Khảo sát sự thay đổi các tính chất của tinh bột bắp biến tính bằng phương pháp thủy phân giới hạn bởi acid chlohyride

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SKC 0 0 6 7 5 2 CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SKC 0 0 6 7 5 2

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI

ACID CHLOHYRIDE

MÃ SỐ:SV2018-21

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

Thuộc nhóm ngành khoa học:CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI

ACID CHLOHYRIDE

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: SV2018-21

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG

PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI

ACID CHLOHYRIDE

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: SV2018-21

Thuộc nhóm ngành khoa học:CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH II DANH MỤC BẢNG III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IV

MỞ ĐẦU VII

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 9

1.1 Giới thiệu chung 9

1.2 Cấu trúc hóa học của tinh bột 10

1.3 Đặc điểm chung của hạt tinh bột 12

1.3.1 Hình thái hạt tinh bột 12

1.3.2 Cấu trúc tinh thể 13

1.4 Các tính chất của tinh bột 14

1.4.1 Sự hồ hóa và một số tính chất của tinh bột hồ hóa 14

1.4.3 Sự tái kết tinh tinh bột 16

1.4.4 Độ trong của tinh bột hồ hóa 17

1.4.5 Khả năng trương nở - hoà tan của tinh bột 18

1.5 Khái quát về phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid 19

1.6 Các công trình nghiên cứu trước đây 19

1.7 Nội dung nghiên cứu 20

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 21

2.1 Vật liệu 21

2.1.1 Tinh bột bắp 21

2.1.2 Hóa chất 21

2.2 Phương pháp 22

2.2.1 Thủy phân bằng acid (acid hydrolysis) 22

2.2.2 Khả năng tạo phức với iodine 22

2.2.3 Độ nhớt reduce 23

2.2.4 Độ trong (Paste clarity) 23

2.2.5 Độ trương nở - hoà tan 24

3.3 Độ trong (Paste Clarity) 29

3.4 Độ trương nở - hoà tan 35

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

PHỤ LỤC 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của Amylose và Amylopectin 11Hình 1.2 Cấu trúc của phức tinh bột với iodine 12Hình 1.3 Ảnh quét hiển vi điện tử (SEM) của các hạt tinh bột 13Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể loại A và loại B Error! Bookmark not defined.

Hình 1.5 Giản đồ tán xạ tia X của tinh thể loại A, B và C Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1 Khả năng tạo phức với iodine của mẫu tinh bột bắp thô (H0) và các mẫutinh bột bắp thủy phân (H4, H14, H23, H30) ở bước sóng 400-800nm 25Hình 3.3 Độ nhớt reduce (red) của các mẫu tinh bột bắp theo nồng độ (mg/ml) 28Hình 3.5 Độ trong của mẫu tinh bột thô (H0) khảo sát theo nồng độ lần lượt là 0.5;1.0; 2.0% (w/v) 29Hình 3.6 Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 4h (H4) khảo sát theo nồng độ lầnlượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v) 29Hình 3.7 Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 14h (H14) khảo sát theo nồng độ lầnlượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v) 30Hình 3.8 Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 23h (H23) khảo sát theo nồng độ lầnlượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v) 30Hình 3.9 Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 30h (H30) khảo sát theo nồng độ lầnlượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v) 31Hình 3.11 Độ trong của các mẫu tinh bột thuỷ phân khảo sát ở nồng độ 1% (w/v) 32Hình 3.12 Độ trong của các mẫu tinh bột thuỷ phân khảo sát ở nồng độ 1% (w/v) 33Hình 3.13 Độ trương nở (SP) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở

80oC trong vòng 30 phút 36Hình 3.14 Độ hoà tan (SI) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở 80oCtrong vòng 30 phút 37

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp nguyên liệu 21Bảng 3.1 Mức độ thủy phân, vị trí đỉnh, độ hấp thu của đỉnh, hàm lượng (%) amylosecủa các mẫu tinh bột bắp 26Bảng 3.2 Độ trong (Paste clarity) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) 31Bảng 3.3 Độ trương nở (SP) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở 80oCtrong vòng 30 phút 35Bảng 3.4 Độ hoà tan (SI) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở 80oCtrong vòng 30 phút 37

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DNS: Dinitro salicylic acid

DP: Degrees of polymerization (Mức độ polyme hóa)

M: Molecular weight (Khối lượng phân tử trung bình)

MV: Maximum viscosity (Độ nhớt cực đại trong quá trình gia nhiệt)SP: Swelling power (Độ trương nở)

SI: Solubility (Độ hoà tan)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

Tên đề tài: KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮPBẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI ACID CHLOHYDRIDE

- Lớp: 151161A Khoa: CNHH&TP Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: TS Trịnh Khánh Sơn

4 Kết quả nghiên cứu:

- Độ trong, độ trương nở, độ hoà tan của tinh bột bắp biến tính

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Nghiên cứu khoa học của sinh viên, áp dụng kiến thức đã học của môn Hoá họcthực phẩm

