Một Số Phương Pháp Biến Tính Bằng Phương Pháp Vật Lý

bản chất phản ứng màu với iôt c a Ap xảy ra do sự hình thành nên hợp chất hấp phụ. Ngoài khả năng tạo phức với iôt, Am còn có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no (izoamylic, butylic, izoprotylic), các rượu vòng, các phenol, các xeton thấp phân tử, các axit béo dãy thấp cũng như các axit béo dãy cao, các este mạch thẳng và mạch vòng, các dẫn xuất benzen có nhóm andehit, các nitro parafin… Khi tạo phức với các Am, các chất tạo phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự iốt. Ngoài ra, Ap còn cho phản ứng đặc trưng với lectin. Về bản chất đây là một phản ứng giữa một protein với một polysacarit có mạch nhánh. Khi lectin liên kết với α-D- glucopiranozic nằm ở đầu cuối không khử c a Ap thì sẽ làm cho Ap kết t a và tách ra khỏi dung dịch [38].

1.4. Một số phương pháp biến tính tinh bột

Tinh bột có thể có nhiều các phương pháp biến tính khác nhau thường được phân chia thành các nhóm phương pháp khác nhau như vật lý, enzym, hóa học.

1.4.1. Một số phương pháp biến tính bằng phương pháp vật lý

1.4.1.1. Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

Trước hết tinh bột được hồ hoá trong một lượng nước, sau đó sấy khô. Dưới tác dụng c a nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá huỷ cấu trúc c a hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này. Tinh bột hồ hoá sơ bộ có những tính chất: trương nhanh trong nước; biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản; bền khi ở nhiệt độ thấp; có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt. Vì vậy tinh bột biến tính bằng hồ hó sơ bộ được dùng rộng rãi trong trường hợp cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu [21]. Dùng tinh bột hồ hoá sơ bộ còn tránh được tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo… Ngoài ra, tinh bột hồ hoá sơ bộ còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác. Chẳng hạn, thêm tinh bột dạng này vào các dung dịch khoan (khi khoan các giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dung

dịch khoan một lượng nước cần thiết [44].

1.4.1.2. Xử lý nhiệt ẩ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 190 trang tài liệu này.

Xử lý nhiệt ẩm là phương pháp biến tính vật lý tinh bột, trong đó tinh bột được xử lý với hàm lượng ẩm khác nhau (<35%) trong những khoảng thời gian nhất định ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển hoá thuỷ tinh nhưng thấp hơn nhiệt độ hồ hoá. Tuy nhiên, việc lựa chọn nhiệt độ thường không xét tới nhiệt độ hồ hoá

Xử lý nhiệt ẩm tinh bột ngô, lúa mì, khoai môn, khoai tây...thường không ảnh hưởng tới hình dáng và kích thước hạt. Tuy nhiên, giản đồ tán xạ tia X góc rộng có sự thay đổi từ tinh bột kiểu thành kiểu A hoặc C đối với tinh bột khoai tây và khoai môn và từ kiểu C thành kiểu A đối với tinh bột sắn và huỳnh tinh sau khi xử lý nhiệt ẩm. Mô hình kiểu A c a tinh bột ngũ cốc không bị thay đổi sau khi xử lý nhưng giản đồ nhiễu xạ tia X có thể nhọn hơn hoặc tăng cường độ. Điều này chứng tỏ một số chuỗi xoắn kép di chuyển tới vị trí hoàn thiện hơn trong pha kết tinh [42].

Xử lý nhiệt ẩm thường làm tăng nhiệt độ hồ hoá, mở rộng khoảng nhiệt độ hồ hoá và làm giảm khả năng trương. Entanpy hồ hoá (ΔHgel) c a tinh bột kiểu

, như khoai tây và khoai môn, giảm chứng tỏ một số chuỗi xoắn kép đã được

gỡ rối sau khi xử lý nhiệt ẩm. Entanpy hồ hoá c a tinh bột kiểu A (lúa mì, ngô thường và ngô nếp) không thay đổi khi xử lý nhiệt ẩm, ngay cả khi nhiệt độ bắt đầu hồ hoá tăng 2-11C, chứng tỏ rằng một số lượng không đáng kể chuỗi xoắn kép được gỡ rối (ΔHgel không thay đổi) trong khi một số lượng đáng kể chuỗi xoắn kép di chuyển vào vùng kết tinh hoàn hảo hơn (tăng nhiệt độ hồ hoá). Xử lý nhiệt ẩm làm giảm tới 5% độ đặc c a hồ (trừ tinh bột lúa mì), Sự giảm này có thể là do cắt mạch, tạo phức lipit- amylozơ hay tập hợp amylozơ- amylozơ trong quá trình xử lý nhiệt ẩm.

