Nghiên cứu chế biến tinh bột nếp dùng trong sản xuất bánh ít lá gai

Một số tính chất chức năng của tinh bột Khả năng tạo gel của hồ tinh bột Hồ tinh bột khi để nguội, các phân tử tinh bột sẽ tương tác với nhau sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo th

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LÊ THỊ THU VÂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN TINH BỘT NẾP DÙNG TRONG SẢN XUẤT BÁNH ÍT LÁ GAI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng những số liệu và kết quả ngh iên cứu trong đồ án này

là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình khác

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này,

Trước hết em xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm, Lãnh đạo phòng Đào tạo Đại học sự biết ơn, niềm kính trọng và tự hào được học tập tại Trường Đại học Nha Trang trong thời gian qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất em xin được giành cho cô ThS Nguyễn Thị Mỹ Trang –

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang và TS Hoàng Đức An – Viện phó Viện Nghiên cứu Ứng dụng Khoa học và Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt vừa qua

Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Đức An - Chủ nhiệm đề tài cấp tỉnh

Bình Định “Nghiên cứu kéo dài thời hạn sử dụng bánh ít lá gai Bình Định” đã tài trợ

kinh phí và xin cảm ơn cơ sở sản xuất Bánh ít tại Bình Định đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho

em trong quá trình thử nghiệm sản xuất các nội dung của đề tài

Xin ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm và các khoa khác trong Nhà trường đã tận tình dạy dỗ em trong suốt quá trình học tập vừa qua

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã tạo điều kiện, động viên khích lệ tinh thần cho em vượt qua mọi khó khăn trong suốt chặn đường học tập vừa qua

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH VIII DANH MỤC BẢNG X

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT 3

1.1.1 Thành phần hóa học của tinh bột 3

1.1.2 Tính chất của tinh bột 8

1.1.2.1 Tính hấp thụ của hạt tinh bột 8

1.1.2.2 Tính hòa tan 8

1.1.2.3 Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột 8

1.1.2.4 Tính chất hóa học 9

1.1.2.5 Một số tính chất chức năng của tinh bột 10

1.1.3 Bột nếp 12

1.1.3.1 Giới thiệu chung về bột nếp 12

1.1.3.2 Thành phần hóa học của gạo nếp 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME 13

1.2.1 Khái niệm 13

1.2.2 Tính chất 14

1.2.3 Ứng dụng của enzyme 15

1.3 ENZYME BROMELAIN 16

1.4 BIẾN TÍNH TINH BỘT 19

1.4.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý 19

1.4.1.1 Biến tính bằng phương pháp nhiệt ẩm 19

1.4.1.2 Biến tính bằng trộn với chất rắn trơ 20

1.4.1.3 Phương pháp annealing 21

1.4.1.4 Phương pháp biến đổi cơ 21

1.4.1.5 Biến tính tinh bột bằng cách gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao 22

1.4.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học 23

1.4.2.1 Biến tính tinh bột bằng axit 23

1.4.2.2 Biến tính tinh bột bằng oxy hóa 23

1.4.2.3 Biến tính tinh bột bằng cách gắn thêm nhóm phosphate 24

1.4.3 Biến tính tinh bột bằng enzyme 24

1.4.4 Một số ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghệ thực phẩm 26

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TINH BỘT BIẾN TÍNH Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 26

1.5.1 Tình hình nghiên cứu về tinh bột biến tính ở Việt Nam 26

1.5.2 Tình hình nghiên cứu về biến tính tinh bột trên thế giới 27

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 30

2.1.1 Gạo nếp 30

2.1.2 Quả dứa 30

2.1.3 Một số loại phụ gia 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

2.2.1 Các phương pháp phân tích hóa học 31

2.2.1.1 Phương pháp xác định hàm ẩm 31

2.2.1.2 Phương pháp xác định tro toàn phần 31

2.2.1.3 Xác định trị số pH 31

2.2.1.4 Phương pháp xác định hàm lượng protein 31

2.2.1.5 Phương pháp xác định hàm lượng lipid 31

2.2.2 Các phương pháp phân tích tinh bột 32

2.2.2.1 Phương pháp xác định độ hòa tan của tinh bột 32

2.2.2.2 Xác định độ nhớt 32

2.2.2.3 Phương pháp xác định nhiệt độ hồ hóa 33

2.2.2.4 Phương pháp xác định chỉ số DE 34

2.2.2.5 Phương pháp phân tích hàm lượng tinh bột 35

2.2.2.6 Phương pháp xác định hàm lượng amylose, amylopectin của tinh bột 37

2.2.3 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh vật 39

2.2.4 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm bánh ít lá gai 40

2.2.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm 41

2.2.5.1 Quy trình chế biến bột nếp từ gạo nếp dài Sài Gòn 41

2.2.5.2 Quy trình chế biến tinh bột nếp biến tính dự kiến 42

2.2.5.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quy trình sản xuất 45

2.2.5.4 Sử dụng tinh bột nếp đã chế biến trong sản xuất Bánh ít lá gai 55

2.3 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 58

2.3.1 Hóa chất 58

2.3.2 Thiết bị chủ yếu đã sử dụng 59

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 59

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 60

3.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỘT NẾP DÙNG TRONG SẢN XUẤT BÁNH ÍT LÁ GAI 60

3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CHO QUY TRÌNH CHẾ BIẾN TINH BỘT NẾP BIẾN TÍNH 61

3.2.1 Xác định thời gian ngâm gạo nếp với nước 61

3.2.2 Xác định chế độ ngâm xử lý tinh bột nếp bằng dịch enzyme Bromelain từ dứa 62

3.2.2.1 Xác định tỷ lệ dung dịch dứa thích hợp 62

3.2.2.2 Xác định thời gian ngâm bột nếp với dịch dứa 63

3.2.3 Xác định chế độ lắng, lọc và rửa 1 65

3.2.3.1 Xác định tỷ lệ nước rửa 65

3.2.3.2 Xác định số lần rửa 66

3.2.4 Xác định chế độ ngâm tinh bột nếp đã chế biến bằng muối Phosphate và CaCl2 68

3.2.4.1 Xác định tỷ lệ muối Phosphate và CaCl2 bổ sung thích hợp 68

3.2.4.2 Xác định thời gian ngâm dịch tinh bột với muối Phosphate và CaCl2 70

3.2.5 Xác định chế độ lắng, lọc và rửa 2 72

3.2.5.1 Xác định tỷ lệ nước rửa 72

3.2.5.2 Xác định số lần rửa 73

3.2.6 Xác định chế độ làm khô tinh bột nếp biến tính 74

3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ BIẾN TINH BỘT NẾP BIẾN TÍNH DÙNG CHO SẢN XUẤT BÁNH ÍT LÁ GAI 76

3.4 SẢN XUẤT THỬ VÀ SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1 KẾT LUẬN 84

2 KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC 89

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1 1 Cấu trúc mạch amylose 4

Hình 1 2 Cấu trúc mạch amylopectin 6

Hình 2 1 Gạo nếp dài Sài Gòn 30

Hình 2 2 Quả dứa 30

Hình 2 3 Sơ đồ quy trình chế biến bột nếp từ gạo nếp dài Sài Gòn 41

Hình 2 4 Sơ đồ quy trình dự kiến chế biến tinh bột nếp biến tính 43

Hình 2 5 Sơ đồ thí nghiệm xác định thời gian ngâm gạo nếp với nước 45

Hình 2 6 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ dịch dứa (enzyme Bromelain) bổ sung 46

Hình 2 7 Sơ đồ thí nghiệm xác định thời gian ngâm với dịch dứa 47

Hình 2 8 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung cho lắng, lọc rửa lần 1 48

Hình 2 9 Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần lắng, lọc rửa lần 1 49

Hình 2 10 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ muối Phosphate phối trộn 50

Hình 2 11 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ CaCl2 phối trộn 50

Hình 2 12 Sơ đồ thí nghiệm xác định thời gian ngâm với muối Phosphate và CaCl2 51 Hình 2 13 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung cho lắng lọc rửa lần 2 52

Hình 2 14 Sơ đồ thí nghiệm xác định số lần lắng, lọc rửa lần 2 53

Hình 2 15 Sơ đồ thí nghiệm xác định thời sấy tinh bột nếp biến tính 54

Hình 2 16 Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt độ sấy tinh bột nếp biến tính 55

Hình 2 17 Sơ đồ quy trình sản xuất Bánh ít lá gai 55

Hình 3 1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước rửa đến hiệu suất thu hồi tinh bột nếp 66

Hình 3 2 Ảnh hưởng của số lần rửa 1 đến hiệu suất thu hồi tinh bột nếp 67

Hình 3 3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến độ nhớt của tinh bột nếp biến tính sau khi ép tách nước 71

Hình 3 4 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung đến hiệu suất thu hồi tinh bột nếp biến tính ướt 72

Hình 3 5 Ảnh hưởng của số lần rửa đến hiệu suất thu hồi tinh bột nếp biến tính ướt 73 Hình 3 6 Sự biến đổi hàm ẩm trong các mẫu sấy theo thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau với cùng vận tốc gió 2 m/s 74

Hình 3 7 Sự thay đổi tổng điểm cảm quan của sản phẩm tinh bột nếp biến tính sau khi sấy theo nhiệt độ 75