6 Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí

nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày 15 tháng 8 năm 2018

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực

hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Sinh viên được làm quen với kỹ thuật

biến tính tinh bột và một số phương pháp đo tính chất công nghệ của sản phẩm Sinh viên đã tạo được sản phẩm tinh bột bắp biến tính thuỷ phân giới hạn bằng acid Các tính chất ứng dụng của sản phẩm đã được mô tả rõ ràng Sản phẩm có thể được sử dụng như một loại nguyên liệu phụ hoặc phụ gia trong một số sản phẩm phù hợp (sản phẩm sấy phun, sản phẩm dạng lỏng…)

Ngày 15 tháng 8 năm 2018

Xác nhận của Trường

(kí tên và đóng dấu) Người hướng dẫn

(kí, họ và tên)

MỞ ĐẦU

Tinh bột là nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp thực phẩm và nhiềungành công nghiệp khác vì những tính chất đặc trưng của nó Tuy nhiên tính chất tinhbột tự nhiên vẫn còn hạn chế, chưa đáp ứng được những yêu cầu khác nhau trongcông nghiệp cũng như trong cuộc sống

Trên thế giới, các phương pháp biến tính tinh bột đã được nghiên cứu trên quy môlớn và được ứng dụng rộng rãi Các phương pháp biến tính trên thế giới chủ yếu đượcchia thành biến tính bằng phương pháp hóa học, vật lí, hóa sinh và vi sinh

Trong nước hiện nay có nhiều nghiên cứu về tinh bột biến tính, đặc biệt là biếntính bằng phương pháp hóa học Các phương pháp này chủ yếu xoay quanh sử dụngcác loại acid như acid chlohydride, acid sulfuride,… Biến tính bằng phương pháp hóahọc nhận được nhiều sự chú ý do ưu điểm của chúng mang lại như đơn giản, rẻ tiền,…Việc cải thiện các tính chất của tinh bột tự nhiên là vấn đề rất cần thiết Chính vìvậy, chúng tôi chọn đề tài “KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦATINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠNBỞI ACID CHLOHYDRIDE”

Mục tiêu của đề tài này bao gồm hai ý chính Về tính khoa học, nhóm sẽ nghiêncứu sự thay đổi các tính chất về các tính năng công nghệ của tinh bột bắp sau khi thủyphân giới hạn bằng acid chlohyride Lý do chọn tác nhân biến tính hoá học là acidChlohyride vì việc sử dụng tác nhân này mang lại hiệu quả kinh tế, phương pháp xử lítinh bột bằng acid chlohydride (HCl) đơn giản, rẻ tiền, chi phí thấp

Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp tổng hợp tài liệu : Tổng hợp các liên quan đến biến tính tinh bộtbắp bằng phương pháp thủy phân bằng acid (HCl), sau đó xử lí thông tin và trình bàythông tin

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm : Nghiên cứu, tìm hiểu các sự thay đổi củatinh bột qua các phép đo và các cách xử lí nguyên liệu

- Phương pháp đánh giá, so sánh : Đánh giá, so sánh sản phẩm trước và sau khithủy phân bằng acid (HCl)

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về đề tài

Đối tượng nghiên cứu là Tinh bột bắp (BEST CORN STARCH) của công tyROQUETTE Riddhi Siddhi, Ấn Độ Địa điểm thực hiện nghiên cứu tại phòng thínghiệm Hoá sinh của Khoa Công nghệ Hoá học và Thực phẩm của trường Đại học Sưphạm Kỹ thuật TP HCM Thời gian thực hiện nghiên cứu là từ tháng 12 năm 2017đến tháng 8 năm 2018.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung

Tinh bột là nguồn dinh dưỡng dự trữ của thực vật chúng chiếm tỷ lệ lớn trong các

bộ phận hạt, củ, quả, của các cây lương thực (Kerry, 2010) Hình dáng, kích thước,mức độ tinh thể hóa của hạt tinh bột cũng như thành phần hóa học và tính chất củatinh bột phụ thuộc nhiều vào giống cây, điều kiện canh tác, quá trình sinh trưởng củacây,…(Whistler, 2009)

Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chính cho dinh dưỡng của con người.Ngoài ra, tinh bột và các sản phẩm của chúng còn có vai trò quan trọng trong ngànhCông nghệ thực phẩm Tinh bột được sử dụng để tạo nên kết cấu, sự hấp dẫn củanhiều loại thực phẩm (Cui, 2005) Tinh bột được dùng trong thực phẩm như là mộtchất làm dày, chất ổn định, kết dính,… đối với từng loại sản phẩm đặc trưng

