Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về tinh bột và thoái hóa tinh bột 1.1 Khái niệm tinh bột Tinh bột là một polysaccharide dự trữ chính của cây xanh. Nó là một thành phần chính trong các loại thực phẩm. Tinh bột tạo cấu trúc, kết cấu, tạo tính nhất quán và sự hấp dẫn với nhiều hệ thống thực phẩm (Wu và Seib 1990). Việc sử dụng tinh bột tự nhiên còn bị giới hạn bởi các đặc tính vật lý và hóa học của chúng (Pimpa và cộng sự, 2007).
Một số hạn chế của tinh bột tự nhiên như có ứng suất cắt thấp, khả năng chịu nhiệt kém, dễ bị thoái hóa khi bảo quản lạnh… Ngoài ra, tinh bột tự nhiên không có khả năng tan trong nước lạnh; hồ tinh bột có độ nhớt quá cao cũng làm cho việc ứng dụng tinh bột tự nhiên bị hạn chế. Vì vậy, tinh bột sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm thường được biến tính để cải thiện các tính chất hóa lý và có khả năng ổn định cấu trúc khi bảo quản lạnh (Wu và Seib 1990; Perera và những người khác 1997; Shi và BeMiller 2000).2 Thành phần cấu tạo tinh bột Sau hơn 100 năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã đi đến thống nhất rằng tinh bột được cấu tạo từ hai polymer khác nhau của đường glucose là amylose và amylopectin. Amylose là polysaccharide mạch thẳng, chuỗi dài 500-4000 đơn vị glucose, liên kết với nhau bởi liên kết α- 1,4glycoside. Amylopectin là polysaccharide mạch nhánh, ngoài mạch nhánh có liên kết α- 1,4glycoside còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6-glycoside.1: Cấu tạo của amylose và amylopectin 1 do an 1.3 Cấu trúc của tinh bột Tinh bột là một polymer semicrystalline gồm 2 polysaccharides: amylose và amylopectin (Tester và những người khác 2004).
Các hạt tinh bột có hình dạng, kích thước, các tính chất hóa lý, đặc điểm chức năng khác nhau tùy theo nguồn gốc tinh bột (Tharanathan 1995).2: Cấu trúc của hạt tih bột (theo Gallant cùng cộng sự, 1997) 1.4 Hiện tượng thoái hóa tinh bột Dung dịch tinh bột (tinh bột ngậm nước trong giai đoạn nhào bột) khi trải qua quá trình gia tăng nhiệt độ đến một giới hạn nào đó, các hạt tinh bột trương nở một cách mạnh mẽ và 2 do an nhanh chóng. Hiện tượng trương nở xảy ra ở các khe của hạt tinh bột trước; sau đó lan rộng lên cả bề mặt, làm cho thể tích tăng lên nhiều lần cho đến khi hạt tinh bột bị rách và trở thành dạng không định hình. Lúc đó tinh bột bắt đầu hồ hóa, Nhiệt độ tương ứng để tinh bột hồ hóa được gọi là nhiệt độ hồ hóa. Sau khi hồ hóa, tinh bột mất đi các tính chất cũ.
Khi nhiệt độ tăng lên thì sẽ có những hiện tượng hóa học xảy ra. Ở nhiệt độ thường, các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hydro, do đó khả năng hoạt động không cao. Khi gia nhiệt, nhiệt lượng được cung cấp sẽ phá vỡ các liên kết hydro, làm cho các phân tử nước trở nên linh hoạt hơn và dễ dàng tấn công vào cấu trúc micell của tinh bột. Mặt khác khi nhiệt độ cao sẽ phá hủy các liên kết hydro giữa các phân tử tinh bột giúp cho các phân tử nước dễ dàng hydrate hóa.
Nhiệt độ hồ hóa tinh bột thường nhỏ hơn nhiệt độ sôi của nước. Nếu sau khi hồ hóa xong mà quá trình gia nhiệt vẫn kéo dài cho đến nhiệt độ sôi thì phần năng lượng dư thừa do quá trình gia nhiệt tiếp tục lại phá vỡ các liên kết hydro vừa mới tạo thành giữa phân tử nước và các nhóm OH của phân tử tinh bột. Hiện tượng này làm kết cấu của phân tử đã hồ hóa trở nên lỏng lẻo, làm giảm độ dẻo của tinh bột. Dung dịch hồ tinh bột khi mới được tạo thành có màu trắng đục, khi để yên một thời gian sẽ thấy màu trắng đục tăng dần, cuối cùng nhận thấy có một phần tinh bột kết tủa xuống.
