Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông rã đông của gel tinh bột

Để tạo ra nhiều sản phẩm có thể cung cấp nhiều năng lượng cũng nhu chất dinh dưỡng cho con người, tinh bột đã được ứng dụng ngày càng nhiều hơn để đa dạng hóa các sản phẩm trên thị trườn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC GUM ĐẾN QUÁ TRÌNH

LẠNH ĐÔNG - RÃ ĐÔNG CỦA GEL TINH BỘT

GVHD: ThS NGUYỄN ĐẶNG MỸ DUYÊN SVTH: PHẠM THỊ TỐ TRÂM

MSSV: 11116074

S K L 0 0 3 9 2 0

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

- Tìm ra loại gum chống thoái hóa ở nồng độ tối ưu

4 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 17/1/2015

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn chính

Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Tố Trâm MSSV: 11116074

LỜI CẢM ƠN

Được sự cho phép của khoa công nghệ hóa học và thực phẩm trường đại học Sư

tôi đã thực hiện đề tài “ Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông - rã đông của gel tinh bột”

Để hoàn thành đề tài này, lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn Ths Nguyễn Đặng Mỹ Duyên đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này, giúp tôi vượt qua những khó khăn trong những buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học cũng như tiếp cận thực tế

Trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp, bản thân đã được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo bộ môn Công nghệ thực phẩm, Công nghệ môi trường, trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Tp Hồ Chí Minh về điều kiện vật chất và tinh thần

Sau cùng, tôi xin cảm ơn các anh, chị và bạn bè cùng tôi làm việc tại phòng thí nghiệm hóa sinh đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của

riêng tôi Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được

trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày 15 tháng 7 năm 2015

Ký tên

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

ĐẶT VẤN ĐỀ x

TÓM TẮT ĐỒ ÁN xii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về tinh bột 1

1.1.1 Hình dạng, đặc điểm, cấu tạo của tinh bột sắn 1

1.1.2 Một số tính chất của tinh bột 4

1.2 Hiện tượng thoái hóa của tinh bột 6

1.3 Đặc điểm của một số loại gum 8

1.3.1 Xanthan Gum 8

1.3.2 Carageenan 10

1.3.3 Guar Gum 14

1.4 Ảnh hưởng của các loại gum đến sự thoái hóa của tinh bột 16

1.5 Ảnh hưởng của một số chất khác đến hiện tượng thoái hóa của tinh bột 17

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 20

2.1 Vật liệu 20

2.1.1 Tinh bột sắn 20

2.1.2 Xanthan Gum 21

2.1.3 Carageenan 21

2.1.4 Guar Gum 21

v

2.1.5 Enzyme Termamyl 21

2.2 Phương pháp 21

2.2.1 Chuẩn bị mẫu 21

2.2.2 Đo độ tách nước (% syneresis) 22

2.2.3 Độ đục của nước tách ra sau ly tâm 23

2.2.4 Mức độ thủy phân của tinh bột 23

2.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 24

2.4 Phương pháp xác định hoạt độ của enzyme α-amylase 24

2.5 Phương pháp dựng đường chuẩn đường glucose 26

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 27

3.1 Ảnh hưởng của các loại gum đến dộ tách nước của dung dịch tinh bột sắn 27

3.2 Ảnh hưởng của các loại gum đến độ đục của dung dịch tinh bột sắn sau li tâm……….31

3.3 Ảnh hưởng của các loại gum đến mức độ thủy phân của tinh bột sau các quá trình lạnh đông – rã đông 35

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

4.1 Kết luận 39

4.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO xiii

PHỤ LỤC xxi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Ảnh chụp SEM của cation tinh bột sắn 1

Hình 1.2 : Cấu tạo của AM và AP 2

Hình 1.3 : Tinh bột 2

Hình 1.4 Cấu tạo AM 3

Hình 1.5: Cấu tạo AP 4

Hình 1.6 : RVA độ nhớt của xanthan gum (XG), guar gum (GG), cation tinh bột sắn (CT), và cation tinh bột sắn có bổ sung guar gum (CTC GG) hoặc xanthan gum (CTC XG) 6

