NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH BIẾN HÌNH TINH BỘT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT
RESEARCH ON VARIOUS FACTORS AFFECTING
THE MODIFICATION PROCESS OF STARCH BY USING ACID METHOD
TRƯƠNG THỊ MINH HẠNH
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN THỊ HOÀI TÂM
Trường Cao đẳng Lương thực Thực phẩm Đà Nẵng
TÓM TẮT
Ảnh hưởng của hàm lượng axit và thời gian thủy phân đến quá trình biến hình tinh bột huỳnh
tinh bằng phương pháp axit của Ali và Kempf đã được nghiên cứu [8]. Bài viết này tiếp tục
mở rộng việc nghiên cứu ảnh hưởng của 3 yếu tố là hàm lượng axit, nồng độ tinh bột và thời
gian biến hình đến sự thay đổi một số tính chất của tinh bột bằng phương pháp quy hoạch
thực nghiệm TĐY2n. Trong đó kết quả nghiên cứu sự thay đổi về hình dạng, kích thước và
nhiệt độ hồ hoá của tinh bột biến hình có ý nghĩa thực tiễn trong việc ứng dụng tinh bột biến
hình trong các ngành công nghiệp (CN) như CN dệt, CN giấy và nhất là trong CN thực phẩm.
ABSTRACT
The effects of acid content and hydrolysis time on the modification of Arrow- root des Antilles
starch by using acid method of Ali and Kempf was already studied [8]. This article continues
the investigation into the effects of three factors, which include acid content, starch solution
concentration and hydrolysis time on changes in the properties of starch. The method in use is
experiment planning method of 2n total factors. The research results on changes in shape,
dimension and gelatinization temperature of modified starch have practical significance in
applying it to such industries as textile, paper, and food, in particular.
1. Giíi thiÖu
BiÕn h×nh b»ng ph¬ng ph¸p axit ®· cã tõ rÊt l©u, trong c«ng nghÖ cã nhiÒu nhîc
®iÓm nh ¨n mßn thiÕt bÞ, s¶n phÈm nhiÒu khi cã mµu vµ cã vÞ mÆn do c¸c kim lo¹i trong tinh
bét t¸c dông víi axit t¹o muèi hoÆc t¹o c¸c hîp chÊt phøc chÊt cã mµu. Tuy nhiªn, víi c«ng
nghÖ vµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, ngµy nay ngêi ta cã thÓ kh¾c phôc nh÷ng nhîc ®iÓm nãi trªn. ¦u
®iÓm næi bËt cña ph¬ng ph¸p nµy lµ cã thÓ s¶n xuÊt víi n¨ng suÊt lín mµ kh«ng gÆp khã
kh¨n g× trong vÊn ®Ò chÊt xóc t¸c, hãa chÊt rÎ tiÒn, dÔ kiÕm, dÔ tù ®éng hãa d©y chuyÒn s¶n
xuÊt, nhÊt lµ cã thÓ thu ®îc tinh bét biÕn h×nh cã møc ®é ph©n c¾t cao theo yªu cÇu cña tõng
øng dông cô thÓ. Do ®ã, trong nh÷ng trêng hîp øng dông cho nh÷ng s¶n phÈm phi thùc phÈm
th× tinh bét axit nµy ®¸p øng dÔ dµng víi sè lîng nhiÒu vµ gi¸ thµnh rÎ. NÕu biÕt c¸ch xö lý
th× tinh bét biÕn h×nh theo ph¬ng ph¸p nµy sÏ cã mét lÜnh vùc øng dông phong phó trong CN
thùc phÈm vµ c¶ trong CN dîc phÈm.
V× vËy môc tiªu cña bµi b¸o lµ tiÕp tôc nghiªn cøu mét sè yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸
tr×nh biÕn h×nh tinh bét b»ng ph¬ng ph¸p axit trªn nguyªn liÖu tinh bét huúnh tinh, mét sè
biÕn ®æi vÒ h×nh d¹ng, kÝch thíc vµ nhiÖt ®é hå hãa cña tinh bét huúnh tinh, s¾n vµ s¾n d©y
sau khi ®· cã mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ c¸c tinh bét nµy [5].
2. Nguyªn liÖu vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu
2.1. Nguyªn liÖu
: Cñ huúnh tinh vµ cñ s¾n d©y ®îc thu nhËn vµo kho¶ng th¸ng 1 ®Õn
th¸ng 3 trong n¨m ë c¸c vïng ngo¹i « cña thµnh phè §µ N½ng vµ ®îc s¶n xuÊt t¹i phßng thÝ
nghiÖm ®Ó thu nhËn tinh bét kh« cã ®é Èm < 12%. Cßn tinh bét s¾n ®îc lÊy tõ nhµ m¸y tinh
bét s¾n Qu¶ng Ng·i.
