Ảnh Hưởng Của Độ Thế Tới Độ Bền Lạnh Đông

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của độ thế tới độ bền lạnh đông - tan giá

Tỷ lệ mol photphat/glucozơ

Độ bền lạnh đông - tan giá (%)
0,5	3,96
1,0	4,52
1,5	5,03
2,0	5,42
2,5	5,6
3,0	6,2
3,5	6,3

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 190 trang tài liệu này.

Quan sát bảng .5 có thể thấy rằng sau chu kỳ làm lạnh đầu tiên, gel tinh bột có dạng xốp như bọt biển. Cấu trúc xốp này khiến việc đo lượng nước chảy ra trở nên rất khó khăn, do sau khi tan giá gel tinh bột sẽ hấp thụ lại hầu hết các chất lỏng phân tán. Một số tác giả cũng gặp phải những khó khăn này, tuy nhiên họ đã khẳng định rằng lượng dịch cũng gần bằng lượng chất lỏng trên bề mặt hồ sau khi làm lạnh. Các số liệu cho thấy độ bền lạnh đông tan giá tăng tỷ lệ với hàm lượng tinh bột phốt phát hóa và ngược lại. Lượng nước chảy ra khi cho lạnh đông - tan giá là kết quả c a việc tăng liên kết hydro nội phân tử và giữa các phân tử do tương tác giữa các mạch tinh bột (amylozơ - amylozơ, amylozơ - amylopectin và amylopectin - amylopectin) trong suốt quá trình lạnh đông. Mặt khác khả năng tách pha cũng tăng khi tăng số chu kỳ lạnh đông - tan giá dẫn đến làm thoái biến amylopectin trong pha giàu tinh bột. Trên thực tế, các mạch nhánh c a tinh bột có thể trải qua hiệu ứng thoái biến. Ngoài ra, quá trình lạnh đông- tan giá cũng phản ánh tương tác giữa amylozơ và amylopectin.

* Độ trong của hồ tinh bột

Độ trong c a hồ tinh bột được xác định bằng cách đo độ truyền qua c a dung dịch hồ tinh bột (%) trên quang phổ kế ở bước sóng 650 nm. Kết quả được trình bày trên hình .5.

Các số liệu hình .5 cho thấy độ trong c a hồ giảm khi tăng độ thế. Điều này có thể là do sự giảm kích thước hạt trương khi tăng độ thế. Các nghiên cứu c a một số tác giả đã cho thấy có 2 nhân tố cùng ảnh hưởng đến độ trong c a hồ đó là: kích thước c a hạt trương và tỷ lệ amylozơ: amylopectin.

Hình 3.5. Ảnh hưởng của độ thế đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột

Tinh bột không biến tính với hàm lượng photpho tự nhiên khoảng 0,061% dung dịch hồ rất trong (với độ truyền qua khoảng 6%). Điều này là do sự định vị c a nhóm photphat este trong tinh bột tự nhiên trên phân tử amylopectin, kích thước và hình dạng c a phân tử amylozơ. Tuy nhiên tinh bột tự nhiên còn có lipit trong thành phần do đó có khả năng tạo phức không tan với amylozơ. Mặt khác, lực đẩy giữa các phân tử tinh bột liền kề do các nhóm photphat tích điện âm làm giảm tập hợp giữa các mạch, tăng số phân tử hydrat hoá tạo hồ có độ truyền quang cao.

3.1.6. Đặc trưng lý hoá của tinh bột photphat monoeste

3.1.6.1.Ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM

Tinh bột tự nhiên chưa biến tính và tinh bột photphat hoá được chụp kính hiển vi điện tử quét trên máy trên máy HITACHI S4800. Hình .6 và hình .7 thể hiện ảnh SEM c a chúng.

Hình 3.6. Ảnh SEM của tinh bột chưa biến tính

Hình 3.7. Ảnh SEM của TB photphat monoeste (tỷ lệ mol photphat/gluco ơ ,5:1)

Qua ảnh trên ta thấy tinh bột photphat hoá có kích thước lớn hơn so với

tinh bột tự nhiên và kích thước hạt tinh bột tăng khi tăng độ thế. õ ràng là sự tăng kích thước này phụ thuộc vào số nhóm photphat trong tinh bột tạo ra lực đẩy làm tăng khoảng cách trong phân tử và giữa các phân tử tinh bột, cho phép nhiều phân tử nước xâm nhập. Tuy nhiên, khi có nhiều nhóm photphat liên kết, sự hình thành liên kết hydro bị ngăn chặn và cũng hạn chế sự xâm nhập c a các phân tử nước.

