Luận văn đặc tính nhũ hóa của tinh bột sắn biến tính OSA tại Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến đặc tính tạo nhũ của tinh bột sắn biến tính OSA, cung cấp dữ liệu khoa học ứng dụng công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Đào Thị Mai Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Khánh Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến đặc tính nhũ hóa của tinh bột sắn biến tính với octenyl succinic anhydride
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đặc tính nhũ hóa tinh bột sắn biến tính OSA

Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung phân tích đặc tính nhũ hóa của tinh bột sắn biến tính bằng octenyl succinic anhydride (OSA). Tinh bột sắn tự nhiên có tính ưa nước mạnh. Cấu trúc này làm giảm khả năng hấp phụ tại bề mặt liên pha dầu nước. Quá trình biến tính OSA đưa các nhóm octenyl kỵ nước vào khung polysaccharide ưa nước. Phân tử thu được có tính chất lưỡng ái rõ rệt. Nhờ đó, tinh bột sắn OSA nhanh chóng di chuyển đến bề mặt phân cách pha. Hợp chất này giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước. Cấu trúc nhũ tương tạo thành có độ phân tán đồng đều. Nghiên cứu thực hiện dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Trịnh Khánh Sơn tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm. Đề tài khảo sát mức độ thủy phân tinh bột trước khi este hóa. Thủy phân có kiểm soát làm giảm độ nhớt phân tử. Các chuỗi polymer ngắn hơn giúp tăng tốc độ khuếch tán bề mặt. Hệ nhũ tương duy trì trạng thái phân tán ổn định trong thời gian dài. Kết quả cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho ngành chế biến thực phẩm.

1.1. Cơ chế biến tính tinh bột sắn bằng tác nhân OSA

Biến tính hóa học bằng OSA diễn ra qua phản ứng este hóa. Tác nhân octenyl succinic anhydride phản ứng trực tiếp với nhóm hydroxyl trên mạch glucose. Nhóm carboxyl ưa nước và chuỗi alkyl kỵ nước cùng tồn tại trên một phân tử. Cơ chế này biến đổi hoàn toàn tính chất bề mặt của tinh bột sắn tự nhiên. Phân tử biến tính sở hữu đồng thời hai cực ưa nước và kỵ nước. Khi trộn vào hệ nhũ tương dầu nước, đầu kỵ nước gắn vào giọt dầu. Đầu ưa nước vươn ra pha liên tục nhằm tạo màng bao bảo vệ. Màng film polyme hình thành lực cản không gian ngăn chặn hiện tượng kết tụ hạt.

1.2. Vai trò của mức độ thủy phân đối với phân tử tinh bột

Quá trình thủy phân trước khi gắn OSA đóng vai trò quyết định. Tinh bột nguyên bản có kích thước phân tử rất lớn. Phân tử lớn di chuyển chậm chạp đến bề mặt giọt dầu. Thủy phân bằng axit hoặc enzyme cắt mạch amylose và amylopectin thành các đoạn ngắn. Chuỗi phân tử ngắn giảm độ nhớt nội tại của dung dịch. Tốc độ khuếch tán ra bề mặt phân cách pha tăng lên đáng kể. Tinh bột thủy phân giúp tạo màng hấp phụ nhanh chóng sau khi đồng hóa. Tuy nhiên mức độ thủy phân cần kiểm soát chặt chẽ. Thủy phân quá mức làm suy giảm độ bền cơ học của màng phân cách.

II. Phân tích độ bền và đặc tính nhũ hóa tinh bột sắn biến tính OSA

Hệ nhũ tương thực phẩm đối mặt với sự mất ổn định nhiệt động học tự nhiên. Hiện tượng tách pha diễn ra qua các cơ chế tạo kem, keo tụ và hợp giọt. Trọng lực thúc đẩy các giọt dầu nhẹ nổi lên bề mặt. Quá trình Ostwald ripening làm các giọt dầu lớn tăng trưởng nhanh. Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM phân tích chuyên sâu các yếu tố bất ổn này. Tinh bột sắn biến tính OSA ngăn chặn tách pha nhờ lực đẩy tĩnh điện và cản trở không gian. Điện tích âm từ nhóm carboxylat tạo lực đẩy giữa các hạt phân tán lân cận. Lớp vỏ polymer hydrat hóa tạo rào cản vật lý ngăn các hạt hợp nhất. Tỷ lệ giữa hàm lượng tinh bột và pha dầu quyết định trực tiếp đến độ ổn định nhũ. Khi nồng độ tinh bột OSA không đủ, bề mặt giọt dầu không được che phủ kín. Hiện tượng bắc cầu diễn ra khiến các giọt dầu liên kết thành cụm lớn. Ngược lại, nồng độ tinh bột thích hợp tạo hệ phân tán mịn màng. Hệ nhũ giữ được độ đục đồng nhất và ngăn ngừa phân lớp.

