Mở đầu và giới thiệu đề tài Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Giới thiệu chung về Thạch đen (Mesona chinensis Benth) 2. Giới thiệu về cây Thạch đen 2. Mô tả về cây Thạch đen Cây Thạch đen hay còn được biết đến với tên gọi khác là Sương sáo, Lương phấn thảo,… thuộc bộ Lamiales, họ Lamiaceae, chi Mesona, loài Mesona chinensis.
Cây Thạch đen có tên khoa học là Mesona chinensis Benth, đây là loại cây thân thảo thấp, thường được sử dụng trong sản xuất nước giải khát. Thạch đen là cây thân thảo, có chiều cao thân khoảng 15 – 50 cm, ít phân nhánh, có lông thô, rậm. Lá dày dài khoảng từ 3 – 6 cm, rộng 1 – 2 cm, có hình bầu dục hoặc thon dài, ở gốc lá thon, hẹp, nhọn ở chóp, cuốn lá dài 1 – 2 cm. Hoa nở thành trùm ở ngọn, khá dày đặc.1: Cây Thạch đen 2.
Phân bố của cây Thạch đen Cây Thạch đen được phân bố rộng rãi ở khu vực Đông và Đông Nam Châu Á như Việt Nam, phía nam Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Malaysia. Cây Thạch đen có khả năng sinh sôi và sống tốt ở đa dạng khu vực như đất cỏ, đất cát hoặc đất khô, với điều kiện để cây phát triển mạnh là được tưới nước đầy đủ và trồng trong bóng mát. Ứng dụng của cây Thạch đen Cây Thạch đen là một loại thực phẩm bổ sung được sử dụng phổ biến ở Châu Á vì nó có thể được chế biến thành thạch đen, trà, súp, thậm chí có thể ngăn ngừa bệnh tật (Feng và cộng sự, 2008; Huang và cộng sự, 2016). Trong đông y học hiện đại, cây Thạch đen còn có thể điều trị các bệnh như tiểu đường, cao huyết áp và viêm thận cấp tính (Huang và cộng sự, 2016).
Ngoài ra, cây Thạch đen rất giàu flavon, polysaccharides, polyphenol, màu và acid amin (Shyu và các cộng sự, 2008). Vì vậy các sản phẩm thực phẩm được chế biến từ cây Thạch đen như thạch Thạch đen, nước Thạch đen rất tốt cho sức khỏe và có thể là thực phẩm bổ sung hằng ngày. Các thành phần có trong dung dịch nước Thạch đen Các thành phần có trong dịch chiết thạch đen được tìm thấy là polysaccharide, polyphenol, flavonoid, terpenoid, 17 acid amine (7 acid amine thiết yếu), chất béo và chất xơ (Adisakwattana và cộng sự, 2014). Trong hầu hết các báo cáo, dịch chiết từ thạch đen là một polysaccharide và có thành phần monosaccharide phức tạp.
Theo Huang và cộng sự, polysaccharide này chủ yếu chứa axit galacturonic, galactose, glucose và xylosa. Polyphenol là một nhóm chất phytochemical tồn tại trong nhiều loại thực vật khác nhau, bao gồm các phenol đơn giản như: acid phenolic, flavonoid, stilben, lignan và tannin (Jeng và cộng sự, 2013). Polyphenol trong thạch đen thường được chiết xuất bằng dung môi nước hoặc cồn. Bốn triterpenoid đã được xác định từ các nghiên cứu lần lượt là stirysterol, β-sitosterol, acid oleanolic và acid ursolic (Hung và cộng sự, 2001).
Giới thiệu về các loại tinh bột 2. Tổng quan về tinh bột Tinh bột là nguồn carbohydrate chính đóng vai trò quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của con người. Tinh bột cung cấp năng lượng chuyển hóa cho cơ thể để các tế bào và cơ quan thực hiện các chức năng của nó. Trong tự nhiên tinh bột là một polysaccharide dự trữ chính của cây xanh và là carbohydrate phổ biến thứ hai chỉ đứng sau cellulose.
