Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột... Amiloza và amilopectin.[r]
(1)Tinh bột thực phẩm MỞ ĐẦU
Tinh bột polysaccarit chủ yếu có hạt, củ, thân Một lượng
tinh bột đáng kể có loại chuối nhiều loại rau xảy
biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào q trình chín
chuyển hóa sau thu hoạch Tinh bột có vai trị dinh dưỡng đặc biệt lớn
trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ chất tạo nên nguồn calo
chính thực phẩm cho người Tinh bột giữ vai trò quan trọng cơng nghiệp
thực phẩm tính chất lý hóa chúng Tinh bột thường dùng làm chất
tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng
keo, yếu tố kết dính làm đặc tạo độ cứng độđàn hồi cho nhiều thực phẩm Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính cơng nghệ sơn Các tính chất “sẵn có” tinh bột thay đổi chúng bị biến hình (hóa học
sinh học) để thu tính chất mới, chí hồn tồn lạ Nội dung
giáo trình trình bày vấn đề sau:
- Cấu tạo tính chất tinh bột
- Các phương pháp xác định số tinh bột - Kỹ thuật sản xuất tinh bột
- Biến hình tinh bột
- Ứng dụng tinh bột biến hình
Giáo trình biên soạn theo đề cương môn học “khai thác tinh bột sản
phẩm từ tinh bột” nhằm làm tài liệu chínhđể giảng dạy cao học cho ngành thực phẩm
Giáo trình làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh, sinh viên, cán kỹ
thuật, cán quản lý viện nghiên cứu thiết kế
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Hội đồng Khoa học trường, Hội đồng khoa Hóa Kỹ
thuật trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng nghiệm thu cho phép giáo trình lưu
hành
(2)Tinh bột thực phẩm Chương
CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT 1.1 Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột
Tinh bột polysaccarit chủ yếu có hạt, củ, thân Tinh bột
cũng có nhiều loại củ khoai tây, sắn, củ mài Một lượng đáng kể tinh bột
cũng có loại chuối nhiều loại rau Tinh bột có nhiều
loại lương thực loại lương thực coi nguồn nguyên liệu chủ yếu
để sản xuất tinh bột Hình dạng thành phần hóa học tinh bột phụ thuộc vào
giống cây, điều kiện trồng trọt
Tinh bột khơng phải chất riêng biệt, bao gồm hai thành phần
amiloza amilopectin Hai chất khác nhiều tính chất lí học hóa
học Dựa vào khác phân chia hai thành phần để điều
chế dạng tinh khiết Các phương pháp để tách xác định hàm lượng amiloza
amilopectin là:
- Chiết rút amiloza nước nóng
- Kết tủa amiloza rượu
- Hấp thụ chọn lọc amiloza xenlulozơ
Tinh bột loại polysaccarit khối lượng phân tử cao gồm đơn vị glucozơ
được nối liên kết α- glycozit, có cơng thức phân tử (C6H10O5)n,
đây n từ vài trăm đến triệu Tinh bột giữ vai trò quan trọng cơng
nghiệp thực phẩm tính chất hóa lí chúng Tinh bột thường dùng làm
chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng tác nhân làm bền keo
hoặc nhũ tương, yếu tố kết dính làm đặc tạo độ cứng, độ đàn hồi cho
nhiều loại thực phẩm.Ngồi tinh bột cịn nhiều ứng dụng dược phẩm,
cơng nghiệp dệt, hóa dầu
Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dạng khơng hồ tan
(3)Tinh bột thực phẩm
hưởng đến áp suất thẩm thấu Các hyđrat cacbon tạo lục lạp
quang hợp, nhanh chóng chuyển thành tinh bột Tinh bột mức độ
