Đề tài nghiên cứu khoa học: Khảo sát tính chất vật lý và hình thái học của tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp dung môi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Khảo sát tính chất vật lý và hình thái học của tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp dung môi" nhằm thu được tinh bột lúa mì xốp bằng phương pháp biến tính vật lý (phương pháp trao đổi dung môi); Nghiên cứu được các chỉ tiêu hóa lý của tinh bột lúa mì xốp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Khảo sát tính chất vật lý và hình thái học của tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp dung môi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA TINH BỘT LÚA MÌ BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI DUNG MÔI MÃ SỐ: SV2020-55 SKC 0 0 7 3 5 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020
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 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA TINH BỘT LÚA MÌ BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI DUNG MÔI MSDT: SV2020-55 Chủ nhiệm đề tài: Lê Ánh Trúc TP Hồ Chí Minh, 10 /2020
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 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA TINH BỘT LÚA MÌ BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI DUNG MÔI MSDT: SV2020-55 Thuộc nhóm ngành khoa học: Công nghệ Hóa học và Thực phẩm SV thực hiện: Lê Ánh Trúc Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 179160A Năm thứ: 3 /Số năm đào tạo: 4.5 Ngành học: Công nghệ Thực phẩm Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên TP Hồ Chí Minh, 10/2020
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo tổng kết nghiên cứu khoa học của sinh viên, trước tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn và sự yêu thương chân thành nhất đến gia đình đã chu cấp kinh phí, động viên và tạo động lực để chúng tôi không ngừng nỗ lực học tập trong suốt thời gian qua. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Đặng Mỹ Duyên đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trong quá trình học tập và đặc biệt trong quá trình thực hiện đề tài. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn cô Hồ Thị Thu Trang và các thầy, cô trong khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để chúng tôi hoàn thành bài nghiên cứu. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn anh Lý Ngọc Bin, anh Phạm Ngọc Việt, anh Nguyễn Hồng Thuận, anh Mai Thế Sơn, anh Nguyễn Thanh Hậu,.. đã dành thời gian hỗ trợ, giúp đỡ và đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH................................................................................................................. i DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... iii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI..............................................iv MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 1 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài .......................................... 1 1.1. Trong nước.................................................................................................................... 1 1.2. Ngoài nước.................................................................................................................... 1 2. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................... 1 3. Mục tiêu đề tài.................................................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................. 2 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................... 4 1.1. Tổng quan về tinh bột .................................................................................................... 4 1.1.1. Khái quát về tinh bột ................................................................................................ 