- Khảo sát tính chất lưu biến và kết cấu của thạch đen khi thay thế tinh bột sắn bằng các loại tinh bột khác nhau Tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai và tinh bôt đậu
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về Thạch đen (Mesona chinensis Benth)
2.1.1 Giới thiệu về cây Thạch đen
2.1.1.1 Mô tả về cây Thạch đen
Cây Thạch đen hay còn được biết đến với tên gọi khác là Sương sáo, Lương phấn thảo,… thuộc bộ Lamiales, họ Lamiaceae, chi Mesona, loài Mesona chinensis
Cây Thạch đen có tên khoa học là Mesona chinensis Benth, đây là loại cây thân thảo thấp, thường được sử dụng trong sản xuất nước giải khát
Thạch đen là cây thân thảo, có chiều cao thân khoảng 15 – 50 cm, ít phân nhánh, có lông thô, rậm Lá dày dài khoảng từ 3 – 6 cm, rộng 1 – 2 cm, có hình bầu dục hoặc thon dài, ở gốc lá thon, hẹp, nhọn ở chóp, cuốn lá dài 1 – 2 cm Hoa nở thành trùm ở ngọn, khá dày đặc
Hình 2.1: Cây Thạch đen 2.1.1.2 Phân bố của cây Thạch đen
Cây Thạch đen được phân bố rộng rãi ở khu vực Đông và Đông Nam Châu Á như Việt Nam, phía nam Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Malaysia
Cây Thạch đen có khả năng sinh sôi và sống tốt ở đa dạng khu vực như đất cỏ, đất cát hoặc đất khô, với điều kiện để cây phát triển mạnh là được tưới nước đầy đủ và trồng trong bóng mát
2.1.1.3 Ứng dụng của cây Thạch đen
Cây Thạch đen là một loại thực phẩm bổ sung được sử dụng phổ biến ở Châu Á vì nó có thể được chế biến thành thạch đen, trà, súp, thậm chí có thể ngăn ngừa bệnh tật (Feng và cộng sự, 2008; Huang và cộng sự, 2016) Trong đông y học hiện đại, cây Thạch đen còn có thể điều trị các bệnh như tiểu đường, cao huyết áp và viêm thận cấp tính (Huang và cộng sự, 2016)
Ngoài ra, cây Thạch đen rất giàu flavon, polysaccharides, polyphenol, màu và acid amin (Shyu và các cộng sự, 2008) Vì vậy các sản phẩm thực phẩm được chế biến từ cây Thạch đen như thạch Thạch đen, nước Thạch đen rất tốt cho sức khỏe và có thể là thực phẩm bổ sung hằng ngày
2.1.2 Các thành phần có trong dung dịch nước Thạch đen
Các thành phần có trong dịch chiết thạch đen được tìm thấy là polysaccharide, polyphenol, flavonoid, terpenoid, 17 acid amine (7 acid amine thiết yếu), chất béo và chất xơ (Adisakwattana và cộng sự, 2014) Trong hầu hết các báo cáo, dịch chiết từ thạch đen là một polysaccharide và có thành phần monosaccharide phức tạp
Theo Huang và cộng sự, polysaccharide này chủ yếu chứa axit galacturonic, galactose, glucose và xylosa Polyphenol là một nhóm chất phytochemical tồn tại trong nhiều loại thực vật khác nhau, bao gồm các phenol đơn giản như: acid phenolic, flavonoid, stilben, lignan và tannin (Jeng và cộng sự, 2013) Polyphenol trong thạch đen thường được chiết xuất bằng dung môi nước hoặc cồn Bốn triterpenoid đã được xác định từ các nghiên cứu lần lượt là stirysterol, β-sitosterol, acid oleanolic và acid ursolic (Hung và cộng sự, 2001).
Giới thiệu về các loại tinh bột
2.2.1 Tổng quan về tinh bột
Tinh bột là nguồn carbohydrate chính đóng vai trò quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của con người Tinh bột cung cấp năng lượng chuyển hóa cho cơ thể để các tế bào và cơ quan thực hiện các chức năng của nó Trong tự nhiên tinh bột là một polysaccharide dự trữ chính của cây xanh và là carbohydrate phổ biến thứ hai chỉ đứng sau cellulose Tinh bột có nguồn gốc từ thực vật, có nhiều trong gạo, bắp, sắn, khoai tây, đậu, lúa mì,…Với hàm lượng tinh bột chiếm 65 - 90% hàm lượng chất khô Chúng tập trung chủ yếu trong bộ phận của một số loài thực vật như củ, thân, hạt ngũ cốc, rễ, lá, hạt, trái cây,… (Nguyễn, 2018)
Các phân tử tinh bột bao gồm vô số monome glucose liên kết với nhau bằng liên kết glucosidic Thành phần của tinh bột chủ yếu gồm 2 loại α-glucan là Amylose và
Amylopectin, chiếm khoảng 98 - 99% hàm lượng chất khô và một lượng nhỏ protein, lipid, pentosan và khoáng chất (Copeland và cộng sự, 2009) Tỷ lệ của Amylose và Amylopectin sẽ thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc của từng loại tinh bột
Amylose là một polymer mạch thẳng được hình thành từ nhiều phân tử D-glucose liên kết với nhau thông qua liên kết α-1,4-glucosidic (Slattery và cộng sự, 2000) Trung bình mỗi Amylose có khoảng 500 - 6000 đơn vị glucose được phân bố trong 1 đến 20 chuỗi, chiếm 20 – 30% hàm lượng của tinh bột Hàm lượng Amylose có trong hạt ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính và chức năng của tinh bột
Hình 2.2: Cấu tạo của Amylose
Amylopectin chiếm khoảng 80% tinh bột, được xem là thành phần chính của tinh bột Chuỗi Amylopectin tương đối ngắn so với Amylose, có cấu trúc phân nhánh cao, được hình thành bởi các chuỗi đơn vị glucose được liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α-1,4- glucosidic nhưng có 5 - 6% là liên kết α-1,6-glucosidic tại các điểm nhánh (Parker và cộng sự, 2001)
Hình 2.3: Cấu tạo của Amylopectin
Tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật các hạt tinh bột sẽ có kích thước và hình dạng khỏc nhau Kớch thước của hạt tinh bột dao động trong khoảng 1 - 100àm với cỏc dạng hỡnh khác nhau như: hình cầu, hình bầu dục, hình đa giác, hình đĩa, thuôn dài,… (Lindeboom và cộng sự, 2004)
Hình 2.4: Cấu tạo của hạt tinh bột
