ẢNH HƢỞNG của PHƢƠNG PHÁP LIÊN kết NGANG đến một số TÍNH CHẤT lý hóa của TINH bột sắn

iii TÓM TẮT Đề tài nhằm mục đích khảo sát ảnh hưởng của gốc phosphate đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn biến hình bằng cách tạo liên kết ngang với tác nhân khác nhau.. Kết qu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ DIỄM NGÂN

ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT NGANG ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA

TINH BỘT SẮN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CỬ NHÂN HÓA HỌC

2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

NGUYỄN THỊ DIỄM NGÂN

ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT NGANG ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA

TINH BỘT SẮN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CỬ NHÂN HÓA HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths NGUYỄN NHẬT MINH PHƯƠNG

2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Luận văn tốt nghiệp đại học ngành: Hóa Học

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Bộ môn: Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán bộ hướng dẫn: Ths Nguyễn Nhật Minh Phương Tên đề tài: Ảnh hưởng của phương pháp liên kết ngang đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Diễm Ngân MSSV: 2111940

Lớp Hóa học – Khóa 37 Nội dung nhận xét: Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp: Đánh giá nội dung thực hiện đề tài:

Những vấn đề còn hạn chế:

Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:

Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Bộ môn: Hóa học - -

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán bộ phản biện: Tên đề tài: Ảnh hưởng của phương pháp liên kết ngang đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Diễm Ngân MSSV: 2111940

Lớp Hóa học – Khóa 37 Nội dung nhận xét: Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp: Đánh giá nội dung thực hiện đề tài:

Những vấn đề còn hạn chế:

Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:

Kết luận, đề nghị và điểm:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Cán bộ phản biện

i

LỜI CAM ĐOAN

Tất cả dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn được tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau và được ghi nhận từ những kết quả mà tôi đã tiến hành khảo sát trong suốt quá trình làm luận văn Tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong những công trình luận văn trước đây

Nguyễn Thị Diễm Ngân

Xin gửi lời cảm ơn đến Cô Lê Thị Bạch và Cô Dương Kim Hoàng Yến

đã tạo mọi điều kiện để chúng em học tập tốt, định hướng và tận tình giúp đỡ

để chúng em có cơ hội thực hiện đề tài

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Nhật Minh Phương

đã hướng dẫn tận tình và hết lòng chỉ dạy em trong suốt quá trình làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

Xin cảm ơn tất cả các anh chị quản lý phòng thí nghiệm của Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các thành viên của lớp Hóa học Khóa 37 đã chia sẻ và đồng hành trên những chặng đường vừa qua

Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến gia đình luôn động viên, tạo điều kiên tốt nhất cho con trong suốt quá trình học tập và làm

đề tài luận văn

Chân thành cảm ơn Nguyễn Thị Diễm Ngân

iii

TÓM TẮT

Đề tài nhằm mục đích khảo sát ảnh hưởng của gốc phosphate đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn biến hình bằng cách tạo liên kết ngang với tác nhân khác nhau Các nhân tố khảo sát bao gồm (i) loại tác nhân: natri trimetaphosphate (STMP), natri tripolyphosphate (STPP) và STMP/STPP (99/1, w/w) (ii) nồng độ tác nhân (0−16%) (iii) thay đổi nhiệt độ (40−50oC)

và thời gian phản ứng (1−3 giờ) và (iv) thay đổi pH môi trường biến hình

(pH = 5−11) Đánh giá kết quả của quá trình biến hình tinh bột sắn thông qua các chỉ tiêu: mức độ trùng hợp (Pn), độ hòa tan (%), độ trong của dung dịch hồ tinh bột (%T650)

Kết quả được ghi nhận như sau, quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang với tác nhân STMP/STPP (99/1, w/w) có nồng độ từ 0−16%, tinh bột biến hình thu được có mức độ trùng hợp khác nhau Dư lượng phosphorus (%P) trong sản phẩm cuối nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn FDA (<0,4%) Tinh bột biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang có mức độ trùng hợp gia tăng đáng kể so với tinh bột tự nhiên Trong khi đó, độ hòa tan (%) và độ trong của dung dịch hồ tinh bột (%T650) giảm đáng kể khi tăng nồng độ tác nhân, nhiệt độ, thời gian phản ứng và pH môi trường biến hình

iv

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cây sắn 3

2.1.1 Đôi nét về cây sắn 3

2.1.2 Phân loại sắn 3

2.1.3Đặc điểm 4

2.1.4 Cấu tạo củ sắn 4

2.1.5 Thành phần hóa học 5

2.1.6 Giá trị sử dụng 7

2.1.7 Bảo quản và chế biến 9

2.1.8 Ứng dụng của sắn 9

2.2 Tinh bột 10

2.2.1 Giới thiệu chung về tinh bột 10

2.2.2 Hình dáng và kích thước của tinh bột 11

2.2.3 Cấu tạo tinh bột 12

2.2.4 Những tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước 16

2.2.5 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột 20

2.3 Tinh bột biến hình 24

2.3.1 Lịch sử hình thành và sản xuất tinh bột biến hình 24

2.3.2 Định nghĩa 25

2.3.3 Mục đích biến hình tinh bột 25

2.3.4 Các phương pháp biến hình tinh bột 26

2.3.5 Ứng dụng của tinh bột biến hình 35

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

3.1Phương tiện 38

3.1.1 Nguyên liệu 38

3.1.2 Địa điểm và thời gian thực hiện 38

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ 38

v

3.1.4 Hóa chất 393.2 Phương pháp nghiên cứu 39 3.3 Quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang theo Woo và Sei (2002) 42 3.4 Thực nghiệm 423.4.1 Thí nghiệm 1: So sánh việc sử dụng riêng lẻ hay kết hợp giữa hai tác nhân natri trimetaphosphate (STMP) và natri tripolyphosphate (STPP) 423.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tác nhân đến mức