Các quan sát về hình thái học cho thấy bề mặt tinh bột photphat monoeste thô hơn so với tinh bột tự nhiên. Do cấu trúc xoắn c a amylopectin nên khi gắn nhóm photphat lên tinh bột có thể ảnh hưởng đến cấu trúc c a hạt tinh bột và làm giảm độ cứng c a hạt tinh bột. Quan sát biến đổi hoá học c a tinh bột biến tính cho thấy sự tăng kích thước hạt c a tinh bột là do tăng diện tích bề mặt và độ xốp. Tăng kích thước hạt tinh bột biến tính có thể là do tăng sự hấp thụ nước lạnh, đặc biệt khi tăng độ xốp. Sự thay đổi hình thái học c a hạt tinh bột có thể là do khả năng tương tác biệt lập giữa amylozơ vô định hình và các phân khúc amylopectin bán tinh thể.

3.1.6.2. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA

Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) c a tinh bột chưa biến tính và tinh bột photphat hoá được trình bày trên hình .8 và .

Cả 2 đường cong trên hình .8 và . đều cho thấy sự phân huỷ c a các nhóm amylozơ thành nhóm amylopectin tạo lưới trong khoảng nhiệt độ 250 - 380C. Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng c a tinh bột photphat hoá cho thấy còn lại nhiều tro ở nhiệt độ cao (khoảng 8%). Sự phân huỷ trong vùng 400C có thể coi như sự khác biệt về thay đổi cấu trúc giữa tinh bột và tinh bột photphat hoá.

Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của tinh bột chưa biến tính

Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của tinh bột photphat hoá (tỷ lệ mol photphat/gluco ơ ,5:1)

Tó tắt kết quả mục 3.1

- Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu để tổng hợp tinh bột photphat monoeste là: nhiệt độ 160C, thời gian phản ứng là h, pH 6, tỷ lệ mol photphat/glucozơ là 2,5:1.

- Bằng các phương pháp đo hiện đại đã cho thấy sự thay đổi c a tinh bột biến tính và tinh bột tự nhiên.

- Việc nghiên cứu tổng hợp tinh bột photphat monoeste làm cơ sở cho việc xây dựng công nghệ chế tạo tinh bột photphat và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm sạch.

3.2. Thủy phân tinh bột bằng axit

Trong nghiên cứu này (hình 1. ) tinh bột được th y phân bằng axit, trong đó các yếu tố ảnh hưởng như loại axit, thời gian, phản ứng, nhiệt độ, pH, tỷ lệ axit trên tinh bột lên trọng lượng phân tử và tính chất c a sản phẩm được nghiên cứu.

3.2.1. Ảnh hưởng của loại axit

Để nghiên cứu ảnh hưởng c a các loại axit đến quá trình thuỷ phân tinh bột sắn chúng tôi sử dụng 4 loại axit vô cơ khác nhau là axit HCl, H2SO4, HNO3 và H3PO4 để biến tính tinh bột. Các thí nghiệm được thực hiện trong cùng điều kiện là: tỷ lệ nước/tinh bột là 2/1; tỷ lệ axit/tinh bột là 0,08; nhiệt độ phản ứng 30C, trong khi đó thời gian phản ứng thay đổi từ 4-32 giờ. Sự phụ thuộc c a độ nhớt, độ tan và hàm lượng tro theo thời gian c a các mẫu tinh bột th y phân lần lượt được biểu diễn trong hình .10 - 3.12

300

Độ nhớt (cps)

250

200

150

100

HCl HNO3 H2SO4

H3PO4

4 8 12 16 20 24 28 32 36

Thời gian (giờ)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của loại axit và thời gian đến độ nhớt tinh bột sắn biến tính

