Ảnh hưởng của các loại Monosaccharide và Disaccharide đến sự thoái hóa của gel tinh bột sắn - Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

Nội dung text: Ảnh hưởng của các loại Monosaccharide và Disaccharide đến sự thoái hóa của gel tinh bột sắn - Nguyễn Đặng Mỹ Duyên

1. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 Ảnh hưởng của các loại monosaccharide và disaccharide đến sự thoái hóa của gel tinh bột sắn Nguyễn Đặng Mỹ Duyên Phạm Thị Lệ Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (Bài nhận ngày 10 tháng 12 năm 2015, nhận đăng ngày 02 tháng 12 năm 2016) TÓM TẮT Gel tinh bôṭ sắn trong quá trình bảo quản thiêṇ về chất lượng của cá c mâũ gel có bổ sung lạnh rất dê ̃ bi ̣thoá i hóa và là m ảnh hưởng đến đườ ng so vớ i mâũ không đươc̣ bổ sung. Khả năng chất lươṇ g thưc̣ phẩm . Nghiên cứu nà y khảo sá t làm giảm độ tách nước của các loại đường theo về ảnh hưởng của cá c loaị đườ ng : glucose, thứ tư ̣ sau : maltose > sucrose > glucose > fructose, sucrose và ma ltose ở cá c nồng đô ̣ khá c frutose vớ i nồng đô ̣ 8 % là hiệu quả nhất. Nghiên nhau: 0 %, 2 %, 4 %, 6 %, 8 % (w/w) lên khả cứu cũng cho thấy tác dụng của hai loaị năng ổn điṇ h gel tinh bôṭ sắn trong quá trình bảo disaccharide (sucrose, maltose) tốt hơn là cá c quản. Độ tách nước, độ đục, khả năng bị thủy loại monosaccharide (glucose và fructose ). phân bởi enzyme α-amylase của gel tinh bột sắn Chúng tôi kết luận rằng maltose được bổ sung sau quá trình bảo quản lạnh được xác định để vớ i nồng đô ̣ 8 % là có hiệu quả nhất trong việc làm rõ ảnh hưởng của các loại đường bổ sung chống thoá i hóa gel tinh bôṭ sắn qua 5 chu kỳ vào đến sự ổn định của gel tinh bột sắn . Từ các làm lạnh – tan giá. thí nghiệm trên , chúng tôi thấy rằng có sự cải Từ khóa: gel tinh bột sắn, sự thoái hóa, độ tách nước, độ đục MỞ ĐẦU Tinh bột đã được sử dụng trong thực phẩm hóa. Đây là mối quan tâm lớn cho các nhà khoa đông lạnh trong nhiều thập kỷ để làm nguyên liệu học thực phẩm vì chúng phản ánh sâu sắc môṭ chính, chất làm đặc, ổn định và bao bì thực phẩm. phần ch ất lượng, sự chấp nhận của người tiêu Khi thực phẩm giàu tinh bột hoặc gel tinh bột dùng và thời hạn sử dụng của các loại thực phẩm được đông lạnh, tinh thể đá được hình thành và có chứa tinh bột . Vì vậy, nhiều phương pháp quá trình tách pha lỏng - rắn xảy ra. Cấu trúc ban nghiên cứu về sự thoái hóa tinh bột đã được phát đầu của thực phẩm bị phá vỡ. Trong thời gian tan triển [2]. Viêc̣ bổ sung các thành phần phu ̣gia để băng, các tinh thể băng đang tan chảy, nước được cải thiện cấu trúc tinh bột ngày càng được nghiên tách ra dễ dàng và sau đó mạng lưới xốp được cứ u và ứ ng duṇ g rôṇ g raĩ môṭ cách hiêụ quả . hình thành trong gel tinh bột [1]. Quá trình tan Viêc̣ ứ ng duṇ g các loaị đường nhằm muc̣ đích băng và khử nước có thể làm yếu đi cấu trúc th ực chống hiêṇ tươṇ g thoái hóa tin h bôṭ trong các sản phẩm và xấu đi chất lượng toàn diện. Từ đó dâñ phẩm thưc̣ phẩm đươc̣ các nhà khoa hoc̣ nghiên đến chất lượng của thực phẩm chứa tinh bột càng cứ u rôṇ g. Nghiên cứ u của Arunyanart và cộng sự giảm. Các biến đổi c ủa tinh bột hồ hóa trong quá [9] đa ̃ khảo sát ảnh hưởng của sucrose 0–20 % trình làm lạnh và bảo quản được gọi là sự thoái lên tinh bôṭ gaọ qua 5 chu kỳ laṇ h đông – tan giá. Trang 50
2. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 Kết quả cho cho thấy rằng đối với sucrose , đô ̣ sư ̣ (2014) [2] đa ̃ mở rôṇ g ra đối với ảnh hưởng tách nước (syneresis) giảm một cách hiệu quả . của oligosaccharides lên tinh bôṭ ngô . Nghiên Nghiên cứ u của Zhang cùng côṇ g sư ̣ (2012) [1] cứ u cho thấy thoái hóa của tinh bột ngô đã được về tác duṇ g của ba loaị đường : glucose, sucrose, ức chế đáng kể bởi maltose, xylooligosaccharide trehalose trên sư ̣ ổn điṇ h của tinh bôṭ sắn bằng và fructooligosaccharide. các kỹ th uâṭ đo đô ̣tách nước (syneresis), chụp Trong nghiên cứ u này , vấn đề ch ống thoái SEM và kỹ thuâṭ phân tích nhiêṭ q uét vi sai DSC hóa t inh bôṭ sắn bằng cách b ổ sung các loaị cho thấy rằng: sư ̣ cải thiêṇ đô ̣tách nước theo thứ monosaccharide và disaccharide để haṇ chế sư ̣ tư ̣ trehalose > sucrose > glucose. Thí nghiệm thay đổi cấu trúc gel tinh b ột sắn trong suốt quá DSC cũng cho thấy rằng sư ̣ thoái hóa của tin h bôṭ trình bảo quản l ạnh được làm rõ. Các loại đường sắn đươc̣ làm châṃ khi có măṭ các loaị đường : glucose, fructose, maltose, saccharose được bổ glucose, sucrose, trehalose. Nghiên cứ u bổ sung sung với các nồng độ: 2 %, 4 %, 6 %, 8 % (w/w maltose và glucose trên tinh bôṭ ngô của Chang dựa trên khối lượng của tinh bôṭ ) vào các mẫu gel cùng cộng sự (1991) trên tinh bôṭ gaọ [4] đã cho tinh bột sắn. Thông qua độ tách nước của gel tinh thấy tác dụng tích cực của maltose lên sự thoái bột sắn, độ đục của nước tách ra sau ly tâm và hóa tinh bột. Nghiên cứ u của Katsuta cùng côṇ g mức độ bị thủy phân bởi enzyme alpha amylase sư ̣ (1992) [12] về ảnh hưởng c ủa monosccaride của gel tinh bột sắn để làm rõ khả năng chống (xylose, ribose, glucose, fructose và galactose) và thoái hóa của các loại đường nói trên. disaccharide (sucrose và maltose) lên sự ổn định VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP của gel tinh bột gạo đa ̃ chỉ ra rằng disaccharide có tác dụng hi ệu quả hơn monosaccharide trong Vật liệu việc ổn định cấu trúc gel . Cụ thể hơn là thứ tự Tinh bột sắn tương đối về hiêụ quả chống thoái hóa là : Tinh bột sắn được sản xuất bởi công ty cổ maltose > sucrose > glucose > fructose > xylose, phần bột thực phẩm Tài Ký. Địa chỉ 297/A, Hồ ribose > gel tinh bôṭ đối chứ ng . Nghiên cứ u của Văn Tắng, xã Tân Phú Trung, huyện Củ Chi, TP. Sae Kang cùng cộng sự [5] môṭ lần nữa xác điṇ h HCM và được phân phối bởi siêu thị Co-opmart. sucrose đươc̣ bổ sung để cải thiêṇ cấu trúc tốt Tinh bột sắn còn có tên thương mại là bột năng. hơn cho tinh bôṭ sắn . Hiêṇ nay, Tako cùng cộng Bảng 1. Các chỉ tiêu lý, hóa của bột năng Tài Ký Tên chỉ tiêu 1. Độ ẩm, % theo khối lượng 13 2. Hàm lượng tinh bột, không nhỏ hơn 85 2. Xơ thô, % theo khối lượng, không lớn hơn 1 3. Tro tổng số, % theo khối lượng, không lớn hơn 1 4. Tro không tan trong HCl, % theo khối lượng, không lớn hơn 0,2 5. Hàm lượng cyanhydric acid tổng số, tính theo mg/kg, không lớn 10 hơn Trang 51
3. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 Enzyme Termamyl 120L tương ứng với 4 nồng độ (2 %, 4 %, 6 %, 8 %) Termamyl 120L là 1 chế phẩm của enzyme vào từ ng cốc thủy tinh 250 mL. Trước khi hồ hóa alpha–amylase, có tên theo gọi hệ thống là 1,4- nên khuấy cho hỗn hợp tan đều vào nhau. Sau đó, alpha-D-glucane glucano-hydrolase (EC 3.2.1.1), các mẫu được cho vào bình tam giác đậy kín và o đươc̣ thu nhâṇ từ chủng Bacillus licheniformis. đem hồ hóa trong bể điều nhiệt, ở 95 C trong 10 Hoạt độ enzyme được xác định theo phương pháp phút để mẫu được hồ hóa hoàn toàn. Mẫu được Smith và Rose [8]. đặt trong bể điều nhiệt, sao cho thể tích của phần hỗn hợp huyền phù bên trong cốc thấp hơn phần Các thông số của enzyme: phân tử lươṇ g 57– nước bên ngoài cốc để đảm bảo nhiệt được phân 58 kDa, pH tối ưu: 6,5–7, nhiêṭ đô ̣tối ưu : 95 0C, bố đều lên hỗn hợp huyền phù . Trong qua trinh hoạt tính 3948,9 U/mL ́ ̀ hồ hóa phải lắc đều để đường phân bố đều. Đường glucose Làm lạnh – tan giá Glucose có xuất xứ tại Trung Quốc và được Các mẫu sau khi hồ hóa sẽ được làm nguội. phân phối bởi Công ty cổ phần thiết bị và hóa Sau đó, các mẫu thí nghiệm tương ứng với mỗi chất Techlab địa chỉ số 332, Tô Hiến Thành, P. nồng độ ở trên sẽ được chia vào 5 túi với thể tích 14, Quận 10, TP. HCM tương đương nhau . Các túi này đư ợc làm lạnh ở Đường fructose o nhiệt độ nhỏ hơn -7 C trong 22 giờ. Sau 22 giờ, Fructose