2.1. Hiện tượng tách pha và keo tụ trong nhũ tương thực phẩm

Sự tách pha là rào cản lớn nhất của các sản phẩm nhũ tương. Lực hút van der Waals giữa các giọt dầu gây ra quá trình keo tụ tự phát. Khi va chạm, các giọt dầu có xu hướng tụ lại thành đám không thể đảo ngược. Hiện tượng tạo kem xảy ra nhanh khi chênh lệch khối lượng riêng giữa hai pha quá lớn. Nếu lớp màng bảo vệ bề mặt yếu, các giọt nhỏ sẽ hợp nhất thành giọt lớn hơn. Quá trình phá vỡ cấu trúc nhũ tương làm mất giá trị cảm quan của thực phẩm. Việc sử dụng chất nhũ hóa cao phân tử như tinh bột OSA tạo độ nhớt liên pha cao. Cơ chế cản trở vật lý này hạn chế tối đa sự dịch chuyển và va chạm của hạt dầu.

2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột và dầu đến phân bố kích thước hạt

Tỷ lệ giữa tinh bột sắn biến tính và pha dầu tác động trực tiếp đến kích thước giọt. Nghiên cứu khảo sát các mẫu nhũ tương với tỷ lệ phối trộn khác nhau như TS5, TS30, TS70. Khi tỷ lệ tinh bột cao hơn tỷ lệ dầu, kích thước giọt hạt thu nhỏ rõ rệt. Đường kính trung bình giọt giảm xuống dưới ngưỡng micromet nhờ sự bao phủ diện tích bề mặt đầy đủ. Ngược lại, tỷ lệ dầu quá cao làm thiếu hụt chất nhũ hóa tự do. Tình trạng này khiến các giọt dầu phân bố không đồng đều và có xu hướng kết tụ. Đồ thị phân bố kích thước hạt chuyển từ phân bố đơn đỉnh sang đa đỉnh. Sự mở rộng dải kích thước phản ánh nguy cơ mất ổn định cơ học.

III. Phương pháp tối ưu đặc tính nhũ hóa tinh bột sắn biến tính OSA

Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM áp dụng quy trình kiểm tra thực nghiệm nghiêm ngặt. Phương pháp phân tích kết hợp giữa đo đạc quang học và phân tích hình ảnh kỹ thuật số. Mẫu nhũ tương sau quá trình đồng hóa cao áp được đặt lên kính hiển vi quang học trường sáng Euromex iScope Hà Lan. Hình ảnh vi cấu trúc được thu nhận ở độ phóng đại 400 lần bằng camera kỹ thuật số chuyên dụng. Phần mềm ImageJ đảm nhận việc đo đường kính tối thiểu của 100 giọt dầu ngẫu nhiên. Dữ liệu kích thước giọt giúp xây dựng biểu đồ phân bố tần suất chính xác. Độ bền nhũ tương được đánh giá qua sự biến thiên kích thước hạt theo thời gian bảo quản. Thử nghiệm trên các nhóm mẫu tinh bột thủy phân biến tính 2HS2TO, 5HS2TO và 8HS2TO cho thấy sự khác biệt rõ nét. Mẫu tinh bột có mức độ thủy phân trung bình mang lại kích thước giọt hạt nhỏ nhất. Cấu trúc màng phim dẻo dai hình thành nhanh chóng quanh giọt dầu. Giải pháp này giúp kiểm soát kích thước hạt mà không làm suy giảm độ nhớt bảo vệ của môi trường liên tục.

3.1. Kỹ thuật hiển vi quang học và phân tích kích thước bằng ImageJ

Kính hiển vi quang học trường sáng Euromex iScope IS.1153-PLI cung cấp hình ảnh vi cấu trúc trực quan. Một giọt nhũ tương đồng nhất được đặt cẩn thận giữa lam kính và lamen mỏng. Thao tác chuẩn bị mẫu nhẹ nhàng nhằm tránh phá vỡ các cấu trúc hạt phân tán. Thị kính phối hợp vật kính tạo độ phóng đại tổng cộng 400 lần. Camera tích hợp độ phân giải cao ghi lại các trường nhìn tiêu biểu. Tệp hình ảnh được chuyển đổi sang phần mềm xử lý ảnh ImageJ. Kỹ thuật viên tiến hành hiệu chuẩn thang đo kích thước micromet. Thuật toán nhận diện và đo đạc đường kính của ít nhất 100 giọt riêng biệt trên từng vi ảnh. Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và độ chính xác cao.