Cấu tạo hạt tinh bột bao gồm rất nhiều lớp đồng tâm, mỗi lớp gọi là vòng sinh trưởng, của các vùng vô định hình và vùng bán kết tinh với trung tâm hạt gọi là hilum Bề mặt hạt không mịn và được đặc trưng bởi các đầu nhô ra là các đầu khử hoặc không khử của chuỗi Amylose và Amylopectin (Pérez và cộng sự, 2009) Các Amylopectin đóng vai trò tạo bộ khung cho hạt tinh bột, các đầu không nhánh hướng vào tâm, các phân tử Amylose phân tán xung quanh các chuỗi Amylopectin tạo thành một “bloclet” Blocklet có dạng hình cầu và có cấu trúc bất đối xứng, nhiều blocklet tạo nên một vòng sinh trưởng (Nguyễn, 2018)
Tinh bột được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo và một số lĩnh vực khác nhờ vào những tính chất đặc trưng như sự hồ hóa, sự tạo gel và thoái hóa cũng như sự thủy phân tinh bột Dưới đây là một số đặc tính nổi trội của tinh bột
Quá trình hồ hóa xảy ra khi tinh bột được gia nhiệt trong nước Khi đó, các liên kết hydro nội phân tử giữa các chuỗi mạch bắt đầu đứt, cho phép phân tử nước xâm nhập vào hạt tương tác với các nhóm hydroxyl của Amylose và Amylopectin, các hạt tinh bột sẽ trương nở ra (Hoover, 2001) Sau đó, các phân tử Amylose sẽ di chuyển ra khỏi bộ khung Amylopectin, nước xâm nhập vào bên trong cấu trúc hạt, đồng thời các liên kết hydro giữa
9 nước và Amylopectin sẽ tăng Điều này dẫn đến hàm lượng nước tự do sẽ giảm xuống và làm tăng độ nhớt của hồ tinh bột Tiếp tục gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định (thường khoảng 60 – 80ºC) tất cả các liên kết bị phá vỡ, hạt tinh bột bị vỡ ra Nhiệt độ mà tại đó các phân tử hạt tinh bột bắt đầu phá vỡ được gọi gọi là nhiệt độ hồ hóa
Hình 2.5: Quá trình hồ hóa tinh bột Điểm bắt đầu của quá trình hồ hóa và phạm vi xảy ra được quyết định bởi loại tinh bột nồng độ tinh bột, tính không đồng nhất trong hạt và phương pháp quan sát Quá trình hồ hóa xảy ra ban đầu ở vùng vô định hình, do liên kết hydro có trong vùng này yếu, sau đó mở rộng đến vùng kết tinh (Meireles, 2015) Hiện tượng hồ hóa làm tinh bột chuyển đổi từ dạng bán tinh thể (tương đối khó tiêu hóa) sang dạng vô định hình (dễ tiêu hóa)
Quá trình hồ hóa tinh bột phụ thuộc vào: nguồn gốc thực vật của hạt tinh bột, kích thước của hạt, tỷ lệ Amylose/Amylopectin trong hạt, các chất hóa học thêm vào quá trình hồ hóa (đường, acid, kiềm,…)
2.2.2.2 Sự tạo gel và hiện tượng thoái hóa của tinh bột
Tinh bột sau khi hồ hóa và làm nguội, các phân tử Amylose sẽ tái liên kết lại với nhau tạo ra một mạng lưới gel tinh bột có không gian 3 chiều có cấu trúc và có trật tự Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa đủ, phải qua quá trình hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái vô định hình và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh (Nguyễn, 2018)
Hiện tượng thoái hóa được đặc trưng bởi quá trình quan trọng nhất chính là quá trình tách nước Sau khi nước di chuyển ra khỏi mạng lưới gel tinh bột đã hình thành, các phân tử Amylose càng tiến sát và kết tinh lại với nhau khiến gel bị cứng đi, đây gọi là sự thoái hóa Hiện tượng thoái hóa diễn ra trong hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên cũng là giai đoạn xảy ra nhanh nhất là sự hình thành vùng kết tinh từ Amylose bị thoái hóa, giai đoạn thứ hai liên quan đến sự hình thành cấu trúc có trật tự của Amylopectin (Liu, 2005) Hiện tượng thoái hóa tinh bột rất được quan tâm trong ngành công nghiệp thực phẩm
2.2.3 Các tinh bột tham gia khảo sát
Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi sử dụng một số loại tinh bột khác phổ biến trên thị trường là: tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai tây và tinh bột đậu hà lan Dưới đây là một số đặc điểm của các loại tinh bột trên:
Bảng 2.1: Các loại tinh bột được sử dụng trong thực nghiệm và sự khác nhau của chúng
Khoai tây 20 20 80 15 - 100 Bầu dục 59 - 70 Đậu hà lan 40 30 - 55 45 - 70 30 - 50 Tròn 65 - 75
Giới thiệu về phụ gia tạo kết cấu
Agar là phycocolloid đầu tiên được phát hiện tại Nhật Bản vào giữa thế kỷ 17 Agar là một polysaccharide, được chiết xuất tế bào vây trụ của các loại rong đỏ (loại Rhodophyceae) Hiện nay, với tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, sinh học, y dược, … lượng agar ngày càng được sản xuất rộng rãi
Thành phần chính của agar gồm 2 nhóm polysaccharide cùng loại monome nhưng có cấu trúc khác nhau là agarose và agarose pectin
Agarose là một polyme tuyến tính có cấu trúc mạch thẳng với sự luân phiên của các đơn vị β-D-galactose và 3,6-anhydro-L-galactose liên kết bởi liên kết glycosid Agarose là thành phần chủ yếu quyết định tính chất tạo gel của agar (Helleur và cộng sự, 1985)
Hình 2.6: Cấu tạo hóa học của Agarose
Agarose pectin như một agarose không đồng nhất, một số nhóm 3,6-anhydro-L- galactose được thay thế bởi L-galactose-6-sulfate hoặc bằng các nhóm methoxy, pyruvate, do đó làm giảm khả năng tạo gel của polyme (Duckworth và cộng sự, 1971)
Hình 2.7: Cấu tạo hóa học của Agarose pectin
Gel agar có tương tác với nhiệt độ, dung dịch Agar sau khi gia nhiệt và giảm nhiệt độ xuống khoảng 40 – 50ºC, các chuỗi polymer sẽ tiến gần lại với nhau và liên kết theo từng đôi một bằng liên kết H để tạo thành các chuỗi xoắn kép, sau đó các tổ hợp chuỗi sẽ tiếp tục xoắn kẹp lại với nhau tạo thành mạng lưới không gian ba chiều Ngoài các liên kết H, cấu trúc của gel bền chắc nhờ các mạng lưới chứa liên kết ion nội phân tử, nên gel Agar cứng và vững chắc Khả năng tạo gel của Agar phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng Agarose, tỷ lệ Agarose càng cao thì khả năng tạo gel càng lớn