Tinh bột ngày càng được sử dụng rộng rãi không chỉ trong ngành Công nghệ thựcphẩm mà còn trong nhiều ngành công nghiệp khác như dệt, giấy,… Các tính chất củatinh bột tự nhiên đã không còn đáp ứng kịp yêu cầu về kỹ thuật trong sản xuất cũngnhư nhu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao của người tiêu dùng Do đó, cácnghiên cứu về tinh bột biến tính đã giúp giải quyết vấn đề này Tuỳ theo mục đích sửdụng, người ta thực hiện các phương pháp với các tác nhân biến tính được chia thành

ba loại chủ yếu là Vật lý, Sinh học và Hoá học Phương pháp biến tính tinh bột bằngtác nhân hóa học đã được phát triển cách đây nhiều năm và tinh bột biến tính cũng đãđược ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp Nghiên cứu của chúng tôi sẽđánh giá sự thay đổi về cấu trúc, tính chất hóa lý của tinh bột bắp, làm tiền đề cho cácnghiên cứu phát triển thêm từ đề tài này

Tinh bột bắp là loại tinh bột được tách ra từ hạt bắp Hạt bắp được ngâm trongnước, mầm được tách ra khỏi nội nhũ, sau đó nghiền nhỏ và rửa nhiều lần và cuốicùng đem đi sấy khô để thu được tinh bột Bắp là loại cây lương thực được sử dụngrộng rãi và có sản lượng dẫn đầu thế giới về cây lương thực Bắp được trồng nhiều ở

Mỹ, Trung Quốc, Brasil, México, Argentina, Ấn Độ, Pháp, Indonesia, Nam Phi vàItalia (FAO, 2005) Vì là cây lương thực chính và có sản lượng lớn trên thế giới hiện

nay, nên chúng tôi đã lựa chọn tinh bột bắp là nguyên liệu được đem đi xử lý trongnghiên cứu này.

1.2 Cấu trúc hóa học của tinh bột

Tinh bột được tạo thành từ hai đại phân tử là amylose và amylopectin (Cui, 2005),

mà cả hai đều được tạo thành từ một tiểu đơn vị là glucose Amylose là polymer dạngmạch thẳng, cấu tạo từ những D-glucopyranose chủ yếu thông qua liên kếtα-1,4-glycoside Tuy nhiên, trong amylose cũng chứa khoảng 0.1% các liên kếtα-1,6-glycoside (Hizukuri, 1984; Takeda, 1986) Amylopectin là một polymer của cácD-glucopyranose dạng mạch phân nhánh thông qua hai liên kết là α-1,4-glycoside vàα-1,6-glycoside Đối với phân tử amylopectin, tỷ lệ liên kết α-1,6-glycoside là 4%,cao hơn nhiều so với amylose (Nakamura, 2015)

Phân tử amylopectin lớn hơn rất nhiều so với amylose, bởi vì khối lượng phân tửcủa nó ở khoảng 107 tới 108g/mol, trong khi amylose có khối lượng phân tử từ 5×105đến 106g/mol Hai loại phân tử này có thể được phân biệt bởi kích thước phân tử vàkhả năng liên kết khác nhau của chúng với dung dịch iodine (Banks và Greenwood,1975)

Hình 1.1 Cấu tạo của Amylose và Amylopectin (Sanyang, 2018)

Amylose có cấu trúc vòng xoắn helix linh hoạt trong nước và có khả năng tươngtác với iodine tạo phức có màu xanh đặc trưng (Kerry, 2010) Phức hợp này có độ hấpthu cao nhất tạiλmax= 620nm cho màu xanh thẫm Chiều dài mạch polymer phụ thuộctuyến tính với ái lực của chuỗi với iodine, đây cũng là cơ sở cho phương pháp xácđịnh chiều dài chuỗi glucan Chiều dài chuỗi thay đổi sẽ dẫn đến ái lực với iodine vàbước sóng hấp thụ cực đại thay đổi Ở 20oC, amylopectin có khả năng liên kết vớiiodine 0.2% (w/w) và phức hợp tinh bột-iodine có λmax =550 nm Theo Kossmann(2000), phân tử amylose phải có dạng vòng xoắn ốc mới có thể phản ứng được vớiiodine Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iodine vì khôngtạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh (Hanes, 1938)

(a) Cấu trúc của phức tinh bột với iodine Chuỗi amylose tạo một đường xoắn ốc quanh đơn vị I6

(b) Góc nhìn từ trên xuống thấy iodine bên trong vòng helix.

Hình 1.2 Cấu trúc của phức tinh bột với iodine

1.3 Đặc điểm chung của hạt tinh bột

1.3.1 Hình thái hạt tinh bột

Trong tự nhiên, tinh bột tồn tại dưới dạng vi hạt Tùy thuộc vào nguồn gốc của cáchạt tinh bột mà chúng sẽ khác nhau về kích thước, hình dạng và vị trí tâm hạt Trongcùng một loại tinh bột, hình dáng và kích thước của các hạt cũng không giống nhau.Các hạt tinh bột củ thường có kích thước to và có dạng hình bầu dục (Whistler, 2009).Các hạt tinh bột ngũ cốc như yến mạch và gạo có hình đa giác hoặc hình tròn Kíchthước của các hạt tinh bột khác nhau với đường kính nằm trong khoảng 2-100 µm(Nakamura, 2015) Kích thước hạt tinh bột bắp trong khoảng từ 5-25µm, có hình đagiác hoặc hình tròn (Buléon, 1998) Tinh bột khoai tây có hạt lớn nhất trong số tất cảcác tinh bột Kích thước của hầu hết các hạt tinh bột ngũ cốc là nhỏ hơn so với cácloại củ và tinh bột đậu (Cui, 2005)

