tinh bột biến tính

tinh bột biến tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

TP.Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 10 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và Viện công nghệ Sinh học và Thực phẩm nói riêng đã tạo điều kiện cho chúng em có một môi trường học tập thoải mái về cơ sở hạ tầng cũng như cơ sở vật chất để chúng em hoàn thành tốt bài tiểu luận này.

Chúng em chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nhất Hoài đã tận tình giúp đỡ chúng em tìm hiểu rõ môn Phụ gia thực phẩm.

Đồng cảm ơn sự góp ý của tất cả các bạn cùng lớp đã tận tình góp ý để nhóm hoàn thành tốt bài tiểu luận.

Hy vọng thông qua những nổ lực tìm hiểu của tất cả các thành viên, nhóm chúng em sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về tính chất và chức năng của tinh bột biến tính Từ đó, định hướng cho các môn học chuyên nghành, bổ sung kiến thức và hoàn thành có hiệu quả năng lực chuyên môn.

Vì những giới hạn về kiến thức và thời gian nên nhóm không thể trình bày một cách tốt nhất, sai sót là điều không thể tránh khỏi, mong Thầy và các bạn sẽ có những ý kiến đóng góp để chúng em hoàn thiện hơn về những kiến thức của mình.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết tinh bột là một trong những thành phần quan trọng không thể thiếu đối với nhiều ngành công nghiệp như: công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo dán… và đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm.

Đó là vì những tính chất đặc trưng của nó như tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo, độ dai, độ dàn hồi, độ xốp, và khả năng tạo màng, tạp gel cho nhiều sản phẩm Tuy nhiên tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế nhiều tính chất, chưa đáp ứng được nhiều yêu cầu khác nhau trong công nghiệp.

Vì vậy cần phải thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lý, hóa học hoặc enzyme tạo ra các dẫn xuất tinh bột với các phân tử bị cắt ngắn đi, nối dài ra và sắp xếp lại… để có những tính chất đa dạng hơn đáp ứng nhu cầu Đó gọi là tinh bột biến tính Vậy biến tính tinh bột như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu về đề tài “TINH BỘT BIẾN TÍNH” để hiểu rõ hơn về cấu tạo, tính chất cũng như công dụng của nó trong sản xuất thưc phẩm.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TINH BỘT VÀ TINH BỘT BIẾN TÍNH

I/ Khái niệm, cấu tạo và tính chất của tinh bột

1) Khái niệm

Tinh bột là loại polysaccarit có khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucozo được nối với nhau bởi các liên kết -glycozit (C6H10O5)n

Tinh bột bao gồm 2 thành phần chính: amilozơ và amilopectin Cả hai đều có công

thức phân tử là (C6H10O5)n trong đó C6H10O5 là gốc α-glucozơ.

2) Cấu tạo và tính chất

a. Cấu trúc và tính chất của amiloza

Amilozơ chiếm 20-30% khối lượng tinh bột Trong phân tử amilozơ các gốc

α-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit tạo thành một chuỗi dài không phân

nhánh Phân tử khối của amilozơ vào khoảng 150.000−600.000 (ứng

với n khoảng 1000−4000) Phân tử amilozơ không duỗi thẳng mà xoắn lại thành hình lò

xo

a) Các gốc α-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozơ

b) Mô hình phân tử amilozơ

Phân tử Am bao gồm một chuỗi sắp xếp song song nhau Am khi ở dạng tinh thể

có cấu trúc xoắn ốc, mỗi vòng xoắn gồm 6 phân tử glucozơ.Khi ở trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc trạng thái bị thoái hoá, Am thường có cấu trúc mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào Am mới chuyển thành dạng xoắn ốc.ở trạng thái xoắn ốc, Am cho màu xanh với iôt Đường kính xoắn ốc là 12,97 Ao, chiều cao 7,91 Ao

Phân tử Am có một đầu khử và một đầu không khử, trong đó đầu khử có nhóm –

OH glucozit Các gốc của Am gắn lại với nhau nhờ liên kết ỏ- 1,4 glucozit tạo nên một chuỗi dài khoảng 500 -2000 đơn vị glucozơ, phân tử lượng trung bình 10000 - 300000

Am mạch thẳng có thể tạo màng và sợi với độ bền và độ mềm dẻo cao Trong khi đóphân

tử Ap phân nhánh nhiều nên không thể tạo dạng sợi nhiều như Am và màng tạo thành thì dòn

Am mới tách ra từ hạt tinh bột thường có độ hoà tan cao, song cũng không bền và nhanh chóng bị thoái hoá Trong đa số trường hợp dung dịch Am rất nhanh chóng tạo keo ngay khi ở nhiệt độ cao Trong dung dịch, các phân tử Am có khuynh hướng liên kết lại với nhau tạo ra các tinh thể Nếu tốc độ liên kết này chậm thì Am sẽ tạo thành một khối không tan của các hạt đã bị thoái hoá Còn nếu nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo

Khi tương tác với iôt, Am cho phức màu xanh đặc trưng Iôt tinh khiết không cho màu xanh khi thêm tinh bột hoặc Am mà chỉ xảy ra khi iôt được pha trong KI hoặc HI Nếu đun nóng, liên kết hydro bị cắt đứt, chuỗi Am duỗi thẳng do đó iôt bị tách ra khỏi dung dịch Am nên dung dịch mất màu xanh

Am có khả năng tạo phức với rất nhiều cácc hợp chất hữu cơ có cực và không cực Phức của vitamin A với Am thường bền và ít bị oxi hoá

b. Cấu trúc và tính chất của amilopectin

Amilopectin chiếm khoảng 70-80% khối lượng tinh bột Amilopectin có cấu tạo phân

nhánh Cứ khoảng 20-30% mắt xích α-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozit thì tạo thành một chuỗi Do có thêm liên kết từ C1 của chuỗi này với C6 của chuỗi kia qua nguyên tử O (gọi là liên kết α-1,6-glicozit) nên chuỗi bị phân nhánh như mô tả ở hình

dưới Phân tử khối của amilopectin vào khoảng từ 300.000−3.000.000 (ứng

với n từ 2000 đến 200.000).

a) Các gốc α-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-1,4-glicozơ

b) Mô hình phân tử amilozơ

Khác hẳn với Am, Ap chỉ hoà tan trong nước khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao Khi đun nóng làm thay đổi sâu sắc và không thuận nghịch cấu trúc phân tử Ap gây trạng thái hồ hoá tinh bột Phản ứng màu của Ap với iôt xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp thụ Phản ứng với lectin là phản ứng đặc trưng của Ap Liên kết giữa lectin với monosaccarit chủ yếu là liên kết hidro Các nhóm

OH ở C2, C4, C6của gốc monosacarit mới có thể liên kết được với lectin.Nghĩa là muốn kết tủa được với lectin thì các phân tử polysacarit bắt buộc ở trạng thái nhánh

Amiloza AmilopectinCấu tạo Gồm 6 gốc glucozo tạo thành 1 vòng

xoắn ốc, liên kết 1-4 Glicozit, tạo mạch thẳng

Gồm liên kết 1-4 Gluzit liên kết với 1-6 Glycozit tạo thành chuỗi xoắn ốc

Tính chất Độ hòa tan:

Dễ hòa tanTạo màu iot:

Cho màu xanhTạo độ bền

Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như xanh metylen (tích điện dương) của tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu tạo bên trong của hạt

và khả năng trương nở của chúng

- Độ hoà tan của tinh bột

Am mới tách từ tinh bột có độ hoà tan cao song không bền nhanh chóng bị thoái hoá trở nên không hoà tan trong nước Ap không hoà tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hoà tan trong nước nóng

Trong môi trường axit tinh bột bị thuỷ phân và tạo thành “tinh bột hoà tan” Nếu môi trường axit mạnh sản phẩm cuối cùng là glucozơ Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hoá từng phần do có sự hydrat hoá tốt hơn Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi bột.

- Phản ứng với iốt

Khi tương tác với iot Am sẽ cho phức màu xanh đặc trưng Vì vậy iốt có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng Am trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang Để phản ứng được với iôt, các phân tử Am phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của Am bao quanh phân tử iôt Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iôt vì không tạo thành một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh Axit và một số muối KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng Cloral hydrat và một số chất khác lại ức chế cường độ phản ứng này

Am với hình thể xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iôt tương ứng với một vòng xoắn ốc một phân tử iot Trong phân tử I2 –Am, các phân tử iot chui vào trong vùng ưa béo của xoắn ốc Với Ap khi xảy ra tương tác với iot, Ap cho màu tìm đỏ Về bản chất phản ứng màu iot của Ap xảy ra do sự hình thành nên hợp chất hấp phụ

- Khả năng tạo phức

Ngoài khả năng tạo phức với iôt, Am còn có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no (izoamylic, butylic, izoprotylic), các rượu vòng, các phenol, các xeton thấp phân tử, các axit béo dãy thấp cũng như các axit béo dãy cao, các este mạch thẳng và mạch vòng, các dẫn xuất benzen có nhóm andehit, các nitro parafin… Khi tạo phức với các Am, các chất tạo phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự iốt

