Đề tài Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp hoá học

Mở đầu  Nước ta nằm trong ở trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thuận lợi cho việc phát triển nhiều loại cây trồng trong đó các loại cây lương thực chiếm một vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp và là nguồn nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp sản xuất tinh bột. Tinh bột là một trong những nguyên liệu quan trọng cho nhiều nghành công nghiệp như công nghiệp giấy, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp keo dán vì những tính chất đặc trưng của nó như tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo độ dẻo, độ dai, độ đàn hồi, độ xốp có khả năng tạo gel, tạo màng cho nhiều sản phẩm. Tuy nhiên tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế nhiều tính chất, chưa đáp ứng được những yêu cầu khác nhau trong công nghiệp. Vì vậy cần phải cải biến tinh bột, tức là làm thay đổi cấu trúc, tính chất của tinh bột bằng các tác nhân vật lí, hoá học hoặc enzim để tạo ra các dẫn xuất tinh bột với các phân tử bị cắt ngắn đi, nối dài ra và sắp xếp lại, hoặc các dẫn xuất tinh của tinh bột với các nhóm chức rượu bậc nhất trong phân tử, bị oxi hoá đến nhóm cacboxyl hoặc những dẫn xuất tinh bột với phân tử được gắn nhóm chức hoá học khác nhau… Khi đã có cấu trúc hoá học thay đổi thì tinh bột dẫn xuất cũng sẽ thu được những tính chất mới khác tinh bột ban đầu. Nhờ vậy nâng cao được lãnh vực ứng dụng và từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và hiệu quả kinh tế. Hiện nay, các sản phẩm tinh bột biến tính nghiên cứu ở nước ta rất đa dạng và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và các nghành công nghiệp khác. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều chỉ dừng ở mức phòng thí nghiệm. Các sản phẩm tinh bột biến tính được sản xuất với qui mô công nghiệp trong nước hầu như chưa có. Tinh bột biến tính sử dụng trong công nghiệp hiện tại phải nhập ngoại với giá thành rất cao. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài ‘Nghiên cứu biến tính tinh bột bằng các phương pháp hoá học’. Nước ta có nguồn nguyên liệu tinh bột rất đa dạng và phong phú. Miền Trung với điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thời tiết thất thường, đất đai kém màu mỡ nhưng vẫn có được những nguồn nguyên liệu tinh bột quan trọng, với năng suất và chất lượng cao như khoai, sắn, sắn dây, huỳnh tinh… Sắn là một loại cây lương thực có sản luợng cao nhất hiện nay (Việt Nam hiện đang sản xuất hàng năm hơn hai triệu tấn sắn củ tuơi, đứng hàng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột đứng hàng thứ 3 sau Thái Lan và Indonexia). Trong những năm qua, các sản phẩm từ sắn như sắn lát, sắn viên, tinh bột sắn… đã đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng trong nước và đã bắt đầu xuất khẩu, góp phần không nhỏ vào sự phát triển của nghành lương thực thực phẩm nói riêng cũng như sự phát triển kinh tế đất nước nói chung. Tinh bột sắn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp chất kết dính, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm . Đó là lí do chúng tôi dùng tinh bột sắn làm nguyên liệu cho quá trình thực nghiệm. Nhiệm vụ của đề tài giải quyết các vấn đề sau: Nghiên cứu phương pháp biến tính tinh bột bằng cách oxi hoá, bằng dung dịch axit, bằng dung dịch kiềm. Nghiên cứu sự thay đổi của tinh bột sau khi biến tính. Phần tổng quan Chương 1 tinh bột và các phương pháp biến tính tinh bột 1.1. Giới thiệu tổng quát về tinh bột 1.1.1. Khái niệm chung Trong tự nhiên tinh bột là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào, chỉ đứng sau xenlulozơ. Người ta thấy tinh bột có trong cây xanh, rễ, cành, hạt, củ và quả. Tinh bột được hình thành từ những hạt nhỏ (32) trong suốt quá trình trưởng thành và lớn lên của cây. Trong thời kì ‘ngủ’ và nảy mầm, tinh bột là chất dự trữ năng lượng cho cây. Tinh bột giữ chức năng sinh học giống nhau đối với con người, động vật, cũng như đối với các sinh vật hạ đẳng (15). Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng nước lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Do đó, có thể thu được một lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn phong phú trong tự nhiên. Tinh bột đại diện cho 60 - 90% tổng sản lượng các loại lương thực như ngô, khoai tây, lúa mì, củ mì, sắn dây, gạo, đậu, ở một số quả như chuối, táo, rau… (15), (16), (32). 1.1.2. Hình dáng, kích thước và cấu trúc của hạt tinh bột Tinh bột dự trữ trong cây dưới dạng hạt. Hạt tinh bột của tất cả các hệ thống có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác. Ngay cả trên cùng loại nguyên liệu, hình dáng và kích thước của chúng cũng không giống nhau (15). Hạt tinh bột khoai tây có kích thước lớn hơn cả, của lúa mì nhỏ hơn. Hạt tinh bột lúa mì, lúa mạch cấu trúc đơn giản hơn hạt tinh bột ngô… (15), (32). Kích thước của các hạt tinh bột khác nhau cũng ảnh hưởng đến tính chất cơ lí của tinh bột như nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp thụ xanh metylen… Hạt nhỏ có cấu tạo chặt, hạt lớn có cấu tạo xốp (15). Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp. Có nhiều phỏng đoán bản chất cấu trúc bên trong hạt nhưng không có nhiều bằng chứng thực nghiệm. Trong luận án của mình, Naegeli đã cung cấp một kho kiến thức về thực vật hình thái học của tinh bột. Đến thời của Meyer đã thiết lập khái niệm về cấu trúc hạt được sự công nhận của nhiều người nhất. Theo lý thuyết này, sự pha lẫn của các phân tử được sắp xếp trong hạt theo phương thức xuyên tâm. Sau đó, Samec đã có những phát hiện về cấu tạo bên ngoài của tinh bột. Năm 1913, Reichert có hàng trăm vi ảnh của nhiều loại tinh bột khác nhau. Còn Walton đã sưu tầm trên 300 nghiên cứu về tinh bột. Tất cả đều cho thấy tinh bột của mọi nguồn khác nhau đều có cấu tạo từ Amilozơ (Am) và Amilopectin (Ap) (15), (30). Cả hai cấu tử này đều được cấu tạo từ α- D glucozơ, các gốc glucozơ trong chuỗi kết hợp với nhau qua liên kết α -1,4 – glucozit. Ap có cấu trúc phân nhánh, ở điểm phân nhánh là liên kết 1, 6 - glucozit (16). Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X (15) người ta thấy các chuỗi polyglucozit của Am và Ap tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucozơ một vòng. Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có thể có chiều dài 0.35 - 0.7 àm, trong khi đó chiều dày của một lớp ở hạt tinh bột là 0.1àm. Các phân tử sắp xếp theo phương hướng tâm nên các mạch polysacarit phải ở dạng gấp khúc nhiều lần. Bảng 1.1. kích thước của một số loại tinh bột (6), (15),(32) Tên gọi Kích thước hạt(àm) Tên gọi Kích thước hạt (àm) Ngô 5 – 30 Táo 2 – 13 Lúa mì 5 – 50 Khoai tây 15 – 120 Gạo 3 – 8 Khoai lang 5 – 50 Đại mạch 5 – 40 Sắn 5 – 33 Lúa 2 – 10 Huỳnh tinh 10 – 50 Đậu 30 – 50 Cây thốt nốt 10 – 70 Chuối 5 – 60 Ngày nay, bằng phương pháp hiển vi quang học và hiển vi điện tử, hình dáng và cấu tạo hạt của một số tinh bột được minh hoạ rõ ràng. Nghiên cứu của nhiều tác giả (32), (35) cho thấy hình dạng và kích thước hạt của nhiều tinh bột như gạo, khoai tây, lúa mì, lúa mạch, ngô, sắn huỳnh tinh… Theo đó tinh bột gạo có hình đa giác có khuynh hướng kết tụ với nhau thành chùm, tinh bột sắn có các hạt hình cầu, hình trứng và