Tinh bột biến tính và ứng dụng trong công nghiệp

Tinh bột đã được biết đến từ hàng nghìn năm. Người La Mã gọi là amilum, một từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, amilon. Tinh bột đầu tiên được tách ra từ bột mỳ hoặc một loại ngũ cốc khác đã được biết đến từ thời xa xưa. Thời gian sau nó được sản xuất từ khoai tây ở Châu Âu và Nhật Bản, từ củ sắn và lúa gạo ở phương Đông và từ ngô ở Mỹ.


Tinh bột là nguồn cacbohiđrat dự trữ của thực vật vì vậy nó được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Tinh bột được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì, từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.

Cấu trúc của tinh bột

Tinh bột là một cacbohiđrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-glucozit. Công thức phân tử gần đúng là (C6H10O5)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polime là amilozơ và amilopectin. Amilozơ là polime mạch thẳng gồm các đơn vị D- glucozơ liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4- glucozit



Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi glucozơ thông thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính bằng liên kết α- 1,6-glucozit



Các hạt tinh bột là những tinh thể đa hình phụ thuộc vào nguồn gốc xuất xứ trong đó hai loại polime được sắp xếp đối xứng xuyên tâm. Bên trong hạt tinh bột có phần kết tinh do amilozơ và phần phân nhánh của amilopectin tạo thành làm cho chúng không tan trong nước lạnh và tương đối trơ với các enzym thuỷ phân.

Tinh bột biến tính và ứng dụng của chúng trong công nghiệp

Dựa trên bản chất những biến đổi xảy ra trong phân tử tinh bột, Kovalxkaia chia tinh bột biến tính bằng hoá chất thành 2 loại: tinh bột cắt và tinh bột bị thay thế .

Nhóm tinh bột cắt: trong phân tử tinh bột xảy ra hiện tượng phân cắt liên kết C-O giữa các monome và những liên kết khác, giảm khối lượng phân tử, xuất hiện một số liên kết mới trong và giữa các phân tử. Cấu trúc hạt của tinh bột có thể bị phá vỡ ít nhiều. Nhóm tinh bột này có rất nhiều ứng dụng như tinh bột biến tính bằng axit được dùng để phủ giấy, tăng độ bền của giấy, cải thiện chất lượng in...Trong công nghiệp thực phẩm, tinh bột loại này dùng để tạo cấu trúc gel trong sản xuất bánh kẹo.

Tinh bột oxi hoá cũng được xếp và nhóm này. Một số loại tinh bột được oxi hoá bởi KMnO4 trong môi trường axit được sử dụng thay thế aga, pectin trong sản xuất bánh kẹo, kem, các sản phẩm sữa cũng như trong đồ hộp. Các sản phẩm tinh bột oxi hoá yếu cũng được dùng trong bánh mì để làm tăng thời gian giữ khí của bột nhào, giảm thời gian lên men và tăng chất lượng của bánh. Tinh bột oxi hoá bởi hypoclorit, H2O2, HI và muối của nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy.

Nhóm tinh bột thay thế: là nhóm tinh bột mà tính chất của chúng thay đổi do các nhóm hidroxyl ở cacbon 2, 3 và 6 liên kết với các gốc hoá học hay đồng trùng hợp với một hợp chất cao phân tử khác, hoặc 2 mạch polisaccarit có thể bị gắn vào nhau do các liên kết dạng cầu nối.

Mức độ biến tính tinh bột được đặc trưng bởi độ thế (Degree of substitution – DS). DS là số nhóm hiđroxyl bị thế trên một AGU (Anhydrous Glucose Unit). Như vậy, độ thế có giá trị trong khoảng 0-3. Trong trường hợp này tính chất của tinh bột bị thay đổi rõ rệt. Thông thường tinh bột loại này có độ nhớt và độ bền kết dính cao (được sử dụng để sản xuất các sản phẩm cần bảo quản) như tinh bột axetat, tinh bột photphat, tinh bột oxi hoá...


Một số ứng dụng của tinh bột biến tính trong công nghiệp

- Trong công nghiệp xây dựng tinh bột được dùng làm chất gắn bê tông, chất gắn đất sét, đá vôi, keo dính gỗ, gỗ ép, phụ gia cho sơn.
- Trong công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm, tinh bột được dùng làm phấn tẩy trắng, đồ trang điểm, phụ gia cho xà phòng, kem thoa mặt, tá dược.
- Với công nghiệp khai khoáng, tinh bột được dùng trong tuyển nổi quặng, dung dịch nhũ tương khoan dầu.
- Với công nghiệp giấy, tinh bột được dùng chế tạo chất phủ bề mặt, thành phần nguyên liệu giấy không tro, các sản phẩm tã giấy cho trẻ em.
- Với công nghiệp dệt, tinh bột dùng trong hồ sợi, in.
- Với các ngành khác, tinh bột được dùng làm màng plastic phân huỷ sinh học, pin khô, thuộc da, keo nóng chảy, chất gắn, khuôn đúc, phụ gia nung kết kim loại.