Nghiên cứu tính chất hóa lý của tinh bột nghệ trắng, nghệ đỏ, nghệ vàng, nghệ đen và gừng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.I.Tổng quan về tinh bột.1.Hình dạng, kích thước hạt tinh bột.1.1.Cấu trúc của amylose.1.2.Cấu trúc phân tử của amylopectin.1.3.Cấu trúc hạt tinh bột.2.Tính chất của tinh bột.2.1.Tính hoà tan.2.2.Khả năng trương nở.2.3.Sự hồ hoá.2.4.Độ trong của hồ tinh bột.2.5.Khả năng tạo gel.2.6.Sự thoái hoá gel tinh bột.2.7.Phản ứng thuỷ phân.2.8.Phản ứng tạo phức.II.Tổng quan về gừng, nghệ và tinh bột của chúng.1.Gừng 15.1.1.Cấu tạo cây gừng 16.1.1.1.Thân.1.1.2.Lá.1.1.3.Hoa.1.2.Đặc điểm sinh lý sinh thái.1.3.Phân bố.1.3.1Thế giới.1.3.2.Việt Nam.1.4.Thành phần dinh dưỡng trong củ gừng1.5.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng.1.5.1.Tình hình nghiên cứu.1.5.1.1.Thế giới.1.5.1.2.Việt Nam.1.5.2.Ứng dụng.1.5.2.1.Trong đời sống.1.5.2.2.Trong công nghiệp thực phẩm.1.6.Đặc điểm và ứng dụng của tinh bột gừng.1.6.1.Đặc điểm và tính chất tinh bột gừng (nguồn gốc Ấn Độ).1.6.2.Ứng dụng.2.Nghệ.1.1.Đặc điểm cây nghệ1.2.Phân bố1.3.Thành phần hoá học củ nghệ1.4.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng.1.4.1.Nghiên cứu.1.4.1.1.Thế giới.1.4.1.2.Việt Nam.1.4.2.Ứng dụng.1.5.Đặc điểm và ứng dụng tinh bột nghệ.1.5.1.Đặc điểm tinh bột nghệ.1.5.2.Ứng dụng tinh bột nghệ.CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUI.Vật liệuII.Phương pháp nghiên cứu1.Phương pháp tách tinh bột.2.Phương pháp xác định độ ẩm của tinh bột.3.Xác định màu của tinh bột.4.Phương pháp xác định sự trương nở, hoà tan của tinh bột.5.Phương pháp xác định độ hút nước, hút dầu của tinh bột.6.Phương pháp xác định nồng độ tạo gel của tinh bột.7.Phương pháp xác định đô trong của hồ tinh bột.8.Phương pháp xác định mức độ thoái hoá gel tinh bột.9.Xác định hoạt độ chống oxy hoá của tinh bột.Tinh bột cùng với protein và chất béo là thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của con người cũng như các loài động vật khác. Chúng có nhiều trong các loại lương thực, ngũ cốc, nó chiếm 65 – 70 % khối lượng các loại hạt, cung cấp 70 – 80 % năng lượng tiêu thụ của con người, 1. Tinh bột là polysaccarit có phân tử lượng lớn, được tạo nên từ hàng trăm tới hơn 1 triệu đơn phân glucose, chúng liên kết với nhau bằng các liên kết αglucozit. Trong thực vật, tinh bột được tổng hợp từ sự quang hợp của cây xanh trong lục lạp, hay từ trong các bột lạp 2. Phân tử tinh bột bao gồm 2 thành phần chính là amylose và amylopectin. Hai thành phần này có nhiều tính chất khác nhau vì vậy có thể phân tích hàm lượng của chúng theo các cách: Chiết rút amiloza bằng nước nóng. Kết tủa amiloza bằng rượu. Hấp thụ chọn lọc amiloza trên xenlulozơ. Tinh bột có nguồn gốc khác nhau có tính chất vật lý và thành phần hoá học khác nhau. Tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, tinh bột là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương, như các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi, tăng độ giữ nước cho sản phẩm, tạo gel trong kẹo dẻo, kẹo trong….Trong mỹ phẩm và dược phẩm, tinh bột được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng,

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.5.1.1.Thế giới 42

1.5.1.2.Việt Nam 44

2.Nghệ 50

I.1.Đặc điểm cây nghệ 50

I.2.Phân bố 53

I.3.Thành phần hoá học củ nghệ 53

I.4.Tình hình nghiên cứu và ứng dụng 54

I.4.1.Nghiên cứu 54

I.4.1.1.Thế giới 54

I.4.1.2.Việt Nam 55

I.4.2.Ứng dụng 56

I.5.Đặc điểm và ứng dụng tinh bột nghệ 57

I.5.1.Đặc điểm tinh bột nghệ 58

I.5.2.Ứng dụng tinh bột nghệ 58

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 59

I.Vật liệu 60

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66

7.Khả năng chống oxy hoá 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

- Chiết rút amiloza bằng nước nóng.

- Kết tủa amiloza bằng rượu

- Hấp thụ chọn lọc amiloza trên xenlulozơ

Tinh bột có nguồn gốc khác nhau có tính chất vật lý và thành phần hoá họckhác nhau Tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, tinh

bột là tác nhân làm bền keo hoặc nhũ tương, như các yếu tố kết dính và làm đặctạo độ cứng, độ đàn hồi, tăng độ giữ nước cho sản phẩm, tạo gel trong kẹo dẻo,kẹo trong….Trong mỹ phẩm và dược phẩm, tinh bột được dùng làm phấn tẩytrắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược….

