ảnh hưởng của phụ gia tạo kết cấu đến tính chất lưu biến và kết cấu của thạch đen

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.48 MB, 92 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TRẦN VỸ

S K L 0 1 2 4 4 3

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Bích Liễu 19116102

Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm

1. Tên khóa luận: Ảnh hưởng của phụ gia tạo kết cấu đến tính chất lưu biến và kết cấu

của Thạch đen

2. Nhiệm vụ khóa luận:

- Chiết xuất dung dịch lá Thạch đen.

- Khảo sát tính chất lưu biến và kết cấu của thạch đen khi thay thế tinh bột sắn bằng các loại tinh bột khác nhau (Tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai và tinh bôt đậu hà lan).

- Khảo sát tính chất lưu biến và kết cấu của thạch đen khi đổi loại và hàm lượng phụ gia tạo kết cấu (Agar, Gelatin và Carrageenan với các hàm lượng 0,1%, 0,5% và 0,9%).

3. Ngày giao nhiệm vụ: 09/2023

4. Ngày hồn thành khóa luận: 22/01/2024

5. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến Phần hướng dẫn: Tồn bộ khóa luận

Nội dung và u cầu khố luận tốt nghiệp được thơng qua bởi Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

TP. HCM, ngày 22 tháng 01 năm 2024

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Sau khi nhận được đề tài khóa luận, chúng tơi đã tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự hỗ trợ tận tình của giảng viên hướng dẫn và sự truyền đạt kiến thức của các thầy cô trong những năm tháng ngồi trên ghế giảng đường trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố

Hồ Chí Minh, đồ án tốt nghiệp: “Ảnh hưởng của phụ gia tạo kết cấu đến tính chất lưu biến và kết cấu của Thạch đen” đã hoàn thành.

Bên cạnh sự cố gắng học hỏi, nghiên cứu của bản thân, chúng tơi cịn nhận được nhiều sự giúp đỡ động viên từ phía nhà trường, thầy cơ, bạn bè và gia đình. Đặc biệt, chúng tôi xin gửi làm cảm ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS. Nguyễn Vinh Tiến – Thầy đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, truyền dạy những kinh nghiệm và kiến thức giúp chúng tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp này.

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, các bạn sinh viên khóa 2020 và khóa 2021 đã đồng hành, hỗ trợ trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu.

Với những kinh nghiệm và điều kiệu thực hiện nghiên cứu còn hạn chế, nên trong q trình thực hiện khóa luận khơng tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để bài báo cáo của chúng tơi được hồn thiện hơn.

Nhóm chúng tơi xin chân thành cảm ơn.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi cam đoan tồn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là do chúng tơi thực hiện. Tồn bộ khóa luận tốt nghiệp được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS. Nguyễn Vinh Tiến. Chúng tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định.

Ngày 22 tháng 01 năm 2024 Ký tên

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ KHÓA LUẬN

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ... ii

LỜI CẢM ƠN ... iii

LỜI CAM ĐOAN ... iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ... v

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ... vii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ KHÓA LUẬN ... x

MỤC LỤC ... xvi

DANH MỤC HÌNH ... xix

DANH MỤC BẢNG ... xxi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ... xxii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN ... xxiii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ... 1