Ngoài ra, Ap còn cho phản ứng đặc trưng với lectin Về bản chất đây là một phản ứng giữa một protein với một polysacarit có mạch nhánh Khi lectin liên kết với lien kết -D – glucopiranozic nằm ở đầu cuối không khử của Ap thì sẽ làm cho Ap kết tủa và

tách ra khỏi dung dịch

- Tính chất lưu biến

Trong dung dịch các phân tử Am có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể Khi sự liên kết xảy ra với tốc độ chậm thì Am sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã bị thoái hoá Khi tốc độ đạt nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo

Am đã thoái hoá không hoà tan trong nước lạnh nhưng có khả năng liên kết với một lượng nước lớn gần 4 lần trọng lượng của chúng Nếu để Am một lượng nước ít hơn 4 lần thì toàn bộ nước sẽ bị hấp thụ còn Am sẽ tạo ra keo

Keo Am ở nhiệt độ thường là một khối trắng đục, không thuận nghịch, không có hiện tượng co Nghiên cứu keo Am dưới kính hiển vi điện tử, người ta thấy chúng có cấu tạo hạt rõ rệt, chứng tỏ tính không tan của kiểu tinh thể

- Sự trương nở và hồ hóa tinh bột

Khi hoà tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương phồng lên Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của tinh bột Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp 9.1%, tinh bột khoai tây 12.7%, tinh bột khoai mì 28.4% Một số kết quả nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến sựtrương nở và hoà tan của tinh bột như loại và nguồn gốc tinh bột, ảnh hưởng của quá trình sấy, sự lão hoá tinh bột, phương thức xử lý nhiệt ẩm, ảnh hưởng của các chất béo cho vào…

- Độ nhớt của hồ tinh bột

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

và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó hơn

Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ion hoá các phân tử tinh bột khiến cho chúng hidrat hoá tốt hơn Ngoài ra, nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt của dung dịch.

- Khả năng tạo gel và thoái hóa gel tinh bột

Tinh bột sau khi hồ hoá và để nguội các phân tử sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều, để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được làm nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hidro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp thông qua phân tử nước

Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ tách ra, gọi là sự thoái hoá Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho hoà tan ra Tốc độ thoái hoá sẽ càng tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại khi pH = 7 Tốc độ thoái hoá sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH Sự thoái hoá thường kèm theo tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạng nửa lỏng cũng như gây cứng lại các sản phẩm bánh mì

- Khả năng tạo hình của tinh bột

Cũng như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng rất tốt.Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước Để thu được màng gel có tính đàn hồi cao người ta thêm vào các chất hoá dẻo (thường hay dùng glixerin) để chúng làm tăng

khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Van, do đó làm yếu đi lực cố kết nội

và làm tăng động năng của các phân tử (19)

Liên kết của rất nhiều phân tử Am và Ap nhờ lực Van der Van và liên kết hidro nên tạo được độ dai hay độ bền đứt nhất định Chính nhờ khả năng này mà người ta tạo được các sợi tinh bột ( sợi miến, bún…) (20), (30)

Do phân tử Am dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn và chúng liên kết với nhau rất chặt, nhờ vậy mà sợi tạo thành chắc và dai Đối với các tinh bột giàu Ap, các mạch nhánh thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu do đó độ bền đứt kém

- Khả năng phồng nở tinh bột

Khi tương tác với các chất béo và có sự tán trợ của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp Ta biết rằng, chất béo là chất không có cực, có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu gluxit như tinh bột, xenlulozơ Khi tăng nhiệt độ thì các tương tác kị nước giữa các phân tử chất béo phát triển rất mạnh nên chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau, do đó có khả năng xuyên qua các ‘cửa ải’ tinh bột Đồng thời nhiệt làm cho tinh bột bị hồ hoá và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua màng tinh bột đã tẩm béo, do đó sẽ làm tinh bột giãn và phồng

nở Các tinh bột giàu Ap (tinh bột gạo nếp) dễ hoà tan trong nước ở 95oC hơn tinh bột giàu Am nên có độ nhớt lớn hơn, khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phồng nở lớn hơn Với các tinh bột oxi hoá thì khả năng này càng mạnh vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu chặt.Vì vậy,

có thể ứng dụng tính chất này để sản xuất bánh phồng tôm

II/ Tinh bột biến tính

- Khái niệm: Tinh bột biến tính là tinh bột đã bị thay đổi lý tính của tinh bột như

tính tan, tính dính, màu sắc, mùi vị tinh bột nhằm mục đích tạo mặt hàng mới, tăng giá trị cảm quan, cải biến các tính chất của sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng

- Phân loại: Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột,

Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hóa chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế

Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O

giữa các monomer và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều

Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến tính bằng acid được dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in… Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dung để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo.