Hình 3 8 Quy trình chế biến tinh bột nếp biến tính dùng cho sản xuất Bánh ít lá gai 77 Hình 3 9 Ảnh hưởng của các loại bột khác nhau dẫn đến sự thay đổi chất lượng cảm quan của sản phẩm theo thời gian bảo quản 82

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1 1 Hàm lượng Am một số loại tinh bột [3], [6] 3

Bảng 1 2 Thành phần hóa học của gạo nếp thường 13

Bảng 1 3 Thành phần hóa học của nếp than 13

Bảng 1 4 Những tính chất vật lý của enzyme Bromelain [8] 17

Bảng 2 1 Đánh giá cảm quan dịch hồ tinh bột 33

Bảng 2 2.Tỷ lệ pha dung dịch chuẩn Am/Ap 38

Bảng 2.3 Các mức chất lượng đánh giá cảm quan 40

Bảng 3 1 Một số thành phần hóa học cơ bản của bột nếp từ gạo nếp dài Sài Gòn 60

Bảng 3.2 Một số tính chất đặc trưng của bột nếp từ gạo nếp dài Sài Gòn 60

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến trạng thái trương nở của gạo nếp sau ngâm 61

Bảng 3 4 Mầu sắc của dịch tinh bột khi phản ứng với Cu(OH)2 62

Bảng 3 5 Mầu sắc của dịch tinh bột khi phản ứng với Cu(OH)2 và trạng thái cảm quan dịch tinh bột 64

Bảng 3 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ muối Phosphate đến trạng thái cảm quan về độ dẻo dai, độ trong của tinh bột nếp biến tính 68

Bảng 3 7 Ảnh hưởng của tỷ lệ CaCl2 bổ sung đến trạng thái cảm quan về độ dẻo dai của tinh bột nếp biến tính 70

Bảng 3 8 Sơ tính chi phí nguyên vật liệu cho sản phẩm tinh bột nếp biến tính dùng cho sản xuất Bánh ít lá gai 79

Bảng 3 9 Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm 80

Bảng 3 10 Một số thành phần hóa học cơ bản của tinh bột nếp biến tính 80

Bảng 3 11 Một số tính chất đặc trưng của tinh bột nếp biến tính 80

Bảng 3 12 Một số thông số mô tả tinh bột nếp biến tính thành phẩm và bột nếp dài Sài Gòn 81

Bảng 3 13 Bảng kết quả vi sinh thực phẩm 81

Bảng 3 14 Kết quả phân tích vi sinh theo các loại bột khác nhau 82

MỞ ĐẦU

Việt Nam có bờ biển dài hơn 3.260 km là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển

du lịch Do vậy, Việt Nam xây dựng “Chiến lược phát triển du lịch Việt Nam đến năm

2020, tầm nhìn đến năm 2030” trong đó tập trung vào một số khía cạnh như “Phát triển

du lịch trở thành ngành kinh tế mũi nhọn; du lịch chiếm tỷ trọng ngày càng cao trong

cơ cấu GDP, tạo động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội” và “Phát huy tối đa tiềm năng, lợi thế quốc gia về yếu tố tự nhiên và văn hóa dân tộc, thế mạnh đặc trưng các vùng, miền trong cả nước; tăng cường liên kết phát triển du lịch” Với tinh thần ấy, tỉnh

Bình Định là tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ có bờ biển dài với bờ biển dài 134 km với nhiều bãi tắm, đầm, phá đẹp cũng tập trung vào phát triển kinh tế du lịch Định hướng phát triển du lịch của Bình Định là phát triển các khu du lịch gắn với biển và phát triển các sản phẩm thực phẩm truyền thống đặc trưng của vùng Bình Định, trong đó có bánh

ít lá gai Bánh ít lá gai là sản phẩm thực phẩm truyền thống của tỉnh Bình Định đã được bảo hộ nhãn hiệu và chứng nhận của Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam Sản phẩm Bánh ít lá gai được sản xuất thủ công, có tính chất gia truyền từ đời này sang đời khác và được sản xuất từ các nguyên liệu như bột nếp, đường, lá gai, đậu xanh, dừa, Tuy thế, cách thức sản xuất truyền thống thường làm theo kinh nghiệm và ít quan tâm đến yếu tố môi trường nhất là yếu tố lây nhiễm vi sinh vật nên sản phẩm bánh ít lá gai có hạn sử dụng khá ngắn thông thường chỉ có thể lưu giữ ở nhiệt độ thường trong khoảng từ 2 đến 4 ngày Bên cạnh đó, do cách chế biến truyền thống sử dụng bột nếp truyền thống phối trộn với lá gai nên phần vỏ bánh có màu đen, đục, dễ bị cứng lại - hiện tượng thoái hóa - lại bột khi bảo quản lạnh Chính vì thế, các sản phẩm truyền thống này chủ yếu chỉ tiêu thụ trong tỉnh Do vậy, năm 2015, Chủ tịch UBND tỉnh Bình Định ký quyết định số 2501/QĐ-UBND ngày 16/7/2015 về việc phê duyệt nội dung và kinh phí thực hiện “Dự án KH&CN hỗ trợ phát triển các sản phẩm đặc trưng tỉnh Bình Định năm 2015” Dự án này có mục tiêu chính

là hỗ trợ việc nghiên cứu và phát triển thương hiệu cho sản phẩm Bánh ít lá gai Bình Định

Do vậy, tỉnh Bình Định cho phép TS Hoàng Đức An làm Chủ nhiệm đề tài cấp tỉnh Bình

Định “Nghiên cứu kéo dài thời hạn sử dụng bánh ít lá gai Bình Định” trong đó có nội

dung nghiên cứu cải thiện chất lượng bột dùng trong chế biến bánh ít lá gai Được sự tài trợ của chủ nhiệm đề tài trên và được sự đồng ý của Khoa Công nghệ Thực phẩm -

Trường Đại học Nha Trang, em được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế biến tinh

bột nếp dùng trong sản xuất Bánh ít lá gai”

Mục tiêu của đề tài: tạo được tinh bột biến tính từ tinh bột nếp phù hợp cho quá

trình sản xuất bánh ít lá gai giúp cải thiện một số nhược điểm của bánh ít lá gai truyền thống

Nội dung của đề tài:

1) Đánh giá chất lượng bột nếp dùng trong sản xuất Bánh ít lá gai Bình Định

2) Nghiên cứu xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình chế biến tinh bột nếp

dùng trong sản xuất Bánh ít lá gai

3) Thử nghiệm sử dụng tinh bột nếp biến tính trong sản xuất Bánh ít lá gai Bình Định

4) Đề xuất quy trình chế biến tính bột nếp dùng cho sản xuất Bánh ít lá gai

Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên đề tài này chắc không tránh khỏi những hạn chế Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để đề tài thêm hoàn thiện Em xin chân thành cám ơn các ý kiến góp ý cho đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT

1.1.1 Thành phần hóa học của tinh bột

Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, tinh bột bao gồm hai hợp phần chính

là amylose và amylopectin Ngoài hai thành phần này thì tinh bột còn có một phần rất nhỏ các chất béo, protein và các chất tro Trong các thành phần phụ lipit chiếm hàm lượng đáng kể nhất Các chất béo thường là axit béo và phospholipit chúng thường liên kết với thành phần amylose và phần lớn nằm trên bề mặt hạt tinh bột [13] Amylose và amylopectin là hai polyme cấu tạo từ các đường đơn α-D- glucoza, amylose có cấu tạo mạch thẳng còn amylopectin có cấu tạo mạch nhánh Đặc điểm cấu tạo và tỷ lệ của hai hợp phần này sẽ quyết định đến tính chất của tinh bột Trong đa số các loại tinh bột tỷ

lệ Am/Ap xấp xỉ ¼ Các loại tinh bột khác nhau thì hàm lượng amylose và amylopectin cũng khác nhau Thường trong tinh bột loại nếp (ngô nếp, gạo nếp) hàm lượng amylopectin gần như là 100% Còn trong các loại tinh bột dong riềng, đậu xanh hàm lượng amylose chiếm trên dưới 50% [10]

Bảng 1 1 Hàm lượng Am một số loại tinh bột [3], [6]

Amylose

Cấu tạo phân tử amylose

Amylose là một chuỗi polyme có cấu trúc mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn

vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicozit Phân tử amylose có một đầu khử

và một đầu không khử Khi bị thủy phân hoàn toàn tạo ra đường maltoza và glucoza

Amylose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn 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 β-amylose

- Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với β−amylose nên chỉ bị phân hủy 60% Trong hạt tinh bột ở dạng 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 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91A0 Các nhóm hydroxyl của

các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H [15]

Có thể pha chế được dung dịch nước amylose khi đun ở nhiệt độ cao và dưới áp suất Khi ở 150ºC thì phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn

Ở đa số trường hợp dung dịch amylose rất nhanh chóng tạo keo thậm chí ngay cả khi ở nhiệt độ cao Tốc độ tạo keo là hàm số của thời gian, nhiệt độ, nồng độ, pH và phương pháp hòa tan amylose

Amylose thường hòa tan trong các dung môi sau: cloralhydrat; formamit; axit đicloaxetic; pirolidin; đimetylsulfoxit; axetamic; etilenđiamin; piperazin; axit formic Dung dịch amylose trong đa số các dung môi này đều có độ nhớt cao Dung môi tốt nhất

