Tài liệu Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM CHỬ THỊ MINH PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ BIẾN TÍNH TINH BỘT GẠO ĐỂ SẢN XUẤT TINH BỘT TIỀN GEL HÓA LÀM PHỤ GIA TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM Ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 60 54 01 03 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thị Bích Thủy NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Chử Thị Minh Phương i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi còn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu từ các cá nhân và tập thể. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Bích Thủy - Giảng viên Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình dìu dắt, chỉ bảo cho tôi về phương pháp khoa học, đồng thời tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của các anh chị em Phòng thí nghiệm, xưởng thực nghiệm của Trung tâm Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Hà Nội, Viện công nghệ Thực phẩm, ĐH Bách khoa Hà Nội đã dành cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn! Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu của tất cả mọi người đã dành cho tôi! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Chử Thị Minh Phương ii MỤC LỤC Lời cam đoan .................................................................................................................... i Lời cảm ơn ....................................................................................................................... ii Mục lục ......................................................................................................................... iii Danh mục viết tắt ............................................................................................................ vi Danh mục bảng .............................................................................................................. vii Danh mục hình .............................................................................................................. viii Trích yếu luận văn .......................................................................................................... ix Thesis abstract................................................................................................................. xi Phần 1. Mở đầu ...............................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................1 1.2. Mục đích và yêu cầu ..........................................................................................2 1.2.1. Mục đích ............................................................................................................2 1.2.2. Yêu cầu ..............................................................................................................2 Phần 2. Tổng quan tài liệu .............................................................................................3 2.1. Giới thiệu về lúa gạo ..........................................................................................3 2.1.1. Đặc tính thực vật ................................................................................................3 2.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo .......................................................3 2.2. Tinh bột gạo .......................................................................................................4 2.2.1. Thành phần của hạt tinh bột ...............................................................................5 2.2.2. Tính chất của tinh bột ........................................................................................6 2.2.3. Công nghệ sản xuất tinh bột gạo ........................................................................8 2.3. Tinh bột tiền gel .................................................................................................9 2.3.1. Tinh bột biến tính và các phương pháp biến tính tinh bột……………………..9 2.3.2. Khái niệm về tinh bột tiền gel gel. ...................................................................10 2.3.3. Đặc tính của tinh bột tiền gel. ........................................................................111 2.2.