ảnh hưởng của gốc phosphate đến một số tính chất lý hóa của tinh bột bắp biến hình bằng liên kết ngang

Luận văn đính kèm theo đây với tựa đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC PHOSPHATE ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN HÌNH BẰNG LIÊN KẾT NGANG” do Ngô Dương Trường Giang thực hiện và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGÔ DƯƠNG TRƯỜNG GIANG

ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC PHOSPHATE ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN HÌNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC PHOSPHATE ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN HÌNH

BẰNG LIÊN KẾT NGANG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Mã ngành: 08

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

ThS Nguyễn Nhật Minh Phương Ngô Dương Trường Giang

MSSV: LT11587

Lớp: CB1108L1

CẦN THƠ, 2013

Luận văn đính kèm theo đây với tựa đề tài “ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC PHOSPHATE ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN HÌNH BẰNG LIÊN KẾT NGANG” do Ngô Dương Trường Giang thực

hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Nguyễn Nhật Minh Phương Ngô Dương Trường Giang

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2013

Chủ tịch hội đồng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và Cô hướng dẫn Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

NGUYỄN NHẬT MINH PHƯƠNG NGÔ DƯƠNG TRƯỜNG GIANG

LỜI CẢM TẠ

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Trước hết xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Nhật Minh Phương, người

đã hết lòng giúp đỡ và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho tôi hoàn thành tốt luận văn này

Xin chân thành ghi ơn tất cả Thầy, Cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã truyền đạt cho tôi nhưng kiến thức vô cùng quí báo để tôi vận dụng và hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp

Xin cảm ơn các tất cả các Chị quản lý phòng thí nghiệm của Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, các bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm liên thông K37 và các bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm K35 đã động viên nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình đã không ngại khó khăn luôn giúp đỡ và động viên tôi hoàn thành tốt khóa học và luận văn tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 17 tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Ngô Dương Trường Giang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM TẠ iii

MỤC LỤC iv

TÓM TẮT viiii

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU BẮP 2

2.1.1 Nguồn gốc đặc điểm 2

2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của bắp 4

2.2 TINH BỘT 6

2.2.1 Giới thiệu chung về tinh bột 6

2.2.2 Cấu tạo tinh bột 8

2.2.3 Vai trò của nước trong hạt tinh bột 14

2.2.4 Các tính chất của tinh bột 14

2.3 TINH BỘT BIẾN HÌNH 19

2.3.1 Phương pháp biến hình tinh bột bằng vật lý 21

2.3.2 Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme 23

2.3.3 Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hoá học 23

2.3.4 Ứng dụng của tinh bột biến hình 34

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 38

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 38

3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 38

3.1.2 Nguyên liệu 38

3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 38

3.1.4 Hóa chất 38

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 39

3.3 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 40

3.3.1 Thí nghiệm 1 40

3.3.2 Thí nghiệm 2 41

3.3.3 Thí nghiệm 3 43

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ STMP/STTP ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG 44

4.1.1 Mức độ trùng hợp 44

4.1.2 Độ hòa tan của tinh bột 45

4.1.3 Độ trong của dung dịch hồ tinh bột 46

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG 48

4.2.1 Mức độ trùng hợp 49

4.2.2 Độ hòa tan của tinh bột (%) 50

4.2.3 Độ trong của dung dịch hồ tinh bột (%T 650 ) 51

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN MỘT SỐ TINH CHẤT CỦA TÍNH BỘT LIÊN KẾT NGANG 53

4.3.1 Mức độ trùng hợp 53

4.3.2 Độ hòa tan của tinh bột 54

4.2.3 Độ trong của dung dịch hồ tinh bột (%T 650 ) 55

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .57

5.1 KẾT LUẬN 57

5.2 ĐỀ NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC ix

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Tình hình sản xuất ngô ở một số nước lớn trên thế giới và khu vực 3

Bảng 2: Diện tích, năng suất, sản lượng bắp Việt Nam từ năm 1961 - 2009 4

Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt bắp so với gạo phân tích trên 100g 5

Bảng 4: Thành phần hóa học gần đúng của các phần chính của hạt bắp (%) 5

Bảng 5: Kích thước của các loại tinh bột khác nhau 10

Bảng 6: Tỉ lệ Amylose và Amylopectin của các tinh bột 10

Bảng 7: Các loại tinh bột biến hình và ứng dụng của nó 36

Bảng 8: Bố trí thí nghiệm 2 42

Bảng 9: Ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và

độ trong của tinh bột bắp biến hình 44

Bảng 10: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong của tinh bột bắp biến hình 48

Bảng 11: Ảnh hưởng của pH đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong của tinh bột bắp biến hình 53

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Cây bắp 2

Hình 2: Tinh bột sắn (a) độ phóng đại 1500X; (b) độ phóng đại 3500X 9

Hình 3: Tinh bột huỳnh tinh (a) độ phóng đại 1500X; (b) độ phóng đại 3500X 9

Hình 4: Cấu tạo phân tử amylose 12

Hình 5: Cấu tạo phân tử amylopectin 12

Hình 7: Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột 15

Hình 8: Phản ứng thủy phân 18

Hình 9: Sơ đồ các dạng sản phẩm dextrin từ tinh bột 30

Hình 10: Sự tạo thành liên kết ngang giữa acid boric và tinh bột 31

Hình 11: Nguyên liệu tinh bột bắp 38

Hình 12: Quy trình sản xuất tinh bột biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang .40

Hình 13: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 42

Hình 14 Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất đến mức độ trùng hợp 45

Hình 15 Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất đến độ hòa tan của tinh bột bắp 46

Hình 16 Ảnh hưởng của nồng độ hóa chất đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột bắp 47

Hình 17 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ trùng hợp 49

Hình 18 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ hòa tan của tinh bột bắp 50

Hình 19 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột bắp 52

Hình 20 Ảnh hưởng của pH đến mức độ trùng hợp 54

Hình 21 Ảnh hưởng của pH đến độ hòa tan của tinh bột bắp 54

Hình 22 Ảnh hưởng của pH đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột bắp 55

TÓM TẮT

Bắp là loại cây ngủ cốc được trồng ở nhiều nơi trên thế giới vì có đặc tính dễ trồng, thích hợp với khí hậu nhiệt đới nên cây bắp trở thành một trong những loại cây chủ lực ở Việt Nam Một trong những sản phẩm quan trọng nhất từ bắp là tinh bột bắp Tuy nhiên, ở nước ta việc sản xuất tinh bột chỉ dừng lại ở sản phẩm tinh bột mà chưa đầu tư sản xuất các sản phẩm như tinh bột biến hình vì vậy nghiên cứu về tinh bột biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang là cần thiết, cải tiến được các tính chất và nâng cao giá trị của tinh bột để ứng dụng cho ngành công nghiệp thực phẩm

Để có được liên kết ngang, tinh bột bắp được xử lý với natri trimetaphosphate (STMP)/ natri tripolyphosphate (STPP) ở các nồng độ khác nhau: 4, 8, 12 và 16 % trong thời gian từ 1 đến 3 giờ Nhiệt độ biến hình ở 40, 45 và 50 oC Điều chỉnh pH môi trường ở 3 mức độ là pH kiềm, acid và trung tính Ghi nhận lại các thông số về

độ hòa tan (%) của tinh bột, độ trong (%T650) của dung dịch hồ tinh bột và mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột bắp Kết quả cho thấy nồng độ tac nhân, thời gian và nhiệt độ càng tăng thì có ảnh hưởng đến độ hòa tan, độ trong và mức độ trùng hợp của tinh bột bắp Độ trùng hợp gia tăng, độ hòa tan và độ trong của dung dịch hồ tinh bột giảm khi tăng nồng độ tác nhân, thời gian kéo dài ở nhiệt độ cao và trong

môi trường kiềm

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 GIỚI THIỆU

Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thuận lợi cho việc phát triển nhiều loại cây trồng trong đó các loại cây lương thực chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và là nguồn nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp sản xuất tinh bột

Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chính cho con người, ngoài ra tinh bột và các sản phẩm của chúng còn có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp: công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp keo dán vì

có những tính chất đặc trưng vì nó như tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo độ dai, độ đàn hồi, độ xốp, có khả năng tạo gel, tạo màng cho nhiều sản phẩm Tuy nhiên tinh bột tự nhiên vẫn còn nhiều hạn chế Chưa đáp ứng được nhưng yêu cầu khác nhau trong công nghiệp vì vậy cần phải biến hình tinh bột tức làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lý, hóa học, hoặc enzyme

