Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn được xử lý bằng argon plasma ở áp suất thường

Luận văn: Ảnh hưởng của tái kết tinh lên liên kết chéo tinh bột sắn xử lý bằng plasma argon. Nghiên cứu công nghệ thực phẩm chuyên sâu.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Cường
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Khánh Sơn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn được xử lý bằng Argon-plasma ở áp suất thường
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tái Kết Tinh Tinh Bột Sắn và Ứng Dụng

Tinh bột sắn, sản phẩm công nghiệp quan trọng của sắn, được biết đến với đặc tính không mùi, độ nhớt cao và khả năng kết dính tốt. Cấu trúc của tinh bột sắn bao gồm hai polymer chính là amylose và amylopectin. Amylose là polymer mạch thẳng với liên kết α-1,4 glucoside, trong khi amylopectin có cấu trúc mạch nhánh phức tạp hơn với cả liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside. Các hạt tinh bột tồn tại dưới dạng vi hạt với cấu trúc vi tinh thể, bao gồm vùng tinh thể và phi tinh thể. Cấu trúc tinh thể được tạo thành từ mạch xoắn kép amylopectin, xen kẽ với lớp vô định hình. Việt Nam là nước sản xuất tinh bột sắn lớn thứ hai trên thế giới, chiếm 13.6% tổng sản lượng toàn cầu. Tinh bột thô có nhiều nhược điểm như khó hòa tan trong nước lạnh và mất độ nhớt khi nấu chín. Vì vậy, các phương pháp biến tính tinh bột, bao gồm cả xử lý bằng argon plasma áp suất thường, được sử dụng để cải thiện các tính chất của tinh bột. Tái kết tinh là một quá trình quan trọng ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của tinh bột.

1.1. Cấu Trúc và Tính Chất Quan Trọng của Tinh Bột Sắn

Tinh bột sắn là một polysaccharide quan trọng, chiếm đến 60-80% trong thực vật và có vai trò dự trữ năng lượng. Theo [1], tinh bột có vai trò dinh dưỡng lớn vì khi tiêu hóa sẽ chuyển thành glucose, nguồn năng lượng chính cho con người. Tinh bột sắn có cấu trúc đặc biệt từ amylose và amylopectin, ảnh hưởng lớn đến tính chất của nó. Theo [18], tinh bột sắn không mùi và có tính kết dính, làm cho nó trở thành một thành phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Các đặc tính này làm cho tinh bột sắn trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng, từ thực phẩm đến các ngành công nghiệp khác. Nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc và tính chất của tinh bột sắn giúp tối ưu hóa ứng dụng của nó.

1.2. Ứng Dụng Tinh Bột Sắn Trong Ngành Công Nghiệp Thực Phẩm

Tinh bột sắn đóng vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm, được sử dụng rộng rãi để tạo độ nhớt, làm bền cấu trúc và tạo độ đàn hồi cho thực phẩm. Theo [2], tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt cho các sản phẩm lỏng và làm bền cho các sản phẩm dạng keo. Với sản lượng khoảng 60 triệu tấn mỗi năm, tinh bột được sản xuất từ ngũ cốc và các loại củ để phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Từ năm 2002 đến 2008, sản lượng tinh bột sắn đã tăng từ 184 triệu tấn lên 230 triệu tấn. Thái Lan và Việt Nam là hai nước sản xuất tinh bột sắn lớn nhất thế giới. [6] Việc hiểu rõ các ứng dụng này giúp các nhà sản xuất tận dụng tối đa tiềm năng của tinh bột sắn.

