Khảo sát sự thay đổi các tính chất của tinh bột bắp biến tính bằng phương pháp thủy phân giới hạn bởi acid chlohyride

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

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT
CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI
ACID CHLOHYRIDE

MÃ SỐ:SV2018-21

SKC 0 0 6 7 5 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT
CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI
ACID CHLOHYRIDE
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: SV2018-21

Thuộc nhóm ngành khoa học: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM

TP Hồ Chí Minh, 08/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT
CỦA TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI
ACID CHLOHYRIDE
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: SV2018-21
Thuộc nhóm ngành khoa học: CƠNG NGHỆ HỐ HỌC VÀ THỰC PHẨM
SV thực hiện: Chương Thảo My

Nam, Nữ: Nữ

Dân tộc: Hoa
Lớp, khoa: 151161A - Khoa CNHH&TP

Năm thứ:

Ngành học: Công nghệ Thực phẩm

Người hướng dẫn: TS. TRỊNH KHÁNH SƠN

TP Hồ Chí Minh, 08/2018

3

/Số năm đào tạo: 4


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ II
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...............................................................................IV
MỞ ĐẦU...................................................................................................................... VII
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN............................................................................................ 9
1.1. Giới thiệu chung..................................................................................................9
1.2. Cấu trúc hóa học của tinh bột........................................................................... 10
1.3. Đặc điểm chung của hạt tinh bột...................................................................... 12
1.3.1. Hình thái hạt tinh bột...............................................................................12
1.3.2. Cấu trúc tinh thể...................................................................................... 13
1.4. Các tính chất của tinh bột................................................................................. 14
1.4.1. Sự hồ hóa và một số tính chất của tinh bột hồ hóa................................. 14
1.4.3. Sự tái kết tinh tinh bột............................................................................. 16
1.4.4. Độ trong của tinh bột hồ hóa................................................................... 17
1.4.5. Khả năng trương nở - hồ tan của tinh bột............................................. 18
1.5. Khái quát về phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid................................ 19
1.6. Các cơng trình nghiên cứu trước đây............................................................ 19
1.7. Nội dung nghiên cứu.........................................................................................20
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP.......................................................... 21
2.1. Vật liệu............................................................................................................. 21
2.1.1. Tinh bột bắp.............................................................................................21
2.1.2. Hóa chất................................................................................................... 21
2.2. Phương pháp....................................................................................................22

2.2.1. Thủy phân bằng acid (acid hydrolysis)............................................... 22
2.2.2. Khả năng tạo phức với iodine................................................................. 22
2.2.3. Độ nhớt reduce........................................................................................ 23
2.2.4. Độ trong (Paste clarity)........................................................................... 23
2.2.5. Độ trương nở - hoà tan............................................................................ 24
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN.................................................................. 25
3.1. Khả năng tạo phức với iodine........................................................................ 25
3.2. Độ nhớt reduce..................................................................................................28
I


3.3. Độ trong (Paste Clarity)....................................................................................29
3.4. Độ trương nở - hoà tan......................................................................................35
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN............................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................40
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 46

III


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo của Amylose và Amylopectin.......................................................... 11
Hình 1.2. Cấu trúc của phức tinh bột với iodine........................................................... 12
Hình 1.3. Ảnh quét hiển vi điện tử (SEM) của các hạt tinh bột....................................13
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể loại A và loại B................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.5. Giản đồ tán xạ tia X của tinh thể loại A, B và C......... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.1. Khả năng tạo phức với iodine của mẫu tinh bột bắp thô (H0) và các mẫu
tinh bột bắp thủy phân (H4, H14, H23, H30) ở bước sóng 400-800nm....................... 25
Hình 3.3. Độ nhớt reduce ( red ) của các mẫu tinh bột bắp theo nồng độ (mg/ml).......28
Hình 3.5. Độ trong của mẫu tinh bột thô (H0) khảo sát theo nồng độ

lần lượt là 0.5;

1.0; 2.0% (w/v)...............................................................................................................29
Hình 3.6. Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 4h (H4) khảo sát theo

nồng độ lần

lượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v)............................................................................................ 29
Hình 3.7. Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 14h (H14) khảo sát theo nồng độ lần
lượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v)............................................................................................ 30
Hình 3.8. Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 23h (H23) khảo sát theo nồng độ lần
lượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v)............................................................................................ 30
Hình 3.9. Độ trong của mẫu tinh bột thuỷ phân 30h (H30) khảo sát theo nồng độ lần
lượt là 0.5; 1.0; 2.0% (w/v)............................................................................................ 31
Hình 3.11. Độ trong của các mẫu tinh bột thuỷ phân khảo sát ở nồng độ 1% (w/v)....32
Hình 3.12. Độ trong của các mẫu tinh bột thuỷ phân khảo sát ở nồng độ 1% (w/v)....33
Hình 3.13. Độ trương nở (SP) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30)

ở

80oC trong vịng 30 phút................................................................................................ 36
Hình 3.14. Độ hoà tan (SI) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở 80oC
trong vòng 30 phút......................................................................................................... 37

