Đề tài Polysaccharide - HC06TP

Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Khoa Công Nghệ Hoá Học & Dầu Khí Ngành Công Nghệ Thực Phẩm ******* Báo cáo HOÁ SINH THỰC PHẨM Đề tài:POLYSACCHARIDE Giảng viên: TRẦN BÍCH LAM Người thực hiện: HC06TP MỤC LỤC A.POLYSACCHARIDE LOẠI 1: OLIGOSACCHARIDE I. SACCHAROSE……………………………………………..02 II. MALTOSE…………………………………………………04 III. LACTOSE…………………………………………………05 IV. CELLOBIOSE…………………………………………….06 B.POLYSACCHARIDE LOẠI 2: POLYSACCHARIDE I. POLYSACCHARIDE NGUỒN THỰC VẬT 1. TINH BỘT………………………………………………..07 2. CELLULOSE…………………………………………….26 3. HEMICELLULOSE……………………………………..30 4. PECTIN…………………………………………………...31 5. INULIN…………………………………………………....34 6. AGAR……………………………………………………..34 II. POLYSACCHARIDE NGUỒN VI SINH VẬT DEXTRAN……………………………………………….38 III. POLYSACCHARIDE NGUỒN ĐỘNG VẬT 1. GLYCOGEN……………………………………………..38 2. KITIN…………………………………………………….40 A.POLYSACCHARIDE LOẠI 1: OLIGOSACCHARIDE ☻Cấu tạo: Oligosaccharide là nhóm glucide cấu tạo bởi sự liên kết của một số ít monosaccharide (từ 2- 10 monosaccharide). ☻Tính chất vật lí: Khối lượng phân tử không lớn lắm và còn giữ được 1 số tính chất như các đường đơn giản. Oligosaccharide dễ tan trong nước và dễ kết tinh. ☻Tính chất hóa học: Khi thủy phân bằng acid hoặc enzyme tương ứng sẽ giải phóng ra các monosaccharide. I. DISACCHARIDE Disaccharide là polysaccharide có 2 gốc monosaccharide kết hợp với nhau, loại 1 phân tử H2O. 2 monosaccharide có thể giống nhau hoặc khác nhau. Liên kết giữa 2 monosaccharide là liên kết glucoside. Vì vậy, có thể coi disaccharide là một glucoside trong đó aglucon là một monosaccharide thứ 2. 1.SACCHAROSE: ☻ Trạng thái tự nhiên: Saccharose rất phổ biến trong tự nhiên, có nhiều trong đường mía, củ cải đường (dùng để sản xuất đường) và một số thực vật khác nên saccharose còn được gọi là đường mía. Trong củ cải đường và mía có chứa 20 – 25% saccharose. Trong đời sống saccharose có những tên gọi khác nhau: Đường phèn: saccharose kết tinh ở 300C ở dạng những cục lớn. Đường kính: saccharose có độ tinh khiết khá cao. Đường cát: saccharose có lẫn tạp chất màu vàng nâu. ☻ Cấu tạo hóa học: Saccharose do một phân tử a - Glucose ở dạng piranose liên kết với một phân tử b - Fructose, loại đi một phân tử H2O. Do vậy saccharose còn được gọi là a- D- Glucopiranoside (1®2) b- D- Frucofuranoside (có độ quay cực bằng +66.50) ☻ Tính chất - Ứng dụng : ● Saccharose (còn được gọi là sucrose) là tinh thể không màu, không mùi, có vị ngọt, tan nhiều trong nước, nhất là nước nóng, nóng chảy ở 1850C, tỷ trọng: 1,5879 g/cm3 ● Ở nhiệt độ cao, với xúc tác là enzyme invertase hoặc HCl, saccharose bị thủy phân tạo thành đường nghịch đảo. ● Phản ứng nghịch đảo đường như sau: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Saccharose Glucose Fructose(+66.50) (+52.50) (-92.40) Như vậy, phản ứng đã làm thay đổi góc quay cực từ phải sang trái nên gọi là đường nghịch đảo. Lợi ích của phản ứng này là : ◦ Tăng lượng chất khô 5,26%. ◦ Tăng vị ngọt. ◦ Tăng độ hòa tan của đường. ◦ Tránh hiện tượng kết tinh lại nhờ tính hòa tan cao của fructose và tính khó kết tủa của glucose. ◦ Tính hòa tan của đường chung không những có thể tăng lên nhờ thêm đường nghịch đảo mà cả khi thêm glucose hoặc siro glucose. Điều đó còn cho phép điều chỉnh độ nhớt của các dung dịch đường. Khi làm lạnh các dung dịch đường bão hòa saccharso (thu được ở nhiệt độ cao) sẽ tạo nên các dung dịch quá bão hòa của saccharose. Vận tốc kết tinh từ saccharose của các dung dịch này cũng như kích thước các tinh thể tạo thành có thể giảm đáng kể nhờ thêm vào dung dịch glucose, đường nghịch đảo, siro glucose. ● Tính chất này được ứng dụng trong kĩ nghệ mứt kẹo tạo nên các sản phẩm trong đó có saccharose dù ở nồng độ rất cao nhưng vẫn không kết tinh. 2. MALTOSE CTPT: C12H22O11 CTCT: ☻ Cấu tạo: Maltose là disaccharide chứa 2 gốc α – glucopyranose liên kết với nhau nhờ nhóm OH ở vị trí C1 và C4. Do còn một nhóm OH glucoside nên maltose có tính khử bằng một nửa của glucose. Maltose còn gọi là a - D – Glucopyranoside (1 ® 4 ) D – Glucopyranose. ☻ Tên gọi: Maltose có nhiều trong thóc nảy mầm và trong malt đại mạch, mạch nha nên còn được gọi là đường nha. ☻ Tính chất hóa học: Thủy phân maltose bằng acid hoặc enzyme maltase thu được 2 phân tử α – D – glucose. ☻ Điều chế: Maltose được sản xuất bằng cách thủy phân tinh bột bằng enzyme β – amylase, có thể thu được ở giai đoạn đầu của quá trình lên men rượu tinh bột. ☻ Ứng dụng: Maltose được ứng dụng trong công nghệ bánh kẹo tạo vị ngọt thanh, tránh hiện tượng tái kết tinh đường, tạo cấu trúc mềm dẻo cho kẹo. 3. LACTOSE CTPT: C12H22O11 CTCT: ☻ Cấu tạo: Lactose được cấu tạo từ 1 phân tử β – D – galactose và một phân tử α – D – glucose. Lactose còn được gọi là β – D – galactopyranoside (1 -> 4) D – glucopyranose. ☻ Tên gọi: Lactose có mặt trong tất cả các loại sữa nên còn được gọi là đường sữa (4 – 8%). Cơ thể hấp thu lactose nhờ enzyme lactase. Một số cá thể không có enzyme này. ☻ Tính chất vật lí: Độ ngọt của lactose chỉ bằng 1/6 độ ngọt của saccharose. Độ tan: Ở nhiệt độ thường, lactose hòa tan trong nước ít hơn saccharose 10 lần. Nhưng ở 1000C thì độ tan của nó xấp xỉ saccharose. Lactose kết tinh chậm, tinh thể cứng và có nhiều dạng tinh thể. Vitamine B2 có thể ức chế sự kết tinh lactose. . ☻ Tính chất hóa học: Trong phân tử lactose còn lại 1 nhóm OH glucoside nên tính khử của nó bằng một nửa glucose. 4. CELLOBIOSE ☻ Cấu tạo: Cellobiose chứa 1 phân tử α – D – glucose và 1 phân tử β – D – glucose liên kết với nhau nhờ các nhóm OH ở vị trí C1 và C4. Cellobiose là đơn vị cấu tạo của polysaccharide cellulose. ☻ Tính chất vật lí: Nó vẫn duy trì được tính khử vì còn chứa một nhóm OH glycoside tự do. ☻ Tính chất hóa học: Khi thủy phân cellulose nhờ enzyme cellulase sẽ thu được cellobiose. II. TRISACCHARIDE ☻ Trisaccharide là nhóm oligosaccharide chứa 3 gốc monosaccharide.Loại trisaccharide phổ biến hơn cả trong thiên nhiên là chất rafinose, có nhiều trong hạt bông và củ cải đường. ☻ Cấu tạo: Rafinose chứa 1 gốc galactose, 1 gốc glucose và 1 gốc fructose. ☻ Tính chất vật lí: Rafinose chứa nhiều ở gỉ đường, thu được khi sản xuất đường từ củ cải đường. Rafinose tinh thể không có vị ngọt, hòa tan trong nước. Rafinose kém bền đối với nhiệt hơn saccharose. ☻ Tính chất hóa học: Các monosaccharide này gắn với nhau nhờ các nhóm OH glucoside của chúng, vì vậy trong phân tử rafinose không còn nhóm OH glucosie tự do nên không còn tính khử. Khi thủy phân bằng acid trong thời gian ngắn và ở nhiệt độ không cao sẽ giải