1.4.1.3. Phân huỷ cơ học

Các loại tinh bột được làm ướt, nghiền bằng phương pháp nghiền bi hoặc

chà sát tinh bột làm khô dưới tác dụng c a nhiệt và ma sát. Phương pháp này tạo ra sản phẩm có sự cắt đứt các liên kết trong vùng tinh thể làm cho sản phẩm có khả năng tan trong nước lạnh. Trong sản phẩm có các gốc tự do, các gốc này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đồng trùng hợp khối. Quá trình nghiền kéo dài sẽ tạo ra những sản phẩm nhẹ, đồng thời cũng có thể xảy ra sự bẻ gãy các liên kết glycozit [5].

1.4.2. Phương pháp biến tính bằng enzym

Dưới tác dụng c a enzim amilaza, phân tử tinh bột hoặc bị cắt ngẫu nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị hoặc bị cắt thành từng phần hai đơn vị glucozơ một, do đó mà tính chất c a dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo.

Enzym α- amilaza thuỷ phân các liên kết α-1,4 trên nhiều mạch và tại nhiều vị trí c a cùng một mạch, giải phóng ra glucozơ và các oligosacarit có từ 2 đến 7 đơn vị glucozơ, trong đó có một glucozơ khử tận cùng ở dạng α [15, 4 ]. Kết quả tác động c a α-amilaza thường làm giảm nhanh độ nhớt c a dung dịch tinh bột, do đó người ta còn gọi là amilaza dịch hoá. Cách thức tác dụng c a α- amilaza phụ thuộc vào nguồn gốc và bản chất c a cơ chất. Khi bị thuỷ phân amilaza, sản phẩm cuối cùng ch yếu là maltozơ và maltotriozơ. Do maltotriozơ bền hơn nên việc thuỷ phân nó thành maltozơ và glucozơ được thực hiện sau đó. Khi thuỷ phân Ap trong dung dịch, ngoài glucozơ, maltozơ và maltotriozơ còn có thêm các dextrin giới hạn có nhánh. Các dextrin giới hạn này thường có chứa các liên kết α-1,6 c a polyme ban đầu cộng với các liên kết α-1,4 kề bên, bền với phản ứng thuỷ phân. Tuỳ theo nguồn gốc c a α- amilaza, các α- dextrin giới hạn này có thể chứa 3, 4 hoặc 5 đơn vị glucozơ. Enzim α- amilaza xúc tác thuỷ phân các liên kết α-1,4 c a Am và Ap từ đầu mạch không khử và giải phóng ra maltozơ. Tác động c a enzim sẽ ngừng lại ở chỗ sát với liên kết α- 1,6 [43, 44].

Amylozơ thường bị emzin thuỷ phân hoàn toàn trong khi đó trong cùng điều kiện thì chỉ có 55% Ap được chuyển hoá thành maltozơ. Phần còn lại c a sự thuỷ phân Amilopectin là dextrin giới hạn có phân tử lượng cao và có chứa tấtcả các liên kết α- 1,6 c a phân tử ban đầu.

Với α- amilaza sẽ làm cho kích thước phân tử tinh bột giảm dần theo thời gian tác dụng c a nó. Dưới tác dụng c a α- amilaza, kết quả làm cho dung dịch tinh bột bị loãng, độ nhớt giảm xuống. Do đó, nó được sử dụng trong công nghiệp dệt để rũ hồ vải. Với α- amilaza, nó phân cắt phân tử tinh bột thành maltozơ, làm biến tính tinh bột một cách chậm hơn so với α- amilaza. Sự biến hình tinh bột bởi amilaza dùng để nghiên cứu cấu trúc c a phân tử glucogen và amilopectin. [37].

1.4.3. Biến tính tinh bột bằng một số tác nhân hóa học

1.4.3.1. Ete hóa tinh bột

Không giống như mối liên kết este hay như tinh bột axetat mà trong tinh bột ete có xu hướng không bị th y phân trong môi trường kiềm. Liên kết ete rất ổn định ngay ca khi ở trong môi trường pH cao. Tinh bột ete hóa có độ nhớt ổn định cao.