1 Hình dạng, kích thước hạt tinh bột.

Hình dạng của tinh bột trong tự nhiên rất đa dạng, phổ biến là các hìnhtròn, hình bầu dục, hay hình đa giác

Hình 1: Hạt tinh bột khoai tây Hình 2: Hạt tinh bột gạo

Trong nguyên liệu, tinh bột tồn tại thành từng hạt có kích thức từ 0.02tới 0.12 mm Có nhiều cách khác nhau để ta có thể biết được kích thước của hạttinh bột như dùng phương pháp lắng, sử dụng rây lọc Phương pháp này sẽ phânlớp các cỡ của hạt tinh bột, tuy nhiên độ chính xác thấp, để có độ tin cậy cao hơn

ta có thể dùng phương pháp tán xạ laze, phương pháp này cho kết quả nhanh, cóthể đo được kích thước hạt trong khoảng 0,05 -3500 µm

Hình dạng, kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào quá trình pháttriển của cây, giống cây, chế độ dinh dưỡng…Ở các loài khác nhau ta sẽ thu đượckích thước và hình dạng hạt tinh bột khác nhau Điều này ảnh hưởng tới chế độcông nghệ cũng như tính chất của chúng

Bảng 1: Kích thước và hình dạng tinh bột ảnh hưởng tới nhiệt độ hồ hoá [2]

1.1 Cấu trúc của amylose.

Amylose có cấu trúc chủ yếu là mạch thẳng, đuợc kéo dài từ nhữngđơn phân glucose do sự tác động của enzyme synthase (enzyme synthase làenzyme xúc tác sự bổ sung ADP-glucose) tạo thành chuỗi dài tới vài nghìn đơnphân glucose trong phân tử liên kết với nhau bằng liên kết α – 1,4 glucozit, chúngtạo thành xoắn lò xo, mỗi xoắn có 6 gốc glucose tạo thành hình lục giác Đườngkính của xoắn ốc là 12,97 , chiều cao của vòng xoắn là 7,91 Bên ngoàivòng xoắn là những nhóm OH tương tác với nhau giúp giữ vững cấu trúc xoắn,bên trong là nhóm CH kỵ nước giúp cho phân tử amylose dễ dàng hấp thụ cácphân tử chất béo, iot vào trong cấu trúc xoắn Chính vì amylose ở dạng hơi xoắnnên khi tác dụng với iot, nó cuốn phân tử iot vào trong cấu trúc của nó tạo nênphức màu xanh, đây là phản ứng đặc trưng cho tinh bột, khi ở nhiệt độ cao, cácvòng xoắn bị duỗi ra, giải phóng phân tử iot, phức mất màu Trong phân tử

amylose bao giờ cũng có 1 đầu chứa nhóm hydroxyl có tính khử và 1 đầu khôngkhử [2] [3].

Phân tử lượng của amylose khoảng 3 tới 1 Dalton [3] Tuynhiên, thông thường kích cỡ của amylose thường được đánh giá bằng mức độpolymer hoá (DP) hơn là trọng lượng phân tử, ở các loài thực vật khác nhau thìmức độ DP trung bình vào khoảng 0,51 – 6,34 Khi thuỷ phân mạchamylose bằng enzyme β – amylase ta thu được hiệt suất thuỷ phân chỉ được 60%,điều này cho thấy trong mạch của amylose có sự phân nhánh Nghiên cứu chothấy trong mạch của amylose có đến 99 % là liên kết α- 1,4 glucozit, khoảng 1%

là liên kết α – 1,6 glucozit Trên một mạch dài của amylose có từ 9 – 20 điểmphân nhánh [5] [4] [2]

1.2 Cấu trúc phân tử của amylopectin.

Amylopectin đưựơc tào thành từ các đơn phân glucose liên kết vớinhau bằng các liên kết α- 1,4 và α- 1,6 glucozit, mức độ phân nhánh củaamylopectin cao hơn nhiều so với amylose Trong phân tử, liên kết α- 1,4glucozit chiếm 95 %, trong khi liên kết α - 1,6 chiếm tới 5% - trung bình trongphân tử vào khoảng 20 000 điểm phân nhánh Khoảng cách giữa 2 điểm phânnhánh vào khoảng 20 – 30 gốc glucose, sự phân nhánh lớn này làm cho cácphân tử cồng kềnh, khó cuộn xoắn, nên phản ứng tạo phức với iot chỉ cho màunâu.

Dựa vào mức độ trùng hợp các đơn phân ta chia nhánh trong phân

tử amylopectin chia thành 3 loại:

Tỷ lệ A : B theo khối lượng là 0.4 :1, [6]

Hình 5: Cấu trúc phân tử amylopectin theo Meyer.

Phân tử amylopectin có mức độ trùng hợp biến đổi từ 300000 –

3000000, [1] Amilopectin hấp thụ nhiều nước khi nấu chín và là thành phầnchủ yếu tạo nên sự trương phồng của hạt tinh bột Các hạt tinh bột giàuamilopectin sẽ dễ hòa tan trong nước ở 95oC hơn các hạt giàu amiloza Do có sựcồng kềnh lập thể nên các phân tử amilopectin không dễ kết tinh và do đóchúng có khả năng giữ nước lớn khác với các phân tử amiloza Các phân tửamilopectin thông thường không bị hiện tượng thoái hóa

1.3 Cấu trúc hạt tinh bột.

Tinh bột tồn tại trong thực vật dưới dạng hạt, kích thước mỗi hạtkhoảng 0,02 – 0,12 mm Hàm lượng nước cân bằng trong hạt tinh bột vào khoảng

12 % Hạt tinh bột tính theo hàm lượng chất khô bao gồm 98 – 99 % là amylose

và amylopectin, phần còn lại là lipid, protein, chất tro… [5] [1]