để hòa tan amylose là đimetylsulfoxit Nếu dung môi khan thì có thể hòa tan được 50% khối lượng amylose có độ ẩm từ 7-10% Sau đó nếu thêm nước vào thì amylose lại kết tủa

➢ Tính lưu biến

Amylose trong dung dịch chúng có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra tinh thể do các phân tử amylose thường tuyến tính và đều đặn Khi sự liên hợp xảy ra với tốc độ tối thiểu thì amylose sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã thoái hóa, khi tốc

độ liên hợp cực đại thì amylose sẽ chuyển thành thể keo

Những amylose đã thoái hóa thường không tan trong nước lạnh, nhưng lại có khả năng hấp thụ một lượng nước lớn Một số amylose có thể hấp thụ một lượng nước gấp bốn lần trọng lượng của nó

Ở nhiệt độ thường keo amylose là một khối trắng đục không thuận nghịch, không thấy hiện tượng co Nghiên cứu keo amylose bằng kính hiển vi, người ta thấy chúng có cấu trúc hạt rõ rệt, chứng tỏ có tính không tan của kiểu tinh thể

Qua đó có thể thấy sự khác nhau giữa thoái hóa và tạo keo chỉ là mức độ định hướng Độ bền của keo amylose là do nồng độ và thời gian quyết định Khi khô keo trở nên cứng giòn và không thể trở về trạng thái ban đầu được nữa

➢ Phản ứng với iôt

Khi tương tác với iốt amylose cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, người ta đã dùng phương pháp trắc quang để xác định hàm lượng amylose thông qua việc xác định cường độ màu của phức này

Tác nhân để phản ứng này xảy ra là HI hoặc iôtđua Iốt tinh khiết không cho màu xanh khi thêm vào tinh bột hoặc amylose

Để có thể phản ứng được với iôt, phân tử amylose phải có dạng vòng hoặc xoắn

ốc Đối với các dextrin có ít hơn 6 gốc glucoza không cho phản ứng với iốt vì không tạo được vòng xoắn ốc hoàn chỉnh

Amylose có hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iôt tương ứng với một vòng xoắn ốc một phân tử iôt Trong phức iôt – amylose các phân tử iôt chui vào vùng

ưa béo của xoắn ốc amylose tạo thành một chuỗi các nguyên tử iốt nằm cạnh nhau Phản ứng xảy ra dễ dàng khi cho amylose khô tương tác với hơi iôt Nếu amylose

đã có cấu hình không gian thích hợp để tạo phức thì nước không phải là yếu tố cần thiết Vai trò của nước chỉ là để cho các phân tử amylose và iôt chuyển động được tự do và

để tạo điều kiện cho việc hình thành cấu hình xoắn ốc

Ngoài ra, amylose cũng có khả năng tạo phức với rất nhiều hợp chất hữu cơ có cực

và không cực khác nhau như: các rượu no, các rượu vòng, các phenol, các axit béo

➢ Sự thoái hóa của amylose

Sự thoái hóa của tinh bột là hiện tượng hạt tinh bột sau khi hồ hóa chuyển trở về trạng thái kết tinh ban đầu Hiện tượng thoái hóa là kết quả của sự tạo thành liên kết hyđro giữa các phân tử amylose vừa có nhóm hyđroxyl, vừa có nhóm tiếp nhận hyđro, giữa các phân tử amylose mạch đã giãn thường định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn giữa các phân tử amylopectin cứng nhắc

Do đó, sự thoái hóa thường liên quan nhiều đến amylose Quá trình thoái hóa gồm

ba giai đoạn:

- Đầu tiên các mạch sẽ được uốn thẳng lại

- Tiếp theo đó vỏ hyđrat bị mất và các mạch được định hướng

- Cuối cùng là sự tạo thành liên kết hyđro giữa các nhóm hyđroxyl của amylose

Do trong cấu tạo của amylose cho khả năng tạo được một số lớn liên kết hyđro giữa các phân tử cạnh nhau nên dung dịch amylose vô cùng không bền vững Khi nồng

độ amylose lớn hơn 2% thì các liên kết hyđro được hình thành một cách lan rộng giữa nhiều phân tử cạnh nhau và thể keo tụ được hình thành

Khi nồng độ thấp hơn hoặc khi ở điều kiện nhiệt độ được kiểm tra thì các phân tử

sẽ định hướng với nhau và tạo ra nhiều tinh thể Khi tập hợp tinh thể vượt trên kích thước keo thì sẽ tạo ra kết tủa

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoái hóa của amylose Tốc độ thoái hóa đạt cực đại khi pH = 7 và sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH pH cao hơn 10 sự thoái hóa không xảy ra, còn khi pH thấp hơn 2 thì tốc độ thoái hóa vô cùng bé [13]

Chính vì liên kết nhánh này đã làm cho phân tử amylopectin trở nên phức tạp hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ Phân tử amilopectin

có thể chứa tới 100000 đơn vị glucose

Sự khác biệt giữa amylose và amilopectin 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 amilopectin

Cấu tạo của amilopectin lớn, cồng kềnh và dị thể hơn amylose nhiều Trong tinh bột tỉ lệ amylose/amilopectin khoảng ¼ Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón

Nhìn chung, các loại amylopectin λmax: 530-550 nm; BV <0.2 và IA<1 Những mẫu tinh bột có tỷ lệ phân bố chiều dài mạch lớn có thể cho các giá trị này cao hơn các loại khác Giới hạn thủy phân bởi β amylose khoảng 55-61% [30]

Bên cạnh 2 thành phần chính là amylose và amylopectin, người ta cũng đã quan sát thấy các phân tử trung gian giữa 2 cấu tử này Cơ sở để xác định chúng là mức độ phân nhánh và khối lượng phân tử Tuy nhiên giới hạn các đặc tính này giữa amylose

và amylopectin còn chưa rõ ràng Vì vậy, khó có thể tách hoàn toàn các phần tử này, thậm chí khái niệm về nó cũng chưa được rõ ràng

Ngoài hai thành phần chính là amylose và amilopectin, tinh bột cũng có thể còn chứa một số thành phần khác như các phospho liên kết, protein, lipit, các chất khoáng Hầu hết các thành phần này có hàm lượng rất nhỏ đôi khi chỉ là vết Sự có mặt của các thành phần này có thể tác động đến tính chất của tinh bột

1.1.2 Tính chất của tinh bột

1.1.2.1 Tính hấp thụ của hạt tinh bột

Do hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hòa tan thì cả mặt bên trong và bên ngoài của hạt đều tham dự Sự hấp thụ xảy ra với hơi nước, các chất ở thể khí, thể hơi trong quá trình sấy, chế biến thủy nhiệt và bảo quản rất quan trọng Người ta nhận thấy rằng khi độ ẩm tương đối của không khí là 73% thì tinh bột có khả năng hút ẩm đến 10,33%, còn khi độ ẩm tương đối của không khí là 100% thì khả năng hút ẩm lên đến 100%

Ngoài ra, các ion liên kết với tinh bột cũng làm ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của hạt tinh bột Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh bột có khả năng hấp thụ xanhmetylen rất tốt Tuy nhiên, đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột khác nhau thường khác nhau Đặc trưng của đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau

và phụ thuộc vào sự khác nhau về cấu tạo bên trong của hạt và khả năng trương nở của tinh bột

Khả năng hấp thụ của tinh bột phụ thuộc vào các cation liên kết với tinh bột Các cation ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ xanhmetylen của tinh bột được phân bố theo dãy: Na+>Mg2+>Ba2+>Ca2+ Bên cạnh đó, nhiệt độ cũng là nhân tố ảnh ưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Nhiệt độ tăng khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây giảm, còn ở tinh bột lúa mì thì khả năng hấp thụ lại tăng đến một nhiệt độ nhất định [10] [11]

1.1.2.2 Tính hòa tan

Ở nhiệt độ thường tinh bột thường không hòa tan trong nước, tinh bột cũng không hòa tan trong rượu, ete, sulfua cacbon, clorofom… Khả năng hòa tan của tinh bột phụ thuộc vào bản chất, tỷ lệ Amylose/Amylopectin của mỗi loại tinh bột

Một số yếu tố như nhiệt độ, pH môi trường cũng ảnh hưởng đến độ hòa tan của tinh bột Độ hòa tan của tinh bột thường tăng theo nhiệt độ và đạt độ hòa tan cao nhất khi hồ hóa hoàn toàn Tinh bột sẽ hòa tan trong môi trường kiềm tốt hơn trong môi trường axit hoặc môi trường trung tính

1.1.2.3 Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột

Khả năng trương nở của hạt tinh bột ở trong nước khi tăng nhiệt độ là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột Ở trạng thái tự nhiên tinh bột không bị hòa tan trong nước lạnh do năng lượng tương tác của phân tử trong điều kiện đó vượt xa năng

lượng hyđrat hóa Khi hấp thụ nước 25-50% hạt tinh bột vẫn chưa bị trương ra Khi nhiệt

độ tăng thì các liên kết hyđro duy trì cấu trúc mixen và các phân tử nước bị phá hủy Hạt tinh bột sẽ tăng thể tích lên nhiều lần trong quá trình trương nở cho đến khi hạt tinh bột bị rách và trở thành cái túi không định hình hoặc ngừng tăng thể tích tức là bắt đầu bị hồ hóa Sự hồ hóa của tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường kiềm [10]

