Hình 3.4 thể hiện kết quả đồ thị XRD của các mẫu tinh bột trước và sau khi chiếu xạ gamma. Tuy nhiên, các mẫu đều khơng có sự thay đổi hình dạng tinh thể. Điều này tương tự như phổ hồng ngoại FTIR, khi thay đổi độ ẩm thì các mẫu sau khi xử lý tia gamma vẫn không làm mất đi cấu trúc của hạt tinh bột.
Góc nhiễu xạ (2θ) WY13.75 WY8.86 WY0 WY18.40 WY23.83 WY28.66 Cư ờ n g đ ộ tươ n g đ ối 17,06º 6 15,05º 6 19,32º 22,20º6 24,09º
48
Bảng 3. 6. Mức độ tinh thể tương đối của các mẫu tinh bột khoai mỡ
Mẫu Mức độ tinh thể tương đối (%)
WY0 26,80e WY8.86 25,93c WY13.75 28,33f WY18.40 24,71a WY23.83 26,60d WY28.66 25,17b
*Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Các giá trị in thường trong cùng một cột khác nhau biểu thị sự khác biệt có nghĩa về mặt thống kê (p<0.05)
Bảng 3.6 cho thấy kết quả về mức độ tinh thể tương đối của các mẫu tinh bột khoai mỡ thô và tinh bột khoai mỡ được chiếu xạ. Kết quả thấy rằng, mức độ tinh thể tương đối của các mẫu sau khi chiếu xạ đều thay đổi so với mẫu thơ và mẫu WY13.75 có mức độ tinh thể tương đối cao hơn mẫu thô. Độ kết tinh tương đối chủ yếu dựa vào vùng amylopectin trong hạt tinh bột, theo đó các chuỗi amylopectin bên ngồi sẽ xoắn lại tạo thành một dãy xoắn helice kép có trật tự và các vịng xoắn kép này sẽ được sắp xếp có thứ tự thành những ô tinh thể bên trong hạt tinh bột (Liu, Tianyi, et al, 2012).
Việc giảm mức độ hình thành tinh thể là do sự phá vỡ trật tự cấu trúc của amylopectin và các xoắn kép trong hạt tinh bột (Verma, K., Jan, K., & Bashir, 2019). Tương tự, (Gani, Adil, et al., 2013) giải thích mức độ tinh thể tương đối giảm là do sự phá vỡ trật tự cấu trúc mạch amylopectin của vùng tinh thể và vùng vơ định hình trong tinh bột. Theo Liu và cộng sự (2012) thì khi chiếu xạ gamma sẽ gây ra hiện tượng đề polymer hoá chuỗi amylopectin và phá vỡ liên kết giữa vòng xoắn helice kép trong hạt tinh bột dẫn đến việc giảm mức độ tinh thể tương đối ở mẫu tinh bột khoai mỡ WY13.75. Về tăng mức độ hình thành tinh thể là do trong quá trình chiếu xạ đã tạo thành những liên kết ngang làm tăng mật độ tinh thể.
Do đó, theo chúng tơi thì dưới tác động của tia gamma mang năng lượng cao khi tác động vào mẫu tinh bột có độ ẩm cao thì chỉ ảnh hưởng đến vùng vơ định hình mà khơng làm phá vỡ trật tự kết tinh sẵn có, mà chỉ tạo lực cưỡng bức làm thắt chặt lại các liên kết đã có trước đó.
49
3.6. Khả năng tạo phức của tinh bột với iodine
Khả năng tạo phức với iodine là chỉ tiêu thường dùng để nhận biết sự thay đổi hàm lượng amylose và mức độ polymer hoá (DP) của tinh bột. Khi tương tác với iodine, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iodine có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Iodine tinh khiết không cho màu xanh khi thêm tinh bột hay amylose mà chỉ xảy ra khi Iodine được pha trong KI hoặc HI. Để phản ứng được với iodine, các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để bao quanh phân tử iodine. Đối với amylopectin, màu đỏ được sinh ra khi có phản ứng tương tác với iodine. Về bản chất phản ứng màu với iodine của amylopectin xảy ra do sự hình thành nên hợp chất hấp phụ. (Cui, S. W. (Ed.)., 2005)
Theo nghiên cứu của (Kennedy, J. F., Knill, C. J., & Taylor, D. W., 1995) , độ hấp thu đặc trưng của amylose được nhìn thấy trong khoảng 600 – 650 nm trong khi đó thì amylopectin được nhìn thấy trong khoảng 520 – 560 nm và 270 – 360 nm.
