Ảnh hưởng của độ ẩm lên tính chất hóa lý và độ tiêu hóa của tinh bột khoai mỡ được chiếu xạ gama

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM LÊN TINH CHẤT HOÁ LÝ
VÀ ĐỘ TIÊU HOÁ CỦA TINH BỘT KHOAI MỠ ĐƯỢC
CHIẾU XẠ GAMMA

GVHD: TRỊNH KHÁNH SƠN
SVTH: VÕ THỊ YẾN NHI
MSSV: 16116238

SKL 0 0 7 5 9 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2020-16116238

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM LÊN TINH CHẤT
HOÁ LÝ VÀ ĐỘ TIÊU HOÁ CỦA TINH BỘT
KHOAI MỠ ĐƯỢC CHIẾU XẠ GAMMA

GVHD: PGS.TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
SVTH: VÕ THỊ YẾN NHI
MSSV: 16116238

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 09/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
MÃ SỐ: 2020-16116238

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM LÊN TINH CHẤT
HOÁ LÝ VÀ ĐỘ TIÊU HOÁ CỦA TINH BỘT
KHOAI MỠ ĐƯỢC CHIẾU XẠ GAMMA

GVHD: PGS.TS. TRỊNH KHÁNH SƠN
SVTH: VÕ THỊ YẾN NHI
MSSV: 16116238

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 09/2020



LỜI CẢM ƠN
Trãi qua một khoảng thời gian khá dài làm việc ở phịng thí nghiệm, cuối cùng tơi cũng
đã hồn thành khố luận tốt nghiệp của tơi. Trong suốt q trình đó, khơng thiếu sự giúp đỡ của
các thầy cô, anh chị và bạn bè đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tơi. Vì vậy,

tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người.
Gửi lời cảm ơn chân thành của tôi đến các thầy cơ Khoa Cơng nghệ Hố học và Thực
phẩm của Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã truyền dạy cho tôi thật nhiều kiến thức trong suốt quãng
thời gian 4 năm qua, cũng như tạo điều kiện về cơ sở vật chất tốt nhất để tơi hồn thành khố
luận một cách thuận lợi!
Đặc biệt, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng nhất đến giáo viên hướng dẫn của
tôi – thầy PGS.TS. Trịnh Khánh Sơn. Người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cũng như giúp
đỡ tôi thật nhiều trong suốt thời gian làm đồ án này! Cảm ơn thầy rất nhiều ạ!
Gửi lời cảm ơn đến chị Nguyễn Thị Lộc, anh Lê Hải Lưu, cảm ơn anh chị đã giúp đỡ và
hướng dẫn tơi một cách nhiệt tình trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng, tôi cũng cảm ơn tất cả bạn bè làm đồ án tốt nghiệp kì này và đặc biệt là các
bạn chung nhóm của thầy Sơn đã giúp đỡ tơi trong q trình làm thí nghiệm!

ii











MỤC LỤC
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ............................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. iii
PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ................ iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN .................... v
PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ KHÓA
LUẬN ................................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ........................................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................ xii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................... xiii
TĨM TẮT KHỐ LUẬN ................................................................................................... xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................. 1
1. Giới thiệu chung về tinh bột ............................................................................................... 1
1.1. Cấu trúc hố học của tinh bột....................................................................................... 3
1.2. Hình thái của hạt tinh bột............................................................................................. 4
1.3. Độ nhớt của tinh bột .................................................................................................... 6
1.4. Cấu trúc tinh thể của hạt tinh bột ................................................................................. 7
1.5. Các phân đoạn tiêu hoá của tinh bột............................................................................. 9
2. Tính chất lưu biến............................................................................................................... 9
2.1. Khái niệm một số thơng số cơ bản ..............................................................................10
2.2. Phân loại dịng chảy lưu chất ......................................................................................11
3. Khoai mỡ và tinh bột khoai mỡ..........................................................................................13
4. Các phương pháp biến tính tinh bột ...................................................................................15
5. Các phương pháp chiếu xạ thực phẩm................................................................................17
6. Cơ chế của quá trình chiếu xạ lên tinh bột..........................................................................18
7. Các cơng trình nghiên cứu trước đây .................................................................................22
8. Lý do hình thành đề tài ......................................................................................................23
9. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................................24

vii


CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................................................25