độ liên kết ngang bằng cách kiểm tra một số tính chất của tinh bột sắn biến hình 433.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ liên kết ngang bằng cách kiểm tra một số tính chất của tinh bột sắn biến hình 443.4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến mức độ liên kết ngang bằng cách kiểm tra một số tính chất của tinh bột sắn biến hình 44

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 4.1 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn 464.1.1 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn 464.1.2 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến độ hòa tan của tinh bột sắn 474.1.3 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến độ trong dung dịch hồ tinh bột sắn 484.2 Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân biến hình đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn 494.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân biến hình đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn 494.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân đến độ hòa tan của tinh bột sắn 524.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP đến độ trong dung dịch hồ tinh bột sắn 524.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian biến hình đến một số tính chất hóa lý của tinh bột sắn 544.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn 544.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ hòa tan của tinh bột sắn 554.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ trong dung dịch hồ tinh bột sắn 564.4 Ảnh hưởng của pH môi trường đến một số tính chất hóa lý của tinh bột sắn biến hình bằng cách tạo liên kết ngang 57

vi

4.4.1 Ảnh hưởng của pH môi trường đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn 57

4.4.2 Ảnh hưởng của pH môi trường đến độ hòa tan của tinh bột sắn 59

4.4.3 Ảnh hưởng của pH môi trường đến độ trong dung dịch hồ tinh bột sắn 60

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 62

5.1 Kết luận 62

5.2 Đề nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

PHỤ LỤC 65

vii

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cây sắn 4

Hình 2.2 Cấu tạo cắt ngang củ sắn 5

Hình 2.3 Sơ đồ sản phẩm từ sắn của nước ta 9

Hình 2.4 Hình dạng của một số loại hạt tinh bột 12

Hình 2.5 Cấu trúc hạt tinh bột 13

Hình 2.6 Cấu tạo phân tử amylose 14

Hình 2.7 Cấu trúc xoắn ốc của phân tử amylose 14

Hình 2.8 Cấu tạo phân tử amylopectin 15

Hình 2.9 Sự hình thành và thoái hóa gel của tinh bột 18

Hình 2.10 Phản ứng thủy phân của tinh bột bởi enzyme và acid 20

Hình 2.11 Phản ứng oxy hóa periodate hình thành hai nhóm aldehyde 21

Hình 2.12 Oxy hóa periodate tiêu thụ hai phân tử periodate và hình thành hai nhóm aldehyde và một acid formic 22

Hình 2.13 Oxy hóa periodate với sự tạo thành ba acid formic 22

Hình 2.14 Quy trình sản xuất tinh bột từ nguyên liệu củ 23

Hình 2.15 Một số phương pháp biến hình tinh bột 26

Hình 2.16 Sơ đồ tương quan giữa dextrin 28

Hình 2.17 Sự tạo liên kết ngang giữa acid boric và tinh bột 33

Hình 3.1 Tinh bột sắn 38

Hình 3.2 Máy đo pH 39

Hình 3.3 Máy quang phổ 39

Hình 3.4 Máy ly tâm lạnh 39

Hình 3.5 Tủ sấy 39

Hình 3.6 Quy trình sản xuất tinh bột biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang theo Woo và Sei (2002) 42

Hình 4.1 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột sắn 47

Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hòa tan của tinh bột sắn biến hình và tinh bột tự nhiên 48

Hình 4.3 Ảnh hưởng của tác nhân biến hình đến độ trong (%T650) của tinh bột sắn biến hình và tự nhiên 49

Hình 4.4 Ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột sắn 50

Hình 4.5 Mô hình hồi quy tuyến tính giữa nồng độ STMP/STPP (%) và mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột sắn 51

Hình 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP đến độ hòa tan của tinh bột sắn ở 90oC 52

Hình 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ STMP/STPP đến độ trong (%T650) dung dịch hồ tinh bột sắn 53

Hình 4.8 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột sắn 54

Hình 4.9 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ hòa tan của tinh bột sắn ở 90o C 56

viii

Hình 4.10 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ trong (%T650) dung dịch hồ tinh bột sắn 57Hình 4.11 Ảnh hưởng của pH môi trường đến mức độ trùng hợp (Pn) của tinh bột sắn biến hình 58Hình 4.12 Mô hình hồi quy tuyến tính giữa pH môi trường và mức độ trùng hợp (Pn) 59Hình 4.13 Ảnh hưởng của pH môi trường đến độ hòa tan của tinh bột sắn biến hình ở 90oC 59Hình 4.14 Ảnh hưởng của pH môi trường đến độ trong (%T650) của dung dịch

hồ tinh bột sắn 60

ix

DANH MỤC BẢNG Bảng 2 1 Tình hình phát triển sắn ở các tỉnh 3

Bảng 2 2 Thành phần hóa học của củ sắn 6

Bảng 2 3 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g phần ăn đƣợc của sắn 8

