Sự hồ hoá tinh bột

Khi hoà tan tinh bột vào nước (nồng độ hơn 4%) do kích thước phân tử của tinh bột lớn nên đầu tiên các phân tử nước sẽ xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột, tại đây chúng sẽ tương tác với nhóm hoạt động của tinh bột, quay cực, các phổ hồng ngoại và hàm lượng glucoza tạo ra lớp vỏ nước làm cho lực liên kết ở mắt xích nào đó của phân tử tinh bột bị yếu đi, do đó phân tử tinh bột bị xê dịch rồi bị rão ra và bị trương lên. Nếu sự xâm nhập của các phân tử nước vào tinh bột dẫn đến quá trình trương không hạn chế nghĩa là làm bung được các phân tử tinh bột thì hệ thống chuyển thành dung dịch. Quá trình trương này luôn đến trước quá trình hòa tan.

Hình 1. Sự hồ hóa của tinh bột

Trong phân tử tinh bột có chứa các nhóm có cực mạnh, theo thường lệ thì chúng hòa tan trong nước. Khi tinh bột ở trạng thái tự nhiên thì các phân tử thường liên kết với nhau bằng liên kết hydro rất bền nên khi ở trong nước lạnh có thể hấp thụ nước một cách thuận nghịch nhưng rất nhỏ:

Kiểu 1:

Ngoài ra hạt tinh bột lại có lớp vỏ bao bọc nên để phá hủy được cấu trúc này đòi hỏi một năng lượng đáng kể. Khi hạt tinh bột hấp thụ nước sẽ xảy ra sự hydrat hóa các nhóm hydroxyl tự do và tạo thành liên kết hydro với nước theo kiểu 2 và đồng thời làm đứt kiểu 1 khi nhiệt độ tăng.

Kiểu 2:

Những nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng khi ở nhiệt độ bình thường tinh bột hấp thụ 25-50% nước mà hạt vẫn chưa trương nở. Khi nhiệt độ tăng liên kết kiểu 1 bị phá hủy. Khi tăng nhiệt độ hơn nữa thì liên kết kiểu 2 cũng bị đứt.

Hình 2. Sự trương nở của hạt tinh bột

Quá trình hydrat hóa tinh bột trong nước gồm các giai đoạn sau:

Hình 3. Sơ đồ hòa tan của tinh bột

1- Dung môi nước; 2- Tinh bột; 3- Tinh bột + nước; 4, 5- Nước + tinh bột

a-      Hệ thống dị thể gồm pha nước và pha bột riêng biệt

b-     Hệ thống dị thể: pha nước và pha tinh bột + nước

c-      Hệ thống dị thể: pha nước có xen tinh bột và pha tinh bột có xen các phân tử nước

d-     Hệ thống đồng thể: các phân tử tinh bột phân bố đồng đều trong khối nước.

Sự trương nở của tinh bột phụ thuộc vào nhiệt độ:

Nhiệt độ thường hấp thụ	10-25% nước
600C hấp thụ	300% nước
700C hấp thụ	1000% nước
Trương nở cực đại	2000% nước

Tương ứng với bốn giai đoạn trên khi hòa tan tinh bột trong nước sẽ xảy ra các quá trình sau:

Sự phá hủy hạt có thể xem như giới hạn tự nhiên giữa hai trạng thái khác nhau của tinh bột: tinh bột ban đầu với các mức độ hydrat hóa khác nhau và dung dịch keo của tinh  bột.

Nhiệt độ để phá vỡ hạt chuyển tinh bột từ trạng thái đầu có mức độ hydrat hóa khác nhau thành dung dịch keo gọi là nhiệt độ hồ hóa. Các hạt tinh bột có kích thước khác nhau, từ nguồn khác nhau sẽ khác nhau về nhiệt độ chuyển trạng thái. Hạt lớn bị hồ hóa đầu tiên, hạt bé nhất sẽ hồ hóa sau cùng. Ở hạt tinh bột bé có cấu tạo chặt các phân tử liên kết với nhau bằng một số lớn liên kết hydro kiểu một rất bền do đó việc phá vỡ hạt khi hồ hóa ở hạt lớn và hạt nhỏ phải xảy ra ở nhiệt độ khác nhau. Vì vậy nhiệt độ hồ hóa không phải là một điểm mà là một khoảng nhiệt độ. Nhìn chung quá trình hồ hóa ở tất cả các loại tinh bột đều giống nhau: ban đầu độ nhớt của hồ tinh bột tăng dần lên sau đó qua một cực đại rồi giảm xuống.

Nhiệt độ hồ hóa của một số loại tinh bột