phóng fructofuranose. Tác dụng của enzyme invertase cũng cho kết quả tương tự. Phân tử disaccharide hình thành nếu tiếp tục bị thủy phân sẽ phân giải hoàn toàn thành D – galactose và D – glucose. . Sự phân giải rafinose nhờ enzyme ở các vị trí khác nhau được trình bày như sau: Galactose O glucose O frutose α – galactosidase sacarase (invertase) III.TETRASACCHARIDE: Là đường do 4 monosaccharide tạo nên, tiêu biểu là Stachyose. Stachyose là một tetrasaccharide phổ biến trong cây họ đậu và một số hạt khác khi hạt chín, nhưng khi nảy mầm thì đường này nhanh chóng mất đi. Cấu tạo: do 2 phân tử α-galactose, 1 phân tử α-glucose và 1 phân tử β-glucose kết hơp lại với nhau bằng liên kết 1,6-glucoside và liên kết 1,2-glucoside. IV.PENTASACCHARIDE: Là đường do 5 monosaccharide tạo nên.Tiêu biểu làVerbascosse. CTCT: α-D-galactose pyranose (1-6) α-D-galactose pyranose (1-6) α–D-galactose pyranose (1-6) α-D-galactose pyranose (1-6) β-D-fructose pyranose. B. POLYSACCHARIDE LOẠI 2 I. POLYSACCHARIDE NGUỒN THỰC VẬT 1. TINH BỘT: 1.1. Cấu tạo, hình dạng, kích thước: phụ thuộc vào giống cây, điều kiện trồng trọt và quá trình sinh trưởng của cây. Hàm lượng tinh bột có trong một số loại thực phẩm: Khoai mì 95% Lúa_gạo 75_80% Khoai tây 84% Đậu 60_66% Chuối 90% HÌNH DẠNG TINH BỘT KHOAI MÌ HÌNH DẠNG TINH BỘT HÌNH DẠNG TINH BỘT KHOAI TÂY HÌNH DẠNG HẠT GẠO HÌNH DẠNG TINH BỘT GẠO HÌNH DẠNG TINH BỘT GẠO HÌNH DẠNG TINH BỘT KHOAI MÌ ☻ Hình dạng: hình tròn, hình bầu dục, hình đa giác ☻ Kích thước: 2-10μm với các loại hạt nhỏ, 20-35μm với các hạt lớn. Kích thước các hạt khác nhau sẽ dẫn đến tính chất cơ lí khác nhau như nhiệt độ hồ hoá,… Hạt nhỏ có cấu trúc chặt, hạt lớn có cấu trúc xốp (Có thể dùng phương pháp lắng để phân chia một hệ thống tinh bột ra các đoạn co kích thước đồng đều để nghiên cứu) ☻ Cấu tạo: Tinh bột không là hợp chất đồng thể mà gồm 2 polysacaride khác nhau: amilose và amilopectin. Cấu tạo bên trong của hạt tinh bột khá phức tạp .Hạt tinh bột có cấu trúc lớp, trong mỗi lớp đều có lẩn lộn amilose và amilopectin sắp xếp theo phương hướng tâm. Trong đa số tinh bột, tỉ lệ giữa AM/AP xấp xỉ ¼. Ngoại lệ: đậu xanh: 75%, nếp 90%; lúa mì, bắp: AM/AP=1/3; Dong, riềng:AM/AP=1/2 Cả amilose và amilopectin đều được cấu tạo từ monosacaride: glucose (α_D_glucose) 1. Cấu tạo, tính chất của amilose: a. Cấu tạo: Phân tử lượng: 104-4.104 Mạch thẳng, cấu tạo từ monosaccharide liên kết 1_4 glucoside→còn 1 đầu khử (còn 1 đầu có nhóm _OH glucoside) Ở trạng thái keo, phân tử amilose ở dạng xoắn nhờ liên kết hiđro. Một vòng xoắn gồm 6 glucose, đường kính vòng của xoắn là 12,97.10-10m,chiều cao là 7,19.10-10m.Các nhóm hydroxyl nằm bên ngoài hình xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. b. Tính chất : _Độ hoà tan: Không hoà tan trong nước lạnh, dễ tạo dung dịch keo.Tốc độ tạo keo phụ thuộc vào thời gian, nhiệt độ, pH, nồng độAM và phương pháp hoà tan. Amilose hoà tan dễ dàng trong kiềm loãng. Điều đáng chú ý là để hoà tan amilose cần có một lượng kiềm tối ưu, nồng độ cao hơn hay thấp hơn đều làm cho AM tạo keo. Amilose thường hoà tan trong các dung môi: Cloralhydrat, formamit, acid dicloaxetic, pirolidin, đimetylsulfoxit, axetamit, etilenđiamin, piperazin, axit formic, ure. Do amilose có khối lượng phân tử lớn và có mạch thẳng nên nồng độ của nó trong các dung môi thường lớn, dẫn đến dung dịch tạo thành có độ nhớt . Dung môi tốt nhất của amilose là dimetylsulfoxit,nếu dung môi khan thì có thể hoà tan được 50% khối lượng AM có độ ẩm 7-10%.Nhưng sau đó thêm nước vào thì AM lại kết tủa . _Tính lưu biến : Trong dung dịch các phân tử amylose có khuynh hướng liên kết lại với nhau tạo ra các tinh thể. Khi sự lien hợp xảy ra với tốc độ tối thiểu thì amylose sẽ tạo ra khối không tan của các hạt đã thoái hoá, khi tốc độ liên hợp cực đại thì dung dịch chuyển thành thể keo. Amylose đã thoái hoá không hoà tan trong nước lạnh, nhưng có khả năng hấp thụ nước lớn. Một số amylose có thể hấp thụ một lượng nước gấp 4 lần trọng lượng của chúng. Nếu để amylose trong lượng nước ít hơn 4 lần thì nước sẽ được hấp thu hoàn toàn còn amylose sẽ tạo ra thể keo xúc tiến. Ở nhiệt độ thường keo amylose là một khối trắng đục không thuận nghịch, không thấy có hiện tượng co. Nghiên cứu amylose dưới kính hiển vi, người ta thấy chúng có cấu trúc hạt rõ rệt, chúng tỏ có tính không tan của tiểu tinh thể. Như vậy sự khác nhau giữa tạo keo và thoái hoá chỉ là về mức độ định hướng. Độ bền của keo amylose do nồng độ và thời gian quyết định. Khi khô keo trở nên cứng, giòn và không thể quay lại trang thái ban đầu trong nước. Xác định độ nhớt của dung dịch amylose với nước thường khó, vì amylose sẽ không bền khi ở nhiệt độ được dung để đo độ nhớt. Độ nhớt của amylose phụ thuộc vào nồng độ amylose, nồng độ kiềm. Độ nhớt đạt cực tiểu khi dung dịch kiềm ở nồng độ 1N. _Phản ứng với iod: I2 hấp thu vào giữa vòng xoắn cho dung dịch có màu xanh đặc trưng. Màu thay đổi theo độ dài mạch. _Khả năng tạo phức: Amilose còn có khả năng tạo phức với rất nhiều các hợp chất hữu cơ có cực cũng như không cực khác nhau: +các rượu no (như izoamylic, butylic, izopropylic) +các rượu vòng, các phenol +các ceton thấp phân tử +các acid béo dãy thấp cũng như axit béo dãy cao (stearic, oleic,…) +các ester mạch thẳng và mạch vòng +các hyđrocacbon thẳng và vòng +Các dẫn xuất benzene có nhóm andehyd +các nitropirafin,v.v.. Các chất tạo phức cũng chiếm vị trí giữa vòng xoắn tương tự như iod Các phức chất không bị tan trong nước, bị kết tủa hoặc kết tinh khi để yên dung dịch Phức của vitamin A với amilose thường bền và ít bị oxi hoá. Do đó , người ta thường bảo vệ vitamin A trong thuốc cũng như trong thức ăn bằng cách cho nó tạo phức với amilose. 