Tiểu luận môn hóa sinh đại cương hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc

Trong bài tiểu luận này chúng em sẽ phân tích ra nguồn gốc, cấu tạo, tính chất và những ứng dụng của tinh bột để hiểu rõ hơn sự quan trọng của tinh bột trong cuộc sống con người.. 1.4.2.

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

-

TIỂU LUẬN MÔN:

HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG

Đề Tài: HỆ THỐNG TINH BỘT CỦA CÁC HẠT NGŨ CỐC( LÚA NGÔ, LÚA MÌ, ĐẠI MẠCH )

GVHD: THS NGUYỄN THỊ TRANG

(Mẫu bìa ngoài)

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU………

NỘI DUNG ………

Phần 1: Khái quát về tinh bột……… 4.

1.1 Quá trình hình thành của tinh bột từ thực vật………….4

1.2 Khái niệm tinh bột ……….4

1.3 Cấu tạo của tinh bột………

1.4 Tính chất cơ bản của tinh bột………

1.4.1.Khả năng hấp thụ nước và sự hồ hóa của tinh bột…

1.4.2 Phản ứng với I ốt………

1.4.3 Khả năng tạo phức………

1.4.4 Khả năng tạo gel và thoái hóa tinh bột………

1.4.5 Khả năng tạo sợi của tinh bột………

1.4.6 Sự thủy phân của tinh bột………

Phần 2: Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc…………

2.1 Khái quát chung………

2.2 Tinh bột trong các hạt ngũ cốc thông dụng………

2.2.1 lúa gạo………

2.2.2 ngô………

2.2.3 lúa mì………

2.3 Phương pháp tách tinh bột từ ngũ cốc………

2.3.1 Tách tinh bột từ lúa gạo………

- Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây Tinh bột

có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa nó thủy phân thành đường glucozo là chất tạo nên nguồn calo chính trong thực phẩm cho con người Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do tính chất hóa lí 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 ở dạng keo,

là yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm Trong công nghiệp tinh bột được ứng dụng trong công ngệ xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước tròng nền sản xuất tạo thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn ngoài ra còn nhiều ứng dụng khác của tinh bột trong cuộc sống, vì vậy tinh bột có vai trò hết sức quan trọng Trong bài tiểu luận này chúng em sẽ phân tích ra nguồn gốc, cấu tạo, tính chất và những ứng dụng của tinh bột để hiểu rõ hơn sự quan trọng của tinh bột trong cuộc sống con người Trong bài có gì sai sót mong cô và các bạn góp ý

PHẦN 1: Khái quát về tinh bột.

1.1 Qúa trình hình thành của tinh bột từ thực vật

- Tinh bột được hình thành từ quá trình quang hợp ở cây xanh Cây xanh hấp thụ ánh sáng mặt trời sau đó biến đổi nó thành năng lượng hóa học tích lũy trong các phần tử hydratcacbon Cn(H2O)m

Hình 1.1 quá trình quang hợp tao ra tinh bột ở lá cây.

1.2 Khái niệm tinh bột

-Tinh bột tiếng Hy Lạp là amidon ,CTHH: (C6H10O5)n) là một

polysacarit cacbonhidrate chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm amilose và amilopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20:80 đến 30:70 Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất khác nhau Chúng đều là

các polymercacbonhidrat phức tạp của glucose (công thức phân tử là

C6H12O6) Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ như:ngũ cốc Tinh bột là một thành phần quan trọng trong đời sống Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp

 Một số hình ảnh của tinh bột:

Hình 1.2a tinh bột trong ngô Hình 1.2b tinh bột trong lúa mạch

Hình 1.2c tinh bột trong lúa gạo hình 1.2d tinh bột trong các loại hạt

1.3 Cấu tạo của tinh bột

- Tinh bột là một dang polysaccarit, được cấu tạo từ những

monosaccarit bởi liên kết glucozit

- Tinh bột không phải là hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amylose và amylopectin

- Nhìn chung tỷ lệ amylose/amylopectin trong đa số tinh bột là ¼

- Thường trong tinh bột loại nếp (gạo nếp, ngô nếp ) gần như 100% là amylopectin Trái lại trong tinh bột đậu xanh hàm lượng amylose chiếm đến 50%

Hình 1.3a cấu tạo tinh bột.

