Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm

Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Một lượng tinh bột đáng kể có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình chín và chuyển hóa sau thu hoạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn. Các tính chất “sẵn có” của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến hình (hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ. Bài tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề: “Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm.”

là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặctạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm Trong công nghiệp, ứng dụngtinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổnhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn Các tính chất “sẵn có”của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến hình (hóa học hoặc sinh học) đểthu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ Bài tiểu luận này sẽtrình bày vấn đề: “Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực Ứng dụng củachúng trong chế biến thực phẩm.”

I Giới thiệu chung về tinh bột:

 Tinh bột là chất dinh dưỡng dự

trữ của thực vật.Tinh bột do cây xanh

quang hợp nên.Tinh bột có nhiều trong

các hạt, củ, quả

 Trong thực vật, tinh bột

thường có mặt dưới dạng không hoà

tan trong nước Do đó có thể tích tụ

2

một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩmthấu Các hyđrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanhchóng được chuyển thành tinh bột Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bộtđồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chấthoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân

và bẹ lá

 Trong nước nóng từ 65oC trở lên , tinh bột tan thành dung dịch keo, gọi là

hồ tinh bột.Cấu trúc phân tử của tinh bột (C6H10O5)n.

 Tinh bột có nhiều trong các hạt lương thực, do đó lương thực được xem lànguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột cũng như những sản phẩm có liên quanđến tinh bột

Ta có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống:

 hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc

 hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu

 hệ thống tinh bột của các củ

I.1 Cấu tạo của hạt tinh bột:

 Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp Hạt tinh bột có cấu tạo

lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amiloza dạng tinh thể và amilopectin sắpxếp theo phương hướng tâm.Nhiều lớp đồng tâm xếp xung quanh một điểm gọi làrốn hạt

2

Cấu tạo của hạt tinh bột

 Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạttinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucozit của amiloza và amilopectintạo thành xoắn ốc với ba gốc glucozơ một vòng

Tinh bột

 Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất

xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm Bên trong hạt tinhbột có phần kết tinh do amiloze và phần phân nhánh của amilopectin tạo thànhlàm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzyme thuỷphân

 Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,7µm, trong khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm Hơn nữa, cácphân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucozit của các polysaccaritphải ở dạng gấp khúc nhiều lần

0,35- Các mạch polysaccarit sắp xếp hướng tâm tạo ra độ tinh thể: các mạchbên của một phân tử amilopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tửkia

2

 Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ baophía ngoài Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinhbột bên trong, chứa ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài Trong hạttinh bột có lỗ xốp nhưng không đều Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó cácchất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán qua vỏ

Cấu trúc tinh thể của tinh bột

I.2 Hình dáng, đặc điểm, kích thước của tinh bột:

 Trong thực vật tinh bột ở dạng nhỏ được giải phóng sau khi tế bào bị phá

vỡ, tùy theo dạng nguyên liệu, tinh bột có hình dáng và kích thước khác nhau: hìnhtròn, hình bầu dục, hình đa giác…

 Hình dáng, thành phần hoá học và những tính chất của tinh bột phụ thuộcvào giống cây, điều kiện trồng trọt, quá trình sinh trưởng của cây…

 Tinh bột gạo: hạt tinh bột có kích thước nhỏ 3÷8μm, được bao bằngμm, được bao bằngm, được bao bằng

vỏ protein cứng, có dạng hình đa giác

 Tinh bột mì: gồm một loại các hạt có kích thước từ 20÷35μm, được bao bằngm và một

số loại hạt nhỏ có kích thước trung bình và nhỏ 2÷10μm, được bao bằngm, có hìnhdạng elip hay hình tròn

 Tinh bột sắn (khoai mì): hạt tinh bột sắn có kích thước trung bình từ1,5÷30μm, được bao bằngm, có hình bầu dục

 Kích thước hạt khác nhau sẽ dẫn đến hạt có những tính chất khác nhau như:nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp phụ xanh metylen, hạt nhỏ thường có cấu tạo chặttrong khi hạt lớn có cấu tạo xốp

Bảng I.1: Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột.

2

Nguồn Kích thước Hình dáng Hàm lượng Nhiệt độ hồ

5

67-75

Dong riềng 10-130 Bầu dục 38μm, được bao bằng-41

I.3 Thành phần hóa học của hạt tinh bột:

 Tinh bột được cấu tạo từ hai loại polysaccharide hoàn toàn khác nhau vềtính chất vật lý và hóa học là amylose và amylopectin

 Dạng lò xo không phân nhánh gọi là amilozơ

 Dạng phân nhánh gọi là amilopectin

2

Amylopectin molecule

 Phần tan trong nước là amilozơ

 Phần không tan trong nước là amilopectin

● Tùy theo từng loại nguyên liệu, thành phần amylose vàamylopectin trong tinh bột khác nhau

Bảng I.2: Thành phần amylose và amylopectin của một số loại tinh bột

Loại tinh bột Amylose, % Amylopectin, %

Gạo 18μm, được bao bằng,5 8μm, được bao bằng1,5

Khoai tây 20 8μm, được bao bằng0

Khoai lang 19 8μm, được bao bằng1

Khoai mì 17 8μm, được bao bằng3

I.3.1 Amylose:

 Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liênkết nhau bởi liên kết α – 1,4- glucoside.Trong không gian, nó cuộn lại thành hìnhxoắn ốc và được giữ bền vững nhờ các liên kết hyđrô

 Amylose thường ở dạng kết tinh có lớp hydrate bao quanh xen kẽ với cácamylose kết tinh không có lớp hydrate

 Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50.000÷160.000, do cấu trúc mạchthẳng, amylose có gốc hydroxyl tự do nhiều nên dễ hoà tan trong nước ấm Tuynhiên, ở dạng tinh thể không bền vững nên khi để yên tinh thể sẽ tách ra

2

 Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóaamiloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào,amiloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ

 Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A0, chiều cao của vòng xoắn là7,91A0 Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn

ốc, bên trong là các nhóm C-H

Một phần cấu trúc Amylose

 Amylose bắt màu xanh với Iodine, màu này mất đi khi đun nóng, hiện màutrở lại khi nguội Amylose bị kết tủa bởi rượu butylic.Trong phân tử amylose cómột đầu có tính khử và một đầu không có tính khử

2

 Sự khác biệt giữa amiloza và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét Bởi

lẽ ở các phân tử amiloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng cónhững tính chất giống như amilopectin

 Cấu tạo của amilopectin còn lớn và dị thể hơn amiloza nhiều Trong tinhbột tỉ lệ amiloza/amilopectin khoảng ¼ Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thờitiết, mùa vụ và cách chăm bón

 Amylopectin tác dụng với Iod tạo thành màu tím đỏ

 Amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có

độ nhớt cao và rất bền vững Amylopectin không có khả năng tạo phức với butanol

và các hợp chất hữu cơ khác, không bị hấp phụ trên cellulose

2

Mảnh cấu trúc của amylopectin

I.4 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột:

I.4.1 Phản ứng thủy phân:

 Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữacác đơn vị glucozơ bằng axít hoặc bằng enzym Axit có thể thủy phân tinh bột ởdạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệuquả ở dạng hồ hóa Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza Axit vàenzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phânliênkết α -D (1,4) glycozit Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độnhớt và sinh ra đường

 Sự thủy phân của tinh bột trãi qua các giai đoạn sau:

Hình:Phản ứng thủy phân của tinh bột

 Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt,xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vàotác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng Quá trình oxi hóa tinh bột trongmôi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ranhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm cacbonyl Quá trình này cònlàm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệttrong môi trường loãng

2

 Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa Một

số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột Quá trình ghép được thựchiện 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 phảnứng với andehyt trong môi trường axit Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liênkết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau Sản phẩm tạo thành không cókhả năng tan trong nước

I.4.2 Phản ứng tạo phức:

 Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot Khi tương tác vớiiot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thửđặc trưng để xác định hàm lượng amiloza trong tinh bột bằng phương pháp trắcquan Để phản ứng được thì các phân tử amiloza phải có dạng xoắn ốc để hìnhthành đường xoắn ốc đơn của amiloza bao quanh phân tử iot.Các dextrin có ít hơn

6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốchoàn chỉnh Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng

 Amiloza với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứngvới một vòng xoắn một phân tử iot Amilopectin tương tác với iot cho màu nâutím Về bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ

 Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phứcvới nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượuthơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp

I.4.3 Tính hấp phụ của tinh bột:

 Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì

bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự Vì vậy trong quá trình bảo quản,sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này

 Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ củatinh bột Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong củahạt và khả năng trương nở của chúng

I.4.4 Khả năng hấp phụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột:

 Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho

2

phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quátrình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biếnthủy nhiệt

 Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác củatinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng) Ngoài ra,

nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụthể

 Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê, trà hòatan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất

I.5 Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước:

I.5.1 Tính hút ẩm và tính hòa tan:

 Khả năng hút ẩm của tinh bột khá hơn do hạt tinh bột có cấu trúc xốp Khi

độ ẩm tương đối của không khí

 φ = 75% thì khả năng hút ẩm của tinh bột lên đến 10,33%, khi φ = 100%thì khả năng hút ẩm đến 20,92%

 Ở nhiệt độ thường tinh bột không hòa tan trong nước, tinh bột cũng khônghòa tan trong ete, rượu, sunfua cacbon, clorofoc… Tinh bột hòa tan trong môitrường kiềm tốt hơn là trong môi trường trung tính hoặc axit vì kiềm có tác dụngion hóa từng thành phần do đó làm cho phân tử polisaccarit hydrat hóa tốt hơn

 Ngoài ra, tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt đểtăng hiệu quả thu hồi tinh bột

I.5.2 Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột :

 Khi hòa tan tinh bột vào nước do kích thướt phân tử của tinh bột lớn nênđầu tiên các phân tử sẽ xâm nhập vào giữa các phần tử tinh bột Tại đây chúng sẽtương tác với nhóm hoạt động của tinh bột, quay cực, các phổ hồng ngoại và hàmlượng glucoza, tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích nào đó của phân

tử tinh bột bị yếu đi, do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị “rão” ra và bị trươnglên Nếu sự xâm nhập của phân tử nước vào tinh bột dẫn đến quá trình trươngkhông hạn chế nghĩa là làm bung được các phân tử tinh bột thì hệ thống chuyểnthành dung dịch Quá trình trương này luôn luôn đến trước quá trình hòa tan Dĩnhiên, với tinh bột để đạt được trạng thái này còn phụ thuộc vào điệu kiện bênngoài là nhiệt độ

Ái lực của dung môi (nước) với tinh bột được biễu diễn bằng phương trình nhiệtđộng sau:

ΔF = ΔU - TΔSF = ΔF = ΔU - TΔSU - TΔSΔF = ΔU - TΔSS

2

Trong đó ΔF – F – sự biến thiên năng lượng tự do từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối

của hệ

ΔF – U – biến thiên nội năng của hệ

T - nhiệt độ tuyệt đối.

ΔF – S - biến thiên entropy của hệ

 Sự hòa tan sẽ xảy ra khi giảm năng lượng tự do ΔF – F của hệ ΔF – F phụ thuộc

ΔF – U và ΔF – S.

 Ở các quá trình tự xảy ra thì entropy của hệ có khuynh hướng tăng do đó

TΔF – S tăng, vì số hạng này là âm nên sự biến thiên entropy của hệ cô lập luôn luôn

làm giảm năng lượng tự do nghĩa là luôn luôn góp phần vào sự hòa tan

 Sự biến thiên nội năng ΔF – U là hàm của năng lượng tương tác của phân tử

dung môi với phân tử tinh bột

 Nếu lực tương tác giữa các phân tử của hai pha ( tinh bột và nước) vượt lên

trên lực tương tác giữa các phân tử trong mỗi pha thì ΔF – U < 0 và quá trình hòa tan

sẽ tốt hơn

 Nếu lực tương tác giữa các phân tử tinh bột và nước bé hơn lực tương tác

phân tử trong mỗi pha thì ΔF – U >0 và sẽ có hoặc không có sự hòa tan, phụ thuộc vào

sự tương quan giữa ΔF – U và TΔF – S.

 Khi ΔF – U = TΔF – S thì sự gia nhiệt không đáng kể sẽ chuyển hệ thống từ trạng

thái không tan thành hòa tan vì khi tăng nhiệt độ, số hạng entropy tăng nhanh hơn

nội năng rất nhiều Thí nghiệm về hòa tan đã chứng tỏ khi ΔF – U > 0 thì entropy là

yếu tố quyết định

 Trong phân tử tinh bột có chứa các nhóm có cực mạnh, theo thường lệ thìchúng hòa tan trong nước Khi tinh bột ở trạng thái tự nhiên thì các phân tử thườngliên kết với nhau bằng liên kết hydro rất bền nên khi ở trong nước lạnh có thể hấpthụ nước một cách thuận nghịch nhưng rất nhỏ Ngoài ra, hạt tinh bột lại có lớp vỏbao bọc nên để phá hủy được cấu trúc này đòi hỏi một năng lượng đáng kể

 Người ta thấy rằng khi ở nhiệt độ bình thường tinh bột hấp thụ 25 – 50%nước mà hạt vẫn chưa trương Người ta nhận thấy ở 600C tinh bột ngô hấp thụ100% nước ( so với trọng lượng ban đầu), khi ở 700C thì hấp thụ 1000% nước vàkhi trương nở cực đại tinh bột có thể hấp thu đến 2500% nước

 Sự phá hủy hạt có thể xem như giới hạn tự nhiên giữa hai trạng thái khácnhau của tinh bột : tinh bột ban đầu với mức độ hydrat hóa khác nhau và dung dịchkeo của tinh bột

 Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrathóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Các hạt tinh bột có