2. Cấu tạo, tính chất amilopectin: a. Cấu tạo : Phân tử lượng: khoảng 5.108 Mạch thẳng, phân nhánh, liên kết 1_4 glucoside (thẳng), 1_6 (nhánh) Còn duy nhất 1 nhóm _OH glucoside →còn tính khử b. Tính chất : Nhiệt độ hồ hoá cao hơn so với amilose và dung dịch có độ nhớt cao hơn Khi phản ứng của amilopectin với lectin (phản ứng đặc trưng): Lectin liên kết với gốc α_D_glucopiranozil nằm ở đầu cuối không khử của amilopectin thì sẽ làm cho AP kết tủa tách ra khỏi dung dịch .Liên kết giữa lectin với các gốc monosaccharide chủ yếu là liên kết hyđro. Phản ứng cho màu tím đỏ của amilopectin với iod xảy ra do kết quả của sự hình thành nên các chất hấp phụ . AMILOPECTIN ☻Khả năng hấp thụ của hạt tinh bột: _Khả năng hút ẩm : Độ ẩm tương đối của không khí là 73%thì khả năng hút ẩm của tinh bột là 10,33% Độ ẩm tương đối của không khí là 100%thì khả năng hút ẩm là 20,93%. _Khả năng hấp thụ các chất điện li hữu cơ: Tinh bột hấp thụ xanh metylen rất tốt.Tuy nhiên sự hấp thụ của tinh bột còn phụ thuộc vào cấu tạo bên trong của hạt và khả năng trương của chúng. Khả năng hấp thụ của tinh bột còn phụ thuộc vào các cation được liên kết với tinh bột .Các cation có ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ xanh metylen của tinh bột được phân bố theo dãy sau đây: Na+ >Mg2+>Ba2+>Ca2+ _Khả năng hấp thụ muối: Khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây lớn hơn của lúa mì và ngô (do độ xốp của tinh bột khoai tây tạo điều kiện cho các ion xâm nhập vào trong hạt dễ dàng hơn do đó cân bằng hấp thụ đạt được nhanh chóng hơn) Nhiệt độ tăng thì khả năng hấp thụ của tinh bột khoai tây bị giảm xuống,còn ở tinh bột lúa mì thì khả năng hấp thụ lại tăng lên đến một nhiệt độ nhất định. _ Các ion chứa trong tinh bột khi xử lí tinh bột bằng các chất điện ly khác nhau có thể thay thế bằng những ion khác. Để thu được tinh bột có chứa các cation nhất định người ta phải xử lý sơ bộ tinh bột bằng acid để thay thế các cation liên kết với tinh bột bằng ion hydro, sau đó lại xử lý bằng dung dịch muối tương ứng thì sẽ thay thế ion hydro bằng ion mong muốn. 1.2.Tính chất chức năng của tinh bột : Căn cứ vào kiểu tương tác, có thể phân loại các tính chất chức năng của tinh bột thành các nhóm sau: _các tính chất phụ thuộc tương tác giữa tinh bột và nước _các tính chất phụ thuộc tương tác giữa các phân tử tinh bột với nhau _các tính chất phụ thuộc tương tác giữa phân tử tinh bột với phân tử các chất khác Tính chất thuỷ nhiệt và sự hồ hoá của tinh bột : Khi hoà tan tinh bột vào nước, tạo lớp vỏ nước làm cho lien kết trong phân tử tinh bột bị yếu đi, các phân tử tinh bột bị xê dịch và bị trương lên Sự xâm nhập các phân tử nước đến một lúc nào đó sẽ làm bung các phân tử tinh bột thì hệ thống chuyển thành dung dịch. Để tinh bột đạt đén trạng thái hoà tan này còn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ Sự phá huỷ hạt co thể xem như giới hạn tự nhiên giũa hai trạng thái khác nhau của tinh bột: tinh bột ban đầu với các mức hydrat hoá hoá khác nhau và dung dịch keo của tinh bột Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hoá khá nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt hồ hoá. Các hạt tinh bột có kích thước lớn sẽ dễ bị hồ hoá hơn. Ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên, sau đó qua một cực đại rồi giảm xuống. Nhiệt độ hồ hoá cũng phụ thuộc vào thành phần amilose và amilopectin. Amilose sắp xếp thành chùm song song đựơc định hướng chặt chẽ hơn. Amilopectin vốn có xu hướng cuốn lại thành hình cầu, có cấu trúc khó cho nước đi qua. Các ion được liên kết với tinh bột cũng sẽ ảnh hưởng đến độ bền của các liên kết hydro giữa các yếu tố cấu trúc bên trong của hạt. Khi giữa thành phần của các chuỗi có chứa những ion mang điện tích cùng dấu thì sẽ đẩy nhau do đó làm lung lay cấu trúc bên trong của hạt kết quả là làm thay đổi nhiệt độ hồ hoá. Tinh bột Nhiệt độ ban đầu,0C Nhiệt độ trung bình,0C Nhiệt độ cuối,0C Ngô Ngô nếp Ngô giàu Am (55%) Thóc Lúa mì Sắn Khoai tây 62 63 67 68 59,5 52 58 66 68 80 74,5 62,5 59 62 70 72 Một số hạt ở 1000C vẫn chưa bị phá hủy 78 64 64 66 Các muối vô cơ ở nồng độ thấp sẽ phá hủy liên kết hydro nên làm tăng độ hoà tan của tinh bột, ngược lại nồng độ muối cao sẽ làm giảm sự hydrat hoá phân tử tinh bột và làm kết tủa chúng. Sự hồ hoá tinh bột cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường kiềm.Vì kiềm làm ion hoá từng phần do đó làm cho sự hidrat hoá phân tử tinh bột tốt hơn. Các chất không điện li như đường, rượu cũng có ảnh hưởng đến nhiệt độ hồ hoá và làm cho nhiệt độ hồ hoá tăng lên. Anh hưởng của dung dịch 20% các đường khác nhau đến nhiệt độ hồ hoá theo trật tự sau: Saccaroza>glucose>socboza>maltoza. Với rượu thì có trật tự sau: Glyxerin>izopropanol>etanol>propanol. Độ trong của hồ Tinh bột đã hồ hoá thường có độ trong suốt nhất định và độ trong này có ý nghĩa về giá trị cảm quan của sản phẩm thực phẩm có chứa tinh bột. Tinh bột của nếp, củ cho hồ trong suốt hơn tinh bột của hạt tẻ Đường thường tăng đáng kể độ trong suốt của hồ tinh bột con các chất nhũ hoá thì gây đục. Các chất hoạt động bề mặt như sodium laurilsulphate dễ tạo phức với amylase và có tác dụng làm tăng độ trong của hồ. 2. Tính chất nhớt dẻo của hồ tinh bột: Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau (liên kết hydro) làm cho phân tử tinh bột có khả năng tập hợp và giữ được nhiều phân tử nước khiến dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn, do đó các phân tử di chuyển khó khăn hơn.Tính chất này thể hiện rõ ở tinh bột nếp (do chứa nhiều amylopectin). Cá yếu tố chính ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch tinh bột là đường kính biểu kiến của tinh bột hay các hạt tinh bột. Đường kính này lại phụ thuộc vào các yếu tố sau: _Khối lượng kích thước, thể tích cấu trúc cũng như sự bất đối xứng của phân tử tinh bột _Tương tác của phân tử tinh bột với nước gây ảnh hưởng đến độ trương, độ hoà tan và các cầu hidrat hoá bao quanh phân tử _Tương tác giữa các phân tử tinh bột với nhau quyết định kích thước của tập hợp. Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, Ca2+, tác nhân oxy hóa, các hoá chất phá huỷ cầu hydrat đều làm cho tương tác giữa các phân tử tinh bột thay đổi và làm cho độ nhớt thay đổi Độ nhớt của tinh bột tăng lên trong môi trường kiềm vì kiềm gây ion hoá các phân tử tinh bột khiến chúng hydrat hoá tốt hơn Muối ở nồng độ cao cho vào thực phẩm chứa tinh bột sẽ làm tăng độ nhớt vì khi đó muối sẽ chiếm lấy các phân tử nước. Một số phụ gia như: đường (saccarose ở nồng độ tối ưu 5%), acid béo làm tăng giá trị cực đại của độ nhớt. Các chất hoạt động bề mặt làm tăng nhiệt độ để hồ có độ nhớt cực đại: trong thực phẩm, người ta thường sử dụng chất hoạt động bề mặt để làm chất nhũ hoá,chất tạo bọt. Ngoài ra chúng cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự tạo keo trong các sản phẩm có chứa tinh bột. 3. Khả năng tạo gel và thoái hoá 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 ba chiều. Các yêu cầu để có thể tạo được một gel tinh bột: _Dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa phải. _Được hồ hoá để chuyển tinh bột thành dạng hoà tan. _Để nguội trạng thái yên tĩnh để tạo gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Khác với gel protein, trong gel tinh bột chỉ có duy nhất các liên kết hydro tham gia. Liên kết hydro tham gia nối trực tiếp các mạch tinh bột