4 1.1.2. Thành phần hóa học của hạt tinh bột...................................................................... 4 1.1.3. Cấu trúc hạt tinh bột ................................................................................................. 7 1.2. Tổng quan về tinh bột lúa mì ......................................................................................11 1.2.1. Cấu trúc tinh bột lúa mì .........................................................................................11 1.2.2. Thành phần hóa học tinh bột lúa mì .....................................................................13 1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của tinh bột lúa mì ..................................................15 1.3. Tổng quan về tinh bột xốp...........................................................................................20 1.3.1. Tổng quan ................................................................................................................20 1.3.2. Một số ứng dụng của tinh bột biến tính ...............................................................22 1.3.3. Các phương pháp hình thành tinh bột xốp...........................................................22
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ..........................................................26 2.1. Vật liệu...........................................................................................................................26 2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................26 2.2.1. Phương pháp xử lý tinh bột bằng ethanol bằng phương pháp trao đổi dung môi .......................................................................................................................................26 2.2.2. Phương pháp quan sát đặc điểm hình thái của hạt tinh bột bằng SEM............27 2.2.3. Phương pháp xác định khả năng giữ dầu và nước ..............................................27 2.2.4. Phương pháp xác định độ hoà tan (SB) và độ trương nở (SP) ..........................28 2.2.5. Phương pháp xác định độ nhớt .............................................................................29 2.2.6. Phương pháp xác định độ truyền suốt..................................................................29 2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .....................................................................29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ...................................................................30 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến đặc điểm hình thái của hạt tinh bột ............30 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến khả năng giữ dầu (OHC), giữ nước (WHC) của hạt tinh bột........................................................................................................................31 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến độ hoà tan và độ trương nở .........................33 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến độ nhớt ...........................................................35 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol đến độ truyền suốt ...............................................36 3.6. Phân tích tương quan Pearson giữa nồng độ ethanol đến các tính chất của tinh bột xử lý dung môi .................................................................................................................37 KẾT LUẬN ............................................................................................................................40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................41 PHỤ LỤC ...............................................................................................................................58 1. Kết quả xử lý ANOVA của khả năng giữ nước và giữ dầu .......................................58 1.1. Khả năng giữ nước.....................................................................................................58 1.2. Khả năng giữ dầu .......................................................................................................59