Tinh bột oxi hóa cũng được xếp vào nhóm này Một số loại tinh bột được oxi hóa bởi KMnO4 trong môi trường acid được sử dụng thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp Các sản phẩm tinh bột oxi hóa yếu cũng được dung trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh Tinh bột oxi hóa bởi hydroclorit, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy

Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các

nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hóa học hay đông trùng hợp với một chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối

Mức độ biến tính tính bột được dặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution - DS) DS

là số nhóm hydroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit) Như vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3

Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hóa…

Khi bị biến tính thì các cấu trúc tinh bột bị biến đổi khác nhau tùy theo các phương pháp biến tính với các tác nhân vật lí, hóa học, sinh học

a. Tác nhân vật lí:

Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

- Cấu tạo: Dưới tác dụng của nhiệt ẩm liên kết giữa các phân tử bị đứt, cấu trúc của

hạt tinh bột bị phá hủy cũng như tái hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này

- Tính chất: Khi bị hồ hóa sơ bộ có những tính chất: trương nhanh trong nước, biến

đổi chậm các tính chất khi bảo quản: bền khi ở nhiệt độ thấp, có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt

Biến tính bằng gia nhiệt ở nhiệt độ cao

- Cấu tạo: Tinh bột được gia nhiệt ở nhiệt độ từ 120-150OC sản phẩm thu được là phân tử nhỏ hơn là dextrin và pirodextrin.

Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng sau:

+ Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn

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

+ Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu, nên độ nhớt của tinh bột

lúc này bị giảm rất mạnh Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp

mới trở thành phản ứng chính

+ Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết

1-4 glucozit không bền trong amiloza lúc này sẽ chuyển thành liên kết 1-6

bền hơn

+ Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến tính một cách sâu sắc, do đó nhiều tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng, đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi

+ Phụ thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-1200C), dextrin vàng

+ Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90%

và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%

+ Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có độ hòa tan rất đáng

kể, có mức độ phân nhánh trung bình trên 20% 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

b. Tác nhân sinh học

Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme

Cấu tạo:Dưới tác dụng của enzyme amilaza, phân tử tinh bột bị cắt ngẫu nhiên thành

những dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt thành 2 đơn vị glucozơ một

Enzyme -amilaza thủy phân các liên kết -1,4 gly trên nhiều mạch và tại nhiều vị trí của cùng một mạch, giải phóng ra glucozo và các oligosacrit có từ 2 đến 7 đơn vị

glucozo, trong đó có một glucozo khử tận cùng ở dạng Kết quả đó thường làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột, do dó còn được gọi là amilaza dịch hóa Khi bị thủy phân amilaza, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là maltozo và maltotriozơ Khi thủy phân

Ap trong dung dịch, ngoài glucozo, maltozo và maltotriozơ còn có them các dextrin giới hạn có nhánh Các dextrin giới hạn này thường có chứa các liên kết -1,6 của polymer ban đầu cộng với các liên kết -1,4 kề bên, bền với phản ứng thủy phân Tùy theo nguồn gốc của -amilaza, các -dextrin giới hạn này có thể chứa 3, 4 hoặc 5 đơn vị glucozơ Enzyme -amilaza xúc tác thủy phân các liên kết -1,4 của Am và Ap từ đầu mạch

không khử và giải phóng ra maltozơ Tác động của enzyme sẽ ngừng lai ở chỗ sát với liên kết -1,6

Am thường bị enzyme thủy phân hoàn toàn trong khi đó trong cùng điều kiện thì chỉ có 55% Ap được chuyển hóa thành maltozơ Phần còn lại của sự thủy phân Ap là dextrin giới hạn có phân tử lượng cao và có chứa tất cả các liên kết -1,6 của phân tử ban đầu

-amilaza -amilaza sẽ làm cho kích thước phân tử tinh bột giảm dần theo thời gian tác dụng của nó

Sản phẩm thủy phân thu được:

Đường glucose tinh thể hoặc dung dịch (D-glucose), xiro giàu fructose hoặc fructose tinh thể , xiro glucose và maltose, maltodextrin và xiro dextrin

Các sản phẩm thuỷ phân như đường glucose, các loại xiro và maltodextrin thường

được phân loại dựa trên chỉ số DE Tinh bột có chỉ số DE bằng 0 do số lượng các

gốc khử có mặt rất ít Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột sẽ tạo ra đường glucose với

chỉ số DE 100 Các sản phẩm thuỷ phân ở mức độ trung gian sẽ có giá trị DE nằm trong khoảng 0 – 100 Đường glucose thường chứa ít nhất 99.5% glucose, các

dạng xiro có DE trong khoảng từ 20 – 99.4 còn maltodextrin là những sản phẩm

có chỉ số DE từ 4 – 20 Tuy nhiên, DE không hoàn toàn thể hiện đúng mức độ thuỷ phân đặc biệt đối với các sản phẩm xirô có cùng chỉ số DE nhưng khác nhau