Theo Food Chemicals Codex, Gelatin được định nghĩa là một sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân collagen (thành phần protein chính của da, xương và mô liên kết của động vật, bao gồm cả cá và gia cầm) bằng phương pháp sử dụng kiềm, acid hoặc enzyme Gelatin còn được biết đến như một protein tinh sạch, thường được sử dụng trong thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác
Có thể phân loại Gelatin theo nhiều cách tùy thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu, phương pháp sản xuất, hình dạng,… Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu và phương pháp sản xuất có thể chia Gelatin thành 2 loại: Gelatin loại A và Gelatin loại B Gelatin loại A thu được từ collagen có nguồn gốc là da heo thông quá quá trình xử lý bằng acid Gelatin loại B thu được từ colagen có nguồn gốc là da bò và xương gia súc được xử lý với kiềm (Sebastian, 2014) Dựa vào hình dạng bên ngoài có thể chia Gelatin thành 2 loại: dạng hạt và dạng lá
Hình 2.8: Gelatin dạng hạt (bên trái), Gelatin dạng lá (bên phải)
Gelatin được cấu tạo nên bởi các phân tử polypeptide lớn và phức tạp có cùng thành phần acid amine với collagen gốc
Cấu trúc của Gelatin gồm 18 loại amino acid khác nhau được sắp xếp theo chuỗi dài, liên kết với nhau theo một trật tự nhất định, tuần hoàn tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 50-1000 amino acid
Hình 2.9: Các amino acid có trong Gelatin
Gelatin là hỗn hợp của chuỗi α đơn, chuỗi β gồm hai chuỗi α liên kết chéo theo kiểu cộng hóa trị và chuỗi γ-ba chuỗi cộng hóa trị chuỗi α liên kết (Mark và cộng sự, 1987) Theo báo cáo của Guo và cộng sự, có thể tìm thấy ba trật tự tổ chức khác nhau ở Gelatin Trật tự đầu tiên được đặc trưng bởi các chuỗi α đơn hình thành nên cấu trúc bậc 1 Cứ mỗi 3 chuỗi polypeptide xoắn lại với nhau theo hình xoắn ốc tạo thành cấu trúc bậc 2 Ở cấu trúc bậc 3, chuỗi xoắn này tự xoắn quanh nó tạo nên cấu trúc phân tử có dạng dây thừng được gọi là
Hình 2.10: Gelatin là hỗn hợp không đồng nhất của các protein với các loại chuỗi khác nhau
Gelatin chứa một lượng lớn glycine (26%), proline (16%) và hydroxyproline (14%) (Cole và cộng sự, 2000) Cấu trúc hóa học cơ bản của chuỗi Gelatin là –Ala-Gly- Pro-Arg- Gly-4Hyp-Gly-Pro
Hình 2.11: Cấu trúc hóa học cơ bản của Gelatin
Khả năng tạo gel và độ bền gel là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc đánh giá chất lượng Gelatin khi đông và quyết định khả năng ứng dụng của Gelatin Nhiệt độ, độ pH, nồng độ và loại vật liệu có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gel của Gelatin (Bagal‐Kestwal và cộng sự, 2019) Gelatin hòa tan một phần trong nước lạnh với độ hòa tan khoảng 34g/100ml nước Độ hòa tan của Gelatin tăng khi nhiệt độ tăng Khi Gelatin được hòa tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 35–45ºC và làm nguội từ từ sẽ tạo thành gel
14 Độ bền gel phụ thuộc vào khả năng hình thành gel cũng như nồng độ Gelatin Độ bền của gel được đặc trưng bằng độ Bloom, độ Bloom giảm khi giá trị pH dưới 5 và trên 9, nhưng gần như không đổi trong phạm vi pH 5 –9 (Stainsby, 1977)
Carrageenan là một polysaccharide của galactose – galactan được chiết xuất từ một số loài rong biển đỏ Carrageenan là một loại colloid nhóm phycocolloid cùng với agar, alginat Dựa vào vị trí, số lượng nhóm sunfat và số vòng 3,6-anhydrogalactosyl của từng đơn vị disaccharide, Carrageenan có thể được chia thành nhiều loại khác nhau Nhìn chung, Carrageenan có ba loại chính là: kappa (κ), iota (ι) và lambda (λ) (Alvarez-Lorenzo và cộng sự, 2013)
Hình 2.12: Kappa – Carrageenan chứa 25% nhóm sunfate
Hình 2.13: Iota – Carrageenan chứa 32% nhóm sunfate
Hình 2.14: Lambda – Carrageenan chứa 35% nhóm sunfate
Carrageenan được hình thành bởi các đơn vị thay thế của D-galactose và 3,6- anhydro-galactose (3,6- AG) được liên kết bởi các liên kết α-1,3- và β-1,4-glycosid Carrageenan là một polyme polygalactan sunfat tuyến tính anion có hàm lượng ester sunfat 15–40% (Bagal‐Kestwal và cộng sự, 2019)
Kappa – Carrageenan: Là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D-galactose-4- sulphat (Gal S) và 3,6 – Anhydro-D-galactose (GalA) Cấu trúc phân tử kappaCarrageenan là một vòng xoắn kép bậc 3
Iota – Carrageenan: Có cấu tạo tương tự kappa-Carrageenan, nhưng gốc 3,6- anhydro-galactose bị sulfate hóa ở C số 2
Lambda – Carrageenan: Có các đơn vị monomeric hầu hết là D-galactose-2-sulfate
(liên kết 1,3) và D-galactose 2,6-disulfate (liên kết 1,4)
Khả năng tạo gel của Carrageenan phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc hóa học và nồng độ của polyme, bản chất và nồng độ của cation thêm vào, số và vị trí nhóm sulfate có trong mỗi dạng Carrageenan Quá trình tạo gel của Carrageenan, đặc biệt là kappa, được mô tả là quá trình chuyển đổi từ cuộn sang xoắn trong điều kiện nhiệt độ thấp và tập hợp phụ thuộc cation tiếp theo giữa các vòng xoắn (Campo và cộng sự, 2009) Dung dịch nóng của kappa và iota khi được làm nguội xuống nhiệt độ 40 - 60ºC dựa vào sự có mặt của các cation Gel Carrageenan có tính thuận nghịch về nhiệt, đồng thời cũng có tính trễ nhiệt, nghĩa là nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy gel khác nhau Gel này có tính ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng khi gia nhiệt cao hơn nhiệt độ tạo gel từ 5 - 12ºC thì gel sẽ chảy ra, khi làm lạnh lại sẽ lại tạo cấu trúc gel.
