lương thực tìm hiểu cấu tạo và tính chất công nghệ của hạt tinh bột

Và thành phần chủ yếu củacác loại lương thực chính là tinh bột và tinh bột chính là nguồn cung cấp năng lượng chủyếu cho con người.Để có thể hiểu hơn về tinh bột cũng như các đặc tính củ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o TIỂU LUẬN HỌC PHẦN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-o0o TIỂU LUẬN HỌC PHẦN MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC

MỤC LỤC

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 4

MỤC LỤC BẢNG 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

PHẦN 1 KHÁI QUÁT VỀ TINH BỘT 6

1.1 Khái niệm 6

1.2 Một số nguyên liệu sản xuất tinh bột 7

1.2.1 Sắn ( khoai mì) 7

1.2.2 Thóc 8

PHẦN 2 CẤU TẠO HẠT TINH BỘT 11

2.1 Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột 11

2.1.1 Hình dạng 11

2.1.2 Kích thước 11

2.2 Amylose 11

2.2.1 Phản ứng với iot 12

2.2.2 Phản ứng tạo phức của amiloza 13

2.2.3 Sự thoái hoá của amiloza 13

2.3 Amylose pectin 14

PHẦN 3 NHỮNG TÍNH CHẤT CÔNG NGHỆ CỦA HẠT TINH BỘT 16

3.1 Khả năng hồ hóa 16

3.2 Khả năng tạo màng 17

3.3 Khả năng tạo sợi 18

3.4 Khả năng đồng tạo gel 18

KẾT LUẬN 20

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

MỤC LỤC HÌNH Ả

Hình 1.1 Khoai mì 7YHình 1.2 Cấu tạo khoai mì

LỜI MỞ ĐẦU

Lương thực giữ vai trò rất quan trọng trong đời sống của con người và trong chănnuôi gia súc Các loại lương thực ở nước ta bao gồm: các loại lúa, ngô, khoai… Giá trị sửdụng lương thực được đánh giá bằng những tính chất sinh lý: thành phần các chất dinhdưỡng, độ sinh năng lượng… và những tính chất công nghệ Và thành phần chủ yếu củacác loại lương thực chính là tinh bột và tinh bột chính là nguồn cung cấp năng lượng chủyếu cho con người

Để có thể hiểu hơn về tinh bột cũng như các đặc tính của tinh bột thì nhóm em đãtìm hiểu về đề tài “Cấu tạo và tính chất công nghệ của hạt tinh bột” Đề tài khá rộng nêntrong quá trình tìm hiểu sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm 01 mong nhận đượcnhững góp ý từ cô Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

PHẦN 1 KHÁI QUÁT VỀ TINH BỘT 1.1 Khái niệm

Tinh bột là Polysaccharide của thực vật được tạo ra ở lục lạc do quá trình quanghợp Chúng có trong hạt, củ, thân cây, lá cây và có nhiều trong các loại lương thực, do đócác loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Trongthực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nước Do đó có thể tích tụmột lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu

Bảng 1 Đặc điểm của một số loại tinh bột

1.2 Một số nguyên liệu sản xuất tinh bột

1.2.1 Sắn ( khoai mì)

Hình 1.1 Khoai mì

 Cấu tạo

Khoai mì là cây lương thực ưa ẩm và ấm, được chồng ở khắp nơi trên đất nước ta

và là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho sản xuất tinh bột

Trong sản xuất tinh bột người ta chia khoai mì thành hai loại: khoai mì đắng vàkhoai mì ngọt Hai loại này khác nhau về hàm lượng tinh bột và lượng độc tố Khoai mìnhđắng thì cho lượng tinh bột nhiều hơn nhưng cũng chứa nhiều độc tố (axit xyanhydric)hơn cho cho nên quy trình công nghệ phải phức tạp hơn

Củ khoai mì thường vuốt nhỏ ở hai đầu Kích thước củ tuỳ thuộc vào chất đất vàđiều kiện trồng mà giao động trong khoảng: dài 0,1  0,5m, đường kính 2  8cm Cấutạo củ gồm 4 phần chính