có xuất xứ tại Trung Quốc và được tất cả các mẫu được lấy ra cho tan giá ở nhiệt độ phân phối bởi Công ty cổ phần thiết bị và hóa phòng (30 oC) trong 2 h và sau đó giữ lại một chất Techlab, địa chỉ như trên. mẫu để đo độ tách nước, đô ̣đuc̣ và mứ c đô ̣thủy Đường saccharose phân. Các mẫu còn lại được tiếp tục làm lạnh. Saccharose có xuất xứ tại Trung Quốc và Xác định đô ̣ tá ch nướ c (syneresis) được phân phối bởi Công ty cổ phần thiết bị và Chúng tôi đo độ tách nước của mẫu tinh bột hóa chất Techlab, địa chỉ như trên. đã hồ hóa sau mỗi chu kì lạnh đông và rã đông Đường maltose đươc̣ sử a đổi từ phương pháp củ a Charoenrein cùng cộng sự (2008) [9]. Maltose được sản xuất bởi Công ty Titan Biotech Ltd tại Bhiwadi, Rajasthan, Ấn Độ và Các mẫu sau mỗi chu kỳ làm l ạnh – tan giá được phân phối bởi Công ty cổ phần thiết bị và được cho vào các ống nhựa và đặt vào máy li hóa chất Techlab , địa chỉ như trên. tâm. Lưu ý trước khi li tâm cần cân cả bộ ống bao gồm ống ly tâm và ống nhựa chứa mẫu. 4 bộ ống Các mẫu gel tinh bột sắn (4 % w/w) với loại như vậy đã được cân với khối lượng bằng nhau đường glucose, fructose, maltose, saccharose trước khi cho vào ly tâm. Thực hiện ly tâm ở được bổ sung với các nồng độ: 2 %, 4 %, 6 %, 8 3000 vòng trong 15 phút. Sau khi ly tâm, mẫu % (w/w dựa trên khối lượng của tinh bôṭ ). Với chứa trong ống nhựa sẽ bị phân tách thành 2 lớp, mỗi nồng độ của mỗi loại đường, chuẩn bị 5 mẫu, lớp phía trên là nước và bên dưới là tinh bột. tương ứng với 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá. Lượng nước sau đó được lấy ra và cân . Độ Phương pháp tách nước là tỷ lệ phần trăm của lượng nước được Chuẩn bị hỗn hợp huyền phù của tinh bôṭ đối tách ra từ mỗi ống sau ly tâm trên tổng khối chứ ng và hỗn hơp̣ giữa tinh bôṭ với m ỗi loại lượng của gel trong ống trước khi ly tâm. Mỗi thí đường (glucose, fructose, sucrose và maltose ) nghiệm được lặp đi lặp lại 3 lần để lấy kết quả trung bình. Trang 52
4. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 Công thức tính độ tách nước (syneresis): với 4 nồng đô ̣ (2 %, 4 %, 6 %, 8 %) và bổ sung 푊푛 enzyme termamyl với hàm lươṇ g 15 đv/1 g cơ Syneresis = .100 [1] 0 푊푡 chất. Sau đó ủ trong bể điều nhiêṭ ở nhiêṭ đô ̣ 37 Trong đó: C trong 1 h để phản ứ ng thủy phân tinh bôṭ xảy ra Wn là khối lượng nước tách ra sau khi ly tâm. [10]. Wt là tổng khối lượng của gel tinh bột trong Sản phẩm sau phản ứng sẽ được pha loãng ống nhựa trước khi ly tâm. với nước cất 100 lần, tiếp tuc̣ hút 0,3 mL dịch Xác định đô ̣ đuc̣ thủy phân đã pha loãng cùng với 0,9 mL thuốc thử DNS (tỷ lệ 1:3) cho vào ống eppendorf và Phương pháp đo đô ̣đuc̣ đươc̣ xây dưṇ g trên đun sôi ống trong vòng 10 phút. Ống được làm cơ sở là sư ̣ liên kết của các phân tử xảy ra trong nguôị về nhiêṭ đô ̣phòng và đươc̣ cho vào khoảng giai đoaṇ đầu của quá trình thoái hóa trước khi ¾ chiều cao cuvette, sau đó đo đô ̣hấp thu ở bước các phân tử tập trung lại với nhau với quy mô lớn sóng 540 nm. Thông qua đô ̣hấp thu đo bằng hơn và có th ể dễ dàng phát hiện được bằng các quang phổ kế và đường chuẩn glucose , từ đó phương pháp như DSC và nhiễu xạ tia X. Độ đục nồng đô ̣đường khử sau phản ứ ng thủy phân s ẽ của lượng nước tách ra do quá trình ly tâm gel được xác định. tinh bôṭ sau các chu kì làm l ạnh – tan giá đươc̣ tham khảo theo phương pháp của Sodhi và Singh Phương pháp phân tích xử lý số liệu (2003) [10]. Trong nghiên cứu này, sự khác biệt có ý Sau khi các mâũ gel tinh bôṭ đươc̣ ly tâm nghĩa giữa các mẫu thí nghiệm được thực hiện trong thí nghiêṃ đo đô ̣tách nước , lươṇ g nước bằng phương pháp thống kê ANOVA (P<0,05) tách ra từ mỗi ống nhựa ly tâm được hút ra và sử dụng phần mềm Statgraphic Centurion XV.I. cho vào khoảng ¾ đô ̣cao cuvette . Môṭ điều đăc̣ Các phép tính toán được tiến hành trên phần mềm biêṭ chú ý là sau khi