Từ kết quả ở hình .10, ta thấy rằng axit HCl và HNO3 làm giảm rất mạnh độ nhớt c a tinh bột (xuống hơn 10 lần so với tinh bột chưa biến tính), sau đó đến H2SO4, trong khi đó H3PO4 làm giảm độ nhớt kém nhất. Độ nhớt có liên hệ trực tiếp với khối lượng phân tử trung bình c a tinh bột, khối lượng phân tử trung bình càng thấp thì độ nhớt càng nhỏ. Do đó kết quả trên chứng tỏ HCl và HNO3 có khả năng thuỷ phân tinh bột mạnh nhất, H3PO4 thuỷ phân yếu nhất. H2SO4 tuy là một axit mạnh nhưng tác dụng thuỷ phân lại thấp hơn so với HCl và HNO3 ở cùng điều kiện, điều này có thể được giải thích là do ngoài hoạt tính xúc tác cho quá trình thuỷ phân c a axit H2SO4 thấp hơn so với 2 axit trên nó còn tạo ra các muối gây ức chế cho quá trình thuỷ phân. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả nghiên cứu trên tinh bột ngô và khoai tây [112, 1 4]. Trường hợp axit H3PO4 cho phản ứng thuỷ phân kém cũng có thể được giải thích là do bên cạnh việc tạo ra các muối phụ gây ức chế quá trình thuỷ phân tinh bột như trường hợp c a H2SO4, H3PO4 cũng chỉ là một axit trung bình nên mức độ thuỷ phân kém hơn H2SO4.

Ngoài ra độ nhớt c a tinh bột sắn biến tính cũng giảm mạnh theo thời gian đối với tất cả các loại axit. Tại thời điểm đầu quá trình thuỷ phân diễn ra chậm,

thể hiện qua độ nhớt c a tinh bột, đó là do quá trình axit đang ở giai đoạn phân tán vào trong các hạt tinh bột. Ở giai đoạn tiếp theo quá trình thuỷ phân diễn ra mạnh hơn do xúc tác axit tác động vào vùng vô định hình c a các hạt tinh bột, điều này được nhiều tác giả giải thích là do tỷ lệ amylopectin [α-D (1→ 4)] liên kết với vùng vô định hình lớn hơn là amylozo [α-D (1→ 6)], các liên kết [α-D (1→ 6)] c a liên kết glucozit bền với axit hơn liên kết [α-D (1→ 4)] do đó tốc độ thuỷ phân c a amylopectin sẽ lớn hơn amylozo.Ở giai đoạn tiếp theo thì tốc độ thuỷ phân diễn ra chậm hơn nhiều do quá trình này là quá trình tác động c a axit lên vùng tinh thể c a hạt tinh bột.

Như vậy thời gian phản ứng có ảnh hưởng lớn tới quá trình thuỷ phân. Khi thời gian thuỷ phân càng dài thì xúc tác H+ càng có điều kiện để xâm nhập và tái xúc tác vào các vị trí bên trong mạch tinh bột nên mức độ thuỷ phân càng cao. Sau khoảng 16 giờ thuỷ phân bằng axit HCl và HNO3, độ nhớt c a các mẫu tính bột đã giảm hơn 10 lần, trong khi đó kết quả này chỉ đạt được sau hơn 2 giờ thuỷ phân bằng H2SO4 hoặc H3PO4.

Hình .11 cho thấy hàm lượng tro được xác định theo phương pháp phân tích thành phần hoá học c a AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) trong mẫu tinh bột biến tính tăng chậm theo thời gian khi sử dụng axit HCl làm tác nhân thuỷ phân, trong khi đó hàm lượng này tăng nhanh khi sử dụng các axit còn lại. Đặc biệt khi sử dụng H3PO4 hàm lượng tro đạt tới 1,7% sau 32 tiếng thuỷ phân. Kết quả này được giải thích là do khi tăng thời gian phản ứng các axit càng có nhiều cơ hội để thâm nhập vào bên trong các cấu trúc xoắn c a tinh bột và bị giữ lại một phần ở đó (ch yếu ở dạng muối) sau khi trung hoà và rửa mẫu, hàm lượng muối bị giữ lại này là nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng tro ở các mẫu tính bột. So với axit HCl, các axit còn lại có xu hướng bị giữ lại cao hơn do hình thành các liên kết hidro giữa các nguyên tử hidro c a nhóm OH trên các phân tử tinh bột và nguyên tử O trong các gốc axit, ngoài ra khối