(a) Bắp bình thường; (b) Bắp sáp; (c) Khoai tây; (d) Lúa mì; (e) Miến; (f) Bắp đường

Hình 1.3 Ảnh quét hiển vi điện tử (SEM) của các hạt tinh bột (Whistler, 2009)

không làm ảnh hưởng đến tính chất tinh thể và thậm chí tinh bột không có amylosegiống như tinh bột nếp, là một dạng bán tinh thể Mức độ tinh thể phụ thuộc vào hàmlượng nước Mức độ tinh thể là 24 % đối với tinh bột khoai tây đã sấy khô bằngkhông khí (19,8 % ẩm), 29-35 % đối với sản phẩm ướt (45-55 % ẩm) và chỉ có 17 %đối với tinh bột được sấy khô bằng P2O5 và sau đó ngậm nước lại (Belitz, 2009).

1.4.1 Sự hồ hóa và một số tính chất của tinh bột hồ hóa

Tinh bột tự nhiên không hòa tan trong nước lạnh nhưng lại tan tốt trong nướcnóng Hạt tinh bột dưới tác dụng nhiệt trong môi trường nước sẽ xảy ra quá trình biếnđổi từ cấu trúc được sắp xếp có trật tự thành dạng vô định hình Khi tinh bột bị hồ hóa,tính trật tự của các phân tử bên trong hạt tinh bột bị phá vỡ, kéo theo là sự thay đổitương thích và bất thuận nghịch của các tính chất của tinh bột như sự trương nở củahạt tinh bột, sự phân rã của vùng tinh thể, mất tính lưỡng chiết, sự gia tăng độ nhớt vàtính hòa tan của tinh bột Cơ chế của sự hồ hóa tinh bột đã được nghiên cứu dựa trêncác đồ thị nhiệt vi sai (DSC) Có nhiều giả thiết về cơ chế hồ hóa của tinh bột nhưDonovan (1979) cho rằng có hai cơ chế riêng biệt quyết định bởi các vùng sắp xếp cótrật tự trong hạt tinh bột trải qua giai đoạn chuyển tiếp trong một dãy hàm lượng ẩm

Sự thu nhiệt ở nhiệt độ thấp phản ánh sự mất dần các lớp vỏ của hạt tinh bột và sự mấtđịnh hướng của các chuỗi polymer của vùng tinh thể của tinh bột Quá trình này tạođiều kiên cho hoạt động trương nở xảy ra trong vùng vô định hình Khi hàm lượngnước tăng lên và trở nên không đủ cho quá trình tan chảy hoàn toàn ở trên thì vùngtinh thể bị hydrate hóa một phần sẽ có xu hướng tan chảy ở nhiệt độ cao hơn bởi giátrị phụ thuộc vào thể tích pha loãng như theo dự đoán của thuyết Flory (Cui, 2005)

1.4.2 Độ nhớt

Độ nhớt là một tính chất cơ bản và đặc trưng của mọi chất lỏng Khi một dòngchất lỏng chảy nó sẽ tồn tại một trở lực bên trong và độ nhớt là đại lượng đặc trưngcho trở lực đó Độ nhớt cũng được xem như là lực kéo và là đại diện của các thuộctính ma sát của chất lỏng (Dabir S Viswanath, 2007) Độ nhớt phụ thuộc vào nhiềuyếu tố trong đó có nhiệt độ, áp suất và nồng độ chất lỏng Theo Harding (1997), độnhớt được chia thành độ nhớt tuyệt đối và độ nhớt động học

 Độ nhớt động lực (Dynamic viscosity) hay còn được gọi là độ nhớt tuyệt đối(Absolute viscosity) được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tíchcần thiết để di chuyển một mặt phẳng nằm ngang với một mặt phẳng khác Đơn vịcủa độ nhớt động lực theo hệ SI là N.s/m2, Pa.s hoặc kg/(m.s)

 Độ nhớt động học (Kinematic viscosity) là tỷ lệ giữa độ nhớt động lực với tỷtrọng của chất lỏng Trong hệ SI, độ nhớt động học có đơn vị là m2/s hoặc stoke(St) với 1 St = 10-4m2/s

Theo Kerry (2010), độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột,

có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm sử dụng tinhbột làm nguyên liệu chính hay sản phẩm bổ sung tinh bột như một chất phụ gia Phân

tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho cácphân tử tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nước nhiều hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độdính cao hơn do đó các phân tử di chuyển khó hơn khiến cho độ nhớt của dung dịchcao

Trong kết quả nghiên cứu của Harding (1997), yếu tố chính ảnh hưởng đến độnhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạtphân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích hạt, cấu trúc và sựbất đối xứng của phân tử Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxi hóa,các thuốc thử phá hủy cầu hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thayđổi, do đó làm độ nhớt thay đổi theo Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trườngkiềm vì kiềm gây ion hóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hydrate hóa tốt hơn.Ngoài ra nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt của dungdịch