Giới thiệu về lưu biến học
2.4.1 Các khái niệm cơ bản và vai trò của lưu biến
Lưu biến học là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về hành vi dòng chảy và tính chất dòng chảy của các chất có thể chảy, bao gồm cả chất lỏng, chất rắn mềm và chất rắn trong điều kiện chúng bị chảy Ngành khoa học này được hình thành từ các nghiên cứu của Giáo sư E.C Bingham (1878 – 1945) vào những năm 1928, khi phát hiện ra các tính chất đặc biệt của các chất có thể chảy, đặc biệt là các chất mềm (James F Steffe, 1996) Lưu biến học nghiên cứu về các lưu chất, trong đó độ nhớt là một đặc tính quan trọng
Lưu chất là các vật chất có khả năng chịu biến dạng liên tục và chảy được khi bị tác động bởi ứng suất cắt, không phụ thuộc vào trạng thái của nó
Gel là một trạng thái vật chất có môi trường phân tán ở thể rắn và chất phân tán ở thể lỏng Một cách hiểu khác, gel là một dung dịch keo rắn trong chất lỏng trong đó pha rắn tạo thành cấu trúc mạng cố định trong chất lỏng Gel có độ nhớt cao hơn so với chất lỏng, nhưng lại thấp hơn so với chất rắn, vì vậy gel được xem như một dung dịch thể hiện một số đặc tính tương đồng với chất rắn Độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong các thuộc tính vật lý của sản phẩm thực phẩm lỏng và đóng góp quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của chúng Thông tin về độ nhớt cũng là yếu tố chủ chốt trong quá trình thiết kế và đánh giá hiệu suất của các thiết bị chế biến thực phẩm, bao gồm máy bơm, ống dẫn, trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi, quá trình tiệt trùng, hệ thống lọc, và quá trình trộn (G.D Saravacos, 1970) Đối với độ nhớt biểu kiến (𝜂), nó được xác định bằng cách chia ứng suất trượt áp dụng của một chất liệu cho tốc độ biến dạng tương ứng
Nhóm cơ lưu chất Bingham là một loại lưu chất giả dẻo, hiển thị đặc tính của chất rắn ở mức ứng suất trượt thấp và chuyển sang tính chất lỏng ở mức ứng suất cao Thuật ngữ này được đặt theo tên của Eugene C Bingham, người đã đề xuất mô hình toán học để mô tả hình thức của nó (Bingham, 1916)
Lưu biến học đóng vai trò quan trọng trong việc làm sáng tỏ và dự đoán tính lưu biến của vật liệu trong lĩnh vực vật lý phân tử và hóa học Nó hỗ trợ quá trình tổng hợp của các chất với cấu trúc và tính chất được dự đoán trước Ngoài ra, lưu biến học còn được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác như cơ học chất rắn, công nghệ polymer, công nghệ thực phẩm, công nghệ dược phẩm, công nghệ mỹ phẩm, công nghệ gốm và thủy tinh, động học chuẩn hóa vật liệu, động học ứng dụng, và động học dòng chảy (James F Steff, 1996)
Có thể phân loại lưu chất thành hai nhóm chính, đó là lưu chất Newton và lưu chất phi Newton
Lưu chất Newton là loại chất lỏng nhớt có ứng suất tiếp tuyến và gradient vận tốc tỉ lệ thuận với nhau theo định luật ma sát trong của Newton Hệ số tỉ lệ giữa hai đại lượng này được gọi là độ nhớt Lưu chất Newton không thể trở lại trạng thái ban đầu sau khi bị biến dạng và biến dạng tuyến tính theo thời gian Mức độ biến dạng phụ thuộc vào hệ số Reynold, một số vô kích thước biểu thị dòng chảy của chất lỏng Một số ví dụ về lưu chất Newton là mật ong, dầu ăn, nước,
Lưu chất phi Newton là loại chất lỏng nhớt có ứng suất cắt và gradient vận tốc không tỉ lệ thuận với nhau theo định luật Newton cho lưu chất Độ nhớt của các chất lỏng này có thể biến đổi do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như lực, thời gian hay nhiệt độ Khi độ nhớt thay đổi, các chất lỏng này có thể có những phản ứng khác thường, chẳng hạn như từ lỏng sang rắn, từ rắn sang lỏng hoặc trở nên dày và xốp hơn Một số ví dụ về lưu chất phi Newton được thể hiện ở Bảng 2.2 (James F Steffe, 1996)
Bảng 2.2: Một số lưu chất phi Newton và lưu chất Newton
Newton Độ nhớt không đổi theo tốc độ biến dạng, ứng suất trượt hoặc thời gian (Không có biến đổi hóa học)
Giả dẻo Là lưu chất Newton có độ nhớt không đổi khi bị cắt ở tốc độ biến dạng thấp Tuy nhiên, khi tốc độ biến dạng tăng cao, độ nhớt của chúng giảm dần và chúng trở thành lưu chất shear thinning
Shear thinning Độ nhớt giảm/tăng dần theo tốc độ biến dạng hoặc ứng suất trượt tăng dần
Dẻo (Plastic) Độ nhớt có xu hướng giảm khi tốc độ biến dạng tăng
Trương nở Độ nhớt tăng khi tốc độ biến dạng tăng
Thixotropic Giá trị độ nhớt giảm dần khi chịu ứng suất biến dạng không đổi theo thời gian và trở lại giá trị ban đầu khi không còn chịu tác động Giả Thixotropic Giá trị độ nhớt giảm dần khi chịu ứng suất biến dạng không đổi theo thời gian và không trở lại giá trị ban đầu khi không còn chịu tác động
Rheopexy Giá trị độ nhớt tăng dần khi chịu ứng suất trượt không đổi theo thời gian và trở lại giá trị ban đầu khi không còn chịu tác động
Hình 2.15: Ứng suất trượt của các chất lỏng độc lập thời gian điển hình
Hình 2.16: Độ nhớt biểu kiến của các chất lỏng độc lập theo thời gian
2.4.3 Các phương pháp khảo sát
Có hai phương pháp phổ biến được sử dụng để khảo sát tính chất lưu biến trong công nghệ thực phẩm là khảo sát dòng chảy và khảo sát dao động (James F Steffe, 1996)
Phương pháp khảo sát dòng chảy
Phương pháp khảo sát dòng chảy là khảo sát sự thay đổi cấu trúc vật liệu trong khi chất liệu đang chảy Phương pháp này dựa trên việc điều chỉnh một tham số cụ thể, trong khi các tham số khác được đo lường bằng thiết bị chuyên dụng
Các tham số có thể thay đổi trong phương pháp này bao gồm ứng suất trượt, tốc độ biến dạng, nhiệt độ, thời gian và áp suất Để thực hiện phương pháp này, máy lưu biến kế dạng quay được sử dụng nhằm theo dõi các biến đổi và đo lường các thông số cần thiết trong quá trình dòng chảy
