quy trình sản xuất tinh bột ấu

Sau đó khảo sát hàm lượng protein, hiệu suất thu hồi và độ trắng của tinh bột thành phẩm để xác định được khả năng ảnh hưởng đến sự phân cắt liên kết giữa protein và tinh bột, sự ảnh hưở

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

NGÔ THANH TRÚC

QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT ẤU

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆTHỰC PHẨM

Cần Thơ, 5- 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT ẤU

MSSV: C1200665 Lớp: CNTP K38

Cần Thơ, 5- 2014

Đề tài “Quy trình sản xuất tinh bột ấu” do Ngô Thanh Trúc thực hiện Luận văn

đã báo cáo trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đại học và được hội đồng thông qua

Giáo viên hướng dẫn Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Chủ tịch hội đồng

Nguyễn Nhật Minh Phương

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Sinh viên thực hiện

Ngô Thanh Trúc

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Nguyễn Nhật Minh Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ kiến thức chuyên môn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và tốt nhất để em có thể hoàn thành bài luận văn này

Em xin cám ơn cô Nguyễn Thị Thu Thủy đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình làm thí nghiệm để em có thể hoàn thành tốt các thí nghiệm

Em xin được cám ơn các bạn trong phòng thí nghiệm D109 đã nhiệt tình giúp đỡ

em trong quá trình làm thí nghiệm

Dù đã cố gắng hết sức nhưng kiến thức về mặt chuyên môn còn nhiều hạn chế nên bài luận văn không tránh khỏi nhiều sai sót, mong quí thầy cô bỏ qua và đóng góp ý kiến để bài luận văn này được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin kính chúc quí thầy cô và các bạn nhiều sức khỏe và thành công trong cuộc sống

Một lần nửa em xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Ngô Thanh Trúc

TÓM LƯỢC

Đề tài “Quy trình sản xuất tinh bột ấu” được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm Củ ấu với một hàm lượng tinh bột cao gần 50% được xử lý cẩn thận (ngâm, rửa, bóc vỏ, gọt bỏ lớp vỏ đen kế lớp thịt ấu, rửa lại, cắt khúc) rồi cho ngâm trong dung dịch NaHSO 3 với các nồng độ 0; 0,4; 0,5 và 0,6% trong các thời gian 0; 30; 45 và 60 phút Sau đó khảo sát hàm lượng protein, hiệu suất thu hồi và độ trắng của tinh bột thành phẩm để xác định được khả năng ảnh hưởng đến sự phân cắt liên kết giữa protein và tinh bột, sự ảnh hưởng của NaHSO 3 và thời gian ngâm đến độ trắng của tinh bột đồng thời dựa vào đó tìm ra nồng độ NaHSO 3 và thời gian ngâm thích hợp nhất

Bên cạnh đó, tìm ra phương pháp phân tách tinh bột tối ưu nhất giữa 2 phương pháp lắng và ly tâm nhằm mục đích nâng cao hiệu suất thu hồi của quá trình và sản xuất được tinh bột có độ trắng đạt yêu cầu Để xác định được độ trắng của tinh bột,

sử dụng phần mềm colorschemer studio 2 đo hệ màu R, G, B sau đó chuyển sang hệ

L, a, b Giá trị L là độ trắng cần xác định

Khảo sát sự ảnh hưởng của các chế độ nhiệt khác nhau ảnh hưởng đến độ trắng của tinh bột thành phẩm trong quá trình sấy khô tinh bột ướt bằng dòng không khí nóng có nhiệt độ 45, 50, 55 và 60 0 C Độ trắng của mẫu cũng được xác định dựa trên giá trị L

Kết quả thí nghiệm cho thấy ở nồng độ NaHSO 3 0,5 % và ngâm nguyên liệu trong dung dịch NaHSO 3 với thời gian 60 phút sẽ góp phần làm giảm hàm lượng protein trong tinh bột, nâng cao hiệu suất thu hồi tinh bột của quy trình Đồng thời phương pháp ly tâm giúp nâng cao hiệu suất thu hồi tinh bột và độ trắng của tinh bột thành phẩm khi thực hiện tách tinh bột với phương pháp ly tâm đạt kết quả tốt nhất Trong quá trình sấy khô tinh bột ướt đến độ ẩm 12 – 14% nhiệt độ sấy tối ưu được chọn là