2

kích thướt khác nhau, từ nguồn khác nhau sẽ khác nhau về nhiệt độ chuyển trạngthái Hạt lớn bị hồ hóa đầu tiên, hồ bé nhất sẽ hồ hóa sau cùng Ở hạt tinh bột bé cócấu tạo chặt các phân tử liên kết với nhau bằng một số lớn liên kết hydro rất bền

do đó việc phá vỡ hạt khi hồ hóa ở hạt lớn và hạt nhỏ phải xảy ra ở nhiệt độ khácnhau Vì vậy nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ.Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau : ban đầu độnhớt của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một cực đại rồi giảm xuống Dưới đây

là khoảng nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột ( Bảng I 1)

 Nhiệt độ hồ hóa cũng phụ thuộc vào thành phần amiloza và amilopectin.Amiloza sắp xếp thành chùm song song được định hướng chặt chẽ hơnAmilopectin vốn có xu hướng cuốn lại thành hình cầu, có cấu trúc khó cho nước điqua

 Các ion được liên kết với tinh bột cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ bền của cácliên kết hydro giữa các yếu tố cấu trúc bên trong của hạt Khi giữa các phần củacác chuỗi có chứa những ion mang điện tích cùng dấu thì sẽ đẩy nhau do đó làmlung lay cấu trúc bên trong của hạt kết quả là làm thay đổi nhiệt độ hồ hóa

Bảng I 3 :

Tinh Bột Nhiệt độ ban đầu,

0C

Nhiệt độ trungbình,

0C

Nhiệt độ cuối,

0C

Ngô giàu Am (55%) 67 8μm, được bao bằng0 Một số hạt ở

1000C vẫn chưa

bị phá hủyThóc 68μm, được bao bằng 74,5 78μm, được bao bằng

 Các muối vô cơ khi ở nồng độ thấp sẽ phải phá hủy liên kết hydro nên làmtăng độ hòa tan của tinh bột, ngược lại nồng độ muối cao sẽ làm giảm sự hydrathóa phân tử tinh bột và làm kết tủa chúng

2

 Sự hồ hóa tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trườngkiềm Vì kiềm làm ion hóa từng phần do đó làm cho sự hydrat hóa phân tử tinhbột tốt hơn

 Các chất không điện ly như đường, rượu cũng có ảnh hưởng đến nhiệt độ

hồ hóa và làm cho nhiệt độ hồ hóa tăng lên Ảnh hưởng của dung dịch 20% cácđường khác nhau đến nhiệt độ hồ hóa theo trật tự sau:

Sacaroza > Glucoza > Socboza > MaltozaVới rượu thì có trật tự sau :

Glixerin > Izopropanol > Etanol > Propanol

Độ trong của hồ :

 Tinh bột đã hồ hóa thương có một độ trong suốt nhất định Độ trong suốtnày có ý nghĩa rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm thực phẩm có chứa tinh bột,đặc biệt là làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này

 Người ta nhận thấy tinh của các hạt cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củthường cho hồ trong suốt hơn tinh bột của các hạt cốc bình thường (hạt tẻ)

 Sự có mặt của các chất khác nhau cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ trong suốt

đó Các đường thường làm tăng đáng kể độ trong suốt của hồ tinh bột từ các loạihạt cốc Ngược lại, các chất nhũ hóa như glixerinmonosterat lại làm hồ mất trong.Các chất hoạt động bề mặt như natri laurilsulfat dễ tạo phức với amiloza cũng làmtăng độ trong của hồ

I.5.3 Tính chất nhớt – dẻo của hồ tinh bột:

 Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chấtlượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm là độ nhớt và độ dẻo Phân tử tinhbột 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 nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch

có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khókhăn hơn Tính chất này càng thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp(tinh bột giàu amilopectin)

 Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kínhbiểu diễn của phân tử hoặc của các hạt phân tán Đường kính này sẽ phụ thuộc vàocác yếu tố sau :

- Đăc tính bên trong của phân tử như khối lượng, kích thước, thể tích,cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử

- Tương tác của tinh bột với dung môi (nước) gây ảnh hưởng đến sựtrương, sự hòa tan và cầu hydrat hóa bao quanh phân tử

 Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ra kiềmhóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hydrat hóa tốt hơn.

 Khi cho các phụ gia vào thực phẩm chứa tinh bột thường có ảnh hưởng rấtlớn đến tính chất nhớt dẻo của hồ tinh bột

 Với các muối, khi ở nồng độ thấp sẽ ảnh hưởng không đáng kể đến độ nhớtcủa hồ tinh bột Ngược lại, khi ở nồng độ cao sẽ làm tăng độ nhớt vì khi đó muối

sẽ chiếm lấy phân tử nước Các anion mà cation thường có ảnh hưởng khác nhauđến hồ tinh bột Chẳng hạn ảnh hưởng của anion và cation đến hồ tinh bột ngô nhưbảng I 4

Bảng I 4 :

Nhiệt độ, 0C Tăng độ nhớt Độ nhớt cực đại

phosphat 78μm, được bao bằng 94

axetat 8μm, được bao bằng0 95

clorua 8μm, được bao bằng0 95

citrat 8μm, được bao bằng4

tactrat 8μm, được bao bằng4

sulfat 8μm, được bao bằng5

-Muối clorua của canxi 79 8μm, được bao bằng5

magie 8μm, được bao bằng2 94

kali 78μm, được bao bằng 95

natri 8μm, được bao bằng0 95

2

 Với đường như sacaroza khi thêm vào hồ tinh bột ngô 5% sẽ làm tăng giátrị cực đại của độ nhớt, ảnh hưởng sẽ càng lớn khi lượng đường đạt đến 20% khốilượng dịch hồ Khi nồng độ sacaroza cao hơn nữa 50% thì lại làm giảm giá trị cựcđại của độ nhớt Độ bền của hệ keo hồ tinh bột sẽ bị giảm cùng với sự tăng lượngsacaroza, pH của đa số thực phẩm thường ở trong giới hạn 4 – 7 Sự thay đổikhông đáng kể pH trong khoảng đó chỉ có ảnh hưởng rất nhỏ đến độ nhớt của hồtinh bột Tuy nhiên, nếu sử dụng đệm citrat, bimaleat thì sẽ có ảnh hưởng đến độnhớt nhiều hơn

 Với những thực phẩm có pH thấp (bánh có nhân quả) người ta có thể dùngtinh bột đặc biệt có chứa các “liên kết ngang” để ngăn chặn tác dụng thủy phân củaaxit Tuy nhiên, nếu sản phẩm có chứa nhiều đường sẽ kiềm hãm sự trương của hạttinh bột nên coi như không chịu ảnh hưởng của axit

 Các chất béo thường làm tăng độ nhớt nhưng sự tăng sẽ không như nhauđối với các tinh bột khác nhau

 Đa số các chất hoạt động bề mặt khác thường làm tăng nhiệt độ để hồ cóđược độ nhớt cực đại Trong thực phẩm người ta thường dùng các chất hoạt động

bề mặt phi ion để làm chất nhũ hóa và chất tạo bọt Hoạt động của những chất nàyphụ thuộc trực tiếp vào tương tác với tinh bột Người ta thường dùng monoglixerit