Bảng 2: Hàm lượng protein và lipit trong một số loại hạt tinh bột

[1]

Amylose và amylopectin khác nhau cơ bản về tính chất lý học vàhoá học Trong tự nhiên, tỷ lệ này thường xấp xỉ ¼ Tuy nhiên ở một số loại, tỷ lệnày sẽ khác do sự chênh lệch giữa amylase và amylopectin là khá lớn Sự khácbiệt về tính chất của 2 loại mạch này, cùng với sự khác biệt về tỷ lệ của chúngtrong các loại tinh bột dẫn đến đặc điểm về tính chất của các loại tinh bột cũngkhác nhau

Bảng 3: Hàm lượng amylose và amylopectin ở một số loại tinh bột [1]

Bảng 4: So sánh một số tính chất của amylose và amylopectin [1]

Bên ngoài hạt tinh bột có lớp vỏ bao có cấu trúc đặc hơn, chứa ít ẩmhơn và bền hơn với tác động bên ngoài so với tinh bột bên trong Bề mặt vỏ cónhững lỗ nhỏ do đó những chất hoà tan có thể thâm nhập vào bên trong theo conđường khuếch tán qua vỏ

Hình 3: Ảnh mặt cắt ngang hạt tinh bột sau khi xử lý bằng enzym

Khi quan sát bằng kính hiển vi điện tử, hạt tinh bột có cấu trúc lớpđặc trưng Những lớp này là những vòng tròn đồng tâm với đường kính lớn dần

từ tâm ra phía ngoài bề mặt hạt tạo thành những vòng tăng trưởng như ở trongthân cây gỗ Các lớp này bao gồm những khu vực có mật độ cao và thấp đượcxếp xen kẽ nhau và có khả năng kháng lại sự tác động của axit hay enzyme thuỷphân Vì vậy khi nghiên cứu cấu trúc hạt tinh bột người ta sử dụng enzyme tácđộng vào hạt tinh bột sau đó dùng thiết bị điện tử để quan sát mặt cắt ngang củahạt Trong cấu trúc hạt tinh bột bao gồm các vòng tròn phát triển tinh thể xen kẽvới các lớp vô định hình, độ dày của mỗi lớp là 120 – 400nm Lớp tinh thể chứamật độ dày đặc các lớp mỏng tinh thể và vô định hình xếp xen kẽ với khoảng lặplại là 9 – 11 nm Ở lớp vô định hình chứa mật độ thấp amylose và amylopectin ởtrạng thaí hỗn loạn Mức độ tinh thể trong các hạt tinh bột trung bình là 35 % [5]

Hình 4: Sơ đồ cấu trúc hạt tinh bột.

Hình 5: Mô hình sự phân bố mật độ amylose và amylopectin

Trong hạt tinh bột có 4 loại cấu trúc đó là A, B, C, V Cấu trúcxoắn đôi của mô hình A và B khá tương đồng tạo nên bởi 6 đơn phânglucoses mỗi vòng xoắn với chiều cao 1 bước xoắn là 2.08 – 2.38nm Sựkhác biệt giữa các mô hình đó chủ yếu là do độ dài của chuỗi amylopectin;ngoài ra còn có nhiệt độ, nồng độ, muối, các phân tử hữu cơ Các mô hìnhđược hình thành dựa trên sự xoắn kép của các chuỗi song song theo chiềuthuận tay phải hay tay trái, [5] Trong phân tử tinh bột không không phải tất

cả các nhánh amylopectin đều xoắn kép, tỷ lệ xoắn đôi đối với các mạchngắn của amylopectin đạt khoảng 80%

Hình 6: Mô hình cấu trúc tinh bột dạng A

- Mô hình kiểu A: Các xoắn đôi được bao bọc nhỏ gọn trong hình

tứ giác với kích thước a = 2,124; b = 1,172; c = 1,069, tỷ lệ nước thấp với 8 phân

tử nước trong phân tử Đối với mạch amylopectin ngắn (14 - 20 phân tử) sẽ ưutiên hình thành cấu trúc dạng A

- Mô hình kiểu B:

Hình 7: Mô hình cấu trúc tinh bột loại B

Các xoắn đôi với tỷ lệ thấp hơn tạo ra cấu trúc rộng mở với lõi là 36phân tử nước theo hình xoắn ốc Các xoắn đôi trong cấu truc loại B được bao góitrong 6 cạnh của hình lục giác với kích thước a =b = 1,85nm, c=1,04nm Cấu trúckiểu B được ưu tiên hình thành khi các chuỗi phía ngoài của amylopectin có độdài lớn hơn 22

- Mô hình kiểu C: là mô hình trung gian giữa 2 mô hình A và B

- Mô hình kiểu V: là sự kết hợp của amylose xoắn đơn cùg các phân

tử lipid, iot, cồn Mỗi vòng xoắn cao 0,792 – 0.805nm gồm 6 đơn phân glucose.Cấu trúc loại V phổ biến nhất đó là sự kết hợp của chuỗi amylose và lipid Phân

tử lipid năm trong vòng xoắn, vòng xoắn nằm trong khung hinh thoi có kíchthước a = 1,37nm, b = 2,37 nm, c = 0,805 nm với 16 phân tử nước, [6]

Hình 8: Mô hình kiểu V của cấu trúc tinh bột

Khi phân tích nhiễu xạ tia X cho kết quả tinh bột ngũ cốc mang môhình kiểu A, tinh bột củ và tinh bột giàu amylose mang mô hình kiểu B Cây họđậu mang mô hình trung gian C

