Ảnh hưởng của mức độ biến tính acetate đến tính chất tinh bột dong riềng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN...21.1.TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT DONG RIỀNG...21.1.1.Giới thiệu về tinh bột dong riềng……………………………………..21.1.2.Hình dáng, kích thước hạt tinh bột dong riềng……………………….21.1.2.1.Hình dáng hạt tinh bột dong riềng………………………………21.1.2.2.Kích thước hạt tinh bột dong riềng...31.1.3.Cấu trúc hạt tinh bột……………………………………………….….31.1.3.1.Đặc điểm cấu tạo chung…………………………………………31.1.3.2.Cấu tạo amylose và amylopectin………………………………..51.1.4.Các dạng cấu trúc trong hạt tinh bột………………………………….71.1.5.Tính chất hạt tinh bột dong riềng……………………………………101.2.TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT BIẾN TINH………………………………121.2.1.Tổng quan về tinh bột biến tính nói chung………………………….121.2.1.1.Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lý…………121.2.1.2.Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hóa học……….121.2.1.3.Biến tính bằng phương pháp thế……………………………….131.2.1.4.Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang……………….131.2.1.5.Biến tính bằng axit……………………………………………..141.2.1.6.Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme…………………141.2.2.Tinh bột biến tính acetate……………………………………………151.2.2.1.Giới thiệu về tinh bột biến tính acetate.151.2.2.2.Cơ chế và điều kiện phản ứng.171.2.2.3.Một số nghiên cứu về tinh bột biến tính acetate.181.2.2.4.Ứng dụng tinh bột biến tính acetate.19CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.202.1. VẬT LIỆU.202.1.1. Nguyên liệu.202.1.2. Hóa chất.202.1.3. Thiết bị sử dụng.202.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.202.2.1. Phương pháp xác định độ ẩm tinh bột.202.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng nhóm acetyl trong tinh bột.212.2.3. Phương pháp xác định độ trong của dịch tinh bột.222.2.4. Phương pháp xác định độ ổn định lạnh đôngrã đông của gel tinh bột…………………………………………………………………………...222.2.5. Phương pháp xác định đặc tính cấu trúc gel tinh bột.222.2.6. Quy trình biến tính tinh bột acetate.232.2.7. Quy trình sản xuất tương ớt.24CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.263.1. Khảo sát các yếu tố quá trình biến tính tới tính chất của tinh bột biến tính.263.1.1. Ảnh hưởng của thời gian đến tính chất của tinh bột biến tính……..263.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của tinh bột biến tính………303.1.3. Ảnh hưởng của pH đến tính chất của tinh bột biến tính…………...333.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ acetic anhydride đến tính chất của tinh bột biến tính.353.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến tính chất của tinh bột biến tính…………………………………………………………………………..373.2. Tối ưu hóa quá trình biến tính tinh bột403.2.1. Xây dựng mô hình toán học và thí nghiệm theo mô hình.403.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ cứng gel của tinh bột acetylate.423.2.3. Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ trong của tinh bột biến tính acetylate.433.2.4. Ảnh hưởng của các yếu tố tới sự độ thoái hóa của tinh bột biến tính acetylate.443.3. Lựa chọn chế độ tối ưu.443.4. Ứng dụng tinh bột biến tính acetate có độ cứng gel nhỏ nhất, độ trong cao nhất và độ thoái hóa nhỏ nhất trong sản phẩm tương ớt.473.4.1. So sánh chất lượng của tinh bột acetate, tinh bột dong riềng và tinh bột biến tính.473.4.2. Đánh giá sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tương ớt bổ sung tinh bột dong riềng và tinh bột bổ sung tinh bột biến tính.473.4.2.1. Đánh giá độ nhớt của sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tương ớt bổ sung tinh bột dong riềng và tinh bột bổ sung tinh bột biến tính.473.4.2.2. Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm tương ớt

LỜI CẢM ƠN

Trải qua suốt chặng đường 5 năm học tập và nghiên cứu tại ngôi trường BáchKhoa, đó là quãng thời gian quý báu em được học tập và đúc rút được kiến thứcchuyên ngành và những kinh nghiệm quý báu để sẵn sàng trở thành một nhà côngnghệ, đem khoa học kỹ thuật ứng dụng vào thực tế sản xuất Có được kết quả nhưngày hôm nay, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lương Hồng Nga, cô

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và giúp đỡ em trong suốt thời gian em họctập dưới ngôi trường Bách Khoa, cũng như quảng thời gian hơn 5 tháng qua cho tớikhi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Tiến Cường cùng các thầy côgiáo, các anh chị cán bộ đang làm việc và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm thuộcViện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm đã tận tình chỉ dẫn, truyền đạtnhững ý kiến chuyên môn và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện đềtài nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn các bạn, các em, các anh chị cùng phòng thí nghiệm, đãluôn động viên giúp đỡ nhau những lúc khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin cảm ơn bố mẹ, gia đình, tất cả người thân, bạn bè đã luôn bên

em động viên và ủng hộ em hoàn thành đề tài nghiên cứu này!

Hà Nội, Ngày 12 tháng 01 năm 2017 Tác giả

Võ Thị Phương

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tinh bột dong riềng là một trong những loại tinh bột phổ biến và được ứng dụngnhiều trong công nghiệp thực phẩm ở Việt Nam Mặc dù tinh bột dong riềng đã thểhiện được nhiều ưu điểm và giá trị tiềm năng lớn trong ứng dụng nhưng vẫn còn tồntại những hạn chế Vì thế, tinh bột biến tính từ tinh bột dong riềng hứa hẹn sẽ manglại một hướng đi mới trong ứng dụng, nâng cao giá trị của chúng Mặt khác, vớinhững ưu điểm của tinh bột biến tính theo phương pháp acetate (AS) cải thiện tốtcác tính chất chức năng của tinh bột, giảm được sự thoái hóa, và duy trì sự ổn định

độ bền gel, giảm được sự thoái hóa tách nước của tinh bột ban đầu…do đó có thểthấy rằng những phương pháp biến tính tinh bột này có thể làm giảm những hạn chế,nâng cao phạm vi ứng dụng và giá trị của nguồn tinh bột tự nhiên đáp ứng được với

nhiều loại sản phẩm đa dạng Do đó đề tài “Ảnh hưởng của mức độ biến tính acetate đến tính chất tinh bột dong riềng’’được tiến hành nhằm nghiên cứu sự ảnh hưởng

của các đơn yếu tố lên tính chất tinh bột dong riềng, cụ thể là độ cứng gel, độ trong

và độ thoái hóa Sau đó tiến hành tối ưu hóa đơn yêu tố để tạo ra mẫu bột đạt đượccác chỉ tiêu: độ cứng gel nhỏ nhất, độ trong lớn nhất, độ thoái hóa nhỏ nhất.Từ đó cóthể định hướng ứng dụng tinh bột biến tính vào sản phẩm tương ớt Nội dung nghiêncứu gồm các phẩn:

 Khảo sát các yếu tố của quá trình biến tính ảnh hưởng tới tinh bột biến tính

 Mô hình hóa ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất tinh bột

 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản phẩm tương ớt

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2

1.1. TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT DONG RIỀNG 2

1.1.1. Giới thiệu về tinh bột dong riềng……… 2

1.1.2. Hình dáng, kích thước hạt tinh bột dong riềng……….2

1.1.2.1. Hình dáng hạt tinh bột dong riềng………2

1.1.2.2. Kích thước hạt tinh bột dong riềng 3

1.1.3. Cấu trúc hạt tinh bột……….….3

1.1.3.1. Đặc điểm cấu tạo chung………3

1.1.3.2. Cấu tạo amylose và amylopectin……… 5

1.1.4. Các dạng cấu trúc trong hạt tinh bột……….7

1.1.5. Tính chất hạt tinh bột dong riềng………10

1.2. TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT BIẾN TINH………12

1.2.1. Tổng quan về tinh bột biến tính nói chung……….12

1.2.1.1. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lý…………12

1.2.1.2. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hóa học……….12

1.2.1.3. Biến tính bằng phương pháp thế……….13

1.2.1.4. Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang……….13

1.2.1.5. Biến tính bằng axit……… 14

1.2.1.6. Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme………14

1.2.2. Tinh bột biến tính acetate………15

1.2.2.1. Giới thiệu về tinh bột biến tính acetate 15

1.2.2.2. Cơ chế và điều kiện phản ứng 17

1.2.2.3. Một số nghiên cứu về tinh bột biến tính acetate 18

1.2.2.4. Ứng dụng tinh bột biến tính acetate 19

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 VẬT LIỆU 20

2.1.1 Nguyên liệu 20

2.1.2 Hóa chất 20

2.1.3 Thiết bị sử dụng 20

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm tinh bột 20

2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm acetyl trong tinh bột 21

2.2.3 Phương pháp xác định độ trong của dịch tinh bột 22

2.2.4 Phương pháp xác định độ ổn định lạnh đông-rã đông của gel tinh bột……… 22

2.2.5 Phương pháp xác định đặc tính cấu trúc gel tinh bột 22

2.2.6 Quy trình biến tính tinh bột acetate 23

2.2.7 Quy trình sản xuất tương ớt 24

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Khảo sát các yếu tố quá trình biến tính tới tính chất của tinh bột biến tính.26 3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian đến tính chất của tinh bột biến tính…… 26

3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của tinh bột biến tính………30

3.1.3 .Ảnh hưởng của pH đến tính chất của tinh bột biến tính………… 33

3.1.4 .Ảnh hưởng của nồng độ acetic anhydride đến tính chất của tinh bột biến tính 35

3.1.5 Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến tính chất của tinh bột biến tính……… 37

3.2 Tối ưu hóa quá trình biến tính tinh bột40 3.2.1 Xây dựng mô hình toán học và thí nghiệm theo mô hình 40

3.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ cứng gel của tinh bột acetylate 42

3.2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố tới độ trong của tinh bột biến tính acetylate .43

3.2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố tới sự độ thoái hóa của tinh bột biến tính acetylate 44

3.3 Lựa chọn chế độ tối ưu 44

3.4 Ứng dụng tinh bột biến tính acetate có độ cứng gel nhỏ nhất, độ trong cao

nhất và độ thoái hóa nhỏ nhất trong sản phẩm tương ớt 47

3.4.1 So sánh chất lượng của tinh bột acetate, tinh bột dong riềng và tinh bột biến tính 47

3.4.2 Đánh giá sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tương ớt bổ sung tinh bột dong riềng và tinh bột bổ sung tinh bột biến tính 47

3.4.2.1 Đánh giá độ nhớt của sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tương ớt bổ sung tinh bột dong riềng và tinh bột bổ sung tinh bột biến tính .47

3.4.2.2 Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm tương ớt 48

KẾT LUẬN 51

KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hình ảnh tinh bột dong riềng khi quét dưới kính hiển vi điện tử 3

Hình 1.2 Liên kết α(1→4) 5

Hình 1 3 Các phân tử iodine bên trong cấu trúc xoắn của amylose 6

Hình 1.4 Liên kết α-1,4 và α-1,6 6

Hình 1.5: Sự phân lớp của hạt, cấu trúc vỏ hạt 7

Hình 1.6 : Hình ảnh tổng quan về hạt tinh bột 8

Hình 1.7 Cấu trúc dạng sợi của tinh bột 9

Hình 1.8 Ảnh X-ray của 2 kiểu cấu trúc của tinh bột 9

Hình 1.9 Cấu trúc tinh thể dạng B 10

Hình 1.10 Độ trương nở và độ trong của tinh bột dong riềng so với tinh bột sắn, khoai tây và khoai lang 11

Hình 1.11 Cơ chế phản ứng của tinh bột và acetic anhydride 18

Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng nhóm acetate và độtrong của tinh bột dong riềng biến tính acetate 26

Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đến độ cứng gel và độ thoái hóa của tinh bột dong riềng biến tính acetate 28

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng nhóm acetyl và độ trong của tinh bột dong riềng biến tính acetate 30

Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thoái hóa của tinh bột dong riềng biến tính acetate 32

Hình 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm acetate và độ trong của tinh bột dong riềng biến tính acetate 33

Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến độ cứng và độ thoái hóa của tinh bột dong riềng biến tính acetate 35

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ acetic anhydride đến độ thoái hóa của tinh bột dong riềng biến tính acetat 36

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ acetic anhydride đến độ trong của tinh bột dongriềng biến tính acetate 37Hình 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến hàm lượng nhóm acetyl và độ trongcủa tinh bột dong riềng biến tính acetate 38Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột đến độ cứng gel và độ thoái hóa củatinh bột dong riềng biến tính acetate 39Hình 3.11: Ảnh hưởng pH và nồng độ acetate anhydride đến độ bền gel của tinh bộtdong riềng biến tính acetate 43Hình 3.12: Ảnh hưởng nhiệt độ và nồng độ tinh bột đến độ bền gel của tinh bột dongriềng biến tính acetate 43Hình 3.13: Ảnh hưởng pH và nồng độ acetate anhydride đến độ trong của tinh bộtdong riềng biến tính acetate 43Hình 3.14: Ảnh hưởng pH và nồng độ acetate anhydride đến độ bền gel của tinh bộtdong riềng biến tính acetate 43Hình 3.15: Ảnh hưởng pH và nồng độ acetate anhydride đến độ thoái hóa của tinhbột dong riềng biến tính acetate 44Hình 3.16: Ảnh hưởng nhiệt độ và nồng độ tinh bột đến độ thoái hóa của tinh bộtdong riềng biến tính acetate 44Hình 3.17: Sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tinh bột dong riềng và tinhbột biến tính 50

