Nguyên liệu cho sản xuất khoai mì

Nguyên liệu cho sản xuất khoai mì

LỜI MỞ ĐẦU

Tinh bột được sử dụng rộng rải trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác Trong công nghi ệp thực phẩm dùng làm các loại bánh, kẹo, mỳ ăn liền, miến… hoặc trộn lẫn với các sản phẩm khác để chế biến ra các món ăn, dùng trong sản xuất đường, mạch nha, glucoze… Nói chung tinh b ột có thể sử dụng trong nhiều ngành Một số tinh bột th ường được sử dụng nh ư tinh bột mì, tinh bột bắp, tinh bột khoai tây.

Khoai mì là cây l ương thực dễ trồng, cho n ăng suất cao khoảng 9 tấn/ha Ở Việt Nam sản lượng khoai mì khoảng 3 triệu tấn/n ăm, chỉ đứng thứ hai sau lúa Khoai mì có tỉ lệ protein và chất béo thấp so với các loại l ương thực khác, nếu sử dụng trực tiếp để làm lương thực có giá trị không cao Nếu dùng khoai mì để sản xuất tinh bột khoai mì thì k hông những đáp ứng phục vụ cho các ng ành công nghiệp mà còn là nguồn hàng xuất khẩu quan trọng.

Trong bối cảnh đó, đối với các nhà sản xuất, việc đầu tư sản xuất các loại tinh bột có chất lượng cao, tinh bột biến tính và các sản phẩm các khác là một đòi hỏi bức thiết, vừa giúp cải thiện các tính chất của tinh bột khoai mì để có thể ứng dụng rộng rãi h ơn, vừa nâng cao hơn nữa giá trị của khoai mì, đa dạng hóa sản phẩm nhằm áp ứng nhu cầu ngày càng cao của ng ười tiêu dùng, tạo động lực cho sự nghiệp chất kết dính, dược phẩm, công nghệ thực phẩm… Cùng với xu thế hội nhập phát triển của từng công ty cũng nh ư của toàn xã hội.

Riêng đối với nước ta khoai mì khá nhiều, nếu ta tận dụng để chế biến thành tinh bột thì không những đáp ứng được nhu cầu phục vụ cho các n gành công nghiệp mà còn là một nguồn hàng xuất khẩu quan trọng.

Mong rằng các kết quả chúng tôi thu nhận được sẽ góp phần ít nhiều cho các bạn hiểu về công nghệ sản xuất tinh bột trong n ước.

Chương 1: NGUYÊN LIỆU CHO SẢN XUẤT KHOAI M Ì

1.1 Lịch sử phát triển của khoai mì

Khoai mì có ngu ồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh (Crantz, 1976) và được trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993) Trung tâm phát sinh cây khoai mì được giả thiết tại vùng đông bắc của nước Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng loại khoai mì trồng và hoang dại (De Candolle 1886; Rogers, 1965) B ằng chứng về nguồn gốc khoai mì trồng là những di tích khảo cổ ở Venezuela niên đại 2.700 năm trước công nguyên , di vật thể hiện củ khoai mì ở cùng ven biển Peru khoảng 2000 năm trước công nguyên, những lò n ướng bánh khoai mì trong ph ức hệ Malabo ở phía Bắc Colombia niên đại khoảng 1.200 n ăm trước công nguyên, những hạt tinh bột trong phân hóa th ạch được phát hiện tại Mexico có tuổi từ năm 900 đến năm 200 trước công nguyên (Rogers 1963, 1965).

Cây khoai mì được người Bồ Đào Nha đưa đến Congo của châu Phi vào thế kỷ 16 Tài liệu nói tới khoai mì ở vùng này là của Barre và Thevet viết n ăm 1558 Ở châu Á, khoai mì được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G Rajendran et al,1995) và Sri Lanka đầu thế kỷ 18 (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992) Sau đó, khoai mì được trồng ở Trung Quốc, Myanma và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 (Fang Baiping 1992 U Thun Than 1992) Khoai mì đựơc du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18, (Phạm V ăn Biên, Hoàng Kim,

Hình 1.1: Cây khoai mì và c ủ khoai mì

Cây sắn - khoai mì (Manihotesculenta Crantz), tiếng anh là cassava hay còn gọi là manioc Là loai cây sinh trư ởng khỏe, cây sử dụng tốt đất cạn kiệt, thích hợp

trưởng 8 - 9 tháng, trồng vào tháng 2 - 3 cho năng suất cao nhất [1], khoai mì được trồng chủ yếu để lấy củ để sản xuất tinh bột khoai mì.