hoặc gián tiếp qua các cầu phân tử nước. Tinh bột cũng có khả năng đồng tạo gel với protein. Nhờ tương tác này mà khả năng giữ nước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein tốt hơn.Tính chất này có ứng dụng quan trọng trong các sản phẩm như giò lụa. Vì tinh bột chứa cả amilose và amilopectin nên trong gel tinh bột có cả vùng vô định hình và vùng kết tinh.Tham gia vào vùng kết dính có các phân tử amilose và các đoạn mạch ngắn của amilopectin ngắn kết dính nhau.Cấu trúc nhiều nhánh của amilopectin sẻ cản trở sự dàn phẳng và sự kết tinh.Vùng kết tinh vừa nằm trong các hạt đã trương vừa nằm trong dung dịch sẽ tạo độ bên và độ đàn hồi cho gel; con phần đại phân tử amilose và amilopectin nối vào phần kết tinh nhưng nằm trong phần vô định hình sẽ tạo cho gel một áp suất nhất định để không bị phá huỷ . Tinh bột nếp có hàm lượng amilopectin cao thường khó tạo gel ở nồng độ thấp, tuy nhiên nồng độ tinh bột 30% thì cũng tạo gel được. Gel của tinh bột giàu amilose thường cứng và đàn hồi kém. Sự thoái hoá của gel tinh bột: Khi để một thời gian gian dài, các gel tinh bột sẽ co lại và tách nước. Hiện tượng này gọi là sự thoái hoá. Quá trình này sẽ được tăng cường khi để lạnh đông và sau đó làm tan đá .Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự hình thành các cầu hydro giứa các phân tử tinh bột. Amilose có cấu trúc mạch thẳng nên khả năng định hướng và tập hợp lại dễ dàng hơn amilopectin, vì thế nói chung, hiện tượng thoái hoá thường lien quan đến thành phần amilose của tinh bột .Quá trình thoái hoá gồm các giai đoạn sau đây: đầu tiên các mạch được uốn thẳng lại sau đó lớp vỏ hidrat bị mất đi, các mạch sẽ định hướng song song với nhau các cầu hidro dược hình thành giữa các nhóm OH của tinh bột Tốc độ thoái hoá sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và đạt cực đại ở pH=7. Tốc độ thoái hoá sẽ giảm cả khi pH nhỏ hơn hay lớn hơn 7. Amilose là thành phần chủ yếu gây thoái hoá nhưng không khắc phục được, trong khi đó thoái hoá do amilopectin có thể khắc phục được khi nóng từ 50_60oC. Sự thoái hoá thường kèm theo hiện tượng tách nước và đặc lại của sản phẩm dạng nữa lỏng và làm sản phẩm cứng như bánh mì. 1.3.Khả năng tạo hình của tinh bột: 1.Khả năng tạo màng: Để tạo màng các phân tử thinh bột tạo dàn pgẳng ,sắp xếp lại và tương tác trực tiếp với nhau nhờ lien kết hidro hoặc gián tiếp thong qua các cầu phân tử nước . Tính chất này được ứng dụng để sản xuất bánh tráng ,bánh cuốn ,bánh phở .. từ tinh bột Các giai đoạn trong quá trình tạo màng Cho tinh bột phân tán trong nước đến một nồng độ nhất định. Hồ hoá sơ bộ để tạo ra mộy độ nhớt nhất định Khuấy kỹ và rót dịch tinh bột một lớp mỏng lên mặt kim loại phẳng và nhẵn đã được gia nhiệt thích hợp (có thể phết một ít parafin để trơ hoái bề mặt kim loại ,tránh cho màng hỏi bị dính sau khi khô) Cơ chế của việc tạo màng Giai doạn 1: nước bốc hơi từ bề mặt tự do của chất lỏng (trong trường hợp này, áp suất hơi bão hoà là trở ngại duy nhất) Giai đoạn 2: nồng độ tinh bột tăng lên và các hạt tinh bột dịch lại gần lại nhau, phân tán sắp xếp thành lớp dơn hạt, một lớp gel tạo trên bề mặt màng (nước phải thắng trở lực của lớp gel này) Giai đoạn 3: Nước nằm giữa các hạt (nước solvate hoá liên kết bền với tinh bột) bắt đầu bốc hơi .Lúc này nước đã thắng các trở lực của màng .Các hạt tiếp xúc nhiều hơn và bắt đầu biến dạng, có sự co bề mặt . Giai đoạn 4: Các hạt bắt đầu thể hiện lực cố kết, tạo nên cáctính chất cơ lí của màng Giai đoạn 5: Màng được tạo thành do kết quả của sự bốc hơi nước .Thay đổi nhiệt độ điều chỉnh tốc độ bốc hơi nước, thay đổi nồng độ tinh bột, độ nhớt dung dịch sẽ thu được màng có tính chất khác nhau . Nồng độ tinh bột nhỏ dẩn đến sự hidrat hoá cao, sự bốc hơi nước nhanh và màng càng co ngót, có độ bền cao nhưng ứng suất nội lớn. Màng tinh bột thu được thường giòn và dễ rách là do khi tạo màng có sự giảm dần thể tích tinh bột do sự bốc hơi nước. Khi màng co ngót, do bề mặt bản kim loại không có khả năng thay đổi kích thước của mình nên sẽ làm xuất hiện các ứng suất nội. Nếu ứng suất này lớn hơn độ bền cấu trúc màng dã hình thành tại thời điểm đó thì sự co ngót làm rách màng. Khắc phục hiện tượng trên bằng cách tăng nhiệt độ tạo màng để tăng chuyển động nhiệt của các hạt phá vỡ các cấu trúc cục bộ; hoặc thêm các chất hoá dẻo để tăng khoảng cách giữa các phân tử, giảm lực Vander Wall để giảm ứng suất nội tăng độ bền và đàn hồi của màng vừa được tạo thành . 2.Khả năng tạo sợi: Ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như miến Các bước tạo miến Cho dung dịch tinh bột đi qua một bản có đục lỗ với bán kính thích hợp. Các phân tử tinh bột sẽ tự định hướng, kéo căng ra và sắp xếp song song với nhau theo phướng trọng lực. Nhúng các sợi vừa kéo căng đi ra từ khuôn vào bể đựng nước nóng để định hình (nhờ tác dụng của nhiệt), sau đó là qua bể nước lạnh để tăng sự lien hợp giữa các sợi (do tạo ra nhiều cầu hidro giữa các phân tử).Nhiệt độ lạnh còn tạo ra sự kết tinh từng phần làm tăng độ bền cơ học và sự gắn bó giữa các sợi với nhau. Gia nhiệt để khử nước, tăng lực cố kết và độ cứng của sợi. Độ dai và độ bền đút của toàn sợi chịu tác động của lực tương tác giữa các phân tử và nội lực phân tử .Liên kết giữa các phân tử lại phụ thuộc vào chiều dài của mạch. Tinh bột đậu xanh chứa >50% amilose, mạch amilose dài nên lực tương tác giữa các phân tử lớn, các chuổi khó bị đứt, sơi miến chắc và dai. Amilopectin ngắn hơn và phân nhánh do đó lực tương tác giữa các phân tử yếu hơn, các mạch ngắn dễ chập lại với nhau tạo khuyết tật của bó sợi tinh bột nên sợi tinh bột dễ bị rão và đứt. Chính vì thế mà người ta dung tinh bột của đậu hay tinh bột của dong riềng làm miếng để tạo độ bền và dai hơn so với các tinh bột khác . 3.Khả năng phồng nở của tinh bột: Khi chiên, rán tinh bột với dầu béo, dầu béo có xu hướng tụ tập lại với nhau do tương tác kị nước và có khả năng xuyên thấm qua các vật liệu như tinh bột, cellulose…Khi gia nhiệt, tinh bột bị hồ hoá và chín. Các không khí bên trong tinh bột giãn nở và không thể nào thoát ra ngoài được do tinh bột bị tẩm béo, dẫn đến sự phồng nở của khối tinh bột. Tinh bột của nếp do chứa nhiều amilopectin nên có câu trúc bền, chặt; không khí càng khó thoát ra bên ngoài, do đó, độ phồng của tinh bột càng cao. Tinh bột oxy hoá có các phân tử tích điện trái ngược nhau nên đẩy nhau, do đó có khả năng phồng nở cao. Ứng dụng tính chất này để sản xuất bánh phồng tôm và xôi chiên. 