Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột

Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột

Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu TràMục lụcKết luận . 44 Tài liệu tham khảo . 45 Danh mục hìnhHình 1: SEM của tinh bột từ các nguồn khác nhau. 5Hình 2: Liên kết Hydro loại I (trái) và loại II (phải) .7Hình 3: Cấu tạo của tinh bột ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) 7Hình 4: Cấu trúc của chuỗi amylose ( John F. Robyt, 2008) .8Hình 5: Cấu trúc của chuỗi amylopectin ( John F. Robyt, 2008) .9Hình 6: Cấu trúc phân nhánh của amylopectin (Martin và Smith, 1995) .10Hình 7: Cấu trúc phân lớp của hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) 11Hình 8: Cấu trúc hạt tinh bột (vùng kết tinh và vùng vô định hình) ( John F. Robyt, 2008) .11Hình 9: Mô hình phức chất giữa amylose và hai phân tử monopalmitin (Les Copeland, 2009) 14Hình 10: Sơ đồ phân loại các enzyme thủy phân tinh bột (Józef Synowiecki, 2007) .15Hình 11: Mô hình mô phỏng hình thái hạt tinh bột trong quá trình thủy phân 18Hình 12: Quy trình thực hiện thủy phân tinh bột 19Hình 13: Biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ .21Hình 14: Các mức tần số của sóng âm .23Trang 1 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu TràHình 15: Quá trình hình thành, phát triển và vỡ tung của bọt khí .25Hình 16: Hình ảnh SEM với cường độ chiếu (a) 34 W.cm-2 (b) 55 W.cm-2 (c) 73 W.cm-2 31Hình 17: Hình ảnh hạt với cường độ chiếu 34 W.cm-2 trong (a) 15 phút (b) 30 phút .31Hình 18: Hình ảnh hạt với cường độ chiếu 73 W.cm-2 trong (a) 15 phút (b) 30 phút .31Hình 19: SEM của hạt tương ứng mức độ thủy phân 0 , 3.1, 18.4% (Qiang Huang, 2007) 34Hình 20: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên độ nhớt biểu kiến với sự thay đổi nồng độ dịch tinh bột (Wenjian Cheng, 2010) 35Hình 21: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên độ hòa tan (Wenjian Cheng, 2010) .35Hình 22: Hình ảnh SEM của hồ tinh bột khoai mì (a) mẫu kiểm chứng, (b) năng lượng thấp (20s), (c) năng lượng thấp (40s), (d) năng lượng cao (20s), (e) năng lượng cao (40s) (Nitayavardhana, 2008) .36Hình 23: Lượng đường khử và nhiệt độ gia tăng ở những điều kiện siêu âm khác nhau (Nitayavardhana, 2008) .36Hình 24: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột lên sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ 38Hình 25: Lượng đường khử của các mẫu siêu âm ở mức năng lượng cao trong vòng 30s ở các nồng độ chất khô khác nhau.( Saoharit Nitayavardhana, 2008) 39Hình 26 : Hiệu quả chiếu sóng siêu âm cường lực cao với nồng độ chất khô khác nhau 39Hình 27: Hàm lượng đường khử sau 3h đường hóa với các chế độ xử lí bằng sóng siêu âm khác nhau trong trường hợp xử lí liên tục so sánh với mẫu đối chứng là đường chấm gạch ngang. (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 40Hình 28: Sơ đồ hệ thống thiết bị chiếu siêu âm liên tục (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 41Hình 29: Ảnh hưởng của mật độ năng lượng của sóng siêu âm đên kích thước phân tử (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 42Hình 30: Hàm lượng đường khử và mật độ năng lượng đấu vào của phương pháp liên tục và gián đoạn (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 42Hình 31: Ảnh hưởng của chế độ bổ sung enzyme đối với hàm lượng đường khử (Saoharit Nitayavardhana) 42 Hình 32: Biểu đồ mô tả quá trình xử hạt tinh bột có sử dụng sóng siêu âm (Yasuo Iida, 2007) .43Danh mục bảngBảng 1: Đặc điểm hạt tinh bột của một số hệ thống tinh bột (Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, 2007) .6Bảng 2: Thành phần hóa học của một số loại hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) .7Trang 2 