Kích Thước Hạt Amylo Ơ Của Một Số Loại Tinh Bột

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về tinh bột

Tinh bột là loại polysaccarit thực vật tồn tại trong tự nhiên có khối lượng phân tử cao, gồm các đơn vị glucozơ được nối với nhau bởi các liên kết α- glycozit. Công thức phân tử c a tinh bột là (C6H10O5)n trong đó n trong khoảng từ 50 đến vài trăm nghìn. Tinh bột được tổng hợp nhờ quá trình quang hợp c a cây và được dự trữ trong cấu trúc c a chúng dưới dạng năng lượng tiềm tàng. Hàm lượng tinh bột có trong các loại cây là khác nhau và có thể thay đổi theo thời tiết, mùa vụ, thổ nhưỡng...[5].

Bảng 1.1. Hàm lượng tinh bột ở một số loại cây

Loại cây

Tinh bột, % trọng lượng khô
Khoai tây	66-84
Sắn	93-97
Lúa mì	70-80
Lúa	75-80
Lúa mạch	70-75
Ngô	60-75
Đậu đỗ	60-66

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 190 trang tài liệu này.

Trong tự nhiên tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào, chỉ đứng sau xenlulozơ [3, 5]. Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng nước lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Do đó, có thể thu được một lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn phong phú trong tự nhiên. Tinh bột đại diện cho 60- 90% tổng sản lượng các loại lương thực như ngô, khoai tây, lúa mì, c mì, sắn dây, gạo, đậu, ở một số quả như chuối, táo, rau..[5-9]. Có nhiều loại tinh bột trong đó tinh bột sắn là một trong những loại tinh bột được quan tâm rất nhiều ở

Châu Á, Châu Phi và Mỹ La Tinh [7,8].

* Tình hình sản xuất và tiêu thụ tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam

Trong ba ngày từ 28 đến 30/6, tại th đô angkok (Thái Lan) đã diễn ra hội nghị sắn toàn cầu năm 2011, quy tụ trên 1.000 đại biểu quốc tế tham dự. Sở dĩ sự kiện này được chú ý bởi nước ch nhà Thái Lan hiện vẫn là quốc gia sản xuất và xuất khẩu hàng đầu thế giới về sản phẩm liên quan đến sắn. Theo các chuyên gia trong nước, kể từ khi ngành công nghiệp chế biến trong nước phát triển, Thái Lan đã giảm được khoảng 120 triệu USD hàng năm để nhập khẩu bột mỳ do đã có tinh bột sắn thay thế. Và điều quan trọng là tạo ra công ăn việc làm cho trên nửa triệu nông hộ quy mô nhỏ, trong khi giá thành các sản phẩm làm ra rẻ hơn nhiều so với nhập khẩu. Thái Lan chiếm trên 85% lượng xuất khẩu sắn toàn cầu, kế đến là Indonesia và Việt Nam. Thị trường xuất khẩu sắn ch yếu c a Thái Lan là Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản và cộng đồng châu Âu với tỷ trọng xuất khẩu sắn khoảng 40% bột và tinh bột sắn, 25% là sắn lát và sắn viên [ ].

Ở Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh c a các vùng sinh thái nông nghiệp. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các năm và phân theo các vùng sinh thái. Diện tích sắn nhiều nhất ở vùng ắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung (168,80 ngàn ha). Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai c a cả nước, tập trung ch yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông. Năm 2008, diện tích sắn c a Tây Nguyên đạt 150.100 ha [9].

Nhận thấy rõ hiệu quả kinh tế do cây sắn đem lại, nhiều nhà máy chế biến sắn ở trong nước cũng được xây dựng. Trên phạm vi cả nước, có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn có quy mô công nghiệp với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn, tương ứng với nhu cầu sử dụng gần 2,5 triệu tấn c sắn tươi, bằng 30% sản lượng cả nước, tăng gấp đôi số nhà máy và gấp 3 về công suất so với 5 năm trước đây.

Từ đầu năm đến nay, sắn là một trong ít các mặt hàng có khối lượng xuất khẩu cũng như kim ngạch xuất khẩu tăng mạnh. Theo số lượng thống kê sơ bộ c a Trung tâm thông tin công nghiệp và thương mại (Bộ Công Thương), trong 7

tháng đầu năm 200 , cả nước đã xuất khẩu được 2,66 triệu tấn sắn và tinh bột sắn, đạt kim ngạch 408 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng và tăng 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ 2008.

1.2. Cấu trúc của tinh bột

Tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước trong khoảng từ 2-120nm, hạt tinh bột có dạng hình tròn, hình bầu dục hay đa giác. Cấu tạo và kích thước các hạt phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng và quá trình sinh trưởng c a cây. Hạt tinh bột c a các loại cây khác nhau thì có kích thước và hình dạng khác nhau. Cùng một loại tinh bột, hình dáng và kích thước c a tất cả các hạt cũng không hoàn toàn giống nhau [5].

