CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tinh bột 1.1 Giới thiệu về hạt mít Việt Nam Mít là loại cây ăn quả phổ biến ở Việt Nam, có nguồn gốc từ Ấn Độ nhưng được trồng rộng rãi ở các vùng Đông Nam Á và Brazil, trong đó có Việt Nam. Quả mít là quả to, hạt lớn, thịt quả mít màu vàng, vị ngọt và mùi thơm đặc trưng. Cây mít không chỉ có giá trị về mặt ẩm thực mà còn đóng góp thêm về mặt kinh tế cho tầng lớp nông dân nhờ có khả năng thích nghi tốt với nhiều loại đất và khí hậu khác nhau. Trong mọi loại giống mít ở Việt Nam, có 1 loại mít khá là phổ biến đó là mít thái lá bàng.
Giống mít đó nổi bật với lá cây to, xanh mướt gần giống như lá cây bàng nên được đặt tên như vậy. Chúng thường được trồng ở các tỉnh miền Nam và miền Tây Nam Bộ, một số tỉnh thường trồng giống mít này gồm: Tiền Giang, Đồng Tháp, Long An, Bến Tre, An Giang…Một số ưu điểm đặc trưng của giống mít lá bàng như: kích thước quả lớn, hình dáng thon dài, trọng lượng trung bình cỡ 10 – 20kg/quả, dễ trồng, tốc độ sinh trưởng nhanh, chi phí để trồng và chăm sóc giống mít này thấp có đầu ra ổn định,… Hình 1. Mít thái lá bàng. 2 Hạt mít là nguồn tài nguyên dồi dào nhưng thường bị bỏ phí tại nhiều quốc gia nhiệt đới như Việt Nam.
Với giá trị tiềm năng trong công nghiệp chế biến, hạt mít đang dần được thu hút sự quan tâm như một nguồn nguyên liệu để chiết xuất tinh bột. Trong bài nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng hạt mít thái lá bàng. Hạt mít là một phần quan trọng của quả mít, sau khi tách thịt quả ra để ăn, hạt mít có kích thước lớn, hình bầu dục, vỏ ngoài màu nâu nhạt và lớp nhân màu trắng bên trong. Chúng chứa nhiều dinh dưỡng bao gồm chất xơ, protein,….và chủ yếu là tinh bột, hàm lượng tinh bột có trong hạt mít rất cao thường từ 81.52% tùy theo giống [1], là một nguồn thay thế tiềm năng cho các nguyên liệu truyền thống như ngô và khoai mì.
Ngoài việc tận dụng nguồn phụ phẩm từ quả mít, việc chiết xuất tinh bột từ hạt mít còn giúp giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên tinh bột khác, từ đó góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nền kinh tế tuần hoàn [2]. Tinh bột trong hạt mít khi được chiết xuất bằng phương pháp nước cất đạt từ 83.71%, phương pháp kiềm đạt từ 79.15%, và phương pháp enzym đạt từ 72. Điều này cho thấy khả năng ứng dụng linh hoạt của tinh bột hạt mít trong các ngành công nghiệp khác nhau [2], nhờ vào đặc tính vật lý và hóa học tương tự tinh bột từ các nguồn nguyên liệu truyền thống. Việc thu gom hạt mít có thể tổ chức từ các nông trại, xưởng chế biến mít và cả hộ gia đình.
Để sản xuất công nghiệp, cần xây dựng quy trình khép kín bao gồm các giai đoạn chính như: thu gom, làm sạch, sấy khô, xay nghiền, và chiết xuất tinh bột. Quy trình này có thể áp dụng các công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa sản lượng và chất lượng tinh bột, đồng thời giảm thiểu hao phí.2 Giới thiệu về tinh bột Tinh bột là một loại polysaccarit có nguồn gốc từ tự nhiên chủ yếu có trong hạt, củ, rễ, quả,….Là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào chỉ đứng sau xenlulozơ. Ngoài ra còn là một trong những polyme sinh học có trong tự nhiên, dồi dào, rẻ tiền, sẵn có, có thể tái tạo và phân hủy sinh học [3]. 3 Trong thực vật, tinh bột thường ở dạng không hòa tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng nước lớn trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu.
