Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm

MỞ ĐẦU Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Một lượng tinh bột đáng kể có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình chín và chuyển hóa sau thu hoạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn. Các tính chất “sẵn có” của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến hình (hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ. Bài tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề: “Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và

doc68 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 26/01/2013 | Lượt xem: 19178 | Lượt tải: 28download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1,4- glucoside.Trong không gian, nó cuộn lại thành hình xoắn ốc và được giữ bền vững nhờ các liên kết hyđrô. Amylose thường ở dạng kết tinh có lớp hydrate bao quanh xen kẽ với các amylose kết tinh không có lớp hydrate. Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50.000÷160.000, do cấu trúc mạch thẳng, amylose có gốc hydroxyl tự do nhiều nên dễ hoà tan trong nước ấm. Tuy nhiên, ở dạng tinh thể không bền vững nên khi để yên tinh thể sẽ tách ra. Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa amiloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amiloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A0, chiều cao của vòng xoắn là 7,91A0 Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Một phần cấu trúc Amylose Amylose bắt màu xanh với Iodine, màu này mất đi khi đun nóng, hiện màu trở lại khi nguội. Amylose bị kết tủa bởi rượu butylic.Trong phân tử amylose có một đầu có tính khử và một đầu không có tính khử. I.3.2Amylopectin: Amylopectin có cấu tạo vô định hình, có dạng phân nhánh. Ngoài liên kết α-1,4 glucozid, các phân tử glucose còn liên kết với nhau theo liên kết α-1,6 glucozid. Cấu trúc phân tử bao gồm một mạch trung tâm thẳng chứa liên kết α-1,4 glucozid, từ mạch này phát ra các nhánh phụ dài chừng vài chục gốc glucose. Amylopectin có khối lượng phân tử nằm trong khoảng 500 ngàn đến 1000000 dalton. Các amylopectin thường phân bố ở bên ngoài hạt tinh bột. Sự khác biệt giữa amiloza và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amiloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amilopectin. Cấu tạo của amilopectin còn lớn và dị thể hơn amiloza nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amiloza/amilopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. Amylopectin tác dụng với Iod tạo thành màu tím đỏ. Amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững. Amylopectin không có khả năng tạo phức với butanol và các hợp chất hữu cơ khác, không bị hấp phụ trên cellulose. Mảnh cấu trúc của amylopectin I.4 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột: I.4.1 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 axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza. Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liênkết α -D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường. Sự thủy phân của tinh bột trãi qua các giai đoạn sau: Hình:Phản ứng thủy phân của tinh bột Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng. Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột ở các nhóm hydroxyl. Những nhóm hydroxyl trong tinh bột có khả năng phản ứng với andehyt trong môi trường axit. Khi đó xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo liên kết ngang giữa các phân tử tinh bột gần nhau. Sản phẩm tạo thành không có khả năng tan trong nước. I.4.2 Phản ứng tạo phức: Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot. Khi tương tác với iot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amiloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Để phản ứng được thì các phân tử amiloza phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amiloza bao quanh phân tử iot.Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iot vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng. Amiloza với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một vòng xoắn một phân tử iot. Amilopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về bản chất phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ. Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp. I.4.3 Tính hấp phụ 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 cần phải hết sức quan tâm 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 cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng. I.4.4 Khả năng hấp phụ 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 tỉ 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. Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ hóa, tạo gel, tạo màng). Ngoài ra, nó cũng là cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê, trà hòa tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất. I.5 Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước: I.5.1 Tính hút ẩm và tính hòa tan: Khả năng hút ẩm của tinh bột khá hơn do hạt tinh bột có cấu trúc xốp. Khi độ ẩm tương đối của không khí. φ = 75% thì khả năng hút ẩm của tinh bột lên đến 10,33%, khi φ = 100% thì khả năng hút ẩm đến 20,92%. Ở nhiệt độ thường tinh bột không hòa tan trong nước, tinh bột cũng không hòa tan trong ete, rượu, sunfua cacbon, clorofoc… Tinh bột hòa tan trong môi trường kiềm tốt hơn là trong môi trường trung tính hoặc axit vì kiềm có tác dụng ion hóa từng thành phần do đó làm cho phân tử polisaccarit hydrat hóa tốt hơn. Ngoài ra, tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột I.5.2 Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột : Khi hòa tan tinh bột vào nước do kích thướt phân tử của tinh bột lớn nên đầu tiên các phân tử sẽ xâm nhập vào giữa các phần tử tinh bột. Tại đây chúng sẽ tương tác với nhóm hoạt động của tinh bột, quay cực, các phổ hồng ngoại và hàm lượng glucoza, tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi, do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị “rão” ra và bị trương lên. Nếu sự xâm nhập của phân tử nước vào tinh bột dẫn đến quá trình trương không hạn chế nghĩa là làm