2.1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu .............................................................................................25
2.2. Phương pháp thu hồi tinh bột khoai mỡ ..........................................................................26
2.3. Phương pháp chuẩn bị mẫu tinh bột trước khi chiếu xạ Gamma ......................................28
2.3. Xử lý Gamma .................................................................................................................30
2.4. Phân tích ẩm ...................................................................................................................30
2.5. pH ..................................................................................................................................31
2.6. Hàm lượng acid tự do ....................................................................................................31
2.7. Độ hòa tan và độ trương nở.............................................................................................32
2.8. Độ truyền suốt ................................................................................................................32
2.9. Độ nhớt nội tại................................................................................................................33
2.10. Khả năng tạo phức của tinh bột với iodine ....................................................................34
2.11. Quang phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) ..........................................................................34
2.12. Độ tán xạ tia X và mức độ tinh thể ................................................................................35
2.13. Độ tiêu hóa invitro ........................................................................................................35
2.14. Lưu biến .......................................................................................................................36
2.17. Xử lý thống kê ..............................................................................................................37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...........................................................................38
3.1. Hiệu suất thu hồi tinh bột và thành phần hóa học của tinh bột ........................................38
3.2. pH và hàm lượng acid tự do (FA) ...................................................................................38
3.3. Độ nhớt nội tại................................................................................................................40
3.4. Quang phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) ............................................................................42
3.5. Độ tán xạ tia X và mức độ tinh thể ..................................................................................46
3.6. Khả năng tạo phức của tinh bột với iodine ......................................................................49
3.7. Độ hòa tan và độ trương nở.............................................................................................51
3.8. Độ truyền suốt ................................................................................................................54
3.9. Độ tiêu hóa in vitro .........................................................................................................55
3.10. Lưu biến .......................................................................................................................56
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN .....................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................62
PHỤ LỤC .............................................................................................................................70

viii


ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Cấu tạo của Amylose và Amylopectin (Huijbrechts, A. M. L, 2008) ...................... 4
Hình 1.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi quang học nền sáng phân cực
(trong) của các hạt tinh bột tự nhiên từ các giống cây trồng: (a) khoai môn; (b) hạt dẻ; (c)
gừng; (d) sắn dây; (e) bắp; (f) chuối xanh; (g) lúa mì và (h) khoai tây. (Pérez, S., & Bertoft, E.,
2010) ...................................................................................................................................... 5
Hình 1. 3. Kiểu nhiễu xạ tia X của các loại tinh thể loại A, loại B, loại C và loại V của tinh bột
ở góc nhiễu xạ 2θ (Miao, Ming, et al, 2015) ........................................................................... 8
Hình 1. 4. Mơ hình hai đĩa kim loại được sử dụng để xác định ứng suất trượt và tốc độ biến
dạng (Mezger, T., 2020) ........................................................................................................11
Hình 1. 5. Đường cong dịng chảy của các loại lưu chất khơng phụ thuộc vào thời gian (Steffe,
J. F. , 1996) ...........................................................................................................................12
Hình 1. 6. Khoai mỡ ..............................................................................................................14
Hình 1. 7. Phản ứng của gốc H• và •OH và carbohydrate (Sokhey, A. S., & Hanna, M. A,
1993) .....................................................................................................................................18
Hình 1. 8. Phản ứng của gốc tự do D – glucose. Các số từ 1 – 6 dùng để xác định các sản
phẩm. Các số R1 – R10 dùng để xác định phản ứng. (Sokhey, A. S., & Hanna, M. A, 1993) .20
Hình 1. 9. Cơ chế hình thành phản ứng do bức xạ gây ra. (Sokhey, A. S., & Hanna, M. A,
1993) .....................................................................................................................................22
Hình 1. 10. Ảnh hưởng của việc chiếu xạ đến mạch tinh bột (Bashir, K., & Aggarwal, M.,
2019) .....................................................................................................................................22

Hình 2. 1. Quy trình sản xuất tinh bột khoai mỡ.....................................................................26