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu TràBảng 3: % mạch nhánh của amylopectin từ các loại tinh bột khác nhau ( John F. Robyt , 2008) .9Bảng 4: Khả năng hòa tan trong nước với 220mg tinh bột trong 10 ml nước .12Bảng 5: Các tính chất của α-amylase từ các nguồn khác nhau ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) .16Bảng 6: Các tính chất của β - amylase từ các nguồn khác nhau ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) .17Bảng 7: Các ứng dụng của siêu âm năng lượng cao trong công nghiệp thực phẩm (Patist, Bates, 2008) .28Bảng 8:Độ nhớt và chỉ số hòa tan hạt tinh bột với sự thay đổi các thông số về thiết bị khi hạt trương nở và bị phá vỡ (Ivana Ljubić Herceg, 2010) 32Bảng 9: Nhiệt độ huyền phù tinh bột sau quá trình xử lí bằng sóng siêu âm 33Bảng 10: Sự thay đổi mức độ thủy phân theo thời gian (Qiang Huang, 2007) 34Bảng 11: Sự thay đổi độ hòa tan của các loại hạt tinh bột khác nhau theo thời gian 37Bảng 12: Sự thay đổi độ nhớt của một số loại tinh bột bởi sóng siêu âm trong 30s .38MỞ ĐẦUThực phẩm chúng ta sử dụng hằng ngày đa phần do nhiều hợp chất cấu tạo nên. Nó là một hệ gồm nhiều pha chứa hỗn hợp phức tạp giữa nước, polysaccharide, protein, lipid và một số thành phần vi lượng khác như khoáng, vitamin… Tinh bột thường hiện diện trong thực phẩm với một tỉ lệ tương đối lớn, nó cung cấp 50 - 70% năng lượng cho hoạt động hằng ngày của con người và là Trang 3 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu Trànguồn cung cấp glucose cho não và các tế bào khác trong quá trình trao đổi chất. Do đó có thể nói tinh bột như là một nguồn nguyên liệu quan trọng được sử dụng trong công nghiệp. Hàng năm trên thế giới có 60 tấn tinh bột thu được từ các loại hạt ngũ cốc, rễ, củ, thân và bẹ lá của các loại cây thực vật khác…, trong đó 60% lượng tinh bột này được đưa vào sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như trong quá trình sản xuất bánh kẹo, kem, snack, thực phẩm cho trẻ em, công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men như cồn, bia, rượu…, còn lại 40% được sử dụng trong ngành dược và các ngành công nghiệp khác như sản xuất giấy, nguyên liệu bao gói, chất kết dính, dệt, sợi, vật liệu xây dựng…Trong nhiều thập kỉ qua, tinh bột đã trở thành một đối tượng nghiên cứu lớn của ngành công nghiệp thực phẩm. Đã có rất nhiều ngiên cứu về phương pháp phân tích, cấu trúc phân tử, tính chất vật lí, hóa học, hóa sinh, tính chất chức năng cũng như các phương thức sử dụng tinh bột trong từng sản phẩm thích hợp. Thông qua các phương thức xử lí tinh bột khác nhau chúng ta sẽ thu được những tính chất riêng cho sản phẩm thực phẩm tương ứng. Biện pháp kĩ thuật thường sử dụng nhất để chế biến tinh bột là tiến hành quá trình thủy phân. Quá trình này được thực hiện dưới tác dụng xúc tác của acid hay sử dụng enzyme. Và để hỗ trợ cho quá trình thủy phân này sóng siêu âm đã được đưa vào trong quy trình xử lí. Phần trình bày sau sẽ giải thích rõ hơn về cơ chế cũng như ảnh hưởng của sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột. 1. Tinh bột 1.1. Giới thiệu Tinh bột là nguồn carbonhydrate dự trữ trong rễ, hạt của cây và đặc biệt chứa nhiều trong nội nhũ hạt ngũ cốc. Nó cung cấp năng lượng cho các quá trình hoạt động của con người (4 kcal/g). Bên cạnh đó tinh bột còn được thủy phân tạo thành đường glucose là nguồn cơ chất cho Trang 4 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu Tràcác loài vi sinh vật để thực hiện quá trình lên men tạo sản phẩm. Tinh bột là một đại phân tử sinh học được hình thành từ các tiểu phần là glucose. Hạt tinh bột không tan trong nước lạnh do đó tạo thành huyền phù giữa tinh bột và nước. Khi đó hạt tinh bột cũng hấp thu một lượng nước nhỏ và trương nở nhẹ. Sau đó