Vỏ gỗ: chủ yếu là xenluloza và hemixenluloza, không có tinh bột giữ vai trò bảo vệ

củ khỏi tác động từ bên ngoài Vỏ gỗ chiếm 0,5  2% trọng lượng củ

Vỏ cùi: dày hơn vỏ gỗ nhiều chiếm 5  20% trọng lượng củ, chứa chủ yếuxenluloza, có một ít tinh bột, chất chứa nitơ và dịch bào (còn gọi là mủ) Trong dịch bào

có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme Trong chế biến nếu tách vỏ cùi đi thì tổn thất tinhbột, nhưng nếu không tách thì các chất trong cùi ảnh hưởng tới màu sắc tinh bột

Thịt khoai mì là phần chủ yếu của củ, chứa nhiều tinh bột, gluxit hòa tan và cácchất vi lượng khác Theo tiết diện ngang của củ khoai mì thì càng gần lõi tinh bột giảmdần, ngoài cùng có một lớp tế bào thành cứng, chứa ít tinh bột, gọi là xơ Loại tế bào nàycòn tập trung nhiều ở đầu củ khoai mì( cuống) và ở khoai mì lâu năm.

Lõi khoai mì thường ở trung tâm, dọc từ cuống tới chuôi cũ lệ khoảng 0,3  1%.Lõi khoai mì chủ yếu chứa xenluloza và hemixenluloza

Hình 1.2 Cấu tạo khoai mì

1.2.2 Thóc

Hình 1.3 Hạt thóc

 Cấu tạo

Hạt thóc thuộc loại hạt ngũ cốc, cấu tạo gồm 3 phần chính là vỏ, nội nhũ và phôi

Tỷ lệ giữa 3 thành phần như sau:

Vỏ trấu là bộ phận giữ cho phôi và nội nhũ khỏi bị tác động cơ học cũng như hóahọc từ bên ngoài Thành phần của vỏ chủ yếu là xenluloza và hemixenluloza, licin, không

có chất dinh dưỡng nên trong quá trình chế biến càng tách vỏ triệt để thì giá trị dinhdưỡng của gạo càng cao Đặc biệt trong vỏ trấu có tỷ lệ silic tương đối cao (37,5 - 55,8%trong tro), vì vậy thường gây ra hiện tượng mài mòn các thiết bị vận chuyển, chế biến

Vỏ quả được xem là thuộc hạt gạo lật nhưng dễ dàng bị bóc ra trong quá trình xáttrắng gạo Lớp vỏ quả thường có màu trong mờ, hơi xám Khi lớp vỏ có màu đỏ hoặc đenthì gọi là gạo đỏ hay gạo than Vỏ quả cấu tạo từ nhiều lớp tế bào, lớp ngoài cùng gồmcác tế bào có kích thước lớn sắp xếp theo chiều dọc hạt, lớp giữa gồm các tế bào tương tựnhư nước ngoài nhưng sắp xếp theo chiều ngang hạt Đối với hạt đã chín thì lớp tế bàodưới trống rỗng, còn hạt xanh thì lớp tế bào này chứa các hạt diệp lục nên có màu xanh.Lớp tế bào trong cùng, gồm các tế bào hình ống, sắp xếp theo chiều dọc hạt Trong cùngmột hạt, chiều dày lớp tế bào vỏ quả không giống nhau Ở phôi lớp tế bào vỏ quả mỏngnhất.

Bên trong vỏ quả là vỏ hạt Vỏ hạt gồm một lớp mỏng tế bào có chứa nhiều chấtbéo và protein nhưng rất ít tinh bột Chiều dày lớp vỏ tuỳ thuộc vào giống, điều kiện trồngtrọt

Ngăn cách giữa lớp vỏ hạt và nội nhũ là lớp alơrong Alơrong của thóc, ngô, lúa mìđược cấu tạo từ một hàng tế bào lớn, thành dày Tế bào alơrong hình khối chữ nhật hoặcvuông Càng gần phôi thì tế bào nhỏ dần Trong tế bào arơrong có chứa các hợp chất azot,các chất khoáng và các giọt chất béo Chiều dày lớp alơrong phụ thuộc vào loại, giống hạt

và điều kiện canh tác Ở lúa nương lớp alơrong dày hơn lúa nước

 Phôi

Phôi là phần phát triển thành cây non khi hạt nảy mầm, vì thế trong phôi chứa khánhiều chất dinh dưỡng dễ tiêu hóa Chất dinh dưỡng trong phôi gồm: protein 35%, cácgluxit hòa tan 25%, chất béo 15% Ở phôi còn tập trung lượng lớn vitamin và các enzimcủa hạt Phôi cách phần nội nhũ bởi một lớp ngù Ngù được cấu tạo bởi các tế bào có khảnăng cho các chất thẩm thấu đi qua Trong sản xuất gạo và bột cần tách phôi ra càng sạchcàng tốt, vì chất béo trong phôi dễ bị oxy hóa gây ôi khét Khi tách phôi ra thường làm vỡmột số điểm của nội nhũ, tạo thành vết lõm ở một đầu của hạt gạo đã xát