Trật tự của hạt tinh bột có sự thay dổi từ tâm hạt tới vùng biên, trongtrung tâm của hạt đậu biến đổi gen người ta nhận thấy trong trung tâm của hạttinh bột có chủ yếu là cấu trúc dạng B, càng tiến ra phía ngoài thì cấu trúc dạng Acàng nhiều Sự biến đổi cấu trúc tinh bột từ dạng A sang dạng B trong tinh bộtngô đi kèm với sự giảm lượng tinh thể và tăng hàm lượng amylose [5]

2 Tính chất của tinh bột.

2.1 Tính hoà tan.

Tinh bột ở điều kiện thường không tan trong nước, vì vậy nó tồn tạilượng lớn trong tế bào mà không ảnh hưởng tới áp suất thẩm thấu Amylosekhi mới tách ra khỏi hạt tinh bột có khả năng hòa tan tốt trong nước, tuynhiên chúng nhanh chóng bị thoái hóa tạo kết tủa, amylopectin tan tốt trongnước ấm, trong nước lạnh chúng khó tan hơn Khi phân tán trong môitrường cồn, tinh bột bị kết tủa, điều này giúp tăng hiệu suất thu hồi tinh bột.[2]

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hoà tan:

- Sự tồn tại của các muối vô cơ: trong môi trường phân tán tinhbột, sự có mặt cảu các muối vô cơ ở nồng độ thấp sẽ làm tăng khả năng hòa tancủa tinh bột do chúng phân cách mạch tinh bột

- Môi trường kiềm làm ion hoá mach tinh bột, làm cho lớp vỏhydrat của tinh bột dày lên, hạt tinh bột trương nở, hoà tan 1 phần amylose vàomôi trường, độ tan của tinh bột tăng

- Nhiệt độ: khả năng hòa tan của tinh bột tăng tỷ lệ cùng với sựtăng của nhiệt độ [7]

2.2 Khả năng trương nở.

Khi ngâm nước ở nhiệt độ thấp, hạt tinh bột không bị hydrat hoá nênkhông trương nở Khi tăng dần nhiệt độ lên, hạt tinh bột sẽ hút nước và tăngnhanh thể tích do tinh bột được cấu tạo từ các đơn phân glucose, chứa nhiềunhóm -OH trong phân tử, có khả năng tạo liên kết hydro với các phân tử nước.Nước tương tác với các mạch polysaccarit tạo nên lớp vỏ hydrat dày, kích thướclớn làm hạt tinh bột bị trương nở Quá trình trương nở làm amylose được tách ra,hoà tan 1 phần vào nước Tinh bột trương nở nguyên nhân chính là do các mạchamylopectin trong tinh bột

Sự trương nở của hạt tinh bột trải qua 3 giai đoạn [8]:

- Giai đoạn 1: Trương nở nhẹ

- Giai đoạn 2: Tốc độ trương nở nhanh chóng.

- Giai đoạn 3: Sự trương nở đạt mức độ tối đa

Hạt tinh bột trong quá trình trưong nở làm cho thể tích của chúngtăng lên rất nhiều lần (Tinh bột ngô có thể trương nở tối đa gấp 2500 lần so vớitrạng thái ban đầu), sự trương nở này sẽ xảy ra cho tới khi đạt được độ trương nởcực đại và lớp vỏ của hạt tinh bột bị phá vỡ

Các yếu tố ảnh hưởng tới sự trương nở của tinh bột:

- Sự có mặt của phức amylose - lipid: làm giảm sự trương nở [9]

- Kiềm làm hạt tinh bột trương nở ở nhiệt độ thường, do nó ion hoátừng phần trong mạch tinh bột

- Sự tồn tại của một số muối kim loại cũng làm cho tinh bột trương

nở ở nhiệt độ thường, muối kim loại ở nồng độ thấp chúng sẽ phân cắt mạch tinhbột, các ion kim loại cung dấu đẩy nhau làm các liên kết trong mạch tinh bột lỏnglẻo, từ đó nước sẽ dễ dàng đi vào mach tinh bột để tạo lớp vỏ hydrat, làm tăng độtrương nở; ở nồng độ cao chúng sẽ làm kết tủa amylose

2.3 Sự hồ hoá.

Tinh bột trong mô trường độ ẩm cao, kết hợp với việc tăng nhiệt độlàm chúng hút nước và trương nở làm tăng độ nhớt của dich Khi sự trương nởtăng đến tối đa, lớp vỏ của hạt tinh bột cùng với các liên kết hydro cuả các tươngtác nước –tinh bột – nước bị phá vỡ làm cho độ nhớt giảm xuống

Hình 9: Quá trình hồ hoá của tinh bột

Có một số giả thuyết đưa ra về cơ chế hồ hoá tinh bột:

Jenkyn và Donald cho rằng quá trình thuỷ phân tinh bột được bắtđầu bằng việc nước đi vào trong vùng vô định hình của tinh bột, làm cho khu vựcnày trương nở Sau khi nước tích luỹ được lượng vừa đủ, tạo nên lớp vỏ dàyhydrat bao quanh các mạch polysaccarit làm cho các xoắn đôi trong phân tử đượckéo căng Điều này xảy ra đối với cả vùng vô định hình và vùng tinh thể tronghạt tinh bột [5]

Donovan cho rằng sự hồ hoá là một quá trình phá vỡ hạt tinh bộttrương nở Sự tương tác của nước – tinh bột là được bắt đầu từ vùng vô định hình

và sự đứt đoạn của vùng tinh thể được cho là do sự tách dần các chuỗi tinh bột từ

bề mặt tinh thể [5] [2]

Nhiệt độ hồ hoá không phải một điểm mà là một khoảng nhất định.Nhiệt độ hồ hoá của tinh bột gạo được chia làm 3 nhóm: Thấp (nhỏ hơn 70 ),

trung bình (từ 70 - 74 ), cao (trên 74 ) [10]