2. Kết quả xử lý ANOVA về độ hòa tan và trương nở....................................................60 2.1. Độ hòa tan ...................................................................................................................60 2.2. Khả năng trương nở ...................................................................................................60 3. Kết quả xử lý ANOVA về độ nhớt ................................................................................61 4. Kết quả xử lý ANOVA về độ truyền suốt ....................................................................64
DANH MỤC HÌNH Hình Trang Hình 1.1 . Một mô hình cụm của amylopectin do Hizukuri đề xuất với chuỗi A và B1 - B3. Chuỗi mang đầu khử (Ø) là chuỗi C, (1 → 4) -α-D-glucan; liên kết α- (1 → 6)...... 6 Hình 1.2 . Các hạt tinh bột tự nhiên được chụp dưới kính hiển vi điện tử SEM: (a) khoai môn; (b) hạt dẻ; (c) gừng; (d) sắn dây; (e) ngô; (f) chuối xanh; (g) lúa mì; (h) khoai tây .................................................................................................................................... 7 Hình 1.3 . Cấu trúc hạt tinh bột .............................................................................................. 8 Hình 1.4 . Sơ đồ cấu trúc blocklets thông thường trong hạt tinh bột................................. 9 Hình 1.5 . Tinh bột lúa mì được quan sát trong kính hiển vi điện tử quét .....................12 Hình 1.6 . Hình ảnh được xem dưới kính hiển vi điện tử của hạt loại A (trái) và loại B (phải) ........................................................................................................................................12 Hình 1.7 . Hình ảnh kính hiển vi ánh sáng phân cực của hạt tinh bột loại A (A) và loại B (B).........................................................................................................................................13 Hình 1.8 . Hình ảnh lưỡng chiết của tinh bột lúa mì được quan sát ở ×260 ánh sáng phân cực phẳng .......................................................................................................................13 Hình 3.1 . Cấu trúc chụp SEM của các mẫu tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp trao đổi dung môi .........................................................................................................31 Hình 3.2 . Đồ thị biểu diễn khả năng giữ nước và giữ dầu của các mẫu tinh bột .........32 Hình 3.3 . Đồ thị biểu thị độ hòa tan và độ trương nở của tinh bột lúa mì biến tính ở những nồng độ ethanol khác nhau........................................................................................34 Hình 3.4 . Sự thay đổi độ nhớt của các mẫu hồ tinh bột trong 5 giờ ...............................35 Hình 3.5 . Sự thay đổi độ truyền suốt của các mẫu hồ tinh bột........................................36 i
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Trang Nội dung Bảng 1.1. Hàm lượng amylose và amylopectin trong một vài loại tinh bột điển hình ... 4 Bảng 1.2. Một vài thông tin về amylose và amylopectin của tinh bột lúa mì ................14 Bảng 1.3. Thành phần dinh dưỡng của hạt tinh bột lúa mì ...............................................14 Bảng 1.4. Tính chất vật lý đặc trưng của tinh bột lúa mì ..................................................15 Bảng 1.5. Đặc điểm lưu biến của tinh bột lúa mì..........................................................16 Bảng 1.6. Tính chất dạng paste của tinh bột lúa mì . .........................................................18 Bảng 1.7. Màu đặc trưng của phức iốt / tinh bột với đối với chiều dài