II/ Tinh bột biến tính

Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



giá trị cảm quan, cải biến các tính chất của sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử

-



dụng.

Phân loại: Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột,

Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hóa chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh

bột bị thay thế.



Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O

giữa các monomer và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiện một số

liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều.

Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến tính bằng acid được dùng để

phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in… Trong công nghiệp thực phẩm,

tinh bột loại này dung để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo.

Tinh bột oxi hóa cũng được xếp vào nhóm này. Một số loại tinh bột được oxi hóa bởi

KMnO4 trong môi trường acid được sử dụng thay thế agar, pectin trong sản xuất bánh

kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp. Các sản phẩm tinh bột oxi hóa yếu

cũng được dung trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian

lên men và tăng chất lượng của bánh. Tinh bột oxi hóa bởi hydroclorit, H 2O2, HI và muối

của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy.

Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các

nhóm hydroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hóa học hay đông trùng hợp với

một chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit có thể bị gắn vào nhau do các liên

kết dạng cầu nối.

Mức độ biến tính tính bột được dặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution - DS). DS

là số nhóm hydroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit). Như vậy, độ thế có

giá trị trong khoảng 0-3.

Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt. Thông thường tinh bột loại

này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo

quản) như tinh bột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hóa…

Khi bị biến tính thì các cấu trúc tinh bột bị biến đổi khác nhau tùy theo các phương

pháp biến tính với các tác nhân vật lí, hóa học, sinh học.

15



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



a. Tác nhân vật lí:



Biến tính bằng hồ hóa sơ bộ

-



-



Cấu tạo: Dưới tác dụng của nhiệt ẩm liên kết giữa các phân tử bị đứt, cấu trúc của

hạt tinh bột bị phá hủy cũng như tái hợp một phần nào đó các phân tử khi sấy sau

này.

Tính chất: Khi bị hồ hóa sơ bộ có những tính chất: trương nhanh trong nước, biến

đổi chậm các tính chất khi bảo quản: bền khi ở nhiệt độ thấp, có độ đặc và khả

năng giữ nước, giữ khí tốt.



Biến tính bằng gia nhiệt ở nhiệt độ cao

-



Cấu tạo: Tinh bột được gia nhiệt ở nhiệt độ từ 120-150OC sản phẩm thu được là

phân tử nhỏ hơn là dextrin và pirodextrin.



Khi dextrin hóa thường xảy ra 2 phản ứng sau:

+ Phân giải tinh bột thành sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn



Phản ứng tái trùng hợp các sản phẩm vừa mới tạo thành ở trên chủ yếu

bằng liên kết 1-6 tạo cấu trúc có độ phân nhánh cao.

+ Ở giai đoạn đầu phản ứng thủy phân là chủ yếu, nên độ nhớt của tinh bột



lúc này bị giảm rất mạnh. Khi tăng nhiệt độ lên thì phản ứng tái trùng hợp

mới trở thành phản ứng chính.

+ Ngoài ra ở nhiệt độ cao còn xảy ra phản ứng chuyển glucozit: các liên kết



1-4 glucozit không bền trong amiloza lúc này sẽ chuyển thành liên kết 1-6

bền hơn.

+ Dưới tác dụng của nhiệt độ, tinh bột đã bị biến tính một cách sâu sắc, do đó nhiều



tính chất cũng bị thay đổi theo, độ hòa tan tăng, hàm lượng dextrin tăng,

đường khử tăng rồi giảm, độ nhớt giảm, màu sắc thay đổi.

+ Phụ thuộc vào nhiệt độ ta sẽ thu được dextrin trắng (95-1200C), dextrin vàng (12016



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



1800C), pirodextrin (170-1950C).

- Tính chất

+ Tinh bột bị biến tính kiểu này có độ hòa tan trong nước lạnh cao hơn tinh bột ban



đầu.

