Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ

  • Số trang: 65 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC ---------- NGUYỄN HỒNG GIANG TRÀ THỊ NGỌC KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT CỦA MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU HẠT VÀ CỦ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CỬ NHÂN HÓA DƯỢC Cần Thơ, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA HỌC ---------- NGUYỄN HỒNG GIANG TRÀ THỊ NGỌC KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT CỦA MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU HẠT VÀ CỦ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CỬ NHÂN HÓA DƯỢC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS. LÊ THANH PHƯỚC Cần Thơ, 2014 LỜI CẢM ƠN  Trong suốt gần 4 năm học tại trường Đại học Cần Thơ, với sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô, đặc biệt là sự tâm huyết hết lòng giảng dạy của các thầy cô thuộc khoa Khoa học Tự Nhiên, những người đã truyền đạt cho chúng em rất nhiều kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm cuộc sống, những kỹ năng nghề nghiệp quý báu, đã giúp chúng em xây dựng nền tảng, hành trang để vững bước trên con đường tương lai sự nghiệp sau này. Nhân đây, chúng em xin gửi đến quý thầy cô lời cảm ơn sâu sắc nhất. Trước hết, chúng em bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất đến thầy Lê Thanh Phước đã luôn động viên tinh thần và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Công Thành và các anh chị trong PTN Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn chúng em trong quá trình thực hiện luận văn. Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đã tận tình chỉ dạy giúp chúng em có thêm kiến thức trong thời gian học tập và thực hiện luận văn. Chúng em cũng xin cảm ơn tất cả các bạn lớp Hóa Dược K37 và các anh chị cao học đã luôn động viên và nhiệt tình giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian qua. Cuối cùng chúng con xin gửi lời biết ơn đến gia đình đã luôn ủng hộ, động viên và chăm lo cho chúng con về vật chất lẫn tinh thần. Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Hồng Giang Trà Thị Ngọc i Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Khoa Khoa Học Tự Nhiên Bộ Môn Hóa Học Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước 2. Đề tài: Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ. 3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Giang Trà Thị Ngọc MSSV: 2112012 MSSV: 2112056 Lớp: Hóa Dược – Khóa: 37 4. Nội dung nhận xét: a) Nhận xét về hình thức của LVTN: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):  Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có): .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. d) Kết luận, đề nghị và điểm: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014 Cán bộ hướng dẫn TS. Lê Thanh Phước ii Trường Đại Học Cần Thơ Khoa Khoa Học Tự Nhiên Bộ Môn Hóa Học Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1. Cán bộ phản biện: …………………………………………………………… 2. Đề tài: Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ. 3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Giang Trà Thị Ngọc MSSV: 2112012 MSSV: 2112056 Lớp: Hóa Dược – Khóa: 37 4. Nội dung nhận xét: a) Nhận xét về hình thức của LVTN: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):  Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài: .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................  Những vấn đề còn hạn chế: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có): .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. d) Kết luận, đề nghị và điểm: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014 Cán bộ phản biện iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN Năm học 2014 – 2015 ĐỀ TÀI KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN TINH BỘT CỦA MỘT SỐ LOẠI NGUYÊN LIỆU HẠT VÀ CỦ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn về các nghiên cứu trước đây, các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác. Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014 Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện TS. Lê Thanh Phước Nguyễn Hồng Giang Trà Thị Ngọc iv TÓM TẮT Đề tài "Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ" thực hiện khảo sát sự thủy phân tinh bột trong một số loại hạt như Bạch quả, Mít, Nhãn và một số loại củ như khoai Môn, khoai Từ, khoai Mỡ nhằm mục đích tìm ra nguồn tinh bột mới phù hợp cho những người bệnh đái tháo đường sử dụng. Và có tiềm năng thay thế tinh bột Gạo trong khẩu phần ăn hằng ngày của người bệnh đái tháo đường giúp luợng đuờng trong máu họ được ổn định và duy trì ở mức có lợi cho sức khỏe. Nội dung đề tài trình bày phương pháp tách tinh bột trong các loại hạt Nhãn, hạt Mít, hạt Bạch quả; và các loại khoai Môn, khoai Từ, khoai Mỡ bằng phương pháp thủ công. Đồng thời xác định hàm lượng amylose của các loại tinh bột trên bằng phản ứng tạo phức với iodine và đo UV-Vis. Sau đó tiến hành khảo sát quá trình thủy phân tinh bột được tách ra bằng enzyme α-amylase ở 37ºC, pH 7,0 trong thời gian 180 phút và so sánh với quá trình thủy phân của tinh bột Gạo. Kết quả nghiên cứu được là: Hiệu suất tách tinh bột hạt Bạch quả là cao nhất (36,30%) và thấp nhất là khoai Từ (18,10%). Hàm lượng amylose trong tinh bột hạt Nhãn, hạt Bạch quả, hạt Mít, khoai Môn, khoai Từ và khoai Mỡ lần lượt là 32,68%, 34,91%, 33,70%, 18,86%, 23,06% và 38,54%. Kết quả khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của các loại nguyên liệu được so sánh với tinh bột Gạo cho thấy: tinh bột hạt Bạch quả, hạt Mít, khoai Từ và khoai Mỡ có tốc độ thủy phân chậm hơn so với tinh bột Gạo, lượng tinh bột bị thủy phân sau 180 phút tương ứng là 31,90%, 31,03%, 29,63%, 29,90% và 41,40%; lượng tinh bột hạt Nhãn bị thủy phân sau 180 phút là 39,15% gần bằng với tinh bột Gạo và tinh bột khoai Môn có tốc độ thủy phân chậm hơn tinh bột Gạo trong 120 phút đầu nhưng sau 180 phút thì lượng tinh bột bị thủy phân là 47,15% nhiều hơn so với tinh bột Gạo. Từ khóa: tinh bột, đái tháo đường, thủy phân tinh bột, α-amylase, hạt Nhãn, hạt Bạch quả, hạt Mít, khoai Môn, khoai Từ, khoai Mỡ, hàm lượng amylose, UV-Vis. v MỤC LỤC Trang TÓM TẮT ................................................................................................. v MỤC LỤC ............................................................................................... vi DANH SÁCH BẢNG ............................................................................ viii DANH SÁCH HÌNH ............................................................................... ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................. xi CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU........................................................................ 1 1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................... 2 1.3 Nội dung nghiên cứu ....................................................................... 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................... 3 2.1 Sơ lược về bệnh đái tháo đường ..................................................... 3 2.2 Tinh bột ........................................................................................... 4 2.2.1 Sơ lược về tinh bột ................................................................... 4 2.2.2 Hình dáng, kích thước và cấu trúc của hạt tinh bột ................. 4 2.2.3 Thành phần hóa học của tinh bột ............................................. 5 2.2.4 Các phản ứng hóa học tiêu biểu của tinh bột ........................... 7 2.3 Enzyme amylase ............................................................................. 7 2.3.1 Enzyme α-amylase ................................................................... 7 2.3.2 Enzyme γ-amylase ................................................................. 10 2.4 Sự tiêu hóa carbohydrate .............................................................. 11 2.5 Chỉ số đường huyết (Glycemic index) .......................................... 