❖ Nguyên tắc tách riêng hai phần amylose và amylopectin

● Trích ly amylose(Am) bằng nước ở nhiệt độ khác nhau

● Khuých tán tinh bột trong nước trong dung dịch đệm hoặc trong

formanmide (chất này không gây ra hiện tượng trùng hợp),

● Kết tủa amulose bằng tác nhân có cực (rượu n-butylic, xiclohexylic, izomylic) hoặc bằng tác nhân không có cực

● Phương pháp sắc kí cột đơn giản

● Phương pháp siêu phân đoạn

❖ Cấu tạo của amylose

- Khối lượng phân tử: 20000 – 30000

- Amylose là polyme có mạch thẳng, không phân nhánh, phân tử khối

từ 3.104- 1.106 đvC., tạo bởi 2 a-D glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4

Hình 1.3b cấu tạo của amylose

- Amylose có mạch dài

- Amylose liên kết với nhau rất chặt nên rất khó bị trương ra

- Ở trong tinh bột, khi ở trạng thái dung dich, hoặc khi đang ở trạng thái

bị thoái hóa amylose cấu hình mạch giản, khi thêm tác nhân kết tủa vào amylose mới chuyển sang dạng xoắn ốc, mỗi vòng xoắn gồm 6 glucose

❖ cấu tạo của amylopectin

Hình 1.3c cấu tạo của amylopectin

- Amylose có cấu tạo mạch nhánh ngắn nên lực tương tác giữa các phân

Hình 1.3d cấu tạo bên trong của tinh bột.

- Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, bên trong mỗi lớp đều có sự lẫn lộn các tinh thể AM và AP xắp xếp theo phương hướng tâm, dạng gấp khúc

- Chiều dày mỗi lớp là 0,1 micromet, AM tập trung chủ yếu ở trung tâm hạt

- Lớp kề vỏ bao ngoài đặc hơn, và bền dưới tác động của tác nhân bên ngoài, có lỗ nhỏ để các chất hòa tan xâm nhập vào trong bằng con đường khuých tán qua vỏ

- Hạt tinh bột nhỏ có cấu tạo chặt, hạt lớn có cấu tạo xốp

1.4 Tính chất cơ bản của tinh bột

1.4.1 khả năng hấp thụ nước và sự hồ hóa của tinh bột.

- -Qúa trình trương nở :Khi hòa tan tinh bột vào nước các phân tử nước thâm nhập vào giữa phân tử tinh bột có kích thước lớn ,tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột tạo lớp vỏ hydrate làm cho mắt xích nào

đó của phân tử tinh bột bị yếu đi ,phân tử tinh bột bị xê dịch,rão ra và trương lên

-Độ tăng kích thước trung bình :tinh bột bắp 9,1 ,tinh bột khoai tây 12,7 ,tinh bột sắn 28,4

-Người ta thấy rằng khi ở nhệt độ thường tinh bột hấp thụ 25-50 nước

mà hạt vẫn chưa trương Ơ 60 tinh bột ngô hấp thụ 300 nước ,khi ở

70 thì hấp thụ 1000 nước ,khi trương nở cực đại tinh bột có thể hấp thụ 2500% nước

Hình 1.4.1a.nhiệt độ hồ hóa của tinh bột trong các nguồn khác

nhau.

1.4.2.Phản ứng với iôt

-Khi tương tác với iot Am sẽ cho phức màu xanh đặc trưng.Vì vậy iot được coi

là thuốc thử đặc trưng để xác định hàn lượng Am trong tinh bột băng phương

pháp trắc quang Để phản ứng được với iot ,các phân tử Am phải có dạng xoắn

ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của Am bao quanh phân tử iot.Các dextrin

có ít hơn 6 gốc glucozo không phảm ứng với iot 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 ứng chế cường độ phản ứng này

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

ốc tương tự iốt

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

và tách ra khỏi dung dịch

1.4.4.Khả năng tạo gel và thoái hóa tinh bột.

-Khi để nguội tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng 3 chiều

Điều kiện tạo gel :dung dịch hồ tinh bột có nồng độ đậm đặc vừa phải ,được hồ hóa,và để nguội ở trạng thái yên tĩnh

Hình 1.4.4a tinh bột ở trạng thái gel.

-Khi gel tinh bột để một thời gian dài chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể tách

ra gọi là sự thoái hóa

-Yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoái hóa:

+Tỉ lệ amiloza/amilopectin

+Hình dáng phân tử của tinh bột

+Nhiệt độ :nhiệt độ tăng tốc độ thoái hóa giảm

+pH,muối vô cơ

1.4.5.Khả năng tạo sợi của tinh bột.

-Cho dung dịch bột qua một bản đục lỗ với đường kích thích hợp : định hướng theo dòng chảy →các phân tử tinh bột kéo căng ra ,sắp xếp song song theo phương trọng lực

-Nhúng vào bể nước nóng :hồ hóa ,định hình,các phân tử tinh bột tương tác với nhau và với nước bằng liên kết hydro

-Nhúng vào nước lạnh:các phân tử liên kết với nhau chặt chẽ hơn và tạo nhiều liên kết hydro giữa các phân tử

-Gia nhiệt ,sấy khô;tăng lực cố kết và độ cứng

Hình1.4.5a tinh bột ở dạng sợi.

1.4.6.Sự thủy phân tinh bột.