II. Vấn Đề Nhược Điểm Tinh Bột Thô và Giải Pháp Biến Tính

Tinh bột thô có nhiều hạn chế trong ứng dụng công nghiệp, bao gồm khả năng hòa tan kém trong nước lạnh, mất độ nhớt và sự thoái hóa sau khi hồ hóa. Các vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách biến tính tinh bột bằng các phương pháp vật lý, hóa học hoặc sinh học. Biến tính tinh bột giúp cải thiện độ nhớt, độ ổn định và các tính chất khác của tinh bột. Tinh bột liên kết chéo, một loại tinh bột biến tính, được sử dụng để giảm tính trương nở và ngăn sự hồ hóa. Một phương pháp biến tính tiên tiến là sử dụng argon plasma ở áp suất thường, giúp tạo liên kết chéo mà không cần hóa chất, đảm bảo an toàn hơn cho người tiêu dùng. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên quá trình này.

2.1. Các Hạn Chế Của Tinh Bột Thô Trong Ứng Dụng Thực Tế

Tinh bột thô có nhiều nhược điểm khi sử dụng trong công nghiệp thực phẩm. Theo [5], tinh bột thô khó hòa tan trong nước lạnh và dễ mất độ nhớt sau khi nấu chín. Hiện tượng thoái hóa cũng thường xảy ra, gây tách nước trong các sản phẩm tinh bột. Để khắc phục các hạn chế này, các nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp biến tính tinh bột. Các phương pháp này giúp cải thiện tính chất của tinh bột và mở rộng phạm vi ứng dụng của nó. Các phương pháp biến tính giúp thay đổi cấu trúc tinh bột, từ đó cải thiện khả năng sử dụng của nó.

2.2. Tổng Quan Các Phương Pháp Biến Tính Tinh Bột Hiện Nay

Có nhiều phương pháp biến tính tinh bột khác nhau, bao gồm vật lý, hóa học và sinh học. Theo [5], các phương pháp biến tính giúp tạo ra các loại tinh bột có tính chất lý hóa đáp ứng yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Tinh bột liên kết chéo là một ví dụ điển hình, được sử dụng để giảm tính trương nở và ngăn sự hồ hóa ở nhiệt độ cao. Phương pháp hóa học thường được sử dụng trong công nghiệp để tạo tinh bột liên kết chéo, nhưng phương pháp vật lý như xử lý bằng argon plasma cũng đang được nghiên cứu rộng rãi. Phương pháp vật lý giúp tạo tinh bột liên kết chéo mà không cần sử dụng hóa chất, đảm bảo an toàn hơn cho người tiêu dùng. Sự đa dạng của các phương pháp biến tính cho phép các nhà sản xuất tinh bột tạo ra các sản phẩm phù hợp với nhiều mục đích khác nhau.

III. Plasma Argon Phương Pháp Liên Kết Chéo Tinh Bột Sắn Hiệu Quả

Xử lý plasma trong môi trường argon áp suất thường nổi lên như một phương pháp đầy hứa hẹn để biến tính tinh bột, đặc biệt là tạo liên kết chéo mà không cần sử dụng hóa chất. Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng cải thiện tính ổn định nhiệt, độ bền gel và khả năng kháng enzyme của tinh bột. Plasma tạo ra các gốc tự do và ion hóa, thúc đẩy sự hình thành liên kết giữa các mạch tinh bột. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp plasma phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như thông số plasma, loại tinh bột và đặc biệt là mức độ tái kết tinh của tinh bột sắn. Vì vậy, việc nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh là rất quan trọng.

3.1. Cơ Chế Hình Thành Liên Kết Chéo Tinh Bột Bằng Plasma Argon

Khi sử dụng plasma argon để xử lý tinh bột, các phân tử khí argon bị ion hóa, tạo ra các gốc tự do và các ion có năng lượng cao. Các hạt này tương tác với bề mặt tinh bột, phá vỡ các liên kết hóa học hiện có và tạo ra các vị trí hoạt động. Tại các vị trí này, các phân tử tinh bột có thể liên kết với nhau, tạo thành liên kết chéo. Phương pháp này tạo ra tinh bột liên kết chéo mà không cần hóa chất. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm công suất plasma, thời gian xử lý và áp suất khí. [16] Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả biến tính cao nhất.

