Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

Tải bản đầy đủ - 0trang

PHẦN 2. NỘI DUNG

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ POLISACCARIT VÀ

HỢP CHẤT GLUCAN

1.1. Giới thiệu về polisaccarit và glucan

Polisaccarit là các biopolime, còn gọi là các glican, bao gồm hàng chục, hàng trăm

hoặc hàng ngàn đơn vị monosaccarit nối lại với nhau bằng liên kết glicozit, tạo thành mạch

phân tử không nhánh hoặc có nhánh. Khi tạo thành chuỗi, nhóm hiđroxyl glicozit của phân

tử này tương tác với nhóm hiđroxyl ancol (thường là nguyên tử cacbon số 4, hiếm hơn là

cacbon số 6 và rất hiếm là cacbon số 3) của phân tử kia, nên ta có các loại liên kết glicozit là

(1,4); (1,6); (1,3) (thuộc loại anpha (α) hoặc beta (β)).

Như vậy, trong polisaccarit các gốc monozơ được nối với nhau bằng liên kết glicozit –

glicozit; do đó nó có thể được xem là các poliglicozit. Tương tự các glicozit (các axetal),

poliglicozit có thể bị thủy phân bằng axit hoặc enzim thành các đường đơn giản hơn, đến

các monozơ ban đầu.

Các polisaccarit được tạo thành từ một loại monosaccarit được gọi là

homopolisaccarit. Các polisaccarit được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại monosaccarit khác

nhau và khi thủy phân đến cùng có thể sinh ra các chất phi cacbohiđrat được gọi là

heteropolisaccarit.

Với sự tham gia của pentozơ sẽ tạo ra pentozan như araban từ arabinozơ, xylan từ

xylozơ… Còn khi có sự tham gia của hexozơ sẽ tạo thành hexozan như glucan từ glucozơ,

inulin từ fructozơ…

Như vậy glucan là polisaccarit được tạo từ các monosaccarit là D-glucozơ liên kết với

nhau bởi các liên kết glicozit. Theo đó, polisaccarit xây dựng từ các glucozơ bị ràng buộc

bởi liên kết trừ liên kết glicozit thì khơng được gọi là glucan.



1.2. Phân loại glucan

Dựa theo chỉ số α hoặc β của liên kết glicozit, glucan được chia làm hai loại:

Anpha glucan: là những polisaccarit tạo bởi những các gốc D-glucopiranozơ liên kết

với nhau bởi các liên kết glicozit theo dạng anpha (α). Một số chất thuộc loại α-glucan:

 Tinh bột: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.

 Đextran: chứa liên kết α-1,6-glicozit và liên kết α-1,3-glicozit ở nhánh.

 Glicogen: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.

 Pullulan: chứa liên kết α-1,4-glicozit và liên kết α-1,6-glicozit.

Beta glucan: là những polisaccarit tạo bởi các gốc D-glucopiranozơ liên kết với nhau

bởi các liên kết glicozit theo dạng beta (β). Một số chất thuộc loại β-glucan:

 Xenlulozơ: chứa liên kết β-1,4-glicozit.



 Chitin: chứa liên kết β-1,4-glicozit.

 Chrysolaminarin: chứa liên kết 1,3-β-glicozit.

 Curdlan: chứa liên kết β-1,3-glicozit.

 Laminarin: chứa liên kết β-1,3-glicozit và β-1,6-glicozit.

 Yến mạch β-glucan: chứa liên kết β-1,3-glicozit và β-1,4-glicozit.



Chương 2. MỘT SỐ α-D-GLUCAN QUAN TRỌNG

Các polisaccarit quan trọng nhất được cấu tạo từ các gốc α-D-glucopiranozơ là tinh

bột, glicogen và đextran.