ở thànhphẩn đường oligo do tinh bột được thuỷ phân với những nguồn enzyme và phươn

g pháp khác nhau Trong trường hợp này, sản phẩm được đánh giá bởi thành

phần và nồng độ các đường DP1 ( glucose), DP2 ( maltose), DP3 (malto triose),

DP4( maltotetraose)…

Tính chất:

Kết quả là làm cho tinh bột bị loãng, độ nhớt giảm xuống

Maltodextrin là một polysaccharide gồm các D-glucose liên kết với nhau bằng liên

kết α-1,4 glucoside

Maltodextrin thường được phân loại theo chỉ số DE

DE chỉ ra mức độ polyme (DP) của phân tử tinh bột số lượng của các đơn vị monosaccharide trong phân tử

- Khi chỉ số DE tăng sẽ ảnh hưởng đến các tính chất sau:

+ Mức độ hóa nâu ( do tăng lượng đường khử)

- Khi chỉ số DE giảm sẽ dẫn theo các tính chất sau:

+ Khối lượng phân tử

Khi biến tính bằng oxi hóa, hình dạng tinh bột không thay đổi nhưng kích thước tinh bột

tẻ tăng lên, tinh bột nếp không thay đổi Trong phân tử tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm

cacboxyl và nhóm cacbonyl Sự oxi hóa thường xảy ra ở các nhóm cacbon C2, C3, C6

+ Quá trình oxi hóa bằng cách chuyển nhóm andehit thành nhóm cacboxyl tạo ra các aldonic, có tên là nhóm cuối axit D-gluconic:

+ Quá trình oxi hóa nhóm metyl ở C6 thành nhóm cacboxyl axit

D-gluconic(C8H10O7) Quá trình OXH có thể tiến hành bằng dẫn xuất 6-andehit:+ Quá trình oxi hóa nhóm hydroxyl thứ hai thành nhóm xeton:

+ Quá trình oxi hóa 2,3-glucol thành diandehit và dicacboxylic:

- Tính chất của tinh bột oxi hóa

Tinh bột oxy hóa có màu rất trắng ( tinh bột càng trắng, mức độ oxy hóa càng cao), nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hóa giảm

- Cấu tạo

Về hạt của tinh bột oxi hóa tương tự như tinh bột ban đầu chúng cho vết màu xanh với iot như tinh bột chưa biến tính nhưng trắng hơn Đó là do phản ứng tẩy trắng của natri hypoclorit lên các vết bẩn tinh bột Quá trình xử lí bằng natri hypoclorit hoạt hóa quá trình hòa tan các vết bẩn làm cho chúng được rửa sạch khỏi tinh bột tuy nhiên tinh bột này nhạy cảm với nhiệt hơn, nên chúng được làm khô ở nhiệt độ cao chúng có khuynh hướng đổi màu

- Tính chất

+ Sự tạo ra nhóm cacbonyl, sự đứt liên kết glucozit xảy ra trong suốt quá trình oxi hóa phụ thuộc vào mức độ phản ứng Khi mức độ phản ứng tăng lên thì trọng lượng phân tử giảm, độ nhớt thực giảm

+ Quá trình oxi hóa làm giảm độ nhớt hoặc làm tăng độ chảy của nó Vì thế nó có thể hồ hóa trong nước ở nhiệt độ thấp hơn tinh bột chưa biến tính

+ Khả năng phân lớp và ổn định hồ tinh bột oxi hóa cao hơn so với tinh bột biến tính axit

+ Tinh bột oxi hóa bởi natri hypoclorit có khuynh hướng tạo màng đồng nhất, ít bị

co lại và ít bị gãy hơn so với những loại tinh bột biến tính bằng axit Dạng màng của nó có khả năng hòa tan trong nước cao hơn so với tinh bột chưa biến tính hoặc biến tính axit Thuộc tính này là do nhóm ưa nước cacboxyl được hình thành trong quá trình oxi hóa

Biến tính bằng xử lí tổ hợp để thu được tinh bột keo đông

- Cấu tạo: Tinh bột khi xử lí tổ hợp sẽ xảy ra quá trình oxi hóa tinh bột bằng oxi

hóa và có thể ozon thoát ra trong phản ứng

- Tính chất: Khi tăng độ biến tính thì trọng lượng phân tử tinh bột, độ nhớt của hồ

và nhiệt độ hồ hóa giảm Đặc trưng của phương pháp này là tinh bột có khả năng tạo đông cao, không còn mùi đặc biệt và độ trắng cao