3.2. Ưu Điểm Của Phương Pháp Plasma So Với Các Phương Pháp Khác

So với các phương pháp biến tính truyền thống, sử dụng plasma argon có nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, phương pháp này không sử dụng hóa chất, giúp giảm thiểu rủi ro về an toàn thực phẩm và ô nhiễm môi trường. Thứ hai, xử lý plasma có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp, giúp bảo toàn cấu trúc và tính chất tự nhiên của tinh bột. Thứ ba, phương pháp này có khả năng tạo ra các loại tinh bột biến tính với tính chất đặc biệt, đáp ứng yêu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau. Cuối cùng, plasma argon có thể được sử dụng để xử lý nhiều loại tinh bột khác nhau, từ tinh bột ngô, tinh bột sắn đến tinh bột khoai tây. [16] Những ưu điểm này làm cho phương pháp plasma trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các nhà sản xuất tinh bột.

IV. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Mức Độ Tái Kết Tinh Tới Liên Kết Chéo

Luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn sau khi xử lý bằng argon plasma ở áp suất thường. Mục tiêu là xác định liệu việc tái kết tinh trước khi xử lý plasma có thể cải thiện hiệu quả tạo liên kết chéo và thay đổi tính chất của tinh bột hay không. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích như FTIR, XRD, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và đánh giá độ tiêu hóa in vitro để đánh giá các thay đổi trong cấu trúc và tính chất của tinh bột. Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quy trình xử lý plasma và tạo ra các loại tinh bột biến tính có giá trị cao.

4.1. Phương Pháp Nghiên Cứu Mức Độ Tái Kết Tinh và Liên Kết Chéo

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau để đánh giá mức độ tái kết tinh và liên kết chéo của tinh bột sắn. Phổ FTIR được sử dụng để xác định các nhóm chức và các liên kết hóa học trong tinh bột, từ đó suy ra mức độ liên kết chéo. Tán xạ tia X (XRD) được sử dụng để xác định mức độ tái kết tinh (DRC) của tinh bột. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của hạt tinh bột sau khi xử lý plasma và thủy phân bằng enzyme α-amylase. Cuối cùng, độ tiêu hóa in vitro được đánh giá để xác định ảnh hưởng của liên kết chéo lên khả năng tiêu hóa của tinh bột. Các phương pháp này cung cấp thông tin toàn diện về cấu trúc và tính chất của tinh bột.

4.2. Ảnh Hưởng Của Xử Lý Plasma Lên Độ Tiêu Hóa Tinh Bột Sắn

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của xử lý plasma lên độ tiêu hóa in vitro của tinh bột sắn. Kết quả cho thấy liên kết chéo có thể làm giảm độ tiêu hóa của tinh bột, đặc biệt là làm tăng hàm lượng tinh bột trơ (RS). Tinh bột trơ là một loại tinh bột không bị tiêu hóa trong ruột non, có nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm cải thiện chức năng tiêu hóa và kiểm soát đường huyết. [5] Nghiên cứu này cho thấy xử lý plasma có thể là một phương pháp hiệu quả để tạo ra tinh bột trơ từ tinh bột sắn. Nghiên cứu cũng tìm thấy hệ số tương quan khá cao (R2 = 0,962) giữa hàm lượng tinh bột trơ và mức độ liên kết chéo.

V. Kết Quả Mức Độ Tái Kết Tinh và Khả Năng Tạo Liên Kết Chéo

Nghiên cứu cho thấy mức độ tái kết tinh có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn sau khi xử lý bằng argon plasma. Mẫu tinh bột ủ (Ann) trong 72 giờ có mức liên kết chéo cao nhất, gấp 2.7 lần so với mẫu tinh bột thô. Ngược lại, liên kết chéo trong các mẫu xử lý nhiệt ẩm (HMT) lại giảm sau khi xử lý plasma. Kết quả XRD cho thấy mức độ tái kết tinh (DRC) có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành liên kết chéo. Qua đó, mức liên kết chéo cũng ảnh hưởng lên hình thái của tinh bột khi bị enzyme α-amylase thủy phân và phân đoạn tiêu hóa, đặc biệt hàm lượng tinh bột trơ.