ly tâm xong , lươṇ g nước Microsoft Excel phiên bản 2013. Kết quả được tách ra ở lớp trên ống ly tâm phải được hút trình bày ở dạng giá trị trung bình (n=3) và độ nhanh chóng nhằm tránh hiện tượng phần gel bên lệch chuẩn. dưới hút nước laị do cấu trúc xốp của gel bi ̣thoái KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN hóa. Điều này se ̃ làm kết quả bi ̣sai lêc̣ h rất lớn . Ảnh hưởng của các loại đường lên đô ̣tá ch Độ đục của lượng nước tách ra sau khi ly tâm nướ c (Syneresis) của gel tinh bột sắn qua các được đo bằng máy quang phổ kế ở bước sóng chu kỳ làm lạnh - tan giá 640 nm [10]. Kết quả thí nghiêṃ ảnh hưởng của glucose , Đo mưc đô ̣ thuy phân tinh bôṭ thoai hoa ́ ̉ ́ ́ fructose, sucrose, maltose lên sư ̣ đô ̣tách nước Ứng với một loại đường , sau mỗi chu kì laṇ h của gel tinh bột sắn qua các chu kỳ làm l ạnh – tan đông - rã đông , mâũ đươc̣ cân chính xác môṭ giá được thể hiện ở các Hình 1–4. lươṇ g như nhau cho vào 4 ống nghiệm tương ứng Trang 53
5. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 S (%) 70 60 50 40 30 20 10 0% 2% 4% 6% 8% 0 Chu kỳ 1 2 3 4 5 Hình 1. Ảnh hưởng của glucose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên đô ̣tách nướ c của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá S(%) 70 60 50 40 30 20 10 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 Chu kỳ 3 4 5 Hình 2. Ảnh hưởng của fructose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên đô ̣tách nướ c của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá Trang 54
6. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 S (%) 70 60 50 40 30 20 10 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 3. Ảnh hưởng của sucrose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên đô ̣tách nướ c của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá S (%) 70 60 50 40 30 20 10 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 4. Ảnh hưởng của maltose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên đô ̣tách nướ c của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá Kết quả nghiên cứu thể hiện qua các đồ thị nước bị tách ra. Khi đó, các phân tử tinh bột sẽ trên cho thấy gel tinh bôṭ sắn không bổ sung các xích lại gần nhau hơn [1]. loại đường có độ tách nước cao hơn rấ t nhiều so Nghiên cứu cũng cho thấy việc bổ sung 4 với các mẫu khác. Đây là hiện tượng các tinh thể loại đường ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % có băng hình thành trong mạng lưới cấu trúc gel tinh hiêụ quả rõ rêṭ đ ến sự chống lại hiện tượng tách o bột khi làm lạnh chúng ở nhiệt độ 0 C. Quá trình nước. Điều này là do đặc tính giữ nước của tan giá làm tan chảy các tinh thể băng dẫn đến đường đã tạo ra những liên kết hydrogen giữa Trang 55
7. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 đường với các phân tử nước. Trong quá trình hồ động của disaccharide về đô ̣tách nước trên gel hóa, đường sẽ thâm nhập vào các khu vực chứa tinh bột cao lương tốt hơn nhiều so với glucose. lượng nước tự do còn lại và hình thành nên Khi so sánh riêng tác duṇ g của mỗi loaị thì những liên kết hydrogen giữa các phân tử đường maltose vươṭ trôị hơn suc rose. Hai loaị với các phân tử nước lân cận. Hiện tượng này monosaccharide glucose và fructose vâñ có tác làm tăng độ nhớt của nước, dẫn đến các chuỗi đôṇ g làm giảm đô ̣tách nước của gel tinh bôṭ sắn . tinh bột sẽ ít di chuyển xích lại gần nhau và gel Tuy nhiên ở các nồng đô ̣bổ sung lươṇ g đường tinh bột sẽ được ổn định. Lượng nước tự do giảm thấp (2 %, 4 %, 6 %) hiêụ quả không rõ r ệt và sự xuống, lượng nước liên kết được tăng lên nhờ khác biệt giữa các nồ ng đô ̣không có ý nghĩa khi nước tự do đã liên kết với đường. Khả năng giữ xử lý thống kê ANOVA với mức ý nghĩa 5 %. Từ nước của đường đối với nước tự do trong chuỗi sau chu kỳ 3 trở đi đô ̣tách nước của các mâũ tinh bột phu