Hình 3. 1. Mức độ thay đổi pH và hàm lượng acid tự do (FA) của các mẫu tinh bột sau khi
chiếu xạ .................................................................................................................................39
Hình 3. 2. Độ nhớt reduce của các mẫu tinh bột khoai mỡ .....................................................41
Hình 3. 3. Phổ FTIR của các mẫu tinh bột từ số sóng 4000 – 400 cm-1 ..................................43
Hình 3. 4. Phổ X-ray của các mẫu tinh bột .............................................................................47

x


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 .......................................50
Hình 3. 6. Độ hịa tan của tinh bột khoai mỡ ..........................................................................53
Hình 3. 7. Độ trương nở của tinh bột khoai mỡ trước và sau khi chiếu xạ ..............................53
Hình 3. 8. Độ truyền st của tinh bột khoai mỡ trước và sau khi chiếu xạ ............................55
Hình 3. 9. Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng lên ứng suất trượt và độ nhớt biểu kiến của tinh
bột khoai mỡ trước và sau khi chiếu xạ Gamma .....................................................................59

xi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Ứng dụng của tinh bột trong thực phẩm và phi thực phẩm (Burrell, 2003) ............. 1
Bảng 1. 2. Mơ hình Herschel – Bulkley của các loại lưu chất (Steffe, J. F. , 1996) ................13
Bảng 1.3. Các loại phương pháp biến tính tinh bột khác nhau (Singh, J., Kaur, L., & McCarthy,
O. J., 2007) (Sjöö, Malin, and Lars Nilsson, eds., 2017) ........................................................15

Bảng 2. 1. Bảng mã hố mẫu .................................................................................................29
Bảng 2.2. Các thơng số kỹ thuật của thiết bị GC – 5000 ........................................................30

Bảng 3. 1. Thành phần hóa học của tinh bột khoai mỡ (Phụ lục 2) .........................................38

Bảng 3. 2. pH và hàm lượng acid tự do của tinh bột khoai mỡ ở các độ ẩm khác nhau, có và
khơng có xử lý Gamma .........................................................................................................38
Bảng 3. 3. Độ nhớt nội tại......................................................................................................42
Bảng 3. 4. Đỉnh hấp thu của các nhóm chức đặc trưng của tinh bột khoai mỡ (Deeyai, P.,
Suphantharika, M., Wongsagonsup, R., & Dangtip, S., 2013) (Kizil, R., Irudayaraj, J., &
Seetharaman, K., 2002) .........................................................................................................43
Bảng 3.5. Bảng tỉ lệ vùng α-helix (1043 cm-1)/vùng vơ định hình (1016cm-1) của các mẫu tinh
bột .........................................................................................................................................45
Bảng 3. 6. Vị trí đỉnh, độ hấp thu của iodine và hàm lượng (%) amylose của các mẫu tinh bột
khoai mỡ ...............................................................................................................................50
Bảng 3.7. Mức độ tinh thể tương đối của các mẫu tinh bột khoai mỡ .....................................48
Bảng 3. 8. Các phân đoạn tiêu hoá của mẫu tinh bột khoai mỡ ...............................................55
Bảng 3. 9. Lưu chất của tinh bột khoai mỡ theo mơ hình của Herschel – Bulkley ..................57

xii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
FA: Free acidity – Acid tự do
DP: Degree of polymerization – Mức độ polymer hoá
DNS: Dinitro Salicylic Acid
DRC: Degree of relative crystallinity – Mức độ tinh thể tương đối
XRD: X – ray Diffraction – Tán xạ tia X
FTIR: Fourier – Transform Infrared Spectroscopy – Quang phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier
RDS: rapidly digestible starch – Tinh bột tiêu hoá nhanh
SDS: Slowly digestible starch – Tinh bột tiêu hoá chậm
RS: Resistant starch – Tinh bột trơ