1.4.Biến tính tinh bột: Ứng dụng của tinh bột biến tính Tinh bột Ứng dụng Tinh bột bắp xốp (giàu amilopectin) Salad,thực phẩm đóng hộp tiệt trùng và đông lạnh ,xúp ,bánh snack Tinh bột hồ hoá trước Bánh nướng ,bánh nhân ngọt ,phủ salad , pudding Tinh bột thuỷ phân nhẹ bằng axit Màng bảo vệ thực phẩm Tinh bột bắp sáp liên kết ngang Nhân bánh ,nước sốt ,trái cây đóng hộp hoặc tiệt trùng ,phủ salad ,pudding,xúp , thực phẩm cho trẻ em Tinh bột hiđroxypropyl ete Trái cây đóng hộp hoặc tiệt trùng Tinh bột cacboxymetyl ete Chất làm bền nhũ tương Este của tinh bột với axit axetic Trái cây đóng hộp hoặc tiệt trùng ,thực phấm cho trẻ em Este của tinh bột với axit sucinicvà axit adipic Trái cây đóng hộp hoặc tiệt trùng ,các vi hạt để bảo vệ mùi Este của tinh bột với axit sulfuric Chất làm đặc và làm bền nhũ tương , điều trị những chỗ loét 1.Biến tính bằng phương pháp vật lí : Phá huỷ tinh bột bằng các lực cơ học Khi các hạt tinh bột ẩm (với hàm ẩm khác nhau) được nghiền (hay chịu tác dụng của một áp suất), tỷ lệ vô định hình trong cấu trúc tinh thể của hạt được tăng lên, kết quả là khả năng phân tán và trương nở trong nước lạnh cũng tăng lên. Nhiệt độ hồ hoá tinh bột loại này giảm 5_10oC, hạt tinh bột bị thuỷ phân nhanh hơn do tăng khả năng xâm nhập các enzim thuỷ phân qua các rãnh vô định hình. Trong bột bánh làm từ tinh bột loại này, nước được hấp thu nhanh và nhiều hơn, tỷ lệ amilose phân huỷ nhiều hơn. Tinh bột ép đùn Trong qúa trình ép đùn, cấu trúc xoắn kép double helix của amiloza (cụ thể là khoảng cách giữa các chuổi) có sự thay đổi. Tinh bột ép đùn tan tốt, dễ phân tán, có độ nhớt thấp so với tinh bột bình thường . Sự phân huỷ một phần mạch amilose cho thấy sự thay đổi về mặt hoá học cho thay vẫn có sự thay ở nhiệt độ cao của quá trình ép đùn (từ 185_200oC). Sản phẩm tạo ra có maltose, isomaltose, gentibiose, sophorose và 1,6 _anhydroglucopyranose. Dextrin Đun nóng tinh bột (có độ ẩm thấp hơn 15%) tới nhiệt độ 100_200oC khi có một lượng nhỏ chất xúc tác là acid (hoặc kiềm) sẽ tạo ra các dextrin. Khi tinh bột được gia nhiệt từ 95_120oC trong điều kiện axit phù hợp, ta thu được dextrin trắng.Trong khoảng nhiệt độ từ 150_180oC ta thu được dextrin màu vàng nhạt British Gum Tinh bột 170-1950C 95-1200C 150-1800C Dextrin vàng Dextrin trắng So với tinh bột, dextrin tan tốt hơn trong nước cho dung dịch có độ nhớt và độ dính cao. Trong công nghiệp, dextrin được sản xuất bằng cách phun acid (0,05-0,15%) vào tinh bột ẩm, sau đó, dextrin hoá trong thiết bị trộn có gia nhiệt bằng hơi. Dextrin được ứng dụng trong công nghiệp keo dán, nhuộm…Trong công nghiệp thực phẩm, dextrin được dung như chất kết dính trong đồ ngọt, chất thay thế chất béo. Tinh bột hồ hoá trước Huyền phù tinh bột được hồ hoá, sau đó được sấy khô.Trong quá trình này các liên kết sẽ bị cắt đứt một phần. Tinh bột loại này có khả năng trương nhanh trong nước lạnh, bền ở nhiệt độ thấp, có độ đặc và giữ nước mà không cần gia nhiệt. Nó được sử dụng để giữ và bảo vệ chất béo khỏi bị oxy hoá trong súp khô, giữ ẩm trong sản phẩm thịt, sử dụng trong sản xuất kem và trong sản phẩm ăn liền. 2. Biến tính bằng phương pháp hoá học: Biến tính nhẹ bằng acid Thuỷ phân nhẹ tinh bột bằng acid tạo ra một sản phẩm ít tan trong nước lạnh, bền ở nhiệt độ thấp nhưng tan tốt trong nước nóng có độ nhớt và hiện tượng thoái hoá thấp Tinh bột loại được dùng tạo độ đặc và màng bảo vệ. Ngoài ra còn được ứng dụng trong công nghệ dệt, công nghiệp giấy… Tinh bột ete Khi huyền phù tinh bột nồng độ 30-40% phản ứng với etylen ocid hay propylene ocid trong môi trường kiềm sẽ tạo ra dẫn xuất hydroxyl etyl hay hydroxyl propyl R-OH + R’ OH- R O CH2 CHR’ O Ph11-13 OH (R’=H; CH3) Việc đưa các nhóm hydroxyalkyl (thường kèm theo một lượng nhỏ các liên kết chéo) sẽ cải thiện đáng kể khả năng trương nở và hoà tan, hạ thấp nhiệt độ hồ hoá, cải thiện độ bền khi đông lạnh_rã đông, làm tăng độ trong của pate tinh bột có độ nhớt cao.Nhờ các tính chất này mà sản phẩm tinh bột ete được sử dụng như chất tạo độ đặc trong các loại sản phẩm lạnh đông và các sản phẩm đồ hộp cần tiệt trùng nhiệt. Phản ứng của tinh bột với monochloroacetic acid sẽ tạo ra tinh bột carboxymethyl: OH_ R_OH + ClCH2COO_ R_O_CH2_COO_ Loại tinh bột này có khả năng trương nở rất tốt trong nước lạnh và etanol. Dung dịch phân tán 1-3% tinh bột carboxymethyl có cấu trúc giống sáp (hay thuốc mỡ), còn phân tán 3-4% tinh bột loại này sẽ tạo ra cấu trúc gel. Đây là một chất tạo gel và tạo độ đặc rất tốt. Tinh bột ester Tinh bột monophosphate ester được sản xuất bằng cách đun nóng tinh bột với alkaline orthophosphate hay alkaline tripolyphosphate ở 120-1750C. Tương tự, tinh bột cũng có thể phản ứng với các acid hữu cơ như acid acetic, acid béo mạch dài (6-26 carbon), acid succinic, acid citric, muối hay các dẫn xuất của chúng. Tinh bột loại này có độ nhớt cao, đặc tính làm đặc tốt, paste tinh bột có độ trong cao. Ngoài ra tinh bột ester cũng có tính chất lạnh đông tan giá tốt.Chúng được sử dụng rộng rãi làm chất tạo độ đặc và chất ổn định trong các loại nước sốt (như tương ớt), bột xúp, bánh pudding, thực phẩm đông lạnh, margarine và các loại đồ hộp tiệt trùng nhiệt. Do khả năng tạo được màng trong suốt và đàn hồi nên tinh bột loại này được dung để làm lớp phủ bảo vệ trái cây sấy, giữ mùi hay tạo viên nang mềm (encapsulation). Tinh bột liên kết ngang Tinh bột liên kết ngang được tạo ra khi cho tinh bột liên kết với các tác nhân đa chức năng như sodium trimetaphosphat, phosphorus oxiclorid, epiclorohydrin, hay hỗn hợp của anhydric acetic và dicarbonxilic acid Đối với liên kết ngang, số liên kết ngang tỉ lệ thuận với nhiệt độ hồ hoá và tỉ lệ nghịch với khả năng trương nở. Loại tinh bột này bền rất cao với khoảng pH rộng và dưới tác động của lực cơ học. Do đó được ứng dụng làm bột dinh dưỡng cho trẻ em (bền khi khuấy và đun nóng ), làm nhân quả trong bánh (duy trì độ sệt khi làm lạnh ,không bị phá huỷ ở nhiệt độ cao và khuấy trộn, gel tạo ra trong suốt ...) Các liên kết ngang tinh bột cũng có thể tạo ra qua các cấu acid boric (cầu B). Tinh bột loại này bền, dai, cứng và giòn hơn tinh bột thông thường. Với mức độ khâu thấp, được sử dụng để ổn định độ nhớt của hồ tinh bột nóng do khả năng làm đặc lại tốt.Với mức độ khâu cao,tinh bột không bị trương lên khi gia nhiệt, được dung trong sản xuất găng tay phẫu thuật và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Tinh bột oxi hoá Quá trình oxi hoá tinh bột và thuỷ phân sẽ xảy ra khi xử lí huyền phù tinh bột với HClO (hypoclorid) hay NaClO ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hồ hoá. Trong qú trình phản ứmg kích thước của tinh bột có thay đổi chút ít, chiều dài của mạch ngắn đi do thuỷ phân, tạo ra sản phẩm có chứa nhóm chức carbonyl và carboxyl với tỉ lệ 1 nhóm carboxyl/25_50 gốc glucose. Tinh bột oxi hoá có màu trắng, nhiệt độ hồ hóa thấp, độ nhớt tăng chậm, gel tinh bột có độ trong cao và xu hướng thoái hoá giảm. Tinh bột biến tính loại này được sử dụng trong sản xuất giấy và để hồ sợi trong công nghiệp dệt. Trong công nghệ thực phẩm, nó được dung như chất làm đặc có độ nhớt thấp trong xốp salad và mayonnaise. 