LẬP ĐƯỜNG CHUẨN VỚI CHỈ TIÊU HÀM LƯỢNG TINH BỘT CHO CÁC NGUYÊN LIỆU CÁM GẠO, KHOAI MÌ THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CỦA AOAC VÀ PHƯƠNG PHÁP CẬN HỒNG NGOẠI

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI THÚ Y
***************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

LẬP ĐƯỜNG CHUẨN VỚI CHỈ TIÊU HÀM LƯỢNG TINH BỘT CHO CÁC
NGUYÊN LIỆU CÁM GẠO, KHOAI MÌ THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH CỦA AOAC VÀ PHƯƠNG PHÁP CẬN HỒNG NGOẠI

Sinh viên thực hiện

: ĐÀO THỊ NGỌC CẨM

Lớp

: DH06CN

Ngành

: Chăn nuôi

Niên khóa

: 2006-2010

Tháng 8/2010


BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y
****************

ĐÀO THỊ NGỌC CẨM

LẬP ĐƯỜNG CHUẨN VỚI CHỈ TIÊU HÀM LƯỢNG TINH BỘT CHO CÁC
NGUYÊN LIỆU CÁM GẠO, KHOAI MÌ THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
CỦA AOAC VÀ PHƯƠNG PHÁP CẬN HỒNG NGOẠI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chăn nuôi

Giáo viên hướng dẫn

Tháng 08/ 2010

i


LỜI CẢM ƠN

Luận văn là tác phẩm của một sinh viên trước khi rời khỏi trường đại học. Để
hoàn thành luận văn, sinh viên cần phải áp dụng tất cả các kiến thức và hiểu biết của
mình đã tích lũy được trong suốt những năm học ở trường. Chính vì vậy những kiến
thức mà em đã tiếp thu trong 4 năm học tại trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí
Minh là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm
ơn các thầy cô trong khoa Chăn nuôi - Thú y nói chung và các thầy cô trong bộ môn
Dinh Dưỡng nói riêng vì đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Duy Đồng, cô Lê Minh Hồng Anh cùng
các thầy cô trong bộ môn dinh dưỡng gia súc đã cho phép em được làm việc và tiến

hành thí nghiệm tại phòng thí nghiệm của bộ môn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em
có thể hoàn thành tốt luận văn.
Em xin cảm ơn các bạn trong quá trình làm chung mảng đề tài về máy NIRS với
em đã cùng hỗ trợ, giúp đỡ và thảo luận để em có thể hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình, những người
luôn là chỗ dựa vững chắc và luôn ủng hộ những bước đi của em.
Sinh viên thực hiện
Đào Thị Ngọc Cẩm

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Với vai trò quan trọng của tinh bột trong vấn đề cung cấp năng lượng như hiện
nay thì đối với ngành công nghiệp chăn nuôi, vai trò quan trọng của tinh bột cũng
không ngoại lệ. Vì vậy việc xác định hàm lượng tinh bột trong nhóm nguyên liệu
cung năng lượng là việc làm hết sức cần thiết để đánh giá chất lượng nguồn
nguyên liệu thức ăn.
Song song với quy trình phân tích hóa học phức tạp và tốn nhiều thời gian để
xác định hàm lượng tinh bột, chúng tôi tiến hành xây dựng đường chuẩn trên máy
NIR để kiểm tra xem có thể sử dụng đường chuẩn về hàm lượng tinh bột ở một số
nguyên liệu cung năng lượng như cám gạo, khoai mì để xác định hàm lượng tinh
bột cho các nguyên liệu này hay không vì thực tế nếu có thể sử dụng đường chuẩn
trên máy NIR để kiểm tra nhanh hàm lượng tinh bột sẽ làm giảm rất nhiều thời
gin và chi phí hơn so với quá trình phân tích hòa học, phù hợp với nhu cầu công
nghiệp hiện nay.
Sau 4 tháng thực hiện phân tích chúng tôi nhận thấy đối với nguyên liệu cám
gạo, kết quả phân tích hóa học cho thấy hàm lượng tinh bột biến động rất mạnh từ
9,06% - 35,54%. Kết quả này tương đối phù hợp vì hàm lượng tinh bột cám gạo
biến động mạnh tùy thuộc vào nguồn gốc. Tuy nhiên kết quả đường chuẩn tinh

bột của cám gạo với SEC = 4,4171, RSQ = 0,2110 cho thấy đường chuẩn tinh bột
cám gạo chúng tôi đạt được độ tin cậy chưa cao.
Đối với nguyên liệu khoai mì, do sử dụng những mẫu cũ đã được lưu trữ trong
kho khá lâu nên kết quả phân tích hóa học hàm lượng tinh bột tương đối thấp từ
36,89% - 72,95%. Kết quả đường chuẩn với SEC = 4,4171, RSQ = 0,0523 cũng
cho thấy đường chuẩn tinh bột khoai mì cũng đạt độ tin cậy chưa cao.

iii


MỤC LỤC
Chương I MỜ ĐẦU --------------------------------------------------------------------------- 1
1.1. Đặt vấn đề ---------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2. Mục đích và yêu cầu --------------------------------------------------------------------- 2
1.2.1. Mục đích --------------------------------------------------------------------------------- 2
1.2.2. Yêu cầu ----------------------------------------------------------------------------------- 2
Chương II TỒNG QUAN -------------------------------------------------------------------- 3
2.1. Sơ lược máy NIRS ----------------------------------------------------------------------- 33
2.1.1. Giới thiệu hệ thống quang phổ NIRS ------------------------------------------------- 3
2.1.1.1. Khái niệm hệ thống quang phổ NIRS ---------------------------------------------- 3
2.1.1.2. Cấu tạo máy NIRS -------------------------------------------------------------------- 4
2.1.1.3. Nguyên lý hoạt động của máy NIRS ----------------------------------------------- 5
2.1.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp phân tích NIRS -------------------- 6
2.1.1.5. Ứng dụng của phương pháp phân tích cận hồng ngoại trong thức ăn chăn nuôi
.....................................................................................................................................77
2.1.2. Các bước tiến hành trong quá trình phân tích bằng máy NIRS .......................... 7
2.1.2.1. Lấy mẫu ............................................................................................................ 7
2.1.2.2. Phân tích cổ điển .............................................................................................. 8
2.1.2.3. Xử lý số liệu lập đường chuẩn ......................................................................... 8
2.1.2.4. Kiểm tra độ tin cậy, độ lặp lại của đường chuẩn ............................................. 8

2.1.2.5. Ứng dụng máy NIRS vào phân tích và tiếp tục nhập dữ liệu để tăng độ chính
xác ------------------------------------------------------------------------------------------------ 8
2.2. Đại cương về tinh bột --------------------------------------------------------------------- 8
2.2.1. Khái niệm về tinh bột ------------------------------------------------------------------- 8
2.2.2. Cấu tạo, tính chất của tinh bột --------------------------------------------------------- 9
2.2.2.1. Hình dạng, đặc điểm, kích thước của hạt tinh bột -------------------------------- 9
2.2.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột --------------------------------------------------- 9

iv


a. Thành phần cấu trúc của amilose --------------------------------------------------------- 10
b. Thành phần cấu trúc của amilopectin ---------------------------------------------------- 10
2.2.2.3. các phản ứng tiêu biểu của tinh bột------------------------------------------------ 11
a. Phản ứng thủy phân------------------------------------------------------------------------- 11
b. Phản ứng tạo phức -------------------------------------------------------------------------- 11
c. Tính hấp thụ của tinh bột ------------------------------------------------------------------ 12
d. Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột----------------------------- 12
2.2.2.4. những tính chất vật lý huyền phù của tinh bột trong nước --------------------- 12
a. Độ tan của tinh bột trong nước ------------------------------------------------------------ 12
b. sự trương nở --------------------------------------------------------------------------------- 12
c. Tính chất hồ hóa của tinh bột ------------------------------------------------------------- 13
d. Độ nhớt của tinh bột ------------------------------------------------------------------------ 13
e. Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel ----------------------------------------------------- 13
2.2.2.5. Một số phương pháp xác định các chỉ số cơ bản của tinh bột ----------------- 14
2.2.2.6. Các polysaccharide không phải tinh bột (NSP) ---------------------------------- 14
2.3. Tổng quan về nguyên liệu thí nghiệm ------------------------------------------------- 15
2.3.1. Cám gạo --------------------------------------------------------------------------------- 15
2.3.2. Khoai mì --------------------------------------------------------------------------------- 17
2.4. Tổng quan về phương pháp phân tích hóa học --------------------------------------- 19

2.4.1. Nguyên tắc phương pháp phân tích -------------------------------------------------- 19
2.4.2. Tách tinh bột ra khỏi nguyên liệu ---------------------------------------------------- 20
2.4.3. Quá trình thủy phân -------------------------------------------------------------------- 20
2.4.4. Nguyên tắc định lượng đường glucose theo phương pháp của AOAC --------- 20
Chương 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU --------------------- 22
3.1. Thời gian và địa điểm -------------------------------------------------------------------- 22
3.2.. Đối tượng nghiên cứu ------------------------------------------------------------------- 22
3.3. Nội dung nghiên cứu --------------------------------------------------------------------- 23
3.4. Phương pháp nghiên cứu ---------------------------------------------------------------- 23

v


3.4.1. Xác định vật chất khô------------------------------------------------------------------ 23
3.4.2. Xác định xơ thô------------------------------------------------------------------------- 24
3.4.3. Quy trình phân tích hóa học ---------------------------------------------------------- 24
3.4.3.1. Sự lắng của kết tủa tinh bột - I ----------------------------------------------------- 25
3.4.3.2. Sự thủy phân -------------------------------------------------------------------------- 25
3.4.3.3. Định lượng đường glucose --------------------------------------------------------- 26
3.4.3.4. Định lượng tinh bột cho mẫu nguyên liệu ---------------------------------------- 26
3.4.3.5. Công thức tính hàm lượng tinh bột ------------------------------------------------ 26
3.4.4. Quét mẫu trên máy NIRS ------------------------------------------------------------- 29
3.4.5. Xử lý số liệu xây dựng đường chuẩn trên máy NIRS ----------------------------- 29
3.4.6. Kiểm tra độ tin cậy của đường chuẩn ----------------------------------------------- 29
Chương IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ---------------------------------------------- 30
4.1. Trị số G ------------------------------------------------------------------------------------ 30
4.2. Kết quả phân tích hóa học của cám gạo và khoai mì -------------------------------- 30
4.3. Mối tương quan giữa tinh bột và xơ của cám gạo và khoai mì--------------------- 33
4.4. Đường chuẩn của cám gạo -------------------------------------------------------------- 34
4.5. Đường chuẩn của khoai mì -------------------------------------------------------------- 36

4.6. Kết quả phân tích cám gạo dựa vào đường chuẩn mới xây dựng ------------------ 38
4.7. Kết quả phân tích khoai mì dựa vào đường chuẩn mới xây dựng ----------------- 38
Chương V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ -------------------------------------------------- 40
5.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------------ 40
5.2. Đề nghị ------------------------------------------------------------------------------------- 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................41
PHỤ LỤC ...................................................................................................................43

vi


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT
TẮT
AOAC

NGHĨA TIẾNG ANH
Association of Official Analytical
Chemists

VCK
INRA

NGHĨA TIẾNG VIỆT
Hiệp hội phân tích hóa học
Vật chất khô

French National Instiute for

Viện nghiên cứu nông nghiệp

Agricutural Research

quốc gia Pháp
Hội đồng nghiên cứu quốc gia

NRC

National Research council

NIRS

Near Infrared Spectroscopy

Quang phổ cận hồng ngoại

IR

Infrared

Hồng ngoại

FIR

Far Infrared

Xa hồng ngoại

Hoa Kỳ

R2

Hệ số tương quan

P

Xác suất

SD

Standard deviation

Độ lệch chuẩn

Est.Min

Giá trị nhỏ nhất

Est.Max

Giá trị lớn nhất

SEC

Standard Error of Calibration

RSQ

Regression square

SECV

Standard Error of Validation

Hệ số tương quan của đường
chuẩn
Sai số chuẩn của mẫu dự đoán
Hệ số tương quan của mẫu dự

1-VR
DE

Sai số chuẩn của đường chuẩn

đoán
Năng lượng tiêu hóa

Digestible Energy

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Đặc điểm một số hệ thống tinh bột ................................................................. 9
Bảng 2.2 Thành phần xơ và giá trị dinh dưỡng của các nguyên liệu ........................... 17
Bảng 2.3 Thành phần hóa học của khoai mì theo NRC, 1998 ..................................... 19
Bảng 4.1 Thành phần vck, xơ thô và tinh bột của caám gạo và khoai mì .................... 30
Bảng 4.2 Tương quan giữa tinh bột và xơ thô của cám gạo và khoai mì ..................... 33
Bảng 4.3 Kết quả đường chuẩn của cám gạo ............................................................... 34
Bảng 4.4 Kết quả đường chuẩn của khoai mì ............................................................... 36

Bảng 4.5 Kết quả kiểm tra đường chuẩn của 9 mẫu cám gạo ...................................... 38
Bảng 4.6 Kết quả kiểm tra đường chuẩn của 12 mẫu khoai mì.................................... 38

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sự phân chia khu vực bước sóng..................................................................... 4
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo máy NIR ................................................................................... 4
Hình 2.3 Phản ứng thủy phân của tinh bột ................................................................... 11
Hình 2.4 Hạt tinh bột khoai mì 1500X ......................................................................... 18
Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu ............................................................................ 23
Hình 4.1 Phổ của cám gạo ............................................................................................ 35
Hình 4.2 Phổ của khoai mì ........................................................................................... 37

ix


Chương 1. MỞ ĐẦU

Chương I
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Nguyên liệu thức ăn chiếm 75-85% giá thành thức ăn đã chế biến. Những
nguyên liệu thức ăn có chất lượng kém được coi la nguy cơ mang lại rủi ro cao nhất
trong ngành sản xuất thức ăn. Trên quan điểm là chiến lược làm giảm đến mức thấp
nhất những rủi ro và cũng trên quan điểm về ý nghĩa kinh tế của việc mua nguyên liệu,

việc ra đời của các phương pháp kiểm tra chất lượng nguyên liệu thức ăn đóng vai trò
quan trọng và có ý nghĩa to lớn nhằm thu được hiệu quả cao nhất trong công nghiệp
thức ăn.
Trong tình hình chăn nuôi công nghiệp hiện nay đặc biệt trong các nhà máy thức
ăn gia súc việc phân tích các thành phần nguyên liệu thức ăn là rất cần thiết. Đặc biệt
các nguyên liệu thuộc nhóm cung năng lượng luôn chiếm tỷ lệ lớn trong các khẩu phần
thức ăn gia súc, trong đó tinh bột là thành phần quan trọng quyết định phần lớn năng
lượng trong nhóm nguyên liệu này. Vì vậy việc xác định hàm lượng tinh bột trong
nhóm nguyên liệu cung năng lượng là việc làm rất có ý nghĩa và cần thiết. Nguyên liệu
thuộc nhóm cung năng lượng có hàm lượng tinh bột cao, phù hợp với từng loại nguyên
liệu cùng với các điều kiện phù hợp về các chỉ tiêu khác sẽ làm cho chất lượng thức ăn
tốt hơn, đàm bảo nhu cầu năng lượng cho gia súc. Ngược lại chất lượng nguyên liệu
thức ăn kém sẽ không đảm bảo được nhu cầu năng lượng cho gia súc, làm ảnh hưởng
đến khả năng sinh trưởng của vật nuôi và làm giảm hiệu quả kinh tế.Tuy nhiên việc
phân tích xác định hàm lượng tinh bột theo nguyên tắc cổ điển sẽ tốn rất nhiều thời

1


Chương 1. MỞ ĐẦU
gian vì vậy thường là nguyên liệu được mua về, sử dụng và thậm chí cho ăn trước khi
các phân tích có kết quả.
Phương pháp phân tích cận hồng ngoại (NIR) sẽ đáp ứng nhu cầu phân tích
nhanh, chính xác, phục vụ nhu cầu sản xuất kinh doanh.
Xuất phát từ vấn đề trên, được sự phân công của khoa Chăn Nuôi Thú Y ,
trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, cùng với sự hướng dẫn của tiến sỹ Dương Duy
Đồng, chúng tôi tiến hành đề tài: “ LẬP ĐƯỜNG CHUẨN VỚI CHỈ TIÊU HÀM
LƯỢNG TINH BỘT CHO CÁC NGUYÊN LIỆU CÁM GẠO VÀ KHOAI MÌ THEO
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC CỦA AOAC VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN
TÍCH CẬN HỒNG NGOẠI”

1.2. Mục đích và yêu cầu
1.2.1. Mục đích
Trong hệ thống máy NIRS công tác lập đường chuẩn cho một chỉ tiêu của các
loại nguyên liệu là công tác chính yếu nhất. Đường chuẩn này cho phép kiểm tra nhanh
chất lượng nguyên liệu thức ăn thông qua việc quét mẫu trên máy NIRS.
Nhằm hoàn thiện thêm một chỉ tiêu quan trọng nữa trong việc phân tích các chỉ
tiêu dinh dưỡng như protein, béo…thì tinh bột cũng là một trong những chỉ tiêu quan
trọng và rất cần thiết cho một số nguyên liệu và thành phẩm cho các nhà máy, xí
nghiệp thức ăn gia súc và một số đơn vị khác. Hoàn thành việc lập đường chuẩn cho
chỉ tiêu tinh bột sẽ làm tăng độ chính xác cho phổ của máy NIRS và làm tăng tính đại
diện cho mẫu.
1.2.2. Yêu cầu
¾ Hoàn thành việc lập đường chuẩn cho nguyên liệu cám gạo và khoai mì.
¾ Đánh giá độ tin cậy của đường chuẩn và khả năng ứng dụng vào thực tiễn
¾ Từ kết quả rút ra những thiếu sót và hạn chế của đề tài
2


Chương 1. MỞ ĐẦU

Chương II
TỔNG QUAN
2.1. Sơ lược máy NIRS
2.1.1. Giới thiệu hệ thống quang phổ NIRS
2.1.1.1. Khái niệm
Quang phổ hồng ngoại gần (NIRS) là một phương pháp phân tích sử dụng miền
hồng ngoại gần của phổ điện từ (khoảng 800nm đến 25000nm). Phần phổ điện từ này
đã được tìm thấy 30 năm về trước và được nghiên cứu chi tiết hơn như một thủ tục
phân tích cho sự phân tích của nhiều nguyên liệu tự nhiên và nhân tạo.
Phổ điện từ có thể được hiểu một cách rõ ràng nhất đó chính là ánh sáng. Ánh

sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng
quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400nm đến 700nm).
Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt
chuyển động gọi là photon. "Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần
vùng quang phổ tím. "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ.
Ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước
sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc”.
Vùng ánh sáng có bước sóng khoảng từ 800 – 2500nm gọi là vùng cận hồng
ngoại (NIR), vùng ánh sáng có bước sóng từ 2500nm – 25000nm gọi là vùng hồng
ngoại (IR), vùng có bước sóng lớn hơn 25000nm gọi là vùng xa hồng ngoại (FIR).

3


Chương 1. MỞ ĐẦU

Hình 2.1 Sự phân chia khu vực bước sóng
(Nguồn : trích dẫn bởi Dương Duy Đồng và Lê Minh Hồng Anh, 2010)
2.1.1.2. Cấu tạo của máy NIRS
Detector
Diffuse Reflectance

↖

→

→

→
↙

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo máy NIRS
(Nguồn : Smital Patil, 2007)
4


Chương 1. MỞ ĐẦU
¾ Nguồn sáng (Light Source) : nguồn sáng thường dùng cho máy NIRS là đèn
tungsten-halogen
¾ Bộ phận tách/lọc sóng (Monochromator) : dùng đề lọc và phát ánh sáng đơn sắc.
¾ Bộ phận chứa mẫu (Sample holder)
¾ Bộ phận dò (Detector) : dùng để chuyển năng lượng ánh sáng thành tín hiệu
điện. Phần bắt ánh sáng của bộ phận dò được làm từ PbS (1100 – 2500nm) và silicon
(400 – 1100nm). Ánh sáng chiếu vào làm thay đổi trạng thái điện tử của phần bắt ánh
sáng, do đó sản sinh xung lực điện tạo thành tín hiệu của bộ phận dò. Tín hiệu này
được khuếch đại.
¾ Bộ phận đọc và xử lý tín hiệu: Mục đích xử lý số liệu là để loại bỏ các mối liên
hệ phi tuyến tính do nhiễu sóng, do phân tán ánh sáng.
2.1.1.3. Nguyên lý hoạt động của máy NIRS
Phổ từ ở bên trên dải băng đỏ của màu sắc thì được gọi là bức xạ hồng ngoại
gần. Phổ điện từ này được tập hợp từ tác động qua lại của bức xạ với những nguyên
liệu sinh học đang được kéo căng và uốn lại của mối quan hệ giữa CH, OH và NH.
Máy NIRS là một dạng công nghệ khoa học máy tính mà trưởng thành từ sự gắn
vào của những phương pháp thống kê nhiều chiều để dễ dàng thu được phổ phản xạ.
Khi chúng ta có ánh sáng từ một máy quang phổ đập vào một ma trận các phân
tử của mẫu phân tích. Một phần ánh sáng đi vào mẫu được bộ phận dò thu nhận lại.
Nếu các phân tử không tương tác với ánh sáng, ánh sáng sẽ vượt qua ma trận mà không
có sự tương tác nào xảy ra (không tính đến sự mất mát do phát tán, khúc xạ, phản xạ và
hấp thu). Nếu năng lượng ánh sáng trùng với năng lượng giao động của phân tử sẽ bị
hấp thụ không phản xạ trở lại, còn nếu năng lượng của ánh sáng không trùng với tần số

dao động của phân tử sẽ bị phản xa trở lại.
Có 3 phương pháp đo quang phổ cận hồng ngoại:
¾ Hấp phụ (reflectance)
¾ Truyền suốt (transmission)
5


Chương 1. MỞ ĐẦU
¾ Tương tác (interactance)
Khi sự tương tác xảy ra, dùng phương trình hồi qui đa tuyến tính (MLR) và hồi
quy PLS (partial least square regression) đã có sẵn để dự đoán mẫu.
Phương trình hồi quy đa tuyến tính :
Y = a + b1x1 +…+bnxn
Trong đó :
a : hệ số tự do
b : hệ số hồi quy
x : biến độc lập
Lập đường chuẩn: sử dụng x (phổ sóng) và y (số liệu phân tích hóa
học) để tìm ra giá trị b.
Đánh giá đường chuẩn: dùng giá trị x và b để dự đoán giá trị y.
2.1.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp phân tích NIRS
™ Ưu điểm
¾ Đây là phương pháp phân tích nhanh, tốn ít mẫu và ít công lao động
¾ Có thể phân tích nhiều thành phần hóa học
¾ Không làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu
¾ Chi phí phân tích trực tiếp mẫu thấp do không tốn nhiều quy trình phức tạp,
không tốn hóa chất và không tốn nhiiều thời gian.
¾ Phân tích khá chính xác vì sử dụng đường chuẩn, ít chịu ảnh hưởng của
thao tác phân tích.
™ Nhược điểm

¾ Tốn kém đầu tư ban đầu do phải đầu tư máy móc và đầu tư cho quá trình
lập đường chuẩn.
¾ Độ chính xác của đường chuẩn chỉ dựa trên số lượng mẫu phân tích hóa học
ban đầu, nghĩa là số mẫu có trong cơ sở dữ liệu của đường chuẩn.
¾ Phân tích không thực hiện được đối với những mẫu lạ, chưa biết rõ.
6


Chương 1. MỞ ĐẦU
2.1.1.5. Ứng dụng của phương pháp phân tích cận hồng ngoại trong thức ăn chăn
nuôi
Ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi liên quan đến thực phẩm và kinh tế nông
nghiệp, làm cho sự quản lý thuận tiện chất lượng các nguyên liệu liên quan đến việc
sản xuất giống vật nuôi và sản phẩm của vật nuôi cho sự chế tạo ra thực phẩm cho con
người. Nói đến dinh dưỡng cho người tiêu dùng, sức khỏe và an toàn phải được bắt đầu
từ những nguyên liệu thô, những cái mà đi vào chuỗi thực phẩm như thức ăn chăn
nuôi.
Những phương pháp truyền thống trong kiểm tra chăn nuôi luôn được phát
triển và có tổ chức, tuy nhiên những phương pháp này thường tốn nhiều thời gian nên
không đáp ứng được nhu cầu đòi hỏi cao trong sản xuất. Việc kiểm tra chất lượng
nguyên liệu thô và hoàn thành sản xuất đòi hỏi phương pháp dễ dàng hơn và trở thành
chìa khóa mũi nhọn trong sản xuất.

Một công nghệ ứng cử đã được xác nhận tiêu

chuẩn được cung cấp để giải quyết nhu cầu công nghiệp, sự quản lý kinh doanh và sự
điều chỉnh giám sát. Đó là phương pháp phân tích cận hồng ngoại. NIRS đạt tiêu chuẩn
về tốc độ trả lời, sự đáng tin cậy, giá cả phải chăng và sự phù hợp nhu cầu .
NIRS được dùng để xác định lượng nước trong ngũ cốc và các loại hạt (Nooris
và Hart, 1965), xác định thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của các thức ăn hạt

cốc cho gia súc nhai lại (Arminda và cộng sự, 1998), tồn dư nấm mốc và các chất phụ
gia trong nguyên liệu thức ăn (Givens và Deaille, 1999), xác định thành phần hoá học
và giá trị dinh dưỡng của các thức ăn hạt cốc cho heo (Van Barneveld và cộng sự).
2.1.2. Các bước tiến hành trong quá trình phân tích bằng máy NIRS
2.1.2.1. Lấy mẫu
Mẫu phân tích được lấy trên cơ sở nguyên liệu được chọn để lập đường chuẩn.
Mỗi thực liệu sẽ lấy số mẫu ngẫu nhiên đại diện cho các giống, các vùng, miền khác
nhau.
7


Chương 1. MỞ ĐẦU
2.1.2.2. Phân tích cổ điển
Quá trình phân tích cổ điển dựa vào các quy trình phân tích hóa học chuẩn. Sau
khi phân tích cổ điển sẽ lấy số liệu hóa học làm cơ sở dữ liệu chuẩn, kết hợp với dữ
liệu của máy NIRS.
2.1.2.3. Xử lý số liệu lập đường chuẩn
Lấy kết quả phân tích hóa học để làm dữ liệu hóa học và kết hợp với dữ liệu
quét mẫu trên máy NIRS để lập đướng chuẩn thông qua phần mềm xử lý WINISI 4.0
trên máy tính. Tiến trình xử lý số liệu lập đường chuẩn hoàn toàn là do máy tính xử lý
nên ít tốn thời gian và do máy xử lý nên đạt được độ chính xác cao.
2.1.2.4. Kiểm tra độ tin cậy, độ lặp lại của đường chuẩn
Quét lại mẫu trên máy NIRS để thẩm định lại độ chính xác của kết quả phân
tích bằng hóa học. Mẫu đem quét có thể là mẫu ban đầu hoặc là mẫu mới chưa phân
tích.
2.1.2.5. Ứng dụng máy NIRS vào phân tích và tiếp tục nhập dữ liệu để tăng
độ chính xác
Sau khi kiểm tra lại đường chuẩn nếu có độ tin cậy cao thì có thể ứng dụng
đường chuẩn đó vào phân tích để xác định hàm lượng tinh bột cho nguyên liệu thức ăn.
Tuy nhiên song song với quá trình sử dụng cần tiếp tục cập nhật dữ liệu cho đường

chuẩn dể tăng độ chính xác.
2.2. Đại cương về tinh bột
2.2.1. Khái niệm về tinh bột
Tinh bột hay amylum là một carbohydrate gồm nhiều chuỗi glucose nối liền
nhau bởi liên kết glucosidic. Polysaccharide này thì đựoc tạo ra bởi thực vật xanh như
một nguồn năng lượng. Nó là một nguồn năng lượng quan trọng trong khẩu phần ăn
của con người và gia súc, gia cầm, chứa trong một số loại thực phẩm chủ yếu như
khoai tây, lúa mì, bắp, gạo và khoai mì.
8


Chương 1. MỞ ĐẦU
2.2.2. Cấu tạo, tính chất của tinh bột
2.2.2.1. Hình dạng, đặc điểm, kích thước của hạt tinh bột
Tinh bột tinh khiết có màu trắng, không mùi, không vị cũng như không hòa tan
được trong nước lạnh hay cồn. Nó gồm có 2 dạng hóa học: amylose dạng xoắn ốc và
amylopectin dạng nhánh. Tùy từng loài thức vật, tinh bột nói chung chứa khoảng 2025% amylose và 75-80% amylopectin (Brow, 2005).
Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nuớc. Do
đó có thể tích tụ một lượng lớn trong tế bào mà không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm
thấu. Các hydrocacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp nhanh chóng được
chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này đựoc gọi là tinh bột đồng hóa, rất linh
động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển
thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá.
Bảng 2.1 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột
Nguồn

Kích thước hạt
(nm)

Hình dáng

Hàm lựong

Nhiệt độ hồ

amyloza %

hóa (oC)

Bắp

10 - 30

Đa giác hoặc tròn

25

67 - 75

Gạo

2 – 10

Đa giác

13 - 35

70 – 80

Lúa mì

5 – 50

Tròn

20

56 – 80

Khoai mì

5 - 35

Tròn

-

-

Nguồn : Lê Văn Hoàng, 2008.
Sự khác nhau về kích thước của mỗi loại hạt tinh bột dẫn đến sự khác nhau về
tính chất cơ lý cũng như về quá trình chế biến, bảo quản và biến hình tinh bột. Sự khác
nhau về kích thứoc ảnh hửong đáng kể đến nhiệt độ hồ hóa, đến khả năng hòa tan, khả
năng hấp thụ nước và hấp thụ các chất khác
2.2.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột
Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà là gồm 2 polysaccaride khác
nhau : amilose và amilopectin. Tỉ lệ amilose/amilopectin sắp xỉ bằng 1/4.
9

Chương 1. MỞ ĐẦU
a. Thành phần cấu trúc của amilose
Trong vi hạt tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thứoc trong khoảng từ 0,02 đến
0,12nm. Vi hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn amilose dạng tinh
thể và amilopectin sắp xếp theo phưong hướng tâm
Nhờ phưong pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột
“nguyên thủy” các chuỗi plyglucozit của amilose và amilopectin tạo thành xoắn ốc với
ba gốc glucozơ một vòng
Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc các phân tử có chiều dài 0,35-0,7µm, trong
khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1µm. Hơn nữa các phân tử lại sắp xếp
theo hướng tâm nên các mạch glucozit của các polysaccarit phải ở dạng gấp khúc
nhiều lần
Amilose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ liên kết nhau
bởi liên kết α-1,4 glicozit. Có 2 loại amilose:
¾ Amilose có mức độ trùng hợp tưong đối thấp (khoảng 2000) thường không
có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β-amilaza
¾ Amilose có mức độ trùng hợp lớn hơn, có cấu trúc án ngữ đối với βamilaza nên chỉ bị phân hủy 60%
b. Thành phần cấu trúc của amilopectin
Amilopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit
còn các nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 gucozit.
Mối liên kết này làm cho phnâ tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch
nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose. Phân tử amilopectin có thể chứa tới 100000
đơn vị glucose.
Sự khác biệt giữa amilose và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét bởi lẽ ở
các phân tử amilose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những
tính chất giống như amilopectin.

10

Chương 1. MỞ ĐẦU
2.2.2.3. Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột
a. Phản ứng thủy phân
Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các
đơn vị glucozơ bằng axit hoặc bằng enzyme. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hồ
hóa hay dạng past, còn enzyme chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Đặc trưng của
phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường
Enzyme bẻ gãy hay thủy phân tinh bột trong cấu tạo đường được biết đến là
enzyme amylase. Alpha-amylase được tìm thấy cả trong thực vật và động vật đặc biệt
là trong tuyến nước bọt của con người. Beta-amylase cắt tinh bột thành những đơn vị
maltose. Quá trình này quan trọng đối với khả năng tiêu hóa tinh bột và cũng đựơc sử
dụng trong quá trình làm rượu bia, trong khi đó amylase từ vỏ hạt gạo chịu trách nhiệm
làm biến đổi tinh bột thành maltose (PZ Myers, December 11, 2008)

Hình 2.3 Phản ứng thủy phân của tinh bột
(Nguồn : Lê Văn Hoàng, 2008)
b. Phản ứng tạo phức
Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot. Khi tưong tác với iot
amilose sẽ cho phức màu xanh đen rất đặc trưng. Vì vậy iot có thể coi là thuốc thử đặc
11


Chương 1. MỞ ĐẦU
trưng để xác định hàm lượng amylose trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Để
phản ứng được thì các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để tạo thành đường xoắn
ốc đơn của amylose bao quanh phân tử iot.
Amylose với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với
một vòng xoắn một phân tử iot. Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về
bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ.
c. Tính hấp thụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề
mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và
chế biến phải hết sức quan tâm đến tính chất này. Các ion liên kết với tinh bột thường
ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột
phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng.
d. Khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột
Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều
chỉnh được tỷ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp,
còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt.
2.2.2.4. Những tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước
a. Độ tan của tinh bột trong nước
Amylose mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh
chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước. Amylopectin 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 tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi
tinh bột.
b. Sự trương nở
Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho
hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh
bột.
12


Chương 1. MỞ ĐẦU
c. Tính chất hồ hóa của tinh bột
Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác
nhau thành dung dịch keo gọi la nhiệt độ hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như:
Nguồn gốc của tinh bột: thể hiện qua tỷ lệ giữa amylose và amylopectin. Những
tinh bột có amylose cao thì sẽ khó hồ hóa, do các gốc hydroxin của phân tử amylose

tạo lực liên kết hút chúng gần lại với nhau. Muốn hồ hóa cần một năng lượng lớn để
hydrat hóa và làm đứt liên kết trong cấu trúc tinh thể của amylose (Corn Refiners
Association, 2006)
Kích thước phân tử : Những hạt tinh bột nhỏ, kết cấu chặt nên khó làm đứt gãy
liên kết hydro dẫn đến nhiệt độ hồ hóa tăng
Ngoài ra, trong tinh bột, nếu chứa các ion tích điện trái dấu sẽ làm lỏng lẻo cấu
trúc, do đó nhiệt độ hồ hóa bị thay đổi.
d. Độ nhớt của tinh bột
Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng
và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có
nhiều nhóm hydroxin có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập
hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến ch dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt
cao. Trong quá trình hồ hóa, độ nhớt sẽ tăng dần do quá trình hấp thụ nước đến cực đại
rồi sau đó giảm dần vì các hạt tinh bột bị vỡ ra, hòa tan và thủy phân một phần tinh bột.
Cuối cùng khi dung dịch rất đặc sẽ tạo gel làm tăng độ nhớt của dung dịch (Lê Ngọc
Tú và ctv, 1998).
e. Khả năng tạo gel và sự thoái hóa gel
Tinh bột sau khi hồ hóa và để nguội, các phân tử sẽ tương tác nhau và sắp xếp
lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều. Trong gel
tinh bột chỉ có các liên kết hydro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit
hoặc gián tiếp qua phân tử nước.
13


Chương 1. MỞ ĐẦU
Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ thoát ra
gọi là sự thoái hóa.
2.2.2.5. Một số phương pháp xác định các chỉ số cơ bản của tinh bột
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để định lượng tinh bột như các phương pháp
hóa học, phương pháp đo quang, phương pháp hóa sinh, HPLC…Hiện đại và tốn kém

nhất phải kể đến phương pháp sắc ký lỏng cao áp HPLC, định lượng nhanh và đơn
giản. Còn lại hầu hết các phương pháp dựa vào nguyên tắc định lượng gián tiếp qua
sản phẩm thủy phân cuối cùng của tinh bột là đường glucose. Có thể thủy phân cổ điển
bằng acid hay hiện đại hơn là sử dụng enzyme, là vấn đề đang được chú ý hiện nay
Mỗi phương pháp đều có những ưu khuyết điểm riêng, tùy vào điều kiện, yêu
cầu mà người ta sẽ ưu tiên chọn phương pháp nào là phù hợp nhất.
Gần đây để đơn giản hơn trong việc phân tích, trên thị trường có xuất hiện bộ sản
phẩm Megazym dùng định lượng tinh bột tổng số, áp dụng cho các hạt ngũ cốc và một
vài loại thức ăn chăn nuôi. Bộ kit này còn được sử dụng trong phương pháp 996.11 của
AOAC (Petterson và ctv, 1999). Ngoài ra hệ thống máy NIRS cũng có thể sử dụng định
lượng tinh bột, cho kết quả nhanh và đặc biệt không cần xử lý mẫu. Tuy nhiên đường
chuẩn lập ra cũng dựa vào các phương pháp khác và mất rất nhiều thời gian cho quy
trình phân tích ban đầu. Vì những phân tích sau chỉ có giá trị khi đường chuẩn chính
xác và được thực hiện với số lượng mẫu lớn.
2.2.2.6. Các polysaccharide không phải tinh bột (NSP)
¾ Là một dạng dự trữ của đường/tinh bột trong thực vật, hạt alơrơn, vỏ hạt và bao
ngoài (đậu nành, cơm dừa, bắp, lúa mì, yến mạch, gạo…)
¾ Có vòng liên kết polyme loại β
¾ Bắt giữ 40% hàm lượng protein dưới dạng phức hợp polyme
¾ Gồm khoảng 20-80% tổng lượng đường trong khẩu phần ăn
Đặc điểm của NSP :

14


Chương 1. MỞ ĐẦU
¾ Chất xơ kích thích nhu động co bóp của ống tiêu hóa làm cho thức ăn di chuyển
dễ dàng để tống các chất cặn bã, độc hại ra ngoài. Chất xơ trong chừng mực nhất định
có tác dụng lôi cuốn các chất độc ở trong đường ruột thải ra ngoài, làm giảm tác hại
cho cơ thể.

¾ Không tiêu hóa được ở thú có dạ dày đơn – thiếu hay không sản xuất ra enzyme
cắt đứt liên kết β (tiêu hóa được ở thú nhai lại)
¾ Tạo độ nhày gấp 5 lần so với tinh bột – làm tăng nhanh độ nhày của thức ăn
trong ruột, bắt giữ các dưỡng chất khác, lam cản trở sự hấp thu
¾ Khả năng hấp thu nước cao – một khi ở trong ruột sẽ hấp thu một lựong nước
lớn→ làm no đầy → hạn chế lượng thức ăn ăn vào, nhất là ở gia cầm có thể tích ruột
giới hạn.
Biện pháp khắc phục :
¾ Sự hiện diện của các polysaccharid không tinh bột đặc biệt la arabinoxylan và βglucan liên kết hỗn hợp ở vách tế bào nội nhũ của hạt ngũ cốc, làm cơ thể kém sử dụng
năng lượng của thức ăn. Do đó, enzyme cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của
thức ăn, nhất là ở nguyên liệu thô.
¾ Khi ngũ cốc nhiều chất nhày, enzyme thường được sử dụng là glycanase (Trần
Thị Dân, 2005)
¾ Ngoài ra còn sử dụng enzyme amylase, Xylanase, Beta-galacanase, cellulase
2.3. Tổng quan về nguyên liệu thí nghiệm
2.3.1. Cám gạo
Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm
khoảng 10% trọng lượng lúa. Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi
của hạt, cũng như một phần từ tấm. Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng.

15