Trong y học
Sử dụng tinh bột phosphate để pha bột sát trùng trong phẫu thuật, làm lành vết thƣơng hơn, tăng nhanh sự phát triển của mô.
Trong công nghiệp
Công nghiệp giấy: tinh bột phosphate cùng với protein và casein trong đậu nành để bảo vệ cho mực in. Sử dụng hỗn hợp tinh bột phosphate- rosin trong công nghiệp để giữ mực in, chống thấm nƣớc và mau khô.
Công nghiệp keo dính: sử dụng tinh bột phosphate cùng với tinh bột tự nhiên, xút dùng làm chất kết dính giấy lót làn sóng để bảo quản thủy tinh.
Công nghiệp dệt: sử dụng để hồ sợi, in nhuộm vải, làm chất hồ cứng khi bổ sung tinh bột phosphate nhằm tăng khả năng hòa tan, độ nhớt cho việc hồ sợi vải ở điều kiện gia nhiệt có áp lực.
Ngoài ra, tinh bột phosphate cùng với cacboxymetyl cellulose (CMC) dùng làm chất xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp lắng. Cùng với acid glutamic, cồn tạo ra hỗn hợp kết dính trong việc tạo khuôn trong công nghiệp đúc.
Trong nông nghiệp
Tinh bột phosphate cho vào đất mặn nhằm làm tăng tính giữ nƣớc. Ngoài ra, tinh bột phosphate còn đóng vai trò nhƣ chất phụ gia bổ sung vào thức ăn gia súc, gia cầm.
Trong công nghiệp thực phẩm
Các sản phẩm cần ổn định khi tan giá thì tinh bột phosphate đƣợc dùng để ổn định trạng thái nhũ tƣơng, ổn định độ bền, độ đặc.
Bánh pudding: Tinh bột phosphate trộn khô với đƣờng và hƣơng liệu, cho vào sữa lạnh để định dạng hình dáng bánh.
Ổn định khi đông lạnh, rã đông, độ trong của gel tốt hơn, chịu nhiệt độ cao. Ngoài ra, tinh bột phosphate còn đƣợc dùng để ổn định trạng thái nhũ tƣơng của sốt mayonnaise, cải thiện chất lƣợng bánh mì.
47
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 PHƢƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trƣờng Đại học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: Từ ngày: 16/8/2014 đến 14/11/2014.
3.1.2 Nguyên liệu
Tinh bột sắn tinh khiết đƣợc bán trên thị trƣờng (Hình 12).
Hình 12: Tinh bột sắn
3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm
Cân phân tích, bể điều nhiệt, pH kế, máy ly tâm lạnh, tủ sấy, máy quang phổ và một số dụng cụ khác.
(a) (b)
48
3.1.4 Hóa chất
Acid clohydride (HCl) 0,1N (Việt Nam) Natri hydroxide (NaOH) 0,1N (Việt Nam) Natri tripolyphosphate (STPP) (Trung Quốc) Natri trimetaphosphate (STMP) (Trung Quốc) Kali Iodate (KIO4) (Trung Quốc)
Ethylen Glycol (Trung Quốc) Methyl đỏ 1% (Trung Quốc)
3.2 PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
Toàn bộ thí nghiệm đƣợc bố trí ngẫu nhiên với 2 hoặc 3 lần lặp lại. Kết quả thu đƣợc xử lý, tính toán bằng phần mềm Microsoft Office Excel 2010, kiểm định LSD để so sánh trung trình giữa các nghiệm thức bằng Stagraphics 15.2.11.0.5.
Phương pháp phân tích:
-Mức độ trùng hợp (Pn): phƣơng pháp oxy hóa nhóm cuối khử bằng KIO4 (Hay
và ctv, 1965).
-Độ hòa tan (%): phƣơng pháp của Hirsch và Kokini (Hirsch và Kokini, 2002). -Độ trong (% T650): phƣơng pháp của Reddy và Seib (1999).