để làm tăng các cấu trúc của khoai tây sấy khô dạng hạt cũng như dạng vảy (bỏng).Các chất này cũng có tác dụng ngăn ngừa sự tạo keo trong các sản phẩm có chứatinh bột Nói chung đa số các chất hoạt động bề mặt dùng trong các sản phẩm thựcphẩm đều tạo phức được với amiloza

I.5.4 Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột :

 Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lạimột cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Để tạođược gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồhóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạngthái yên tĩnh Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kếthydro tham gia

 Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit lại với nhau hoặcgián tiếp qua cầu phân tử nước

 Vì tinh bột chứa cả amilopectin và amiloza nên trong gel tinh bột có vùngkết tinh và vùng vô định hình Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amiloza

và các đoản mạch amilopectin kết dính với nhau Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu

là các nhánh bên của phân tử amilopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết dính.Vùng kết dính vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nướcgiữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn tính của gel Phần của đại phân tử Am và

AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình ở giữa các mixen

sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá hủy và trong một chừng mực

 Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein Nhờ tương tác này mà khảnăng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn.

Gel từ tinh bột giàu Am thường cứng và đàn hồi kém

Sự thoái hóa

 Khi gel tinh bột để một thời gian dài chúng sẽ co lại và một lượng dungdịch thể sẽ tách ra Quá trình đó gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăngmạnh nếu gel để lạnh đông rồi sau đó cho tan giá Có hiện tượng thoái hóa là dohình thành nhiều cầu hydro giữa các phân tử tinh bột Các phân tử amiloza cómạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn các phân tửamilopectin Vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với các phân tử

Am là chủ yếu

 Sự thoái hóa bao gồm ba giai đoạn sau:

- Đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại

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

- Các cầu hydrat được tạo thành giữa các nhóm OH

 Người ta nhận thấy rằng tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạtcực đại khi pH = 7 Tốc độ thoái hóa dẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH Khi pH > 10

sẽ không có thoái hóa Khi pH < 2 thì tốc độ thoái hóa vô cùng bé Magie sulfatlàm tăng tốc độ thoái hóa

 Người ta cũng nhận ra rằng AP đã thoái hóa có thể quay trở về trạng tháiban đầu khi đun nóng từ 500C đến 600C nhưng sự thoái hóa của amiloza thì khôngthể khắc phục được, ngay cả khi đun nóng có áp suất Sự khác biệt này có thể là dovùng kết tinh khá lơn được tạo ra bởi amiloza

 Những tinh bột của ngô nếp, thóc nếp trong thực phẩm dạng lỏng khi bảoquản ở nhiệt độ rất thấp vẫn bền không bị phân lớp và không bị thoái hóa Tinh bộtloại này có độ trong suốt cao và khả năng liên kết nước rất lớn

 Sự thoái hóa thường kèm theo tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạngnửa lỏng cũng như gây cứng lại của các sản phẩm bánh mỳ

I.5.5 Khả năng tạo hình của tinh bột :

 Khả năng tạo màng:

2

 Tinh bột có khả năng tạo màng tốt.Để tạo màng, các amylose vàamylopectin phải duỗi thẳng mạch, sắp xếp lại, tương tác trực tiếp với nhau bằngliên kết hydro hoặc gián tiếp thông qua nước

 Màng có thể thu được từ dung dịch phân tán trong nước.Dạng màng này dễtrương ra trong nước

Quy trình tạo màng:

Tinh bột →Hòa tan → Hồ hóa sơ bộ → Khuấy kỹ → Rót mỏng lên mặt phẳng kimloại

 Khả năng tạo sợi:

 Tinh bột cũng có khả năng tạo sợi.Chính nhờ khả năng này mà người ta cóthể làm bún, miếng, hủ tiếu

 Có thể tạo sợi bằng cách cho dịch tinh bột qua một bản đục lỗ với đườngkính thích hợp.Khi đùn qua lỗ này chúng sẽ định hướng theo dòng chảy, các phân

2

tử tinh bột có xu hướng kéo căng ra và sắp xếp song song với nhau theo phươngcủa trọng lực

 Các sợi ra khỏi khung còn ướt, chúng ướng nhúng ngay vào bểnước nóng

để hồ hoá và định hình sợi bún do tác dụng của nhiệt

 Các phân tử tinh bột đã được sắp xếp trong từng sợi sẽ tương tác với nhau

và với nước bằng liên kết hyđrô để hình thành sợi bún

 Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bễ rồi nhúng vào nước lạnh để cácphân tử liên kết với nhau chặt chẽ hơn và tạo nhiều liên kết hyđrô giữa các phântử

 Tiếp theo sẽ gia nhiệt để sấy khô nhằm tăng lực cố kết và độ cứng

 Các sợi bún được làm từ các loại tinh bột giàu amylose như tinh bột đậuxanh, tinh bột dong riềng thường bền và dai hơn so với sợi bún được làm từ tinhbột gạo, bắp

 Tinh bột đậu xanh và dong riềng thường chứa 40 – 50% amylose, các chuỗiamylose thường liên kết chặt chẽ nên khó bị trương, sợi bún chắc và dai

 Các tinh bột bắp giàu amilopectin thường rất ngắn nên lực tương tác giữacác phân tử yếu, do đó độ bền kém.Ngoài ra khi chập nhiều phân tử lại thành sợi sẽ

có nhiều khuyết tật, do đó sợi tinh bột sẽ dễ bị đứt

I.5.6 Tính chất cơ cấu trúc của tinh bột:

 Giống như dung dịch các hợp chất cao phân tử khác hồ tinh bột có nhữngtính chất cơ cấu trúc nhất định như độ bền, độ dẻo, độ đàn hồi… các tính chất nàychịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác

 Khi tác động cơ học thì các cấu trúc đã bị phá hủy sẽ không được phục hồitheo thời gian, có nghĩa là ứng xuất trước giới hạn của hồ tinh bột sau khi phá hủycấu trúc sẽ liên tục bị giảm

 Khi lão hóa thường xảy ra sự tăng bền mạng cấu trúc của hệ thống tức làtăng tính chất cứng và giảm tính chất co dãn của hệ thống tinh bột

 Các chất đa điện ly có ảnh hưởng đến sự tạo cấu trúc và độ bền của tinh bột.Các chất polyacrylanat natri alginat, cacboxymetylcellulose khi thêm vào khungcấu trúc của hồ tinh bột 2% sẽ làm giảm độ bền cấu trúc và độ nhớt của hồ nhưnglại làm tăng tính đàn hồi và tính dẻo cũng như khả năng dính

 Khi bảo quản, nồng độ chất khô càng lớn thì quá trình tạo cấu trúc trong gel

sẽ xảy ra càng nhanh Vì do nồng độ đậm đặc sẽ có sự tiếp xúc mật thiết giữa cácphân tử với nhau nên có điều kiện thuận lợi để phát triển mạng cấu trúc Khi nhiệt