55 0 C Sấy ở nhiệt độ này, tinh bột thành phẩm thu được có màu trắng nhất

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III TÓM LƯỢC IV MỤC LỤC V DANH SÁCH HÌNH IX DANH SÁCH BẢNG XI

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1.ĐẶTVẤNĐỀ 1

1.2.MỤCTIÊU 2

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1.TỔNGQUANVỀNGUYÊNLIỆUẤU 3

2.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm 3

2.1.2 Thành phần hóa học và tác dụng 4

2.1.2.1 Thành phần hóa học 4

2.1.2.2 Tác dụng chữa bệnh và một số cách trị bệnh từ củ ấu 5

2.1.3 Ấu độc (Ấu tàu) 6

2.2 TINH BỘT 7

2.2.1 Cấu tạo của tinh bột 8

2.2.1.1 Amylose 9

2.2.1.2 Amylopectin 11

2.2.2 Tính chất của tinh bột 13

2.2.2.1 Tính chất vật lý 13

2.2.2.2 Tính chất hóa học 17

2.3 NATRI BISULFITE (NaHSO3) 26

2.3.1 Tổng quan 26

2.3.2 Ứng dụng 26

2.3.2.1 Ứng dụng trong thực phẩm 26

2.3.2.2 Ứng dụng trong công nghiệp 27

2.4.MỘTSỐQUÁTRÌNHCƠBẢNTRONGSẢNXUẤTTINHBỘT 27

2.4.1 Nghiền 27

2.4.2 Ly tâm 28

2.4.2.1 Giới thiệu chung 28

2.4.2.2 Cơ sở khoa học 28

2.4.2.3 Tiến hành ly tâm 28

2.4.3 Sấy 28

2.4.3.1 Giới thiệu chung về quá trình sấy 28

2.4.3.2 Các giai đoạn của quá trình sấy 29

2.4.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 29

2.5.QUYTRÌNHSẢNXUẤTTINHBỘTTHAMKHẢO 30

2.5.1 Sơ đồ quy trình 30

2.5.2 Giải thích quy trình 31

2.5.2.1 Nguyên liệu 31

2.5.2.2 Ngâm - Rửa - Tách vỏ - Cắt khúc - Ngâm lần 2 31

2.5.2.3 Nghiền 32

2.5.2.4 Tách dịch bào và rửa tách tinh bột 32

2.5.2.5 Tách tinh bột khỏi nước dịch 32

2.5.2.6 Tinh chế sữa tinh bột 32

2.5.2.7 Rửa tinh bột và lắng 33

2.5.2.8 Sấy 33

2.5.2.9 Nghiền mịn 33

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 34

3.1.1 Thời gian và địa điểm 34

3.1.2 Nguyên liệu 34

3.1.3 Thiết bị, dụng cụ 34

3.1.4 Hóa chất 34

3.2.PHƯƠNGPHÁPTHÍNGHIỆM 34

3.2.1 Quy trình thí nghiệm 34

3.2.2 Phương pháp phân tích số liệu 36

3.2.2.1 Đạm tổng số 36

3.2.2.2 Màu sắc 36

3.2.2.3 Hàm lượng ẩm 36

3.2.2.4 Hiệu suất thu hồi 36

3.3.NỘIDUNGTHÍNGHIỆM 36

3.3.1 Thí nghiệm 1 36

3.3.2 Thí nghiệm 2 38

3.3.3 Thí nghiệm 3 40

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NaHSO3 VÀ THỜI GIAN NGÂM ĐẾN HÀM LƯỢNG PROTEIN, HIỆU SUẤT THU HỒI VÀ ĐỘ TRẮNG TINH BỘT THÀNH PHẨM 43

4.1.1 Hàm lượng protein trong tinh bột 43

4.1.2 Hiệu suất thu hồi tinh bột 46

4.1.3 Độ trắng của tinh bột 48

4.2.ẢNHHƯỞNGCỦAPHƯƠNGPHÁPTHUHỒIĐẾNHIỆUSUẤTVÀĐỘ TRẮNGTINHBỘTTHÀNHPHẨM 50

4.3.ẢNHHƯỞNGCỦACHẾĐỘSẤYĐẾNMÀUSẮCTINHBỘT 52

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

5.1.KẾTLUẬN 55

5.2.KIẾNNGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 1: TIÊU CHUẨN CHẤT LƯỢNG TINH BỘT XII PHỤ LỤC 2: THỜI GIAN TIẾP XÚC CỦA TINH BỘT VỚI NƯỚC DỊCH ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TRẮNG CỦA TINH BỘT XIII PHỤ LỤC 3: CÁCH KIỂM TRA HÀM LƯỢNG PROTEIN TRONG TINH BỘT THÀNH PHẨM ( PHƯƠNG PHÁP KIJELDAHL) XIV 1 Vô cơ hóa mẫu xiv

2 Lôi cuốn đạm xiv

3 Chuẩn độ xiv

4 Tính toán kết quả xiv

5 Xác định hàm lượng protein xv

PHỤ LỤC 4: PHƯƠNG PHÁP ĐO MÀU COLORSCHEMER STUDIO 2 XVI PHỤ LỤC 5: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT THU HỒI TINH BỘT XVIIII PHỤ LỤC 6: KẾT QUẢ THỐNG KÊ XVIIIII 1 Ảnh hưởng của thời gian ngâm và nồng độ NaHSO3 đến hàm lượng protein trong tinh bột thành phẩm, hiệu suất thu hồi và độ trắng của tinh bột thành phẩm xviii

2 Ảnh hưởng của phương pháp thu hồi đến hiệu suất và độ trắng của tinh bột thành phẩm xx

3 Ảnh hưởng của chế độ sấy đến độ trắng của tinh bột thành phẩm xx

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 Cây ấu 3

Hình 2 Củ ấu trụi 3

Hình 3 Củ ấu gai 3

Hình 4 Ấu sừng trâu 3

Hình 5 Cây ấu tàu 7

Hình 6 Củ ấu tàu 7

Hình 7 a) Tinh bột và b) mô hình cấu tạo của tinh bột 7

Hình 8 a) Cấu tạo phân tử amylose và b) Mô hình phân tử amylose 10

Hình 9 Các phân tử iot sắp xếp trong trục xoắn ốc của amylose 10

Hình 10 a) Cấu tạo phân tử amylopectin và b) Mô hình phân tử amylopectin 12

Hình 11 Sơ đồ hồ hóa tinh bột 14

Hình 12 Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột 14

Hình 13 Sơ đồ thủy phân tinh bột 17

Hình 14 Sơ đồ sản phẩm phản ứng thủy phân tinh bột 18

Hình 15 Enzyme  - amylase 19

Hình 16 Sơ đồ tác dụng của của hệ enzyme amylase lên tinh bột 20

Hình 17 Sơ đồ tương quan giữa các dextrin 21

Hình 18 Quá trình thủy phân tinh bột xúc tác bởi enzyme  amylase 22

Hình 19 Enzyme - amylase 22

Hình 20 Cơ chế tác dụng của  - amylase lên tinh bột 23

Hình 21 Enzyme glucoamylase 23

Hình 22 Quy trình sản xuất tinh bột tham khảo 30

Hình 23 Quy trình thí nghiệm sản xuất tinh bột ấu 35

Hình 24 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 38

Hình 25 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 40

Hình 26 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 42

Hình 27 Kết quả hàm lượng protein của các mẫu khi xử lý nồng độ NaHSO3 và thời gian ngâm khác nhau 44

Hình 28 Hiệu suất thu hồi tinh bột dựa trên nồng độ NaHSO3 và thời gian ngâm

khác nhau 48 Hình 29 Độ trắng của tinh bột ở các nhiệt độ sấy khác nhau 53

DANH SÁCH BẢNG Bảng 1 Hàm lượng tinh bột trong một số loại thực vật 4 Bảng 2 Thành phần hóa học trong 100 g củ ấu 5 Bảng 3 Hàm lượng amylose và amylopectin trong một số loại tinh bột 8 Bảng 4 Hiệu suất cực đại của oligosaccharide với mức độ thủy phân tinh bột khác

nhau 18 Bảng 5 Hàm lượng theo phần trăm chất khô của ngô trước và sau khi ngâm 31 Bảng 6 Kết quả hàm lượng protein của các mẫu xử lý NaHSO3 và thời gian ngâm

khác nhau 43 Bảng 7 Hiệu suất thu hồi tinh bột theo từng chế độ ngâm NaHSO3 và thời gian

ngâm khác nhau 46 Bảng 8 Độ trắng tinh bột thành phẩm 49 Bảng 9 Phương pháp phân tách tinh bột ảnh hưởng đến hiệu suất và độ trắng tinh

bột thành phẩm 50 Bảng 10 Độ trắng của tinh bột ở các nhiệt độ sấy khác nhau 53

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong cuộc sống chúng ta không thể phủ nhận được những đóng góp vô cùng hữu ích của tinh bột Trong dinh dưỡng con người tinh bột được biết đến như là chất tạo nguồn năng lượng chính cho hoạt động của cơ thể vì trong quá trình tiêu hóa tinh bột được chuyển hóa thành đường glucose tạo ra một lượng lớn calo cung cấp cho các hoạt động sống hằng ngày của cơ thể Bên cạnh đó trong các lĩnh vực khác tinh bột cũng chiếm giữ một vị trí vô cùng quan trọng và cần thiết Trong công nghiệp thực phẩm tinh bột được dùng làm phụ gia trong công nghệ sản xuất bánh kẹo, đồ hộp, tinh bột được biết đến như 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 cấu trúc cứng chắc và đàn hồi cho nhiều thực phẩm Người ta còn ứng dụng tinh bột trong công nghệ xử lý nước thải, trong xây dựng tinh bột được dùng làm chất gắn kết bê tông, tăng tính liên kết cho đất sét, đá vôi, dùng làm keo dính gỗ, phụ gia sản xuất ván ép, phụ gia cho sơn Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm tinh bột được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt

và tá dược Trong công nghiệp giấy, tinh bột được dùng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em Trong công nghiệp dệt tinh bột dùng trong đồ vải sợi, in Ứng dụng trong nông nghiệp tinh bột được dùng làm chất trương nở, giữ ẩm cho đất và cây trồng chống lại hạn hán Ngoài ra tinh bột được dùng làm màng plastic phân hủy sinh học, thuộc da, keo nóng chảy, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại,

Ngày nay chúng ta đang áp dụng nhiều quy trình tiên tiến để sản xuất ra các loại tinh bột có chất lượng cao nhằm phục vụ cho nhu cầu của con người trong cuộc sống hiện đại hóa Nguồn nguyên liệu thường dùng để sản xuất tinh bột là các loại

củ chứa hàm lượng tinh bột cao như khoai mì (21,5%), khoai lang (27,9%), khoai tây (18,5%), Đặc biệt là củ ấu với gần 50% tinh bột Củ ấu là một loại nguyên liệu gần gũi phổ biến với người dân vùng đồng bằng sông nước, nguồn nguyên liệu dồi dào dễ tìm kiếm, giá rẻ và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Kết hợp những đặc tính nổi trội từ củ ấu cùng sự cần thiết của tinh bột trong cuộc sống từ đó phát triển nền công nghiệp sản xuất tinh bột từ củ ấu là rất cần thiết và hữu ích Tuy nhiên việc sản xuất tinh bột từ củ ấu cũng gặp một số khó khăn như tách vỏ, phương pháp thu hồi tinh bột nhằm đạt hiệu suất cao hay các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tinh sạch bột từ củ ấu

Vì tính cấp thiết của việc đa dạng hóa các sản phẩm từ nguyên liệu ấu cũng như gia tăng sản phẩm tinh bột từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nên việc khảo sát đề tài “Quy trình sản xuất tinh bột ấu” là vô cùng cần thiết

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu của đề tài là đề ra quy trình cơ bản trong việc sản xuất tinh bột từ củ ấu với các thông số tối ưu

Nội dung khảo sát của đề tài gồm:

- Khảo sát khả năng sử dụng NaHSO3 để phá vỡ liên kết giữa tinh bột và protein

- Khảo sát phương pháp để nâng cao hiệu suất thu hồi tinh bột từ củ ấu

- Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến màu sắc tinh bột thành phẩm

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU ẤU

2.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm

Củ ấu gồm vài loài thực vật thuộc chi Trapa có tên khoa học là Trapa bicornis L –

Hydrocaryaceae (hình 1) Chúng là cây thủy sinh thân ngắn và có lông, bản địa ở

miền ôn đới Âu - Á và Phi Châu thường mọc ở vùng nước đọng không quá 5 m chiều sâu Ở Việt Nam ghi nhận có ít nhất ba loài: ấu trụi có hai sừng tù được trồng nhiều ở Hải Phòng (hình 2), ấu gai đặc tính của giống ấu này là vỏ mỏng ruột lớn ngọt bùi hơn các giống ấu khác, có hai sừng nhọn, trồng ở Thái Bình (hình 3) và ấu sừng trâu trồng ở Phú Thọ (hình 4)

Hình 1 Cây ấu Hình 2 Củ ấu trụi

Hình 3 Củ ấu gai Hình 4 Ấu sừng trâu

Tuy gọi là "củ" nhưng đúng ra là "quả" vì nó phát triển dưới nước đến khi già thì rụng và vùi xuống bùn nên được gọi là "củ" Củ ấu là một loại thực vật rất phổ biến

ở Việt Nam Củ ấu có khi được dùng làm món ăn chơi phổ biến là ấu luộc nhưng cũng được sử dụng rất phổ biến trong ẩm thực nước ta như giò heo hầm củ ấu, cháo

củ ấu, xi rô nước ép củ ấu đặc biệt hơn vỏ quả và toàn cây có thể dùng để làm thuốc trị bệnh

Ấu là loại cây rất lành và dễ tính, dễ tính hơn cả lúa và khoai, chỉ cần chọn những khoảnh ruộng lầy không cấy được lúa hay những ao đầm nhỏ là có thể cấy ấu xuống

Cấu tạo cây ấu

Quả ấu: thường được gọi là củ có hai sừng, quả cao 35 mm, rộng 5 cm, sừng dài 2

cm, đầu sừng hình mũi tên, sừng do các lá đài phát triển thành Trong quả chứa 1 hạt ăn được

Cây củ ấu được trồng ở các ao đầm khắp nơi trong nước ta Củ ấu có thể được trồng bằng hạt hay bằng chồi Mùa hoa vào các tháng 5 – 6 thời khắc này tiết trời ấm áp

ấu sinh trưởng tốt cho nhiều củ, mùa quả vào các tháng 7 – 9

(Nguồn: Vũ Trường Sơn và Nhan Minh Trí, 2010)

Trong củ ấu tinh bột chiếm một hàm lượng lớn gần 50%, nhiều hơn cả trong các loại củ dùng để sản xuất tinh bột như khoai tây (18,5%), khoai lang (27,9%) hay sắn (21,5%), ngoài tinh bột củ ấu còn chứa khoảng 10% protein Bên cạnh đó, củ ấu còn chứa các thành phần khác như vitamin và khoáng chất góp phần làm tăng giá trị dinh dưỡng của củ ấu (Bảng 2)

Bảng 2 Thành phần hóa học trong 100 g củ ấu

Theo Đông y, củ ấu vị ngọt tính mát Dịch chiết bằng rượu của củ ấu non ăn sống

có tác dụng phòng ung thư, u bướu

Có thể trị một số bệnh từ củ ấu theo các cách sau:

- Trị các tổn thương trên da mặt, miệng môi ở trẻ suy dinh dưỡng: lá cây củ

ấu phơi khô, tán bột, bôi đắp bên ngoài, tác dụng thanh nhiệt giải độc

- Trị ăn uống khó tiêu, viêm ruột: củ tươi bỏ vỏ 30 g, gạo nếp 30 g, đường vừa đủ nấu thành cháo ăn 2 lần trong ngày