1.1. Đặt vấn đề ... 1

1.2. Tình hình nghiên cứu ... 1

1.3. Mục tiêu của đề tài ... 3

1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ... 3

1.5. Nội dung nghiên cứu ... 3

1.6. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn ... 3

1.6.1. Ý nghĩa khoa học ... 3

1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn... 3

1.7. Bố cục của báo cáo ... 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ... 5

2.1. Giới thiệu chung về Thạch đen (Mesona chinensis Benth) ... 5

2.1.1. Giới thiệu về cây Thạch đen ... 5

2.1.1.1. Mô tả về cây Thạch đen ... 5

2.1.1.2. Phân bố của cây Thạch đen ... 5

2.1.1.3. Ứng dụng của cây Thạch đen ... 6

2.1.2. Các thành phần có trong dung dịch nước Thạch đen ... 6

2.2. Giới thiệu về các loại tinh bột ... 6

2.2.1. Tổng quan về tinh bột ... 6

2.2.2. Đặc tính ... 8

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

2.2.2.1. Sự hồ hóa ... 8

2.2.2.2. Sự tạo gel và hiện tượng thối hóa của tinh bột ... 9

2.2.3. Các tinh bột tham gia khảo sát ... 10

2.3. Giới thiệu về phụ gia tạo kết cấu ... 10

2.4. Giới thiệu về lưu biến học ... 15

2.4.1. Các khái niệm cơ bản và vai trò của lưu biến ... 15

2.4.2. Các lưu chất ... 16

2.4.3. Các phương pháp khảo sát ... 18

2.5. Giới thiệu về kết cấu thực phẩm ... 20

2.5.1. Các khái niệm cơ bản và vai trò của kết cấu thực phẩm ... 20

2.5.2. Phân biệt các dạng kết cấu ... 20

2.5.3. Phương pháp khảo sát ... 20

2.5.3.1. Giới thiệu về phương pháp đo TPA ... 20

2.5.3.2. Phân tích mơ tả kết cấu thực phẩm ... 21

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 22

3.1. Nguyên liệu ... 22

3.2. Phương pháp nghiên cứu ... 22

3.2.1. Phương pháp chiết xuất dung dịch từ lá Thạch đen ... 22

3.2.2. Quy trình chuẩn bị mẫu ... 24

3.2.2.1. Mẫu khảo sát tinh bột khác nhau và dung dịch lá Thạch đen ... 25

3.2.2.2. Mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu và dung dịch lá Thạch đen ... 26

3.2.3. Khảo sát khả năng giữ nước trong thời gian bảo quản lạnh ... 26

3.2.4. Khảo sát kết cấu bằng phương pháp TPA ... 27

3.2.5. Khảo sát lực cắt... 27

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

3.2.6. Khảo sát tính chất lưu biến ... 27

3.2.7. Đặc tính Pasting ... 28

3.2.8. Phương pháp xử lý số liệu ... 29

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ... 30

4.1. Khả năng giữ nước trong quá trình bảo quản lạnh ... 30

4.2. Kết quả phương pháp đo TPA ... 32

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Cây Thạch đen ... 5

Hình 2.2: Cấu tạo của Amylose... 7

Hình 2.3: Cấu tạo của Amylopectin ... 7

Hình 2.4: Cấu tạo của hạt tinh bột ... 8

Hình 2.5: Q trình hồ hóa tinh bột... 9

Hình 2.6: Cấu tạo hóa học của Agarose ... 11

Hình 2.7: Cấu tạo hóa học của Agarose pectin ... 11

Hình 2.8: Gelatin dạng hạt (bên trái), Gelatin dạng lá (bên phải) ... 12

Hình 2.9: Các amino acid có trong Gelatin ... 12

Hình 2.10: Gelatin là hỗn hợp không đồng nhất của các protein với các loại chuỗi khác nhau ... 13

Hình 2.11: Cấu trúc hóa học cơ bản của Gelatin ... 13

Hình 2.12: Kappa – Carrageenan chứa 25% nhóm sunfate ... 14

Hình 2.13: Iota – Carrageenan chứa 32% nhóm sunfate... 14

Hình 2.14: Lambda – Carrageenan chứa 35% nhóm sunfate ... 14

Hình 2.15: Ứng suất trượt của các chất lỏng độc lập thời gian điển hình ... 18

Hình 2.16: Độ nhớt biểu kiến của các chất lỏng độc lập theo thời gian ... 18

Hình 2.17: Đường cong lực tác dụng theo thời gian ... 21

Hình 3.1: Sơ đồ chiết suất dung dịch từ lá Thạch đen... 23

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu khảo sát tinh bột khác nhau và dung dịch lá Thạch đen ... 25

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình chuẩn bị mẫu khảo sát hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu và dung dịch lá Thạch đen ... 26

Hình 3.4: Thiết bị đo lưu biến HAKKE Rheostress 1... 28

Hình 4.1: Khả năng giữ nước của mẫu khảo sát tinh bột ... 30

Hình 4.2: Khả năng giữ nước của mẫu thạch khảo sát theo hàm lượng chất phụ gia tạo kết cấu ... 31

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát tinh bột ... 33

Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu Agar so với mẫu đối chứng (S-TD) ... 33

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu Gelatin so với mẫu đối chứng (S-TD) ... 34Hình 4.6: Đồ thị biểu diễn lực cắt của mẫu thạch khảo sát phụ gia tạo kết cấu Carrageenan so với mẫu đối chứng (S-TD) ... 34Hình 4.7: Ảnh hưởng của tần số lên G’ và G’’ của các mẫu khảo sát tinh bột... 35Hình 4.8: Ảnh hưởng của tần số lên G’ và G’’ của các mẫu khảo sát theo hàm lượng phụ gia tạo kết cấu ... 37

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TÊN VIẾT TẮT

MCP Mesona chinensis Polysaccharides Polysaccharides của Thạch đen

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

TĨM TẮT KHĨA LUẬN

Trong nghiên cứu này, chúng tơi tiến hành chiết xuất dung dịch lá Thạch đen khô bằng phương pháp gia nhiệt và lọc lấy dịch thạch đen, sau đó sử dụng các phụ gia tạo kết cấu như Agar Gum (E406), Carrageenan (E407), Gelatin và các loại tinh bột khác nhau (Tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai và tinh bột đậu) để hình thành mẫu thạch và khảo các sát tính chất ảnh hưởng đặc trưng khi bổ sung vào dung dịch lá Thạch đen thơng qua các phân tích kết cấu, phân tích độ nhớt nhanh, phân tích tính chất lưu biến.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU VÀ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1. Đặt vấn đề