độ bảo quản gel càng cao thì quá trình tạo cấu trúc chậm lại

2

 Tính cơ cấu trúc của hồ tinh bột sẽ thay đổi khi thêm một lượng nhỏ cation

Ca2+, Mg2+, Na+…Độ bền của hồ tinh bột giảm xuống khi trong nước có các muốiCaSO4, MgSO4, NaCl

ở vị trí số 2,3 tạo nên dạng tinh bột trihydrat Lúc này có sự hiện diện các phân tửnước nên kích thước hạt tinh bột tăng lên

 Tùy thuộc vào cấu trúc các loại tinh bột khác nhau mà khả năng trương nởtrong điều kiện bão hòa sẽ mạnh hay yếu Thông thường tinh bột các loại hạttrương nở kém hơn so với tinh bột củ

 Ví dụ:độ tăng kích thước trung bình của mộtsố loại tinh bột khi ngâm trongnước như sau: tinh bột bắp 9.1%, tinh bột khoai tây 12.7%, tinh bột khoai mì28μm, được bao bằng.4%

I.6 Tương tác với chất khác

I.6.1 Khả năng đồng tạo gel với protein

 Tinh bột có thể tương tác với protein làm cho sản phẩm có những tính chất

cơ lý nhất định như độ đàn hồi, độ cứng cũng như khả năng giữ nước của proteintăng lên Tương tác giữa protein và tinh bột ở đây chủ yếu vẫn là liên kết hydro vàlực Van der Waals Trong trường hợp này cả protein và tinh bột đều sắp xếp lạiphân tử để tạo thành gel và tương tác với nhau, hay nói cách khác tinh bột có tínhchất đồng tạo gel với protein Tính nhờ khả năng này của tinh bột và các gelprotein trong các sản phẩm như kamaboko, giò,….có được những tính chất lưubiến hấp dẫn hơn

I.6.2 Khả năng phồng nở của tinh bột

 Khi tương tác với chất béo và sự tán trợ của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽtăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Ta đều biết chất béo là chất khôngcực, có khã năng xuyên thắm qua các vật liệu gluxit như tinh bột, xelluloza Khinhiệt độ tăng thì các tương tác kỵ nước giữa các chất béo phát triển rất mạnh nênchúng có khuynh hướng tụ lại với nhau do đó mà có khả năng xuyên qua các “cửaải” tinh bột Đồng thời nhiệt làm tinh bột hồ hóa và chín, nhưng không khí cũngnhư các khí có trong khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo do đó

2

sẽ giản nở và làm tinh bột phồng nở Các tinh bột amylopectin (tinh bột nếp) cócấu trúc chặt và khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phổng nở lớn hơn.Với các tinh bột oxy hóa (tinh bột tẩy trắng bằng chất oxy hóa) thì khả năng nàylại càng mạnh vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩmchứa tinh bột có kết cấu rất chặt Đó là cơ sở để sản xuất ra các sản phẩm nhưbánh phồng tôm, phồng nấm

II BIẾN HÌNH TINH BỘT:

 Trong thực tế sản xuất ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòihỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định Có sản phẩm cần tinhbột giàu amiloza, lại có sản phẩm cần tinh bột thuần nhất amilopectin Có sảnphẩm cấn dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, lại có sản phẩm cần dạng tinh bột bểnkhông bị thoái hóa khi ở nhiệt độ thấp Có loại sản phẩm cần độ dẻo, độ trong,ngược lại cũng có sản phẩm không mong muốn những tính chất đó Vì vậy, để còđược những loại hình tinh bột phù hợp, người ta phải biến hình tinh bột

 Nói chung, mục đích của biến hình là nhằm:

- Cải biến tính chất của sản phẩm

- Tăng giá trị cảm quan

- Tạo mặt hàng mới

 Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp sau:

- Phương pháp biến hình vật lý

- Phương pháp biến hình hóa học

- Phương pháp biến hình enzim

II.1 PHƯƠNG PHÁP BIẾN HÌNH VẬT LÝ:

II.1.1 Trộn với chất rắn trơ

 Ta đều biết tinh bột có ái lực đối với nước nhưng nếu hòa trực tiếp vàonước thì sẽ bị vón cục

 Có thể làm cho tinh bột hòa tan tốt nếu đầu tiên đem trộn nó với chất rắntrơ, các hợp chất ko phài ion như sacaroza… (dạng bột thuận lợi hơn) Khi trộnlẫn đồng đều với các chất này sẽ làm cho các hạt tinh bột (phân chia nhau) cách

2

biệt nhau về vật lý, do đó sẽ cho phép chúng hydrat hóa một cách độc lập và khôngkết lại thành cục

II.1.2 Biến hình bằng hồ hóa sơ bộ

 Tinh bột ban đầu được hồ hóa trong một lượng thừa nước sau đó sấy khô

Có thể sấy phun hoặc sấy thùng quay Dưới tác dụng của nhiệt độ, đúng hơn là tácdụng nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá hủy cấu trúc củahạt tinh bột khi hồ hóa, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khisấy sau này

 Tinh bột hồ hóa sơ bộ có những tính chất sau:

- Trương nhanh trong nước

- Biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản

- Bền khi ở nhiệt độ thấp

- Có độ đặc và khã năng giữ nước, giữ khí tốt

 Do đó người ta thường dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ này trong mọi trườnghợp khi cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu

 Tinh bột dạng này nếu đi từ tinh bột amilopectin(tinh bột nếp) thì sẽ làm tăng “độ tươi” cho sản phẩm, tăng độ trong suốt, độ đànhồi cũng như độ bền nhớt

 Dùng tinh bột hồ hóa sơ bộ còn tránh tổn thất cácchất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo và bảo vệ chất béo khỏi bị oxyhóa trong xúp khô, liên kết ẩm và ổn định ẩm trong các sản phẩm thịt

 Tinh bột hồ hóa sơ bộ (hay tinh bột trương) cũngđược dùng để huyền phú hóa các tinh bột, tinh bột thô cũng như các chất khônghóa tan tương tự khác Ete oxyt của itnh bột dưới dạng hồ hóa sơ bộ được sử dụngtrong sản xuất kem rất có hiệu quả

 Người ta còn nhận thấy amiloza hoặc tinh bột giàuamiloza (trên 60% AM) nếu khuếch tán vào nước dưới áp suất cao hơn áp suấtkhí quyển rồi sau đó sấy khô (trong sấy thúng quay) thì không hề bị thoái hóa,

 Người ta cũng rất thường dùng tinh bột hồ hóa sơ

bộ trong các ngành công nghiệp khác Chẳng hạn, người ta thường thêm tinh bộtdạng này vào các dung dịch khoan (khi khoan giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dungdịch khoan một lượng nước cần thiết

II.1.3 Biến hình tinh bột bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao

 Dextrin là sản phẩm phân giải nửa vời của tinh bột không kể đến phươngpháp thu nhận Về bàn chát, dextrin là những mảnh phân tử tinh bột có dạng mạchthẳng, mạch phân nhánh hoặc mạch vòng

