Đồ án Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông - Rã đông của gel tinh bộ (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông - Rã đông của gel tinh bộ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC GUM ĐẾN QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG - RÃ ĐÔNG CỦA GEL TINH BỘT GVHD: ThS. NGUYỄN ĐẶNG MỸ DUYÊN SVTH: PHẠM THỊ TỐ TRÂM MSSV: 11116074 S K L 0 0 3 9 2 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phạm Thị Tố Trâm MSSV: 11116074 Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm 1. Tên đồ án : Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông - rã đông của gel tinh bột 2. Mã số đồ án: 2015-11116074 3. Nhiệm vụ của đồ án - Nghiên cứu ảnh hưởng của các Gum: XG, GG, CRGN lên khả năng chống thoái hóa của gel tinh bột sắn. - Tìm ra loại gum chống thoái hóa ở nồng độ tối ưu 4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 17/1/2015 5. Ngày hoàn thành đồ án: 16/7/2015 6. Họ tên người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên Phần hướng dẫn: Toàn bộ đồ án Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn chính i
3. LỜI CẢM ƠN Được sự cho phép của khoa công nghệ hóa học và thực phẩm trường đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, cùng với sự đồng ý của cô Ths. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên tôi đã thực hiện đề tài “ Khảo sát ảnh hưởng của các gum đến quá trình lạnh đông - rã đông của gel tinh bột”. Để hoàn thành đề tài này, lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn Ths. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này, giúp tôi vượt qua những khó khăn trong những buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học cũng như tiếp cận thực tế. Trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp, bản thân đã được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo bộ môn Công nghệ thực phẩm, Công nghệ môi trường, trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Tp. Hồ Chí Minh về điều kiện vật chất và tinh thần. Sau cùng, tôi xin cảm ơn các anh, chị và bạn bè cùng tôi làm việc tại phòng thí nghiệm hóa sinh đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. ii
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày 15 tháng 7 năm 2015 Ký tên iii
5. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix ĐẶT VẤN ĐỀ x TÓM TẮT ĐỒ ÁN xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về tinh bột 1 1.1.1 Hình dạng, đặc điểm, cấu tạo của tinh bột sắn. 1 1.1.2 Một số tính chất của tinh bột 4 1.2 Hiện tượng thoái hóa của tinh bột 6 1.3 Đặc điểm của một số loại gum. 8 1.3.1 Xanthan Gum 8 1.3.2 Carageenan 10 1.3.3 Guar Gum 14 1.4 Ảnh hưởng của các loại gum đến sự thoái hóa của tinh bột. 16 1.5 Ảnh hưởng của một số chất khác đến hiện tượng thoái hóa của tinh bột 17 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 20 2.1 Vật liệu 20 2.1.1 Tinh bột sắn 20 2.1.2 Xanthan Gum 21 2.1.3 Carageenan 21 2.1.4 Guar Gum 21 iv
6. 2.1.5 Enzyme Termamyl 21 2.2 Phương pháp 21 2.2.1 Chuẩn bị mẫu 21 2.2.2 Đo độ tách nước (% syneresis) 22 2.2.3 Độ đục của nước tách ra sau ly tâm 23 2.2.4 Mức độ thủy phân của tinh bột 23 2.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 24 2.4 Phương pháp xác định hoạt độ của enzyme α-amylase 24 2.5 Phương pháp dựng đường chuẩn đường glucose 26 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 27 3.1 Ảnh hưởng của các loại gum đến dộ tách nước của dung dịch tinh bột sắn. 27 3.2 Ảnh hưởng của các loại gum đến độ đục của dung dịch tinh bột sắn sau li tâm .31 3.3 Ảnh hưởng của các loại gum đến mức độ thủy phân của tinh bột sau các quá trình lạnh đông – rã đông. 35 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 4.1 Kết luận 39 4.2 Kiến nghị 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO xiii PHỤ LỤC xxi v