Các yếu tố ảnh hưởng tới nhiệt độ hồ hoá:

- Loại tinh bột: các loại tinh bột có nguồn gốc khác nhau sẽ có nhiệt

độ hồ hoá khác nhau Ví dụ như tinh bột ngô hồ hoá ở 62-73 độ, Ngô nếp hồ hoá

ở 62-72 độ

- Thành phần amylose và amylopectin Amylose sắp xếp thànhchùm song song được định hướng chặt chẽ hơn, khó cho nước đi qua hơn so với

sự cồng kềnh của amylopectin, chúng làm nhiệt độ hồ hoá tăng [7]

- Kích thước hạt tinh bột: hạt tinh bột càng bé thì nhiệt độ hồ hoácàng cao tinh bột gạo có kích thước từ 2 – 10 nm nhiệt độ hồ hoá 70 – 80oC, tinhbột khoai tây có kích thuớc lớn nhất nhưng chỉ hồ hoá trong khoảng 55 – 65oC

- Nồng độ huyền phù: Khi nồng độ huyền phù cao làm nhiệt độ hồhoá cung phải cao hơn

- Các ion liên kết với tinh bột: nó ảnh huởng tới đô bền liên kết hydronội phân tử Khi các chuỗi nằm cạnh nhau chứa những ion mang điện tích cùngdấu chúng sẽ đẩy nhau làm cấu trúc trong hat bị lỏng lẻo hơn, nước sẽ dễ dàng đivào trong cấu trúc hạt, nhiệt độ hồ hoá thay đổi

- Môi trường kiềm làm giảm nhiệt độ hồ hoá, vì kiềm làm ion hoátừng phần do đó làm cho sự hydrat hoá trong phân tử tinh bột tốt hơn

- Muối vô cơ: khi ở nồng độ thấp, chúng sẽ phá huỷ liên kết hydrolàm tăng độ hoà tan của tinh bột, tuy nhiên ở nồng độ cao chúng sẽ làm kết tủatinh bột

- Các chất không điện ly như đường, rượu thường làm nhiệt độ hồhoá tăng lên.

2.4 Độ trong của hồ tinh bột.

Tinh bột hồ hoá thường có một độ trong nhất định, làm tăng giá trịcảm quan của thực phẩm Sau quá trình hồ hoá cho thấy tinh bột của các loại nếpcho độ trong cao hơn so với các loại tẻ

Độ trong của hồ tinh bột được thê hiện thông qua tỷ lệ ánh sáng ởbước sóng 650 nm truyền qua dịch hồ tinh bột 1% Tỷ lệ này ở mỗi loại tinh bột

là khác nhau, dựa vào thành phần và cấu trúc của chúng

Tinh bột 1% Tỷ lệ ánh sáng truyền qua

Ngô tẻ (hàm lượng am cao ) 5

Bảng 2: Tỷ lệ ánh sáng truyền qua của các dịch hồ tinh bột khác nhau.

Hình 10: Độ trong của 3 loại hồ tinh bột tương ứng từ trái qua phải :

khoai tây, lúa mì, ngô sáp [11]

• Các yếu tố ảnh hưởng tới độ trong của dịch hồ tinh bột:

- Dụng cụ đo quang: dụng cụ khác nhau sẽ ra những kết quả khácnhau [11]

- Tỷ lệ amylose/amylopectin: amylose có khối lượng phân tử nhỏ vàamylopectin mạch dài có xu hướng thoái hoá nhanh hơn, điều này sẽ làm cho độtrong của dịch giảm Sợ amylose có DP = 80 -100 có mức độ thoái hoá lớn nhất

Các sợ amylose dài hơn cuộn lại và được giữ ổn định bởi các liên kết hydro liênphân tử Amylose được giải phóng ra dung dịch sau hồ hoá, tuy nhiên chúng dễ

bị thoái hoá làm cho dung dịch đục

- Các chất thay thế: sự có mặt của các chất thay thế hay những tinhbột được biến tính bởi các tác nhân: phosphate, succinate,hydropropyltrimetylamonium giúp cải thiện độ trong, bên cạnh đó sự tạo liên kếtngang lại làm giảm chúng

Bảng 3: Độ trong của dịch hồ tinh bột khi có mặt những chất thay thế

- Saccarose: sự có mặt của đường giúp tăng độ trong cho dịch, do

nó làm tăng chỉ số khúc xạ của dịch, từ đó hệ số truyền sáng qua dịch cũng lớnhơn [11]

Bảng 4: Độ trong của hồ tinh bột khi có mặt đường sucrose với nồng độ

khác nhau

- Lipid: Lipid tồn tại trong dịch hồ hoá của tinh bột làm giảm độtrong cuẩ chúng, nguyên nhân là do lipid chui vào các khoang xoắn của amyloselàm giảm sự trương nở của các hạt tinh bột

- Các chất hoạt động bê mặt: Việc bổ sung các chất natri laurylsunfat (NaC12H25SO4) hoặc dimethyl octadecyl ammonium chloride làm dịch keotinh bột trong hơn, do nhóm cuối trong phân tử các chất này bám vào xoắnamylose, giải phóng lipid chứa trong vòng xoắn Giúp mạch tinh bột tạo liên kếttốt hơn, cải thiện độ trong của dịch keo tinh bột

- Dung môi: dung môi khác nhau sẽ thu được hệ số truyền sáng khácnhau.

Bảng 5: Tỷ lệ ánh sáng truyền qua khi sử dụng dung môi khác nhau.