3.2. Đánh giá tính ổn định hệ nhũ theo thời gian bảo quản

Độ bền nhũ tương phản ánh khả năng chống lại quá trình phân tầng vật lý. Các mẫu nhũ sau chế tạo được lưu trữ ở nhiệt độ phòng trong nhiều tuần. Định kỳ hàng tuần, mẫu được lấy ra kiểm tra độ ổn định nhiệt động và quang học. Sự xuất hiện của lớp huyết thanh trong suốt phía đáy bình thể hiện mức độ tách pha. Sự thay đổi chỉ số phân bố kích thước giọt hạt biểu thị xu hướng hợp giọt. Mẫu tinh bột sắn biến tính OSA có thủy phân vừa phải giữ được kích thước giọt ổn định. Lớp màng lưỡng ái bám chặt ngăn ngừa sự hòa tan của các giọt nhỏ vào giọt lớn. Nhờ đó, hệ phân tán đạt tuổi thọ sử dụng cao hơn đáng kể.

IV. Kết luận ứng dụng về đặc tính nhũ hóa tinh bột sắn biến tính OSA

Nghiên cứu về đặc tính nhũ hóa tinh bột sắn biến tính OSA tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra tiềm năng ứng dụng công nghiệp phong phú. Tinh bột sắn OSA đóng vai trò chất nhũ hóa xanh có nguồn gốc tự nhiên. Vật liệu này thay thế hiệu quả các chất hoạt động bề mặt tổng hợp hoặc protein động vật đắt tiền. Ngành công nghiệp nước giải khát ứng dụng tinh bột sắn OSA để ổn định tinh dầu tạo hương vị. Các hạt tinh dầu không bị nổi lên cổ chai trong suốt vòng đời lưu hành sản phẩm. Trong công nghệ bao gói vi nang, tinh bột OSA bảo vệ các hoạt chất sinh học nhạy cảm như vitamin và khoáng chất. Lớp vỏ carbohydrate cản trở quá trình oxy hóa chất béo và giữ trọn hương vị tự nhiên. Nước sốt salad, sốt mayonnaise ít béo và sữa chua thực vật cũng đạt độ mịn tối ưu khi bổ sung chất này. Nguồn nguyên liệu sắn dồi dào tại Việt Nam giúp hạ giá thành sản xuất. Đề tài tốt nghiệp của sinh viên Khoa Đào tạo Quốc tế khẳng định chất lượng đào tạo và nghiên cứu ứng dụng thực tiễn của nhà trường.

4.1. Ứng dụng tinh bột sắn biến tính OSA trong công nghiệp thực phẩm

Ngành chế biến thực phẩm tận dụng tinh bột sắn OSA như phụ gia tạo cấu trúc đa năng. Trong sản xuất nước sốt và gia vị lỏng, tinh bột ngăn chặn hiện tượng tách lớp dầu nước mà không làm mất độ sánh mượt. Sản phẩm giữ được thể chất mịn màng ngay cả khi bảo quản lạnh. Trong các sản phẩm sữa thực vật, tinh bột OSA cải thiện cảm giác ngon miệng và độ đậm đà tự nhiên. Các nhà sản xuất bánh kẹo dùng phụ gia này để thay thế gelatin và gum arabic nhập khẩu đắt đỏ. Khả năng chịu nhiệt và ổn định trong môi trường axit nhẹ giúp mở rộng phạm vi ứng dụng trong đồ uống tiệt trùng.