- Trị mệt mỏi, mất sức: củ ấu già luộc chín 150 g, bóc bỏ vỏ ăn ngày 2 lần 2.1.3 Ấu độc (Ấu tàu)

Ấu tàu hay còn gọi là củ Gấu tàu, là rễ củ của cây Ô Đầu có tên khoa học là

Aconitum fortunei, thuộc họ mao lương Ranunculaceae (hình 5, hình 6)

Ấu tàu thường phân bố ở một số vùng cao biên giới của Việt Nam như Lào Cai, Tuyên Quang, Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Giang

Tuy củ ấu có giá trị dinh dưỡng cao lại giúp chữa được một số bệnh nhưng không phải loại ấu nào cũng có được những tác dụng như trên, chẳng hạn ấu tàu là một loại ấu cực độc được xếp vào loại thuốc độc bảng A, độc tính của củ ấu tàu có thể làm cho người tê cứng chân tay, tắc nghẽn mạch máu, đông máu và chết

Củ ấu tàu là loại cực độc, thành phần hóa học chủ yếu của củ ấu tàu là aconitin – một ancaloit – có độc tính cao, thuộc loại thuốc độc bảng A Độc tính của anconitin rất mạnh chỉ cần một liều từ 0,02 – 0,05 mg cho 1 kg thể trọng là có thể gây chết người Với độc tính này người ta chiết nước của các loại củ này tẩm vào đầu mũi tên khi săn thú rừng, kể cả voi Ở nhiệt độ cao, anconitin bị phân hủy thành benzoylacotin và sau đó là aconin, kém độc hơn anconitin 1000 – 2000 lần Tuyệt đối không được uống rượu ngâm ô đầu hoặc nấu cháo ăn sẽ bị ngộ độc chết người

Từ ô đầu thuốc sống người ta chế ra phụ tử (thuốc chín) ít độc hơn (thuốc độc bảng B), thường chỉ dùng làm thuốc uống khi đã qua chế biến cẩn thận và được dùng với liều lượng nhỏ, có sự chỉ định và theo dõi thận trọng của thầy thuốc Vì thế khi dùng ô đầu phải thật thận trọng, chỉ dùng xoa bóp dưới dạng rượu thuốc (rễ củ thái mỏng, ngâm rượu)

Theo các tài liệu y học dân tộc, củ ấu tàu có vị cay tê, tính rất nóng, rất độc tuy vậy

củ ấu tàu cũng được dùng để chữa các chứng phong tê, chân tay nhức mỏi, tê bại nhưng chỉ bôi hay đắp ngoài da

Nhận biết ấu tàu

Ấu tàu mọc trên cạn và chỉ có ở vùng núi cao, lá tựa như lá ngải cứu, chia thành ba thùy, có răng cưa ở nửa trên Rễ củ hình nón, mọc thành chuỗi, có củ cái, củ con Dưới thân cây, rễ cái phình thành củ giống như củ đậu, gọi là củ mẹ Cạnh cổ rễ cái mọc ra những củ con Trên đầu củ con có một búp mang lá ngầm Sau khi cây nở

hoa, củ mẹ sẽ héo và tiêu dần Củ mẹ thường nhẹ, rỗng, ở giữa màu xám, củ con thì nặng chắc hơn và lõi màu vàng

Hình 5 Cây ấu tàu Hình 6 Củ ấu tàu

2.2 TINH BỘT

Tinh bột là một loại chất dinh dưỡng dự trữ của thực vật Tinh bột có nhiều trong tự nhiên, nó được tạo thành do kết quả quang hợp của cây xanh

Trong các loại lương thực (hạt hoặc củ) đều có chứa một lượng tinh bột khá lớn, do

đó các loại lương thực được coi là nguyên liệu sản xuất tinh bột Nhìn bề ngoài, tinh bột là thể bột mịn màu trắng gồm rất nhiều hạt nhỏ (hình 7a)

Hình dáng, cấu tạo và kích thước của các hạt này khác nhau và đặc trưng cho từng loại cây

Bản chất tinh bột là một polysaccharide khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối với nhau bởi các liên kết  - glycozide, có công thức phân tử (C6H10O5)n ở đây n có thể từ vài trăm đến vài ngàn

Hình 7 a) Tinh bột và b) Mô hình cấu tạo của tinh bột

2.2.1 Cấu tạo của tinh bột

Tinh bột từ mọi nguồn khác nhau đều được cấu tạo từ amylose và amylopectin (Meyer,1940), 2 cấu tử này khác nhau cả về tính chất vật lý và hóa học Các loại tinh bột đều có khoảng 20 – 30% amylose và 70 – 80% amylopectin Tùy theo loại nguyên liệu sản xuất tinh bột mà tinh bột chứa amylose và amylopectin với tỷ lệ khác nhau (Bảng 3)

Bảng 3 Hàm lượng amylose và amylopectin trong một số loại tinh bột

(Nguồn: Bùi Đức Hợi, 2007)

Một số cách để xác định hàm lượng amylose và amylopectin

Chiếc bằng nước nóng: dựa vào độ hòa tan của 2 cấu tử này trong nước nóng để tách amylose Cho huyền phù tinh bột ở 600C, sau đó chiết tách dịch hòa tan rồi kết tủa ở nhiệt độ lạnh nhỏ hơn 200C Bằng cách này có thể tách được amylose vì amylose hòa tan trong nước nóng và sẽ kết tủa trở lại khi làm lạnh

Kết tủa chọn lọc bằng alcohol: dựa vào khả năng tạo phức không tan với một số rượu: n – butanol, pentanol để tách amylose ra khỏi tinh bột

n-butanol, pentanol tạo phức

Hấp thụ trên xenlulose: phân tử amylose của tinh bột được hấp thụ trên bông hay giấy thấm Bằng cách này có thể đều chế được amylopectin

Phương pháp sắc ký trên cột photphat kali: có thể dùng phương pháp sắc ký trên cột photphat kali để phân loại amylose và amylopectin Khi rửa cột bằng dung dịch photphat thì amylose bị kéo theo còn amylopectin còn lại trên cột

Phương pháp siêu phân đoạn: amylose và amylopectin thu được bằng các phương pháp trên dù tinh khiết nhưng vẫn chưa phải là đồng thể Vì vậy có thể dùng phương pháp siêu phân đoạn để tách riêng thành từng đoạn đều hơn Có thể siêu phân đoạn amylose bằng dung dịch methanol 80% ở các nhiệt độ khác nhau (60, 70,

80 và 900C) Các phân tử amylose được trích ly ở 600C dễ dàng bị thủy phân hoàn toàn bởi enzyme Khi nhiệt độ trích ly tăng lên, khả năng thủy phân các phân tử amylose giảm xuống

2.2.1.1 Amylose

Cấu tạo phân tử của amylose

Amylose thường ở dạng kết tinh có lớp hydrate bao quanh xen kẻ với amylose kết tinh không có lớp hydrate Phân tử amylose có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh, mỗi mạch có từ 200 đến hàng nghìn gốc glucose liên kết với nhau theo liên kết  - 1,4 -glycozide (hình 8)