Hình 1.7: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi có sự hiện diện của nước 7

Hình 1.8: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi không có sự hiện diện của nước 7

Hình 1.9: Cấu trúc của XG 8

Hình 1.10: Xanthan Gum 9

Hình 1.11 : Tính chất lưu biến của XG 9

Hình 1.12 : CRGN 10

Hình 1.13 : Cấu trúc của CRGN 11

Hình 1.14: Sự biến đổi của các dạng CRGN 12

Hình 1.15 : Tác dụng của nhiệt đối với cơ chế chuyển đổi từ dạng dung dịch sang dạng gel 13

Hình 1.16 : Hạt và bột GG 14

Hình 1.17 : Các đơn vị lặp đi lặp lại của GG 15

Hình 1.18 : Sơ đồ mô phỏng phân tử của sự tương tác giữa AM và các axit béo 17

Hình 2.1 Tinh bột sắn 20

Hình 3.1 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 27

vii

Hình 3.2 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 27 Hình 3.3: Ảnh hưởng của λ-CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 28 Hình 3.4 ảnh chụp SEM của tinh bột sắn cation có và không có gums: (a) tinh bột sắn cation, (b) hỗn hợp tinh bột sắn cation-GG, (c) hỗn hợp tinh bột sắn cation -XG (1500!, Barz

10 mm) 30 Hình 3.5 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu

kì lạnh đông-rã đông 32 Hình 3.6 : Ảnh hưởng của CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua

5 chu kì lạnh đông-rã đông 32 Hình 3.7 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu

kì lạnh đông-rã đông 33 Hình 3.8 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 35 Hình 3.9 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 36 Hình 3.10 : Ảnh hưởng của CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 36

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Giá trị dinh dưỡng trong ngày của tinh bột sắn 20

Bảng 2.2 Chỉ tiêu chất lượng 20

Bảng 2.3 : Bảng xác định hoạt độ enzyme α - amylase 25

Bảng 2.4 : Bảng xác định đường chuẩn Glucose 26

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cuộc sống phát triển kéo theo nhu cầu về ăn uống ngày càng được nâng cao, tuy nhiên thời

gian bận rộn khiến con người không thể tự mình chế biến những món ăn Chính vì thế, đồ

ăn sẵn ngày càng được lựa chọn để đáp ứng nhu cầu ăn uống của mỗi người Để tạo ra nhiều

sản phẩm có thể cung cấp nhiều năng lượng cũng nhu chất dinh dưỡng cho con người, tinh

bột đã được ứng dụng ngày càng nhiều hơn để đa dạng hóa các sản phẩm trên thị trường,

điển hình như: mì ăn liền, bún, phở, há cảo, bánh tráng… cho đến các loại tương, nước

sốt…nhờ vào các thuộc tính về độ nhớt khi bị hồ hóa của chúng Nhưng, nhiều ứng dụng

của tinh bột trong thực phẩm đã bị hạn chế do một số thay đổi về kết cấu bên trong, điển

hình là việc tinh bột bị thoái hóa trong quá trình lạnh đông – rã đông Tất cả các hiện tượng

này phụ thuộc vào thành phần của từng loại tinh bột như: amylose, amylopectin, protein,

lipid…cũng như các phương pháp chế biến, nhiệt độ chế biến món ăn [45] Để hạn chế sự

thoái hóa của gel tinh bột nhằm cải thiện chất lượng cho sản phẩm cuối cùng, các loại tinh

bột đã qua xử lý hóa chất đã được ứng dụng đa dạng trong ngành công nghiệp chế biến vì

tính ổn định của chúng trong quá trình chế biến Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng thực phẩm tự

nhiên của con người ngày càng cao đã dẫn đến việc họ muốn sử dụng các sản phẩm từ tinh

bột nguyên chất ban đầu Chính vì thế, để có thể nâng cao chất lượng sản phẩm từ tinh bột

mà hạn chế sử dụng các tinh bột đã qua xử lý hóa chất, những tương tác của tinh bột/

hydrocolloid đã được nghiên cứu bởi các nhà khoa học để tìm ra những loại hydrocolloid

với nồng độ bổ sung tốt nhất để có thể hạn chế tối đa quá trình thoái hóa của tinh bột [80]

Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã lựa chọn 3 loại gum để khảo sát đó là Xanthan gum,

Guar gum và Carageenan để nghiên cứu về mức độ chống thoái hóa của chúng khi kết hợp

với tinh bột sắn ở những nồng độ khác nhau.Vì đây là 3 loại gum được sử dụng phổ biến

trong hệ thống phụ gia thực phẩm

Mục tiêu của nghiên cứu là hướng tới việc duy trì chất lượng của các sản phẩm làm từ tinh

bột sắn, sau khi được bảo quản lạnh đông trong thời gian dài Trên thế giới hiện nay cũng đã

có nhiều nghiên cứu về vấn đề này Tuy nhiên, những nghiên cứu này đa số tập trung vào

các loại tinh bột mì, bột bắp, các tinh bột khoai lang, khoai tây Vì thế, chúng tôi tiến hành

nghiên cứu trên các loại gum ở các mức nhiệt độ và nồng độ khác với những nghiên cứu

trước đó trên tinh bột sắn nguyên chất Mục tiêu của chúng tôi là:

xi

+ Làm rõ được sự ảnh hưởng của các loại gum lên tính ổn định của gel tinh bột sắn sau rã

đông, tức khả năng chống lại sự thoái hóa của tinh bột sắn

+ Tìm ra loại Gum chống thoái hóa trên gel tinh bột sắn tốt nhất trong 3 loại trên

Từ đó có thể ứng dụng vào thực tế để cải thiện chất lượng thực phẩm

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong đồ án này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại gum Xanthan gum (XG), Guar gum (GG) và Carageenan (CRGN) ở các nồng độ khác nhau 0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% (w/w) đến sự ổn định của gel tinh bột sắn 2% (w/w) qua 5 chu kì lạnh đông – rã đông liên tiếp Chúng tôi đã tiến hành khảo sát về độ tách nước, độ đục của nước tách ra và mức độ thủy phân của từng mẫu và nhận thấy rằng, XG và GG đều làm giảm sự thay đổi cấu trúc của gel tinh bột sắn hơn sau khi rã đông và mức độ giảm này tăng dần theo nồng độ gum được bổ sung vào 0% < 0,1% < 0,2% < 0,3% < 0,4% , và XG cho hiệu quả tốt hơn so với

GG Riêng CRGN hầu như không có tác dụng đến sự ổn định của gel tinh bột sắn khi được

bổ sung vào Qua các thí nghiệm mà chúng tôi đã khảo sát, loại gum có khả năng chống thoái hóa gel tinh bột sắn qua các chu kì lạnh đông-rã đông tốt nhất là XG

1

1.1 Tổng quan về tinh bột

Tinh bột là một loại polysaccharide cao phân tử gồm các phân tử glucose nối với nhau theo

Tinh bột đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Như một chất

phụ gia, tinh bột có tác dụng làm dày và ổn định kết cấu thực phẩm [28] Nó thường được

sử dụng để tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc làm bền keo, hệ nhũ tương

hay sử dụng như chất kết dính, làm đặc…Khi bổ sung 30% tinh bột sắn vào bột mì thì độ

nhớt, chất lượng gel và màu trong mì ăn liền được cải thiện Đồng thời, sự tương tác nội

phân tử giữa các phân tử Amylose (AP) và Amylopectin (AP) giảm đi Đây là nguyên nhân

tạo ra cấu trúc gel nhẹ nhàng hơn trong các hệ thống thực phẩm ăn liền Điều này cho thấy

tinh bột sắn đóng vai trò như một chất độn tổng hợp trong bột mì [17]

Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, trong đó có hai

loại polyme được sắp xếp đối xứng xuyên tâm Quan sát bằng SEM, hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25-35

µm, hạt nhỏ 5-15 µm và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình bầu dục, bề mặt nhẵn, một bên