2

 Dựa vào phương pháp thu nhận dextrin, có thể phân ra bốn nhóm:

- Dextrin thu được bằng tác dụng của enzim amilaza trên tinh bột

- Dextrin thu được bằng tác dụng của vi khuẩn Bacillus macerans trêntinh bột (dextrin chardinger)

- Dextrin thu được bằng tác dụng thủy phân của axit trong môi trườngnước

- Dextrin thu được bằng gia nhiệt khi có mặt một ít axit hoặc gia nhiệtkhô gọi là pirodextrin

 Thực tế, pirodextrin thu được khi gia nhiệt tinh bộtkhô ở nhiệt độ 175 – 1950 C trong thời gian 7 – 18μm, được bao bằngh

 Phương pháp chế tạo pirodextrin như sau Phunaxit (với lượng 0.05 – 0.15% trọng lượng tinh bột) vào tinh bột có độ ẩm khoảng5% Có thể dùng AlCl3 làm xác tác Cũng có thể thêm các tác nhân kiềm tính nhưcanxi phosphat và natri bicacbonat hoặc trietanolamin làm chất đệm (để làm giảmbớt độ axit khi ở nhiệt độ cao) Sau khi sấy nhẹ tinh bột đến độ ẩm 1 – 5% thì tiếnhành dextrin hóa trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi, bằng dầu hoặc đốt nóngtrực tiếp Khi dextrin hóa xong thì làm nguội

 Khi dextrin hóa thường xảy ra hai phản ứng sau:

- Phản ứng phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp

- Phản ứng tái trùng hợp các sản phẩm vừa tạo thành ở trên chủ yếu bằngliên kết 1 – 6 đến cấu trúc có độ phân nhánh cao

 Ở giai đoạn đầu, phản ứng thủy phân là chủ yếu, vì

độ nhớt của tinh bột lúc này bị giảm rất mạnh Khi nhiệt độ tăng lên thì phản ứngtái trùng hợp mới trở thành chính Ngoài ra khi ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứngchuyển glucozit; các liên kết 1 – 4 glucozit không bền ở trong amiloza lúc này sẽchuyển thành liên kết 1 – 6 bền hơn

 Khi nghiên cứu các sản phẩm phản ứng dextrin hóaamiloza, ngưới ta thấy ngoài liên kết α, D (1 →4) có trong amiloza ban đầu, cònliên kết α, D (1 →6), ß, D (1 →6) và α, D (1 →2) bên cạnh nhóm cuối 1 →6anhydro ß, D – glucopiranoza

 Có thể nhóm OH ở C6 của cùng một đơn vịglucoza (a), hoặc của đơn vị glucoza bên cạnh cùng mạch (b), hoặc của đơn vịglucoza khác mạch (c) đã tấn công liên kết glucozit đẻ tạo ra lêvoglucozan (I) (cóliên kết ß, D (1 →6) – anhydroglucopiranozit) hoặc tạo ra sản phẩm có mạchnhánh kiểu (II) hoặc kiểu (III) ( có liên kết α, D (1 →6) – glucopiranozit):

2

 Levoglucozan vừa tạo ra, cũng có thể tương tác vớimột mạch polyglucozit khác để tạo ra mạch phân nhánh kiểu (IV) có liên kết ß, D(1 →2) – glucopiranozit) nhất là khi không còn ẩm

 Phụ thuộc vào nhiệt độ (điều kiện dextrin hóa) ta sẽthu được dextrin trắng ( 95 – 120 oC), dextrin vàng ( 150 – 18μm, được bao bằng0 oC), pirodextrin( 170 – 195 oC)

 Dextrin trắng có độ hòa tan trong nước lạnh thayđổi từ 0% - 90% và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%

 Dextrin vàng thường có từ vàng nhạt đến nâu sẫm

và có độ hòa tan rất đáng kể Dextrin vàng được tạo ra do phản ứng tái trùng hợp

và phản ứng chuyển glucozit nên phân tử có mức độ phân nhánh trung bình trên20%

 Pirodextrin có mức độ phân nhánh từ 20 – 25% và

có khối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng bền hơn

 Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kếtcác bề mặt đồng nhất và không đồng nhất Người ta thường dùng dextrin làm chấtliên kết và chất keo dính để pha sơn Do dextrin có độ nhớt thấp nên có thể dùng ởnồng độ cao mà vẫn bền Độ hòa tan của dextrin trong nước lạnh cao hơn tinh bột

 Người ta thường dung dextrin trắng, dextrin vàng

và pirodextrin để pha keo dán phong bì, nhãn chai, băng dính,thùng cactong…

 Nhiều keo dextrin có thêm phụ gia để làm biến đổitính chất của dung dịch và của màng dextrin Natritetraborat là một trong nhữngphụ gia được dùng rộng rãi cùng với dextrin Natri tetraborat là một trong nhữngphụ gia được dùng rộng rãi cùng với dextrin Có thể thêm borax đến 20% khốilượng keo Thêm borax sẽ làm tăng độ nhớt của dung dịch dextrin, tăng độ bền vàkhả năng dính cỉa nó Đường, mật rỉ, glycerin và các hợp chất polyhydroxyl thêmvào keo dextrin để tăng tính dẻo củng màng và giảm độ giòn khi độ ẩm thấp

các thuốc nhuộm sợi Các thuốc nhuộm này thường là dung dịch nước của các hóachất và chất màu hoặc sắc tố Pirodextrin không chỉ lảm đặc thuốc nhuộm mà cònlàm thay đổi tính chất lưu biến của nó

2

 Do hòa tan tốt trong nước lạnh nên các dextrincũng được dùng làm chất mang các thành phần hoạt động như các bột thực phẩm.Người ta cũng dùng làm dung môi và chất mang các chất màu

 Trong công nghiệp dược, dextrin trắng được dùnglàm nguồn thức ăn cacbon đồng hóa chậm thay cho glucoza khi điều chế một sốkháng sinh bắng phương pháp lên men

II.2 Biến hình bằng phương pháp hóa học

II.2.1 Biến hình bằng axit

 Dưới tác dụng của axit một phần các liên kết giữa các phân tử vàtrong phân tử tinh bột bị đứt Do đó làm cho kich thước phân tử giảm đi và tinhbột thu được những tính chất mới

 Trong sản xuất công nghiệp, người ta cho khuếch tán tinh bột (huyềnphù tinh bột 12-15Bx) trong dung dịch axit vô cơ có nồng độ 1-3%, rồi khuấyđều ở nhiệt độ 50-550C trong 12-14 h Sau đó trung hòa, lọc rữa và sấy khô

 Tinh bột biến tính bằng axit so với tinh bột ban đầu có những tính chất sau:

 Giảm ái lực với iot

 Độ nhớt đặc trưng bé hơn

 Áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé hơn

 Khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương nở kém hơn

 Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì độ hòa tan cao hơn

 Nhiệt độ hồ hóa cao hơn

 Chỉ số kiềm cao hơn

 Ứng dụng: vì có độ nhớt thấp nên được dùng trong công nghiệp dệt để hồ sợi, sản xuất kẹo đông, làm bóng giấy để tăng chất lượng in và mài mòn

Có 2 phương pháp biến hình bằng axit đó là:

 Biến hình bằng axít trong môi trường ancol

 Biến hình bằng axít trong môi trường nước

II.2.1.1 Nghiên cứu phương pháp biến hình bằng phương pháp axít trong môi trường ancol.