Bảng 1. . Kích thước hạt amylo ơ của một số loại tinh bột

ại tinh bột

ích thước hạt n	Hình dáng
Lúa mạch	5 - 50	Tròn dài
Ngô	5 - 25	Đa giác
Lúa mì	3 - 35	Tròn
Khoai tây	4 - 40	Bầu dục
Khoai lang	5 - 50	Bầu dục
Lúa	2 - 10	Đa giác
Sắn	3 - 30	Tròn

Tinh bột gồm hai thành phần chính là amylozơ (Am) và amylopectin (Ap). Amylozơ là polysaccarit mạch thẳng gồm các đơn vị glucozơ liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit (hình 1.1).

Phân tử amylozơ có một đầu khử và một đầu không khử. Hàm lượng amilozơ hình thức phân tán dạng keo trong nước nóng trong khi amylopectin là hoàn toàn không hòa tan. Khi được phân tán trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái biến, amylozơ thường có cấu trúc hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết t a vào, amylozơ mới chuyển thành dạng xoắn ốc.

CH2OH

H O H

CH2OH

H O H

OH H

O O O

H OH

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử amylo ơ

Amylopectin là polysaccarit mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α- 1,4-glycozit còn có mạch nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6- glycozit (hình 1.2).

CH2OH

OH H

H OH

CH2OH

O H

O CH2

H O H

OH H

O O O

H OH

Hình 1. . Cấu trúc phân tử amylopectin

Chúng hoàn toàn không hòa tan trong nước. Bằng phương pháp tán xạ ánh sáng người ta đã xác định được phân tử lượng c a amylopectin vào khoảng 8,107 [14, 16]. Amylopectin có thể chứa tới hơn một triệu đơn vị glucozơ nhưng chiều dài c a chuỗi mạch nhánh tuyến tính lại chỉ có khoảng 25- 0 đơn vị glucozơ [5]. Ở dạng nguyên bản, amilopectin có cấu trúc bán tinh thể gồm dạng tinh thể biến đổi và dạng bản mỏng vô định hình. Thể hiện một mô hình c a cấu trúc này. Ở dạng bản tinh thể, các nhánh amilopectin tuyến tính hình thành các mạch xoắn kép bố trí song song với nhau trong khi các bản mỏng vô định hình tái nhóm các

điểm phân nhánh c a phân tử lại với nhau. Ở giữa các tinh thể amilopectin cũng tìm thấy các phân tử amilozơ ở dạng bản mỏng vô định hình. Thông thường, tinh

thể và bản mỏng vô định hình có độ dày tương ứng 6nm và 4nm. Trong qúa trình tổng hợp sinh học tinh bột, cấu trúc bán tinh thể c a amilozơ và amilopectin được xếp chặt vào bên trong các hạt tinh bột.

Tỷ lệ amylozơ và amylopectin trong tinh bột có thể ảnh hưởng tới tính chất tinh bột trong quá trình gia công và tính chất c a sản phẩm cuối [17]. Nhìn chung, tỷ lệ amiloza và amilopectin thông thường trong tinh bột sắn tương ứng là 20 và 80% mặc dù tỷ lệ này có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc tinh bột điều kiện canh tác và sinh trưởng. Trong tinh bột nếp (gạo nếp, ngô nếp), gần như 100% là amylopectin, trong tinh bột đậu xanh, dong riềng, hàm lượng amylozơ chiếm trên 50% [16].

1.3. Một số tính chất của tinh bột

1.3.1. Tính chất vật lý

* Tính chất hấp thụ

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hấp thụ thì bề mặt bên trong và bên ngoài c a tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thuỷ nhiệt cần phải hết sức quan tâm tới vấn đề này.

Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ c a tinh bột. Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như xanh metylen (tích điện dương) c a tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt. Đường đẳng nhiệt hấp thụ c a các loại tinh bột không giống nhau. Đường đẳng nhiệt hấp thụ c a các loại tinh bột phụ thuộc cấu tạo bên trong c a hạt và khả năng trương nở c a chúng [18].

* Độ hoà tan của tinh bột

Amilozơ mới tách từ tinh bột có độ hoà tan cao song không bền nhanh chóng bị thoái hoá trở nên không hoà tan trong nước. Ap không hoà tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hoà tan trong nước nóng.

Trong môi trường axit tinh bột bị thuỷ phân và tạo thành "tinh bột hoà

tan". Nếu môi trường axit mạnh sản phẩm cuối cùng là glucozơ. Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hoá từng phần do có sự hydrat hoá tốt hơn. Tinh bột bị kết t a trong cồn, vì vậy cồn là một dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi bột [19].