+ Dung dịch dextrin có khả năng tạo màng, dính kết các bề mặt đồng nhất và không



đồng nhất. Thường dùng dextrin làm chất liên kết và chất keo dính để pha sơn. Do

dextrin có độ nhớt thấp nên có thể dựng ở nhiệt độ cao mà vẫn bền. Độ hòa tan

trong nước lạnh của dextrin cao hơn tinh bột .

+ Dextrin trắng có độ hòa tan cao trong nước lạnh thay đổi từ 0% đến 90%



và có mức độ phân nhánh trung bình xấp xỉ 3%.

+ Dextrin vàng thường có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm và có độ hòa tan rất đáng



kể, có mức độ phân nhánh trung bình trên 20%. Pirodextrin có mức độ phân nhánh

từ 20-25% và có khối lượng phân tử lớn hơn dextrin vàng do đó dung dịch cũng

bền hơn.



b. Tác nhân sinh học



Phương pháp biến tính tinh bột bằng enzyme

Cấu tạo:Dưới tác dụng của enzyme amilaza, phân tử tinh bột bị cắt ngẫu nhiên thành

những dextrin phân tử thấp hoặc bị cắt thành 2 đơn vị glucozơ một.

Enzyme -amilaza thủy phân các liên kết -1,4 gly trên nhiều mạch và tại nhiều vị trí

của cùng một mạch, giải phóng ra glucozo và các oligosacrit có từ 2 đến 7 đơn vị

glucozo, trong đó có một glucozo khử tận cùng ở dạng . Kết quả đó thường làm giảm

nhanh độ nhớt của dung dịch tinh bột, do dó còn được gọi là amilaza dịch hóa. Khi bị

thủy phân amilaza, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là maltozo và maltotriozơ. Khi thủy phân

Ap trong dung dịch, ngoài glucozo, maltozo và maltotriozơ còn có them các dextrin giới

hạn có nhánh. Các dextrin giới hạn này thường có chứa các liên kết -1,6 của polymer

ban đầu cộng với các liên kết -1,4 kề bên, bền với phản ứng thủy phân. Tùy theo nguồn

gốc của -amilaza, các -dextrin giới hạn này có thể chứa 3, 4 hoặc 5 đơn vị glucozơ.

Enzyme -amilaza xúc tác thủy phân các liên kết -1,4 của Am và Ap từ đầu mạch



17



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



không khử và giải phóng ra maltozơ. Tác động của enzyme sẽ ngừng lai ở chỗ sát với

liên kết -1,6.

Am thường bị enzyme thủy phân hoàn toàn trong khi đó trong cùng điều kiện thì chỉ có

55% Ap được chuyển hóa thành maltozơ. Phần còn lại của sự thủy phân Ap là dextrin

giới hạn có phân tử lượng cao và có chứa tất cả các liên kết -1,6 của phân tử ban đầu.

-amilaza -amilaza sẽ làm cho kích thước phân tử tinh bột giảm dần theo thời gian tác

dụng của nó.

Sản phẩm thủy phân thu được:

Đường glucose tinh thể hoặc dung dịch (D-glucose), xiro giàu fructose hoặc fructose tinh

thể , xiro glucose và maltose, maltodextrin và xiro dextrin.

Các sản phẩm thuỷ phân như đường glucose, các loại xiro và maltodextrin thường

được phân loại dựa trên chỉ số DE Tinh bột có chỉ số DE bằng 0 do số lượng các

gốc khử có mặt rất ít. Thuỷ phân hoàn toàn tinh bột sẽ tạo ra đường glucose với

chỉ số DE 100. Các sản phẩm thuỷ phân ở mức độ trung gian sẽ có giá trị DE nằm trong

khoảng 0 – 100. Đường glucose thường chứa ít nhất 99.5% glucose, các

dạng xiro có DE trong khoảng từ 20 – 99.4 còn maltodextrin là những sản phẩm

có chỉ số DE từ 4 – 20. Tuy nhiên, DE không hoàn toàn thể hiện đúng mức độ

thuỷ phân đặc biệt đối với các sản phẩm xirô có cùng chỉ số DE nhưng khác nhau

ở thànhphẩn đường oligo do tinh bột được thuỷ phân với những nguồn enzyme và phươn

g pháp khác nhau. Trong trường hợp này, sản phẩm được đánh giá bởi thành

phần và nồng độ các đường DP1 ( glucose), DP2 ( maltose), DP3 (malto triose),

DP4( maltotetraose)…

Tính chất:

Kết quả là làm cho tinh bột bị loãng, độ nhớt giảm xuống.

Maltodextrin là một polysaccharide gồm các D-glucose liên kết với nhau bằng liên

kết α-1,4 glucoside

18



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



Maltodextrin thường được phân loại theo chỉ số DE

DE chỉ ra mức độ polyme (DP) của phân tử tinh bột số lượng của các đơn vị

monosaccharide trong phân tử.

-



Khi chỉ số DE tăng sẽ ảnh hưởng đến các tính chất sau:



+ Mức độ hóa nâu ( do tăng lượng đường khử)

+ Khả năng hút ấm

+ Tính dẻo

+ Độ ngọt

+ Độ hòa tan

+ Tính thẩm thấu

-



Khi chỉ số DE giảm sẽ dẫn theo các tính chất sau:



+ Khối lượng phân tử

+ Độ nhớt

+ Khả năng cố kết

+ Khả năng tạo màng

+ Ngăn chặn hiện tượng kết tinh đường



c. Tác nhân hóa học



Biến tính bằng phương pháp oxi hóa

-



Cấu tạo:



19



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



Khi biến tính bằng oxi hóa, hình dạng tinh bột không thay đổi nhưng kích thước tinh bột

tẻ tăng lên, tinh bột nếp không thay đổi. Trong phân tử tinh bột oxi hóa tạo ra các nhóm



cacboxyl và nhóm cacbonyl. Sự oxi hóa thường xảy ra ở các nhóm cacbon C 2, C3, C6.

+ Quá trình oxi hóa bằng cách chuyển nhóm andehit thành nhóm cacboxyl tạo ra



các aldonic, có tên là nhóm cuối axit D-gluconic:

+ Quá trình oxi hóa nhóm metyl ở C6 thành nhóm cacboxyl axit D-



gluconic(C8H10O7). Quá trình OXH có thể tiến hành bằng dẫn xuất 6-andehit:

+ Quá trình oxi hóa nhóm hydroxyl thứ hai thành nhóm xeton:



20



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



+ Quá trình oxi hóa 2,3-glucol thành diandehit và dicacboxylic:



-



Tính chất của tinh bột oxi hóa



Tinh bột oxy hóa có màu rất trắng ( tinh bột càng trắng, mức độ oxy hóa

càng cao), nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu

hướng thoái hóa giảm.

-



Cấu tạo



Về hạt của tinh bột oxi hóa tương tự như tinh bột ban đầu. chúng cho vết màu xanh với

iot như tinh bột chưa biến tính nhưng trắng hơn. Đó là do phản ứng tẩy trắng của natri

hypoclorit lên các vết bẩn tinh bột. Quá trình xử lí bằng natri hypoclorit hoạt hóa quá

trình hòa tan các vết bẩn làm cho chúng được rửa sạch khỏi tinh bột. tuy nhiên tinh bột

này nhạy cảm với nhiệt hơn, nên chúng được làm khô ở nhiệt độ cao chúng có khuynh

hướng đổi màu.

-



Tính chất

+ Sự tạo ra nhóm cacbonyl, sự đứt liên kết glucozit xảy ra trong suốt quá trình oxi



hóa phụ thuộc vào mức độ phản ứng. Khi mức độ phản ứng tăng lên thì trọng

lượng phân tử giảm, độ nhớt thực giảm.