 Nội nhũ

Là thành phần chủ yếu của hạt, là nơi dự trữ chất dinh dưỡng của hạt Nội nhũchứa các tế bào lớn, thành mỏng và có hình dạng rất khác nhau, sắp xếp không thứ tự

Thành phần chủ yếu của nội nhũ là tinh bột và protein, ngoài ra còn một lượng nhỏ chấtbéo, khoáng và sinh tố Các tế bào tinh bột ngoài cùng có dạng thon dài và được sắp xếpnằm ngang, đối xứng qua tim hạt, vì thế thường làm tăng khả năng rạn nứt của hạt trongquá trình chế biến Càng đi sâu vào tâm hạt, hình dạng tế bào chuyển dần từ thon dàithành hình lục giác, vì thế lõi hạt gạo có độ bền vững hơn.

PHẦN 2 CẤU TẠO HẠT TINH BỘT 2.1 Hình dạng và kích thước của hạt tinh bột

2.1.1 Hình dạng

Các polisacarit dự trừ thường có mặt trong thực vật dưới dạng không hoà tan trongnước, do đó có thể tích tụ một lượng lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hưong đến ápsuất thẩm thấu Tinh bột là một trong số những polisaccarit dự trừ quan trọng nhất vàcũng được tích luỹ một lượng lớn trong giới thực vật Trong mọi cây (trừ cây tảo bậc thấpcho đến một số cây thượng đẳng) chủ yếu là hai lá mầm các gluxit vốn được tạo ra ở lụclạp do quá trình quang hợp, đều nhanh chóng chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức độnày gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động nên có thể được sử dụng ngay trong quá trìnhtrao đổi chất hoặc có thể được chuyển thành tinh bột dự trừ ở trong hạt, quả củ, rễ thân và

bẹ lá

2.1.2 Kích thước

Các hạt tinh bột lúa mì có hình elip hay hình tròn, gồm loại lớn kích thước từ 20 

35 m, loại nhỏ từ 2 -10 m và một lượng nhỏ có kích thước trung bình Trên bề mặt hạtkhông có những vết đặc trưng trừ những hạt lớn có kích thuớc từ 20  35 m thì ở tâm cómột vết mờ Hạt tinh bột sắn trung bình có kích thước từ 1,5  30 m vẻ hình dạng giốnghạt tinh bột khoai tây Hat lớn có hình bầu dục và có các vân đồng tâm Hạt tinh bột khoaitây nhỏ có hình tròn

2.2 Amylose

Amylose có cấu tạo mạch thẳng có từ 300 - 1000 đơn vị -D-glucose nối với nhaubằng liên kết -1,4-glucoside Amylose có cấu trúc xoắn dạng lò xo và được ổn định bởicác liên kết hydro Amylose tạo màu xanh với iot.

Axit và một số muối KI, Na, tăng cường độ phản ứng, cloranhydrat và một vài chấtkhác kìm hãm phản ứng này

Để phản ứng được với iot, phân tử amiloza phải ở dạng vòng hoặc xoắn ốc Cácdextrin có ít hơn 6 gốc glucoza không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòngxoắn ốc hoàn chỉnh

Amiloza với hình thể xoắn ốc hấp thụ được 26% khối lượng iot tương ứng với mỗivòng xoấn ốc một phân tử iot Phản ứng xảy ra dễ dàng khi amiloza khô với hơi iot, cũngnhư khi dung dịch amiloza với dung dịch iot Nước không phải là yếu tố cần thiết nếuamiloza đã có cấu hình không gian thích hợp để tạo phức Như vậy vai trò của nước là để

hồ hoá tinh bột, để cho các phân tử amiloza và iot chuyển động được tự do và để tạo điềukiện cho việc hình thành cấu hình xoắn ốc đuợc dễ dàng.