* Sự trương nở và hiện tượng hồ hoá của tinh bột

Khi hoà tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở c a tinh bột [6, 15]. Trên 55 – 70C, các hạt tinh bột sẽ trương phồng do hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực. Khi đó độ nhớt c a dung dịch tăng mạnh. Kéo dài thời gian xử lý nhiệt, có thể gây nổ vỡ hạt tinh bột, thuỷ phân từng phần và hoà tan phần nào các phần tử cấu thành c a tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt c a dung dịch. Như vậy nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxy hoá khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt hồ hoá [6, , 15, 2 ]. Nhiệt độ hồ hoá không phải là một điểm mà là một khoảng, nhiệt độ thấp nhất là nhiệt độ mà tại đó các hạt tinh bột bắt đầu mất tính lưỡng chiết, còn nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ tại đó còn khoảng 10% hạt tinh bột chưa mất đi tính lưỡng chiết [15, 24]. Tuỳ thuộc điều kiện hồ hoá như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH môi trường, nhiệt độ phá vỡ và trương nở hạt có thể biến đổi trong một khoảng khá rộng [22, 5, 25, 26].

* Độ nhớt của hồ tinh bột

Một trong những tính chất quan trọng c a tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu c a nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nước nhiều hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó hơn [27, 2 ].

Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt c a dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến c a các phân tử hoặc c a các hạt phân tán, đặc tính bên trong c a tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng c a phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxy hoá, các thuốc thử phá huỷ cầu

hidro đều làm cho tương tác c a các phân tử tinh bột thay đổi, do đó làm cho độ nhớt thay đổi theo [29, 0]. Độ nhớt c a tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ion hoá các phân tử tinh bột khiến cho chúng hidrat hoá tốt hơn [34, 5]. Ngoài ra, nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt c a dung dịch [15].

* Khả năng tạo gel, tạo hình và sự thoái hoá gel tinh bột

Tinh bột sau khi hồ hoá và để nguội các phân tử sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều, để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được làm nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hidro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp thông qua phân tử nước [118,120].

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ tách ra, gọi là sự thoái hoá. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho hoà tan ra. Tốc độ thoái hoá sẽ càng tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại khi pH=7. Tốc độ thoái hoá sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH. Sự thoái hoá thường kèm theo tách nước và đặc lại c a các sản phẩm dạng nửa lỏng cũng như gây cứng lại các sản phẩm bánh mì [15]. ên cạnh đó tinh bột cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước.

1.3.2. Tính chất hóa học

- Một tính chất quan trọng c a tinh bột là quá trình thuỷ phân liên kết giữa các đơn vị glucozơ bằng axit . Axit có thể thuỷ phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hoá hay dạng past. Tất cả các loại tinh bột đều bị thuỷ phân bởi axit thành D-glucozơ. Trước đây phản ứng này là phản ứng phổ biến để tạo ra dextozơ và sirup tinh bột (là dạng hỗn hợp chứa dextozơ, maltozơ và các oligosaccarit có khối lượng phân tử lớn hơn).

- Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxy hoá tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxy hoá thay đổi phụ thuộc vào tác nhân oxy hoá và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxy hoá tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phương pháp hay dùng trước đây và còn được gọi là phản ứng clorin hoá, phản ứng này tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhỏ nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hoà tan trong nước, đặc biệt là trong môi trường kiềm loãng.

- Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hoá, este hoá. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột ở các nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả năng phản ứng với andehyt trong môi trường axit. Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo thành không có khả năng tan trong nước. Các tác nhân hai chức khác như acrolein, epyclohydrin... khi phản ứng với tinh bột thì cũng cho các sản phẩm có tính chất tương tự. Nếu mức độ liên kết ngang thấp (1 liên kết ngang/ vài trăm đơn vị glucozơ) thì sản phẩm có thể bị gel hoá tạo thành dạng past.

- Phản ứng rất đặc trưng c a tinh bột là phản ứng với iot. Khi tương tác với iot Amylozơ(Am) sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy iốt có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng Am trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Để phản ứng được với iôt, các phân tử Am phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn c a Am bao quanh phân tử iôt. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iôt vì không tạo thành một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng. cloral hydrat và một số chất khác lại ức chế cường độ phản ứng này. Am với hình thể xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iôt tương ứng với một vòng xoắn ốc một phân tử iôt. Trong phân tử I2- Am, các phân tử iôt chui vào trong vùng ưa béo c a xoắn ốc. Với Ap khi xảy ra tương tác với iôt, Ap cho màu tím đỏ. Về