với tinh bột acetat DS cao cần thời gian phản ứng dài

1.3.2 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 phảiđựơc 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 Drugadministration) cho phép sử dụng tác nhân acetic anhydrit và vinyl acetat cho sảnxuất tinh bột acetat

1.3.2.1 Tác nhân axit acetic

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh bột có thể được acetyl hóa với aceticaxit băng dưới điều kiện có gia nhiệt, độ acetyl hóa tăng khi thời gian phản ứng và tỉ

lệ acetic axit tăng Tuy nhiên axit acetic chỉ có thể tham gia vào phản ứng este hóavới nhóm OH của tinh bột trong điều kiện xúc tác có axit mạnh và nhiệt độ cao

Khi tinh bột được acetyl hóa ở điều kiện nhiệt độ cao với tác nhân axit aceticbăng sẽ tạo ra một lượng lớn nhóm acetyl nếu thời gian phản ứng dài Tỉ lệ cácnhóm hydroxyl được acetyl hóa ở nhiệt độ 118oC lớn hơn ở điều kiện 90oC Trongphản ứng, tinh bột hoàn toàn acetyl hóa sau 18 giờ và phần trăm acetyl đạt 44,8%,khi đó sản phẩm tinh bột acetat quan sát ở 90oC đều hoà tan trong nước lạnh vàkhông hoà tan trong cồn Phản ứng tạo sản phẩm không hòa tan trong nước lạnh dovậy axit có thể đựơc rửa bằng phương pháp gạn và để lắng Tuy nhiên axit acetic

cũng là yếu tố cắt mạch tinh bột làm giảm độ nhớt của sản phẩm cuối cùng so vớitinh bột gốc.

1.3.2.2 Tác nhân Vinyl Acetat

Acetyl hóa nhóm hydroxyl của phân tử tinh bột với tác nhân vinyl acetat xúc táckiềm trong môi trường nước Tinh bột acetat đựơc hình thành theo phương trìnhsau:

TB - OH + CH2= CHOCCH3  TB - OCCH2 + CH3CHXét về khối lượng, vinyl acetat với khối lượng phân tử 86 khi tham gia phảnứng acetyl hóa 50%, trong khi acetic anhydrit với phân tử lượng 102 có 42% thamgia phản ứng acetyl Trong quá trình acetyl hóa hạt tinh bột hoặc tinh bột hồ hóahiệu quả phản ứng chỉ đạt 2 - 5% khi quan sát ở độ ẩm <10%, với độ ẩm tinh bộtcàng cao thì khả năng gắn gốc acetyl càng cao

1.3.2.3 Tác nhân Anhydrit Acetic

Anhydride Acetic là một hợp chất hóa học, có công thức (CH3CO)2O Nó làmột chất lỏng không màu, có mùi mạnh mẽ của axit acetic, được hình thành bởiphản ứng của nó với độ ẩm trong không khí Với vai trò là tác nhân cho quá trìnhacetyl hóa tinh bột, nó có thể sử dụng một mình hoặc với các xúc tác như aceticaxit, pyridin và dung dịch kiềm Ở nhiệt độ phòng acetic anhydrit không acetyl hóatinh bột, ở nhiệt độ cao 90 - 140oC, acetyl hóa xảy ra nhưng tốc độ chậm, nhiệt độ

140oC sau 8h chỉ có 1,8% acetyl được tạo thành, sau 15 giờ % acetyl đạt 8,7%

1.3.3 Sử dụng tác nhân Anhydrit Acetic biến tính tinh bột

Anhydrit Acetic đã được công bố an toàn khi dùng biến tính tinh bột acetylattheo TCVN 11471:2016 Ngoài ra Anhydrit Acetic rẻ hơn, dễ mua hơn VinylAcetat

 Quá trình phản ứng biến tính tinh bột hạt mít:

Acetyl hóa tinh bột hạt mít sử dụng tác nhân gắn là Anhydrit Acetic trongmôi trường kiềm (Na2CO3):