Ở Việt Nam và một số nước Đông Nam Á khác, tinh bột bắp và các sản phẩm từ tinh bột bắp đã và đang trở thành những sản phẩm có giá trị góp phần quan trọng vào sự phát triển của đất nước Tinh bột được biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang có những tính chất thay đổi như: nhiệt độ hồ hóa tăng, khả năng trương

nở giảm, độ hòa tan giảm, độ trùng hợp tăng Tinh bột liên kết ngang có nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm như: giúp ổn định trạng thái nhũ tương, tạo bền gel, độ đặc, độ trong, cải thiện chất lượng bánh mì, chịu nhiệt

độ cao, độ ổn định trong môi trường acid và khuấy trộn mạnh

Với những tính chất có lợi và nhiều ứng dụng từ tinh bột bắp biến hình như trên mục đích của nghiên cứu đề tài này là tạo ra tinh bột bắp biến hình bằng cách tạo

liên kết ngang theo thương pháp của (Seung Hyun Koo et al., 2010)

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tạo ra tinh bột bắp biến hình bằng cách sử dụng natri trimetaphosphat (STMP)/ natri tripolyphosphate (STPP)

Nội dung nghiên cứu:

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP, nhiệt độ, thời gian, pH đến mức độ liên kết ngang bằng cách kiểm tra một số tính chất của tinh bột bắp như: độ hòa tan,

độ trong của dung dịch hồ tinh bột và mức độ trùng hợp so với tinh bột tự nhiên Từ

đó đề ra quy trình sản xuất tinh bột bắp biến hình với các thông số kỹ thuật tối ưu

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU BẮP

2.1.1 Nguồn gốc đặc điểm

Bắp (hay còn gọi là ngô) tên khoa học là Zea mays L (hình 1) là một loại cây lương

thực được thuần canh tại khu vực Trung Mỹ và sau đó được trồng ra khắp châu Mỹ Bắp trồng phổ biến ở phần còn lại của thế giới sau khi có tiếp xúc của người châu

Âu với châu Mỹ vào cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16 Đến nay bắp là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại châu Mỹ (Chỉ riêng tại Hoa Kỳ thì sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm) Là một loại ngũ cốc quan trọng, đứng thứ ba sau lúa

mì và lúa gạo Là cây lương thực, giàu dinh dưỡng hơn lúa mì và lúa gạo, nuôi sống gần 1/3 dân số trên thế giới

Hình 1: Cây bắp

(nguồn:wưw.khuyennongtphcm.com)

Theo số liệu của CIMMYT (World Maize Facts and Trends 1993-1994) thì giai đoạn 1990-1992 toàn thế giới trồng 129,804 ngàn ha bắp với năng suất bình quân là 3,8 tấn/ha và cho sản lượng gần 500 triệu tấn.(Ngô Hữu tình, 1997)

Bảng 1: Tình hình sản xuất ngô ở một số nước lớn trên thế giới và khu vực

(Nguồn: Ngô Hữu tình, 1997)

Các nước có năng suất bình quân toàn quốc giai đoạn 1990-1992 là: Hy Lạp 9,9 tấn/ha, Thụy Sỹ 8,6 tấn/ha, Chile 8,3 tấn/ha, Italia 7,8 tấn/ha, Mỹ 7,5 tấn/ha (Ngô Hữu Tình, 1997)

Ở Việt Nam, bắp là cây lương thực đứng hàng thứ 2 sau lúa gạo Diện tích gieo trồng, năng suất và sản lượng bắp cũng tăng mạnh, từ hơn 200 ngàn ha với năng suất 1 tấn/ha (năm 1960), đến năm 2009 đã vượt ngưỡng 1 triệu ha với năng suất 43 tạ/ha Sản lượng bắp trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu mà hàng năm mà còn phải nhập khẩu khá nhiều bắp hạt (trị giá trên 500 triệu USD) để sản xuất thức ăn gia súc Hiện nay và trong những năm tới, bắp vẫn là cây ngũ cốc có vai trò quan trọng ở trong nước Bắp có nhiều công dụng, tất cả các bộ phận của cây bắp từ hạt, đến thân, lá đều có thể sử dụng được để làm lương thực, thực phẩm cho người, thức

ăn cho gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp (rượu bắp, sản xuất ethanol để chế biến xăng sinh học, thậm chí còn chế biến tạo ra một số vật dụng đồ dùng như điện thoại, đồ trang sức của phụ nữ…), một số bộ phận của bắp có chứa một số chất có vai trò như thuốc chữa bệnh, làm chất đốt…

Từ năm 2006, năng suất và sản lượng bắp của Việt Nam đã có những bước tiến nhảy vọt cao nhất từ trước đến nay Tốc độ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản lượng bắp của Việt Nam cao hơn nhiều lần của thế giới, lợi nhuận trồng bắp lai cao hơn hẳn các loại cây trồng khác Năm 2008, diện tích trồng bắp của cả nước (trong

đó 90% diện tích là bắp lai) đạt 1.126.000 ha, tổng sản lượng trên 4.531.200 tấn Năm 2009, diện tích đạt 1.170.900 ha, tổng sản lượng lên tới trên 5.031000 tấn, cao

nhất từ trước tới nay Các giống bắp lai của Việt Nam bước đầu cũng đã xuất bán sang các nước Bangladesh, Cam-pu-chia, Lào, Pakistan, Indonesia, Ấn Độ…

Bảng 2: Diện tích, năng suất, sản lượng bắp Việt Nam từ năm 1961 - 2009

Năm Diện tích

(1000 ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

ưu thế về năng suất Đây là một thực tế có thể chúng ta phải chấp nhận nhưng làm thế nào để nó cạnh tranh lành mạnh với các giống bắp sản xuất trong nước là vấn đề không chút dễ dàng cho sản xuất bắp ở nước ta

Tham gia vào thị trường thương mại thế giới có sự đòi hỏi rất khắt khe về chất lượng nông sản Do vậy phải có sự đầu tư một cách đồng bộ từ sản xuất đến đánh giá kiểm định chất lượng, bảo quản và vận chuyển tiêu thụ

2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của bắp

Có rất nhiều loại bắp, các giống bắp nếp, bắp răng ngựa ở nước ta thì có hàm lượng tinh bột cao, lượng đường ít Trong khi các giống bắp ở Mỹ và châu Âu thường

được lai tạo để có lượng tinh bột rất ít, độ ngọt cao (họ vẫn gọi là sweetcorn) Nếu

như ở châu Âu khẩu phần ăn cơ bản là: Bánh mì, khoai tây, sữa; châu Á: Cơm, cá, rau xanh thì ở châu Mỹ latinh là bánh bắp, đậu đỗ và ớt Vì vậy trên phạm vi thế giới

mà nói, bắp vẫn là cây lương thực rất quan trọng, vì bắp rất phong phú các chất dinh dưỡng hơn lúa mì và gạo (bảng 3 và 4)

Bảng 3: Thành phần hóa học của hạt bắp so với gạo phân tích trên 100g

(nguồn: Cao Đắc Điểm, 1998)

Bảng 4: Thành phần hóa học gần đúng của các phần chính của hạt bắp (%)

và các thức ǎn động vật thì giá trị protein ngô sẽ tǎng lên nhiều

Lipid: lipid trong hạt ngô toàn phần từ 4-5%, phần lớn tập trung ở mầm Trong chất béo của bắp có 50% là acid linoleic, 31% là acid oleic, 13% là acid panmitic và 3%

là Stearic

Glucid: glucid trong bắp khoảng 69% chủ yếu là tinh bột Ở hạt bắp non có thêm một số đường đơn và đường kép

Vitamin: vitamin của bắp tập trung ở lớp ngoài hạt bắp và ở mầm bắp cũng có nhiều vitamin B1 Vitamin PP hơi thấp cộng với thiếu tryptophan một axit min có thể tạo vitamin PP Vì vậy nếu ǎn bắp đơn thuần và kéo dài sẽ mắc bệnh Pellagre Riêng bắp vàng có chứa nhiều caroten (tiền vitamin A) Bắp ngọt là dạng biến đổi gen chứa nhiều đường và ít tinh bột, được dùng như một loại rau Bỏng ngô là các hạt bắp từ một vài giống, thứ bắp sẽ nổ xốp hơn khi bị rang nóng Về chất khoáng thì bắp nghèo canxi, giàu photpho