hình mũ, những cạnh bị nứt thường bị trũng, tinh bột khoai tây có hình dạng elip dẹt và hình cầu, tinh bột ngô có hình đa giác, một số hạt có dạng hình tròn, tinh bột lúa mì có dạng cầu bằng phẳng hoặc hình elip. 1.1.3. Thành phần hoá học của tinh bột Tinh bột không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysacarit khác nhau: Am và Ap. Trong những nguyên liệu khác nhau thì hàm lượng Am và Ap cũng không giống nhau. Thường tỉ lệ Am và Ap của các tinh bột bằng 1/4 như đã cho trên bảng 1.2. Tinh bột Amiloza (%) Amilopectin (%) Gạo nếp Rất ít 100 Gạo tẻ 17 (18 - 20) 83 Khoai mì 17 (14 - 27) 83 Khoai tây 19 - 22 (20 -32) 78 – 81 Ngô 21 – 23 (20 – 32 ) 77 – 79 Đại mạch 20 – 25 75 – 80 Lúa mì 22 – 24 ( 23 – 28 ) 76 – 78 Chuối 25 – 55 45 - 75 1.1.3.1. Cấu tạo và tính chất của Am Phân tử Am bao gồm một chuỗi sắp xếp song song nhau. Am khi ở dạng tinh thể có cấu trúc xoắn ốc, mỗi vòng xoắn gồm 6 phân tử glucozơ. Khi ở trong hạt tinh bột, trong dung dịch hoặc trạng thái bị thoái hoá, Am thường có cấu trúc mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào Am mới chuyển thành dạng xoắn ốc. ở trạng thái xoắn ốc, Am cho màu xanh với iôt. Đường kính xoắn ốc là 12,97 Ao, chiều cao 7,91 Ao. Phân tử Am có một đầu khử và một đầu không khử, trong đó đầu khử có nhóm – OH glucozit. Các gốc của Am gắn lại với nhau nhờ liên kết α - 1,4 glucozit tạo nên một chuỗi dài khoảng 500 -2000 đơn vị glucozơ, phân tử lượng trung bình 10000 - 300000. Am mạch thẳng có thể tạo màng và sợi với độ bền và độ mềm dẻo cao. Trong khi đó phân tử Ap phân nhánh nhiều nên không thể tạo dạng sợi nhiều như Am và màng tạo thành thì dòn (15), (32),(35). Cấu tạo của Am được biểu diễn trên hình 1.2a. Am mới tách ra từ hạt tinh bột thường có độ hoà tan cao, song cũng không bền và nhanh chóng bị thoái hoá. Trong đa số trường hợp dung dịch Am rất nhanh chóng tạo keo ngay khi ở nhiệt độ cao. Trong dung dịch, các phân tử Am có khuynh hướng liên kết lại với nhau tạo ra các tinh thể. Nếu tốc độ liên kết này chậm thì Am sẽ tạo thành một khối không tan của các hạt đã bị thoái hoá. Còn nếu nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo. Khi tương tác với iôt, Am cho phức màu xanh đặc trưng. Iôt tinh khiết không cho màu xanh khi thêm tinh bột hoặc Am mà chỉ xảy ra khi iôt được pha trong KI hoặc HI. Nếu đun nóng, liên kết hydro bị cắt đứt, chuỗi Am duỗi thẳng do đó iôt bị tách ra khỏi dung dịch Am nên dung dịch mất màu xanh (15),(30). Am có khả năng tạo phức với rất nhiều cácc hợp chất hữu cơ có cực và không cực. Phức của vitamin A với Am thường bền và ít bị oxi hoá. Do đó, sử dụng Am để bảo vệ vitamin trong thuốc, trong thức ăn gia suc bằng cách cho nó tạo phức với Am (16). 1.1.3.2. Cấu tạo và tính chất của Ap Trong phân tử Ap, các gốc glucozơ gắn với nhau không chỉ nhờ liên kết 1 – 4 mà còn nhờ liên kết 1- 6. Vì vậy có cả cấu trúc nhánh trong Ap. Phân tử Ap chỉ có một đầu khử duy nhất (16). Cấu tạo phân tử amilopectin được biểu diễn trên hình 1.2b Cấu trúc phân tử amilopectin bao gồm một nhánh trung tâm (chứa liên kết 1 – 4) từ các nhánh này phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucozơ. Phân tử lượng của Ap có khoảng 5.105-1.106. Ap được phân bố ngoài hạt (33). Khác hẳn với Am, Ap chỉ hoà tan trong nước khi đun nóng và tạo nên dung dịch có độ nhớt cao. Khi đun nóng làm thay đổi sâu sắc và không thuận nghịch cấu trúc phân tử Ap gây trạng thái hồ hoá tinh bột. Phản ứng màu của Ap với iôt xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các hợp chất hấp thụ (16). Phản ứng với lectin là phản ứng đặc trưng của Ap. Liên kết giữa lectin với monosaccarit chủ yếu là liên kết hidro. Các nhóm OH ở C2, C4, C6 của gốc monosacarit mới có thể liên kết được với lectin. Nghĩa là muốn kết tủa được với lectin thì các phân tử polysacarit bắt buộc ở trạng thái nhánh (15). 