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới và Việt Nam.........12 2.3.5. Phương pháp sản xuất tinh bột tiền gel. ...........................................................13 2.3.6. Ứng dụng và khả năng phát triển tinh bột tiền gel hoá. ...................................16 2.3.7. Công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel hoá. ........................................................16 iii Phần 3. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................24 3.1. Vật liệu nghiên cứu ..........................................................................................24 3.2. Dụng cụ, hoá chất và thiết bị phân tích............................................................24 3.2.1. Dụng cụ, thiết bị phân tích:..............................................................................24 3.2.2. Hoá chất ...........................................................................................................24 3.3. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................25 3.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................25 3.5. Bố trí thí nghiệm ..............................................................................................25 3.5.1. Nội dung 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn để sản xuất tinh bột gạo tiền gel .........................................................................................25 3.5.2. Nội dung 2: Kết quả ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sản xuất tinh bột .....................................................................................................26 3.5.3. Nội dung 3: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel ..............................28 3.5.4. Nội dung 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường ................................................................................29 3.5.5. Nội dung 5: Đề xuất quy trình sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo......................30 3.6. Phương pháp phân tích ....................................................................................30 3.6.1. Phương pháp hóa lý .........................................................................................30 3.6.2. Phương pháp thực nghiệm ...............................................................................32 3.6.3. Phương pháp cảm quan....................................................................................33 3.6.4. Phương pháp toán học .....................................................................................33 Phần 4. Kết quả và thảo luận......................................................................................34 4.1. Kết quả đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn sử dụng sản xuất tinh bột gạo tiền gel .................................................................................34 4.1.1. Hàm lượng protein và amyloza trong các mẫu gạo nghiên cứu ......................34 4.1.2. Kết quả nghiên cứu nhiệt độ hồ hóa của 5 giống gạo thông qua độ phân hủy kiềm..................................................................................................35 4.1.3. Lựa chọn loại gạo để sản xuất tinh bột tiền gel ...............................................37 4.2. Kết quả khảo sát các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo .............................................................................................................37 4.2.1. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến chất lượng gạo ...........................37 iv 4.2.2. Kết quả ảnh hưởng của thời gian ngâm đến chất lượng gạo............................39 4.2.3. Lựa chọn điều kiện tối ưu của công đoạn loại protein của tinh bột .................40 4.3. Kết quả khảo sát các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel .............................................................44 4.3.1. Kết quả lựa chọn các điều kiện hồ hoá tinh bột gạo ........................................44 4.3.2. Nghiên cứu công nghệ tạo sản phẩm tinh bột tiền gel .....................................50 4.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường .........................................................................................................52 4.5. Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine ..........53 4.5.1. Thuyết minh quy trình .....................................................................................53 4.5.2. Sơ đồ quy trình.................................................................................................54 Phần 5. Kết luận và kiến nghị ......................................................................................55 5.1. Kết luận ............................................................................................................55 5.2. Kiến nghị..........................................................................................................55 Tài liệu tham khảo ..........................................................................................................55 Phụ lục .........................................................................................................................59 v DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng việt A Nồng độ NaOH (%) B Nhiệt độ (oC) C Thời gian (h) CT Công thức ĐHT Độ hòa tan ĐN Độ nhớt PGS Pregelatinized starch: tinh bột tiền gel PR Hàm lượng protein còn sót lại TBTG Tinh bột tiền gel TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Thí nghiệm vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt gạo ...............................4 Bảng 4.1. Thành phần hóa học của các loại gạo Khang Dân 18, Bắc Thơm 7, Tám Hải Hậu, Q5 và Jasmine 85 ...............................................................34 Bảng 4.2. Kết quả nghiên cứu nhiệt độ hồ hóa của 5 loại gạo thông qua độ phân hủy kiềm ............................................................................................36 Bảng 4.3. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến chất lượng gạo .....................38 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến chất lượng gạo ..................................39 Bảng 4.5. Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các yếu tố khảo sát.............................40 Bảng 4.6. Bảng kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình tách protein ........................................................................................................41 Bảng 4.7. Mục tiêu hàm lượng protein theo yêu cầu .................................................42 Bảng 4.8. Kết quả điều kiện tối ưu cho quá trình tách protein của gạo Jasmine 85 .........43 Bảng 4.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột gạo tới quá trình hồ hoá ..............................45 Bảng 4.10. Ảnh nhiệt độ và thời gian đến độ nhớt và độ hòa tan của tinh bột gạo...............46 Bảng 4.11. Ảnh hưởng của nồng độ chất khô tới chất lượng sản phẩm tinh bột tiền gel........................................................................................................50 Bảng 4.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến độ ẩm và giá trị cảm quan của sản phẩm .....................................................................................51 Bảng 4.13. So sánh chất lượng sản phẩm tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine và tinh bột Era-gel của Thái lan .............................................................................52 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Cây lúa-Oryza sativa .......................................................................................3 Hình 2.2. Cấu trúc hạt lúa ...............................................................................................3 Hình 2.3. Cấu trúc phân tử amyloza ...............................................................................5 Hình 2.4. Cấu trúc phân tử amylopectin .........................................................................6 Hình 2.5. Cơ chế hồ hoá của tinh bột ...........................................................................14 Hình 2.6. Hình ảnh Thiết bị sấy trống đơn (a) và trống đôi (b) ....................................18 Hình 2.7. Hình ảnh tinh bột nguyên thuỷ và tinh bột tiền gel dưới kính hiển vi điện tử ...........................................................................................................19 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy phun ...................................................................22 Hình 4.1. Kết quả nghiên cứu độ phân hủy kiềm của 5 loại gạo ..................................36 Hình 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến độ ẩm của tinh bột gạo Jasmine..........................................................................................................44 