Na2CO3 + + CO2

Na2CO3 + TB - OH + (CH3CO)2O  TB – OCCH3 + CH3CONa + H2O + CO2

Trong trường hợp Anhydrit Acetic dư sẽ phản ứng với Na2CO3 để tạo muối Lúcnày Anhydrit Acetic bị thủy phân mà không có sự thủy phân tinh bột

Trong trường hợp kiềm dư, phản ứng thủy phân Anhydrit Acetic (deacetylhóa) xảy ra Phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ phòng, ở nhiệt độ cao có thể xảy raphản ứng thủy phân Anhydrit Acetic

Điều kiện xảy ra phản ứng ở nhiệt độ phòng phụ thuộc vào pH tối ưu cho quátrình acetyl hóa với tác nhân Anhydrit Acetic

Theo thí nghiệm nghiên cứu của Ths Ngô Thị Vân (Viện công nghệ thựcphẩm) cùng các cộng tác viên về đề tài “nghiên cứu công nghệ sản xuất tinh bộtacetat, ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” năm 2010, đã đưa ra bảng xác định

pH tối ưu cho acetyl hóa với Anhydrit Acetic là tác nhân, điều kiện phản ứng xảy ra

ở nhiệt độ phòng như sau [12]:

Bảng 1.1 Xác định pH thích hợp cho quá trình acetyl hóa tinh bột

1.3.4 Ứng dụng của tinh bột acetat

Theo quy định của tổ chức FDA (Federal Food, Drug and Cosmetic Act) có 2kiểu tinh bột biến tính Loại tinh bột biến tính cho thực phẩm có độ an toàn trongchế biến thực phẩm và loại tinh bột biến tính dùng cho các ngành công nghiệp Tinhbột biến tính cho thực phẩm bao gồm tinh bột được este với mức giới hạn cho phépnhư acetic anhydrid 5%, anhydrid adipic 0,12%, acetic anhydrid 5%, 2,5% gốcacetyl trong sản phẩm, 4% succinic anhydrit, 0,1% phospho oxyclorid Do nhữngtính chất ưu việt hơn so với tinh bột gốc nên tinh bột acetat có tiềm năng ứng dụngrất lớn, được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực

1.3.4.1 Trong công nghiệp thực phẩm

Tinh bột acetat được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp thực phẩm nhưkem, mayonez, các lọai nước xốt, tương ớt, thức ăn trẻ em Trong công nghiệpthực phẩm phần lớn các ứng dụng của tinh bột acetat đều liên quan đến DS thấp0,01 - 0,2 Tinh bột có DS thấp có độ nhớt cao hơn so với tinh bột gốc, có độ bền và

độ kết dính cao ngay cả trong điều kiện đông lạnh nên được sử dụng để sản xuất cácsản phẩm bảo quản lạnh

Tinh bột acetat ngăn sự thoái hóa và hạn chế vữa ra khi thời gian bảo quản kéodài, nó duy trì cấu trúc định hình trong điều kiện lạnh và cải thiện khả năng giữnước, độ nhớt tăng nhẹ Các sản phẩm thương mại DS thấp 0,027- 0,058 được sửdụng trong các sản phẩm tương ớt, tương cà, sate, nước sốt, thạc, giăm bông, thức

ăn đông lạnh, mỳ ăn liền, đồ hộp, sản phẩm đông lạnh

Tinh bột acetat được sử dụng thay thế tinh bột tự nhiên trong sản xuất kẹo gum.Tuy nhiên phần lớn tập trung ứng dụng tinh bột liên kết ngang được acetyl hóa (từtinh bột ngô, sắn, khoai tây) Trong công thức làm bánh pudding tinh bột acetat cókích cỡ hạt 100 mesh Tinh bột acetat đựơc sử dụng trong điều kiện lạnh như sảnphẩm kem, bánh …Tinh bột acetat DS 0.2 là cơ sở cho làm chewing gum

1.3.4.2 Trong công nghiệp dược phẩm

Do tính chất của tinh bột acetat có khả năng tạo màng trong và mềm dẻo nên sửdụng màng để bao viên thuốc, khi uống màng tinh bột sẽ thuỷ phân chậm bởi enzimamylaza nhờ đó các hoạt chất có điều kiện đi thẳng vào tận ruột mới bị giải phóng