1.1.4. Các tính chất của tinh bột 1.1.4.1. Tính chất vật lý a. Tính chất hấp thụ Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất hấp thụ thì bề mặt bên trong và bên ngoài của tinh bột đều tham dự. Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thuỷ nhiệt cần phải hết sức quan tâm tới vấn đề này. Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột. Khi nghiên cứu khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ có ion lớn như xanh metylen (tích điện dương) của tinh bột, người ta nhận thấy rằng tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt. Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột không giống nhau. Đường đẳng nhiệt hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu tạo bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng (27). b. Độ hoà tan của tinh bột Am mới tách từ tinh bột có độ hoà tan cao song không bền nhanh chóng bị thoái hoá trở nên không hoà tan trong nước. Ap không hoà tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ hoà tan trong nước nóng. Trong môi trường axit tinh bột bị thuỷ phân và tạo thành ‘tinh bột hoà tan’ . Nếu môi trường axit mạnh sản phẩm cuối cùng là glucozơ. Còn môi trường kiềm, tinh bột bị ion hoá từng phần do có sự hydrat hoá tốt hơn. Tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một dung môi tốt để tăng hiệu quả thu hồi bột. 1.1.4.2. Tính chất hoá học của tinh bột a. Phản ứng với iốt Khi tương tác với iot Am sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy iốt có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng Am trong tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Để phản ứng được với iôt, các phân tử Am phải có dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của Am bao quanh phân tử iôt. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucozơ không cho phản ứng với iôt vì không tạo thành một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Axit và một số muối KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng. Cloral hydrat và một số chất khác lại ức chế cường độ phản ứng này. Am với hình thể xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iôt tương ứng với một vòng xoắn ốc một phân tử iôt. Trong phân tử I2- Am, các phân tử iôt chui vào trong vùng ưa béo của xoắn ốc. Với Ap khi xảy ra tương tác với iôt, Ap cho màu tím đỏ. Về bản chất phản ứng màu với iôt của Ap xảy ra do sự hình thành nên hợp chất hấp phụ. b. Khả năng tạo phức Ngoài khả năng tạo phức với iôt, Am còn có khả năng tạo phức với nhiều hợp chất hữu cơ có cực cũng như không có cực như: các rượu no (izoamylic, butylic, izoprotylic), các rượu vòng, các phenol, các xeton thấp phân tử, các axit béo dãy thấp cũng như các axit béo dãy cao, các este mạch thẳng và mạch vòng, các dẫn xuất benzen có nhóm andehit, các nitro parafin… .Khi tạo phức với các Am, các chất tạo phức cũng chiếm vị trí bên trong dọc theo xoắn ốc tương tự iốt. Ngoài ra, Ap còn cho phản ứng đặc trưng với lectin. Về bản chất đây là một phản ứng giữa một protein với một polysacarit có mạch nhánh. Khi lectin liên kết với α - D – glucopiranozic nằm ở đầu cuối không khử của Ap thì sẽ làm cho Ap kết tủa và tách ra khỏi dung dịch. 1.1.4.3. Tính chất lưu biến Trong dung dịch các phân tử Am có khuynh hướng liên kết lại với nhau để tạo ra các tinh thể. Khi sự liên kết xảy ra với tốc độ chậm thì Am sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã bị thoái hoá. Khi tốc độ đạt nhanh thì dung dịch chuyển thành thể keo. Am đã thoái hoá không hoà tan trong nước lạnh nhưng có khả năng liên kết với một lượng nước lớn gần 4 lần trọng lượng của chúng. Nếu để Am một lượng nước ít hơn 4 lần thì toàn bộ nước sẽ bị hấp thụ còn Am sẽ tạo ra keo. Keo Am ở nhiệt độ thường là một khối trắng đục, không thuận nghịch, không có hiện tượng co. Nghiên cứu keo Am dưới kính hiển vi điện tử, người ta thấy chúng có cấu tạo hạt rõ rệt, chứng tỏ tính không tan của kiểu tinh thể (15). 1.1.4.4. Sự trương nở và hiện tượng hồ hoá của tinh bột Khi hoà tan tinh bột vào nước thì có sự tăng thể tích hạt do sự hấp thụ nước làm hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của tinh bột. Độ tăng kích thước trung bình của một số loại tinh bột khi ngâm vào nước như sau: tinh bột bắp 9.1%, tinh bột khoai tây 12.7%, tinh bột khoai mì 28.4% (36), (16). Một số kết quả nghiên cứu (30) đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến sự trương nở và hoà tan của tinh bột như loại và nguồn gốc tinh bột, ảnh hưởng của quá trình sấy, sự lão hoá tinh bột, phương thức xử lý nhiệt ẩm, ảnh hưởng của các chất béo cho vào… Trên 55 – 70 0C, các hạt tinh bột sẽ trương phồng do hấp thụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực. Khi đó độ nhớt của dung dịch tăng mạnh. Kéo dài thời gian xử lý nhiệt, có thể gây nổ vỡ hạt tinh bột, thuỷ phân từng phần và hoà tan phần nào các phần tử cấu thành của tinh bột, kèm theo sự giảm độ nhớt của dung dịch. Như vậy nhiệt độ để phá vỡ hạt, chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hoá khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt hồ hoá (15), (16), (32), (35). Nhiệt độ hồ hoá không phải là một điểm mà là một khoảng, nhiệt độ thấp nhất là nhiệt đô mà tại đó các hạt tinh bột bắt đầu mất tính lưỡng chiết, còn nhiệt độ cao nhất là nhiệt độ tại đó còn khoảng 10% hạt tinh bột chưa mất đi tính lưỡng chiết (15). Tuỳ thuộc điều kiện hồ hoá như nhiệt độ, nguồn gốc tinh bột, kích thước hạt và pH môi trường, nhiệt độ phá vỡ và trương nở hạt có thể biến đổi trong một khoảng khá rộng. Phần lớn tinh bột bị hồ hoá khi nấu và ở trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Bảng nhiệt độ hồ hoá của một số tinh bột tự nhiên (15) Tinh bột tự nhiên Nhiệt độ hồ hoá Bắp 62 -73 Bắp nếp 62.5 -72 Lúa miến 68 -75 Lúa miến nếp 67.5 -74 Gạo 68 -74.5 Lúa mì 59.5 - 62.5 Sắn 52 – 59 1.1.4.5. Độ nhớt 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 nước nhiều 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 hơn . Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của các phân tử hoặc của các hạt phân tán, đặc tính bên trong của tinh bột như kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxi hoá, các thuốc thử phá huỷ cầu hidro đều làm cho tương tác của 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 ion hoá các phân tử tinh bột khiến cho chúng hidrat hoá tốt hơn. Ngoài ra, nồng độ muối, nồng độ đường cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt của dung dịch. 1.1.4.6. Khả năng tạo gel và sự thoái hoá gel tinh bột Tinh bột sau khi hồ hoá và để nguội các phân tử sẽ tương tác và sắp xếp lại với nhau một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột với cấu trúc mạng 3 chiều, để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được làm nguội ở trạng thái yên tĩnh. Trong gel tinh bột chỉ có các liên kết hidro tham gia, có thể nối trực tiếp các mạch polyglucozit hoặc gián tiếp thông qua phân tử nước . Khi gel tinh bột để nguội một thời gian dài thì chúng sẽ co lại và lượng dịch thể sẽ tách ra, gọi là sự thoái hoá. Quá trình này sẽ càng tăng mạnh nếu gel để ở lạnh đông rồi sau đó cho hoà tan ra. Tốc độ thoái hoá sẽ càng tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại khi pH = 7. Tốc độ thoái hoá sẽ giảm khi tăng hoặc giảm pH. Sự thoái hoá thường kèm theo tách nước và đặc lại của các sản phẩm dạng nửa lỏng cũng như gây cứng lại các sản phẩm bánh mì (15). 