2.2. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu
- X¸c ®Þnh h×nh d¹ng vµ kÝch thíc tinh bét b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt SEM.
- X¸c ®Þnh c¸c kÝch thíc trung b×nh cña tinh bét b»ng ph¬ng ph¸p nhiÔu x¹ laser.
- X¸c ®Þnh nhiÖt ®é hå hãa cña tinh bét b»ng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt vi sai DSC.
- X¸c ®Þnh møc ®é trïng hîp b»ng ph¬ng ph¸p oxi hãa nhãm cuèi b»ng KIO4.
- X¸c ®Þnh chØ sè khö x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p ferixinua.
- §é nhít cña tinh bét ®îc x¸c ®Þnh b»ng nhít kÕ mao qu¶n.
- Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh biÕn h×nh tinh bét b»ng ph¬ng ph¸p
qui ho¹ch thùc nghiÖm yÕu tè toµn phÇn T§Y2n.
- BiÕn h×nh tinh bét dùa theo ph¬ng ph¸p cña Ali&Kemf [].
3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn
3.1. Nghiªn cøu mét sè yÕu tè ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh biÕn h×nh tinh bét b»ng qui
ho¹ch thùc nghiÖm ®ñ yÕu tè 2 møc T§Y2n
Trªn c¬ së kh¶o s¸t ¶nh hëng cña hai yÕu tè hµm lîng axit vµ thêi gian biÕn h×nh
[4], tiÕn hµnh nghiªn cøu ¶nh hëng cña 3 yÕu tè lµ nång ®é tinh bét (X1%), hµm lîng axit
(X2, ml) vµ thêi gian (X3, phót) ®Õn sù thay ®æi mét sè tÝnh chÊt cña tinh bét huúnh tinh biÕn
h×nh. Nh÷ng tÝnh chÊt cña tinh bét biÕn h×nh ®îc chän kh¶o s¸t lµ chØ sè khö y1, møc ®é
trïng hîp y2 (®.v glucoza) vµ ®é nhít y3 (CSt). M« h×nh thÝ nghiÖm ®îc x©y dùng ë b¶ng 3.1:
B¶ng 3.1. C¸c møc cña c¸c yÕu tè
C¸c yÕu tè
C¸c møc
X1 (%)
Kh«ng
thø
nguyªn
X2 (ml)
Kh«ng
thø
nguyªn
X3
(phót) Kh«ng thø
nguyªn
Møc c¬ së (X j0) 33 0 150 0 90 0
Kho¶ng biÕn thiªn (j) 3 25 10
Møc trªn (+) 36 + 175 + 100 +
Møc díi (-) 30 - 125 - 80 -
Theo ph¬ng ph¸p to¸n häc ®· chän th× sè thÝ nghiÖm cÇn ph¶i tiÕn hµnh lµ 2n = 23 = 8
vµ 3 thÝ nghiÖm t¹i t©m. KÕt qu¶ x©y dùng m« h×nh thÝ nghiÖm vµ thùc hiÖn thÝ nghiÖm theo
m« h×nh ®îc cho ë b¶ng 3.2.
B¶ng 3.2. M« h×nh thÝ nghiÖm T§Y23
vµ c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm
STT x0 x1 x2 x3 y1 y2 y3
1 + - - - 0,54 977,732 11,986
2 + - + - 0,68 929,651 9,051
3 + + - - 0,45 1098,23 14,527
4 + + + - 0,63 982,823 12,786
5 + - - + 0,70 935,718 10,722
6 + - + + 0,86 912,572 7,501
7 + + - + 0,65 952,791 12,791
8 + + + + 0,78 945,917 9,312
T1 + 0 0 0 0,67 944,822 10,656
T2 + 0 0 0 0,64 964,506 10,222
T3 + 0 0 0 0,64 964,502 10,735
trong ®ã T1, T2, T3 lµ 3 thÝ nghiÖm t¹i t©m.
x0, x1, x2, x3: c¸c gi¸ trÞ kh«ng thø nguyªn.
y1, y2, y3 lÇn lît lµ chØ sè khö, møc ®é trïng hîp vµ ®é nhít cña tinh bét biÕn h×nh.
X¸c ®Þnh c¸c ph¬ng tr×nh håi qui:
Gi¶ sö c¸c ph¬ng tr×nh håi qui m« t¶ thùc nghiÖm trªn cã d¹ng:
Y= b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2x3
Sau khi thµnh lËp vµ kiÓm tra víi ý nghÜa cña c¸c hÖ sè ®îc x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn
student, sù t¬ng thÝch cña ph¬ng tr×nh ®îc kiÓm tra theo tiªu chuÈn Fisher [1] chóng t«i
®îc c¸c ph¬ng tr×nh håi qui:
Y1 = 0,6613 - 0,034 x1 + 0,0763 x2 + 0,0863 x3 (3.1).