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần amylose và amylopectin của một số giống dong riềng 4Bảng 1.2 Thành phần hóa học tinh bột dong riềng 11Bảng 3.1 Các mức của các yếu tố 40Bảng 3.2 Ma trận thực nghiệm quá trình biến tính tinh bột dong riềng acetylate 41

Bảng 3.3 Chế độ tối ưu với hàm mong đợi là hàm lượng độ bền gel nhỏ nhất, độtrong cao nhất và sự ổn định lạnh đông – rã đông nhỏ nhất 45Bảng 3.4 Hàm mục tiêu đầu ra với hàm mong đợi là hàm lượng độ bền gel nhỏ nhất,

độ trong cao nhất và sự ổn định lạnh đông – rã đông nhỏ nhất 45Bảng 3.5 So sánh chất lượng của tinh bột acetate được sản xuất theo quy trình tối

ưu với giá trị tính toán theo mô hình 46Bảng 3.6 Tính chất của tinh bột acetate, tinh bột dong riềng và tinh bột biến tính 47Bảng 3.7 Đánh giá độ nhớt của sản phẩm tương ớt bổ sung tinh bột acetate, tương ớt

bổ sung tinh bột dong riềng và tinh bột bổ sung tinh bột biến tính 48Bảng 3.8 Điểm cảm quan đối với sản phẩm tương ớt 48

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ/thuật ngữ Chú giải Viết đầy đủ/thuật ngữ Chú giải

AS Acetylated Starch Tinh bột acetate Acetylated Starch Tinh bột acetate

DP Degree of Polymeristaion Mức độ trùng hợp

DS Degree of Substituent Độ thay thế

SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử

TPA Texture Profile Analysis Phân tích đặc tính cấu trúc

FAO Food and Agriculture Organization Tổ chức Lương thực và Nông

nghiệp Liên Hiệp Quốc

LỜI MỞ ĐẦU

Tinh bột là một carbonhydrate phổ biến trong tự nhiên, cung cấp năng lượng chủyếu cho cơ thể Tinh bột dong riềng có đặc điểm nổi bật là hàm lượng amylose cao,hạt tinh bột có kích thước lớn, gel tinh bột cứng, khả năng tạo màng và tạo sợi tốt.Bên cạnh đó tinh bột dong riềng là một trong số nhiều nguồn tinh bột phổ biến ởnước ta và được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm như: bánh kẹo, sảnxuất miến dong và làm chất làm dày trong chế biến chè,…

Biến tính tinh bột nhằm mục đích cải thiện các đặc tính chức năng của tinh bột,tạo ra các tính chất mới, ưu việt và ổn định hơn Có nhiều phương pháp biến tínhtinh bột như: biến tính oxy hóa, biến tính ezyme, biến tính tạo liên kết ngang, trong

đó tinh bột Acetate là tinh bột biến tính đã và đang được sử dụng rộng rãi Tinh bộtbiến tính thể hiện nhiều tính chất nổi bật so với tinh bột chưa biến tính như độ trongcủa gel, độ hòa tan, độ trương nở, đặc tính về độ nhớt nóng và lạnh, khả năng tiêuhóa,…đặc biệt là sự cải thiện cấu trúc gel và sự ổn định trong quá trình bảo quảnlạnh và lạnh đông Do đó biến tính tinh bột nhằm làm giảm những hạn chế, nâng caophạm vi ứng dụng và giá trị của các nguồn tinh bột tự nhiên

Tinh bột acetate được tạo ra bằng cách gắn thêm các nhóm chức của tác nhânbiến tính qua liên kết ester Bên cạnh đó tinh bột dong riềng rất phổ biến ở nước ta,đặc tính nổi bật về độ nhớt và độ trong của gel-paste Vì những lí do trên, em lựachọn nghiên cứu đề tài:

“Ảnh hưởng của mức độ biến tính acetate đến tính chất tinh bột dong riềng’’

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình biến tính tinh bột dong riềng acetate để thu được chế phẩm

có độ cứng gel nhỏ nhất, độ trong lớn nhất và mức độ thoái hóa nhỏ nhất để ứngdụng vào sản phẩm thực phẩm phát huy được ưu điểm của chúng

Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát các yếu tố của quá trình biến tính ảnh hưởng tới tinh bột biến tính

 Mô hình hóa ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất tinh bột

 Ứng dụng tinh bột biến tính trong sản phẩm tương ớt

11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT DONG RIỀNG

1.1.1. Giới thiệu về tinh bột dong riềng

Tinh bột là một trong số những polysaccharide dự trữ quan trọng nhất và

được tích lũy một lượng lớn trong giới thực vật, thường tồn tại trong thực vật

dưới dạng các hạt nhỏ và không hòa tan trong nước Do vậy có thể tích tụ một

lượng lớn mà không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào Tinh bột được

tổng hợp nhờ quá trình quang hợp của cây xanh và được tìm thấy có mặt chủ yếu

trong hạt, củ và rễ nhưng tuy nhiên cũng được xác định có trong thân, lá, và các

bộ phận khác của thực vật Tinh bột thường có nhiều trong các loại lương thực

do đó các loại lương thực được coi là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột [1]

[2]

Tinh bột dong riềng được tách từ cây dong riềng có tên khoa học là Edible

Canna (Canna edulis) nó được trồng từ mực nước biển lên đến 2000 mét, lúc cây

trưởng thành có thể phát triển cao 2m hoặc nhiều hơn Là loại cây có giá trị kinh

tế cao và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm và các ngành công

nghiệp khác Ở một số nước từ Mexico tới Argentina, Perú, Ecuador và Colombia

nó là một cây trồng phổ biến Năng suất trung bình khoảng từ 22 và 50 tấn mỗi

ha[18] Ngày nay, dong riềng có khoảng 7 loài với nguồn gốc Trung Quốc, Tây

Ấn và Nam Mỹ Cây dong riềng được người Pháp trồng thử ở Việt Nam vào năm

1898 Từ năm 1986, do nhu cầu làm miến tăng nên diện tích trồng dong riềng

cũng tăng theo Tinh bột dong riềng thường được sử dụng phổ biến trong thực

phẩm, ví dụ sản xuất các loại bánh ngọt ở Ecuador và bánh quy ở Colombia Ở

Việt Nam, nơi mà tinh bột của nó được sử dụng chủ yếu trong việc sản xuất miến

dong Khoảng 10.000 ha cây dong riềng được trồng, chủ yếu là ở các vùng đồi

núi.[18]

1.1.2 Hình dáng, kích thước hạt tinh bột

1.1.2.1 Hình dáng hạt tinh bột

Hệ thống hạt tinh bột có hình dạng rất phong phú như: hình cầu, hình oval,

đa giác, hình đĩa (hai mặt lồi), hình thon dài, hình bầu dục…Hình dạng của hạt

tinh bột phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như hệ thống tinh bột, thời gian sinh

trưởng của thực vật và các điều kiện dinh dưỡng

Khi quét dưới kính hiển vi điện tử (SEM) tinh bột dong có hình bầu dục-elip

hoặc oval, bề mặt ngoài hạt tinh bột nhẵn và mịn [19][20][21]