Nói chung, quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều diễn ra giống nhau: ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên, sau đó qua một giá trị cực đại rồi giảm xuống Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó có sự chuyển đổi trạng thái của tinh bột từ trạng thái này sang trạng thái khác, hay nói cách khác nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ để phá

vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hyđrat hóa khác nhau thành dung dịch keo

Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nguồn gốc tinh bột, loại tinh bột, kích thước của hạt tinh bột, thành phần amylose và amylopectin, nồng độ huyền phù tinh bột, tốc độ đun nóng huyền phù, độ ẩm ban đầu của hạt tinh bột, môi trường khuyếch tán

Các loại tinh bột có nguồn gốc khác nhau sẽ có nhiệt độ hồ hóa khác nhau Do các loại tinh bột khác nhau sẽ có sự khác nhau về nhiều yếu tố như: kích thước hạt tinh bột, thành phần amylose và amylopectin… mà những yếu tố này có ảnh hưởng lớn tới nhiệt

độ hồ hóa Điều đó thể hiện: tinh bột có kích thước bé có nhiệt độ hồ hóa cao hơn những tinh bột có kích thước lớn Trong cùng một loại tinh bột có thể có các hạt có kích thước khác nhau trong một khoảng nào đó, khi hồ hóa tinh bột các hạt lớn bị hồ hóa trước, hạt

bé bị hồ hóa sau do đó nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ[11]

1.1.2.4 Tính chất hóa học

Phản ứng tạo phức

Tinh bột có khả năng tạo phức với iot Phản ứng giữa tinh bột và iot có thể xem là phản ứng đặc trưng của tinh bột Khi tương tác với iot, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iot 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 này xảy ra được thì các phân

tử amylose phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amylose bao

quanh phân tử iot Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Axit và một số muối như KI, Na2SO4 đóng vai trò làm tăng cường độ phản ứng

Với cấu hình xoắn ốc thì amylose hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iot Amilopectin khi tương tác với iot cho màu nâu tím

Về bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ Ngoài khả năng tạo phức với iot, 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

Phản ứng thủy phân

Tinh bột có thể bị thủy phân bằng axit hoặc bằng enzyme Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường dùng là α- amylose, β- amylose Điểm giống nhau ở phản ứng thủy phân bằng axit và enzyme 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

Ngoài ra, các nhóm hydroxyl trong tinh bột cũng có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl Quá trình oxi hóa này phụ thuộc vào tác nhân và điều kiện phản ứng Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột

và một số lượng nhóm cacbonyl 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

1.1.2.5 Một số tính chất chức năng của tinh bột

Khả năng tạo gel của hồ tinh bột

Hồ tinh bột khi để nguội, các phân tử tinh bột sẽ tương tác với nhau sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều

Điều kiện để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được trải qua quá trình hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau

đó để nguội ở trạng thái yên tĩnh Gel tinh bột khác với gel protein là trong gel ttinh bột chỉ có các liên kết hyđro tham gia Liên kết hyđro có thể liên kết trực tiếp các mạch polyglucozit lại với nhau hoặc gián tiếp qua các phân tử nước Trong gel tinh bột gồm

có vùng kết tinh và vùng vô định hình Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amylose và các đoạn mạch amylopectin kết dính với nhau

Các tinh bột vừa chứa amylose và amylopectin nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi nồng độ tương đối thấp Tinh bột có thể đồng tạo gel với protein Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn [10]

Tính chất nhớt – dẻo của hồ tinh bột

Độ nhớt và độ dẻo được xem là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm

Trong phân tử tinh bột có chứa nhiều nhóm hyđroxyl chúng có khả năng liên kết với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao, do đó các phân tử di chuyển khó khăn hơn Yếu tố chính ảnh hưởng tới độ nhớt của dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của phân tử hoặc của các hạt phân tán Đường kính này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố: 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 cầu hyđro các yếu tố này đều làm cho độ nhớt thay đổi

Sự thoái hóa của tinh bột

Hiện tượng thoái hóa của tinh bột hiện tượng dịch hồ tinh bột có nồng độ thấp xuất hiện các vẩn đục do sự kết hợp của các phần tử tinh bột thành các phần tử lớn hơn kết tủa

Gel tinh bột để khi để một thời gian dài chúng sẽ bị co lại và một lượng dịch sẽ tách ra Quá trình này gọi là sự thoái hóa Sự thoái hóa sẽ xảy ra mạnh mẽ hơn khi gel tinh bột để lạnh đông rồi cho tan giá Hiện tượng này xảy ra là do hình thành nhiều cầu hyđro giữa các phân tử tinh bột Các phân tử amylose có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn các phân tử amylopectin Do đó hiện tượng thoái hóa liên quan đến các phân tử amylose là chủ yếu Sự thoái hóa bao gồm các giai đoạn sau:

- Đầu tiên các mạch thẳng được uốn lại

- Tiếp đến vỏ hyđrat bị mất và các mạch được định hướng

- Các cầu hyđro được hình thành giữa các nhóm OH

Người ta nhận thấy tốc độ thoái hóa phụ thuộc vào pH Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại khi pH =7 tốc độ thoái hóa sẽ giảm khi tăng hoặc giảm

pH

+ Khi pH > 10 sẽ không có thoái hóa

+ Khi pH < 2 thì tốc độ thoái hóa vô cùng bé

1.1.3 Bột nếp

1.1.3.1 Giới thiệu chung về bột nếp

Gạo nếp là nguyên liệu để sản xuất ra bột nếp Gạo nếp hay gạo sáp (Danh pháp

khoa học: Oryza sativa var Glutinosa hay Oryza glutinosa) là loại gạo hạt ngắn phổ

biến ở châu Á, đặc biệt dính khi nấu [16]

Nếu như gạo là nguồn nguyên liệu chủ yếu từ bao đời nay có mặt trong hầu hết các bữa ăn của người châu Á thì bột gạo, bột nếp là những thành phần chính đã tạo nên rất nhiều loại thực phẩm tiêu biểu của các quốc gia này Nguồn gốc của bột gạo, bột nếp

đã có từ rất lâu kể từ con người biết trồng lúa nước và nó đã trở thành nguồn nguyên liệu tạo nên cái hồn của rất nhiều quốc gia Rất nhiều loại bánh truyền thống của các nước châu Á có nguyên liệu chính từ bột nếp

Đối với Việt Nam, gạo nếp là loại lương thực rất gần gũi trong đời sống Vào các dịp lễ Tết không nhà nào lại không dùng gạo nếp để gói bánh chưng, bánh tét, đồ xôi tạo nên một nét rất riêng của dân tộc Tuy nhiên không phải ai cũng biết gạo nếp có tác dụng chữa bệnh Theo y học cổ truyền, gạo nếp có tính ôn, vị ngọt, trung ích khí, ấm tỳ

vị, giải độc, trừ phiền, chữa chứng hay toát mồ hôi, tả, dạ dày Với cổ truyền, gạo nếp thường được dùng để chữa suy nhược cơ thể, tiêu chảy do tỳ vị hư nhược, viêm loét dạ dày, tá tràng…Tuy nhiên do nó có tính ấm nên những người mang thể chất thiên nhiệt hoặc đàm nhiệt, người đang có sốt, ho khạc đờm vàng, vàng da, trướng bụng thì không nên dùng

Bột nếp có đặc tính dẻo, dai, có màu trắng từ nếp Do được xay từ gạo nếp - có thành phần chủ yếu là amylopectin cao (một số loại gạo nếp có chứa gần như 100% amylopectin) nên bột nếp có tính rất dẻo, dai tương tự như gạo nếp Một số món ăn mà chúng ta thường biết đến như: bánh ít, chè trôi nước, xôi khúc, bánh dày, bánh cam,

1.1.3.2 Thành phần hóa học của gạo nếp

Gạo nếp có nhiều loại tiêu biểu như: gạo nếp thường, gạo nếp than, nếp lứt

Gạo nếp thường: là loại gạo nếp đã qua xay xát, hàm lượng vitamin B1 giảm đáng

kể, có màu trắng đục, có thành phần hóa học theo bảng sau:

Bảng 1 2 Thành phần hóa học của gạo nếp thường

Gạo nếp than: được biết đến là một loại lương thực giàu chất dinh dưỡng vì khi

sử dụng còn giữ nguyên lớp vỏ lụa và lớp cám đặc biệt là protein, lipit, các nguyên tố vi lượng và vitamin (nhất là vitamin B1, do đó có tác dụng bồi bổ cơ thể, giúp ăn ngon miệng và kích thích tiêu hóa) Thành phần hóa học của nếp than theo bảng sau:

Bảng 1 3 Thành phần hóa học của nếp than

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME

1.2.1 Khái niệm

“Enzyme là các chất xúc tác của hệ thống sinh học có bản chất là protein Chúng

có khả năng xúc tác đặc biệt, mạnh hơn nhiều so với xúc tác tổng hợp Tác dụng xúc tác

của chúng mang tính đặc hiệu cao với cơ chất, phản ứng xảy ra với điều kiện nhiệt độ

và pH êm dịu.” [9]

Với nhiều tính chất nổi bật, enzyme ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và chúng được xem như là một phụ gia thực phẩm Với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, enzyme được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm với vai trò là chất tạo độ nổi trong sản xuất bánh mì, trong sản xuất yaout, được thêm vào khi chế biến