-Lân tổng số (% P): so màu quang phổ ở bƣớc sóng 580 nm (Houba và ctv, 1989)
Quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng phương pháp tạo liên kết ngang theo Woovà Sei (2002)
49 Tinh bột Tác nhân tạo liên kết Hòa trộn Nƣớc NaOH 0,1N Biến tính Trung hòa HCl 0,1N Nƣớc Lọc rửa Sấy 500C Nghiền Rây Thành phẩm
Hình 14: Quy trình sản xuất tinh bột biến tính bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang
(Nguồn: Woo và Sei, 2002)
3.3 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM
3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của loại tác nhân đến mức độ liên kết ngang của tinh bột sắn kết ngang của tinh bột sắn
Mục đích thí nghiệm: xác định loại tác nhân tối ƣu để biến tính tinh bột sắn. Bố trí thí nghiệm với 1 nhân tố. Nhân tố A: Loại tác nhân
50 A1: STMP A2: STPP A3: STMP/STPP (99:1, w/w) Số nghiệm thức: 3 Đơn vị thí nghiệm: 9 Tiến hành thí nghiệm:
Cân tinh bột sắn, thêm nƣớc cất khuấy thành dung dịch huyền phù tinh bột. Sau đó cho lần lƣợt từng tác nhân với nồng độ 1% (Tính theo lƣợng tinh bột ban đầu) nhƣ bố trí thí nghiệm. Tiến hành điều chỉnh pH trong khoảng 10,5 – 11. Sau khi điều chỉnh pH, tiến hành biến tính ở nhiệt độ 450C trong 3 giờ đƣợc đặt trong bể điều nhiệt, trong thời gian biến tính tinh bột đƣợc khuấy trộn liên tục. Kết thúc thời gian biến tính, điều chỉnh pH về pH trung tính, sau đó lọc rửa nhiều lần với nƣớc. Đem tinh bột sau khi lọc rửa sấy ở nhiệt độ 500C đến độ ẩm khoảng 12%. Sau đó đem đi nghiền mịn và thu đƣợc tinh bột sắn đã biến tính. Riêng với mẫu đối chứng các bƣớc tiến hành tƣơng tự nhƣng không sử dụng tác nhân.
3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ tác nhân đến mức độ liên kết ngang tinh bột sắn tinh bột sắn
Mục đích: Tìm ra nồng độ tối ƣu hoặc quy luật sử dụng tác nhân ảnh hƣởng đến mức độ liên kết ngang và một số tính chất lý hóa của tinh bột.
Bố trí thí nghiệm với 1 nhân tố. Nhân tố B: Nồng độ (%) B0: Đối chứng B5: 10 B1: 2 B6: 12 B2: 4 B7: 14 B3: 6 B8: 16 B4: 8 Số nghiệm thức: 8 Đơn vị thí nghiệm: 24
Tiến hành thí nghiệm: Cân tinh bột sắn, thêm nƣớc cất khuấy thành dung dịch huyền phù tinh bột. Lần lƣợt bổ sung tác nhân đƣợc chọn tối ƣu từ thí nghiệm 1
51
với các nồng độ nhƣ đƣợc bố trí. Khuấy đều hỗn hợp và điều chỉnh pH trong khoảng 10,5 – 11. Tiến hành biến tính tinh bột ở nhiệt độ 450C trong 3 giờ, trong thời gian biến tính khuấy trộn liên lục. Sau khi biến tính điều chỉnh pH về pH trung tính. Tiếp đó lọc rữa tinh bột nhiều lần với nƣớc. Đem sấy tinh bột ở nhiệt độ 500C đến khi tinh bột đạt độ ẩm khoảng 12%, đem tinh bột đi nghiền và thu đƣợc tinh bột sắn đã biến tính. Với mẫu đối chứng, các bƣớc tiến hành tƣơng tự nhƣng không sử dụng tác nhân biến tính.
