3.4.1 Thí n m 1: K o s t n ởn nồn S MP/S PP n m t số tín ất lý hóa ủ t n t s n n ìn ằn p n p p t o l ên k t n n
Thí nghiệm đƣợc bố trí với một nhân tố.
Nhân tố A: nồng độ (%) STMP/STPP (99/1, w/w) với 4 mức độ: A0: 0 (Đối chứng) A1: 4 A2: 8 A3: 12 A4:16
Tiến hành thí nghiệm: Cân 100 g tinh bột sắn hòa trộn STMP/STPP với 4 mức độ khác nhau: 4, 8, 12 và 16 % và thêm 140 ml nƣớc trộn đều, điều chỉnh đến pH khoảng 10,5 - 11 bằng NaOH chuẩn 0,1N; tiến hành biến hình ở nhiệt độ 45 oC trong thời gian 3 giờ. Sau khi kết thúc thời gian biến hình trung hòa bằng HCl chuẩn 0,1N đến pH trung tính (pH = 7), rửa nhiều lần với nƣớc; sau đó lọc rồi đem sấy khô ở 50 oC và nghiền mịn với thành phẩm đạt độ ẩm khoảng 12%. Song song tiến hành mẫu đối chứng trong cùng điều kiện nhƣng không sử dụng tác nhân tạo liên kết ngang.
3.4.2 í n m 2: K o s t n ởn n t v t n n ìn n m t số tín c ất lý hóa ủ t n t s n ằn p n p p t o l ên k t n n
Thí nghiệm đƣợc bố trí với 2 nhân tố.
Nhân tố B: nhiệt độ biến hình (oC) với 3 mức độ: B0: nhiệt độ phòng (Đối chứng)
B1: 40 B2: 45 B3: 50
Nhân tố C: thời gian biến hình (giờ) với 3 mức độ: C0: 0 (Đối chứng)
C1: 1 C2: 2 C3: 3
41 Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc tiến hành tƣơng tự các bƣớc ở thí nghiệm 1. Tuy nhiên nồng độ STMP/STPP đƣợc chọn cho thí nghiệm 2 là nồng độ tối ƣu từ thí nghiệm 1. Điều chỉnh đến pH khoảng 10,5 - 11 bằng NaOH chuẩn 0,1N. Thay đổi nhiệt độ (nhân tố B) và thời gian (nhân tố C) biến hình theo bố trí thí nghiệm. Sau khi kết thúc thời gian biến hình trung hòa bằng HCl chuẩn 0,1N đến pH trung tính (pH = 7), rửa nhiều lần với nƣớc; sau đó lọc rồi đem sấy khô ở 50 oC và nghiền mịn với thành phẩm đạt độ ẩm khoảng 12%. Song song tiến hành mẫu đối chứng trong cùng điều kiện bố trí thí nghiệm.
3.4.3 í n m 3: K o s t n ởn p (m tr n n ìn ) n m t số tín ất lý hóa ủ t n t s n ằn p n p p t o l ên k t n ang
Thí nghiệm đƣợc bố trí với một nhân tố. Nhân tố D: pH với 3 mức độ:
D0: không điều chỉnh pH (Đối chứng) D1: 4,5
D2: 7 D3: 11
Tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc tiến hành tƣơng tự các bƣớc ở thí nghiệm 1. Nồng độ STMP/STPP đƣợc chọn cho thí nghiệm 3 là nồng độ tối ƣu từ thí nghiệm 1. Thời gian và nhiệt độ biến hình đƣợc chọn theo kết quả tối ƣu từ thí nghiệm 2. Tuy nhiên, ở thí nghiệm này pH đƣợc điều chỉnh theo bố trí thí nghiệm (pH thấp điều chỉnh bằng acid HCl 0,1N, pH cao bằng NaOH 0,1N). Sau khi kết thúc thời gian biến hình trung hòa đến pH = 7 (trung tính), rửa nhiều lần với nƣớc; sau đó lọc rồi đem sấy khô ở 50 oC và nghiền mịn với thành phẩm đạt độ ẩm khoảng 12%. Song song tiến hành mẫu đối chứng với pH tự nhiên không điều chỉnh trong cùng điều kiện bố trí thí nghiệm. Các chỉ tiêu theo dõi: mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn biến hình.
42
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn
Tinh bột sắn biến hình bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang với tác nhân STMP/STPP có mức độ trùng hợp (Pn), độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột thay đổi đáng kể đƣợc thể hiện ở bảng 7.
Bảng 7: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn.