Hình 1.1 Hình ảnh tinh bột dong riềng khi quét dưới kính hiển vi điện tử[20]

1.1.2.2 Kích thước hạt tinh bột

Kích thước hạt tinh bột rất đa dạng nằm trong khoảng từ <1μm tới hơn

100μm Trong hệ thống tinh bột thì kích thước và hình dạng không giống nhau

Kích thước hạt tinh bột dong riềng thay đổi trong khoảng 6-100µm và phần lớn là

trên 50µm Sự khác nhau về kích thước của mỗi loại hạt tinh bột dẫn đến sự khác

nhau về tính chất cơ lí cũng như về quá trình chế biến, bảo quản tinh bột

Kích thước hạt tinh bột dong riềng tương đối lớn vì vậy dễ dàng tách tinh

bột ra khỏi củ bởi phương pháp lắng [2][8] Hàm lượng tinh bột trong củ thay đổi

tùy theo điều kiện trồng trọt và đất chất nền Nó dao động từ 10% đến 25% trọng

lượng củ (tổng thân, rễ) [17]

1.1.3 Cấu trúc hạt tinh bột

1.1.3.1 Đặc điểm cấu tạo chung

Hạt tinh bột được cấu tạo bởi những thành phần chính là amylose và

amylopectin, các hợp chất liên kết trung gian gồm có lipid (bao gồm cả

phospholipid và các acid béo tự do), các nhóm monoeste phosphate và các loại

protein/enzyme Với hàm lượng của amylose và amylopectin ở mỗi loại tinh bột

là khác nhau và mỗi thành phần cấu tạo nên tinh bột đều đóng vai trò quan trọng

tới những đặc tính chức năng của tinh bột Hàm lượng amylose và amylopectin

trong tinh bột phụ thuộc vào nguồn gốc của tinh bột Nhìn chung thì tỷ lệ

amylose/amylopectin trong đa số tinh bột là xấp xỉ 1:4 Theo Purshottam L Son

và cộng sự thì hàm lượng amylose trong tinh bột dong riềng là 38% [33], Mr

Kittiwut nhân thấy hàm lượng amylose khoảng 19-25% [23], Elevina Perez và

cộng sự cho kết quả là 13.77% hàm lượng amylose [34] còn P L Soni và cộng sự

cho kết quả là 18.1% [35]

Cấu tạo bên trong của vi hạt tinh bột khá phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu tạo

lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amilose dạng tinh thể và amilopectin xắp

xếp theo phương hướng tâm [6] Tỷ lệ phần trăm lượng amylose mà thay đổi từ

29% đến 38% Hầu như có nhiều sự thay đổi trong tỷ lệ amylose đã được quan sát

thấy trong cây của một số giống cấy khác nhau [5]

1.1.3.2 Cấu tạo amylose và amylopectin

a Cấu tạo amylose

Phân tử amylose chiếm một phần nhỏ trong thành phần tinh bột nhưng lại có

ảnh hưởng khá lớn đến tính chất của tinh bột Phân tử amylose là một chuỗi

polyme có cấu trúc xoắn ốc mỗi vòng xoắn gồm 6 đơn phân là phân tử glucose

liên kết với nhau theo liên kết α(1-4)-D- glucosyl và một vài liên kết

α(1-6)-D-glucosyl đối với mạch dài Từ đó tạo ra được chuỗi dài từ 500 – 2000 đơn vị

glucose [2]

Hình 1.2 Liên kết α(1→4) [6]

Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose

thường có cấu hình mạch dãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển

thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucozo Đường kính của xoắn

ốc là 12,97A, chiều cao của xoắn là 7,91A Các nhóm hydroxyl của gốc glucozo

được bố trí ở bên ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H [2]

Ngoài ra, trong cấu trúc phân tử của amylose còn có sự xuất hiện của các

điểm phân nhánh với liên kết α(1→6) phân nhánh đến một mức độ nhỏ (~ 10

điểm chi nhánh mỗi phân tử) Điều này được chứng minh do sự phân cắt không

hoàn toàn amylose bởi enzyme β-amylase thành maltose và các dextrin [9]

Amylose từ tinh bột dong riêng cho mức độ phân cắt > 60% Một đề xuất khác về

hình dáng của chuỗi amylose là sự tạo thành các vòng xoắn Các liên kết α (1→4)

tạo nên cấu trúc xoắn ốc, có hai dạng xoắn là xoắn đơn và xoắn kép Ở dạng vòng

xoắn đơn, mỗi vòng xoắn ốc chứa sáu monome glucose Khi phản ứng với iodine,

các phân tử iodine chiếm gọn các vòng xoắn ốc trong cấu trúc amylose, do đó làm

thay đổi sự hấp thụ màu của tinh bột

Hình 1 3 Các phân tử iodine bên trong cấu trúc xoắn của amylose[2]

b Cấu tạo amylopectin

Amylopectin là polyme có mức độ phân nhánh cao, thành phần cơ bản cấu

tạo nên là mono- glucose liên kết theo 2 kiểu α – D – 1,4 – glucozit và α – D – 1,6

– glucozit Amylopectin có kích thước phân tử và số lượng mạch nhánh lớn hơn

amylose rất nhiều, do đó nó có cấu trúc không gian cồng kềnh phức tạp hơn so

với amylose chiều dài của chuỗi mạch khoảng 25 – 30 đơn vị glucozơ

Hình 1.4 Liên kết α-1,4 và α-1,6 [6]

Vùng một có cấu trúc chặt, sắp xếp có trật tự do đó thủy phân khó khăn, đồng

thời hàng trăm xoắn đôi với một số lượng lớn các cụm amylopectin tương tác với

nhau xây dựng thành vùng tinh thể chặt chẽ có chiều cao khoảng 5 ÷ 6 nm Vùng

thứ hai sắp xếp kém trật tự hơn, có nhiều điểm phân nhánh nên dễ dàng bị thủy

phân Đây là vùng vô định hình với chiều cao khoảng 3÷4 nm Chính vì trong

phân tử có mối liên kết nhánh này đã làm cho amylopectin cồng kềnh hơn [4][2]

[3]

1.1.4. Dạng cấu trúc trong hạt tinh bột

Ở phía ngoài tinh bột là một lớp vỏ cứng có tác dụng bảo vệ những phần ở

phía bên trong Trung tâm của hạt tinh bột có chứa amylose, và tỷ lệ hàm lượng

amylopectin tăng dần theo chiều hướng ra ngoài lớp vỏ của hạt [5][11]