••Dextrin:- dextrin:3-5 gốc glucose,còn liên kết 1-6 glucoside

- dextrin :Mpt có phân tử lớn

-Chỉ số DE (dextrose equivalent):biểu thị mức độ thủy phân ,tạo các đầu khử DE=lượng đường khử (glucose)/g lượng tinh bột DE tăng ,độ ngọt tăng DE 3-20,maltose dextrin DE>20 siro glucose

PHẦN 2: Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc.

2.1: khai quat chung

- Các hệ thống tinh bột khác nhau có đặc điểm về hình dáng, cấu tạo, kích

thước, hạt tinh bột khác nhau phụ thuộc vào giống cây được trồng trọt và quá trình sinh trưởng của cây

- Hạt tinh bột của tất cả các hệ thống có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình

- Hạt tinh bột mì có dạng đa giác hoặc hình tròn

2.2 Tinh bột trong các hạt ngũ cốc thông dụng.

2.2.1 lúa gạo

lúa gạo là một thực phẩm thông dụng , mỗi hạt lúa gạo bao gồm nhưng thành

phần sau:

+ vỏ trấu: chiếm 19 – 21% khối lượng hạt

+ vỏ quả: chiếm 05 – 06 % khối lượng hạt

+ vỏ hạt: chiếm 1 -2,5% khối lượng hạt

+ lớp alorong: chiếm 6 – 12% khối lượng hạt

+ nội nhũ: phần được sử dụng lớn nhất trong hạt lúa gạo, gồm các tế bào lớn chứa đầy các hạt tinh bột, protein, và một ít hạt cenllulose, chất béo tro và

đường Tinh bột tập trung chủ yếu ở phần nội nhũ khoảng 80%

Hình 2.2.1a cấu trúc hạt gạo.

-Tinh bột là cấu tử chính của gạo( chiếm 90% là chất khô) Hàm lượng AM trong gạo tẻ có thể chiếm từ 7 – 33% chất khô AP là cấu tử chính của tinh bột

và là thành phần duy nhất của gạo nếp Tinh bột gạo nếp có thể chiếm từ 0,8 – 1,3% AM, tập trung chủ yếu ở tâm hạt tinh bột Tinh bột lúa nếp bị nhuộm màu

đỏ hay nâu , còn gạo tẻ thì nhuộm màu xanh hay xanh tím Hàm lượng AM phụ thuộc vào trị số và hàm lượng tinh bột

- Mỗi loại gạo có nhiệt độ hồ hóa khác nhau, có thể dao động từ 55 - 79 phụ thuộc vào giống và điều kiện canh tác, có thể chia làm 3 loại: loại thấp (69 , loại trung gian (70 - 74 )

- Nhiệt độ hồ hóa phản ánh độ bền của các hạt tinh bột, những sự khác biệt về nhiệt độ hồ hóa phản ánh rõ thời gian nấu gạo Nấu gạo có nhiệt độ hồ hóa cao

sẽ kéo dài thời gian vài phút so với gạo có nhiệt độ hồ hóa thấp Gạo có nhiệt độ

hồ hóa thấp khi nấu sẽ bắt đầu hút nước và trương nở ở nhiệt độ thấp hơn so với gạo có nhiệt độ hồ hóa cao Nhiệt độ hồ hóa phản ánh độ rỗng của nội nhũ

- Tỷ lệ AM/AP xác định các tính chất của cơm Hàm lượng càng cao, các hạt tinh bột hút nước càng mạnh, thể tích các hạt tinh bột tăng nhưng cấu trúc

2.2.2 ngô.

- Ngô cũng là một loại ngũ cốc,hạt ngô có thành phần cấu tạo của bao gồm:

+ vỏ quả: chiếm 05 – 07% khối lượng hạt

+ vỏ hạt: chiếm 2% khối lượng hạt

+ lớp alorong: chiếm 6 – 8% khối lượng hạt

+ phôi: có chứa 5% tinh bột ( chỉ có ở phôi hạt ngô)

+ nội nhũ: chiếm 72 – 75% khối lượng hạt phần được sử dụng lớn nhất của hạt lúa mì, gồm tế bào lớn chứa đầy tinh bột, protein, một ít cenllulose, chất béo, tro

và đường Tinh bột tập trung chủ yếu ở phần nội nhũ từ 77 – 84%

Hình 2.2.2a cấu tạo của hạt ngô.

- Mỗi hạt lúa mì bao gồm những bộ phận chủ yếu sau:

+ vỏ quả: chiếm 04 – 06% khối lƣợng hạt

+ vỏ hạt: chiếm 2 – 2,25% khối lƣợng hạt

+ lớp alorong

+ nội nhũ: tinh bột chiếm phần lớn trong phần nội nhũ từ 78 – 82% tùy thuộc vào mức độ liên kết protein với các hạt tinh bột mà nội nhũ có thể trắng trong hoặc trắng đục

Hình 2.2.3a cấu tạo hạt lúa mì.