Nồng độ tác nhân (%) Mức độ trùng hợp (Pn) Độ hòa tan (%)
Độ trong dung dịch hồ tinh bột (% T650) 0 2312,12a 43,45c 29,20e 4 3006,38b 5,39b 3,65b 8 4371,08c 3,92ab 5,30c 12 5032,80d 2,08a 7,55d 16 7469,09e 2,64a 1,37a trun ìn n m t ứ kèm ữ ốn n u tron n m t t t ể n s k t k n ó n ĩ về mặt trị t ốn kê v t n ậ l 95%. 4.1.1 Ản ởn nồn S MP/S PP n mứ tr n ợp ủ t n t s n
Tinh bột sắn đƣợc biến hình bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang với tác nhân STMP/STPP hay mạch polysaccharide đƣợc nối lại bởi gốc phosphate tạo thành chuỗi dài hơn có mức độ trùng hợp lớn hơn so với tinh bột tự nhiên.
Từ kết quả bảng 7 cho thấy nồng độ tác nhân ảnh hƣởng đến mức độ trùng hợp của tinh bột. Đối với tinh bột sắn tự nhiên không xử lý tác nhân STMP/STPP có mức độ trùng hợp khoảng 2312,12; khi bổ sung tác nhân STMP/STPP với nồng độ khác nhau 4, 8, 12 và 16% thì chỉ số Pn tăng lần lƣợt là 3006,38; 4371,08; 5032,8 và 7469,09 tƣơng ứng. Qua kết quả thống kê cho thấy ở nồng độ tác nhân khác nhau tinh bột thu đƣợc có mức độ trùng hợp khác nhau và khác biệt có ý nghĩa với tinh bột tự nhiên. Điều này chứng tỏ nồng độ STMP/STPP ảnh hƣởng đến mức độ trùng hợp. Nhận thấy rằng nồng độ tác nhân càng tăng thì mức độ trùng hợp càng tăng (hình 25). Nguyên nhân do tinh bột tự nhiên các phân tử liên kết với nhau nhờ liên kết hydro khi thêm tác nhân biến hình trong môi trƣờng có nhiệt độ, pH và thời gian thích hợp, bên cạnh đó có sự tham gia của nƣớc và sự khuấy trộn, gốc phosphate đƣợc phân ly từ STMP/STPP có tác dụng làm cầu nối gắn kết các nhóm -OH giữa các phân tử tinh bột trong cùng mạch hoặc tạo liên kết giữa các mạch khác với nhau. Khi tăng nồng độ tác nhân, các gốc phosphate nhiều với điều kiện môi trƣờng biến hình thích hợp khả năng gắn kết các phân tử đƣợc
43 nhiều hơn tạo ra số lƣợng mạch dài hơn nghĩa là số lƣợng gốc glucose trong một mạch càng tăng, do vậy mức độ trùng hợp ngày càng tăng với việc tăng nồng độ tác nhân. Trong một số trƣờng hợp khác nếu tăng nồng độ tác nhân lên cao hơn nữa thì mức độ trùng hợp có thể không tăng thêm với lý do là phản ứng đã dƣ tác nhân phản ứng.
4.1.2 Ản ởn nồn S MP/S PP n ò t n ủ t n t s n
Qua kết quả bảng 7 về ảnh hƣởng nồng độ tác nhân gây biến hình đến độ hòa tan của tinh bột sắn, đối với tinh bột sắn tự nhiên không sử dụng tác nhân gây biến hình có độ hòa tan cao khoảng 43,45% nhƣng khi sử dụng tác nhân với nồng độ khác nhau nhƣ 4; 8; 12 và 16% độ hòa tan lần lƣợt là 5,39; 3,92; 2,08 và 2,64% và khác biệt có ý nghĩa so với tinh bột tự nhiên nhƣng giữa các nồng độ khác nhau này khác biệt không ý nghĩa thể hiện rõ qua bảng 7. Khi tăng nồng độ tác nhân, độ hòa tan giảm (hình 26). Độ hòa tan giảm là do mật độ liên kết ngang đƣợc tạo thành nhiều, ngoài liên kết cộng hóa trị trong mạch tinh bột còn hình thành các gốc phosphaste để nối phân tử tinh bột để hình thành một phân tử lớn hơn có khối lƣợng phân tử tăng liên quan đến mức độ trùng hợp tăng, mạch đƣợc dài ra, khó dịch chuyển hơn so với mạch ngắn, nên khả năng hòa tan trong nƣớc khó dẫn đến độ hòa tan giảm. Ngƣợc lại, tinh bột tự nhiên có mức độ trùng hợp thấp, phân tử nhỏ chỉ có liên kết cộng hóa trị (liên kết hydro) là liên kết yếu dễ bị phân hủy nên khả năng hòa tan trong nƣớc tốt.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 ĐC 4 8 12 16 Nồng độ STMP/STPP (%) M ức đ ộ tr ùn g hợp Hình 25: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn
44
4.1.3 Ản ởn nồn S MP/S PP n tron dun dị ồ t n t ủ t n t s n
Qua kết quả thí nghiệm thể hiện bảng 7 nồng độ tác nhân ảnh hƣởng đến độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn, đối với tinh bột tự nhiên độ trong dung dịch hồ tinh bột là 29,20%; khi thay đổi nồng độ khác nhau 4; 8; 12 và 16% độ trong dung dịch hồ tinh bột tƣơng ứng là 3,68; 5,03; 7,55 và 1,37% . Qua kết quả thống kê cho thấy biến hình tinh bột ở nồng độ tác nhân khác nhau dẫn đến độ trong dung dịch hồ tinh bột khác biệt và có ý nghĩa so với tinh bột sắn tự nhiên.