thuộc vào số lượng nhóm OH ở vị trí chứ a đường maltose và sucrose vâñ tăng . Mức độ liên kết biên của các mỗi loại đường [12]. Kết nước tách ra ngày càng tăng qua các chu kì làm quả nghiên cứu này đồng thuận với rất nhiều lạnh – tan giá là do ở giai đoạn đầu các phân tử nghiên cứu của các tác giả khác. I'Anson et al. amylose bị thoái hóa trước, ở các chu kì sau đó (1990) và Chang và Liu (1991) tìm thấy rằng sự thoái hóa tiếp tục xảy ra với các phân tử đường giảm đô ̣thoá i hóa gel tinh b ột lúa mì. amylopectin [13]. Tuy nhiên, sự thoái hóa đối với Kohyama và Nishinari (1991) tìm thấy rằng các phân tử amylopectin, nhẹ hơn đối với các đường giảm thoái hóa trong gel tinh bột khoai phân tử amylose do nó có cấu trúc phân nhánh, tây. Katsuta và cộng sự cũng báo cáo rằng đường cồng kềnh dẫn đến khả năng giữ nước tốt hơn ức chế sự thoái hóa của gel tinh bột gạo. amylose. Quá trình này bị lặp đi, lặp lại nhiều Tác dụng chống thoái hóa tinh bột của các lần, sẽ khiến cho mạng lưới cấu trúc tinh bột càng loại disaccharide tốt hơn các loại monosaccharide bị phá hủy và hình thành một cấu trúc rỗng xốp, (Hình 3 & 4). Mức độ chống thoái hóa phụ thuộc khiến gel tinh bột trở nên cứng hơn [1]. Những vào khả năng giữ nước của loại đường được bổ phát hiện của chúng tôi đồng thuận với Yuan và sung vào gel cũng như phụ thuộc vào số nhóm Thompson (1998) [13]. Các nghiên cứu đã cho OH ở vị trí liên kết biên của mỗi loại đường. Số rằng: sư ̣ biến đôṇ g nhiêṭ và sư ̣ tác pha trong nhóm OH ở vị trí liên kết biên của maltose là 7,6, mạng lưới gel tinh bột là nguyên nhân của sự của sucrose là 6,3 [12], vì thế, khả năng giữ nước tách nước. Nước tách ra từ gel tinh bôṭ gia tăng của maltose tốt hơn sucrose. Kết quả của chúng qua các chu kỳ laṇ h đông – rã đông và cấu trúc tôi là phù hợp với K. Katsuta và cộng sự [12] khi tinh bôṭ bi ̣phá vỡ bởi các tinh thể đá dâñ đến họ tiến hành nghiên cứu khả năng chống thoái lươṇ g nước tách ra tăng khi gel đươc̣ tan giá , đặc hóa của các loại đường D-xylose, D-ribose, D- biệt là khi lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình tan giá glucose, D-fructose, D-galactose, sucrose và này (Yuan và Thompson, 1998) [13]. Như vậy, maltose trên tinh bột gạo và đã đưa ra kết luận nghiên cứu đã cho thấy maltose có hiệu quả cao rằng maltose có khả năng chống thoái hóa tốt nhất trong việc chống lại hiêṇ tươṇ g tách nước nhất trong các loại đường trên, dựa trên phương của gel tinh b ột. Sau chu kỳ 3, các loại đường pháp xử lý động học. Những phát hiện của chúng không có tác duṇ g đáng kể lên sư ̣ ổn điṇ h của tôi cũng phù hợp với Ahmad và Williams (1999). gel tinh bôṭ sắn. Việc bổ sung đường với nồng đô ̣ Các tác giả trên đã chứng minh rằng những tác cao có hiêụ quả cao hơn so với nồng độ thấp. Trang 56
8. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 Ảnh hưởng của gluccose, frutose, sucrose và maltose lên đô ̣đuc̣ củ a nướ c tá ch ra sau quá triǹ h ly tâm gel tinh bôṭ sắ n OD 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0% 2% 4% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 5. Ảnh hưởng của glucose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/ư, lên đô ̣đuc̣ của nước tách ra từ gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá 0.06OD 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 6. Ảnh hưởng của fructose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w, lên đô ̣đuc̣ của nước tách ra từ gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá 0D 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 7. Ảnh hưởng của sucrose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w, lên đô ̣đuc̣ của nước tách ra từ gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá Trang 57
9. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 0D 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0% 2% 4% 6% 8% 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 8. Ảnh hưởng của maltose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w, lên đô ̣đuc̣ của nước tách ra từ gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá Độ đục của lượng nước tách ra sau khi ly tâm thẳng nên dễ dàng tạo liên kết với nước trước. gel tinh bột sắn đươc̣ xác định môṭ cách gián tiếp Khi ly tâm tách nước, amylose sẽ theo nước đi ra qua đô ̣hấp thu bằng máy quang phổ kế taị bước ngoài làm cho nước bị đục. Ở chu kì 3, độ đục sóng 640 nm. Khi gel tinh bôṭ đươc̣ bổ sung các tăng lên đáng kể, nguyên nhân chính là do các loại đường trên, đô ̣đuc̣ c ủa nước tách ra sau khi phân tử AP gây ra. Vì trong tinh bột sắn, hàm ly tâm thấp hơn đáng kể so với mâũ gel không lượng AP chiếm nhiều hơn AM, AM chỉ có tác được bổ sung đường . Điều đó cho thấy hiêụ quả dụng đông lại và kết tinh một thời gian ngắn của việc ổn định cấu trúc gel tinh bột của các lo ại trong gel tinh bột. Nhưng những thay đổi lâu dài đường. Độ đục tăng lên đáng kể ở chu kỳ 3 hoăc̣ xảy ra trong quá trình lưu trữ của gel tinh bột có 4 ở những mẫu gel tinh bột sắn có bổ sung thể là do các AP gây ra ở chu kì 3, các phân tử đường. Điều đó cho thấy rằng sư ̣ tâp̣ hơp̣ và kết AP bị thoái hóa và bị rửa trôi ra ngoài hạt tinh tinh của amylose xảy ra tối đa ở các chu kỳ này . bột, hàm lượng AP cao nên làm nước tách ra đục Sư ̣ tăng đô ̣đuc̣ của gel tinh bôṭ trong quá trình hơn các chu kì đầu. Đến chu kì 4-5, lúc này liên bảo quản được cho là do amylose (AM) và kết giữa AP – nước bị phá hủy, đồng thời độ nhớt amylopectin (AP) bị tách ra khỏi mạng lưới gel của dung dịch giảm đáng kể dẫn đến khi ly tâm, và phân tán trong môi trường lỏng , làm phân tán AP lắng xuống làm nước tách ra trong hơn ban đáng kể ánh sáng truyền qua (Perera & Hoover, đầu. Chính vì thế mà độ đục của lượng nước tách 1999) [14]. Ở chu kì 1 và 2, độ đục chủ yếu là do ra sau khi tâm của gel tinh bôṭ không bổ sung liên kết của AM-nước gây ra, bởi vì khi hồ hóa, đường tăng dần và thay đổi môṭ cách không đáng các phân tử amylose có cấu trúc đa số là mạch kể ở các chu kỳ cuối. Trang 58
10. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 Ảnh hưởng của glucose, frutose, sucrose, maltose lên mứ c đô ̣thủ y phân củ a gel tinh bôṭ sắ n qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá 0.16 0.14 mg/ml 0.12 0.1 (glucose) (glucose) 0.08 ử ử 0.06 ng ng kh ườ 0.04 ng ng đ 0% 2% 4% 6% 8% ượ 0.02 L 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 9. Ảnh hưởng của glucose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên mứ c đô ̣thủy phân của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5chu kỳ làm lạnh – tan giá 0.16 0.14 mg/ml 0.12 0.1 (glucose) ử ử 0.08 ng ng kh 0.06 ườ đ 0.04 ng ượ 0.02 0% 2% 4% 6% 8% L 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 10. Ảnh hưởng của fructose ở các nồng đô ̣2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên mứ c đô ̣thủy phân của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5chu kỳ làm lạnh – tan giá Trang 59
11. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 0.16 0.14 mg/ml 0.12 0.1 0.08 ử ử 0.06 ng ng kh 0.04 ườ đ 0.02 ng 0% 2% 4% 6% 8% ượ 0 L 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 11. Ảnh hưởng của sucrose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên mứ c đô ̣thủy phân của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5 chu kỳ làm lạnh – tan giá 0.16 0.14 mg/ml 0.12 0.1 0.08 ử ử 0.06 ng ng kh ườ 0.04 đ 0% 2% 4% 6% 8% ng 0.02 ượ L 0 1 2 3 4 5 Chu kỳ Hình 12. Ảnh hưởng của maltose ở các nồng độ 2 %, 4 %, 6 %, 8 % w/w lên mứ c đô ̣thủy phân của gel tinh bôṭ sắn (4 % w/w) qua 5chu kỳ làm lạnh – tan giá Lượng đường khử ở các mẫu không bổ sung đó cho thấy rằng tinh bôṭ bi ̣thoái hóa làm giảm đường thấp hơn rất nhiều so với