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Ảnh chụp SEM của cation tinh bột sắn 1 Hình 1.2 : Cấu tạo của AM và AP 2 Hình 1.3 : Tinh bột 2 Hình 1.4. Cấu tạo AM. 3 Hình 1.5: Cấu tạo AP 4 Hình 1.6 : RVA độ nhớt của xanthan gum (XG), guar gum (GG), cation tinh bột sắn (CT), và cation tinh bột sắn có bổ sung guar gum (CTC GG) hoặc xanthan gum (CTC XG) 6 Hình 1.7: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi có sự hiện diện của nước 7 Hình 1.8: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi không có sự hiện diện của nước 7 Hình 1.9: Cấu trúc của XG 8 Hình 1.10: Xanthan Gum 9 Hình 1.11 : Tính chất lưu biến của XG 9 Hình 1.12 : CRGN 10 Hình 1.13 : Cấu trúc của CRGN 11 Hình 1.14: Sự biến đổi của các dạng CRGN 12 Hình 1.15 : Tác dụng của nhiệt đối với cơ chế chuyển đổi từ dạng dung dịch sang dạng gel 13 Hình 1.16 : Hạt và bột GG 14 Hình 1.17 : Các đơn vị lặp đi lặp lại của GG 15 Hình 1.18 : Sơ đồ mô phỏng phân tử của sự tương tác giữa AM và các axit béo 17 Hình 2.1. Tinh bột sắn 20 Hình 3.1 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 27 vi
8. Hình 3.2 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 27 Hình 3.3: Ảnh hưởng của λ-CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ tách nước của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông 28 Hình. 3.4 . ảnh chụp SEM của tinh bột sắn cation có và không có gums: (a) tinh bột sắn cation, (b) hỗn hợp tinh bột sắn cation-GG, (c) hỗn hợp tinh bột sắn cation -XG (1500!, Barz 10 mm) 30 Hình 3.5 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 32 Hình 3.6 : Ảnh hưởng của CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 32 Hình 3.7 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên độ đục của nước tách ra từ gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 33 Hình 3.8 : Ảnh hưởng của XG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 35 Hình 3.9 : Ảnh hưởng của GG ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 36 Hình 3.10 : Ảnh hưởng của CRGN ( ở các nồng độ 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4% w:w, dựa trên tổng khối lượng của hệ huyền phù) lên mức độ thủy phân của gel tinh bột sắn (2% w:w) qua 5 chu kì lạnh đông-rã đông. 36 vii
9. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Giá trị dinh dưỡng trong ngày của tinh bột sắn 20 Bảng 2.2. Chỉ tiêu chất lượng 20 Bảng 2.3 : Bảng xác định hoạt độ enzyme α - amylase 25 Bảng 2.4 : Bảng xác định đường chuẩn Glucose 26 viii
10. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Giải thích nghĩa 1 AM Amylose 2 AP Amylopectin 3 CRGN Carageenan 4 GG Guar gum 5 XG Xanthan gum ix
11. ĐẶT VẤN ĐỀ Cuộc sống phát triển kéo theo nhu cầu về ăn uống ngày càng được nâng cao, tuy nhiên thời gian bận rộn khiến con người không thể tự mình chế biến những món ăn. Chính vì thế, đồ ăn sẵn ngày càng được lựa chọn để đáp ứng nhu cầu ăn uống của mỗi người. Để tạo ra nhiều sản phẩm có thể cung cấp nhiều năng lượng cũng nhu chất dinh dưỡng cho con người, tinh bột đã được ứng dụng ngày càng nhiều hơn để đa dạng hóa các sản phẩm trên thị trường, điển hình như: mì ăn liền, bún, phở, há cảo, bánh tráng cho đến các loại tương, nước sốt nhờ vào các thuộc tính về độ nhớt khi bị hồ hóa của chúng. Nhưng, nhiều ứng dụng của tinh bột trong thực phẩm đã bị hạn chế do một số thay đổi về kết cấu bên trong, điển hình là việc tinh bột bị thoái hóa trong quá trình lạnh đông – rã đông. Tất cả các hiện tượng này phụ thuộc vào thành phần của từng loại tinh bột như: amylose, amylopectin, protein, lipid cũng như các phương pháp chế biến, nhiệt độ chế biến món ăn [45]. Để hạn chế sự thoái hóa của gel tinh bột nhằm cải thiện chất lượng cho sản phẩm cuối cùng, các loại tinh bột đã qua xử lý hóa chất đã được ứng dụng đa dạng trong ngành công nghiệp chế biến vì tính ổn định của chúng trong quá trình chế biến. Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng thực phẩm tự nhiên của con người ngày càng cao đã dẫn đến việc họ muốn sử dụng các sản phẩm từ tinh bột nguyên chất ban đầu. Chính vì thế, để có thể nâng cao chất lượng sản phẩm từ tinh bột mà hạn chế sử dụng các tinh bột đã qua xử lý hóa chất, những tương tác của tinh bột/ hydrocolloid đã được nghiên cứu bởi các nhà khoa học để tìm ra những loại hydrocolloid với nồng độ bổ sung tốt nhất để có thể hạn chế tối đa quá trình thoái hóa của tinh bột [80]. Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã lựa chọn 3 loại gum để khảo sát đó là Xanthan gum, Guar gum và Carageenan để nghiên cứu về mức độ chống thoái hóa của chúng khi kết hợp với tinh bột sắn ở những nồng độ khác nhau.Vì đây là 3 loại gum được sử dụng phổ biến trong hệ thống phụ gia thực phẩm. Mục tiêu của nghiên cứu là hướng tới việc duy trì chất lượng của các sản phẩm làm từ tinh bột sắn, sau khi được bảo quản lạnh đông trong thời gian dài. Trên thế giới hiện nay cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Tuy nhiên, những nghiên cứu này đa số tập trung vào các loại tinh bột mì, bột bắp, các tinh bột khoai lang, khoai tây. Vì thế, chúng tôi tiến hành nghiên cứu trên các loại gum ở các mức nhiệt độ và nồng độ khác với những nghiên cứu trước đó trên tinh bột sắn nguyên chất. Mục tiêu của chúng tôi là: x
12. + Làm rõ được sự ảnh hưởng của các loại gum lên tính ổn định của gel tinh bột sắn sau rã đông, tức khả năng chống lại sự thoái hóa của tinh bột sắn. + Tìm ra loại Gum chống thoái hóa trên gel tinh bột sắn tốt nhất trong 3 loại trên Từ đó có thể ứng dụng vào thực tế để cải thiện chất lượng thực phẩm. xi
13. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại gum Xanthan gum (XG), Guar gum (GG) và Carageenan (CRGN) ở các nồng độ khác nhau 0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% (w/w) đến sự ổn định của gel tinh bột sắn 2% (w/w) qua 5 chu kì lạnh đông – rã đông liên tiếp. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát về độ tách nước, độ đục của nước tách ra và mức độ thủy phân của từng mẫu và nhận thấy rằng, XG và GG đều làm giảm sự thay đổi cấu trúc của gel tinh bột sắn hơn sau khi rã đông và mức độ giảm này tăng dần theo nồng độ gum được bổ sung vào 0% < 0,1% < 0,2% < 0,3% < 0,4% , và XG cho hiệu quả tốt hơn so với GG. Riêng CRGN hầu như không có tác dụng đến sự ổn định của gel tinh bột sắn khi được bổ sung vào. Qua các thí nghiệm mà chúng tôi đã khảo sát, loại gum có khả năng chống thoái hóa gel tinh bột sắn qua các chu kì lạnh đông-rã đông tốt nhất là XG. xii
14. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tinh bột Tinh bột là một loại polysaccharide cao phân tử gồm các phân tử glucose nối với nhau theo liên kết α- glycozit. Cấu trúc phân tử của tinh bột: (C6H10O5)n. Tinh bột đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Như một chất phụ gia, tinh bột có tác dụng làm dày và ổn định kết cấu thực phẩm [28]. Nó thường được sử dụng để tạo độ nhớt sánh cho các thực phẩm dạng lỏng hoặc làm bền keo, hệ nhũ tương hay sử dụng như chất kết dính, làm đặc Khi bổ sung 30% tinh bột sắn vào bột mì thì độ nhớt, chất lượng gel và màu trong mì ăn liền được cải thiện. Đồng thời, sự tương tác nội phân tử giữa các phân tử Amylose (AP) và Amylopectin (AP) giảm đi. Đây là nguyên nhân tạo ra cấu trúc gel nhẹ nhàng hơn trong các hệ thống thực phẩm ăn liền. Điều này cho thấy tinh bột sắn đóng vai trò như một chất độn tổng hợp trong bột mì [17]. Ta có thể chia tinh bột ra làm 3 hệ thống:  Hệ thống tinh bột các hạt ngũ cốc  Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu  Hệ thống tinh bột của các củ 1.1.1 Hình dạng, đặc điểm, cấu tạo của tinh bột sắn.  Hình dạng tinh bột sắn Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, trong đó có hai loại polyme được sắp xếp đối xứng xuyên tâm. Quan sát bằng SEM, hạt tinh bột sắn có kích thước từ 5 đến 40µm với những hạt lớn 25-35 µm, hạt nhỏ 5-15 µm và nhiều hình dạng, chủ yếu là hình bầu dục, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa.    Hình 1.1: Ẩnh chụp SEM của cation tinh bột sắn 1