Quá trình kết tủa này kéo dài cho tới khi hồ trở nên trong suốt.Quan sát kết tủa tinh bột người ta thấy chúng không tan trong nước lạnh và tinh bột đã trở lại trạng thái ban đầu, hiện tượng đó được gọi là hiện tượng thoái hóa tinh bột. (Shujun Wang, Caili Li, Les Copeland, Qing Niu, and Shuo Wang, 2015) Sau một thời gian bảo quản thì nước từ trạng thái liên kết với phân tử tinh bột sẽ trở thành nước tự do và bị tách ra. Tinh bột bị thoái hóa là do kết hợp giữa các phân tử nước với các nhóm -OH của tinh bột kém bền hơn liên kết hydro giữa các phân tử nước. Vì vậy theo thời gian liên kết giữa nước với các phân tử tinh bột bị phá hủy.
Nước tách ra trở lại trạng thái ban đầu của chúng và các phân tử tinh bột liên kết với nhau. Sự tạo thành liên kết giữa các phân tử tinh bột, phụ thuộc vào hình dáng phân tử tinh bột và tỷ lệ amylose và amylopectin. Do cấu trúc amylose cho phép hình thành nhiều vị trí liên kết hydro giữa các phân tử kề nhau do đó dung dịch amylose kém bền vững và dễ bị thoái hóa.2 Sơ lược về maltodextrin 1.1 Khái niệm Maltodextrin là những sản phẩm thủy phân tinh bột với DE thấp hơn 20. Maltodextrin là một hỗn hợp sacharide với sự phân bố của các phân tử có trọng lượng lớn như polysaccharide và oligosaccharide.
Maltodextrin thường được tìm thấy dưới dạng bột hay dung dịch cô đặc. Khác với tinh bột, maltodextrin có thể hòa tan trong nước (Loannis S.2 Cấu tạo Là một sản phẩm thủy phân từ tinh bột, maltodextrin chứa amylose mạch thẳng và amylopectin. Maltodextrin được coi là polyme D-glucose. Trong đó α-D-glucopyranosly liên kết với nhau bằng liên kết (1→ 4) để tạo chuỗi dài.
Tại các điểm nhánh chúng sẽ liên kết với nhau bằng liên kết (1→4, 1 → 6) hoặc liên kết (1 → 6). Dextrose là một đơn vị đo nghịch đảo của số Anhydro đơn vị α-D-glucose. Tuy nhiên, sự thay đổi các DE trong maltodextrin không nhất thiết có nghĩa là chúng chỉ khác nhau về hàm lượng dextrose. Hơn nữa, maltodextrin có cùng giá trị DE có thể có các tính chất rất khác nhau, phản ánh các thành phần tạo ra các phản ứng thủy phân.
Các loại tinh bột (ngô, yến mạch, gạo, bột sắn, khoai tây, vv) cũng là một yếu tố quan trọng xác định các phân đoạn phân tử của maltodextrin. Mặt khác, các tinh bột ngô sáp được câú tạo hoàn toàn từ các phân tử amylopectin phân nhánh. Vì vậy, maltodextrin từ tinh bột ngô sáp chứa chủ yếu là amylopectin, chứa rất ít hàm lượng amylose, và không thể hiện các hiện tượng thoái hóa.1 Tính chất hóa lý Là một sản phẩm thủy phân tinh bột, các maltodextrin chứa amylose mạch thẳng và amylopectin phân nhánh. Trong trạng thái sol những phân tử này được ngậm nước và mở rộng.
Ở nồng độ xoắn tổng hợp cao, có sự hình thành miền tinh thể. Do đó, một phần quan trọng trong maltodextrin là chiều dài trung bình chuỗi đủ dài có để tạo thành gel nhiệt thuận nghịch. Việc chuyển đổi sol-gel là một quá trình chậm kèm theo mất nước và kết hợp với sự phát triển của xoắn của chuỗi phân tử đủ dài hoặc các chuỗi ngắn. Việc chuyển đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ, thời gian, và đặc thù về cơ cấu.