Hình 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ nhớt của tinh bột gạo Jasmine 85.....................................................................................................46 Hình 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ hòa tan của tinh bột gạo Jasmine 85.....................................................................................................47 Hình 4.5. Hình ảnh tinh bột gạo Jasmine hồ hóa ..........................................................49 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Chử Thị Minh Phương Tên luận văn: “Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong sản xuất thực phẩm”. Ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 60 54 01 03 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel hóa nhằm nâng cao tính ứng dụng của gạo. Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Nội dung 1: Đánh giá chất lượng nguyên liệu gạo lựa chọn để sản xuất tinh bột gạo tiền gel - Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo - Nghiên cứu lựa chọn nồng độ NaOH cho quá trình ngâm gạo - Nghiên cứu lựa chọn thời gian cho quá trình ngâm gạo - Lựa chọn điều kiện tối ưu của công đoạn loại protein của tinh bột. Nội dung 2: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ của công đoạn biến tinh tinh bột gạo tạo sản phẩm tinh bột tiền gel - Xác định nồng độ tinh bột thích hợp cho quá trình hồ hoá - Xác định nhiệt độ và thời gian hồ hoá thích hợp - Xác định nồng độ chất khô cho quá trình sấy phun - Xác định nhiệt độ đầu vào cho quá trình sấy phun. Đánh giá chất lượng sản phẩm và so sánh với các sản phẩm khác trên thị trường Để thực hiện các nội dung trên, tôi đã sử dụng các phương pháp phân tích hóa lý, vi sinh, cảm quan, toán học… Vật liệu nghiên cứu là các loại gạo: Khang dân 18, Bắc thơm 7, Jasmine 85, Tám Hải Hậu và Q5, các loại gạo này được mua tại các đại lý bán gạo, các hóa chất được mua trên địa bàn Hà Nội, các thiết bị sấy đối lưu, sấy phun… Kết quả chính và kết luận Sau thời gian nghiên cứu tôi đưa ra các kết quả như sau: ix - Trong 5 loại gạo nghiên cứu: Khang Dân 18, Bắc Thơm 7, Tám Hải Hậu, Q5 và Jasmine 85 thì gạo Jasmine 85 có hàm lượng amyloza thấp nên khi sản xuất tinh bột tiền gel hóa sữ tạo ra sản phẩm có tính dẻo, dai, tạo gel tốt, độ đàn hồi tốt, chịu được lực nén, lực ép, giữ nước tốt. - Đã lựa chọn được các thông số công nghệ của công đoạn sản xuất tinh bột gạo: + Thời gian ngâm gạo: 24 giờ trong dung dịch kiềm 0,03%. + Lượng nước ngâm gạo tỷ lệ: gạo/nước: 1/2. + Làm sạch tinh bột bằng NaOH 0,26%, nhiệt độ 25,90C, thời gian 3,6 giờ. Ở các điều kiện này hàm lượng protein còn lại trong sản phẩm là 0,5%. - Đã xác định được các thông số công nghệ biến tính tinh bột gạo: Tinh bột gạo được hồ hóa ở nhiệt độ 850C, thời gian 10 phút với nồng độ 10% - Đã lựa chọn được các điều kiện công nghệ để tạo sản phẩm tinh bột gạo tiền gel trên thiết bị sấy phun. + Nồng độ dịch tinh bột hồ hoá trước sấy: 5% với tinh bột gạo Jasmine, 6% với Q5, Nhiệt độ không khí đầu vào: 1500C, Lưu lượng dòng nhập liệu: 5 lít/giờ. - Đã so sánh tinh bột tiền gel của đề tài với tinh bột Era-gel hiện đang có trên thị trường. Kết quả cho thấy sản phẩm tinh bột tiền gel thu được các chỉ số về độ nhớt, độ hòa tan, hấp phụ nước tương đương tinh bột nhập ngoại, có độ phát tán trong nước ở nhiệt độ thường tốt, trạng thái bột mịn, nhẹ, xốp, có mùi thơm đặc trưng. - Đã đề xuất được quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo Jasmine. x THESIS ABSTRACT Master candidate: Phuong Chu Thi Minh Thesis title: “Reseach technology denauturation rice starch to produce pre-gelatinized starch in food production”. Major: Food Technology Code: 60 54 01 03 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives: Reseach technology denauturation rice starch to product creation pre-gelatinized starch to improve the application of rice. Research methods Research content: Content 1: Evaluate the quality of rice to produce pre-gelatin starch - Research to determine the technology parameters in steps of rice starch production - Research selection of NaOH concentration for process soak the rice. - Research selection time for process soak the rice - Choose the optimum condition in step eliminate protein in rice. Content 2: Study determines the technological