khi tiến hành gia nhiệt hạt sẽ hút nước mạnh hơn cho đến lúc trương nở cực đại dẫn đến độ nhớt đạt cực đại. Chính nhờ đặc tính này mà tinh bột được sử dụng như chất tạo đặc trong thực phẩm. Đặc tính của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn tinh bột, nồng độ tinh bột, nhiệt độ quá trình gia nhiệt, tốc độ gia nhiệt, hóa chất sử dụng (acid, đường, muối,…). Với các đặc tính hữu ích của tinh bột, chúng được sử dụng khá nhiều trong quá trình sản xuất thực phẩm để làm tăng độ nhớt, ngăn cản quá trình đông tụ, ổn định tính chất các sản phẩm lạnh đông,…Bên cạnh nguồn tinh bột thường, ngày nay con người còn sử dụng nguồn tinh bột biến tính với các đặc tính ưu việt hơn góp phần tạo ra các sản phẩm với chất lượng ngày một cao hơn.1.2. Nguồn tinh bột Tinh bột là polysaccaride chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột có nhiều trong các loại cây lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Nguồn tinh bột rất đa dạng, trong đó phổ biến nhất là từ các hạt ngũ cốc như lúa mì, bắp, gạo, khoai tây,… hay từ các loại củ như khoai tây, khoai lang, khoai mì… Ngoài ra một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các nhóm cây họ đậu như đậu nành, đậu xanh… và trong một số loại trái cây như chuối,…. Tinh bột từ các loài thực vật khác nhau, hay cùng một giống cây trồng nhưng phát triển dưới các điều kiện khác nhau thì đều khác nhau cả về hình thái, tính chất công nghệ và các tính chất chức năng tương ứng. Do đó cần đặc chú ý đến những tính chất này để đảm bảo chất lượng ổn định và đồng nhất cho sản phẩm. Hình 1 : SEM của tinh bột từ các nguồn khác nhau. (a) gạo ; (b) lúa mì ; (c) khoai tây ; (d) bắp (Narpinder Singh, 2002)1.3. Cấu trúc hạt tinh bột Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng hạt không hoà tan trong nước lạnh gồm nhiều sợi liên kết với nhau. Các carbonhydrate đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá Tùy thuộc vào nguồn gốc mà tinh bột có kích Trang 5 ng dng súng siờu õm trong quỏ trỡnh thy phõn tinh bt GVHD: ThS. Trn Th Thu Trthc thay i, trong ú dao ng t 2 ữ 150àm. Ht tinh bt cú th cú dng hỡnh trũn, hỡnh bu dc hay hỡnh a din. Cu to v kớch thc ca ht tinh bt ph thuc vo ging cõy, iu kin trng trt cng nh quỏ trỡnh sinh trng ca cõy. Cú th chia tinh bt thc phm thnh ba h thng: H thng tinh bt ca cỏc ht ng cc. H thng tinh bt ca cỏc ht h u. H thng tinh bt ca cỏc c.Bng 1 : c im ht tinh bt ca mt s h thng tinh bt (Trn Th Thu Tr, Cụng ngh bo qun v ch bin lng thc, 2007) Loi Hỡnh dngKớch thc (àm)Nhit h húa (0C)Lỳa mỡ Cu, elip 2 50 53 65Mch en Elip 12 40 57 70i mch Elip 2 5 56 62Ngụ Cu, a din 5 25 62 70Ngụ ng Cu, a din - 67 87 Ngụ np Cu, a din - 63 72 Yn mch a din 5 15 56 62 Go a din 3 8 61 78 Np a din - 55 65 Kờ Cu, a din 4 12 69 75 Cao lng Cu, a din 4 24 69 75 Maurice (1986) mụ t ht tinh bt gm nhiu vựng vụ nh hỡnh v vựng kt tinh xen k nhau. Quan sỏt di ỏnh sỏng ca quang ph hng ngoi, ngi ta nhn thy cú s tn ti liờn kt hydro gia cỏc phõn t tinh bt, cỏc liờn kt hydro ny úng vai trũ quan trng, quyt nh mt s tớnh cht ca ht tinh bt. Bờn trong ht cú cỏc rónh vụ nh hỡnh kộo di t b mt ti tõm to thnh cỏc l xp. Chớnh cỏc l xp ny giỳp nc thõm nhp lm trng n ht tinh bt, phỏ v cỏc liờn kt hydro gia cỏc phõn t bờn trong ht trong quỏ trỡnh thy phõn. Khi khụng cú mt cỏc phõn t nc, tinh bt s liờn kt vi nhau theo loi I. Loi liờn kt ny lm gim kh nng hot ng ca nhúm -OH. Theo kiu liờn kt ny, cỏc nhúm -OH b khúa cht lm cho hot tớnh ca chỳng gim rừ rt. Thụng thng tinh bt tn ti dng ny khi b sy khụ quỏ mc hoc b thoỏi húa, trong c hai trng hp, nc b tỏch ra ngoi. Khi trong tinh bt cú s hin din ca nc, cỏc phõn t tinh bt liờn kt nhau theo loi II. õy l dng liờn kt thụng thng ca tinh bt trong t nhiờn, dng