gọi tinh bột đồng hoá, linh động, sử dụng q trình
trao đổi chất chuyển hố thành tinh bột dự trữ hạt, quả,
củ, rễ, thân bẹ
Có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống:
- hệ thống tinh bột hạt cốc; - hệ thống tinh bột hạt họđậu; - hệ thống tinh bột củ;
Bảng 1.1 Đặc điểm số hệ thống tinh bột
Nguồn Kích thước
hạt, nm Hình dáng Hàm lamiloza, % ượng hố, Nhiệ0t C độ hồ
Hạt ngô 10-30 Đa giác
trịn 25 67-75
Lúa mì 5-50 Trịn 20 56-80
Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài 46-62
Đại mạch 5-40 Bầu dục 68-90
Yến mạch 5-12 Đa giác 55-85
Lúa 2-10 Đa giác 13-35 70-80
Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 60-71
Kiều mạch 5-15 Tròn dẹp
Chuối 5-60 Tròn 17
Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 56-69
Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 52-64
Sắn 5-35 Tròn
Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41
Hạt tinh bột tất hệ thống nêu có dạng hình trịn, hình bầu
dục, hay hình đa giác Hạt tinh bột khoai tây lớn bé hạt tinh bột
thóc
Kích thước hạt khác dẫn đến tính chất lí khác
(4)Tinh bột thực phẩm
để phân chia hệ thống tinh bột đoạn có kích thước đồng để nghiên
cứu
1.1.1 Dùng vi ảnh của kính hiển vi điện tử quét
Tinh bột sắn có dạng hình cầu, hình trứng hình mũ, có số hạt
trũng
Hình 1.1 Tinh bột sắn 1500X
Hình 1.2 Tinh bột sắn 3500X
(5)Tinh bột thực phẩm
Hình 1 Tinh bột sắn dây 1500X
Hình 1 Tinh bột sắn dây 3500X
Kích thước trung bình hạt sắn dây nhỏ so với tinh bột sắn
Tinh bột huỳnh tinh gồm hầu hết hạt lớn có dạng hình elíp, trơn nhẵn
(6)Tinh bột thực phẩm
Hình 1.5 Tinh bột huỳnh tinh 1500X
Hình1 Tinh bột huỳnh tinh 3500X
Quan sát độ phóng đại 3500x, bề mặt ngồi loại hạt có nếp
nhăn Như ta thấy: kích thước hạt đặc trưng cho loại tinh bột
1.1.2 Nghiên cứu kích thước trung bình của hạt tinh bột bằng phương pháp nhiễu xạ lazer
Kính hiển vi điện tử qt xác định kích thước trung bình hạt tinh
(7)Tinh bột thực phẩm
đặc trưng cho toàn khối hạt Những phương pháp khác phương pháp lắng
hoặc rây, sàng để phân chia hệ thống tinh bột đoạn có kích thước đồng
rồi nghiên cứu nhiều thời gian, khơng xác ( hạt to lẫn hạt nhỏ)
Để khắc phục, dùng phương pháp nhiễu xạ lazer Nó phân tích xử
lí số liệu đo cách nhanh chóng xác
Nguyên tắc đo kích thước hạt hệ thống máy Mastersizer sau: Mẫu
tinh bột phân tán nước với tỉ lệ định, cho vào buồng đựng mẫu
Nguồn sáng tia lazer phát ra, qua hệ thống lọc đập vào hạt mẫu Năng
lượng nguồn sáng lazer làm hạt bị nhiễu xạ, từđó cho thơng tin
kích thước hạt nhờ thiết bị dị tìm thích hợp Sau liệu tập hợp
được phân tích nhờ hệ thống có gắn với máy tính sử dụng phần mềm hoá học
chuyên dụng Một số mẫu chuẫn đựoc nạp sẵn vào vi xử lí để đối chiếu so
sánh với mẫu xác định cho thơng tin xác mẫu tinh bột
cần phân tích Thơng tin kích thước hạt đưa qua máy thu qua hệ
thống khuyếch đại in kết
Máy xác định kích thước hạt khoảng từ 0,05 đến 3500 µm
Mẫu đem xác định cần từ vài µm đến vài ml, thời gian xác định nhanh, kết
có độ tin cậy cao
Bảng 1.2 Đường kính Φ hạt củ qua máy Mastersiser
Đường kính hạt (µm) Sắn Sắn dây Huỳnh tinh
D[v,0,1] 0,68 0,99 13,55