2.1. Tinh bột

2.1.1. Trạng thái tự nhiên



Hình 2.1. Một số loại hạt chứa nhiều tinh bột

Tinh bột là tên gọi của polisaccarit dự trữ chính của cơ thể thực vật, được tích lũy

trong quá trình quang hợp, chủ yếu trong hạt, củ và quả. Gạo chứa nhiều tinh bột nhất

(khoảng 80%), mì chứa khoảng 70%, khoai tây chứa 20%, các loại củ quả khác chứa ít tinh

bột hơn. Một lượng đáng kể tinh bột cũng có trong các loại quả như chuối và nhiều loại rau.

Tinh bột có nhiều trong các loại lương thực do đó các loại lương thực được coi là nguồn

nguyên liệu chủ yếu để sản xuất tinh bột. Hình dạng và thành phần hóa học của tinh bột phụ

thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt ...

Bảng 2.1. Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột [2]

Nguồn



Kích thước

hạt(nm)



Hạt ngơ



10-30



Lúa mì

Lúa mạch đen

Đại mạch

Yến mạch

Lúa

Đậu đỗ

Kiều mạch

Chuối

Khoai tây

Khoai lang

Sắn

Dong riềng



5-50

5-50

5-40

5-12

2-10

30-50

5-15

5-60

1-120

5-50

5-35

10-130



Hình dáng

Đa giác

hoặc tròn

Tròn

Tròn dài

Bầu dục

Đa giác

Đa giác

Tròn

Tròn dẹt

Tròn

Bầu dục

Bầu dục

Tròn

Bầu dục



Hàm lượng

amilozơ, %



Nhiệt độ hồ

hố(0C)



25



67-75



20



13-35

46-54



56-80

46-62

68-90

55-85

70-80

60-71



17

23

20



56-69

52-64



38-41



Hình 2.2. Tinh bột sắn 1500X dưới dạng vi ảnh của kính hiển vi điện tử quét



Hình 2.3. Tinh bột huỳnh tinh 1500X dưới dạng vi ảnh của

kính hiển vi điện tử quét

Hạt tinh bột của tất cả hệ thống nêu trên hoặc có dạng hình tròn, hình bầu dục, hay

hình đa giác. Hạt tinh bột khoai tây lớn nhất và bé nhất là hạt tinh bột thóc.

Kích thước các hạt khác nhau dẫn đến các tính chất cơ lí khác nhau như nhiệt độ hồ

hóa, khả năng hấp thụ xanh metylen…

2.1.2. Tính chất vật lý

Tinh bột là chất bột vơ định hình, khơng màu, khơng tan trong nước lạnh, trong etanol

và các dung môi hữu cơ. Trong nước nóng tinh bột trương phồng lên tạo hồ tinh bột và khi

đó bị tan một phần nhỏ. Để nguội ta được dung dịch đồng nhất gọi là hồ tinh bột. Sự hóa hồ

tinh bột là q trình bất thuận nghịch.

2.1.2.1. Tính hấp thụ của tinh bột

Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất thì nó sẽ hấp thụ các

chất đó, bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham gia quá trình hấp thụ. 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.



2.1.2.2. Khả năng hấp thụ 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 q trình cơng nghiệp, còn

có ý nghĩa trong q 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

hóa, tạo gel, tạo màng). Ngồi ra, nó cũng là 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 tan thì nên chọn tinh bột biến hình nào có độ hòa tan cao nhất.

2.1.3. Cấu trúc của tinh bột

Về thành phần, tinh bột không đồng nhất, là một hỗn hợp của hai polisaccarit: amilozơ

và amilopectin, được cấu tạo từ các gốc α-D-glucopiranozơ. Tỉ lệ amilozơ và amilopectin

phụ thuộc vào từng loại thực vật, trung bình là 1:4, mặc dù người ta cũng biết có loại ngơ

khơng chứa amilozơ và một số đậu chứa amilozơ đến 75% khối lượng tinh bột.