Y2 = 966,927 + 28,009 x1 - 24,186 x2 - 30,178 x3 (3.2)
Y3 = 11,085 + 1,27 x1 - 1,422 x2 - 1,003 x3 (3.3)
trong ®ã x1, x2, x3 lÇn lît lµ gi¸ trÞ kh«ng thø nguyªn cña nång ®é dÞch s÷a tinh bét,
hµm lîng axit vµ thêi gian biÕn h×nh.
Y1, Y2 vµ Y3 lÇn lît lµ hµm sè cña c¸c ®¹i lîng chØ sè khö, møc ®é trïng hîp vµ ®é
nhít cña tinh bét biÕn h×nh.
NhËn xÐt:
- Tõ ph¬ng tr×nh håi qui (3.1), (3.2) vµ (3.3) chóng t«i nhËn thÊy kh«ng nh÷ng hµm
lîng axit, thêi gian biÕn h×nh (nh kÕt qu¶ nghiªn cøu cña [4]) mµ c¶ nång ®é tinh bét ®Òu
¶nh hëng lín ®Õn qu¸ tr×nh biÕn h×nh tinh bét, thÓ hiÖn sù thay ®æi ë c¸c chØ sè khö, møc ®é
trïng hîp vµ ®é nhít cña tinh bét biÕn h×nh.
Nång ®é tinh bét cµng gi¶m, hµm lîng axit cµng t¨ng, thêi gian biÕn h×nh cµng t¨ng
lµm qu¸ tr×nh biÕn h×nh tinh bét cµng t¨ng, lµm t¨ng møc ®é ph©n c¾t m¹ch tinh bét. Do ®ã
møc ®é trïng hîp vµ ®é nhít cµng gi¶m, cßn chØ sè khö cµng t¨ng (bëi v× lóc nµy, tæng sè
m¹ch tinh bét trong mét ®¬n vÞ khèi lîng t¨ng lµm t¨ng sè nhãm -OH glucozit).
3.2. Nghiªn cøu sù thay ®æi h×nh d¹ng vµ kÝch thíc cña tinh bét s¾n, s¾n d©y vµ
huúnh tinh sau khi biÕn h×nh
TiÕn hµnh nghiªn cøu biÕn h×nh t¬ng tù nh trªn víi c¸c tinh bét s¾n vµ s¾n d©y,
kh¶o s¸t sù thay ®æi h×nh d¹ng vµ kÝch thíc cña c¸c tinh bét s¾n, s¾n d©y vµ huúnh tinh
chóng t«i cã c¸c kÕt qu¶ nh sau:
3.2.1. Vi ¶nh cña c¸c tinh bét biÕn h×nh qua kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt
Tõ h×nh ¶nh thu ®îc trªn h×nh 3.1, 3.2, 3.3 vµ 3.4, so s¸nh víi tinh bét cha biÕn h×nh
[5], chóng t«i thÊy h×nh d¹ng c¬ b¶n cña c¶ ba tinh bét s¾n, s¾n d©y vµ huúnh tinh tríc vµ sau
khi biÕn h×nh cã sù thay ®æi. HÇu nh c¸c h¹t tinh bét biÕn h×nh ®Òu cã kÝch thíc lín h¬n vµ
bÒ ngoµi líp vá h¹t trë nªn sÇn sïi, cã nhiÒu lç nhá hoÆc bÞ trÇy sít h¬n tinh bét cha biÕn
h×nh. Do t¸c ®éng cña qu¸ tr×nh thñy ph©n díi ¶nh hëng c¸c ®iÒu kiÖn m«i trêng, nhiÖt ®é
vµ thêi gian v.v... lµm cho vá h¹t kh«ng cßn gi÷ ®îc tr¹ng th¸i ban ®Çu.
H×nh 3.1. Vi ¶nh tinh bét s¾n biÕn h×nh axit,
nång ®é tinh bét 33%, hµm lîng axit
150ml, thêi gian 90 phót (x1500).
H×nh 3.2. Vi ¶nh tinh bét s¾n biÕn h×nh axit
nång ®é tinh bét 33%, hµm lîng axit
150ml, thêi gian 90 phót (x3500).