Khoai mì là cây l ương thực đứng hàng thứ sáu trên thế giới và một trong 15 cây trồng phổ chiếm di ện tích lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp của loài ng ười.

Các nước sản xuất khoai mì đứng hàng đầu thế giới là Nigeria, Brazil, Thailand Tổng sản lượng khoai mì trên thế giới n ăm 1984 khoảng 129,020 triệu tấn, trong đó Việt Nam chiếm khoảng 2,2% [1] N ăm 2001 tổng sản lượng củ khoai mì trên thế giới là 175,617389 triệu tấn, được phân bố theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Sản lượng khoai mì thế giới n ăm 2001 [7].

Ở Việt Nam trải dài từ Nam trí Bắc n ơi nào cũng trồng được khoai mì, nhưng tập trung chủ yếu ở vùng Đông Nam Bộ, vùng núi phía Bắc, vùng ven biển miền Trung và vùng khu 4 cũ Hiện sản l ượng khoai mì n ước ta xấp xỉ 3 triệu tấn/năm, chủ yếu sản xuất trên quy mô hộ gia đình Sản lượng khoai mì n ước ta trong thập niên 80 đến nay không tăng đáng k ể, bảng 1.2 Theo bảng tin ngày19/11/2002 VnExpress Hi ện nay cả nước đã có 24 nhà máy ch ế biến tinh bột khoai mì đi vào hoạt động, chủ yếu ở phía nam Các nhà máy ở miền Trung và phía Bắc đang trong giai đo ạn hoàn thiện.

Bảng 1.2 : Diện tích, sản l ượng khoai mì (củ t ươi) ở Việt Nam 1988 - 1992Năm Diện tích (1000 ha) Sản lượng (1000 tấn)

Trong khi ở Thailand hơn 50 % tinh bột khoai mì dùng để sản xuất tinh bột biến tính dùng cho công nghiệp thực phẩm và công nghiệp khác [11 ], Việt Nam chỉ có khoảng 15 - 20 % dùng cho công nghi ệp.

1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại khoai mì.

Phân loại theo đặc điểm thực vật của cây: xanh, tía, lá 5 cánh, lá 7 cánh Phân loại theo đặc điểm củ: khoai mì trắng hay khoai mì vàng

Phân loại theo hàm lượng độc tố có trong khoai mì: khoai đắng hay khoai mì ngọt.

Khoai mì đắng (M UTILISSIMA) có hàm l ượng HCN hơn 50 mg/kg c ủ Giống này thường có 7 lá cánh mũi mác cây thấp và nhỏ.

Khoai mì ngọt (M DULCIS) có hàm lư ợng HCN dưới 50 mg/kg củ Giống cây này thường có 5 lá cánh mũi mác, cây cao thân to.

1.3 Đặc điểm sinh học Thân

Thuộc loại cây gỗ cao từ 2 - 3 m trắng giữa thân có lõi và xốp nên rất yếu. Lá

Thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi r õ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiề u xoắn ốc Cuống lá dài từ 9 - 20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím.

 Hoa

Là hoa đơn tính có hoa đ ực và hoa cái trên cùng một chùm hoa Hoa cái không nhiều, mọc ở phía d ưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được thụ phấn của cây khác nhờ gió và côn trùng.

Củ khoai mì có cấu tạo hình gậy, hai đầu vút nhỏ lại (cuống và đuôi) Tuỳ vào giống và điều kiện trồng trọt, củ khoai mì có kích th ước khác nhau thông thường có chiều dài 300 - 400 mm, đường kính 40 - 60 mm Cá biệt có củ dài đến100 mm, và có đư ờng kính đến 100 mm, củ khoai mì gồm bốn phần chính sau đây:

• Lượng tinh bột trong thịt khoai mì phân bố không đều nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vào trong.