Độ nhớt intrinsic được xem là một thông số về cấu trúc và được sử dụng đểnghiên cứu các tính chất lưu biến liên quan đến cấu trúc phân tử của các chất phân tán,cấu trúc của các loại gel và đặc biệt là đối với các loại polysaccharide (Harding, 1997;Lapasin, 1995) Khi xét về bản chất, độ nhớt intrinsic không hẳn là một loại độ nhớt

vì khác với các loại độ nhớt khác độ nhớt intrinsic được xác định dựa trên nồng độ, cóđơn vị nghịch đảo với đơn vị nồng độ chất lỏng

Tác động của đại phân tử thuộc chất tan hòa tan hoặc phân tán trong một dungdịch thì được gọi là độ nhớt relative (ηrel) hoặc độ nhớt reduced (ηred), được tính nhưsau: ηrel=η/η0, ηred= (ηrel-1)/c; với η là độ nhớt của dung dịch, η0 là độ nhớt của dungmôi và c là nồng độ của dung dịch Đơn vị của độ nhớt reduced là ml/g (LjubicaDokic và cộng sự, 2004)

Độ nhớt reduced là một đại lượng phụ thuộc vào nồng độ Giới hạn khi c  0 của

độ nhớt reduced được định nghĩa là độ nhớt nội tại (intrinsic viscosity) Đây là hàmnội tại của các đại phân tử hòa tan trong dung dịch và được xác định theo công thức:[η]= lim th (Ljubica Dokic và cộng sự, 2004)

Độ nhớt intrinsic được xác định thông qua giá trị relative viscosity ở các nồng độkhác nhau Hiện nay có 3 phương pháp cơ bản thường được sử dụng để xác định độnhớt relative là: (a) Sử dụng nhớt kế mao quản (nhớt kế Ostwald hoặc nhớt kếUbbelohde), (b) Sử dụng nhớt kế dạng tấm (nón và tấm phẳng, 2 tấm song song, dạngcub và bob) (Lapasin và Pricl, 1995), (c) Thiết bị mất cân bằng áp lực (Haney, 1985)

1.4.3 Sự tái kết tinh tinh bột

Sự tái kết tinh tinh bột hay còn gọi là sự thoái hoá của tinh bột là sự thay đổitính chất vật lý theo sau sự hồ hóa tinh bột từ trạng thái vô định hình ban đầusang dạng tinh thể có trật tự hơn (Eliasson & Gudmundsson, 2006) Quá trình táikết tinh xảy ra khi các phân tử tinh bột sắp xếp lại và định hình thành cấu trúc cótrật tự như các xoắn kép trong suốt quá trình lưu trữ tinh bột hồ hóa (Cui, 2005).Những thay đổi này xảy ra do tinh bột hồ hóa luôn luôn ở trạng thái mất cân

Sự tái kết tinh sẽ không xảy ra ngay cả khi chỉ thiếu một hàm lượng nhỏnước Hàm lượng nước cùng với nhiệt độ lưu trữ là hai yếu tố quyết định mức độtái kết tinh Lưu trữ gel tinh bột có hàm ẩm 45-50% ở nhiệt độ thấp nhưng lớnhơn -5oC sẽ làm tăng sự tái kết tinh so với tái kết tinh ở nhiệt độ phòng, đặc biệt

là trong những ngày đầu tiên của quá trình lưu trữ Lưu trữ tinh bột ở nhiệt độdưới -5oC thì sự tái kết tinh bị ức chế (Barkeling, 1995; Eliasson, 1988)

Ở nhiệt độ cao hơn (trên 32-40oC) hiệu quả tái kết tinh giảm xuống (Eliasson,1988) Cơ chế tái kết tinh gồm ba bước: tạo mầm ban đầu, phát triển tinh thể vàhoàn chỉnh tinh thể Trong khoảng nhiệt độ từ -5 đến 60oC quá trình tạo mầm vàphát triển tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm mũ Tốc độ tái kết tinh càngnhanh khi nhiệt độ càng giảm

Trong thời gian lưu trữ lâu hơn, sự tái kết tinh ở mức độ cực đại đạt được khinhiệt độ nằm giữa -5oC và 60oC Lúc đó, cả quá trình tạo mầm và phát triển tinhthể xảy ra đồng thời ở tốc độ ổn định hơn (Jenkins, 1983)

1.4.4 Độ trong của tinh bột hồ hóa

Khi hạt tinh bột trương nở trong nước, huyền phù từ trạng thái mờ đục trở nêntrong hơn Do đó, độ trong có liên quan đến trạng thái phân tán của tinh bột Một sốnghiên cứu cho rằng độ trong thay đổi đáng kể tùy vào nguồn gốc và các biến đổi hóahọc diễn ra ở hạt tinh bột Nhìn chung, hồ tinh bột của khoai tây, sắn và bắp nếp trongsuốt, ngược lại, hồ tinh bột của bắp và lúa mì đục hơn Độ trong của tinh bột đượcbiểu diễn thông qua giá trị về độ truyền suốt của dung dịch huyền phù (Chen, 1990)