Cây Mesona Chinensis Benth hay còn gọi là cây sương sáo, cây thạch đen có nguồn gốc từ vùng phía Đông và Đông Nam Châu Á, phân bố nhiều ở Đông Nam Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ và khu vực Đông Nam Á. Ở Việt Nam, cây thạch đen mọc hoang dại ở vùng rừng núi (như Cao Bằng) và về sau này được trồng rộng rãi hơn. Theo Đơng y, sản phẩm từ cây thạch đen có vị ngọt nhẹ, tính mát, có tác dụng thanh nhiệt, giúp các q trình chuyển hóa trong cơ thể diễn ra dễ dàng. Lá cây được dùng làm thuốc chữa một số triệu chứng như cảm nắng, huyết áp cao, đau cơ và đau xương khớp,... Cây thạch đen không chỉ đóng vai trị trong lĩnh vực ẩm thực mà cịn được đánh giá cao trong y học cổ truyền và hiện đại. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các dạng chế biến của cây thạch đen có thể giúp cải thiện hệ tiêu hóa, làm mát cơ thể và thậm chí hỗ trợ q trình giảm cân. Tại Việt Nam, cây thạch đen được dân gian chế biến thành món thạch đen dùng kèm nước đường, nước cốt dừa,… bán phổ biến ở nhiều khu chợ, hàng quán vỉa hè.

Trên cơ sở đó, việc tìm hiểu và phát triển sản phẩm mới liên quan đến thạch đen được xem là một hướng đi triển vọng góp phần pháp triển ngành công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên, để bắt đầu phát triển một sản phẩm mới cần nhiều công đoạn, trong đó việc tìm hiểu về các phương pháp chiết xuất dung dịch lá thạch đen và khảo sát sự kết hợp với các loại tinh bột khác như tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai tây và tinh bột đậu hà lan hoặc các hàm lượng các chất phụ gia tạo kết cấu khác (Agar, Gelatin và Carrageenan) sẽ ành hưởng như thế nào đến tính chất lưu biến và kết cấu của thành phầm thạch đen để rút ra được các kết quả hỗ trợ cho các giai đoạn phát triển sản phẩm sau này.

1.2. Tình hình nghiên cứu

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Việc nghiên cứu về các tác dụng của lá Thạch đen (Mesona chinensis Benth) hay ứng dụng vào sản xuất thực phẩm công nghiệp trên thế giới đã có rất nhiều, các nghiên cứu tiêu biểu có thể kể đến như:

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Bảng 1.1: Một số nghiên cứu về lá Thạch đen (Mesona chinensis Benth) STT Tên nghiên cứu Tác giả Nội dung chính Kết quả nghiên

cứu

1 Effect of different Mesona chinensis polysaccharides on pasting, gelation,

structural properties and in vitro digestibility of tapioca starch-Mesona chinensis

polysaccharides gels

(Xiao và các cộng sự, 2020)

Nghiên cứu về tác dụng của

polysaccharides Mesona chinensis về quá trình pasting, tạo gel, kết cấu của TS/MCP.

Kết quả khảo sát cho thấy việc TS kết hợp với MCP có thể tạo kết cấu sắp xếp đều và mịn, có thể giảm thiểu khả năng tiêu hóa tinh bột. 2 Effect of maize, potato,

and pea starches with Mesona chinensis polysaccharide on pasting, Gelatinization properties, granular morphology and digestion

(Liu và các cộng sự, 2020)

Nghiên cứu ảnh hưởng của MCP đến tính chất gel, hình thái và khả năng tiêu hóa của ba loại tinh bột khác nhau.

Kết quả khảo sát này xác minh mức độ hồ hóa của hạt tinh bột là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến q trình tiêu hóa tinh bột

3 Effect of Mesona

chinensis polysaccharide on the pasting, thermal and rheological

properties of wheat starch

(Liu và các cộng sự, 2018)

Nghiên cứu này, khảo sát tác dụng của (MCP) đối với tính chất pasting, lưu biến và kết cấu của tinh bột lúa mì.

Kết quả khảo sát nhận thấy bằng việc mơ phỏng q trình nấu các loại thảo mộc truyền thống, phát hiện ra MCP có thể thay đổi tính chất gel của tinh bột trong q trình Pasting 4 The role of alkali in

sweet potato Mesona chinensis Benth polysaccharide gels Gelation, rheological and structural properties

starch-(Ren và cộng sự, 2020)

Nghiên cứu các ảnh hưởng của Sodium carbonate (Na2CO3) và sodium

bicarbonate (NaHCO3) lên các đặc tính pasting, lưu biến, kết cấu và kết cấu gel tinh bột khoai lang kết hợp với MCP

Kết quả này làm sáng tỏ sự tương tác giữa các hệ kiềm và tinh bột-hydrocolloid, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng rộng rãi.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện tại trong nước, các nghiên cứu về các ảnh hưởng của tinh bột hoặc các loại phụ gia đến dung dịch lá Thạch đen cũng như việc ứng dụng thạch đen vào sản xuất thực phẩm công nghiệp gần như khơng có. Tuy nhiên, trên thị trường có sự xuất hiện của nhiều sản phẩm thạch ăn liền như Thạch đen Sunity, Thạch đen Cao Bằng,…

1.3. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này là kháo sát được các đặc tính lưu biến và kết cấu của thạch đen khi thay thế tinh bột sắn bằng các loại tinh bột khác hoặc thay thế một phần tinh bột sắn bằng các hàm lượng chất phụ gia tạo kết cấu khác nhau (Agar, Gelatin, Carrageenan)

1.4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu được thực hiện tại phịng thí nghiệm của ngành Cơng nghệ Thực phẩm, khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM.