12 2.6 Sơ lược về các loại nguyên liệu .................................................... 13 2.6.1 Bạch quả................................................................................. 13 2.6.2 Mít .......................................................................................... 14 2.6.3 Nhãn ....................................................................................... 15 2.6.4 Khoai Môn ............................................................................. 16 2.6.5 Khoai Mỡ ............................................................................... 18 vi 2.6.6 Khoai Từ ................................................................................ 20 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 22 3.1 Địa điểm, thời gian và phương tiện .............................................. 22 3.1.1 Địa điểm ................................................................................. 22 3.1.2 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ................................................. 22 3.1.3 Nguyên liệu ............................................................................ 23 3.1.4 Sơ lược về máy đo quang phổ hấp thu UV-Vis ..................... 23 3.2 Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 24 3.2.1 Quy trình tách tinh bột từ nguyên liệu bằng phương pháp thủ công.......................................................................................................... 25 3.2.2 Xác định hàm lượng amylose trong tinh bột ......................... 27 3.2.3 Phân tích đường khử bằng phương pháp DNS ...................... 28 3.2.4 Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột theo thời gian............. 30 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................... 32 4.1 Hiệu suất tách tinh bột .................................................................. 32 4.2 Xác định hàm lượng amylose trong tinh bột ................................ 33 4.2.1 Đường chuẩn amylose ........................................................... 33 4.2.2 Hàm lượng amylose trong tinh bột của các loại nguyên liệu 34 4.3 Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột theo thời gian .................... 35 4.3.1 Xây dựng đường chuẩn glucose............................................. 35 4.3.2 Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột .................................... 36 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................... 47 5.1 Kết luận ......................................................................................... 47 5.2 Kiến nghị ....................................................................................... 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 48 PHỤ LỤC ............................................................................................... 50 vii DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 2.1 Thành phần hóa học của hạt Mít ............................................. 15 Bảng 2.2 Thành phần hóa học của hạt Nhãn .......................................... 16 Bảng 2.3 Thành phần hóa học của khoai Môn ....................................... 18 Bảng 2.4 Thành phần hóa học của khoai Mỡ ......................................... 19 Bảng 2.5 Thành phần hóa học của khoai Từ .......................................... 21 Bảng 3.1 Xây dựng đường chuẩn glucose. ............................................. 30 Bảng 4.1 Hiệu suất tách TB .................................................................... 32 Bảng 4.2 Hàm lượng amylose trong TB của các loại nguyên liệu ......... 34 Bảng 4.3 Độ hấp thu của dãy chuẩn glucose với thuốc thử DNS ........... 35 Bảng 4.4 Kết quả thủy phân của TB Gạo ............................................... 37 Bảng 4.5 Kết quả thủy phân TB hạt Nhãn .............................................. 38 Bảng 4.6 Kết quả thủy phân TB hạt Bạch quả........................................ 39 Bảng 4.7 Kết quả thủy phân TB hạt Mít ................................................. 