bung được các phân tử tinh bột thì hệ thống chuyển thành dung dịch. Quá trình trương này luôn luôn đến trước quá trình hòa tan. Dĩ nhiên, với tinh bột để đạt được trạng thái này còn phụ thuộc vào điệu kiện bên ngoài là nhiệt độ. Ái lực của dung môi (nước) với tinh bột được biễu diễn bằng phương trình nhiệt động sau: ΔF = ΔU - TΔS Trong đó ΔF – sự biến thiên năng lượng tự do từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối của hệ. ΔU – biến thiên nội năng của hệ T - nhiệt độ tuyệt đối. ΔS - biến thiên entropy của hệ Sự hòa tan sẽ xảy ra khi giảm năng lượng tự do ΔF của hệ. ΔF phụ thuộc ΔU và ΔS. Ở các quá trình tự xảy ra thì entropy của hệ có khuynh hướng tăng do đó TΔS tăng, vì số hạng này là âm nên sự biến thiên entropy của hệ cô lập luôn luôn làm giảm năng lượng tự do nghĩa là luôn luôn góp phần vào sự hòa tan. Sự biến thiên nội năng ΔU là hàm của năng lượng tương tác của phân tử dung môi với phân tử tinh bột. Nếu lực tương tác giữa các phân tử của hai pha ( tinh bột và nước) vượt lên trên lực tương tác giữa các phân tử trong mỗi pha thì ΔU 0 và sẽ có hoặc không có sự hòa tan, phụ thuộc vào sự tương quan giữa ΔU và TΔS. Khi ΔU = TΔS thì sự gia nhiệt không đáng kể sẽ chuyển hệ thống từ trạng thái không tan thành hòa tan vì khi tăng nhiệt độ, số hạng entropy tăng nhanh hơn nội năng rất nhiều. Thí nghiệm về hòa tan đã chứng tỏ khi ΔU > 0 thì entropy là yếu tố quyết định. Trong phân tử tinh bột có chứa các nhóm có cực mạnh, theo thường lệ thì chúng hòa tan trong nước. Khi tinh bột ở trạng thái tự nhiên thì các phân tử thường liên kết với nhau bằng liên kết hydro rất bền nên khi ở trong nước lạnh có thể hấp thụ nước một cách thuận nghịch nhưng rất nhỏ. Ngoài ra, hạt tinh bột lại có lớp vỏ bao bọc nên để phá hủy được cấu trúc này đòi hỏi một năng lượng đáng kể. Người ta thấy rằng khi ở nhiệt độ bình thường tinh bột hấp thụ 25 – 50% nước mà hạt vẫn chưa trương. Người ta nhận thấy ở 600C tinh bột ngô hấp thụ 100% nước ( so với trọng lượng ban đầu), khi ở 700C thì hấp thụ 1000% nước và khi trương nở cực đại tinh bột có thể hấp thu đến 2500% nước. Sự phá hủy hạt có thể xem như giới hạn tự nhiên giữa hai trạng thái khác nhau của tinh bột : tinh bột ban đầu với mức độ hydrat hóa khác nhau và dung dịch keo của tinh bột. Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các hạt tinh bột có kích thướt khác nhau, từ nguồn khác nhau sẽ khác nhau về nhiệt độ chuyển trạng thái. Hạt lớn bị hồ hóa đầu tiên, hồ bé nhất sẽ hồ hóa sau cùng. Ở hạt tinh bột bé có cấu tạo chặt các phân tử liên kết với nhau bằng một số lớn liên kết hydro rất bền do đó việc phá vỡ hạt khi hồ hóa ở hạt lớn và hạt nhỏ phải xảy ra ở nhiệt độ khác nhau. Vì vậy nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau : ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một cực đại rồi giảm xuống. Dưới đây là khoảng nhiệt độ hồ hóa của một số tinh bột. ( Bảng I .1) Nhiệt độ hồ hóa cũng phụ thuộc vào thành phần amiloza và amilopectin. Amiloza sắp xếp thành chùm song song được định hướng chặt chẽ hơn Amilopectin vốn có xu hướng cuốn lại thành hình cầu, có cấu trúc khó cho nước đi qua. Các ion được liên kết với tinh bột cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ bền của các liên kết hydro giữa các yếu tố cấu trúc bên trong của hạt. Khi giữa các phần của các chuỗi có chứa những ion mang điện tích cùng dấu thì sẽ đẩy nhau do đó làm lung lay cấu trúc bên trong của hạt kết quả là làm thay đổi nhiệt độ hồ hóa. Bảng I .3 : Tinh BộtNhiệt độ ban đầu, 0CNhiệt độ trung bình, 0CNhiệt độ cuối, 0CNgô626670Ngô nếp636872Ngô giàu Am (55%)6780Một số hạt ở 1000C vẫn chưa bị phá hủyThóc6874,578Lúa mì59,562,564Sắn525964Khoai tây586266 Các muối vô cơ khi ở nồng độ thấp sẽ phải phá hủy liên kết hydro nên làm tăng độ hòa tan của tinh bột, ngược lại nồng độ muối cao sẽ làm giảm sự hydrat hóa phân tử tinh bột và làm kết tủa chúng. Sự hồ hóa tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường kiềm. Vì kiềm làm ion hóa từng phần do đó làm cho sự hydrat hóa phân tử tinh bột tốt hơn. Các chất không điện ly như đường, rượu cũng có ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hóa và làm cho nhiệt độ hồ hóa tăng lên. Ảnh hưởng của dung dịch 20% các đường khác nhau đến nhiệt độ hồ hóa theo trật tự sau: Sacaroza > Glucoza > Socboza > Maltoza Với rượu thì có trật tự sau : Glixerin > Izopropanol > Etanol > Propanol Độ trong của hồ : Tinh bột đã hồ hóa thương có một độ trong suốt nhất định. Độ trong suốt này có ý nghĩa rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm thực phẩm có chứa tinh bột, đặc biệt là làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này. Người ta nhận thấy tinh của các hạt cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củ thường cho hồ trong suốt hơn tinh bột của các hạt cốc bình thường (hạt tẻ) Sự có mặt của các chất khác nhau cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ trong suốt đó. Các đường thường làm tăng đáng kể độ trong suốt của hồ tinh bột từ các loại hạt cốc. Ngược lại, các chất nhũ hóa như glixerinmonosterat lại làm hồ mất trong. Các chất hoạt động bề mặt như natri laurilsulfat dễ tạo phức với amiloza cũng làm tăng độ trong của hồ . I.5.3 Tính chất nhớt – dẻo của hồ 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 là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại đồ sộ hơn, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó khăn hơn. Tính chất này càng thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp (tinh bột giàu amilopectin). Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu diễn của phân tử hoặc của các hạt phân tán. Đường kính này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau : - Đăc tính bên trong của phân tử như khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử. - Tương tác của tinh bột với dung môi (nước) gây ảnh hưởng đến sự trương, sự hòa tan và cầu hydrat hóa bao quanh phân tử. - Tương tác của các phân tử tinh bột với nhau quyết định kích thước của tập hợp. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca 2+, tác nhân oxy hóa, các thuốc thử phá hủy cầu hydro đều làm cho tương tác giữa các phân tử tinh bột thay đổi do đó làm cho độ nhớt thay đổi theo. Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ra kiềm hóa các phân tử tinh bột khiến cho chúng hydrat hóa tốt hơn. Khi cho các phụ gia vào thực phẩm chứa tinh bột thường có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất nhớt dẻo của hồ tinh bột. Với các muối, khi ở nồng độ thấp sẽ ảnh hưởng không đáng kể đến độ nhớt của hồ tinh bột. Ngược lại, khi ở nồng độ cao sẽ làm tăng độ nhớt vì khi đó muối sẽ chiếm lấy phân tử nước. Các anion mà cation thường có ảnh hưởng khác nhau đến hồ tinh bột. Chẳng hạn ảnh hưởng của anion và cation đến hồ tinh bột ngô như bảng I . 4. Bảng I . 4 :  Nhiệt độ, 0C Tăng độ nhớt Độ nhớt cực đạiKiểm chứng7291Muối natri iodua6479 bromua7490 phosphat7894 axetat8095 clorua8095 citrat84- tactrat84- sulfat85-Muối clorua của canxi7985 magie8294 kali7895 natri8095 Với đường như sacaroza khi thêm vào hồ tinh bột ngô 5% sẽ làm tăng giá trị cực đại của độ nhớt, ảnh hưởng sẽ càng lớn khi lượng đường đạt đến 20% khối lượng dịch hồ. Khi nồng độ sacaroza cao hơn nữa 50% thì lại làm giảm giá trị cực đại của độ nhớt. Độ bền của hệ keo hồ tinh bột sẽ bị giảm cùng với sự tăng lượng sacaroza, pH của đa số thực phẩm thường ở trong giới hạn 4 – 7. Sự thay đổi không đáng kể pH trong khoảng đó chỉ có ảnh hưởng rất nhỏ đến độ nhớt của hồ tinh bột. Tuy nhiên, nếu sử dụng đệm citrat, bimaleat thì sẽ có ảnh hưởng đến độ nhớt nhiều hơn. Với những thực phẩm có pH thấp (bánh có nhân quả) người ta có thể dùng tinh bột đặc biệt có chứa các “liên kết ngang” để ngăn chặn tác dụng thủy phân của axit. Tuy nhiên, nếu sản phẩm có chứa nhiều đường sẽ kiềm hãm sự trương của hạt tinh bột nên coi như không chịu ảnh hưởng của axit. Các chất béo thường làm tăng độ nhớt nhưng sự tăng sẽ không như nhau đối với các tinh bột khác nhau. Đa số các chất hoạt động bề mặt khác thường làm tăng nhiệt độ để hồ có được độ nhớt cực đại. Trong thực phẩm người ta thường dùng các chất hoạt động bề mặt phi ion để làm chất nhũ hóa và chất tạo bọt. Hoạt động của những chất này phụ thuộc trực tiếp vào tương tác với tinh bột. Người ta thường dùng monoglixerit để làm tăng các cấu trúc của khoai tây sấy khô dạng hạt cũng như dạng vảy (bỏng). Các chất này cũng có tác dụng ngăn ngừa sự tạo keo trong các sản phẩm có chứa tinh bột. Nói chung đa số các chất hoạt động bề mặt dùng trong các sản phẩm thực phẩm đều tạo phức được với amiloza. I.5.4 Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột : Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước. Vì tinh bột chứa cả amilopectin và amiloza nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh và vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amiloza và các đoản mạch amilopectin kết dính với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của phân tử amilopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết dính. Vùng kết dính vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn tính của gel. Phần của đại phân tử Am và AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình ở giữa các mixen sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá hủy và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của phân tử trong phần vô định hình quyết định. Các tinh bột vừa chứa Am và AP nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi ở nồng độ tương đối thấp. Chỉ có tinh bột khoai tây là khả năng này kém hơn, có thể là do hàm lượng Am của nó cao hơn nhưng trước hết là do độ dài bất thường và mức độ phân nhánh yếu của Am sẽ cản trở sự uốn thẳng để tạo ra cấu trúc mixen. Các tinh bột giàu Amilopectin như tinh bột ngô nếp, có độ phân nhánh cao thường cản trở sự tạo gel khi ở nồng độ thấp nhưng khi ở nồng độ cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel. Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn. Gel từ tinh bột giàu Am thường cứng và đàn hồi kém. Sự thoái hóa Khi gel tinh bột để một thời gian dài chúng sẽ co lại và một lượng dung dịch thể sẽ tách ra. Quá trình đó gọi là sự thoái hóa. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để lạnh đông rồi sau đó cho tan giá. Có hiện tượng thoái hóa là do hình thành nhiều cầu hydro giữa các phân tử tinh bột. Các phân tử amiloza có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơn các phân tử amilopectin. Vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với các phân tử Am là chủ yếu. Sự thoái hóa bao gồm ba giai đoạn sau: Đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại. Tiếp đến vỏ hydrat bị mất và các mạch được định hướng. Các cầu hydrat được tạo thành giữa các nhóm OH. Người ta nhận thấy rằng tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại khi pH = 7. Tốc độ thoái hóa dẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH. Khi pH > 10 sẽ không có thoái hóa. Khi pH 800C) nhưng pH gần như trung tính (6-7). Hình . Phân tử dextrin Các maltodextrin nhận được trong giai đoạn này thường gồm các oligosacarit có chứa từ 5-10 đơn vị glucozơ, đặc biệt là các α- dextrin giới hạn thu được từ amilopectin có các liên kết α- 1,6. Trong dung dịch các oligosacarit này ổn định hơn nhiều so với các phân tử amiloza và amilopectin ban đầu. Nhờ tính ổn định cao của dung dịch, cho phép hạ nhiệt độ của môi trường thủy phân trong giai đoạn đường hóa tiếp theo. Nói chung, khi dextrin hóa bằng α- amilaza thường thu được dung dịch maltodextrin có đương lượng dextro vào khoảng 30 đến 20. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, các maltodextrin là các chất phụ gia rất được quan tâm để chế tạo các thực phẩm cho trẻ em, thực phẩm ăn kiêng, và thực phẩm để truyền trực tiếp cho bệnh nhân. Ngoài ra, maltodextrin còn được sử dụng như những chất tạo cấu trúc: chất tạo độ đặc, và độ nhớt cho thực phẩm lỏng kiểu nước xốt, là chất kết dính trong sản xuất thức ăn chín. Trong công nghiệp sản xuất mức quả, maltodextrin thay thế gôm Arập để sản xuất kẹo gôm và kẹo cứng,làm tăng độ dẻo của kẹo cao su đồng thời giảm được sự hồi đường của kẹo. Một số maltodextrin sử dụng thay thế cho chất béo trong các sản phẩm như bơ, sữa gầy. Dung dịch 20-25% maltodextrin này, sau một vài giờ có thể chuyển thành một dạng gel thuận nghịch có cấu trúc tương tự cấu trúc chất béo. Tuy nhiên khi đưa vào các sản phẩm thực phẩm thì không cần đến hàm lượng maltodexrtin cao như vậy vì phải tính đến các thành phần bổ sung khác như protein, tinh bột ... II.2.2.2. Đường hóa: sự phân cắt sâu sắc tinh bột Giai đoạn đường hóa là giai đoạn thủy phân các maltodextrin và các oligosacarit thành đường glucozơ, maltoza và maltotrioza. Tùy theo loại sản phẩm mong muốn quá trình chuyển hóa này có thể được xúc tác bởi một hay kết hợp nhiều enzym. Khi sử dụng enzym amiloglucosidaza sẽ cho ra các sản phẩm giàu glucozơ. Còn thủy phân bằng một hỗn hợp các enzym β-amilaza và pululanaza thì cho sản phẩm giàu maltoza (90%). Việc tách riêng hai quá trình dextrin hóa và đường hóa cho phép sử dụng những điều kiện nhiệt độ và pH tối ưu để tăng hoạt độ của enzym cũng như để cơ chất có trạng thái hòa tan tốt. Nói chung đường hóa được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 500C tương ứng với nhiệt độ tối ưu của các enzym sử dụng và ở pH hơi axit (5-6). Trong thực tế, các sản phẩm thủy phân tinh bột có thể được sử dụng ngay, không qua xử lí thêm hoặc cho qua những chuyển hóa tiếp theo. Đương lượng dextro và thành phần các oligosacarit Đương lượng dextro (dextrose equivalent-DE) được định nghĩa là phần trăm đường khử có mặt trong dung dịch so với tổng lượng oligosacarit. Do đó DE của maltodextrin là dưới 20, của các sirô glucozơ là giữa 20 và 70, của dịch thủy phân là trên 97. Tuy nhiên định nghĩa này có một số hạn chế, bởi lẽ hai sản phẩm thủy phân tinh bột có thể có thành phần rất khác nhau nhưng có cùng DE. Dù sao, DE cũng là thông số quan trọng, bởi qua DE có thể biết được một cách tương đối mức độ thủy phân cũng như tính chất chung của dịch thủy phân tinh bột . Thành phần của các sản phẩm thủy phân đặc biệt phụ thuộc vào phương pháp công nghệ sử dụng. Độ ngọt và khả năng kết tinh của dịch đường tinh bột . Khái niệm độ ngọt được rút ra từ phân tích cảm quan. Độ ngọt được định nghĩa bằng cách so sánh với một dung dịch saccaroza đối chứng có cùng nồng độ khối lượng. Độ ngọt tăng lên, một mặt cùng với sự tăng nồng độ của các oligosacarit, mặt khác cùng với sự tăng giá trị DE, song cũng như yếu tố pH, nhiệt độ và mức độ hydro hóa các đường cũng có ảnh hưởng tới giá trị này. Các sản phẩm có hàm lượng glucozơ và maltoza cao thường dễ dàng bị kết tinh. Tính chất này đôi khi có ảnh hưởng không tốt trong một số sản xuất như trong công nghệ sản xuất mứt kẹo. Trong trường hợp này, việc thêm một lượng nhỏ maltodextrin vào có thể ngăn chặn được sự tạo tinh thể đường. Ở đây các phân tử này coi như là một môi chất pha loãng đường đơn giản. Khả năng giữ nước và tạo áp suất thẩm thấu Khả năng giữ nước là một tính chất quan trọng của các sản phẩm thủy phân tinh bột . Có thể nói, khả năng duy trì được một độ ẩm nào đó cho một sản phẩm là một tính chất chủ yếu của các dung dịch đường có DE thấp. Trong quá trình bảo quản các sản phẩm thực phẩm, sự hấp thụ nước có thể đưa lại những hiệu quả khác nhau. Có thể rất có lợi trong bánh biscuit, bánh mì, kem. Ngược lại sự hấp thụ nước sẽ có tác dụng xấu trong sản xuất mứt kẹo vì làm cho sản phẩm trở nên đục và dính. Các sản phẩm thủy phân tinh bột có DE cao có thể duy trì một áp suất thẩm thấu cao trong môi trường. Khả năng này càng mạnh nếu nồng độ sử dụng càng cao. Nó cho phép hạn chế được sự phát triển các vi sinh vật không có lợi và ổn định được nước cho sản phẩm. Tính chất này đặc biệt được sử dụng trong sản xuất các loại mứt. Khả năng tạo nhớt của dung dịch đường tinh bột Độ nhớt của các sản phẩm thủy phân tinh bột phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ đường và nhất là DE. Thực vậy, độ nhớt giảm rất nhanh khi DE càng tăng. Các sản phẩm có DE thấp được sử dụng như tác nhân làm đặc, trong khi đó các sản phẩm có DE cao được sử dụng làm chất hóa dẻo cho các sản phẩm. Khả năng lên men của các sản phẩm thủy phân Khả năng lên men của các sản phẩm thủy phân tinh bột cũng là một thuộc tính của các dung dịch đường có DE cao, cũng như các dịch đường thủy phân có hàm lượng oligosacarit thấp phân tử lớn. Khả năng lên men của dung dịch đường được chú trọng khai thác trong nhiều ngành công nghiệp có liên quan với những chuyển hóa sinh học như dược phẩm, hóa học, công nghiệp thực phẩm. Ứng dụng của tinh bột biến hình: III.1 Ứng dụng tinh bột biến hình trong công nghiệp thực phẩm III.1.1. Ứng dụng tinh bột biến hình bằng phương pháp axit làm chất ổn định sữa chua. Tinh bột biến hình bằng phương pháp axit được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Bên cạnh khả năng tạo gel, chất làm ổn định, chất làm đặc còn có khả năng tan dễ dàng trong nước ấm, là một phụ gia quan trọng để sản xuất các sản phẩm hòa tan như cà phê, bột trái cây, bột sữa chua, bột đậu nành và các loại trà uống khác. Trong công nghiệp dệt và công nghiệp giấy cũng là thành phần không thể thiếu được, để làm tăng độ bền độ mài mòn và độ bóng của sản phẩm. Hiện tại các nhà máy sữa thường dùng phụ gia polyaards cho sản phẩm sữa chua, nó tạo gel, tạo độ đặc và làm ổn định khối sữa chua thành phẩm nhưng phải nhập ngoại đắt tiền,có thể thay thế bằng tinh bột biến hình để tạo gel và làm chất ổn định sữa chua. III.1.2. Ứng dụng tinh bột oxi hóa vào công nghệ sản xuất bánh phồng tôm Một trong số ứng dụng quan trọng là tạo độ dòn, độ xốp cho sản phẩm. Nhờ sự tạo thành các nhóm cacboxyl tích điện âm nên tác dụng đẩy nhau là tăng độ phồng nở của tinh bột lên nhiều lần và độ trắng cao sau khi được oxi hóa. Hình 5.2. Qui trình sản xuất bánh phồng tôm. Tối ưu hóa điều kiện công nghệ để sản xuất tinh bột biến hình oxi hóa ứng dụng làm bánh phồng tôm Tiến hành thực nghiệm theo ma trận TĐY23 Hàm mục tiêu được chọn là độ phồng nở của bánh phồng tôm được xác định theo phương pháp đo. (độ phồng nở của bánh phồng tôm được đánh giá theo tỉ trọng, bằng cách cho bánh đã biết trước khối lượng và đã bọc 1 lớp parafin vào nước, dựa vào