parameters in step modification of rice starch Creation of pre-gelatin starch products - Determine starch concentration for the gelatinization process - Determine the appropriate temperature and gelatinization time - Determination the concentration of dry matter for spray drying process - Determine the input temperature for the spray drying process. Evaluate product quality and compare with other products in the market Materials and Methods To implement the above content , I have used the method of physiochemical, microbiological, sensory, mathematical. The research materials are Khang Dan 18, Bac Thap 7, Jasmine 85, Tam Hai Hau and Q5, which are purchased from rice dealers, chemicals purchased in Hanoi, convection drying equipment, spray drying. xi Main findings and conclusions After the study period I gave the following results: - In the five types of research rice: Khang Dan 18, Bac Thom 7, Tam Hai Hau, Q5 and Jasmine 85, Jasmine 85 has low amylose content, so when producing pregelatinized starch, , tough, good gel formation, good elasticity, withstands compression, pressure, good water retention. - Selected technological parameters of rice starch production: + Soaking time: 24 hours in alkaline solution 0.03%. + Water content in rice ratio: rice / water: 1/2 + Clean starch with NaOH 0.26%, temperature 25.9OC, duration 3.6 hours. Under these conditions the remaining protein content in the product is 0.5%. - Determined parameters of rice starch modified technology: Rice starch is gelatinized at 850C, 10 minutes with 10% - Selected technological conditions for making pre-gelated rice starch products on spray drying equipment. Pre-gelatinized starch pre-drying: 5% with Jasmine rice starch, 6% with Q5, Input air temperature: 1500C, Input flow: 5 liters / hour. - Various comparison of pre-gelated starch with Era-gel starch is currently on the market. Results showed that pre-gelatinized starch product obtained viscosity index, solubility, water absorption equivalent to imported starch, dispersible in water at normal temperature, fine powdered state, Light, spongy, characteristic aroma. - Proposed technological process to produce pre-gelatin starch from Jasmine rice. xii PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tinh bột từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp thực phẩm. Một trong những loại nguyên liệu quan trọng phổ biến cho sản xuất tinh bột là gạo. Việt Nam là một trong những nước sản xuất lúa gạo nhiều nhất trên thế giới, sản lượng năm 2013 là 44,03; 2014 là 44,9 triệu tấn và năm 2015 là 45,22 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2017). Ở nước ta hầu hết gạo được sử dụng dưới dạng nấu chín, làm bột và tinh bột dùng trong lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi. Tinh bột gạo có rất nhiều ứng dụng vì nó có những tính chất đặc biệt. Vị của tinh bột gạo trung tính, không làm ảnh hưởng đến hương của sản phẩm khi sử dụng. Một tính chất ưu việt của tinh bột gạo so với các loại tinh bột khác là dễ tiêu hoá nhất. Các nghiên cứu chỉ ra rằng tinh bột gạo có thể hấp thu vào cơ thể người 98 - 100%. Do khả năng tiêu hoá và không gây dị ứng nên tinh bột gạo được dùng nhiều cho chế biến thức ăn trẻ em và đồ ăn kiêng. Khoa học hiện đại đã chỉ ra rằng, để mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng tinh bột cần phải biến đổi tính chất lý hoá hoặc thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột. Tinh bột tự nhiên sau khi được làm thay đổi tính chất lý hoá (hoặc cấu trúc) cho phù hợp với lĩnh vực sử dụng gọi là tinh bột biến tính. Tinh bột gạo tiền gel là tinh bột gạo tự nhiên đã được biến tính. Quá trình biến tính này làm cho tinh bột có khả năng hoà tan trong nước lạnh mà không cần gia nhiệt. Chính vì đặc tính này mà nó ứng dụng được rất nhiều trong các ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp thực phẩm. Do khả năng ứng dụng rộng rãi mà tinh bột tiền gel từ lâu đã được thế giới nghiên cứu và sản xuất. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có những sản phẩm tinh bột tiền gel từ gạo, khoai tây, sắn…được nhập khẩu từ Trung Quốc, Thái Lan. Các nghiên cứu để sản xuất tinh bột tiền gel trên thế giới đã khẳng định tính ưu việt cũng như khả năng ứng dụng rộng rãi của loại tinh bột này trong các ngành công nghiệp đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và dược phẩm (Shuren, 2006). 