Biến tính bằng cách gán thêm nhóm photphat

- Cấu tạo: Có thể biến tính tinh bột thành tinh bột dihydro photphat khi một nhóm

chức của H3PO4 được este hóa với nhóm OH của tinh bột hay tinh bột monohydro photphat nếu hai nhóm chức của axit H3PO4 được este hóa

- Tính chất

+ Duy trì được độ sệt không bị phá hủy trong môi truờng acid , nhiệt độ và

khuấy trộn

+ Không tạo thành gel khi để yên ở nhiệt độ phòng

+ Có độ bền khi làm lạnh và tan giá

+ Không co lại khi để yên, có độ nhớt cao

Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

- Cấu tạo: Tinh bột được cho tác dụng với axit boric thì nó sẽ có tính chất khác, khi

đó bốn nhóm của hai mạch tinh bột nằm gần nhau tạo thành phức axit boric Nói chung bất kể phân tử nào có khả năng phản ứng với hai (hoặc nhiều hơn) nhóm hydroxyl đều tạo được liên kết ngang giữa các mạch tinh bột

- Tính chất

+ Ổn định được độ nhớt của hồ, tinh bột biến tính dai hơn, dòn hơn và cứng hơn.+ Đối với tinh bột liên kết ngang, nhiệt đột hồ hóa tăng tỷ lệ thuận, trong khi khả năng trương nở lại tỷ lệ nghịch với lượng các liên kết ngang Loại tinh bột này có

độ bền rất cao trong khoảng pH rộng ( ngay cả trong các thực phẩm acid và ưới tác động của lực cơ học như khuấy)

Biến tính bằng axit

- Cấu tạo: Dưới tác dụng của axit, một phần liên kết giữa các phân tử và trong phân

tử tinh bột bị đứt làm cho kích thước tinh bột giảm đi và ta thu được tinh bột có tính chất mới Axit vô cơ thường dung là HCl và H2SO4 Trong quá trình biến tính tinh bột thì phản ứng axit gây ra sự thủy phân liên kết glucozit trong phân tử tinh bột như sau:

Mạch tinh bột lúc này ngắn hơn Đối với tinh bột đã phân tán thì liên kết 1,4 - D – glucozit nhạy cảm với sự phân giải axit hơn so với những điểm phân nhánh 1,6 -D

Sự thủy phân axit vào 2 vị trí:

+ Vô định hình, giàu Ap, đặc biệt là những điểm phân nhánh 1,6 - D – glycozit.+ Vùng kết tinh và vùng có tổ chức cao của Ap và Am

Sản phẩm của sự thủy phân không hoàn toàn là dextrin Dextrin là hỗn hợp của mono, oligo và polisacrit

- Tính chất

+ Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng axit giảm thấp

+ Chỉ số kiềm của tinh bột biến tính tăng lên khi mức độ thủy phân tăng

+ Khối lượng phân tử của tinh bột giảm, mức độ trùng hợp cũng giảm

+ Tinh bột biến tính có độ bền màng cao

+ Giảm ái lực với iot

+ 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

CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ TẠO GEL CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH

Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một

cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh

bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước

Vì tinh bột chứa cả amilopectin và amilose nên trong gel tinh bột có vùng kết 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 tinh Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa 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 huỷ và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của các phân tử trong phần vô định hình quyết định

Các tinh bột vừa chứa Am và AP nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi ở nồng

độ tương đối thấp Chỉ có tinh bột khoai tây là khả năng này kém hơn, có thể là do hàm lượng Am của nó cao hơn nhưng trước hết là do độ dài bất thường và mức độ phân

nhánh yếu của Am sẽ cản trở sự uốn thẳng để tạo ra cấu trúc mixen Các tinh bột giàu amilopectin như tinh bột ngô nếp, có độ phân nhánh cao thường cản trở sự tạo gel khi ở nồng độ thấp nhưng khi ở nồng độ cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel

Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn Gel từ tinh bột giàu Am

thường cứng và đàn hối kém

1.Sự hồ hóa tinh bột:

Tinh bột bắt đầu biến tính tạo gel ở nhiệt độ 60-70oC và tuỳ thuộc vào từng loại tinh bột mà có biến tính ở nhiệt độ khác nhau Tuỳ loại tinh bột khác nhau có cấu trúc và

số lượng hạt khác nhau dẫn đến khả năng hấp thụ nước khác nhau Khi tinh bột được xử

lý bằng nhiệt và ẩm đồng thời thì sẽ xảy ra hiện tượng hồ hoá,các hạt tinh bột sẽ trương

nở lên do hấp phụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực.Các hạt tinh bột lớn nhất sẽ trương nở trước hết do cấu trúc kém bền nhất Khi đó độ nhớt của huyền phù tinh bột tăng mạnh vì các hạt tinh bột trương nở kết dính vào nhau.Tiếp tục xử lý sẽ gây vỡ hạt tinh bột, thuỷ phân từng phần các phân tử cấu thành tinh bột,làm giảm độ nhớt của dung dịch Khi dung dịch rất đậm đặc thì tinh bột hình thành gel,độ nhớt tăng lên,đôi khi tạo kết tủa.Thời gian tạo gel khác nhau tuỳ theo thời gian tác dụng nhiệt khác nhau làm cho tất cả các hạt tinh bột trương nở hoàn toàn.