Hình 2.4. Cấu trúc của amilozơ và amilopectin dạng chuỗi



2.1.3.1. Amilozơ, poli (1,4’-O-α-D-glucopiranozit)



Cấu trúc dạng ghế của phân tử amilozơ:



Hình 2.5. Mơ hình phân tử amilozơ

Amilozơ là polisaccarit khơng phân nhánh với các liên kết α-(1→4)-glicozit, tan trong

nước nóng. Phân tử khối của amilozơ phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ, dao động từ 150

nghìn đvC (tinh bột ngơ và gạo) đến 500 nghìn đvC (tinh bột khoai tây), ứng với một nghìn

và ba nghìn mắc xích.

Do cấu hình α của liên kết glicozit, các α-glucan không xuất hiện dưới dạng sợi, mạch

polisaccarit của amilozơ có thể có cấu dạng xoắn theo kiểu lò xo. Điều này đã được chứng

minh bằng phân tích Rơnghen các phức chất tinh thể, có tên là hợp chất bọc, tạo amilozơ

với iot và một số ancol. Mỗi vòng xoắn ốc bao bọc 6 mắc xích monosaccarit, còn phân tử

iot hoặc chất tạo phức khác phân bố dọc theo đường xoắn ốc. Phức của amilozơ với iot có

màu xanh đậm.

Sự khác nhau tinh vi về hóa lập thể giữa xenlulozơ và amilozơ dẫn đến sự khác nhau

về tính chất vật lí. Cấu trúc xoắn của amilozơ tăng cường thêm liên kết hiđro với nước và

điều này giúp amilozơ tan mạnh trong nước, còn xenlulozơ thì khơng. Liên kết α-(1→4)glicozit có thể bị phân hủy dễ dàng bởi enzim α-gluziđaza có trong cơ thể động vật.

Khả năng tạo phức của amilozơ (và toàn bộ tinh bột) được dùng trong phân tích để

phát hiện tinh bột cũng như iot và được gọi là thuốc thử iot – hồ tinh bột.

Bởi vì trong phân tử amilozơ, nhóm hiđroxyl hemiaxetal chỉ bảo tồn ở mắc xích Dglucozơ cuối mạch nên chúng không khử được các oxit kim loại.

2.1.3.2. Amilopectin



Cấu trúc dạng ghế của phân tử amilopectin:



Hình 2.6. Mơ hình phân tử amilopectin

Amilopectin là thành phần chính của tinh bột, có cấu trúc phức tạp hơn amilozơ, có

cấu tạo phân nhánh, gồm một số mạch amilozơ nối với nhau nhờ liên kết α-(1→6)-glicozit.

Phân tử khối tương đối của amilopectin vào khoảng 1 triệu đvC hoặc cao hơn, cấu tạo từ

khoảng 4000 đơn vị D-glucozơ và 0,4% axit photphoric. Chuỗi mạch amilozơ trung tâm dài

nhất chứa khoảng 60 đơn vị D-glucozơ, còn trung bình chứa khoảng 20 – 25 đơn vị Dglucozơ. Amilopectin khơng tan trong nước nóng nhưng trương nở mạnh và tạo thành hồ

tinh bột, cho màu tím với dung dịch iot và cũng khơng khử oxit kim loại.



2.1.4. Tính chất hóa học

Tinh bột khơng tham gia phản ứng tráng bạc và với thuốc thử Fehlinh vì phân tử tinh

bột chứa một số lượng lớn các mắc xích D-glucozơ nhưng chỉ có rất ít cuối mạch còn nhóm

-OH hemiaxetal. Tinh bột cũng không tác dụng với Cu(OH) 2 để tạo ra dung dịch màu xanh

như các hợp chất chứa nhiều nhóm –OH khác.

2.1.4.1. Phản ứng thủy phân

Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị

D-glucozơ bằng axit hoặc bằng enzim. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu

hoặc ở dạng hồ hóa, còn enzim chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzim

thường dùng là α-amilaza, β-amilaza. Axit và enzim giống nhau là đều thủy phân các phân

tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D-(1,4)-glicozit. Đặc trưng của phản ứng này là

sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra sản phẩm cuối cùng là D-glucozơ:



.