1.5. Nội dung nghiên cứu

Đề tài: “Ảnh hưởng của phụ gia tạo kết cấu đến tính chất lưu biến và kết cấu của Thạch đen” gồm các nội dung cụ thể sau:

- Chiết xuất dung dịch lá Thạch đen.

- Khảo sát tính chất lưu biến và kết cấu của thạch đen khi thay thế tinh bột sắn bằng các loại tinh bột khác nhau (Tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai và tinh bơt đậu hà lan).

1.6. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn 1.6.1. Ý nghĩa khoa học

Những kết quả của nghiên cứu này cung cấp các thông tin về sự tương tác của tinh bột và các phụ gia tạo kết cấu đến đặc tính lưu biến và kết cấu của thạch đen.

Những kết quả của nghiên cứu này có thể là cơ sở khoa học cho những lĩnh vực khác trong công nghệ thực phẩm liên quan đến phạm vi của Mesona chinensis Polysaccharides.

1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn

Cung cấp các kết quả ảnh hưởng đến khả năng tạo thạch, kết cấu của thạch khi thực nghiệm trên các loại phụ gia tạo kết cấu khác nhau.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Việc nghiên cứu này, giúp chúng ta có cái nhìn tổng qt và bao quát về tính lưu biến và kết cấu của thạch.

1.7. Bố cục của báo cáo

Bài báo cáo gồm 5 chương:

Chương 1: Mở đầu và giới thiệu đề tài Chương 2: Tổng quan

Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu chung về Thạch đen (Mesona chinensis Benth) 2.1.1. Giới thiệu về cây Thạch đen

2.1.1.1. Mô tả về cây Thạch đen

Cây Thạch đen hay còn được biết đến với tên gọi khác là Sương sáo, Lương phấn thảo,… thuộc bộ Lamiales, họ Lamiaceae, chi Mesona, lồi Mesona chinensis.

Cây Thạch đen có tên khoa học là Mesona chinensis Benth, đây là loại cây thân thảo thấp, thường được sử dụng trong sản xuất nước giải khát.

Thạch đen là cây thân thảo, có chiều cao thân khoảng 15 – 50 cm, ít phân nhánh, có lông thô, rậm. Lá dày dài khoảng từ 3 – 6 cm, rộng 1 – 2 cm, có hình bầu dục hoặc thon dài, ở gốc lá thon, hẹp, nhọn ở chóp, cuốn lá dài 1 – 2 cm. Hoa nở thành trùm ở ngọn, khá dày đặc.

Hình 2.1: Cây Thạch đen 2.1.1.2. Phân bố của cây Thạch đen

Cây Thạch đen được phân bố rộng rãi ở khu vực Đông và Đông Nam Châu Á như Việt Nam, phía nam Trung Quốc, Đài Loan, Ấn Độ, Malaysia.

Cây Thạch đen có khả năng sinh sơi và sống tốt ở đa dạng khu vực như đất cỏ, đất cát hoặc đất khô, với điều kiện để cây phát triển mạnh là được tưới nước đầy đủ và trồng trong bóng mát.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

2.1.1.3. Ứng dụng của cây Thạch đen

Cây Thạch đen là một loại thực phẩm bổ sung được sử dụng phổ biến ở Châu Á vì nó có thể được chế biến thành thạch đen, trà, súp, thậm chí có thể ngăn ngừa bệnh tật (Feng và cộng sự, 2008; Huang và cộng sự, 2016). Trong đông y học hiện đại, cây Thạch đen cịn có thể điều trị các bệnh như tiểu đường, cao huyết áp và viêm thận cấp tính (Huang và cộng sự, 2016).

Ngoài ra, cây Thạch đen rất giàu flavon, polysaccharides, polyphenol, màu và acid amin (Shyu và các cộng sự, 2008). Vì vậy các sản phẩm thực phẩm được chế biến từ cây Thạch đen như thạch Thạch đen, nước Thạch đen rất tốt cho sức khỏe và có thể là thực phẩm bổ sung hằng ngày.

2.1.2. Các thành phần có trong dung dịch nước Thạch đen

Các thành phần có trong dịch chiết thạch đen được tìm thấy là polysaccharide, polyphenol, flavonoid, terpenoid, 17 acid amine (7 acid amine thiết yếu), chất béo và chất xơ (Adisakwattana và cộng sự, 2014). Trong hầu hết các báo cáo, dịch chiết từ thạch đen là một polysaccharide và có thành phần monosaccharide phức tạp.

Theo Huang và cộng sự, polysaccharide này chủ yếu chứa axit galacturonic, galactose, glucose và xylosa. Polyphenol là một nhóm chất phytochemical tồn tại trong nhiều loại thực vật khác nhau, bao gồm các phenol đơn giản như: acid phenolic, flavonoid, stilben, lignan và tannin (Jeng và cộng sự, 2013). Polyphenol trong thạch đen thường được chiết xuất bằng dung môi nước hoặc cồn. Bốn triterpenoid đã được xác định từ các nghiên cứu lần lượt là stirysterol, β-sitosterol, acid oleanolic và acid ursolic (Hung và cộng sự, 2001).