chuỗi tinh bột..20 Bảng 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng của tinh bột lúa mì nguyên liệu .................................26 Bảng 3.1. Kết quả về khả năng giữ nước và giữ dầu của các mẫu tinh bột ....................32 Bảng 3.2. Kết quả độ hòa tan và độ trương nở của tinh bột lúa mì biến tính ở những nồng độ ethanol khác nhau....................................................................................................34 Bảng 3.3. Kết quả phân tích tương quan Pearson giữa nồng độ ethanol với các tính chất của tinh bột lúa mì biến tính .........................................................................................37 ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chữ đầy đủ Nghĩa AM Amylose AP Amylopectin DP Degree of Polymerisation Mức độ polyme hóa OHC Oil Holding Capacity Khả năng giữ dầu PS Porous Starch Tinh bột xốp SB Solubility Độ hòa tan SEM Sacnning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét SP Swelling Powder Độ trương nở WHC Water Holding Capacity Khả năng giữ nước iii
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: TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA TINH BỘT LÚA MÌ BIẾN TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI DUNG MÔI - Chủ nhiệm đề tài: Lê Ánh Trúc Mã số SV: 17116226 - Lớp: 179160A Khoa: Công nghệ Hóa học và Thực phẩm - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Văn Thị Kim Dung 17116160 171160B Công nghệ Hóa học và Thực phẩm 2 Tô Thị Nhị 17116197 179160A Công nghệ Hóa học và Thực phẩm - Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên 2. Mục tiêu đề tài - Thu được tinh bột lúa mì xốp bằng phương pháp biến tính vật lý (phương pháp trao đổi dung môi). - Nghiên cứu được các chỉ tiêu hóa lý của tinh bột lúa mì xốp. 3. Tính mới và sáng tạo Tinh bột xốp có khả năng chịu được nhiệt độ cao hơn tinh bột tự nhiên, có khả năng phục hồi tính chất gel như ban đầu sau thời gian dài rã đông. Để cải thiện những đặc tính lưu biến của tinh bột, nhóm chúng tôi muốn nghiên cứu để tạo ra dạng tinh bột xốp có khả năng hấp thụ tốt các thành phần khác như chất màu, chất mùi, chất iv
mang,.... để từ đó có thể được ứng dụng nhiểu hơn vào trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là những lĩnh vực liên quan đến thực phẩm. 4. Kết quả nghiên cứu - Thu được tinh bột lúa mì xốp bằng phương pháp biến tính vật lý (phương pháp trao đổi dung môi). - Nghiên cứu được các chỉ tiêu hóa lý của tinh bột lúa mì xốp. 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 Tinh bột xốp có khả năng hấp phụ tuyệt vời do diện tích bề mặt riêng lớn. Là một chất hấp phụ có ứng dụng trong kinh tế và phân hủy sinh học, tinh bột xốp đã được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm, nông nghiệp, mỹ phẩm, bột giấy và giấy, và các ngành công nghiệp khác. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Lê Ánh Trúc Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài: Ngày tháng năm Người hướng dẫn ThS. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên v
MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 1.1. Trong nước Hiện nay việc biến tính tinh bột bằng phương pháp dung môi và việc ứng dụng tinh bột xốp trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm vẫn chưa được phổ biến. Một số công trình nghiên cứu chỉ thực hiện khảo sát một vài yếu tố như ảnh hưởng của nồng độ ethanol, ảnh hưởng thời gian…đến tính chất của tinh bột bắp xốp được biến tính bằng phương pháp dung môi. Qua tìm hiểu, nhóm tác giả nhận thấy tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp dung môi vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào thực hiện. Có thể thấy rằng việc ứng dụng tinh bột lúa mì xốp trong các ngành khoa học nói chung và ngành công ngh ệ thực phẩm nói riêng đang được nhiều người quan tâm rất có nhu cầu bởi những tính năng vượt trội của chúng như làm chất tạo màu, gia vị, hương liệu, chất làm ngọt và chất mang và để giữ và làm bền các yếu tố nhạy cảm như dầu, khoáng chất, vitamin, lipit hoạt tính sinh học và các sắc tố thực phẩm như carotene và lycopene. 