Tinh bột có nguồn gốc từ thực vật, có nhiều trong gạo, bắp, sắn, khoai tây, đậu, lúa mì,…Với hàm lượng tinh bột chiếm 65 - 90% hàm lượng chất khô. Chúng tập trung chủ yếu trong bộ phận của một số loài thực vật như củ, thân, hạt ngũ cốc, rễ, lá, hạt, trái cây,… (Nguyễn, 2018). Các phân tử tinh bột bao gồm vô số monome glucose liên kết với nhau bằng liên kết glucosidic. Thành phần của tinh bột chủ yếu gồm 2 loại α-glucan là Amylose và 6 Amylopectin, chiếm khoảng 98 - 99% hàm lượng chất khô và một lượng nhỏ protein, lipid, pentosan và khoáng chất (Copeland và cộng sự, 2009).
Tỷ lệ của Amylose và Amylopectin sẽ thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc của từng loại tinh bột. Amylose là một polymer mạch thẳng được hình thành từ nhiều phân tử D-glucose liên kết với nhau thông qua liên kết α-1,4-glucosidic (Slattery và cộng sự, 2000). Trung bình mỗi Amylose có khoảng 500 - 6000 đơn vị glucose được phân bố trong 1 đến 20 chuỗi, chiếm 20 – 30% hàm lượng của tinh bột. Hàm lượng Amylose có trong hạt ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính và chức năng của tinh bột.2: Cấu tạo của Amylose Amylopectin chiếm khoảng 80% tinh bột, được xem là thành phần chính của tinh bột.
Chuỗi Amylopectin tương đối ngắn so với Amylose, có cấu trúc phân nhánh cao, được hình thành bởi các chuỗi đơn vị glucose được liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α-1,4- glucosidic nhưng có 5 - 6% là liên kết α-1,6-glucosidic tại các điểm nhánh (Parker và cộng sự, 2001).3: Cấu tạo của Amylopectin 7 Tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật các hạt tinh bột sẽ có kích thước và hình dạng khác nhau. Kích thước của hạt tinh bột dao động trong khoảng 1 - 100µm với các dạng hình khác nhau như: hình cầu, hình bầu dục, hình đa giác, hình đĩa, thuôn dài,… (Lindeboom và cộng sự, 2004).4: Cấu tạo của hạt tinh bột Cấu tạo hạt tinh bột bao gồm rất nhiều lớp đồng tâm, mỗi lớp gọi là vòng sinh trưởng, của các vùng vô định hình và vùng bán kết tinh với trung tâm hạt gọi là hilum. Bề mặt hạt không mịn và được đặc trưng bởi các đầu nhô ra là các đầu khử hoặc không khử của chuỗi Amylose và Amylopectin (Pérez và cộng sự, 2009). Các Amylopectin đóng vai trò tạo bộ khung cho hạt tinh bột, các đầu không nhánh hướng vào tâm, các phân tử Amylose phân tán xung quanh các chuỗi Amylopectin tạo thành một “bloclet”.
Blocklet có dạng hình cầu và có cấu trúc bất đối xứng, nhiều blocklet tạo nên một vòng sinh trưởng (Nguyễn, 2018). Đặc tính Tinh bột được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo và một số lĩnh vực khác nhờ vào những tính chất đặc trưng như sự hồ hóa, sự tạo gel và thoái hóa cũng như sự thủy phân tinh bột. Dưới đây là một số đặc tính nổi trội của tinh bột. Sự hồ hóa Quá trình hồ hóa xảy ra khi tinh bột được gia nhiệt trong nước.
Khi đó, các liên kết hydro nội phân tử giữa các chuỗi mạch bắt đầu đứt, cho phép phân tử nước xâm nhập vào hạt tương tác với các nhóm hydroxyl của Amylose và Amylopectin, các hạt tinh bột sẽ trương nở ra (Hoover, 2001). Sau đó, các phân tử Amylose sẽ di chuyển ra khỏi bộ khung Amylopectin, nước xâm nhập vào bên trong cấu trúc hạt, đồng thời các liên kết hydro giữa 8 nước và Amylopectin sẽ tăng. Điều này dẫn đến hàm lượng nước tự do sẽ giảm xuống và làm tăng độ nhớt của hồ tinh bột. Tiếp tục gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định (thường khoảng 60 – 80ºC) tất cả các liên kết bị phá vỡ, hạt tinh bột bị vỡ ra.