2.2 TINH BỘT

2.2.1 Giới thiệu chung về tinh bột

Tinh bột là polysaccharide chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây Một lượng tinh bột đáng kể 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 glucose phụ thuộc vào quá trình chín

và chuyển hóa sau thu hoạch Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucose là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người

Tinh bột là hổn hợp 2 loại polymer là amylose và amylopectin Hầu hết các loại tinh bột đều chứa từ 50%-80% amylose hay ngược lại nhiều loại bắp sáp có thể chứa tới 100% amylopectin, tinh bột gạo nếp cũng có thành phần gần như 100% amylopectin Trong khi tinh bột đậu xanh chứa khoảng 50% amylose Amylose là những phân tử mạch thẳng mức độ trùng hợp khoảng 1.500-6000 đơn vị glucose và được liên kết thông qua liên kết α-(1→4) glucoside Amylopectin, phân tử chiếm phân tử chiếm ưu thế hơn trong hầu hết các tinh bột bình thường, là một polymer nhánh, mức độ trùng hợp của amylopectin khoảng 300000-3000000 dơn vị glucose, bao gồm những phân đoạn D-glucose liên kết nhau bằng α-(1→4) glucoside được nối bởi liên kết α-(1→6) glucoside ở những điểm nhánh Những tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tỉ lệ của 2 loại phân tử trên Dựa vào tính chất này mà các nhà khoa học đã sử dụng các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học để tác động vào các mạch của 2 phân tử amylose và amylopectin để tạo ra loại tinh bột có những tính chất như mong muốn như: Độ hòa tan tốt, độ ổn định của tinh bột, tinh bột không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp, khống chế được độ nhớt của tinh bột, tạo độ dẻo,

độ trong, độ trương nở tốt Công nghệ biến hình tinh bột bao gồm các phương pháp như: Biến hình bằng phương pháp hóa học, vật lý, enzyme…Ở phương pháp biến hình tinh bột bằng phương pháp hóa học thì tinh bột liên kết ngang có những đặc tính nổi trội như: Giảm khả năng hòa tan, tăng mức độ trùng hợp Ngoài ra Liên kết

ngang còn kiểm soát cấu trúc tinh bột và cung cấp cho tinh bột sức chịu lực, xé cắt, chịu acid và tính bền nhiệt Từ đó chúng ta có sự kiểm soát tốt hơn và linh hoạt trong việc xử lý công thức pha chế, gia công và xác định hạn sử dụng của sản phẩm Liên kết ngang được hình dung như là “mối hàn điểm” giữa các hạt tinh bột ở các vị trí ngẫu nhiên, làm gia tăng liên kết hydro và ức chế sự trương nở của hạt tinh bột Liên kết ngang làm các tinh bột tự nhiên tương đối dễ bị hư hỏng trở nên bền vững, làm cho tinh bột nấu chín nhớt hơn và có cấu trúc vững chắc, ít bị phá hỏng khi thời gian nấu kéo dài, trong môi trường acid hoặc khuấy trộn mạnh(Lê Ngọc Tú, 2003).Bên cạnh những ứng dụng trong công nghiệp, tinh bột còn đóng vai trò hết sức quan trọng trong các cơ quan thực vật Sự tích lũy tạm thời tinh bột trong các mô quang hợp giúp cơ thể thực vật ngăn ngừa dược tình trạng thiếu phosphate trong quá trình quang hợp Bên cạnh đó tinh bột cũng là nguồn carbon và năng lượng dự trữ giúp cây tồn tại trong những điều kiện sống không thuận lợi Dù tinh bột chỉ được cấu tạo

từ những phân tử đường glucose, nhưng quá trình tiến hóa đã cho chúng một sự đa dạng đáng kinh ngạc Tinh bột nhận được từ mỗi loài thực vật đều có những đặc trưng riêng không giống với bất kỳ một loài nào khác Những sự khác biệt trong tính chất của tinh bột gây ngạc nhiên khi chúng ta biết bản chất sinh hóa của tinh bột lại hoàn toàn giống nhau Điều đó một phần do sự khác biệt về hệ enzyme trong mỗi loài thực vật Dù hầu hết các enzyme đặc trưng đều hiện diện trong các cơ quan chức năng, nhưng tỉ lệ của các enzyme riêng biệt có thể khác nhau và sự đóng góp của chung trong quá trình sinh tổng hợp tinh bột có cụ thể khác nhau Trên thế giới

có nhiều loại cây được sử dụng để lấy tinh bột như: bắp, sắn, củ dong, khoai lang, các loại cây họ đâu, lúa mì…trong đó bắp là loại cây lấy tinh bột quan trọng vì dễ dàng khai thác, tinh bột bắp sản xuất ra có độ tinh khiết cao, tinh bột bắp rất dễ sử dụng Không giống như bột mì, bột bắp thực sự trở nên định hình rõ ràng khi nấu chín Nó cũng được sử dụng như là một tác nhân chống kết dính trong đường bột Tình hình sản xuất tinh bột tại Châu Âu khoảng 816,2 tấn tinh bột được sản xuất hằng năm Nó bao gồm tinh bột bắp 49%, tinh bột lúa mì 29% và tinh bột khoai tây 22% Năm 2008, theo dữ liệu thống kê của tổ chức nông nghiệp và lương thực FAOSTAT cho rằng việc khai thác tinh bột từ sắn là một lựa chọn cần thiết để phục

vụ cho nhu cầu đặc biệt trong nghành thực phẩm và công nghiệp Gần 37% tinh bột được sản xuất trên thế giới là đóng góp của Châu Á vào năm 2002 trong khi khoảng 70% tinh bột sản xuất trên thế giới đã có nguồn gốc từ bắp Bắp chỉ chiếm 45% của sản xuất tinh bột ở Châu Á Cây lương thực từ rễ và củ cung cấp hơn một nữa nhu cầu tinh bột của Châu Á, đặc biệt là tinh bột sắn chiếm 24,7%, khoai lang chiếm

23,5%, và khoai tây chiếm 6% Ở Châu Á, Thái Lan là nước xuất khẩu sắn lớn nhất thế giới, khoảng 80% tổng xuất khẩu thế giới Tuy nhiên, Thái Lan chỉ đứng thứ 3 trong việc sản xuất tinh bột sắn trên thế giới, sau Brazil và Nigeria Dựa trên các phân tích thị trường toàn cầu FAO, Châu Á sẽ trở thành điểm quan trọng của thương mại quốc tế về tinh bột.

2.2.2 Cấu tạo tinh bột

Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amylose

và amylopectin Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hóa học Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết Các phương pháp để tách và xác định hàm lượng amylose và amylopectin là:

- Chiết rút amylose bằng nước nóng

- Kết tủa amylose bằng rượu

- Hấp thụ chọn lọc amylose trên xenlulozơ

Tinh bột là loại polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối nhau bởi các liên kết α- glycozit, có công thức phân tử là (C6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Các hyđratcacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá

+ Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến những tính chất hóa lý khác nhau như: nhiệt

độ hồ hoá, khả năng hấp thụ xanh metylen…Có thể dùng phương pháp lắng để phân chia một hệ thống tinh bột ra các đoạn có kích thước đồng đều để nghiên cứu

+ Dùng vi ảnh của kính hiển vi điện tử quét tinh bột sắn (hình 2)

(a) (b)

Hình 2: Tinh bột sắn (a) độ phóng đại 1500X; (b) độ phóng đại 3500X

Tinh bột huỳnh tinh gồm hầu hết các hạt lớn có dạng hình elip, trơn nhẵn và có kích thước trung bình lớn hơn tinh bột sắn (hình 3)

về hình dạng và kích thước Sự khác nhau về kích thước phụ thuộc vào nguồn gốc thực vật, điều kiện phát triển và các điều kiện thu hoạch (bảng 5)

Bảng 5: Kích thước của các loại tinh bột khác nhau

(Nguồn: Zhenghong Chen, 2003)

2.2.2.1 Thành phần hóa học của tinh bột

Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccharide khác nhau: amylose và amylopectin Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ ¼ Trong tinh bột nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin Trong tinh bột đậu xanh, dong riềng hàm lượng amylose chiếm trên dưới 50% Tỉ lệ amylose và amylopectin của các tinh bột còn được thể hiện qua bảng 6