5.1. So Sánh Liên Kết Chéo Giữa Các Phương Pháp Xử Lý Tinh Bột

Nghiên cứu đã so sánh hiệu quả tạo liên kết chéo giữa các phương pháp xử lý khác nhau, bao gồm ủ (Ann) và xử lý nhiệt ẩm (HMT). Kết quả cho thấy mẫu ủ (Ann) trong 72 giờ có mức liên kết chéo cao nhất sau khi xử lý plasma. Điều này cho thấy việc tái kết tinh bằng phương pháp ủ có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành liên kết chéo trong quá trình xử lý plasma. Ngược lại, các mẫu xử lý nhiệt ẩm (HMT) lại cho thấy sự giảm liên kết chéo sau khi xử lý plasma, cho thấy phương pháp xử lý ban đầu cũng có vai trò quan trọng.

5.2. Hình Thái Hạt Tinh Bột Sau Thủy Phân Enzyme α amylase

Nghiên cứu cũng quan sát hình thái hạt tinh bột sau khi thủy phân bằng enzyme α-amylase. Kết quả cho thấy mức độ liên kết chéo có ảnh hưởng đáng kể đến hình thái của hạt tinh bột. Các mẫu có liên kết chéo cao hơn thường có cấu trúc bền vững hơn và ít bị phân hủy bởi enzyme. Điều này cho thấy liên kết chéo có thể cải thiện khả năng kháng enzyme của tinh bột. Hình ảnh SEM cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc giữa các mẫu có liên kết chéo khác nhau.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Tinh Bột Plasma

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng mức độ tái kết tinh có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn sau khi xử lý bằng argon plasma ở áp suất thường. Việc kiểm soát mức độ tái kết tinh có thể giúp tối ưu hóa quy trình xử lý plasma và tạo ra các loại tinh bột biến tính có tính chất vượt trội. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các phương pháp biến tính tinh bột thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số plasma và khám phá các ứng dụng tiềm năng của tinh bột biến tính bằng plasma trong các ngành công nghiệp khác nhau.

6.1. Tối Ưu Hóa Thông Số Plasma Để Tạo Liên Kết Chéo Hiệu Quả

Để tối ưu hóa quy trình xử lý plasma và tạo ra liên kết chéo hiệu quả, cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các thông số plasma như công suất, thời gian xử lý và áp suất khí. Việc tìm ra các thông số tối ưu có thể giúp tăng cường hiệu quả tạo liên kết chéo và cải thiện tính chất của tinh bột. Các nghiên cứu tiếp theo nên sử dụng các phương pháp thống kê và mô hình hóa để xác định các thông số plasma tối ưu cho từng loại tinh bột và ứng dụng cụ thể.

6.2. Triển Vọng Ứng Dụng Của Tinh Bột Biến Tính Bằng Plasma Argon

Tinh bột biến tính bằng plasma argon có nhiều triển vọng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm thực phẩm, dược phẩm và vật liệu. Trong ngành thực phẩm, tinh bột biến tính bằng plasma có thể được sử dụng để cải thiện cấu trúc, độ ổn định và khả năng tiêu hóa của thực phẩm. Trong ngành dược phẩm, tinh bột này có thể được sử dụng làm tá dược hoặc chất mang thuốc. Trong ngành vật liệu, tinh bột biến tính bằng plasma có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu phân hủy sinh học thân thiện với môi trường. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc khám phá các ứng dụng tiềm năng của tinh bột biến tính bằng plasma và phát triển các sản phẩm thương mại dựa trên công nghệ này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề: Tinh bột là polysaccharide tiêu biểu có nhiều trong thực vật (chiếm đến 60-80%) [1], tồn tại trong thân, lá, củ. Tinh bột là dạng dự trữ năng lượng chính trong thực vật. Tinh bột có nhiều trong các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đối với con người vì trong quá trình tiêu hóa, tinh bột được thủy phân thành đường glucose, loại đường cung cấp năng lượng chính cho con người [2].