2.2. Giới thiệu về các loại tinh bột 2.2.1. Tổng quan về tinh bột

Tinh bột là nguồn carbohydrate chính đóng vai trị quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của con người. Tinh bột cung cấp năng lượng chuyển hóa cho cơ thể để các tế bào và cơ quan thực hiện các chức năng của nó. Trong tự nhiên tinh bột là một polysaccharide dự trữ chính của cây xanh và là carbohydrate phổ biến thứ hai chỉ đứng sau cellulose. Tinh bột có nguồn gốc từ thực vật, có nhiều trong gạo, bắp, sắn, khoai tây, đậu, lúa mì,…Với hàm lượng tinh bột chiếm 65 - 90% hàm lượng chất khô. Chúng tập trung chủ yếu trong bộ phận của một số loài thực vật như củ, thân, hạt ngũ cốc, rễ, lá, hạt, trái cây,… (Nguyễn, 2018).

Các phân tử tinh bột bao gồm vô số monome glucose liên kết với nhau bằng liên kết glucosidic. Thành phần của tinh bột chủ yếu gồm 2 loại α-glucan là Amylose và

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Amylopectin, chiếm khoảng 98 - 99% hàm lượng chất khô và một lượng nhỏ protein, lipid, pentosan và khoáng chất (Copeland và cộng sự, 2009). Tỷ lệ của Amylose và Amylopectin sẽ thay đổi tùy thuộc vào nguồn gốc của từng loại tinh bột.

Amylose là một polymer mạch thẳng được hình thành từ nhiều phân tử D-glucose liên kết với nhau thông qua liên kết α-1,4-glucosidic (Slattery và cộng sự, 2000). Trung bình mỗi Amylose có khoảng 500 - 6000 đơn vị glucose được phân bố trong 1 đến 20 chuỗi, chiếm 20 – 30% hàm lượng của tinh bột. Hàm lượng Amylose có trong hạt ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính và chức năng của tinh bột.

Hình 2.2: Cấu tạo của Amylose

Amylopectin chiếm khoảng 80% tinh bột, được xem là thành phần chính của tinh bột. Chuỗi Amylopectin tương đối ngắn so với Amylose, có cấu trúc phân nhánh cao, được hình thành bởi các chuỗi đơn vị glucose được liên kết với nhau chủ yếu bằng liên kết α-1,4-glucosidic nhưng có 5 - 6% là liên kết α-1,6-glucosidic tại các điểm nhánh (Parker và cộng sự, 2001).

Hình 2.3: Cấu tạo của Amylopectin

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Tùy thuộc vào nguồn gốc thực vật các hạt tinh bột sẽ có kích thước và hình dạng khác nhau. Kích thước của hạt tinh bột dao động trong khoảng 1 - 100µm với các dạng hình khác nhau như: hình cầu, hình bầu dục, hình đa giác, hình đĩa, thn dài,… (Lindeboom và cộng sự, 2004).

Hình 2.4: Cấu tạo của hạt tinh bột

Cấu tạo hạt tinh bột bao gồm rất nhiều lớp đồng tâm, mỗi lớp gọi là vịng sinh trưởng, của các vùng vơ định hình và vùng bán kết tinh với trung tâm hạt gọi là hilum. Bề mặt hạt không mịn và được đặc trưng bởi các đầu nhô ra là các đầu khử hoặc không khử của chuỗi Amylose và Amylopectin (Pérez và cộng sự, 2009). Các Amylopectin đóng vai trị tạo bộ khung cho hạt tinh bột, các đầu không nhánh hướng vào tâm, các phân tử Amylose phân tán xung quanh các chuỗi Amylopectin tạo thành một “bloclet”. Blocklet có dạng hình cầu và có cấu trúc bất đối xứng, nhiều blocklet tạo nên một vòng sinh trưởng (Nguyễn, 2018).

2.2.2. Đặc tính

Tinh bột được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghiệp keo và một số lĩnh vực khác nhờ vào những tính chất đặc trưng như sự hồ hóa, sự tạo gel và thối hóa cũng như sự thủy phân tinh bột. Dưới đây là một số đặc tính nổi trội của tinh bột.

2.2.2.1. Sự hồ hóa

Q trình hồ hóa xảy ra khi tinh bột được gia nhiệt trong nước. Khi đó, các liên kết hydro nội phân tử giữa các chuỗi mạch bắt đầu đứt, cho phép phân tử nước xâm nhập vào hạt tương tác với các nhóm hydroxyl của Amylose và Amylopectin, các hạt tinh bột sẽ trương nở ra (Hoover, 2001). Sau đó, các phân tử Amylose sẽ di chuyển ra khỏi bộ khung Amylopectin, nước xâm nhập vào bên trong cấu trúc hạt, đồng thời các liên kết hydro giữa

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

nước và Amylopectin sẽ tăng. Điều này dẫn đến hàm lượng nước tự do sẽ giảm xuống và làm tăng độ nhớt của hồ tinh bột. Tiếp tục gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định (thường khoảng 60 – 80ºC) tất cả các liên kết bị phá vỡ, hạt tinh bột bị vỡ ra. Nhiệt độ mà tại đó các phân tử hạt tinh bột bắt đầu phá vỡ được gọi gọi là nhiệt độ hồ hóa.