Bảng 6: Tỉ lệ amylose và amylopectin của các tinh bột

(Nguồn: Nguyễn Thị Mai Khanh, 2008)

a Cấu trúc và tính chất của amylose

Trong vi hạt, tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 0,12nm Hạt tinh bột của tất cả các hệ có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa diện Cấu tạo và kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng như quá trình sinh trưởng của cây Cấu tạo bên trong của vi hạt tinh

0,02-bột khá phức tạp Vi hạt tinh 0,02-bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amylose dạng tinh thể và amylopectin xắp xếp theo phương hướng tâm

Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7µm; trong khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm Hơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucose của các polysaccharide phải ở dạng gấp khúc nhiều lần

Các mạch polysaccharide sắp xếp hướng tâm tạo ra độ tinh thể: Các mạch bên của một phân tử amylopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia

Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài

Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa

ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán

Hầu hết các loại tinh bột đều chứa hai loại polymer khác nhau về khối lượng phân tử

và cấu trúc hóa học:

* Amylose (hình 4) là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi liên kết α 1-4 glucozit

Có hai loại amylose:

Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (Khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi α-amylase

Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với amylase nên chỉ bị phân hủy 60%

α-Amylose được đặc trưng bởi ái lực với iode, khoảng 19-20% iode so với khối lượng phân tử của nó, phức tạo ra có màu xanh thẩm (ở bước sóng 620nm hoặc lớn hơn) Người ta cho rằng amylose có một cấu trúc xoắn khi có sự hiện diện của iode và những tác nhân hoạt động bề mặt sau đó nó len lõi vào bên trong xoắn

Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ Đường kính của xoắn

ốc là 12,97 Ao

, chiều cao của vòng xoắn là 7,91Ao

Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H

OOH

OOH

CH2OH

OH

O

Hình 4: Cấu tạo phân tử amylose

(Nguồn: Qiang Liu, 2005)

b Cấu trúc của amylopectin

Amylopectin (hình 5) 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 Vì vậy có cả cấu trúc nhánh trong amylopectin Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duy nhất

Cấu trúc phân tử amylopectin bao gồm một nhánh trung tâm (chứa liên kết 1-4) từ các nhánh này phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucose Phân tử lƣợng của amylopectin có khoảng 5.105

-1.106 Amylopectin đƣợc phân bố ngoài hạt

Hình 5: Cấu tạo phân tử amylopectin

Amylopectin có ái lực thấp đối với iode, nó tạo ra màu nâu nhạt ở bước sóng

(525-575nm)

Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét Bởi lẽ ở các

phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những

tính chất giống như amylopectin

Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amylose nhiều Trong tinh bột tỉ lệ

amylose/amylopectin khoảng ¼ Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, nguồn

gốc, loại hạt, mùa vụ và cách chăm bón

Amylose là một cấu trúc bán tinh thể được thành lập bằng cách xen kẽ giữa những

Phân tử amylose

Phân tử aylopectin

Vùng tinh thể Vùng vô định hình

Phân tử amylose

Liên kết α-1,6 nhánh trong amylopectin

Hình 6: Cấu trúc hạt tinh bột

Liên kết α-1,4 glucoside

Sự sắp xếp xoắn ốc của chuỗi glucose cạnh nhau

Sự sắp xếp vùng tinh thể

của xoắn ốc kép

(Nguồn:Donald, 2004)

phiến lá vô định hình và tinh thể Mô hình cấu trúc được hiển thị ở hình 6 Trong phiến lá tinh thể, nhánh của amylopectin được bố trí song song với nhau, trong phiến lá vô định hình tái hợp các phân tử phân nhánh Các phân tử amylase được tìm thấy trong phiến lá vô định hình giữa các phân tử amylopectin Thông thường phiến lá tinh thể và vô định hình dày khoảng 5-6mm và 2-5mm (Qiang Liu, 2005)

2.2.3 Vai trò của nước trong hạt tinh bột

Tinh bột được sinh tổng hợp trong môi trường nước, hay nói cách khác nước là một thành phần không thể tách rời của cấu trúc hạt khi tham gia vào quá trình hydrat hóa quan trọng diễn ra trong quá trình gelatin hóa, trương nở và sự phân tán của các hạt tinh bột Ở nhiệt độ phòng, hạt tinh bột không tan trong nước, nó chỉ hấp thụ nước đến một mức độ giới hạn Sự hấp thụ nước trong tinh bột có liên quan đến các vùng

vô dịnh hình bởi vì vùng tinh thể có một hàm lượng nước được xác định Trong quá trình mất nước, các hạt tinh bột co lại và đã chỉ ra những thay đổi trong hạt tinh bột kèm theo quá trình khô do mất nước Bởi vì tinh bột là một polymer sinh học không đồng nhất và bán tinh thể, liên kết của nước phụ thuộc vào mật độ và sự xếp của chuỗi tinh bột, nhiều khoảng trống rất nhỏ, nơi mà nước có thể thâm nhập vào với một sự gia tăng thể tích tương đối nhỏ Sau khi lấp đầy, nước đóng góp cho một cấu trúc bán tinh thể của hạt tinh bột Tăng hàm lượng nước trong tinh bột kết quả làm gia tăng khả năng di chuyển phân tử của chuỗi trong vùng vô định hình

2.2.4 Các tính chất của tinh bột

2.2.4.1 Tính chất vật lý của tinh bột

a Sự hòa tan của tinh bột

Tinh bột ở nhiệt độ thường không có khả năng hòa tan trong nước, cồn, ete, benzen Tinh bột có khả năng hòa tan trong dung dịch kiềm và dung dịch của một số muối kiềm loại nặng Tinh bột tan trong môi trường kiềm tốt hơn môi trường trung tính và acid vì kiềm có tác dụng ion hóa từng phần do đó làm cho phân tử polysaccharide hydrat hóa tốt hơn Amylose mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước, amylopectin khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng

Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột

Tuy không hòa tan nhưng trong nước tinh bột vẫn hút 25-30% nước và hầu như không trương nở tinh bột, sau khi sấy khô có khả năng hút nước rất mạnh

b Sự trương nở

Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp: 9,1%, tinh bột khoai tây: 12,7%, tinh bột sắn: 28,4%

c Sự gelatin hóa

16

Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột

Tinh bột trong nước

Nâng nhiệt đến nhiệt độ tạo gel

Hình thành gel

Hình 7: Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột

Khả năng trương nở của tinh bột trong nước khi tăng nhiệt độ tạo thành dung dịch keo là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột, khi dun nóng tinh bột trong nước tính chất vật lý của tinh bột biến đổi nhiều, ở trạng thái này độ nhớt và khả năng xuyên sáng của dung dịch tinh bột tăng lên rất rõ, chất khô hòa tan bị hao hụt 4% Thể tích hạt tinh bột tăng lên rất nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột bị nứt ra

và giải phóng các thành phần amylose và amylopectin ở dạng cấu trúc vô dịnh hình, nhiệt độ ở trạng thái này gọi là nhiệt độ hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo Phân

tử tinh 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

Trong suốt quá trình chuyển động bình thường, các phân tử mạch thẳng thường va chạm với nhau, tiếp theo là bao xung quanh chặt chẻ giữa các phân tử bị cắt ra, những nhóm hydroxyl tạm thời này nhanh chóng liên kết với nhau bằng liên kết hydro để hình thành cầu nối giữa các phân tử Khi sự va chạm này cứ tiếp tục mãi, liên kết hydro được hình thành và những phân tử dần dần tụ hợp lại thành phân tử lớn trong trường hợp của phân tử amylopectin, cấu trúc nhánh của nó ngăn chặn sự sắp xếp gần nhau của những phân tử lân cận Bởi vì những nhóm hydroxyl của tinh bột sẵn sàng liên kết với nhau nên hạt tinh bột không thể lấy nước một cách tự do

Do đó, tinh bột tự nhiên hydrate lên tối đa đến 30-40% và trương nở nhưng ít trong nước

Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong 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 kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột diễn ra đều giống nhau: ban đầu độ nhớt tăng dần sau đó cực đại rồi giảm xuống Sự hồ hóa tinh bột không xảy

ra ở nhiệt độ nhất định mà thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ hồ hóa của tinh bột có nguồn gốc khác nhau thì rất khác nhau, nồng độ huyền phù tinh bột, tốc