Trong tự nhiên, tinh bột tồn tại dưới dạng hạt có kích thước khác nhau từ 0,02 - 0,12 mm, có hình dạng khác nhau [1]. Tinh bột có vai trò quan trọng trong công nghệ thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được sử dụng làm chất tạo độ nhớt cho thực phẩm dạng lỏng, chất làm bền cho các loại thực phẩm dạng keo, nhũ tương, chất tạo độ cứng, độ đàn hồi…[2] Hằng năm, ước tính khoảng 60 triệu tấn tinh bột được sản xuất từ ngũ cốc, các loại củ trong sàn xuất các sản phẩm đa dạng [9]. Ngành chế biến tinh bột đã có những thay đổi lớn trong nhiều năm, tạo ra các dạng sản phẩm từ tinh bột với các ứng dụng trong công nghệ thực phẩm cũng như trong các ứng dụng khác.

Năm 2002, sản lượng tinh bột sắn đạt 184 triệu tấn, tăng lên 230 triệu tấn trong năm 2008 (FAO, 2008) [6]. Tinh bột sắn được trồng nhiều ở khu vực Châu Phi, Châu Á, Mỹ Latin và vùng Caribe. Trong đó Thái Lan là nước sản xuất tinh bột sắn nhiều nhất thế giới với sản lượng xuất khẩu chiếm 77% sản lượng thế giới năm 2005. Nước sản xuất tinh bột sắn lớn thứ nhì thế giới là Việt Nam với 13,6% tổng sản lượng.

Sau đó là Indonesia (5,8%) và Costa Rica (2,1%) [6] Tinh bột thô có nhiều nhược điểm trong ứng dụng công nghiệp như khó hòa tan trong nước lạnh, mất độ nhớt, mất tính làm dày sau khi nấu chín. Thêm vào đó, sự thoái hóa thường diễn ra sau khi tinh bột bị hồ hóa dẫn đến hiện tượng tách nước trong các sản phẩm tinh bột. Tuy nhiên, các bất lợi này có thể được khắc phục nhờ vào thay 2 đổi một vài tính chất của tinh bột, bao gồm độ nhớt, độ ổn định của sản phẩm [5]. Tinh bột có thể được biến tính bằng phương pháp vật lý, hóa học, sinh học…[5] nhằm tạo ra các loại tinh bột có tính chất lý hóa đáp ứng theo yêu cầu, như tinh bột liên kết chéo, được dùng để giảm tính trương nở của tinh bột dưới nhiệt độ cao, hay ngăn sự hồ hóa xảy ra.

Tinh bột liên kết chéo có thể được biến đổi nhờ phương pháp hóa học (thường được sử dụng trong công nghiệp) [16]. Tinh bột liên kết chéo còn có thể được biến tính nhờ phương pháp vật lý biến tính tinh bột bằng plasma trong môi trường argon ở áp suất thường. Phương pháp này có ưu điểm chính là tạo tinh bột liên kết chéo mà không có chất hóa học tham gia trong sản phẩm tinh bột [16]. Tuy nhiên, theo hiểu biết của chúng tôi, hiện nay chưa có một nghiên cứu nào chỉ ra ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh trong đó tái kết tinh là hiện tương các mạch tinh bột tương tác lẫn nhau và hình thành các xoắn đôi tạo thành vùng tinh thể mà chúng tôi sẽ đề cập trong bài, cũng như tỉ lệ giữa cấu trúc tinh thể và cấu trúc vô định hình có ảnh hưởng thế nào đến sự hình thành liên kết chéo, và có ảnh hưởng như thế nào đến mức độ bền nhiệt, mức độ tái kết tinh và độ tiêu hóa của tinh bột.

