Đang tải... (xem toàn văn)
Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Một lượng tinh bột đáng kể có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình chín và chuyển hóa sau thu hoạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn. Các tính chất “sẵn có” của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến hình (hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ. Bài tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề: “Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm.”
J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm MỞ ĐẦU ♦●♦ Tinh bột là polysaccarit chủ yếu có trong hạt, củ, thân cây và lá cây. Một lượng tinh bột đáng kể có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau trong đó xảy ra sự biến đổi thuận nghịch từ tinh bột thành đường glucozơ phụ thuộc vào quá trình chín và chuyển hóa sau thu hoạch. Tinh bột có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucozơ là chất tạo nên nguồn calo chính của thực phẩm cho con người. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất lý hóa của chúng. Tinh bột thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng tinh bột để xử lí nước thải, tạo màng bao bọc kị nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần chất kết dính trong công nghệ sơn. Các tính chất “sẵn có” của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến hình (hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới, thậm chí hoàn toàn mới lạ. Bài tiểu luận này sẽ trình bày vấn đề: “Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm.” I. Giới thiệu chung về tinh bột: • Tinh bột là chất dinh dưỡng dự trữ của thực vật.Tinh bột do cây xanh quang hợp nên.Tinh bột có nhiều trong các hạt, củ, quả. • Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dưới dạng không hoà tan trong nước. Do đó có thể tích tụ J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không bị ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Các hyđrat cacbon đầu tiên được tạo ra ở lục lạp do quang hợp, nhanh chóng được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hoá, rất linh động, có thể được sử dụng ngay trong quá trình trao đổi chất hoặc có thể được chuyển hoá thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá. • Trong nước nóng từ 65 o C trở lên , tinh bột tan thành dung dịch keo, gọi là hồ tinh bột.Cấu trúc phân tử của tinh bột (C 6 H 10 O 5 ) n. • Tinh bột có nhiều trong các hạt lương thực, do đó lương thực được xem là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột cũng như những sản phẩm có liên quan đến tinh bột. Ta có thể chia tinh bột thực phẩm thành ba hệ thống: hệ thống tinh bột của các hạt ngũ cốc hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu hệ thống tinh bột của các củ I.1 Cấu tạo của hạt tinh bột: • Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp. Hạt tinh bột có cấu tạo lớp, trong mỗi lớp đều có lẫn lộn các amiloza dạng tinh thể và amilopectin sắp xếp theo phương hướng tâm.Nhiều lớp đồng tâm xếp xung quanh một điểm gọi là rốn hạt. J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm Cấu tạo của hạt tinh bột • Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X thấy rằng trong hạt tinh bột “nguyên thuỷ” các chuỗi polyglucozit của amiloza và amilopectin tạo thành xoắn ốc với ba gốc glucozơ một vòng. Tinh bột • Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amiloze và phần phân nhánh của amilopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzyme thuỷ phân. • Trong tinh bột của các hạt ngũ cốc, các phân tử có chiều dài từ 0,35- 0,7µm, trong khi đó chiều dày của một lớp hạt tinh bột là 0,1 µm. Hơn nữa, các phân tử lại xắp xếp theo hướng tâm nên các mạch glucozit của các polysaccarit phải ở dạng gấp khúc nhiều lần. • Các mạch polysaccarit sắp xếp hướng tâm tạo ra độ tinh thể: các mạch bên của một phân tử amilopectin này nằm xen kẽ giữa các mạch bên của phân tử kia. • Ngoài cách sắp xếp bên trong như vậy, mỗi hạt tinh bột còn có vỏ bao phía ngoài. Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng vỏ hạt tinh bột khác với tinh bột bên trong, chứa ít ẩm hơn và bền đối với các tác động bên ngoài. Trong hạt tinh bột có lỗ xốp nhưng không đều. Vỏ hạt tinh bột cũng có lỗ nhỏ do đó các chất hòa tan có thể xâm nhập vào bên trong bằng con đường khuếch tán qua vỏ. Cấu trúc tinh thể của tinh bột J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm I.2 Hình dáng, đặc điểm, kích thước của tinh bột: • Trong thực vật tinh bột ở dạng nhỏ được giải phóng sau khi tế bào bị phá vỡ, tùy theo dạng nguyên liệu, tinh bột có hình dáng và kích thước khác nhau: hình tròn, hình bầu dục, hình đa giác… • Hình dáng, thành phần hoá học và những tính chất của tinh bột phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt, quá trình sinh trưởng của cây… Tinh bột gạo: hạt tinh bột có kích thước nhỏ 3÷8μm, được bao bằng vỏ protein cứng, có dạng hình đa giác. Tinh bột mì: gồm một loại các hạt có kích thước từ 20÷35μm và một số loại hạt nhỏ có kích thước trung bình và nhỏ 2÷10μm, có hình dạng elip hay hình tròn. Tinh bột sắn (khoai mì): hạt tinh bột sắn có kích thước trung bình từ 1,5÷30μm, có hình bầu dục. • Kích thước hạt khác nhau sẽ dẫn đến hạt có những tính chất khác nhau như: nhiệt độ hồ hoá, khả năng hấp phụ xanh metylen, hạt nhỏ thường có cấu tạo chặt trong khi hạt lớn có cấu tạo xốp. Bảng I.1: Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột. Nguồn Kích thước Hình dáng Hàm lượng Nhiệt độ hồ Hạt ngô 10-30 Đa giác hoặc 2 5 67-75 Lúa mì 5-50 Tròn 2 56-80 Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài 46-62 Đại mạch 5-40 Bầu dục 68-90 Yến mạch 5-12 Đa giác 55-85 Lúa 2-10 Đa giác 13-35 70-80 Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 60-71 J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm Kiều mạch 5-15 Tròn dẹp Chuối 5-60 Tròn 1 Khoai tây 1-120 Bầu dục 2 56-69 Khoai lang 5-50 Bầu dục 2 52-64 Sắn 5-35 Tròn Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41 I.3 Thành phần hóa học của hạt tinh bột: • Tinh bột được cấu tạo từ hai loại polysaccharide hoàn toàn khác nhau về tính chất vật lý và hóa học là amylose và amylopectin. Dạng lò xo không phân nhánh gọi là amilozơ Dạng phân nhánh gọi là amilopectin Amylopectin molecule Amylose molecule J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm Phần tan trong nước là amilozơ Phần không tan trong nước là amilopectin ● Tùy theo từng loại nguyên liệu, thành phần amylose và amylopectin trong tinh bột khác nhau. Bảng I.2: Thành phần amylose và amylopectin của một số loại tinh bột Loại tinh bột Amylose, % Amylopectin, % Gạo 18,5 81,5 Nếp 0,3 99,7 Bắp 24 76 Đậu xanh 54 46 Khoai tây 20 80 Khoai lang 19 81 Khoai mì 17 83 I.3.1 Amylose: • Amylose là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α – 1,4- glucoside.Trong không gian, nó cuộn lại thành hình xoắn ốc và được giữ bền vững nhờ các liên kết hyđrô. • Amylose thường ở dạng kết tinh có lớp hydrate bao quanh xen kẽ với các amylose kết tinh không có lớp hydrate. • Amylose có trọng lượng phân tử khoảng 50.000÷160.000, do cấu trúc mạch thẳng, amylose có gốc hydroxyl tự do nhiều nên dễ hoà tan trong nước ấm. Tuy nhiên, ở dạng tinh thể không bền vững nên khi để yên tinh thể sẽ tách ra. • Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa amiloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amiloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. • Đường kính của xoắn ốc là 12,97 A 0 , chiều cao của vòng xoắn là 7,91A 0 Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm Một phần cấu trúc Amylose • Amylose bắt màu xanh với Iodine, màu này mất đi khi đun nóng, hiện màu trở lại khi nguội. Amylose bị kết tủa bởi rượu butylic.Trong phân tử amylose có một đầu có tính khử và một đầu không có tính khử. I.3.2Amylopectin: J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm • Amylopectin có cấu tạo vô định hình, có dạng phân nhánh. Ngoài liên kết α-1,4 glucozid, các phân tử glucose còn liên kết với nhau theo liên kết α-1,6 glucozid. • Cấu trúc phân tử bao gồm một mạch trung tâm thẳng chứa liên kết α-1,4 glucozid, từ mạch này phát ra các nhánh phụ dài chừng vài chục gốc glucose. • Amylopectin có khối lượng phân tử nằm trong khoảng 500 ngàn đến 1000000 dalton. • Các amylopectin thường phân bố ở bên ngoài hạt tinh bột. • Sự khác biệt giữa amiloza và amilopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amiloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amilopectin. • Cấu tạo của amilopectin còn lớn và dị thể hơn amiloza nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amiloza/amilopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. • Amylopectin tác dụng với Iod tạo thành màu tím đỏ. J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm • Amylopectin chỉ tan được trong nước ở nhiệt độ cao tạo thành dung dịch có độ nhớt cao và rất bền vững. Amylopectin không có khả năng tạo phức với butanol và các hợp chất hữu cơ khác, không bị hấp phụ trên cellulose. Mảnh cấu trúc của amylopectin I.4 Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột: I.4.1 Phản ứng thủy phân: J u n . 2 1 Hóa Sinh Thực Phẩm • Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucozơ bằng axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza. Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liênkết α -D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường. • Sự thủy phân của tinh bột trãi qua các giai đoạn sau: Hình:Phản ứng thủy phân của tinh bột • Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể bị oxi hóa tạo thành andehyt, xeton và tạo thành các nhóm cacboxyl. Quá trình oxi hóa thay đổi tùy thuộc vào tác nhân oxi hóa và điều kiện tiến hành phản ứng. Quá trình oxi hóa tinh bột trong môi trường kiềm bằng hypoclorit là một trong những phản ứng hay dùng, tạo ra nhóm cacboxyl trên tinh bột và một số lượng nhóm cacbonyl. Quá trình này còn làm giảm chiều dài mạch tinh bột và tăng khả năng hòa tan trong nước, đặc biệt trong môi trường loãng. • Các nhóm hydroxyl trong tinh bột có thể tiến hành ete hóa, este hóa. Một số monome vinyl đã được dùng để ghép lên tinh bột. Quá trình ghép được thực hiện khi các gốc tự do tấn công lên tinh bột và tạo ra các gốc tự do trên tinh bột [...]... với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự Vì vậy trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến cần phải hết sức quan tâm tính chất này • Các ion liên kết với tinh bột thường ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của tinh bột Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng I.4.4 Khả năng hấp phụ nước và khả năng hòa tan của. .. Thực Phẩm Glixerin > Izopropanol > Etanol > Propanol Độ trong của hồ : Jun 2 • Tinh bột đã hồ hóa thương có một độ trong suốt nhất định Độ trong suốt này có ý nghĩa rất quan trọng đối với nhiều sản phẩm thực phẩm có chứa tinh bột, đặc biệt là làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này • Người ta nhận thấy tinh của các hạt cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củ thường cho hồ trong suốt hơn tinh bột. .. • Ngoài ra, tinh bột bị kết tủa trong cồn, vì vậy cồn là một tác nhân tốt để tăng hiệu quả thu hồi tinh bột I.5.2 Tính chất thủy nhiệt và sự hồ hóa của tinh bột : • Khi hòa tan tinh bột