- pH của dung môi cũng ảnh huởng nhiều tới độ trong của dịch tinhbột, độ trong của dịch giảm manh nhất khi ph giảm từ 13.5 về 12

Bảng 6: Tác động của pH đến độ trong của dịch hồ tinh bột.

- NaCl: Nồng độ NaCl tăng làm thể tích trương nở của amylopectingiảm, khi ở nồng dộ cao chúng làm kết tủa tinh bột, làm độ trong của dịch tinhbột hồ hoá giảm

Đồ thị 1: Ảnh hưởng nồng độ muối tới độ trong của hồ tinh bột [11]

2.5 Khả năng tạo gel.

Tinh bột được hồ hoá để chuyển sang trạng thái hoà tan, ở nồng độđậm đặc vừa phải và trạng thái tĩnh, tinh bột sẽ tạo gel Gel tinh bột là tổng hợpgel mạch polysaccarit hoặc giữa các phân tử nước với nhau Khả năng tạo gel củacác phân tử chứa nhiều amylose lớn hơn phân tử có chứa nhiều amylopectin [2]

Độ cứng của gel tinh bột thường tăng theo nồng độ của tinh bột.Khi bảo quản càng lâu thì độ cứng của gel càng cao Hiện tượng này được giảithích bởi sự mất nước của tinh bột do khả năng thoái hóa tinh bột

Khả năng hình thành gel của tinh bột bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như :loại tinh bột, hàm lượng nước, tủy lệ amylose/amylopectin Mỗi loại tinh bột sẽ

tạo gel ở một nồng độ khác nhau Tinh bột nào có hàm lượng amylose càng caothì nồng độ tạo gel của tinh bột ấy càng nhỏ và gel càng cứng, ngược lại, tinh bộtnào có hàm lượng amylopectin càng cao thì gel càng mềm và để tạo được gel thìcần nồng độ rất lớn.

2.6 Sự thoái hoá gel tinh bột.

Hình 11: Sơ đồ quá trình hồ hoá – thoái hoá gel tinh bột.

Khi đun nóng dịch tinh bột thu được độ nhớt cao, do lúc này mạnglưới trong phân tử tinh bột duỗi ra làm lớp vỏ hydrat bao quanh chúng dày Khi

hạ nhiệt độ xuống thấp, các chuỗi sẽ co lại và làm tách lớp vỏ hydrat gây ra hiệntượngt hoái hoá tinh bột Hiện tượng này xảy ra mạnh mẽ đối với các loại tinhbột có hàm lượng amylose cao, ở loại tinh bột có hàm lượng amylopectin cao thìhiện tượng này có khi không xảy ra, do phân tử amylopectin cồng kềnh nên sự colại của chúng sẽ khó khăn hơn [2]

Thoái hoá tinh bột xảy ra làm suy giảm chất lượng của sản phẩm chứatinh bột trong quá trình bảo quản Nó làm tăng độ cứng, thay đổi cấu trúc của sảnphẩm Quá trình thoái hoá gel xảy ra trong vòng vài giờ tới vài ngày tuỳ thuộcvào hàm lượng amylose và amylopectin trong phân tử, chúng càng nhanh khi ta

để gel ở chế độ lạnh đông

Sự nghiên cứu về sự thoái hoá gel của tinh bột được nghiên cứu trongvòng 50 năm qua, mục đích chủ yếu là để đề phòng tác động xấu của chúng tớithực phẩm trong quá trình bảo quản.

• Các yếu tổ ảnh hưởng đến sự thoái hoá của tinh bột: [12]

- Hàm lượng nước: sự thoái hoá gel tinh bột xảy ra tối đa ở hàmlượng nước 40 – 45 % Tuy nhiên sự thoái hoá của gel không chỉ phụ thuộc hàmlượng nước, mà còn bị ảnh hưởng bởi hàm lượng amlose và amylopectin Khihàm lượng nước là 20 % và 90% thì không có sự thoái hoá xảy ra đối với tinhbột ngô và lúa mì

- pH: sự thoái hoá của gel sẽ đạt cực đạt khi pH = 7 khi giảm nhiệt

độ, pH > 10 không có sự thoái hoá; pH < 2 : tốc độ thoái hoá rất nhỏ [7]

- Điều kiện bảo quản: Nhiệt độ và thời gian bảo quan chính là yếu tốquyết định đối với mức độ thoái hoá gel trong tinh bột Việc bảo quản gel tinhbột ở 4oC làm amylopectin kết tinh nhanh hơn so với ở 25 hoặc 30oC Thời gianbảo lâu làm cho độ cứng tăng, độ dính giảm

- Phụ gia: nhiều phụ gia được sử dụng để làm chậm quá trình thoáihoá tinh bột Các chất phụ gia Ta có thể chia thành muối, cacbohydrat, các axitamin/ protein/ peptid, lipid và các thành phần khác Các cơ chế về sự ức chếthoái hoá tinh bột được giải thích về sự cạnh tranh nước giữa tinh bột và các phân

tử cacbohydrat khác Việc bổ sung protid vào để ngăn chặn sự thoái hoá của tinhbột cũng đã được chứng minh Protein thuỷ phân của đậu nành làm giảm quátrình thoái hoá của tinh bột ngô Khi bổ sung lipid vào trong hỗn hợp tinh bột -nước Lipid tương tác với tinh bột tạo ra phức hợp theo phương pháp nhốt trongkhoang xoắn làm giảm sự co lại của amylose làm cho sự tách nước của phân tửgiảm

2.7 Phản ứng thuỷ phân.

Tinh bột có thể bị thuỷ phân bởi nhiệt độ, axit hay enzyme Axit cóthể thuỷ phân tinh bột ở trạng thái tinh thể, tuy nhiên enzyme chỉ có thể thuỷphân được khi tinh bột đã được hồ hoá Sản phẩm của phản ứng này sẽ tạo rađường, làm tăng độ ngọt và giảm độ nhớt của khối dịch Điều này cũng lý giảicho việc khi quả chín thì quả sẽ mềm và ngọt hơn so với lúc xanh.