Bảng 2 4 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột 11

Bảng 2 5 Hàm lƣợng amylose và amylopectin của một số tinh bột 13

Bảng 2 6 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột 17

Bảng 2 7 Ứng dụng của một số loại tinh bột biến hình 36

Bảng 4 1 Dƣ lƣợng phosphorus (%P) so với tiêu chuẩn của FDA 51

Tinh bột là một trong những nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp giấy, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp keo dán vì những tính chất đặc trưng của 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 về mặt tính chất, chưa đáp ứng được những yêu cầu khác nhau trong công nghiệp Vì vậy cần phải cải biến tinh bột, tức là làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lý, hóa học hoặc enzyme để tạo ra các dẫn xuất tinh bột với các phân tử ngắn hơn, nối dài hơn và được tái sắp xếp, hoặc các dẫn xuất của tinh bột với các nhóm chức rượu bậc nhất trong phân tử,

bị oxy hóa đến nhóm cacboxyl hoặc những dẫn xuất tinh bột với phân tử được gắn nhóm chức hóa học khác nhau…Khi đã có cấu trúc hóa học thay đổi thì tinh bột dẫn xuất cũng sẽ thu được những tính chất mới khác với tinh bột tự nhiên Nhờ vậy nâng cao được lĩnh vực ứng dụng và từ đó nâng cao hiệu quả

sử dụng và hiệu quả kinh tế

Từ những tính chất có lợi và ứng dụng của tinh bột biến hình nên mục đích của nghiên cứu đề tài là tạo ra tinh bột biến hình bằng phương pháp liên kết ngang Một số tác nhân thường dùng biến hình là epichlorohydrin, natri trimetaphosphate, phosphorus oxychloride, hỗn hợp của adipid và acetic anhydride Tinh bột thu được dai hơn, giòn hơn, cứng hơn, độ nhớt cao, huyền phù trong, có khả năng chịu nhiệt và ổn định trong môi trường acid hơn tinh bột tự nhiên Đề tài tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình biến hình tinh bột bằng phương pháp liên kết ngang

2

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Đề xuất quy trình biến hình tinh bột với các thông số tối ưu tại phòng thí nghiệm

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

 Khảo sát ảnh hưởng của tác nhân tạo liên kết

 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến phản ứng tạo liên kết ngang

 Khảo sát ảnh hưởng của pH môi trường đến phản ứng tạo liên kết ngang

Sắn là cây lương thực ưa ẩm và ấm, bắt nguồn từ lưu vực sông Amadon Nam Mỹ Đến thế kỷ 16 mới được trồng ở Châu Á và Châu Phi Sắn được du nhập vào Việt Nam từ thế kỷ 19 Ở nước ta sắn được trồng khắp nơi từ Nam tới Bắc, nhiều nhất là ở vùng trung du miền núi Hiện nay sắn là một trong những loại hoa màu quan trọng trong cơ cấu phát triển lương thực ở nước ta [2] Tình hình phát triển sắn trong những năm qua ở nước ta xem Bảng 2.1 Bảng 2.1 Tình hình phát triển sắn ở các tỉnh [2]

và sắn ngọt Hai loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố [3]

 Sắn đắng: năng suất cao, nhiều tinh bột, nạc củ và độc tố cao Do chứa lượng độc tố cao nên không sử dụng làm thức ăn tươi mà dùng để sản xuất

4

tinh bột và đòi hỏi quy trình công nghệ phức tạp hơn để tách dịch bào Các giống sắn đắng chứa 160–240 mg HCN/kg lá tươi và 60–150 mg/kg củ tươi

 Sắn ngọt: gồm các loại sắn ít độc tố (sắn trắng, sắn vàng) nhưng hàm lượng tinh bột thấp Ăn tươi không ngộ độc, dễ chế biến Các giống sắn ngọt

có 80–110 mg HCN/kg lá tươi và 20–30 mg/kg củ tươi

2.1.3 Đặc điểm

Cây sắn (Hình 2.1) là một loài cây sinh trưởng lâu năm, cây có chiều cao

từ 1 đến 5 m, thân có ba lõi đơn hoặc phân nhánh Các lá có thùy sâu, dạng chân vịt Củ sắn nở to do các tế bào tinh bột lắng đọng tạo thành Sự tạo củ thường xảy ra từ ngày thứ 45 đến ngày thứ 60 sau khi trồng và củ lớn dần liên tục Tuy nhiên, do quan điểm chất lượng, hoa màu thường được thu hoạch sau khoảng 10 đến 12 tháng kể từ khi trồng Thông thường, mỗi cây có từ 5 đến