3. Biến tính bằng enzyme: Amylase là một trong những hệ enzyme quan trong nhất trong ngành công nghệ sinh học hiện nay do có những ứng dụng hết sức rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm,công nghệ lên men,công nghiệp dệt và công nghiệp giấy. Amylase đầu tiên được sản xuất ở qui mô công nghiệp năm 1894, nó có nguồn gốc từ nấm mốc và được sử dụng như một loại dược phẩm để chữa bệnh về tiêu hoá. Ngày nay các amylase vi sinh vật đã thay thế thành công acid trong công nghiệp thuỷ phân tinh bột. Amylase cũng được sử dụng rộng rãi để đương hoá tinh bột trong sản xuất rượu bia. Các enzyme có độ tinh sạch cao và những tinh chất phù hợp có triển vọng to lớn trong công nghiệp dược phẩm và công nghiệp hoá chất tinh khiết. Các amylase tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột Endo-α-1,4 Glucanase α-amylase α-1,4 _ Exomalto glucanase hexahydrolase _ Exomalto- Exo-α-1,4 pentahydrolase Glucanase _ Exomalto- Enzym tetrahydrolase thuỷ _β-amylase phân _ Glucoamylase tinh bột _ α-Amyloglucosidase Endo –α-1,6 Pullulanase α-1,6 glucanase Isoamylase glucanase Exo-α-1,6 Glucanase Exopullulanase Các giai đoạn chính trong quá trình sản xuất các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột gồm hồ hoá dịch hoá tinh bột bằng α-amylase, đường hoá tinh bột bằng β-amylase, glucoamylase và các enzyme tạo oligosaccharide, isomer hoá bằng glucoisomerase (để chuyển glucose thành fructose). Các loại đường ngọt này được ứng dụng trong nhiều sản phẩm thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo, kem, thức ăn trẻ em, trái cây đóng hộp, làm chất bảo quản… Các sản phẩm đường ngọt từ tinh bột có nhiều ứng dụng bao gồm đường glucose tinh thể hoặc dung dịch (D-glucose), xi-rô giàu fructose hoặc fructose tinh thể, xi-rô glucose và manltose, maltodextrin và xyclodextrin. 2. CELLULOSE: Cellulose là polysaccharide chủ yếu của thành tế bào thực vật. Trong bông nó chiếm trên 90%, còn trong gỗ nó chiếm trên 50% . Khi đun sôi trong acid sunfuric đặc , cellulose sẽ chuyển thành glucose còn khi thủy phân trong điều kiện nhẹ nhàng sẽ tạo thành disacaride cellulobiose . Các đơn vị cấu tạo cellulose gắn với nhau bằng liên kết glucozide .phân tử cellulose chứa từ 1400 đến 10000 gốc glucose. Phân tử lượng của cellulose thu được từ các nguồn khác nhau xê dịch trong giới hạn khá rộng rãi ( từ 5.105 tới 106 hoặc cao hơn nữa ) . CELLULOSE Dùng phương pháp phân tích tia rơnghen, người ta chứng minh phân tử cellulose có dạng sợi. Các dạng sợi của cellulose gắn với nhau bằng liên kết hidro tạo nên cấu trúc mixen của cellulose. Trong phân tử của cellulose có chứa nhiều nhóm hydroxyl tồn tại dưới dạng tự do, hydro của chúng dễ dàng bị thay thế bởi các nhóm thế hóa học, ví dụ như gốc methyl (-CH3) hoặc gốc acetyl (-CH3CO) hình thành nên dẫn xuất eter hoặc ester của cellulose, mặt khác người ta còn biết nhiều dẫn xuất của cellulose có ý nghĩa rất quan trọng trong ngành công nhiệp . Ví dụ: các dẫn xuất nitrocellulose, acetylcellulose trong kỹ nghệ chế tạo sợi nhân tạo , da nhân tạo ,chất nổ, chất dẻo. Trong thời gian gần đây các dẫn xuất của cellulose như cacbocimethylcellulose, diethylaminoethylcellulose được dùng có hiệu quả trong các phương pháp sắc ký trao đổi ion để phân chia hỗn hợp protein. Trong cacbocimethylcellulose của một số nhóm hydroxyl của cellulose được thay thế bằng gốc –OCH2COOH còn trong dẫn xuất diethylaminothylcellulose một số nhóm hydroxyl của cellulose được thay thế bằng gốc –O-CH2CH2N(C2H 5)2. Cellulose không có ý nghĩa về mặt dinh dưỡng của người vì không tiêu hóa được ống tiêu hóa. Động vật nhai lại có thể tiêu hóa dễ dàng cellulose, vì trong ruột của chúng có chứa nhiều vi khuẩn có khả năng tiết ra enzyme cellulase là enzim thủy phân cellulose. 3.HEMICELLULOSE ☻ Tính chất vật lí: Hemicellulose là nhóm polysaccharide có tính chất đặc biệt là không hòa tan được trong nước mà chỉ tan trong dung dịch kiềm. ☻ Tính chất hóa học: Khi thủy phân hemicellulose sẽ thu được các monosaccharide thuộc nhóm hexose như mannose, galactose; nhóm pentose như arabinose, xilose. ☻ Tên gọi: Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà nó sẽ có những tên tương ứng như mannan, galactan, và pentozan (araban hoặc xilan). ☻ Tồn tại: ● Hemicellulose cũng là thành phần của thành tế bào thực vật và tồn tại chủ yếu ở các phần như vỏ hạt, bẹ ngô, cám, rơm rạ, trấu. ● Các polysaccharide như mannan, galactan, araban và xilan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v… 4. PECTIN: Pectin là polysaccharide có nhiều ở quả, củ hoặc thân cây.Trong thực vật, pectin tồn tại dưới 2 dạng: Dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào dưới dạng kết hợp với polysaccharide araban. Dạng hòa tan của pectin tồn tại chủ yếu ở dịch tế bào. Dưới tác dụng của acid, của enzym protopectinase hoặc khi đun sôi, protopectin chuyển sang dạng pectin hòa tan. Đặc tính quan trọng của pectin là khi có mặt acid và đường, nó có khả năng tạo thành chất gel, vì vậy nó được ứng dụng phổ biến trong kĩ nghệ sản xuất mứt kẹo. Để tạo thành chất gel, pectin có thể thêm đường saccharose tới tỉ lệ 65 - 70% (bão hòa đường) và tạo môi trường có pH khoảng 3,1 - 3,5 nhờ các acid hữu cơ như acid citric. Pectin lấy từ các nguồn khác nhau sẽ khác nhau về khả năng tạo gel và khác nhau ít nhiều về số các nhóm thế CH3O- trong phân tử. Pectin hòa tan là polysaccharide cấu tạo bởi các gốc acid galacturonic, trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế CH3O-. Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng rãi. Ví dụ từ nguồn táo, mận đã thu được pectin có phân tử lượng từ 25000-35000, trong khi đó pectin lấy từ cam lại có phân tử lượng đạt tới 50000. Tên gọi pectin dùng để chỉ các chuỗi polygalacturonic methyl hóa 100%. Tên gọi acid pectinic để chỉ chất được methyl hóa thấp hơn 100%. Tên gọi acid pectic để chỉ acid galacturonic hoàn toàn không chứa nhóm methoxy CH3O-. Trong thực tiễn thì tên pectin dùng để chỉ cả acid pectinic và pectin. Tỉ lệ methyl hóa được biểu hiện bằng chỉ số methoxy. Sự methyl hóa hoàn toàn tương ứng với chỉ số methoxy bằng 16,3%; còn các pectin tách ra từ thực vật thường có chỉ số methoxy từ 10-12%. Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic. Theo một vài dẫn liệu cho thấy một số nhóm hydroxyl có thể bị acetyl hóa. Trong thực vật các pectin thường liên kết với cellulose ở vách tế bào dưới dạng phức hợp chưa biết rõ. Pectin hòa tan khi bị tác dụng của chất kiềm loãng hoặc enzyme pectase, giải phóng nhóm methoxy dưới dạng rượu methylic và polysaccharide còn lại khi đó gọi là acid pectic tự do, nghĩa là acid polygalacturonic. Acid pectic có thể tạo nên dạng muối canxi pectat, chất này chuyển thành dạng kết tủa dễ dàng, do đó được dùng để định lượng các chất pectin. Dưới dạng acid pectic tự do, nó mất khả năng tạo gel khi có đường như trong trường hợp của pectin hòa tan ban đầu. Vì vậy để duy trì khả năng tạo gel của pectin hòa tan cần chú ý tránh môi trường kiềm hoặc tác dụng thủy phân của enzym pectase. Các chất pectin giữ vai trò quan trọng trong quá trình chín của quả . Khi quả đang phát triển, protopectin phân tán ở thành tế bào và chiếm tỉ lệ khá cao, tới lúc quả bắt đầu chín, protopectin biến dần sang dạng pectin hòa tan dưới tác dụng của các acid hữu cơ và enzyme protopectinase trong quả. Trong khi bảo quản quả cũng nhận thấy sự giảm dần lượng protopectin và tăng dần pectin hòa tan. Tính chất tạo gel và ý nghĩa đối với kỹ thuật thực phẩm: Khả năng tạo gel của pectin phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: chiều dài của chuỗi pectin và mức độ methyl hóa. Chiều dài phân tử quyết định độ cứng của gel. Nếu phân tử pectin có chiều dài quá thấp thì nó sẽ không tạo được gel mặc dù sử dụng liều lượng cao. Các pectin (và acid pectinic) đều là những keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ gắn các phân tứ nước vào các nhóm hydroxyl của chuỗi polymehtylgalacturonic. Ngoài ra, trong các phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, làm giãn mạch và tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho các sợi pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau, tạo nên mạng lưới 3 chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. Tùy thuộc vào chỉ số methoxy cao (>7%) hay thấp (3-5%) ở phân tử pectin mà các kiểu kết hợp của chúng sẽ khác nhau trong việc tạo gel. Khi pectin có chỉ số methoxy cao (mứt quả nghiền, nước quả đông) mức dộ hydrat hóa có thể giảm thấp nhờ thêm đường; còn độ tích điện sẽ giảm đi nhờ thêm ion H+ hoặc đôi khi chính nhờ độ acid của quả chế biến. Trong trường hợp này, liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Kiểu liên kết này không bền, do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo, do tính di động của các phân tử trong khối gel, loại gel này khác biệt với gel thạch hoặc gelatin. Khi chỉ số methoxy của pectin thấp, cũng có nghĩa là tỷ lệ các nhóm –COO- cao, các liên kết giữa những phân tử pectin sẽ là liên kết ion qua các ion hóa trị II, đặc biệt là Ca2+. Có thể tạo gel khi dùng lượng Canxi dưới 0,1%, miễn là chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ nhất định. Khi đó gel vẫn được hình thành ngay cả khi không thêm đường và acid. Ý nghĩa thực tế của các pectin có chỉ số methoxy thấp là nó cho phép chế tạo mứt quả dông, sữa đông mà không cần thêm đường, hoặc tạo được thịt đông có độ cứng bền ngay ở khí hậu nhiệt đới (khác với đông gelatin). Gel pectin có chỉ số methoxy thấp thường có tính chất đàn hồi giống như gel agar-agar. Sự chế tạo gel pectin-đường-acid: Để sản xuất loại gel này người ta dùng pectin có chỉ số methoxy cao lấy từ nguồn quả dùng làm mứt, nước đông quả và mứt quả nghiền. Ngoài yếu tố chiều dài của phân tử pectin trong nguyên liệu, cần phải xét tới nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gel được tạo thành. Khi dùng một nguyên liệu có chứa 1loại pectin nhất định thì các yếu tố như lượng pectin, lượng đường và pH môi trường góp phần tạo nên 1 cân bằng mà thiếu thì gel sẽ không hình thành. Đối với các loại gel nghèo pectin, gel chỉ được tạo nên ở pH acid cao và lượng đường cuối cùng phải khá lớn. Ngược lại, đối với quả có hàm lượng pectin cao thì giới hạn pH cũng như hàm lượng đường đưa vào có thể biến đổi trong 1 giới hạn rộng mà vẫn cho phép tạo được gel. Nói chung không thể tạo được gel nếu lượng đường đưa vào thấp hơn 50% và pH cao hơn 4,5 - 5,0. Còn về hàm lượng pectin, người ta nhận thấy cần dùng khoảng 0,5% loại pectin co khả năng tạo gel tương ứng với chỉ số 130, để tạo được độ cứng thỏa mãn ở nồng dộ 65% của đường. Ngoài ra cần duy trì độ pH thấp để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose (30-50% đường thêm vào pectin) để ngăn cản sự kết tinh của đường. Cũng không nên dùng quá nhiều acid, vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo lượng lớn saccharose, từ đó gây kết tinh glucose nhanh tạo nên các vón cục, thường dùng pH 3 - 3,5. Khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ thu được gel quá cứng. Vì vậy đối với các loại quả chứa dư pectin, người ta cần tiến hành phân giải bớt chúng bằng cách đun lâu hơn. Ngoài ra cũng cần chú ý tới lượng đường cuối cùng tồn tại trong sản phẩm thu được. Đó là glucose và fructose của chính quả cũng như được sinh ra từ sự thủy phân 1 phần saccharose thêm vào, cuối cùng là saccharose. Trong hỗn hợp chế phẩm, không loại đường nào được phép vượt quá giới hạn hòa tan của chúng. Tuy nhiên cũng cần duy trì lượng đường thích hợp phụ thuộc vào từng gel cụ thể. Hiện nay việc nghiên cứu pectin đã đạt được nhiều tiến bộ, nên người ta có xu hướng thay thế bớt lượng quả nguyên liệu bằng bột pectin thương phẩm và tăng độ acid, nhờ thêm acid citric hoặc acid lactic. Điều chế pectin: Nguyên liệu quan trọng nhất để chế tạo pectin là vỏ cam quýt và bã táo. Các phụ phẩm này được sấy khô bảo quản để sử dụng suốt năm. Trong các loại quả họ cam quýt thì chanh và bưởi được ưa thích hơn cam. Lượng pectin ở vỏ cam quýt chiếm từ 20 – 50% trọng lượng khô, còn ở bã táo từ 10 – 20%. Trong thực tế người ta biểu thị khả năng tạo gel của các loại pectin bằng các chỉ số hay bậc tạo gel. Với 1g bã táo khô, bậc tạo gel ứng với 25 – 35, còn với cùng lượng vỏ cam quýt khô thì bậc tạo gel tạo ra ít nhất là 6 lần cao hơn bậc tạo gel của bã táo khô. Vỏ cam quýt đã được trích ly tinh dầu được rửa sạch, cắt nhỏ rồi rửa nước ấm (50 -600C) để loại bỏ các glucoside còn sót lại. Sau đó đưa nhiệt độ lên tới 95 – 980C để làm mất hoạt của enzyme phân giải pectin. Nước dùng trong sản xuất pectin phải chứa ít khoáng, nhất