Amylose trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa có cấu tạo mạch đơn giản khi thêm tác nhân kết tủa vào mới có cấu hình xoắn ốc

Amylose ở trạng thái tinh thể gồm những chuỗi xếp song song nhau trong đó gốc glucose của từng chuỗi cuộn lại thành hình xoắn ốc, mỗi vòng gồm 6 gốc glucose Đường kính xoắn ốc là 12,97A0 và chiều dài xoắn ốc là 7,91A0 Các nhóm hydroxyl (-OH) của glucose được bố trí ở ngoài vòng xoắn ốc, bên trong là các nhóm C - H Nhìn dọc trục xoắn ốc amylose có dạng như một cái ống mà lòng ống có kích thước vừa đủ 1 phân tử iot chui vào

Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50.000 – 160.000 Do cấu trúc mạch thẳng amylose có số gốc hydroxyl tự do nhiều nên dễ tan trong nước ấm, tuy nhiên ở dạng tinh thể không bền vững khi để yên tinh thể sẽ tách ra

Amylose với cấu hình xoắn ốc có thể hấp thu hơn 26% khối lượng iot tương ứng với mỗi vòng xoắn ốc một phân tử iot Phản ứng vẫn có thể xảy ra dễ dàng khi dùng amylose khô phản ứng với hơi iot cũng như cho phản ứng giữa dung dịch amylose với dung dịch iot Như vậy nước không phải là yếu tố cần thiết nếu amylose đã có cấu hình không gian thích hợp để tạo phức, vai trò của nước là để amylose và iot chuyển động tự do và tạo điều kiện cho việc hình thành xoắn ốc dễ dàng

Hình 9 Các phân tử iot sắp xếp trong trục xoắn ốc của amylose

b Phản ứng tạo phức của amylose

Amylose có khả năng tạo phức với một số chất hữu cơ có cực và độ hòa tan khác nhau trong nước cũng như trong các hợp chất không cực kiểu hydrocacbon: pentanol, phenol

(a)

(b)

Nghiên cứu các phức chất của amylose với butanol nhận thấy butanol chiếm một vị trí trong xoắn ốc tương tự như iot nghĩa là cũng ở vị trí theo hướng dọc trục xoắn

ốc

Phức của amylose với các chất tạo phức thường không tan trong nước nhưng dễ dàng kết tủa khi để yên trong dung dịch Các phức sấy khô thường rất bền vững

2.2.1.2 Amylopectin

Cấu tạo phân tử của amylopectin

Amylopectin là cấu trúc dạng vô định hình, có dạng phân nhánh, mạch chính gồm các liên kết 1 – 4 glycozide, mạch nhánh gồm các liên kết 1 – 6 glycozide (hình 10) Mỗi liên kết này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng 25 – 30 đơn vị glucose Phân tử amylopectin có thể chứa 100.000 đơn

vị glucose

Sự khác biệt giữa các phân tử amylose và amylopectin không phải luôn rõ nét vì ở các phân tử amylose cũng có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống amylopectin

Amylopectin có khối lượng khoảng 2 – 4.108 do có cấu trúc nhánh nên liên kết rất yếu với iot Phần liên kết được chủ yếu là nhánh ngoài hình thành nên những chất hấp phụ có màu tím đỏ

Đối với cấu trúc phân nhánh của amylopectin hiện nay người ta giả thuyết 3 sơ đồ như sau:

Sơ đồ hình cây của Meyer:

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

Khi thủy phân bằng enzyme  - amylase, amylopectin chỉ bị phân giải đến

50 – 60% có nghĩa là liên kết  - 1,6 - glycozide không thuận lợi cho enzyme này Nghiên cứu cấu tạo của amilopectin bằng phương pháp thủy phân enzyme này Meyer cho thấy khoảng cách giữa các điểm phân nhánh bằng 8 – 10 đơn vị glucose

và mỗi nhánh tự do chứa 15 – 18 đơn vị glucose, các tài liệu mới cũng xác nhận rằng trong phân tử amilopectin có những khoảng cách thậm chí chỉ 1 đơn vị glucose

Sơ đồ cấu tạo lớp của Hawarth:

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

Sơ đồ đuôi én của Staudinger:

Theo Staudinger, phân tử amilopectin gồm mạch chính tương đối ngắn, các mạch phụ chứa khoảng 20 gốc glucose được kết hợp vào mạch chính bằng liên kết

 - 1,6 - glycozide và 1,3 glycozide

Hình 10 a) Cấu tạo phân tử amylopectin và b) Mô hình phân tử amylopectin

(a)

(b)

Tính chất của amylopectin

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 xenlulose

Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím vì cấu trúc phân nhánh nên liên kết rất yếu với iot, phần liên kết được chủ yếu là do nhánh ngoài

2.2.2 Tính chất của tinh bột

2.2.2.1 Tính chất vật lý

Tinh bột là những hạt nhỏ, mịn, trắng, không mùi, vị nhạt Độ ẩm cân bằng của tinh bột thấp hơn độ ẩm cân bằng của hạt: do cấu tạo hạt có thể xốp lại, có hệ thống mao dẫn thường có chứa một lượng nước tự do nhất định Khi chế biến thành tinh bột cấu tạo xốp trong hạt tinh bột bị phá hủy, số lượng ống mao dẫn bị giảm nên khả năng chứa nước ít hơn

Tính hòa tan và hút ẩm

Ở nhiệt độ thường tinh bột không có khả năng hòa tan trong nước, cồn, ete, benzen Tinh bột có khả năng hòa tan trong dung dịch kiềm và dung dịch muối của một số kim loại nặng, riêng thành phần amylose của tinh bột có khả năng hòa tan trong nước ấm

Tuy không hòa tan trong nước nhưng tinh bột vẫn có khả năng hút 25 – 30% nước

và hầu như không trương nở tinh bột, sau khi sấy khô tinh bột có khả năng hút nước rất mạnh

Sự hồ hóa không chỉ xảy ra khi đun nóng huyền phù tinh bột mà còn xảy ra khi có dung dịch kiềm và một số kim loại nặng tác dụng lên tinh bột ở nhiệt độ thường Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột diễn ra đều giống nhau: ban đầu độ nhớt tăng dần sau đó cực đại rồi giảm xuống

Sự hồ hóa không xảy ra ở nhiệt độ nhất định mà thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn gốc, nồng độ huyền phù tinh bột, tốc độ đun nóng huyền phù đều có ảnh

hưởng đến nhiệt độ hồ hóa Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào kích thước hạt tinh bột