Độ trong dung dịch hồ tinh bột giảm khi tăng nồng độ tác nhân thể hiện ở hình 27. Tinh bột ngô với 5, 10 và 12% STMP/STPP cho thấy độ trong dung dịch hồ tinh bột là 1,01, o,86 và 0,86% giảm hơn so với tinh bột ngô tự nhiên là 30,15%. Sự giảm độ trong dung dịch hồ tinh bột có thể do một sự thay đổi trong cấu trúc hạt tinh bột liên kết ngang (Seung Hyun Koo, Kwang Yeon Lee, Hyeon Gyu Lee, 2010). Tinh bột tự nhiên không xử lý STMP/STPP, có mức độ trùng hợp thấp, phân tử nhỏ do các phân tử nối với nhau chỉ có liên kết cộng hóa trị là liên kết yếu khi gia nhiệt hạt tinh bột dễ hòa tan trƣơng lên tạo gel trong tức đã đƣợc hồ hóa, các hạt chƣa hòa tan còn rất thấp, nồng độ huyền phù trong dung dịch thấp, vì thế độ truyền qua (% T650) tƣơng đối lớn. Ngƣợc lại khi tăng nồng độ tác nhân, tinh bột đƣợc nối với nhau bằng liên kết ngang (bởi các gốc phosphate) tạo nên những nối liên kết chặt chẽ khi gia nhiệt các hạt khó trƣơng lên tạo gel, trong dung dịch còn các hạt lơ lửng tức nồng độ huyền phù cao gây cản trở sự truyền qua nên độ trong dung dịch hồ tinh bột giảm.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ĐC 4 8 12 16 Nồng độ STMP/STPP (%) Đ ộ hò a ta n (% )
45 Qua kết quả thí nghiệm 1 về ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn. Nồng độ đƣợc chọn làm cho thí nghiệm tiếp theo sau là nồng độ 4%. Do qua kết quả thống kê giữa các nồng độ khác nhau các tính chất thu đƣợc khác biệt có ý nghĩa so với tinh bột tự nhiên, tùy theo từng loại sản phẩm có yêu cầu về tính chất lý hóa khác nhau thì nồng độ tác nhân biến hình sẽ đƣợc chọn tƣơng ứng.
4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn bột sắn
Nồng độ tác nhân ảnh hƣởng đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn, bên cạnh đó nhiệt độ và thời gian biến hình cũng ảnh hƣởng đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn. Kết quả ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn thể hiện ở bảng 8.