xiii

TĨM TẮT KHỐ LUẬN
Trong nghiên cứu này, tinh bột khoai mỡ được sản xuất từ nguyên liệu củ tươi. Tinh bột
khoai mỡ sẽ được điều chỉnh độ ẩm trong khoảng từ 8,86% đến 28,66% w/v, sau đó mang đi
chiếu xạ Gamma với liều chiếu 5kGy. Kết quả sau khi đo các tính chất của tinh bột cho thấy:
pH giảm, hàm lượng acid tự do tăng, mức độ thay đổi ph và hàm lượng acid tự do có xu hướng
giảm dần khi tăng độ ẩm của tinh bột chiếu xạ so với mẫu thô ban đầu. Độ nhớt của các mẫu
tinh bột khoai mỡ sau khi chiếu xạ giảm rõ rệt, kéo theo đó là khối lượng phân tử trung bình
giảm theo. Tia xạ Gamma cũng ảnh hưởng đến phổ FTIR và cấu trúc tinh thể của tinh bột khoai
mỡ khi đo độ tán xạ tia X (XRD). Mẫu tinh bột khoai mỡ khi đo chỉ tiêu độ tiêu hoá invitro thì
cho thấy hàm lượng tinh bột thơ (RS) trong mẫu rất cao. Đây là một loại tinh bột tiềm năng
và rất được sự quan tâm của thị trường thực phẩm trong những năm gần bởi nó mang lại giá
trị lợi ích tiềm tàng về sức khoẻ như cải thiện đường huyết cũng như chức năng của ruột già,…
cũng như cải thiện tính chất chức năng và tăng giá trị cảm quan cho nhiều sản phẩm thực phẩm.
Bên cạnh đó, tính chất lưu biến cũng cho thấy tinh bột khoai mỡ có khả năng mở rộng quy mơ
sản xuất cơng nghiệp bởi tính chất gel có khả năng phục hồi trạng thái ban đầu của nó.

xiv


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. Giới thiệu chung về tinh bột
Sau cellulose, tinh bột là loại carbohydrate dồi dào nhất và sẵn có từ ngun liệu nơng
nghiệp thơ. (Huijbrechts, A. M. L, 2008). Tinh bột thường được tìm thấy trong các loại hạt như
bắp, bắp sáp, lúa mì, gạo; các loại cây rễ củ và cây thân củ như khoai tây, khoai lang, khoai mì
(sắn), hồng tinh (dong); trong thân cây, lá, quả và cả phấn hoa (Pérez, S., & Bertoft, E., 2010)
(Neelam, K., Vijay, S., & Lalit, S., 2012) (Magallanes‐Cruz, P. A., Flores‐Silva, P. C., & Bello‐
Perez, L. A., 2017). Đây là nguồn dự trữ carbohydrate chính của thực vật bậc cao và cũng là
nguồn cung cấp năng lượng chính cho con người.
Tinh bột được tìm thấy nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm vì

tính sẵn có, giá thành tương đối thấp và các tính chất độc đáo. Trong công nghiệp thực phẩm,
tinh bột vừa là sản phẩm thực phẩm vừa là phụ gia giúp làm dày, tạo gel, kết dính, bảo quản,
tăng sự ổn định và thay thế cho các thành phần đắt tiền. (Egharevba, H. O., 2019) (Whistler, R.
L., BeMiller, J. N., & Paschall, E. F. (Eds.)., 2012). Trong các lĩnh vực phi thực phẩm, do tính
tương thích sinh học và khả năng thối hố mà tinh bột có thể được ứng dụng trong dược phẩm,
nhựa dẻo nóng (thermoplastic), cơng nghiệp giấy, dệt và một số ứng dụng khác (Huijbrechts,
A. M. L, 2008).
Bảng 1. 1. Ứng dụng của tinh bột trong thực phẩm và phi thực phẩm (Burrell, 2003)
Nông

và đồ uống

nghiệp (plastic) phẩm

dựng

Dạng

Lớp

Nhựa

Tạo

viên

phủ

phân

viên

hạt

huỷ sinh (tablets) chất

ăn

Nhựa

Dược

Thực phẩm Thức

Xây

Dệt

Giấy

Khác

Sợi

Sợi

Bảng gợn Khoan

khống

dọc

sóng

trong

(corrugated

gia
súc
Mayonnaise

học

(mineral khung board)
fibre)

1

cửi

dầu


Thực phẩm Sản

Phân

Bột

Đúc bê Vải

cho bé

bón

thuốc

tơng

phẩm

Bìa carton

Xử lý
nước

phụ
Bánh mì

Tấm
thạch

Chỉ

Giấy

Keo
dán

cao
Nước ngọt
(soft drinks)
Sản

phẩm

thịt
Bánh kẹo
Tinh bột có thể được phân tích từ hai điểm nhìn tổng quan: (1) Ngun liệu thơ giàu tinh
bột hay tinh bột tự nhiên được sử dụng để làm các thực phẩm như sản phẩm bánh mì, pasta,
bánh ngơ (tortillas) và snack trong đó tinh bột mang lại tính chất hoá lý, chức năng và độ tiêu
hoá cho sản phẩm đó. (2) Tinh bột được phân lập từ nguồn thực vật, được sử dụng trong các
ngành công nghiệp khác nhau và trong nhiều ứng dụng, và được biến tính bởi các phương pháp
hoá học, vật lý và enzyme nhằm mục đích cải thiện các tính chất chức năng. (Magallanes‐Cruz,
P. A., Flores‐Silva, P. C., & Bello‐Perez, L. A., 2017)
Tinh bột tự nhiên và biến tính đều được sử dụng rộng rãi trong quá trình chuẩn bị và chế
biến thực phẩm. Tuy nhiên, trong công nghiệp thực phẩm việc sử dụng tinh bột tự nhiên bị giới
hạn bởi sự thiếu ổn định dưới các điều kiện như nhiệt độ, sự trượt (shear), pH và lạnh đông
thường được áp dụng trong thực phẩm. Thêm vào đó, độ nhớt của tinh bột tự nhiên thường quá
cao để ứng dụng trong công nghiệp. Ngày nay, các nghiên cứu được thực hiện để cải thiện độ
hồ tan và thối hố của tinh bột bằng cách giảm khối lượng phân tử thơng qua xử lý hố học,
vật lý hoặc enzyme hoặc kết hợp các phương pháp này lại với nhau. (Lee, Kwang Yeon, et al.,
2006). Như vậy, sự có mặt của tinh bột biến tính giúp làm tăng tính hữu ích và đáp ứng được
các nhu cầu khác nhau về chức năng và kĩ thuật của các sản phẩm thực phẩm khác nhau..
(Huijbrechts, A. M. L, 2008)

2

1.1. Cấu trúc hoá học của tinh bột
Tinh bột là một polymer sinh học có cấu trúc bán tinh thể và được cấu tạo từ hai thành
phần chính là amylose và amylopectin. (Pérez, S., & Bertoft, E., 2010). Amylose và amylopectin
đều là polymer của D-glucopyranose. Amylose chủ yếu là polymer mạch thẳng, có những đơn
vị glucose gắn với nhau thơng qua liên kết α-1,4-glycoside. Amylopectin là polymer mạch
nhánh, trong phân tử cũng chủ yếu là liên kết α-1,4-glycoside nhưng lại có một tỉ lệ cao hơn ở
những điểm nhánh, nơi hình thành liên kết α-1,6-glycoside. Tuy nhiên, theo (BeMiller, J. N., &
Whistler, R. L. (Eds.), 2009) thì amylose có thể có nhiều hơn 10 nhánh trong cấu trúc phân tử.
Amylopectin có phân tử lớn hơn rất nhiều so với amylose, bởi vì khối lượng phân tử ở
khoảng 107 tới 108 g.mol-1, trong khi amylose có khối lượng phân tử từ 5x105 đến 106 g.mol-1.
Hai loại phân tử có thể được phân biệt bởi kích thước phân tử và đặc tính trong đó có thể hình
dung bằng cách sự liên kết khác nhau của chúng với dung dịch iodine. Màu sắc của liên hợp
amylose-iodine sẽ thay đổi tùy vào chiều dài của chuỗi amylose. Nó thay đổi từ màu nâu
(DP21-24), đến màu đỏ (DP25-29), tím đỏ (DP 30-38), xanh tím (DP 39-40), và cuối cùng
là màu xanh (DP > 47). Khi DP thấp hơn 20, khơng có màu sắc được hình thành (Cui, S.
W. (Ed.)., 2005). Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose khơng cho phản ứng với iodine vì khơng
tạo được một vịng xoắn ốc hồn chỉnh (Hanes, C. S., & Cattle, M., 1938).

3