Nhiệt độ mà tại đó các phân tử hạt tinh bột bắt đầu phá vỡ được gọi gọi là nhiệt độ hồ hóa.5: Quá trình hồ hóa tinh bột Điểm bắt đầu của quá trình hồ hóa và phạm vi xảy ra được quyết định bởi loại tinh bột nồng độ tinh bột, tính không đồng nhất trong hạt và phương pháp quan sát. Quá trình hồ hóa xảy ra ban đầu ở vùng vô định hình, do liên kết hydro có trong vùng này yếu, sau đó mở rộng đến vùng kết tinh (Meireles, 2015). Hiện tượng hồ hóa làm tinh bột chuyển đổi từ dạng bán tinh thể (tương đối khó tiêu hóa) sang dạng vô định hình (dễ tiêu hóa). Quá trình hồ hóa tinh bột phụ thuộc vào: nguồn gốc thực vật của hạt tinh bột, kích thước của hạt, tỷ lệ Amylose/Amylopectin trong hạt, các chất hóa học thêm vào quá trình hồ hóa (đường, acid, kiềm,…).
Sự tạo gel và hiện tượng thoái hóa của tinh bột Tinh bột sau khi hồ hóa và làm nguội, các phân tử Amylose sẽ tái liên kết lại với nhau tạo ra một mạng lưới gel tinh bột có không gian 3 chiều có cấu trúc và có trật tự. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa đủ, phải qua quá trình hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái vô định hình và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh (Nguyễn, 2018). Hiện tượng thoái hóa được đặc trưng bởi quá trình quan trọng nhất chính là quá trình tách nước. Sau khi nước di chuyển ra khỏi mạng lưới gel tinh bột đã hình thành, các phân tử Amylose càng tiến sát và kết tinh lại với nhau khiến gel bị cứng đi, đây gọi là sự thoái hóa.
Hiện tượng thoái hóa diễn ra trong hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên cũng là giai đoạn xảy ra nhanh nhất là sự hình thành vùng kết tinh từ Amylose bị thoái hóa, giai đoạn thứ hai liên quan đến sự hình thành cấu trúc có trật tự của Amylopectin (Liu, 2005). Hiện tượng thoái hóa tinh bột rất được quan tâm trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các tinh bột tham gia khảo sát Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi sử dụng một số loại tinh bột khác phổ biến trên thị trường là: tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai tây và tinh bột đậu hà lan. Dưới đây là một số đặc điểm của các loại tinh bột trên: Bảng 2.1: Các loại tinh bột được sử dụng trong thực nghiệm và sự khác nhau của chúng Hàm Kích Nhiệt độ Loại tinh lượng Amylose Amylopectin Hình thước hạt hồ hóa bột tinh bột (%) (%) dạng (µm) (ºC) (%) Sắn 18 - 25 22 83 5 - 35 Tròn 52 - 59 Gạo 70 - 85 25 75 3-8 Đa giác 68 - 74 Bắp 65 - 70 24 76 5 - 25 Đa giác 62 - 73 Khoai tây 20 20 80 15 - 100 Bầu dục 59 - 70 Đậu hà lan 40 30 - 55 45 - 70 30 - 50 Tròn 65 - 75 2.
Giới thiệu về phụ gia tạo kết cấu 2. Giới thiệu chung Agar là phycocolloid đầu tiên được phát hiện tại Nhật Bản vào giữa thế kỷ 17. Agar là một polysaccharide, được chiết xuất tế bào vây trụ của các loại rong đỏ (loại Rhodophyceae). Hiện nay, với tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, sinh học, y dược, … lượng agar ngày càng được sản xuất rộng rãi.
Đặc tính Thành phần chính của agar gồm 2 nhóm polysaccharide cùng loại monome nhưng có cấu trúc khác nhau là agarose và agarose pectin.