Hình 27: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến độ trong dung dịch hồ tinh bột sắn
0 5 10 15 20 25 30 35 ĐC 4 8 12 16 Nồng độ STMP/STPP (%) Đ ộ t ro n g d d h ồ t in h b ộ t (% T 650 )
46
Bảng 8: Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn
Nhiệt độ (oC) Thời gian (giờ) Mức độ trùng hợp (Pn) Độ hòa tan (%) Độ trong dung dịch hồ tinh bột (% T650) Nhiệt độ phòng 0 2425,00a 16,18g 30,95i 1 2572,23b 8,42d 22,80f 2 2715,54cd 9,87e 31,20i 3 2739,49cd 8,48d 10,93c 40 0 2425,00a 16,18g 30,95i 1 2630,56bc 8,34d 23,50g 2 2645,56bcd 7,37b 24,33h 3 2756,19d 7,478b 8,15b 45 0 2425,00a 16,18g 30,95i 1 2902,62e 12,25g 14,70e 2 2902,62e 11,35f 13,05d 3 2974,09e 7,76c 8,07b 50 0 2425,00a 16,18g 30,95i 1 3455,72f 8,59d 14,17d 2 3678,02g 8,48d 6,03a 3 4471,95h 6,51a 6,13a trun ìn n m t ứ kèm ữ ốn n u tron n m t t t ể n s k t k n ó n ĩ về mặt trị t ốn kê v t n ậ l 95%. 4.2.1 Ản ởn n t v t n n ìn n mứ tr n ợp ủ t n t s n
Nhiệt độ và thời gian biến hình cũng ảnh hƣởng đáng kể đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn. Cùng một nồng độ tác nhân biến hình nhƣng nhiệt độ và thời gian biến hình khác nhau mức độ trùng hợp khác nhau. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ lên 40, 45 và 50 oC với thời gian tƣơng ứng 1, 2, 3 giờ thì độ trùng hợp gia tăng đáng kể và đƣợc thể hiện rõ qua bảng 8 và hình 28. Mức độ trùng hợp tăng khác biệt và có ý
47 nghĩa so với mẫu đối chứng (chƣa qua thời gian xử lý). Khi tinh bột đƣợc biến hình ở nhiệt độ phòng trong thời gian 1, 2 và 3 giờ mức độ trùng hợp khoảng 2572,23; 2715,54 và 2739,49. Tuy nhiên giữa nhiệt độ phòng và 40 o
C khác biệt không có ý nghĩa, nhƣng nhiệt độ 45 và 50 oC khác biệt và có ý nghĩa so với nhiệt độ phòng. Nhiệt độ biến hình ảnh hƣởng đến độ hòa tan. Trong cùng một thời gian nhƣng nhiệt độ biến hình khác nhau mức độ trùng hợp khác nhau, kết quả thí nghiệm cho thấy trong 1 giờ ở nhiệt độ khác nhau: nhiệt độ phòng, 40, 45 và 50 oC thì mức độ trùng hợp tƣơng ứng là 2572,23; 2630,56; 2902,62 và 3455,72. Kết quả thống kê cho thấy ở nhiệt độ phòng và 40 oC không có sự khác biệt nhƣng tăng nhiệt độ lên 45 và 50 oC khác biệt có ý nghĩa. Khi tăng thêm thời gian biến hình đến 2, 3 giờ tuy có sự gia tăng mức độ trùng hợp nhƣng kết quả thống kê cho thấy khác biệt không ý nghĩa so với thời gian 1 giờ ở nhiệt độ phòng và 40 oC. Nhƣng tăng nhiệt độ lên 45, 50 oC đồng thời tăng thời gian biến hình thì mức độ trùng hợp khác biệt có ý nghĩa. Nhiệt độ và thời gian biến hình tăng thì mức độ trùng hợp tăng, nhiệt độ và thời gian giúp cho quá trình tạo liên kết đƣợc tốt hơn, nhiệt độ cao làm tăng tính linh động và làm xáo trộn các phân tử trong hạt tinh bột. Đồng thời, nhiệt độ biến hình giúp cho tác nhân STMP/STPP phân ly tạo các gốc phosphate tạo liên kết giữa các mạch tinh bột tốt hơn, mạch tinh bột dài hơn dẫn đến mức độ trùng hợp tăng. Không chỉ nhiệt độ ảnh hƣởng đến tạo mối liên kết giữa tác nhân và tinh bột, thời gian cũng ảnh hƣởng. Thời gian càng dài, tác nhân biến hình có thể thâm nhập vào vùng tinh thể và vùng vô định hình tạo mối liên kết nối các phân tử tinh bột lại với nhau dẫn đến mức độ trùng hợp tăng. Một trƣờng hợp ngoại lệ, khi tăng nhiệt độ biến hình nhƣng không qua thời gian xử lý biến hình, mức độ trùng hợp đều là 2425,00 và kết quả thống kê cho thấy mức độ trùng hợp không có sự khác biệt khi tăng nhiệt độ biến hình nhƣng không qua thời gian xử lý biến hình.
4.2.2 Ản ởn n t v t n n ìn n ò t n ủ t n t s n 4.2.1 Ản ởn n t v t n n mứ tr n ợp ủ t n t s 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 1 2 3
Thời gian (giờ)
M ức đ ộ tr ùn g hợp Nhiệt độ phòng 40 45 50
Hình 28: Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn
Nhiệt độ (o
48
4.2.2 Ản ởn n t v t n n ìn n ò t n ủ t n t s n
Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ hòa tan của tinh bột sắn đƣợc thể hiện ở bảng 8 và đồ thị hình 29. Khi tăng nhiệt độ và thời gian biến hình độ hòa tan giảm và khác biệt có ý nghĩa so với mẫu đối chứng. Khi nhiệt độ thay đổi độ hòa tan thay đổi tƣơng ứng, trong cùng thời gian phản ứng là 1 giờ ở nhiệt độ