Hình 1.5: Sự phân lớp của hạt, cấu trúc vỏ hạt [9] [10]

Ở phía trong chính nhờ sự sắp xếp của amylose và amylopectin mà cấu trúc

hạt phân thành 2 lớp Các vùng tinh thể chứa chủ yếu là amylopectin có cấu trúc

chặt chẽ xen kẽ với các vùng vô định hình chứa chủ yếu là amylose có cấu trúc

mềm [7] Phía trên bề mặt hạt có các vết nứt, Chúng được tạo thành do sức ép khi

có sự khác biệt về khả năng phát triển tại các vùng khác nhau bên trong hạt tinh

bột Như vậy hạt tinh bột có vét nứt sẽ bị thủy phân nhanh hơn so với những hạt

không có vết nứt, đồng thời nó cũng tạo điều kiện cho enzyme xâm nhập vào dễ

dàng hơn [5][12]

Hình 1.6 : Hình ảnh tổng quan về hạt tinh bột [9]

Trên bề mặt vỏ của hạt có chứa các lỗ mao quản dẫn tới các rãnh có cấu trúc

chủ yếu là vô định hình, bên trong hạt có các vùng tinh thể xen kẽ với các vùng

bán tinh thể Ở mức độ chi tiết hơn, cấu trúc khối có chứa một số lớp mỏng, lớp

vô định hình và lớp tinh thể nằm xếp chồng xen kẽ nhau Trong hình ảnh cụm

amylopectin cho thấy cấu trúc phân nhánh của amylopectin trong tinh bột và các

phân tử lipit nằm trong chuỗi xoắn amylose [5] Các kích thước của lõi vô định

hình có liên quan đến hàm lượng amylose tinh bột hạt tinh bột có thể được kiểm

tra ít nhất 5 cấp độ của cấu trúc, khác nhau từ nano để micromet Lớn nhất là các

hạt còn nguyên vẹn, mà thay đổi trong kích thước 1-100 mm Tiếp theo là xen kẽ

vòng phát triển semicrystalline và vùng vô định hình Các yếu tố cấu trúc bên

dưới siêu xoắn là tinh thể và lá mỏng vô định hình với một chu kỳ khoảng 9 nm.

Các đơn vị nhỏ nhất của cơ cấu tổ chức tinh bột là cá nhân đơn vị glucosyl

(0,3-0,5 nm; Biliaderis 2009) [13][14]

Cấu trúc dạng sợi: hạt tinh bột bao gồm những tinh thể xốp, mọc dài ra, gồm

nhiều hay ít sự sắp xếp xuyên tâm và được kết nối với nhau bởi các đơn vị tinh

thể Sự sắp xếp đó tạo thành các sợi nhỏ song song và có thể tạo thành dạng hình

xoắn ốc đơn hay kép gọi là các sợi tinh bột

Hình 1.7 Cấu trúc dạng sợi của tinh bột [34]

Cấu trúc tinh thể: Trong hạt tinh bột tồn tại một mạng lưới tinh thể, có 4 loại

cấu trúc tinh thể: A, B, C, V, bằng phương pháp nhiễu xạ X-ray có thể xác định

được từng loại cấu trúc và đặc điểm của chúng

Hình 1.8 Ảnh X-ray của 2 kiểu cấu trúc của tinh bột Tinh bột dong riềng và

tinh bột sắn[18]

Dựa trên phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy tinh bột dong riềng có cấu trúc kiểu

B với độ trung bình của chuỗi polymer chiều dài chuỗi amylopectin thay đổi

trong khoảng 22.5 - 28.9

Cấu trúc tinh thể dạng B: Là dạng cấu trúc tinh thể phổ biến nhất trong hạt tinh

bột, trong cấu trúc tinh thể dạng B, các đường xoắn ốc được xếp chặt với nhau

trong một ô sáu cạnh Sự có mặt của 36 phân tử nước tạo thành một trục ở trung

tâm Cấu trúc tinh thể tinh bột gốc tính dạng B không bắt màu với iot, nước là

môt thành phần quan trọng trong việc hình thành nên cấu trúc tinh thể dạng B,

nước tạo thành liên kết chính: liên kết hydro giữa tinh bột - nước - tinh bột [8]

Hình 1.9 Cấu trúc tinh thể dạng B [8]

1.1.5 Tính chất hạt tinh bột dong riềng

Tinh bột dong riềng có dải nhiệt độ hồ hóa trong dải từ 67.4 - 76.1oC phụ

thuộc nhiều vào kích thước hạt và sự phân bố của hạt tinh bột Tinh bột dong

riềng có độ trương nở thấp so với nhiều tinh bột từ củ khác như sắn, khoai tây,

khoai lang, nhưng hồ tinh bột lại có độ trong cao hơn Sự ổn định cấu trúc gel

trong điều kiện lạnh - lạnh đông kém, mức độ tách nước cao [20][21]

Hình 1.10 Độ trương nở và độ trong của tinh bột dong riềng so với tinh bột sắn,

khoai tây và khoai lang [20]

Ảnh hưởng của thời gian thu hoạch đến các thành phần hóa học, hóa lý và

tính chất của tinh bột từ dong giềng đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy rằng

một số tính chất như kích thước trung bình hạt, hàm lượng amylose, nhiệt độ hồ

hóa, thay đổi theo các giai đoạn phát triển của thân rễ dong giềng Môi trường

sống cũng ảnh hưởng đến hình ảnh của thân rễ dong giềng và sản lượng tinh bột

Bảng 1.2 Thành phần hóa học tinh bột dong riềng[18]

Tinh bột dong riềng được nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng có khả năng cao

chống lại sự thủy phân bởi enzym α-amylase, do đó khả năng chuyển hóa tinh bột

thành đường với các sản phẩm từ tinh bột dong riềng thấp Sự chuyển hóa thấp

cũng đang dần trở thành một hướng nghiên cứu mới với các nguồn thực phẩm tự

nhiên giàu carbonhydrate khi mà các vấn đề về béo phì và tiểu đường trở lên lo

ngại [20]

1.2. TỔNG QUAN VỀ BIẾN TÍNH TINH BỘT

1.2.1. Tổng quan về tinh bột biến tính nói chung

1.2.1.1. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lý

Phương pháp biến tính tinh bột sử dụng tác nhân vật lý là phương pháp sử

dụng các tác nhân vật lí để làm thay đổi cấu trúc và hình dáng hạt tinh bột [1]

Tinh bột điển hình của phương pháp này là tinh bột hồ hóa sơ bộ (Pregelatinized

starch) và tinh bột được xử lý nhiệt-ẩm (Heat- moisture treated starch).