4.2. Tiềm năng phát triển công nghệ vi nang bảo vệ hoạt chất

Công nghệ vi nang hóa đóng vai trò then chốt trong dược phẩm và thực phẩm chức năng. Tinh bột sắn biến tính OSA hoạt động như chất bao phủ lý tưởng cho quá trình sấy phun. Các hạt nhũ tương kích thước nhỏ được chuyển hóa thành dạng bột mịn tự do. Màng bọc carbohydrate ngăn chặn sự tiếp xúc của oxy và độ ẩm với lõi dầu bên trong. Các hoạt chất sinh học nhạy cảm như dầu cá omega-3 hay carotenoid giữ được hoạt tính sinh học nguyên vẹn. Khả năng tái phân tán nhanh chóng trong nước tạo sự thuận tiện tối đa cho người sử dụng. Đây là hướng đi công nghệ cao đầy triển vọng cho ngành nông sản Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MAJOR: FOOD TECHNOLOGY INFLUENCE OF HYDROLYSIS DEGREE ON THE EMULSIFYING PROPERTIES OF CASSAVA STARCH MODIFIED WITH OCTENYL SUCCINIC ANHYDRIDE INSTRUCTOR: TRINH KHANH SON STUDENT: DAO THI MAI ANH NINH GIANG THANH Ho Chi Minh city, August 2025 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT ID: 2025 – 21116292 INFLUENCE OF HYDROLYSIS DEGREE ON THE EMULSIFYING PROPERTIES OF CASSAVA STARCH MODIFIED WITH OCTENYL SUCCINIC ANHYDRIDE ĐÀO THỊ MAI ANH Student ID: 21116292 NINH GIANG THANH Student ID: 21116320 Major: FOOD TECHNOLOGY Supervisor: TRỊNH KHÁNH SƠN Assoc. PhD Ho Chi Minh City, August 2025 ACKNOWLEDGMENTS First and foremost, we would like to express our sincere gratitude to the Board of Rectors of the Ho Chi Minh City University of Technology and Education and the Faculty of Chemical Technology and Food for providing the facilities and equipment that enabled us to complete our research task under the best possible conditions. Over six months of learning and research, under the dedicated and enthusiastic guidance of our instructors, we have successfully completed our assignment. We would like to extend our deepest gratitude to our supervisor, Assoc.

Trịnh Khánh Sơn, who has accompanied, taught, and guided us through every detail. We are deeply appreciative of Assoc. Trịnh Khánh Sơn for his constant care for our group; he not only imparted specialized knowledge but also provided us with valuable advice when we encountered difficulties during the research process. We are very grateful for his feedback and contributions, which have helped us to improve ourselves daily.

We feel very happy and honored to have had the opportunity to learn from him during this time. Although our supervisor has been extremely dedicated in his instruction and guidance, we acknowledge that there may still be shortcomings in our work. We hope that our instructors can overlook these, as our understanding and application of knowledge are still limited. We ask for your understanding and forbearance.

This graduation thesis has been an opportunity for us to apply the theoretical knowledge from our classes and scientific articles alongside practical skills in using various equipment and software. Our group is pleased to receive comments and feedback from our supervisor and the defense committee. As this is the first thesis we have undertaken, it may not be perfectly executed, but we will strive to learn and adapt our working methods and thinking based on this invaluable feedback. Once again, we would like to offer our most sincere thanks to all our respected instructors.

i ii iii iv v vi vii viii ix x xi xii TABLE OF CONTENT ACKNOWLEDGMENTS. ii SUPERVISOR’S EVALUATION SHEET. iii PRE-DEFENSE REVIEWER’S EVALUATION SHEET. iv TABLE OF CONTENT.

xiii LIST OF FIGURES. xvi LIST OF TABLES. xviii LIST OF ABBREVIATIONS. xix THESIS ABSTRACT.

xx CHAPTER 1: INTRODUCTION. Domestic and International Research. Scientific and Practical Significance. Scope of Research.

2 The report consists of five chapters. 3 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. Overview of Starch. Chemical Composition of Starch.

Starch Granule Structure. Overview of Modified Starch. Starch Modified with Octenyl Succinic Anhydride (E1450). Overview of Emulsions and Emulsifiers.

Properties of Emulsion Systems. Conditions for Emulsion Formation. Applications of Modified Starch-Based Emulsions in Food Products. 18 xiii CHAPTER 3: MATERIALS AND RESEARCH METHODS.

Preparation of OSA-Modified Starch. Determination of the Degree of Substitution (DS). Characterization of Starch Pasting Properties. Determination of Starch Functional Groups.

Preparation of Oil-in-Water Emulsions. Evaluation of Emulsion Stability. Droplet Size and Size Distribution. Measurement of Zeta Potential.

Droplet Size Determination by Dynamic Light Scattering (DLS). Evaluation of Emulsion Stability at High Temperature (Emulsion Stability, ES). Measurement of Creaming Index. Determination of Critical Osmotic Pressure.

Method for Determining the Correlation between Shear Rate and Shear Stress 32 3. Mayonnaise Production Process. 34 CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION. Effect of Acid Hydrolysis Time on the Degree of Substitution (DS) of Octenyl Succinic Anhydride (OSA) Modified Starch .