+ Quá trình oxi hóa làm giảm độ nhớt hoặc làm tăng độ chảy của nó. Vì thế nó có

thể hồ hóa trong nước ở nhiệt độ thấp hơn tinh bột chưa biến tính.

+ Khả năng phân lớp và ổn định hồ tinh bột oxi hóa cao hơn so với tinh bột biến

tính axit.

+ Tinh bột oxi hóa bởi natri hypoclorit có khuynh hướng tạo màng đồng nhất, ít bị

co lại và ít bị gãy hơn so với những loại tinh bột biến tính bằng axit. Dạng màng

của nó có khả năng hòa tan trong nước cao hơn so với tinh bột chưa biến tính

hoặc biến tính axit. Thuộc tính này là do nhóm ưa nước cacboxyl được hình thành

trong quá trình oxi hóa.

Biến tính bằng xử lí tổ hợp để thu được tinh bột keo đông

21



Tiểu luận phụ gia thực phẩm

-



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



Cấu tạo: Tinh bột khi xử lí tổ hợp sẽ xảy ra quá trình oxi hóa tinh bột bằng oxi

hóa và có thể ozon thoát ra trong phản ứng.

Tính chất: Khi tăng độ biến tính thì trọng lượng phân tử tinh bột, độ nhớt của hồ

và nhiệt độ hồ hóa giảm. Đặc trưng của phương pháp này là tinh bột có khả năng

tạo đông cao, không còn mùi đặc biệt và độ trắng cao.



Biến tính bằng cách gán thêm nhóm photphat

-



-



Cấu tạo: Có thể biến tính tinh bột thành tinh bột dihydro photphat khi một nhóm

chức của H3PO4 được este hóa với nhóm OH của tinh bột hay tinh bột monohydro

photphat nếu hai nhóm chức của axit H3PO4 được este hóa.

Tính chất



+ Duy trì được độ sệt không bị phá hủy trong môi truờng acid , nhiệt độ và



khuấy trộn..

+ Không tạo thành gel khi để yên ở nhiệt độ phòng.

+ Có độ bền khi làm lạnh và tan giá.

+ Không co lại khi để yên, có độ nhớt cao.



Biến tính tinh bột bằng cách tạo liên kết ngang

Cấu tạo: Tinh bột được cho tác dụng với axit boric thì nó sẽ có tính chất khác, khi

đó bốn nhóm của hai mạch tinh bột nằm gần nhau tạo thành phức axit boric. Nói

chung bất kể phân tử nào có khả năng phản ứng với hai (hoặc nhiều hơn) nhóm

hydroxyl đều tạo được liên kết ngang giữa các mạch tinh bột.

- Tính chất

+ Ổn định được độ nhớt của hồ, tinh bột biến tính dai hơn, dòn hơn và cứng hơn.

-



+ Đối với tinh bột liên kết ngang, nhiệt đột hồ hóa tăng tỷ lệ thuận, trong khi khả



năng trương nở lại tỷ lệ nghịch với lượng các liên kết ngang. Loại tinh bột này có

độ bền rất cao trong khoảng pH rộng ( ngay cả trong các thực phẩm acid và ưới tác

động của lực cơ học như khuấy).



Biến tính bằng axit

22



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



Cấu tạo: Dưới tác dụng của axit, một phần liên kết giữa các phân tử và trong phân

tử tinh bột bị đứt làm cho kích thước tinh bột giảm đi và ta thu được tinh bột có

tính chất mới. Axit vô cơ thường dung là HCl và H2SO4. Trong quá trình biến tính

tinh bột thì phản ứng axit gây ra sự thủy phân liên kết glucozit trong phân tử tinh

bột như sau:

Mạch tinh bột lúc này ngắn hơn. Đối với tinh bột đã phân tán thì liên kết 1,4 - D

– glucozit nhạy cảm với sự phân giải axit hơn so với những điểm phân nhánh 1,6

-D.