Loại tinh bột Nhiệt độ hồ hoá( o C)

Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột.

Những biến đổi của tinh bột trong quá trình tạo gel:

Tinh bột thô chưa được hấp thụ hơi ẩm không thể tạo gel.Vậy sự tạo gel ở tinh bột là sự biến tính của tinh bột trong môi trường ẩm dưới ảnh hưởng của nhiệt độ Nếu chỉ gia nhiệt tinh bột thô thì xảy ra quá trình dextrin hoá tinh bột, điều này ảnh hưởng tới độ nhớt cũng như độ bền gel, làm độ nhớt và độ bền giảm Nếu chỉ cho quá trình xảy ra trong độ ẩm giới hạn (ít hơn mức tối đa) thì quá trình xảy ra không hoàn toàn Điều

này thường xảy ra trong lúc nướng bánh

Bắt đầu đun dung dịch tinh bột bắp 5% thì tinh bột bắp biến tính nhẹ,nước được hấp phụ nhẹ trên bề mặt hạt tinh bột Thậm chí ngay cả khi ở nhiệt độ phòng thì sự hấp phụ nước cũng đã xảy ra (27oC)

Khi đun dung dịch tinh bột bắp 5% tới 40oC thì nước được hấp phụ nhiều hơn trên bề mặt hạt tinh bột, các liên kết hidro giữa mạch polymer tinh bột yếu dần Vài loại hạt tinh bột có thể hấp thụ nước

Đun tới 50oC ,các liên kết hydro yếu đến mức đã có thể cho nước đi vào bên trong hạt

Tiếp tục đun dung dịch tới 60-65oC thì hạt tinh bột bắp bắt đầu được hấp thụ nước, liên kết hydro càng yếu hơn nữa

Vài dạng phân tử amylose có thể hoạt động tự do, tách khỏi bề mặt hạt làm cho càng nhiều nước được hấp thụ

và càng nhiều phân tử amylose tách ra hoạt động tự do trong dung dịch keo phân tán bên ngoài hạt Những phân tử amylose dài có các dạng keo đặc trưng

Vào khoảng giữa 60-70oC, sự biến đổi diễn ra một cách rõ ràng hơn dưới tác dụng của các tác nhân như gia nhiệt, tính chất của tinh bột …

Đến 70-90oC, hạt tinh bột đã trương nở cực đại, chuẩn

bị cho việc tạo gel

Tới 90oC thì cấu trúc hạt vỡ ra, không còn liên kết hydro giữa các mạch polymer tinh bột

Sau khi hạt tinh bột bị phá huỷ, hình thành sự tái liên kết giữa các mạch polymer và tạo thành dạng gel Đây là dạng gel của amylose ,các phân tử liên kết với nhau bằng các liên kết ngang và liên kết với nhánh của phân tử amylopectin

Nếu quá trình tạo gel xảy ra chính xác,đúng loại tinh bột thì ta thu được loại gel có cấu trúc dài, bền ,có hình dạng xác định Đó là cấu trúc bậc ba bao gồm các sợi amylose ngang dọc liên kết với nhau theo chiều cao, rộng, dài tại các nút mạng gel.

2.Sự thoái hóa:

Khi cất giữ hồ tinh bột trong thời gian lâu thì các sợi tinh bột sẽ tiến gần đến nhau tạo liên kết Hydro nội phân tử, giảm liên kết với nước và tách nước, hiện tượng hồ tinh bột bị ứa nước gọi là hiện tượng thối hóa Thông thường hàm lượng amylose càng cao thì sự thối hóa càng lớn Hình bên dưới minh họa cho ấy sự thay đổi độ nhớt của nhiều loại tinh bột khác nhau trong quá trình tạo gel

Biểu đồ thay đổi độ nhớt của tinh bột trong quá trình hồ

Hiện tượng tạo gel có thể được tạo ra bởi các tác động cơ học bằng cách tách rời phân tử tinh bột trong hạt tinh bột, cho phép nước được hấp thụ vào trong hạt Quá trình tạo gel cũng có thể xảy ra bằng cách cộng hợp kiềm như hydroxide hay hypochloride Kiềm bắt đầu quá trình oxi hóa phân tử tinh bột thông qua việc phá vỡ cấu tạo các hạt tinh bột cho phép quá trình hấp thụ nước xảy ra