độ đun nóng huyền phù đều có ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa

có nhóm hydroxyl (-OH) vừa có nhóm tiếp nhận hydro Các phân tử amylose mạch thẳng và dài thương định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn so với giữa các phân

tử amylopectin amylopectin kết tinh trong gel đã thoái hóa có thể được tan chảy ở

55oC, trong khi amylose kết tinh, nhiệt độ tan chảy lên đến 130oC (Zhenghong Chen, 2003)

Ngoài nguồn gốc tinh bột ra sự thoái hóa cũng phụ thuộc vào nồng độ tinh bột, nhiệt

độ bảo quản và pH Sự thoái hóa nói chung là kích thích bởi nồng độ tinh bột cao, nhiệt độ lưu trữ thấp và giá trị pH từ 5-7(pH>10 sự thoái hóa không xảy ra, pH<2 tốc độ thoái hóa vô cùng bé), các muối cation có thể làm chậm sự thoái hóa của tinh bột

Quá trình thoái hóa tinh bột là quá trình quan trọng trong ứng dụng công nghiệp của tinh bột, vì nó có thể là điểm kết thúc mong muốn trong những ứng dụng nhất định, nhưng nó có thể là nguyên nhân gây ra sự bất ổn định trong khối paste tinh bột Sự thay đổi cấu trúc bằng phương pháp di truyền để thay đổi con đường sinh tổng hợp tinh bột hoặc bằng cách biến hình hóa học và vật lý đã được sử dụng để làm thay đổi quá trình thoái hóa

e Tính hấp phụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự Sự hấp phụ và phản hấp phụ với nước, các chất ở thể khí và thể hơi trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt có ý nghĩa quan trọng.Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng

f Khả năng tạo màng

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng

độ nhất định sau đó hồ hóa sơ bộ để tạo độ nhớt nhất định Trong dung dịch hồ hóa tinh bột, để tạo màng các phân tử tinh bột (amylose và amylopectin) sẽ dàn phẵng

ra, sắp xếp lại và tương tác với nhau bằng liên kết hydro và gián tiếp qua phân tử nước Việc hình thành màng có thể xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Từ bề mặt bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các hạt tinh bột gần nhau

và sắp xếp lại thành lớp

Giai đoạn 2: Nước nằm giữa các hạt tiếp tục bốc hơi Các hạt tiếp xúc nhiều hơn và biến dạng Sức căng bề mặt lúc này có vai trò rất lớn, có khuynh hướng làm co bề mặt hệ thống và phụ thuộc vào độ nhớt của chúng

Giai đoạn 3: Khi tiếp xúc nhau các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết Tính chất cơ lý của màng phụ thuộc các hiện tượng xảy ra trong giai đoạn này

Ngoài ra tinh bột còn có những tính chất như: Khả năng tạo sợi, khả năng đồng tạo gel với protein, khả năng phồng nở, tính chất cơ cấu trúc của tinh bột

2.2.4.2 Tính chất hóa học của tinh bột

a Phản ứng thủy phân

Hình 8: Phản ứng thủy phân

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng axít (hình 8) hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng paste Bản chất của quá trình phản ứng là liên kết acetal bị cắt đứt dưới tác dụng của nước Tuy vậy, phản ứng thủy phân trong nước tốc độ rất bé ngay cả ở nhiệt độ cao Đối với enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường dùng là α- amylase, β- amylase Acid và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường

b Phản ứng tạo phức

Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iode Khi tương tác với iode, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iode có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan

Để phản ứng được thì các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iode Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iode vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Acid và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng

Amylose với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iode, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iode Amylopectin tương tác với iode cho màu nâu tím

Về bản chất phản ứng màu với iode là hình thành nên hợp chất hấp thụ

Ngoài khả năng tạo phức với iode, amylose còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp

Phức của amylose với các chất tạo phức thường không tan trong nước và dễ dàng kết tủa khi để yên dung dịch Amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và bền vững Amylopectin không có khả năng tạo phức với butanol và các hợp chất hữu cơ khác

c Phản ứng oxy hóa với periodate

Tinh bột có chứa 3 nhóm hydroxyl có khả năng phản ứng với tác nhân oxy hóa Phản ứng với oxy hóa có thể được sử dụng để làm sang tỏ sự hình thành cấu trúc của tinh bột Ví dụ: hai nhóm hydroxyl cạnh nhau có thể phản ứng với acid periodic hoặc với muối của nó để hình thành hai nhóm aldehyde khi tách chuổi C

Phản ứng này sẽ tiêu thụ một mol periodate Trong trường hợp của αβγ-triols, sự phân tách đôi của chuỗi C sẽ xảy ra cả hai mặt của vị trí β Phản ứng này sẽ tiêu thụ hai phân tử periodate và hình thành hai nhóm aldehyde và một acid formic

Đối với polysaccharide đơn vị đường với liên kết khác nhau sẽ khác nhau đáng kể trong cách chúng phản ứng với periodate Ví dụ, phân tử có nhóm cuối không khử hoặc liên kết α-(1→4) glucoside ở đầu hoặc cuối có 3 nhóm hydroxyl gần kề, sự phân tách đôi sẽ xảy ra và phản ứng tiêu thụ hai mol periodate và cho một phân tử HCOOH Việc định lượng periodate tiêu thụ và acid formic hình thành, kết hợp với

sự hình thành periodate có thể dùng để ước tính mức độ trùng hợp của liên kết (1→4) polysaccharide Mỗi liên kết (1→4) của polymer sẽ giải phóng 3 acid formic sau phản ứng oxy hóa: một từ đầu không khử và hai từ đầu khử

Trong thực nghiệm, polysaccharide được oxy hóa trong dung dịch loãng ở nhiệt độ thấp (chẳng hạn 4oC) Hàm lượng formic sinh ra và periodate tiêu thụ được xác định

ở khoảng thời gian, giá trị không đổi cho phép đo lường acid formic và periodate được chỉ ra ở cuối phản ứng Nồng độ periodate có thể được đo lường bởi phương pháp chuẩn độ hoặc quang phổ Acid formic có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ trực tiếp với dung dịch kiềm

2.3 TINH BỘT BIẾN HÌNH

Tinh bột đã được biết đến từ hàng nghìn năm Người La Mã gọi là amilum, một từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là amilon Năm 1804 Bouillon-langrange lần đầu tiên đã thuyết trình sự sản xuất dextrin bằng cách nung tinh bột Năm 1821, một trận hỏa hoạn xảy ra ở nhà máy dệt Dublin, nơi mà sử dụng tinh bột như một chất phụ gia

nhân thấy rằng một số tinh bột đã chuyển sang màu nâu bởi nhiệt độ và hòa tan trong nước rất nhiều Năm 1811, Kirehoff đã khám phá rằng đường có thể sản xuất

từ tinh bột khoai tây bằng cách thủy phân với acid, vì sự nhập cây mía đường ở Đông Ấn trong giai đoạn này bị hạn chế bởi chiến tranh Napoleonic, thì kỹ thuật này đã được ứng dụng để thay đổi độ ngọt tự nhiên Đầu năm 1830, cùng lúc với việc mở rộng nhà máy tinh bột khoai tây, đường từ tinh bột đã đi vào sử dụng trong sản xuất rượu ở đức Nacgeli (1874) đã chỉ ra rằng, hạt tinh bột thủy phân bằng acid

sẽ cung cấp mạch phân tử ngắn Sản phẩm của Nacgeli và những sản phẩm khác của Lintner (1886) đã tạo thành một nền cơ bản cho tính dễ tan của tinh bột

Ngày nay tinh bột biến hình ngày càng được sử dụng phổ biến vì các tính chất chức năng của tinh bột được cải thiện hơn ví dụ: Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bị hạn chế Các hạt tinh bột bắp nếu ở dạng chưa biến tính, khi đun nóng sẽ dễ dàng hyđrat hoá, trương nhanh rồi vỡ hạt làm giảm độ nhớt để tạo nên một khối keo và dễ chảy Vì vậy làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột này trong nhiều loại thương phẩm Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ở tính chảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột, tính không hoà tan, tính kém trương nở, độ nhớt tăng trong nước lạnh, sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớt sau khi nấu Sự dính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bột đã nấu, đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dễ thoái hoá khi kéo dài thời gian đun nóng hay giảm pH nghiên cứu sản xuất tinh bột biến hình góp phần tăng giá trị của tinh bột và góp phần phát triển nền kinh tế Những hạn chế của tinh bột tự nhiên không thể sử dụng trong công nghiệp thực phẩm như:

Dễ dàng bị cắt: khi nấu tinh bột tự nhiên đễ bị vỡ trong suốt quá trình chế biến, mất

độ nhớt Để khắc phục nhược điểm đó tinh bột phải được biến đổi để liết kết các phân tử tinh bột lại tạo liên kết gọi là liên kết ngang sẽ khắc phục được nhược điểm này

Sự ổn định kém: sau khi nấu tinh bột tự nhiên nhanh chóng trở nên trong suốt và thoái hóa Quá trình này sẽ được thúc đẩy ở điều kiện đông lạnh và tan giá

Giảm độ hòa tan: tinh bột tự nhiên rất khó hòa tan trong nước, để tăng độ hòa tan ta

có thể dung enzyme hoặc acid để thủy phân và phân cắt các mạch phân tử trong tinh bột để tăng độ hòa tan

Tinh bột đã được biến hình lần đầu để khắc phục những thiếu sót trên vào cuối những năm 1930, tinh bột đã được sử dụng như một chất làm dày trong thực phẩm đóng hộp, làm dày trong chả cá, chả thịt và bánh pudding Tinh bột có thể biến hình bằng 3 phương pháp: vật lý, sinh học và hóa học Tinh bột có thể được biến đổi về

vật lý để cải thiện độ hòa tan trong nước và thay đổi đặt tính của hạt Các phương

pháp biến đổi vật lý liên quan đến việc xử lý hạt tinh bột tự nhiên với nhiệt ẩm và hồ

hóa sơ bộ Tinh bột được biến hình một cách rộng rãi bằng phương pháp hóa học,

những phương pháp hóa học phổ biến nhất là xử lý bằng acid, tạo liên kết ngang và

oxy hóa, thay thế bao gồm ester hóa và ether hóa Bên cạnh đó sự phát triển của

công nghệ sinh học cung cấp những phương pháp khác nữa cho sự biến hình tinh

bột bằng cách sử dụng enzyme

* Các phương pháp biến hình tinh bột

- Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

+ Phá hủy tinh bột bằng lực cơ học

+ Gia nhiệt ở nhiệt độ cao

+ Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

+ Biến tính bằng cách trộn với chất rắn trơ

- Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học

+ Biến tính nhẹ bằng acid

+ biến tính bằng phương pháp oxy hóa

+ biến tính bằng xử lý tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông

+ Biến tính bằng cách tạo ra liên kết ngang

+ Biến tính bằng cách gắn thêm nhóm phosphate

- Biến tính tinh bột bằng enzyme: Thường sử dụng enzyme amylase để phân

cắt phân tử tinh bột tạo ra các sản phẩm như:

+ Mantodetrin

+ Đường ngọt glucozơ và fructozơ

+ Polyol, sorbitol, mannitol

+ Acid amin : MSG, lyzine

+ Acid hữu cơ : acid citric

+ Rượu : Ethanol, axetol, butenol

2.3.1 Phương pháp biến hình tinh bột bằng vật lý

Các dạng tinh bột biến tính này nhận được nhờ các tác động vật lý như cắt, trộn hay

xử lý nhiệt Kết hợp xử lý nhiệt và cắt thường được dùng để sản xuất các sản phẩm

ép đùn và bánh snack Các sản phẩm phổ biến như là tinh bột alpha và tinh bột xử lý

nhiệt ẩm nhận được sau các qua trình nhiệt Sau đây là các phương pháp biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

2.3.1.1 Biến tính trộn với chất rắn trơ

Tinh bột nếu hoà trộn trực tiếp vào nước thì sẽ vón cục Để tinh bột hoà tan tốt trước hết ta đem nó trộn với chất rắn trơ Các hợp chất không phải ion Khi trộn đều với các chất này sẽ làm cho tinh bột cách biệt nhau về vật lí do đó sẽ cho phép chúng hyđrat hoá một cách độc lập và không kết lại thành cục

2.3.1.2 Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

Trước hết tinh bột được hồ hoá trong một lượng nước, sau đó sấy khô Dưới tác dụng của nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này Tinh bột hồ hoá sơ bộ có những tính chất: Trương nhanh trong nước, biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản, bền khi ở nhiệt độ thấp,có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt Vì vậy tinh bột biến tính bằng hồ hó sơ bộ được dùng rộng rãi trong trường hợp cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu Dùng tinh bột hồ hoá sơ bộ còn tránh được tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo… Ngoài ra, tinh bột hồ hoá sơ bộ còn được sử dụng trong các nghành công nghiệp khác Chẳng hạn, thêm tinh bột dạng này vào các dung dịch khoan (khi khoan các giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết

2.3.1.3 Biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Tinh bột được gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao từ 120 - 150oC, trong thời gian nhất định Sản phẩm thu được từ phương pháp này gọi là dextrin và pirodextrin Tinh bột biến tính bằng phương pháp này tạo cho nó có độ hoà tan trong nước lạnh cao hơn tinh bột ban đầu Do đó, dextrin được sử dụng làm chất mang các thành phần hoạt động như các bột thực phẩm hoặc dùng làm dung môi hoặc chất mang các chất màu Pirodextrin dùng làm chất đặc cho thuốc nhuộm sợi Người ta thường dùng sản phẩm tinh bột biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao để pha keo dán phong bì, dán nhãn chai Trong công nghiệp dược, dextrin trắng được làm nguồn thức ăn cacbon đồng hoá chậm Thay cho glucose khi điều chế một số kháng sinh bằng phương pháp lên men, nó là chất độn (bổ sung) cho các loại thuốc dưỡng bệnh, chất độn chuẩn cho các loại thuốc Trong thức ăn dùng cho trẻ con và người lớn thì dextrin dễ nấu chín, dễ hấp thụ, dễ tiêu hoá

2.3.2 Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme

Dưới tác dụng của enzyme amylase, phân tử tinh bột hoặc bị cắt ngẫu nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị hoặc bị cắt thành từng phần hai đơn vị glucose một, do đó mà tính chất của dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo

Enzyme α-amylase thuỷ phân các liên kết α-1,4 trên nhiều mạch và tại nhiều vị trí của cùng một mạch, giải phóng ra glucozơ và các oligosacarit có từ 2 đến 7 đơn vị glucose Kết quả tác động của α-amylase thường làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột, do đó người ta còn gọi là amylase dịch hoá Cách thức tác dụng của α-amylase phụ thuộc vào nguồn gốc và bản chất của cơ chất Khi bị thuỷ phân amylose, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là maltozơ và maltotriozơ Do maltotriozơ bền hơn nên việc thuỷ phân nó thành maltozơ và glucozơ được thực hiện sau đó Khi thuỷ phân amylopectin trong dung dịch, ngoài glucozơ, maltozơ và maltotriozơ còn có thêm các dextrin giới hạn có nhánh Các dextrin giới hạn này thường có chứa các liên kết α-1,6 của polyme ban đầu cộng với các liên kết α-1,4 kề bên, bền với phản ứng thuỷ phân Tuỳ theo nguồn gốc của α-amylase, các α-dextrin giới hạn này

có thể chứa 3, 4 hoặc 5 đơn vị glucozơ Enzyme α-amylase xúc tác thuỷ phân các liên kết α-1,4 của amylose và amylopectin từ đầu mạch không khử và giải phóng ra maltozơ Tác động của enzim sẽ ngừng lại ở chỗ sát với liên kết α– 1,6

Amylose thường bị emzyme thuỷ phân hoàn toàn trong khi đó trong cùng điều kiện thì chỉ có 55% amylopectin được chuyển hoá thành maltozơ Phần còn lại của sự thuỷ phân amylopectin là dextrin giới hạn có phân tử lượng cao và có chứa tất cả các liên kết α-1,6 của phân tử ban đầu

2.3.3 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 tính hoá học

Vì vậy tinh bột được biến tính bằng nhiều phương pháp khác nhau như: Biến tính bằng axit, bằng phương pháp oxi hoá, phương pháp liên kết ngang (như dạng gắn photphat hay adiphat), phương pháp este hoá hay chuyển đổi dẫn xuất dextrin Sự thay đổi về mặt tính chất vật lí và hoá học của tinh bột mang lại nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm

2.3.3.1 Biến tính bằng phương pháp oxi hoá

Việc xử lí tinh bột bằng các chất oxi hoá đã được biết đến từ rất lâu và đã được sử dụng rộng rãi Cơ chế của quá trình oxi hoá cũng được biết đến để giải thích về cấu trúc hoá học, kích thước phân tử tinh bột sau quá trình oxi hoá Đầu tiên con người

sử dụng các chất oxi hoá như: hydroperoxit, acid peraxetic, pemanganat pesunfat…Chủ yếu để làm trắng, loại bỏ các chất bẩn và xử lí quá trình tiệt trùng mà

không dùng để biến tính tinh bột Tuy nhiên chủ yếu là việc sử dụng clorin để biến tính tinh bột ở những cấp độ khác nhau Nó làm biến đổi kích thước phân tử và cấu trúc hoá học tự nhiên của phân tử tinh bột Quá trình này đã được tiến hành thực nghiệm Khi biến tính bằng oxi hoá, hình dạng tinh bột không thay đổi nhưng kích thước tinh bột sẽ tăng lên, trong khi đó tinh bột nếp thì không thay đổi Trong phân

tử tinh bột oxi hoá có tạo ra các nhóm cacboxyl và nhóm cacbonyl Sự oxi hoá thường xảy ra ở các bon C2, C3, C6 Quá trình oxi hoá bằng halogen và natri hypoclorit có thể xảy ra 4 trường hợp khác nhau tạo ra các sản phẩm riêng biệt tuỳ

thuộc vào các chất oxi hoá và mức độ oxi hoá

* Quá trình oxi hoá bằng cách chuyển nhóm anđehit thành nhóm cacboxyl tạo ra các aldonic, có tên là nhóm cuối axit D – gluconic:

O

C O H

O OH OH

OH H

Tho¸i ph©n O

O OH

OH

CH2OH

* Quá trình oxi hoá nhóm hydroxyl thứ hai thành nhóm xeton Phản ứng này chỉ ra quá trình oxi hoá nhóm OH- thứ ba thành nhóm cacbonyl và chỉ ra sự có mặt của nhóm xeton:

OH

* Quá trình oxi hoá 2,3 – glucol thành diandehit và dicacboxilic ở các vị trí nhóm hydroxyl khác nhau và quá trình oxi hoá xảy ra ở C1, C2, C3, C6 định lượng tính chất của tinh bột

OH

CH2OH

OH O

H

Tinh bột tham gia vào quá trình oxi hoá phải chiụ tác dụng của chất oxi hoá trong pha dị thể Sự đa dạng về cấu trúc và tính chất tinh bột dẫn đến nhiều phương pháp khác nhau làm cho hồ tinh bột oxi hoá có nhiều cấu tạo và tính chất khác nhau

Tính chất của tinh bột oxi hoá

Về hạt của tinh bột oxi hoá tương tự như tinh bột ban đầu Chúng cho vết màu xanh với iode như tinh bột chưa biến hình nhưng chúng trắng hơn tinh bột ban đầu Đó là

do phản ứng tẩy trắng của natri hypoclorit lên các vết bẩn tinh bột Quá trình xử lí bằng natri hypoclorit hoạt hoá quá trình hoà tan các vết bẩn làm cho chúng được rửa sạch khỏi tinh bột Tuy nhiên, tinh bột này nhạy cảm với nhiệt hơn, nếu chúng được làm khô ở nhiệt độ cao chúng có khuynh hướng đổi màu

Sự tạo ra nhóm cacboxyl và cacbonyl, sự đứt liên kết glucose xảy ra trong suốt quá trình oxi hoá phụ thuộc vào mức độ phản ứng Nói chung khi mức độ phản ứng tăng lên thì trọng lượng phân tử giảm, độ nhớt thực giảm, số nhóm cacbonyl và nhóm cacboxyl tăng, tương quan giữa số nhóm cacbonyl và cacboxyl phụ thuộc vào điều kiện phản ứng

Quá trình oxi hoá làm giảm độ nhớt hoặc làm tăng độ chảy của hồ Vì thế nó có thể

hồ hóa trong nước ở nhiệt độ thấp hơn tinh bột chưa biến tính Nói chung khi mức

độ oxi hoá tăng thì độ lỏng tăng Tuy nhiên, khi xử lí ở nồng độ natri hypoclorit thấp dưới điều kiện acid nhẹ hoặc kiềm loãng, hay quá trình oxi hoá bằng cách điện phân dung dịch kiềm natri clorua thì độ nhớt thực tăng lên

Tinh bột oxi hoá có nhiệt độ hồ hoá thấp hơn tinh bột ban đầu phụ thuộc vào mức

độ oxi hoá, mức độ oxi hoá càng cao thì nhiệt độ hồ hoá càng giảm Với phương pháp này độ nhớt của tinh bột giảm trong suốt quá trình hồ hoá Sau khi hồ hoá trong nước nóng và lạnh, dạng hồ của tinh bột oxi hoá không đặc lên và gần như ở trạng thái lỏng Vì vậy tinh bột oxi hoá được sử dụng để ổn định dạng hồ trong một

số sản phẩm

Khả năng phân lớp và ổn định hồ tinh bột oxi hoá cao hơn so với tinh bột biến tính acid Đó là thuộc tính chủ yếu để phát hiện sự hiện diện của nhóm cacboxyl trong phân tử tinh bột trong suốt quá trình oxi hoá

Dạng hồ của tinh bột oxi hoá bằng natri hypoclorit ứng dụng rất tốt trong sản xuất bánh kẹo Trong sản xuất kẹo, tinh bột biến tính bằng natri hypoclorit được sử dụng rộng rãi hơn so với biến tính bằng acid vì khả năng ổn định của nó cao hơn khi có mặt của đường và cho vị hoàn thiện hơn so với tinh bột biến tính bằng acid

Tinh bột oxi hoá bởi natri hypoclorit có khuynh hướng tạo màng đồng nhất, ít bị co lại và ít bị gãy hơn so với những loại tinh bột biến tính bằng acid hoặc chưa biến tính Dạng màng của nó có khả năng hoà tan trong nước cao hơn so với tinh bột chưa biến tính hoặc biến tính bằng acid Thuộc tính này là do nhóm ưa nước cacboxyl được hình thành trong quá trình oxi hoá

2.3.3.2 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 và có thể ozon thoát ra trong phản ứng Ngoài ra, còn xảy ra phản ứng thuỷ phân từng phần tinh bột dưới tác dụng của axit Khi tăng mức độ biến tính thì trọng lượng phân tử tinh bột, độ nhớt của hồ và nhiệt độ hồ hoá giảm Đặc trưng của phương pháp này là tinh bột có khả năng tạo đông cao, không còn mùi đặc biệt và có độ trắng cao Tinh bột keo đông được sử dụng làm chất ổn định trong sản xuất kem và có thể dùng thay thế aga-aga

2.3.3.3 Biến tính bằng cách gắn thêm nhóm photphat

Có thể biến tính tinh bột thành tinh bột dihydrro phosphat khi một nhóm chức của

H3PO4 được este hoá với nhóm OH của tinh bột hay tinh bột monohydro photphat nếu hai nhóm chức của acid H3PO4 được este hoá Đặc tính của biến tính tinh 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 tính bằng 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 lý da bị thương và bị bỏng

2.3.3.4 Biến tính bằng acid

Dưới tác dụng của acid, một phần liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột

bị đứt làm cho kích thước tinh bột giảm đi và ta thu được tinh bột có tính chất mới Người ta thường biến tính tinh bột bằng cách khuếch tán huyền phù tinh bột (36-40%) trong dung dịch acid vô cơ rồi khuấy đều đến nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ hồ

hoá của tinh bột (thường 40-600C) trong khoảng thời gian một đến nhiều giờ Khi đạt đến độ nhớt hay đạt đến độ biến hình theo yêu thì acid được trung hoà và tinh bột thu hồi bằng cách lọc hay li tâm, rửa và sấy khô Nồng độ acid, nhiệt độ, nồng

độ tinh bột và thời gian thuỷ phân khác nhau tuỳ thuộc vào nhà sản xuất

Acid vô cơ thường sử dụng là HCl, H2SO4 Theo Ferrara thì hỗn hợp acid HCl và

HF dùng để xử lí tinh bột sẽ tạo gel chậm hơn nhiều khi xử lí HCl riêng rẽ Trong quá trình biến tính tinh bột thì phản ứng acid gây ra sự thuỷ phân liên kết glucozit trong phân tử tinh bột như sau:

O OH

CH2OH OH

O OH

CH2OH

OH

O OH

O OH

Sự thuỷ phân acid xảy ra ở hai bước sau:

- Sự tấn công trước hết vào vô định hình, giàu amylopectin Đặc biệt là những điểm phân nhánh (1,6 ) α-D-glucozit dễ bị tấn công

- Sau đó tấn công chậm chạp vào vùng kết tinh và vùng có tổ chức cao của amylopectin và amylose

Sản phẩm của sự thuỷ phân không hoàn toàn tinh bột gọi là dextrin Dextrin là hỗn hợp của mono, oligo và polysacarit Tuỳ theo nguồn gốc và điều kiện thuỷ phân, mức độ thuỷ phân mà sản phẩm thu được khác nhau về cả chất lượng và phạm vi sử dụng Sản phẩm đa dạng nên tên gọi của chúng trong thương mại cũng rất khác nhau ví dụ: Tinh bột „sôi loãng‟ (thin boiling starch), kẹo Bristish (Bristish gum), dextrin trắng (white dextrin), dextrin thực phẩm (canary dextrin), mạch nha (starch syrup) Tên chung của chúng là gluxidex có kèm theo chỉ số DE (Dextrose Equivalent) để chỉ khả năng khử tính theo glucose) của loại gluxidex đó Đường glucose tinh khiết có chỉ số DE=100 Sản phẩm có chỉ số DE < 20 gọi là malto–dextrin và DE > 20 gọi là syro glucozơ khô (dried glucoza syrup) Gluxidex thương phẩm là dạng bột mịn thu được bằng phương pháp sấy phun dung dịch thuỷ phân tinh bột

Tinh bột biến tính bằng acid có sự thay đổi nhiều về tính chất so với tinh bột chưa biến tính và có thêm những đặc tính mới, chỉ còn giống tinh bột ban đầu ở hình dạng vật lí, chỉ có sự thay đổi nhỏ về tính lưỡng chiết mà không có sự thay đổi trực tiếp

về hình dạng hạt

Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng acid giảm thấp Sự giảm độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng acid là do phá huỷ vùng định hình giữa các mixen của hạt và làm yếu cấu trúc của hạt rồi dẫn đến sự phá hủy hạt ngay cả khi hạt trương không đáng

kể Nguyên nhân làm giảm độ nhớt của hồ tinh bột là do độ hoà tan của nó trong nước sôi rất lớn cũng có nghĩa là pha gián đoạn của nó giảm đi

Chỉ số kiềm của tinh bột biến tính bằng acid tăng lên Chỉ số kiềm là lượng kiềm 0.1

M tiêu tốn để hoà tan 10 g tinh bột khô ở nhiệt độ sôi trong thời gian 1 giờ Chỉ số kiềm có liên quan đến nhóm anđehit Khi kích thước phân tử tinh bột nhỏ thì số lượng nhóm anđehit tăng lên Điều này phản ánh sự tăng chỉ số kiềm theo quá trình thuỷ phân

Khối lượng phân tử của tinh bột biến tính giảm, mức độ trùng hợp cũng giảm Ví dụ: mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột khoai tây giảm liên tục theo thời gian Cùng thuỷ phân tinh bột bằng HCl 0,2 N ở 450

C thì sau 1 giờ biến tính mức độ trùng hợp

là 1630, sau 4 giờ giảm xuống còn 990 Kích thước phân tử tinh bột giảm nhờ vào

sự thuỷ phân bằng acid nghĩa là số nhóm khử tăng lên khi mức độ thuỷ phân tăng

Nó được đo bằng chỉ số kiềm Chỉ số kiềm tăng khi mức độ thuỷ phân tăng

Tinh bột biến tính bằng phương pháp acid có độ bền màng cao Vì vậy nó thích hợp trong việc ứng dụng đặc tính tạo gel, tạo màng cho sản phẩm Độ bền gel của tinh bột tăng lên bằng cách hiệu chỉnh điều kiện sản xuất Vì vậy nếu dưới điều kiện thường mà sự biến đổi được tiến hành với H2SO4 0.1 N ở thời gian phản ứng thì sẽ tạo thành tinh bột biến tính có độ bền gel lớn

2.3.3.5 Biến hình tinh bột bằng kiềm

Trong môi trường kiềm tinh bột rất dể hòa tan vì kiềm làm ion hóa từng phần và do

đó làm cho sự hyđrat hóa tốt hơn

Kiềm cũng làm phá hủy tinh bột từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol (phản ứng chuyển hoán) để cuối cùng tạo ra những hợp chất có màu kiểu humic Sự phá hủy kiềm cũng có thể xảy ra ngẫu nhiên ở giữa mạch nhất là khi có mặt oxy và có gia nhiệt

Sản phẩm bánh giò là kết quả của sự biến hình tinh bột bằng kiềm dựa trên nguyên

lý trên Trong thực tế người ta thường xử lý hạt gạo nếp bằng một hổn hợp các oxit kim loại của nước tro có tính kiềm vừa phải và hài hòa (trong thành phần của nước

tro thường có các oxit như: K2O, Na2O, MgO, CaO…) sau đó gói lại và gia nhiệt Sản phẩm thu được chẳng những có trạng thái đồng thể, nhuyễn, mịn, dai, dẻo có màu sắc đẹp mà còn được bổ sung thêm những nguyên tố tro mới do đó giá trị dinh dưỡng được tăng thêm

2.3.3.6 Tinh bột ester hóa

Tinh bột ester hóa là một nhóm của tinh bột biến hình trong đó một số nhóm hyđroxyl đã được thay thế bởi nhóm ester Mức độ thay thế của nhóm hyđroxyl dọc theo chuỗi tinh bột thường được biểu diển là mức độ trung bình thay thế (DS) DS là mol của chất thay thế trên mol của đơn vị anhydro glucose DS tối đa là 3, khi ba nhóm hyđroxyl được thay thế mỗi đơn vị glucose theo chuỗi tinh bột Ba loại tinh bột ester hóa được giới thiệu bên dưới là tinh bột acetate, tinh bột succinate và tinh bột phosphate

Tinh bột acetate: Tinh bột acetate là dạng được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp thực phẩm, đặt biệt trong sản xuất các loại gia vị và nước chấm Thông thường, tinh bột acetate được tạo ra khi cho viny acetate (mã 7,5 %) phản ứng với sữa tinh bột trong môt trường kiềm Mức độ acetyl hóa cho phép đối với tinh bột acetate dùng cho thực phẩm không quá 2,5% Tinh bột được acetyl hóa với DS thấp thường thu được bởi sự ester hóa của tinh bột tư nhiên với anhyđride acetic trong môi trường dung dịch với sự hiện diện của chất xúc tác là kiềm trong quá trình acety hóa, ba nhóm hydroxyl ở C2,C3 và C6 của phân tử tinh bột có thể được thay thế bởi những nhóm acetyl Theo lý thuyết mức độ thay thế lớn nhất bằng 3 (DS=3) Tinh bột succinate: Tinh bột succinate được tạo ra bằng cách phản ứng với succinic alhyđride trong môi trường kiềm Tinh bột succinate được sử dụng như là một chất kết dính, làm dày dòng súp, thức ăn nhẹ, thức ăn đóng hộp và các loại thực phẩm lạnh vì những đặt tính mong muốn của nó như tạo độ đặc cao, sự ổn định sau khi làm lạnh và tan giá, nhiệt độ gelatin hóa giảm Tinh bột succinate đã được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm

Tinh bột phosphate: Tinh bột phosphate được tạo ra bằng cách phản ứng với sodium tripolyphosphate

2.3.3.7 Dextrin

Đun nóng tinh bột (có độ ẩm thấp hơn 15%) tới nhiệt độ 100-200oC khi có mặt một lượng nhỏ chất xúc tác là acid (hoặc kiềm) sẽ tạo ra các dextrin Khi tinh bột được gia nhiệt tới nhiệt độ 95-120o

C trong điều kiện acid phù hợp, ta thu được dextrin trắng Trong khoảng nhiệt độ từ 150-180o

C, một chuỗi các dextrin màu vàng nhạt