Phương pháp khảo sát dòng chảy được ứng dụng cho các nghiên cứu phát triển sản phẩm, nghiên cứu thiết bị sản xuất, tính toán dòng chảy và năng lượng cung cấp cho các thiết bị sản xuất, định tính và định lượng các cấu trúc vi mô của lưu chất
Phương pháp khảo sát dao động
Phương pháp khảo sát dao động là khảo sát sự thay đổi cấu trúc "tĩnh" của vật liệu khi chịu tác động theo dao động đều của ứng suất trượt hoặc tốc độ biến dạng Nguyên lý của phương pháp này là vật liệu chịu tác dụng dao động đều của ứng suất trượt hay độ biến dạng
Giả sử vật liệu chịu tác động của dao động biến dạng, còn ứng suất phản hồi của vật liệu phụ thuộc tính chất của vật liệu tan 𝛿 =𝐺′′
𝐺′ (2.2) Trong đó: 𝛿 là góc lệch pha của dao động biến dạng và ứng suất
Giới thiệu về kết cấu thực phẩm
2.5.1 Các khái niệm cơ bản và vai trò của kết cấu thực phẩm
Kết cấu trong thực phẩm được hiểu là các thuộc tính cơ học, hình học và bề mặt của sản phẩm có thể được nhận biết, đánh giá bằng các cơ quan cảm nhận cơ học, xúc giác, thị giác hay thính giác (Bourne ,1982)
Các quá trình tạo kết cấu thực phẩm bao gồm nhiều giai đoạn liên tiếp ứng với các trạng thái hình thể khác nhau Đầu tiên, phải áp dụng một số phương pháp xử lý như: Xử lý nhiệt, cơ học hoặc sử dụng hóa chất, … nhằm mục đích phá hủy một phần cấu trúc không gian nguyên thể ban đầu Sau đó, tiến hành tổ chức và định hình lại các liên kết trong và giữa các phân tử đã bị phá hủy trong giai đoạn giãn mạch
2.5.2 Phân biệt các dạng kết cấu
Các dạng kết cấu thường thấy trong thực phẩm chủ yếu là lỏng và rắn, tuy nhiên dựa vào hai dạng chính ta có thể chia ra làm 8 dạng phụ: dạng lỏng, dạng gel, dạng sợi, dạng tập hợp các tế bào trương nước, dạng sánh nhờn, trơn, nhẫn, dạng khô, bở có cấu trúc hạt hoặc tinh thể, dạng trong suốt, dạng xốp
2.5.3 Phương pháp khảo sát Để xác định kết cấu của thực phẩm người ta có 6 phương pháp sau:
- Phương pháp cắt Kramer (cắt nhiều dao)
- Phương pháp cắt Warner-Bratzler (cắt một dao)
Với thực nghiệm khảo sát của chúng tôi thì phương pháp TPA được sử dụng
2.5.3.1 Giới thiệu về phương pháp đo TPA
TPA (Texture profile analysis) là một phương pháp dùng công cụ để xác định kết cấu của thực phẩm bằng lực nén cơ học, đây phương pháp đánh giá được nhiều thuộc tính kết cấu của sản phẩm trong một lần đo Thiết bị kỹ thuật sử dụng đường cong của lực, đường cong của sự biến dạng để phân loại các đặc tính kết cấu then chốt của mẫu Mẫu được tiến hành nén hai lần liên tiếp để thu được đường cong thể hiện quan hệ giữa lực và thời gian
Một vài thuộc tính kết cấu như độ cứng, độ dai, độ dẻo, … có thể được đánh giá từ đường cong này
Hình 2.17: Đường cong lực tác dụng theo thời gian 2.5.3.2 Phân tích mô tả kết cấu thực phẩm
Sau quá trình đo, ta thu nhận được các thông số sau:
Bảng 2.3: Định nghĩa các tham số kết cấu khác nhau trong TPA (Guinee, 2003)
Thông số TPA Đơn vị Định nghĩa Thông số đo Độ cứng
(Hardness) N Lực nén lớn nhất P1 Độ cố kết
(Cohesiveness) // Độ bền của liên kết bên trong mẫu A2/A1 Độ bám dính
(Adhesiveness) J Là công cần thiết để kéo đầu đo ra khỏi thực phẩm A3 Độ dẻo
Năng lượng cần thiết để phân hủy mẫu dạng bán rắn cho đến khi nó sẵn sàng để nuốt
Năng lượng cần thiết để nhai mẫu rắn đến khi nó sẵn sàng để nuốt
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu
Bảng 3.1: Các loại nguyên liệu được sử dụng trong quá trình nghiên cứu
Lá Thạch đen khô Chợ đầu mối TP Thủ Đức
Tinh bột sắn Công ty cổ phần Bột Thực phẩm – Tài Ký
Tinh bột gạo Công ty TNHH SX TM SNK Vĩnh Thuận
Tinh bột bắp Công ty TNHH MEIZAN CLV
Tinh bột khoai tây Công ty TNHH SX TM SNK Vĩnh Thuận
Tinh bột đậu Hà lan Công ty TNHH TM DV GOODPRICE VIỆT NAM
Phụ gia Agar Công ty TNHH Hải Long
Phụ gia Gelatin Công ty TNHH XNK Công Nghệ THP
Phụ gia Carrageenan Công ty TNHH XNK Công Nghệ THP
Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Phương pháp chiết xuất dung dịch từ lá Thạch đen
Hình 3.1: Sơ đồ chiết xuất dung dịch từ lá Thạch đen
Chúng tôi thực hiện quy trình chiết xuất dung dịch từ lá Thạch đen dựa trên phương pháp của Sakunrat và cộng sự (Sakunrat, 2020) Sau khi cân 100g lá khô, tiến hành rửa sạch nhiều lần để loại bỏ bụi, cặn còn sót lại và cắt thành đoạn nhỏ khoảng 2 - 3 cm Gia nhiệt phần lá thạch đen đã xử lý cùng với 3 lít nước trong khoảng 6 giờ Khi lá thạch đen đã được đun mềm nhừ làm nguội dung dịch, tiến hành vò lá thạch, sau đó vắt lấy dung dịch Lọc dung dịnh thu được qua rây nhiều lần để loại bỏ cặn, ta thu được dịch chiết lá thạch đen
3.2.2 Quy trình chuẩn bị mẫu
Bảng 3.2: Quy ước mã hóa mẫu
Tên tinh bột và phụ gia tạo kết cấu
Nồng độ của phụ gia
Mã hóa mẫu không có nước thạch đen
Mã hóa mẫu có nước thạch đen
Tinh bột sắn // S-DC S-TD
Tinh bột gạo // G-DC G-TD
Tinh bột bắp // B-DC B-TD
Tinh bột khoai tây // K-DC K-TD
Tinh bột đậu hà lan // D-DC D-TD
3.2.2.1 Mẫu khảo sát tinh bột khác nhau và dung dịch lá Thạch đen
Hình 3.2: Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu khảo sát tinh bột khác nhau và dung dịch lá
Thạch đen Để chuẩn bị, chúng tôi cân 3g tinh bột từng loại đã mã hóa dựa theo Bảng 3.2 và hòa tan vào 50ml dung dịch lá Thạch đen Sau đó, đun nóng dung dịch ở 95ºC và khuấy đều cho đến khi sệt lại Tiếp theo, đổ dung dịch vào các khuôn hình hộp có kích thước (2×2,5×2 cm) và bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 4 - 6ºC