là Ca và Mg hay tốt hơn là vô khoáng. Cần đun nóng vừa phải và nhanh để không phân giải pectin. Sau đó là giai đoạn chiết rút pectin bằng cách đun nóng trong nước chứa acid (clohidric, sunfuaric hoặc sunfurơ). Thông thường người ta dùng lượng nước gấp 3 lần lượng vỏ khô, pH 1,3 – 1,4, nhiệt độ 90 – 1000C và thời gian đun khoảng 1 giờ. Hỗn hợp thu được sẽ được ép bằng máy ép thủy lực, sau đó dung dịch pectin được làm lạnh và lắng gạn. Một ít tạp chất như tinh bột và protein lẫn với pectin sẽ được loại bỏ nhờ các enzyme phân giải protein. Việc xử lý này được thực hiện ở pH 4,5 ( điều chỉnh bằng dung dịch Na2CO3) và ở nhiệt độ 40 – 500C. Khi đã loại bỏ hết tinh bột (kiểm tra bằng iot), điều chỉnh pH dung dịch tới 3 bằng cách thêm acid citric rồi đưa nhiệt độ lên 800C để làm mất hoạt tính enzyme. Dung dịch có thể được làm mất màu nhờ anhidric sunfurơ, rồi cho lọc ép, thu dung dịch pectin trong suốt. Cô đặc dung dịch, rồi kết tủa pectin bằng ethanol (hoặc iso propanol) hoặc bằng nhôm sunfat. 5.INULIN Inulin là loại polysaccharide tan trong nước, khi thêm rượu vào dung dịch trong nước sẽ kết tủa được inulin. Inulin cấu tạo bởi D – frutose nên còn được gọi là fructan. Inulin có nhiều ở củ mẫu đơn, rễ cải đắng và 1 số cây họ hòa thảo. Ở các thực vật này, inulin thay thế cho tinh bột. Phân tử lượng của inulin biến đổi từ 5000 – 6000. Trong phân tử inulin, các gốc fructose liên kết với nhau nhờ liên kết 2 -> 1. Số gốc fructose trong 1 phân tử inulin là 34. Phần tận cùng của phân tử là gốc disaccharide saccharose. 6.AGAR ☻Khái quát và cấu tạo của agar Agar hay thạch là sulphate polysaccharide được tách ra bằng nước sôi từ các loài tảo đỏ (Gelidum sp, Gracilarta). Galactan sulphate tuyến tính chứa ít nhất 2 cấu tử: agarose và agaropectin, chúng có thể dễ dàng tách riêng ra sau khi acethyl hóa. Agarose: do α – D – galactopiranose và 3,6 – alhydro – α – L – galactopiranose luân phiên tạo nên bằng liên kiết α – 1,4 và α – 1,3. AGAR Khi thủy phân nhẹ bằng acid thì được agarobiose (I), còn khi thủy phân bằng enzyme thì được neogarobiose (II). Cấu trúc của agarose vừa tích điện vừa trung hòa điện. Trong phân tử có chứa nhóm sulphate, methoxyl, carboxyl. Hàm lượng sulphate trong agar được coi là chỉ số độ sạch của agar. Chỉ số này càng thấp thì chất lượng càng cao. Thường trong agarose có 0.04% sulphate. Agaropectin: do gốc D – galactose 2 – sulphate và D – galactose – 2,6 – disulphate tạo nên. Trong agaropectin có chứa khoảng 6% sulphate. ☻Tính chất của agar: Dung dịch agar sẽ đông lại khi làm nguội đến 40 – 500C và nóng chảy khi nhiệt độ gần 80 – 850C. Gel agar có tính thuận nghịch nhiệt và đàn hồi (cũng như những gel polysaccharide khác, liên kết chủ yếu tham gia vào tạo gel là liên kết hydro). Kích thước lỗ gel sẽ khác nhau, phụ thuộc vào nồng độ agar, nồng độ agar càng cao thì bán kính lỗ càng nhỏ. Lỗ gel càng lớn thì hiệu quả rây lọc càng bé. Khi làm khô gel sẽ tạo ra 1 màng trong suốt, bền cơ học và có thể bảo quản lâu dài mà không bị hỏng. Agar có chứa 1 số gốc điện tích âm (sulphate và carboxyl) nên gel agar cũng có một số tính chất trao đổi ion, tuy nhiên thấp, vì nồng độ agar thường chỉ là 1%. Do đó dùng agarose tốt hơn agar (ít sulphate). ☻Ứng dụng: Agar đôi khi được dùng để thay thế pectin trong sản xuất mứt đông của quả hoặc rau và thay thế gelatin trong một số sản phẩm từ thịt hoặc cá. Agar được dùng làm môi trường rắn nuôi cấy vi sinh vật. AGARPLATES AGAR PLATE AGARPLATE REDBLOODCELLS AN AGAR PLATE BEING VIEWED IN AN ELECTRONIC COLONY COUNTER II. POLYSACCHARIDE NGUỒN VI SINH VẬT Dextran là một loại polysaccharide điển hình từ nguồn vi sinh vật. Nó là một loại polyglucoside được tổng hợp bởi một số vi khuẩn loài Leuconostoc khi nuôi cấy trên môi trường chứa đường sacarose. Cấu trúc của dextran bao gồm các gốc D-glucopiranose gắn với nhau bằng liên kết 1,6( ngoài các nhánh liên kết 1-6 còn cả các gốc liên kết bằng kiểu 1-4 hoặc 1-3) Dextran hòa tan được trong nước.Phân tử lượng khoảng 106 Tùy theo các chủng vi sinh vật tổng hợp dextran, có thể thu được các dextran khác nhau Ứng dụng : Dextran là nguyên liệu để tổng hợp các loai nhựa sephadex có ứng dụng rất tốt trong phòng thí nghiệm đê lọc phân tử Ngoài ra một số sản phẩm thủy phân của dextran có phân tư lượng từ 7.104-9.104 còn được dùng làm chât thay thế huyết thanh máu rất có hiệu qủa. III. POLYSARIDE NGUỒN ĐỘNG VẬT 1.GLICOGEN Glicogen là polysaccharide dự trữ của cơ thể người và động vật.Vì vậy ta coi nó là polysaccharide đặc trưng của động vật hay tinh bột động vật.Hàm lượng glicogen trong gan đạt trên 10%,ở cơ tới 2%.Nó phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng của động vật, khi cơ thể bị đói hoặc cơ ở trạng thái mệt mỏi, lượng glicogen giảm rất mạnh. Ngoài ra, người ta còn phát hiện ra glicogen ở các nguồn khác như nấm mốc, nấm men và ở một vài loại hạt ngô A LIVER CELL Ứng dụng:Có vai trò quan trọng trong chuyển hóa glucoxit ở cơ thể động vật và nấm men khi lên men rượu Cấu tạo:Glicogen gần giống amilopectin của tinh bột, nhưng mức độ phân nhánh nhiều hơn amilopectin.Trong phân tử glicogen, cũng có các kiểu liên kết 1-4, 1-6 kiểu thứ hai nhiều hơn so với ở phân tử amilopectin. Phân tử lựơng của glicogen xê dịch trong giới hạn khá lớn và có thể đạt tới 4.106 tưong ứng với số gốc glucose khoảng 24000 Tính chất hóa học: Khi cho tác dụng với iod sẽ cho màu đỏ tím hoặc đỏ nâu giống màu của amilopectin với iod Khi thủy phân bằng acid hoặc bằng enzime, glicogen chuyển thành α-D-glucose. GLYCOGEN STRUCTURE 2.KITIN Kitin là thành phần chủ yếu của mô biểu bì ở côn trùng và giáp xác Cấu tạo:Kitin gần giống với xellulose và cũng có chức năng tương tụ.Đơn vị cấu tạo cơ bản của kitin là N-axetyl-β-D-glucozamin kết hợp với nhau nhờ liên kết β-1,4-glucoside Tính chất hóa học: Acid, kiềm loãng và các dung môi hữu cơ khác đều không có khả năng hòa tan, Kitin khó tan trong nước. Khi kitin được đun trong dung dịch đậm đặc của một số muối nó có thể bị hòa tan Hợp chất khi xử lí kitin bằng kiềm và đun nóng được gọi là kitozan.Trong hợp chất này, một số nhóm axetyl được giải phóng. Polysaccharide là 1 đề tài không còn xa lạ gì đối với sinh viên thực phẩm vì đây là một đề tài rất quan trọng. Nó là một trong những kiến thức tiền đề cơ bản nhất cho tất cả sinh viên, đặc biệt là sinh viên thực phẩm trong quá trình học tập cũng như khi đi làm việc, công tác. Hy vọng tài liệu này đã khái quát những vấn đề căn bản nhất về polysaccharide để làm tư liệu cho mỗi chúng ta khi cần đến. Xin chân thành cảm ơn.