Gel maltodextrin có entropy thấp. Gel có độ đàn hồi thấp, ổn định cơ học nhỏ, độ cứng và độ đục cao. Mặc dù gel maltodextrin có độ cứng cao nhưng những thay đổi nhiệt và tan chảy của gel thì thấp ( Ioannis S. Một đặc điểm riêng của gel là phần lớn nước ở trạng thái tự do.
Sự thay đổi tính chất hóa lý của maltodextrin cũng bị ảnh hưởng bởi giá trị DE của nó. Các tính chất như hút ẩm, độ hòa tan, độ thẩm thấu, sự gia tăng mức đóng băng giảm thì DE tăng. Độ nhớt, khả năng liên kết và trọng lượng khô tăng thì De giảm. Chronakis, 1998) Tuy nhiên, khi thay đổi nhiệt độ của quá trình thủy phân để sản xuất maltodextrin có thể cho ra sản phẩm maltodextrin có giá trị DE tương tự nhau.
Tuy nhiên tỷ lệ giữa các saccharide cao phân tử và thấp phân tử sẽ khác nhau (Griffin V. Maltodextrin có thành phần saccharide khác nhau sẽ có tính chất hóa lý khác nhau. Đặc biệt, tính tan và tính ổn định sẽ bị ảnh hưởng bởi các thành phần trọng lượng phân tử cao. Độ nhớt, kết tinh, và vị ngọt sẽ phụ thuộc vào số lượng của các thành phần có trọng lượng phân tử thấp.
Maltodextrin là thành phần phù hợp để thay thế chất béo trong thực phẩm (Setser và cộng sự 1992). Điều này bắt nguồn từ mạng ba chiều trong cấu trúc của các hạt submicron trong lớp nước có chức năng như cấu trúc của chất béo. Gel maltodextrin có mạng liên kết yếu và có cấu trúc hạt. Diện tích tiếp xúc của các hạt lớn và có khả năng giữ nước tốt.2 Tương tác polymer-nước của maltodextrin 1.1 Hút ẩm và giữ ẩm Hút ẩm là một trong những thuộc tính quan trọng nhất quyết định thời gian sử dụng và tính ổn định của maltodextrin.
Ảnh hưởng của độ ẩm tới maltodextrin cũng đã được nghiên cứu (dao động 40-95%) ( Raja, K., Jayalekshmy, and Narayanan, 1989). Mẫu tiếp xúc với môi trường có độ ẩm 75% thì sẽ có nhiều thay đổi trong cấu trúc sau 6 ngày. Khi tiếp xúc với môi trường có độ ẩm (40-60%), mẫu đạt độ ẩm cân bằng sau 18 ngày lưu trữ và cấu trúc không thay đổi. Theo Radosta và cộng sự, nếu maltodextrin được xác định chứa nhiều nước thì chúng sẽ dính vào nhau và thay đổi trạng thái từ bột đến hấp phụ gel.
Như vậy, maltodextrin phải được lưu trữ trong điều kiện ít ẩm để ngăn chặn sự thay đổi từ bột đến gel hấp phụ. 5 do an Hấp thu độ ẩm cũng là một tính chất của maltodextrin. Theo Donuelly, sau khi nghiên cứu tính hút ẩm của poglyme D-glucose khác nhau, cho rằng sự hiện diện của các hợp chất như maltotriose và mantotetraose làm cho hỗn hợp đường có tính hút ẩm cao. Mặt khác, các nghiên cứu Kearsley, W.
(1975) cũng gợi ý rằng sự hấp thụ độ ẩm tăng thì trọng lượng phân tử giảm, trong khi các loại đường có trọng lượng phân tử cao đạt được độ ẩm cân bằng sớm hơn so với trọng lượng phân tử thấp tương ứng.2 Độ đục Độ đục là quan trọng đáng kể vì nó ảnh hưởng đến sự tạo màng, có khả năng duy trì tốt các hợp chất dễ bay hơi trong quá trình sấy phun. Mẫu có cùng DE vẫn có sự khác biệt đáng kể trong sự phân tán của chúng trong nước, khi giá trị DE thấp thì độ đục cũng tương đối thấp (Raja, K., Jayalekshmy, và Narayanan, S, 1989).