1.4 Thành phần hoá học của khoai mì Tinh bột khoai mì

Là thành phần quan trọng của củ khoai mì, nó quyế t định giá trị sử dụng Tinh bột chiếm khoảng 32,28 % tổng các chất có trong khoai mì.

Tinh bột khoai mì có màu rất trắng , trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền khi chưa bóc vỏ, tinh bột thu được có màu rất tối màu xám của tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm.

Hạt tinh bột khoai mì có kích th ước từ 5 - 40 µm với những hạt lớn 25 - 36µm, hạt nhỏ 5 - 15 µm và có nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa D ưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ

Khi hạt tinh bột khoai mì bị phá v ỡ, có thể quan sát được rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp Chính các lỗ xốp này giúp n ước xâm nhập làm tr ương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho các enzyme phân hủy Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa

các phần tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vật bị phân hủy bởi các tác nhân nh ư acid và enzyme hơn so v ới các loại tinh bột khác.

Tinh bột khoai mì có hà m lượng amylopectin và phân tử l ượng trung bình khá cao 215.000 g/mol, hàm lư ợng amylose nằm trong khoảng 8 - 29 %, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỉ lệ amylose 16 - 18 %.

Tinh bột khoai mì có những tính chất t ương tự như các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như đ ộ nhớt cao, xu h ướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh b ột khoai mì liên quan tới độ củ nấu chín và nhiều tính chất ứng dụng trong công nghiệp.

Tinh bột khoai mì có nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 58,5 - 700C

Độ nhớt là chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng, như là chất đặc trong công nghi ệp thực phẩm, chất hồ vải trong công nghiệp dệt hay chất phủ trong công nghiệp giấy.

Độ nở và độ hòa tan của tinh bột là tính chất rất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các loại tinh bột Khả n ăng nở và hòa tan cao thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt.

 Đường

Đường trong khoai mì chủ y ếu là glucoze và một ít maltoze , saccaroze Khoai mì càng già thì hàm l ượng đường càng giảm Trong chế b iến, đường hoà tan trong nước được thải trong n ước dịch.

 Độc tố trong củ mì

Ngoài những chất dinh d ưỡng trên, trong khoai mì còn có độc tố Chất độc có trong cây k hoai mì ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ đó chính là HCN Trong c ủ khoai mì, HCN tồn tại d ưới dạng phazeolunatin g ồm hai glucozit Linamarin v à Lotaustralin.

 Hệ enzyme

Trong khoai mì, các c hất polyphenol và hệ enzy me polyphenoloxydaza có ảnh nhiều tới chất l ượng trong bảo quản và chế biến Khi ch ưa đào hoạt độ chất men trong khoai mì y ếu và ổn định, nhưng sau khi đào th ì chất men hoạt động mạnh.

Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá poly phenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất phenol như axitamin để hình thành sản phẩm có màu Trong nhóm polyphenoloxydaza có nh ững enzyme oxy hoá các monophenol mà đi ển hình là tirozinnaza xúc tác sự oxy hoá acid amin tirozin tạo nên quinon t ương ứng Sau một số chuy ển hoá các quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt khoai mì có màu đen mà thường gọi là khoai mì chạy nhựa Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt c ủ bắt đầu từ lớp ngoại vi.

Khi khoai mì đã chạy nhựa thì lúc mài xát khó mà phá v ỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất lấy tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng Ngoài tirozinaza các enzy me oxy hoá khử cũng hoạt động mạnh làm tổn thất chất khô của củ Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nh ưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để.

Trong bảo quản khoai mì t ươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên đặc biệt đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát Ngoài ra nếu củ bị chảy nhựa nghiêm trọng cũng sẽ dẫn tới hiện t ượng thối khô Đi sâu phân tích về phương diện tổ hợp thành các chất dinh d ưỡng chủ yếu là đạm

và tinh bột (vì đó là hai thành ph ần quan trọng của củ khoai mì có giá trị kinh tế nhất).

Tỷ lệ tinh bột và đạm phân bố không đều trong nhưng bộ phận khác nhau của củ khoai mì Quy luật chung: hàm l ượng tinh bột tập trung nhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi l ượng tinh bột lại ít đi, nhưng lượng đạm lại tăng lên một phần so với những lớp bên ngoài.