 Tạo ra những sản phẩm tinh bột mạch ngắn hơn, các dextrin hoặccác đường Trong môi trường ancol như etanol hoặc metanol, do các ancol này

có độ phân cực nhỏ hơn nước nên độ phân ly của axit tham gia xúc tác cũng nhỏhơn; do đó phản ứng thủy phân làm biến dạng tinh bột diễn ra chậm hơn so vớitrong môi trường nước Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh và khống chế quátrình biến hình tinh bột để tạo ra các sản phẩm có mạch phân tử mong muốnmột cách dễ dàng hơn và đạt hiệu suất thu hồi cao hơn

II.2.1.2 Nghiên cứu biến hình tinh bột bằng phương pháp axit trong môi trường nước

Qui trình theo phương pháp Ali và Kemf:

Hình: Qui trình biến hình tinh bột bằng axit theo phương pháp Ali và Kemf

 Biến hình trong môi trường etanol, metanol đắt tiền, tái chế phức tạp,thời gian dài, tốn nhiều thiết bị, giá thành cao Biến hình bằng axit trong môitrường nước khắc phục được những nhược điểm trên

 Tinh bột khô được phân tán trong nước thành dịch huyền phù với nồng

độ 33% và biến hình với xúc tác là dung dịch axit HCl 0,5N ở 500C trongđiều kiện khuấy trộn liên tục Khi biến hình kết thúc, trung hòa bằng dungdịch NaOH 1N đến trung tính và rửa sạch tinh bột bằng máy li tâm siêutốc và nước nhiều lần.Cuối cùng là sấy, nghiền, rây để thành phẩm cóW<12%

Dung dịch HCl 0.5N

Nước lọc

Thành phẩm

Nước

2

trình b i ến hình

+ Ảnh hưởng của hàm lượng axit và thời gian biến hình đến Pn và độ hòa tanCác mẫu tinh bột biến hình được chuẩn bị theo qui trình trên với các mức thời gian

30, 60, 90 và 120 phút Hàm lượng axit HCl 0,5N thay đổi ở các mức 50, 100, 150

và 200 ml Nồng độ sữa tinh bột chọn là 33%, nhiệt độ biến hình 500C

 Kết luận: Hàm lượng axit và thời gian càng tăng thì Pn càng giảm và độhòa tan càng tăng

 Giải thích:

 Hàm lượng HCl tăng thì càng có nhiều H+ tấn công vào mạch tinh bột,tinh bột bị phân cách càng nhiều, số lượng gốc glucozơ có trong 1 mạch tinhbột càng giảm Vì vậy, mức độ trùng hợp giảm Còn khi thời gian biến hìnhcàng dài thì H+ càng có điều kiện để xâm nhập và tái xúc tác vào các vị trí bêntrong mạch tinh bột nên mức độ phân cắt cao hơn Pn giảm, nên số lượngmạch ngắn tăng, tức khối lượng phân tử của tinh bột giảm, làm dễ dàngchuyển dịch hơn mạch dài nên khả năng khuyếch tán vào nước dễ hơn và hòatan tốt hơn

 Mức độ phân cắt của tinh bột khác nhau thì khác nhau, tinh bột sắn đạt Pnthấp nhất

 Tinh bột sắn biến hình có độ hòa tan cao nhất vì trong quá trình biến hình,

Pn giảm rất nhanh nên mạch ngắn tăng nhiều, kích thước phân tử nhỏ hơn nênkhả năng khuyếch tán và dễ hòa tan trong nước hơn

b)Vi ả nh c ủa tinh b ộ t biến hình qua kính hiển vi điện tử quét:

 Hình dạng cơ bản sau khi biến hình tinh bột có sự thay đổi, có kích thướclớn hơn, bề mặt ngoài vỏ sần sùi hơn, có nhiều lỗ nhỏ, hoặc bị trầy sướt

2

Hình :Vi ảnh tinh bột ngô ở 300C, nồng độ 5%, độ phóng đại 3000X

Hình : Vi ảnh tinh bột ngô ở 500C, nồng độ 5%, độ phóng đại 3000X

Hình: Vi ảnh tinh bột ngô ở 600C, nồng độ5%, độ phóng đại 3000X

 Kích thước vi ảnh của 3 loại tinh bột biến hình đều tăng rõ rệt, mức độ biếnhình càng tăng thì kích thước càng tăng

 Giải thích:

 Các H+ xâm nhập vào trong vỏ bằng khuếch tán và tiến hành phân cắt cácphân tử tinh bột bên trong hạt Tạo ra những phân tử ngắn hơn, nhưng số lượngphân tử mạch ngắn sẽ tăng làm tăng thể tích của các vi hạt Do đó kích thước vihạt tinh bột tăng lên trong toàn bộ mẫu

2

c) Sự thay đ ổ i nhiệt độ h ồ h óa t r o n g q uá tr ì nh biến hình.

 Trong quá trình biến hình có sự thay đổi lớn về cấu trúc mạch tinh bộtlàm cho nhiệt độ hồ hóa bị thay đổi.Nói chung tinh bột nào có mức độ phâncắt cao hơn thì nhiệt độ hồ hóa cao hơn

 Giải thích:

 Khi bị phân cắt thành những phân tử nhỏ hơn, mạch ngắn hơn nhưngkhông đồng đều Do mạch phân tử tinh bột biến hình có kích thước ngắn hơnnên dễ dàng xắp sếp chặc chẽ hơn làm cản trở quá trình hydrat hóa và trương

nở của tinh bột Mặc khác cũng có thể là do lúc đó trong hạt, mức độ có trật tựcủa các mixen đã tăng lên, các mạch tinh bột nằm trong vùng vô định hình

bị thủy phân nên các mixen đó đã liên kết với nhau, tạo ra những mảng mạchkhá lớn và vì vậy làm nhiệt độ hồ hóa tăng lên

II.1.2 Biến hình tinh bột bằng kiềm

 Trong môi trường kiềm, tinh bột hòa tan rất dễ vì kiềm làm ion hóatừng phần và do đó làm cho sự hydrat hóa tốt hơn Kiềm có thể phá hủy tinh bột

từ đầu nhóm cuối khử thông qua dạng enol Sự phá hủy kiềm cũng có thể xảy

ra ngẫu nhiên ở giữa mạch nhất là khi có mặt oxi và có gia nhiệt Sản phẩm bánhgio là kết quả của sự biến hình tinh bột bằng kiềm dựa trên nguyên lí đó.Trong thực tế người ta thường xử lí hạt gạo nếp bằng một hỗn hợp các oxytkim loại của nước tro có tính kiềm vừa phải và hài hòa (trong thành phần củanước tro thường có các oxyt như K2O, Na2O, MgO, CaO, Fe2O3 Sau đógói lại và nấu Sản phẩm thu được chẳng những có trạng thái đồngthể,nhuyễn, mịn, dai, dẻo mà có màu nâu đẹp, được bổ sung thêm nhữngnguyên tố có trong tro