1.2. Ngoài nước Việc biến tính tinh bột bằng phương pháp dung môi đã được tiến hành thực hiện và nghiên cứu nhiều năm như ở Mỹ, Italy,…Tinh bột xốp ( PS) được tạo ra bằng nhiều phương pháp như phương pháp hóa học và phương pháp vật lý. Trong phương pháp hóa học gồm có phương pháp liên kết ngang, phương pháp kết đông- tan giá. Trong phương pháp vật lý gồm có phương pháp biến tính bằng dung môi, phương pháp siêu âm,…PS được ứng dụng rộng rãi trong làm bền các yếu tố nhạy cảm như dầu, khoáng chất, vitamin, lipit hoạt tính sinh học và các sắc tố thực phẩm như carotene và lycopene, giữ hương vị một số loại thực phẩm như cà chua,… 2. Lý do chọn đề tài Tinh bột xốp (PS) được tạo ra từ một loại tinh bột tự nhiên, có giá trị kinh tế và là chất hấp phụ sinh học với các lỗ li ti siêu nhỏ từ bề mặt đến trung tâm của hạt, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của hạt tinh bột. Tinh bột xốp có ứng dụng rộng rãi trên trrong nhiều lĩnh vực: thực phẩm, dược phẩm, kỹ thuật mô, nông nghiệp mỹ phẩm, 1
bột giấy và giấy, và các ngành công nghiệp khác. Trong công nghiệp thực phẩm, PS được sử dụng làm chất tạo màu, gia vị, hương liệu, chất làm ngọt và chất mang và để giữ và làm bền các yếu tố nhạy cảm như dầu, khoáng chất, vitamin, lipit hoạt tính sinh học và các sắc tố thực phẩm như carotene và lycopene ( những hợp chất nhạy cảm với ánh sáng , oxy hóa, hoặc nhiệt độ cao). PS có khả năng chịu được nhiệt độ cao hơn tinh bột tự nhiên, có khả năng phục hồi tính chất gel như ban đầu sau thời gian dài rã đông. Trong khi đối với tinh bột tự nhiên: sản phẩm sẽ bị lỏng ra ở nhiệt độ cao và bị thoái hóa ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, trong thực tế sản xuất, ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hay một dẫn xuất tinh bột nhất định. Có sản phẩm đòi hỏi hàm lượng amylose cao, lại có sản phẩm yêu câu trong thành phần tinh bột chỉ có 100% là amylosepectin. Có sản phẩm yêu cầu có độ hòa tan tốt hay có khả năng hấp thụ tốt các thành phần khác. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng cũng như của nhà sản xuất, ta cần phải biến tính tinh bột để có được dạng tinh bột mà ta mong muốn sử dụng. Ở đây, nhóm chúng em muốn nghiên cứu để tạo ra dạng tinh bột xốp có khả năng hấp thụ tốt các thành phần khác như chất màu, chất mùi, chất mang,.... Và khảo sát các tính chất vật lý và hóa học của tinh bột xốp đối với lúa mì. Thế nên, đề tài nhóm chúng tôi thực hiện nghiên cứu là: “ Khảo sát tính chất vật lý và hình thái học của tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp dung môi”. 3. Mục tiêu đề tài - Thu được tinh bột lúa mì xốp bằng phương pháp biến tính vật lý (phương pháp trao đổi dung môi). - Nghiên cứu được các chỉ tiêu hóa lý của tinh bột lúa mì xốp. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp xử lý tinh bột bằng ethanol với kỹ thuật trao đổi dung môi - Phương pháp quan sát đặc điểm hình thái của hạt tinh bột bằng SEM - Phương pháp xác định khả năng giữ dầu và nước 2
- Phương pháp xác định độ hoà tan và độ trương nở - Phương pháp xác định độ nhớt - Phương pháp xác định độ truyền suốt - Phương pháp xử lý số liệu thống kê bằng phần mền SPSS 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Tinh bột lúa mì - Tinh bột lúa mì biến tính bằng phương pháp trao đổi môi 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về tinh bột 1.1.1. Khái quát về tinh bột Quá trình tổng hợp tinh bột từ thực vật là kết quả của quá trình quang hợp, quá trình mà năng lượng từ ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành năng lượng hóa học. Tinh bột được tổng hợp trong plastids tìm thấy trong lá như một hợp chất dự trữ cho quá trình hô hấp khi đêm đến. Nó cũng được tổng hợp trong các amyloplasts có trong củ, hạt và rễ như một hợp chất lưu trữ lâu dài (Marc J.E.C. van der Maarel và cộng sự, 2002). Tinh bột có thể được phân thành ba nhóm: (1) gồm các loại tinh bột ngũ cốc phổ biến (ngô, lúa mì, lúa miến, gạo), (2) gồm các loại tinh bột từ củ (khoai tây) và củ (khoai mì, dong riềng, khoai lang), (3) gồm các loại tinh bột sáp (ngô sáp, cao lương sáp, lúa sáp) (J. J. M. Swinkels & Veendam, 1985). 