3.2.2.2 Mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu và dung dịch lá Thạch đen
Hình 3.3: Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu khảo sát hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu và dung dịch lá Thạch đen Để chuẩn bị mẫu, cân 1,5g tinh bột sắn cho mỗi mẫu và pha với dung dịch lá Thạch đen 50 ml theo nồng độ chất phụ gia được mã hóa dựa theo Bảng 3.2 Dung dịch được đun ở 95ºC và khuấy liên tục cho đến khi sệt Sau đó, đổ dung dịch vào các khuôn hình hộp có kích thước (2×2,5×2 cm) và bảo quản trong tủ lạnh ở 4 - 6ºC
3.2.3 Khảo sát khả năng giữ nước trong thời gian bảo quản lạnh
Trước khi thực hiện thực nghiệm, các mẫu thạch được mã hóa và ổn định kết cấu trong 24 giờ ở nhiệt độ 4 – 6ºC (Wang vàc các cộng sự, 2018) Khối lượng ban đầu của mỗi mẫu (A) được cân và ghi nhận Sau đó, các mẫu được đặt trong hộp kín và bảo quản ở nhiệt độ 4 – 6ºC, quá trình bảo quản trong 21 ngày Sau đó, khối lượng của mỗi mẫu (B) được cân
27 và ghi nhận Tỷ lệ phần trăm khả năng giữ nước của mỗi mẫu sau thời gian bảo quản được tính bằng công thức sau:
3.2.4 Khảo sát kết cấu bằng phương pháp TPA
Máy đo kết cấu The Amatek Brookfield texture analyzer CT3 (Mỹ) được sử dụng để thực hiện thực nghiệm Sau khi ổn định kết cấu ở nhiệt độ 4 – 6 ºC trong 24 giờ, các mẫu thạch được mã hóa sẽ đưa vào máy đo Các thông số thực nghiệm được thiết lập như sau: tốc độ nén là 2 (mm/s), độ sâu nén tối đa là 17 mm, lực kích hoạt là 2 g Mỗi mẫu được lặp lại ba lần
Các thông số thu được sau quá trình khảo sát bao gồm:
Máy đo kết cấu TheAmatek Brookfield texture analyzer CT3 (Mỹ) được sử dụng để thực hiện thực nghiệm này Sau khi mẫu mã hóa được ổn định ở nhiệt độ 4 – 6 ºC trong 24 giờ sẽ đưa vào máy đo Các thông số thực nghiệm được thiết lập như sau: tốc độ nén là 2 (mm/s), độ sâu nén tối đa là 17 mm, lực kích hoạt là 2 g Mẫu được nén xuống tới khi đạt được độ sâu tối đa và ghi lại thông số gãy của mẫu
3.2.6 Khảo sát tính chất lưu biến
Dung dịch mẫu mã hóa được chuẩn bị dựa theo Bảng 3.2 và bảo quản trong 12 giờ ở nhiệt độ 4 - 6°C Các dung dịch sau đó được ổn định ở nhiệt độ phòng trước khi đo Dùng micropipette hút 0,5 ml dung dịch cho lên đĩa và phân bố đều Sau đó đĩa xoay được hạ từ trên xuống đến khoảng cách 0,5 mm tính từ đế Tiến hành đo và ghi lại kết quả, làm sạch đĩa và dụng cụ cảm biến trước và sau mỗi lần đo
Thiết bị đo lưu biến HAKKE Rheostress 1 của công ty ThermoFisher Scientific (Đức) được sử dụng trong thực nghiệm Đầu cảm biến được gắn vào thiết bị để đo các tính chất lưu biến của các dung dịch, bao gồm mô đun lưu trữ (G') và mô đun tổn thất (G'') Các dung dịch được khảo sát biên độ dao động nhỏ ở tần số 0,1 – 25 Hz để xác định G' và G''
Các thông số thực nghiệm được thiết lập như sau: giá trị biến dạng là 1%, nhiệt độ là 30ºC (Romero và cộng sự, 2017)
Hình 3.4: Thiết bị đo lưu biến HAKKE Rheostress 1 3.2.7 Đặc tính Pasting
Các dung dịch mẫu được chuẩn bị theo Bảng 3.2 và bảo quản ở nhiệt độ 4 – 6ºC trong 12 giờ Sau đó, các dung dịch được ổn định ở nhiệt độ phòng trước khi đo Dùng micropipette, hút 0,5 ml dung dịch cho vào đĩa và phân bố đều Sau đó đĩa xoay được hạ từ trên xuống đến khoảng cách 0,5 mm tính từ đế Đo dung dịch theo phương pháp của Mishra và Rai (Mishra, Rai và các cộng sự, 2006), bao gồm các thiết lập sau: giữ dung dịch ở 50 ºC trong 60 giây, gia nhiệt dung dịch lên 95ºC với tốc độ 12,16ºC/phút, giữ dung dịch ở 95 ºC trong 90 giây, làm mát dung dịch xuống 50ºC với tốc độ 12,16ºC/phút, và giữ dung dịch ở 50ºC trong 120 giây Trong quá trình đo, hằng số tốc độ cắt được thiết lập là 160 rpm Ghi nhận kết quả đo và làm sạch đĩa và cảm biến sau mỗi lần đo
Thiết bị đo lưu biến HAKKE Rheostress 1 của công ty ThermoFisher Scientific (Đức) được sử dụng trong thực nghiệm Đầu cảm biến cone – plate C35 được gắn vào thiết bị để thực hiện phép đo bao gồm các đặc tính về độ nhớt như độ nhớt đỉnh (Peak viscosity -
PV, cP), độ nhớt đáy (Through viscosity - TV, cP), độ nhớt cuối (Final viscosity - FV, cP) và nhiệt độ pasting (Pasting temperature - PT, °C) Cùng với đó độ nhớt gãy (Breakdown viscosity - BV, %) và độ nhớt hồi phục (Setback viscosity - SV, %) được đưa ra để phản ánh sự thay đổi tính chất của dung dịch trong quá trình đo (Palabiyik và cộng sự, 2017) Breakdown viscosity và setback viscosity được tính toán bằng phương trình sau:
3.2.8 Phương pháp xử lý số liệu
Phương pháp ANOVA (Duncan’s test, p < 0,05) được sử dụng để xử lý sự khác biệt về mặt ý nghĩa thống kê giữa các điều kiện thí nghiệm Các dữ liệu được nhập và phân tích bằng phần mềm SPSS 23 (Version 23.0, SPSS, Chicago, IL, USA), OriginLab 2024 (Student Version) và Excel 2019
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Khả năng giữ nước trong quá trình bảo quản lạnh
Mẫu thạch khảo sát tinh bột
Hình 4.1: Khả năng giữ nước của mẫu khảo sát tinh bột
Ghi chú: Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Việc đánh giá khả năng giữ nước của thạch trong quá trình bảo quản lạnh được xem là một trong những yếu tố hóa lý quan trọng, góp phần đánh giá được chất lượng của kết cấu thạch Như thể hiện ở Hình 4.1, sau thời gian bảo quản chúng tôi nhận thấy trong các mẫu thạch khảo sát không có sự khác biệt về mặt thống kê, tuy vậy có thể thấy được ở mẫu thạch sử dụng tinh bột khoai tây (K-TD) có khả năng giữ nước thấp nhất, điều này có thể được giải thích do tinh bột khoai tây có hàm lượng Amylose thấp nhất trong các loại tinh bột được khảo sát dẫn tới khả năng tạo các mạng không gian ba chiều sau quá trình hồ hóa kém hơn đáng kể Khả năng giữ nước tốt của thạch cũng chỉ ra rằng khi có sự xuất hiện của Mesona chinensis Polysaccharides (MCP) giúp cải thiện kết cấu của thạch và giảm khả năng thoái hóa của gel tinh bột trong quá trình bảo quản
Mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng phụ gia tạo kết cấu
Hình 4.2: Khả năng giữ nước của mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng chất phụ gia tạo kết cấu
Ghi chú: Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Với các mẫu khảo sát hàm lượng phụ gia tạo kết cấu khác nhau ở Hình 4.2, sau thời gian bảo quản chúng tôi nhận thấy không có sự khác biệt quá lớn về mặt thống kê so với mẫu đối chứng (S-TD) Các mẫu thay thế phụ gia tạo kết cấu ở cả ba nồng độ, cho khả năng giữ nước của các mẫu thạch đều tương đồng với mẫu đối chứng Điều này có thể được giải thích do sự hàm lượng các chất phụ gia cho vào thực nghiệm chưa đủ để tạo ra sự khác biệt đáng kể, cũng như không có sự ảnh hưởng của MCP lên kết cấu của mẫu thạch khi có các phụ gia tạo kết cấu Tuy nhiên, có thể thấy việc bổ sung hàm lượng phụ gia có thể cải thiện tốt khả năng giữ nước của thạch, giảm hiện tượng thoái hóa và phá hủy kết cấu trong quá trình bảo quản lạnh
Kết quả phương pháp đo TPA
Các mẫu thạch khảo sát tinh bột
Bảng 4.1: Thông số TPA của mẫu thạch khảo sát tinh bột
Mẫu Độ cứng (N) Độ cố kết Độ bám dính (J) Độ dẻo (N) Độ dai (J)
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Nhìn chung, với sự thay đổi các loại tinh bột đã có những sự khác biệt về các đặc tính của thạch Từ Bảng 4.1, chúng tôi nhận thấy rằng khi thay đổi từ tinh bột sắn (S-TD) thành tinh bột đậu hà lan (D-TD) thì các thông số TPA của tinh bột đậu hà lan (K-TD) vượt trội hơn so với tinh bột sắn (S-TD), bên cạnh đó các giá trị về độ cứng, độ dẻo và độ dai có giá trị đồng thuận với nhau Các loại tinh bột khác gần như không có sự thay đổi quá nhiều về kết cấu so với mẫu tinh bột sắn (S-TD)
Các mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng phụ gia tạo kết cấu
Bảng 4.2: Thông số TPA của mẫu thạch khảo sát hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu
Mẫu Độ cứng (N) Độ cố kết Độ bám dính (J) Độ dẻo (N) Độ dai (J)
S - TD 1,16 ± 0,06e 0,79 ± 0,13a -14 ± 0,13bc 0,92 ± 0,19b 4,9 ± 1,02a S-A1-TD 1,05 ± 0,02d 0,92 ± 0,0025c -12,87 ± 0,54d 0,98 ± 0,02b 5,09 ± 0,13a S-A5-TD 2,23 ± 0,02h 0,89 ± 0,0035c -10,27 ± 0,98e 1,98 ± 0,01e 10,23 ± 0,084d S-A9-TD 4,18 ± 0,03i 0,8 ± 0,0025ab -7,85 ± 0,32f 3,37 ± 0,03f 15,66 ± 0,09e S-G1-TD 0,86 ± 0,002a 0,92 ± 0,0025c -12,8 ± 0,34d 0,8 ± 0,004a 4,49 ± 0,05a S-G5-TD 0,95 ± 0,01b 0,91 ± 0,002c -13,16 ± 0,24cd 0,87 ± 0,01ab 4,66 ± 0,04a S-G9-TD 0,98 ± 0,004b 0,9 ± 0,002c -15,42 ± 0,53a 0,89 ± 0,004ab 4,75 ± 0,05a S-C1-TD 1,02 ± 0,01cd 0,9 ± 0,001c -14,47 ± 0,16b 0,92 ± 0,01b 5,05 ± 0,06a S-C5-TD 1,41 ± 0,02f 0,88 ± 0,001c -13,23 ± 0,76cd 1,25 ± 0,01c 6,42 ± 0,13b S-C9-TD 2,02 ± 0,02g 0,87 ± 0,002bc -12,34 ± 0,56d 1,76 ± 0,01d 8,82 ± 0,07c
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Với các mẫu thạch khảo sát nồng độ phụ gia tạo kết cấu có thể thấy rõ được sự khác biệt về mặt thống kê Như thể hiện ở Bảng 4.2, chúng tôi nhận thấy rằng các khi thay đổi loại chất phụ gia tạo kết cấu có ảnh hưởng đến các thông số TPA của mẫu Đối với mẫu Agar,
33 chúng tôi nhận thấy khả năng tạo độ cứng vượt trội hơn so với các mẫu phụ gia khác Bên cạnh đó việc thay đổi hàm lượng chất phụ gia tạo kết cấu cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu của mẫu thạch, có thể thấy ở cả ba chất phụ gia thì thông số TPA đều tăng so với khi không cho phụ gia Kết quả chứng minh ảnh hưởng của các loại phụ gia đến sự hình thành kết cấu của mẫu thạch.
Khả năng bị cắt đứt của thạch
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát tinh bột
Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu Agar so với mẫu đối chứng (S-TD)
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu Gelatin so với mẫu đối chứng (S-TD)
Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu
Carrageenan so với mẫu đối chứng (S-TD)
Khả năng bị cắt của thạch có thể xem như một đặc tính về kết cấu quan trọng của thạch Theo Hình 4.3, mẫu (S-TD) bị cắt đứt ở lực cao nhất (4478.27mN) và mẫu (K-TD) bị cắt đứt ở lực thấp nhất (1898.24mN), tuy nhiên chúng tôi cũng thấy được các mẫu sau khi ép lực thì không bị mất lực hoàn toàn, biểu đồ lực thể hiện thêm một đỉnh thể hiện các mẫu có độ dai khá tốt ảnh hưởng đến lực tác dụng lên mẫu
Khi thay thế một phần tinh bột bằng hàm lượng phụ gia tạo kết cấu Agar, không có thay đổi quá nhiều về khoảng lực tác dụng làm cho mẫu bị đứt, tuy nhiên khi tăng hàm lượng Agar trên 0,5% sẽ khiến mẫu bị đứt sớm hơn so với mẫu đối chứng (S-TD), có thể giải thích cho hiện tượng này là do khi thay thế bằng Agar thì kết cấu của thạch sẽ trở nên cứng hơn nhưng lại khiến mẫu giòn hơn
Với mẫu thay thế tinh bột bằng hàm lượng Gelatin, không có sự khác biệt về khoảng lực tác dụng làm cho mẫu bị đứt Tuy vậy, ở Hình 4.5 ta có thể thấy mẫu Gelatin cũng có 2 đỉnh, điều này cho thấy mẫu Gelatin có độ dai đúng với kết quả TPA thu được
Với mẫu thay thế bằng Carrageenan, có sự khác biệt giữa các mẫu so với mẫu đối chứng (S-TD) Như thể hiện ở Hình 4.6, thấy được các mẫu sau khi có sự xuất hiện của Carrageenan tăng đáng kể độ cứng của mẫu, điều này đúng với các kết quả của nhận được từ phương pháp TPA.