10 củ phát triển tỏa tròn xung quanh gốc cây bởi quá trình làm đặc thứ cấp của các tế bào nhu mô gỗ (xylem parenchyma cell) Củ có dạng hình trụ hoặc thuôn dài, thường có độ dài từ 15 đến 100 cm với đường kính từ 3 đến 15 cm

Củ gồm có vỏ ngoài (chu bì) có màu trắng, nâu hoặc hồng nhạt Củ sắn có một lớp vỏ mỏng (cortex) và lõi giàu tinh bột Lõi thường có màu trắng nhưng đôi khi có màu vàng hoặc pha hồng [1]

Hình 2.1 Cây sắn và củ sắn [4]

 Lõi là phần ở trung tâm Thành phần lõi gần nhƣ toàn bộ là cellulose và hemicellulose Sắn có lõi lớn và nhiều xơ thì hiệu suất và năng suất của máy xát giảm

Hình 2.2 Cấu tạo cắt ngang củ sắn [6]

Ngoài ra còn có các bộ phận khác: cuống, rễ, Các phần này cấu tạo chủ yếu là cellulose cho nên sắn cuống dài và nhiều rễ thì tỷ lệ tinh bột thấp và chế biến khó khăn Thành phần hóa học của củ sắn dao động trong khoảng khá rộng tuỳ thuộc vào loại giống, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch [5]

2.1.5 Thành phần hóa học

Cũng nhƣ phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ sắn là tinh bột Ngoài ra, trong củ sắn còn có các chất đạm, muối khoáng, lipid, xơ và một số vitamin B1, B2

và tháng giêng thì hàm lượng tinh bột cao nhất Tháng 9, tháng 10 củ ít tinh bột, hàm lượng nước cao, lượng chất hoà tan nhiều, như vậy nếu chế biến sắn non không những tỷ lệ thành phẩm thấp mà còn khó bảo quản tươi Sang tháng

2, tháng 3 lượng tinh bột trong củ lại giảm vì một phần phân huỷ thành đường

để nuôi mầm non trong khi cây chưa có khả năng quang hợp [2]

2.1.5.2 Đường

Đường trong sắn chủ yếu là glucose và một lượng maltose, saccharose Sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm Trong chế biến đường hoà tan trong nước thải ra theo nước dịch [2]

 Độc tố trong sắn: chất độc trong cây sắn ngày nay đã được nghiên cứu

và xác định tương đối rõ Đó chính là acid cyanhydric (HCN) Trong củ sắn, HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucoside linamarin và lotaustralin Bản thân hợp chất glucoside không có độc nhưng dưới tác dụng của enzyme hay môi trường acid nó bị phân hủy và giải phóng glucose, aceton

và acid cyanhydric [3]

C6H17O6N + H2O  C6H12O6 + (CH3)2 + HCN

Linamarin Glucose Aceton Acid cyanhydric Liều ngộ độc cho người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN cho mỗi 50 kg thể trọng Tùy theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN khác nhau Tuy nhiên, ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua là những phương thức cho phép loại bỏ phần lớn độc tố HCN [8]

 Tanin trong sắn ít nhưng sản phẩm oxy hóa tanin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy Khi chế biến, tanin còn tác dụng với sắt tạo thành sắt tanate có màu sẫm đen Cả hai chất này đều ảnh hưởng đến màu sắc tinh bột nếu như khi chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để [2]

 Hệ enzyme: Trong sắn thì hệ enzyme polyphenoloxydase có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng trong bảo quản và chế biến Polyphenoloxydase xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo thành octoquynon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất phenol như acid amin để hình thành các sản phẩm

có màu Trong nhóm polyphenoloxydase có những enzyme oxy hóa các monophenol mà điển hình là xúc tác sự oxy hóa tyrosine tạo nên quynon tương ứng Sau một số chuyển hóa các quynon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt sắn có màu đen mà thường được gọi là sắn chảy nhựa Khi sắn đã chảy nhựa thì lúc mài xát khó mà phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất lấy tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng [2]

8

2.1.6 Giá trị sử dụng

Theo Tổ chức Lương Nông Thế Giới (FAO), từ năm 1975 đến năm

1980, 65% tổng sản lượng sắn sản xuất được con người sử dụng, phần còn lại dùng cho thức ăn gia súc và sử dụng trong các ngành công nghiệp Việc sử dụng sắn làm thực phẩm thay đổi rất nhiều ở các quốc gia khác nhau Sử dụng trực tiếp bằng cách nướng hoặc luộc là cách thông thường ở hầu hết các nước Tuy sắn cung cấp đủ lượng calo khi sử dụng như một loại thực phẩm nhưng thực tế đã cho thấy nó vẫn có thể gây ra các triệu chứng suy dinh dưỡng nếu

sử dụng bừa bãi không bổ sung đầy đủ protein, vitamin,… Tỷ lệ mắc bệnh cao

về dinh dưỡng và thiếu protein hay calo ở trẻ em tại một số nước đang phát triển cho thấy cần có những biện pháp hiệu quả để cải thiện số lượng cũng như chất lượng các bữa ăn từ sắn [1]