H×nh 3.3. Vi ¶nh TB s¾n d©y biÕn h×nh axit,
nång ®é tinh bét 33%, hµm lîng axit 150ml,
thêi gian 90 phót (x3500)
H×nh 3.4. Vi ¶nh TB huúnh tinh biÕn h×nh
axit, nång ®é tinh bét 33%, hµm lîng axit
150ml, thêi gian 90 phót (x1500)
3.2.2. Nghiªn cøu kÝch thíc trung b×nh cña c¸c
tinh bét biÕn h×nh axit
§Ó cã mét sè liÖu cô thÓ vÒ kÝch thíc trung b×nh cña c¸c h¹t, chóng t«i tiÕn hµnh ®o
kÝch thíc tinh bét biÕn h×nh b»ng ph¬ng ph¸p nhiÔu x¹ laser. KÕt qu¶ ph©n tÝch ®îc tr×nh
bµy ë b¶ng 3.3, 3.4 vµ 3.5.
B¶ng 3.3. §êng kÝnh trun
g b×nh cña tinh bét s¾n biÕn h×nh b»ng axit
Tinh bét s¾n biÕn h×nh
§êng kÝnh h¹t (m) Tinh bét s¾n cha
biÕn h×nh MÉu 1 MÉu 2
D [4,3] 12,03 14,67 16,67
D [3,2] 4,21 3,57 5,33
D [v,0,1] 1,68 1,43 4,72
D [v,0,5] 12,14 11,20 15,70
D [v,0,9] 20,23 31,32 29,31
trong ®ã:
D [4,3] lµ ®êng kÝnh trung b×nh cña h¹t tÝnh theo thÓ tÝch h¹t.
D [3,2] lµ ®êng kÝnh trung b×nh cña h¹t tÝnh theo tiÕt diÖn h¹t.
D [v, 0,1] lµ kÝch thíc mµ t¹i ®ã cã 10% tæng sè h¹t cña mÉu nhá h¬n kÝch thíc nµy
D [v, 0,5] lµ kÝch thíc mµ t¹i ®ã cã 50% tæng sè h¹t cña mÉu nhá h¬n vµ 50% tæng
sè h¹t cña mÉu lín h¬n kÝch thíc nµy.
D [v, 0,9] lµ kÝch thíc mµ t¹i ®ã cã 90% tæng sè h¹t cña mÉu nhá h¬n kÝch thíc
nµy.
MÉu 1: MÉu tinh bét s¾n ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 100 ml, thêi gian 90
phót vµ nång ®é tinh bét 33%.
MÉu 2: MÉu tinh bét s¾n ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 150 ml, thêi gian 90
phót vµ nång ®é tinh bét 33%.
B¶ng 3.4. §êng kÝnh trung b×nh cña tinh bét s¾n d©y biÕn h×nh b»ng axit
Tinh bét s¾n d©y biÕn h×nh
§êng kÝnh h¹t (m) Tinh bét s¾n d©y cha
biÕn h×nh MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5
D [4,3] 7,54 10,05 11,51 13,55
D [3,2] 3,06 3,46 3,54 4,65
D [v,0,1] 0,99 1,22 1,38 2,11
D [v,0,5] 7,73 8,72 10,55 13,59
D [v,0,9] 12,48 16,05 21,12 22,56
MÉu 3: Tinh bét s¾n d©y ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 100 ml, thêi gian 90
phót vµ nång ®é tinh bét 33%.
MÉu 4: Tinh bét s¾n d©y ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 150 ml, thêi gian 90
phót vµ nång ®é tinh bét 33%.
MÉu 5: Tinh bét s¾n d©y ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 150 ml, thêi gian 120
phót vµ nång ®é tinh bét 33%.
B¶ng 3.5. §êng kÝnh trung b×nh cña tinh bét huúnh tinh biÕn h×nh b»ng axit
Tinh bét huúnh tinh biÕn h×nh
§êng kÝnh h¹t (m) Tinh bét huúnh tinh
cha biÕn h×nh MÉu 6 MÉu 7 MÉu 8
D [4,3] 27,12 27,44 28,16 34,35
D [3,2] 10,24 11,33 11,89 18,01
D [v, 0,1] 13,55 15,06 9,14 12,40
D [v, 0,5] 26,76 27,15 26,27 30,05
D [v, 0,9] 42,07 41,67 50,38 61,33
MÉu 6: Tinh bét huúnh tinh biÕn h×nh ë 100 ml axit 0,5N, 90 phót vµ tinh bét 33%.
MÉu 7: Tinh bét huúnh tinh biÕn h×nh ë 150 ml axit 0,5N, 90 phót, tinh bét 33%.Tinh
bét huúnh tinh ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 150 ml, thêi gian 90 phót vµ nång ®é
tinh bét 33%.
MÉu 8: Tinh bét huúnh tinh ®îc biÕn h×nh ë hµm lîng axit 0,5N 150 ml, thêi gian
120 phót vµ nång ®é tinh bét 33%.