Độ trương nở (SP) thể hiện khả năng hydrat hóa của tinh bột trong điều kiện nhiệt độ cụ thể và độ hòa tan (SI) cho biết tỷ lệ phần trăm hạt tinh bột thoát ra sau trương nở (Fonseca, 2014). Việc cải thiện độ hòa tan của tinh bột là một trong những yêu cầu quan trọng trong quá trình ứng dụng tinh bột trong chế biến (Nemtanu và Brasoveanu, 2010).
Kết quả độ trương nở của tinh bột oxy hóa được trình bày trong hình 3.12. Độ trương nở của các mẫu sau quá trình xử lý oxi hóa giảm so với tinh bột tự nhiên và khi càng tăng thời gian oxi hóa thì độ trương nở càng giảm. Xét ở nhiệt độ 50oC và 60oC (vùng A) không thấy có sự khác biệt về độ trương nở, nhưng có sự khác biệt rõ rệt ở nhiệt độ 70, 80 và 95oC (vùng B và C). Kết quả SP có sự tương đồng với kết quả nghiên cứu của Zhou và cs(2016), Vanier (2012), Cho và cs(), Lawal và cs(), Sánchez-Rivera (2005). Xu hướng giảm độ trương nở khi tăng nhiệt độ huyền phù tinh bột (vùng B và C) tương đồng với kết quả của Wang và Wang (2003), theo Wang cho rằng độ trương nở giảm khi gia nhiệt lên đến 95oC là do xuất hiện hiện tượng thủy phân mạch nhánh của amylopectin ở nhiệt độ cao và không thể giữ lại nước dưới lực ly tâm. Trong quá trình oxi hóa hạt bị phá hủy cấu trúc nội phân tử của tinh bột dẫn đến sự giảm độ trương nở trong quá trình gia nhiệt huyền phù (Cho và cs; Lawal và cs).
Sự tăng độ trương nở ở nhiệt độ từ 60oC và 70oC là do trong giai đoạn đầu của quá trình oxi hóa amylose bị thủy phân trước và phản ứng depolymer hóa amylose giúp làm tăng độ trương nở (Wang, 2003). Vùng kết tinh trong hạt tinh bột được hình thành nhờ sự kết hợp của các chuỗi amylopectin mạch dài. Sự kết hợp này làm tăng độ bền vững của cấu trúc nên làm giảm khả năng trương nở của hạt (Singh và cộng sự, 2004; Gani và cộng sự, 2012b). Amylose xoắn lại khi ở trong mạch nhánh của amylopectin, nó chỉ duỗi ra trong quá trình gia nhiệt (Jane và cs, 1999). Khu vực trương nở đầu tiên được cho rằng ở vùng vô định hình do đây được xem là nơi có liên kết hydro yếu (AlcázarAlay và Meireles, 2015). Do mất đi cấu trúc vùng vô định hình do vậy nhiệt độ trương nở của tinh bột oxi hóa giảm so với tinh bột tự nhiên.
Sự giảm độ trương có thể do sự suy yếu cấu trúc hạt của tinh bột trong quá trình oxy hóa. Hạt tinh bột dễ dàng bị trương lên bởi vì lực tương tác nội phân tử bị suy yếu bởi lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm carbonyl/carboxyl, cùng với kết quả của quá trình oxy hóa là sự depolymer hóa của phân tử amylose và amylopectin, tạo ra cấu trúc hạt xốp (Kết quả
44
SEM) dẫn đến có thể hấp thụ nhiều nước trong khi đun nóng, nhưng không thể giữ lại nước dưới lực ly tâm, từ đó gây ra giảm trương nở (Ya-Jane Wang, 2003).
Như vậy, quá trình oxi hóa làm giảm khả năng trương nở của hạt tinh bột. Độ trương nở thấp có lợi ắch trong việc cải thiện chất lượng cấu trúc tinh bột trong chế biến như ngăn chặn việc vỡ bọt khắ đột ngột (Abu và cộng sự, 2006; Gani và cộng sự, 2012a).