D[v,0,5] 12,14 7,73 26,76
D[v,0,9] 20,23 12,48 42,07
D[v,0,1] Kích thước hạt có 10% tổng số hạt mẫu nhỏ kích
thước
Nhận xét: tinh bột huỳnh tinh có kích thước lớn nhiều so với sắn sắn dây,
(8)Tinh bột thực phẩm
Sự khác kích thước loại hạt tinh bột dẫn đến khác tính chất lí q trình chế biến, bảo quản biến hình tinh bột
Hạt tinh bột huỳnh tinh lớn nhất, tiến hành trình lắng lọc, rửa
thì thời gian cho tinh bột huỳnh tinh ngắn nhất, sắn dây dài
Sự khác kích thước ảnh hưởng đáng kểđến nhiệt độ hồ hóa, đến
khả hoà tan, khả hấp thụ nước hấp thụ chất khác
1.2 Thành phần hóa học tinh bột
Tinh bột hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác
nhau: amiloza amilopectin Tỉ lệ amiloza/amilopectin xấp xỉ ¼ Trong tinh bột
loại nếp (gạo nếp ngô nếp) gần 100% amilopectin Trong tinh bột đậu
xanh, dong riềng hàm lượng amiloza chiếm 50%
Hình 1.7 Cấu tạo tinh bột 1.2.1 Thành phần cấu trúc của amiloza
Trong vi hạt, tinh bột tồn dạng hạt có kích thước khoảng từ
0,02-0,12nm Hạt tinh bột tất hệ có dạng hình trịn, hình bầu dục hay
hình đa diện Cấu tạo kích thước hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều
(9)Tinh bột thực phẩm
Cấu tạo bên vi hạt tinh bột phức tạp Vi hạt tinh bột có cấu
tạo lớp, lớp có lẫn lộn amiloza dạng tinh thể amilopectin xắp
xếp theo phương hướng tâm
Nhờ phương pháp hiển vi điện tử nhiễu xạ tia X thấy hạt tinh
bột “nguyên thuỷ” chuỗi polyglucozit amiloza amilopectin tạo thành
xoắn ốc với ba gốc glucozơ vòng
Trong tinh bột hạt ngũ cốc, phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7
µm; chiều dày lớp hạt tinh bột 0,1 µm Hơn nữa, phân
tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên mạch glucozit polysaccarit phải
dạng gấp khúc nhiều lần
Các mạch polysaccarit xếp hướng tâm tạo độ tinh thể: mạch bên
của phân tử amilopectin nằm xen kẽ mạch bên phân tử
Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột cịn có vỏ bao phía
ngoài Đa số nhà nghiên cứu cho vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên
trong, chứa ẩm bền tác động bên ngồi Trong hạt tinh bột có
lỗ xốp khơng Vỏ hạt tinh bột có lỗ nhỏ chất hịa tan có
thể xâm nhập vào bên đường khuếch tán
Hầu hết, loại tinh bột chứa hai loại polyme khác khối
lượng phân tử cấu trúc hóa học:
* Amiloza loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên
kết liên kết α−1,4 glicozit
Amiloza “ngun thủy” có mức độ trùng hợp khơng phải hàng trăm mà
hàng ngàn Có hai loại amiloza:
- Amiloza có mức độ trùng hợp tương đối thấp ( Khoảng 2000) thường
khơng có cấu trúc bất thường bị phân ly hoàn toàn β-amilaza
- Amiloza có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ
β−amilaza nên bị phân hủy 60%
Trong hạt tinh bột dung dịch trạng thái thoái hóa,
(10)Tinh bột thực phẩm
mới chuyển thành dạng xoắn ốc Mỗi vòng xoắn ốc gồm đơn vị glucozơ Đường
kính xoắn ốc 12,97 A0, chiều cao vòng xoắn 7,91A0 Các nhóm
hydroxyl gốc glucozơ bố trí phía ngồi xoắn ốc, bên
nhóm C-H
Hình 1.8 Cấu trúc amiloza 1.2.2 Thành phần cấu trúc của amilopectin
Amilopectin polyme mạch nhánh, mạch có liên kết α-1,4
glucozit cịn có nhánh liên kết với mạch liên kết α-1,6 glucozit