các mẫu có bổ khả năng tấ n công của enzyme α-amylase. Kết sung đường. Hiện tượng này là do qua mỗi chu quả này phù hợp với nghiên cứu của Sievert & kì, gel tinh bột dần yếu đi, điển hình là các phân Pomeranz, 1989 về khả năng cản trở sư ̣ thủy tử AM và AP ngày càng bị thoái hóa. Hàm lượng phân tinh bôṭ bằng acid hoăc̣ enzyme , thí dụ như nước tách ra ngày càng nhiều hơn. Các phân tử α-amylase, β-amylase, glucoamylase và AM và AP có khuynh hướng kết tinh lại, nên pullulanase [15]. Qua các chu kỳ làm l ạnh – tan enzyme α-amylase khó tấn công vào. Điều này giá, tất cả các mâũ gel tinh bôṭ sắn có lươṇ g gián tiếp cho thấy rằng, qua mỗi chu kì thì lượng đường khử giảm dần maṇ h đăc̣ biêṭ ở các chu kỳ tinh bột bị thoái hóa cũng tăng lên rất nhiều. Điều đầu (chu kỳ 1-3). Từ sau chu kỳ 3, lượng đường Trang 60
12. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 khử sinh ra do sự thủy phân tất cả các mâũ gel do xung quanh disaccharide sẽ tăng tương ứng. tinh bôṭ có b ổ sung các loại đường với các nồng Do đó chuyển động của chuỗi tinh bột sẽ bị ức đô ̣khác nhau đều không có sư ̣ khác biêṭ rõ nét . chế bởi các loại disaccharide. Từ đó cho thấy Điều này có thể do sư ̣ kết hơp̣ của các chuỗi tinh rằng, sự tập hợp lại của chuỗi tinh bột đã bị ức bôṭ với nhau đã diêñ ra cưc̣ đaị ở các chu kỳ đầu chế bởi saccharide. (Keiko Katsuta và cộng sự, (đăc̣ biêṭ của amylose), do đó làm giảm khả năng 1992). Vì vậy, làm tăng khả năng tấn công của liên kế t của phân tử đường với tinh bôṭ . Khi đến enzyme α-amylase vào mạng lưới gel tinh bột. các chu kỳ cuối , lượng đường khử ở các mẫu gel Từ đó chứ ng minh rằng viêc̣ bổ sung đường sẽ có vâñ giảm nhưng châṃ hơn vì sư ̣ thoái hóa di ễn ra tác dụng làm ổn định hệ gel tinh bột sắn qua mạnh hơn . Ở các giai đoạn sau , amylopectin nhiều chu kỳ làm l ạnh – tan giá, điển hình là trên thoái hóa chậm hơn làm giảm tốc độ thoái hóa và tác dụng hỗ trợ sự thủy phân của các loại enzyme từ đó lươṇ g đường khử cũng thay đổi với tốc đô ̣ α-amylase. châṃ hơn . Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy KẾT LUẬN rằng cac loaị disaccharide (maltose va sucrose ) ́ ̀ Nghiên cứu cho thấy rằng mâũ gel tinh bôṭ khi bổ sung vào gel tinh bôṭ sắn có tác duṇ g làm sắn có bổ sung các loaị đường glucose , fructose, cho lươṇ g đường khử taọ ra sau thủy phân cao sucrose, maltose có khả năng chống thoái hóa gel hơn nhiều so với viêc̣ bổ sung glucose và tinh bôṭ sắn khi làm l ạnh và đươc̣ tan giá nhiều fructose. Và đặc biệt ở nồng độ bổ sung 8 %, lần. Mứ c đô ̣ảnh hưởng các các loaị đường khác hàm lượng đường khử tạo ra cao và có sự khác nhau là do sư ̣ khác nhau về mặt cấu trúc , đăc̣ biêṭ biêṭ đang kể so vơi viêc̣ bổ sung cac nồng đô ̣con ́ ́ ́ ̀ là số nhóm OH ở vị trí liên kết biên và khả năng lại (2 %, 4 %, 6 %). Điều này có thể giải thích hydrate của chúng . Sư ̣ liên kết của đường với rằng khi các loại saccharide được thêm vào hệ nước trong maṇ g lưới gel tinh bôṭ làm giảm đáng thống tinh bột-nước: nước có thể tạo một mạng kể lươṇ g nước tư ̣ do tách ra trong quá tr ình bảo lưới cấu trúc ngẫu nhiên với kết cấu khung dạng quản ở nhiệt độ thấp . Khả năng chống thoái hóa mắt lưới. Cấu trúc được tạo nên bởi saccharide của các loại đường giảm theo thứ tự sau : maltose chịu ảnh hưởng phần lớn bởi số lượng nhóm OH > sucrose > glucose > frucrose. Từ đó khẳng điṇ h ở vị trí liên kết biên. Các loại disaccharide có số lại kết quả của nhiều nghiên cứu trước đó : các nhóm OH biên lớn hơn các monosaccharide. Vì loại disaccharide có kh ả năng chống thoái hóa chuyển động nhiệt của nước tự do lớn hơn so với tinh bôṭ tốt hơn monosaccharide. nước đã được ổn định, nên độ nhớt của nước tự Trang 61
13. Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 Effect of monosaccharides and disaccharides on the retrogradation of tapioca starch gel Nguyen Dang My Duyen Pham Thi Le HCMC University of Technology and Education ABSTRACT Gelatinization of tapioca starch is stability of the tapioca starch gels. Our result retrograded during the frozen – storage. This showed that the freeze – thaw stability of tapioca retrogradation affects the quality of the starchy starch gels could be improved by adding sugars. food. This paper studied the influence of various The improvement of the syneresis (%) was in the types of sugars: glucose, fructose, sucrose and order: maltose > sucrose > glucose > fructose. maltose in different concentrations: 0 %, 2 %, 4 The result also showed that disaccharides %, 6 %, 8 % (w/w) on the stability of tapioca (sucrose, maltose) were more effective than starch gels over 5 freeze – thaw cycles. The monosaccharides (glucose and fructose) in syneresis, turbidity (OD) and the hydrolysis reducing the syneresis and turbidity. Adding degree by apha–amylase of starch gels were maltose at 8 % (w/w) was the most effective in determined to analysis the effect of sugars on the the reduction of the starch retrogradation Keywords: tapioca starch gel, retrogradation, syneresis, turbidity TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. X. Zhang, Q.Y. Tong, F. Ren, Manuscript [6]. V. Sae-kang, M. Suphantharika, Influence title: Influence of glucose, sucrose and of pH and xanthan gum addition on trehalose on the freeze-thaw stability of freeze-thaw stability of tapioca starch tapioca starch gels, Adv. J. Food Sci. pastes, Carbohydr. Polym., 65, 371–380 Technol., 4, 4, 225–230 (2012). (2006). [2]. M. Tako, Y. Tamaki, T. Teruya, Y. [7]. S. Charoenrein, O. Tatirat, K. Rengsutthi, Takeda, The principles of starch M. Thongngam, Effect of konjac gelatinization and retrogradation, Food glucomannan on syneresis, textural Nutr. Sci., 5, 280–291 (2014). properties and the microstructure of frozen [3]. S.M. Chang, L.C. Liu, Retrogradation of rice starch gels, Carbohydr. Polym., 83, 1, rice starches studied by differential 291–296 (2011). scanning calorimetry and influence of [8]. Smith and Rose, Determine the alpha- sugars sodium chloride and lipids, J. Food amylase enzyme activity, Biol. Chem, 179, Sci., 56, 2, 564–566,570 (1991). 2, 53–58 (1966). [4]. S.S. Shamekh, Effects of lipids, heating [9]. T. Arunyanart, S. Charoenrein, Effect of and enzymatic treatment on starches. VTT sucrose on the freeze-thaw stability of rice Publ., 3–43 (2002). starch gels: Correlation with [5]. J. Muadklay, S. Charoenrein, Effects of microstructure and freezable water, hydrocolloids and freezing rates on freeze- Carbohydr. Polym., 74, 514–518 (2008). thaw stability of tapioca starch gel, Food [10]. N.S. Sodhi, N. Singh, Morphological, Hydrocoll., 22, 1268–1272 (2008). thermal and rheological properties of Trang 62
14. TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5- 2016 starches separated from rice cultivars calorimetry, Cereal Chemistry, 75, 4, grown in India, Food Chem., 80, 99–108 571–573 (1998) (2003). [14]. C. Perera, R. Hoover, Influence of [11]. N.X. Liên, H.K. Anh, N.K. Sương, Tinh hydroxypropylation on retrogadation bôṭ sắn và các sản phẩm từ tinh bôṭ sắn . properties of native, defatted and heat- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật , 231 moisture treated potato starches, Food (2005). Chemistry, 64, 361–375 (1999). [12]. K. Katsuta, A. Nishimura, M. Miura, [15]. D. Sievert, Y. Pomeranz, Enzyme- Effects of saccharides on stabilities of rice resistant starch. I. Characterization and starch gels, Food Structure, 11, 4, 387– evaluation by enzymatic, 398 (1992). thermomechanical, and microscopic [13]. R. C. Yuan, D.B. Thompson, Freeze-thaw methods, Cereal Chemistry, 66, 342–347 stability of three waxy maize starch pastes (1989). measured by centrifugation and Trang 63