Kết quả độ hòa tan (SI) được trình bày trong hình 3.13. Độ hòa tan của tinh bột oxi hóa cao hơn tinh bột tự nhiên, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Zhou (2016), Wang (2003), Lawal và cs() Vanier (2012). Độ hòa tan tăng khi tăng nhiệt độ gia nhiệt huyền phù tinh bột, kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây (Autio và cs., 1992; Parovuori và cs., 1995). Sự khác biệt rõ rệt giữa độ hòa tan của tinh bột tự nhiên và tinh bột biến tắnh là ở 70oC, khi ở nhiệt độ này độ hòa tan được tăng cường bởi các nhóm carbonyl và carbonxyl (Wang, 2003).
Sự tăng độ hòa tan của các mẫu tinh bột biến tắnh là do phản ứng oxy hóa xảy ra chủ yếu ở các vùng vô định hình, và sự depolymer hóa mạch phân tử tinh bột tạo ra các phân tử có kắch thước ngắn hơn và giảm vùng kết tinh trong hạt tinh bột (kết quả DRC), hình thành một mạng lưới suy yếu bên trong phân tử tinh bột, làm cho hạt dễ dàng hơn hấp thụ nước (Fengchao Zhou, 2016). Shishonok và cộng sự, (2007), Lawal và cs() cũng cho rằng sự tăng độ hòa tan do sự oxi hóa và hòa tan vùng vô định hình.
45
Hình 3. 12
Hình 3. 12. Độ trương nở của tinh bột oxy hóa và tinh bột tự nhiên tại các nhiệt độ
Hình 3. 13
Hình 3. 13. Độ hòa tan của tinh bột oxy hóa và tinh bột tự nhiên tại các điểm nhiệt độ
0 10 20 30 40 50 50 60 70 80 90 100 Độ tr ươn g nở (g /g ) Nhiệt độ (oC) 0MT 15MT 30MT 45MT 90MT 120MT 150MT 0 20 40 60 80 50 60 70 80 90 100 Độ h òa tan ( %) Nhiệt độ (oC) 0MT 15MT 30MT 45MT 90MT 120MT 150MT (A) (A) (B) (C) (B) (C)
46
3.12. Độ ổn định đông-rã đông
Độ tách nước là chỉ số để đánh giá mức độ thoái hóa của gel tinh bột khi bảo quản ở nhiệt độ thấp (Ashwar và cộng sự, 2014). Tăng độ tách nước trong suốt thời gian lưu trữ là do tương tác giữa chuỗi amylose và amylopectin thoát ra khỏi hạt tinh bột tạo thành các vùng nối và giải phóng nước (Perera và Hoover, 1999). Sự ổn đinh lạnh đông-rã đông và mức độ tách nước của gel tinh bột trong bảo quản lạnh có liên quan đến mức độ thoái hóa tinh bột (Karim và cs, 2000). Mức độ tách nước thấp cho thấy mức độ thoái hóa của gel tinh bột thấp (Liu và cs, 2014).
Độ tách nước của gel tinh bột tự nhiên và gel tinh bột oxy hóa sau 9 ngày lưu trữ ở điều kiện lạnh đông được thể hiện ở hình 3.14. Sau 9 ngày lưu trữ, độ tách nước của mẫu tinh bột tự nhiên và các mẫu tinh bột oxi hóa có xu hướng tăng theo ngày lưu trữ. Kết quả độ tách nước cho thấy gel tinh bột tự nhiên có độ tách nước thấp hơn so với gel tinh bột oxy hóa và giữa các mẫu MT với nhau thì độ tách nước tăng dần theo thời gian oxi hóa. Khi tăng thời gian oxi hóa từ 15 đến 45 phút (vùng A) thì mức độ tách nước của gel tinh bột không có sự thay đổi, trong khi đó tăng thời gian oxi hóa từ 45 phút lên 120 phút (vùng B) sự tách nước có xu hướng tăng. Còn đối với thời gian oxi hóa sau 120 phút (vùng C) có độ tách nước thấp hơn mẫu 120MT. Như trong kết quả DRC, khối lượng phân tử và hàm lượng amylose, ở vùng A hàm lượng amylose giảm dần mà. Sự tăng mức độ thoái hóa chủ yếu do sự tái kết tinh của amylose (Miles và cs, 1985) và mức độ depolymer hóa ở vùng này diễn ra mạnh do vậy mức độ tách nước tăng mạnh khi bắt đầu oxi hóa. Tuy nhiên, vùng B là giai đoạn amylopectin bị oxi hóa tạo thành các phân đoạn nhỏ hơn do đó gây nên sự tăng độ tách nước trong vùng này. Sự tách nước giảm dần ở mẫu 150MT có thể do sự depolymer hóa giảm và hàm lượng carbonxyl tăng cao hơn mẫu 120MT, mà nhóm carbonxyl có khả năng giữ nước bằng liên kết hydro và nhóm carbonyl/carbonxyl gây cản trở sự tái kết tinh (Song và cs, 2006; Sangseethong, 2009; Kuakpetoon vàWang, 2006).