ny cỏc nhúm -OH ch yu carbon th 6 nm cnh nhau s liờn kt nhau thụng qua phõn t nc. Bng phng phỏp sy khụ thụng thng, ta khụng th tỏch hon ton m ra khi tinh bt, m thng cũn li khong 8 -12% m, c gi khỏ bn trong cu trỳc phõn t tinh bt, nc ny gi l nc liờn kt, tng ng vi lng nc to thnh dng monohydrate (C6H10O5.H2O)n, vi n cú th t vi trm n vi triu.Trang 6 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu TràHình 2 : Liên kết Hydro loại I (trái) và loại II (phải)1.4. Thành phần cấu tạo Tinh bột không phải là một chất riêng biệt mà là một polymer sinh học bao gồm hai thành phần chính là amylose và amylopectin được tạo thành từ các đơn vị là glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết α-D-1,4 glycoside và α-D-1,6 glycoside. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hóa học. Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết. Hầu hết tinh bột chứa khoảng 60 – 90% amylopectin nên tỉ lệ amylose / amylopectin trong hạt thường thấy xuất hiện tỉ lệ xấp xỉ ¼. Trong khi đó cũng có tinh bột có amylose với hàm lượng cao (hơn 50% khối lượng tinh bột) như tinh bột đậu xanh, dong riềng .và hàm lượng amylopectin xấp xỉ 100% khối lượng tinh bột như tinh bột bắp nếp, gạo nếp .Tỉ lệ này thay đổi phụ thuộc giống loài, thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. Amylose và amylopectin có cấu tạo chứa nhiều nhóm hydroxyl do đó có thể kết hợp với nhau (liên kết hydtro loại 1) và với các phân tử khác (liên kết hydro loại 2) để tạo nên mạng lưới không gian 3 chiều từ đó tạo nên những tính chất đặc trưng cho các sản phẩm. Hình 3 : Cấu tạo của tinh bột ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng)Ngoài hai thành phần chính là amylose và amylopectin thì trong hạt tinh bột còn chứa một hàm lượng nhỏ các chất khác như: lipit từ 0.1 ÷ 0.8% khối lượng, protein từ 0.1 ÷ 0.4% khối lượng, phosphate 0.09 ÷ 0.63% khối lượng.Bảng 2 : Thành phần hóa học của một số loại hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008)Tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%) Lipid (%) Protein (%) Phosphate (%)Trang 7 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu TràBắp 25 75 0.8 0.35 0.09Bắp nếp 0 100 0.2 0.25 0.024Amylomaize-5 53 47 0.7 0.3 0.09Amylomaize-7 70 30 0.75 0.3 0.06Khoai tây 22 78 0.01 0.1 0.21Lúa mì 23 77 0.9 0.4 0.18Gạo 19 81 0.59 0.3 0.09Khoai mì 17 83 0.02 0.1 0.009Chuối 20 80 0.48 0.32 0.06Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp. Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amylose và amylopectin xắp xếp theo phương hướng tâm. Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucoside của amylose và amylopectin tạo thành xoắn ốc với sáu gốc glucose một vòng. Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7 µm, chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm. Hơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucoside của các polysaccaride có dạng gấp khúc nhiều lần. Các mạch polysaccharide sắp xếp hướng tâm tạo ra vùng tinh thể: các mạch bên của một phân tử amylopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia. Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài. Đa số các nhà nghiên cứu đã chứng tỏ rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong ở chỗ là chứa ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài. Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán.1.4.1. Amylose Hình 4 : Cấu trúc của chuỗi amylose ( John F. Robyt, 2008)Amylose có khối lượng phân tử xấp xỉ 105 ÷ 106 g, chuỗi dài từ 500 - 2000 đơn vị glucose. Amylose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Có hai loại amylose: • Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp ( khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β-amylase. Trang 8 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu Trà• Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, chiều dài mạch dài hơn và cấu trúc xoắn phức tạp hơn do đó khó tiếp xúc với trung tâm hoạt động của β-amylase nên chỉ bị phân hủy khoảng 60%. Phân tử amylose có cấu tạo mạch thẳng, gồm những đơn vị glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4 glycoside trong đó có khoảng 0.5% số phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,6 glycoside. Amylose thường có dạng cuộn xoắn ốc, đường kính của xoắn ốc là 12.97A0, chiều cao của vòng xoắn là 7.91A0, mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucose. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Khi đó phân tử iod được sắp xếp bên trong cấu trúc xoắn ốc của phân tử amylose. Amylose dễ hòa tan trong nước ấm tạo thành dung dịch có độ nhớt không cao. Khi nhiệt độ dung dịch hạ thấp, amylose dễ bị thoái hóa và tạo ra các kết tủa không thuận nghịch. 1.4.2. Amylopectin Hình 5 : Cấu trúc của chuỗi amylopectin ( John F. Robyt, 2008)Cấu tạo của amylopectin lớn và có tỉ lệ phân nhánh khá lớn. Khối lượng amylopectin khoảng 108 đvC và DP lớn hơn 1 triệu.Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glycoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glycoside. Amylosepectin có khoảng 5% số lượng phân tử glucose liên kết bằng liên kết bằng α-1,6 glycoside. Bảng 3 : % mạch nhánh của amylopectin từ các loại tinh bột khác nhau ( John F. Robyt , 2008)Amylopectin % mạch nhánhNgô 4.2Khoai tây 4.5Lúa mì 4.8Đại mạch 5Yến mạch 5.2Ngô nếp 5.9Mạch nhánh của amylopectin có thể được chia làm 3 phần:• Loại A: không có nhánh, một đầu của mạch A liên kết với các mạch khác bằng liên kết α - 1,6Trang 9 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần Thị Thu Trà• Loại B: dạng mạch nhánh do một hay nhiều mạch A nối vào.• Loại C: mạch duy nhất trong phân tử amylopectin có mang gốc glucose có nhóm khử.Hình 6 : Cấu trúc phân nhánh của amylopectin (Martin và Smith, 1995)Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose. Phản ứng giữa amylopectin và iod cho phức màu nâu tím. Amylopectin chỉ hòa tan trong nước nóng và tạo dung dịch có độ nhớt cao. Do cấu trúc cồng kềnh lập thể nên các phân tử amylopectin trong dung dịch không có khuynh hướng kết tinh lại nên thường không bị hiện tượng thoái hóa. Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất gần giống như amylopectin. Sự khác nhau này được giải thích là do sự khác nhau trong quá trình sinh tổng hợp tinh bột dưới tác dụng của nhiều loại enzyme khác nhau.1.5. Những tính chất của tinh bột 1.5.1. Đặc tính cấu trúc của hạt tinh bột Tỉ lệ vùng kết tinh của hạt tinh bột là 15% đối với hạt giàu amylose và khoảng 45÷50% đối với hạt tinh bột nếp. Hạt tinh bột có cấu trúc được sắp xếp theo một trật tự xác định tùy loại hạt. Cấu trúc bên trong của hạt gồm những lớp với các vòng tròn đồng tâm được sắp xếp theo thứ tự kích thước tăng dần từ tâm đến bề mặt hạt, có độ dày tăng từ 120 ÷ 400 nm lần lượt chứa các vùng kết tinh và vô định hình với mức độ tăng dần vùng kết tinh và giảm dần vùng vô định hình tương ứng. Trang 10 [...]... trình thủy phân là quá trình xảy ra dưới tác dụng của các phân tử nước tham gia phản ứng cắt đứt mạch các phân tử có kích thước lớn Trước đây quá trình thủy phân tinh bột sử dụng Trang 14 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà xúc tác acid Xúc tác này đòi hỏi nhiều năng lượng hơn cho quá trình gia nhiệt và khó khăn trong kiểm soát Hiện nay thường sử dụng. .. huyền phù tinh bột sau quá trình xử lí bằng sóng siêu âm (Ivana Ljubić Herceg, 2010) Thiết bị chiếu - 15 18.1 18.1 2 15 20.3 30 21.4 34 15 40.2 30 50 55 15 37.2 55 Thanh siêu âm (0C) 