• Thuỷ phân tinh bột bằng axit:

- Cơ chế:

Do oxi còn cặp e chưa tham gia liên kết, trong môi trg có ion H+

làm liên kết glucozit bị phân cực H+ tấn công vào làm liên kết bị đứt để tạo liênkết OH- bền hơn Phần còn lại mang điện tích dương kết hợp với OH- để trunghoà về điện Sau quá trình thuỷ phân, từ 1 mạch ban đầu ta thu được 2 mạch mới

Tinh bột bị thuỷ phân bởi enzyme là phản ứng chủ yếu dùng trongcông nghiệp thực phẩm Một số loại enzyme thường dùng là α-amylase, β-amylase, ngoài ra còn có γ- amylase và loại enzyme khử nhánh.

Enzym được chia ra thành 2 loại:

+ Enzym nội mạch: enzyme khử nhánh và α – amylase

+ Enzym ngoại mạch: β – amylase và γ amylase

Trong đó các enzyme β – amylase và α – amylase tác động chủ yếulên liên kết α-1,4 glucozit, enzyme khử nhánh có khả năng tác động được vàoliên kết α-1,6 glucozit làm phân cắt chúng, trong khi đó γ amylase có khả năngphân cắt cả 2 loại liên kết Các loại enzyme này có cơ chế thuỷ phân khác nhau

- α – amylase là enzyme nội mạch nên nó tấn công vào mạchpolysaccarit một cách ngẫu nhiên, không theo trật tự nào cả Quá trình thuỷ phântinh bột bằng α – amylase diễn ra theo 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1 (dextrin hoá): Chỉ một số liên kết trong chuỗimạch phân tử bị thuỷ phân tạo sản phẩm là các dextrin có phân tử lượng thấp,

độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh

+ Giai đoạn 2 (đường hoá): Các dextrin vừa tạo thành bị thuỷphân thành các phân tử thấp hơn: tetra maltose, trimaltose sau đó chúng bị thuỷphân rất chậm thành maltose, glucose.

Hình 12: Sơ đồ quá trình thuỷ phân của enzyme α – amylase.

Sau quá trình thuỷ phân, sản phẩm thu được đối với mạchamylose: 13% glucose, 87 % maltose; đối với amylopectin thu được sản phẩm:

72 % maltose, 19 % glucose, 8 – 10 % dextrin phân tử lượng nhỏ [3]

- β – amylase: là enzyme xúc tác thuỷ phân ngoại mạch, tách tuần

tự từng gốc maltose một ra khỏi chuỗi mạch polysaccarit bắt đầu từ đầu khôngkhử

Cơ chế tác dụng:

Hình 13: Cơ chế tác dụng của β – amylase.

Tinh bột + H2O  dextrin phân tử lượng cao (ít) + maltose(nhiều)

Quá trình phân cắt làm cho độ ngọt của dung dịch tinh bộttăng dần, độ nhớt dịch giảm chậm Quá trình phân cắt chuỗi mạch sẽ dừng lại khigặp liên kết α- 1,4 glucozit trước liên kết α- 1,6 glucozit

- γ-amylase: thuộc nhóm enzyme ngoại mạch, xúc tác thuỷ phânliên kết α- 1,4 glucozit và α- 1,6 glucozit, tách tuần tự từng gốc glucose một bắtdầu từ đầu không khử của chuỗi polysaccarit Sự phân cắt của enzyme này làmcho độ ngọt của dịch tăng nhanh nhưng độ nhớt giảm chậm

Hình 14: Sự thuỷ phân của γ-amylase.

Enzyme là chuỗi polypeptid có 3 nhóm hoạt động là X, A,

B Khi tiếp xúc vơí chuỗi polysaccarit, nhóm X của enzyme bám vào đầu khôngkhử của mạch tinh bột trong khi đầu A, B tiếp xúc trực tiếp với các liên kết và cắtđứt chúng Điều này giải thích cho việc enzyme γ-amylase và β – amylase không

có khả năng phân giải từ giữa mạch tinh bột và cyclodextrin

- Enzym khử nhánh: Enzym xúc tác thuỷ phân liên kết α- 1,6glucozit Sự có mặt của enzyme này giúp cho tinh bột có thể phân cắt hoàn toànthành đường

Tuỳ vào mục đích công nghệ mà ta sử dụng và phối hợp cácloại enzyme

• Các yếu tố ảnh hưởng tới sự thuỷ phân tinh bột bằng enzyme:

- Nhiệt độ: tốc độ phản ứng của enzyme tuyến tính vơi nhiệt độtrong một khoảng nhât định do khi tăng nhiệt độ thì sự va đập giữa các phân tửtăng Tuy nhiên enzyme có bản chất là protein, nếu nhiệt độ tăng quá cao sẽ làmbiến tính protein, cấu trúc của chúng thay đổi, ảnh hưởng tới các loại liên kếttrong phân tử, từ đó làm bất hoạt enzyme

Hình 15: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt độ enzyme.