Trong phức, trục của mạch polyiot trùng với trục của xoắn ốc Phức amiloza-iotbền được là do tương tác của các ngầu cực cảm ứng vốn tạo ra nhờ các đơn vị glucozatrong xoắn ốc và mạch polyiot

2.2.2 Phản ứng tạo phức của amiloza

Amiloza còn có khả năng tạo phức với một số lớn các hợp chất hữu cơ có cực và

có độ hoà tan khác trong nước cũng như với các hợp chất không cực kiểu cacbuahydroloại parafin và cacbuahydro vòng như rượu izoamilic, ruợu butanol và izopropanol, cácxeton tháp mạch thẳng, các axit béo kiểu steanic và oleic, các netroparafin, các rượu vòng

và các phenol, các ete mach thẳng và mạch vòng

Nghiên cứu phức của amiloza với butanol người ta thấy rằng butanol cũng chiếm

vị trí trong xoắn ốc tương tự như phân tử iot, nghĩa là cũng chiếm vị trí theo hướng dọctrong xoắn ốc

Phức của amiloza với các chất tạo phức tương đối không tan trong nước và dễdàng bị kết tủa khi để yên dung dịch Các phức đã sấy khô thường rất bền vững và khôngthể kéo các chất tạo phức ra bằng các dung môi là cacbuahydro hoặc dioxan khan

Tuy nhiên các dung môi có chứa nước như dioxan-80% hoặc metanol 80% thì lạikéo được các tác nhân tạo phức ra một cách dễ dàng

2.2.3 Sự thoái hoá của amiloza

Hiện tượng tinh bột đã được hồ hoá chuyển trở về trạng thái hạt ban đầu gọi là hiệntượng thoái hoá Hiện tượng thoái hoá là kết quả của sự tạo thành liên kết hydro giữa cácphân tử amiloza vừa có nhóm hydroxyl vừa có nhóm tiếp nhận hydro giữa các phân tửamiloza mạnh đã giãn thường định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn giữa các phân tửamilopectin Do dó sự thoái hoá gần như chỉ có liên quan với amiloza Quá trình thoái hoábao gồm 3 giai đoạn

- Đầu tiên các mạch đuợc uốn thẳng lại

- Tiếp đến vỏ hydrat bị mất và các mạch được định hướng

- Cuối cùng là sự tạo thành liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của amilozo

Do cấu tạo của amiloza cho khả năng tạo được một số lớn liên kết hydro giữa cácphân tử cạnh nhau do đó dung dịch amiloza vô cùng không bền vững Khi nồng độ

amiloza lớn hơn 2% thì các liên kết hydro sẽ được hình thành một cách rộng rãi giữanhiều phân tử cạnh nhau và thể keo tụ được tạo thành Khi nồng độ thấp hơn hoặc khi ởđiều kiện nhiệt độ được kiểm tra thì các phân tử sẽ định hướng với nhau và tạo ra nhiềutinh thể Khi tập hợp các tinh thể vượt trên kích thước keo thì sẽ tạo ra kết tủa hạt

Như vậy trong dung dịch phân tử amiloza có một số cấu hình xoắn ốc là dạng bềnvững Người ta cho rằng trong dịch tồn tại cân bằng sau:

Liên hợp các xoắn ốc => cấu hình xoắn ốc => cấu hình thẳng => Liên hợp cácmạch thẳng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoái hoá Tốc độ thoái hoá tăng lên cùngvới sự giảm nhiệt độ và đạt đuợc cực đại khi pH = 7 và sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH ,

pH cao hơn 10 sự thoái hoá không xảy ra, còn khi pH thấp hơn 2 thì tốc độ vô cùng bé

Sunfat magie làm tăng tốc độ thoái hoá, nhưng khi nồng độ sunfat magie là 13%thì tinh bột khoai tây hoàn toàn bị kết tủa trong 5 phút

2.3 Amylose pectin

Amilopectin có mạch phân nhánh do các gốc -D-glucozit kết hợp với nhau bằngliên kết -1,4-glucozit, còn ở điểm phân nhánh thì bằng liên kết -l,6-glucozit

Hình 2.2 Cấu trúc amilopectin

Đối với cấu trúc phân nhánh của amilopectin, nguời ta giả thiết 3 sơ đồ sau:

 Sơ đó cấu tạo lớp của Hawarth

Theo Hawarth, phân tử amilopectin không có phần lõi mà do các đoạn mạch riêngbiệt vốn đã được liên kết bằng nối -l,4 glucozit, sẽ nối lại với nhau nhờ liên kết -1,6glucozit