để thịt mềm hơn, làm trong dịch quả trong sản xuất nước giải khát

Enzyme có nguồn gốc từ động vật, thực vật và chủ yếu là từ vi sinh vật

- Tính đặc hiệu của enzyme

Do cấu trúc lý hóa đặc biệt của phân tử enzyme và đặc biệt là của trung tâm hoạt động mà enzyme có tính đặc hiệu rất cao so với những chất xúc tác thông thường khác Đây là một trong những đặc tính cơ bản và quan trọng nhất điều này thể hiện rõ qua việc enzyme chỉ xúc tác một trong vô số những chuyển hóa có thể có được đối với các chất Tính đặc hiệu của enzyme bao gồm đặc hiệu cơ chất và đặc hiệu phản ứng

Đặc hiệu phản ứng: là enzyme chỉ xúc tác cho một phản ứng trong số các phản

ứng tác động đến enzyme đó

Đặc hiệu cơ chất: mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một hoặc một vài cơ chất nhất định

và mức độ đặc hiệu này tùy thuộc vào từng loại enzyme, cũng có thể nói không phải mọi cơ chất có khả năng phản ứng đều được enzyme tiếp nhận như nhau Do đó mức độ đặc hiệu của enzyme được chia thành 3 mức:

+Đặc hiệu tương đối: enzyme chỉ có thể tác dụng lên một liên kết hóa học nhất định mà không phụ thuộc vào các nhóm hóa học nằm hai bên liên kết

+Đặc hiệu nhóm: enzyme chỉ có thể tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định và một trong hai nhóm nằm hai bên liên kết cũng phải có cấu tạo nhất định

+Đặc hiệu tuyệt đối: enzyme chỉ có thể tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất định và các nhóm hóa học ở hai bên liên kết cũng phải xác định

Đặc hiệu quang học: Hầu như tất cả các enzyme đều có tính đặc hiệu không gian

rất chặt chẽ, nghĩa là enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân không gian của cơ chất Ví dụ như faramrate chỉ tác dụng với L-malic acid mà không tác dụng với D-malic acid trong phản ứng khử nước của acid malic để tạo thành furamic acid Các enzyme này có vai trò quan trọng trong thực tế vì nó có thể chuyển hóa các chất từ dạng

cơ thể không sử dụng được thành dạng cơ thể hấp phụ do đó làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [9]

- Hoạt độ enzyme

Đây là một trong những tính chất quan trọng bởi nó quyết định sự hiệu quả cũng như tốc độ các quá trình trong dây chuyền sản xuất hoạt độ enzyme càng cao đồng nghĩa với việc phản ứng được xúc tác càng nhiều và thời gian sản xuất càng ngắn

Hoạt độ enzyme tính theo (U) là lượng enzyme có khả năng xúc tác làm chuyển hóa 1 micromole cơ chất trong một phút

Ngoài ra còn có thêm Katl (Kat) là lượng enzyme có khả năng xúc tác làm chuyển hóa một mol cơ chất sau một giây ở điều kiện chuẩn

1.2.3 Ứng dụng của enzyme

Enzyme có nhiều đặc tính ưu việt hơn so với các chất xúc tác thông thường: hiệu quả cao, điều kiện “mềm”, ít ảnh hưởng đến môi trường chính vì lẽ đó mà hiện nay enzyme được sử dụng rất phổ biến không chỉ trong ngành công nghiệp thực phẩm mà còn trong các lĩnh vực như: y dược, thuốc nhuộm, nghành da

Trong công nghiệp bánh kẹo đã sử dụng enzyme alpha-amylase nấm men để xúc tác cắt tinh bột từ bột thành đường (sản xuất bánh mỳ trắng, bánh bao, bánh mỳ nhỏ)

Sử dụng enzyme protease trong sản xuất bánh quy để hạ thấp mức protein trong bột Trong công nghiệp sản xuất rượu bia sử dụng enzyme amylase, glucanases, proteinase nhằm cắt polysaccharide và protein trong malt, cải thiện các đặc tính lọc; bia thấp calo, loại vẩn đục trong trữ bia

1.3 ENZYME BROMELAIN

Bromelain là protein - enzyme có nhiều trong quả dứa và có một ít trong quả chuối, enzyme này đã được phát hiện từ giữa thế kỉ 19 nhưng mới được nghiên cứu vào giữa thế kỉ 20 Ở nước ta nghiên cứu về Bromelain được bắt đầu từ những năm 1968-1970 Bromelain là nhóm protease thực vật có mã số EC-3.4.22.33 được thu nhận từ họ

Bromeliaceae, đặc biệt từ thân và trái dứa Ở mỗi bộ phận khác nhau thì Bromelain có

pH tối ưu khác nhau và cấu tạo cũng có sự khác nhau

Bromelain có ở trong toàn bộ cây dứa, nhưng nhiều nhất ở quả Bromelain là nhóm Endoprotease có khả năng cắt các liên kết peptide nội phân từ protein để chuyển phân

tử protein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptide [2]

Thành phần chủ yếu của Bromelain có chứa nhóm sulfurhydryl thủy giải protein Khi chiết tách và tinh sạch phân đoạn có chứa nhóm sulfurhydryl của Bromelain thì thu

được một enzyme thủy phân protein hiệu quả invitro [8]

a) Tính chất hóa học

❖ Cấu trúc hóa học

Bromelain là một protease tuy nhiên nó khác với các protease thực vật khác như papain, ficin ở chỗ nó là một glycoprotein, mỗi phân tử có glycan gồm 3 manose, 2 glucosamine, 1 xylose và 1 fructose [8]

Qua một số nghiên cứu đã ghi nhận, polypeptide của Bromelain thân có acid amin đầu - NH2 là valine và đầu carboxyl là glycine, còn đối với Bromelain quả acid amin đầu - NH2 là alanine [8]

❖ Cấu trúc không gian

Murachi và Busan phân tích cấu trúc bậc 1 của Bromelain và nhận thấy cách sắp xếp amino acid trong phân tử Bromelain có sự sắp xếp như sau:

Ser – val – Lys – Asn – Gln – Pro – Cys – Gly – Ala – Cys – Tryp –

-Gly -Cys- Lys- Bromelain là một protease trong trung tâm hoạt động có chứa cysteine và hai sợi polypeptide liên kết với nhau bằng cầu nối – S – S - Phân tử có dạng hình cầu do đó có cách sắp xếp phức tạp

Trong phân tử Bromelain thân có chứa nhóm sulfurhydryl có vai trò chủ yếu trong hoạt tính xúc tác và trong mỗi phân tử có tất cả 5 cầu nối disulfite Ngoài ra, trong phân

tử còn có các ion Zn+ có vai trò duy trì cấu trúc không gian của enzyme

b) Tính chất vật lý

Bromelain tan nhẹ trong nước và glycerine nhưng không tan trong dung mỗi hữu

cơ Murachi và cộng sự năm 1964 đã nghiên cứu về tính chất vật lý của enzyme Bromelain trích từ thân cây dứa và thấy như sau:

Bảng 1 4 Những tính chất vật lý của enzyme Bromelain [8]

c) Hoạt tính của enzyme Bromelain

Một số nghiên cứu cho thấy Bromelain có hoạt tính khác nhau trên những cơ chất khác nhau Nếu cơ chất là hemoglobin thì khả năng phân giải của Bromelain mạnh hơn papain gấp 4 lần, còn cơ chất là casein thì khả năng phân giải của papain yếu hơn papain Bromelain có 3 hoạt tính khác nhau: peptidase, amidase và esterase, hoạt tính esterase ở Bromelain hơn papain và ficin [8]

d) Cơ chế tác động

Hầu hết các tác giả đều thừa nhận vai trò của nhóm –SH của cystein, nhóm imidazale của histidine và nhóm dusulfur trong hoạt động thủy phân của Bromelain Nhóm –SH tham gia tạo thành acyl-thioeter trung gian với nhóm carboxyl của cơ chất (nơi mà các cơ chất bị cắt)

Nhóm imidazole làm chất trung gian nhận gốc acid và chuyển cho anion của chất nhận khác Cầu nối S-S có vai trò duy trì cấu trúc không gian của Bromelain Casein và hemoglobin là 2 cơ chất tự nhiên được dùng nhiều nhất

Đầu tiên Bromelain kết hợp với protein và thủy phân sơ bộ cho ra polypeptide và acid amin Protein kết hợp với nhóm –SH của enzyme khiến nó bị ester hóa rồi nhóm imidazole sẽ khử ester để giải phóng enzyme, acid amin và peptide

Ở giai đoạn đầu, Zn+ rất quan trọng chúng kết hợp với nhóm –SH của tâm hoạt động hình thành mercaptid phân ly yếu (nhưng vẫn có khả năng tạo liên kết phối trí bổ sung với các nhóm chức năng khác của phân tử protein như amin, carboxyl )

Enzyme –SH + Zn+=> enzyme S-Zn + H+

Do vậy nhóm –SH trong tâm hoạt động đã bị ester hóa bởi cơ chất, cấu trúc không gian được bảo vệ ổn định

d) Ứng dụng của enzyme Bromelain

Hiện nay, enzyme Bromelain được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong ngành công nghệ thực phẩm mà còn đối với các ngành y dược, dệt may,