1.5 Các chỉ tiêu và các dạng nguyên liệu trong sản xuất tinh bột khoai mì1.5.1 Chỉ tiêu nguyên liệu

 Phương pháp c ảm quan: xác định củ tốt củ xấu và xác định tương đối hàm lượng tinh bột.

Củ khoai mì nhiều bột ít x ơ, vỏ củ và vỏ bao mỏng, cuống ngắn củ to là tốt Loại củ cuốn dài khi chế biến n ăng xuất bột kém vì cuống thực chất gồm phần lớn là xơ gỗ Chọn củ trung bình rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ dùng một lực vừa phải bẻ gãy củ và thấy thịt sắn chắc và khô, trắng đục thì như vậy có thể coi là thu hoạch khoai mì đúng tuổi, hàm lượng tinh bột cao nhất Nếu bẻ gãy củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt sắn có màu vàng nhạt, tuy chắc thịt nh ưng phần giữa củ ướt thì đó là khoai mì non ít b ột.

 Phương pháp th ực nghiệm

Dùng loại cân thực nghiêm Thái lan thiết kế và sản xu ất xác định Nguyên tắc hoạt động dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng giữa bột và n ước Qua nhiều lần khảo sát các số liệu ng ười ta thiết kế cân xác định được hàm lượng tương ứng của 5 kg củ Củ được chặt khúc từ 3 - 5 cm Cân hoạt động như sau: củ được chặt khúc cho vào giõ cân (1) cân xác định khối lượng 5 kg (lúc này quả cân hàm lượng đặt tại điểm không, sau khi cân đúng 5 kg củ, đổ xuống giỏ được nhấn chìm trong n ước.

1.5.2 Nguyên liệu trong sản xuất

Trong sản xuất khoai mì, nguyên liệu dùng trong sản xu ất gồm có 2 dạng:khoai mì tươi và khoai mì lát khô.

 Chế biến khoai mì lát khô• Thái lát

Làm cầu thái lát bằng một l ưỡi dao bài mỏng và dài h ơn một gang tay Tay trái đặt và giữ củ khoai mì đứng lưỡi dao Tay phải kéo than h gạt cho củ khoai mì ngập vào lưỡi dao, cắt thành lát.

Sử dụng bàn thái lát quay tay có 4 - 5 lưỡi dao để giảm nhẹ sức lao động và tăng năng suất thái lát.

• Phơi khô

Trước khi phơi, nếu khoai mì được rửa lát khoai mì khô sẽ trắng Tùy quy mô sản xuất và điều kiện cụ thể mà ph ơi khoai mì Rải khoai mì thành một lớp trên sàn phơi T ốt nhất là nên dùng sân xi m ăng, nong, nia, phên , cót để phơi khoai mì Phơi khoai mì khi trời nắng Ngày ph ơi, tối nên cất để tránh sương làm giảm chất lượng sản phẩm Trời m ưa, đưa khoai mì vào mái che và ho ng gió khoai mì càng chóng khô n ếu có gió hoặc ph ơi trên sàn cao.

 Bảo quản nguyên liệu khoai mì t ươi

Khoai mì là loại củ khó bảo quản vì dễ bị biến chất dễ h ư hỏng Khoai mì có hàm lượng nước cao rất dễ bị các loại men phân li các hợp chất hữu c ơ, thông thường người ta gọi là chạy nhựa làm cho củ khoai mì biến thành x ơ và bán xơ có khi cứng như gỗ.

Thực tế khoai mì sau khi thu hoạch về th ường không chế biến kịp nên phải bảo quản khoai mì tươi trong một khoảng thời gian nhất định Khi bảo quản, nếu tạo điều kiện càng giống khi ch ưa đào thì càng bảo quản được lâu Có những cách như sau:

● Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là để tránh sự hoạt động của các enzym e trong củ mì có nghĩa là tránh hiện t ượng hư hỏng Hầm phải hoàn toàn kín và khô ráo, phải có mái che để tránh nước chảy vào Hầm sâu khoảng 0.8, chiều rộng phụ thuộc vào số khoai mì cần bảo quản.