Hình 2.5: Q trình hồ hóa tinh bột

Điểm bắt đầu của q trình hồ hóa và phạm vi xảy ra được quyết định bởi loại tinh bột nồng độ tinh bột, tính khơng đồng nhất trong hạt và phương pháp quan sát. Q trình hồ hóa xảy ra ban đầu ở vùng vơ định hình, do liên kết hydro có trong vùng này yếu, sau đó mở rộng đến vùng kết tinh (Meireles, 2015). Hiện tượng hồ hóa làm tinh bột chuyển đổi từ dạng bán tinh thể (tương đối khó tiêu hóa) sang dạng vơ định hình (dễ tiêu hóa).

Q trình hồ hóa tinh bột phụ thuộc vào: nguồn gốc thực vật của hạt tinh bột, kích thước của hạt, tỷ lệ Amylose/Amylopectin trong hạt, các chất hóa học thêm vào q trình hồ hóa (đường, acid, kiềm,…).

2.2.2.2. Sự tạo gel và hiện tượng thối hóa của tinh bột

Tinh bột sau khi hồ hóa và làm nguội, các phân tử Amylose sẽ tái liên kết lại với nhau tạo ra một mạng lưới gel tinh bột có khơng gian 3 chiều có cấu trúc và có trật tự. Để tạo được gel thì dung dịch tinh bột phải có nồng độ vừa đủ, phải qua q trình hồ hóa để chuyển tinh bột thành trạng thái vơ định hình và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh (Nguyễn, 2018).

Hiện tượng thối hóa được đặc trưng bởi q trình quan trọng nhất chính là q trình tách nước. Sau khi nước di chuyển ra khỏi mạng lưới gel tinh bột đã hình thành, các phân tử Amylose càng tiến sát và kết tinh lại với nhau khiến gel bị cứng đi, đây gọi là sự thối hóa. Hiện tượng thối hóa diễn ra trong hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên cũng là giai đoạn xảy ra nhanh nhất là sự hình thành vùng kết tinh từ Amylose bị thối hóa, giai đoạn thứ hai liên quan đến sự hình thành cấu trúc có trật tự của Amylopectin (Liu, 2005). Hiện tượng thối hóa tinh bột rất được quan tâm trong ngành công nghiệp thực phẩm.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

2.2.3. Các tinh bột tham gia khảo sát

Trong q trình thực nghiệm, chúng tơi sử dụng một số loại tinh bột khác phổ biến trên thị trường là: tinh bột sắn, tinh bột gạo, tinh bột bắp, tinh bột khoai tây và tinh bột đậu hà lan. Dưới đây là một số đặc điểm của các loại tinh bột trên:

Bảng 2.1: Các loại tinh bột được sử dụng trong thực nghiệm và sự khác nhau của chúng

Loại tinh bột

Hàm lượng tinh bột

(%)

Amylose (%)

Amylopectin (%)

Kích thước hạt

(µm)

Hình dạng

Nhiệt độ hồ hóa

2.3.1.1. Giới thiệu chung

Agar là phycocolloid đầu tiên được phát hiện tại Nhật Bản vào giữa thế kỷ 17. Agar là một polysaccharide, được chiết xuất tế bào vây trụ của các loại rong đỏ (loại Rhodophyceae). Hiện nay, với tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, sinh học, y dược, … lượng agar ngày càng được sản xuất rộng rãi.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Hình 2.6: Cấu tạo hóa học của Agarose

Agarose pectin như một agarose không đồng nhất, một số nhóm galactose được thay thế bởi L-galactose-6-sulfate hoặc bằng các nhóm methoxy, pyruvate, do đó làm giảm khả năng tạo gel của polyme (Duckworth và cộng sự, 1971).

3,6-anhydro-L-Hình 2.7: Cấu tạo hóa học của Agarose pectin

Gel agar có tương tác với nhiệt độ, dung dịch Agar sau khi gia nhiệt và giảm nhiệt độ xuống khoảng 40 – 50ºC, các chuỗi polymer sẽ tiến gần lại với nhau và liên kết theo từng đôi một bằng liên kết H để tạo thành các chuỗi xoắn kép, sau đó các tổ hợp chuỗi sẽ tiếp tục xoắn kẹp lại với nhau tạo thành mạng lưới khơng gian ba chiều. Ngồi các liên kết H, cấu trúc của gel bền chắc nhờ các mạng lưới chứa liên kết ion nội phân tử, nên gel Agar cứng và vững chắc. Khả năng tạo gel của Agar phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng Agarose, tỷ lệ Agarose càng cao thì khả năng tạo gel càng lớn.

