ảnh hưởng của gốc phosphate đến một số tính chất lý hóa tinh bột sắn biến hình tạo liên kết ngang

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


PHAN THỊ THÚY DIỄM
MSSV: LT 11580

ẢNH HƢỞNG CỦA GỐC PHOSPHATE ĐẾN MỘT SỐ
TÍNH CHẤT LÝ HÓA TINH BỘT SẮN BIẾN HÌNH
TẠO LIÊN KẾT NGANG
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Mã ngành: 08

Giáo viên hƣớng dẫn
NGUYỄN NHẬT MINH PHƢƠNG

Cần Thơ, 2013


Luận văn đính kèm theo đây, với đề tài “Ảnh hƣởng của gốc phosphate đến một số
tính chất lý hóa của tinh bột sắn biến hình tạo liên kết ngang”, đã đƣợc hội đồng
chấm luận văn thông qua.
Cần thơ, ngày…….tháng…….năm…..
Cán bộ hƣớng dẫn

Chủ tịch hội đồng

Nguyễn Nhật Minh Phƣơng

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình
bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình
luận văn nào trƣớc đây.
Sinh viên thực hiên

Phan Thị Thúy Diễm

ii


LỜI CẢM TẠ
r
qu t
kn n
t n

tt

n
nt n
m n n
m
u tr n
n
n v
m n

n n
t
p m ã tận tìn
ỉ d t n ữn k n t ứ v
m qu
u tron suốt t
n
t tr n , t o ều k n o t
o n
luận văn n .

Luận văn tốt n
p n l s ú k t từ qu trìn
tr n v s
n dẫn ủ
N u ễn N ật M n P
m
ều k n o t .
Qu

ót
n tỏ l
n t n n ất.

m n

n

tập v tr o dồ k n t ứ t
n ã t lòn

úp ỡ, t o

N u ễn N ật M n P

n v

s tr n tr n v

ron qu trìn t
n n ên ứu sẽ k n tr n k ỏ s sót, t nên rất mon
ợ n ữn
k n ón óp ủ qu t
.M
k n d k ẳn ịn
p ủ ịn
t
n t p n ận v s tr n tr n v lòn
t n n n u!
Xn

nt

n

m n!

n

,n

28 t

S n v ên t

P

n

ị

n 04 năm 2013
n

ú D ễm

iii


TÓM TẮT
Ảnh hƣởng của gốc phosphate đến một số tính chất lý hóa tinh bột sắn biến hình tạo
liên kết ngang với tác nhân sodium trimetaphosphate (STMP)/sodium tripolyphosphate
(STPP) (99:1,w/w) với các nồng độ khác nhau (4; 8; 12 và 16 %); thay đổi nhiệt độ (40;
45 và 50 oC); thời gian (1; 2 và 3 giờ) và môi trƣờng biến hình khác nhau có pH (4,5; 7
và 11). Các chỉ tiêu đánh giá mức độ biến hình của tinh bột sắn mức độ trùng hợp (Pn),
độ hòa tan (%) và độ trong dung dịch hồ tinh bột (%T650) của tinh bột sắn. Kết quả thu
nhận cho thấy rằng nồng độ tác nhân, nhiệt độ, thời gian và pH đều ảnh hƣởng đến mức
độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột sắn. Mức độ
trùng hợp của tinh bột sắn sau khi biến hình gia tăng với sự gia tăng nồng độ tác nhân,
nhiệt độ, thời gian và pH, trong đó tính chất về độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh
bột giảm đáng kể.

iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. ii
LỜI CẢM TẠ .................................................................................................................. iii
TÓM TẮT........................................................................................................................ iv
MỤC LỤC .........................................................................................................................v
DANH SÁCH BẢNG ...................................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH .........................................................................................................x
CHƢƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ.............................................................................................1
1.1 Giới thiệu .....................................................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................2
CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU ...........................................................................3
2.1 Tổng quan về nguyên liệu sắn ....................................................................................3
2.1.1 Nguồn gốc ...............................................................................................................3
2.1.2 Đặc điểm sinh học ....................................................................................................3
2.1.3 Phân loại ..................................................................................................................3
2.1.4 Cấu tạo củ sắn ..........................................................................................................4
2.1.5 Thành phần hóa học ................................................................................................5
2.1.5.1Tinh bột ..................................................................................................................5
2.1.5.2Đƣờng .....................................................................................................................6
2.1.5.3Protein.....................................................................................................................6
2.1.5.4Vitamin và khoáng .................................................................................................6
2.1.5.5Nƣớc .......................................................................................................................6
2.1.5.6Các hợp chất khác...................................................................................................6
2.1.6 Giá trị sử dụng ..........................................................................................................8
2.1.7 Giá trị dinh dƣỡng ....................................................................................................8
2.2 Tinh bột ......................................................................................................................9

2.2.1 Giới thiệu chung về tinh bột .....................................................................................9
2.2.2 Cấu tạo tinh bột ......................................................................................................10
2.2.2.1Cấu tạo amylose ...................................................................................................12
v


2.2.2.2Cấu tạo amylopectin .............................................................................................12
2.2.3 Một số phản ứng tiêu biểu của tinh bột ..................................................................13
2.2.3.1 Phản ứng thủy phân .............................................................................................13
2.2.3.2 Phản ứng tạo phức ...............................................................................................14
2.2.3.3 Phản ứng hấp thụ .................................................................................................15
2.2.3.4 Phản ứng oxy hóa với periodate ..........................................................................15
2.2.4 Các tính chất của tinh bột .......................................................................................17
2.2.4.1 Độ hòa tan và hút ẩm của tinh bột .......................................................................17
2.2.4.2 Sự trƣơng nở và hiện tƣợng hồ hóa của tinh bột .................................................17
2.2.4.3 Đột nhớt của hồ tinh bột ......................................................................................18
2.2.4.4 Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel của tinh bột ...............................................19
2.2.4.5 Khả năng tạo hình của tinh bột ............................................................................20
2.2.4.6 Khả năng phồng nở của tinh bột ..........................................................................20
2.2.5 Những ứng dụng của tinh bột sắn trong ngành công nghiệp thực phẩm và các
ngành công nghiệp khác ......................................................................................21
2.2.5.1 Ứng dụng tinh bột sắn trong ngành công nghiệp thực phẩm ..............................21
2.2.5.2 Ứng dụng tinh bột sắn trong các ngành công nghiệp khác .................................22
2.3 Tinh bột biến hình ....................................................................................................22
2.3.1 Lịch sử hình thành tinh bột biến hình ....................................................................22
2.3.2 Phân loại tinh bột biến hình ...................................................................................23
2.3.2.1Phƣơng pháp biến hình vật lý ...............................................................................23
2.3.2.2Phƣơng pháp biến hình enzyme ...........................................................................24
2.3.2.3Phƣơng pháp biến hình hóa học ...........................................................................24
2.3.3 Lý thuyết về tinh bột biến hình bằng cách tạo liên kết ngang ...............................30

2.3.3.1Lịch sử ..................................................................................................................30
2.3.3.2Các tính chất của tinh bột liên kết ngang .............................................................31
2.3.3.3 Tác nhân tạo liên kết ngang ................................................................................33
2.4 Sodium trimetaphosphate ..........................................................................................33
2.5 Sodium tripolyphosphate ..........................................................................................34
vi


2.6 Ứng dụng tinh bột biến hình ......................................................................................35
2.6.1 Ứng dụng tinh bột biến hình trong ngành công nghiệp thực phẩm ........................35
2.6.2 Ứng dụng tinh bột biến hình trong các ngành công khác .......................................36
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ..........................38
3.1 Phƣơng tiện thí nghiệm .............................................................................................38
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..........................................................................38
3.1.2 Nguyên liệu ............................................................................................................38
3.1.3 Dụng cụ thí nghiệm ................................................................................................38
3.1.4 Hóa chất .................................................................................................................38
3.2 Phƣơng pháp thí nghiệm............................................................................................39
3.3 Quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang theo
Woo và Seib (2002) ................................................................................................39
3.4 Nội dung và bố trí thí nghiệm....................................................................................40
3.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến một số tính chất lý
hóa của tinh bột sắn biến hình bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang .................40
3.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến một số tính
chất lý hóa của tinh bột sắn bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang ......................40
3.4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng pH (môi trƣờng biến hình) đến một số tính
chất lý hóa của tinh bột sắn bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang ......................41
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................42
4.1 Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn ......42
4.1.1 Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn ...........42

4.1.2 Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến độ hòa tan của tinh bột sắn .......................43
4.1.3 Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột
sắn .........................................................................................................................44
4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến một số tính chất lý hóa của tinh bột
sắn .........................................................................................................................45
4.2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn
............................................................................................................................. 46
4.2.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ hòa tan của tinh bột sắn .........48

vii


4.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ trong dung dịch hồ tinh bột của
tinh bột sắn ...........................................................................................................49
4.3 Ảnh hƣởng pH đến một số tính chất lý hóa của tinh bột sắn ...................................50
4.3.1 Ảnh hƣởng pH đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn .........................................50
4.3.2 Ảnh hƣởng pH đến độ hòa tan của tinh bột sắn .....................................................51
4.3.3 Ảnh hƣởng pH đến độ trong dung dịch hổ tinh bột của tinh bột sắn .....................52
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................54
5.1 Kết luận .....................................................................................................................54
5.2 Đề nghị ......................................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................55
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... xii

viii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1: Thành phần hóa học của củ sắn ...........................................................................5
Bảng 2: Hàm lƣợng cyanogenic glucoside trong các mô của các giống sắn ngọt và sắn

đắng......................................................................................................................7
Bảng 3: Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột .............................................................10
Bảng 4: Nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột tự nhiên ....................................................18
Bảng 5: Thành phần hóa học của sodium trimetaphosphate ...........................................34
Bảng 6: Ứng dụng của một số loại tinh bột biến hình ....................................................36
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 .....................................................42
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 ...........................................46
Bảng 9: Ảnh hƣởng pH đến mức độ trùng hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh
bột của tinh bột sắn ............................................................................................50

ix


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1: Cây sắn .................................................................................................................4
Hình 2: Cấu tạo củ sắn .......................................................................................................5
Hình 3: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với xúc tác của enzyme tyrosinase ...........8
Hình 4: Hình dạng của một số hạt tinh bột .......................................................................9
Hình 5: Cấu trúc hạt tinh bột ..........................................................................................11
Hình 6: Cấu trúc của amylose và amylopectin ................................................................12
Hình 7: Phản ứng thủy phân của tinh bột bằng enzyme và acid .....................................14
Hình 8: Phản ứng oxy hóa periodate hình thành hai nhóm aldehyde..............................15
Hình 9: Oxy hóa periodate tiêu thụ hai phân tử periodate và hình thành hai nhóm
aldehyde và một acid formic ............................................................................16
Hình 10: Oxy hóa periodate với sự tạo thành 3 acid formic ...........................................16
Hình 11: Sự hồ hóa và thoái hóa gel của tinh bột ..........................................................20
Hình 12: Tinh bột biến hình bằng phƣơng pháp hóa học và enzyme..............................25
Hình 13: Tinh bột oxi hóa, chỉ ra sự hình thành nhóm carbonyl ..................................27

Hình 14: Phản ứng hóa học tạo thành tinh bột acetate ....................................................29
Hình 15: Phản ứng hóa học tạo thành tinh bột ether .......................................................29
Hình 16: Phản ứng tạo liên kết ngang của tinh bột với phosphorus oxychloride ...........30
Hình 17: Sự tạo thành tinh bột liên kết ngang .................................................................31
Hình 18: Ảnh hƣởng pH đến độ trong (% T650) tinh bột lúa mì (Δ) và tinh bột ngô (●)
khi sử dụng STPP/STMP ................................................................................32
Hình 19: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP và nhiệt độ đến độ hòa tan tinh bột ngô ....32
Hình 20: Một số phản ứng tinh bột tạo liên kết ngang với nhóm phosphate ..................33
Hình 21: Công thức cấu tạo của sodium trimetaphosphate .............................................34
Hình 22: Công thức cấu tạo sodium tripolyphosphate ....................................................35
Hình 23: Tinh bột sắn ......................................................................................................38
Hình 24: Quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng cách tạo liên kết ngang Woo
and Seib (2002) ...............................................................................................39
Hình 25: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn .....43
Hình 26: Ảnh hƣởng STMP/STPP đến độ hòa tan của tinh bột sắn ...............................44
x


Hình 27: Ảnh hƣởng nồng độ STMP/STPP đến độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh
bột sắn .............................................................................................................45
Hình 28: Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến mức độ trùng hợp của tinh bột
sắn ...................................................................................................................47
Hình 29: Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ hòa tan tinh bột sắn .........48
Hình 30: Ảnh hƣởng nhiệt độ và thời gian biến hình đến độ trong dung dịch hồ tinh bột
của tinh bột sắn ...............................................................................................49
Hình 31: Ảnh hƣởng pH đến mức độ trùng hợp của tinh bột sắn biến hình ...................51
Hình 32: Ảnh hƣởng của pH đến độ hòa tan của tinh bột sắn biến hình.........................52
Hình 33: Ảnh hƣởng pH đến độ trong dung dịch hồ tinh bột của tinh bột của tinh bột
sắn ...................................................................................................................53

xi


CHƢƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 Giới thiệu
Nƣớc ta có nguồn tinh bột rất đa dạng và phong phú, tuy điều kiện khí hậu khắc nghiệt,
thời tiết thất thƣờng, đất đai kém màu mỡ nhƣng vẫn thu đƣợc nguồn nguyên liệu tinh
bột quan trọng với năng suất và chất lƣợng cao nhƣ khoai, sắn, sắn dây, huỳnh tinh…
Sắn là loại cây lƣơng thực có sản lƣợng cao hiện nay, các sản phẩm từ sắn nhƣ sắn lát,
sắn viên, tinh bột sắn,… Trong đó tinh bột sắn đƣợc ứng dụng rộng rãi cho nhiều lĩnh
vực nhƣ công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp chất kết dính, dƣợc phẩm và
công nghiệp thực phẩm.
Tinh bột là một trong những nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp nhƣ
công nghiệp giấy, công nghiệp keo dán, công nghiệp thực phẩm… do có những tính
chất đặc trƣng của nó nhƣ tạo hình dáng, tạo khung, độ đàn hồi, độ xốp, có khả năng tạo
gel, tạo màng và một số sản phẩm yêu cầu tinh bột giàu amylose, một số sản phẩm yêu
cầu tinh bột thuần nhất amylopectin hoặc cần dạng tinh bột có độ hòa tan tốt, tinh bột
bền không bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp, cần độ dẻo, độ trong và một số sản phẩm khác
không mong muốn những tính chất đó (Aparicio Saguilan et at., 2005). Tuy nhiên, tinh
bột tự nhiên còn nhiều hạn chế về mặt tính chất chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu khác nhau
trong công nghiệp, vì vậy cần phải cải biến một số tính chất lý hóa của tinh bột hay còn
gọi là biến hình tinh bột để thu về tinh bột có tính chất hoàn toàn mới so với tinh bột tự
nhiên.
Tinh bột biến hình đƣợc cải biến bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau: vật lý, hóa học và
enzyme; trong từng phƣơng pháp lại có nhiều cách biến hình nhƣ phƣơng pháp hóa học
các cách nhƣ thủy phân bằng aicd, oxy hóa, ether hóa, ester hóa, liên kết ngang,…
(Jayakody và Hoover, 2002) để điều chỉnh tính chất của tinh bột thành dạng phù hợp
với yêu cầu sử dụng từng sản phẩm cụ thể.
Từ những tính chất và ứng dụng từ tinh bột biến hình, mục đích của việc nghiên cứu đề
tài này là tạo ra tinh bột sắn biến hình bằng cách tạo liên kết ngang theo phƣơng pháp

Woo và Seib, (2002). Tinh bột biến hình tạo liên kết ngang đƣợc xử lý với một số tác
nhân nhƣ sodium trimetaphosphate (STMP), sodium tripolyphospate (STPP),
epichlorohydrin (EPI) và phosphoryl clorua (POCl3)... đã đƣợc sử dụng, có khả năng
hình thành hoặc ether hoặc ester mối liên kết giữa các nhóm phân tử hydroxyl trên phân
tử tinh bột (Rutenbergb và Solarek, 1984). Nhằm tạo ra tinh bột biến hình dai hơn, dòn
hơn, cứng hơn, chịu đƣợc acid, nhiệt và lực cắt hơn tinh bột tự nhiên. Các yếu tố ảnh
hƣởng đến mức độ liên kết ngang nhƣ loại tinh bột, loại tác nhân, thành phần, nồng độ,
nhiệt độ, thời gian, pH (Chung, Woo và Lim, 2004; Lim và Seib, 1993).

1


1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Ảnh hƣởng nồng độ sodium trimetaphosphate/sodium tripolyphosphate, nhiệt độ, thời
gian và pH khác nhau đến một số tính chất của tinh bột sắn biến hình nhƣ mức độ trùng
hợp, độ hòa tan và độ trong dung dịch hồ tinh bột.
Đề xuất quy trình sản xuất tinh bột sắn biến hình bằng phƣơng pháp tạo liên kết ngang
với các thông số kỹ thuật.

2


CHƢƠNG 2. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về nguyên liệu sắn
2.1.1 N uồn ố
Sắn (hay còn gọi là khoai mì) có tên khoa học Manihot esculenta Crantz và đƣợc biết
đến với nhiều tên gọi trong các ngôn ngữ khác: cassava và cassada ở châu Phi và Nam
Á; tapioca ở Ấn Độ và Malaysia; yucca ở Trung Mĩ; mandioca và manioca ở Bazil;
maracheeni ở miền bắc Kerala và các tên gọi khác (singkong, ubikayu, aipim, macaxeir,
kappa), bắt nguồn từ lƣu vực sông Amazone Nam Mỹ (William F. Breuniger et al.,

2009), là cây lƣơng thực ăn củ có thể sống lâu năm, ƣa ẩm và có mặt hơn 80 quốc gia
có khí hậu nhiệt đới ẩm trên thế giới. Sản lƣợng sắn hàng năm trên thế giới khoảng 175
triệu tấn với diện tích canh tác 14,15 triệu hecta phân bố trên 80 quốc gia (Hoàng Kim
Anh và cộng sự, 2004). Ở nƣớc ta, sắn đƣợc trồng khắp nơi từ bắc tới nam nhƣng do
quá trình sinh trƣởng và phát triển của sắn kéo dài, khả năng giữ đất lâu đƣợc trồng chủ
yếu các tỉnh trung du và thƣợng du Bắc Bộ nhƣ: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình,…
các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên….
2.1.2 ặ

ểm s n

Sắn (hình 1) thuộc loại cây gỗ cao từ 1 đến 5 m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất
yếu; lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, dạng chân vịt, thuộc loại lá đơn mọc
xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc, cuống lá có màu xanh, tím hoặc xanh điểm
tím; hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa, hoa cái không nhiều,
mọc ở phía dƣới cụm hoa và nở trƣớc hoa đực nên hoa cái đƣợc thụ phấn từ hoa đực
của cây khác nhờ gió hoặc côn trùng; quả thuộc loại quả nang, có màu nâu nhạt đến đỏ
tía, hình lục giác, chia thành ba ngăn, mỗi ngăn một hạt, khi chín, quả tự khai; Rễ mọc
từ mắt và mô sẹo của hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất, theo thời gian
chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ. Thông thƣờng, mỗi cây có từ 5 đến 10 củ
phát triển tròn xung quanh gốc, củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25 đến
100 cm, đƣờng kính trung bình 3 đến 15 cm (Hoàng Kim Anh và cộng sự, 2004). Nhìn
chung, kích thƣớc cũng nhƣ trọng lƣợng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và
độ màu mỡ của đất.
2.1.3 P

n lo i

Sắn bao gồm nhiều loại giống, chúng khác nhau về chiều cao, thời gian sinh trƣởng,
màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất sắn đắng hay ngọt (quyết định bởi hàm lƣợng

cyanogenic glucoside cao hay thấp) mà tiến hành phân loại. Tuy nhiên trong công nghệ
sản xuất tinh bột ngƣời ta phân thành hai loại: sắn đắng và sắn ngọt.
+ Sắn đắng: chứa nhiều tinh bột, nạc củ (thịt sắn) nhƣng độc tố lại cao, hàm lƣợng
cyanogenic glucoside ở lá tƣơi khoảng 160 - 240 mg / kg và củ tƣơi từ 60 - 150 mg / kg,
3


do chứa hàm lƣợng độc tố cao nên không sử dụng làm thức ăn tƣơi thƣờng dùng sản
xuất tinh bột và đòi hỏi quy trình công nghệ phức tạp hơn để tách dịch bào.
+ Sắn ngọt: là loại sắn ít tinh bột, ít độc tố hơn sắn đắng, hàm lƣợng cyanogenic
glucoside ở lá tƣơi khoảng 80 - 110 mg / kg và củ tƣơi 20 - 30 mg / kg.

Hình 1: Cây sắn
(N uồn: />
2.1.4 ấu t o ủ s n
Củ sắn thƣờng gồm bốn phần chính (hình 2):
- Vỏ gỗ: lớp bên ngoài, chiếm từ 0,5 - 3% khối lƣợng củ, thành phần chủ yếu là
cellulose, không có tinh bột, dễ tróc khi bảo quản, trong chế biến tách càng sạch vỏ gỗ
càng tốt (vì trong lớp vỏ gỗ chứa chlorophyll, các chất protein đông tụ làm tinh bột có
màu sẫm).
- Thịt sắn: chiếm phần lớn khối lƣợng của củ, cấu tạo chủ yếu chứa tế bào mô mềm
(gồm hạt tinh bột, chất nguyên sinh, đƣờng, chất vi lƣợng), tế bào thành cứng (chủ yếu
là cellulose) và một ít dịch bào.
- Vỏ cùi hay vỏ thịt: nằm giữa vỏ gỗ và thịt sắn, chiếm từ 8 - 10% khối lƣợng toàn củ;
vỏ cùi gồm các tế bào thành dày, ngoài cellulose là chính còn chứa 5 - 8% tinh bột;
trong vỏ cùi chứa các hợp chất nitơ và dịch bào (trong dịch bào có tannin, sắc tố,
enzyme, độc tố, khoáng) gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng và quá trình chế biến.
- Lõi: là thành phần ở trung tâm, lõi lớn sẽ làm hiệu suất và năng suất máy giảm (Lê
Ngọc Tú và cộng sự, 2003).

4


Vỏ ỗ

Vỏ
ịt s n

Lõi

Hình 2: Cấu tạo củ sắn
(N uồn: Wiliam F. Breuninger et al., 2009)

2.1.5

n p n ó

Thành phần chính của củ sắn là tinh bột, bên cạnh đó còn có các thành phần khác:
protein, khoáng, lipid, xơ và một số vitamin B1, B2 và hàm lƣợng tƣơng ứng đƣợc thể
hiện bảng 1.
Bảng 1: Thành phần hóa học của củ sắn

Thành phần hóa học

Hàm lƣợng (%)

Nƣớc

70,25

Tinh bột

21,45

Protein

1,12

Chất béo

0,40

Đƣờng

5,13

Tro

0,54

(N uồn: Lê N

2.1.5.1

n

úv

n s , 2003)

t

Là thành phần quan trọng của củ sắn, hàm lƣợng tinh bột trong củ sắn phụ thuộc vào
nhiều yếu tố nhƣ: điều kiện khí hậu, giống, thời vụ thu hoạch, bảo quản…
5


Nếu thu hoạch quá sớm hàm lƣợng tinh bột thấp, hàm lƣợng các chất hòa tan cao khi
chế biến tinh bột thì hiệu suất thu hồi thấp và quá trình bảo quản gặp nhiều khó khăn;
ngƣợc lại thu hoạch trễ củ nhiều xơ, hàm lƣợng tinh bột cũng không cao vì một phần
tinh bột thủy phân thành đƣờng để cung cấp chất dinh dƣỡng cho mầm phát triển.
2.1.5.2

n

Đƣờng trong sắn chủ yếu đƣờng glucose và một ít maltose, saccharose; sắn càng già
hàm lƣợng đƣờng càng giảm; trong chế biến đƣờng hoà tan trong nƣớc và theo nƣớc
dịch ra ngoài.
2.1.5.3 Protein
Protein có trong củ rất thấp chiếm hàm lƣợng khoảng 1 - 1,2% nên cũng ít ảnh hƣởng
đến quy trình công nghệ.
2.1.5.4 Vitamin và khoáng
Củ sắn có chứa nhiều vitamin C và canxi, ngoài ra trong củ sắn còn có vitamin nhóm B
và nhiều loại khoáng khác.
2.1.5.5 N
Lƣợng nƣớc trong củ sắn tƣơi rất cao chiếm khoảng 70% khối lƣợng toàn củ gây khó
khăn cho việc bảo quản củ tƣơi.
2.1.5.6

ợp

ất k

Ngoài những chất dinh dƣỡng trên, sắn còn chứa độc tố, tannin, sắc tố và hệ enzyme
phức tạp là những chất gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng quá trình bảo quản và chế
biến tinh bột sắn.
- Độc tố trong sắn
Trong sắn, HCN tồn tại dƣới dạng cyanogenic glucoside gồm 2 loại linamarin
(C10H17O6N) và lotaustralin (C11H19O6N); linamarin đƣợc phát hiện lần đầu bởi Peckolt
và còn đƣợc gọi là manihotoxin, khi vào đƣờng tiêu hóa sẽ đƣợc men tiêu hóa thủy
phân thành acid hydrocyanic (HCN) vào máu gây độc.
C10H17O6N
Linamirin

+ H2 O

C6H12O6
Glucose

+

(CH3) 2
Aceton

+

HCN

Acid anhydrocyanic

Liều ngộ độc ở ngƣời lớn là 20 mg / kg thể trọng, ở trẻ em liều tử vong là 1mg / kg thể
trọng, hàm lƣợng độc tố trong sắn phân bố không giống nhau tùy thuộc vào từng giống
và các mô khác nhau mà hàm lƣợng độc tố khác nhau (bảng 2).
Sắn cao sản dùng trong công nghiệp chế biến bột ngọt, mì ăn liền, glucose, phụ gia
dƣợc phẩm, rƣợu..., có cọng lá dầy màu xanh ánh vàng, đọt lá màu tím, đặc biệt củ nhỏ,
6


tròn, dài, có vỏ lụa màu trắng, hàm lƣợng cyanogenic glucoside (60 - 150 mg / kg)
nhiều hơn sắn thƣờng (20 - 30 mg / kg).
Bảng 2: Hàm lƣợng cyanogenic glucoside trong các mô của các giống sắn ngọt và sắn đắng

Giống

Ngọt

Đắng

Các mô

Cyanogenic glucoside (mg / kg mô ƣớt)

Hạt

0,00

Cây giống 10 ngày tuổi

285

Lá trƣởng thành

468

Rễ

126,5

Củ

462

Hạt

7,50

Cây giống 10 ngày tuổi

245

Lá trƣởng thành

310

Rễ

185

Củ

395

(N uồn: Nartey F., 1978)

- Tannin
Hàm lƣợng tannin trong sắn ít nhƣng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu
sẫm đen khó tẩy; tannin còn tác dụng với sắt (Fe) tạo thành sắt tannate cũng có màu
sẫm đen. Cả hai chất này đều ảnh hƣởng đến màu sắc của tinh bột nếu trong chế biến
không tách dịch bào nhanh và triệt để.
- Hệ enzyme
Trong sắn thì hệ enzyme polyphenoloxydase là enzyme có ảnh hƣởng nhiều tới chất
lƣợng trong bảo quản và chế biến; khi chƣa thu hoạch hoạt động enzyme này yếu và ổn
định nhƣng sau khi thu hoạch lại hoạt động mạnh. Polyphenoloxydase xúc tác quá trình
oxy hoá polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất
phenol nhƣ acid amin để hình thành sản phẩm có màu, trong nhóm polyphenoloxydase
có những enzyme oxy hoá các monophenol mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy
hoá acid amin tyrosine tạo nên quinon tƣơng ứng, sau một số chuyển hoá các quinon
sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin (hình 3). Đây là một trong những nguyên
nhân làm cho thịt sắn có màu đen mà thƣờng gọi là sắn chảy nhựa, khi sắn đã chảy
nhựa lúc mài xát khó mà phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất thu hồi
tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng.
7


Hình 3: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với xúc tác của enzyme tyrosinase
(N uồn: />
2.1.6

trị sử dụn

Theo tổ chức Lƣơng Nông Thế Giới (FAO), từ năm 1975 đến 1980, 65% tổng sản
lƣợng sắn đƣợc con ngƣời sử dụng, phần còn lại làm thức ăn gia súc và sử dụng cho các
ngành công nghiệp khác (Hoàng Kim Anh và cộng sự, 2004). Trƣớc hết, sắn có khả
năng thay thế trực tiếp một khẩu phần gạo, thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo
quản cũng tƣơng đối ổn định nếu đƣợc chế biến thành những sản phẩm khác nhƣ sắn
lát, miếng sắn, tinh bột sắn…Sắn là nguồn nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ,
ngành giấy, ngành đƣờng (dùng hóa chất hay men thực vật để chuyển hoá tinh bột sắn
thành đƣờng mạch nha hay glucose), rƣợu và cồn đều có thể sử dụng sắn làm nguyên
liệu chính.
2.1.7

trị d n d ỡn

Sắn có giá trị dinh dƣỡng cao cũng giống nhƣ khoai tây, khoai môn, khoai lang… tuy
hàm lƣợng protein có trong sắn thấp nhƣng chứa nhiều carbonhydrate là nguồn cung
cấp nhiều năng lƣợng cho cơ thể, một nguồn tốt cung cấp kali và chất xơ giúp duy trì
quá trình cân bằng hàm lƣợng nƣớc trong máu và chất xơ giúp ngừa táo bón, có khuynh
hƣớng giảm hàm lƣợng cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch.
Nhƣ vậy, so với nhu cầu dinh dƣỡng và sinh tố của cơ thể con ngƣời, sắn là một loại
lƣơng thực nếu đƣợc sử dụng mức độ hợp lý thì có thể thay thế hoàn toàn nhu cầu
đƣờng bột từ các loại lƣơng thực khác cho cơ thể nhƣng thực tế đã cho thấy nó có thể
8


gây ra các triệu chứng suy dinh dƣỡng do sử dụng không hợp lý và không bổ sung đầy
đủ protein, vitamin… những ngƣời dễ bị ảnh hƣởng nhiều nhất là phụ nữ đang mang
thai, bà mẹ đang cho con bú và trẻ em.
2.2 Tinh bột
2.2.1

t

u

un về t n

t

Tinh bột là một loại polysaccharide có khối lƣợng phân tử cao gồm các đơn vị glucose
đƣợc nối với nhau bởi các liên kết α-glucoside có công thức phân tử là (C6H10O5)n, với
n có thể từ vài trăm đến một triệu.
Trong thực vật, tinh bột thƣờng có mặt dƣới dạng không hòa tan trong nƣớc nên có thể
tích tụ một lƣợng nƣớc lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hƣởng đến áp suất thẩm
thấu. Các carbohydrate đầu tiên đƣợc tạo thành trong lục lạp do quang hợp, nhanh
chóng đƣợc chuyển thành tinh bột và đƣợc dự trữ trong hạt, quả, rễ, thân và bẹ lá.
Tinh bột dự trữ dƣới dạng hạt, hạt tinh bột của tất cả các hệ thống có dạng hình tròn,
hình bầu dục hay hình đa giác; ngay cả trên cùng một loại nguyên liệu, hình dáng và
kích thƣớc của chúng cũng không giống nhau thể hiển ở hình 4. Trong các loại hạt tinh
bột thì hạt tinh bột khoai tây có kích thƣớc lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột gạo. Kích
thƣớc của các hạt tinh bột khác nhau cũng ảnh hƣởng đến tính chất cơ lý khác nhau nhƣ
nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp thụ xanh metylen,… Hạt nhỏ có cấu tạo chặt chẽ, hạt lớn
có cấu tạo xốp.

Hình 4: Hình dạng của một số hạt tinh bột
1.1: t t n
t Don r ền ; 1.2: t t n
t ậu X n ; 1.3: t t n
t o; 1.4: t t n
t o s n;
1.5: t t n

t K o l n ; 1.6: t t n
t K o t ; 1.7:
ttn
t Mì; 1.8: t t n
t p;
1.9: t t n
t S n; 1.10: t t n
t S n d ; 1.11: t t n
t Sen; 1.12: t t n
t Ý dĩ.
(N uồn: />
9


Tinh bột thực phẩm có thể chia thành 3 hệ thống:
+ Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc nhƣ: lúa, ngô (bắp), kê, lúa mì, đại mạch, kiều
mạch, yến mạch, lúa mạch đen,... hàm lƣợng tinh bột trong các hạt ngũ cốc chiếm
khoảng 50 - 70% lƣợng chất khô của hạt.
+ Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu nhƣ: đậu Hà Lan, đậu đỗ (đậu xanh, đậu trắng,
đậu đen,…) và đậu ván (trừ đậu tƣơng) cũng giàu tinh bột.
+ Hệ thống tinh bột của các loại củ: khoai tây, khoai lang, sắn, dong riềng, củ mài, sắn
dây,… cũng là những nguồn thu tinh bột rất quan trọng.
Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột thể hiện hình dạng, kích thƣớc và hàm lƣợng
amylose của mỗi loại tinh bột khác nhau thì khác nhau (bảng 3).
Bảng 3: Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột

Tinh bột

Hình dạng

Kích thƣớc hạt (μm)

Amylose (%)

Ngô

Tròn, đa giác

10 - 30

28

Lúa mì

Tròn

5 - 50

25

Gạo

Đa giác

2 - 10

19

Đậu xanh

Tròn, bầu dục

7 - 26

54

Khoai tây

Bầu dục

1- 120

20

Sắn

Tròn, ngắn

5 - 35

17

Khoai lang

Bầu dục

5 - 50

18

Dong riềng

Bầu dục

10-130

38 - 41

(N uồn: Lê N

úv

n s , 2003)

Tinh bột sắn có màu trắng, quan sát bằng máy quét SEM hạt tinh bột sắn có kích thƣớc
từ 5 đến 35 µm những hạt kích thƣớc lớn từ 25 đến 35 µm, hạt nhỏ từ 5 đến 15 µm và
nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn và có bề mặt nhẵn. Khi hạt tinh bột sắn vỡ ra, có
thể quan sát đƣợc cấu trúc xốp của hạt; các lỗ xốp này giúp nƣớc thâm nhập và làm
trƣơng nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể.
2.2.2 ấu t o t n

t

Tinh bột (hình 5) không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccharide khác
nhau gồm amylose và amylopectin, hầu hết các tinh bột đều chứa khoảng 20 - 30%
amylose, 70 - 80% amylopectin. Tinh bột loại nếp (gạo nếp hay ngô nếp) gần nhƣ 100%
10


là amylopectin, tuy nhiên nhiều giống ngô có thể chứa 50 - 80% amylose, trong tinh bột

đậu xanh, dong riềng hàm lƣợng amylose chiếm trên dƣới 50%. Hai thành phần này
khác nhau về tính chất vật lý và hóa học, dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia
đƣợc hai thành phần để điều chế dạng tinh khiết. Các phƣơng pháp để tách và xác định
hàm lƣợng amylose và amylopectin là chiết rút amylose bằng nƣớc nóng; kết tủa
amylose bằng rƣợu; hấp thụ chọn lọc amylose trên cellulose. Tinh bột sắn có hàm lƣợng
amylopectin và phân tử lƣợng trung bình tƣơng đối cao, 215000 g / mol so với 30500,
130000, 224500 và 276000 tƣơng ứng ở amylose của ngô, tinh bột lúa mì, tinh bột
khoai tây và tinh bột ngô nếp. Hàm lƣợng amylose nằm trong khoảng 8 - 29% nhƣng
nói chung các giống sắn có tỷ lệ amylose 16 - 18%. Tinh bột sắn có hàm lƣợng
amylopectin nhiều có những tính chất tƣơng tự nhƣ các loại tinh bột chứa nhiều
amylopectin nhƣ độ nhớt cao, xu hƣớng thoái hóa thấp và độ bền gel cao.
Phân tử
amylopectin

Vùng tinh thể
Phân tử
amylose

Vùng vô định hình

Tinh thể

Vô định hình
Tinh thể

Vô định hình
Hạt tinh bột
Tinh thể

Sự sắp xếp vùng tinh thể

của xoắn ốc kép

Sự sắp xếp xoắn ốc của
chuỗi glucose cạnh nhau
Liên kết α-1,6 nhánh
trong amylopectin

Liên kết α-1,4
glucoside

Phân tử
amylose

Hình 5: Cấu trúc hạt tinh bột
(N uồn: Don ld, 2004)

11


2.2.2.1 ấu t o m lose
Phân tử amylose (hình 6.a) bao gồm một chuỗi sắp xếp song song nhau, cấu trúc mạch
thẳng, liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4 glucoside (hình 5.g). Theo những nghiên cứu
đã có, amylose chứa 0,1% các liên kết phân nhánh α-1,6 glucoside.

a

b

Hình 6: Cấu trúc của amylose và amylopectin
(N uồn: Murphy P., 2000)

Amylose trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc trạng thái thoái hoá thƣờng có cấu
trúc mạch thẳng, khi thêm tác nhân kết tủa vào mới chuyển thành dạng xoắn ốc, mỗi
vòng gồm 6 gốc glucose, đƣờng kính xoắn ốc là 12,97 Ao, chiều dài là 7,91 Ao. Phân tử
amylose có một đầu khử và một đầu không khử, trong đó có nhóm -OH glucoside gắn
lại với nhau nhờ liên kết α-1,4 glucoside tạo nên một chuỗi dài khoảng 500 - 2000 đơn
vị glucose, có trọng lƣợng phân tử 106 daltons và độ trùng hợp 1500 - 1600. Amylose
mới tách ra từ hạt tinh bột thƣờng có độ hòa tan cao, song cũng không bền và nhanh
chóng bị thoái hóa (Zhenghong Chen, 2003). Trong dung dịch, các phân tử amylose có
khuynh hƣớng liên kết lại tạo ra các tinh thể, nếu tốc độ liên kết chậm thì amylose tạo
thành một khối đông không tan của các hạt đã bị thoái hóa, ngƣợc lại nếu tốc độ liên kết
nhanh thì amylose chuyển thành thể keo, amylose mạch thẳng có thể tạo màng và sợi
với độ bền, độ mềm dẻo cao.
2.2.2.2 ấu t o m lope t n
Phân tử amylopectin (hình 6.b) cấu tạo vô định hình, dạng phân nhánh, ngoài liên kết α1,4 glucoside các phân tử glucose còn liên kết α-1,6 glucoside (hình 5.f) mỗi nhánh có
12


không quá 24 gốc glucose. Amylopectin có trọng lƣợng phân tử khoảng 108 daltons và
độ trùng hợp từ 3.105 - 3.106 (Zhenghong Chen, 2003). Do cấu trúc phân nhánh nên liên
kết yếu với iodine, phần liên kết chủ yếu là nhánh ngoài hình thành nên những chất hấp
thụ màu tím đỏ. Khác hẳn với amylose, amylopectin chỉ hòa tan trong nƣớc ở nhiệt độ
cao tạo dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững. Khi đun nóng làm thay đổi sâu sắc và
không thuận nghịch cấu trúc phân tử amylopectin gây trạng thái hồ hóa tinh bột. Phản
ứng với lectin là phản ứng đặc trƣng của amylopectin, khi liên kết giữa lectin với gốc αD glucopiranozil nằm ở đầu cuối không khử của amylopectin làm cho amylopectin kết
tủa và tách ra khỏi dung dịch (Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2003).
2.2.3 M t số p n ứn t êu
2.2.3.1 P

ểu ủ t n

t

n ứn t ủ p n

Một phản ứng quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị
glucose bằng acid hoặc bằng enzyme. Acid có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban
đầu hoặc dạng hồ hóa, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa.
Phản ứng thủy phân xúc tác của enzyme: Những enzyme thủy phân tinh bột gọi là
amylase hiện nay ngƣời ta biết rõ có 6 loại enzyme amylase trong đó:
+ 3 loại: α-amylase, β-amylase và glucoamylase xúc tác cắt đứt liên kết α-1,4 glucoside
của tinh bột và polysaccharide cùng loại.
+ 3 loại: dextrin-6 glucanhydrolase và dextrinase xúc tác cắt đứt liên kết α-1,6
glucoside trong polysaccharide và dextrin cuối.
 α- amylase (endo-1,4-α-D glucan glucohydrolase, EC 3.2.1.1) là enzyme ngoại bào
thủy phân liên kết α-1,4 glucoside của phân tử amylose một cách ngẫu nhiên không
theo một trật tự nào và giải phóng glucose dạng α nên đƣợc gọi là α-amylase. Enzyme
này không chỉ thủy phân hồ tinh bột, còn có khả năng thủy phân hạt tinh bột nguyên
chƣa xử lý nhƣng với tốc độ rất chậm, amylose bị thủy phân thành oligosaccharide gồm
6 - 7 gốc glucose, các chất này bị phân giải ngắn dần và phân giải chậm đến
maltotetraose, maltotriose, maltose; sản phẩm thủy phân amylose chứa 13% glucose và
87% maltose. Tác dụng lên amylopectin cũng tƣơng tự nhƣ đối với amylose nhƣng αamylase không phân cắt đƣợc liên kết α-1,6 glucoside ở mạch nhánh trong phân tử, nếu
có tác dụng lên sản phẩm lâu thì sản phẩm cuối ngoài đƣờng glucose, maltose còn có
các dextrin phân tử thấp và izomaltose.
 β- m l se (α-1,4-glucan maltohydrolase, EC 3.2.1.2) là một exo-enzyme thủy phân
liên kết α-1,4 glucoside trong tinh bột, glycogen và các polysaccgaride cùng loại, bắt
đầu từ đầu mạch không khử của cơ chất tấn công vào các liên kết glucoside qua từng
đơn vị maltose. Tên gọi β-amylase không có nghĩa phân tử cơ chất chứa liên kết β, nó
chỉ rõ trong đó xảy ra cấu hình đảo ngƣợc trong khi thủy phân cơ chất. β-amylase phân
13