40 Bảng 4.8 Kết quả thủy phân TB khoai Môn ........................................... 42 Bảng 4.9 Kết quả thủy phân của TB khoai Từ ....................................... 43 Bảng 4.10 Kết quả thủy phân của TB khoai Mỡ .................................... 44 viii DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 2.1 Cấu trúc phân tử amylose ................................................................... 5 Hình 2.2 Cấu trúc phân tử amylopectin ............................................................. 6 Hình 2.3 Hạt Bạch quả..................................................................................... 13 Hình 2.4 Hạt Mít .............................................................................................. 14 Hình 2.5 Quả Nhãn .......................................................................................... 15 Hình 2.6 Củ khoai Môn ................................................................................... 17 Hình 2.7 Củ khoai Mỡ ..................................................................................... 18 Hình 2.8 Củ khoai Từ ...................................................................................... 20 Hình 3.1 Một số thiết bị được sử dụng ............................................................ 22 Hình 3.2 Máy quang phổ hấp thu UV-Vis....................................................... 24 Hình 3.3 Quy trình tách TB bằng phương pháp thủ công ............................... 25 Hình 3.4 Phản ứng tạo màu của đường khử và thuốc thử DNS ...................... 28 Hình 3.5 Quy trình thực hiện phản ứng lên màu với thuốc thử DNS.............. 29 Hình 4.1 TB tách ra từ các loại nguyên liệu .................................................... 33 Hình 4.2 Đường chuẩn amylose ...................................................................... 33 Hình 4.3 Các mẫu TB sau khi thực hiện phản ứng tạo phức với iodine ......... 34 Hình 4.4 Dãy chuẩn glucose đã thực hiện phản ứng lên màu với thuốc thử DNS ................................................................................................................. 35 Hình 4.5 Đường chuẩn glucose ....................................................................... 36 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB Gạo theo thời gian ........... 37 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB hạt Nhãn theo thời gian ... 38 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB hạt Bạch quả theo thời gian ......................................................................................................................... 39 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB hạt Mít theo thời gian ...... 40 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB các loại hạt và TB Gạo theo thời gian ................................................................................................... 41 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB khoai Môn theo thời gian ......................................................................................................................... 42 ix Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB khoai Từ theo thời gian . 43 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB khoai Mỡ theo thời gian 44 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn quá trình thủy phân TB các loại củ và TB Gạo theo thời gian ........................................................................................................... 