Đ ộ h ấp t h u Bước sóng (nm)
50
Hình 3. 5. Khả năng tạo phức của mẫu tinh bột khoai mỡ thô (WY0) và các mẫu tinh bột khoai mỡ chiếu xạ có độ ẩm từ 8,86 – 28,66% ở bước sóng 400 – 800nm
Bảng 3. 7. Vị trí đỉnh, độ hấp thu của iodine và hàm lượng (%) amylose của các mẫu tinh bột khoai mỡ
Mẫu Đỉnh hấp thu Độ hấp thu Amylose (%)
WY0 577 0,290 19,85 ± 0,20de WY8.86 566 0,269 17,65 ± 0,20a WY13.75 573 0,258 20,05 ± 0,20f WY18.40 568 0,262 18,45 ± 0,20b WY23.83 577 0,257 19,65 ± 0,20cd WY28.66 577 0,268 19,45 ± 0,20c
*Các giá trị trong bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn. Các giá trị in thường trong cùng một cột khác nhau biểu thị sự khác biệt có nghĩa về mặt thống kê (p<0.05)
Hình 3.5 kết quả của sự thay đổi độ hấp thu của phức tinh bột với iodine khi thay đổi mức độ ẩm ban đầu. Kết quả cho thấy, khi thay đổi độ ẩm ban đầu sẽ ảnh hưởng đến khả năng tạo phức của tinh bột xử lý chiếu xạ với iodine. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng này khơng làm thay đổi hình dạng chung của đường cong hấp thu giữa các mẫu.
Bảng 3.7 cho kết về hàm lượng amylose của các mẫu tinh bột trước và sau khi chiếu xạ. Kết quả cho thấy trong các mẫu tinh bột chiếu xạ thì hàm lượng amylose của mẫu WY13.75 là cao nhất 20,05% và thấp nhất là mẫu WY8.86 17,65%. Tuy nhiên, hàm lượng amylose tăng theo các khoảng khác nhau. Từ độ ẩm 8,86% đến 13,75% thì hàm lượng amylose của tinh bột chiếu xạ tăng cực đại, sau đó giảm xuống từ độ ẩm 18,40%. Theo (Ciesla, K., Mroczko, K., & Larsen, F. H. , 2011) thì sự tăng hàm lượng amylopectin trong hỗn hợp gây ra sự thay đổi tương tự về độ hấp thu tối đa. Nó chuyển từ 618nm (đỉnh amylose tinh khiết) đến 536 nm (đỉnh amylopectin tinh khiết). Hay nói cách khác, trong q trình chiếu xạ, dưới sự hình thành của liên kết ngang đã làm cho những mạch ngắn liên kết lại với nhau tạo thành những mạch thẳng hơn, dẫn đến mạch dài hơn, tăng khả năng tạo phức với iodine. Như vậy, hàm lượng amylose của mẫu tinh bột sẽ tăng.
Như vậy, khi tăng độ ẩm và dưới tác động của tia gamma thì các phân tử amylopectin bị cắt đứt tạo thành nhiều phân tử amylose mạch thẳng, dẫn đến hàm lượng amylose tăng nên việc
51
tạo phức iodine nhiều hơn và càng tiến về gần bước sóng của amylose tinh khiết. Nhưng khi độ ẩm tiếp tục tăng thì hàm lượng amylose lại giảm, điều này có thể giải thích là do những mạch amylose sẵn có và những mạch amylose vừa tạo thành lại bị đứt gãy tạo thành các mạch dextrin ngắn mà những mạch này khơng có khả năng tạo phức với iodine, vì vậy mà hàm lượng amylose giảm. Reddy và cộng sự (2015) cũng giải thích cho việc giảm hàm lượng amylose là do khi chiếu xạ bởi tia gamma thì q trình đề polymer hố trong hạt tinh bột đã làm giảm khả năng liên kết của tinh bột với iodine. Theo (Yu, Y., & Wang, J., 2007) và (Verma, K., Jan, K., & Bashir, 2019) thì việc giảm hàm lượng amylose là do sự bẻ gãy hoặc phân huỷ của các chuỗi mạch nhánh amylopectin dài trong suốt quá trình chiếu xạ gamma.
Theo Pimpa và cộng sự, 2007 thì việc giảm độ nhớt là do chiếu xạ EB có khả năng ion hóa chuỗi amylose và amylosepectin, đồng thời đây cũng là nguyên nhân dẫn đến việc giảm mức độ polymer hóa (DP).