3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát sự ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến tính đến mức độ liên kết ngang của tinh bột sắn đến mức độ liên kết ngang của tinh bột sắn
Mục đích: Chọn ra nhiệt độ và thời gian tối ƣu ảnh hƣởng đến mức độ liên kết ngang và một số tính chất lý hóa của tinh bột.
Bố trí thí nghiệm với 2 nhân tố:
Nhân tố C: Nhiệt độ (0C) Nhân tố D: Thời gian (giờ)
C0: Nhiệt độ phòng D1: 1
C1: 40 D2: 2
C2: 45 D3: 3
C3: 50
Nghiệm thức thí nghiệm 3 đƣợc trình bày trong Bảng 7.
Bảng 7: Bố trí thí nghiệm 3 C D D1 D2 D3 C0 C0D1 C0D2 C0D3 C1 C1D1 C1D2 C1D3 C2 C2D1 C2D2 C2D3 C3 C3D1 C3D2 C3D3 Tổng số nghiệm thức: 12 Đơn vị thí nghiệm: 36
Cách tiến hành: Cân tinh bột sắn, thêm nƣớc cất khuấy thành dung dịch huyền phù tinh bột. Thêm tác nhân đƣợc chọn từ thí nghiệm 1 với nồng độ tối ƣu ở thí nghiệm 2, sau đó khuấy đều hỗn hợp và điều chỉnh pH trong khoảng 10,5 – 11.
52
Đem đi biến tính ở các mức nhiệt độ: nhiệt độ phòng, 40, 45 và 50 0C trong thời gian 1, 2 và 3 giờ. Trong thời gian biến tính khuấy trộn liên tục. Sau khi đem đi biến tính, điều chỉnh pH về pH trung tính. Tiếp đó, lọc rửa tinh bột nhiều lần với nƣớc. Đem tinh bột đi sấy ở nhiệt độ 50 0C đến khi tinh bột đạt độ ẩm khoảng 12%, đem tinh bột đi nghiền và thu đƣợc tinh bột sắn biến tính.
3.3.4 Thí nghiệm 4:Khảo sát ảnh hƣởng pH đến mức độ liên kết ngang của tinh bột sắn tinh bột sắn
Mục đích: Tìm ra thông số pH tối ƣu để phản ứng liên kết ngang xảy ra tốt nhất. Bố trí thí nghiệm: 1 nhân tố. Nhân tố E: pH
E0: Không điều chỉnh E1: 5
E2: 7 E3: 11
Cách tiến hành: Cân tinh bột sắn, thêm nƣớc cất khuấy thành dung dịch huyền phù tinh bột. Bổ sung tác nhân tối ƣu ở thí nghiệm 1 với nồng độ từ thí nghiệm 2, khuấy trộn đều và điều chỉnh pH với các mức nhƣ đã bố trí. Sau khi điều chỉnh pH tiến hành biến tính tinh bột ở nhiệt độ và thời gian tối ƣu ở thí nghiệm 3, trong thời gian biến tính khuấy trộn liên tục. Sau khi kết thúc thời gian biến tính, điều chỉnh pH về pH trung tính, đem đi lọc rửa nhiều lần với nƣớc, sau đó đem đi sấy ở nhiệt độ 50 0C đến khi tinh bột đạt độ ẩm khoảng 12%. Sau đó đem đi nghiền và thu đƣợc tinh bột sắn đã biến tính. Song song tiến hành mẫu đối chứng (không điều chỉnh pH, pH tự nhiên).
