Mở đầu 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 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về tinh bột hạt tam giác mạch (Fagopyrum esculentum) 2. Phân loại về khoa học Hạt tam giác mạch, thường được xếp cùng nhóm với ngũ cốc, là một loại cây trồng thuộc họ Polygonaceae. Hai loại tam giác mạch chính được sản xuất và tiêu thụ trên khắp thế giới là: tam giác mạch thông thường (Fagopyrum esculentum) và tam giác mạch chua (Fagopyrum tataricum) (Peiyou Qin và cộng sự, 2010).
Hạt tam giác mạch thông thường (Hình 2.1) được phân loại khoa học theo Bảng 2. Phân loại hạt kiều mạch thông thường theo khoa học Phân loại Tên khoa học Giới Plantae Ngành Magnoliophyta Lớp Magnoliopsida Bộ Caryophyllales Họ Polygonaceae Chi Fagopyrum Loài F. Cây tam giác mạch thông thường (Fagopyrum esculentum) 4 2. Phân bố và đặc điểm sinh thái ❖ Phân bố Cây tam giác mạch thông thường được thuần hóa và trồng lần đầu ở nội địa Đông Nam Á (khoảng 6000 năm trước Công Nguyên).
Từ đó lan sang Trung Á và Tây Tạng, sau đó đến Trung Đông và châu Âu (Ohnishi, 1998). Nó là một trong những loại cây trồng sớm nhất được người châu Âu giới thiệu đến Bắc Mỹ. Việc phân tán loài cây này trên toàn cầu được hoàn thành vào năm 2006. Từ đó việc trồng trọt và sản xuất hạt tam giác mạch không ngừng phát triển, theo thống kê của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAOSTAT, 2019), các nước sản xuất hạt kiều mạch với số lượng lớn bao gồm: Nga, Trung Quốc, Ukraine, Hoa Kỳ… trong đó có Việt Nam.
❖ Đặc điểm sinh thái Tam giác mạch là cây trồng ngắn ngày, phát triển tốt trên đất bạc màu hoặc đất chua. Ở vùng khí hậu nóng, cây chỉ có thể được trồng bằng cách gieo hạt vào cuối mùa để chúng nở hoa khi thời tiết mát mẻ hơn. Chúng có hệ thống rễ phân nhánh với rễ chính ăn sâu vào đất ẩm (Stone và cộng sự, 1906). Thân cây cao từ 75 – 125 cm (Björkman và cộng sự, 2008).
Cây có thời gian sinh trưởng từ 10 – 12 tuần và nó có thể được trồng ở các khu vực có vĩ độ cao hoặc phía bắc (Quisenberry và cộng sự, 1939). Hạt tam giác mạch có hình tứ diện, hoa thường có màu trắng, màu hồng hoặc vàng (Li và cộng sự, 2001). Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch thông thường được trình bày ở Bảng 2.2 theo nghiên cứu của Peiyou Qin và cộng sự năm 2010. Thành phần dinh dưỡng của hạt tam giác mạch thông thường STT Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng (%) 1 Tro 2.69 5 Tinh bột Amylose 23.01 Tinh bột kháng 18.69 5 Từ bảng số liệu trên, thành phần chính của nội nhũ hạt tam giác mạch đó là tinh bột, tiếp đến là protein, chất béo, xơ và tro (Zheng và cộng sự, 1998; Stead- man và cộng sự, 2001; Bonafaccia và cộng sự, 2003).
Tinh bột tam giác mạch có dạng hình cầu và đa giác. Kích thước hạt phân bố trong khoảng từ 2-14 μm (Qian và cộng sự, 1998; Zheng và cộng sự, 1998; Qian and Kuhn, 1999), nhỏ hơn kích thước hạt tinh bột bắp và lúa mì từ 1.4 lần do đó dẫn đến hiệu suất thu hồi tinh bột hạt tam giác mạch thấp hơn đối với quy trình chiết tách ướt (Zheng và cộng sự, 1998). Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột tam giác mạch nằm trong khoảng từ 77. Sự chênh lệch nhiệt độ này có thể là do sự khác biệt về giống loài và địa điểm gieo trồng.