2.3.2. Gelatin

2.3.2.1. Giới thiệu chung

Theo Food Chemicals Codex, Gelatin được định nghĩa là một sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân collagen (thành phần protein chính của da, xương và mơ liên kết của động vật, bao gồm cả cá và gia cầm) bằng phương pháp sử dụng kiềm, acid hoặc enzyme. Gelatin còn được biết đến như một protein tinh sạch, thường được sử dụng trong thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Có thể phân loại Gelatin theo nhiều cách tùy thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu, phương pháp sản xuất, hình dạng,… Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu và phương pháp sản xuất có thể chia Gelatin thành 2 loại: Gelatin loại A và Gelatin loại B. Gelatin loại A thu được từ collagen có nguồn gốc là da heo thơng q q trình xử lý bằng acid. Gelatin loại B thu được từ colagen có nguồn gốc là da bị và xương gia súc được xử lý với kiềm (Sebastian, 2014). Dựa vào hình dạng bên ngồi có thể chia Gelatin thành 2 loại: dạng hạt và dạng lá.

Hình 2.8: Gelatin dạng hạt (bên trái), Gelatin dạng lá (bên phải) 2.3.2.2. Đặc tính

Gelatin được cấu tạo nên bởi các phân tử polypeptide lớn và phức tạp có cùng thành phần acid amine với collagen gốc.

Cấu trúc của Gelatin gồm 18 loại amino acid khác nhau được sắp xếp theo chuỗi dài, liên kết với nhau theo một trật tự nhất định, tuần hoàn tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 50-1000 amino acid.

Hình 2.9: Các amino acid có trong Gelatin

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

Gelatin là hỗn hợp của chuỗi α đơn, chuỗi β gồm hai chuỗi α liên kết chéo theo kiểu cộng hóa trị và chuỗi γ-ba chuỗi cộng hóa trị chuỗi α liên kết (Mark và cộng sự, 1987). Theo báo cáo của Guo và cộng sự, có thể tìm thấy ba trật tự tổ chức khác nhau ở Gelatin. Trật tự đầu tiên được đặc trưng bởi các chuỗi α đơn hình thành nên cấu trúc bậc 1. Cứ mỗi 3 chuỗi polypeptide xoắn lại với nhau theo hình xoắn ốc tạo thành cấu trúc bậc 2. Ở cấu trúc bậc 3, chuỗi xoắn này tự xoắn quanh nó tạo nên cấu trúc phân tử có dạng dây thừng được gọi là “Proto Fibril”.

Hình 2.10: Gelatin là hỗn hợp khơng đồng nhất của các protein với các loại chuỗi khác nhau

Gelatin chứa một lượng lớn glycine (26%), proline (16%) và hydroxyproline (14%) (Cole và cộng sự, 2000). Cấu trúc hóa học cơ bản của chuỗi Gelatin là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro.

Hình 2.11: Cấu trúc hóa học cơ bản của Gelatin

Khả năng tạo gel và độ bền gel là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc đánh giá chất lượng Gelatin khi đông và quyết định khả năng ứng dụng của Gelatin. Nhiệt độ, độ pH, nồng độ và loại vật liệu có ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gel của Gelatin (Bagal‐Kestwal và cộng sự, 2019). Gelatin hòa tan một phần trong nước lạnh với độ hòa tan khoảng 34g/100ml nước. Độ hòa tan của Gelatin tăng khi nhiệt độ tăng. Khi Gelatin được hòa tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 35–45ºC và làm nguội từ từ sẽ tạo thành gel.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Độ bền gel phụ thuộc vào khả năng hình thành gel cũng như nồng độ Gelatin. Độ bền của gel được đặc trưng bằng độ Bloom, độ Bloom giảm khi giá trị pH dưới 5 và trên 9, nhưng gần như không đổi trong phạm vi pH 5 –9 (Stainsby, 1977).

2.3.3. Carrageenan

2.3.3.1. Giới thiệu chung

Carrageenan là một polysaccharide của galactose – galactan được chiết xuất từ một số loài rong biển đỏ. Carrageenan là một loại colloid nhóm phycocolloid cùng với agar, alginat. Dựa vào vị trí, số lượng nhóm sunfat và số vịng 3,6-anhydrogalactosyl của từng đơn vị disaccharide, Carrageenan có thể được chia thành nhiều loại khác nhau. Nhìn chung, Carrageenan có ba loại chính là: kappa (κ), iota (ι) và lambda (λ) (Alvarez-Lorenzo và cộng sự, 2013).

Hình 2.12: Kappa – Carrageenan chứa 25% nhóm sunfate

Hình 2.13: Iota – Carrageenan chứa 32% nhóm sunfate

Hình 2.14: Lambda – Carrageenan chứa 35% nhóm sunfate

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

2.3.3.2. Đặc tính

Carrageenan được hình thành bởi các đơn vị thay thế của D-galactose và anhydro-galactose (3,6- AG) được liên kết bởi các liên kết α-1,3- và β-1,4-glycosid. Carrageenan là một polyme polygalactan sunfat tuyến tính anion có hàm lượng ester sunfat 15–40% (Bagal‐Kestwal và cộng sự, 2019).