Từ đó, việc nghiên cứu “Ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn được xử lý bằng Argon-Plasma ở áp suất thường” nhằm đánh giá mối tương quan giữa mức độ tái kết tinh đến hiệu quả trong việc tạo liên kết chéo đối với tinh bột tái kết tinh ở các mức độ khác nhau sau khi xử lý plasma so với tinh bột thô sau xử lý plasma. Mục đích đề tài: Đánh giá ảnh hưởng của các mức độ tái kết tinh khác nhau lên sự hình thành liên kết chéo trong tinh bột sau khi xử lý Argon-plasma nguội. Từ đó, xác định mẫu tinh bột có mức độ tái kết tinh xác định cho liên kết chéo nhiều nhất. Mẫu tinh bột tái kết tinh nào có mức độ tạo liên kết chéo nhiều nhất.

Từ đó, có các tính chất như tính bền nhiệt, mức độ tiêu hóa khác nhau so với các mẫu có mức độ liên kết chéo ít hơn. 3 Xác định ảnh hưởng của mức liên kết chéo lên sự thay đổi các phân đoạn tiêu hóa của tinh bột. Từ đó, xác định ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên sự hình thành tinh bột trơ trong tinh bột tái kết tinh. Xác định ảnh hưởng của các mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sau khi xử lý bằng Argon plasma nguội ở áp suất thờng.

Từ đó, đánh giá sự ảnh hưởng như thế nào đến sự thủy phân của tinh bột bằng α-amylase. Cơ sở khoa học của đề tài: Plasma là một hiện tượng tự nhiên, khi một chất khí bị nung nóng dẫn đến các liên kết phân tử mất dần và bị ion hóa thành các nguyên tử tự do. Do đó, plasma bao gồm các ion tích điện dương và âm, cũng như các gốc tự do, neutron, nguyên tử bị kích thích và các phân tử. Mặt khác, plasma cũng có thể được tạo nên nhờ biến đổi chất khí thành dạng ion hóa nhờ vào nguồn năng lượng từ dòng điện, bức xạ hay tia laser.

Plasma được tạo theo cách này được gọi là plasma nguội. Nguồn khí thường dùng trong plasma là oxy, nitơ, hydro hay argon. Plasma nguội có ứng dụng trong biến đổi các vật liệu sinh học như tích điện hay oxy hóa bề mặt vật liệu, cũng như thay đổi các nhóm chức hóa học [19]. Ứng dụng plasma nguội trong môi trường Argon để tạo tinh bột liên kết chéo vẫn còn trong giai đoạn nghiên cứu.

Nhưng kết quả thu được rất khả quan mà Ji-Jun Zou và cộng sự (2003) [20], Deeyai và cộng sự (2012) [18], Nguyễn Thị Lý trong khóa luận thạc sĩ trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM (2013) [4] đã công bố. Các nghiên cứu này là nguồn tài liệu tham khảo chính cho đề tài nghiên cứu của chúng tôi “Ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh lên khả năng hình thành liên kết chéo của tinh bột sắn được xử lý bằng Argon-Plasma ở áp suất thường”. Từ đó, phần nào làm sáng tỏ ảnh hưởng của mức độ tái kết tinh trong tinh bột đối với tính chất lý hóa, các phân đoạn tinh bột (tinh bột tiêu hóa nhanh, tiêu hóa chậm, tinh bột trơ) sau khi xử lý plasma. 4 CHƯƠNG II.

TỔNG QUAN TINH BỘT SẮN 2. Cấu trúc hóa học: Tinh bột sắn là sản phẩm công nghiệp chính của sắn [3]. Đặc điểm quan trọng nhất của tinh bột sắn là chúng không mùi, tạo độ nhớt và tính kết dính [18]. Tinh bột sắn được cấu tạo từ hai loại polymer khác nhau của đường glucose là phân tử amylose và amylopectin.

Amylose: Amylose là một polymer mạch thẳng được cấu tạo từ các phân tử đường glucose liên kết nhau theo liên kết α-1,4 glucoside [3] [1] tạo nên một chuỗi dài từ 200-1000 gốc glucose [1]. Mỗi phân tử amylose có một đầu khử và một đầu không khử [5]. Phân tử amylose gồm một số chuỗi xếp song song nhau trong đó các gốc glucose của từng chuỗi cuộn xoắn ốc [2], mỗi vòng xoắn là 6 đơn vị glucose [1]. Amylose cho màu xanh với iot Khối lượng phân tử amylose khoảng 5x105 đến 5x106.