Các sản phẩm trung gian (C6H10O5)x (x
là đextrin hay tinh bột tan (vì dễ tan trong nước hơn tinh bột).



Trong cơ thể người và động vật, tinh bột bị thủy phân nhờ xúc tác của các enzim

khác nhau, ví dụ amilaza trong nước bọt, mantaza trong ruột:

H2O



H2O



α-Amilaza



β- Amilaza

Amilaza



C12H22O11



H2O



C6H12O6



Mantozơ



Mantaza



D-Glucozơ



2.1.4.2. Phản ứng tạo phức

Ở nhiệt độ phòng, tinh bột tác dụng với iot cho phức màu xanh tím. Màu của dung

dịch chủ yếu là mà của “hợp chất bọc” được tạo thành bởi phân tử amilozơ ở dạng vòng

xoắn bọc các phân tử iot nằm ở phía trong ống xoắn.

Khi đun nóng, màu xanh biến mất, do liên kết hiđro giữa các vòng xoắn bị phân cắt,

mạch phân tử amilozơ tạm thời duỗi thẳng nên các phân tử iot tách ra khỏi phân tử

amilozơ đồng thời thăng hoa. Khi nguội màu xanh lại xuất hiện.

Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amilozơ trong

tinh bột bằng phương pháp trắc quang. Để phản ứng được thì các phân tử amilozơ phải có

dạng xoắn ốc để hình thành đường xoắn ốc đơn của amilozơ bao quanh phân tử iot. Các

đextrin có ít hơn 6 gốc D-glucozơ khơng cho phản ứng với iot vì khơng tạo được một vòng

xoắn ốc hồn chỉnh. Axit và một số muối như KI, Na2SO4 tăng cường độ phản ứng.

Amilozơ với cấu hình xoắn ốc hấp thụ được 20% khối lượng iot, tương ứng với một

vòng xoắn một phân tử iot. Amilopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Về bản chất

phản ứng màu với iot là hình thành nên hợp chất hấp thụ.

Ngoài khả năng tạo phức với iot, amilozơ còn có khả năng tạo phức với nhiều chất

hữu cơ có cực cũng như khơng cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton

phân tử lượng thấp...



Sắn



Ngâm



Khoai lang



Khoai tây



Ngâm



2.1.5. Quy trình thu tinh bột từ nguyên liệu củ

Cắt khúc



Rửa nguyên liệu



Nghiền



Tách rửa tinh bột



Nghiền lần 2



Tách dịch bào



Tinh chế sữa tinh bột



Nước dịch vào bể lắng



Tách bã nhỏ



Tách bã

Rửa tinh bột

Bã lớn

Tinh bột sạch



Dịch để pha lỗng cháo



Bã nhỏ



2.1.6. Ứng dụng

Trong cơng nghiệp thực phẩm: dùng làm phụ gia cho công nghiệp bánh kẹo, đồ hộp.

Trong xây dựng: dùng làm chất gắn kết bê tông, tăng tính liên kết cho đất sét, đá vơi,

dùng làm keo dính gỗ, phụ gia sản xuất ván ép, phụ gia cho sơn.

Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm: dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm,

phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược.

Trong cơng nghiệp khai khoáng: dùng làm phụ gia cho tuyển nổi khoáng sản, dung

dịch nhũ tương trong dung dịch khoan dầu khí.

Trong cơng nghiệp giấy: dùng để chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu

giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em.

Trong công nghiệp dệt: dùng trong hồ vải sợi, in.

Trong nông nghiệp: dùng làm chất trương nở, giữ ẩm cho đất và cây trồng chống lại

hạn hán.

Các ứng dụng khác: được dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khơ, thuộc

da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại.

Các tinh bột biến tính có ý nghĩa vơ cùng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm:

chất ổn định trong sữa chua, chất ứng dụng trong sản xuất bánh phồng tôm, bánh quy xốp.