Theo ELIASSON and KIM (1992) quá trình thoái hóa phụ thuộc vào nồng độ tinh bột, nhiệt độ và thời gian lạnh đông. Sự hình thành các tinh thể băng trong quá trình lạnh đông gel tinh bột gây ra sự tách pha trong dung dịch gel dẫn đến hình thành một pha giàu tinh bột và một pha thiếu hụt tinh bột. Cấu trúc của dịch gel tinh bột, cũng như khả năng kết hợp của các phân tử tinh bột, được liên tục thay đổi sau mỗi chu kỳ đông- rã đông. Các chu kỳ lạnh đông-rã đông liên tục có thể dẫn đến tạo ra một cấu trúc thô ráp và có cấu tạo xốp, nơi mà các khoảng trống bị chiếm bởi các tinh thể băng. Rõ ràng là một cấu trúc như vậy sẽ
47
gây ra bất lợi trong việc bảo quản các loại gel tinh bột, mất đi khả năng liên kết với nước Eliasson (1992). Đồng thời trong quá trình oxy hóa tinh bột sự depolymer hóa các liên kết glucoside trong chuỗi amylopectine và amylose, làm suy thoái cấu trúc hạt tinh bột (Ya-Jane Wang, 2003). Vì thế khi mà mức độ oxy hóa càng tăng thì khả năng liên kết với nước càng giảm. Tuy nhiên, kết quả độ tách nước từ chu kì 7 trở đi, hàm lượng nước tách ra có xu hướng giảm nhẹ hoặc ổn định lại, hiện tượng này là do trong quá trình lặp đi lặp lại chu kì lạnh đông-rã đông của paste tinh bột thì có sự phân bố lại và tập trung các thành phần tinh bột hòa tan do sự tăng kắch thước và tan băng của tinh thể băng. Do đó, các phân tử tinh bột sẽ liên kết chặt chẽ hơn hoặc mạnh mẽ hơn sau mỗi chu kỳ đông lạnh, hạn chế lại khả năng mất nước trong gel (Eliasson, 1992).
Như vậy, sau quá trình oxy hóa tinh bột mất đi tắnh ổn định trong quá trình lạnh đông và rã đông. Do đó, tinh bột biến tắnh bằng kỹ thuật điện phân không phù hợp với các sản phẩm có giai đoạn lạnh đông.
Hình 3. 14. Sự ổn định lạnh đông-rã đông của các mẫu tinh bột oxy hóa và tinh bột tự nhiên 0 20 40 60 80 0 1 5 3 0 4 5 9 0 1 2 0 1 5 0 Độ tách n ước ( %)
Thời gian điện phân (phút)
Ngày 1 ngày 2 Ngày3 Ngày4 Ngày5
Ngày6 Ngày7 Ngày8 Ngày9
48
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Vầ ĐỀ XUẤT
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện các thắ nghiệm, chúng tôi đưa ra các nhận định sau: Thời gian oxi hóa ảnh hưởng trực tiếp đến các tắnh chất hóa lý, cấu trúc của tinh bột sắn biến tắnh bằng kỹ thuật điện phân. Khi thời gian oxi hóa tăng, mức độ hình thành nhóm carbonyl và carbonxyl tăng, độ nhớt nội tại giảm, khối lượng phân tử trung bình giảm, mức độ polymer hóa giảm. Các tắnh chất hóa lý giảm khi tăng thời gian oxi hóa như độ trương nở và độ ổn định lạnh đông-rã đông, tăng đối với độ hòa tan và độ truyền suốt của gel tinh bột sau quá trình oxi hóa.
Hàm lượng amylose thay đổi theo thời gian oxi hóa, giảm đần khi thời gian điện phân là 15 phút đến 90 phút và sau đó giảm dần, điều này cũng dẫn đến việc tạo phức với iodine của tinh bột sắn thay đổi theo.