(tinh bột có kích thước nhỏ thì nhiệt độ hồ hoá cao hơn hạt có kích thước lớn) Ví

dụ nhiệt độ hồ hóa của tinh bột khoai tây là 55 – 650C

Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel

Tinh bột sau khi được hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp

lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều (hình 12)

Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải và phải

được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở

trạng thái yên tĩnh Trong gel chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp

các mạch polyglycozide hoặc gián tiếp qua phân tử nước

Khi gel tinh bột được để nguội trong một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ

thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh

đông rồi sau đó cho tan giá

Hình 12 Sơ đồ quá trình tạo gel của tinh bột: a) Tinh bột trong nước, b) Nâng

nhiệt đến độ tạo gel, c) Hình thành gel

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoái hóa:

- Giảm nhiệt độ

- Giảm hoặc tăng pH (đạt cực đại khi pH = 7 và sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH)

+pH > 10: sự thoái hóa không xảy ra

+ pH < 2: tốc độ thoái hóa vô cùng bé

Sunphat magie làm tăng tốc độ thoái hóa, nhưng ở nồng độ 13% thì tinh bột khoai tây hoàn toàn bị kết tủa trong 5 phút

Na+ > Mg2+ > Ba2+ > Ca2+

Khả năng tạo màng của tinh bột

Tinh bột có khả năng tạo màng tốt Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng

độ nhất định (không quá đặc hay quá loãng) hồ hóa sơ bộ để tạo một độ nhớt nhất định Trong dịch hồ hóa để tạo màng các phân tử amylose và amylopectin sẽ dàn phẳng ra sắp xếp lại và tương tác với nhau bằng liên kết hydro và gián tiếp qua phân

tử nước Giai đoạn hình thành màng xảy ra 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: từ bề mặt bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, các hạt tinh bột gần nhau

và sắp xếp lại thành lớp dày đặc

Giai đoạn 2: nước nằm giữa các hạt bốc hơi, các hạt tiếp xúc nhiều hơn và bị biến dạng

Giai đoạn 3: khi tiếp xúc nhau các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết

Khi khô thể tích màng bị giảm dẫn đến sự co ngót về chiều dày

Các sản phẩm được sản xuất nhờ ứng dụng tạo màng của tinh bột như: hủ tiếu, bánh phở,…

Khả năng tạo sợi

Tinh bột có khả năng tạo sợi Dựa vào khả năng này người ta sản xuất miến, bún,…

từ tinh bột

Sợi tinh bột là sự chập lại của rất nhiều phân tử amylose và amylopectin, độ dai và

độ bền vững của toàn sợi là do lực tương tác của các phân tử cũng như lực tương tác nội phân tử quyết định Số lượng nhiều thì liên kết chặt chẽ hơn

Độ bền, dai và độ chặt chẽ có liên quan đến độ dài của phân tử tinh bột, thường phân tử dài thì các sợi bền dai Do đó các sợi được tạo từ tinh bột giàu amylose (tinh bột đậu xanh) thường bền hơn tinh bột (gạo, ngô,.)

Các tinh bột giàu amylopectin, các nhánh amylopectin thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử yếu, do đó độ bền kém và dễ đứt gãy

Các sản phẩm được sản xuất dựa vào ứng dụng tạo sợi của tinh bột như: miến, bún, bánh canh,

Khả năng đồng tạo gel với protein

Tinh bột có khả năng tương tác với protein làm cho sản phẩm có những tính chất cơ

lý nhất định: như độ đàn hồi, độ cứng, khả năng giữ nước của protein tăng lên (giò, xúc xích,…)

Trong trường hợp này cả protein và tinh bột đều sắp xếp lại phân tử để tạo gel và tương tác với nhau (tinh bột đồng tạo gel với protein)

Khả năng phồng nở của tinh bột

Khi tương tác với chất béo dưới điều kiện nhiệt độ thì khối bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Nhiệt độ làm tinh bột hồ hóa và chín nhưng không hoàn toàn nhưng không khí có trong khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo sẽ góp phần làm tinh bột giãn nở và phồng nở

Đặc biệt các tinh bột giàu amylopectin như tinh bột nếp có cấu trúc chặt và khả năng không thấm khí lớn hơn do đó khả năng phồng nở lớn hơn

Với các bột oxy hóa (tinh bột tẩy trắng bằng chất oxy hóa) khả năng phồng nở càng mạnh do các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu chặt

Tính chất cơ cấu trúc của tinh bột

Tính chất cơ cấu trúc nhất định như: độ bền, độ dẽo, độ đàn hồi,…các tính chất này chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau

Khi tinh bột bị lão hóa làm tăng độ bền mạng cấu trúc của hệ thống tức là tăng tính chất cứng và giảm tính chất co giãn của hệ thống

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

ra càng nhanh

2.2.2.2 Tính chất hóa học

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc bằng enzyme Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa, enzyme chỉ thủy phân tinh bột ở dạng hồ hóa Một số enzyme thường được sử dụng để thủy phân tinh bột là - amylase, - amylase Khi thủy phân tinh bột acid và enzyme đều thủy phân liên kết - 1,4 - glycozide Phản ứng thủy phân làm giảm nhanh độ nhớt của tinh bột và tạo ra đường

Sự thủy phân tinh bột bằng acid

a Cơ chế thủy phân tinh bột bằng acid

Phản ứng thủy phân tinh bột có thể biểu diễn bằng phương trình phản ứng

(C6H10O5)n + (n - 1) H2O n C6H12O6

Phản ứng thủy phân trong dung dịch nước có tốc độ rất bé ngay cả khi ở nhiệt độ cao Tốc độ của phản ứng sẽ tăng nhanh khi thêm một lượng nhỏ ion hidro, tạo sản phẩm là glucose

Hình 13 Sơ đồ thủy phân tinh bột

b Các yếu tố ảnh hưởng

Ảnh hưởng của acid:

Tốc độ thủy phân giảm dần từ HI > HClO4 > HBr > HCl > HNO3 > H2SO4 > HCOOH

Ảnh hưởng của tinh bột đến nồng độ acid:

Hoạt độ của acid trong hỗn hợp thủy phân có chứa tinh bột thường không tỷ

lệ với lượng acid thêm vào mà thường nhỏ hơn Như vậy có thể chứng tỏ rằng tinh bột và các tạp chất liên kết với tinh bột như lipid, SiO2, photphat, muối kim loại Ca,

Mg, K, Na, đã ảnh hưởng đến hoạt độ của acid

Oxy hóa và trùng hợp

c Các sản phẩm của phản ứng thủy phân tinh bột bằng acid

Tinh bột Oligosaccharide Glucose Gentiobioza

Hình 14 Sơ đồ sản phẩm phản ứng thủy phân tinh bột

Trong thực tế phản ứng xảy ra theo hướng A rất nhỏ chỉ khoảng 1%

Sự tạo thành oligosaccharide và monosacharide

Sự thủy phân bao gồm sự phân cắt từng phần các liên kết glycozide Do đó bên cạnh monosaccharide còn tạo thành các mảnh oligosaccharide