II


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp nguyên liệu...................................21

Bảng 3.1. Mức độ thủy phân, vị trí đỉnh, độ hấp thu của đỉnh, hàm lượng (%) amylose
của các mẫu tinh bột bắp................................................................................................26
Bảng 3.2. Độ trong (Paste clarity) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30).... 31
Bảng 3.3. Độ trương nở (SP) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30)

ở 80oC

trong vòng 30 phút......................................................................................................... 35
Bảng 3.4. Độ hoà tan (SI) của các mẫu tinh bột (H0, H4, H14, H23, H30) ở 80oC
trong vòng 30 phút......................................................................................................... 37

III


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DNS: Dinitro salicylic acid
DP: Degrees of polymerization (Mức độ polyme hóa)
M: Molecular weight (Khối lượng phân tử trung bình)
MV: Maximum viscosity (Độ nhớt cực đại trong quá trình gia nhiệt)
SP: Swelling power (Độ trương nở)
SI: Solubility (Độ hoà tan)

IV


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
Tên đề tài: KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA TINH BỘT BẮP

BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN BỞI ACID CHLOHYDRIDE
- SV thực hiện:

Chương Thảo My

- Lớp: 151161A

Khoa: CNHH&TP

Mã số SV: 15116105
Năm thứ:

3

Số năm đào tạo:

4

- Người hướng dẫn: TS. Trịnh Khánh Sơn
2. Mục tiêu đề tài:
Khảo sát sự thay đổi các tính chất cơng nghệ của tinh bột bắp bằng phương pháp
thủy phân giới hạn bởi acid Chlohydride
3. Tính mới và sáng tạo:
Tạo ra được một loại tinh bột có các tính năng cơng nghệ khác biệt so với tinh bột
bắp bình thường
4. Kết quả nghiên cứu:
- Độ trong, độ trương nở, độ hoà tan của tinh bột bắp biến tính
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Nghiên cứu khoa học của sinh viên, áp dụng kiến thức đã học của mơn Hố học

thực phẩm
6. Cơng bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí
nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):
Ngày 15 tháng 8 năm 2018
SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)

V


Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực
hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi): Sinh viên được làm quen với kỹ thuật
biến tính tinh bột và một số phương pháp đo tính chất cơng nghệ của sản phẩm. Sinh
viên đã tạo được sản phẩm tinh bột bắp biến tính thuỷ phân giới hạn bằng acid. Các
tính chất ứng dụng của sản phẩm đã được mô tả rõ ràng. Sản phẩm có thể được sử
dụng như một loại nguyên liệu phụ hoặc phụ gia trong một số sản phẩm phù hợp (sản
phẩm sấy phun, sản phẩm dạng lỏng…)
Ngày

Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)

VI

15 tháng 8 năm
Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)

2018

MỞ ĐẦU
Tinh bột là nguyên liệu quan trọng cho ngành cơng nghiệp thực phẩm và nhiều
ngành cơng nghiệp khác vì những tính chất đặc trưng của nó. Tuy nhiên tính chất tinh
bột tự nhiên vẫn còn hạn chế, chưa đáp ứng được những yêu cầu khác nhau trong
công nghiệp cũng như trong cuộc sống.
Trên thế giới, các phương pháp biến tính tinh bột đã được nghiên cứu trên quy mơ
lớn và được ứng dụng rộng rãi. Các phương pháp biến tính trên thế giới chủ yếu được
chia thành biến tính bằng phương pháp hóa học, vật lí, hóa sinh và vi sinh.
Trong nước hiện nay có nhiều nghiên cứu về tinh bột biến tính, đặc biệt là biến
tính bằng phương pháp hóa học. Các phương pháp này chủ yếu xoay quanh sử dụng
các loại acid như acid chlohydride, acid sulfuride,… Biến tính bằng phương pháp hóa
học nhận được nhiều sự chú ý do ưu điểm của chúng mang lại như đơn giản, rẻ tiền,…
Việc cải thiện các tính chất của tinh bột tự nhiên là vấn đề rất cần thiết. Chính vì
vậy, chúng tơi chọn đề tài “KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI CÁC TÍNH CHẤT CỦA
TINH BỘT BẮP BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN GIỚI HẠN
BỞI ACID CHLOHYDRIDE”
Mục tiêu của đề tài này bao gồm hai ý chính. Về tính khoa học, nhóm sẽ nghiên
cứu sự thay đổi các tính chất về các tính năng cơng nghệ của tinh bột bắp sau khi thủy
phân giới hạn bằng acid chlohyride. Lý do chọn tác nhân biến tính hố học là acid
Chlohyride vì việc sử dụng tác nhân này mang lại hiệu quả kinh tế, phương pháp xử lí
tinh bột bằng acid chlohydride (HCl) đơn giản, rẻ tiền, chi phí thấp.
Trong đề tài này, nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp tổng hợp tài liệu : Tổng hợp các liên quan đến biến tính tinh bột
bắp bằng phương pháp thủy phân bằng acid (HCl), sau đó xử lí thơng tin và trình bày
thơng tin.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm : Nghiên cứu, tìm hiểu các sự thay đổi của
tinh bột qua các phép đo và các cách xử lí nguyên liệu.
- Phương pháp đánh giá, so sánh : Đánh giá, so sánh sản phẩm trước và sau khi

thủy phân bằng acid (HCl).
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn về đề tài
đang nghiên cứu.
VII