-



Sự thủy phân axit vào 2 vị trí:

+ Vô định hình, giàu Ap, đặc biệt là những điểm phân nhánh 1,6

+ Vùng kết tinh và vùng có tổ chức cao của Ap và Am.



- D – glycozit.



Sản phẩm của sự thủy phân không hoàn toàn là dextrin. Dextrin là hỗn hợp của mono,

oligo và polisacrit.

+

+

+

+

+

+

+

+

+



Tính chất

Độ nhớt của hồ tinh bột biến tính bằng axit giảm thấp.

Chỉ số kiềm của tinh bột biến tính tăng lên khi mức độ thủy phân tăng.

Khối lượng phân tử của tinh bột giảm, mức độ trùng hợp cũng giảm.

Tinh bột biến tính có độ bền màng cao.

Giảm ái lực với iot

Áp suất thẩm thấu cao hơn do khối lượng phân tử trung bình bé hơn .

Khi hồ hóa trong nước nóng hạt trương nở kém hơn .

Trong nước ấm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hóa thì độ hòa tan cao hơn .

Nhiệt độ hồ hóa cao hơn .

CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ TẠO GEL CỦA TINH BỘT BIẾN TÍNH

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 ba chiều. Để tạo được gel thì

dung dịch tinh bột phải có nồng độ đậm đặc vừa phải, phải được hồ hoá để chuyển tinh



bột thành trạng thái hoà tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh. Khác với gel



23



Tiểu luận phụ gia thực phẩm



GVHD: Lê Văn Nhất Hoài



protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro có

thể nối trực tiếp các mạch polyglucoside lại với nhau hoặc gián tiếp qua cầu phân tử nước

Vì tinh bột chứa cả amilopectin và amilose nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh và

vùng vô định hình. Tham gia vào vùng kết tinh có các phân tử amiloza và các đoản mạch

amilopectin kết dính với nhau. Cấu trúc nhiều nhánh mà chủ yếu là các nhánh bên của

phân tử amilopectin sẽ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh. Vùng kết tinh vừa nằm trong

các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch nước giữa các hạt sẽ tạo ra độ bền và độ đàn

tính của gel. Phần của đại phân tử Am và AP nối vào mixen kết tinh nhưng nằm trong

phần vô định hình ở giữa các mixen sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định không bị phá

huỷ và trong một chừng mực đáng kể áp suất này do số lượng tương đối của các phân tử

trong phần vô định hình quyết định.

Các tinh bột vừa chứa Am và AP nên có khuynh hướng tạo gel như nhau khi ở nồng

độ tương đối thấp. Chỉ có tinh bột khoai tây là khả năng này kém hơn, có thể là do hàm

lượng Am của nó cao hơn nhưng trước hết là do độ dài bất thường và mức độ phân

nhánh yếu của Am sẽ cản trở sự uốn thẳng để tạo ra cấu trúc mixen. Các tinh bột giàu

amilopectin như tinh bột ngô nếp, có độ phân nhánh cao thường cản trở sự tạo gel khi ở

nồng độ thấp nhưng khi ở nồng độ cao (khoảng 30%) thì cũng tạo được gel.

Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ

nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein được tốt hơn. Gel từ tinh bột giàu Am

thường cứng và đàn hối kém.



1.Sự hồ hóa tinh bột:

Tinh bột bắt đầu biến tính tạo gel ở nhiệt độ 60-70 oC và tuỳ thuộc vào từng loại

tinh bột mà có biến tính ở nhiệt độ khác nhau . Tuỳ loại tinh bột khác nhau có cấu trúc và

số lượng hạt khác nhau dẫn đến khả năng hấp thụ nước khác nhau. Khi tinh bột được xử

lý bằng nhiệt và ẩm đồng thời thì sẽ xảy ra hiện tượng hồ hoá,các hạt tinh bột sẽ trương

nở lên do hấp phụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực.Các hạt tinh bột lớn nhất sẽ

24