Tinh bột hồ hóa sơ bộ: Tinh bột được hồ hóa trước với nước, sau đó sấy khô

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và ẩm làm đứt các liên kết giữa các phân tử, sau

quá trình sấy một phần nào đó của phân tử được tái liên hợp lại Sau khi biến tính

tạo ra một loại tinh bột hoàn toàn mới

Tinh bột được xử lí nhiệt ẩm: Tinh bột được làm ẩm rồi đưa đi sấy khô, nhờ

tác dụng của nhiệt và ẩm làm thay đổi cải thiện được tính chất của tinh bột

1.2.1.2. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hóa học

Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hóa học là dùng tác nhân hóa

học để thay đổi cấu trúc của tinh bột [28] Phương pháp này được sử dụng rộng

rãi trong thực phẩm, dược phẩm, và các ngành công nghiệp dệt may Biến tính

bằng phương pháp hóa học làm thay đổi các đặc tính chức năng của tinh bột Các

phản ứng hóa học và các tác nhân hóa học chủ yếu tác động liên quan đến các

nhóm hydroxyl của chuỗi polymer tinh bột, Các tác nhân thường dùng trong biến

tính tinh bột bằng phương pháp hóa học là acid, kiềm, biến tính bằng phương

pháp thế, phương pháp oxi hóa, phương pháp tạo liên kết ngang, este hóa [31]

[32]

Biến tính tinh bột theo phương pháp hóa học thường được thực hiện qua các

phản ứng trong môi trường nước Dịch tinh bột được cho phản ửng với tác nhân

trong những điều kiện nhiệt độ, pH, và thời gian thích hợp Khi phản ứng hoàn tất

hoặc để dừng phản ứng, tinh bột được đưa về pH cố định và sau đó lọc rửa với

nước và thu hồi dưới dạng bột khô

1.2.1.3. Biến tính bằng phương pháp thế

Biến tính bằng phương pháp thay thế là sử dụng các tác nhân hóa học phản

ứng với một hay nhiều nhóm hydroxyl của phân tử tinh bột tạo thành các dẫn xuất

của tinh bột [31] Điển hình là tinh bột ester và tinh bột ether Độ nhớt của dịch

tinh bột có xu hướng tăng lên sau khi được làm lạnh và gel tinh bột trở nên thoái

hóa dần Điều này hình thành do sự thay đổi cấu trúc và liên kết của các phân tử

amylose trong tinh bột Trong thực tế, các loại tinh bột thường hình thành gel

cứng và tách nước do quá trình thoái hóa và sắp xếp lại của các phân tử amylose

Để ngăn ngừa và giảm thiểu sự sắp xếp này các nhóm –OH của tinh bột được

thay thế hay ổn định bằng cách thay thế bởi các nhóm đơn chức năng vid dụ như

nhóm acetyl, nhóm hydroxypropyl vào các chuỗi mạch chính của polyme tinh

bột Sự thay thế các nhóm chức thông qua các phản ứng ester hóa hay ether hóa,

làm giảm nhiệt độ hồ hóa, ngăn ngừa sự thoái hóa và ổn định cấu trúc tinh bột bởi

cơ chế ngăn ngừa sự sắp xếp lại của các chuỗi mạch trong phân tử tinh bột sau

khi được hồ hóa Tinh bột biến tính bằng cách thay thế các nhóm chức được sử

dụng phổ biến cho các sản phẩm lưu trữ lạnh/lạnh đông

1.2.1.4. Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

Tinh bột liên kết ngang được tạo thành khi sử dụng một, hai hay nhiều tác

nhân hóa học có thể phản ứng với hai hoặc nhiều hơn các nhóm hydroxyl giống

hoặc khác nhau trên chuỗi polyme tinh bột Quá trình tạo liên kết ngang nhờ các

liên kết cộng hóa trị đóng vai trò như những "mối hàn" để củng cố cấu trúc hạt

tinh bột (Hình) Việc hình thành các liên kết ngang tác động tới sự trương nở của

hạt tinh bột, tạo ra tinh bột biến tính có thể chịu được nhiệt độ cao và tính bền

acid cao Tinh bột có liên kết ngang thường được tạo thành nhờ phản ứng trong

môi trường kiềm (pH từ 7.5-12) giữa dịch tinh bột (từ 30-45%) và các tác nhân

tạo liên kết ngang, thường kèm theo sự có mặt xúc tác của các muối Trong số các

chất được phép sử dụng để tạo liên kết ngang trong tinh bột thì phổ biến là:

phosphorusoxychloride (POCl3), sodium trimetaphosphate (STMP), và hỗn hợp

của adipic anhyhdride và acetic anhydride Người ta thấy rằng chỉ cần đưa một

liên kết ngang ứng với một trăm gốc glucozơ thì đã có thể loại trừ được sự cố

không mong muốn của tinh bột cũng như ổn định được độ nhớt của hồ Trong

trường hợp dùng oxiclophotphat để làm tác nhân thì sản phẩm thu được có thể

dùng làm nhựa trao đổi cation Một tính khác của tinh bột biến tính này dai hơn,

dòn hơn và cứng hơn Các tinh bột có liên kết ngang còn là thành phần của dung

dịch để khoan dầu mỏ, là thành phần của sơn, của gốm, làm chất kết dính trong

các viên than, làm chất mang các chất điện li trong pin khô [19]

1.2.1.5. Biến tính bằng axit

Dưới tác dụng của axit, 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 axit 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 axit được

trung hoà và tinh bột thu hồi bằng cách lọc hay li tâm, rửa và sấy khô Nồng độ

axit, nhiệt độ, nồng độ tinh bột và thời gian thuỷ phân khác nhau tuỳ thuộc vào

nhà sản xuất [9] 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)[9] Tên chung của chúng là gluxidex có kèm

theo chỉ số DE (Dextrose Equivalent) để chỉ khả năng khử tính theo glucozơ) của

loại gluxidex đó Đường glucozơ 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)

1.2.1.6. Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme

Là phương pháp biến tính tinh bột bằng các phản ứng sinh hóa Tác nhân

được chọn lọc để sử dụng trong quá trình thủy phân, thay đổi cấu trúc hạt tinh

bột, để tạo ra các sản phẩm có chức năng mong muốn Các enzyme phổ biến được

sử dụng để biến đổi tinh bột là α – Amylase, β – Amylase, glucoamylose,

pullulanase, iso amylase Các sản phẩm của quá trình biến đổi tinh bột bằng

enzyme thường là các oligosaccharide và polysaccharide, glucose, maltose,… có

độ dài chuỗi phụ thuộc vào mức độ phân cắt của các enzyme Mức độ phân cắt

của enzyme được đo bằng DE (dextrose equivalent) Tinh bột chưa biến tính có

DE = 0 Tùy vào mức độ phân cắt của enzyme và sản phẩm tạo thành có tính chất

khác nhau Được ứng dụng rỗng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm [25][28]

[31]