Tính chất lưu biến
Hình 4.7: Ảnh hưởng của tần số lên G’ và G’’ của các mẫu khảo sát tinh bột
Hình 4.8: Ảnh hưởng của tần số lên G’ và G’’ của các mẫu khảo sát theo hàm lượng phụ gia tạo kết cấu
Với xu hướng ở Hình 4.7, chúng tôi có thể thấy các mẫu ở từng loại tinh bột đều có giá trị G’ lớn hơn G’’ Các mẫu cũng có xu hướng tăng dần độ rắn theo loại tinh bột khảo sát, ngoại trừ tinh bột gạo làm giảm giá trị của G’ và G’’ so với mẫu đối chứng S-TD Các mẫu đều có khynh hướng tăng giá trị G’ và G’’ khi tăng tần số từ 0,1 Hz đến 25 Hz, mẫu không có sự chuyển trạng thái tức là G’ cắt G’’
Và theo như thể hiện ở Hình 4.8, chúng tôi cũng thấy các mẫu đều có giá trị G’ lớn hơn G’’ nên có thể kết luận các mẫu đều có tính rắn ở khoảng tần số khảo sát Với cả ba chất phụ gia tạo kết cấu được khảo sát, khi tần số chạy từ 0,1 Hz đến 25 Hz thì các giá trị G’ luôn lớn hơn rất nhiều so vói G’’ nên các mẫu có tính rắn và nhìn chung khi tần số tăng thì các giá trị G’,G’’ cũng tăng Mẫu không xuất hiện khuynh hướng chuyển trạng thái tức là G’ cắt G’’
Tóm lại, khi thay đổi loại tinh bột hoặc thay thế một phần tinh bột bằng các hàm lượng phụ gia khác nhau mẫu thạch sẽ có tính rắn cao hơn trừ tinh bột gạo Sự gia tăng giá trị G’ và G’’ có thể do các yếu tố sau: (a) MCP làm giảm hàm lượng nước sẵn có của mẫu và tăng nồng độ hiệu quả của tinh bột trên một đơn vị thể tích, do đó tạo điều kiện cho sự hình thành kết cấu gel ổn định và (b) gia nhiệt làm tăng độ trương nở của hạt tinh bột và làm giảm
38 kích thước của hạt tinh bột, do đó làm tăng diện tích tiếp xúc giữa tinh bột và MCP Hơn nữa, MCP có thể tạo một lớp phủ trên trên bề mặt tinh bột trương nở giúp cải thiện độ cứng của hạt tinh bột (Ma và cộng sự, 2019; Yuris và cộng sự, 2018).
Đặc tính Pasting
Đặc tính Pasting là một trong các tính chất quan trọng thể hiện rõ các tính lưu biến của mẫu gel trong quá trình tăng nhiệt, giữ nhiệt và hạ nhiệt Sau khi đạt tới nhiệt độ Pasting, các hạt tinh bột bắt dầu nở ra và độ nhớt bắt đầu tăng đến độ nhớt cực đại (PV) Độ nhớt cực đại thể hiện mức độ trương nở tối đa của hạt tinh bột trong quá trình gia nhiệt Việc thực hiện tiếp quá trình làm nóng các mẫu, do đó làm các hạt tinh bột bắt đầu vỡ ra làm giảm độ nhớt xuống mức độ nhớt đáy (TV) (von BorriesMedrano và cộng sự, 2019; Huang và cộng sự, 2017) Sau đó, tới giai đoạn làm mát có sự sắp xếp lại giữa các Amylose và Amylopectin dẫn đến độ nhớt tăng lên và đạt đến độ nhớt cuối (FV) (Chen và cộng sự, 2015) Độ nhớt phân hủy tương đối (BV) có thể đánh giá tính ổn định của hạt tinh bột trong quá trình đo RVA (Liu và cộng sự, 2018) BV có liên quan đến PV, giá trị PV càng cao chứng tỏ độ trương nở của tinh bột càng lớn, mức độ vỡ hạt và sự rửa trôi Amylose cao hơn (Ma và cộng sự, 2019)
Các mẫu khảo sát tinh bột
Bảng 4.3: Thông số Pasting của mẫu khảo sát tinh bột khi không có dung dịch thạch đen
Mẫu PV (cP) TV (cP) FV (cP) PT (cP) BV (%) SV (%)
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Bảng 4.4: Thông số Pasting của mẫu khảo sát tinh bột khi có dung dịch thạch đen
Mẫu PV (cP) TV (cP) FV (cP) PT (cP) BV (%) SV (%)
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Nhìn chung các mẫu khảo sát đã có sự khác biệt về mặt thống kê, dựa vào Bảng 4.3 và Bảng 4.4, chúng tôi thấy được nhiệt độ Pasting của các mẫu tăng lên khi thêm dung dịch nước thạch đen, kết quả này có thể do hoạt độ nước của hệ tinh bột – MCP – Nước bị giảm (Zhou và cộng sự, 2017) so với mẫu không sử dụng dịch nước lá thạch đen Với các mẫu bổ sung dung dịch nước lá thạch đen có PV, TV, FV tăng đáng kể trong quá trình Pasting Những kết quả này được cho là do sự trương nở và độ cứng của hạt tinh bột (Liu và cộng sự, 2019) Một mặt độ nhớt của các mẫu tăng lên sau khi thêm dung dịch nước lá thạch đen, đây được xem như là chất cạnh tranh nước với tinh bột, từ đó cải thiện độ cứng của mẫu thạch
Các Polysaccharides trong dung dịch nước lá thạch đen tạo thành một lớp màng trên bề mặt tinh bột trương nở của hạt tinh bột, do đó làm tăng khối lượng của hạt Hơn nữa, cấu trúc có trật tự, độ kết tinh, cấu trúc phân tử và trọng lượng phân tử của Amylopectin đã được báo cáo là có ảnh hưởng đến độ nhớt Pasting của tinh bột (Kim và cộng sự, 2018; Zheng và cộng sự, 2019)
Dựa vào số liệu ở Bảng 4.3 và Bảng 4.4, độ nhớt hồi phục (SV) của các mẫu sau khi thêm dung dịch nước thạch đen tăng lên, có thể do các mảnh Amylose được hòa tan tốt hơn, từ đó thúc đẩy sự kết tụ các hạt tinh bột trương nở và hình dạng mạng lưới gel mạnh hơn sau khi thêm dung dịch nước lá thạch đen trong quá trình làm mát (Berski và cộng sự, 2018)
Các mẫu khảo sát theo hàm lượng phụ gia tạo kết cấu
Bảng 4.5: Thông số Pasting của mẫu thạch khảo sát hàm lượng phụ gia tạo kết cấu không có dung dịch nước thạch đen
Mẫu PV (cP) TV (cP) FV (cP) PT (cP) BV (%) SV (%)
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Bảng 4.6: Thông số Pasting của mẫu thạch khảo sát hàm lượng phụ tạo kết cấu có dung dịch nước thạch đen
Mẫu PV (cP) TV (cP) FV (cP) PT (cP) BV (%) SV (%)
Ghi chú: Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác nhau có nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05)
Nhìn chung các mẫu khảo sát đã có sự khác biệt về mặt thống kê, dựa vào Bảng 4.5 và Bảng 4.6, chúng tôi thấy được nhiệt độ Pasting của các mẫu tăng lên khi thêm dung dịch nước thạch đen, kết quả này có thể do hoạt độ nước của hệ tinh bột – Phụ gia – MCP – Nước bị giảm (Zhou và cộng sự 2017) so với mẫu không sử dụng dịch nước lá thạch đen Với các mẫu bổ sung dung dịch nước lá thạch đen có PV, TV, FV tăng đáng kể trong quá trình Pasting Những kết quả này được cho là do sự trương nở và độ cứng của hạt tinh bột (Liu và cộng sự, 2019) Mặt khác, độ nhớt của các mẫu có phụ gia kết cấu tăng lên sau khi thêm dung dịch nước lá thạch đen, đây được xem như là chất cạnh tranh nước với tinh bột và phụ gia tạo kết cấu, từ đó cải thiện độ cứng của mẫu thạch