Tùy theo mức độ thủy phân mà các oligosaccharide được tạo thành với hiệu suất cực đại khác nhau (Bảng 4)

Bảng 4 Hiệu suất cực đại của oligosaccharide với mức độ thủy phân tinh bột khác nhau

(Nguồn: Bùi Đức Hợi, 2007)

Sản phẩm phân ly

Hiệu suất cực đại (%) khi

Hiệu suất cực đại (%)

Mức độ thủy phân khi hiệu suất cực đại (%)

Mức độ thủy phân 25%

Mức độ thủy phân 50%

Mức độ thủy phân 75%

Như vậy muốn có hiệu suất cực đại của oligosaccharide khi thủy phân disaccharide cần phải ngừng phản ứng sau khi 2/3 liên kết glycozide đã bị phân cắt Đối với trisaccharide thì ngừng phản ứng khi một nửa số liên kết glycozide đã bị phân cắt

Sự thủy phân monosaccharide trong môi trường acid

Trong quá trình thủy phân, các monosaccharide tạo thành dưới tác dụng của nhiệt

độ và acid sẽ bị dehydrat hóa và tạo thành dung dịch có màu sẫm Sau này khi bảo

quản từ dung dịch thoát ra những kết tủa acid

Sự thủy phân tinh bột dưới xúc tác enzyme

a Đặc tính và cơ chế tác dụng của hệ enzyme amylase

Dễ tan trong nước, trong các dung dịch muối và rượu loãng

Mỗi phân tử  - amylase đều có chứa nguyên tử Ca Ca tham gia vào sự hình thành

và ổn định cấu trúc bậc 3 của enzyme, duy trì hoạt động của enzyme (Modolova, 1965) Ca còn có vai trò duy trì sự tồn tại của enzyme khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến hình và tác động của enzyme phân giải protein Nếu phân tử  - amylase bị loại bỏ hết Ca thì nó sẽ hoàn toàn bị mất hết khả năng thủy phân cơ chất,

 - amylase bền với nhiệt hơn các amylase khác

Tất cả các amylase đều bị kìm hãm bởi các ion kim loại nặng như Cu2+, Ag+,

Điều kiện hoạt động của  - amylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau Ví dụ: pH tối thích cho hoạt động của  - amylase từ đại mạch nảy mầm và thóc nảy mầm là 5,3 (hoạt động tốt trong khoảng 4,7 – 5,4), độ bền với acid của  -amylase malt kém hơn so với  - amylase nấm mốc

Độ bền của  - amylase bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH Tuy nhiên so với các loại amylase khác thì độ bền nhiệt của  - amylase cao hơn, thường chịu được đến nhiệt

độ 700C Ở 00C và pH = 3,6 thì  - amylase của malt hoàn toàn bị mất hoạt tính,  - amylase của mầm thóc và malt hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ 58 - 600C

 - amylase có khả năng phân cắt các liên kết  - 1,4 - glycozide của cơ chất một cách ngẫu nhiên và là enzyme nội bào

Cơ chế tác dụng của - amylase

Hình 16 Sơ đồ tác dụng của của hệ enzyme amylase lên tinh bột

Sự thủy phân tinh bột của  - amylase trải qua nhiều giai đoạn:

Trước tiên enzyme này phân cắt một số liên kết trong tinh bột tạo ra một lượng lớn dextrin phân tử thấp, sau đó các dextrin này bị thủy phân tiếp tục để tạo ra maltose

Tác dụng thủy phân của  - amylase trên amylopectin cũng xảy ra tương tự trên amylose Sản phẩm tạo thành là 72% maltose, 19% glucose ngoài ra còn có dextrin phân tử thấp và 8% isomaltose do  - amylase không thể cắt được liên kết 1,6 glycozide ở mạch nhánh của phân tử amylopectin

Khả năng dextrin hóa của  - amylase là tính chất đặc trưng của enzyme này vì vậy

 - amylase được gọi là enzyme dịch hóa hay enzyme dextrin hóa

 - amylase từ vi khuẩn và động vật đều được hoạt hóa bởi ion hóa trị I, còn  - amylase từ thực vật thì được hoạt hóa bởi các ion hóa trị II

Dextrin hóa khi

tăng độ acid

Giảm độ nhớt Giảm độ nhớt

Các giai đoạn của quá trình thủy phân tinh bột dưới tác dụng của  - amylase như

sau:

Giai đoạn dextrin hóa:

Tinh bột dextrin phân tử lượng thấp

Phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng ta sẽ thu được các dextrin khác nhau (hình 17)

Hình 17 Sơ đồ tương quan giữa các dextrin

Giai đoạn đường hóa:

Dextrin tetra - và trimaltose di - và monosacharide

Maltose maltotriose maltotetrose

Hình 18 Quá trình thủy phân tinh bột xúc tác bởi enzyme  amylase

- amylase

Hình 19 Enzyme - amylase

Đặc tính của enzyme  - amylase

- amylase rất bền khi không có ion Ca2+ trong phân tử, bị kìm hãm bởi ion Cu2+

và Mg2+

- amylase chịu nhiệt kém hơn  - amylase nhưng bền với acid hơn, - amylase

bị bất hoạt ở nhiệt độ 600C, nhiệt độ hoạt động tối thích của - amylase là 550C,

pH từ 5,1 – 5,5

Cơ chế tác dụng của  - amylase

- amylase là một enzyme ngoại bào, - amylase phân cắt các liên kết  - 1,4 - glycozide trong tinh bột, glycogen và các polysaccharit nhưng khi gặp các liên kết

 -1,4 - glycozide đứng kế cận  - 1,6 - glycozide thì nó sẽ ngừng tác dụng

 - amylase thủy phân 100% amylose thành maltose

- amylase thủy phân 54 – 58% amylopectin thành maltose Phần còn lại là các polysaccharide có chứa nhiều  - 1,6 - glycozide được gọi là  - dextrin cho màu tím với iot

- amylase hầu như không thủy phân các hạt tinh bột nguyên vẹn nhưng nó phân hủy hồ tinh bột rất mạnh

Hình 20 Cơ chế tác dụng của  - amylase lên tinh bột

Glucoamylase

Hình 21 Enzyme glucoamylase

Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết  - 1,4 - glycozide lẫn  - 1,6 - glycozide Khi thủy phân liên kết  - 1,4 - glycozide trong chuỗi polysaccharide Glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch

Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glycogen, amylopectin, dextrin, isomaltose và maltose thành glucose mà không cần có sự tham gia của các loại amylase khác

Glucoamylase thủy phân các polysaccharide có phân tử lớn nhanh hơn các polysaccharide có phân tử nhỏ Các phân tử có nhánh như amylopectin bị thủy phân khá nhanh