Trong số các dẫn xuất tinh bột ete, cacboxymetyl tinh bột thu hút được rất nhiều sự quan tâm vì những ứng dụng rộng rãi c a nó trong công nghiệp như chất làm đặc trong thực phẩm, nhả thuốc, hồ vải, tráng giấy và dùng làm keo dán [45- 49].

Cacboxymetyl tinh bột (CMS) được tổng hợp nhờ phản ứng c a tinh bột với natri monocloaxetat (SMCA) hoặc monocloaxetic axit (MCA) có mặt natri hydroxyt. Phản ứng thường được tiến hành trong sự có mặt c a bazơ mạnh làm tăng độ ái nhân c a nhóm hydroxyl, nhằm trợ giúp khả năng trương c a hạt tinh bột [50-53].

TB-OH + NaOH TB-O-Na+ + H2O (1)

TBO Na

H3C

CH2

HOH

TB O CH2 CH

CH3 (2)

Trong công nghiệp dược phẩm, CMS, còn được gọi là tinh bột natri glycolat, thường được sử dụng như là một tác nhân phân rã. Nó được liệt kê

trong Dược điển Hoa Kỳ và Dược điển Anh, được coi là an toàn và được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm như là một thành phần c a rất nhiều loại nước sốt và thức ăn sẵn (ăn nhanh). CMS được tổng hợp từ các nguồn tinh bột khác nhau bao gồm tinh bột khoai tây, tinh bột ngô và kiều mạch, tinh bột sắn, tinh bột đậu xanh và tinh bột dong giềng, Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thế và hiệu suất phản ứng c a CMS là nhiệt độ, thời gian kiềm hóa và ete hóa, tỉ lệ mol giữa natri hydroxyt và MCA hay SMCA, dung môi hữu cơ [54-59].

Kết hợp chiếu xạ tia gamma với quá trình ete hóa tinh bột cũng đã được nghiên cứu. Chiếu xạ gamma có thể hoạt hóa tinh bột để phản ứng với MCA và liều lượng chiếu xạ càng cao thì DS và E càng cao [114, 115].

Không giống như liên kết ete c a tinh bột axetat, mà có xu hướng giảm nhóm acetylat trong môi trường kiềm, liên kết ete ổn định hơn ngay cả ở pH cao. Tinh bột ete hóa có độ nhớt ổn định cao và là phụ gia trực tiếp cho công nghiệp thực phẩm như sử dụng làm chất làm đặc trong các loại bánh trái cây, nước sốt thịt, cá, trộn salat và đặc biệt hiệu quả trong ngành bảo quản và chế biến thực phảm đông lạnh [123,130].

1.4.3.2. Tạ liên kết ngang

Nói chung, tinh bột có chứa hai loại hydroxyl quan trọng là (6-OH) và (2- OH và -OH) có thể phản ứng với các tác nhân tạo lưới tạo ra tinh bột liên kết ngang. Tinh bột tạo lưới nhằm hạn chế khả năng trương c a hạt tinh bột trong quá trình chế biến [64].

Bất kỳ phân tử nào có khả năng phản ứng với hai hoặc nhiều nhóm hydroxyl đều tạo được liên kết ngang (tạo lưới) giữa các mạch tinh bột. Các tác nhân tạo lưới cho phép bởi FDA như photpho oxyclorua, trimetaphotphat, các andehit, đianehit, diepoxy, N,N'- metylenbisacrylamit (M A), axit boric...là những chất có thể tạo lưới các mạch tinh bột. Quá trình tạo liên kết ngang c ng cố các liên kết hydro trong hạt, cùng với các liên kết hoá học hoạt động như cầu liên kết giữa các phân tử tinh bột. Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến phản ứng tạo liên kết ngang bao gồm thành phần hoá học c a tác nhân, nồng độ tác

nhân, pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng [64, 69].

(3)

Tạo lưới c a tinh bột với oxyclophotpho là phản ứng diễn ra nhanh tạo ra distarch phophate. Phản ứng này đặc biệt hiệu quả trong môi trường kiềm với pH bằng 11 trong sự có mặt c a Na2SO4 [12, 64, 69].