1.2.2. Tinh bột biến tính Acetate (AS)

1.2.2.1 Giới thiệu về tinh bột acetate

Tinh bột acetyl hóa đã được biết hơn 100 năm trước Tinh bột biến tính là

thành phần phổ biến trong thực phẩm và các sản phẩm công nghiệp [14][35] Tinh

bột acetyl hóa với mức độ thay thế thấp (DS) được sử dụng rộng rãi trong ngành

công nghiệp thực phẩm trong nhiều năm bởi những đặc điểm quan trọng của nó

như hồ hóa ở nhiệt độ thấp, trương nở, độ hòa tan và chịu nhiệt tốt, ổn định trong

bảo quản Theo quy định, lượng acetic anhydride hoặc vinyl acetate được sử dụng

để biến tính tinh bột acetate dùng trong thực phẩm phải hạn chế để hàm lượng

nhóm acetyl không vượt quá 2.5% theo quy đinh của FAO [21] Hầu hết các sản

phẩm tinh bột acetate thương mại dùng trong thực phẩm đều có chứa một mức độ

thay thế của nhóm acetyl ở lượng thấp Đối với tinh bột ngô, biến tính acetate có

xu hướng làm giảm đáng kể độ cứng của gel khi mức độ thay thế DS=0.0275 và

gần như giảm hoàn toàn khi DS=0.05 [35] Nhưng mặt khác, tinh bột acetate lại

làm giảm và chậm sự thoái hóa gel lạnh tinh bột Hơn nữa, sự thay thế của nhóm

acetyl giảm độ đục của dịch tinh bột nguội và khi sự thay thế nhóm acetyl càng

cao thì độ trong càng cao [30][34][35]

Ngoài việc tăng cường sự ổn định liên kết giữa các phân tử, giảm thoái hóa,

nhóm thế acetyl làm suy yếu nhẹ cấu trúc hạt tinh bột làm cho sự trương nở và hồ

hóa có thể diễn ra ở nhiệt độ thấp Sự ảnh hưởng của nhóm thay thế acetyl được

thể hiện qua phân tích quá trình hồ hóa và làm nguội với đồ thị độ nhớt

Brabender visco/amyloseylo/gramyloseylopectinh để thấy được nhiệt độ hồ hóa

và độ nhớt đỉnh của paste Ví dụ tinh bột acetate từ tinh bột ngô, có hàm lượng

nhóm acetyl 1.8% có nhiệt độ hồ hóa thấp hơn 6oC và đạt độ nhớt đỉnh thấp hơn

10oC so với tinh bột chưa biến tính [30]

Quá trình acetyl hóa cũng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong trường

hợp của tinh bột giàu amylose (55-70% hàm lượng amylose), ở nhiệt độ hồ hóa từ

90 – 100oC khó cho sự phân tán các hạt tinh bột, và cần nhiệt độ cao hơn để hồ

hóa hoàn toàn Sự acetyl hóa, mặt khác lại làm giảm nhiệt độ hồ hóa đủ để cho

phép hồ hóa hoàn toàn tinh bột trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn và kinh tế [34]

Trong khi tinh bột acetate khá ổn định về mặt hóa học trong các môi trường

có tính axit từ mức độ nhẹ tới vừa phải, sử dụng tốt trong hầu hết các loại thực

phẩm thì các nhóm axetyl lại rất nhạy cảm với sự thủy phân bởi kiềm Ở pH 11,

tinh bột axetat (1.8% acetyl) bị deacetylated hoàn toàn trong 4 giờ ở 25oC Khi

chế biến ở nhiệt độ cao ở pH trung tính hoặc hơi kiềm sẽ có xu hướng thúc đẩy sự

deacetyl xảy ra, quá trình càng mạnh khi môi trường kiềm càng mạnh [34]

Acetyl hóa đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định tinh bột ngô,

tinh bột được acid chuyển đổi và các tinh bột nếp chuyển đổi bởi acid từ các loại

củ: tinh bột sắn, khoai tây Tuy nhiên, vai trò chính của nó là làm bền hơn sự ổn

định của các tinh bột được tạo liên kết ngang từ tinh bột các loại củ Liên kết

ngang từ tinh bột các loại củ được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm vì cấu trúc,

độ trong, khả năng chịu axit, nhiệt độ và lực cản Tuy nhiên, mặc dù sự ổn định

của tinh bột liên kết ngang được biết đến, gel đặc và dịch hồ của chúng vẫn tồn

tại một số thuộc tính không mong muốn lưu trữ ở nhiệt độ lạnh hoặc đóng băng,

chúng mất khả năng giữ nước nhanh hơn điều kiện bình thường và mức độ tách

nước lớn Đồng thời, gel trở nên mờ đục hơn và mất kết cấu Điều này được cho

là gây ra bởi liên kết giữa các phân tử giữa các đoạn mạch thẳng của

amyloseylopectin cũng như của mạch amylose trong trường hợp của sắn và khoai

tây Hiện tượng này có thể được giảm thiểu hoặc loại bỏ thông qua sự có mặt của

nhóm acetyl trong phân tử Theo cách này, các phần mạch thẳng của nhánh

amylopectin hoặc amylose bị ngăn chặn, giảm sự sắp xếp lại và bị phân cách bởi

cách gốc acetyl, khiến các đoạn mạch ngắn không đủ gần nhau để tạo ra các liên

kết hydro

1.2.2.2 Cơ chế và điều kiện phản ứng

Trong những nghiên cứu trước, tinh bột acetate thường được xử lý với acetic

anhydride trong môi trường kiềm Phản ứng được duy trì ở pH 8-9.5 Môi trường

kiềm được tạo thành nhờ dung dịch natri hydroxit thấp hơn 3% ở nồng độ cao

hơn xảy ra quá trình gelatin hóa hạt tinh bột do tác động của kiềm[30][34] Tinh

bột acetate khá ổn định về mặt hóa học trong các môi trường axit từ mức độ nhẹ

tới vừa phải do các liên kết hình thành

• Cơ chế phản ứng

Theo Mark và Mehltretter (1972) [40] đã nghiên cứu được phương pháp

chuẩn bị đơn giản sử dụng NaOH Tác nhân acetic anhydride sẽ tấn công vào vị

trí C6 đầu tiên Sau đó đến các vị trí C2 và C3 Những nhóm –OH còn lại phía trong

sẽ liên kết với đơn vị glucose bên cạnh Khi phản ứng xảy ra trong môi trường

kiềm thì tinh bột tương tác với các anhydride cacboxylic với việc loại bỏ các ion

carboxylate và một phân tử nước (1)

ST-OH + NaOH + CH3COOCOCH3  ST-OCOCH3 + NaOCOCH3 + H2O (1)

Tiếp theo là phản ứng xà phòng hóa, sản phẩm tạo thành là acetate tách ra từ

các phân tử tinh bột và tinh bột hydroxyl được tái sinh (2)

ST-OCOCH3 + NaOH  ST-OH + NaOCOCH3(2)

Cơ chế phản ứng của tinh bột và acetic anhydride:

Hình 1.11 Cơ chế phản ứng của tinh bột và acetic anhydride

1.2.2.3 Một số nghiên cứu về biến tính tinh bột acetate.

Năm 2004 Jaspreet Singh, Lovedeep Kaur, Narpinder Singh đã nghiên cứu

một số tính chất của tinh bột ngô và tinh bột khoai tây biến tính theo phương pháp

aceate Kết quả được chỉ ra rằng tinh bột sau khi biến tính bằng phương pháp

acetylate mang lại sự thay đổi rõ ràng về tính chất hóa lí so với tinh bột ban đầu

Tinh bột sau biến tính tăng độ trương nở, hòa tan, giảm sự thoái hóa

Năm 2005 S.Takahashi, C.C Maningat và P.A.Seib đã nghiên cứu một số tính

chất của tinh bột ngô và tinh bột sắn biến tính theo phương pháp acetylate, kết

quả đưa ra rằng tinh bột sau khi biến tính có khả năng chống sự thoái hóa tốt hơn,

giảm độ cứng của gel tinh bột

Năm 2012 , S.Drago và CS đã nghiên cứu về tính chất lưu biến của tinh bột

biến tính tinh bột mỳ với acid succinic/acid anhydride và acid azelaic/acid

anhydride Kết quả cho thấy sau khi biến tính acetylate làm giảm độ nhớt khi đun

nóng cũng như làm lạnh, giảm khả năng thoái hóa, tăng khả năng trương nở, tăng

khả năng hòa tan, tăng độ bền gel của tinh bột

Năm 1997, Ancona David Betancur, Guerrero Luis Chel and Hernandez

Eduardo Canizares đã nghiên cứu tinh bột 1 cây họ đậu có tên là Canavalia, áp

dụng phương pháp biến tính acetylate ở điều kiện pH = 8.0 – 8.5 làm giảm nhiệt

độ hồ hóa, tăng độ nhớt, tăng khả năng hòa tan Đề ra một số ứng dụng trong thực

phẩm như trong kem, thạch trái cây, các sản phẩm nướng, nước sốt, và thực phẩm

đông lạnh

Năm 2005 Singh và cộng sự đã nghiên cứu tính chất của tinh bột biến tính

acetylate trên các nguồn tinh bột tách ra từ các giống lúa khác nhau Kết quả cho

thấy, acetyl hóa tinh bột làm giảm độ cứng của gel tinh bột, giảm nhiệt độ hồ hóa,

giảm độ nhớt, giảm khả năng thoái hóa của tinh bột

1.2.2.4. Ứng dụng của tinh bột biến tính acetate.

Sự đa dạng các tính chất chức năng của tinh bột, đặc biêt là tinh bột biến tính

làm cho chúng phù hợp với nhiều loại thực phẩm Tinh bột tham gia vào cấu trúc,

độ nhớt, hình thành gel, độ kết dính, liên kết, duy trì độ ẩm, hình thành màng tinh

bột, và tính đồng nhất của sản phẩm Một số tinh bột biến tính cũng đang ngày

càng được sử dụng như thay thế chất béo ít no và không no Các loại tinh bột biến

tính khác nhau có khả năng chịu nhiệt tốt hơn, lực cắt, chống chịu điều kiện axit

và các điều kiện chế biến thực phẩm tốt hơn tinh bột tự nhiên Sự biến tính có thể

ảnh hưởng đến khả năng hòa tan tinh bột, độ nhớt, sự ổn định lạnh đông- rã đông,

độ đục và màu dạng paste, sự hình thành gel, hình thành màng, độ cố kết Tinh

bột biến tính acetate thường được ứng dụng nhiều trong các sản phầm dạng

gel-paste trong súp, nước chấm, nước sốt, các sản phẩm từ sữa hay bột nhào các sản

phẩm bánh qua nướng mà cần cải thiện các tính chất về cấu trúc, sự ổn định về độ

nhớt

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 VẬT LIỆU

2.1.1 Nguyên liệu

Tinh bột dong riềng được mua tại xã Dương Liễu – Hoài Đức – Hà Nội Các

điều kiện thí nghiệm được thực hiện tại các phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ

Thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm; trường Đại học

Bách Khoa Hà Nội

2.1.2 Hóa chất

Các hóa chất sử dụng trong những thí nghiệm của nghiên cứu này đều được

phép sử dụng đối với thực phẩm và trong giới hạn theo khuyến cáo của FDA

Hóa chất tinh khiết dùng cho các phân tích hóa học có xuất xứ rõ ràng từ

Nhật Bản, Pháp, Trung Quốc…được cung cấp bởi: Công ty hóa chất và thiết bị

Văn Minh, 55 Phùng Hưng, Hà Nội…

2.1.3 Thiết bị sử dụng

Các thiết bị phân tích:

- Máy đo pH (IQ Scientific Intruments)

- Máy lắc ổn nhiệt (Bộ môn Công nghệ Thực phẩm)

- Máy phân tích cấu trúc TA.XT plus (Bộ môn Công nghệ Thực phẩm)

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm của tinh bột

Độ ẩm của tinh bột được xác định theo phương pháp sấy đến trọng lượng

không đổi Lấy hộp nhôm và sấy ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng không đổi, rồi

cho vào bình hút ẩm 10 – 15 phút để làm nguội và cân hộp Cân khoảng 2g mẫu

tinh bột cho vào hộp và sấy ở nhiệt độ 105 ± 2oC trong 24h, sau đó lấy mẫu ra cho

vào bình hút ẩm 10 – 15 phút làm nguội và cân

Tính toán:

Hàm ẩm của tinh bột xác định theo công thức sau:

0

2 0

G – Khối lượng hộp nhôm (g)

Go - Khối lượng mẫu trước khi sấy (g)

G2 - Khối lượng hộp và mẫu sau khi sấy (g)

W - Độ ẩm của mẫu cần xác định (%)

2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm acetyl trong tinh bột acetate.

Phương pháp xác định hàm lượng nhóm acetyl trong tinh bột theo FAO(1999)

[21] Cân 5g mẫu chuyển vào bình tam giác 250ml, bổ sung 50ml nước cất, thêm

một vài giọt phenolphthalein và chuẩn độ bằng NaOH0.01N đến màu hồng bền

trong khoảng 1 phút Thêm 25ml NaOH 0.45N, sau đó nút bình lại và lắc mạnh

trong vòng 30 phút (chú ý nhiệt độ không quá 30C vì một số loại tinh bột có thể

bị hồ hóa) Rửa nắp, thành bình với một vài ml nước cất và chuẩn độ bằng HCl

0.2N cho đến khi màu hồng Ghi lại số ml HCl 0.2N đã dùng

Mẫy trắng: bổ sung 25ml NaOH 0.5N và bình tam giác, thêm vài giọt

phenolphthalein sau đó chuẩn độ bằng HCl 0.2N, ghi lại số ml HCl 0.2N tiêu tốn