Đa số các glucoamylase có hoạt lực cao nhất ở vùng pH = 3,5 – 5,5, ở nhiệt độ

500C Glucoamylase bền với acid hơn enzyme - amylase nhưng kém bền hơn trong rượu, acetone và không được bảo vệ bởi ion Ca2+

Glucoamylase có khả năng thủy phân liên kết  - 1,4 - glycozide lẫn  - 1,6 - glycozide Khi thủy phân liên kết  - 1,4 - glycozide trong chuỗi polysaccharide Glucoamylase tách lần lượt từng phân tử glucose ra khỏi đầu không khử của mạch

để tạo glucose

Các enzyme thủy phân liên kết 1,6 – glycozide

Sự phân ly tinh bột sẽ không hoàn toàn nếu như trong nhóm đường hóa không có các enzyme thủy phân được liên kết 1,6 – glycozide

Người ta phân ra các nhóm sau:

Amilo - 1,6 - glucosidase hay 6 – glucanohitrolaza Enzyme này có chứa trong một vài loại nấm mốc và nấm men Tác dụng của enzyme này lên tinh bột thì yếu nhưng tác dụng rất tốt lên các - dextrin

 - enzyme R kiểu amylo - 1,6 - glucosidase Enzyme này có chứa trong thực vật và thủy phân được điểm phân nhánh trong amilopectin và trong  - dextrin Hoạt độ tối ưu của enzyme này trong khoảng pH từ 6,5 – 7

 - oligo - 1,6 - glucosidase hay còn gọi là dextrinase enzyme này có pH tối

ưu ở 6,2 – 6,4 thủy phân được liên kết 1,6 - glycozide trong isomaltose và các dextrin gồm một vài gốc glucose

b Quá trình thủy phân bởi enzyme

Phụ thuộc vào độ thuần khiết của các chế phẩm enzyme mà quá trình thủy phân tinh bột xảy ra với mức độ khác nhau

Trong suốt quá trình thủy phân tinh bột bằng enzyme có 3 hiện tượng xảy ra:

Hiện tượng dịch hóa

Hiện tượng dextrin hóa

Hiện tượng đường hóa

Hiện tượng dịch hóa

Khi cho enzyme amylase tác dụng lên dung dịch hồ tinh bột hiện tượng đầu tiên ta nhìn thấy được là độ nhớt của dung dịch giảm dần và dung dịch bị loãng ra Trong giai đoạn này hình thành nên dextrin và một lượng nhỏ đường Như vậy có thể cho rằng dịch hóa là sự phá hủy các tập hợp tinh bột thành những phân tử riêng biệt rồi lại tiếp tục phân ly những phân tử này thành các dextrin phức tạp

Có thể làm tăng quá trình dịch hóa bằng cách thêm các chất làm tăng hoạt độ của enzyme hay các chất ổn định enzyme, tách các chất kìm hãm enzyme có trong nguyên liệu thông thường là các ion Cu2+

Hiện tượng dextrin hóa

Dextrin là những sản phẩm khác nhau của quá trình thủy phân tinh bột bằng acid hay bằng enzyme

Trong quá trình phân ly các phân tử tinh bột bị ngắn dần do đó độ nhớt của dung dịch giảm dần và phản ứng với iot cũng thay đổi từ màu xanh sang đỏ rồi chuyển thành màu nâu và cuối cùng là không màu

Theo cơ chế tác dụng của enzyme có thể phân ra các dạng dextrin như sau:

Nếu cho - amylase thuần khiết thủy phân tinh bột thì trong toàn bộ quá trình sẽ thấy xuất hiện đầy đủ các kiểu dextrin khác nhau và một lượng nhỏ đường khử

Dạng dextrin hóa thứ 2 đặc trưng với - amylase thuần khiết Trong điều kiện này tinh bột nhanh chóng chuyển thành maltose và - dextrin Dextrin này được gọi là - amilodextrin

Dạng dextrin hóa thứ 3 xảy ra do tác dụng tổ hợp của amylase, ở đây sự tạo thành đường khử và các dextrin không cho màu xanh với iot

Hiện tượng đường hóa

Quá trình đường hóa là quá trình phân ly tinh bột thành đường đơn giản như glucose hoặc maltose

Quá trình đường hóa có thể chia ra làm các kiểu sau:

Trường hợp tác nhân đường hóa duy nhất là enzyme amylase Trong trường hợp này phần lớn sự đường hóa không phải tác dụng trực tiếp lên tinh bột mà do sự phân ly các dextrin sau này

Nếu tác nhân thủy phân là amylase thì sự đường hóa xảy ra nhanh chóng trong giai đoạn đầu và thể hiện sự phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ amylase Trong

trường hợp này sự tạo thành đường giảm dần trong giai đoạn sau và kết thúc khi 60% tinh bột đã được chuyển thành maltose

Kiểu đường hóa khác xảy ra khi tác nhân thủy phân tinh bột là tổ hợp của amylase và  - amylase Trong giai đoạn đầu dextrin tạo thành nhanh và cũng kèm theo sự tạo thành đường maltose Trong giai đoạn tiếp theo phản ứng xảy ra chậm nhưng đường vẫn được tạo thành rất liên tục và đều đặn cho đến khi tinh bột hoàn toàn chuyển thành đường

-2.3 NATRI BISULFITE (NaHSO3)

Khối lượng phân tử: 104,061 g/mol

ID IUPAC: Sodium hydrogen sulfite

Có thể hòa tan trong: Nước

Natri bisulfite là một chất phụ gia thực phẩm có mã số E222 (Mã số tiêu chuẩn liên minh Châu Âu) Natri bisulfite có thể được tạo ra bằng cách sục khí sulfur dioxide (SO2) trong dung dịch muối Na2CO3 Natri bisulfite khi tiếp xúc với chất tẩy clo (dung dịch NaClO) sẽ thoát ra nhiều khói độc

2.3.2 Ứng dụng

2.3.2.1 Ứng dụng trong thực phẩm

Trong khi các hợp chất liên quan, sodium metabisunfite, được sử dụng trong hầu hết các loại rượu vang thương mại để ngăn chặn quá trình oxy hóa và bảo tồn hương vị, natri bisunfite được bán bởi một số nhà cung cấp rượu vang cho cùng một mục đích Trong đóng hộp trái cây, natribisunfite được sử dụng để ngăn chặn hóa nâu (gây ra bởi quá trình oxy hóa) và tiêu diệt vi khuẩn

Trong trường hợp làm rượu vang, natri bisulfite giải phóng khí sulfur dioxide khi vào nước hoặc các sản phẩm có chứa nước Lưu huỳnh dioxit giết chết nấm men, nấm và vi khuẩn trong nước nho trước khi lên men Khi nồng độ sulfur dioxide đã giảm xuống (khoảng 24 giờ), men tươi được thêm vào cho quá trình lên men