● Bảo quản bằng cách phủ cát khô: ph ương pháp này d ựa trên nguyên tắc bảo quản kín giống nh ư bảo quản trong hầm Chọn củ có kích th ước đồng đều không bị dập, vỏ không bị xây xát, xếp 1.5 m, chiều dài khoảng 4 m Sau khi sắp xếp 0.6 m, rộng 1.2 thành luống cao 0.5 xong , dùng cát khô phủ kín đống khoai mì, lớp cát dày ít nhất 20 cm.

Ngoài ra có th ể bảo quản bằng cách nhúng vào n ước vôi Khoai mì sau khi thu hoạch chọn những củ còn nguyên vẹn đem nhúng vào nư ớc vôi 0.5 % hoặc dùng bình chứa nước vôi phun đều vào đống củ sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống khoai mì trong 25 ngày Một số nhà nghiên cứu đã tìm ra là khoai mì có th ể được bảo quản trong thời gian khá dài nếu chúng được giữ ở điều kiện lạnh đông.Tuy nhiên, cách b ảo quản này ít được sử dụng vì chí phí quá tốn kém và ng ười ta cho rằng rằng phương pháp bảo quản chi phí cao nh ư vậy không phù hợp với mặt hàng có chi phí th ấp như khoai mì.

Ta chỉ nên bảo quản những củ nguyên vẹn vì những củ gãy xây xát th ường nhiễm vi sinh vật làm cho củ thối, đặc biệt bệnh thối ướt dễ dàng lây sang những củ lân cận rồi lan ra từng đống.

Khi bảo quản cần lưu ý tới nhiệt độ Nhiệt độ được xác định bằng cách: cắm ống đo vào ống thông hơi, nếu nhiệt độ củ khoai mì lớn hơn nhiệt độ ngoài trời500C thì đảo khoai mì Nếu thấy củ thối hỏng, chạy nhựa, biến màu (trắng sangvàng hoặc đen) thì bỏ.

Những cách bảo quản trên được sử dụng trước đây khi khoai mì chỉ được trồng theo mùa Những n ăm gần đây ở tỉnh Tây Ninh người ta trồng khoai mì quanh năm, những nhà máy thu hoạch khoai mì từ những đồn điền của nhà máy hoặc thu mua ở những đồn điền xung quanh và đưa vào sản xuất ngay không cần phải bảo quản.

1.6 Thành phần hoá học của tinh bột khoai mì1.6.1 Cấu tạo của tinh bột khoai mì

Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây Tinh bột cũng có nhiều ở các loại củ nh ư khoai tây, khoai m ì, củ mài Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả nh ư chuối và nhiều loại rau Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt

Tinh bột không phải là một chất riêng b iệt, nó bao gồm hai thành phần là amylose và amylopectin Hai ch ất 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.

Hình 1.2: Cấu tạo của tinh bột

Các phương pháp đ ể tách và xác định hàm lượng amylose và amylopectin là:• Chiết rút amylose bằng n ước nóng.

• Kết tủa amylose bằng r ượu.

• Hấp thụ chọn lọc amylose trên xellulose.

Tinh bột là loại polysaccarit khối l ượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối nhau bởi các liên kết α - glycozit, có công thức phân tử là (C 6H10O5)n, ở đây có thể từ vài trăm đến hơn 1 triệu Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lý của chúng Tinh bột th ường dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho các th ực phẩm dạng lỏng hoặc là tác nhân làm bền keo

hoặc nhũ tương, như các y ếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho nhiều loại thực phẩm.

Trong thực vật, tinh bột th ường có mặt dưới dạng không hoà tan trong n ước Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh h ưởng đến áp suất thẩm thấu Các hy đrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng đư ợc 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.

Hạt tinh bột của tất cả hệ thống nêu trên có dạng hình tròn, hình bầu dục, hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thóc.

Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến những tính chất c ơ lý khác nhau như: nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp thụ xanh metylen Có thể dùng ph ương pháp lắng để phân chia một hệ thống tinh bột ra các đoạn có kích thước đồng đều để nghiên cứu.

Tinh bột khoai mì có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có một số hạt trũng.