1 Ở Việt Nam Vũ Văn Hà (2008), đã tiến hành nghiên cứu trên nguyên liệu sắn để sản xuất ra tinh bột tiền gel từ sắn có độ dính cao dùng làm tá dược để sản xuất thuốc dập viên paracetamol. Tuy nhiên vì nguyên liệu sắn có một số tính chất không bằng tinh bột gạo như khả năng hấp phụ nước thấp hơn và đặc biệt tinh bột gạo không chứa gluten, không gây dị ứng. Bởi vậy tinh bột tiền gel làm từ gạo sẽ là một thành phần lý tưởng cho các sản phẩm dành cho người bị dị ứng gluten, bệnh nhân mắc bệnh celiac. Để khai thác và tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào từ gạo, gia tăng giá trị và khả năng ứng dụng cho sản phẩm gạo, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ biến tính tinh bột gạo để sản xuất tinh bột tiền gel hóa làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm”. 1.2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 1.2.1. Mục đích Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ để biến tính tinh bột và sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo sử dụng làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo sản phẩm mới từ gạo, nâng cao tính ứng dụng và giá trị thương phẩm cho gạo Việt Nam. 1.2.2. Yêu cầu - Đánh giá được chất lượng nguyên liệu gạo, lựa chọn giống lúa phù hợp để sản xuất tinh bột tiền gel; - Xác định được các thông số kỹ thuật của quá trình sản xuất tinh bột gạo; - Xác định được các thông số kỹ thuật quá trình sản xuất tinh bột tiền gel từ gạo; - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất tinh bột tiền gel từ nguyên liệu gạo. 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. GIỚI THIỆU VỀ LÚA GẠO 2.1.1. Đặc tính thực vật Lúa (gạo) là cây lương thực chính của thế giới. Khoảng 90% sản lượng gạo thế giới được sản xuất và tiêu thụ ở châu Á chủ yếu ở các nước như: Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc và Philipine. Ngoài châu Á, vùng sản xuất gạo chủ yếu ở Brazil, Mỹ, Ai Cập, Colombia, Nigeria và Ý. Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầm lầy, khí hậu nhiệt đới, chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Hình 2.1. Cây lúa-Oryza sativa Hình 2.2. Cấu trúc hạt lúa Nguồn vi.wikipedia 2.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của hạt gạo Gạo được sản xuất từ hạt lúa qua quá trình xay sát. - Gluxit là thành phần dinh dưỡng chính của hạt gạo chiếm 70-80%. Gluxit của gạo chủ yếu là tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và phôi. - Protein: Các giống lúa Việt Nam có hàm lượng Protein chủ yếu trong khoảng 7- 12%. Các giống lúa Nếp có hàm lượng protein cao hơn lúa tẻ. 3 - Lipit: Chủ yếu ở lớp phôi và aleurone. Nếu ở gạo xay là 2,02% thì ở gạo đã xát chỉ còn 0,5%-0,6%. - Vitamin: Trong lúa gạo còn có 1số vitamin nhất là vitamin nhóm B như B1, B2, B6, PP... lượng vitamin B1 là 0,45mg/100hạt (trong đó ở phôi chiếm 47%, vỏ cám chiếm 34,5% và hạt gạo 3,8%). Bảng 2.1. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của hạt gạo TT Thành phần Mức 1 Năng lượng 544KJ (130Kcal) 2 Cacbonhydrat 3 Chất xơ thực phẩm 0,3g 4 Protein 2,38g 5 Lipit 0,21g 6 Nước 68,61g 7 Thiamine (Vit B1) 0,167mg 8 Riboflavin (Vit B2) 0,616 9 Niacin (Vit B3) 1,835 10 Vit B6 0,05g 11 Axit folic (Vit B9) 2µg 12 Canxi 3mg 13 Sắt 14 Ma giê 13mg 15 Phốt pho 37mg 16 Kali 29mg 28,59g 1,49mg Nguồn: Cơ sở dữ liệu USDA (2015) 2.2. TINH BỘT GẠO Tinh bột gạo là tinh bột có kích thước hạt nhỏ nhất trong các loại tinh bột từ hạt. Kích thước hạt của tinh bột gạo vào khoảng 2-10 microns (Lương Hồng Nga, 2008). Điều này có nghĩa là có rất nhiều hạt trong một đơn vị diện tích và diện tích bề mặt lớn hơn. Vì vậy tinh bột gạo có khả năng hấp thụ bề mặt cao (hấp thụ hương và chất huyền phù). Tinh bột gạo có màu trắng nhất trong các loại tinh bột, các hạt trắng mịn tạo ra độ trơn chảy, độ bóng sáng khi sử dụng để bao viên thuốc và kẹo bánh. 4 2.2.1. Thành phần của hạt tinh bột Tinh bột không phải một hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: amyloza và amylopectin. Tỉ lệ amyloza/amylopectin xấp xỉ ¼. Tỷ lệ này có thể thay đổi tùy loại tinh bột. Trong tinh bột loại nếp (gạo nếp hoặc ngô nếp) gần như 100% là amylopectin (Lê Ngọc Tú và cs., 1990). 