Những người bị ảnh hưởng nhiều nhất do suy dinh dưỡng là những phụ

nữ đang mang thai, các bà mẹ đang cho con bú và trẻ em Trong những chiến lược đa dạng đấu tranh chống lại bệnh suy dinh dưỡng, việc làm giàu các bữa

ăn từ sắn có tầm quan trọng không nhỏ [1]

Thành phần dinh dưỡng trong sắn thể hiện qua Bảng 2.3

Bảng 2.3 Thành phần dinh dưỡng trong 100 g phần ăn được của sắn [9]

Thành phần dinh

Thành phần dinh dưỡng

Hàm lượng

33 mg

33 mg

9

2.1.7 Bảo quản và chế biến

Vì sắn là thực phẩm chủ yếu cho con người tại một số nước ở Châu Á, Châu Phi và Nam Mỹ nên việc bảo quản loại sản phẩm dễ hỏng này vô cùng quan trọng Đồng thời nhu cầu phải cải tiến công nghệ chế biến sắn cũng khá cấp thiết vì loại sản phẩm này rất dễ bị hư hỏng, trong khi đó các loại phương tiện bảo quản lại rất thiếu Các công việc xử lý sơ bộ được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới cho thấy có khả năng kéo dài thời gian sử dụng của củ sắn Việc phát triển công nghệ chi phí thấp hoặc miễn phí có thể giúp các chủ nông trại nhỏ bảo quản sản phẩm làm ra mà không quá tốn kém [1] Sơ đồ một số sản

Chất xơ giúp ngừa táo bón, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch

10

Vì củ sắn chứa ít protein và chất béo nên khi dùng sắn trong khẩu phần

ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipid để khẩu phần được cân đối Sắn còn là nguồn nguyên liệu để sản xuất tinh bột

 Chất ổn định: có khả năng giữ nước cao nên ứng dụng trong kem, bột

nở, ngành dệt − hồ chì để giảm đứt trên khung dệt (tinh bột biến hình) Tinh bột dùng cho giai đoạn in làm đặc chất nhuộm và giữ màu Tinh bột dùng cho giai đoạn thành phẩm sẽ tăng độ cứng và trọng lượng (tinh bột thường hoặc tinh bột oxy hóa)

 Chất làm đặc: đặc tính bột nhão sử dụng trong súp, thức ăn cho trẻ em, nước chấm, nước dùng

 Làm giấy: tăng cường độ chắc, tăng sức chống nếp gấp Làm tăng bề mặt và độ bền, dùng cho giấy ép và giấy bìa cứng Chất kết nối trong công nghiệp, giấy cứng làm trần nhà, giấy thạch cao

 Thức ăn cho gia súc, thủy sản

 Những công dụng khác của sắn trong công nghiệp như: sản xuất bao plastic tự hoại, sản xuất vỏ xe…

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 Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau Tinh bột thực phẩm được chia thành ba hệ thống [5]:

 Hệ thống tinh bột ngũ cốc: gồm lúa, ngô, kê, lúa mì, đại mạch, kiều mạch, yến mạch, lúa mạch đen Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 50–70% lượng chất khô của hạt

 Ở các loại củ có bột (khoai lang, sắn, dong riềng, củ mài, sắn dây…) hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 10–28%

11

 Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu: các hạt thuộc họ đậu như đậu Hà Lan, đậu đỗ (đậu xanh, đậu trắng, đậu đen…) và đậu ván Hàm lượng tinh bột chiếm 50–60%, đậu nành hầu như có rất ít hoặc không có tinh bột

Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dạng, thành phần hóa học và những tính chất của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt, quá trình sinh trưởng của cây …

2.2.2 Hình dáng và kích thước của tinh bột

Trong thực vật tinh bột ở dạng hạt nhỏ được giải phóng sau khi tế bào bị

vỡ Tùy theo từng loại nguyên liệu, tinh bột có hình dáng và kích thước khác nhau: hình tròn, hình bầu dục, hình đa giác,…(Bảng 2.4 và Hình 2.4)

Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến những tính chất cơ lý khác nhau như nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp thụ methylene xanh,… Hạt nhỏ thường có cấu tạo chặt trong khi hạt lớn có cấu tạo xốp [3]

Bảng 2.4 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột [5]

12

Hình 2.4 Hình dạng của một số loại hạt tinh bột [10]

2.2.3 Cấu tạo tinh bột

Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amylose và amylopectin (Hình 2.5) Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất

lý học và hóa học Tỉ lệ amylose/amylopectin xấp xỉ ¼ 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 [3,5]:

 Chiết rút amylose bằng nước nóng: dựa vào độ hòa tan khác nhau của hai cấu tử này trong nước nóng để tách amylose Cho huyền phù tinh bột ở nhiệt 60oC, sau đó chiết tách dịch hòa tan rồi kết tủa ở nhiệt độ lạnh Bằng cách này có thể tách amylose vì amylose hòa tan trong nước nóng và sẽ kết tủa trở lại khi làm lạnh

 Kết tủa amylose bằng rượu: dựa vào khả năng tạo phức không tan của amylose với một số rượu n-butanol, pentanol để tách amylose ra khỏi tinh bột