Do đó, có thể thu được một lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn phong phú có trong tự nhiên. Tinh bột chiếm 60 – 90% tổng sản lượng có trong các loại lương thực như ngô, khoai tây, lúa mì, củ mì, sắn dây, gạo, đậu, ở một số khác như chuối, táo, rau,…. Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt … Tinh bột gồm có hai thành phần là amylose và amylopectin. Hai chất này khác nhau về nhiều tính chất lý hóa.
Dựa vào sự khác nhau đó có thể phân chia được hai thành phần trên để điều chế dạng tinh khiết. Tầm quan trọng của tinh bột, cả về mặt sinh học và công nghệ, đã được biết rõ cũng như vai trò trung tâm của nó trong chế độ ăn uống của con người. Tinh bột có rất nhiều ứng dụng trong thực phẩm, bao gồm các ứng dụng kết dính, liên kết, tạo màng, tạo bụi, tăng cường bọt, chống ôi thiu, tạo gel, làm bóng, giữ ẩm, ổn định, tạo kết cấu và làm đặc. Nhu cầu về tinh bột đã tăng lên rất nhiều trong những năm gần đây do tinh bột đang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ethanol và nhựa phân hủy sinh học ngoài việc sử dụng trong các ngành chế biến thực phẩm [4] Hình 1.
Tinh bột có trong thực phẩm hằng ngày.3 Cấu trúc hóa học và phân tử Tinh bột là một polyme bán tinh thể gồm các đơn vị glucose được nối nhau bởi liên kết α – glycozit lặp đi lặp lại thành cấu hình amylose và amylopectin, có công thức phân tử là (C6H10O5)n. Amylose bao gồm các đơn vị D – glucose được liên kết thông qua các liên kết α–D–(1–4) và amylopectin polyme phân nhánh của tinh bột bao gồm các đoạn glucose liên kết với α–D–(1–4) chứa các đơn vị glucose trong các nhánh α–D (1–6) [3]. Tinh bột được chia thành 3 loại A B C dựa trên mức độ kết tinh khác nhau. Loại A có trong của tinh bột hạt ngũ cốc, chẳng hạn như ngô, sáp ngô, lúa mì và gạo.
Loại B là đặc trưng của tinh bột củ, trái cây và thân, chẳng hạn như canna, khoai tây, cao lương, tinh bột chuối và tinh bột ngô đột biến. Loại C được tìm thấy trong rễ, đậu và đậu Hà Lan là loại trung gian giữa loại A và loại B. Khi tinh bột tự nhiên loại B và C được xử lý bằng nhiệt ẩm, 30°C đối với loại B và ∼50°C đối với loại C thì chúng được chuyển thành dạng loại A. Sự chuyển đổi tinh bột loại A thành các dạng tinh thể khác chỉ xảy ra khi cấu trúc ban đầu bị phá hủy hoàn toàn và sau đó được phép kết tinh lại [4].
Amylose là một polyme mạch thẳng và không có phân nhánh trong cấu trúc của nó. Amylose cũng có thể hiện diện dưới dạng xoắn kỵ nước, cho phép hình thành phức hợp với các axit béo tự do, các thành phần axit béo của glyceride, một số rượu và iốt. Amylopectin lớn hơn amylose và mạch của chúng được phân loại thành mạch nhỏ, với mức độ trùng hợp trung bình (DP) khoảng 15 và chuỗi lớn, trong đó DP lớn hơn 45. Cấu hình độc đáo này được sắp xếp theo cách sắp xếp bao phủ góp phần vào tính chất kết tinh của hạt tinh bột.