Bromelain làm mềm thịt

Enzyme Bromelain có tác dụng thủy phân chất đạm, nghĩa là nó phân cắt protein thành các acid amin dễ tiêu hóa Có thể thấy muốn nấu cho thịt bò, thịt trâu trở nên mềm thường phải nấu trong nhiều giờ Tuy nhiên, nếu trước khi nấu ta ướp thịt với dứa bằm độ 20-30 phút thì chỉ cần nấu với lửa nhỏ cho đến sôi là thịt sẽ mềm ngay, điều này làm cho chúng ta khi ăn vào dễ tiêu hóa hấp thu

Bromelain sử dụng trong quá trình đông sữa

Để chế biến các sản phẩm từ sữa người ta thường dùng renin Renin là enzyme làm

đông tụ sữa truyền thống Tuy nhiên, lượng renin sản xuất chưa đáp ứng được nhu cầu trong sản xuất sữa Gần đây người ta sử dụng enzyme thực vật vào trong chế biến sữa

và đang được nghiên cứu Trong đó enzyme Bromelain đang được quan tâm với mục đích này

Bromelain trong chế biến thủy sản

Trong sản xuất nước mắm thì thời gian chế biến thường khá dài và hiệu thủy phân

độ đạm không cao nên hiện nay người ta chú ý đến quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày với việc bổ sung enzyme Bromelain vào công đoạn chế biến sẽ giúp rút ngắn thời gian sản xuất nước mắm và cải thiện được hương vị của nước mắm

Bromelain dùng để thu nhận các chất ức chế protease

Bromelain dùng để thu nhận chất ức chế protein có cứ nhóm –SH Các chất ức chế này được sử dụng nhiều trong công nghiệp vài y tế

1.4 BIẾN TÍNH TINH BỘT

Biến tính tinh bột là quá trình làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, qua đó tạo ra các phân tử polysaccharide có mạch ngắn hơn hay quá trình này có thể gắn thêm các chất, các nhóm chất khác vào phân tử tinh bột dưới tác dụng của nhiệt độ, acid, enzyme, các chất oxy hóa dẫn đến làm thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học của tinh bột Biến tính tinh bột sử dụng trong thực phẩm nhằm cải biến những tính chất cho sản phẩm, tạo ra những sản phẩm mới có những ưu điểm vượt trội hơn Quá trình này được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp ezyme

1.4.1 Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý

Đối với phương pháp này sẽ dùng các tác nhân vật lý để tác động lên hạt tính bột, qua đó sẽ tạo ra những biến đổi ở các mức độ khác nhau Một số phương pháp đáng chú

ý như: phương pháp nhiệt ẩm, phương pháp trộn với chất rắn trơ, phương pháp annealing, phương pháp biến đổi cơ, phương pháp gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

1.4.1.1 Biến tính bằng phương pháp nhiệt ẩm

Tinh bột khi có hàm ẩm thấp thì sẽ không bị hồ hóa (ở hàm ẩm 1-3% với nhiệt độ 180ºC tinh bột biến đổi rất nhỏ) Khi có đủ nước và tác dụng của nhiệt độ cao tinh bột

sẽ bị hồ hóa Ở một giới hạn độ ẩm với tác dụng của nhiệt độ thì tinh bột không bị hồ hóa mà chỉ thay đổi một số tính chất Điều này xảy ra khi nhiệt độ 95 - 110ºC, độ ẩm 18-27% trong thời gian 12 - 16 giờ

Đối với phương pháp này tình tinh bột không bị thay đổi hình dạng hạt tinh bột mà chỉ làm thay đổi cấu và tính chất tùy theo cấu trúc vật lý ban đầu của hạt Người ta chia tinh bột thành 4 loại dựa vào cấu trúc vùng kết tinh: loại A (tinh bột ngũ cốc), loại B (tinh bột củ), loại C (tinh bột họ đậu) và loại V (phức hợp) Dưới tác động của nhiệt ẩm, tinh bột bị thay đổi cấu trúc vùng kết tinh Quá trình này xảy ra ở 2 mức độ: khử nước chuyển mô hình tinh thể tinh bột củ từ dạng B sang dạng A; và sự chuyển đổi của amylose vô định hình thành dạng xoắn ốc làm giảm độ hòa tan và khả năng phồng nở Còn các tinh bột ngũ cốc dạng A thì cường độ nhiễu xạ giảm khi các hạt mất dần tổ chức kết tinh trong quá trình xử lý [28]

Một số tính chất như độ hòa tan, nhiệt độ hồ hóa, độ nhớt, độ phồng nở sẽ bị thay đổi Khả năng trương nở của tinh bột sẽ bị giảm khi xử lý nhiệt ẩm Điều này được giải thích là do sự sắp xếp lại các chuỗi polyme trong cấu trúc hạt Độ hòa tan của tinh bột

xử lý nhiệt ẩm cũng thay đổi tuy nhiên tùy thuộc vào hàm lượng lipit và hàm lượng amylose mà có sự thay đổi khác nhau Ví dụ khoai tây có amylose ở trạng thái vô định hình, khi xử lý nhiệt nó chuyển thành dạng trật tự hơn, nên độ hòa tan giảm, trong khi

đó tinh bột ngũ cốc, amylose có một phần tạo liên kết với chất béo nên khi xử lý nhiệt

ẩm thì độ hòa tan lại tăng

Phương pháp này cũng tăng sự tác động bởi enzyme Có thể là trong quá trình biến tính bằng nhiệt ẩm có sự sắp xếp lại của vùng kết tinh làm cho enzyme dễ xâm nhập, bên cạnh đó cũng do khả năng liên kết với nước của tinh bột tăng Phương pháp nhiệt

ẩm làm giảm độ nhớt dịch hồ, có thể làm tăng độ bền của hồ tinh bột

Tóm lại, hiệu quả của phương pháp biến tính bằng nhiệt ẩm đến các tính chất của tinh bột cũng như mang lại hiệu quả kinh tế không cao Tuy nhiên việc nghiên cứu sẽ giúp người ta hiểu rõ và điều khiển hiệu quả các quá trình gia công nước nhiệt trong chế biến thực phẩm đặc biệt với những nguyên liệu giàu tinh bột

1.4.1.2 Biến tính bằng trộn với chất rắn trơ

Tinh bột có ái lực với nước do đó khi trộn trực tiếp tinh bột vào nước thì dễ xảy ra hiện tượng vón cục Để tinh bột được hào tan tốt trong nước, nên trộn tinh bột với các chất rắn trơ, các hợp chất không phải ion Khi trộn lẫn đồng đều ác chất này vào thì sẽ làm các hạt tinh bột cách biệt nhau về vật lý do đó cho phép chúng hydrat hóa một cách

độc lập và không kết lại thành cục

1.4.1.3 Phương pháp annealing

Phương pháp này được mô tả tương tự như phương pháp hồ hóa ở nhiệt độ thấp Annealing xử lý tinh bột với điều kiện có đủ lượng nước phù hợp cho quá trình hồ hóa xảy ra, nhưng tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa Quá trình này sẽ làm giảm khả năng khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột

Bên cạnh đó, annealing cũng làm nhiệt độ hồ hóa tăng lên và giảm khoảng nhiệt

độ hồ hóa Quá trình annealing xảy ra sẽ có sự xắp xếp lại các phân tử của vùng vô định hình tạo thành các vùng mới có cấu trúc chặt chẽ hơn và có năng lượng tự do thấp hơn

Do đó, khi quan sát quá trình hồ hóa sẽ thấy nhiệt độ hồ hóa của tinh bột annealing cao hơn và nhậ thấy khoảng nhiệt độ hồ hóa nhỏ hơn

Phương pháp annealing được cho là phương pháp biến tính tinh bột đơn giản, chi phí ít và an toàn để cải thiện các tính chất hóa lý của tinh bột so với các phương pháp biến tính tinh bột bằng hóa học Annealing có thể xảy ra không theo chủ định trong quá trình sản xuất và bảo quản các thực phẩm có chứa nhiều tinh bột bởi vật nó làm ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm Đối với phương pháp ngâm ở nhiệt độ cao, việc ngâm hạt trong lượng nước dư trước khi đem nghiền thường xảy ra hiên tượng annealing Chính vì lý do đó mà tinh bột trong quy trình sản xuất đại trà có thể có những tính chất khác với tinh bột được tách trong phòng thí nghiệm [22]

Xét trong điều kiện cùng nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất Dưới tác dụng của nhiệt ẩm, phương pháp annealing sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, phá hủy cấu trúc của hạt khi quá trình hồ hóa diễn ra đồng thời tái liên hợp một phần các phân tử khi sấy Đối với những dạng tinh bột này sẽ được dùng cho sản phẩm cần độ đặc, giữ nước mà không cần trải qua quá trình gia nhiệt

1.4.1.4 Phương pháp biến đổi cơ

Đối với phương pháp này hạt tinh bột sẽ được xử lý bằng phương pháp nghiền hoặc áp suất ở những điều kiện có độ ẩm khác nhau Phương pháp biến đổi cơ học sẽ phá vỡ cấu trúc hạt ở một mức độ nào đó Nhiều nghiên cứu cho thấy năng lượng phá

vỡ một phần liên kết trong đại phân tử sẽ làm tăng số vị trí tham gia phản ứng và sẽ làm phá vỡ một phần cấu trúc của hạt Qua những thay đổi trong đặc tính đồ thị X-ray đã cho thấy có quá trình hạt từ trang thái ban đầu chuyển sang trạng thái vô định hình dẫn đến giảm nhiệt độ hồ 5 - 10 ºC Tinh bột sau quá trình xử lý cơ, khả năng tan trong nước

lạnh tăng đáng kể và tăng độ nhạy cảm đối với enzyme Một ví dụ điển hình đó là tinh bột mì trong sản phẩm nghiền bột lúa mì sử dụng trong quá trình sản xuất bánh mì Tinh bột này có khả năng trương nở cũng như hấp thụ trong nước tốt, chịu sự tác động của enzyme amylose cũng cao hơn Phương pháp biến đổi cơ được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm, nhưng dường như nó được quan tâm ở mục đích phá vỡ cấu trúc thực vật tạo bột mịn nhiều hơn là biến đổi tinh bột Vì thế những thông tin về tác động của tác nhân cơ học lên tinh bột được biết đến rất ít