Độ truyền suốt cung cấp nhưng thông tin về trạng thái của hồ tinh bột khi ánhsáng truyền qua Giá trị của độ truyền suốt phụ tuộc vào kích thước hạt, khả năngtrương nở, hàm lượng amylose, tỉ lệ amylose/ amylopectin và mức độ tàn dư của hạttrương nở và hạt không trương nở (Craig và cộng sự, 1989; Chen, 1990) Ngoài ra,chúng còn bị tác động bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như, đường làm tăng độ trong tinhbột của các loại ngũ cốc (như tinh bột bắp), nhưng các chất hoạt động bề mặt nhưglyceryl monostearate lại làm cho hồ tinh bột mờ đục hơn nhiều (Osman, 1967)

Các nghiên cứu được thực hiện bởi Craig và cộng sự (1989) đã cho thấy rằng việc

bổ sung thêm sucrose vào hồ tinh bột sẽ làm tăng độ truyền suốt Theo Swinkels

(1985), độ trong của hồ tinh bột liên quan đến sự thoái hóa của tinh bột Hồ tinh bột

đã thoái hóa sẽ trở nên đục hơn do khi đó đã diễn ra sự tái kết tinh sắp xếp lại cấu trúctinh bột làm giảm khả năng trương nở, hấp thụ nước làm giảm độ truyền suốt củadung dịch huyền phù (Chen, 1990)

Độ trong của tinh bột là một trong những yếu tố quan trọng tác động đến chấtlượng sản phẩm, nếu tinh bột được sử dụng như một chất làm dày cho nhân bánh tráicây yêu cầu độ trong cao, trong khi nếu tinh bột được sử dụng trong nước trộn saladthì đục hơn (Chen, 1990)

1.4.5 Khả năng trương nở - hoà tan của tinh bột

Khi hoà tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sê thâm nhập vào giữacác phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinhbột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi Kếtquả, phân tử tinh bột bị xê dịch, giãn ra rồi trương nở Quá trình trương xảy ra khônghạn chế sẽ làm bung các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch

Ban đầu, sự trương nở của hạt tinh bột có tính thuận nghịch, tăng thể tích của hạtlên đến 30% (Gryszkin và cộng sự, 2014) Nước hấp thụ và nhiệt của quá trình phântán của hạt tinh bột làm phá vỡ các liên kết hidro - chịu trách nhiệm cho sự gắn kếtcủa hạt - làm hòa tan một phần hạt tinh bột (Hoover, 2001) Nước thấm vào bên tronghạt tinh bột, hidrat hoá các mạch amylopectin tuyến tính (Xie và cộng sự, 2008) Quátrình này làm cho sự trương nở trở nên bất thuận nghịch, tăng độ nhớt và tăng kíchthước của hạt lên gấp nhiều lần

Khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột cho thấy sự tương tác của chuỗipolymer ở vùng định hình và vùng vô định hình (Zhang và cộng sự, 2005) Mức độtương tác này bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ amylose- amylopectin là đặc trưng của phân tửtùy thuộc vào mức độ trùng hợp, chiều dài và cấp độ phân nhánh của chuỗi, trọnglượng và cấu trúc phân tử (Hoover, 2001; Ratnayake và cộng sự, 2002)

Ngoài ra, amylose cũng được báo cáo trong một số nghiên cứu gần đây là có ảnhhưởng đến quá trình trương nở Theo Nwokocha (2009), sự hiện diện của amylose

lipid biểu thị khả năng trương nở và độ hòa tan hạn chế Điều này cũng được chứngminh trong nghiên cứu của Morrison (1993).

1.5 Khái quát về phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid

Để tạo ra tinh bột biến tính bằng acid, tinh bột thông thường sẽ được cho vào acidvới nồng độ nhất định và được giữ ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa (40-60oC) Khimức độ thủy phân giới hạn hoặc sự chuyển đổi đã đạt được như mong muốn, quá trìnhthủy phân sẽ được vô hiệu hóa và ngừng lại (Whistler, 2009)

Quá trình thủy phân các liên kết glycoside trong cấu trúc của hạt tinh bột, không

có sự ưu tiên nhất định nào và vấn đề này vẫn còn đang được tranh luận (Kerry, 2010).Tuy nhiên có thể khẳng định rằng, sự thủy phân diễn ra nhanh nhất ở những vùng cómức độ tinh thể thấp và đặc biệt là vùng vô định hình (Van Beynum và Joels, 1985;Wurzburg, 1986)

So với tinh bột bình thường, tinh bột biến tính bằng acid dễ tan trong nước nónghơn, có sự giảm trọng lượng phân tử cho cả thành phần mạch thẳng và phân nhánh.Ngoài ra, một số tính chất khác cũng có sự thay đổi đáng kể như: tăng độ trong, độnhớt giảm, khả năng tạo gel và độ bền gel cao hơn so với tinh bột thông thường(Kerry, 2010)