thể tích bánh trong nước và khối lượng của bánh tính được tỉ trọng của bánh.) Tối ưu hóa thực nghiệm theo phương pháp dốc đứng Thu được các điều kiện công nghệ sản xuất tinh bột oxi hóa để làm bánh phồng tôm có độ phồng nở tốt nhất. BảngIII.1. Các điều kiện công nghệ để sản xuất tinh bột oxi hóa để làm bánh phồng tôm Loại tinh bộtNồng độ tinh bột %Thể tích nước javel, mlThời gian biến hình, hĐộ phồng nở g/cm3Tinh bột sắn dây3110,56,20,350Tinh bột sắn30,513,570,328 III.1.3. Ứng dụng tinh bột huỳnh tinh biến hình bằng axit trong sản xuất bánh qui xốp Trong công nghiệp sản xuất bánh qui, thường bổ sung tinh bột vào quá trình nhào bột để có độ dòn, xốp thích hợp. Trong quá trình nướng sẽ tạo trên bề mặt sản phẩm chất dextrin làm cho sản phẩm bóng đẹp. Xu hướng ứng dụng tinh bột huỳnh tinh có triển vọng lớn vì rẻ và có độ dòn, xốp cao. Bảng III.2. Thực đơn pha chế bánh qui xốp Nguyên liệuKhối lượng (g)Nguyên liệuKhối lượng (g)Bột mì900Tinh bột biến hình100Đường450Bơ250Sữa150Trứng180 (3 quả)Muối4NaHCO34NH4HCO38Đường chuyển hóa10 Qui trình công nghệ: Hình 5.3. Qui trình sản xuất bánh qui xốp III.1.2. Ứng dụng của cyclodextrin. Công nghiệp dược: Sử dụng cyclodextrin làm chất bao có khả năng làm tăng hoạt tính sinh học cho các phân tủ chất khách thể. Phức này làm tăng khả năng hòa tan và hấp thụ thuốc. Như vậy có thể tiết kiệm thuốc và giảm tác dụng phụ của thuốc. Người ta thường dùng cyclodextrin để sản xuất steroit, thuốc giảm đau, thuốc chống nhiễm trùng. Một số thuốc thường ở dạng hỗn hợp raxemic không thể dùng điều trị được do phản ứng phụ của một trong số đồng phân enantiome.Tuy nhiên qua sắc kí ái lực với --β-cyclodextrin sẽ cho phép chuyển hóa một số sản phẩm đồng phân raxemic để có lợi cho điều trị như các chất phong bế β các chất làm dịu, thuốc chống histamin, thuốc chống co giật, thuốc lợi niệu, các chất chống gây nghiện. Nông nghiệp: Các cyclodextrin làm tăng năng suất của ngũ cốc. Ở những hạt giống được xử lí bằng b-cyclodextrin sự nảy mầm chậm lại vài ngày nhưng năng suất thu được cao hơn 20-40% so với mẫu đối chứng. Công nghiệp thực phẩm: Sử dụng cyclodextrin để sản xuất dầu ăn, chất thơm, chất màu, vitamin…b-cyclodextrin được dùng để loại cholesterol trong chất béo của sữa, cũng như để vận tải các chất thơm. Công nghiệp mỹ phẩm: Cyclodextrin được sử dụng trong sản xuất dầu bôi đầu, nước hoa… Công nghiệp hóa dược: Các cyclodextrin được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, chất xúc tác, phân tách các hợp chất…Các cyclodextrin sau khi được ghép lên phân tử chất mang cao phân tử như sepharose 6B hay silicagel được dùng làm phối tử trong sắc kí ái lực. Các enzym cyclodextrin glucozyltransferaza, b- và a-amilaza của ngũ cốc đều được tinh sạch trên gel kiểu này. Pha cố định được ghép trên cơ sở các cyclodextrin thường được sử dụng trong phân tách các đồng phân. Các pha ghép này nhanh chóng thể hiện khả năng đáng ngạc nhiên trong trường hợp pha nghịch đảo cổ điển và thậm chí trong pha bình thường thì khả năng lựa chọn của chúng gần giống với khả năng của pha diol. Một ứng dụng nữa là ứng dụng phân tích các hỗn hợp raxemic bằng cách tạo nên phức đặc hiệu lập thể IV. Tìm hiểu về tinh bột của các loại hạt và củ lương thực: IV.1 Tinh bột của các loại hạt: Hàm lượng tinh bột trong hạt ngũ cốc thường chiếm 50 - 70% lượng chất khô của hạt. IV1.1 Lúa: Hạt lúa thường gồm các bộ phận chủ yếu sau: Vỏ trấu: chiếm 19 - 20% khối lượng hạt, gồm các tế bào rỗng có thành hóa gỗ cấu tạo từ xelluloza kết chặt lại nhờ chất khoáng và linhin. Vỏ quả: chiếm 5 - 6% khối lượng hạt, gồm một vài lớp tế bào: Biểu bì ở ngoài cùng gồm các tế bào nhỏ, ở hạt mới thu hoạch các tế bào này được phủ bằng một lớp sáp mỏng. Kế đến là lớp vỏ quả ngoài, gồm 2 – 3 dãy tế bào dài hướng dọc theo hạt. Tiếp nữa là lớp vỏ quả giữa cũng gồm các tế bào dài nhưng hướng ngang hạt. Sau cùng là lớp vỏ quả trong gồm các tế bào hình trụ hướng dọc theo hạt. Vỏ quả thường liên kết không bền với vỏ hạt. Trong thành phần của vỏ quả có xelluloza, pentozan, pectin và tro. Vỏ hạt: chiếm 1 – 2,5% khối lượng hạt, gồm hai lớp tế bào: Một lớp tế bào hình chữ nhật nhỏ, sít, có chứa các sắc tố antoxyan, flavon. Một lớp tế bào có hình dạng không đều, xốp, dễ dàng cho ẩm đi qua. Vỏ hạt liên kết chặt với lớp alơrông. Vỏ hạt chứa ít xelluloza hơn nhưng lại nhiều hợp chất nitơ và đường hơn vỏ quả. Lớp alơrông: chiếm 6 - 12% khối lượng hạt, là một lớp tế bào lớn thành dày. Lớp alơrông rất giàu protein (35 - 45%), đường (6 - 8%), chất béo (8 - 9%), vitamin và tro (11 - 14%), xelluloza (7 - 10%) và pentozan (15 - 17%). Khi chế biến hạt, lớp này bị tách đi cùng với vỏ. Nội nhũ: là phần được sử dụng lớn nhất của hạt lúa, gồm các tế bào lớn có thành mỏng, chứa đầy các hạt tinh bột, protein, một ít xelluloza, chất béo, tro và đường. Trong nội nhũ thóc, tinh bột chiếm tới 80%. Tùy theo giống, điều kiện canh tác và phát triển, nội nhũ có thể trắng trong hay trắng đục. Nếu nội nhũ có độ trắng trong cao thì trong quá trình xay xát gạo ít nát và cho tỷ lệ thành phẩm cao. Ngược lại nếu nội nhũ có độ trắng đục cao thì hạt qua chế biến bị gãy nát nhiều. Phôi hạt: nằm ở đầu nhọn của hạt lúa, chiếm 2,25% khối lượng gạo lật. Trong phôi có ngù liên kết phôi với nội nhũ, có rễ mầm, thân và lá. Phôi gồm các tế bào sống có khả năng phân chia, phát triển và tổng hợp chất. Phôi là bộ phận chứa nhiều chất dinh dưỡng, là nơi dự trữ thức ăn cho mầm hạt. Tách tinh bột gạo: Hạt tinh bột gạo có hình đa giác, kích thước nhỏ (3 - 8μm), được bao bằng một vỏ protein cứng, chặt và không hòa tan trong nước, nên để tách được tinh bột cần phải xử lý hóa học để tách protein ra khỏi tinh bột. Có thể ngâm gạo xay trong dung dịch kiềm loãng (0,25 – 0,35%) trong một thời gian dài để làm mềm hạt. Tách hết kiềm, rửa bằng nước, sau đó gạo được nghiền để phá vỡ tế bào và giải phóng các hạt tinh bột. Tiếp đó khối nghiền được khuấy đều với một lượng dư dung dịch kiềm loãng. Phần lớn protein sẽ bị hòa tan và chuyển vào lớp trên của dung dịch kềm nên có thể tách ra bằng cách gạn. Khuếch tán khối tinh bột vào nước để tạo ra dung dịch sữa tinh bột rồi cho qua rây có kích thước nhất định để loại bỏ các tạp chất. Tinh bột được rửa và lắng gạn lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ thu được tinh bột tinh sạch. Cũng có thể ngâm gạo xay trong dung dịch SO2 ở một nhiệt độ và thời gian nhất định (50oC, 72h) để làm cho khung protein bị trương lên và bị khuếch tán vào dung dịch dễ dàng. Tiếp đó gạo được nghiền trong cối nghiền. Khối nghiền cho qua sàng quay và sàng rung để tách vỏ và sơ, sau đó khuấy đều với dung dịch NaOH 0,4% để tạo ra huyền phù rồi cho vào ly tâm để tách ra làm hai lớp: lớp chất lỏng ở trên có chứa nhiều protein và lớp đặc ở dưới thì chứa chủ yếu là tinh bột có lẫn một ít protein. Ly tâm nhiều lần dịch sữa tinh bột trong kiềm, rồi trong nước sẽ thu được tinh bột tinh sạch. IV.1.2 Ngô: Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau đây: Ngoài cùng là lớp vỏ quả gồm 12 – 14 dãy tế bào, chiếm 5 - 7% khối lượng hạt, có chiều dày khoảng 0,3μm. Tiếp đến là lớp vỏ hạt mỏng, chiếm khoảng 2% khối lượng hạt. Trong thành phần của vỏ quả và vỏ hạt có nhiều xelluloza, pentozan và một ít các nguyên tố tro. Lớp alơrông: chiếm 6 - 8% khối lượng hạt, gồm một lớp tế bào có kích thước lớn bằng hai tế bào nhỏ. Lớp alơrông của ngô có chứa các nguyên tố tro, protein, chất béo và xelluloza. Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụng dính hạt ngô với cùi. Cuống chiếm 1,5% trọng lượng hạt. Phôi ngô: chiếm 10 - 11% khối lượng hạt. Trong thành phần của phôi có chất béo (33 - 45%), protein (20%), đường, tro (7,5%), xelluloza (4%),và gần 5% tinh bột (phôi của các hạt khác không chứa tinh bột). Phôi ngô còn có vitamin E. Nội nhũ: chiếm 72 - 75% khối lượng hạt ngô. Nội nhũ có thể đục, trong, trắng hoặc màu vàng. Vùng nội nhũ trắng đục gồm những tế bào có kích thước lớn, có chứa các hạt tinh bột tròn và to, có khung protein tương đối mỏng nên dễ bị rách trong thời gian sấy khô để tạo ra các khe rỗng. Chính các khe rỗng này làm cho phần mềm của nội nhũ có dạng bột trắng. Còn ở vùng nội nhũ trắng trong, tế bào có chứa các hạt tinh bột rất nhỏ và có khung protein dày nên không bị rách khi làm khô. Trong nội nhũ của ngô thường có 77 - 84% tinh bột, 7 - 11% protein, 1% chất béo, 0,3 - 0,8% tro, 1% đường và 0,5% xelluloza. Tách tinh bột: Tinh bột có thể tách ra từ nội nhũ (nội nhũ trắng đục) một cách dễ dàng bằng cách nghiền ngô sau khi đã ngâm trong nước. Còn để thu được lượng tinh bột tối đa từ nội nhũ trắng trong thì cần phải dùng những tác nhân làm mềm đặc hiệu. Để sản xuất tinh bột từ ngô, đầu tiên người ta thường ngâm ngô hạt trong nước ấm (~ 50oC) có chứa SO2 ở nồng độ nhất định (0,1 – 0,2%) trong một thời gian dài (30 – 50h) để làm mềm hạt ngô, làm dễ dàng cho việc tách phôi được nguyên vẹn và tách tinh bột sau này. SO2 là tác nhân vừa có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây thối, vừa có tác dụng làm cho màng protein bị trương lên, bị phân rã và khuếch tán dễ dàng vào dung dịch. Hạt qua ngâm hấp thụ được khoảng 45% nước, 0,2 – 0,4g SO2/1kg hạt và mất đi 6 – 6,5% chất khô do hòa tan vào dung dịch ngâm. Tiếp đó ngô được nghiền thô với nước trong thiết bị nghiền thích hợp để tách phôi. Đại bộ phận phôi được tách khỏi hạt trong giai đoạn này, được làm khô rồi đem ép hoặc trích ly để lấy dầu. Sau khi tách hết phôi, ngô được nghiền mịn và tinh bột được giải phóng khỏi tế bào. Tinh bột cùng với protein (gluten) sau khi qua rây có kích thước lỗ thích hợp, được tách khỏi bã rồi đi vào thiết bị ly tâm. Ở đây gluten nhẹ (có màu vàng) tạo thành lớp ở phía trên, còn tinh bột thì lắng xuống dưới. Tinh bột qua ly tâm lần thứ hai được thu lại và rửa sạch, làm khô. IV.1.3 Lúa mì: Hạt ngô thường có các phần chủ yếu sau đây: Ngoài cùng là lớp vỏ quả gồm 12 – 14 dãy tế bào, chiếm 5 - 7% khối lượng hạt, có chiều dày khoảng 0,3μm. Tiếp đến là lớp vỏ hạt mỏng, chiếm khoảng 2% khối lượng hạt. Trong thành phần của vỏ quả và vỏ hạt có nhiều xelluloza, pentozan và một ít các nguyên tố tro. Lớp alơrông: chiếm 6 - 8% khối lượng hạt, gồm một lớp tế bào có kích thước lớn bằng hai tế bào nhỏ. Lớp alơrông của ngô có chứa các nguyên tố tro, protein, chất béo và xelluloza. Phần dưới cùng của hạt là cuống có tác dụng dính hạt ngô với cùi. Cuống chiếm 1,5% trọng lượng hạt. Phôi ngô: chiếm 10 - 11% khối lượng hạt. Trong thành phần của phôi có chất béo (33 - 45%), protein (20%), đường, tro (7,5%), xelluloza (4%),và gần 5% tinh bột (phôi của các hạt khác không chứa tinh bột). Phôi ngô còn có vitamin E. Nội nhũ: chiếm 72 - 75% khối lượng hạt ngô. Nội nhũ có thể đục, trong, trắng hoặc màu vàng. Vùng nội nhũ trắng đục gồm những tế bào có kích thước lớn, có chứa các hạt tinh bột tròn và to, có khung protein tương đối mỏng nên dễ bị rách trong thời gian sấy khô để tạo ra các khe rỗng. Chính các khe rỗng này làm cho phần mềm của nội nhũ có dạng bột trắng. Còn ở vùng nội nhũ trắng trong, tế bào có chứa các hạt tinh bột rất nhỏ và có khung protein dày nên không bị rách khi làm khô. Trong nội nhũ của ngô thường có 77 - 84% tinh bột, 7 - 11% protein, 1% chất béo, 0,3 - 0,8% tro, 1% đường và 0,5% xelluloza. Tách tinh bột: Tinh bột có thể tách ra từ nội nhũ (nội nhũ trắng đục) một cách dễ dàng bằng cách nghiền ngô sau khi đã ngâm trong nước. Còn để thu được lượng tinh bột tối đa từ nội nhũ trắng trong thì cần phải dùng những tác nhân làm mềm đặc hiệu. Để sản xuất tinh bột từ ngô, đầu tiên người ta thường ngâm ngô hạt trong nước ấm (~ 50oC) có chứa SO2 ở nồng độ nhất định (0,1 – 0,2%) trong một thời gian dài (30 – 50h) để làm mềm hạt ngô, làm dễ dàng cho việc tách phôi được nguyên vẹn và tách tinh bột sau này. SO2 là tác nhân vừa có tác dụng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây thối, vừa có tác dụng làm cho màng protein bị trương lên, bị phân rã và khuếch tán dễ dàng vào dung dịch. Hạt qua ngâm hấp thụ được khoảng 45% nước, 0,2 – 0,4g SO2/1kg hạt và mất đi 6 – 6,5% chất khô do hòa tan vào dung dịch ngâm. Tiếp đó ngô được nghiền thô với nước trong thiết bị nghiền thích hợp để tách phôi. Đại bộ phận phôi được