1.1.4.7. Khả năng tạo hình của tinh bột Cũng như các hợp chất cao phân tử khác, tinh bột có khả năng tạo màng rất tốt. Để tạo màng, phân tử tinh bột sẽ dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau bằng liên kết hidro và gián tiếp qua phân tử nước. Để thu được màng gel có tính đàn hồi cao người ta thêm vào các chất hoá dẻo (thường hay dùng glixerin) để chúng làm tăng khoảng cách giữa các phân tử, làm giảm lực Van der Van, do đó làm yếu đi lực cố kết nội và làm tăng động năng của các phân tử (19). Liên kết của rất nhiều phân tử Am và Ap nhờ lực Van der Van và liên kết hidro nên tạo được độ dai hay độ bền đứt nhất định. Chính nhờ khả năng này mà người ta tạo được các sợi tinh bột ( sợi miến, bún…) (20), (30). Do phân tử Am dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn và chúng liên kết với nhau rất chặt, nhờ vậy mà sợi tạo thành chắc và dai. Đối với các tinh bột giàu Ap, các mạch nhánh thường rất ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu do đó độ bền đứt kém . 1.1.4.8. Khả năng phồng nở của tinh bột Khi tương tác với các chất béo và có sự tán trợ của nhiệt độ thì khối tinh bột sẽ tăng thể tích lên rất lớn và trở nên rỗng xốp. Ta biết rằng, chất béo là chất không có cực, có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu gluxit như tinh bột, xenlulozơ. Khi tăng nhiệt độ thì các tương tác kị nước giữa các phân tử chất béo phát triển rất mạnh nên chúng có khuynh hướng tụ lại với nhau, do đó có khả năng xuyên qua các ‘cửa ải’ tinh bột. Đồng thời nhiệt làm cho tinh bột bị hồ hoá và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua màng tinh bột đã tẩm béo, do đó sẽ làm tinh bột giãn và phồng nở. Các tinh bột giàu Ap (tinh bột gạo nếp) dễ hoà tan trong nước ở 95oC hơn tinh bột giàu Am nên có độ nhớt lớn hơn, khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phồng nở lớn hơn. Với các tinh bột oxi hoá thì khả năng này càng mạnh vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu chặt. Vì vậy, có thể ứng dụng tính chất này để sản xuất bánh phồng tôm (15), (16). 1.2 Tinh bột biến tính và các phương pháp biến tính tinh bột 1.2.1. Tinh bột biến tính Tinh bột ở dạng không biến tính, khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm bị hạn chế. Ví dụ, các hạt tinh bột ngô nếu ở dạng chưa biến tính, khi đun nóng sẽ dễ dàng hydrat hoá, trương nhanh rồi vỡ hạt làm giảm độ nhớt để tạo nên một khối keo và dễ chảy. Vì vậy làm hạn chế phạm vi ứng dụng của tinh bột này trong nhiều loại thương phẩm (33). Nhược điểm của tinh bột tự nhiên thể hiện ở tính chảy tự do hay tính kị nước của hạt tinh bột; tính không hoà tan; tính kém trương nở; độ nhớt tăng trong nước lạnh; sự tăng quá hay không điều chỉnh được độ nhớt sau khi nấu. Sự dính kết hay tạo hỗn hợp giống cao su đối với những loại tinh bột đã nấu, đặc biệt là ngô nếp, khoai tây, tinh bột sắn, tính dễ thoái hoá khi kéo dài thời gian đun nóng hay giảm pH, độ kém trong… (34). Vì vậy để có những loại hình tinh bột phù hợp theo yêu cầu sử dụng người ta tiến hành biến tính tinh bột. Nói chung mục đích của biến tính tinh bột là làm thay đổi cấu trúc của phân tử tinh bột bằng các tác nhân vật lí, enzim hay hoá học. Từ đó mang lại cho tinh bột nhiều tính