53
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA TÁC NHÂN STMP, STPP ĐẾN MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA TINH BỘT LIÊN KẾT NGANG 4.1.1 Ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn
Trùng hợp là phản ứng cộng liên tiếp nhiều phân tử nhỏ (monomer) để tạo thành phân tử lớn (polymer). Mức độ trùng hợp Pn là một trong những tính chất quan trọng của tinh bột. Mức độ trùng hợp chính là số đơn vị anhydroglucose liên kết trong một phân tử của tinh bột. Việc xác định mức độ trùng hợp liên quan đến việc xác định khối lƣợng phân tử của tinh bột bởi vì đó là phép đo lƣờng phân tử. Mức độ trùng hợp liên quan đến những đặc tính quan trọng nhƣ độ dẻo, độ bền khi cắt, độ cứng của tinh bột. Mức độ trùng hợp càng tăng thì tinh bột càng tạo đƣợc liên kết ngang nhiều hơn.
Kết quả sự ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến mức độ trùng hợp đƣợc thể hiện qua Hình 15.
Ghi chú: Đồ thị thể hiện giá trị trung bình của 3 lần lặp lại và độ lệch chuẩn (STDEV), các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các trung bình nghiệm thức với độ tin cậy 95%.
Hình 15: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn a b c d 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Đối chứng STMP STPP STMP/STPP Pn Tác nhân biến hình
54
Kết quả khảo sát cho thấy tác nhân biến tính có ảnh hƣởng đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn. Kết quả khảo sát mức độ trùng hợp của tinh bột không sử dụng tác nhân biến tính là 2202,05. Khi sử dụng tác nhân STMP. STPP và STMP/STPP thì mức độ trùng hợp lần lƣợt là: 2727,66, 2835,50 và 2955,52 (Hình 16). Kết quả thống kê cho thấy tác nhân biến tính khác nhau thì mức độ trùng hợp cũng khác nhau và khác biệt có ý nghĩa so với tinh bột không sử dụng tác nhân biến tính (Bảng 2, Phụ Lục B).
Điều này có thể giải thích do gốc phosphate phân ly từ tác nhân STMP hoặc STPP có tác dụng làm cầu nối gắn kết các nhóm –OH giữa các phân tử tinh bột trong cùng một mạch hoặc tạo liên kết giữa các mạch khác với nhau làm cho mạch polysaccharide dài hơn, mức độ trùng hợp cũng tăng lên.
Theo nhƣ kết quả thống kê với độ tin cậy 95% thì khi kết hợp 2 tác nhân STMP và STPP theo tỷ lệ nhƣ khảo sát (99:1, w/w) thì mức độ trùng hợp có giá trị cao hơn so với việc sử dụng riêng lẻ 2 tác nhân STMP, STPP. Lý do trong quá trình tạo cầu nối phosphate giữa hai nhóm –OH trên 2 mạch polysaccharide, 2 tác nhân STMP và STPP có sự hỗ trợ lẫn nhau nhờ cấu hình khác nhau giữa 2 tác nhân STMP và STPP. Cấu hình hóa học của STMP là hình vòng, cấu hình của STPP là hình mạch thẳng. Vì thế, trong phản ứng tạo liên kết ngang, có những vị trí của nhóm –OH mà đôi khi tác nhân STMP không thể tiếp xúc để tạo liên kết do cấu hình mạch polysaccharide cồng kềnh hoặc ngƣợc lại tác nhân STMP lại hỗ trợ liên kết tại các vị trí mà STPP không thể tạo liên kết ester giữa 2 mạch polysaccharide.
4.1.2 Ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột sắn bột sắn
Kết quả khảo sát sự ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột sắn đƣợc thể hiện qua Hình 16.
55
Ghi chú: Đồ thị thể hiện giá trị trung bình của 3 lần lặp lại và độ lệch chuẩn (STDEV), các chữ cái a, b, c thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các trung bình nghiệm thức với độ tin cậy 95%.