 Hấp thụ chọn lọc amylose trên cellulose: phân tử amylose được hấp thụ trên bông hay giấy thấm Bằng cách này có thể điều chế được amylopectin Ngoài ra còn có thể dùng phương pháp sắc ký trên cột phosphate kali để phân loại amylose và amylopectin Khi rửa cột bằng dung dịch phosphate thì amylose bị kéo theo còn amylopectin còn lại trên cột

13

Hình 2.5 Cấu trúc hạt tinh bột [11]

Trong tinh bột loại 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% Hiện nay người ta đã lai tạo được ngô có thành phần amylose trong tinh bột chiếm tới 80% [5]

Hàm lượng amylose và amylopectin của một số tinh bột được thể hiện qua Bảng 2.5

Bảng 2.5 Hàm lượng amylose và amylopectin của một số tinh bột [2]

14

2.2.3.1 Thành phần cấu trúc của amylose

Amylose (Hình 2.6) là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500−2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi liên kết α-1,4 glycoside Có hai loại amylose [12]:

 Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp (khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị thủy phân hoàn toàn bởi β-amylase

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

Hình 2.6 Cấu tạo phân tử amylose [13]

Trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thường có cấu hình mạch thẳng, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucose (Hình 2.7) 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 Amylose mới tách ra từ hạt tinh bột thường có độ hòa tan cao, song cũng không bền và nhanh chóng bị thoái hóa [14]

Hình 2.7 Cấu trúc xoắn ốc của phân tử amylose [3]

2.2.3.2 Thành phần cấu trúc của amylopectin

Amylopectin (Hình 2.8) là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucoside Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều

Hình 2.8 Cấu tạo phân tử amylopectin [13]

Khác hẳn với amylose, amylopectin không bị thoái hóa, khả năng tạo gel kém (trừ khi ở nồng độ rất cao), chỉ hoà tan trong nước khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao Tuy nhiên, dung dịch amylopectin bị giảm độ nhớt rất nhanh trong môi trường acid, trong quá trình hấp tiệt trùng và khi chịu một lực cắt lớn Khi đun nóng làm thay đổi sâu sắc và không thuận nghịch cấu trúc phân tử amylopectin gây trạng thái hồ hóa tinh bột Phản ứng màu của amylopectin với iode xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp thụ Phản ứng với lectin là phản ứng đặc trưng của amylopectin Liên kết giữa lectin với monosaccharide chủ yếu là liên kết hydro Các nhóm OH ở C2, C4, C6 của gốc monosaccharide mới có thể liên kết được với lectin Nghĩa là muốn kết tủa được với lectin thì các phân tử polysaccharide bắt buộc ở trạng thái nhánh 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, mùa vụ và cách chăm bón [12]

Xác định độ hòa tan của tinh bột là rất quan trọng để ứng dụng vào việc chế biến thực phẩm trong công nghiệp Ứng với mỗi sản phẩm cần có một độ hòa tan khác nhau

2.2.4.2 Độ trong của dung dịch hồ tinh bột

Độ trong của tinh bột đã hồ hóa có ý nghĩa quan trọng đối với nhiều sản phẩm thực phẩm, làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này Tinh bột của các ngũ cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củ thường cho hồ trong hơn tinh bột của các ngũ cốc bình thường (hạt tẻ)

Sự có mặt của các chất khác nhau cũng ảnh hưởng đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột Đường làm tăng độ trong còn các chất nhũ hóa như glycerinmonosterat gây đục hồ tinh bột Các chất hoạt động bề mặt như natri laurylsulphate dễ tạo phức với amylose và có tác dụng làm tăng độ trong của dung dịch hồ tinh bột [5]

2.2.4.3 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% [1]

Ngoài ra, sự trương nở của tinh bột cũng liên quan đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột, khi độ trong của dung dịch hồ tinh bột tăng thì khả năng trương nở của tinh bột tăng Vì thế xác định độ trong của dung dịch hồ tinh bột

sẽ cho ta biết được tinh bột này có khả năng trương nở như thế nào [16-17]

17

2.2.4.4 Tính chất hồ hóa của tinh bột

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa (Bảng 2.6) Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên Các biến đổi hóa lý khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng độ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định Tùy điều kiện hồ hóa như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH mà nhiệt

độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn [1]

Bảng 2.6 Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột [5]

2.2.4.6 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel [18]

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và xắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3

18

chiều (Hình 2.9) Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside hoặc gián tiếp qua phân tử nước

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa (Hình 2.9) Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá Nguyên nhân của hiện tượng thoái hóa là do sự hình thành các cầu hydro giữa các phân tử tinh bột

Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại tại pH = 7 Tốc

độ thoái hóa sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH Amylose là thành phần chủ yếu gây nên sự thoái hóa của gel tinh bột và sự thoái hóa amylose là không khắc phục được, trong khi amylopectin thoái hóa có thể quay lại trạng thái ban đầu khi đun nóng từ 50–60oC

Sự thoái hóa tinh bột thường kèm theo hiện tượng tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạng nửa lỏng và làm cứng các sản phẩm như bánh mì

Hình 2.9 Sự hình thành và thoái hóa gel của tinh bột [19]