Mỗi lần được làm nguội đến nhiệt độ môi trường xung quanh, tinh bột tạo thành hoặc là dạng gel rắn chắc hoặc là dạng hồ lỏng Khuynh hướng thối hóa tăng lên lập tức tương ứng với thành phần amylose Thông thường bột mì với 25% amylose sẽ thối hóa, trái lại bắp không có amylose tạo ra một dạng gel sợi di và sẽ không bị thối hóa Suốt quá trình thối hóa phân tử tinh bột bắt đầu kết hợp lại tạo thành liên kết Hydro và có khuynh hướng siết chặt lại hay giải phóng nước Quá trình giải phóng nước này gọi là sự syneresis

Bên dưới là bảng của Penford về tinh bột chưa được biến tính:

TINH BỘT CỦA PENFORD

Tinh bột lúa mìTinh bột bắp thườngTinh bột bắp nếpTinh bột khoai tây giàu amyloseTinh bột khoai mì

Những tinh bột có hàm lượng amylose tương đối cao rất dễ bị thối hóa Quá trình thối hóa tạo ra syneresis, là một vấn đề quan trọng trong sản xuất những thực phẩm có thời hạn sử dụng lâu di bởi vì trong thời gian bảo quản có sự phát triển của các vi sinh vật và

có thể gây ngộ độc thực phẩm

Những phương pháp giảm sự thối hóa tinh bột:

+ Sử dụng tinh bột chứa ít amylose Bắp nếp là dạng thường gặp nhất vì nó chứa 100% l amylopectin

+ Tuy nhiên các phân tử amylopectin bình thường khi bị hồ hóa sẽ tạo thành các sợi di tạo ra cảm giác không ngon miệng Hơn nữa, hầu hết hồ tinh bột đều có nhược điểm là dễ

bị thối hóa dưới tác dụng cơ học hay dưới tác dụng của các chất hóa học như acid Do đó

để khắc phục những nhược điểm trong các tinh bột giàu amylopectin sẽ được biến tính hóa học tạo ra các liên kết ngang giữa các phân tử amylopectin Quá trình này tạo ra một dạng tinh bột biến tính không bị thối hóa bền dưới tác động của cơ học và các tác nhân hóa học

Ở nhiệt độ thường thì tinh bột có liên kết ngang không bị thối hóa tuy nhiên nó dễ

bị thối hóa nếu hồ tinh bột bị hạ nhiệt độ xuống quá thấp, dưới điểm đông đặc của nước Thối hóa gây nên bởi đông đặc có thể được khắc phục bằng cách biến tính hóa học lần thứ 2 để tăng số liên kết ngang Quá trình biến tính lần thứ 2 bao gồm sự thay thế nhóm –

OH cho một mạch H-C ngắn bên trong phân tử tinh bột

Quá trình thối hóa tinh bột có liên kết ngang bằng phương pháp đông đặc có thể ngăn chặn được bằng cách thay thế những nhóm –OH trong chuỗi polymer tinh bột bằng các nhóm hóa học để tạo thành liên kết Hydro giữa các phân tử tinh bột gần nhau Sự

thay thế này tạo ra một loại tinh bột biến tính hai lần nhờ đó khả năng bị thối hóa giảm đáng kể.

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH

I. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH TRONG CÔNG NGHIỆP

 Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột biến tính được dung ổn định cấu trúc, tạo

độ dai, dẻo ,độ sánh, cho thực phẩm

 Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm, tinh bột được dung làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược

 Trong công nghiệp xây dựng tinh bột được dung làm chất gắn bê tông, chất gắn đất sét, đá vôi, keo dính gỗ, gỗ ép , phụ gia cho sơn

 Với công nghiệp khai khoáng, tinh bột được dùng trong tuyển nổi quặng, dung dịch nghũ tương khoan dầu

 Với công nghiệp giấy, tinh bột được dung làm chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em

 với công nghiệp dệt, tinh bột dung trong hồ sợi, in

 với các nghành khác, tinh bột được dung làm màng plastic phân hủy sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại, chất tẩy rửa, công nghiệp gỗ dán

và cải thiện độ trong của gel

Kết quả của việc biến tính này là 1 sản phảm

tinh bột ổn định để sản xuất bột nhão bền vững qua

nhiều chu kỳ đông lạnh-rã đông và ngăn ngừa tình

trạng rỉ nước xảy ra

Ứng dụng

- Tăng thêm sức mạnh cho các loại bột mềm mà

khi bột nhão được nấu lên sẽ sánh hơn