15.  Đặc điểm cấu tạo Tinh bột là một hợp chất hóa học không đồng nhất tạo thành từ hai thành phần chính AM và AP. Dạng lò xo không phân nhánh gọi là AM, dạng phân nhánh gọi là AP. Trong đó, AP có một khối lượng phân tử khoảng 107- 108 còn các thành phần AM có khối lượng phân tử tương đối thấp hơn khoảng 105-106 . AM và AP có những tính chất vật lý khác nhau rõ rệt. Hình 1.2: Cấu tạo của AM và AP Hạt tinh bột có cấu tạo lớp khá phức tạp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các phân tử AM dạng tinh thể và AP sắp xếp theo phương hướng tâm. Phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X cho thấy rằng trong hạt tinh bột nguyên thủy có chuỗi polyglucozit của AM và AP tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucose một vòng. Hình 1.3: Tinh bột 2
16. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do AM và phần nhánh của AP tạo nên làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ đối với enzyme thủy phân. Vỏ hạt tinh bột chứa ít ẩm hơn và bền hơn so với bên trong hạt tinh bột, trên bề mặt vỏ có các lỗ nhỏ, do đó các chất tan có thể xâm nhập vào bên trong qua con đường khuếch tán vỏ.  Thành phần cấu trúc của AM. AM là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị α−D-glucose, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicoside. Các nguyên tử carbon trên glucose được đánh số, bắt đầu từ các aldehyde (C = O) carbon, do đó, trong AM, 1-carbon trong một phân tử glucose liên kết với 4-carbon trên phân tử glucose tiếp theo theo liên kết (α (1 → 4.)). Số lượng các tiểu đơn vị glucose lặp đi lặp lại thường nằm trong khoảng từ 300 đến 3000, nhưng có thể là lên đến hàng nghìn. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91A0. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Hình 1.4. Cấu tạo AM. Trong hạt tinh bột, hoặc trong dung dịch, hoặc ở trạng thái thoái hóa, AM thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào mới chuyển sang dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc thường có 6 đơn vị glucose. Liên kết hidro giữa các chuỗi liên kết làm thoái hóa và giải phóng một số phân tử nước (syneresis). Sau đó các chuỗi liên kết có thể hình thành các tinh thể đôi bị mắc kẹt có khả năng kháng amylase. Trong công nghiệp thực phẩm thì hạ thấp hàm lượng AM sẽ có lợi hơn trong việc sử dụng làm chất tạo đặc. Tuy nhiên, khi tinh bột có tỷ lệ phần trăm AM cao, nó có thể bị biến đổi do quá trình oxy hóa tạo ra các tính chất vật lý cần thiết của tinh bột [23].  Thành phần cấu trúc của AP 3
17. AP là một polysacharide và là một polyme đa nhánh của glucose. Các đơn vị glucose tạo thành mạch thẳng bằng liên kết α (1→4) glycosid. Các mạch nhánh được tạo bởi các liên kết α (1→6) xuất hiện sau mỗi 24 đến 30 đơn vị glucose. Trong khi đó, AM có rất ít liên kết α (1→6) nên bị thủy phân chậm hơn và có tỉ trọng cao hơn. AP chỉ tan trong nước ở nhiệt độ cao, tạo thành dung dịch keo có độ nhớt cao và rất bền vững. Sự thoái hóa AP xảy ra trong thời gian dài hơn so với AM, có lẽ vì cấu trúc phân nhánh của AP. Hơn nữa một số nhà nghiên cứu đã cho thấy rằng sự tái kết tinh của AM và AP có thể xảy ra trong suốt quá trình thoái hóa. Sự thoái hóa của AP đã được nhiều nhà khoa học chứng