1.1.2. Thành phần hóa học của hạt tinh bột Tinh bột là một polysaccharide gồm các đơn vị glucose liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic tại các oxygen ở vị trí C-1 (Marc J.E.C. van der Maarel và cộng sự, 2002). Hai loại glucan chính có trong tinh bột là amylose và amylopectin. Hầu hết các loại tinh bột đều chứa từ 20-30% amylose (Hoàng Kim Anh, 2008). Bảng 1.1. Hàm lượng amylose và amylopectin trong một vài loại tinh bột điển hình (S.Z. Dziedzic & M.W. Kearsley, 1995) Loại tinh bột Amylose (%) Amylopectin (%) Ngô 27 73 Khoai tây 21 79 Lúa mì 27 73 Bột báng 14 86 4
1.1.2.1. Amylose (AM) Amylose là một polysaccharide gồm các gốc glucose liên kết α-1,4-glycosidic, chủ yếu là mạch thẳng với mức độ trùng hợp (DP) là 1000 - 5000 đơn vị glucose (Justyna Rosicka-Kaczmarek và cộng sự, 2018). Cấu trúc của polyme này chủ yếu là tuyến tính, nhưng điều này dường như chỉ đúng với một phần của AM, phần còn lại hơi phân nhánh (Justyna Rosicka-Kaczmarek và và cộng sự, 2018). Phức hợp xoắn amylose-polyiodide có màu xanh lam đậm đặc trưng với độ hấp thụ λmax ở bước sóng 640 nm. Việc giảm chiều dài chuỗi của amylose sẽ làm λmax của phức chất giảm xuống một bước sóng ngắn hơn, và màu sắc của phức chất chuyển sang màu tím, đỏ và cuối cùng là màu da cam khi DP của chuỗi amylose giảm xuống còn 19 - 25 (Mold and Synge, 1954). Sự hình thành phức hợp giữa các amylose và polyiodide có thể được sử dụng để xác định hàm lượng amylose có trong tinh bột (Duan và và cộng sự, 2012; Chrastil, 1987). Tuy nhiên, kết quả thu được từ các phương pháp này bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của lipid và cấu trúc của amylopectin, các chuỗi nhánh dài của amylopectin cũng có thể tạo phức với iodine, ngoài ra amylose cũng có thể tạo phức với lipid làm giảm khả năng tạo phức iodine (Morrison WR, Karkalas J và và cộng sự, 1990; Jane J và và cộng sự,1999). Nếu không có sự hiện diện của chất tạo phức, mảng kỵ nước của chuỗi amylose sẽ tương tác với chuỗi amylose liền kề để tạo thành chuỗi xoắn kép. Cấu trúc xoắn kép của amylose có chứa các mảng kỵ nước được gấp lại bên, cách xa môi trường nước, để đạt được trạng thái năng lượng thấp hơn và ổn định hơn. Do đó, các chuỗi amylose tự do trong hệ phân tán trong nước có xu hướng hình thành các vòng xoắn kép và sau đó tạo gel hoặc kết tủa. Một khi các xoắn kép được hình thành giữa các phân tử amylose, nó đòi hỏi phải gia nhiệt đến 1700C để phân tách cấu trúc xoắn kép (Sievert và Wursch, 1993). Tốc độ hình thành chuỗi xoắn kép được xác định bởi một số yếu tố, bao gồm chiều dài chuỗi của amylose, nồng độ của amylose trong hệ phân tán và nhiệt độ. Chiều dài tối ưu của chuỗi amylose cho quá trình thoái hóa ngược là khoảng DP 100 (90-110) (Gidley và Bulpin, 1989). 5
1.1.2.2. Amylopectin (AP) Amylopectin là một phân tử có nhiều nhánh, bao gồm các chuỗi nhánh từ DP 6 đến DP ⁓ 100 (Yoo và cộng sự, 2002; Ratnayake và cộng sự, 2001). Bao gồm ba loại chuỗi nhánh. Chuỗi A là những chuỗi được liên kết với các chuỗi khác (B- hoặc C-) bằng các đầu khử của chúng thông qua liên kết α-D- (1 → 6), nhưng chúng không tự phân nhánh. Chuỗi B là những chuỗi được liên kết với chuỗi B khác hoặc chuỗi C, nhưng chuỗi B được phân nhánh bởi chuỗi A hoặc chuỗi B khác ở O-6 của một đơn vị glucosyl. Mỗi phân tử amylopectin chỉ có một chuỗi C, mang đầu khử duy nhất của phân tử. Chiều dài trung bình các chuỗi nhánh của amylopectin