3.7. Độ hịa tan và độ trương nở
Độ hòa tan và độ trương nở của tinh bột ảnh hưởng trực tiếp bởi nhiệt độ bởi vì ở nhiệt độ càng cao thì có càng nhiều năng lượng cung cấp để thúc đẩy quá trình phã vỡ liên kết hydrogen và mở ra cấu trúc hạt tinh bột để hấp thụ nước. Do đó, nhiệt độ càng cao thì hạt tinh bột trương nở càng rõ rệt. Theo (Liu, Tianyi, et al, 2012) thì khi tinh bột được gia nhiệt với nước dư, hạt tinh bột trương nở và các phân tử nước liên kết bằng liên kết hydro tiếp xúc với các nhóm hydroxyl lộ ra bên ngồi các phân tử amylose và amylopectin. Sự liên kết này gây ra sự trương nở và tăng kích thước hạt và độ hồ tan.
Qua kết quả thực nghiệm cho thấy, độ hòa tan và độ trương nở của tinh bột chiếu xạ Gamma cao hơn so với mẫu tinh bột đối chứng WY0 và đạt cực đại tại mẫu WY13.75. Độ hồ tan của mẫu WY0 kkhơng có nhiều thay đổi ở nhiệt độ thường và thể hiện sự tăng nhẹ khi tăng nhiệt độ. Các mẫu chiếu xạ đều tăng độ hoà tan ở các nhiệt độ khảo sát. Trong khi đó, độ trương nở của các mẫu tinh bột khơng có sự khác biệt lớn ở nhiệt độ 30 – 70ºC và có bắt đầu có sự khác biệt ở nhiệt độ > 70ºC.
Từ nhiệt độ 50ºC trở đi thì có sự khác biệt rõ rệt về độ hòa tan và độ trương nở của các mẫu tinh bột. Độ hòa tan của các mẫu tinh bột tăng và độ trương nở giảm rõ rệt. Đồng thời các mẫu tinh bột chiếu xạ có độ hịa tan cao hơn so với tinh bột thô. Sự gia tăng độ phân cực do sự cắt đứt chuỗi (đứt gãy các liên kết glycosidic) dưới tác đông của tia gamma và sự giảm các liên
52
kết hydrogen trong phân tử giải thích cho việc tăng độ hồ tan. Chiếu xạ làm giảm các liên kết hydrogen giữa các chuỗi và tăng lên kết hydrogen với nước, điều này giúp cả thiện độ hoà tan của tinh bột khi chiếu xạ gamma (Liu, Tianyi, et al, 2012). Khi tăng độ ẩm ban đầu của tinh bột trước chiếu xạ thì độ hịa tan giảm. Điều này có thể giải thích là do tác động của sự hình thành các liên kết ngang trong tinh bột. Ngồi ra, Reddy và cơng sự cũng cho thấy, sự tăng độ hoà tan cũng có thể do q trình đề polimer hố của các hạt tinh bột và làm tăng các phân tử nhỏ như monosaccharide khi chiếu xạ. Những phân tử này có ái lực với sự hydrat hố cao hơn, do đó các phân tử tinh bột được chiếu xạ có khả năng hydrate hố cao hơn so với các mẫu tinh bột tự nhiên (Reddy, Chagam Koteswara, et al., 2015).
Sự trương nở là kết quả của khả năng bẫy (trap) và giữ nước của tinh bột trong cấu trúc của nó (Reddy, Chagam Koteswara, et al., 2015) (Gani, Adil, et al., 2013). Sau quá trình chiếu xạ thì độ trương nở tăng so với mẫu tinh bột thô (WY0), tuy nhiên khi tăng đến độ ẩm 13,75% thì đạt cực đại và sau đó giảm so với với mẫu WY13.75. Điều này được giải thích là do q trình depolymer hố diễn ra đã làm lộ ra những nhóm chức ưa nước, những nhóm chức này giúp giữ nước và làm tăng độ trương nở (Reddy, Chagam Koteswara, et al., 2015). Theo Liu và cộng sự, 2012 và Ganni cùng cộng sự, 2013 thì việc giảm khả năng trương nở là do quá trình hình thành liên kết ngang, dẫn đến khơng có nhiều nhóm chức ưa nước để giữ nước trong mẫu tinh bột, kéo theo đó độ trương nở giảm . Theo (Gani, Adil, et al., 2013) việc giảm sự trương nở này giúp cải thiện chất lượng kết cấu khi nấu vì ngăn chặn được sự tràn (bursting) của tinh bột.
Do vậy, khi xử lý Gamma thì giúp cải thiện được độ hịa tan và độ trương nở rõ rệt trong mẫu tinh bột khoai mỡ. Đây là một tính chất quan trọng trong việc xác định khả năng ứng dụng của tinh bột vào các sản phẩm thực phẩm.
53