2.1.7. Giới thiệu về tinh bột biến tính [2] [14]

Các loại tinh bột tự nhiên đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.

Các ứng dụng khác nhau đòi hỏi những đặc tính khác nhau của tinh bột. Ngồi ra, do sự cải

tiến cơng nghệ sản xuất và sự phát triển liên tục các sản phẩm mới, nhu cầu nghiêm ngặt

hơn đối với các đặc tính và tính phù hợp sử dụng của tinh bột được đặt ra. Các đặc tính của

tinh bột tự nhiên khơng đáp ứng đủ yêu cầu trong các ứng dụng và gia công. Vì vậy cần

thiết phải biến đổi các đặc tính của tinh bột để nhận được loại tinh bột có những tính năng

đáp ứng u cầu.

Cơng nghệ biến tính tinh bột bao gồm các phương pháp như: biến tính hố học, biến

tính vật lý, biến tính enzim... nhằm làm thay đổi trong phạm vi hạt tinh bột để thay đổi các

đặc tính tự nhiên của tinh bột theo mong muốn của con người.



Các loại tinh bột biến tính trên có ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực sau: công

nghệ dệt, bột và giấy, thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nghề đúc, dược phẩm và khoan dầu…

2.1.7.1. Tinh bột axetat

Bằng cách cho tinh bột tự nhiên phản ứng với anhiđrit axetic hoặc vinyl axetat, thu

được sản phẩm tinh bột axetat (hay còn gọi là tinh bột axetyl hố).

Ví dụ cho tinh bột tự nhiên tác dụng với anhiđrit axetic. Sơ đồ phản ứng như sau:



Các nhóm este có tác dụng ngăn ngừa sự thối hóa của nhóm amilozơ trong tinh bột.

Sự biến đổi này ngăn chặn tự tạo gel, sự rỉ nước và duy trì ngoại quan cấu trúc của sản

phẩm gia cơng. Nó cũng cải thiện độ ổn định sau q trình đơng lạnh – rã đơng, cải thiện

khả năng giữ nước và hạ thấp nhiệt độ hồ hoá của tinh bột, làm tăng độ nhớt và cải thiện độ

trong của gel.

Kết quả của việc biến tính này là 1 sản phẩm tinh bột ổn định để sản xuất bột nhão bền

vững qua nhiều chu kỳ đông lạnh – rã đơng và ngăn ngừa tình trạng rỉ nước xảy ra. Các ứng

dụng rộng rãi trong thực phẩm như chất nền với độ ổn định đông lạnh – rã đông tốt. Các

ứng dụng mở rộng trong thực phẩm là sự kết hợp tinh bột este với tinh bột liên kết ngang.

2.1.7.2. Tinh bột oxi hố

Tinh bột tự nhiên có thể được xử lý với nhiều tác nhân oxi hoá khác nhau để tạo nên

tinh bột oxi hoá. Tinh bột oxi hoá có chiều dài mạch ngắn hơn tinh bột tự nhiên. Q trình

oxi hố tạo ra sản phẩm có độ dẻo ổn định, cải thiện độ trắng và giảm số lượng vi sinh vật.

Ngoài ra, liên kết hiđro làm giảm khuynh hướng thối hố. Gel tinh bột có độ trong cao và

mềm. Các tinh bột oxi hoá là tác nhân làm đặc tốt nhất cho các ứng dụng đòi hỏi gel có độ

cứng thấp, điều này cải thiện độ dính trong nhào trộn bột và làm bánh mỳ.

Dung dịch loãng của tinh bột oxi hoá mức cao giữ được độ trong sau thời gian dài lưu

trữ, thích hợp cho các loại súp trong, đóng chai và các sản phẩm bánh kẹo trong. Tinh bột

oxi hoá được sử dụng rộng rãi để tráng phủ bề mặt giấy, hồ sợi trong công nghiệp dệt.

2.1.7.3. Tinh bột liên kết ngang



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Phương pháp nghiên cứu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×