thay đổi theo nguồn gốc và độ chín của hạt tinh bột, vị trí của các phân tử trong hạt. Chiều dài trung bình của chuỗi tính theo trọng lượng của amylopectin loại A-, B- và C nằm trong khoảng DP lần lượt là 19 - 28, 29 - 31, và 25 – 27 (Jane J và cộng sự, 1999). Hình 1.1. Một mô hình cụm của amylopectin do Hizukuri đề xuất với chuỗi A và B1 - B3. Chuỗi mang đầu khử (Ø) là chuỗi C, (1 → 4) -α-D-glucan; liên kết α- (1 → 6) (Jane J và cộng sự, 1999) Amylopectin không tạo phức với iodine cho màu xanh lam mà có màu tím và đôi khi có màu nâu đỏ tùy thuộc vào nguồn gốc của nó (A. G. Walton & J. Blackwell, 1973). Sự phân bố chiều dài chuỗi nhánh đặc trưng của amylopectin tùy thuộc vào nguồn gốc của các loại tinh bột. Amylopectin của tinh bột tự nhiên có dạng nhiễu xạ tia X loại A bao gồm một tỷ lệ phần trăm lớn hơn các chuỗi nhánh ngắn (tức là, DP 6- 12) tồn tại trong một cụm và một tỷ lệ nhỏ hơn các chuỗi nhánh dài kéo dài qua nhiều hơn một cụm. Chuỗi nhánh amylopectin chịu trách nhiệm hình thành cấu trúc tinh th ể 6
trong hạt tinh bột, chiều dài chuỗi nhánh của các phân tử amylopectin ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hồ hóa và thoái hóa của tinh bột. Amylopectin, với trọng lượng phân tử nằm trong khoảng từ 7.0 × 107 đến 5.7 × 109 g / mol (Yoo và Jane, 2002a), cũng là thành phần chính chịu trách nhiệm cho sự trương và sự phát triển độ nhớt của hồ tinh bột sau khi các hạt tinh bột được hồ hóa và trương nở (Tester & Morrison, 1990). 1.1.3. Cấu trúc hạt tinh bột 1.1.3.1. Hình thái của hạt tinh bột Các hạt tinh bột trong tự nhiên có hình dạng và kích thước khác nhau. Các hình dạng phổ biến của hạt tinh bột bao gồm hình cầu, đa giác, hình bầu dục, đĩa, hình th ận và thon dài (Jane và cộng sự, 1994; Perez và Bertoft, 2010). Tinh bột ngô và ngô sáp có hình cầu và đa giác có đường kính 5-20 µm. Tinh bột lúa mì, lúa mạch và lúa mạch đen có phân bố kích thước theo hai phương thức: lớn, hạt A có hình đĩa và đường kính khoảng 18-33 µm, trong khi hạt nhỏ, hạt B có hình cầu và đường kính 2-5 µm (Kim và và cộng sự, 2004). Hầu hết các loại tinh bột đậu có dạng hình thận 5-70 µm, các hạt hình cầu, tròn, elip và hình dạng bất thường cũng quan sát thấy được (Hoover và cộng sự, 2010; Jane và cộng sự, 1994). Hình 1.2. Các hạt tinh bột tự nhiên được chụp dưới kính hiển vi điện tử SEM: (a) khoai môn; (b) hạt dẻ; (c) gừng; (d) sắn dây; (e) ngô; (f) chuối xanh; (g) lúa mì; (h) khoai tây (Perez, S., Bertoft, E., 2010) 7
1.1.3.2. Cấu trúc hạt tinh bột Tinh bột có nguồn gốc thực vật thể hiện hình thái hạt đặc trưng, cấu trúc tinh thể và tổ chức bên trong, chủ yếu là do các thành phần đặc trưng và cấu trúc của các thành phần khác nhau. Những đặc điểm cấu trúc này quyết định các tính chất vật lý của tinh bột. Hình 1.3. Cấu trúc hạt tinh bột (Déborah Le Corre và cộng sự, 2010) Vị trí tương đối của Amylose và Amylopectin trong hạt tinh bột Amylose và amylopectin được tổng hợp đồng thời với sự phát triển của hạt tinh bột. Amylose và amylopectin được sắp xếp cạnh nhau và xen kẽ trong hạt tinh bột (Jane và cộng sự, 1992; Kasemsuwan và Jane, 1994). Quá trình sinh tổng hợp của hạt tinh bột được bắt đầu ở hilum, và các chuỗi tinh bột được kéo dài ra ở đầu không khử vùng ngoại vi của hạt đang phát triển. Do đó, các chuỗi amylose và amylopectin được sắp xếp xuyên tâm trong một hạt hình cầu (Yongfeng Ai& Jay-lin Jane, 2018). Hai chuỗi nhánh lân cận của amylopectin liên kết với nhau để hình thành tinh thể xoắn kép với cấu trúc tinh thể và vô định hình xen kẽ ở khoảng cách lặp lại khoảng 9-10 nm (Jenkins và và cộng sự, 1993; Jenkins và Donald, 1995). Các xoắn kép hầu hết được đóng gói theo hai kiểu khác nhau để tạo thành cấu trúc hình phiến (Angellier Coussy và cộng sự, 2009): đa hình loại A có đơn vị tế bào đơn tà và đa hình loại B có đơn vị tế bào lục giác (Buleon và và cộng sự., 1998; Sarko và Wu, 1978). 8