 Đặc điểm cấu tạo

Tinh bột là một hợp chất hóa học không đồng nhất tạo thành từ hai thành phần chính AM và

AP Dạng lò xo không phân nhánh gọi là AM, dạng phân nhánh gọi là AP Trong đó, AP có

Hình 1.2: Cấu tạo của AM và AP

Hạt tinh bột có cấu tạo lớp khá phức tạp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các phân tử AM dạng tinh thể và AP sắp xếp theo phương hướng tâm Phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia

X cho thấy rằng trong hạt tinh bột nguyên thủy có chuỗi polyglucozit của AM và AP tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucose một vòng

Hình 1.3: Tinh bột

 Thành phần cấu trúc của AM

AM là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị α−D-glucose, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicoside Các nguyên tử carbon trên glucose được đánh số, bắt đầu từ các aldehyde (C = O) carbon, do đó, trong AM, 1-carbon trong một phân tử glucose liên kết với 4-carbon trên phân tử glucose tiếp theo theo liên kết (α (1 → 4.)) Số lượng các tiểu đơn vị glucose lặp đi lặp lại thường nằm trong khoảng từ 300 đến 3000, nhưng có thể là lên đến

phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H

Hình 1.4 Cấu tạo AM

Trong hạt tinh bột, hoặc trong dung dịch, hoặc ở trạng thái thoái hóa, AM thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào mới chuyển sang dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc thường có 6 đơn vị glucose

Liên kết hidro giữa các chuỗi liên kết làm thoái hóa và giải phóng một số phân tử nước (syneresis) Sau đó các chuỗi liên kết có thể hình thành các tinh thể đôi bị mắc kẹt có khả năng kháng amylase Trong công nghiệp thực phẩm thì hạ thấp hàm lượng AM sẽ có lợi hơn trong việc sử dụng làm chất tạo đặc Tuy nhiên, khi tinh bột có tỷ lệ phần trăm AM cao, nó

có thể bị biến đổi do quá trình oxy hóa tạo ra các tính chất vật lý cần thiết của tinh bột [23]

 Thành phần cấu trúc của AP

AP là một polysacharide và là một polyme đa nhánh của glucose Các đơn vị glucose tạo

thành mạch thẳng bằng liên kết α (1→4) glycosid Các mạch nhánh được tạo bởi các liên kết

α (1→6) xuất hiện sau mỗi 24 đến 30 đơn vị glucose Trong khi đó, AM có rất ít liên kết α

(1→6) nên bị thủy phân chậm hơn và có tỉ trọng cao hơn AP chỉ tan trong nước ở nhiệt độ

cao, tạo thành dung dịch keo có độ nhớt cao và rất bền vững

Sự thoái hóa AP xảy ra trong thời gian dài hơn so với AM, có lẽ vì cấu trúc phân nhánh của

AP Hơn nữa một số nhà nghiên cứu đã cho thấy rằng sự tái kết tinh của AM và AP có thể

xảy ra trong suốt quá trình thoái hóa Sự thoái hóa của AP đã được nhiều nhà khoa học chứng

minh có liên quan đến các nguồn tinh bột ([66, 48, 24, 89]) và nồng độ ([66, 83]) và một số

yếu tố khác, ví dụ như nhiệt độ lưu trữ [83, 29], cấu trúc AP và các thành phần khác có mặt

trong tinh bột cũng có tầm quan trọng

Hình 1.5: Cấu tạo AP

1.1.2 Một số tính chất của tinh bột

 Độ tan và tính lưu biến của tinh bột

AM thu được bằng phương pháp công nghiệp thường là sản phẩm thoái hóa nên không hòa

tan

AM mới tách ra từ tinh bột bằng phương pháp tạo phức với n – butanol ở dạng bột xốp khô,

có thể hòa tan dễ dàng trong nước nóng đến 15% Chúng cũng có thể hòa tan trong dung

dịch kiềm loãng, tại nồng độ kiềm tối ưu

Do trọng lượng phân tử lớn và có cấu tạo mạch thẳng nên độ nhớt của dung dịch AM

thu được cũng cao