Đánh giá cấu trúc tinh bột bằng phổ FTIR và XRD cho thấy hình dạng các đỉnh không có sự thay đổi nhiều, điều này khẳng định không có sự mất đi chất nào cũng như hình thành chất mới sau quá trình oxi hóa. Tỉ lệ giữa vùng α-helix và vùng vô định hình dường như không thay đổi. Thông qua kết quả XRD cho thấy quá trình oxi hóa koong làm thay đổi kiểu hình tinh thể, chỉ làm thay đổi tỉ lệ vùng tinh thể.
Để đánh giá toàn diện hơn về ảnh hưởng của thời gian oxi hóa đến các cấu trúc và tắnh năng công nghệ của tinh bột oxi hóa cần thực hiện phân tắch phổ cộng hưởng từ hạt nhân (H1 và C13), đánh giá cấu trúc gel (TPA) và tắnh lưu biến của gel tinh bột theo nhiệt độ (RVA).
49
TầI LIỆU THAM KHẢO
1.Al-Haq, M. I., Sugiyama, J., và Isobe, S. (2005). Applications of Electrolyzed Water in Agriculture và amp; Food Industries. Food Science and Technology Research, 11(2), 135- 150. doi:10.3136/fstr.11.135
2. Anastasiades, A., Thanou, S., Loulis, D., Stapatoris, A., và Karapantsios, T. D. (2002). Rheological and physical characterization of pregelatinized maize starches. Journal of Food Engineering, 52(1), 57-66. doi:https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00086-3 3. Aparicio‐Saguilán, A., Flores‐Huicochea, E., Tovar, J., Garcắa‐Suárez, F., Gutiérrez‐
Meraz, F., và Bello‐Pérez, L. A. J. S. S. (2005). Resistant starch‐rich powders prepared by autoclaving of native and lintnerized banana starch: Partial characterization. 57(9), 405-412.
4. AYEBAH, B., và HUNG, Y.-C. (2005). Electrolyzed water and its corrosiveness on various surface materials commonly found in food processing facilities. Journal of food process engineering, 28(3), 247-264. doi:doi:10.1111/j.1745-4530.2005.00424.x
5. Belitz, H.-D., Grosch, W., và Schieberle, P. J. F. c. (2009). Cereals and cereal products. 670-745.
6. Bemiller, J. N. J. S. S. (1997). Starch modification: challenges and prospects. 49(4), 127- 131.
7. Blazek, J., và Copeland, L. J. C. p. (2008). Pasting and swelling properties of wheat flour and starch in relation to amylose content. 71(3), 380-387.
8. Cael, J. J., Koenig, J. L., và Blackwell, J. J. B. O. R. o. B. (1975). Infrared and Raman spectroscopy of carbohydrates. Part VI: Normal coordinate analysis of V‐amylose. 14(9), 1885-1903.
9. Capron, I., Robert, P., Colonna, P., Brogly, M., và Planchot, V. r. (2007). Starch in rubbery and glassy states by FTIR spectroscopy. Carbohydrate Polymers, 68(2), 249- 259. doi:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.12.015
10. Chan, H. T., Bhat, R., và Karim, A. A. (2009). Physicochemical and Functional Properties of Ozone-Oxidized Starch. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57(13), 5965-5970. doi:10.1021/jf9008789
11. Chattopadhyay, S., Singhal, R. S., và Kulkarni, P. R. J. C. p. (1997). Optimisation of conditions of synthesis of oxidised starch from corn and amaranth for use in film-forming applications. 34(4), 203-212.
50
12. Chávez‐Murillo, C. E., Wang, Y. J., và Bello‐Pérez, L. A. J. S. S. (2008). Morphological, physicochemical and structural characteristics of oxidized barley and corn starches.
60(11), 634-645.