minh có liên quan đến các nguồn tinh bột ([66, 48, 24, 89]) và nồng độ ([66, 83]) và một số yếu tố khác, ví dụ như nhiệt độ lưu trữ [83, 29], cấu trúc AP và các thành phần khác có mặt trong tinh bột cũng có tầm quan trọng. Hình 1.5: Cấu tạo AP 1.1.2 Một số tính chất của tinh bột  Độ tan và tính lưu biến của tinh bột AM thu được bằng phương pháp công nghiệp thường là sản phẩm thoái hóa nên không hòa tan. AM mới tách ra từ tinh bột bằng phương pháp tạo phức với n – butanol ở dạng bột xốp khô, có thể hòa tan dễ dàng trong nước nóng đến 15%. Chúng cũng có thể hòa tan trong dung dịch kiềm loãng, tại nồng độ kiềm tối ưu. Do trọng lượng phân tử lớn và có cấu tạo mạch thẳng nên độ nhớt của dung dịch AM thu được cũng cao. 4
18. AP khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng. Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột  Sự trương nở Khi hòa tan tinh bột vào nước, do kích thước phân tử của tinh bột lớn nên đầu tiên các phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phần tử tinh bột. Tại đây chúng sẽ tương tác với nhóm hoạt động của tinh bột, quay cực, tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi. Do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồ bị “rão” ra và trương lên. Quá trình trương xảy ra không hạn chế sẽ làm bung các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch.  Tính chất hồ hóa và khả năng tạo gel của tinh bột Nhiệt độ hồ hóa: Là nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái ban đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo. Tinh bột bắt đầu biến tính tạo gel ở nhiệt độ 60oC– 70oC, khi tinh bột bị xử lý đồng thời bằng nhiệt và ẩm sẽ xảy ra hiện tượng hồ hóa. Các hạt tinh bột hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực trương nở lên. Khi đó độ nhớt dịch tinh bột sẽ tăng. Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước. Khác với gel protein, gel tinh bột chỉ có liên kết hydro tham gia. Vì gel tinh bột chứa cả AM và AP nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh và vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử AM và các đoản mạch AP kết dính lại với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của phân tử AP sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết dính. Vùng kết dính vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn hồi của gel. Phần của đại phân tử AM và AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình ở giữa các mixen sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá hủy và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của phần tử vô định hình quyết định. Gel tinh bột để nguội trong một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra, quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho tan giá. Theo nghiên cứu của Chaisawang và Suphantharika (2005) về việc xác định RVA về tính hồ hóa của tinh bột sắn cation có và không có gum được thể hiện trong hình. 5
19. Hình 1.6 : RVA độ nhớt của xanthan gum (XG), guar gum (GG), cation tinh bột sắn (CT), và cation tinh bột sắn có bổ sung guar gum (CTC GG) hoặc xanthan gum (CTC XG) Tính hồ hóa của tinh bột sắn cation bị ảnh hưởng rất nhiều bởi việc bổ sung các gum. Từ quan điểm hóa -lý, người ta cũng cho rằng việc bổ sung các loại gum có thể làm tăng độ nhớt của tinh bột nhão. Tác dụng vào độ nhớt tồn tại giữa các cation tinh bột khoai mì và gum. Việc nhanh chóng tăng độ nhớt trong hệ thống treo của hỗn hợp tinh bột gum đã được phát hiện khi nhiệt độ tăng từ 50-95oC [61]. Các thành phần tự nhiên chứa trong tinh bột, chẳng hạn như chất béo hoặc protein, cũng ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của hỗn hợp gel [59]. 