Hình 1.3: Dùng vi ảnh điện tử quét tinh bột khoai mì 1500 X

Hình 1.4: Dùng vi ảnh điện tử quét tinh bột khoai mì 3500X1.6.2 Thành phần cấu trúc của amylose

Trong vi hạt, tinh bột tồn tại d ưới dạng hạt có kích th ước trong khoảng từ0,02 - 0,12nm Hạt tinh bột của tất cả các hệ có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa diện Cấu tạo và kích th ước của hạt tinh bột phụ thu ộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng nh ư quá trình sinh trưởng của cây.

Cấu tạo bên trong của vi hạt tinh bột khá phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amylose dạng tinh thể và amylopectin xắp xếp theo phương hư ớng tâm.

Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucozit của amylose và amylopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucose một vòng.

Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35 - 0,7µm, trong khi đó chi ều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm H ơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucozit của các polysaccarit phải ở dạng gấp khúc nhiều lần.

Các mạch polysaccarit sắp xếp h ướng tâm tạo ra độ 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 nh ư vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ h ạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, 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.

Hầu hết, các loại tinh bột đều chứa hai loại polyme khác nhau về khối l ượng phân tử và cấu trúc hóa học.

Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500 - 2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi liên kết α - 1,4 glicozit.

Amylose “nguyên th ủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng tr ăm mà là hàng ngàn Có hai lo ại amylose:

Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp ( Khoảng 2000) th ường không có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β - amylase.

Amylose có m ức độ trùng hợp lớn h ơn, có cấu trúc án ngữ đối với β - amylase nên ch ỉ bị phân hủy 60 %.

Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucose Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91 A0 Các nhóm hydroxyl c ủa các gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C - H.

Hình 1.5 Cấu trúc phân tử amylose (glucose -α - 1,4 - glucose)

1.6.3 Thành phần cấu trúc của amylopectin

Amylopectin là polyme m ạch nhánh, ngoài mạch chính có li ên kết α - 1,4 glucozit còn có nhánh liên k ết với mạch chính bằng liên kết α - 1,6 glucozit.

Hình 1.6 Cấu trúc phân tử amylopectin

Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh h ơn, chiều dài của chuổi mạch nhánh này khoảng 25 - 30 đơn vị glucose Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucose.

Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét Bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng th ường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống nh ư amylopectin.

Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể h ơn amylose nhi ều Trong tinh bột t đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón.

Hình 1.7 Amylose và amylopectin1.6.4 Các đặc tính của tinh bột khoai mì

1.6.4.1 Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột

Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình b ảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào t ương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng) Ngoài ra, nó cũng là c ơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể Ví dụ: để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan nh ư cà phê, trà hòa tan thì nên ch ọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất.

1.6.4.2 Sự trương nở của tinh bột

Khi ngâm tinh b ột vào nước thì thể tích hạt t ăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên Hiện t ượng này gọi là hiện t ượng trương nở của hạt tinh bột Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào n ước như sau: tinh b ột bắp: 9,1%, tinh bột khoai tây: 12,7%, tinh bột khoai mì: 28,4%.

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxy hóa khác nhau thành dung d ịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái tr ương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên Các biến đổi hóa lý khi hồ hóa như sau: hạt tinh bột trương lên, tăng đ ộ trong suốt và độ nhớt, các phân tử mạch thẳng và nhỏ thì hòa tan và sau đó tự liên hợp với nhau để tạo thành gel Nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ nhất định Tùy điều kiện hồ hóa nh ư nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kich th ước hạt và pH mà nhiệt độ phá vỡ và trương nở của tinh bột biến đổi một cách rộng lớn.

1.6.4.4 Độ nhớt của hồ tinh bột

Một trong những tính chất quan trọ ng của tinh bột có ảnh h ưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả n ăng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều n ước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn Yếu tố chính ảnh h ưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc, và sự bất đối xứng của phân tử Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, tác nhân oxy hóa, các thuốc thử phá hủy liên kết hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm thay đổi độ nhớt của dung dịch tinh bột.

1.6.4.5 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel

Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ t ương tác nhau và x ắp xếp lại 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 đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp qua phân tử n ước Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, gọi là sự thoái hóa Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá.

1.6.4.6 Khả năng tạo màng của tinh bột

Giống như các hợp chất cao phân tử khác tinh bột có khả n ăng tạo màng tốt