1.4.1.5 Biến tính tinh bột bằng cách gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

Phương pháp gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao là phương pháp được tiến hành để thu hồi dextrin Dextrin là nhóm carbohydrate có khối lượng phân tử thấp, được tạo ra bởi phản ứng thủy phân của tinh bột

Quá trình dextrin hóa thường xảy ra hai phản ứng sau:

- Phản ứng thủy phân tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp

- Phản ứng tái trùng hợp sản phẩm vừa tạo thành ở trên chủ yếu bằng liên kết 1-6 đến cấu trúc có độ phân nhánh cao

Ở giai đoạn đầu, phản ứng thủy phân diễn ra là chủ yếu, vì độ nhớt của tinh bột lúc này đang giảm mạnh Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp là chính Ngoài

ra, khi tăng nhiệt độ còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết 1-4 không bền ở trong mạch amylose lúc này sẽ chuyển sang liên kết 1-6 bền hơn

Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến đổi rất nhiều do đó dẫn đến nhiều tính chất cũng thay đổi theo Tùy thuộc vào điều kiện dextrin hóa mà ta sẽ thu được dextrin trắng (95-120ºC), pirodextrin (170-195ºC), dextrin vàng (150-180ºC) Đối với dextrin trắng có độ hòa tan trong nước lạnh trong khoảng từ 0% đến 90% và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3% Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến màu nâu sẫm và có độ hòa tan tương đối cao và có mức độ phân nhánh trung bình trên 20% Pirodextrin có mức độ phân nhánh khoảng từ 20-25% và có khối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng vì vậy dung dịch cũng bền hơn

Các dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không đồng nhất Các dextrin và pirodextrin được ứng dụng nhiều trong thực tế như: dùng pha keo dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính, thùng cacton…

1.4.2 Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học

Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học việc sử dụng các chất hóa học để tác động đến tinh bột làm thày đổi cấu trúc và thành phần của tinh bột để tạo ra những sản phẩm tinh bột biến tính có những đặc tính mới phù hợp Một số phương pháp biến tính tinh bột bằng hóa học phải kể đế như: biến tính bằng axit, biến tính bằng các chất oxy hóa, biến tính bằng cách gắn thêm nhóm phosphat

1.4.2.1 Biến tính tinh bột bằng axit

Đối với phương pháp biến tính này, dưới tác dụng của axit một phần các liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị cắt đứt Do đó đã làm cho kích thước phân

tử giảm đi, kết quả thu được tinh bột với những tính chất mới

Các axit vô cơ thường được sử dụng là HCl, H2SO4 Trong quá trình biến tính, axit gây ra sự thủy phân tác động vào các liên kết glucozit của tinh bột Sự thủy phân này làm cho mạch tinh bột ngắn lại Đối với tinh bột phân tán thì liên kết α-D(1-4) glucozit nhạy cảm hơn Tuy nhiên trong tinh bột, những phần chứa liên kết này lại thường có mặt trong vùng kết tinh vì vậy liên kết α-D(1- 6) lại trở nên dễ tiếp cận với quá trình thủy phân bởi axit hơn

Tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu có một số sự thay đổi tính chất: giảm ái lực với iôt, tăng khả năng hòa tan, giảm độ nhớt, nhiệt độ hồ hóa tăng và độ trương nở khi hồ hóa giảm Vì tinh bột này có độ nhớt thấp nên được ứng dụng trong công nghệ dệt để hồ sợi, sản xuất kẹo đông, trong công nghệ làm giấy

1.4.2.2 Biến tính tinh bột bằng oxy hóa

Biến tính tinh bột bằng chất oxy hóa nhằm mục đích tạo ra tinh bột có những tính chất tốt hơn so với tinh bột ban đầu về độ keo đông, độ phồng nở đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của công nghệ

Thông thường hypoclorit sẽ được chọn là tác nhân oxy hóa cho tinh bột Sử dụng dung dịch Natrihypoclorit có chứa 5-10% clo tự do (hoặc nước javel) cho vào huyền phù tinh bột có nồng độ 20-240Be và có pH= 8-10 (bằng cách thêm NaOH loãng, nếu

pH cao hơn thì mức độ oxi hóa bị giảm) Sau đó, khuấy đều ở nhiệt độ 210C đến 380C Khi đã đạt được mức độ oxi hóa cần thiết (thường nằm trong khoảng 4-6h) trung hòa huyền phù dịch tinh bột đến pH= 6-6,5 Tách clo tự do bằng dung dịch natribisufit Rửa tinh bột bằng nước, lọc rồi sấy đến độ ẩm 10-12%

Trong phân tử tinh bột bị oxy hóa tạo ra cả nhóm cacboxyl và nhóm cacbonyl Bên cạnh đó, quá trình oxy hóa cũng xảy ra phân ly một số liên kết D- glucozit, do đó làm giảm kích thước phân tử Tinh bột oxy hóa có độ nhớt của hồ tăng chậm hơn ở tinh bột chưa biến tính Dịch hồ tinh bột sau làm nguội có độ chảy và độ trong suốt lớn hơn ở tinh bột ban đầu Nếu mức độ oxy hóa khá cao thì khi quá trình hồ hóa xảy ra hạt bị phá hủy hoàn toàn và tạo ra dung dịch cực kỳ trong suốt Tinh bột oxy hóa được ứng dụng trong sản xuất giấy, để hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt và chất làm đặc trong công nghiệp thực phẩm

1.4.2.3 Biến tính tinh bột bằng cách gắn thêm nhóm phosphate

Đối với phương pháp biến tính này, tinh bột phosphate được tạo ra khi nhóm OH của tinh bột được este hóa với nhóm chức axit của H3PO4 Khi một nhóm chức axit của

H3PO4 được este hóa với nhóm OH của tinh bột thì thu được tinh bột đihiđro (đinatri) phosphate Sau đó dùng muối mono natri phosphate trộn với tinh bột ẩm, sấy khô rồi gia nhiệt 120-140ºC để thu tinh bột Phosphate

Ngoài ra cũng có thể dùng muối natri polyPhosphate:

Đặc điểm của hồ tinh bột phosphate có độ nhớt cao, độ trong suốt và bền với sự thoái hóa Tinh bột biến tính bằng phương pháp này thường ứng dụng nhiều trong sản xuất hồ dán, công nghệ giấy và chất độn trong thực phẩm

1.4.3 Biến tính tinh bột bằng enzyme

Phương pháp biến tính tinh bột này dùng tác nhân là enzyme để tác động vào tinh bột và tạo ra sự biến đổi

Biến tính bằng enzyme là phương pháp mang tính đặc hiệu và mang lại hiệu quả cao hơn so với hai phương pháp nêu trên Hơn thế nữa trong nhiều trường hợp phương

pháp này còn đem lại cho sản phẩm những tính chất rất mới lạ và kỳ diệu như sản phẩm cyclodextrin, tuy nhiên quá trình sản xuất tinh bột biến tính theo phương pháp phức tạp, nhiều công đoạn, nhiều thiết bị và khó khống chế quá trình biến tính

Enzyme khác với các chất xúc tác thông thường là nó có tính chọn lọc cao, chỉ phân cắt những liên kết hoá học đặc hiệu nhất định của chuỗi polysacarit Dưới tác dụng của enzym amylose, phân tử tinh bột hoặc bị phân cắt ngẫu nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt ngắn dần từng hai đơn vị glucoza một

*Enzym β – amylose:

Khác với α- amylose, enzym β- amylose xúc tác thuỷ phân các liên kết α- 1,4 glucozit của amylose và amilopectin từ đầu không khử và giải phóng maltoza Tác động tới mạch của enzym sẽ bị ngừng lại ở chỗ sát với liên kết α-1,6 Amylose thường bị thủy phân hoàn toàn, trong khi đó với cùng điều kiện thì chỉ có 55% amilopectin dược chuyển thành β- maltoza Phần còn lại của sự thuỷ phân amilopectin đó 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

So với α- amylose thì β- amylose làm biến tính tinh bột một cách chậm chạp nhưng sâu sắc hơn và làm cho dung dịch tinh bột bị loãng, độ nhớt bị giảm nhiều hơn [11]

*Enzym Pululanaza (pululan-6-glucanohydrolaza):

Enzym này thủy phân các liên kết α- 1,6 glucozit của phân tử tinh bột Điều kiện cần thiết cho enzym thủy phân hoạt động đó là sự có mặt của 2 liên kết α- 1,4 nằm kề bên

Enzyme pululanaza tác động cắt các liên kết α- 1,6 glucozit, dẫn đến làm tăng số lượng mạch thẳng và giảm mạch nhánh Nhiều nghiên cứu biến tính tinh bột khoai tây, sắn bằng plulanaza cho kết quả tinh bột có độ bền, khả năng tạo màng cao, độ hòa tan giảm [21]