3,6-Kappa – Carrageenan: Là một loại polymer mạch ngắn xen kẽ giữa D-galactose-4-

sulphat (Gal S) và 3,6 – Anhydro-D-galactose (GalA). Cấu trúc phân tử kappaCarrageenan là một vòng xoắn kép bậc 3.

Iota – Carrageenan: Có cấu tạo tương tự kappa-Carrageenan, nhưng gốc

3,6-anhydro-galactose bị sulfate hóa ở C số 2.

Lambda – Carrageenan: Có các đơn vị monomeric hầu hết là D-galactose-2-sulfate

(liên kết 1,3) và D-galactose 2,6-disulfate (liên kết 1,4).

Khả năng tạo gel của Carrageenan phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc hóa học và nồng độ của polyme, bản chất và nồng độ của cation thêm vào, số và vị trí nhóm sulfate có trong mỗi dạng Carrageenan. Q trình tạo gel của Carrageenan, đặc biệt là kappa, được mô tả là quá trình chuyển đổi từ cuộn sang xoắn trong điều kiện nhiệt độ thấp và tập hợp phụ thuộc cation tiếp theo giữa các vòng xoắn (Campo và cộng sự, 2009). Dung dịch nóng của kappa và iota khi được làm nguội xuống nhiệt độ 40 - 60ºC dựa vào sự có mặt của các cation. Gel Carrageenan có tính thuận nghịch về nhiệt, đồng thời cũng có tính trễ nhiệt, nghĩa là nhiệt độ tạo gel và nhiệt độ nóng chảy gel khác nhau. Gel này có tính ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng khi gia nhiệt cao hơn nhiệt độ tạo gel từ 5 - 12ºC thì gel sẽ chảy ra, khi làm lạnh lại sẽ lại tạo cấu trúc gel.

2.4. Giới thiệu về lưu biến học

2.4.1. Các khái niệm cơ bản và vai trò của lưu biến

Lưu biến học là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về hành vi dịng chảy và tính chất dịng chảy của các chất có thể chảy, bao gồm cả chất lỏng, chất rắn mềm và chất rắn trong điều kiện chúng bị chảy. Ngành khoa học này được hình thành từ các nghiên cứu của Giáo sư E.C Bingham (1878 – 1945) vào những năm 1928, khi phát hiện ra các tính chất đặc biệt của các chất có thể chảy, đặc biệt là các chất mềm (James F. Steffe, 1996). Lưu biến học nghiên cứu về các lưu chất, trong đó độ nhớt là một đặc tính quan trọng.

Lưu chất là các vật chất có khả năng chịu biến dạng liên tục và chảy được khi bị tác động bởi ứng suất cắt, không phụ thuộc vào trạng thái của nó.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Gel là một trạng thái vật chất có mơi trường phân tán ở thể rắn và chất phân tán ở thể lỏng. Một cách hiểu khác, gel là một dung dịch keo rắn trong chất lỏng trong đó pha rắn tạo thành cấu trúc mạng cố định trong chất lỏng. Gel có độ nhớt cao hơn so với chất lỏng, nhưng lại thấp hơn so với chất rắn, vì vậy gel được xem như một dung dịch thể hiện một số đặc tính tương đồng với chất rắn.

Độ nhớt đóng vai trị quan trọng trong các thuộc tính vật lý của sản phẩm thực phẩm lỏng và đóng góp quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của chúng. Thông tin về độ nhớt cũng là yếu tố chủ chốt trong quá trình thiết kế và đánh giá hiệu suất của các thiết bị chế biến thực phẩm, bao gồm máy bơm, ống dẫn, trao đổi nhiệt, thiết bị bay hơi, quá trình tiệt trùng, hệ thống lọc, và quá trình trộn (G.D Saravacos, 1970). Đối với độ nhớt biểu kiến (𝜂), nó được xác định bằng cách chia ứng suất trượt áp dụng của một chất liệu cho tốc độ biến dạng tương ứng.

𝜂 = 𝜏

Nhóm cơ lưu chất Bingham là một loại lưu chất giả dẻo, hiển thị đặc tính của chất rắn ở mức ứng suất trượt thấp và chuyển sang tính chất lỏng ở mức ứng suất cao. Thuật ngữ này được đặt theo tên của Eugene C. Bingham, người đã đề xuất mơ hình tốn học để mơ tả hình thức của nó (Bingham, 1916).

Lưu biến học đóng vai trị quan trọng trong việc làm sáng tỏ và dự đốn tính lưu biến của vật liệu trong lĩnh vực vật lý phân tử và hóa học. Nó hỗ trợ q trình tổng hợp của các chất với cấu trúc và tính chất được dự đốn trước. Ngồi ra, lưu biến học còn được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác như cơ học chất rắn, công nghệ polymer, công nghệ thực phẩm, công nghệ dược phẩm, công nghệ mỹ phẩm, công nghệ gốm và thủy tinh, động học chuẩn hóa vật liệu, động học ứng dụng, và động học dòng chảy (James F. Steff, 1996).

</div>