 Sơ đồ đuôi én của Staudinger

Theo Staudinger, phân tử amilopectin gồm một mạch chính tương đối ngắn, cácmạch phụ chứa khoảng 20 gốc glucoza được kết hợp vào mạch chính bằng liên kết -l,6

và liên kết l,3 glucozit (trong amilopectin người ta đã tìm thấy có các liên kết -1,3)

 Sơ đồ hình "cáy" của Meyer

Meyer cho rằng ở mạch thẳng các gốc glucoza kết hợp với nhau bằng liên kết 1,4 và phân từ không gian phức tạp sẽ được tạo thành nhờ liên kết -1,6 Như vậy trongphân tử có một lượng rất lớn các mạch phụ nối vào mạch chính bằng nhóm khử

-Khi thuỷ phân bằng enzym -amilaza, amilopectin chi bị phân giải đến 50 - 60%

có nghĩa là liên kết -1,6 không thuận lợi cho enzym này Nghiên cứu cấu tạo củaamilopectin bằng phuơng pháp thuỷ phân enzym này Meyer cho thấy khoảng cách giữacác điểm phân nhánh bằng 8 - 10 đơn vị glucoza và mỗi nhánh tự do chứa 15  18 đơn vịglucoza, các tài liệu mới cũng xác nhận rằng trong phân tử amilopectin có những khoảngcách giữa hai điểm phân nhánh chỉ gồm 3,2; thậm chí I đơn vị glucoza

Khối lượng phân tử của amilopectin là từ 100.000 GreenWood (1960) bằngphương pháp tán xạ ánh sáng đã xác định được khối lượng phân tử của một amilopectinbằng 5.108 Thường mức độ trùng hợp của amilopectin là trên 10.000 Tỷ lệ nhóm cuốikhông khử/ nhóm cuối khử thường bằng một vài trăm Amilopectin không có khả năngliên kết với butanol hoặc với những hợp chất hữu cơ Khi hoà tan trong nước sôi,amilopectin sẽ tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững

PHẦN 3 NHỮNG TÍNH CHẤT CÔNG NGHỆ CỦA HẠT TINH BỘT

3.1 Khả năng hồ hóa

Quá trình hồ hóa tinh bột có liên quan đến sự phá vỡ cấu trúc hạt làm cho các phân

tử tinh bột hòa tan trong nước và do đó, đây là một trong những tính chất độc đáo và quantrọng nhất của tinh bột Nhiều sản phẩm thực phẩm chứa các hạt tinh bột được nấu chínmột phần góp phần tạo nên các đặc tính cấu trúc và chức năng của chúng Do đó, điềuquan trọng là phải hiểu sự phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ của sự thay đổi cấu trúctinh bột trong nước để mô tả các quá trình hồ hóa, đặc biệt là cấu trúc hạt thay đổi như thếnào và cách các polymer amylose và amylopectin hoạt động ở các nhiệt độ nước khácnhau

Hồ hóa là quá trình khi tinh bột được ngâm với nước nóng, chúng sẽ trương nở vỡtung Phá vỡ liên kết tạo điều kiện cho enzyme tấn công trực tiếp vào tinh bột

Có nhiều thuyết giải thích cho quá trình hồ hóa

 Nazarốp cho rằng sự hồ hóa kèm theo sự hấp thụ nhiệt, quá trình trương nở hạttrong nước xảy ra đồng thời với sự hồ hóa

 Lipatop thì cho rằng khi hồ hóa tinh bột thì xảy ra sự biến dạng cấu trúc vàtăng nhóm OH lên rất nhiều

 Samec cho rằng sự hồ hóa sẽ dẫn đến phá đứt hết các liên kết hydro nội nhântạo thành các liên kết hydro mới với nước, đến khi đạt được độ nhớt cực đại.Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều diễn ra giống nhau: Banđầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng lên, sau đó qua mức cực đại rồi giảm xuống

Nhiệt độ hồ hóa là nhiệt độ mà tại đó sự chuyển tinh bột từ trạng thái này sangtrạng thái khác được hoàn thành Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng yếu

tố quan trọng là tính chất hóa lý của chất khuếch tán và môi trường khuếch tán Nhiệt độ

hồ hóa của tinh bột khoai tây khoảng 55 – 650C, của tinh bột ngô là 65 – 750C

Bên cạnh đó, nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước của hạt tinh bột.Tinh bột có kích thước hạt bé có nhiệt độ hồ hóa cao hơn so với tinh bột có kích thước hạt