45 x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐTĐ Đái tháo đường TB Tinh bột DNS 3,5-Dinitrosalicylic acid GI Glycemic Index UV-Vis Ultraviolet-Visible WHO World Health Organiztion rpm revolutions per minute ppm parts per million xi Chương 1. Giới thiệu CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) là bệnh phổ biến ở các nước phát triển và cả các nước đang phát triển. Cùng với bệnh ung thư và tim mạch, ĐTĐ là một trong ba bệnh có tỷ lệ gia tăng nhanh nhất trên thế giới. ĐTĐ có tỉ lệ tử vong cao nhất trong các bệnh nội tiết do có nhiều biến chứng nguy hiểm gây ra các rối loạn về chuyển hóa, điển hình là tăng glucose huyết do thiếu hụt insulin tuyệt đối hoặc tương đối hay do không đáp ứng insulin. Bệnh thường kèm theo các biến chứng cấp tính gây tử vong hoặc các biến chứng lâu dài như các bệnh lý về tim mạch, mắt, thận, thần kinh, hoại tử,… Hiện nay vẫn chưa có thuốc chữa trị hoàn toàn. Mục tiêu vàng điều trị cho bệnh nhân ĐTĐ là phải kiểm soát, duy trì nồng độ glucose máu ở mức bình thường, trong đó có việc hạn chế tăng glucose máu sau ăn, kiểm soát nồng độ glucose máu lúc đói, HbAlc và Insulin. Việc kiểm soát tốt glucose máu sau ăn trên bệnh nhân ĐTĐ sẽ góp phần giảm rối loạn chuyển hóa đường đồng thời giảm các biến chứng mạch máu lớn và mạch máu nhỏ do tăng glucose máu. Có thể kiểm soát lượng glucose máu sau ăn của bệnh nhân ĐTĐ bằng các biện pháp vận động, giảm cân, thay đổi chế độ ăn uống, sử dụng thuốc,… Tuy nhiên thuốc để điều trị ĐTĐ thường có giá thành cao và có nhiều tác dụng phụ không mong muốn. Vậy nên thay đổi chế độ ăn uống là liệu pháp cơ bản nhất trong việc kiểm soát lượng glucose máu sau ăn, do đó việc tìm ra nguồn tinh bột (TB) mới thích hợp cho người bệnh ĐTĐ là điều vô cùng cần thiết. Nước ta là một nước Nông nghiệp, có nguồn lương thực thực phẩm phong phú. Trong đó có những nguyên liệu chứa TB vẫn còn được xem là phụ phẩm như hạt Nhãn, hạt Mít,… và các loại củ như khoai Môn, khoai Từ, khoai Mỡ vẫn chưa được sử dụng một cách hiệu quả. Vì vậy đề tài “Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ” được nghiên cứu với mong muốn bước đầu tìm ra những loại TB có tiềm năng sử dụng cho người bệnh ĐTĐ từ các loại hạt và củ trên. 1 Chương 1. Giới thiệu 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài “Khảo sát quá trình thủy phân tinh bột của một số loại nguyên liệu hạt và củ” mong muốn đạt được các mục tiêu sau: - Tách được TB trong các loại nguyên liệu hạt và củ. Xác định được hàm lượng amylose trong TB của các loại nguyên liệu. Khảo sát quá trình thủy phân của các loại TB trong cùng điều kiện. 1.3 Nội dung nghiên cứu Tách TB từ các hạt: Nhãn, Bạch quả, Mít và các loại củ: khoai Môn, khoai Từ, khoai Mỡ. Xác định hàm lượng amylose trong TB được tách ra từ các loại nguyên liệu trên. Khảo sát quá trình thủy phân TB Gạo. Khảo sát quá trình thủy phân TB của các loại hạt. Khảo sát quá trình thủy phân TB của các loại củ. 2 Chương 2. Tổng quan tài liệu CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về bệnh đái tháo đường[1-2] Bệnh đái tháo đường là một bệnh mãn tính, có yếu tố di truyền, xảy ra khi mức độ glucose trong máu quá cao cùng các rối loạn về chuyển hóa đường, đạm, mỡ, khoáng chất do hậu quả từ tình trạng thiếu insulin tuyệt đối hay tương đối. Mức độ glucose trong máu bình thường được điều hòa bởi nội tiết tố insulin sản xuất bởi tuyến tụy. Ở những người bị bệnh ĐTĐ, tuyến tụy không sản xuất đủ insulin hoặc cơ thể kháng insulin. Theo phân loại của WHO năm 1999 thì bệnh ĐTĐ có những loại sau: - Bệnh ĐTĐ loại 1: còn được gọi là bệnh ĐTĐ phụ thuộc insulin. Do quá trình tự kháng insulin trong các tế bào của các tiểu đảo ở tụy dẫn đến tế bào β tuyến tụy bị phá hủy, gây nên sự thiếu hụt insulin tuyệt đối cho cơ thể. ĐTĐ loại 1 chiếm tỷ lệ khoảng 5-10% bệnh ĐTĐ trên thế giới. - Bệnh ĐTĐ loại 2: còn được gọi là bệnh ĐTĐ không phụ thuộc insulin. Do kháng insulin ở cơ quan đích kèm theo suy giảm chức năng tế bào β tuyến tụy. ĐTĐ loại 2 chiếm tỷ lệ khoảng 90% ĐTĐ trên thế giới. - ĐTĐ thai kỳ: được định nghĩa như một rối loạn dung nạp glucose, được chẩn đoán lần đầu tiên trong lúc mang thai. ĐTĐ thai kỳ chiếm 3-5% số phụ nữ mang thai. Mục tiêu chính của điều trị bệnh ĐTĐ là làm giảm lượng glucose huyết cao xuống mức bình thường nhằm cải thiện các triệu chứng của bệnh ĐTĐ và ngăn ngừa hay trì hoãn các biến chứng của bệnh. Có nhiều biện pháp để điều trị bệnh ĐTĐ như là liệu pháp ăn uống, vận động đúng cách, sử dụng thuốc hay insulin,… Trong đó, liệu pháp ăn uống là phương pháp