Hình 16: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột sắn
Kết quả khảo sát độ trong của dung dịch hồ tinh bột sắn cho thấy so với tinh bột không sử dụng tác nhân biến tính thì tinh bột sử dụng tác nhân biến tính có độ trong thấp hơn. Đối với tinh bột không sử dụng tác nhân biến tính độ trong khoảng 31,35. Khi sử dụng tác nhân khác nhau để biến tính tinh bột: STMP, STPP và STMP/STPP, độ trong lần lƣợt là: 29,16, 27,04 và 9,53% (Hình 16). Kết quả cho thấy tác nhân biến tính cũng ảnh hƣởng đến độ trong của dung dịch hồ tinh bột sắn. Tác nhân biến tính khác nhau thì độ trong khác nhau và khác biệt có ý nghĩa so với tinh bột không sử dụng tác nhân biến tính (Bảng 6, phụ lục B).
Nguyên nhân do sự thay đổi cấu trúc bên trong của hạt tinh bột. Do sự liên kết giữa các nhóm –OH trên hai phân tử polysaccharide khác nhau làm cho cấu trúc hạt tinh bột trở nên vững chắc hơn và chịu đƣợc nhiệt độ cao. Cấu trúc hạt tinh bột liên kết ngang gần nhƣ nguyên vẹn sau khi đun nóng ở 95oC, lúc này hạt tinh bột chƣa bị hồ hóa, huyền phù tinh bột vẫn đục dẫn đến kết quả độ trong của dung dịch hồ tinh bột liên kết ngang giảm hơn so với tinh bột tự nhiên.
d b c a 0 5 10 15 20 25 30 35 Đối chứng STMP STPP STMP/STPP %T 650 Tác nhân biến tính
56
4.1.3 Ảnh hƣởng của tác nhân biến tính đến độ hòa tan của tinh bột sắn
Độ hòa tan là tính chất quan trọng của tinh bột và phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hòa tan. Khi nhiệt độ càng tăng, độ hòa tan có xu hƣớng gia tăng (Hình 17). Nguyên nhân do các phân tử tinh bột ở trạng thái tự nhiên thƣờng liên kết chặt chẽ bằng liên kết hydro bền nên khi ở trong nƣớc thƣờng có thể hấp thụ nƣớc một cách thuận nghịch nhƣng rất nhỏ. Hơn nữa để phá vỡ đƣợc lớp vỏ bao bọc của hạt cần có một năng lƣợng đáng kể. Nhiệt độ tăng làm tăng vận tốc chuyển động của phân tử đến một giá trị nhất định làm đứt liên kết hydro giữa các phân tử làm cho chúng phân tán và hòa tan hoàn toàn trong nƣớc thành dung dịch hồ tinh bột (Lê Văn Hoàng, 2008). Đối với tinh bột sắn tự nhiên không sử dụng tác nhân gây biến hình có độ hòa tan khá cao ở 90oC khoảng 42,34%, nhƣng khi sử dụng tác nhân khác nhau STMP, STPP, STMP/STPP độ hòa tan giảm lần lƣợt là 13,16, 13,5 và 9,77%. Kết quả thống kê cho thấy khác biệt có ý nghĩa so với tinh bột tự nhiên và giữa tác nhân riêng lẻ STMP, STPP với kết hợp hai tác nhân STMP/STPP (Bảng 4, phụ lục B). Tuy nhiên, độ hòa tan khác biệt không có ý nghĩa giữa tác nhân STMP và STPP. Nguyên nhân là do dƣới tác dụng của gốc phosphate các mạch polysacchride liên kết với nhau tạo thành mạch dài hơn có khối lƣợng phân tử lớn, khó dịch chuyển hơn so với mạch ngắn nên khó hòa tan trong nƣớc dẫn đến độ hòa tan giảm. Ngƣợc lại, tinh bột tự nhiên có mạch polysaccharide ngắn hơn nên bị phân tán vào nƣớc dễ dàng hơn. Khả năng hòa tan của tinh bột giảm khi có sự liên kết ngang giữa các mạch polysaccharide khác nhau, mật độ liên kết ngang giữa các nhóm -OH trên các phân tử khác nhau càng tăng thì độ hòa tan càng giảm (Jyothi và ctv, 2006).
57
Hình 17: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ hòa tan của tinh bột sắn biến hình và tinh