[3] Liên kết α-1,4 Hình 2. Cấu tạo amylose [5] 2. Amylopectin: Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh và mạch thẳng kết hợp nhau do các phân tử đường glucose liên kết nhau bằng liên kết α-1,4 glucoside tạo các đoạn mạch thẳng, còn liên kết α-1,6 glucoside tạo nhánh [1]. Do đó, mỗi phân tử amylopectin có một đầu 5 khử duy nhất và rất nhiều đầu không khử [2].

Tỉ lệ liên kết α-1,6 glucoside chiếm khoảng 4% trong phân tử amylopectin [3]. Amylopectin có phân tử lượng khoảng 107 đến 108 thông thường có 20-30 gốc glucose giữa hai điểm phân nhánh [2]. Amylopectin tạo phức màu tím đỏ với iot [2]. Liên kết α-1,4 Liên kết α-1,6 Hình 2.

Cấu tạo amylopectin [5] 2. Cấu trúc tinh thể: 2. Hình thái hạt tinh bột: Trong tự nhiên, tinh bột tồn tại dưới dạng vi hạt. Các hạt tinh bột có thể khác nhau về kích thước, hình dạng và vị trí tâm hạt.

Hạt tinh bột có cấu trúc vi tinh thể gồm các vùng tinh thể và phi tinh thể và các vùng chuyển tiếp [7]. Tinh bột có bản chất bán tinh thể với nhiều mức độ khác nhau, khoảng 15-45% khi ở dạng hạt [3]. Lớp tinh thể của hạt tinh bột được tạo thành từ mạch xoắn kép phân tử amylopectin, xếp theo phương tiếp tuyến với bề mặt hạt, đầu không khử hướng vào bề mặt hạt. Các lớp tinh thể và lớp vô định hình được xắp xếp xen kẽ nhau với chiều dày theo chu kỳ là 9-10nm [3].

6 Trong lớp tinh thể, các đoạn mạch thẳng liên kết nhau thành các sợi xoắn kép, xếp thành dãy và tạo thành chùm trong khi phần mạch nhánh nằm ở lớp vô định hình [3]. Hạt tinh bột được cấu tạo từ các lớp tinh thể và bán tinh thể. Các lớp tinh thể được tạo thành từ các hạt hình cầu có kích thước 50-500 nm, lớp bán tinh thể được tạo thành từ các hạt hình cầu có kích thước nhỏ hơn 20-50 nm. Sự xen kẽ giữa lớp tinh thể và bán tinh thể từ lớp này đến lớp khác là những lớp sinh trưởng.

Độ dày của các lớp tinh thể càng ở phía ngoài bề mặt hạt thì càng mỏng [3]. Vòng tinh thể cứng Vòng bán tinh thể mềm Lỗ xốp Bề mặt hạt Tâm hạt Hạt tinh bột Vòng tinh thể cứng Vòng bán tinh thể mềm Hạt lớn Hạt nhỏ Rãnh xốp Lớp tinh thể Lớp vô định hình Cấu trúc hình cầu Lát cắt tinh thể Lớp bán tinh thể của Vòng vô định hình Lát cắt vô định hình vòng sinh trưởng Lớp vô định hình của vòng sinh trưởng Hình 2. Cấu trúc hạt tinh bột. (A) Ở mức độ thấp nhất của tổ chức hạt tinh bột cho thấy lớp tinh thể cứng và lớp bán tinh thể mềm.

Lớp vỏ bên ngoài mỏng hơn và 7 tâm hạt thì nằm lệch ra khỏi trung tâm hạt. Ở mức độ cao hơn của cấu trúc hạt là cấu trúc hình cầu cho thấy các rãnh xuyên tâm vô định hình, kích thước của cấu trúc hình cầu nhỏ hơn trong lớp bán tinh thể so với lớp tinh thể.