vào nước do kích thướt phân tử của tinh bột lớn nên đầu tiên các phân tử sẽ xâm nhập vào giữa các phần tử tinh bột Tại đây chúng sẽ tương tác với nhóm hoạt động của tinh bột, quay cực, các phổ hồng ngoại và hàm lượng... thể hiện mạnh mẽ hơn ở những tinh bột loại nếp (tinh bột giàu amilopectin) • Yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu diễn của phân tử hoặc của các hạt phân tán Đường kính này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố sau : - Đăc tính bên trong của phân tử như khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc và sự bất đối xứng của phân tử - Tương tác của tinh bột với dung môi (nước) gây... hấp phụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột: • Xác định khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột cho phép điều chỉnh được tỉ lệ dung dịch tinh bột và nhiệt độ cần thiết trong quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá trình bảo quản, sấy và chế biến thủy nhiệt • Rất nhiều tính chất chức năng của tinh bột phụ thuộc vào tương tác của tinh bột và nước (tính chất thủy nhiệt, sự hồ... như dạng vảy (bỏng) Các chất này cũng có tác dụng ngăn ngừa sự tạo keo trong các sản phẩm có chứa tinh bột Nói chung đa số các chất hoạt động bề mặt dùng trong các sản phẩm thực phẩm đều tạo phức được với amiloza I.5.4 Khả năng tạo gel và thoái hóa của tinh bột : • Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại một cách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng... mà có khả năng xuyên qua các “cửa ải” tinh bột Đồng thời nhiệt làm tinh bột hồ hóa và chín, nhưng không khí cũng như các khí có trong khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột đã tẩm béo do đó sẽ giản nở và làm tinh bột phồng nở Các tinh bột amylopectin (tinh bột nếp) có cấu trúc chặt và khả năng không thấm khí lớn do đó khả năng phổng nở lớn hơn Với các tinh bột oxy hóa (tinh bột tẩy trắng bằng chất... vì các phân tử tích điện cùng dấu sẽ đẩy nhau, nhất là khi sản phẩm chứa tinh bột có kết cấu rất chặt Đó là cơ sở để sản xuất ra các sản phẩm như bánh phồng tôm, phồng nấm 1 Hóa Sinh Thực Phẩm II BIẾN HÌNH TINH BỘT: Jun 2 • Trong thực tế sản xuất ứng với mỗi một sản phẩm thực phẩm thường đòi hỏi một dạng tinh bột hoặc một dẫn xuất tinh bột nhất định Có sản phẩm cần tinh bột giàu amiloza, lại có sản phẩm. .. sự tăng bền mạng cấu trúc của hệ thống tức là tăng tính chất cứng và giảm tính chất co dãn của hệ thống tinh bột • Các chất đa điện ly có ảnh hưởng đến sự tạo cấu trúc và độ bền của tinh bột Các chất polyacrylanat natri alginat, cacboxymetylcellulose khi thêm vào khung cấu trúc của hồ tinh bột 2% sẽ làm giảm độ bền cấu trúc và độ nhớt của hồ nhưng lại làm tăng tính đàn hồi và tính dẻo cũng như khả năng... cơ sở để lựa chọn tinh bột biến hình thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể • Ví dụ: Để sản xuất các sản phẩm nước uống hòa tan như cà phê, trà hòa 1 Hóa Sinh Thực Phẩm tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất I.5 Những tính chất vật lí của huyền phù tinh bột trong nước: Jun 2 I.5.1 Tính hút ẩm và tính hòa tan: • Khả năng hút ẩm của tinh bột khá hơn do hạt tinh bột có cấu trúc xốp . Tìm hiểu về tinh bột của các loại củ và lương thực. Ứng dụng của chúng trong chế biến thực phẩm. ” I. Giới thiệu chung về tinh bột: • Tinh bột là chất dinh dưỡng dự trữ của thực vật .Tinh bột. thụ của tinh bột. Khả năng hấp thụ của các loại tinh bột phụ thuộc cấu trúc bên trong của hạt và khả năng trương nở của chúng. I.4.4 Khả năng hấp phụ nước và khả năng hòa tan của tinh bột: •. sản phẩm thực phẩm có chứa tinh bột, đặc biệt là làm tăng giá trị cảm quan của các thực phẩm này. • Người ta nhận thấy tinh của các hạt cốc loại nếp, tinh bột của củ, rễ củ thường cho hồ trong