2.3.1 tách tinh bột từ lúa gạo.

-Hạt tinh bột gạo có kích thước nhỏ(3 - 8 Được bao bởi một lớp vỏ protein cứng, chặt và không hòa tan trong nước, nên để tách được tinh bột cần phải xử

lí hóa học để tách protein ra khỏi tinh bột

-Có thể ngâm gạo xay trong dung dịch SO2 trong một nhiệt độ và thời gian nhất định(50 Để làm cho khung protein bị trương lên và bị khuých tán vào dung dịch dễ dàng Tiếp đó gạo được nghiền trong cối nghiền khối nghiền cho qua sàng quay và sàng rung để tách vỏ và sơ, sau đó khuấy đều với dung dịch NaOH để tạo huyền phù và cho vào ly tâm để tách ra làm 2 lớp: lớp chất lỏng ở phía trong(quanh tâm của máy li tâm) chưa nhiều protein và lớp đặc có khối lượng riêng lớn thì vòng ngoài chứa chủ yếu là tinh bột có lẫn ít protein Li tâm nhiều lần sẽ thu được tinh bột sạch

SO2 ở nồng độ xác định(0,1 – 0,2%) trong một thời gian dài(30 – 50h) để làm mềm hạt ngô, để có thể dễ dàng tách phôi một cách nguyên vẹn và tách tinh bột sau này.SO2 là tác nhân ngăn cản VSV phát triển và làm cho màng protein bị

trương lên, phân rã ra và khuých tán dễ dàng vào dung dịch Tiếp đó ngô được nghiền thô với nước trong thiết bị nghiền thích hợp để tách phôi Đại bộ phận phôi được tách khỏi hạt trong giai đoạn này, được làm khô rồi đem ép hoặc triết

ly để lấy dầu Sau khi tách hết phôi, ngô được nghiền mịn và tinh bột được giải phóng là bên ngoài

-Các cấu tử của tinh bột không bền khi bị nấu kéo dài, nhất là khi khuấy mạnh

và ở PH thấp Điều đó kéo theo sự đỗ vỡ của các tinh bột hòa tan, hạ độ nhớt của phế phẩm Chính vì lí do đó, người ta đã xử lí tinh bột bằng cách tạo dạng lưới ngang giữa các phân tử Amilose hay Amilopectin nhờ biến đổi hóa học dẫn đến tinh bột bị biến hình Các hóa chất thường dùng như: epiccloridrin tạo cầu ete, natri trimetphost tạo cầu este

-Chỉ cần một tỷ lệ mạng lưới thấp(một cầu đối với mỗi 300 gốc

Glucoza) đã có thể chống được sự đổ vỡ của các hạt tinh bột, duy trì độ nhớt cao trong dung dịch

-Tính chất của tinh bột biến hình: độ nhớt, độ bền dính cao , cấu trúc trong hơn tinh bột thường Tạo dung dịch hồ cũng bền hơn

PHẦN 3: Một số ứng dụng tinh bột của các hạt ngũ cốc

trong đời sống.

❖ Tinh bột ngô được sử dụng trong chế biến thực phẩm từ lâu đời Thường người ta dùng tinh bột ngô làm đặc, làm chất tạo độ kết dính cho các loại nước sốt, súp, bánh pugding và các loại kem Ngoài ra, tinh bột ngô còn được dùng làm bột phụ trợ cho đồ nướng, các loại bánh nướng, bánh quy Tinh bột ngô được sử dụng như một chất làm đặc trong súp và các thực phẩm khác như nước sốt, nước thịt và trứng Bên cạnh đó nó còn dùng để sản xuất dextrose acid amin,rượu, bột ngọt… -Tinh bột ngô còn giúp cần bằng lượng mỡ trong máu, ngăn ngừa bệnh tim mạch.Tuy nhiên những loại tinh bột bắp làm từ tinh bột tinh chế sẽ ít còn giá trị bổ dưỡng vì không bao gồm thành phần chất xơ và chất đạm cũng như một số sinh tố và khoáng chất vốn dĩ có nhiều trong phần võ ngoài của hạt bắp và mầm bắp

hình 3a tinh bột ngô giúp đường không bị vón cục.

hình 3b.tinh bột ngô tạo độ kết dính trong súp

❖ Tinh bột lúa gạo đƣợc sử dụng làm nhiều loại đồ uống nhƣ rƣợu gạo

,amazake, horchata, sữa gạo và rƣợu sakê, bún Đƣợc dùng làm chất tạo độ nhớt sánh, độ cứng, độ đàn hồi và độ bền cho sản phẩm

hình 3c ứng dụng trong rƣợu gạo.

hình 3e.tinh bột gạo ứng dụng trong cháo dinh dƣỡng