Đối tượng nghiên cứu là Tinh bột bắp (BEST CORN STARCH) của công ty
ROQUETTE Riddhi Siddhi, Ấn Độ. Địa điểm thực hiện nghiên cứu tại phịng thí
nghiệm Hố sinh của Khoa Cơng nghệ Hố học và Thực phẩm của trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP HCM. Thời gian thực hiện nghiên cứu là từ tháng 12 năm 2017
đến tháng 8 năm 2018.

VIII


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
Tinh bột là nguồn dinh dưỡng dự trữ của thực vật chúng chiếm tỷ lệ lớn trong các
bộ phận hạt, củ, quả,.. của các cây lương thực (Kerry, 2010). Hình dáng, kích thước,
mức độ tinh thể hóa của hạt tinh bột cũng như thành phần hóa học và tính chất của
tinh bột phụ thuộc nhiều vào giống cây, điều kiện canh tác, quá trình sinh trưởng của
cây,…(Whistler, 2009).
Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng chính cho dinh dưỡng của con người.
Ngồi ra, tinh bột và các sản phẩm của chúng cịn có vai trị quan trọng trong ngành
Cơng nghệ thực phẩm. Tinh bột được sử dụng để tạo nên kết cấu, sự hấp dẫn của
nhiều loại thực phẩm (Cui, 2005). Tinh bột được dùng trong thực phẩm như là một
chất làm dày, chất ổn định, kết dính,… đối với từng loại sản phẩm đặc trưng.
Tinh bột ngày càng được sử dụng rộng rãi khơng chỉ trong ngành Cơng nghệ thực
phẩm mà cịn trong nhiều ngành cơng nghiệp khác như dệt, giấy,…. Các tính chất của
tinh bột tự nhiên đã khơng cịn đáp ứng kịp yêu cầu về kỹ thuật trong sản xuất cũng

như nhu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao của người tiêu dùng. Do đó, các
nghiên cứu về tinh bột biến tính đã giúp giải quyết vấn đề này. Tuỳ theo mục đích sử
dụng, người ta thực hiện các phương pháp với các tác nhân biến tính được chia thành
ba loại chủ yếu là Vật lý, Sinh học và Hố học . Phương pháp biến tính tinh bột bằng
tác nhân hóa học đã được phát triển cách đây nhiều năm và tinh bột biến tính cũng đã
được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Nghiên cứu của chúng tôi sẽ
đánh giá sự thay đổi về cấu trúc, tính chất hóa lý của tinh bột bắp, làm tiền đề cho các
nghiên cứu phát triển thêm từ đề tài này.
Tinh bột bắp là loại tinh bột được tách ra từ hạt bắp. Hạt bắp được ngâm trong
nước, mầm được tách ra khỏi nội nhũ, sau đó nghiền nhỏ và rửa nhiều lần và cuối
cùng đem đi sấy khô để thu được tinh bột. Bắp là loại cây lương thực được sử dụng
rộng rãi và có sản lượng dẫn đầu thế giới về cây lương thực. Bắp được trồng nhiều ở
Mỹ, Trung Quốc, Brasil, México, Argentina, Ấn Độ, Pháp, Indonesia, Nam Phi và
Italia (FAO, 2005). Vì là cây lương thực chính và có sản lượng lớn trên thế giới hiện

9


nay, nên chúng tôi đã lựa chọn tinh bột bắp là nguyên liệu được đem đi xử lý trong
nghiên cứu này.
1.2. Cấu trúc hóa học của tinh bột
Tinh bột được tạo thành từ hai đại phân tử là amylose và amylopectin (Cui, 2005),
mà cả hai đều được tạo thành từ một tiểu đơn vị là glucose. Amylose là polymer dạng
mạch thẳng, cấu tạo từ những D-glucopyranose chủ yếu thông qua liên kết
α-1,4-glycoside. Tuy nhiên, trong amylose cũng chứa khoảng 0.1% các liên kết
α-1,6-glycoside (Hizukuri, 1984; Takeda, 1986). Amylopectin là một polymer của các
D-glucopyranose dạng mạch phân nhánh thông qua hai liên kết là α-1,4-glycoside và
α-1,6-glycoside. Đối với phân tử amylopectin, tỷ lệ liên kết α-1,6-glycoside là 4%,
cao hơn nhiều so với amylose (Nakamura, 2015).
Phân tử amylopectin lớn hơn rất nhiều so với amylose, bởi vì khối lượng phân tử

của nó ở khoảng 107 tới 108 g/mol, trong khi amylose có khối lượng phân tử từ 5×105
đến 106 g/mol. Hai loại phân tử này có thể được phân biệt bởi kích thước phân tử và
khả năng liên kết khác nhau của chúng với dung dịch iodine (Banks và Greenwood,
1975).

10


Hình 1.1. Cấu tạo của Amylose và Amylopectin (Sanyang, 2018)
Amylose có cấu trúc vịng xoắn helix linh hoạt trong nước và có khả năng tương
tác với iodine tạo phức có màu xanh đặc trưng (Kerry, 2010). Phức hợp này có độ hấp
thu cao nhất tại λmax = 620nm cho màu xanh thẫm. Chiều dài mạch polymer phụ thuộc
tuyến tính với ái lực của chuỗi với iodine, đây cũng là cơ sở cho phương pháp xác
định chiều dài chuỗi glucan.. Chiều dài chuỗi thay đổi sẽ dẫn đến ái lực với iodine và
bước sóng hấp thụ cực đại thay đổi. Ở 20oC, amylopectin có khả năng liên kết với
iodine 0.2% (w/w) và phức hợp tinh bột-iodine có λmax =550 nm. Theo Kossmann
(2000), phân tử amylose phải có dạng vịng xoắn ốc mới có thể phản ứng được với
iodine. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iodine vì khơng
tạo được một vịng xoắn ốc hồn chỉnh (Hanes, 1938).

11


(a) Cấu trúc của phức tinh bột với iodine. Chuỗi amylose tạo một đường xoắn ốc quanh đơn vị
I6
(b) Góc nhìn từ trên xuống thấy iodine bên trong vịng helix.

Hình 1.2. Cấu trúc của phức tinh bột với iodine
1.3. Đặc điểm chung của hạt tinh bột
1.3.1. Hình thái hạt tinh bột

Trong tự nhiên, tinh bột tồn tại dưới dạng vi hạt. Tùy thuộc vào nguồn gốc của các
hạt tinh bột mà chúng sẽ khác nhau về kích thước, hình dạng và vị trí tâm hạt. Trong
cùng một loại tinh bột, hình dáng và kích thước của các hạt cũng khơng giống nhau.
Các hạt tinh bột củ thường có kích thước to và có dạng hình bầu dục (Whistler, 2009).
Các hạt tinh bột ngũ cốc như yến mạch và gạo có hình đa giác hoặc hình trịn. Kích
thước của các hạt tinh bột khác nhau với đường kính nằm trong khoảng 2-100 µm
(Nakamura, 2015). Kích thước hạt tinh bột bắp trong khoảng từ 5-25µm, có hình đa
giác hoặc hình trịn. (Buléon, 1998). Tinh bột khoai tây có hạt lớn nhất trong số tất cả
các tinh bột. Kích thước của hầu hết các hạt tinh bột ngũ cốc là nhỏ hơn so với các
loại củ và tinh bột đậu (Cui, 2005).

12


(a) Bắp bình thường; (b) Bắp sáp; (c) Khoai tây; (d) Lúa mì; (e) Miến; (f) Bắp đường

Hình 1.3. Ảnh quét hiển vi điện tử (SEM) của các hạt tinh bột (Whistler, 2009)
1.3.2. Cấu trúc tinh thể
Tinh bột trong tự nhiên có cấu trúc bán tinh thể, mức độ kết tinh của hạt tinh bột
dao động từ 15-45 % (Sajilata, 2006). Vùng tinh thể phần lớn là amylopectin và chỉ
có một số ít amylose, ngược lại amylose tồn tại chủ yếu trong vùng vơ định hình và
chỉ có một lượng nhỏ các mạch nhánh (Cui, 2005; Kerry, 2010).
Lớp tinh thể của hạt tinh bột được tạo thành từ mạch xoắn kép amylopectin, sắp
xếp theo phương tiếp tuyến với bề mặt hạt, đầu không khử hướng vào bề mặt của hạt.
Các lớp tinh thể và vơ định hình được sắp xếp với chiều dày theo chu kỳ 9-10 nm
(Whistler, 2009). Trong lớp tinh thể, các đoạn mạch thẳng liên kết với nhau thành các
sợi xoắn kép, xếp thành dãy và tạo thành chùm trong khi phần mạch nhánh nằm trong
các lớp vơ định hình (Kerry, 2010). Amylose có thể được hịa tan ra khỏi hạt mà

13

khơng làm ảnh hưởng đến tính chất tinh thể và thậm chí tinh bột khơng có amylose
giống như tinh bột nếp, là một dạng bán tinh thể. Mức độ tinh thể phụ thuộc vào hàm
lượng nước. Mức độ tinh thể là 24 % đối với tinh bột khoai tây đã sấy khơ bằng
khơng khí (19,8 % ẩm), 29-35 % đối với sản phẩm ướt (45-55 % ẩm) và chỉ có 17 %
đối với tinh bột được sấy khô bằng P2O5 và sau đó ngậm nước lại (Belitz, 2009).
1.4. Các tính chất của tinh bột
Hiện tượng hồ hóa và tái kết tinh là hai hiện tượng quan trọng của tinh bột
được ứng dụng nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm. Nghiên cứu về đặc điểm,
cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng giúp ta hiểu thêm về mối liên hệ giữa cấu trúc và
các tính chất của tinh bột (Cui, 2005).
1.4.1. Sự hồ hóa và một số tính chất của tinh bột hồ hóa
Tinh bột tự nhiên khơng hịa tan trong nước lạnh nhưng lại tan tốt trong nước
nóng. Hạt tinh bột dưới tác dụng nhiệt trong môi trường nước sẽ xảy ra quá trình biến
đổi từ cấu trúc được sắp xếp có trật tự thành dạng vơ định hình. Khi tinh bột bị hồ hóa,
tính trật tự của các phân tử bên trong hạt tinh bột bị phá vỡ, kéo theo là sự thay đổi
tương thích và bất thuận nghịch của các tính chất của tinh bột như sự trương nở của
hạt tinh bột, sự phân rã của vùng tinh thể, mất tính lưỡng chiết, sự gia tăng độ nhớt và
tính hòa tan của tinh bột. Cơ chế của sự hồ hóa tinh bột đã được nghiên cứu dựa trên
các đồ thị nhiệt vi sai (DSC). Có nhiều giả thiết về cơ chế hồ hóa của tinh bột như
Donovan (1979) cho rằng có hai cơ chế riêng biệt quyết định bởi các vùng sắp xếp có
trật tự trong hạt tinh bột trải qua giai đoạn chuyển tiếp trong một dãy hàm lượng ẩm.
Sự thu nhiệt ở nhiệt độ thấp phản ánh sự mất dần các lớp vỏ của hạt tinh bột và sự mất
định hướng của các chuỗi polymer của vùng tinh thể của tinh bột. Quá trình này tạo
điều kiên cho hoạt động trương nở xảy ra trong vùng vô định hình. Khi hàm lượng
nước tăng lên và trở nên khơng đủ cho q trình tan chảy hồn tồn ở trên thì vùng
tinh thể bị hydrate hóa một phần sẽ có xu hướng tan chảy ở nhiệt độ cao hơn bởi giá
trị phụ thuộc vào thể tích pha lỗng như theo dự đoán của thuyết Flory (Cui, 2005).

14


1.4.2. Độ nhớt
Độ nhớt là một tính chất cơ bản và đặc trưng của mọi chất lỏng. Khi một dòng
chất lỏng chảy nó sẽ tồn tại một trở lực bên trong và độ nhớt là đại lượng đặc trưng
cho trở lực đó. Độ nhớt cũng được xem như là lực kéo và là đại diện của các thuộc
tính ma sát của chất lỏng (Dabir S. Viswanath, 2007). Độ nhớt phụ thuộc vào nhiều
yếu tố trong đó có nhiệt độ, áp suất và nồng độ chất lỏng. Theo Harding (1997), độ
nhớt được chia thành độ nhớt tuyệt đối và độ nhớt động học.


Độ nhớt động lực (Dynamic viscosity) hay còn được gọi là độ nhớt tuyệt đối
(Absolute viscosity) được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích
cần thiết để di chuyển một mặt phẳng nằm ngang với một mặt phẳng khác. Đơn vị
của độ nhớt động lực theo hệ SI là N.s/m2, Pa.s hoặc kg/(m.s).



Độ nhớt động học (Kinematic viscosity) là tỷ lệ giữa độ nhớt động lực với tỷ
trọng của chất lỏng. Trong hệ SI, độ nhớt động học có đơn vị là m2/s hoặc stoke
(St) với 1 St = 10-4 m2/s.
Theo Kerry (2010), độ nhớt là 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 sử dụng tinh
bột làm nguyên liệu chính hay sản phẩm bổ sung tinh bột như một chất phụ gia. Phân
tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho các
phân tử tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nước nhiều hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ
dính cao hơn do đó các phân tử di chuyển khó hơn khiến cho độ nhớt của dung dịch
cao.

Trong kết quả nghiên cứu của Harding (1997), yếu tố chính ảnh hưởng đến độ
nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt
phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích hạt, cấu trúc và sự
bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxi hóa,
các thuốc thử phá hủy cầu hydro đều làm cho tương tác của các phân tử tinh bột thay
đổi, do đó làm độ nhớt thay đổi theo. Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong mơi trường
kiềm vì kiềm gây ion hóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hydrate hóa tốt hơn.
Ngồi ra nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt của dung
dịch.

15


Độ nhớt intrinsic được xem là một thông số về cấu trúc và được sử dụng để
nghiên cứu các tính chất lưu biến liên quan đến cấu trúc phân tử của các chất phân tán,
cấu trúc của các loại gel và đặc biệt là đối với các loại polysaccharide (Harding, 1997;
Lapasin, 1995). Khi xét về bản chất, độ nhớt intrinsic khơng hẳn là một loại độ nhớt
vì khác với các loại độ nhớt khác độ nhớt intrinsic được xác định dựa trên nồng độ, có
đơn vị nghịch đảo với đơn vị nồng độ chất lỏng.
Tác động của đại phân tử thuộc chất tan hòa tan hoặc phân tán trong một dung
dịch thì được gọi là độ nhớt relative (ηrel) hoặc độ nhớt reduced (ηred), được tính như
sau: ηrel=η/η0, ηred= (ηrel-1)/c; với η là độ nhớt của dung dịch, η0 là độ nhớt của dung
môi và c là nồng độ của dung dịch. Đơn vị của độ nhớt reduced là ml/g (Ljubica
Dokic và cộng sự, 2004).
Độ nhớt reduced là một đại lượng phụ thuộc vào nồng độ. Giới hạn khi c  0 của
độ nhớt reduced được định nghĩa là độ nhớt nội tại (intrinsic viscosity). Đây là hàm
nội tại của các đại phân tử hòa tan trong dung dịch và được xác định theo công thức:
[η]= lim

th

(Ljubica Dokic và cộng sự, 2004).

Độ nhớt intrinsic được xác định thông qua giá trị relative viscosity ở các nồng độ

khác nhau. Hiện nay có 3 phương pháp cơ bản thường được sử dụng để xác định độ
nhớt relative là: (a) Sử dụng nhớt kế mao quản (nhớt kế Ostwald hoặc nhớt kế
Ubbelohde), (b) Sử dụng nhớt kế dạng tấm (nón và tấm phẳng, 2 tấm song song, dạng
cub và bob) (Lapasin và Pricl, 1995), (c) Thiết bị mất cân bằng áp lực (Haney, 1985).
1.4.3. Sự tái kết tinh tinh bột

Sự tái kết tinh tinh bột hay cịn gọi là sự thối hố của tinh bột là sự thay đổi
tính chất vật lý theo sau sự hồ hóa tinh bột từ trạng thái vơ định hình ban đầu
sang dạng tinh thể có trật tự hơn (Eliasson & Gudmundsson, 2006). Quá trình tái
kết tinh xảy ra khi các phân tử tinh bột sắp xếp lại và định hình thành cấu trúc có
trật tự như các xoắn kép trong suốt quá trình lưu trữ tinh bột hồ hóa (Cui, 2005).
Những thay đổi này xảy ra do tinh bột hồ hóa ln ln ở trạng thái mất cân
bằng nhiệt động lực học. Tính chất hóa lý bị thay đổi, như sự gia tăng độ cứng,
mất tính giữ nước và phục hồi cấu trúc tinh thể (Eliasson & Gudmundsson,
2006).
16


Sự tái kết tinh sẽ không xảy ra ngay cả khi chỉ thiếu một hàm lượng nhỏ
nước. Hàm lượng nước cùng với nhiệt độ lưu trữ là hai yếu tố quyết định mức độ
tái kết tinh. Lưu trữ gel tinh bột có hàm ẩm 45-50% ở nhiệt độ thấp nhưng lớn
hơn -5oC sẽ làm tăng sự tái kết tinh so với tái kết tinh ở nhiệt độ phòng, đặc biệt
là trong những ngày đầu tiên của quá trình lưu trữ. Lưu trữ tinh bột ở nhiệt độ
dưới -5oC thì sự tái kết tinh bị ức chế (Barkeling, 1995; Eliasson, 1988).
Ở nhiệt độ cao hơn (trên 32-40oC) hiệu quả tái kết tinh giảm xuống (Eliasson,

1988). Cơ chế tái kết tinh gồm ba bước: tạo mầm ban đầu, phát triển tinh thể và
hoàn chỉnh tinh thể. Trong khoảng nhiệt độ từ -5 đến 60oC quá trình tạo mầm và
phát triển tinh thể phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm mũ. Tốc độ tái kết tinh càng
nhanh khi nhiệt độ càng giảm.
Trong thời gian lưu trữ lâu hơn, sự tái kết tinh ở mức độ cực đại đạt được khi
nhiệt độ nằm giữa -5oC và 60oC. Lúc đó, cả q trình tạo mầm và phát triển tinh
thể xảy ra đồng thời ở tốc độ ổn định hơn (Jenkins, 1983).
1.4.4. Độ trong của tinh bột hồ hóa
Khi hạt tinh bột trương nở trong nước, huyền phù từ trạng thái mờ đục trở nên
trong hơn. Do đó, độ trong có liên quan đến trạng thái phân tán của tinh bột. Một số
nghiên cứu cho rằng độ trong thay đổi đáng kể tùy vào nguồn gốc và các biến đổi hóa
học diễn ra ở hạt tinh bột. Nhìn chung, hồ tinh bột của khoai tây, sắn và bắp nếp trong
suốt, ngược lại, hồ tinh bột của bắp và lúa mì đục hơn. Độ trong của tinh bột được
biểu diễn thông qua giá trị về độ truyền suốt của dung dịch huyền phù (Chen, 1990).
Độ truyền suốt cung cấp nhưng thông tin về trạng thái của hồ tinh bột khi ánh
sáng truyền qua. Giá trị của độ truyền suốt phụ tuộc vào kích thước hạt, khả năng
trương nở, hàm lượng amylose, tỉ lệ amylose/ amylopectin và mức độ tàn dư của hạt
trương nở và hạt không trương nở (Craig và cộng sự, 1989; Chen, 1990). Ngoài ra,
chúng còn bị tác động bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như, đường làm tăng độ trong tinh
bột của các loại ngũ cốc (như tinh bột bắp), nhưng các chất hoạt động bề mặt như
glyceryl monostearate lại làm cho hồ tinh bột mờ đục hơn nhiều (Osman, 1967).
Các nghiên cứu được thực hiện bởi Craig và cộng sự (1989) đã cho thấy rằng việc
bổ sung thêm sucrose vào hồ tinh bột sẽ làm tăng độ truyền suốt. Theo Swinkels

17


(1985), độ trong của hồ tinh bột liên quan đến sự thối hóa của tinh bột. Hồ tinh bột
đã thối hóa sẽ trở nên đục hơn do khi đó đã diễn ra sự tái kết tinh sắp xếp lại cấu trúc
tinh bột làm giảm khả năng trương nở, hấp thụ nước làm giảm độ truyền suốt của

dung dịch huyền phù (Chen, 1990).
Độ trong của tinh bột là một trong những yếu tố quan trọng tác động đến chất
lượng sản phẩm, nếu tinh bột được sử dụng như một chất làm dày cho nhân bánh trái
cây yêu cầu độ trong cao, trong khi nếu tinh bột được sử dụng trong nước trộn salad
thì đục hơn (Chen, 1990).
1.4.5. Khả năng trương nở - hoà tan của tinh bột
Khi hoà tan tinh bột vào nước, đầu tiên các phân tử nước sê thâm nhập vào giữa
các phân tử tinh bột có kích thước lớn và tương tác với các nhóm hoạt động của tinh
bột, tạo ra lớp vỏ nước và làm cho mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi. Kết
quả, phân tử tinh bột bị xê dịch, giãn ra rồi trương nở. Q trình trương xảy ra khơng
hạn chế sẽ làm bung các phân tử tinh bột và hệ chuyển thành dạng dung dịch.
Ban đầu, sự trương nở của hạt tinh bột có tính thuận nghịch, tăng thể tích của hạt
lên đến 30% (Gryszkin và cộng sự, 2014). Nước hấp thụ và nhiệt của quá trình phân
tán của hạt tinh bột làm phá vỡ các liên kết hidro - chịu trách nhiệm cho sự gắn kết
của hạt - làm hòa tan một phần hạt tinh bột (Hoover, 2001). Nước thấm vào bên trong
hạt tinh bột, hidrat hoá các mạch amylopectin tuyến tính (Xie và cộng sự, 2008). Q
trình này làm cho sự trương nở trở nên bất thuận nghịch, tăng độ nhớt và tăng kích
thước của hạt lên gấp nhiều lần.
Khả năng trương nở và độ hòa tan của tinh bột cho thấy sự tương tác của chuỗi
polymer ở vùng định hình và vùng vơ định hình (Zhang và cộng sự, 2005). Mức độ
tương tác này bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ amylose- amylopectin là đặc trưng của phân tử
tùy thuộc vào mức độ trùng hợp, chiều dài và cấp độ phân nhánh của chuỗi, trọng
lượng và cấu trúc phân tử (Hoover, 2001; Ratnayake và cộng sự, 2002).
Ngoài ra, amylose cũng được báo cáo trong một số nghiên cứu gần đây là có ảnh
hưởng đến q trình trương nở. Theo Nwokocha (2009), sự hiện diện của amylose
gây cản trở quá trình trương nở do một số loại tinh bột có chứa phức hợp amylose -

18

lipid biểu thị khả năng trương nở và độ hòa tan hạn chế. Điều này cũng được chứng
minh trong nghiên cứu của Morrison (1993).
1.5. Khái quát về phương pháp thủy phân tinh bột bằng acid
Để tạo ra tinh bột biến tính bằng acid, tinh bột thơng thường sẽ được cho vào acid
với nồng độ nhất định và được giữ ở nhiệt độ dưới nhiệt độ hồ hóa (40-60oC). Khi
mức độ thủy phân giới hạn hoặc sự chuyển đổi đã đạt được như mong muốn, q trình
thủy phân sẽ được vơ hiệu hóa và ngừng lại (Whistler, 2009).
Q trình thủy phân các liên kết glycoside trong cấu trúc của hạt tinh bột, khơng
có sự ưu tiên nhất định nào và vấn đề này vẫn còn đang được tranh luận (Kerry, 2010).
Tuy nhiên có thể khẳng định rằng, sự thủy phân diễn ra nhanh nhất ở những vùng có
mức độ tinh thể thấp và đặc biệt là vùng vơ định hình (Van Beynum và Joels, 1985;
Wurzburg, 1986).
So với tinh bột bình thường, tinh bột biến tính bằng acid dễ tan trong nước nóng
hơn, có sự giảm trọng lượng phân tử cho cả thành phần mạch thẳng và phân nhánh.
Ngoài ra, một số tính chất khác cũng có sự thay đổi đáng kể như: tăng độ trong, độ
nhớt giảm, khả năng tạo gel và độ bền gel cao hơn so với tinh bột thơng thường
(Kerry, 2010).
1.6. Các cơng trình nghiên cứu trước đây
Nhiều nghiên cứu về sự biến đổi trong cấu trúc của tinh bột khi bị thủy phân giới
hạn bằng acid đã được báo cáo. Hầu hết các cơng trình nghiên cứu này đều thực hiện
trên mẫu tinh bột thô. Theo kết quả nghiên cứu của Sandhu (2006) đã công bố, độ
trong của dung dịch hồ tinh bột bị thuỷ phân giới hạn có liên quan đến xu hướng thối
hố của nó. Vùng vơ định hình bị “rửa trơi” trong q trình thuỷ phân giúp tăng
cường các liên kết giữa các amylopectin bên trong tinh bột do đó làm tăng khả năng
truyền suốt của dung dịch keo.
Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Jun Gao tiến hành thuỷ phân giới hạn các loại
tinh bột từ bắp và đại mạch không vỏ trấu. Kết quả cho thấy, trong cùng một khoảng
thời gian thuỷ phân ngắn và cùng một nồng độ acid, diện tích các lỗ xốp trên bề mặt
hạt tinh bột bắp sáp dần mở rộng trong khi bề mặt hạt tinh bột bắp thường và tinh bột
19

bắp giàu amylose lại hầu như khơng bị xói mịn. Điều này có thể cho thấy sự liên
quan giữa tỷ lệ amylose và amylopectin và mức độ thuỷ phân của tinh bột trong giai
đoạn đầu khi acid tấn công vào vùng vơ định hình. Ngồi ra, độ trương nở của các
mẫu được thuỷ phân cũng ngày càng giảm theo thời gian thuỷ phân càng dài cũng cho
thấy.
Nhóm nghiên cứu của Uthumporn (2010) đã công bố kết quả về sự thay đổi hàm
lượng amylose của các mẫu tinh bột bị thuỷ phân cũng làm ảnh hưởng đến khả năng
hoà tan và trương nở của các mẫu tinh bột. Nghiên cứu cho thấy sự tương tác của
chuỗi polymer ở vùng định hình và vùng vơ định hình. Kết quả tương tự cũng được
ghi nhận trong nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2005). Nghiên cứu cho thấy sự
tương tác của chuỗi polymer ở vùng định hình và vùng vơ định hình. Ngồi ra, độ
trương nở - hồ tan cịn bị ảnh hưởng bởi chiều dài chuỗi, khối lượng phân tử, mức độ
phân nhánh, sự khác biệt về cấu trúc hình thái của các hạt như diện tích bề mặt cụ thể
và số lượng lỗ rỗng có thể tiếp cận.
1.7. Nội dung nghiên cứu
Tinh bột bắp
Tinh bột bắp thô được thủy phân trong HCl ở 4 khoảng thời gian 4h, 14h, 23h, 30h

Tất cả mẫu tinh bột bắp
trước và sau khi xử lý

Đo khả
năng tạo
phức với
Iodine,
xác định
sự thay
đổi hàm

lượng
amylose
của các
mẫu tinh
bột

Đo độ
nhớt nội
tại của
các mẫu
tinh bột

Đo độ
trong
của hồ
tinh bột,
xác định
tính
năng
cơng
nghệ của
các mẫu
tinh bột
20

Đo độ
trương
nở - hồ
tan của
tinh bột,

xác định
tính năng
cơng
nghệ của
các mẫu
tinh bột


CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Vật liệu
2.1.1. Tinh bột bắp
Tinh bột bắp (BEST CORN STARCH) của công ty ROQUETTE Riddhi Siddhi,
Ấn Độ.
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột bắp nguyên liệu
Chỉ tiêu hóa lý

TCVN 10546:2014

Kiểm nghiệm*

Màu xanh được tạo
Độ hòa tan

thành với dung dịch

Tuân thủ

Iodine
Độ ẩm

< 13,0

11,0

Protein (% trên chất khô)

< 0,50

0,32

> 85

92,93±1,90**

< 0,20

0,11

< 1,00

0,25

< 40

13,6

5,00-7,00

5,46

Tinh bột (% w/w DB)
Tro (% w/w DB)
Độ hòa tan trong nước lạnh, % trên
DB
Free acidity,(ml 0.1N NaOH/100g)
pH (10%)

*Số liệu kiểm nghiệm do nhà sản xuất cung cấp.
**Xác định theo phương pháp phenol sulfuric acid (Dubois và cộng sự, 1956;
Sanat, 1994).
2.1.2. Hóa chất
D-glucose (C6H42O6, Merck, Đức); Sodium hydroxide (NaOH, Trung Quốc);
Hydrochloric acid (HCl, Trung Quốc; 3,5- Dinitrosalicylic acid (DNS) (Trung Quốc);
Phenol (C6H14OH, Trung Quốc); Sulfuric acid (H2SO4, Trung Quốc); Iode (I2,
Trung Quốc); Potassium iodide (KI, Trung Quốc).

21