Tổng quan về nano tinh bột (Starch nanoparticles) 2. Định nghĩa Hạt nano tinh bột được định nghĩa là các hạt có kích thước nhỏ hơn 1000 nm nhưng phải lớn hơn một phân tử đơn lẻ (Campelo và cộng sự, 2020). Ngoài ra cũng có một số nghiên cứu có yêu cầu nghiêm ngặt hơn rằng hạt nano tinh bột phải có kích thước không được vượt quá 300nm (Sun Q và cộng sự, 2014). Tính chất của nano tinh bột a.
Hình thái và sự phân bố kích thước hạt Hình thái, cấu trúc và sự phân bố kích thước của nano tinh bột có thể được xác định thông qua một số kỹ thuật thử nghiệm như kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi điện tử truyền qua (Sun, 2018). Hình thái và kích thước của nano tinh bột có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện, phương pháp xác định và nguồn thực vật (Alcázar-Alay và cộng sự, 2015). Theo nhiều nghiên cứu, hính thái của nano tinh bột có thể tròn, phẳng, hình elip hoặc không đều với bề mặt nứt và xốp (Herlina Marta và cộng sự, 2023) và có phạm vi phân bố kích thước không đồng đều, trung bình từ 30 nm đến lớn hơn 250 nm. Kích thước hạt tinh bột càng nhỏ thì hạt nano tinh bột tạo ra sẽ càng nhỏ và được sử dụng nhiều hơn trong các ngành công nghiệp khác nhau (Kim và cộng sự, 2015).
Độ kết tinh Mức độ kết tinh là tỷ lệ giữa khối lượng của các miền tinh thể và tổng khối lượng của toàn bộ nano tinh bột. Mức độ kết tinh bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ amylopectin, độ dài chuỗi, kích thước tinh thể, hướng của chuỗi xoắn kép trong vùng tinh thể và mức độ tương tác giữa các chuỗi xoắn kép (Suriya và cộng sự, 2018; Kumari và cộng sự, 2020; Dufresne 6 và cộng sự, 2014). Cấu trúc tinh thể của SNPs được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction – XRD). Cấu trúc tinh thể được phân thành nhiều loại, bao gồm loại A, B, C và V.
Giản đồ tán xạ tia X các dạng tinh thể của tinh bột (Katsumi và cộng sự, 2015) Cấu trúc tinh thể loại A là cấu trúc điển hình của tinh bột ngũ cốc, ví dụ: ngô, lúa mì, gạo… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại B là cấu trúc điển hình của tinh bột có hàm lượng amylose cao có trong củ, quả và thân cây, ví dụ: tinh bột từ khoai tây, chuối, dong riềng, cao lương… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại C là hỗn hợp của loại A và B được tìm thấy trong tinh bột chiết xuất từ cây họ đậu hoặc rễ cây, ví dụ hạt đậu hoặc củ sắn… (Katsumi và cộng sự, 2015). Cấu trúc tinh thể loại V xuất hiện khi có sự hình thành phức hợp giữa amylose và lipid (Da Silva và cộng sự, 2017; Dufresne, 2014).
Mẫu nano tinh bột tạo ra từ quá trình kết tủa nano cho thấy độ kết tinh loại V (cấu trúc xoắn ốc đơn giữa amylose và ethanol). Theo nghiên cứu của Wang và cộng sự (2021), Sun và cộng sự (2014), nano tinh bột tạo ra từ sự kết hợp của phương pháp xử lý enzyme sau đó kết tinh lại cho thấy độ kết tinh của nano tinh bột tăng lên và có cấu trúc tinh thể loại B và V. Đặc tính nhiệt 7 Tính chất biến đổi nhiệt của nano tinh bột được xác định bằng phương pháp đo nhiệt lượng quét vi sai và phân tích nhiệt lượng. Những phân tích nhiệt này rất quan trọng, vì qua đó chúng giúp xác định được các điều kiện để áp dụng nano tinh bột trong công nghiệp.