2.2.4.7 Khả năng tạo màng của tinh bột

Cũng như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng rất tốt Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hydro và gián tiếp qua phân tử nước Để thu được màng gel có tính đàn hồi cao người ta thêm vào các chất hóa dẻo (thường hay dùng glycerin) để chúng làm tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Waal, do đó làm yếu đi lực cố kết nội và làm tăng động năng của các phân tử Liên kết của rất nhiều phân tử amylose và amylopectin

19

nhờ lực Van der Waal và liên kết hydro nên tạo được độ dai hay độ bền nhất định Chính nhờ khả năng này mà người ta tạo được các sợi tinh bột (sợi miến, bún,…) Do phân tử amylose dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn và chúng liên kết với nhau rất chặt, nhờ vậy mà sợi tạo thành chắc và dai Đối với các tinh bột giàu amylopectin, các mạch nhánh thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu do đó độ bền kém [1]

2.2.4.8 Khả năng tạo sợi

Sợi tinh bột (sợi miến, bún) là sự chập lại của rất nhiều phân tử amylose

và amylopectin Độ dai hay độ bền vững của sợi là do lực tương tác giữa các phân tử cũng như lực tương tác nội phân tử quyết định (liên kết hydro giữa các phân tử amylose và amylopectin; giữa amylose, amylopectin với nước) Do số lượng nhiều nên liên kết chặt chẽ hơn

Độ bền, dai, độ chặt chẽ có liên quan đến độ dài của các phân tử tinh bột, thường các phân tử dài thì các sợi bền dai Do đó các sợi tạo từ tinh bột giàu amylose (tinh bột đậu xanh) thường bền hơn làm từ tinh bột gạo, ngô,…

Các tinh bột giàu amylopectin, các nhánh amylopectin thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử yếu, do đó độ bền kém, dễ đứt gãy Khi chập nhiều phân tử lại thành sợi tinh bột thường rão và dễ đứt [16]

2.2.4.9 Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với các chất béo và có sự hỗ trợ của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Ta biết rằng, chất béo là chất không có cực, có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu glucid như tinh bột, cellulose Khi tăng nhiệt độ thì các tương tác kị nước giữa các phân tử chất béo phát triển rất mạnh nên chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau, do đó

có khả năng xuyên qua các “cửa ải” tinh bột Đồng thời nhiệt làm cho tinh bột

bị hồ hóa và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua màng tinh bột đó tẩm béo, do đó sẽ làm tinh bột giãn và phồng nở Các tinh bột giàu amylopectin (tinh bột gạo nếp) dễ hoà tan trong nước ở 95oC hơn tinh bột giàu amylose nên có độ nhớt lớn hơn, khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phồng nở lớn hơn Với các tinh bột oxy hóa thì khả năng này càng mạnh vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu chặt Vì vậy, có thể ứng dụng tính chất này để sản xuất bánh phồng tôm [5]

20

2.2.5 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột

2.2.5.1 Phản ứng thủy phân [12]

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa

các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh

bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng paste, còn enzyme chỉ

thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường dùng là α-amylase,

β-amylase Acid và enzyme giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột

bằng cách thủy phân liên kết α-D(1,4)-glycoside Đặc trưng của phản ứng này

là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường

Hình 2.10 Phản ứng thủy phân của tinh bột bởi enzyme và acid

Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxy hóa tạo thành aldehyde,

ceton và tạo thành các nhóm carboxyl Quá trình oxy hóa thay đổi tùy thuộc

vào tác nhân oxy hóa và điều kiện tiến hành phản ứng Quá trình oxy hóa tinh

bột trong môi trường kiềm bằng hypochloride là một trong những phản ứng

hay dùng, tạo ra nhóm carboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm carbonyl

Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan

trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng

Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ether hóa, ester hóa

Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột Quá trình ghép được

thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên

tinh bột ở các nhóm hydroxyl Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả

năng phản ứng với aldehyde trong môi trường acid Khi đó xảy ra phản ứng

ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau Sản phẩm tạo

thành không có khả năng tan trong nước

21

2.2.5.2 Phản ứng tạo phức [12]

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 quang 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 glucose 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: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các ceton phân tử lượng thấp [12]

2.2.5.3 Phản ứng oxy hóa periodate

Tinh bột có chứa 3 nhóm hydroxyl có khả năng phản ứng với tác nhân oxy hóa Phản ứng oxy hóa có thể được sử dụng để làm sáng tỏ sự hình thành cấu trúc của tinh bột.Ví dụ: hai nhóm hydroxyl cạnh nhau có thể phản ứng với acid perodic hoặc với muối của nó để hình thành hai nhóm aldehyde khi tách khỏi mạch carbon (Hình 2.11)

Hình 2.11 Phản ứng oxy hóa periodate hình thành hai nhóm aldehyde [20]

Phản ứng này sẽ tiêu thụ một mol periodate Trong trường hợp của triols, sự phân tách đôi của mạch carbon sẽ xảy ra cả hai mạch của vị trí β Phản ứng này sẽ tiêu thụ hai phân tử periodate và hình thành hai nhóm aldehyde và một acid fomic (Hình 2.12)