34 Thanh siêu âm (phút) 2 Thanh siêu âm Nhiệt độ mẫu sau chiếu siêu âm 30 Bể siêu âm Thời gian chiếu (W.cm-2) - Cường độ chiếu 30 42.2 73 15 49.4 Trang 33 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột 73 30... của hạt tinh bột, dẫn đến xảy ra quá trình hydrat hóa Khi đó các phân tử nước sẽ chuyển động nhanh hơn và có nhiều phân tử khuếch tán vào bên trong của hạt tinh bột Do đó, hạt tinh bột sẽ trương nở đáng kể, tăng thể tích và kích thước Dưới tác dụng của nhiệt, một số phân tử amylose Trang 19 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà và và amylopectin phân tử... bong bóng và cơ chế chính của siêu âm trong khoảng tần số này là dòng âm thanh, dùng để đo hệ số tốc độ và hấp thụ của sóng trong môi trường, dùng trong y học, phân tích hóa học Phần lớn, những nghiên cứu về sóng siêu âm trong thực phẩm thường giới hạn trong khoảng 20 -40kHz (thuộc vùng tần số thấp, năng lượng cao) Trang 22 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu... đoạn hồ hóa hạt tinh bột trương nở nhưng vẫn còn nguyên vẹn Khi ta tiếp tục gia nhiệt hỗn hợp, sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử tinh bột trong hỗn hợp dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ làm cho liên kết giữa các phân tử tinh bột với nhau, giữa tinh bột với nước trở nên lỏng Trang 21 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà lẻo Kết quả là các phân tử amylose... với máy phát siêu âm có tần số 20kHz và đầu phát ra âm thanh có đường kính cuối là 0.6 cm, năng lượng được cài đặt ở 74 W/cm2 Mẫu đem chiếu sóng siêu âm được đặt trong bể điều nhiệt để tránh sự tăng nhiệt Trang 34 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà Hình 20: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên độ nhớt biểu kiến với sự thay đổi nồng độ dịch tinh bột (Wenjian... cường độ chiếu là 74 W.cm-2 Trang 31 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà Hình: Hình thái hạt tinh bột sau quá trình chiếu sóng siêu âm trong thời gian (a) 0 phút, (b) 2.5 phút, (c) 5 phút, (d) 10 phút, (e) 15 phút dưới kính hiển vi quang học có độ phóng đại là 100 (Wenjian Cheng, 2010) Nhận xét: trước khi xử lí sóng siêu âm hạt gần như còn nguyên vẹn Sau... Enzyme thủy phân tinh bột Enzyme chỉ thủy phân hiệu quả tinh bột khi tiếp xúc trực tiếp với phân tử tinh bột hay nói cách khác là tinh bột đã được hòa tan một phần Một số enzym thường dùng là α-amylase, βamylase, glucoamylase… Đa phần các enzyme đều thủy phân đặc hiệu các phân tử tinh bột Đặc trưng của phản ứng thủy phân là sự giảm nhanh độ nhớt dung dịch và sinh ra các dextrin phân tử lượng nhỏ Sự xâm... việc điều chỉnh quá trình tối ưu hơn để đưa vào ứng dụng trong thực tiễn Các thông số tác động đến quá trình 4.1 Yếu tố thiết bị Hiện nay có hai loại thiết bị được sử dụng để phát siêu âm là bể siêu âm và thanh siêu âm Bể siêu âm thường được sử dụng với cường độ chiếu nhỏ hơn do diện tích phát siêu âm lớn hơn thông qua thành thiết bị so với thanh siêu âm Mặc dù vậy thanh siêu lại cho tác dụng cao hơn... đẩy các phân tử chất lỏng lại gần nhau, các chu kỳ giãn tác động một áp suất âm, kéo các phân tử chất lỏng ra xa nhau Trong suốt chu kỳ giãn, sóng Trang 24 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS Trần Thị Thu Trà siêu âm có cường độ đủ lớn có thể tạo ra các bong bóng Các phân tử chất lỏng được liên kết với nhau nhờ lực hấp dẫn, do đó để một bong bóng hình thành, sóng âm phải . kích thước lớn. Trước đây quá trình thủy phân tinh bột sử dụng Trang 14 Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột GVHD: ThS. Trần. toàn tinh bột thành glucose.2.3. Quá trình thủy phân tinh bột Có 3 giai đoạn trong quá trình thủy phân tinh bột: hồ hóa, dịch hóa và đường hóa. Quá trình