Hạt nano tinh bột sắn tạo ra bằng phương pháp siêu âm dẫn đến độ ổn định nhiệt thấp hơn so với tinh bột tự nhiên, ngoài ra còn làm giảm nhiệt độ hồ hóa do sự suy yếu của các liên kết hydro trong vùng vô định hình (Da Silva và cộng sự, 2017). Phương pháp kết hợp xử lý enzyme sau đó kết tinh lại làm giảm độ ổn định nhiệt của nano tinh bột (Sun và cộng sự, 2014). Với phương pháp kết tủa, nano tinh bột tạo ra cho thấy sự giảm nhiệt độ hồ hóa do cấu trúc xoắn ốc đơn của nano tinh bột dễ bị phân hủy hơn so với tinh bột tự nhiên (Qin và cộng sự, 2016). Độ trương nở và độ hòa tan Theo báo cáo của Winarti và cộng sự, nano tinh bột từ củ dong riềng được tạo ra từ phương pháp kết tủa với butanol cho thấy sự gia tăng về thể tích trương nở (5.89%) so với tinh bột tự nhiên.
Với nghiên cứu khác vào năm 2009, nano tinh bột từ khoai tây và sắn tạo ra từ phương pháp xử lý cơ học cũng cho thấy sự gia tăng đáng kể về thể tích trương nở (Szymońska và cộng sự, 2009). Độ tiêu hóa Quá trình tiêu hóa tinh bột là một quá trình phức tạp bao gồm sự khuếch tán của enzyme vào chất nền, sự hấp thụ của enzyme lên vật liệu và các điều kiện thủy phân. Khả năng tiêu hóa của nano tinh bột trong ống nghiệm cao hơn so với tinh bột tự nhiên, thường là do diện tích tiếp xúc của tinh bột có kích thước nano sẽ cao hơn (Li và cộng sự, 2014). Theo báo cáo của Suriya và cộng sự, khả năng tiêu hóa của nano tinh bột tăng lên 41.24% bằng cách thủy phân với pullulanase, sau đó kết tinh lại trong 12-24 giờ.
Tuy nhiên, khả năng tiêu hóa của nano tinh bột có thể bị ảnh hưởng bởi nguồn tinh bột, kích thước hạt, độ kết tinh, tỷ lệ amylose – amylopectin… (Ding và cộng sự, 2016). Ứng dụng của nano tinh bột Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về ứng dụng của nano tinh bột trong ngành công nghiệp thực phẩm như: tạo màng có thể ăn được, ổn định hệ nhũ tương và vật liệu đóng gói các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nano tinh bột có thể được bổ sung vào màng polymer thực vật nhằm cải thiện tính chất cơ học, tính chịu nhiệt. Việc bổ sung nano tinh bột còn được chứng minh là làm giảm 8 tính thấm nước, giúp hạn chế sự hút ẩm, ngoài ra còn giúp màng bền hơn, chịu được các tác động cơ học cao hơn (Santana JS và cộng sự, 2019; Condés MC và cộng sự, 2018).
Nhũ tương trong thực phẩm thường không giữ được tính ổn định trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Do đó có rất nhiều phụ gia được sử dụng nhằm giải quyết vấn đề trên. Và việc sử dụng nano tinh bột để ổn định hệ nhũ tương có thể được xem là giải pháp xanh phù hợp với lối sống rất chú trọng đến sức khỏe của người tiêu dùng hiện nay. Nồng độ các hạt nano tinh bột càng cao và kích thước càng nhỏ thì hệ nhũ tương càng được ổn định tốt hơn (Shao P và cộng sự, 2018; Lu X và cộng sự, 2018).
Nano tinh bột còn được ứng dụng trong công nghệ bao gói, đây có thể được coi là một vật liệu mới đóng vai trò là chất mang các hợp chất có hoạt tính sinh học.