1.4.4 Một số ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghệ thực phẩm

- Tinh bột biến tính làm chất độn cho các sản phẩm thực phẩm: Trong nhiều loại sản phẩm dạng bột hòa tan như đồ uống ngũ cốc, cà phê tan, trà tan hay một số thực phẩm có giá trị cao như bột trái cây, bột cacao, thực phẩm chức năng người ta thường

bổ xung tinh bột biến tính bằng enzyme, tinh bột biến tính bằng axit để làm chất độn [26]

- Tinh bột biến tính tạo cấu trúc dạng sệt, dẻo cho sản phẩm: Có thể dùng tinh bột biến tính để thay thế các loại agar, gelatin, trong các sản phẩm cần cấu trúc sệt, sánh, nhuyễn, mịn ví dụ như các loại mứt dẻo, nước sốt, tương cà chua, tương ớt Các loại bánh tươi, các loại kem cần ổn định cấu trúc trong trạng thái lạnh có thể sử dụng tinh bột biến tính bằng kiểm, tinh bột phosphate, tinh bột hồ hóa sơ bộ

- Tinh bột biến tính tạo độ xốp, độ giòn cho thực phẩm: Đối với các loại tinh bột biến tính bằng axit thường có độ hòa tan cao, còn biến tính bằng oxy hóa làm tăng độ phồng nở, do đó thường chúng thường được ứng dụng để nâng cao chất lượng cho các loại bánh phồng: phồng tôm, phòng nấm, snack Tinh bột biến tính cũng được dùng thay thế bột mì hoặc bổ xung để làm tăng độ xốp cho sản phẩm bích quy [25]

- Tinh bột biến tính tạo kết cấu, trạng thái cho sản phẩm: Tinh bột biến tính bằng axit thường có độ hòa tan trong nước cao do đó thường được ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng dạng viên Một số tinh bột biến tính có khả năng tạo gel, tạo độ nhuyễn mịn cho sản phẩm nên chúng được dùng như một phụ gia thay thế cho các chất ổn định trong sản phẩm sữa chua, kem

- Tinh bột biến tính làm hạn chế tác động của vi sinh vật: Sự hư hỏng thực phẩm

do vi sinh vật thường xảy ra và không thể ngăn chặn bằng tinh bột, tuy nhiên tinh bột biến tính có thể làm giảm bớt một phần sự tác động của vi sinh vật Điều này rất có ý nghĩa với các sản phẩm đóng hộp [14]

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TINH BỘT BIẾN TÍNH Ở VIỆT NAM

VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.5.1 Tình hình nghiên cứu về tinh bột biến tính ở Việt Nam

Năm 1978, Đào Thúy Lan đã tiến hành biến tính tinh bột sắn sử dụng tác nhân oxi hóa KMnO4 với nồng độ 0,25-0,3% trong môi trường axit HCl nồng độ 3%

Kết quả tinh bột biến tính có thể thay thế một phần aga trong công nghệ sản xuất bánh kẹo

Nghiên cứu của Phạm Văn Hùng về ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến quá trình biến tính các tinh bột sắn, khoai tây, khoai lang bằng acid HCl nồng độ 1,5%

so với thể tích tinh bột ở nhiệt độ từ 45 – 550C Tác giả đã tìm thấy những thông số thích hợp cho quá trình sản xuất tinh bột biến tính dùng cho sản xuất giấy [5]

Ng.T.Tố Tâm đã dùng tác nhân KMnO4 5% để biến tính tinh bột khoai tây với tỷ

lệ 0,3% kết hợp với HCl 10%, tỷ lệ 1,5% kết quả thu được tinh bột có khả năng tao gel cao Qua đó, tinh bột sắn biến tính bằng NaClO với nồng độ 3-4% và trong thời gian 5-6h có thể ứng dụng làm chất keo trong công nghiệp dệt

Mai Văn Lề và các cộng sự đã xử lí tinh bột sắn bằng KMnO4 nồng độ 6 mg/l trong môi trường acid HCl nồng độ 0,8% để tẩy trắng và làm biến tính tinh bột Để sản xuất bánh đa nem, các tác giả trên đã pha trộn 50% tinh bột gạo với 50% tinh bột sắn nguyên thể Sản phẩm nghiên cứu được có chất lượng tốt tương đương với bánh sản xuất từ tinh bột gạo và đã được nhiều cơ sở ứng dụng [7]

Năm 2003, Trương Minh Hạnh đã nghiên cứu biến tính tinh bột sắn bằng NaClO

sử dụng độ hoạt động clo 6%, trong môi trường pH = 8- 10 với nồng độ dịch huyền phù 33%, thời gian biến tính 4-6 giờ Kết quả sản phẩm đạt được đã ứng dụng trong sản xuất phồng tôm và làm chất màng bao phủ sản phẩm tôm cá tẩm bột [3]

1.5.2 Tình hình nghiên cứu về biến tính tinh bột trên thế giới

Việc sử dụng axit để thủy phân tinh bột phân tán nhỏ đã được biết đến từ rất lâu Sau

đó nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu biến tính tinh bột bằng axit như: Naegelli (1987), Lintner (1886), Bellmas (1897), Wurzburg (1984) Khi biến tính dưới tác dụng của axit, một phần liên kết giữa các phân tử và trong phân tử tinh bột bị đứt qua đó đã tạo ra được tinh bột với những tính chất mới Axit vô cơ thường được sử dụng là HCl, H2SO4 Trong quá trình biến tính, axit gây ra sự thủy phân liên kết glucozit trong phân tử tinh bột Sự thủy phân này đã làm mạch tinh bột ngắn đi Với tinh bột phân tán thì liên kết α-D (1-4) glucozit nhạy cảm hơn Song trong hạt tinh bột, những phần chứa liên kết này lại thường có mặt trong vùng kết tinh vì vậy liên kết α-D(1-6) lại trở nên dễ tiếp cận với quá trình thủy phân bởi axit hơn [19]

Việc xử lý tinh bột hồ hoá bằng acid được tiến hành trước năm 1811, khi Keerchoff tạo ra được phân tử D – glucozơ từ tinh bột bằng các thuỷ phân tinh bột bằng acid Sau đó,

xử lí tinh bột không hồ hoá bằng acid đã được Naegeli đưa ra, khi ông tìm thấy sự hoà tan nhiều của hạt tinh bột và việc tạo thành những phân tử tinh bột có mạch ngắn do xử lý tinh bột tự nhiên trong nước với 15% acid sunfuric ở 200C trong một tháng [10] [12]

Lintner mới là người đầu tiên phát minh ra cách sản xuất tinh bột hoà tan bằng cách xử lí huyền phù tinh bột khoai tây với HCl loãng 7,5% hay H2SO4 15% trong 7 ngày Sau đó lọc và rửa sạch tinh bột bằng nước [10] [12]

Các tác nhân oxy hóa có khả năng oxy hóa tinh bột một cách ngẫu nhiên theo nhiều cách khác nhau sử dụng phương pháp biến tính oxy hóa bằng cách tác động đến nhóm andehit của phân tử tinh bột thành nhóm cacboxyl tạo ra tinh bột có nhóm cuối là D-

gluconic Nhìn chung, các nhóm andehit bị oxy hóa dễ dàng hơn Quá trình oxy hóa

nhóm hydroxyl xảy ra ở vị trí C-6 thành nhóm cacboxyl, tạo phân tử tinh bột thành polyglucoronic Oxy hóa nhóm hydroxyl tại vị trí C-2, tạo nhóm xeton Oxy hóa nhóm hydroxyl tại C-2 và C-3 bằng cách cắt mạch giữa 2 nguyên tử cacbon này để tạo nhóm andehyt rồi sau đó oxy hóa thành axit Trong trường hợp mức độ oxy hóa thấp hơn chỉ dừng lại ở mức tạo ra 2 nhóm andehit ở C-2 và C-3, cuối cùng người ta thu được tinh bột andehyt

Đa phần nhiệt độ hồ hóa của tinh bột oxy hóa thấp hơn tinh bột tự nhiên Điều này được giải thích do sự giảm khối lượng phân tử Một số trường hợp độ nhớt dịch hồ giảm, một số trường hợp khác độ nhớt tinh bột oxy hóa vẫn duy trì ở mức cao [24] Điều này cho thấy cần phải quan tâm đến những đường hướng biến đổi khác nhau trong quá trình biến tính

Độ trong và độ bền của dịch hồ tinh bột oxy hóa cao hơn tinh bột tự nhiên và điều này có thể thấy rõ ở các tinh bột có hàm lượng amylose cao Các tính chất của tinh bột oxy hóa chịu ảnh hưởng rất nhiều từ các điều kiện biến tính

Poonam và Dollomore đã công bố công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình biến tính tinh bột được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt Trong đó, tinh bột ngô được cation tạo thành được xác định bằng quang phổ phân tử Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột biến tính được xác định bằng phương pháp nhiệt vi sai [18]

Tijsen đã biến tính tinh bột khoai tây bằng cách cacboxilmetyl hoá bằng natrimonoclorua axetat (SMCA) trong hỗn hợp iso-propanol với nước và tối ưu hoá những điều kiện thực hiện công nghệ trong quá trình biến hình tinh bột bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm [27]