13. Chuang, C.-Y., Yang, S., Chang, M.-Y., Huang, H.-C., Luo, C.-H., Hung, P.-C., và Fang, W. (2013). Inactivation efficiency to Bacillus subtilis and Escherichia coli bacterial aerosols of spraying neutral electrolyzed water. Journal of the Air và Waste Management Association, 63(12), 1447-1456. doi:10.1080/10962247.2013.827604
14. Cowie, J. M. G. (1960). Studies on amylose and its derivatives. Part I. Molecular size and configuration of amylose molecules in various solvents. 42(1), 230-247. doi:doi:10.1002/macp.1960.020420123
15. Cui, S. W. (2005). Food carbohydrates: chemistry, physical properties, and applications: CRC press.
16. Deeyai, P., Suphantharika, M., Wongsagonsup, R., và Dangtip, S. (2013). Characterization of Modified Tapioca Starch in Atmospheric Argon Plasma under Diverse Humidity by FTIR Spectroscopy. Chinese Physics Letters, 30(1), 018103. 17. Dias, A. R. G., da Rosa Zavareze, E., Helbig, E., de Moura, F. A., Vargas, C. G., và
Ciacco, C. F. . (2011). Oxidation of fermented cassava starch using hydrogen peroxide.
Carbohydrate Polymers, 86(1), 185-191. doi:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.026
18. Dokic, L., Jakovljevic, J., và Dokic, P. . (2004). Relation between Viscous Characteristics and Dextrose Equivalent of Maltodextrins. Starch‐Stảrke, 56(11), 520- 525. doi:doi:10.1002/star.200400294
19. ELIASSON, A.-C., và KIM, H. R. (1992). CHANGES IN RHEOLOGICAL PROPERTIES OF HYDROXYPROPYL POTATO STARCH PASTES DURING FREEZE-THAW TREATMENTS I. A RHEOLOGICAL APPROACH FOR EVALUATION OF FREEZE-THAW STABILITY. 23(3), 279-295. doi:doi:10.1111/j.1745-4603.1992.tb00526.x
20. Ellis, R. P., Cochrane, M. P., Dale, M. F. B., Duffus, C. M., Lynn, A., Morrison, I. M., . . . Agriculture. (1998). Starch production and industrial use. 77(3), 289-311.
21. French, D. (1984). Organization of starch granules. In Starch: Chemistry and Technology (Second Edition) (pp. 183-247): Elsevier.
51
22. Gernat, C., Radosta, S., Damaschun, G., và Schierbaum, F. J. S. S. (1990). Supramolecular structure of legume starches revealed by X‐ray scattering. 42(5), 175- 178.
23. Gómez-López, V. M., Ragaert, P., Ryckeboer, J., Jeyachchandran, V., Debevere, J., và Devlieghere, F. (2007). Shelf-life of minimally processed cabbage treated with neutral electrolysed oxidising water and stored under equilibrium modified atmosphere.
International Journal of Food Microbiology, 117(1), 91-98. doi:https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2007.02.016
24. Greenwood, C. T. (1964). Viscosity-molecular weight relations. Methods in carbohydrate chemistry. 4, 179-188.
25. Guentzel, J. L., Liang Lam, K., Callan, M. A., Emmons, S. A., và Dunham, V. L. (2008). Reduction of bacteria on spinach, lettuce, and surfaces in food service areas using neutral electrolyzed oxidizing water. Food Microbiology, 25(1), 36-41. doi:https://doi.org/10.1016/j.fm.2007.08.003
26. Gunaratne, A., và Corke, H. (2004). STARCH| Analysis of Quality.
27. Hanes, C. S., và Cattle, M. J. P. R. S. L. B. (1938). Starch-iodine coloration as an index of differential degradation by the amylases. 125(840), 387-414.
28. Harding, S. (1997). The intrinsic viscosity of biological macromolecules. Progress in measurement, interpretation and application to structure in dilute solution. Progress in biophysics molecular biology 68(2), 207-262.
29. Hizukuri, S., Kaneko, T., và Takeda, Y. J. B. e. B. A.-G. S. (1983). Measurement of the chain length of amylopectin and its relevance to the origin of crystalline polymorphism of starch granules. 760(1), 188-191.
30. Hizukuri, S. J. C. R. (1986). Polymodal distribution of the chain lengths of amylopectins, and its significance. 147, 342-347.
31. Hoover, R. J. C. p. (2001). Composition, molecular structure, and physicochemical properties of tuber and root starches: a review. 45(3), 253-267.
32. Hricova, D., Stephan, R., và Zweifel, C. . (2008). Electrolyzed Water and Its Application in the Food Industry. Journal of food protection, 71(9), 1934-1947. doi:10.4315/0362-