Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysacaride khác nhau: amylose và amylopectin. Trong những nguyên liệu khác nhau thì hàm lƣợng amylose và amylopectin cũng không giống nhau. Thƣờng tỉ lệ amylose và amylopecctin của tinh bột bằng 1/4.
Phân tử amylose có một đầu khử và một đầu không khử, trong đó đầu khử có nhóm – OH glycoside. Các gốc của amylose gắn lại với nhau nhờ liên kết α - 1,4 glycoside tạo nên một chuỗi dài khoảng 500 -2000 đơn vị glucose, phân tử lƣợng trung bình 10000 - 300000. Amylose mạch thẳng có thể tạo màng và sợi với độ bền và độ mềm dẻo cao. Khi tƣơng tác với iod, amylose cho phức màu xanh đặc trƣng. Phức của vitamin A với amylose thƣờng bền và ít bị oxy hoá. Do đó, sử dụng amylose để bảo vệ vitamin trong thuốc, trong thức ăn gia súc bằng cách cho nó tạo phức với amylose.
Trong phân tử amylopectin các gốc glucose gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1 – 4 mà còn nhờ liên kết 1- 6. Vì vậy có cả cấu trúc nhánh trong amylopectin. Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucose.
Phân tử amylopectin chỉ có một đầu khử duy nhất .Cấu trúc phân tử amylopectin bao gồm một nhánh trung tâm (chứa liên kết 1 – 4) từ các nhánh này phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucose. Amylopectin đƣợc phân bố ngoài hạt. Khác hẳn với amylose, amylopectin chỉ hoà tan trong nƣớc khi đun
15
nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao. Hàm lƣợng amylose và amylopectin trong một số hạt tinh bột thể hiện ở Bảng 6.
Bảng 6: Hàm lƣợng amylose và amylopectin của một số tinh bột
(Nguồn: Lê Ngọc Tú, 2007)
2.2.2.1 Thành phần cấu trúc của amylose
Trong vi hạt, tinh bột tồn tại dƣới dạng hạt có kích thƣớc trong khoảng từ 0,02 – 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 thƣớc của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng nhƣ quá trình sinh trƣởng của cây. Cấu tạo bên trong của vi hạt 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 sắp xếp theo hƣớng tâm. Nhờ phƣơng pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thủy” các chuỗi polyglucose của amylose và amylopectin tạo thành hình xoắn ốc với sáu gốc glucose một vòng. Trong tinh bột các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35 – 0,7 micromet, trong khi đó chiều dài của một lớp hạt tinh bột là 0,1 micromet. Hơn nữa, các phân tử lại sắp xếp theo hƣớng tâm nên các mạch glucose của các polysacaride phải ở dạng gấp khúc nhiều lần. Các mạch polysacaride sắp xếp hƣớng tâm tạo ra vùng tinh thể: các mạch bên của phân tử amylopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia. Ngoài cách sắp xếp bên trong nhƣ vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía bên ngoài. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đƣờng khuếch tán. Hầu hết, các loại tinh bột đều chứa hai loại polymer khác nhau về khối lƣợng phân tử và cấu trúc hóa học.
Loại tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%)
Gạo 18,5 81,5 Nếp 0.3 99,7 Bắp 24 76 Đậu xanh 54 46 Khoai tây 20 80 Khoai lang 19 81 Khoai mì 17 83 Lúa mì 25 75
16
-Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500- 2000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi liên kết α- 1,4 glycoside (Hình 5). 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 tƣơng đối thấp (khoảng 2000) thƣờng không có cấu trúc bất thƣờng và bị phân ly hoàn toàn bởi β- amylase.
-Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với β- amylase nên bị phân hủy 60%. Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amylose thƣờng 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. Đƣờng kính của xoắn ốc là 12,97A0 chiều cao của vòng xoắn ốc là 7,91A0 các nhóm hydroxyl đƣợc bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H (Lê Ngọc Tú, 2003).
Hình 5: Cấu tạo phân tử Amylose
(Nguồn:http://en.wikipedia.org/wiki/Amylose)
2.2.2.2 Thành phần cấu trúc của amylopectin
Amylopectin là polymer 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 (Hình 6).
17
Hình 6: Cấu tạo phân tử Amylopectin
(Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Amylopectin )
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. 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 thƣờng có một phần tử nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống nhƣ amylopectin (Lê Ngọc Tú, 2003).
Cấu tạo của amylopectin lớn hơn và dị thể hơn amylose. Trong tinh bột tỉ lệ amylose/amylopectin khoảng 1/4. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc vào thời tiết, mùa vụ, cách chăm bón.