trị liệu cơ bản nhất, dựa trên các nguyên tắc là tiêu thụ năng lượng trong phạm vi thích hợp; giữ được sự cân bằng về dinh dưỡng, bổ sung năng lượng và vitamin; tránh ăn quá độ và thất thường. Một trong số các phương pháp đó là sử dụng nguồn TB thích hợp cũng góp phần ổn định đường huyết của người bị bệnh ĐTĐ. Nguồn TB có khả năng thủy phân chậm sẽ làm đường huyết tăng từ từ, do đó nhóm TB này sẽ tốt hơn cho bệnh nhân ĐTĐ. 3 Chương 2. Tổng quan tài liệu 2.2 Tinh bột 2.2.1 Sơ lược về tinh bột[3-5] Tinh bột là một chất rắn màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước lạnh và cồn. Trong nước nóng hạt TB sẽ ngậm nước, phồng lên tạo dung dịch keo hay còn gọi là hồ TB. Trong tự nhiên, TB là hợp chất hữu cơ rất phổ biến và dồi dào, chỉ đứng sau cellulose. Người ta tìm thấy TB trong cây xanh, rễ, cành, hạt và củ. TB được hình thành từ những hạt nhỏ, trong suốt quá trình trưởng thành và lớn lên của cây. Trong thời kì “ngủ” và nảy mầm, TB là chất dự trữ năng lượng cho cây. Trong thực vật, TB thường có mặt dưới dạng không hòa tan trong nước nên có thể tích tụ một lượng lớn nước trong tế bào mà không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Do đó, có thể thu được TB từ nhiều nguồn phong phú trong tự nhiên. TB đại diện cho 60-90% tổng sản lượng các loại lương thực như ngô, các loại khoai, lúa mì, củ mì, sắn dây, gạo, đậu,… ở một số quả như chuối, táo,… TB có vai trò dinh dưỡng đặc biệt lớn vì trong quá trình tiêu hóa chúng bị thủy phân thành đường glucose là chất tạo nên nguồn năng lượng chính của thực phẩm cho con người. TB giữ vai trò quan trọng trong công nghiệp thực phẩm do những tính chất hóa lý của chúng. TB thường được dùng làm chất tạo độ nhớt sánh cho thực phẩm dạng lỏng, là tác nhân làm bền cho thực phẩm dạng keo, là các yếu tố kết dính và làm đặc, tạo độ cứng và độ đàn hồi cho nhiều thực phẩm. Trong công nghiệp, ứng dụng TB để xử lý nước thải, tạo màng bao kỵ nước trong sản xuất thuốc nổ nhũ tương, thành phần kết dính trong công nghệ sơn. Các tính chất “sẵn có” của TB có thể thay đổi nếu chúng bị biến tính (hóa học hoặc sinh học) để thu được những tính chất mới. 2.2.2 Hình dáng, kích thước và cấu trúc của hạt tinh bột[3, 5-6] TB dự trữ trong cây dưới dạng hạt. Hạt TB của tất cả các hệ thống có dạng hình tròn, hình bầu dục hay hình đa giác. Ngay cả trên cùng loại nguyên liệu, hình dáng và kích thước hạt TB cũng không giống nhau. Kích thước của các hạt TB khác nhau cũng ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của TB như nhiệt độ hồ hóa, khả năng hấp phụ xanh methylen,… Hạt nhỏ có cấu tạo chặt, hạt lớn có cấu tạo xốp. Cấu tạo bên trong hạt TB khá phức tạp. Tuy nhiên, sau tất cả những nghiên cứu đều cho thấy TB của mọi nguồn khác nhau đều có cấu tạo từ 4 Chương 2. Tổng quan tài liệu amylose và amylopectin. Cả hai cấu tử này đều được cấu tạo từ α-D-glucose, các gốc glucose trong chuỗi kép liên kết với nhau qua liên kết α-1,4-glycoside. Amylopectin có cấu trúc phân nhánh, ở điểm phân nhánh là liên kết α-1,6-glycoside. Nhờ phương pháp hiển vi điện tử và nhiễu xạ tia X người ta thấy các chuỗi polyglucoside của amylose và amylopectin tạo thành xoắn ốc với 6 gốc glucose một vòng. 2.2.3 Thành phần hóa học của tinh bột[3-6] TB không phải là một hợp chất đồng thể mà gồm 2 polysaccharide khác nhau là: amylose và amylopectin. Trong những nguyên liệu khác nhau thì hàm lượng amylose và amylopectin cũng khác nhau. Thường tỉ lệ amylose và amylopectin của các TB là 1:4. Trong TB gạo nếp gần như 100% là amylopectin. Trong TB đậu xanh, dong, riềng hàm lượng amylose chiếm trên dưới 50%. 2.2.3.1 Cấu tạo và tính chất của amylose Amylose là một polymer mạch thẳng được tạo thành từ các đơn vị α-D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glycoside, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucose. Trọng lượng phân tử của amylose khoảng 105 đến 106. Hình 2.1 Cấu trúc phân tử amylose Trong hạt TB hoặc trong dung dịch ở trạng thái thoái hóa, amylose thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amylose mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucose. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 Å, chiều cao của vòng xoắn là 7,91 Å. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucose được bố trí ở ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Amylose thu được bằng phương pháp công nghiệp thường là sản phẩm thoái hóa nên không hòa tan. Amylose mới tách ra từ TB (bằng cách tạo phức với n-butanol) ở dạng bột xốp khô, có thể hòa tan dễ dàng trong nước nóng đến nồng độ 15%. Amylose cũng có thể dễ dàng hòa tan trong dung dịch kiềm loãng, tại nồng độ kiềm tối ưu. Ngoài ra, một số dung môi khác cũng hòa tan được amylose là chloralhydrate, dichloroacetic acid, formic acid, urea,… trong 5 Chương 2. Tổng quan tài liệu đó dung môi tốt nhất là dimethylsulphoxide. Do trọng lượng phân tử lớn và cấu hình mạch thẳng nên độ nhớt của dung dịch amylose thu được cũng cao. TB chứa nhiều amylose khó bị thủy phân hơn TB chứa nhiều amylopectin. Do đó các loại thực phẩm chứa TB có hàm lượng amylose cao thì có chỉ số đường huyết thấp, rất có lợi cho các bệnh nhân ĐTĐ. 2.2.3.2 Cấu tạo và tính chất của amylopectin Amylopectin là một glucan phân nhánh. Trong phân tử amylopectin, ngoài liên kết α-1,4-glycoside, tỷ lệ liên kết phân nhánh α-1,6-glycoside chiếm khoảng 4%. Trung bình mỗi nhánh của amylopectin chứa khoảng 15 đến 30 phân tử glucose. Cấu trúc tinh thể của TB có liên quan chặt chẽ đến thành phần amylopectin và khả năng tạo các chuỗi xoắn kép. Amylopectin có phân tử lượng trong khoảng 107 đến 108. Hình 2.2 Cấu trúc phân tử amylopectin Sự khác biệt giữa amylose và amylopectin không phải luôn luôn rõ nét. Bởi lẽ ở các phân tử amylose cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin. Khi đun nóng trong nước, amylopectin tạo thành dung dịch trong, đặc, dính và có độ nhớt cao. Khác với amylose, amylopectin không bị thoái hóa, khả năng tạo gel cũng kém (trừ khi nồng độ rất cao). Tuy nhiên, dung dịch amylopectin bị giảm độ nhớt nhanh trong môi trường acid, trong quá trình hấp tiệt trùng và khi chịu một lực cắt lớn. 6 Chương 2. Tổng quan tài liệu 2.2.4 Các phản ứng hóa học tiêu biểu của tinh bột 2.2.4.1 Phản ứng thủy phân[3, 6-7] Một tính chất quan trọng của TB là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucose bằng acid hoặc enzyme. Acid có thể thủy phân TB ở dạng hạt ban đầu hoặc dạng hồ hóa. Enzyme cũng có thể thủy phân TB ở dạng hạt ban đầu nhưng với tốc độ chậm và thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzyme thường dùng là α-amylase, β-amylase, γ-amylase,… Acid và enzyme giống nhau là đều thủy phân các phân tử TB bằng cách thủy phân liên kết α-1,4-glycoside. Đặc trưng của phản ứng này là làm giảm nhanh độ nhớt của dung dịch và sinh ra đường. 2.2.4.2 Phản ứng tạo phức[3, 8] Phản ứng rất đặc trưng của TB là phản ứng với iodine. Khi tương tác với iodine, amylose sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iodine có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amylose trong TB bằng phương pháp trắc quang. Để phản ứng được với iodine thì các phân tử amylose phải có dạng xoắn ốc để bao quanh phân tử iodine. Các dextrin có ít hơn 6 gốc glucose không cho phản ứng với iodine vì không tạo được một vòng xoắn ốc hoàn chỉnh. Acid và một số muối như KI, Na2SO4 làm tăng cường độ phản ứng. Amylose với cấu hình xoắn ốc hấp phụ được 20% khối lượng iodine. Amylopectin tương tác với iodine cho màu nâu tím. Về bản chất phản ứng màu với iodine là hình thành hợp chất hấp phụ. Ngoài khả năng tạo phức với iodine, amylose còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ phân cực cũng như không phân cực như: các alcol no, các alcol thơm, phenol, các ketone phân tử lượng thấp,… 2.3 Enzyme amylase[7] 2.3.1 Enzyme α-amylase 2.3.1.1 Giới thiệu về enzyme α-amylase Tên thông thường: alpha-amylase Tên hệ thống: 1,4-α-glucan-4-glucanhydrolase Mã số enzyme: EC 3.2.1.1 Khi tác dụng lên TB enzyme α-amylase giải phóng ra glucose ở dạng α-D-glucose nên năm 1924, Kuhn gọi nó là α-amylase. 7
- Xem thêm -