αβγ-22

Hình 2.12 Oxy hóa periodate tiêu thụ hai phân tử periodate và hình thành

hai nhóm aldehyde và một acid formic [20]

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 ba nhóm hydroxyl gần kề, sự phân tách đôi sẽ xảy ra và phản ứng tiêu thụ 2 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 ba acid formic sau phản ứng oxy hóa: một

từ đầu không khử và hai từ đầu khử (Hình 2.13)

Hình 2.13 Oxy hóa periodate với sự tạo thành ba acid formic [20] 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

O

H

o

OH

23

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

2.2.5.4 Quy trình sản xuất tinh bột từ nguyên liệu củ [5]

Ngâm củ để hòa tan bớt dịch bào, làm mềm củ và để rửa sơ bộ các tạp chất Cắt khúc để dễ rửa và dễ vận chuyển Rửa nguyên liệu để tách các tạp chất: đá, cát, đất và một phần vỏ Nghiền để phá vỡ tế bào, giải phóng tinh bột Tách rửa tinh bột bằng rây để loại bỏ các phần tử lớn và dịch bào nhằm đảm bảo chất lượng tinh bột Tách bã lớn, chủ yếu là cellulose và rửa tách tinh bột lẫn với bã Tách dịch bào khỏi sữa tinh bột bằng ly tâm

Tinh chế sữa tinh bột và tách bã nhỏ Rửa tinh bột để tách các tạp chất hoà tan và không hoà tan lần cuối bằng bể rửa, máng rửa hay bằng máy ly tâm Trong sản xuất tinh bột từ củ, để phá vỡ tế bào người ta dùng máy mài xát hoặc kết hợp máy xay để xay lại lần thứ hai Cả máy mài và xay gọi chung

là nghiền Quy trình sản xuất tinh bột từ củ được thể hiện ở Hình 2.14

Hình 2.14 Quy trình sản xuất tinh bột từ nguyên liệu củ [5]

24

Cần chú ý là dịch bào vỏ khi thoát khỏi tế bào, tiếp xúc với oxy của không khí, thường nhanh chóng bị oxy hoá tạo thành những chất màu có tên gọi là melanin Tinh bột rất dễ dàng hấp thụ màu của dịch bào, trở nên không trắng và rất khó tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước Để đảm bảo tinh bột có màu trắng tự nhiên thì quá trình công nghệ phải ngắn và tách dịch bào càng sớm càng tốt

2.3 Tinh bột biến hình

2.3.1 Lịch sử hình thành và sản xuất tinh bột biến hình

Việc xử lý và biến hình tinh bột đã được tiến hành trước năm 1811, khi Keerchoff tạo ra được phân tử D-glucose từ tinh bột bằng cách thủy phân tinh bột trong acid Sau đó xử lý tinh bột không acid đã được Nacgeli đưa ra Lintner mới là người đầu tiên phát minh ra sản xuất tinh bột hòa tan bằng cách

xử lý huyền phù dung dịch tinh bột khoai tây trong HCl [21]

Từ năm 1897 đến năm 1901 thì sản phẩm thương mại của tinh bột biến hình mới thực sự ra đời Vào năm 1897 Bellmas đã phát hiện ra việc sử dụng nồng độ dung dịch acid thấp, nhiệt độ cao để tạo tinh bột biến hình Ông đưa

ra phương pháp xử lý tinh bột trong acid loãng, biến hình ở nhiệt độ từ 50−60oC trong 12–14 giờ Sau đó, Durga đã phát minh ra quy trình sản xuất tinh bột biến hình được ứng dụng trong thương mại, sản xuất tinh bột hòa tan gần giống với Lintner nhưng với thời gian biến hình nhanh hơn, rút ngắn được thời gian sản xuất Kể từ đó, một số công nhân đã biến hình tinh bột và tạo ra nhiều sản phẩm tinh bột biến hình hơn [21]

Và từ đó, công nghiệp biến hình tinh bột đã được phát triển với nhiều sản phẩm mới được ra đời và nhiều phương pháp biến hình mới đã được sử dụng

để sản xuất tinh bột biến hình như: tinh bột ether, biến hình bằng enzyme, biến hình bằng tác nhân vật lý, biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang, ester hóa tinh bột,…

Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, tinh bột biến hình được chia thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế [22]

 Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt

liên kết C-O giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân

tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến hình bằng acid được dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng

25

để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo Tinh bột oxy hoá cũng được xếp vào nhóm này Một số loại tinh bột được oxy hoá bởi KMnO4 trong môi 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 oxy hoá yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh Tinh bột oxy hoá bởi hypochloride, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy

 Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay

đổi do các nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoá học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polysaccharide có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột acetat, tinh bột phosphate, tinh bột oxy hoá

2.3.2 Định nghĩa

Biến hình tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn hay gắn các chất, các nhóm khác vào phân tử tinh bột… dưới tác dụng của các tác nhân như nhiệt

độ, acid, enzyme, các chất oxy hóa… dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học của tinh bột

để có những loại hình tinh bột phù hợp theo yêu cầu sử dụng người ta tiến hành biến hình tinh bột Mục đích của việc biến hình tinh bột là [5]: