Đề tài Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột

Thực phẩm chúng ta sử dụng hằng ngày đa phần do nhiều hợp chất cấu tạo nên. Nó là một hệ gồm nhiều pha chứa hỗn hợp phức tạp giữa nước, polysaccharide, protein, lipid và một số thành phần vi lượng khác như khoáng, vitamin Tinh bột thường hiện diện trong thực phẩm với một tỉ lệ tương đối lớn, nó cung cấp 50 - 70% năng lượng cho hoạt động hằng ngày của con người và là nguồn cung cấp glucose cho não và các tế bào khác trong quá trình trao đổi chất. Do đó có thể nói tinh bột như là một nguồn nguyên liệu quan trọng được sử dụng trong công nghiệp. Hàng năm trên thế giới có 60 tấn tinh bột thu được từ các loại hạt ngũ cốc, rễ, củ, thân và bẹ lá của các loại cây thực vật khác

doc48 trang | Chia sẻ: vietpd | Lượt xem: 1933 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Mục lục Danh mục hình Hình 1: SEM của tinh bột từ các nguồn khác nhau. 7 Hình 2: Liên kết Hydro loại I (trái) và loại II (phải) 8 Hình 3: Cấu tạo của tinh bột ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) 9 Hình 4: Cấu trúc của chuỗi amylose ( John F. Robyt, 2008) 10 Hình 5: Cấu trúc của chuỗi amylopectin ( John F. Robyt, 2008) 11 Hình 6: Cấu trúc phân nhánh của amylopectin (Martin và Smith, 1995) 12 Hình 7: Cấu trúc phân lớp của hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) 13 Hình 8: Cấu trúc hạt tinh bột (vùng kết tinh và vùng vô định hình) ( John F. Robyt, 2008) 13 Hình 9: Mô hình phức chất giữa amylose và hai phân tử monopalmitin (Les Copeland, 2009) 17 Hình 10: Sơ đồ phân loại các enzyme thủy phân tinh bột (Józef Synowiecki, 2007) 17 Hình 11: Mô hình mô phỏng hình thái hạt tinh bột trong quá trình thủy phân 20 Hình 12: Quy trình thực hiện thủy phân tinh bột 20 Hình 13: Biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ 23 Hình 14: Các mức tần số của sóng âm 24 Hình 15: Quá trình hình thành, phát triển và vỡ tung của bọt khí 27 Hình 16: Hình ảnh SEM của tinh bột bắp (a) mẫu đối chứng (b) mẫu xử lí bằng bể siêu âm (c) mẫu được xử lí bằng thanh siêu âm (Ivana Ljubić Herceg, 2010) 32 Hình 17: Hình ảnh SEM với cường độ chiếu (a) 34 W.cm-2 (b) 55 W.cm-2 (c) 73 W.cm-2 33 Hình 18: Hình ảnh hạt với cường độ chiếu 34 W.cm-2 trong (a) 15 phút (b) 30 phút 33 Hình 19: Hình ảnh hạt với cường độ chiếu 73 W.cm-2 trong (a) 15 phút (b) 30 phút 34 Hình 20: SEM của hạt tương ứng mức độ thủy phân 0 , 3.1, 18.4% (Qiang Huang, 2007) 37 Hình 21: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên độ nhớt biểu kiến với sự thay đổi nồng độ dịch tinh bột (Wenjian Cheng, 2010) 37 Hình 22: Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên độ hòa tan 38 Hình 23 : Hình ảnh SEM của hồ tinh bột khoai mì (a) mẫu kiểm chứng, (b) năng lượng thấp (20s), (c) năng lượng thấp (40s), (d) năng lượng cao (20s), € năng lượng cao (40s) (Nitayavardhana, 2008) 38 Hình 24 : Lượng đường khử và nhiệt độ gia tăng ở những điều kiện siêu âm khác nhau (Nitayavardhana, 2008) 39 Hình 25: Ảnh hưởng của nồng độ tinh bột lên sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ 41 Hình 26 : Lượng đường khử của các mẫu siêu âm ở mức năng lượng cao trong vòng 30s ở các nồng độ chất khô khác nhau.( Saoharit Nitayavardhana, 2008) 41 Hình 27 : Hiệu quả chiếu sóng siêu âm cường lực cao với nồng độ chất khô khác nhau 42 Hình 28: Hàm lượng đường khử sau 3h đường hóa với các chế độ xử lí bằng sóng siêu âm khác nhau trong trường hợp xử lí liên tục so sánh với mẫu đối chứng là đường chấm gạch ngang. (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 42 Hình 29: Sơ đồ hệ thống thiết bị chiếu siêu âm liên tục (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 43 Hình 30: Ảnh hưởng của mật độ năng lượng của sóng siêu âm đên kích thước phân tử (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 44 Hình 31: Hàm lượng đường khử và mật độ năng lượng đấu vào của phương pháp liên tục và gián đoạn (Melissa Montalbo-Lomboy, 2010) 44 Hình 32: Ảnh hưởng của chế độ bổ sung enzyme đối với hàm lượng đường khử 45 Hình 33: Biểu đồ mô tả quá trình xử hạt tinh bột có sử dụng sóng siêu âm (Yasuo Iida, 2007) 45 Danh mục bảng Bảng 1: Đặc điểm hạt tinh bột của một số hệ thống tinh bột (Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, 2007) 7 Bảng 2: Thành phần hóa học của một số loại hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) 9 Bảng 3: % mạch nhánh của amylopectin từ các loại tinh bột khác nhau ( John F. Robyt , 2008) 11 Bảng 4: Khả năng hòa tan trong nước với 220mg tinh bột trong 10 ml nước 14 Bảng 5: Các tính chất của a-amylase từ các nguồn khác nhau ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) 18 Bảng 6: Các tính chất của β - amylase từ các nguồn khác nhau ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) 19 Bảng 7: Các ứng dụng của siêu âm năng lượng cao trong công nghiệp thực phẩm (Patist, Bates, 2008) 29 Bảng 8:Độ nhớt và chỉ số hòa tan hạt tinh bột với sự thay đổi các thông số về thiết bị khi hạt trương nở và bị phá vỡ (Ivana Ljubić Herceg, 2010) 35 Bảng 9: Nhiệt độ huyền phù tinh bột sau quá trình xử lí bằng sóng siêu âm 36 Bảng 10: Sự thay đổi mức độ thủy phân theo thời gian (Qiang Huang, 2007) 36 Bảng 11: Sự thay đổi độ hòa tan của các loại hạt tinh bột khác nhau theo thời gian 40 Bảng 12: Sự thay đổi độ nhớt của một số loại tinh bột bởi sóng siêu âm trong 30s 40 MỞ ĐẦU Thực phẩm chúng ta sử dụng hằng ngày đa phần do nhiều hợp chất cấu tạo nên. Nó là một hệ gồm nhiều pha chứa hỗn hợp phức tạp giữa nước, polysaccharide, protein, lipid và một số thành phần vi lượng khác như khoáng, vitamin… Tinh bột thường hiện diện trong thực phẩm với một tỉ lệ tương đối lớn, nó cung cấp 50 - 70% năng lượng cho hoạt động hằng ngày của con người và là nguồn cung cấp glucose cho não và các tế bào khác trong quá trình trao đổi chất. Do đó có thể nói tinh bột như là một nguồn nguyên liệu quan trọng được sử dụng trong công nghiệp. Hàng năm trên thế giới có 60 tấn tinh bột thu được từ các loại hạt ngũ cốc, rễ, củ, thân và bẹ lá của các loại cây thực vật khác…, trong đó 60% lượng tinh bột này được đưa vào sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như trong quá trình sản xuất bánh kẹo, kem, snack, thực phẩm cho trẻ em, công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men như cồn, bia, rượu…, còn lại 40% được sử dụng trong ngành dược và các ngành công nghiệp khác như sản xuất giấy, nguyên liệu bao gói, chất kết dính, dệt, sợi, vật liệu xây dựng… Trong nhiều thập kỉ qua, tinh bột đã trở thành một đối tượng nghiên cứu lớn của ngành công nghiệp thực phẩm. Đã có rất nhiều ngiên cứu về phương pháp phân tích, cấu trúc phân tử, tính chất vật lí, hóa học, hóa sinh, tính chất chức năng cũng như các phương thức sử dụng tinh bột trong từng sản phẩm thích hợp. Thông qua các phương thức xử lí tinh bột khác nhau chúng ta sẽ thu được những tính chất riêng cho sản phẩm thực phẩm tương ứng. Biện pháp kĩ thuật thường sử dụng nhất để chế biến tinh bột là tiến hành quá trình thủy phân. Quá trình này được thực hiện dưới tác dụng xúc tác của acid hay sử dụng enzyme. Và để hỗ trợ cho quá trình thủy phân này sóng siêu âm đã được đưa vào trong quy trình xử lí. Phần trình bày sau sẽ giải thích rõ hơn về cơ chế cũng như ảnh hưởng của sóng siêu âm trong quá trình thủy phân tinh bột. Tinh bột Giới thiệu Tinh bột là nguồn carbonhydrate dự trữ trong rễ, hạt của cây và đặc biệt chứa nhiều trong nội nhũ hạt ngũ cốc. Nó cung cấp năng lượng cho các quá trình hoạt động của con người (4 kcal/g). Bên cạnh đó tinh bột còn được thủy phân tạo thành đường glucose là nguồn cơ chất cho các loài vi sinh vật để thực hiện quá trình lên men tạo sản phẩm. Tinh bột là một đại phân tử sinh học được hình thành từ các tiểu phần là glucose. Hạt tinh bột không tan trong nước lạnh do đó tạo thành huyền phù giữa tinh bột và nước. Khi đó hạt tinh bột cũng hấp thu một lượng nước nhỏ và trương nở nhẹ. Sau đó khi tiến hành gia nhiệt hạt sẽ hút nước mạnh hơn cho đến lúc trương nở cực đại dẫn đến độ nhớt đạt cực đại. Chính nhờ đặc tính này mà tinh bột được sử dụng như chất tạo đặc trong thực phẩm. Đặc tính của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn tinh bột, nồng độ tinh bột, nhiệt độ quá trình gia nhiệt, tốc độ gia nhiệt, hóa chất sử dụng (acid, đường, muối,…). Với các đặc tính hữu ích của tinh bột, chúng được sử dụng khá nhiều trong quá trình sản xuất thực phẩm để làm tăng độ nhớt, ngăn cản quá trình đông tụ, ổn định tính chất các sản phẩm lạnh đông,…Bên cạnh nguồn tinh bột thường, ngày nay con người còn sử dụng nguồn tinh bột biến tính với các đặc tính ưu việt hơn góp phần tạo ra các sản phẩm với chất lượng ngày một cao hơn. Nguồn tinh bột Tinh bột là polysaccaride chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Tinh bột có nhiều trong các loại cây lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Nguồn tinh bột rất đa dạng, trong đó phổ biến nhất là từ các hạt ngũ cốc như lúa mì, bắp, gạo, khoai tây,… hay từ các loại củ như khoai tây, khoai lang, khoai mì… Ngoài ra một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các nhóm cây họ đậu như đậu nành, đậu xanh… và trong một số loại trái cây như chuối,…. Tinh bột từ các loài thực vật khác nhau, hay cùng một giống cây trồng nhưng phát triển dưới các điều kiện khác nhau thì đều khác nhau cả về hình thái, tính chất công nghệ và các tính chất chức năng tương ứng. Do đó cần đặc chú ý đến những tính chất này để đảm bảo chất lượng ổn định và đồng nhất cho sản phẩm. Hình 1: SEM của tinh bột từ các nguồn khác nhau. gạo ; (b) lúa mì ; (c) khoai tây ; (d) bắp (Narpinder Singh, 2002) Cấu trúc hạt tinh bột Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng hạt không hoà tan trong nước lạnh gồm nhiều sợi liên kết với nhau. Các carbonhydrate đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá.. Tùy thuộc vào nguồn gốc mà tinh bột có kích thước thay đổi, trong đó dao động từ 2 ¸ 150mm. Hạt tinh bột có thể có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa diện. Cấu tạo và kích thước của hạt tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt cũng như quá trình sinh trưởng của cây. Có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống: Hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc. Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu. Hệ thống tinh bột của các củ. Bảng 1: Đặc điểm hạt tinh bột của một số hệ thống tinh bột (Trần Thị Thu Trà, Công nghệ bảo quản và chế biến lương thực, 2007) Loại Hình dạng Kích thước (mm) Nhiệt độ hồ hóa (0C) Lúa mì Cầu, elip 2 – 50 53 – 65 Mạch đen Elip 12 – 40 57 – 70 Đại mạch Elip 2 – 5 56 – 62 Ngô Cầu, đa diện 5 – 25 62 – 70 Ngô đường Cầu, đa diện 67 – 87 Ngô nếp Cầu, đa diện - 63 – 72 Yến mạch Đa diện 5 – 15 56 – 62 Gạo Đa diện 3 – 8 61 – 78 Nếp Đa diện 55 – 65 Kê Cầu, đa diện 4 – 12 69 – 75 Cao lương Cầu, đa diện 4 – 24 69 – 75 Maurice (1986) mô tả hạt tinh bột gồm nhiều vùng vô định hình và vùng kết tinh xen kẽ nhau. Quan sát dưới ánh sáng của quang phổ hồng ngoại, người ta nhận thấy có sự tồn tại liên kết hydro giữa các phân tử tinh bột, các liên kết hydro này đóng vai trò quan trọng, quyết định một số tính chất của hạt tinh bột. Bên trong hạt có các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm tạo thành các lỗ xốp. Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập làm trương nở hạt tinh bột, phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử bên trong hạt trong quá trình thủy phân. Khi không có mặt các phân tử nước, tinh bột sẽ liên kết với nhau theo loại I. Loại liên kết này làm giảm khả năng hoạt động của nhóm -OH. Theo kiểu liên kết này, các nhóm -OH bị khóa chặt làm cho hoạt tính của chúng giảm rõ rệt. Thông thường tinh bột tồn tại ở dạng này khi bị sấy khô quá mức hoặc bị thoái hóa, trong cả hai trường hợp, nước bị tách ra ngoài. Khi trong tinh bột có sự hiện diện của nước, các phân tử tinh bột liên kết nhau theo loại II. Đây là dạng liên kết thông thường của tinh bột trong tự nhiên, ở dạng này các nhóm -OH chủ yếu ở carbon thứ 6 nằm cạnh nhau sẽ liên kết nhau thông qua phân tử nước. Bằng phương pháp sấy khô thông thường, ta không thể tách hoàn toàn ẩm ra khỏi tinh bột, mà thường còn lại khoảng 8 -12% ẩm, được giữ khá bền trong cấu trúc phân tử tinh bột, nước này gọi là nước liên kết, tương đương với lượng nước tạo thành dạng monohydrate (C6H10O5.H2O)n, với n có thể từ vài trăm đến vài triệu. Hình 2: Liên kết Hydro loại I (trái) và loại II (phải) Thành phần cấu tạo Tinh bột không phải là một chất riêng biệt mà là một polymer sinh học bao gồm hai thành phần chính là amylose và amylopectin được tạo thành từ các đơn vị là glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết a-D-1,4 glycoside và a-D-1,6 glycoside. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lí học và hóa học. Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết. Hầu hết tinh bột chứa khoảng 60 – 90% amylopectin nên tỉ lệ amylose / amylopectin trong hạt thường thấy xuất hiện tỉ lệ xấp xỉ ¼. Trong khi đó cũng có tinh bột có amylose với hàm lượng cao (hơn 50% khối lượng tinh bột) như tinh bột đậu xanh, dong riềng...và hàm lượng amylopectin xấp xỉ 100% khối lượng tinh bột như tinh bột bắp nếp, gạo nếp...Tỉ lệ này thay đổi phụ thuộc giống loài, thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. Amylose và amylopectin có cấu tạo chứa nhiều nhóm hydroxyl do đó có thể kết hợp với nhau (liên kết hydtro loại 1) và với các phân tử khác (liên kết hydro loại 2) để tạo nên mạng lưới không gian 3 chiều từ đó tạo nên những tính chất đặc trưng cho các sản phẩm. Hình 3: Cấu tạo của tinh bột ( Tinh bột thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng) Ngoài hai thành phần chính là amylose và amylopectin thì trong hạt tinh bột còn chứa một hàm lượng nhỏ các chất khác như: lipit từ 0.1 ¸ 0.8% khối lượng, protein từ 0.1 ¸ 0.4% khối lượng, phosphate 0.09 ¸ 0.63% khối lượng. Bảng 2: Thành phần hóa học của một số loại hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) Tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%) Lipid (%) Protein (%) Phosphate (%) Bắp 25 75 0.8 0.35 0.09 Bắp nếp 0 100 0.2 0.25 0.024 Amylomaize-5 53 47 0.7 0.3 0.09 Amylomaize-7 70 30 0.75 0.3 0.06 Khoai tây 22 78 0.01 0.1 0.21 Lúa mì 23 77 0.9 0.4 0.18 Gạo 19 81 0.59 0.3 0.09 Khoai mì 17 83 0.02 0.1 0.009 Chuối 20 80 0.48 0.32 0.06 Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp. Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amylose và amylopectin xắp xếp theo phương hướng tâm. Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucoside của amylose và amylopectin tạo thành xoắn ốc với sáu gốc glucose một vòng. Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35-0,7 µm, chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm. Hơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucoside của các polysaccaride có dạng gấp khúc nhiều lần. Các mạch polysaccharide sắp xếp hướng tâm tạo ra vùng tinh thể: các mạch bên của một phân tử amylopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia. Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài. Đa số các nhà nghiên cứu đã chứng tỏ rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong ở chỗ là chứa ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài. Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán. Amylose Hình 4: Cấu trúc của chuỗi amylose ( John F. Robyt, 2008) Amylose có khối lượng phân tử xấp xỉ 105 ¸ 106 g, chuỗi dài từ 500 - 2000 đơn vị glucose. Amylose “nguyên thủy” có mức độ trùng hợp không phải hàng trăm mà là hàng ngàn. Có hai loại amylose: Amylose có mức độ trùng hợp tương đối thấp ( khoảng 2000) thường không có cấu trúc bất thường và bị phân ly hoàn toàn bởi β-amylase. Amylose có mức độ trùng hợp lớn hơn, chiều dài mạch dài hơn và cấu trúc xoắn phức tạp hơn do đó khó tiếp xúc với trung tâm hoạt động của β-amylase nên chỉ bị phân hủy khoảng 60%. Phân tử amylose có cấu tạo mạch thẳng, gồm những đơn vị glucose liên kết với nhau bằng liên kết a-1,4 glycoside trong đó có khoảng 0.5% số phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết a-1,6 glycoside. Amylose thường có dạng cuộn xoắn ốc, đường kính của xoắn ốc là 12.97A0, chiều cao của vòng xoắn là 7.91A0, mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucose. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Khi tương tác với iod, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Khi đó phân tử iod được sắp xếp bên trong cấu trúc xoắn ốc của phân tử amylose. Amylose dễ hòa tan trong nước ấm tạo thành dung dịch có độ nhớt không cao. Khi nhiệt độ dung dịch hạ thấp, amylose dễ bị thoái hóa và tạo ra các kết tủa không thuận nghịch. Amylopectin Hình 5: Cấu trúc của chuỗi amylopectin ( John F. Robyt, 2008) Cấu tạo của amylopectin lớn và có tỉ lệ phân nhánh khá lớn. Khối lượng amylopectin khoảng 108 đvC và DP lớn hơn 1 triệu.Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glycoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glycoside. Amylosepectin có khoảng 5% số lượng phân tử glucose liên kết bằng liên kết bằng α-1,6 glycoside. Bảng 3: % mạch nhánh của amylopectin từ các loại tinh bột khác nhau ( John F. Robyt , 2008) Amylopectin % mạch nhánh Ngô 4.2 Khoai tây 4.5 Lúa mì 4.8 Đại mạch 5 Yến mạch 5.2 Ngô nếp 5.9 Mạch nhánh của amylopectin có thể được chia làm 3 phần: Loại A: không có nhánh, một đầu của mạch A liên kết với các mạch khác bằng liên kết a - 1,6 Loại B: dạng mạch nhánh do một hay nhiều mạch A nối vào. Loại C: mạch duy nhất trong phân tử amylopectin có mang gốc glucose có nhóm khử. Hình 6: Cấu trúc phân nhánh của amylopectin (Martin và Smith, 1995) Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuỗi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucose. Phản ứng giữa amylopectin và iod cho phức màu nâu tím. Amylopectin chỉ hòa tan trong nước nóng và tạo dung dịch có độ nhớt cao. Do cấu trúc cồng kềnh lập thể nên các phân tử amylopectin trong dung dịch không có khuynh hướng kết tinh lại nên thường không bị hiện tượng thoái hóa. Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất gần giống như amylopectin. Sự khác nhau này được giải thích là do sự khác nhau trong quá trình sinh tổng hợp tinh bột dưới tác dụng của nhiều loại enzyme khác nhau. Những tính chất của tinh bột Đặc tính cấu trúc của hạt tinh bột Tỉ lệ vùng kết tinh của hạt tinh bột là 15% đối với hạt giàu amylose và khoảng 45¸50% đối với hạt tinh bột nếp. Hạt tinh bột có cấu trúc được sắp xếp theo một trật tự xác định tùy loại hạt. Cấu trúc bên trong của hạt gồm những lớp với các vòng tròn đồng tâm được sắp xếp theo thứ tự kích thước tăng dần từ tâm đến bề mặt hạt, có độ dày tăng từ 120 ¸ 400 nm lần lượt chứa các vùng kết tinh và vô định hình với mức độ tăng dần vùng kết tinh và giảm dần vùng vô định hình tương ứng. Hình 7: Cấu trúc phân lớp của hạt tinh bột ( John F. Robyt, 2008) Vùng tinh thể được hình thành chính bởi mạch amylopectin gốc còn vùng vô định hình được hình thành từ các nhánh của phân tử amylopectin, amylose và cấu trúc amylopectin sắp xếp không trật tự. Hình 8: Cấu trúc hạt tinh bột (vùng kết tinh và vùng vô định hình) ( John F. Robyt, 2008) Đối với hạt có hàm lượng amylose cao, mạch xoắn ốc của amylose cũng có thể góp phần vào quá trình kết tinh của hạt tạo nên cấu trúc bán tinh thể với tính chất lưỡng chiết (khúc xạ kép) khi được quan sát dưới kính hiển vi ánh sáng phân cực. Các tinh thể tạo bởi mạch amylopectin được phân thành 2 loại: loại A với cấu trúc chặt chẽ hơn loại B. Việc sinh tổng hợp tinh thể loại A và loại B khác nhau trong suốt quá trình hình thành hạt từ đó dẫn đến sự khác nhau về cấu trúc phân tử amylopectin và tỉ lệ amylose/amylopectin trong hạt. Tinh thể loại B có cấu trúc mạch amylopectin ngắn hơn. Các hạt tinh bột ngũ cốc có khuynh hướng có nhiều tinch thể loại A trong khi đó tinh bột từ các cây thân củ và các hạt tinh bột giàu amylose chứa nhiều cấu trúc loại B hơn. Bên cạnh đó còn xuất hiện một dạng trung gian giữa loại A và loại B đó là tinh thể loại C. Loại tinh thể thể này xuất hiện nhiều ở một vài loại trái, thân cây. Thường trong hạt xuất hiện cả hai loại tinh thể trên nhưng với tỉ lệ khác nhau tùy nguồn gốc cũng như điều kiện trồng trọt. Ví dụ đối với hạt tinh bột lúa mì tinh thể loại A chiếm tỉ lệ cao hơn nhưng có số lượng ít hơn hạt loại B. Do đó dẫn đến sự khác nhau trong cấu trúc và tính chất chức năng của sản phẩm sau này. Amylose có khả năng tạo phức với iod để tạo thành phức amylose – iod, do đó chúng ta thường sử dụng phương pháp này để xác định amylose trong hạt. Mặc dù phương pháp này nhanh và thuận tiện nhưng nó không cho kết quả chính xác bởi vì bước sóng hấp thu cực đại của phức amylose – i
Tài liệu liên quan