chất mới. Vì thế nó mở phạm vi sử dụng của tinh bột trong nhiều nghành công nghiệp khác nhau. Bất kỳ những tinh bột tự nhiên nào mà những tính chất lí hoá bị thay đổi đều được xem là biến tính. Vì vậy mục đích của việc tính tinh bột là để tăng cường hoặc hạn chế những tính chất cố hữu của nó nhằm tăng khả năng làm đặc, cải thiện mối liên kết, tăng độ bền, cải thiện tính cảm quan, tạo được gel. Tinh bột có thể đựoc biến tính bằng nhiều cách cả về tính chất vật lí lẫn hoá học. Dựa vào bản chất của phương pháp có thể phân loại các phương pháp biến tính tinh bột như sau (15): Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lí. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân hoá học. Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzim. 1.2.2. Phương pháp biến tính tinh bột bằng tác nhân vật lí 1.2.2.1. Biến tính trộn với chất rắn trơ Tinh bột nếu hoà trộn trực tiếp vào nước thì sẽ vón cục. Để tinh bột hoà tan tốt trước hết ta đem nó trộn với chất rắn trơ. Các hợp chất không phải ion. Khi trộn đều với các chất này sẽ làm cho tinh bột cách biệt nhau về vật lí do đó sẽ cho phép chúng hiđrat hoá một cách độc lập và không kết lại thành cục (15). 1.2.2.2. Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ Trước hết tinh bột được hồ hoá trong một lượng nước, sau đó sấy khô. Dưới tác dụng của nhiệt ẩm sẽ làm đứt các liên kết giữa các phân tử, làm phá huỷ cấu trúc của hạt tinh bột khi hồ hoá, cũng như sẽ tái liên hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau này. Tinh bột hồ hoá sơ bộ có những tính chất: trương nhanh trong nước; biến đổi chậm các tính chất khi bảo quản; bền khi ở nhiệt độ thấp; có độ đặc và khả năng giữ nước, giữ khí tốt. Vì vậy tinh bột biến tính bằng hồ hó sơ bộ được dùng rộng rãi trong trường hợp cần độ đặc, giữ nước mà không cần nấu. Dùng tinh bột hồ hoá sơ bộ còn tránh được tổn thất các chất bay hơi trong bánh ngọt, giữ được chất béo… Ngoài ra, tinh bột hồ hoá sơ bộ còn được sử dụng trong các nghành công nghiệp khác. Chẳng hạn, thêm tinh bột dạng này vào các dung dịch khoan (khi khoan các giếng dầu mỏ) nhằm giữ cho dung dịch khoan một lượng nước cần thiết. 1.2.2.3. Biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao Tinh bột được gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao từ 120 - 150oC, trong thời gian nhất định (35). Sản phẩm thu được từ phương pháp này gọi là dextrin và pirodextrin. Tinh bột biến tính bằng phương pháp này tạo cho nó có độ hoà tan trong nước lạnh cao hơn tinh bột ban đầu. Do đó, dextrin được sử dụng làm chất mang các thành phần hoạt động như các bột thực phẩm hoặc dùng làm dung môi hoặc chất mang các chất màu. Pirodextrin dùng làm chất đặc cho thuốc nhuộm sợi. Người ta thường dùng sản phẩm tinh bột biến tính bằng gia nhiệt khô ở nhiệt độ cao để pha keo dán phong bì, dán nhãn chai, băng dính thùng cactông. Trong công nghiệp dược, dextrin trắng được làm nguồn thức ăn cacbon đồng hoá chậm. Thay cho glucozơ khi điều chế một số kháng sinh bằng phương pháp lên men, nó là chất độn (bổ sung) cho các loại thuốc dưỡng bệnh, chất độn chuẩn cho các loại thuốc. Trong thức ăn dùng cho trẻ con và người lớn thì dextrin dễ nấu chín, dễ hấp thụ, dễ tiêu hoá. 1.2.3. Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzim Dưới tác dụng của enzim amilaza, phân tử tinh bột hoặc bị cắt ngẫu nhiên thành những dextrin phân tử thấp hoặc bị hoặc bị cắt thành từng phần hai đơn vị glucozơ một, do đó mà tính chất của dung dịch tinh bột cũng thay đổi theo. Enim α - amilaza thuỷ phân các liên kết α – 1,4 trên nhiều mạch và tại nhiều vị trí của cùng một mạch, giải p