Liên kết ngang c a tinh bột phản ứng nhanh với adipate ở pH bằng 8 tạo ra sản phẩm tinh bột biến tính kép.

(4)

Khi sử dụng tác nhân tạo lưới photpho oxyclorua, phản ứng diễn ra rất nhanh, sản phẩm thu được có thể dùng làm nhựa trao đổi cation. Phản ứng tạo lưới c a tinh bột với natri trimetaphotphat (STMP) và epiclohydrin (EPI) diễn ra chậm hơn nhiều. Các liên kết ngang được hình thành bởi photpho oxyclorua tỏ ra hiệu quả hơn trong việc ngăn quá trình trương c a hạt so với liên kết ngang thu được từ phản ứng với STMP hay EPI [67, 68].

(5)

Khi sử dụng tác nhân tạo lưới STMP trong môi trường kiềm sẽ thu được distarch photphat. STMP là một phụ gia thực phẩm quan trọng nhất và là chất rắn có độc tính thấp. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp truyền thống là tiến hành phản ứng trong pha lỏng thì rất khó đạt được mức độ tạo lưới cao trong khoảng thời gian ngắn. Sử dụng bức xạ vi sóng có thể cải thiện giá trị độ thế (DS) c a tinh bột tạo lưới và rút ngắn đáng kể thời gian phản ứng so với phương pháp truyền thống [64-69].

Ngoài ra, quá trình tạo liên kết ngang cũng có thể được tiến hành bằng kỹ thuật tạo nhũ tương, trong đó tinh bột được làm cho không tan trong nhũ tương nước trong dầu để tạo các hạt hình cầu. Các vi hạt này được tạo lưới bằng trinatri trimetaphotphat (TSTP) với hàm lượng khác nhau. Khi tăng hàm lượng TSTP thì kích thước hạt và dung lượng mang tăng nhưng độ trương phụ thuộc nồng độ TSTP theo hình chuông. Gần đây, vi hạt tinh bột được tạo thành từ kỹ thuật tạo nhũ rất được quan tâm do nó được xem như phương tiện vận chuyển các thành phần thực phẩm như vitamin, chất chống oxy hoá, các vi khuẩn sống có ích [67].

Quá trình tạo lưới c a tinh bột với EPI là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong hoá học polysaccarit. Phản ứng c a tinh bột với EPI tạo thành distarch glyxerin, Mức độ tạo lưới cao hơn khi phản ứng được tiến hành trong dung môi N,N'- dimetylformamit (DMF). Sản phẩm có khả năng liên kết nước cao hơn so với tinh bột tự nhiên, tuy nhiên, khi tăng mức độ tạo lưới thì khả năng liên kết nước giảm dần. Nếu tiến hành phản ứng có mặt amoniac, sản phẩm chứa nhóm amin bậc được sử dụng để thu hồi thuốc nhuộm trong dung dịch nước [62, 67].

Tuy nhiên đến nay, epiclohydrin không còn được sử dụng rộng rãi làm chất tạo lưới trong công nghiệp thực phẩm bởi các nhà sản xuất tinh bột ở Mỹ cho rằng chúng có thể gây ung thư.

(6)

Tinh bột cũng sẽ thu được tính chất mới khi cho tác dụng với axit boric. Khi đó 4 nhóm hydroxyl c a hai mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo phức với axit boric (phức bisdiol). Tinh bột sẽ dai hơn, giòn hơn và cứng hơn.

Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng tác nhân tạo lưới là M A hay tạo lưới bề mặt bằng bức xạ tử ngoại [68-69].

1.4.3.3. Cati n hóa

Tinh bột cation là dẫn xuất quan trọng trong công nghiệp, trong đó tinh bột được tạo thành các ion mang điện tích bởi các nhóm amoni, amin, amion, sulfo hoặc nhóm phốt phát. Tinh bột cation được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp giấy ướt, phụ gia cuối cùng, ph bề mặt và các chất kết dính ph . Tinh bột cation có chứa các nhóm amoni hoặc amin bậc bốn và là dẫn xuất thương mại quan trọng nhất. Tinh bột cation được tạo ra từ những tác nhân phản ứng cụ thể được đưa ra bởi FDA có thể được sử dụng làm giấy hoặc các túi giấy trong thực phẩm. Những tác nhân này bao gồm 2-dietylaminoetyl clorua, 2,3- epoxypropyl trimetyl amin clorua [143, 152].

(7)

(8)