1.6 Các công trình nghiên cứu trước đây

Nhiều nghiên cứu về sự biến đổi trong cấu trúc của tinh bột khi bị thủy phân giớihạn bằng acid đã được báo cáo Hầu hết các công trình nghiên cứu này đều thực hiệntrên mẫu tinh bột thô Theo kết quả nghiên cứu của Sandhu (2006) đã công bố, độtrong của dung dịch hồ tinh bột bị thuỷ phân giới hạn có liên quan đến xu hướng thoáihoá của nó Vùng vô định hình bị “rửa trôi” trong quá trình thuỷ phân giúp tăngcường các liên kết giữa các amylopectin bên trong tinh bột do đó làm tăng khả năngtruyền suốt của dung dịch keo

Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Jun Gao tiến hành thuỷ phân giới hạn các loạitinh bột từ bắp và đại mạch không vỏ trấu Kết quả cho thấy, trong cùng một khoảngthời gian thuỷ phân ngắn và cùng một nồng độ acid, diện tích các lỗ xốp trên bề mặthạt tinh bột bắp sáp dần mở rộng trong khi bề mặt hạt tinh bột bắp thường và tinh bột

bắp giàu amylose lại hầu như không bị xói mòn Điều này có thể cho thấy sự liênquan giữa tỷ lệ amylose và amylopectin và mức độ thuỷ phân của tinh bột trong giaiđoạn đầu khi acid tấn công vào vùng vô định hình Ngoài ra, độ trương nở của cácmẫu được thuỷ phân cũng ngày càng giảm theo thời gian thuỷ phân càng dài cũng chothấy.

Nhóm nghiên cứu của Uthumporn (2010) đã công bố kết quả về sự thay đổi hàmlượng amylose của các mẫu tinh bột bị thuỷ phân cũng làm ảnh hưởng đến khả nănghoà tan và trương nở của các mẫu tinh bột Nghiên cứu cho thấy sự tương tác củachuỗi polymer ở vùng định hình và vùng vô định hình Kết quả tương tự cũng đượcghi nhận trong nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2005) Nghiên cứu cho thấy sựtương tác của chuỗi polymer ở vùng định hình và vùng vô định hình Ngoài ra, độtrương nở - hoà tan còn bị ảnh hưởng bởi chiều dài chuỗi, khối lượng phân tử, mức độphân nhánh, sự khác biệt về cấu trúc hình thái của các hạt như diện tích bề mặt cụ thể

và số lượng lỗ rỗng có thể tiếp cận

1.7 Nội dung nghiên cứu

Tinh bột bắpTinh bột bắp thô được thủy phân trong HCl ở 4 khoảng thời gian 4h, 14h, 23h, 30h

Tất cả mẫu tinh bột bắptrước và sau khi xử lý

Đo độtrongcủa hồtinh bột,xác địnhtínhnăng

Đo độtrương

nở - hoàtan củatinh bột,xác địnhtính năng

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Vật liệu

2.1.1 Tinh bột bắp

Tinh bột bắp (BEST CORN STARCH) của công ty ROQUETTE Riddhi Siddhi,

Ấn Độ

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp nguyên liệu

Chỉ tiêu hóa lý TCVN 10546:2014 Kiểm nghiệm*

*Số liệu kiểm nghiệm do nhà sản xuất cung cấp

**Xác định theo phương pháp phenol sulfuric acid (Dubois và cộng sự, 1956;Sanat, 1994)

2.1.2 Hóa chất

D-glucose (C6H42O6, Merck, Đức); Sodium hydroxide (NaOH, Trung Quốc);Hydrochloric acid (HCl, Trung Quốc; 3,5- Dinitrosalicylic acid (DNS) (Trung Quốc);Phenol (C6H14OH, Trung Quốc); Sulfuric acid (H2SO4, Trung Quốc); Iode (I2,Trung Quốc); Potassium iodide (KI, Trung Quốc)

2.2 Phương pháp

2.2.1 Thủy phân bằng acid (acid hydrolysis)

Quá trình thủy phân tinh bột bắp bằng acid dựa theo phương pháp của Jayakody(2002), Sae-Hun Mun (2006) và có một số điều chỉnh Tinh bột bắp thô (H0) đượcthủy phân trong dung dịch HCl (12.5 g H0/100 ml HCl 2.2 N) ở nhiệt độ phòng trong

Mức độ thủy phân của các mẫu H4, H14, H23 và H30 được tính theo phươngpháp của Robin và cộng sự (1975) với công thức:

Mức độ thủy phân (%) = MR× 0.9 / MT(1)Trong đó: MR(g) là khối lượng đường tổng trong dịch nổi

MT(g) là khối lượng tinh bột trước thủy phân

Cả hai thông số này đều được xác định thông qua phương trình đường chuẩnglucose ở phụ lục 2) Phần không tan lắng bên dưới sau quá trình ly tâm được rửanhiều lần bằng nước cất, sấy đối lưu ở nhiệt độ 40oC và nghiền thành bột mịn (kíchthước lỗ rây 120-mesh) (Chung, 2003)