1.2 Hiện tượng thoái hóa của tinh bột Sự thoái hóa của tinh bột là hiện tượng tinh bột đã được hồ hóa, từ một trạng thái ban đầu không định hình chuyển thành nhiều trạng thái hoặc trạng thái kết tinh. Điều này xảy ra bởi vì dạng bột nhão hoặc gel của tinh bột hồ hóa không phải là trong trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. Đặc tính lưu biến của gel thay đổi, bằng chứng là tăng độ cứng. Sự thoái hóa làm mất khả năng giữ nước và sự kết tinh. Điều này ảnh hưởng lớn đến các sản phẩm có chứa tinh bột. Giai đoạn thoái hóa bắt đầu khi hồ tinh bột nguội đi và bắt đầu hình thành mạng lưới giữa cá phân tử AM [81, 26], Tạo thành một mạng gel đàn hồi. Giai đoạn thoái hóa ngắn hạn có thể kéo dài đến 48 h. Các phân tử AP cũng có thể tham gia trong việc hình thành mạng lưới này, nhưng sự thoái hóa của các phân tử AP xảy ra chậm hơn AM rất nhiều. Thời gian thoái hóa của chúng có thể kéo dài trong vài tuần [71, 82]), tùy thuộc vào nhiệt độ lưu trữ. Đối với những loại tinh bột không chứa AM, thì lúc này, các phân tử AP có thể kết hợp lại với nhau 6
20. để tạo thành mạng gel yếu [14, 25]. Chiều dài của các chuỗi liên kết có ảnh hưởng đến tỷ lệ thoái hóa của các phân tử AP, nếu chuỗi liên kết dài hơn thì tỷ lệ thoái hóa sẽ nhanh hơn [47]. Tinh bột thoái hóa có thể được chia thành sự thoái hóa ngắn hạn và thoái hóa dài hạn. Các liên kết hydro đóng một vai trò rất quan trọng trong việc quyết định một số tính chất quan trọng của phân tử tinh bột. Khi tinh bột có sự hiện diện của nước,các phân tử tinh bột liên kết với nhau theo dạng 1 Hình 1.7: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi có sự hiện diện của nước Đây là dạng liên kết thông thường của tinh bột tự nhiên, trong dạng này các nhóm – OH chủ yếu ở C thứ 6 nằm cạnh nhau sẽ liên kết với nhau thông qua một phân tử nước. Khi không có mặt các phân tử nước, tinh bột sẽ liên kết với nhau theo dạng 2 như sau: Hình 1.8: Sự liên kết của các phân tử tinh bột khi không có sự hiện diện của nước Loại này làm giảm khả năng hoạt động của nhóm –OH. Theo kiểu liên kết này các nhóm –OH bị khóa chặt làm cho hoạt tinh của chúng giảm rõ rệt. Thông thường tinh bột tồn tại ở dạng này bị sấy khô quá hoặc bị thoái hóa, cà hai trường hợp này nước trong tinh thể bị tách hẳn ra ngoài. Nguyên nhân: Có sự hình thành hiện tượng thoái hóa là do khi hồ tinh bột được bảo quản trong thời gian dài, chúng sẽ hình thành nhiều cầu nối hydro giữa các phân tử tinh bột, tạo 7
21. nên các liên kết hydro nội phân tử, nên làm giảm liên kết với nước và tách nước. Các phân tử AM có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn các phân tử AP. Vì thế, hiện tượng thoái hóa chỉ liên quan đến các phân tử AM là chủ yếu và hàm lượng AM càng cao thì sự thoái hóa càng lớn. 1.3 Đặc điểm của một số loại gum. 1.3.1 Xanthan Gum  Đặc điểm, cấu tạo Là polysaccharide có khối lượng phân tử lớn được tiết ra bởi vi khuẩn Xanthomonas campestris. Nó là sản phẩm của quá trình lên men glucose, sucrose, hoặc lactose. Cấu trúc cơ bản gồm 1 mạch chính là cellulose (các phân tử glucose liên kết β-(1,4)) và 1 mạch bên trisaccharide. Mỗi đơn vị β-D-glucopyranosyl trên mạch chính được liên kết với 1 đơn vị β-D-glucopyranosyl –(1–>4)- β -D- glucuronopyranosyl – (1–>2)-6-O-acetyl- β - D-mannopyranosyl trisaccharide. Hình 1.9: Cấu trúc của XG Khoảng ½ đơn vị β-D-glucopyranosyl tận cùng có acid pyruvic liên kết như là 4,6-cyclic acetal. Mạch bên tương tác với mạch chính (nhờ lực liên kết thứ hai) để hình thành một phân tử khá cứng. Mạch bên trisaccharide: 2 phân tử mannose được tách biệt nhờ 1 phân tử glucuronic acid. Phân nữa nhóm mannose tận cùng liên kết với nhóm pyruvate và phân nữa còn lại có chứa nhóm acetyl. Những nhóm carboxyl ở mạch bên thể hiện tính anion của phân tử gum. 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4