tách khỏi hạt trong giai đoạn này, được làm khô rồi đem ép hoặc trích ly để lấy dầu. Sau khi tách hết phôi, ngô được nghiền mịn và tinh bột được giải phóng khỏi tế bào. Tinh bột cùng với protein (gluten) sau khi qua rây có kích thước lỗ thích hợp, được tách khỏi bã rồi đi vào thiết bị ly tâm. Ở đây gluten nhẹ (có màu vàng) tạo thành lớp ở phía trên, còn tinh bột thì lắng xuống dưới. Tinh bột qua ly tâm lần thứ hai được thu lại và rửa sạch, làm khô. IV.2 Tinh bột của các loại củ: IV.2.1 Khoai tây: Cấu tạo của củ khoai tây gồm các phần sau: Vỏ ngoài gồm các tế bào hình nút, sít, có chứa chất huyền tương khô, chất này có tác dụng giữ cho củ ít bị mất nước. Kề trong là lớp tế bào thành mỏng, chứa nguyên sinh chất có tác dụng giữ cho hoạt động sống của củ được bình thường. Cả hai lớp tế bào này đều không có tinh bột. Tiếp nữa là lớp tế bào nhu mô. Lớp tế bào nhu mô ngoài cùng chứa nguyên sinh chất và một lượng ít tinh bột có kích thước hạt nhỏ. Những dãy tế bào kế tiếp càng bên trong càng chứa nhiều tinh bột hơn. Hàm lượng tinh bột trong củ phân bố không đều. Các lớp tế bào nằm ở giữa lớp tế bào thành mỏng và trung tâm của củ thường chứa nhiều tinh bột nhất. Ở giữa củ có lượng tinh bột thấp. Thành phần các chất của củ khoai tây như sau (%): Nước 75 Tinh bột 18,5 Hợp chất nitơ 2,1 Xelluloza 1,1 Chất béo 0,2 Tro 0,9 Các chất khác 2,2 Hàm lượng tinh bột trong khoai tây dao động từ 8 – 30%, kích thước hạt tinh bột khoai tây khoảng 30 – 150 μm. Những củ có độ lớn trung bình (50 – 100g) chứa hàm lượng tinh bột cao hơn những củ to (100 – 150g) và những củ nhỏ (25 – 50g). Hàm lượng tinh bột còn phụ thuộc giống, đất trồng, kỹ thuật chăm bón, loại phân, thời gian trồng và thu hoạch … Củ to, già thì tế bào nhu mô lớn và hạt tinh bột lớn. Khoai non thì hạt tinh bột nhỏ. Hình: tinh bột khoai tây IV.2.2.Khoai lang: Cấu tạo của củ khoai lang gồm ba phần: Vỏ bao thường chiếm khoảng 1% trọng lượng củ. Vỏ bao gồm các tế bào sít, có thành dày và chứa sắc tố. Thành tế bào chủ yếu cấu tạo từ xelluloza, giữ cho củ khỏi bị tác dụng và chậm mất nước. Vỏ cùi chiếm từ 5 - 12%, gồm những tế bào thành mỏng, chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể (mủ khoai). Trong dịch thể thường có các chất tanin, sắc tố, enzym. Hàm lượng tinh bột ở các tế bào này ít hơn so với các tế bào thịt củ. Thịt củ gồm các tế bào nhu mô có chứa tinh bột, các hợp chất nitơ và một số nguyên tố vi lượng. Giữa các lớp tế bào nhu mô, đôi khi còn có các lớp tế bào thành dày, cấu tạo từ xelluloza, chạy dọc theo củ. Tinh bột của khoai lang chủ yếu tập trung ở phần thịt củ Hàm lượng các chất trong khoai lang như sau (%): Nước 68,1 Gluxit 27,1 Xelluloza 0,9 Protein 1,6 Chất béo 0,5 Tro 1 Lượng tinh bột trong khoai lang thường dao động từ 15 – 31%, kích thước hạt tách bột từ 15 – 18 μm. Bảng IV.1 Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột: NguồnKích thước hạt, μmHình dángHàm lượng amylose, %Nhiệt độ hồ hóa, oCHạt ngô10-30Đa giác hoặc tròn2567-75Lúa mì5-50Tròn2056-80Lúa mạch đen5-50Tròn dài46-62Đại mạch5-40Bầu dục68-90Yến mạch5-12Đa giác55-85Lúa2-10Đa giác13-3570-80Đậu đỗ30-50Tròn46-5460-71Kiều mạch5-15Tròn dẹpChuối5-60Tròn17Khoai tây1-120Bầu dục2356-69Khoai lang5-50Bầu dục2052-64Sắn5-35TrònDong riềng10-130Bầu dục38-41               Hình các loại hạt tinh bột A. Ở lúa mì; B. Ở khoai tây (1. Hạt đơn; 2. Hạt kép; 3. Hạt nửa kép) C. Ở đậu (có tễ phân nhánh); D. Ở ngô; E. Ở lúa mạch; G. Ở gạo IV.2.3.Tinh bột sắn: Sắn (Manihot Esculenta Crantz) là một trong những loại cây hoa màu được trồng ở hơn 80 quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm. Trên thế giới sản lượng sắn hằng năm đạt khoảng 175 triệu tấn với diện tích canh tác khoảng 14,15 triệu ha.Ở các nước nhiệt đới tinh bột sắn hầu hết được sản xuất ra sử dụng làm thức ăn cho người, gia súc và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác. Tinh bột sắn có màu trắng. Trong quá trình sản xuất nếu củ được nghiền mà chưa bóc vỏ, tinh bột thu được sẽ có màu tối. Màu sắc của tinh bột ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cũng như giá cả của sản phẩm. Củ sắn và tinh bột sắn có pH khoảng 6.0-6.3.Tinh bột sắn được sấy khô tốt cũng có tính di động tốt. Tinh bột sắn có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hủy bởi các tác nhân như acid và enzym hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo. Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215000g/mol so với amylopectin của bắp là 30500, của tinh bột lúa mì là 130000 và của tinh bột khoai tây là 224000, của tinh bột bắp sáp là 276000. Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-29%, nhưng nói chung đa số tinh bột sắn có tỷ lệ amylose 16-18%. Trong một số loại tinh bột thì hàm lượng amylopectin trong tinh bột sắn là cao nhất, cụ thể: amylopectin của tinh bột sắn là 75.64%, trong khi đó amylopectin của tinh bột sắn dây là 74.72%, của tinh bột huỳnh tinh là 67.48%. Ngược lại hàm lượng amylose của tinh bột sắn là thấp nhất chiếm 24.36%, tinh bột sắn dây 25.28%, amylose của tinh bột huỳnh tinh cao nhất chiếm 32.52%. Hình: tinh bột sắn 1500X Tinh bột sắn có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylopectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao. Hàm lượng amylopectin và amylose trong tinh bột sắn liên quan tới độ dính của củ nấu chín và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp. Hình:tinh bột sắn 3500X Tinh bột sắn có nhiệt độ hồ hoá trong khoảng 58.5-73oC so với 56-66oC ở khoai tây và 62-72oC ở tinh bột bắp, tinh bột sắn dây là 62-72oC, tinh bột huỳnh tinh là 61-81oC. Nhiệt độ hồ hoá có thể thay đổi nếu ta tạo ra các dẫn xuất của tinh bột hay thêm các chất có hoạt tính bề mặt. Nhiệt độ hồ hoá cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hoá thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tinh bột dễ bị phá vỡ. Như vậy, sự khác nhau về tỷ lệ amylose và amylopectin của mỗi loại tinh bột dẫn đến sự khác nhau về nhiều tính chất cơ bản của chúng. Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng như chất làm đặc trong công nghiệp thực phẩm, chất hồ vải trong công nghiệp dệt hay chất phủ trong công nghiệp giấy.Tinh bột lúa mì, bắp và tinh bột gạo có độ nhớt thấp hơn so với tinh bột sắn và tinh bột khoai tây. Tinh bột sắn có khả năng hồ hoá sớm, độ nhớt cao thể hiện lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấc trúc hạt. Xử lý hoá học và lý học (gia nhiệt, xử lý áp suất hơi, thêm các chất hoá học, thay đổi pH môi trường) cũng như sự có mặt của các chất protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến độ nhớt tinh bột sắn. Khả năng nở và hoà tan của tinh bột sắn cũng thể hiện lực liên kết yếu trong cấu trúc hạt. Sự có mặt của các gốc ester có khả năng ion hoá, các chất phụ gia như chất có hoạt tính bề mặt, những biến tính về mặt hoá học…đều có ảnh hưởng đến khả năng trương nở và hoà tan của tinh bột. Tính chất này của tinh bột sắn phụ thuộc rất nhiều vào giống sắn, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử hạt tinh bột. Tinh bột sắn dây có hình dạng gần giống tinh bột sắn, nhưng hạt có nhiều góc cạnh hơn, các cạnh trũng và bị lõm nhiều hơn số hạt nhỏ nhiều hơn. Kích thước trung bình của hạt sắn dây nhỏ hơn so với tinh bột sắn Hình:tinh bột sắn dây 1500X Hình:tinh bột sắn dây 3500X V. Ứng dụng của tinh bột trong chế biến thực phẩm: Một sản phẩm thực phẩm có được người tiêu dùng chấp nhận hay không phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc của nó và tinh bột đóng vai trò quan trọnng trong việc tạo cấu trúc (texture) cho nhiều loại thực phẩm. Cấu trúc của thực phẩm được định nghĩa là”vẻ bề ngoài, cảm giác khi tiếp xúc, độ mềm và cảm giác cuối cùng trong miệng”. Chức năng của tinh bột thay đổi trong các sản phẩm khác nhau và danh sách các sản phẩm trong đó tinh bột được sử dụng là rất lớn. Tinh bột là nguồn năng lượng rẻ tiền, là thành phần chính, là chất tạo độ đặc, độ chắc cho nhiều loại sản phẩm. Nó có thể được sử dụng ở dạng tự nhiên hoặc dạng đã hồ hoá. Vai trò, chức năng của tinh bột trong các sản phẩm thực phẩm cũng rất đa dạng: Tinh bột là chất kết dính trong các sản phẩm thịt chế biến và sản phẩm ép đùn. Tinh bột tạo độ đục cho nhân bánh dạng kem(cream filling), tạo độ bóng cho các loại hạt. Nó là tác nhân chảy trong các loại bột dùng để nướng bánh, là chất làm bền bọt cho các loại kẹo dẻo và soda, là chất tạo gel trong các loại kẹo gum và thực phẩm mềm dẻo (yieldings). Tinh bột cũng là tác nhân tạo hình trong các sản phẩm thịt và thức ăn cho vật nuôi trong nhà, là chất ổn định trong các sản phẩm đồ uống, dùng để trang trí các món salad, làm đặc các loại nước thịt, nhân bánh và xúp. Tinh bột mang lại cho thực phẩm các đặc tính về mặt cấu trúc nhờ những thay đổi trong và sau khi nấu. Các yều tố đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc của thực phẩm là: Khả năng hồ hoá của tinh bột. Độ nở và độ nhớt. Độ trong của hồ. Khà năng tạo gel và hiện tượng thoái hoá của tinh bột. Hồ hoá là hiện tượng xảy ra khi huyền phù tinh bột (hay còn gọi là sữa tinh bột) được gia nhiệt. Phạm vi nhiệt độ mà khi gia nhiệt vượt quá giới hạn đó, các hạt tinh bột sẽ hồ hoá hoàn toàn - được gọi là nhiệt độ hồ hoá. Bản chất của tinh bột và sự có mặt của các chất là những yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá. Quá trình hồ hoá tinh bột sẽ đi kèm với việc tăng độ nhớt. Tính nhớt là đặc tính cần thiết trong các sản phẩm như súp, nước thịt đông , nước xốt, nhân bánh và bánh pudding. Tuy nhiên việc tăng độ nhớt cũng tạo ra các đặc tính quánh, nhầy không mong muốn trong nhiều sản phẩm thực phẩm khác. Các tính chất liên quan đến độ nhớt có thể được cải thiện nhờ những xử lí hay gây biến tính thích hợp trên tinh bột. Hồ hoá cũng làn tăng khả năng tinh bột bị thủy phân bởi hệ enzyme amylase. Quá trình hồ hoá cũng làm tăng độ trong của hồ tinh bột. Độ trong làm tăng giá trị cảm quan, tăng sự hấp dẫn của sản phẩm thực phẩm. Các loại bánh, mứt trái cây sẽ hấp dẫn, gợi cảm giác ngon miệng hơn khi người sử dụng có thể nhìn thấy nhân trái cây bên trong qua lớp gel trong suốt. Khi để nguội hồ tinh bột sẽ thu được một cấu trúc mạng lưới không gian gọi là cấu trúc gel. Nếu như cấu trúc gel là cấu trúc cần thiết trong nhiều loại thực phẩn thì hiện tượng thoái hóa - nước bị tách khỏi cấu túc gel - sẽ làm giảm chất lượng thực phẩm. Ví dụ như khi các sản phẩm nước chấm, xúp, salad… có chứa tinh bột được làm đông lạnh và rã đông, hiện tượng thoái hoá sẽ làm tinh bột bị tách ra, sản phẩm bị phân lớp. Trong nhiều trường hợp, độ bền cấu trúc gel có thể được cải thiện, xu hướng thoái hoá giảm do sử dụng các loại tinh bột sắn biến tính như tinh bột liên kết ngang. Tinh bột sắn với vị blank đặc trưng (hương vị dịu, không gắt) còn được sử dụng ở dạng chưa hồ hoá trong các hỗn hợp làm bánh và nhân bánh. amylase Trong sản xuất bánh quy: protease Tinh bột làm tăng hàm lượng aminoacid tự do và tăng lượng đường khử bánh quy có màu,mùi, vị hấp dẫn. Tinh bột sắn còn được dùng trong sản xuất các loại đường ngọt dùng phổ biến trong công nghệ chế biến thực phẩm như maltodextrin, xirô glucose, xirô giàu fructose, đường glucose tinh thể, cyclodextrin… glucoamylase Trong sản xuất glucose và mật: Tinh bột mật glucoza. Trong sản xuất maltodextrin: Tinh bột thủy phân tẩy màu lọc sấy maltodextrin Cấu trúc gel của tinh bột sắn có độ bền cao hơn so với nhiều loại tinh bột ngũ cốc khác nên có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt đối với các sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài. Tinh bột khoai tây tạo độ nhớt cao và ít bị thoái hoá, được dùng trong chế biến gia vị, nước sốt. Hình ảnh sản phẩm Jun. 2 Hóa Sinh Thực Phẩm Nhóm 14 –ĐHTP5LT - Trang  PAGE 68 - Trang 01 TÀI LIỆU THAM KHẢO -  HYPERLINK ""  --Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Xương, Nguyễn Xích Liên (2004), Tinh Bột Sắn Và Các Sản Phẩm Từ Tinh Bột Sắn, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Tp Hồ Chí Minh. -Lê Ngọc Tú.2001. Hoá học thực phẩm. Hà Nội. NXB Khoa học và Kỹ thuật

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docTìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm.doc
Luận văn liên quan