Độ kết tinh phản ánh sự tổ chức của các phân tử amylopectin trong hạt tinh bột, các chuỗi nhánh của amylopectin tạo thành các chuỗi xoắn kép và góp phần tạo nên cấu trúc tinh thể của hạt, trong khi amylose chiếm phần lớn các vật liệu vô định hình được phân bố ngẫu nhiên giữa các cụm amylopectin [3]. Cấu trúc tinh bột. a) Amylose Amylose là một phân tử polyme chủ yếu tuyến tính được tạo thành từ các phân tử glucose liên kết với α (1→4). Các nguyên tử carbon trên glucose được đánh số, bắt đầu từ carbon aldehyde (C=O), do đó trong amylose, một carbon trên một phân tử glucose được liên kết với bốn carbon trên phân tử glucose tiếp theo (α (1→4 ) phiến trái).
Nó chiếm khoảng 20 – 30% trong tinh bột, trọng lượng phân tử (MW) của amylose là khoảng 0. Cấu trúc của amylose. Có ba dạng chuỗi amylose chính có thể sử dụng. Nó có thể tồn tại ở dạng vô định hình rối loạn hoặc ở hai dạng xoắn ốc khác nhau.
Nó có thể liên kết với chính nó ở dạng 6 xoắn kép (dạng A hoặc B) hoặc nó có thể liên kết với một phân tử khách kỵ nước khác như iốt, axit béo hoặc hợp chất thơm tạo thành cấu trúc xoắn đơn được gọi là dạng V. Cấu trúc của chuỗi xoắn kép A – amylose và B – amylose đều có hình dạng tương tự, là chuỗi xoắn ốc thuận tay phải với mạch song song và vị trí O (6). Tuy nhiên, chúng khác nhau ở cách tập hợp tinh thể và hàm lượng nước. A – amylose tạo thành tinh thể trong một tế bào đơn vị trực giao, có khối lục giác biến dạng và 8 phân tử nước trên mỗi đơn vị tế bào.
Ngược lại, B – amylose kết tinh trong một ô đơn vị hình lục giác, với khối lục giác mở rộng hơn nhiều và có 36 phân tử nước trên mỗi đơn vị ô. Nước trong B – amylose tập trung trong một kênh được tạo thành bởi các chuỗi xoắn ốc hình lục giác. Cấu trúc C là sự kết hợp đơn giản của các ô đơn vị A và B, do đó nó là một trung gian giữa dạng A và B về mật độ tập hợp tinh thể [6]. Trong nhóm này, có nhiều biến thể khác nhau.
Mỗi cái được ký hiệu bằng V và sau đó là chỉ số dưới cho biết số lượng đơn vị glucose mỗi lượt. Phổ biến nhất là dạng V6, có sáu đơn vị glucose một lượt. Các dạng V8 và có thể cả V7 cũng tồn tại. Chúng cung cấp một không gian thậm chí còn lớn hơn cho phân tử khác liên kết [7].
b) Amylopectin Amylopectin có trong hầu hết các loại tinh bột nó chiếm khoảng từ 70 – 80% trong thành phần trong tinh bột và bao gồm cấu trúc phân tử phân nhánh cao. Các chuỗi con tuyến tính riêng lẻ được hình thành từ các monome anhydroglucose được nối với nhau bằng liên kết α (1 – 4), kết thúc ở đầu không khử. Các điểm phân nhánh (4 – 5%) được tạo ra ở vị trí O (6) của các đơn vị glucose bằng cách hình thành thêm một monome glucose liên kết α (1 – 6) trong chuỗi, sau đó được kéo dài trở lại bởi chuỗi glucan liên kết α (1 – 4) trên các chuỗi tồn tại trước đó. Cấu trúc của amylopectin.
Độ dài chuỗi trung bình trong amylopectin là 20 – 30 monome và mức độ trùng hợp (DP) là khoảng 10000 – 100000. Do sự hình thành các tập hợp phân tử giữa các phân tử amylopectin riêng lẻ nên vẫn khó thu được trọng lượng phân tử chính xác của amylopectin có trong tinh bột có nguồn gốc thực vật khác nhau.