II.1.3 Biến hình tinh bột bằng oxi hóa

Thông thường tinh bột được oxi hóa bằng hypoclorit Cho dung dịchNatrihypoclorit có chứa 5-10% clo tự do (hoặc nước javel) vào huyền phù tinh bột

có nồng độ 20-240Be và có pH= 8μm, được bao bằng-10 (bằng cách thêm NaOH loãng, nếu pH caohơn thì mức độ oxi hóa bị giảm) Khuấy đều ở nhiệt độ 210C đến 38μm, được bao bằng0C Sau khi đạtđược mức độ oxi hóa cần thiết (thường 4-6h) trung hòa huyền phù dịch tinh bộtđến pH= 6-6,5 Tách clo tự do bằng dung dịch natribisufit Rữa tinh bộtbằng nước, lọc rồi sấy đến độ ẩm 10-12%

 Nét đặc trưng của tinh bột đã được oxi hóa là độ trắng: tinh bột càng trắngthì mức độ oxi hóa càng cao

 Trong phân tử của tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm cacboxyl và cacbonyl,đồng thời xảy ra phân ly một số liên kết D-glucozit, do đó làm giảm kích thướcphân tử

2

 Nếu mức độ oxi hóa khá cao thì hạt trong quá trình hồ hóa bị phá hủy hoàntoàn và tạo ra dung dịch trong suốt Nếu đưa lên bảng kính lớp hồ rất mỏng củatinh bột oxi hóa rồi để khô thì thu được màng mềm, rất trong và rất dễ hòa tan.Tinh bột oxi hóa được sử dụng để hồ bề mặt trong công nghiệp sản xuất giấy, để

hồ sợi bông, sợi pha và tơ nhân tạo trong công nghiệp dệt, chất làm đặc trong côngnghiệp thực phẩm

2

Bảng II.1 Tiêu hao chất oxi hóa (kg/ 1tấn chất khô tinh bột )

Tinh bột Chất oxi hóa HCl (khí ) NaOH (tinh thể) Na2CO3

KBrO3 6 2,6-8μm, được bao bằng,9 2,9-8μm, được bao bằng,9

KMnO4 8μm, được bao bằng 12 13,2

 Nghiên cứu biến hình tinh bột bằng phương pháp oxi hóa

 Nghiên c ứ u sự thay đ ổ i hình d ạ ng v à kích t h ước c ủ a ti n h b ộ t s ắ n dây tro

n g q u á trình oxi h ó a

 Sự thay đổi hình dạng và kích thước tinh bột bằng phương pháp biến hìnhoxi hóa gần như cùng qui luật với phương pháp oxi hóa Nghĩa là sau khi biếnhình thì kích thước hạt tinh bột tăng lên, còn hình dáng bên ngoài thì gần nhưkhông đổi Như vậy thì chất xúc tác axit hay chất xúc tác oxi hóa không phá vỡ hạttinh bột mà xâm nhập vào bên trong hạt bằng cách khuếch tán qua lớp vỏ hạt

 Sự thay đổ i nhiệt độ hồ hóa trong q u á trình b i ến hình

 Tinh bột oxi hóa có sự thay đổi lớn về cấu trúc mạch tinh bột và kích thước củahạt do đó nhiệt độ hồ hóa cũng bị thay đổi

 Kết quả cho thấy: Các hạt tinh bột oxi hóa có nhiệt độ hồ hóa thấp hơnnhiệt độ tinh bột ban đầu.( nhiệt độ hồ hóa của nguyên liệu sắn dây ban đầu:60,030C) Mức độ oxi hóa càng cao thì nhiệt độ hồ hóa càng giảm

 Giải thích: Quá trình oxi hóa tinh bột, tạo thành các nhóm cacboxyl vàcacbonyl và sự đứt liên kết glucozit tạo thành các phân tử tinh bột có mạch ngắnhơn Ngoài ra do tạo thành các ion liên kết với tinh bột sẽ ảnh hưởng đến độ bềncủa các liên kết hydro giữa các yếu tố cấu trúc bên trong của hạt Do đó sự hiệndiện của các nhóm cacboxyl tích điện âm cùng dấu sẽ đẩy nhau làm lung lay cấutrúc bên trong của hạt, kết quả làm nhiệt độ hồ hóa của tinh bột biến hình giảm

 Mức độ oxi hóa càng tăng, sự cắt mạch và số nhóm cacboxyl, cacbonyl tạothành càng lớn nên cấu trúc bên trong hạt càng kém bền, nên nhiệt độ hồ hóa củatinh bột càng giảm Sự thay đổi nhiệt độ hồ hóa trong trường hợp này hoàn toàn

2

trái ngược với biến hình bằng phương pháp axit

II.1.4 Biến hình tinh bột bằng xử lí tổ hợp để thu nhận tinh bột keo đông

 Cho vào huyền dịch tinh bột có nồng độ 24-250Be và có nhiệt độ 42-450C

(Pha tinh bột với nước ấm có t0= 500C) dung dịch HCl 10% với lượng 1-15% so với

huyền dịch Khuấy đều liên tục huyền dịch tinh bột rồi cho dung dịch Kalipermanganate 5% (0,15-1,25 % so với khối lượng khô của tinh bột) và cất giữ ở nhiệt

độ trên cho đến khi mất màu thường không quá 20 phút) Sau đó gạn và rửa tinh bộtbằng nước cho đến khi nước rửa không còn phản ứng axít Kết quả cùng với sự tăng

mức độ biến hình thì khối lượng phân tử tinh bột, độ nhớt và nhiệt độ hồ hóa sẽ giảm.

 Tinh bột biến hình này có khả năng keo đông cao, không còn mùi đặc biệt và có

độ trắng cao.Dùng tinh bột keo đông làm chất ổn định trong sản xuất kem, dung thaythế aga-aga và agaroit

II.1.5 Biến hình bằng cách tạo liên kết ngang:

 Tinh bột sẽ thu được tính chất mới khi cho tác dụng với axít boric Khi đó 4nhóm OH của 2 mạch tinh bột nằm gần nhau sẽ tạo thành phức với axít boric Nóicách khác khi đó giữa các mạch polyglucozit sẽ tạo ra các liên kết ngang như tronghình Tinh bột thu được sẽ dai hơn, dòn và cứng hơn Nói chung phân tử bất kì nào cókhả năng phản ứng với hai (hay nhiều hơn) nhóm hydroxyl đều tạo ra được liên kếtngang giữa các mạch tinh bột

 Các tinh bột có liên kết ngang còn là thành phần của dung dịch sét để

khoan dầu mỏ, thành phần của sơn, của gốm, làm chất kết dính cho các viên than, làmchất mang các chất điện di trong pin khô