2.2.2 Khả năng tạo phức với iodine

Một trong những cách ước tính gián tiếp tỷ lệ amylose và amylopectin là thôngqua phản ứng tạo màu của phức tinh bột-iodine Dựa vào phương pháp của Zhu(2008), 100.0 ± 0.1 mg mỗi mẫu tinh bột được chuyển vào bình định mức 100 ml

trong Sau đó định mức đến 100 ml bằng nước cất Lấy ra 2 ml dung dịch này cho vàobình định mức 100 ml khác Nước cất (50 ml) và 2 giọt chỉ thị phenolthalein đượcthêm vào Dùng acid HCl 0.1 N để chuẩn độ dung dịch đến trung tính Sau đó, 2 mldung dịch 0.2 % iodine (2.0 g KI và 0.2 g iodine pha loãng 100 ml với nước cất) được

bổ sung Thêm nước cất vào cho đủ 100 ml thể tích bình Dung dịch cuối cùng nàycho phép nghỉ 30 phút để tạo màu trọn vẹn và độ hấp thu của mẫu được đo bằng máyUV-Vis (Lambda 25, Perkin Elmer, Waltham, Massachusetts, Mỹ) dãy bước sóng từ

400 đến 800 nm, khoảng cách 1 nm

Theo nghiên cứu của Zhu (2008), tỷ lệ amylose và độ hấp thu Abs của phứcIodine có sự tương quan Theo đó, đối với nguồn tinh bột ngũ cốc thì tỷ lệ amyloseđược tính theo công thức:

Amylose (%) = (Abs620– Abs510+ 0.0542) / 0.3995 (R2= 0.9999) (2)

Trong đó, Abs620 và Abs510 lần lượt là độ hấp thu của mẫu ở bước sóng đỉnh620nm và bước sóng 510nm

2.2.3 Độ nhớt reduce

 Độ nhớt tương đối (ηrel) được xác định theo các phương trình sau:

ηrel=η/η0=t/t0×ρ/ρ0(3)Với η là độ nhớt (m2/s) của mẫu

η0là độ nhớt (m2/s) của dung dịch KOH 1 M,

t là thời gian (s) chảy của dung dịch mẫu trong nhớt kế,

t0 là thời gian (s) chảy của dung dịch KOH 1 M trong nhớt kế,

ρ là tỷ trọng của dung dịch mẫu ở 30oC,

ρ0là tỷ trọng của KOH 1 M ở 30oC

 Độ nhớt reduced (ml/g) được tính theo công thức:

ηred=(ηrel– 1)/c (4)Với c là nồng độ dung dịch tinh bột trong KOH 1 M

2.2.4 Độ trong (Paste clarity)

Các tính chất về độ trong của các mẫu tinh bột bắp được xác định theo phươngpháp của Craig và cộng sự (1989) và có một số điều chỉnh Tất cả các mẫu tinh bột

% 100

W SI





bắp (H0, H4, H14, H23) sẽ được huyền phù hóa bằng nước cất để đạt các nồng độ lầnlượt 0.5%, 1% và 2% Các mẫu huyền phù tinh bột này sẽ được gia nhiệt trong bồnnước sôi trong 30 phút, lắc đều 5 phút một lần Sau đó, các mẫu huyền phù tinh bộtđược làm mát xuống nhiệt độ phòng và độ truyền suốt của mẫu được đo bằng máyUV- Vis ở 650 nm

2.2.5 Độ trương nở - hoà tan

Độ hòa tan (SI) và độ trương nở (SP) được xác định bằng cách cho 0.5g tinh bộtphân tán trong 25ml nước cất, dung dịch này được cho vào ống ly tâm (đã xác địnhkhối lượng) Sau đó dung dịch sẽ được gia nhiệt ở 80oC trong 30 phút và được khuấybằng đũa thủy tinh trong suốt thời gian gia nhiệt Sau đó, dung dịch được làm nguộiđến nhiệt độ phòng và ly tâm ở 5000×g trong 15 phút Dịch nổi sẽ được cho ra đĩapetri đã xác định khối lượng, sấy trong tủ sấy đối lưu 105oC đến khối lượng không đổi,xác định khối lượng

Sự khác biệt trong trọng lượng sau khi sấy dịch nổi là trọng lượng của vật liệu hòatan và được dùng để tính phần trăm độ hòa tan của vật liệu hòa tan trên trọng lượngkhô của tinh bột Trọng lượng của dịch paste được xác định và dùng để tính toán độtrương nở, tức là khối lượng dịch paste trên mỗi gram tinh bột khô (Nwokocha,2009)

Độ hòa tan (SI), độ trương nở (SP) được tính theo công thức (5) và (6) của Sun vàcộng sự, 2015:

(5)(6)Trong đó: W t là khối lượng phần gel lắng phía dưới ống sau khi ly tâm

r

W là khối lượng chất rắn còn lại trong phần dịch nổi sau khi sấy

W