- pH: ảnh hưởng tới độ bền của phức ES pH thay đổi làm thay đổi

độ dày lớp vỏ hydrat hoá quanh chuỗi polypeptide, ảnh hưởng tới mức đô ionhoá của trung tâm hoạt động Muốn enzyme gắn với cơ chất bền vững thì cácnhóm chức của trung tâm hoạt động enzyme phải tương tác được với cơ chất Vìvậy mà mức độ ion hoá của trung tâm hoạt động enzyme phải cao nhất Mỗi loạienzym có một khoảng pH thích hợp

- Các chất hoạt hoá, kìm hãm:

+ Các chất hoạt hoá: một số ion kim loại thường làm cho tâmhoạt động của enzyme có độ bền rất lớn do sư định hướng liên kêt của mìnhtheo một hình học hoàn toàn xác định Ion kim loại góp phần tao ra một hìnhthể thuận lợi cho enzyme, làm cho chúng dễ dàng kết hợp với cơ chất Enzymđược hoạt hoá chủ yếu là do ion kim loại tách ra khỏi cấu trúc của chúng

Chất kìm hãm phi cạnh tranh: không kết hợp được vớienzyme tự do, chỉ kết hợp được với phức ES

- Nồng độ cơ chất: Tốc độ phản ứng tuyến tính với nồng độ cơ chấttrong một khoảng nhất định Khi nồng độ cơ chất đủ lơn, tốc độ phản ứng đai cựcđại, nếu tiêp tục tăng [S] thì vận tốc phản ứng không tăng nữa do độ nhớt củadịch lớn, khả năng khuếch tán enzyme – co chất giảm

Hình 16: Ảnh hưởng nồng độ cơ chất tới hoạt độ phản ứng

enzyme.

2.8 Phản ứng tạo phức.

Phản ứng tạo phức của tinh bột chủ yếu là do mạch amylose Phân

tử tinh bột chứa mạch amylose tồn tại ở dạng hơi xoắn, với mỗi vòng xoắn là 6đơn vị glucose Mạch này có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ cócực cũng như vô cực bằng cách cuốn các phân tử đó vào trong trục rỗng của cuộnxoắn Khi tham gia phản ứng tạo phức với iot ở nhiệt độ thường, mỗi vòng xoắn

sẽ cuốn lấy 1 phân tử iot và nhốt chúng trong đó tạo nên phức màu xanh đặctrưng, khi tăng nhiệt độ, các vòng xoắn duỗi ra giải phóng phân tử iot làm chophức mất màu Đối với các phân tử lớn hơn như các axit béo thì số lượng vòngxoắn để cuộn được hết phân tử đó sẽ nhiều hơn

Các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng tạo phức:

- Độ dài chuỗi amylose: các chuỗi ngắn với độ dài nhỏ hơn 31 đơn

vị glucose sẽ tạo phức màu đỏ, do chúng không có khả năng ổn định cho các ion

3 2 Sự tạo thành màu xanh chủ yếu là do các chuỗi có độ trùng hợp lớn hơn

40 đơn vị glucose [13]

- Nhiệt độ: nhiệt độ cao làm chuỗi amylose duỗi ra, giải phóng cácphân tử trong vòng xoắn.

- Enzyme thuỷ phân: sự có mặt của enzyme thuỷ phân sẽ làm ngắncác chuỗi, làm mất khả năng tạo phức hoặc làm cho phức trở nên không bền

- Sự có mặt các loại rượu (methanol, ethanol ): tách chất béo ra khỏiphức, phức kém bền [14]

II Tổng quan về gừng, nghệ và tinh bột của chúng.

1 Gừng [15].

Tên khoa học Zingiber oficinale

Tên tiếng anh Ginger, ginger root; gingiber

Tên tiếng việt Gừng, can khương, sinh khương

1.1 Cấu tạo cây gừng [16].

1.1.1 Thân.

Thân cây gừng có hai dạng đó là thân ngầm (thường gọi là củ)

và thân khí sinh Thân rễ có khi phồng thành củ Thân rễ (quen gọi là củ) không

có hình dạng nhất định, phân nhánh trên một mặt phẳng, làm thành nhiều đốt,kích thước không đều, dài 3-7 cm, rộng 3 -5 cm, dày 0,5-1,5 cm, mặt ngoài màutrắng tro hay vàng nhạt, có vết nhăn dọc, ở đầu đốt có vết tích của thân cây đãrụng, trên các đốt có vết sẹo của các lá khô (vảy), vết bẻ màu trắng tro hoặc ngàvàng, lõi tròn rõ, mùi thơm, vị cay nóng Thân khí sinhcủa cây gừng được tạo từnhiều bẹ lá ôm lấy lõi thân, là thân cỏ nhiều năm, cao khoảng 1 m

1.1.2 Lá.

Lá không cuống, mọc so le thành 2 dãy, hình ngọn giáo, thắt lại

ở gốc, đầu nhọn dài 15-20 cm, rộng 2 cm, mặt trên màu lục sẫm bóng, mặt dướinhạt; gân lá song song Bẹ nhẵn, có thể ôm vào nhau thành một thân giả Lưỡinhỏ dạng màng, nhẵn, chia 2 thùy cạn.Bẹ lá hình lưỡi liềm Biểu bì trên hình đagiác, có kích thước lớn hơn biểu bì dưới Mô mềm khuyết Các bó mạch nhỏ,gồm từ 1-6 mạch gỗ, gỗ ở trên, libe ở dưới, các tế bào xung quanh hóa mô cứng.Tại đoạn có bó mạch, mô mềm và biểu bì bị ép dẹp Ở bẹ lá ngoài cùng rải rác cóbiểu bì tiết

1.1.3 Hoa.

Hoa gừng không mọc ra từ thân mà mọc ra từ củ Cuống hoa dàikhoảng 20cm, các bông hoa mọc sát nhau Bông hoa dài khoảng 5cm, rộng 2 –3cm, đài hoa dài khoảng l cm Hoa có 3 cánh màu vàng nhạt, mép cánh hoa màutím Nếu người ta thu hoạch củ sớm thì gừng sẽ không có hoa