2.2.1.1. Thành phần cấu trúc của amyloza: Amyloza là loại mạch thẳng, chuỗi dài từ 500-2000 đơn vị glucozơ, liên kết nhau bởi liên kết α−1,4 glicozit. Trong hạt tinh bột hoặc trong dung dịch hoặc ở trạng thái thoái hóa, amyloza thường có cấu hình mạch giãn, khi thêm tác nhân kết tủa vào, amyloza mới chuyển thành dạng xoắn ốc. Mỗi vòng xoắn ốc gồm 6 đơn vị glucozơ. Đường kính của xoắn ốc là 12,97 Ao, chiều cao của vòng xoắn là 7,91Ao. Các nhóm hydroxyl của các gốc glucozơ được bố trí ở phía ngoài xoắn ốc, bên trong là các nhóm C-H. Hình 2.3. Cấu trúc phân tử amyloza Nguồn: Eliasson (2004) 2.2.1.2. Thành phần cấu trúc của amylopectin Amylopectin là polyme mạch nhánh, ngoài mạch chính có liên kết α-1,4 glucozit còn có nhánh liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glucozit. Mối liên kết nhánh này làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của chuổi mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị glucozơ. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100000 đơn vị glucozơ. Sự khác biệt giữa amyloza và amylopectin không phải luôn luôn rõ ràng. Bởi lẽ ở các phân tử amyloza cũng thường có một phần nhỏ phân nhánh, do đó cũng có những tính chất giống như amylopectin. 5 Cấu tạo của amylopectin còn lớn và dị thể hơn amyloza nhiều. Trong tinh bột tỉ lệ amyloza/amylopectin khoảng ¼. Tỉ lệ này có thể thay đổi phụ thuộc thời tiết, mùa vụ và cách chăm bón. Hình 2.4. Cấu trúc phân tử amylopectin Nguồn: Eliasson (2004) Cấu trúc hoá học của mạch thẳng và mạch nhánh của các loại gạo khác nhau có tỷ lệ khác nhau. Có nghiên cứu đã cho kết quả là mạch thẳng của tinh bột gạo chiếm khoảng 18,5%, cấu trúc nhánh có độ dài khoảng 22,4 đơn vị Dglucose (Eliasson, 2004). 2.2.2. Tính chất của tinh bột 2.2.2.1. Phản ứng thủy phân Một tính chất quan trọng của tinh bột là quá trình thủy phân liên kết giữa các đơn vị glucoza bằng axít hoặc bằng enzym. Axit có thể thủy phân tinh bột ở dạng hạt ban đầu hoặc ở dạng hồ hóa hay dạng past, còn enzym chỉ thủy phân hiệu quả ở dạng hồ hóa. Một số enzym thường dùng là α- amilaza, β- amilaza.. Axit và enzym giống nhau là đều thủy phân các phân tử tinh bột bằng cách thủy phân liên kết α-D (1,4) glycozit. Đặc trưng của phản ứng này là sự giảm nhanh độ nhớt và sinh ra đường (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). 2.2.2.2. Phản ứng tạo phức Phản ứng rất đặc trưng của tinh bột là phản ứng với iot. Khi tương tác với iot, amiloza sẽ cho phức màu xanh đặc trưng. Vì vậy, iot có thể coi là thuốc thử đặc trưng để xác định hàm lượng amyloza trong tinh bột bằng phương pháp trắc quan. Amylopectin tương tác với iot cho màu nâu tím. Ngoài khả năng tạo phức với iot, amiloza còn có khả năng tạo phức với nhiều chất hữu cơ có cực cũng như không cực như: các rượu no, các rượu thơm, phenol, các xeton phân tử lượng thấp. 6 2.2.2.3. Tính hấp thụ của tinh bột Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên khi tương tác với các chất bị hấp thụ thì bề mặt trong và ngoài của tinh bột đều tham dự. 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. 2.2.2.4. 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 quá trình công nghiệp, còn có ý nghĩa trong quá 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…). 2.2.2.5. Độ tan của tinh bột Amyloza mới tách từ tinh bột có độ tan cao hơn song không bền nên nhanh chóng bị thoái hóa trở nên không hòa tan trong nước. Amylopectin khó tan trong nước ở nhiệt độ thường mà chỉ tan trong nước nóng. 2.2.2.6. Sự trương nở Khi ngâm tinh bột vào nước thì thể tích hạt tăng do sự hấp thụ nước, làm cho hạt tinh bột trương phồng lên. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trương nở của hạt tinh bột. 2.2.2.7. Tính chất hồ hóa của tinh bột Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ oxi hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Phần lớn tinh bột bị hồ hóa khi nấu và trạng thái trương nở được sử dụng nhiều hơn ở trạng thái tự nhiên. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột thay đổi trong khoảng 65O-79OC. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột gạo cao hơn các loại tinh bột khác (Schoch., 1967). 2.2.2.8. Độ nhớt của hồ tinh bột Một trong những tính chất quan trọng của tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng và kết cấu của nhiều sản phẩm thực phẩm đó là độ nhớt và độ dẻo. Phân tử tinh bột có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhau làm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều nước hơn khiến cho dung dịch có độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn. 7